Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebs eines Zweirads im Notbetrieb sowie ein entsprechendes Zweirad

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einrichtung eines Notbetriebs des Antriebs eines Zweirads, insbesondere eines Elektrofahrrads, sowie ein entsprechendes Zweirad.

Stand der Technik

Elektrofahrräder weisen üblicherweise ein Antriebssystem auf, welches neben dem Antrieb und dem Energiespeicher weitere Komponenten enthalten, die die den Betrieb steuern. Hierbei kommen sowohl Sensoren zum Einsatz, die die Trettätigkeit des Fahrers auf die Tretkurbel als auch Bedienelemente, die die Einstellung von gewünschten Unterstützungsstufen durch den Antrieb ermöglichen. Durch den am Elektrofahrrad vorhandenen Energiespeicher können darüber hinaus weitere Komponenten eingesetzt und mit dem Antriebssystem verbunden werden, die den Antrieb und/oder die Nutzung unterstützen. So können beispielsweise Schlösser in das Antriebssystem integriert werden, die durch eine direkte Blockierung des Antriebs als Wegfahrsperre dienen. Ebenso können Bremsanlagen oder auch Schaltungen sowohl für den normalen Fährbetrieb in Abstimmung mit dem gewünschten Vortrieb als auch als Diebstahlschutz eingebunden werden.

Alle Komponenten, die mit dem Antriebsystem verbunden werden können, sind typischerweise über elektrische Leitungen, Kommunikationsleitung oder drahtlose Verbindungen uni- oder bidirektional ansprechbar. Alle direkt oder indirekt angeschlossenen Komponenten sowie deren Verbindungen können beispielsweise über einen CAN-Bus regelmäßig auf deren Funktionalität hin geprüft werden. Bei Ausfall einer Komponenten, einer Leitung oder einer Verbindung kann der Fall auftreten, dass der Antrieb nicht mehr korrekt angesteuert wird, so dass der weitere elektrische Antrieb für den Fahrer im Zweifelsfall nicht mehr zur Verfügung steht. Dies ist besonders ungünstig für den Fahrer, wenn er sich mit seinem Elektrofahrrad abseits des Straßenverkehrs und der üblichen Zivilisation in bergigen Gegenden bewegt.

Die vorliegende Erfindung soll hierfür eine Abhilfe schaffe, indem nach bestimmten Kriterien ein Notbetrieb des Antriebs ermöglicht wird, so dass der Fahrer des Elektrofahrrads eine ausreichende Unterstützung bis zum nächsten Stützpunkt erhält, an dem ihm geholfen werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebs eines wenigstens teilweise elektrisch antreibbaren Zweirads in einem Notbetrieb sowie eine Vorrichtung beansprucht, die ein derartiges Verfahren ausführt. Darüber hinaus soll auch ein Zweirad, insbesondere ein Elektrofahrrad, welches ein derartiges Verfahren ausführt oder eine entsprechende Vorrichtung aufweist beansprucht werden.

Der Antrieb sowie ein Energiespeicher, der den Antrieb mit elektrischer Energie versorgt stellen den wesentlichen Teil eines Antriebssystems des Zweirads dar. Das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise eine Steuereinheit, die dieses Verfahren ausführt, prüft zunächst die Funktionsfähigkeit des Antriebssystems beziehungsweise deren Komponenten. Wird bei diesem Prüfvorgang ein Fehlerfall erster Art festgestellt, wird der Antrieb in einem Notbetrieb betrieben. Dieser Notbetrieb kann dabei darin bestehen, dass nur einzelne Funktionen freigeschalten werden, während andere Funktionen gesperrt werden. Es ist jedoch auch möglich, im Notbetrieb eine Einschränkung der Drehzahl, des Drehmoments, der abgegebenen Leistung und/oder allgemein des erzeugten Vortriebs des Zweirads gegenüber dem Normalbetrieb vorzusehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, die Energieabgabe des Energiespeichers im Notbetrieb zu beschränken. So kann sowohl die Einschränkung des Antriebs als auch die Beschränkung der Energieabgabe auf einen oder mehrere vorgegebene Werte erfolgen und/oder für eine vorgegebene Zeit vorgenommen werden. Optional kann nach der vorgegebenen Zeit der Antrieb gesperrt und/oder die Ansteuerung oder die Energieabgabe unterbunden werden.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass der Fahrer beziehungsweise Nutzer des Zweirads noch nach dem Ausfall einer Komponenten oder eines Teils des Antriebssystems eine Mindestleistung durch den Antrieb zur Verfügung gestellt bekommt. Durch diese Mindestleistung im Antrieb wird ihm ermöglicht, zu einem Ort zu kommen, an dem ihm zum Beispiel nach einem Unfall, weitergeholfen werden kann.

