Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug, umfassend ein Planetengetriebe, einen Elektromotor und ein Getriebe, sowie ein Steuergerät und ein Leichtfahrzeug.

Aus der DE 10 2021 001 222 A1 ist ein Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug umfassend ein Getriebe und einen Elektromotor bekannt, wobei das Getriebe ein Gruppengetriebe mit einer ersten und einer zweiten Gruppe und eine Welle umfasst, die erste Gruppe ausgebildet ist, ein Eingangsdrehmoment aufzunehmen, die Welle ausgebildet ist, die erste Gruppe und den Elektromotor mit der zweiten Gruppe zu verbinden, so dass die Welle das Eingangsdrehmoment von der ersten Gruppe und das Drehmoment des Elektromotors auf die zweite Gruppe übertragen kann und die zweite Gruppe ausgebildet ist, das von der Welle aufgenommenes Eingangsdrehmoment und ein von der Welle aufgenommenes Drehmoment vom Elektromotor abzugeben.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Leichtfahrzeug umfasst ein Planetengetriebe, einen Elektromotor und ein Getriebe, wobei

- das Planetengetriebe einen Steg mit zumindest zwei Umlaufrädern, ein Hohlrad und ein Sonnenrad umfasst,

- das Planetengetriebe ausgebildet ist, ein Eingangsdrehmoment über den Steg aufzunehmen und über das Sonnenrad abzugeben,

- der Elektromotor mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist und

- das Getriebe ausgebildet ist, das von dem Planetengetriebe und dem Elektromotor abgegebene Summendrehmoment aufzunehmen und als Ausgangsdrehmoment abzugeben.

Dadurch, dass der Elektromotor mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist, ermöglicht die Erfindung, dass der Elektromotor das Eingangsdrehmoment überlagern kann und so das auf das Getriebe wirkende Summendrehmoment einge- stellt werden kann. Auch eine Lastfreiheit des Getriebes ist so möglich. Weiterhin ermöglicht die Erfindung so einen Diebstahlschutz, indem der Elektromotor durch ein Anlegen eines Drehmoments ein Drehen des Getriebes verhindert.

Die Verbindung zwischen Elektromotor und Sonnenrad kann hierbei lösbar ausgeführt sein, so dass beispielsweise ein schaltbarer Freilauf bei einer bestimmten Last oder einer bestimmten Geschwindigkeit des Leichtfahrzeug die Verbindung zwischen Elektromotor und Sonnenrad unterbrechen kann.

Als Leichtfahrzeug werden hier Fahrzeuge wie Fahrräder, Lastenräder oder auch Rikschas verstanden. Sie umfassen in der Regel zwei Räder, können aber auch drei- oder vierrädrig ausgeführt sein.

Als Eingangsdrehmoment wird hier eine Last verstanden, die zum Antreiben des Leichtfahrzeugs aufgebracht wird. Diese wird vorzugsweise durch einen Fahrenden auf einer Pedalwelle des Leichtfahrzeugs bereitgestellt.

Als Summendrehmoment wird hier ein Drehmoment verstanden, das sich aus einem vom Planetengetriebe am Sonnenrad abgegebenes Drehmoment überlagert mit dem Drehmoment des Elektromotors ergibt.

Als Ausgangsdrehmoment wird hier ein Drehmoment verstanden, das am Ausgang des Antriebssystems abgegeben werden kann. Dabei wird das Summendrehmoment, insbesondere bei einem mehrgängigen Getriebe, im Getriebe gewandelt und das gewandelte Drehmoment als Ausgangsdrehmoment ausgegeben. Das Ausgangsdrehmoment wird vorzugsweise zum Antreiben einer Kette oder eines Riemens, die oder der wiederum ein Hinterrad des Leichtfahrzeugs in eine Rotationsbewegung versetzen kann, verwendet.

Vorzugsweise ist das Getriebe mehrgängig ausgeführt und alle Schaltstellen des Getriebes sind, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes in Richtung des Ausgangs des Getriebes, hinter dem Planetengetriebe und dem Elektromotor angeordnet.

