Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Verhindern eines Zurückrollens eines Fahrrads an einer Steigung, eine Steuereinrichtung, ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Medium, und ein Fahrrad.

Fahrräder mit elektrischem (Hilfs-)antrieb, beispielsweise E-Bikes und Pedelecs, erfreuen sich steigender Beliebtheit. Es sind auch sportliche E-Mountainbikes (eMTB) im Einsatz. Wenn ein Fahrradfahrer allerdings in einer Steigung stehen bleibt, kann das Fahrrad zurückrollen, wenn nicht rechtzeitig die Bremse betätigt wird. Dies stellt ein Sicherheitsrisiko gerade für unerfahrene Fahrer dar.

Aus DE 10 2004 035 089 A1 ist ein Bremssystem mit Rückrollsicherung für elektro- hybrid angetriebene Fahrzeuge bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines Fahrers beim Halten mit einem Fahrrad an einer Steigung zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum automatisierten Verhindern eines Zurückrollens eines Fahrrads an einer Steigung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 , eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 4, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen nach Anspruch 6, ein computerlesbares Medium mit den Merkmalen nach Anspruch 7, und durch ein Fahrrad mit den Merkmalen nach Anspruch 8. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.

Bei Verfahren zum automatisierten Verhindern eines Zurückrollens eines Fahrrads an einer Steigung, wobei das Fahrrad eine Tretkurbeleinheit und ein elektrisches Antriebssystem mit wenigstens einem E-Motor aufweist, werden zuerst ein aktueller Neigungswinkel und eine aktuelle Abtriebsdrehzahl des Fahrrads ermittelt. Der aktuelle Neigungswinkel wird mit einem Neigungswinkel-Schwellenwert verglichen. Die aktuelle Abtriebsdrehzahl wird mit einem Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert verglichen. Bei Überschreiten des Neigungswinkel-Schwellenwerts durch den aktuellen Neigungswinkel und bei Überschreiten des Abtriebsdrehzahl-Schwellenwerts durch die aktuelle Abtriebsdrezahl wird ein Motormoment des wenigstens einen E-Motors so lange erhöht, bis ein Haltemoment erreicht ist.

Unter dem Begriff Fahrrad sind hierbei sämtliche Fahrzeuge zu verstehen, welche sowohl einen elektrischen (Hilfs-)Antrieb als auch einen muskelkraftbetriebenen Antrieb aufweisen, wobei das Fahrrad entweder rein durch Muskelkraft oder rein elektrisch oder im Hybridbetrieb sowohl durch Muskelkraft als auch elektrisch angetrieben werden kann. In jedem Fall weist das Fahrrad eine Tretkurbeleinheit und eine elektrisches Antriebssystem mit wenigstens einem E-Motor auf. Das Fahrrad kann zudem ein Fahrradgetriebe umfassen, bei dem es sich beispielsweise um ein Mehrganggetriebe in Planetenbauweise oder um ein CVT-Getriebe o.ä. handeln kann. Das Fahrradgetriebe kann dann mit dem elektrischen Antriebssystem wirkverbunden sein. Zudem kann das Fahrradgetriebe mit der Tretkurbeleinheit wirkverbunden sein. Das Fahrradgetriebe kann als Tretlagergetriebe oder als Nabengetriebe ausgebildet sein. Das Fahrrad kann hierbei beispielsweise ausgeformt sein als E-Bike, (S-)Pede- lec, eMTB, Cargobike, Velomobil oder als anderes geeignetes Fahrzeug der Mikromobilität.

Das Verfahren kann im Fährbetrieb des Fahrrads entweder vom Fahrer des Fahrrads aktiviert werden, wenn dieser eine Unterstützung beim Halten mit dem Fahrrad an einer Steigung wünscht, oder das Verfahren kann permanent aktiv sein, so dass dieses bei jedem Halten mit dem Fahrrad an einer Steigung automatisch durchgeführt wird. Das Verfahren kann außerdem vom Fahrer deaktiviert werden, wenn dieser keine Unterstützung mehr wünscht.