Mögliche Komponenten oder Teile des Antriebssystems, die hinsichtlich ihrer Funktionalität geprüft werden, sind beispielweise wenigstens der Antrieb, der Energiespeicher, eine elektrische Leitung, eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung, eine Steuereinheit, eine Bedieneinheit und/oder eine Anzeigeeinheit zu prüfen. Hierbei kann ein Fehler in der Funktionalität erkannt werden, wenn der Betrieb des Antriebs und/oder des Energiespeichers beeinträchtigt wird. Neben einem Fehler in der Funktionalität zum Beispiel durch Kabelbruch kann auch das vollständige Fehler einer Komponente zum Anlass genommen werden, den Notbetrieb zu aktivieren. So könnte beispielsweise bei einem erkannten Defekt des Anzeige- und/oder Bedienelement nach einem Sturz trotzdem noch eine Heimfahrt sichergestellt sein.

Während ein erster erkannter Fehlerfall beziehungsweise ein Fehler erste Art noch nicht zu einem sicherheitskritischen Betrieb des Antriebs und/oder der Energieversorgung führt, kann ein zweiter Fehlerfall oder ein Fehler zweiter Art bei den Komponenten des Antriebssystems erkannt werden, bei dem ein Weiterbetrieb des Antriebs und/oder des Energiespeichers durch das Verfahren aus Sicherheitsgründen unterbunden werden muss. Hierzu zählen beispielsweise Fehler in den elektrischen Zellen des Energiespeichers oder Fehler im Antrieb, die den Antrieb nachhaltig schädigen würden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Notbetrieb nicht automatisch bei einer Erkennung einer ersten Fehlerart gestartet wird, sondern erst nach einer Bestätigung durch den Fahrer. Hierzu kann der Fahrer über einen beabsichtigen Notbetrieb informiert werden, so dass er diesen bestätigen kann. Dies kann beispielsweise durch eine einfache Eingabe am Anzeige- und/oder Bedienelement erfolgen, gegebenenfalls auch mittels eines Codes, sofern diese Elemente dem Antriebssystem noch zur Verfügung stehen. Es ist jedoch auch denkbar, dass hierzu ein Button am Energiespeicher verwendet wird, der in eine bestimmte Folge gedrückt werden muss. Alternativ kann auch der Sensor an der Tretkurbel verwendet werden, um mittels einer vorgegebenen Betätigungsart der Pedale in den Notbetrieb zu wechseln. Es können auch mehrere Eingabemöglichkeiten vorgesehen sein, um den Umstand abzusichern, dass eine oder mehrere der Eingabemöglichkeiten ausgefallen sind.

Eine besondere Form des Notbetriebs besteht darin, zumindest eine Schiebehilfe zu ermöglichen, so dass der Fahrer das Zweirad noch nach Hause schieben kann und dabei Unterstützung erhält.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Sensor- oder Messgrößen erfasst werden, die den Betrieb, den Zustand oder das Fahrverhalten des Zweirads und insbesondere dessen Fahrer charakterisieren. Hieraus kann abgeleitet werden, ob vor der Erkennung eines Fehlerfalls ein Unfall oder sonstige auffällige Situation stattgefunden hat, die zu diesem Fehlerfall geführt hat. Mit den so erfassten Sensor- oder Messgrößen beziehungsweise allgemein Betriebsgrößen kann anschließend eine weitere Bedingung verwendet werden, um den Notbetrieb zu aktivieren. Durch eine derartige Berücksichtigung des Fahrverhaltens beziehungsweise des Fahrzustands vor dem erkannten Fehler kann eine Plausibilisierung durchgeführt werden, indem die fehlerhafte Komponente erkannt wird. Weiterhin kann in diesem Fall eine Unterscheidung zwischen einer unberechtigten Entnahme des Zweirads mit beispielsweise fehlendem Anzeigeoder Bedienelement und einem unfallbedingten Ausfall der entsprechenden Komponenten vorgenommen werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das Blockschaltbild der Figur 1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Steuereinheit. Das Flussdiagramm der Figur 2 zeigt ein mögliches erfindungsgemäßes Verfahren.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie eingangs bereits ausgeführt, kann es bei der Nutzung von wenigstens teilweise angetriebenen Zweirädern und insbesondere Elektrofahrrädern zu Unfällen, insbesondere zu Stürzen im Gelände, abseits regelmäßiger Pfade oder Bebauungen kommen. Hierbei können ebenfalls Teile des Antriebssystems in Mitleidenschaft gezogen werden, die unter Umstände dazu führen können, dass das Antriebssystem nicht mehr bedienbar ist. So kann bei einem Sturz das Display oder der Halter eines Anzeige- oder Bedienelements brechen oder es können Kabel oder Leitungen brechen, so dass keine Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten mehr möglich ist. Um dem Fahrer trotzdem eine Möglichkeit zu verschaffen, sein Zweirad nach Hause oder zumindest zu einer Stelle zu bewegen, bei der er Hilfe erhält, wird in der vorliegenden Erfindung ein Notbetrieb unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten ermöglicht.

