Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltvorgangs, wobei die Belastung der Schaltkomponenten reduziert wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein zugehöriges Fahrrad mit einer zugehörigen Steuereinrichtung.

Stand der Technik

Im Stand der Technik sind Fahrräder, sowie elektrische Fahrräder mit Kettenschaltungen, Nabenschaltungen und Tretlagerschaltungen bekannt. Diese können sowohl manuell, als auch elektrisch beispielsweise mittels Funk oder Kabel aktuiert, das heißt der Schaltvorgang ausgelöst, werden.

Bei bekannten Schaltungen aus dem Stand der Technik tritt das Problem auf, dass bei einem Schalten unter Last eine erhöhte Belastung der Schaltungskomponenten auftritt, sowie für den Benutzer unangenehme Geräusche auftreten können. Bei einem Schalten unter Last ist hierbei ein Schalten zu verstehen, während der Fahrer des Fahrrads eine erhöhte Kraft auf die Pedale und somit auf das Tretlager und die hiermit verbundene oder in dieses integrierte Schaltung aufbringt.

Diese Problematik tritt sowohl bei manuellen Schaltungen, als auch bei elektrisch aktu- ierten Schaltungen auf. Die elektrisch aktuierten Schaltungen können hierbei entweder basierend auf einem Benutzerwunsch, welcher von einer Eingabeeinrichtung des Fahrrads betätigt wird, als auch basierend auf einer Automatik, welche den Gangwechsel steuert, ausgelöst werden.

Eine Automatik kann hierbei beispielsweise derart ausgebildet sein, dass eine vorbestimmte Kadenz beibehalten wird, und entsprechende Schaltvorgänge bei Abweichung von dieser Kadenz ausgelöst werden. Darstellung der Erfindung

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Steuerverfahren für das Steuern eines Schaltvorganges eines Fahrrads bereitzustellen, welches eine reduzierte Belastung der Komponenten aufweist.

Ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung eines Schaltvorgangs einer elektrischen Schaltung eines Fahrrads gemäß der vorliegenden Erfindung soll im Folgenden dargestellt werden.

Unter einer elektrischen Schaltung ist hierbei eine Schaltung zu verstehen, bei welcher die Aktuierung und somit das Auslösen der Schaltung zumindest teilweise elektrisch erfolgt. Entsprechend erfolgt die Aktuierung durch elektrische Impulse. Hiermit wird beispielsweise ein Schaltwerk oder ein Umwerfer betätigt. Die Aktuierung kann hierbei automatisch basierend auf einer Gangautomatik oder basierend auf einer Benutzeranforderung mittels einer Eingabeeinrichtung, bspw. einem Hebel, erfolgen. Bei dem Fahrrad kann es sich sowohl um ein rein mittels Muskelkraft betriebenes Fahrrad, als auch um ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad, bspw. ein Pedelec oder E- Bike, handeln. Letzteres weist hierbei einen Motor bzw. eine Elektromaschine auf, welche mittels einer Batterie mit Leistung versorgt wird. Diese Batterie kann hierbei auch der Versorgung der elektrischen Schaltung dienen. Unter einer Batterie ist hierbei auch ein Akkumulator zu verstehen.

Im ersten Schritt des genannten Verfahrens wird zunächst ein Schaltwunschsignal empfangen. Dieses Schaltwunschsignal kann hierbei beispielsweise von einem Benutzer empfangen werden, welcher mittels einer Benutzereingabe an eine Benutzereingabeeinrichtung, beispielsweise einen Schalthebel, seinen Schaltwunsch äußert. Auch kann das Schaltwunschsignal von einer Gangautomatik empfangen werden, welche die Schaltung automatisch beispielsweise basierend auf der Kadenz steuert. Ein Empfangen ist hierbei einerseits als Empfangen eines elektrischen Signals jedoch auch als ein Auslesen eines entsprechenden Indikators aus einem Speicher zu verstehen.

Sodann erfolgt die Bestimmung der Tretkurbelstellung einer Tretkurbel des Fahrrads. Diese Bestimmung kann basierend auf einem Empfang eines Signals von einem entsprechenden Sensor, beispielsweise einem Tretkurbelsensor, erfolgen. Die Tretkurbelstellung kann jedoch auch aus einem anderen Sensor, wie beispielsweise einem im Tretlager verbauten Sensor und einer Ableitung einer Kurbelstellung aus diesem Sensorwert erfolgen.