Dadurch, dass alle Schaltstellen des Getriebes, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes in Richtung des Ausgangs des Getriebes, hinter dem Planetengetriebe und dem Elektromotor angeordnet sind, ermöglicht die Erfindung, dass das Getriebe vor einer Überlastung geschützt werden kann. Denn der Elektromotor ist dem Getriebe vorgelagert und durch Einstellen des durch den Elektromotor bereitgestellten Drehmoments kann das Summendrehmoment, das von dem Getriebe aufgenommen wird, angepasst werden.

Insbesondere ermöglicht die Erfindung so, dass der Elektromotor ein zum Eingangsdrehmoment umgekehrtes Drehmoment anlegt, wodurch das auf das Getriebe übertragene Drehmoment reduziert wird oder das Getriebe lastfrei gestellt wird. Dadurch werden Gangwechsel in dem als Mehrganggetriebe ausgeführten Getriebe auch bei formschlüssigen Schaltstellen ermöglicht.

Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen dem Sonnenrad und dem Elektromotor zug- und schubfähig ausgeführt.

Dadurch, dass die Verbindung zwischen dem Sonnenrad und dem Elektromotor zug- und schubfähig ausgeführt ist, ermöglicht die Erfindung, dass der Elektromotor ein das Eingangsdrehmoment unterstützendes oder ein dem Eingangsdrehmoment entgegenwirkendes Drehmoment anbringen kann. So kann das Ausgangsdrehmoment erhöht werden oder das Getriebe entlastet werden.

Vorzugsweise ist das Hohlrad über einen Freilauf gegen Verdrehen in eine Drehrichtung gesichert.

Dadurch, dass das Hohlrad über einen Freilauf gegen Verdrehen in einer Drehrichtung gesichert ist, ermöglicht die Erfindung, dass das Eingangsdrehmoment einerseits in einer ersten Drehrichtung über das Sonnenrad vorteilhaft übertragen werden kann und andererseits in der anderen Drehrichtung eine Entkoppelung von Eingangsdrehmoment und Getriebe sowie Elektromotor ermöglicht wird. So kann beispielsweise eine Rückgewinnung von Bremsenergie vorteilhaft realisiert werden, wobei eine Pedal- und/oder Kurbelwelle des Antriebssystems stillstehen kann.

Vorzugsweise umfasst das Antriebssystem eine Schaltvorrichtung, umfasst das Getriebe eine schaltbare Welle, wobei die Schaltvorrichtung ausgebildet ist, die schaltbare Welle zu schalten.

Dadurch, dass das Antriebssystem eine Schaltvorrichtung umfasst, ermöglicht die Erfindung ein vorteilhaftes Verstellen der schaltbaren Welle. Bevorzugt sind die Schaltvorrichtung elektrisch ausgeführt und die schaltbare Welle elektrisch schaltbar ausgeführt. Dadurch können ein Komfort erhöht und ein automatisches Schalten ermöglicht werden. Das erfindungsgemäße Antriebssystem ermöglicht ein automatisches Schalten insbesondere dadurch auf vorteilhafte Weise, dass der Elektromotor das Eingangsdrehmoment überlagern kann und so das auf das Getriebe wirkende Summendrehmoment eingestellt werden kann. Insbesondere eine so einstellbare Lastfreiheit des Getriebes kann vorteilhaft für das automatische Schalten genutzt werden.

Als schaltbare Welle wird hier eine Welle verstanden, die verstellbar ist oder schaltbare Elemente aufweist. Durch Schalten der Welle oder der schaltbaren Elemente kann ein Kraftschluss zwischen der schaltbaren Welle und zumindest einem Zahnrad des Getriebes hergestellt werden. Bevorzugt kann durch Schalten der schaltbaren Welle ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes eingestellt werden.

