Antriebssystem für ein pedalbetreibbares Fahrzeug und Verfahren zur Erfassung des Zustands eines Pedalantriebs

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein pedalbetreibbares Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrrad, mit einem Antriebsmotor, mit dem eine Antriebskraft für das Fahrzeug erzeugbar ist, Pedalen an Kurbeln, eine Tretwelle, an der die Kurbeln befestigt sind, und einer Antriebsmechanik zur Übertragung von Antriebsenergie von der Tretwelle zu einem Rad des

Fahrzeugs. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung eines Antriebszustands eines Pedalantriebs eines pedalbetreibbaren Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebssystem.

Es sind Elektrofahrräder bekannt, die mit einem elektrischen Antriebsmotor in dem bekannten, vorteilhaften Mittel motorkonzept ausgestattet sind. Dies bietet beispielsweise eine ausgewogene Gewichtsverteilung sowie weitere Vorteile. Solche Elektrofahrräder können sowohl mit Muskelkraft, als auch mit zusätzlicher elektrischer Antriebsenergie betrieben werden. Da der muskelkraftbetätigte Pedalantrieb in typischen Fahrzeugen nicht permanent benötigt wird, stellt der Fahrer eines solchen Elektrofahrrads das Treten beispielsweise beim Ausrollen oder Bergabfahren ein. Es können Situationen auftreten, in denen der Fahrer außerdem seine Füße von den Pedalen nimmt. Dann ist es nachteilig, wenn sich die Pedale an den Kurbeln durch die Bewegung des Fahrrades induziert drehen, was als Nachlaufen bezeichnet wird. In einigen Varianten von Elektrofahrrädern sind die Kurbeln mechanisch mit dem Antriebsmotor gekoppelt oder koppelbar, sodass bei Erzeugung einer Antriebskraft aus dem Antriebsmotor die Pedale an den Kurbeln mitrotieren, was als Selbstlaufen bezeichnet wird. Um diese

Zustände zu verhindern sind Elektrofahrräder bekannt, deren Tretlager mit Geschwindigkeitssensoren und Drehmomentsensoren oder einer Kombination aus beiden ausgestattet sind. Bei einem Elektrofahrrad mit einem

Radnabenmotor kann die Spannung der Kette des Pedalantriebs gemessen werden. Mit solchen Sensoren kann ein Fahrerwunsch detektiert werden. In der genannten Situation kann dieser beispielsweise sein, ein Nachlaufen oder Selbstlaufen der Pedale zu verhindern. Weiter existieren Verfahren, gemäß denen ein Fahrerwunsch basierend auf einem Modell aus Signalen einer Beschleunigungssensorik, einer Drehwinkelsensorik und einer

Fahrgeschwindigkeitssensorik ermittelt wird. Gemäß der FR 2 768 991 ist ein Elektrofahrrad bekannt, das beim Schieben eine elektrische Antriebskraft erzeugt, wenn erfasst wird, dass eine Schiebekraft auf den Rahmen des Fahrrades ausgeübt wird. In der JP 1 159 557 wird ein

Elektrofahrrad vorgeschlagen, bei dem der Zustand, dass dieses geschoben wird, daran erkannt werden kann, dass Schiebekräfte an einem Handgriff am Lenker erfasst werden, an dem das Fahrrad geschoben wird. Das Schieben wird durch Kraft aus dem Elektromotor des Elektrofahrrads unterstützt, die aus den erfassten Schiebekräften abgeleitet wird. Die JP 11 049 078 schlägt ein

Elektrofahrrad vor, bei dem der Zustand des Schiebens des Fahrrades anhand von drei verschiedenen Bedingungen erfasst und im Falle der Erkennung eines Zustands des Schiebens das Schieben mit elektrische Antriebskraft unterstützt wird. Die JP 04 358 988 offenbart ein Elektrofahrrad mit einer Erkennung des Schiebezustands anhand von drei Bedingungen, nämlich kein durch Muskelkraft indiziertes Drehmoment, eine bestimmte Geschwindigkeit des Fahrrads, und die Betätigung eines Schalters an einem Handgriff. Die JP 10 324 290 offenbart ein Elektrofahrrad, das ein einen Schalter aufweist, der von einem Schieben den

Fahrer betätigt werden kann, um einen Elektroantrieb zuzuschalten. Der der Schalter kann am hinteren Ende des Sattels angeordnet sein.

Aus dem Stand der Technik ist nicht bekannt, das Nachlaufen oder Selbstlaufen der Pedale zu verhindern, auch im Fahrbetrieb eines Elektrofahrrads durch

Erfassung eines Fahrerwunsches mittels einer Sensorik. Die im Stand der Technik bekannten Verfahren wären dafür auch nicht geeignet, da sie von der Entscheidung, ob eine zusätzliche elektrische Antriebskraft erzeugt werden soll, von Schiebekräften oder von einem Schalter abhängig gemacht werden, der beim Schieben gedrückt werden soll.

Offenbarung der Erfindung Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem wird Antriebsenergie über einen Übertragungspfad von einem Pedal über eine Kurbel zu einer Tretwelle und von dort zu einem mit der Tretwelle umlaufenden Antriebsrad übertragen. In diesem Antriebsstrang ist erfindungsgemäß ein Spiel vorhanden. Das Antriebssystem umfasst außerdem eine Rücksteileinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die zueinander spielbehafteten Teil in eine Ruhestellung zu bringen, wenn keine oder geringe Antriebskräfte, die unterhalb einer Ruhepedal kraft liegen, übertragen werden. Die Ruhestellung ist eine vorgegebene Stellung, in der die

spielbehafteten Teile zueinander innerhalb von deren Spiel zueinander stehen.

