DE102014105197A1

DE102014105197A1 - Steuerverfahrenfür eine Hilfskraft bei elektrisch angetriebenen Fahrrädern

Info

Publication number: DE102014105197A1
Application number: DE102014105197.1A
Authority: DE
Inventors: Yuan-Fang Hsu
Original assignee: JD Components Co Ltd
Current assignee: JD Components Co Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-10-16
Also published as: TW201438958A; TWI557021B

Abstract

Ein Steuerverfahren für eine Hilfskraft bei einem elektrisch angetriebenen Fahrrad beinhaltet ein Erfassen und Messen einer Pedalkraft eines Radfahrers durch einen Pedalkraftsensor, Senden eines Pedalkraft-Erfassungssignals von dem Pedalkraftsensor, Erfassen und Messen einer Ausgangsdrehgeschwindigkeit eines zentral angeordneten Motors durch einen Drehgeschwindigkeitssensor, Senden eines Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor; Bestimmen eines Pedalkraftwerts und eines Drehgeschwindigkeitswerts gemäß dem Pedalkraft-Erfassungssignal von dem Pedalkraftsensor und dem Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor durch eine Steuerung, die elektrisch mit dem Pedalkraftsensor und dem Drehgeschwindigkeitssensor verbunden ist; sowie Starten oder Stoppen des zentral angeordneten Motors durch die Steuerung gemäß der Schwankung des Pedalkraftwerts und des Drehgeschwindigkeitswerts, um den zentral angeordneten Motor dazu zu bringen, eine Ausgangshilfskraft bereitzustellen oder um die Ausgangshilfskraft anzuhalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch angetriebene Fahrräder und insbesondere ein Steuerverfahren für eine Hilfskraft bei elektrisch angetriebenen Fahrrädern.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen verringert ein elektrisch angetriebenes Fahrrad die Anstrengungen eines Radfahrers durch eine Kraft, die von einem Motor des elektrisch angetriebenen Fahrrads erzeugt wird, und das Ausmaß der Kraft hängt von der Pedalkraft ab, die der Radfahrer ausübt. Aus dem Stand der Technik sind viele Lösungen für das Erfassen der Pedalkraft bekannt. Beispielsweise offenbart die deutsche Patentanmeldung DE 10 2010 01755 ein elektrisch angetriebenes Fahrrad mit einem Drucksensor und einer Steuereinheit, wobei der Drucksensor vielfältige Drücke erfasst, die von der Spannung einer Kette auf das Pedallager ausgeübt werden, und die Steuereinheit berechnet das Moment der Pedalkraft des Radfahrers in Abhängigkeit von diesem Druck. Darüber hinaus offenbart die japanische Patentanmeldung JP 2012 021783 ein Erfassen mittel Deformierungssensor basierend auf ein Verformen einer Stützabdeckung, wenn eine Kurbelwelle einer Kraft einer Kette ausgesetzt wird, woraufhin das Ausmaß der Pedalkraft errechnet wird.
In beiden der vorstehend erwähnten Patentanmeldungen wird die Pedalkraft des Radfahrers eher anhand einer Erfassung der Spannung einer Kette errechnet, anstatt die Pedalkraft direkt zu erfassen. Daher weisen beide vorstehenden Patentanmeldungen den Nachteil auf, dass die Datenauswertung fehlerhaft sein kann und folglich die Leistung des Motors bei der Hilfskraft nicht ausreichend sein kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für eine Hilfskraft bei einem elektrisch angetriebenen Fahrrad bereitzustellen, um das Ausmaß der Pedalkraft direkt zu erfassen, um den Betrieb eines zentral angeordneten Motors zu steuern.