Das erfindungsgemäße Steuergerät für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem ist ausgebildet und eingerichtet, ein Zieldrehmoment zu bestimmen und den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment zu steuern.

Dadurch, dass das Steuergerät den Elektromotor basierend auf einem bestimmten Zieldrehmoment steuert, ermöglicht die Erfindung, dass ein auf das Getriebe wirkendes Summendrehmoment angepasst werden kann. Das hat den Vorteil, dass das Getriebe beispielsweise lastfrei oder mit einer reduzierten Last betrieben werden kann. Dadurch ermöglicht die Erfindung ein Schalten des Getriebes auch bei formschlüssigen Schaltstellen. Das Anpassen des Summendrehmoments kann aber auch dafür genutzt werden, Grenzdrehmomente des Getriebes einzuhalten, eine Fahrbarkeit zu verbessern, eine Parksperre zu realisieren und/oder ein automatisches Schalten des Getriebes durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Leichtfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Antriebssystem und/oder ein erfindungsgemäßes Steuergerät.

Dadurch, dass das erfindungsgemäße Leichtfahrzeug ein erfindungsgemäßes Antriebssystem und/oder ein erfindungsgemäßes Steuergerät umfasst, ermöglicht die Erfindung auch bei einem anliegendem Eingangsdrehmoment ein lastfreies oder lastreduziertes Schalten. Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems für ein Fahrrad,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems für ein Fahrrad und

Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebssystems für ein Fahrrad.

Figur 1 zeigt ein Antriebssystem 1 für ein Fahrrad. Das Antriebssystem 1 umfasst ein Planetengetriebe 2, einen Elektromotor 3 und ein Getriebe 4. Das hier gezeigte Antriebssystem 1 ist in einem nicht dargestellten Fahrrad als Mittelmotor verbaut.

Das Planetengetriebe 2 umfasst einen Steg 5 mit drei Umlaufrädern 6, ein Hohlrad 7 und ein Sonnenrad 8 und ist ausgebildet, ein Eingangsdrehmoment Mein über den Steg 5 aufzunehmen und über das Sonnenrad 8 abzugeben. Für das Bereitstellen des Eingangsdrehmoments Mein umfasst das Antriebssystem eine Kurbelwelle 9, die mit dem Steg 5 des Planetengetriebes 2 so verbunden ist, dass das Planetengetriebe 2 das Eingangsdrehmoment Mein von der Kurbelwelle 9 über den Steg 5 aufnehmen kann.

Das Hohlrad 7 ist über einen Freilauf 10 gegen Verdrehen in eine Drehrichtung gesichert. Der Freilauf 10 ist hier durch ein Sägezahnprofil 11 am Hohlrad 7 und eine Klinke 12 an einem Gehäuseteil des Antriebssystems 1 umgesetzt.

Der Elektromotor 3 ist mit dem Sonnenrad 8 des Planetengetriebes 2 verbunden. Das, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes 2 in Richtung des Ausgangs des Getriebes 4, hinter dem Planetengetriebe 2 und dem Elektromotor angeordnete Getriebe 4 ist ausgebildet, das von dem Planetengetriebe 2 und dem Elektromotor 3 abgegebene Summendrehmoment aufzunehmen und als Ausgangsdrehmoment Mab abzugeben. Zum Antreiben des Fahrrads umfasst das Antriebssystem 1 hier einen Zahnkranz 13, der das Ausgangsdrehmoment Mab über eine Kette 14 an ein Hinterrad 15 des Fahrrads abgibt. In alternativen Ausführungsbeispielen findet das Antreiben des Hinterrads 15 über einen Riemenantrieb mit einem Riemen und einer Riemenscheibe statt.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Antriebssystems 1. Ein Eingangsdrehmoment eines Fahrenden des Fahrrads wird über die Kurbelwelle 9 an das Getriebe 2 übertragen. Das Eingangsdrehmoment setzt sich dabei aus zwei Drehmomenten (Mein.L, Mein.R) einer in Fahrtrichtung F gesehenen linken und einer in Fahrtrichtung F gesehenen rechten Tretkurbel zusammen.