Oberhalb der Ruhepedalkraft sind die spielbehafteten Teile innerhalb von deren Spiel zueinander aus der Ruhestellung bringbar. Diesem Vorgang wirkt die Rücksteileinrichtung mit einer Rückstellkraft bzw. einem Rückstellmoment entgegen. Erfindungsgemäß stellt die Antriebseinrichtung eine Information darüber bereit, ob die spiel behafteten Teile in Ruhestellung sind. Diese ist vorzugsweise in Form eines oder mehrerer elektrische Signale bereitstellbar. In einem Ausführungsbeispiel kann die Information durch Inbeziehungsetzen von Informationen aus mehreren elektrischen Signalen gewonnen werden. Der Antriebsmotor ist besonders bevorzugt ein Elektromotor. Die Ruhepedal kraft kann wenigstens näherungsweise Null sein. Das Spiel zwischen den

spielbehafteten Teilen ist insbesondere ein Winkel- bzw. Rotationsspiel, insbesondere zwischen der Tretwelle und dem Antriebsrad. Es ist in einer Variante auch denkbar, das Spiel zwischen der Tretwelle und einer oder beiden Kurbeln vorzusehen oder dergleichen. Das Antriebsrad ist typischerweise Teil der Antriebsmechanik und kann etwa ein Kettenrad, ein Riemenrad für einen

Zahnriemen, ein Kegelrad für einen Kardanantrieb oder dergleichen sein. Die Rücksteileinrichtung umfasst vorzugsweise eine Federeinrichtung, die

insbesondere als Federelement ausgebildet sein kann, welche bei Auslenkung aus der Ruhestellung eine Rückstellkraft bzw. ein Rückstellmoment erzeugt. Vorzugsweise ist die Rückstellkraft bzw. das Rückstellmoment proportional zu einem pedalinduzierten Antriebsmoment oder zu einer Pedalkraft. Besonders bevorzugt wird die Ruhestellung auch dann erkannt, wenn sich die Tretwelle dreht. Typischerweise heben sich Gewichte der beiden Kurbeln mit ihren Pedalen auf, so dass sie keine oder nur geringen Einfluss auf pedalkraftinduzierte

Antriebsmomente haben, wenn der Fahrer die Füße von den Pedalen nimmt.

Solange sich die Pedale mit gleichmäßiger Geschwindigkeit drehen, ist das Massenträgheitsmoment nicht relevant. Um mögliche Änderungen der Pedaldrehzahl tolerieren zu können, kann die Ruhepedalkraft auf einen Wert größer als Null gesetzt werden. Die Information, dass sich der Pedalantrieb in Ruhestellung befindet, kann genutzt werden, um den Antriebsmotor abzuschalten um Nachlaufen und/oder Selbstlaufen zu verhindern.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

In einer Ausführungsform des Antriebssystems kann beim Aufbringen einer Anschlagpedalkraft oder eines pedalinduzierten Anschlagmoments das Spiel soweit überwunden werden, dass sich die spielbehafteten Teile an jeweiligen

Anschlagbereichen berühren. Das Spiel ist in dieser Position außer Kraft gesetzt, solange die Anschlagpedalkraft bzw. das pedalinduzierten Anschlagmoment aufgebracht wird. Die Übertragung von Antriebsenergie erfolgt über

Anschlagbereiche an jedem der beiden spielbehafteten Teile. Die

Anschlagbereiche der spielbehafteten Teile berühren sich in der

Anschlagstellung und bilden an der oder den Kontaktstellen mindestens einen gemeinsamen Anschlagbereich. Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Information darüber, ob sich die spielbehafteten Teile in der Anschlagstellung befinden, in Form von einem oder mehreren elektrischen Signalen bereitgestellt werden. Die Information kann auf mehrere elektrische Signale verteilt sein, wobei die Information durch Inverbindungbringen von mehreren, insbesondere zwei, elektrischen Signalen extrahiert und bereitgestellt werden kann. Die Information kann genutzt werden, um zu bewirken, dass bei Vorliegen der Anschlagstellung der Antriebsmotor Antriebsenergie zur Verfügung stellt. Die pedalinduzierte Leistung wird dann von elektrischer Leistung unterstützt.

In einer weiteren Ausführungsform des Antriebssystems wird bewirkt, dass der Antriebsmotor keine Antriebsenergie abgibt, wenn die spielbehafteten Teile in Ruhestellung sind. Das Verfahren zur Erkennung der Ruhestellung kann erfordern, dass sich die Tretwelle um einen gewissen Wnkel gedreht hat, bevor die Ruhestellung erkannt werden kann. Dieser Bereich soll eine halbe

Umdrehung der Tretwelle nicht überschreiten. Insbesondere gibt der

Antriebsmotor spätestens dann keine Antriebsenergie mehr ab, wenn nach Eintreten der Ruhestellung die Tretwelle um eine halbe Umdrehung

weitergedreht ist. Selbstlaufen und möglichst auch Nachlaufen der Pedale soll durch das Abschalten der Antriebsenergie verhindert werden. In einer weiteren Ausführungsform des Antriebssystems ist die Erkennung der Ruhestellung, der Anschlagstellung oder einer Zwischenstellung zu zwischen den beiden vorgenannten Stellungen möglich, während die Tretwelle sich dreht. Dazu ist eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, die nicht mit der Tretwelle umläuft, sondern zum Beispiel rahmenfest angeordnet ist. Die Erfassungseinrichtung erfasst einen Durchlaufzeitpunkt oder einen Durchlaufwinkel von wenigstens zwei Durchlaufgebereinrichtungen, die jeweils mit einem der spiel behafteten Teile umlaufen. Ein aus den Durchlaufzeitpunkten oder Durchlaufwinkeln erfasster zeitlicher Abstand oder ein erfasster Winkelabstand zwischen den beiden