In einem ersten Schritt des Verfahrens werden der aktuelle Neigungswinkel und die aktuelle Abtriebsdrehzahl des Fahrrads ermittelt. Der Neigungswinkel des Fahrrads ist dabei ein Maß für die Stärke der Steigung einer Fahrstrecke des Fahrrads. Der Neigungswinkel wird sensorisch ermittelt, beispielsweise mit einem fahrradeigenen Neigungswinkelsensor oder mit einem Sensor der Teil einer externen Einheit, beispielsweise eines mobilen Endgeräts wie Smartphone, Smartwatch, Fitnesstracker o.ä., ist. Im selben Schritt wird die aktuelle Abtriebsdrehzahl ermittelt. Die Abtriebsdrehzahl ist dabei ein Maß dafür, ob und wie sehr ein Zurückrollen des Fahrrads vorliegt. Die Abtriebsdrehzahl kann beispielsweise an einem nicht angetriebenen Rad des Fahrrads abgegriffen werden. Alternativ kann die Abtriebsdrehzahl an einem angetriebenen Rad des Fahrrads abgegriffen werden. Die Abtriebsdrehzahl wird sensorisch ermittelt, beispielsweise mit einem fahrradeigenen Drehzahlsensor. Alternativ kann die Abtriebsdrehzahl mittels eines Rechenmodells aus anderen sensorisch erfassten Werten ermittelt werden.

Die Sensordaten werden an eine Steuereinrichtung, die das Fahrrad aufweist, übermittelt. Zu diesem Zweck ist die Steuereinrichtung mit den entsprechenden Sensoren signalwirksam verbunden. Eine signalwirksame Verbindung ist dergestalt, dass ein Daten- und Signalaustausch zwischen den Verbindungspartnern möglich ist. Zu diesem Zweck weist jeder Verbindungspartner eine entsprechende Schnittstelle auf. Die Daten- und Signalübertragung kann entweder kabelgebunden oder drahtlos erfolgen. Die Steuereinrichtung und auch die entsprechenden Sensoren weisen daher Schnittstellen auf, die eine derartige Verbindung ermöglichen. Wenn die Sensordaten der externen Einheit genutzt werden sollen, findet ein Daten- und Signalaustausch zwischen der externen Einheit und der Steuereinrichtung des Fahrrads statt, beispielsweise über eine Funkverbindung oder mittels kabelgebundener Kommunikation.

In einem darauffolgenden zweiten Schritt wird der aktuelle Neigungswinkel mit dem Neigungswinkel-Schwellenwert verglichen. Dadurch wird festgestellt, ob sich das Fahrrad an einer starken oder einer moderaten Steigung oder an einem Gefälle befindet. Hierbei ist der Neigungswinkel-Schwellenwert in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung des Fahrrads hinterlegt. Der Neigungswinkel-Schwellenwert ist vorzugsweise werksseitig hinterlegt. Beispielsweise kann der Neigungswinkel- Schwellenwert 2°, 5°, 10°, 15° oder sogar mehr als 15° betragen.

Der Begriff „Schwelle“ oder „Schwellenwert“ bezeichnet hierbei keinen globalen Grenzwert, der physikalisch nicht über- oder unterschritten werden kann. Es handelt sich vielmehr um einen von einem Nutzer festgelegten, bestimmten Wert. Sämtliche Wertangaben sind inklusive Toleranzen zu verstehen. Überschreitet der aktuelle Neigungswinkel den Neigungswinkel-Schwellenwert, wird das Verfahren weitergeführt. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren beendet. Das Verfahren wird daher nur bei Steigungen eingesetzt, die eine gewisse Stärke aufweisen, die durch den Neigungswinkel-Schwellenwert festgelegt ist.

In einem dritten Schritt des Verfahrens, der auf den zweiten Schritt folgt, wird die aktuelle Abtriebsdrehzahl mit dem Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert verglichen. Dadurch wird festgestellt, ob das Fahrrad zurückrollt, also eine Bewegung entgegen der Fahrtrichtung durchführt. Hierbei ist der Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert in der Speichereinrichtung der Steuereinrichtung des Fahrrads hinterlegt. Der Abtriebsdrehzahl- Schwellenwert vorzugsweise werksseitig hinterlegt. Überschreitet die aktuelle Abtriebsdrehzahl den Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert, wird das Verfahren weitergeführt. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren beendet.