Um diese und andere Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren für eine Hilfskraft bereit, das die Schritte umfasst: Erfassen und Messen einer Pedalkraft an zwei Pedalen des elektrisch angetriebenen Fahrrads durch einen Pedalkraftsensor, Senden eines Pedalkraft-Erfassungssignals von dem Pedalkraftsensor, Erfassen und Messen einer Ausgangsdrehgeschwindigkeit eines zentral angeordneten Motors des elektrisch angetriebenen Fahrrads durch einen Drehgeschwindigkeitssensor, Senden eines Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor, Bestimmen eines Pedalkraftwerts und eines Drehgeschwindigkeitswerts gemäß dem Pedalkraft-Erfassungssignal von dem Pedalkraftsensor und dem Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor durch eine Steuerung, die elektrisch mit dem Pedalkraftsensor und dem Drehgeschwindigkeitssensor verbunden ist, sowie Starten oder Stoppen des zentral angeordneten Motors durch die Steuerung gemäß dem Pedalkraftwert und dem Drehgeschwindigkeitswert, um den zentral angeordneten Motor dazu zu bringen, eine Ausgangshilfskraft bereitzustellen oder um die Ausgangshilfskraft anzuhalten.
Dementsprechend ermöglicht das Steuerverfahren für eine Hilfskraft bei elektrisch angetriebene Fahrräder der vorliegenden Erfindung ein direktes Erfassen und Messen der Pedalkraft und der Drehgeschwindigkeit, um den zentral angeordneten Motor sofort zu starten oder um die Stromversorgung zu dem zentral angeordneten Motor sofort zu unterbrechen, abhängig von den Bedürfnissen des Radfahrers.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht auf den Aufbau der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung; und
3 ist ein Flussdiagramm der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den 1 bis 3 umfasst der Prozessablauf eines Steuerverfahrens für eine Hilfskraft bei elektrisch angetriebenen Fahrrädern der vorliegenden Erfindung drei Schritte S1 bis S3 wie folgt:
Schritt S1: Erfassen und Messen die Größe einer Pedalkraft, die auf zwei Pedale 14 eines elektrisch angetriebenen Fahrrads ausgeübt wird mit Hilfe eines Pedalkraftsensors 20, Senden eines Pedalkraft-Erfassungssignals von dem Pedalkraftsensor 20, Erfassen und Messen einer Ausgangsdrehgeschwindigkeit eines zentral angeordneten Motors 10 des elektrisch angetriebenen Fahrrads durch einen Drehgeschwindigkeitssensor 30, und Senden eines Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor 30.
Der Pedalkraftsensor 20 ist ein Dehnungsmesser, der auf der Oberfläche eines Gehäuses 12 des zentral angeordneten Motors 10 angeordnet ist, der wiederum direkt über einer Kurbelwelle 18 oder an einer anderen geeigneten Position angeordnet ist und angepasst ist, eine Deformierung des Gehäuses 12 des zentral angeordneten Motors 10 unter der auf die Pedalen 14 ausgeübte Pedalkraft zu erfassen. Der Drehgeschwindigkeitssensor 30 ist ein Spannungssignalerzeuger abhängig von der Drehgeschwindigkeit oder ein Rechteckimpulssignalerzeuger zum Erfassen und Messen der Ausgangsdrehgeschwindigkeit des zentral angeordneten Motors 10 durch Messen der Rechteckpulsfrequenz oder Drehgeschwindigkeitsspannung eines Rotors (nicht gezeigt) des zentral angeordneten Motors 10.
Schritt 2: Bestimmen eines Pedalkraftwerts und eines Drehgeschwindigkeitswerts durch eine Steuerung 40, die elektrisch mit dem Pedalkraftsensor 20 und dem Drehgeschwindigkeitssensor 30 verbunden ist, gemäß dem Pedalkraft-Erfassungssignal von dem Pedalkraftsensor 20 und dem Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor 30.
Schritt 3: Starten oder Stoppen des zentral angeordneten Motors 10 durch die Steuerung 40 gemäß dem Pedalkraftwert und dem Drehgeschwindigkeitswert, um den zentral angeordneten Motor 10 dazu zu bringen, eine Ausgangshilfskraft bereitzustellen oder um einen Ausgang der Hilfskraft anzuhalten.