Durchlaufgebereinrichtungen entspricht einer Relativstellung der spielbehafteten

Teile zueinander. Bei der Erfassung des zeitlichen Abstands der Durchlaufzeiten ist der Zusammenhang zwischen der Relativstellung der spielbehafteten Teile und dem Zeitabstand der Durchläufe auch davon abhängig, mit welcher Drehzahl die Tretwelle umläuft. Vorzugsweise wird daher auch die Drehzahl der Tretwelle gemessen, beispielsweise, indem mittels der durch Durchlaufgebereinrichtung festgestellt wird, wann dieselbe Durchlaufgebereinrichtung wieder an der

Erfassungseinrichtung vorbeiläuft. Es ist auch denkbar die Drehzahl zu erfassen, indem der Durchlauf von mehreren Durchlaufgebereinrichtungen an einem der beiden spielbehafteten Teile, die einen bekannten Winkelabstand zueinander aufweisen, zu erfassen und aus dem zeitlichen Abstand von deren Durchläufen die Drehzahlinformation verfügbar zu machen. Auf diese Weise kann die

Drehzahl innerhalb eines Bruchteils einer ganzen Umdrehung der Tretwelle erfasst werden. Somit ist eine schnellere Bestimmung der Relativstellung der spielbehafteten Teile zueinander und entsprechend eine schnellere Reaktion darauf möglich. Unter einem Durchlauf wird das vorbeikommen einer

Durchlaufgebereinrichtung an der Erfassungseinrichtung verstanden. Der erfasste Zeitabstand zwischen einem Durchlauf einer Durchlaufgebereinrichtung eines der spielbehafteten Teile und dem Durchlauf einer

Durchlaufgebereinrichtung des anderen der spielbehafteten Teile kann mit einem Referenzwert verglichen werden. Der Referenzwert kann von der Drehzahl der

Tretwelle abhängen. Der Referenzwert kann auch ein Zeitabstand zwischen Durchläufen von zwei Durchlaufgebereinrichtungen sein, von denen wenigstens eine eine andere ist als die die Durchlaufgebereinrichtungen, mit denen der zu vergleichende Zeitabstand erzeugt wurde. Alternativ kann der genannte

Zeitabstand zwischen den Durchläufen mit vor dem Vergleich mit einem

Referenzwert mit der Drehzahl der Tretwelle skaliert werden. Denkbar ist auch, den Zeitabstand zwischen den Durchläufen zweier Durchlaufgebereinrichtungen an verschiedenen der beiden spielbehafteten Teile zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt mit weiteren erfassten Zeitdifferenzen zu vergleichen. Auf diese Weise kann eine Veränderung der die Stellung der spielbehafteten Teile zueinander verfolgt werden. Alternativ zur Erfassung des Zeitabstands wird bei einer Erfassung eines Winkelabstands der Drehwinkel der Tretwelle oder des

Antriebsrads bei einem Durchlauf einer Durchlaufgebereinrichtung erfasst. Dies kann z.B. mittels einer Wnkelmesseinrichtung unter Zusammenwirken mit der Erfassungseinrichtung erfolgen. Die Erfassungseinrichtung kann beispielsweise magnetisch, kapazitiv, optisch oder akustisch arbeiten oder weitere geeignete Erfassungsmethoden einsetzen. Die Wrkrichtung der Messeinrichtung kann axial oder radial zu der Tretwelle ausgerichtet sein, oder in einem Wnkelbereich dazwischen liegen. Die Durchlaufgebereinrichtungen sind so an oder in ihrem spielbehafteten Teil angeordnet, dass sie mit der Erfassungseinrichtung zusammenwirken.

In einer weiteren Ausführungsform des Antriebssystems weist eines der spielbehafteten Teile zwei Durchlaufgebereinrichtungen auf, die in Bezug auf die Bestimmung von Zeit- oder Winkelabständen beide einer

Durchlaufgebereinrichtung zugeordnet sind, die zu dem anderen spielbehafteten Teil gehört. Insbesondere sind die drei genannten Durchlaufgebereinrichtungen einander räumlich zugeordnet, und insbesondere in der Nähe voneinander angeordnet. Somit können zwei Zeitabstände zwischen den Durchläufen der beiden Durchlaufgebereinrichtungen an dem einen der beiden spielbehafteten Teile jeweils in Bezug auf den Durchlauf der Durchlaufgebereinrichtung an dem anderen der spielbehafteten Teile ermittelt werden. Bei einer Veränderung der

Relativposition der spielbehafteten Teile zueinander nimmt einer dieser

Zeitabstände zu, während der andere abnimmt. Dies ermöglicht eine genaue Messung und Redundanz, was das Antriebssystem sicherer und

störungsunanfälliger macht. Außerdem ermöglichen die zwei Zeitabstände das Ableiten einer Information aus einem Vergleich dieser beiden Zeitabstände, die dem Vorliegen der Ruhestellung zugeordnet werden kann. Die vorstehend beschriebenen, einander zugeordneten Durchlaufgebereinrichtungen werden als ein Satz von Durchlaufgebereinrichtungen bezeichnet. Ein solcher Satz von Durchlaufgebereinrichtungen ermöglicht anhand der Differenz der Zeitabstände zwischen den Durchläufen der Durchlaufgebereinrichtungen die Ermittlung der

Relativstellung der spielbehafteten Teile zueinander. Funktionsähnlich können auch Sätze von Durchlaufgebereinrichtungen sein, die jeweils nur eine Durchlaufgebereinrichtung an jedem der spielbehafteten Teile aufweist. Dann kann keine Differenzbildung von Zeitabständen innerhalb eines Satzes von Durchlaufgebereinrichtungen erfolgen, sondern nur ein Zeitabstand ausgewertet werden.