Abschließend wird bei Überschreiten des Neigungswinkel-Schwellenwerts durch den aktuellen Neigungswinkel und bei Überschreiten des Abtriebsdrehzahl-Schwellenwerts durch die aktuelle Abtriebsdrezahl das Motormoment des wenigstens einen E- Motors so lange erhöht, bis ein Haltemoment erreicht ist. In anderen Worten wird automatisiert so lange die Motorleistung erhöht, bis sich das Zurückrollen einstellt. Somit wird der Fahrer des Fahrrads unterstützt, der an der Steigung gar nicht oder zu spät bremst. Beim Zurückrollen im steilen Gelände ist das ein wesentliches Sicherheitsplus für den Fahrer des Fahrrads.

Nach einer weiterbildenden Ausführungsform wird zusätzlich ein aktuelles Kurbelmoment des Fahrrads ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit dem Ermitteln des aktuellen Neigungswinkels und der aktuellen Abtriebsdrehzahl. Das Kurbelmoment wird sensorisch ermittelt und an die Steuereinrichtung des Fahrrads übermittelt. Das Kurbelmoment ist ein Maß für die vom Fahrer aufgebrachte Muskelkraft, die er über die Pedale an die Tretkurbeleinheit überträgt.

Anschließend wird das aktuelle Kurbelmoment in einem vierten Schritt des Verfahrens der auf den dritten Schritt folgt, verglichen wird mit dem Haltemoment. Bei Unterschreiten des Haltemoments durch das aktuelle Kurbelmoment wird das Motormoment des wenigstens einen E-Motors so lange erhöht wird, bis ein Haltemoment erreicht ist. Es wird somit eine zusätzliche Überprüfung durchgeführt, wobei das Ergebnis des Verfahrens dasselbe bleibt. Bei Überschreiten oder Erreichen des Haltemoments durch das aktuelle Kurbelmoment wird das Verfahren beendet. In diesem Fall bringt der Fahrer genug Muskelkraft auf, um mit dem Fahrrad nicht zurückzurollen.

Nach einer weiterbildenden Ausführungsform wird das Motormoment in Abhängigkeit von der aktuellen Abtriebsdrehzahl und in Abhängigkeit von dem aktuellen Neigungswinkel permanent geregelt. In anderen Worten erfolgt ein permanentes Vergleichen der aktuellen Abtriebsdrehzahl mit dem Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert und ein permanentes Vergleichen des aktuellen Neigungswinkels mit dem Neigungswinkel- Schwellenwert, so dass das Verfahren permanent aktiv ist.

Eine Steuereinrichtung für ein Fahrrad ist mit einem elektrischen Antriebssystem des Fahrrads signalwirksam verbindbar, und die Steuereinrichtung umfasst Mittel zur Ausführung des Verfahrens, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben worden ist. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise als Domain-ECU oder als ECU ausgeführt sein.

Wenn die Steuereinrichtung in einem Fahrrad verwendet wird, ist diese mit dem elektrischen Antriebssystem, genauer mit der Aktuatorik des elektrischen Antriebssystems, signalwirksam verbunden, so dass die Steuereinrichtung die Aktuatorik ansteuern kann. Die Steuereinrichtung kann daher Anheben der Motorleistung und somit ein Anheben des Motormoments anfordern. Weiterhin kann die Steuereinrichtung abgreifen, welches Moment gerade vorliegt.

Wenn die Steuereinrichtung in einem Fahrrad verwendet wird, ist diese zusätzlich mit wenigstens einem Sensor signalwirksam verbunden. Die Steuereinrichtung erhält von den Sensoren beispielsweise Daten zum aktuellen Neigungswinkel oder zum aktuellen Abtriebsmoment oder ggf. zum aktuellen Kurbelmoment. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung mit einem Drehmomentsensor, mit einem Neigungswinkelsensor und/oder mit einem mobilen Endgerät signalwirksam verbunden sein. Wenn die Steuereinrichtung mit dem mobilen Endgerät verbunden ist, kann dieses Daten- und Signale des mobilen Endgeräts erhalten, die die Sensoren, die im mobilen Endgerät vorhanden sind, erfassen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung die Neigungswinkeldaten, die Geschwindigkeitsdaten, die GPS-Daten o. ä. des mobilen Endgeräts nutzen.

Ein Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch die bereits beschriebene Steuereinrichtung diese veranlassen, das bereits beschriebene Verfahren auszuführen.