Da von einem Fahrenden aufgebrachte Drehmomente üblicherweise hohe Werte, die größer 200 Nm betragen können, bei niedrigen Drehzahlen, meist unter 100 U/rnin, aufweisen, umfasst das Antriebssystem 1 am Eingang das Planetengetriebe 2. Das Planetengetriebe 2 ist ausgebildet, das Eingangsdrehmoment zu reduzieren und die Eingangsdrehzahl entsprechend zu erhöhen.

Das Planetengetriebe 2 weist hier ein Übersetzungsverhältnis von etwa 0,3 auf, so dass die Eingangsdrehzahl ungefähr verdreifacht und das Eingangsdrehmoment ungefähr gedrittelt werden. Das so gewandelte Eingangsdrehmoment gibt das Planetengetriebe 2 über das Sonnenrad 8 an eine erste Hohlwelle 21 ab.

Der Elektromotor 3 ist mit dem Sonnenrad 8 über die erste Hohlwelle 21 so verbunden, dass die erste Hohlwelle 21 das Summendrehmoment aus dem Drehmoment des Elektromotors 3 und dem gewandelten Drehmoment des Planetengetriebes 2 aufnehmen kann.

Die Verbindung zwischen dem Sonnenrad 8 und dem Elektromotor 3 ist mit mehreren Stirnrädern 41 ,42,43,44,45 zug- und schubfähig ausgeführt ist. Dies ermöglicht, dass der Elektromotor 3 ein dem Drehmoment des Sonnenrads 8 gleichgerichtetes oder entgegengerichtetes Drehmoment beisteuern kann und so das Summendrehmoment erhöhen oder auch reduzieren kann.

Die Verbindung zwischen dem Sonnenrad 8 und dem Elektromotor 3 ist weiterhin eingängig ausgeführt, das Übersetzungsverhältnis ist also nicht veränderlich, um eine unnötige Komplexität des Antriebssystems zu vermeiden.

Durch die Verbindung des Sonnenrads 8 und des Elektromotors 3 über die Stirnräder 41 ,42,43,44,45 wird das Drehmoment des Elektromotors 3 erhöht und eine Drehzahl verringert. Durch dieses Anpassen von Drehmoment und Drehzahl des Elektromotors 3 wird ein Angleichen an am Sonnenrad anliegenden Drehmoment und Drehzahl erreicht, so das Summendrehmoment vorteilhaft eingestellt werden kann.

Das Getriebe ist 4 mehrgängig ausgeführt und umfasst sechs Schaltstellen 46. Alle Schaltstellen 46 des Getriebes 4 sind, bezogen auf einen Kraftfluss vom Eingang des Planetengetriebes 2 in Richtung des Ausgangs des Getriebes 4, hinter dem Planetengetriebe 2 und dem Elektromotor 3 angeordnet. Dadurch wird ermöglicht, dass durch Anpassen des Drehmoments des Elektromotors 3 alle Schaltstellen 46 des Getriebes 4 lastfrei geschaltet werden können oder ein auf die Schaltstellen 46 wirkendes Drehmoment zumindest soweit reduziert werden kann, dass ein Schalten der Schaltstellen 46 vorteilhaft möglich ist.

Alle Schaltstellen 46 des Getriebes 4 sind zug- und schubfähig ausgeführt, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zahnradpaaren 23,24 und der schaltbaren Welle 53 in beide Lastrichtungen möglich ist. Dadurch kann das Getriebe 4 ein Drehmoment in beide Richtungen übertragen und beispielsweise zusätzlich zum Antreiben des Hinterrads 15 des Fahrrads ein Rekuperieren von Bremsenergie realisieren.