Sodann erfolgt im dritten Schritt des Verfahrens die Aktuierung der Schaltung in Abhängigkeit von der bestimmten Tretkurbelstellung. Dies kann durch die Ausgabe eines Ansteuersignals an die elektrische Schaltung des Fahrrads erfolgen. Entsprechend erfolgt die Aktuierung basierend auf dem empfangenen Schaltwunsch und der Tretkurbelstellung derart, dass eine Auslösung bzw. eine Aktuierung der Schaltung mit einer gewissen Verzögerung erfolgt, im Gegensatz zu einer direkten Aktuierung beim Empfang eines Schaltwunschsignals.

Durch die Berücksichtigung der Tretkurbelstellung ist es somit möglich, den Schaltvorgang in einen Zeitpunkt zu verlegen, welcher für die entsprechende verwendete Schaltung optimal ist. Entsprechend kann beispielsweise die Belastung der Komponenten der Schaltung oder auch die Geräuschausbildung reduziert werden.

Hierbei kann beispielsweise eine Aktuierung derart erfolgen, dass der Schaltvorgang zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei welchem die Kraftaufbringung von Kraft auf die Pedale durch den Fahrer minimal ist, das heißt, wenn sich die Pedale in einer vertikalen Stellung und damit in einem Totpunkt befinden.

Entsprechend kann nach einer Ausführungsform die Aktuierung in Abhängigkeit einer Differenz zwischen der bestimmten Drehkurbelstellung und einer Tretkurbelstellung mit minimalem Pedalmoment erfolgen. Hierbei kann einerseits eine Differenz von null angestrebt werden, das heißt die Tretkurbelstellung befindet sich bereits im Totpunkt, das heißt im Punkt eines minimalen Pedalmoments, andererseits kann eine Aktuierung auch versetzt erfolgen, das heißt die Differenz ist bspw. vordefiniert, jedoch ungleich null. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn eine Schaltzeit, das heißt eine Zeit zwischen einer Aktuierung und einer Durchführung des Schaltvorgangs oder einer Durchführung eines bestimmten Abschnitt des Schaltvorgangs vorbekannt ist, und entsprechend der Schaltvorgang oder ein bestimmter Abschnitt des Schaltvorgangs in den Zeitpunkten des minimalen Pedalmoments gelegt werden soll, um die Belastung der Schaltung weiter zu reduzieren.

Wie oben bereits ausgeführt, kann in einer Ausführungsform das Schaltwunschsignal entweder basierend auf einem Steuersignal zum automatischen Gangwechsel oder basierend auf einem von einer Eingabeeinrichtung empfangenen Schaltwunsch eines Benutzers bestimmt werden. Das Steuersignal zum automatischen Gangwechsel wird hierbei beispielsweise von einer Gangautomatik ausgegeben und beispielsweise in Abhängigkeit einer vordefinierten oder vom Benutzer festgelegten Kadenz bestimmt. Eine entsprechende Eingabeeinrichtung kann andererseits zur Eingabe eines Schaltwunsches eines Benutzers genutzt werden, wobei diese beispielsweise als Schalthebel am Vorbau des Fahrrads ausgebildet sein kann.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Aktuierens der Schaltung ferner basierend auf der Pedalkadenz, einer Pedalbeschleunigung und/oder einer vorbestimmten Schaltzeit der Schaltung bestimmt werden.

Wie oben hierzu bereits ausgeführt, ist es durch die Berücksichtigung der Pedalbeschleunigung, der Pedalkadenz und/oder einer vorbekannten Schaltzeit möglich, zu bestimmen, zu welchem Zeitpunkt, das heißt bei welcher Tretkurbelstellung, eine Schaltung ausgelöst werden muss, damit der Schaltvorgang oder auch ein bestimmter Abschnitt des Schaltvorgangs zum Zeitpunkt einer minimalen Kraftaufbringung auf die Pedale ausgelöst wird. Ist beispielsweise bekannt, dass bei der aktuellen Pedalkadenz eine Umdrehung 300 Millisekunden andauert und ist ebenso bekannt, dass nach einer Aktuierung der Schaltung der Abschnitt des Schaltvorgangs, welcher in den Totpunkt gelegt werden soll, 250 Millisekunden dauert, so kann hieraus bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt und damit bei welcher Tretkurbelstellung eine Aktuierung erfolgen muss.