Ein computerlesbares Medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung durch die bereits beschriebene Steuereinrichtung diese veranlassen, das bereits beschriebene Verfahren auszuführen. Das computerlesbare Medium kann beispielsweise als Datenträger verkörpert sein oder als herunterladbarer Datenstrom.

Das Fahrrad weist das elektrische Antriebssystem und die bereits beschriebene Steuereinrichtung auf, wobei das elektrisches Antriebssystem mit der Steuereinrichtung signalwirksam verbunden ist. Die Steuereinrichtung kann somit die Aktuatorik des elektrischen Antriebssystems ansteuern, so dass ein Erhöhen des Motormoments angefordert werden kann. Das Fahrrad kann daher das Verfahren zum automatisierten Verhindern eines Zurückrollens des Fahrrads an einer Steigung ausführen, das bereits beschrieben worden ist.

Das Fahrrad weist zusätzlich die Tretkurbeleinheit auf. Das elektrische Antriebssystem weist wenigstens einen E-Motor und einen elektrischen Energiespeicher auf.

Das Fahrrad weist außerdem das Fahrradgetriebe auf. Sowohl die Tretkurbeleinheit als auch das elektrische Antriebssystem sind mit dem Fahrradgetriebe verbunden. Zudem weist das Fahrrad mehrere Sensoren auf, die mit der Steuereinrichtung signalwirksam verbunden sind, z. B. Drehmomentsensoren, Neigungswinkelsensoren, und/oder ein mobiles Endgerät. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrrads nach einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs für die Fahrsituation aus Fig. 1 .

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrrads 1 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrrad 1 ist als E-Bike oder Pedelec oder insbesondere als eMTB ausgebildet. Das Fahrrad 1 weist eine Tretkurbeleinheit 6 auf, von welcher zur besseren Übersichtlichkeit nur ein Pedal 4 dargestellt ist. Weiterhin weist das Fahrrad 1 ein elektrisches Antriebssystem 3 auf, dessen E-Motor beispielsweise im Bereich des Tretlagers angeordnet sein kann. Das elektrische Antriebssystem 3 weist einen elektrischen Energiespeicher 5 auf, der mit dem E-Motor verbunden ist. Der Energiespeicher 5 kann den E-Motor mit elektrischer Energie versorgen (Motorbetrieb) oder kann mittels des E-Motors mit elektrischer Energie versorgt werden (Generatorbetrieb).

Das Fahrrad 1 weist zudem ein Fahrradgetriebe 2 auf. Das Fahrradgetriebe 2 ist als Tretlagergetriebe ausgeformt. Das Fahrradgetriebe 2 ist mit dem elektrischen Antriebssystem 3 und mit dem Tretkurbeleinheit 6 wirkverbunden. Das Fahrrad 1 kann daher entweder rein mit Muskelkraft oder rein elektrisch oder sowohl mit Muskelkraft als auch elektrisch angetrieben werden.

Das Fahrrad 1 weist eine Steuereinrichtung 20 auf, die mit dem elektrischen Antriebssystem 3, genauer mit der Aktuatorik des elektrischen Antriebssystems 3 signalwirksam verbunden ist. Die Steuereinrichtung 20 kann daher das elektrische Antriebssystem 3 ansteuern.

Zudem weist das Fahrrad 1 mehrere Sensoren auf, die mit der Steuereinrichtung 20 signalwirksam verbunden sind. Das Fahrrad 1 weist einen Neigungswinkelsensor 21 auf, der dazu eingerichtet ist, den aktuellen Neigungswinkel des Fahrrads 1 zu ermitteln. Diesen Wert übermittelt der Neigungswinkelsensor 21 an die Steuereinrichtung 20, so dass ausgehend von den Neigungswinkelwerten ermittelt werden kann, ob das Fahrrad 1 sich an einer starken Steigung 7 befindet.

Das Fahrrad 1 weist einen Drehzahlsensor 22 auf, der dazu eingerichtet ist, die aktuelle Abtriebsdrehzahl des Fahrrads 1 zu ermitteln. Diesen Wert übermittelt der Drehzahlsensor 22 an die Steuereinrichtung 20. So kann festgestellt werden, ob das Fahrrad 1 aufgrund der Steigung 7 entgegen der Fahrtrichtung, die durch den Blockpfeil dargestellt ist, zurückrollt.