In einer weiteren Ausführungsform sind die in Bezug auf die vorstehend zuletzt beschriebene Ausführungsform genannten Zeitabstände wenigstens

näherungsweise gleich groß, wenn sich die spielbehafteten Teile zueinander in der Ruhestellung befinden. Alternativ oder zugleich können ein erster

Winkelabstand zwischen einer ersten der beiden Durchlaufgebereinrichtungen an einem der spielbehafteten Teile und der zugeordneten Durchlaufgebereinrichtung an dem anderen der spielbehafteten Teile sowie ein zweiter Winkelabstand zwischen der zweiten der beiden Durchlaufgebereinrichtungen des einen der spielbehafteten Teile und derselben zugeordneten Durchlaufgebereinrichtung des anderen spielbehafteten Teils in der in Ruhestellung wenigstens

näherungsweise gleich groß sein. Alternativ oder zusätzlich kann die

Ruhestellung in eine Mittenstellung im Spiel zwischen den spielbehafteten Teil sein. Die genannten Merkmale sind vorteilhaft, weil das Spiel auf diese Weise in beide der denkbaren Bewegungsrichtungen innerhalb des Spiels eine

gleichgroße Auslenkung ermöglicht.

In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, die spielbehafteten Teile mit mehr als einem Satz von Durchlaufgebereinrichtungen auszustatten. Dabei können die Wnkelabstände dieser Sätze von Durchlaufgebereinrichtungen zueinander jeweils gleich groß sein. Dann ergibt sich ein gleichmäßiger Durchlauf der Sätze von Durchlaufgebereinrichtungen vor der Erfassungseinrichtung, wodurch die Drehzahl der Tretwelle in gleichmäßigen Abständen erfassbar ist. Insbesondere sind an einem der spielbehafteten Teile vier und an dem anderen der spielbehafteten Teile acht Durchlaufgebereinrichtungen vorgesehen. Der Abstand von Durchlaufgebereinrichtungen innerhalb eines Satzes von

Durchlaufgebereinrichtungen ist vorzugsweise erheblich kleiner als der Abstand von zwei Sätzen von Durchlaufgebereinrichtungen. Auf diese Weise ist eine genaue Messung der Drehzahl der Tretwelle möglich, da sie auf einer größeren gemessenen Zeit zwischen Durchläufen von Durchlaufgebereinrichtungen von zwei verschiedenen Sätzen von Durchlaufgebereinrichtungen beruhen kann.

Alternativ können Sätze von Durchlaufgebereinrichtungen mit kleinem Abstand zueinander ausgeführt werden, um möglichst viele dieser Sätze vorzusehen. Dann kann über einen geringen Winke Ibereich der Drehung der Tretwelle die Ruhestellung, eine Zwischenstellung oder einer Anschlagstellung erfasst werden. Weiter ist denkbar, Sätze aus zwei Durchlaufgebereinrichtungen hintereinander anzuordnen, so dass sich die Durchlaufgebereinrichtungen an dem einen der spielbehafteten Teile mit Durchlaufgebereinrichtungen des anderen der spielbehafteten Teile abwechseln. Auf diese Weise kann die Anzahl der

Messungen von Zeitabständen zwischen den Durchläufen von

Durchlaufgebereinrichtungen von unterschiedlichen der spielbehafteten Teile maximiert werden. Auf diese Weise ist ein sehr kleiner Anteil an einer

Umdrehung der Tretwelle erforderlich, um eine Relativstellung der

spielbehafteten Teile zueinander zu ermitteln. Der Verlauf der Relativstellung kann durch den Vergleich von Zeitabständen von aufeinander folgenden durchlaufenden Sätzen von Durchlaufgebereinrichtungen ermittelt werden. Besonders bevorzugt sind beide Kurbeln an der Tretwelle befestigt und übertragen pedalinduziertes Moment in diese. Insbesondere ist keine der Kurbeln mit einem Antriebsrad der Antriebsmechanik verbunden. Auf diese Weise wird das gesamte über die Pedale erzeugte Moment in die Tretwelle eingeleitet und kann am Übergang zu dem Antriebsrad mit einer Momenterfassungseinrichtung erfasst werden. Dies wird für alle Ausführungsformen bevorzugt.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung eines Antriebszustands eines Drehzahlantriebs eines pedalbetreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Fahrzeug weist ein Antriebssystem auf, dass zwei spielbehaftete Teile aufweist, die innerhalb des Spiels eine Relativposition zueinander einnehmen, eine Erfassungseinrichtung für den Durchlauf von Durchlaufgebereinrichtungen, wobei an jedem der spielbehafteten Teile wenigstens eine Durchlaufgebereinrichtung angeordnet ist. Weiter weist das Antriebssystem vorzugsweise eine Ermittlungseinrichtung auf, mit der aus Signalen der Erfassungseinrichtung die Relativposition der spielbehafteten Teile ermittelt werden kann. Die Ermittlungseinrichtung kann auch extern von dem Antriebssystem ausgeführt und/oder angeordnet sein. Bei dem Verfahren ist eine Relativposition der spielbehafteten Teile mit der Erfassungseinrichtung erfassbar, indem der Zeitabstand zwischen einem Durchlauf einer