Figur 1 zeigt anhand eines Blockschaltbilds eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung im Rahmen einer Steuereinheit 100, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren bearbeitet werden kann. Die Steuereinheit 100 weist optional einen Speicher 105 auf, in dem sowohl Sensor- oder Messgrößen sowie eine Datenbank abgelegt sein kann, auf die das Verfahren zugreifen kann. Die Steuereinheit 100 überprüft die Funktionsfähigkeit des Antriebssystems, indem verschiedene Sensoren oder Zustände der Komponenten erfasst werden. So kann die Funktionsfähigkeit beziehungsweise der Zustand des Antriebs 110, des Energiespeichers 115, des Bedienelements 120 und/oder eines Sensors 125 im Bereich der Tretkurbel zur Erfassung der Trettätigkeit des Fahrers erfasst werden. Weiterhin können mittels sonstiger Sensoren 130 Betriebsgrößen erfasst werden, die den Betrieb, den Zustand oder das Fahrverhalten des Zweirads repräsentieren. So sind als sonstige Sensoren 130 Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren, Drehratensensoren, Drucksensoren aber auch Radarsensoren denkbar. Mit weiteren Sensoren 135 lassen sich zudem auch Umgebungsgrößen erfassen. Sowohl die Betriebsgrößen als auch die Umgebungsgrößen können zeitlich erfasst und im Speicher 105 abgespeichert werden, so dass sie für die weitere Berücksichtigung und die Ableitung der Aktivierung des Notbetriebs zur Verfügung stehen. Zusätzlich können auch Informationen erfasst werden, die eine fehlende oder defekte elektrische Leitung oder Kommunikation zwischen den Komponenten anzeigen.

Basierend auf den erfassten Sensorwerten, Sensorgrößen oder sonstiger Informationen über die Funktionsfähigkeit der Komponenten des Antriebssystems kann die Steuereinheit 100 entscheiden, ob der Antrieb 140 im Normalbetrieb oder im Notbetrieb betrieben wird. Falls ein sicherheitskritischer Zustand erkannt wird oder die Funktion des Antriebs nicht mehr sichergestellt werden kann, kann die Steuereinheit 100 auch die Ansteuerung des Antriebs 140 unterbinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 100 basierend auf den Erkenntnissen der Funktionsfähigkeit auch die Energieabgabe des Energiespeichers 145 beschränken oder eine Abgabe unterbinden. Weiterhin ist vorgesehen, den Fahrer des Zweirads über eine entsprechende optische oder akustische Anzeige 150 über den Betrieb im Notbetrieb zu informieren. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die entsprechende Anzeige 150 mit der Möglichkeit versehen sein kann, eine Eingabe des Fahrers aufzunehmen, um sie als Bestätigung an die Steuereinheit 100 weiterzuleiten. Alternativ können auch andere Vorrichtungen vorgesehen sein, um eine entsprechende Bestätigung des Fahrers aufzunehmen und an die Steuereinheit 100 weiterzuleiten. In einer besonderen Ausführung der Erfindung kann nach einer erkannten Fehlfunktion beziehungsweise Einschränkung der Funktionsfähigkeit diese Information an einen externen Server gesendet werden, vorzugsweise drahtlos. Über einen Zugriff des Fahrers auf diesen Server kann der Fahrer somit die Freigabe des Notbetriebs bestätigen.

Alternativ kann die Freigabe auch automatisch durch den Server erfolgen, wenn entsprechende Randbedingungen vorliegen.