Das Getriebe 4 ist als ein Stirnradgetriebe ausgeführt und umfasst eine erste 51 und eine zweite 52 Gruppe. Das Getriebe 4 umfasst weiterhin eine schaltbare Welle 53, die ausgebildet ist, die erste Gruppe 51 mit der zweiten Gruppe 52 zu verbinden. Die schaltbare Welle 53 umfasst ein erstes 54 und ein zweites 55 Betätigungselement, die in axialer Richtung der schaltbaren Welle 53 bewegbar sind, und so ein Schalten des Getriebes 4 ermöglichen.

Die erste Gruppe 51 ist ausgebildet, das Summendrehmoment vom Sonnenrad 8 und vom Elektromotor 3 über die erste Hohlwelle 21 aufzunehmen. Hierzu weist die erste Gruppe 4 drei Zahnradpaare 23 auf, wobei ein Zahnrad jeden Zahnradpaars 23 mit einer Hohlwelle 21 verbunden ist. Das andere Zahnrad jeden Zahnradpaars 23 ist auf der schaltbaren Welle 53 angeordnet. Eine kraftschlüssige Verbindung besteht zwischen der schaltbaren Welle 53 und einem Zahnradpaar 23 jedoch nur, wenn die schaltbare Welle 53 und ein Zahnradpaar 23 durch das erste Betätigungselement 54 kraftschlüssig verbunden sind. In Figur 2 ist das erste Betätigungselement 54 so geschaltet, dass die schaltbare Welle 53 und das mittlere Zahnradpaar 23 kraftschlüssig verbunden sind. Somit wird das Summendrehmoment über das mittlere Zahnradpaar 23 auf die schaltbare Welle 53 übertragen, da die beiden Zahnräder eines jeden Zahnradpaares 23 miteinander in Eingriff sind. Das in Fahrtrichtung F gesehene linke äußere Zahnradpaar 23 verbindet den Elektromotor 3 mit dem Sonnenrad 8 und überträgt somit das Drehmoment des Elektromotors auf die erste Hohlwelle 21. Das in Fahrtrichtung F gesehene rechte äußere Zahnradpaar 23 dreht hier ohne ein Drehmoment zu übertragen mit, da es von der ersten Hohlwelle 21 angetrieben wird, jedoch mit der schaltbaren Welle 53 nicht kraftschlüssig verbunden ist.

Die zweite Gruppe 52 ist ausgebildet, das von der schaltbaren Welle 53 über das mittlere Zahnradpaar 23 aufgenommene Drehmoment abzugeben. Hierzu umfasst die zweite Gruppe 52 wie die erste Gruppe 51 drei Zahnradpaare 24. Ein Zahnrad jeden Zahnradpaars 24 ist dabei mit einer zweiten Hohlwelle 22 kraftschlüssig verbunden. Das andere Zahnrad eines jeden Zahnradpaares 24 ist auf der schaltbaren Welle 53 angeordnet. Eine kraftschlüssige Verbindung besteht zwischen der schaltbaren Welle 53 und einem Zahnradpaar 24 jedoch nur, wenn die schaltbare Welle 53 und ein Zahnradpaar 24 durch das zweite Betätigungselement 55 kraftschlüssig verbunden sind.

In Figur 2 ist das zweite Betätigungselement 55 so geschaltet, dass die schaltbare Welle 53 und das mittlere Zahnradpaar 24 kraftschlüssig verbunden sind. Somit wird das von der schaltbaren Welle 53 über das mittler Zahnradpaar 23 aufgenommene Drehmoment über das mittlere Zahnradpaar 24 auf die zweite Hohlwelle 22 übertragen, da die beiden Zahnräder eines jeden Zahnradpaares 24 miteinander in Eingriff sind. Die beiden äußeren Zahnradpaare 24 drehen hier ohne ein Drehmoment zu übertragen mit, da sie von der zweiten Hohlwelle 22 angetrieben werden, jedoch mit der schaltbaren Welle 53 nicht kraftschlüssig verbunden sind.