Durchlaufgebereinrichtung an einem der spielbehafteten Teile und einem

Durchlauf der Durchlaufgebereinrichtung des anderen der spielbehafteten Teile ermittelt wird. Die Durchlaufgebereinrichtungen laufen dabei jeweils an der Erfassungseinrichtung vorbei. Insbesondere ist erfassbar, ob sich die

spielbehafteten Teile zueinander in der Ruhestellung, der Anschlagstellung oder einer Zwischenstellung befinden. Die Auslenkung in eine Zwischenstellung aus der Ruhestellung heraus hängt vorzugsweise von dem zur Messzeit induzierten Pedalmoment ab. Aus dem Zeitabstand zwischen Durchlaufgebereinrichtungen an einem der beiden spielbehafteten Teile kann die Drehzahl der Tretwelle bzw. Trittfrequenz erfasst werden. Erst nachdem die zu einem Satz von

Durchlaufgebereinrichtungen gehörigen Durchlaufgebereinrichtungen an der Erfassungseinrichtung vorbeigelaufen sind, kann eine Relativstellung der spielbehafteten Teile zueinander für diesen Zeitraum ermittelt werden. Ein ermittelter Zeitabstand oder eine Differenz von Zeitabständen kann mit einem Schwellenwert verglichen werden, um festzustellen, ob sich die spielbehafteten Teile in der Ruhestellung befinden oder daraus ausgelenkt sind. Einer Ausführungsform des Verfahrens gibt der Antriebsmotor keine

Antriebsleistung ab, wenn die Ermittlung der Relativposition der spielbehafteten Teile ergibt, dass sich diese in der Ruhestellung befinden. Dabei wird

insbesondere der Motorstrom des Antriebsmotors ausgeschaltet. Durch verbleibende Rotationsenergie oder möglicherweise Magneteffekte in dem Antriebsmotor kann dennoch in gewissem Umfang Antriebsenergie von dem

Antriebsmotor abgegeben oder aufgenommen werden, was definitionsgemäß nicht unter die Abgabe von Antriebsleistung im Sinne dieser Ausführungsform fallen soll.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eines der vorstehend beschriebenen Verfahren im Verlauf einer Umdrehung der Tretwelle mehrfach ausgeführt. Auf diese Weise kann der Verlauf des pedalinduzierten Moments über eine Tretwellenumdrehung erfasst werden. Dies ist umso feiner möglich, je mehr Sätze von Durchlaufgebereinrichtungen an den spiel behafteten Teilen angeordnet sind. Wenn die Rücksteileinrichtung einen linearen Zusammenhang zwischen der Auslenkung aus der Ruhestellung und dem pedalinduzierten Moment in der Tretwelle bewirkt, kann aus der Relativstellung der spiel behafteten Teile auf das pedalinduzierte Moment linear zurückgeschlossen werden. Dazu ist insbesondere die Bewegung in dem Spiel reibungsarm, d.h., die Reibungskräfte bzw. -momente sind vergleichsweise gering zu den Rückstellkräften bzw.

-momenten. Vorzugsweise wird über eine Umdrehung der Tretwelle wenigstens näherungsweise eine Sinusfunktion gemessen, die von der Geometrie des Kurbeltriebs in Verbindung mit den Pedalkräften des Fahrers erzeugt wird. Dadurch kann in einer Variante die Gleichmäßigkeit des Tretens beurteilt, maximale bzw. minimale Triebkräfte ermittelt werden und dergleichen mehr.

Zeichnungen

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Elektrofahrrads in einer

Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Tretwelle und eines Teils eines Kettenrads des Elektrofahrrads,

Figur 3 eine schematische Darstellung von Durchläufen von

Durchlaufgebereinrichtungen vor einer Erfassungseinrichtung,

Figur 4 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer

Rücksteileinrichtung,

Figur 5 eine schematische Darstellung der Ausführungsform des

Antriebssystems und deren Zusammenbau in einer ersten Variante

Figur 6 eine schematische Darstellung der ersten Variante der

Ausführungsform in einer Ruhestellung,

Figur 7 eine schematische Darstellung der ersten Variante der

Ausführungsform in einer Anschlagstellung,

Figur 8 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der

Ausführungsform in einer Ruhestellung, und

Figur 9 eine schematische Darstellung der zweiten Variante der

Ausführungsform in einer Anschlagstellung. Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 1 ein Elektrofahrrad 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben. Das Elektrofahrrad 1 umfasst einen Kurbeltrieb 2 und einen elektrischen Antriebsmotor 3, welcher im Bereich des Kurbeltriebs 2 angeordnet ist. Der Kurbeltrieb 2 umfasst zwei Kurbeln 7 und 8, zwei Pedale 10 und 11 , die an den Kurbeln befestigt sind, eine Tretwelle 12, an der die Kurbeln 7 und 8 befestigt sind, und ein Kettenrad 13, das an der Tretwelle 12 befestigt ist und mit dieser umläuft. Eine Antriebsmechanik umfasst ebenfalls das Kettenrad 13, eine Kette 5 und wenigstens ein Ritzel 6, welches an einem Hinterrad 9 angeordnet ist. Der elektrische Antrieb 3 wird von einer Batterie 4 mit Strom versorgt. Der elektrische Antrieb 3 umfasst einen Antriebsmotor.