Im Flussdiagramm der Figur 2 wird ein mögliches Verfahren zur Durchführung des Notbetriebs an dem Antriebssystem eines Zweirads dargestellt. Nach dem Start des Verfahrens, welches auch erst nach der Erkennung eine fehlerhaften Funktionalität wenigstens einer Komponenten des Antriebssystems gestartet werden kann, wird in einem Schritt 210 die Funktionalität des Antriebssystems erfasst. Hierbei kann jede Komponente erfasst werden, die an dem Antriebssystem angeschlossen oder relevant ist. Im nächsten Schritt 220 wird geprüft, ob eine der Komponenten des Antriebssystems eine Fehlfunktion aufweist oder nicht erkannt wird. Dabei werden sowohl Ausfälle der Komponenten aber auch Defekte in den elektrischen Leitungen, die die Komponenten sowie der Kommunikationsverbindungen geprüft. Sollte keine Fehlfunktion oder Einschränkung der Funktionsfähigkeit bei einer Komponente erkannt werden, wird das Verfahren beendet oder erneut gestartet. Liegt jedoch eine Fehlfunktion oder eine Einschränkung der Funktionsfähigkeit wenigstens eine Komponente vor, insbesondere einer Komponente, die für das Antriebssystem essentiell ist, wird im nächsten Schritt 240 geprüft, ob ein Betrieb des Antriebssystems in einem Notbetrieb möglich ist. Bei dieser Prüfung wird entschieden, ob die Komponente, die elektrischen Leitung und/oder die Kommunikationsverbindung, bei der die Fehlfunktion oder die Einschränkung der Funktionsfähigkeit erkannt worden ist, für den Notbetrieb relevant oder hinderlich ist. Gleichfalls wird geprüft, ob unter Sicherheitsaspekten der Notbetrieb mittels des Antriebs und des Energiespeichers überhaupt möglich ist. Sollten wesentliche Teile des Antriebssystems beeinträchtigt sein, z.B. der Antrieb oder der Energiespeicher, oder sollte ein Betrieb unter Sicherheitsaspekten nicht möglich sein, kann der Antrieb in einem schritt 250 gesperrt werden oder dessen Ansteuerung unterbunden werden. Alternativ oder optional kann auch die Energieabgabe des Energiespeichers unterbunden werden. Anschließend kann das Verfahren beendet oder erneut gestartet werden. Wird in Schritt 240 jedoch erkannt, dass ein Notbetrieb möglich ist, kann im nächsten Schritt 260 basierend auf den erfassten Messgrößen, Sensorgrößen oder sonstigen Informationen zu der Funktionsfähigkeit oder dem vorherigen Fahrverhalten des Zweirads entschieden werden, in welcher Form ein Notbetrieb durchgeführt werden kann. So ist denkbar, den Vortrieb des Zweirads durch den Antrieb zu beschränken, indem beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment oder die abgegebene Leistung des Antriebs reduziert oder eingeschränkt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Energieabgabe des Energiespeichers beschränkt werden. Sowohl die Einschränkung des Antriebs als auch die Beschränkung des Energiespeichers kann dabei zeitlich beschränkt während einer vorgegebenen Zeit vorgesehen sein, bevor der Antrieb gänzlich eingestellt wird.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann parallel zu dem vorstehenden Verfahren oder in einem weiteren Schritt 200 das Fahrverhalten des Zweirads erfasst werden. Hierzu können Betriebsgrößen, Zustandsgrößen und Umgebungsgrößen des Zweirads zeitlich erfasst werden. In einem Schritt 230 nach der Erkennung im Schritt 220, dass eine Einschränkung der Funktionalität des Antriebssystems oder einer dessen Komponenten vorliegt, können das Fahrverhalten beziehungsweise die erfassten Betriebsgrößen, die Zustandsgrößen sowie die Umgebungsgrößen zur Beurteilung der defekten Komponente hinzugenommen werden. Wird dabei erkannt, dass sich der Defekt der Komponente auf einen Unfall oder einen Sturz zurückführen lässt, kann mit der Prüfung des Schritts 240 weiter verfahren werden. Wird jedoch erkannt, dass kein Sturz oder Unfall Ursache für die Fehlfunktion oder die fehlende Funktionalität vorliegt, kann in einem Schritt 270 die Zustimmung oder Bestätigung des Fahrers oder eines Servers 160 abgefragt werden, den Notbetrieb falls möglich in den Schritten 240 und 260 durchzuführen. Gibt der Fahrer diese Zustimmung oder Bestätigung im Schritt 270 nicht ab oder liegt sie nach einer Abfrage beim Server 160 nicht vor, kann das Verfahren beendet werden.