Das Fahrrad 1 kann einen Kurbelmomentsensor 23 aufweisen, der dazu eingerichtet ist, das aktuelle Kurbelmoment des Fahrrads 1 zu ermitteln. Diesen Wert übermittelt der Kurbelmomentsensor 23 an die Steuereinrichtung 20.

Ausgehend von den sensorisch ermittelten Werten kann ein zum automatisierten Verhindern eines Zurückrollens des Fahrrads 1 an der Steigung 7 durchgeführt werden, wie in dem Verfahrensfließbild der Fig. 2 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs für die Fahrsituation aus Fig. 1. In dem Verfahrensfließbild des Verfahrens 100 zum automatisierten Verhindern eines Zurückrollens des Fahrrads an der Steigung stellt ein X den Abbruch des Verfahrens 100 dar.

In einem ersten Schritt 1 10 des Verfahrens 100 werden ein aktueller Neigungswinkel a und eine aktuelle Abtriebsdrehzahl nab des Fahrrads ermittelt. Es kann zusätzlich ein aktuelles Kurbelmoment k des Fahrrads ermittelt werden.

In einem darauffolgenden zweiten Schritt 120 des Verfahrens wird der aktuelle Neigungswinkel a mit einem Neigungswinkel-Schwellenwert alim verglichen. Ist der aktuelle Neigungswinkel a kleiner als der Neigungswinkel-Schwellenwert alim, wird das Verfahren 100 abgebrochen, da dann keine ausreichend starke Steigung vorliegt, die das Durchführen des Verfahrens 100 notwendig machen würde. Ist der aktuelle Neigungswinkel a größer als der Neigungswinkel-Schwellenwert alim, wird das Verfahren 100 weitergeführt.

In einem darauffolgenden dritten Schritt 130 des Verfahrens wird die aktuelle Abtriebsdrehzahl nab mit einem Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert nablim verglichen. Ist die aktuelle Abtriebsdrehzahl nab kleiner als der Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert nablim, wird das Verfahren 100 abgebrochen, da dann kein Zurückrollen vorliegt, das das Durchführen des Verfahrens 100 notwendig machen würde. Ist die aktuelle Abtriebsdrehzahl nab größer als der Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert nablim, wird das Verfahren 100 weitergeführt.

Der darauffolgend dargestellte vierte Schritt 140 ist optional und dient der weiteren Erhöhung der Sicherheit des Fahrers. In diesem optionalen vierten Schritt 140 des Verfahrens 100 wird das aktuelle Kurbelmoment k verglichen wird mit dem Haltemoment h, wobei das Haltemoment ein Wert des E-Motors des Fahrrads ist. Ist das aktuelle Kurbelmoment k größer als das Haltemoment h, wird das Verfahren 100 abgebrochen, da der Fahrer des Fahrrads die nötige Muskelkraft aufbringt, um das Fahrrad am Zurückrollen zu hindern. Unterschreitet das aktuelle Kurbelmoment k das Haltemoment h wird das Verfahren 100 weitergeführt.

In einem letzten Schritt 150 des Verfahrens 100 wird das Motormoment m des wenigstens einen E-Motors so lange erhöht, bis ein Haltemoment h erreicht ist. Dadurch wird das Zurückrollen des Fahrrads an der Steigung effektiv verhindert und die Sicherheit erhöht. Der letzte Schritt 150 kann sich an den dritten Schritt 130 anschließen, wenn der optionale vierte Schritt 140 entfällt, ansonsten schließt sich der letzte Schritt 150 an den vierten Schritt 140 an. Bezuqszeichen

1 Fahrrad

2 Fahrradgetriebe

3 elektrisches Antriebssystem

4 Pedal

5 Energiespeicher

6 Tretkurbeleinheit

7 Steigung

20 Steuereinrichtung

21 Neigungswinkel-Sensor

22 Drehzahlsensor

23 Kurbelmoment-Sensor

100 Verfahren

110 erster Schritt

120 zweiter Schritt

130 dritter Schritt

140 vierter Schritt

150 letzter Schritt a aktueller Neigungswinkel alim Neigungswinkel-Schwellenwert nab aktuelle Abtriebsdrehzahl nablim Abtriebsdrehzahl-Schwellenwert k aktuelles Kurbelmoment h Haltemoment m Motormoment

X Abbruch des Verfahrens