Die erste Gruppe 51 und die zweite Gruppe 52 weisen hier Übersetzungsverhältnisse auf, so dass eine Spreizung beziehungsweise eine Entfaltung von 450% verteilt über neun weitgehend gleichmäßig gestufte Gangstufen erreicht wird. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die erste 51 und die zweite 52 Gruppe je nach Anwendung höhere oder niedrigere Entfaltungen auf.

Durch Schalten der schaltbaren Welle 53, also durch axiales Verschieben des ersten 54 und/oder des zweiten 55 Betätigungselements, kann ein Übersetzungsverhältnis der ersten 51 und/oder der zweiten 52 Gruppe verändert werden, indem unterschiedliche Zahnradpaare 23,24 der ersten 51 und/oder der zweiten 52 Gruppe kraftschlüssig mit der schaltbaren Welle 53 verbunden werden.

Am äußeren Ende der zweiten Hohlwelle 22 ist der Zahnkranz 13 kraftschlüssig angeordnet, der als Abtrieb dient. Hier wird das vom mittleren Zahnradpaar 24 auf die zweite Hohlwelle 22 übertragene Drehmoment als Abtriebsdrehmoment Mab von dem Zahnkranz 13 über die Kette 14 an das Hinterrad 15 des Fahrrads übertragen.

Die erste 21 und die zweite 22 Hohlwelle sind dabei koaxial angeordnet, so dass auch der Drehmomenteingang über die Kurbelwelle 9 am Steg 5 des Planetengetriebes und der Drehmomentausgang am Zahnkranz 13 koaxial angeordnet sind. Dadurch kann die Kurbelwelle 9 innerhalb der ersten 21 und der zweiten 22 Hohlwelle gelagert und ein Bauraum vorteilhaft genutzt werden.

Das Hohlrad 7 des Planetengetriebes 2 ist, da Steg 5, Umlaufräder 6 und Sonnenrad 8 beweglich sind und ein Drehmoment übertragen werden soll, durch den Freilauf 10 in einer Drehrichtung gegen ein Verdrehen gesichert.

Zusätzlich wird so eine Rückgewinnung von Bremsenergie vorteilhaft umgesetzt. Für die Rückgewinnung von Bremsenergie wird das Getriebe 4 mit umgekehrter Lastrichtung betrieben. Die Bremsenergie wird also über den Zahnkranz 13 in die zweite Gruppe 52 eingebracht, über ein kraftschlüssig mit der schaltbaren Welle 53 verbundenes Zahnradpaar 24 auf die schaltbare Welle 6 übertragen und über die erste Gruppe 51 sowie die Zahnräder 41 ,42,43,44,45 dem Elektromotor 3 zugeführt, der dann als Generator genutzt werden kann. Zur Darstellung dieser Funktion darf sich im Kraftfluss zwischen dem angetriebenen Rad des Fahrzeugs und dem Elektromotor 3 aber kein Freilauf befinden.

Eine Freilauffunktion ist für den Fahrer aber notwendig, da sich sonst die Pedale bei fahrendem Fahrzeug permanent mitdrehen würden. Diese Freilauffunktion ist vorteilhaft am Hohlrad 10 umgesetzt. Alternativ könnte das erste Betätigungselement 54 eine zusätzliche Schaltposition haben, in der keines der Zahnradpaare 23 kraftschlüssig mit der schaltbaren Welle 53 verbunden ist, wodurch eine Komplexität des Getriebes 4 erhöht werden würde, vor allem in Bezug auf eine Ansteuerung. Durch den Freilauf 10 wird hingegen eine einfach umsetzbare Entkopplung von Getriebe 4 und Pedalbewegung umgesetzt.

Der Freilauf umfasst einen nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen als Kraftaufnehmer zur Drehmomentmessung, im Kraftfluss von der Klinke des Freilaufs zum Gehäuse. In alternativen Ausführungsbeispielen umfasst der Freilauf mehrere Dehnungsmessstreifen.