Figur 2 zeigt schematisch eine Momentenerfassungseinrichtung 100 des erfindungsgemäßen Antriebssystems. Die Momenterfassungseinrichtung 100 umfasst die Tretwelle 12, welche zwei Vorsprünge 12.9 und 12.10 an ihrem äußeren Umfang trägt. Weiter umfasst die Momentenerfassungseinrichtung 100 das Kettenrad 13, welches eine Aussparung 13.11 aufweist, in welcher die

Tretwelle 12 eingesetzt ist. Dabei sind die Vorsprünge 12.9 und 12.10 der Tretwelle 12 in Aussparungsabschnitten 13.9 und 13.10 am Rand der

Aussparung 13.1 1 angeordnet. Oberflächenabschnitte der Tretwelle 12 und der Aussparung 13.4 des Kettenrades 13, die nicht Teil der Vorsprünge 12.9 und 12.10 bzw. der Aussparungsabschnitte 13.9 und 13.10 sind, haben vorzugsweise jeweils einen kreisrunden Querschnitt. Der Durchmesser des kreisrunden Querschnitts an der Tretwelle 12 bzw. der Aussparung 13.11 des Kettenrads weichen nicht stark voneinander ab. Vorzugsweise weisen das Kettenrad 13 und die Tretwelle 12 eine zueinander reibungs- und/oder verschleißarme

Werkstoffpaarung auf.

Das Kettenrad 13 weist acht Durchlaufgebereinrichtungen 13.1 bis 13.8 auf. Mit der Tretwelle 12 sind verdrehfest vier Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 verbunden. Diese befinden sich radial in zumindest ähnlicher Position wie die Durchlaufgebereinrichtungen 13.1 bis 13.8 des Kettenrads 13. Jeweils eine der

Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 und zwei

Durchlaufgebereinrichtungen 13.1 bis 13.8 bilden zusammen einen Satz von Durchlaufgebereinrichtungen, die räumlich in der Nähe voneinander angeordnet sind. Dabei umgeben jeweils zwei der Durchlaufgebereinrichtungen 13.1 bis 13.8 des Kettenrads 13 jeweils eine der Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 der Tretwelle 12 in Umfangsrichtung der Tretwelle 12 bzw. des Kettenrads 13.

Weiter weist die Momentenerfassungseinrichtung 100 einer

Erfassungseinrichtung 14 auf, mit der ein Durchlauf bzw. ein Vorbeistreichen einer Durchlaufgebereinrichtung 12.1 bis 12.4 bzw. 13.1 bis 13.8 an der

Erfassungseinrichtung 14 erfassbar ist. Während die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 miteinander umlaufen, steht die Erfassungseinrichtung 14 fest und ist zum Beispiel an einem Rahmen des Elektrofahrrads befestigt. Innerhalb eines Satzes von Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 bzw. 13. I bis 13.8 weisen die Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 der Tretwelle 12 jeweils einen ersten Winkelabstand 16.2 zu einer ersten der Durchlaufgebereinrichtungen 13.1 , 13.3, 13.5 und 13.7 und jeweils einen zweiten Winkelabstand und 16.3 zu einer zweiten der Drehwinkelgebereinrichtungen 13.2, 13.4, 13.6 und 13.8 auf. Die Summe der Wnkelabstände 16.2 und 16.3 entspricht in jedem der Sätze von Drehwinkelgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 und 13.1 bis 13.8 jeweils einem Winkelabstand zwischen den Paaren der Drehwinkelgebereinrichtungen 13.1 und 13.2, 13. 3 und 13.4, 13.5 und 13.6 sowie 13. 7 und 13.8 der Sätze von

Drehwinkelgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 und 13.1 bis 13.8. Anhand eines Verhältnisses oder einer Differenz der Winkelabstände 16.2 und 16.3 lässt sich ableiten, in welcher Relativstellung sich die spielbehafteten Teile Tretwelle 12 und Kettenrad 13 zueinander befinden, insbesondere, ob sie sich in der

Ruhestellung oder in einer Anschlagstellung befinden.

Die spielbehafteten Teile befinden sich in der Figur 2 in einer Anschlagstellung. Die Tretwelle 12 übt ein Drehmoment 50 auf das Kettenrad 13 aus, so dass sich die Vorsprünge 12.9 und 12.10 in den Aussparungsabschnitten 13.9 und 13.10 jeweils an Anschlagbereichen 15 berühren. An diesen Stellen wird das

Drehmoment der Tretwelle 12 an das Kettenrad 13 übertragen. Die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 befinden sich somit in einer Anschlagstellung. Dadurch ist der Wnkelabstand 16.3 kleiner als der Wnkelabstand 16.2.

Dem Drehmoment 50 wirkt ein Drehmoment 40 aus einer nicht dargestellten Rücksteileinrichtung entgegen. Hört der Fahrer auf zu treten, so verschwindet das Drehmoment 50 und das Rückstellmoment 40 bewirkt, dass sich die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 relativ zueinander in die Ruhestellung begeben. In der Ruhestellung liegen die den Anschlagbereichen 15

gegenüberliegenden Berührungsbereiche 18 der Vorsprünge 12.9 und 12.10 innen an den Berührungsbereichen 18' der Aussparungsabschnitte 13.9 und 13.10 der Aussparung 13.11 des Kettenrads 13 an. In Figur 2 wäre die Tretwelle

12 im Vergleich zu der dargestellten Anschlagstellung in der Ruhestellung bis zum entgegengesetzten Anschlag des Spiels gegen den Uhrzeigersinn verdreht. Dann wäre der Winkelabstand 16. 2 kleiner als der Wnkelabstand 16.3, wodurch die Ruhestellung von der Anschlagstellung unterschieden werden könnte.

In Figur 3 ist schematisch ein Signal der Erfassungseinrichtung 14 dargestellt, das einen Signalverlauf S zeigt, während dem zwei Sätze von

Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 und 13.1 bis 13.8 an der

Erfassungseinrichtung 14 vorbeilaufen. Der Signalverlauf S ist über der Zeit t oder dem Drehwinkel α der Tretwelle 12 bzw. des Kettenrads 13 abgetragen.