Demzufolge ist es hierzu vorteilhaft, auch die Pedalkadenz, eine Pedalbeschleunigung und/oder eine vorbekannte Schaltzeit der Schaltung in die Bestimmung einfließen zu lassen. In einer Ausführungsform kann es gewünscht sein, eine derartige oben beschriebene Verzögerung der Aktuierung lediglich dann anzuwenden, wenn die derzeitige Pedalkadenz, das heißt die Drehzahl der Pedaleinrichtung, in einem bestimmten Bereich liegt, da bei einer sehr geringen Kadenz ein direktes Auslösen bevorzugt sein kann, damit keine Verzögerung zwischen der Schaltungsanforderung und der Auslösung/Aktuierung festgestellt wird, und bei einer sehr hohen Kadenz ebenso ein direktes Auslösen zu bevorzugen ist, da die gewünschte Reproduzierbarkeit schwerer eingestellt werden kann. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass die Aktuierung in Abhängigkeit der bestimmten Tretkurbelstellung nur erfolgt, wenn die Pedalkadenz über einem ersten Schwellwert und/oder unter einem zweiten Schwellwert liegt, wobei der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert ist, und andernfalls eine direkte Aktuierung, das heißt eine Aktuierung ohne Verzögerung, erfolgt.

Ebenso kann in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass eine Aktuierung in Abhängigkeit der bestimmten Tretkurbelstellung nur dann erfolgt, wenn ein vordefinierter Fahrmodus ausgewählt ist, und andernfalls eine direkte Aktuierung, das heißt eine Aktuierung ohne Verzögerung, erfolgt. Entsprechend kann beispielsweise ein Fahrmodus vorgesehen sein, in welchem immer direkt geschaltet wird, und ein anderer Fahrmodus vorgesehen sein, bei welchem eine Verzögerung akzeptabel ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Schritte, dass ein Aktuierungspunkt basierend auf der Pedalkadenz und/oder der Pedalbeschleunigung sowie der Schaltzeit bestimmt wird. Der Schritt des Aktuierens wird sodann zum bestimmten Aktuierungspunkt ausgeführt.

Zu den Vorteilen des Einbeziehens der Pedalkadenz, der Pedalbeschleunigung und der Schaltzeit sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Ein Aktuierungspunkt kann entweder ein Zeitpunkt oder auch beispielsweise eine bestimmte Tretkurbelstellung sein.

Entsprechend kann nach einer weiteren Ausführungsform mittels der Aktuierung eine vorbestimmte Schaltphase der Schaltung zum Zeitpunkt des minimalen Pedalmoments, d.h. bei vertikaler Tretkurbelstellung, erfolgen. Weist der Schaltvorgang beispielsweise mehrere Phasen auf, wobei eine der Schaltphasen aufgrund der Belastung der Schaltung vorteilhafterweise in den Totpunkt gelegt werden sollte, so kann genau jene Schaltphase entsprechend gelegt und platziert werden, um die Belastung der Schaltung weiter zu reduzieren. Bei einer derartigen Schaltphase kann es sich bspw. um den Zeitpunkt handeln, zu welchem ein Einrasten einer Klinke ein Schaltung stattfindet, welches eine starke Belastung auf die Schaltung und eine starke akustische Belastung hervorrufen kann.

In einer Ausführungsform kann die vorgenannte Tretkurbelstellung mit minimalem Pedalmoment eine vertikale Stellung der Tretkurbel sein. Anders ausgedrückt handelt es sich hierbei um den vorgenannten Totpunkt oder auch um eine Pedalstellung, bei welcher die Kraftaufbringung durch den Benutzer des Fahrrads minimal ist.

Die oben genannten Verfahrensschritte sind nicht auf die dargestellte Reihenfolge beschränkt zu verstehen, sondern können auch, falls technisch möglich, in anderer Reihenfolge ausgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung umfasst ferner zusätzlich ein Fahrrad mit einer elektrischen Schaltung, wobei das Fahrrad ferner eine Steuereinrichtung umfasst, welche zur Ausführung eines Verfahrens nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen ausgebildet ist.