Das Erfassen des Eingangsdrehmoments anhand von Dehnungsmessstreifen ist gegenüber üblicherweise an E-Fahrrädern verbauten Systemen zur Drehmomentbestimmung einfacher konstruktiv umsetzbar und auch günstiger. Das erfasste Eingangsdrehmoment wird hier zur Steuerung des Elektromotors 3 verwendet.

Das Antriebssystem 1 umfasst hier eine nicht gezeigte elektrische Schaltvorrichtung. Die elektrische Schaltvorrichtung umfasst zwei Stellmotoren, die jeweils eine Spindel aktuieren. Eine der Spindeln betätigt einen ersten Schalthebel, über den das erste Betätigungselement 54 bewegt wird. Die andere Spindel betätigt einen zweiten Schalthebel, über den das zweite Betätigungselement 55 bewegt wird.

Mit der elektrischen Schaltvorrichtung ermöglicht das Antriebssystem 1 ein elektrisches Schalten. Insbesondere ermöglicht es so ein automatisches Schalten. Hier wird ein automatisches Schalten unter Nutzen des vom Dehnungsmessstreifen erfassten Drehmoments umgesetzt, indem ein Schalten der schaltbaren Welle 53 bevorzugt dann durchgeführt wird, wenn ein Eingangsdrehmoment im Verlauf der Umdrehung niedrig ist. Zusätzlich kann vom Elektromotor 3 aktiv ein Gegendrehmoment zum Eingangsdrehmoment aufgebracht werden. Dadurch werden ein Komfort erhöht und ein Verschleiß des Getriebes 2 verringert.

Die Verbindung zwischen Elektromotor 3 und Sonnenrad 8 ist in dem in Figur 1 gezeigten Antriebssystem 1 lösbar ausgeführt. Hierzu umfasst das Antriebssystem 1 eine Entkopplungsvorrichtung 60, durch die der Elektromotor 3 entkoppelbar ist. Das hat den Vorteil, dass das Fahrrad auch ohne Unterstützung des Elektromotors 3 gefahren werden kann. Der Elektromotor 3 muss so nicht mitgeschleppt werden, so dass Reibungsverluste reduziert werden. In alternativen Ausführungsbeispielen ist das Antriebssystem 1 ohne Entkoppelungsvorrichtung ausgeführt.

Figur 3 zeigt das Antriebssystem in einer Schnittdarstellung. Hier ist die schaltbare Welle 53 zu erkennen, die eine erste Führungsnut 64 für das hier nicht dargestellte, erste Betätigungselement 54 und eine zweite Führungsnut 65 für das hier nicht dargestellte, zweite Betätigungselement 55 umfasst. Weiterhin sind die auf der schaltbaren Welle 53 angeordneten Zahnräder der Zahnradpaare 23 und 24 gezeigt. Da das Zahnrad 44 des in Fahrtrichtung F gesehenen linken äußeren Zahnradpaars 23 den Elektromotor 3 mit dem Sonnenrad 8 verbindet, um das Drehmoment des Elektromotors 3 auf die erste Hohlwelle 21 zu übertragen, ist es unabhängig von einer Schaltposition des ersten Betätigungselements 54 immer drehmomentbelastet, wenn der Elektromotor 3 ein Drehmoment abgibt oder aufnimmt. Um trotz dieser höheren Belastung eine vorteilhafte Lagerung des Zahnrads 44 zu ermöglichen, ist hier eine Wälzlagerung 61 des Zahnrads 44 vorgesehen, so dass eine Reibung und ein Verschleiß verringert werden können.

Das Fahrrad umfasst ein nicht gezeigtes Steuergerät für das Antriebssystem, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, ein Zieldrehmoment zu bestimmen und den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment zu steuern. Dadurch kann das auf das Getriebe 4 übertragende Summendrehmoment angepasst werden.

Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet, einen Schaltwunsch zu erfassen. Wenn ein Schaltwunsch besteht, steuert das Steuergerät den Elektromotor 3 basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment, so dass ein von dem Getriebe 4 aufgenommenes Drehmoment zumindest reduziert wird. So kann das Getriebe lastfrei gestellt werden oder das auf das Getriebe 4 übertragene Summendrehmoment zumindest soweit reduziert werden, dass ein Schalten möglich ist.