Den Signalspitzen sind die Bezugsziffern der zugehörigen

Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 , 12.2 und 13.1 bis 13.4 zugeordnet. Der dargestellte Signalverlauf würde sich an der Erfassungseinrichtung 14 ergeben, wenn sich die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 in der in Figur 2 gezeigten Situation um eine halbe Umdrehung gegen den Uhrzeigersinn drehen würden.

Die Zeit- bzw. Wnkelabstände zwischen den Signalspitzen entsprechen den Winkelabständen 16.1 bis 16.4. Mit dem Abstand 16.1 kann im Vergleich zu dem Abstand 16. 3 ermittelt werden, ob sich die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 in der Ruhestellung oder in der Anschlagstellung befinden. Mittels des Zeit- oder Winkelabstands 16.4 kann die Drehzahl der Tretwelle bzw. die Trittfrequenz ermittelt werden. Der Winkelabstand 16.4 in der Figur 3 ist den Abständen der zwei Durchlaufgebereinrichtungen 13.2 und 13. 4 des Kettenrads 13 zugeordnet, wobei derselbe Abstand 16.4 in Figur 2 z.B. auch zwischen den zwei

Durchlaufgebereinrichtungen 12.3 und 12.4 der Tretwelle auftritt. Der Zeit- bzw. Winkelabstand 16.4 findet sich auch zwischen Signalen wieder, die innerhalb eines Satzes von Durchlaufgebereinrichtungen 12.1 bis 12.4 und 13.4 bis 13.8 dieselbe Position innehaben.

Figur 4 zeigt schematisch die Wirkungsweise einer Rücksteileinrichtung, die mit einer Feder 17 realisiert ist, welche an der Tretwelle 12 und an dem Kettenrad 13 derart befestigt ist, dass sie die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 in einer Ruhestellung bewegt. In der Ruhestellung liegen die Vorsprünge 12.9 und 12.10 an jeweils an einer Berührungsstelle 18 im inneren des Aussparungsabschnitts 13.9 bzw. 13.10 an. Die Ruhestellung ist eine Endstellung in dem Spiel zwischen der Tretwelle 12 und dem Kettenrad 13. Wirkt ein Pedalmoment auf die Tretwelle 12 ein, so wird die Feder 17 ausgelenkt und die Vorsprünge 12.9 und 12.10 von den Berührungsstellen 18 entfernt. Je nach Stärke der Feder 17 in Bezug auf die

Pedalkräfte kann entweder schon bei relativ geringen Pedalkräften die

Anschlagstellung erreicht werden, die sich am andere Ende des Spiels zwischen der Tretwelle 12 und dem Kettenrad 13 befindet, oder sie kann so ausgelegt sein, dass die Auslenkung aus der Ruhestellung über einen größeren Bereich der möglichen Pedalmomente zu einer möglichst proportionalen Auslenkung aus der

Ruhestellung führt, ohne schon bei geringen Pedalmomenten die

Anschlagstellung zu erreichen.

Figur 5 zeigt schematisch eine Variante der Momentenerfassungseinrichtung 101 , die auf optischer Basis arbeitet. Die Durchlaufgebereinrichtungen der

Tretwelle 12 und des Kettenrads 13 sind jeweils als Aussparungen 21 , 21 ' realisiert. Die Aussparungen 21 , 21 ' sind in der in Figur 5 gezeigten

Ausführungsform als kreisrunde Löcher ausgestaltet; in anderen

Ausführungsform sind jedoch Aussparungen mit anderer Form denkbar.

Insbesondere müssen die Aussparungen keine allseitig geschlossenen Löcher sein, sondern können sich auch am Rand eines Bauelements befinden. In dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 21 in das

Kettenrad 13 eingebracht. Die Tretwelle 12 umfasst eine Scheibe 12.12, die die Tretwelle in radialer Richtung umgibt und die drei als kreisrunde Löcher ausgeführte Aussparungen 21 ' aufweist. Die Aussparungen 21 ' verlaufen in axialer Richtung der Tretwelle 12. Ebenso verlaufen die Aussparungen 21 in dem Kettenrad 13 in axialer Richtung. In Figur 5 ist gezeigt, wie die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 zu einem Verbund zusammengesetzt werden, der unten in der Figur 5 dargestellt ist. Die Vorsprünge 12.9 und 12.10 der Tretwelle 12 werden dabei in die Aussparungsabschnitte 13.9 und 13.10 eingesetzt. Zusätzlich ist in dem Verbund eine Rückstellfeder 17 wie in Bezug auf Figur 4 diskutiert angeordnet. Die Aussparungen 21 , 21 ' der Tretwelle 12 und des Kettenrads 13 weisen zumindest im Wesentlichen denselben radialen Abstand zu einer theoretischen Drehachse 20 der Tretwelle 12 auf. Die Aussparungen 21 , 21 ' können sich somit überdecken, so dass Licht durch die einander überdeckenden

Aussparungen fallen kann. In einer nicht dargestellten Variante können weitere Aussparungen 21 , 21 ' über wenigstens näherungsweise den gesamten Umfang von Tretwelle 12 und Kettenrad 13 angeordnet sein. Die Aussparungen 21 , 21 ' der Tretwelle 12 haben vorzugsweise dieselbe Form wie die Aussparung 21 des Kettenrads 13. Figur 6 zeigt den Verbund aus Figur 5 in der Ruhestellung der mit Rotationsspiel behafteten Teile, in der die Vorsprünge 12.9 und 12.10 jeweils an einer

