Ebikes – Motorsteuerung

Bei einem Elektrofahrrad gibt es eine Vielzahl von Sensoren, welche im Steuerungsgerät ausgewertet werden und dann dem Motor die entsprechende Energie liefern. Beispielsweise wird die Energieversorgung des Motors beim Bremsen, bei Überhitzung oder bei Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit unterbrochen.

Die Sensoren

1. Fahrrad-Geschwindigkeitssensor

Dieser Sensor misst die Geschwindigkeit mit der das Fahrrad momentan bewegt wird. Diese Daten werden später im Controller beispielsweise dazu verwendet, die Motorunterstützung abzuregeln wenn eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht wurde. Oder aber die Unterstützung auch ohne Treten zu ermöglichen, etwa bei einer Anfahrhilfe bis 6 km/h.

2. Tretsensor

Bei Pedelecs und S-Pedelecs sind Tretsensoren wichtig, da das Gesetz vorschreibt, dass der Motor nur laufen darf, wenn der Fahrer tritt.

a) Tretsensor auf Basis der Umdrehung der Pedale
Dieser Sensor, oft auch Bewegungssensor, Speed- oder Hallsensor genannt, ermittelt ob die Pedale bewegt werden. Hier reicht es, dass überhaupt getreten wird – egal wie stark. Oft verleiten Systeme mit Pedalumdrehungssensor dazu, nur noch leicht in die Pedale zu treten und dem Elektromotor die Hauptarbeit zu überlassen.
Ein reiner Umdrehungssensor hat den Nachteil, dass der Motor meist erst nach ein paar Metern Fahrt aktiviert wird - eben wenn einige Pedalumdrehungen gemacht wurden. Das kann sich negativ beim Anfahren – v. a. am Berg – bemerkbar machen.

b) Tretsensor auf Basis von Kraft- bzw. Drehmomentsmessung
Dieser Sensor misst die Kraft mit der der Fahrer in die Pedale seines Pedelecs/E-Bikes tritt. Daraus wird dann die Leistung ermittelt, mit der der Motor zusätzlich unterstützt. Für Fitnessorientierte sind Kraftsensoren somit besser, da ein "Mogeln" wie beim Bewegungssensor nicht möglich ist. Ein großer Vorteil von Drehmomentsensoren ist, dass er auch im Stillstand die Kraft auf die Pedale messen und das Rad somit auch beim Anfahren unterstützen kann. Kraftsensoren können an den Pedalen, der Tretkurbel, der Kette oder am Rad selbst angebracht sein.

Moderne Fahrräder kombinieren beide Sensoren, um über die Steuerungselektronik einen besonders sanften und gleichmäßigen Antrieb zu ermöglichen. Ein extremer Drehmomentsensor würde den Motor ständig kurz anstubsen, da bei den meisten Fahrern die Kraft auf die Pedale je nach Pedalstellung variiert. Der Fahrspaß würde sich dadurch sehr in Grenzen halten.

3. Bremssensor

In den Bremsgriffen von Elektrobikes sind Sensoren enthalten, die die Aktivierung der Bremsen messen. Dies ist wichtig, da auch das beste Bremsmanöver nicht helfen würde, wenn der Motor mit seiner vollen Leistung weiter schiebt.

4. Temperatursensor
Da sich Elektromotoren im Betrieb nicht nur im Sommer, sondern insbesondere auch auf Steigungsstrecken erheblich erwärmen können, verfügen manche Motoren über einen Temperatursensor in der Motorwicklung. Diese Daten werden dann im Steuerungsgerät herangezogen, um ggf. die Motorleistung zu reduzieren.

5. Spannungssensor

Auch im Akku kann über einen Sensor permanent die Spannung gemessen werden, um so beispielsweise einer Tiefentladung vorzubeugen.

Steuerung/Controller

Der Controller ist in der Regel ein kleines Kästchen in dem viele Kabel zusammenlaufen. Die Kabel aller Sensoren, des Akkus und wiederum die Kabel, die zum Motor führen. Bei der Elektronik ist besonders wichtig, dass sie vor Feuchtigkeit geschützt ist.

Im Steuerungsgerät fließen alle gemessenen Daten zusammen. Nach einer Berechnung legt es die Abgabeleistung bzw. den Stromfluss zum Elektromotor fest.

Dem Controller kommt dabei auch die Aufgabe zu, alle gesetzlichen Rahmenbedingungen hinsichtlich des Antriebs einzuhalten. In ihm wird ein Rad zum Pedelec, S-Pedelec oder E-Bike gemacht. Beispielsweise wird im Controller definiert
- ob das Elektrorad nur beim Mittreten angetrieben wird
- ob das E-Bike auch ohne Treten fährt
- ob das Pedelec bei 25 km/h abgeregelt wird
- dass beim Bremsen der Motor ebenfalls aufhört zu beschleunigen
- dass bei einem E-Bike die Motorleistung abhängig von der Stellung des Gasgriffs reguliert wird
- ob die Motorleistung auf 250 Watt begrenzt wird
- ob die Motorleistung aufgrund einer hohen Motortemperatur oder leerem Akku zurückgefahren oder abgeschaltet wird.

Des Weiteren wird die Motorleistung in Abhängigkeit vom gewählten Unterstützungsgrad von der Motorsteuerung berechnet.

 

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