Weiterhin ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, das erfasste Eingangsdrehmoment mit vorgegebenen Grenzdrehmomenten zu vergleichen. Wenn das Vergleichen ergibt, dass die vorgegebenen Grenzdrehmomente überschritten werden, bestimmt das Steuergerät ein dem Eingangsdrehmoment entgegengerichtetes Zieldrehmoment und steuert den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Ziel- drehmoment. Dadurch kann das Getriebe 4 entlastet und die vorgegebenen Grenzdrehmomente eingehalten werden, so dass eine Schädigung des Getriebes 4 vermieden oder zumindest reduziert werden kann.

Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet, eine unerwünschte Bewegung des Fahrrads zu ermitteln. Das Ermitteln führt das Steuergerät basierend auf Beschleunigungsinformationen des Fahrrads durch. Wenn das Ermitteln ergibt, dass eine unerwünschte Bewegung des Fahrrads besteht, bestimmt das Steuergerät das Zieldrehmoment so, dass eine Ausgangsdrehzahl des Getriebes 4 auf Null geregelt oder zumindest reduziert wird, und steuert den Elektromotor basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment. Dadurch kann beispielsweise ein Schieben oder unerwünschtes Wegfahren des Fahrrads verhindert oder zumindest gegensteuert werden. In alternativen Ausführungsbeispielen ermittelt das Steuergerät eine unerwünschte Bewegung des Fahrrads ergänzend oder alternativ basierend auf einer Drehzahl und/oder GPS-Daten.

Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet, einen Parkwunsch oder einen Parkzustand zu ermitteln. Ein Parkwunsch kann dabei explizit von einem Fahrenden, beispielsweise durch eine Eingabe, vorgegeben werden. Einen Parkzustand ermittelt das Steuergerät beispielswiese an einem ausgeklappten Zustand eines Fahrradständers. Wenn das Ermitteln einen Parkwunsch oder einen Parkzustand ergibt, bestimmt das Steuergerät das Zieldrehmoment so, dass das Getriebe an einem Verdrehen gehindert wird und steuert den Elektromotor basierend auf dem Zieldrehmoment. So kann verhindert werden, dass das Fahrrad ungewollt wegrollt.

Das Steuergerät ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet, das Getriebe 4 automatisch zu schalten. Hierzu ermittelt das Steuergerät eine aktuelle Steigung einer Fahrbahn des Fahrrads und eine Geschwindigkeit des Fahrrads. Basierend auf der ermittelten Steigung und der ermittelten Geschwindigkeit bestimmt das Steuergerät eine Wunschübersetzung des Getriebes 4. Weicht die Wunschübersetzung von einer aktuellen Übersetzung des Getriebes 4 ab, veranlasst das Steuergerät einen Schaltvorgang. Hierzu steuert das Steuergerät den Elektromotor 3 basierend auf dem bestimmten Zieldrehmoment, so dass ein von dem Getriebe 4 aufgenommenes Drehmoment zumindest reduziert wird. So kann das Getriebe lastfrei gestellt werden oder das auf das Getriebe 4 übertragene Summendrehmoment zumindest soweit redu- ziert werden, dass ein Schalten möglich ist.

In alternativen Ausführungsbeispielen erfasst das Steuergerät zum Bestimmen der Wunschübersetzung alternativ oder zusätzlich einen Fahrbahnzustand, eine Herzfrequenz, eine Tageszeit und/oder Witterungsbedingungen. In weiteren, alternativen Ausführungsbeispielen ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, eine Präferenz eines Fahrenden zu erlernen. So ist ein automatisches Schalten an individuelle Präferenzen anpassbar, indem das Steuergerät Wunschübersetzungen eines Fahrenden beispielsweise in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit und einer Trittfrequenz erlernt.