Berührungsstelle 18 an die Innenkontur der Aussparungsabschnitts 13.9 und 13.10 angelegt sind. Die Ruhestellung ist eine Endposition des Spiels zwischen Tretwelle 12 und Kettenrad 13. Die Aussparungen 21 , 21 ' der Tretwelle 12 und des Kettenrads 13 überdecken einander nicht, so dass bei dem Radius um die theoretische Drehachse 20 der Tretwelle 12, bei dem sich die Aussparungen 21 ' befinden, kein Licht durch die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 dringen kann. Dies kann mittels einer nicht dargestellten Erfassungseinrichtung 14 erfasst werden, welche auf dem Radius der Aussparungen 21 ' um die theoretische Drehachse 20 der Tretwelle 12 angeordnet ist. Die Erfassungseinrichtung 14 kann Licht erfassen und vorzugsweise Licht aussenden. Wenn die

Erfassungseinrichtung 14 erkennt, dass kein Licht durch die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 dringen kann, kann darauf geschlossen werden, dass sich das die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 zueinander in der Ruhestellung befinden. Die Zuordnung zwischen der Ruhestellung und einer bestimmten optischen

Konstellation der Aussparungen kann auch anders festgelegt werden, indem die Positionen der Aussparungen in Umfangsrichtung geändert werden.

Figur 7 zeigt schematisch den Verbund aus Figur 5 in einer Anschlagstellung der Tretwelle 12 in Bezug auf das Kettenrad 13, die mit Rotationsspiel zueinander behaftet sind. In dieser Endstellung des Rotationsspiels liegen die Vorsprünge 12.9 und 12.10 an Anschlagstellen 15 an der Innenkontur der

Aussparungsabschnitte 13.9 und 13.10 an. Die Aussparungen 21 der Tretwelle 12 und des Kettenrads 13 überdecken einander, so dass an der Stelle der Aussparungen 21 , 21 ' Licht durch die Tretwelle 12 und das Kettenrad 13 treten kann. Erfasst eine Erfassungseinrichtung 14, dass Licht durch die Aussparungen 21 , 21 ' hindurchtreten kann, so kann auf die Anschlagstellung der spielbehafteten Teile zueinander geschlossen werden. Ein solches Erfassen bzw. Schließen kann bei jedem Durchlauf einer Aussparung 21 , 21 ' vor der

Erfassungseinrichtung 14 durchgeführt werden. Die Anordnung einer Vielzahl von Aussparungen 21 , 21 ' entlang des Umfangs von Tretwelle 12 bzw.

Kettenrad 13 ermöglicht eine häufige Erfassung und somit eine schnellere Erkennung von Änderungen der Relativstellung der spielbehafteten Teile. Der Abstand zwischen den Aussparungen 21 , 21 ' in radialer Richtung ist

vorzugsweise mindestens so groß wie die Ausdehnung der Aussparungen 21 , 21 ' in Umfangsrichtung. Vorzugsweise kann mit der Erfassungsrichtung 14 auch eine teilweise Überdeckung der Aussparungen 21 , 21 ' der Tretwelle 12 und des

Kettenrads 13 erfasst werden. Dann können auch Zwischenstellungen zwischen der Ruhestellung und der Anschlagstellung erfasst werden.

Figur 8 zeigt schematisch eine zweite Variante der

Momentenerfassungseinrichtung 102. Die Erfassung der Relativstellung der spielbehafteten Teile erfolgt magnetisch mittels einer magnetischen

Erfassungseinrichtung 14. Die Durchlaufgebereinrichtungen 22, 22' sind als magnetisch wirksame Vorsprünge (sternförmige Zacken) an der Tretwelle 12 und den Kettenrad 13 ausgebildet. In der Figur 18 ist die

Momentenerfassungseinrichtung 102 in der Ruhestellung. Die Geometrie von

Tretwelle 12 und Kettenrad 13, die das Spiel ermöglicht, entspricht der in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Geometrie und wird nicht noch einmal gesondert beschrieben. Gleiche Merkmale tragen die gleichen Bezugszeichen. In der Ruhestellung haben die Durchlaufgebereinrichtungen 22' der Tretwelle 12 eine andere Winkelposition als die Durchlaufgebereinrichtungen 22 des Kettenrads

13. Diese laufen somit nacheinander an der Erfassungseinrichtung 14 vorbei. Es entstehen zwei Signale, die zeitlich oder in Bezug auf den Drehwinkel der Tretwelle 12 aufeinander folgen. Figur 9 zeigt die Momentenerfassungseinrichtung 102 aus Figur 8 in der

Anschlagstellung. In der Anschlagstellung überlagern sich die

Durchlaufgebereinrichtungen 22, 22' der Tretwelle 12 und des Kettenrads 13, so dass sie gemeinsam vor der Erfassungseinrichtung 14 vorbeistreichen und als gemeinsames Signal erfasst werden. Aus der Information, ob ein einzelnes, überlagertes Signal oder zwei Einzelsignale mit zeitlichem bzw. winkelmäßigem

Abstand erfasst werden, kann abgeleitet werden, ob sich die spielbehafteten Teile in der Ruhestellung oder in der Anschlagstellung befinden. Über den zeitlichen bzw. winkelmäßigen Abstand von einem Signal von der Tretwelle 12 zu einem Signal von dem Kettenrad 13 kann eine Zwischenstellung zwischen der Ruhestellung und der Anschlagstellung erkannt werden. Für die

Durchlaufgebereinrichtungen 22 der Tretwelle 12 und des Kettenrads 13 können in einer Variante zwei separate Erfassungseinrichtungen vorgesehen sein.