Wie vorausgehend dargestellt, kann es sich bei dem Fahrrad einerseits um ein rein mit Muskelkraft betriebenes Fahrrad handeln, jedoch auch um ein elektrisches Fahrrad, welches einen Motor und eine Batterie zur Unterstützung des Vortriebs des Fahrrads umfasst. Zur Definition der elektrischen Schaltung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Eine Steuereinrichtung kann hierbei beispielsweise ein Mikroprozessor sein, welcher extern oder in einem der anderen hier aufgeführten Komponenten ausgebildet ist. Auch kann die Steuereinrichtung als Softwarekomponente in einer bereits vorhandenen Software ausgebildet sein, welche auf einem bereits vorhandenen Mikroprozessor oder Berechnungseinheit ausgeführt wird. Auch eine Verteilung der Funktionalitäten der Steuereinrichtung auf mehrere Mikroprozessoren kann hierbei vorgesehen sein. Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt ein Verfahren gemäß der Erfindung.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrrads gemäß der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführunqsformen

Mit Bezug auf Figur 1 soll zunächst ein beispielhaftes Verfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Hierbei wird bereits Bezug auf die in Figur 2 gezeigte schematische Darstellung der Vorrichtung genommen.

Zunächst wird in Schritt S1 in Figur 1 an der Steuereinrichtung 302 in Figur 2 ein Schaltwunschsignal, welches einen Schaltwunsch des Benutzers oder der Automatikschaltung bzw. Gangautomatik darstellt, empfangen. Dieses kann entweder von der in Figur 2 dargestellten Eingabeeinrichtung 303 des Fahrrads 301 empfangen werden, wenn diese von einem Benutzer betätigt wird. Mittels eines elektrischen Signals wird dieser Schaltwunsch sodann an die Steuereinrichtung 303 übertragen und dort empfangen. Alternativ kann ein derartiger Schaltwunsch von der Gangautomatik 304 in Figur 2 übertragen und an der Steuereinrichtung 302 in Figur 2 empfangen werden.

Daraufhin wird, basierend auf den von der Sensoreinrichtung 305 in Figur 2 empfangenen Sensordaten, die Tretkurbelstellung 310 des Fahrrads durch die Steuereinrichtung 302 bestimmt, Schritt 2 in Figur 1 .

Sodann erfolgt in der vorliegenden bespielhaften Ausführungsform in Schritt S3 eine Bestimmung eines Aktuierungspunkts basierend auf der Pedalkadenz, der Pedalbeschleunigung sowie der Schaltzeit. Auch die Pedalkadenz und die Pedalbeschleunigung können mittels der von der Sensoreinheit 305 empfangenen Daten durch die Steuereinrichtung 302 bestimmt werden. Hierbei wird in der vorliegenden Ausführungsform der Aktuierungspunkt derart gewählt, dass ein bestimmter Abschnitt des Schaltvorgangs zum Zeitpunkt der vertikalen Ausrichtung der Tretkurbeln ausgeführt wird. Entsprechend wird hierzu eine vorbestimmte und für die elektrische Schaltung vorbekannte Schaltzeit zwischen der Auslösung bzw. Aktuierung, und der Ausführung des jeweiligen Abschnitts des Schaltvorgangs bekannten Zeit berücksichtigt.

Sodann wird in Schritt 4 in Figur 1 die Aktuierung der Schaltung zu diesem derart bestimmten Aktuierungspunkt ausgeführt, indem die elektronische Schaltung 306 des Fahrrads 301 in Figur 2 mittels eines elektrischen Signals angesteuert wird.

Die elektrische Schaltung führt daraufhin den entsprechenden Schaltvorgang aus, wobei durch die getroffene Wahl des Aktuierungspunkts die vorbestimmte Schaltphase der Schaltung zum Zeitpunkt des minimalen Pedalmoments ausgeführt und somit die Belastung der Fahrradkomponenten reduziert wird.

Bezuqszeichen

Schritt S1 Empfangen des Schaltwunschs

Schritt S2 Bestimmen der Tretkurbelstellung

Schritt S3 Bestimmen des Aktuierungspunkts

Schritt S4 Aktuieren der Schaltung

301 Fahrrad

302 Steuereinrichtung

303 Eingabeeinrichtung

304 Gangautomatik

305 Sensoreinrichtung

306 elektrische Schaltung