Bevor ein Radfahrer eine Kraft auf die Pedalen 14 ausübt, weist der Pedalkraftsensor 20 eine Ausgangsspannung von ungefähr zwei Volt auf. Mit Bezug auf 1, wenn der Drehgeschwindigkeitswert gleich null ist und der Pedalkraftwert größer als ein vorgegebener Startwert der Steuerung 40 ist, bedeutet dies, dass der Radfahrer just damit begonnen hat, eine Kraft auf die Pedalen 14 auszuüben und dass der zentral angeordnete Motor 10 noch nicht gestartet wurde. An diesem Zeitpunkt wird die Deformierung des Gehäuses 12 des zentral angeordneten Motors 10 durch den Pedalkraftsensor 20 erfasst, die nur aufgrund einer durch den Radfahrer ausgeübten Pedalkraft F zustande kommt, weshalb die Deformierung des Gehäuses 12 unempfindlich gegenüber Störungen von äußeren Einflüssen ist (wie beispielsweise die Spannung einer Kette 16 oder dem Drehmoment, das durch den zentral angeordneten Motor 10 beim Betrieb erzeugt wird). In dieser Situation und wenn der Radfahrer angemessen in die Pedalen tritt, erzeugt jeder Fuß des Radfahrers eine Kraft von ungefähr fünf Kilogramm. Unter einer Kraft von nur einem Kilogramm erfährt der Ausgangsspannungswert des Pedalkraftsensors 20 eine Abweichung von ungefähr 0,005 Volt. Daher liegt der Ausgangspannungswert des Pedalkraftsensors 20 zwischen 2 + 0,025 bis 2 – 0,025 Voltwährend einer Umdrehung von jeder der Pedale 14, die durch den Radfahrer getreten werden. In dieser Situation startet die Steuerung 40 den zentral angeordneten Motor 10 gemäß der Schwankung des Pedalkraftsensorsignals um so dafür zu sorgen, dass zentral angeordnete Motor 10 die angemessen Hilfskraft erzeugt, die nötig ist, um die Anstrengung des Radfahrers zu verringern.
Im Gegensatz dazu bedeutet es bei einem Drehgeschwindigkeitswert größer als null und einem Pedalkraftwert kleiner als ein voreingestellter Stoppwert der Steuerung 40, dass der zentral gesteuerte Motor 10 arbeitet und dass sich die Füße des Radfahrers zusammen mit den Pedalen 14 bewegen. An diesem Zeitpunkt ist die durch den Pedalkraftsensor 20 erfasste Deformierung so klein, dass sie vernachlässigt werden kann. Der Ausgangsspannungswert des Pedalkraftsensors liegt zwischen 2 + 0,005 Volt und 2 – 0,005 Volt, woraufhin die Steuerung 40 den zentral angeordneten Motor 10 anhält gemäß einer Schwankung des Pedalkraftsensorsignals, wodurch auch die Ausgabe der Hilfskraft beendet wird.
Zusammengefasst kennzeichnet sich das Steuerverfahren für eine Hilfskraft der vorliegenden Erfindung dadurch, dass: Der Pedalkraftsensor 20 an einer geeigneten Stelle an dem zentral angeordneten Motor 10 angeordnet ist und angepasst ist, die Deformierung des Gehäuses 12 des zentral angeordneten Motors 10 zu erfassen und zu messen, wann immer die Deformierung des Gehäuses 12 durch eine Pedalkraft erfolgt, so dass die Steuerung 40 die Höhe des Pedalkraftwertes direkt berechnen kann und somit unmittelbar den zentral angeordneten Motor 10 starten oder unmittelbar die Stromversorgung zu dem zentral angeordneten Motor 10 unterbrechen kann, um so eine Hilfskraft schnell und einfach zu erzeugen beziehungsweise die Hilfskraft schnell und einfach zu beenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10201001755 [0002]
JP 2012021783 [0002]

Claims

Steuerverfahren für eine Hilfskraft bei einem elektrisch angetriebenen Fahrrad, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Erfassen und Messen einer Pedalkraft, die auf zwei Pedale (14) eines elektrisch angetriebenen Fahrrads ausgeübt wird durch einen Pedalkraftsensor (20), Senden eines Pedalkraft-Erfassungssignals von dem Pedalkraftsensor (20), Erfassen und Messen einer Ausgangsdrehgeschwindigkeit eines zentral angeordneten Motors (10) des elektrisch angetriebenen Fahrrads durch einen Drehgeschwindigkeitssensor (30), und Senden eines Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor (30); b) Bestimmen eines Pedalkraftwerts und eines Drehgeschwindigkeitswerts durch eine Steuerung (40), die elektrisch mit dem Pedalkraftsensor (20) und dem Drehgeschwindigkeitssensor (30) verbunden ist, gemäß dem Pedalkraft-Erfassungssignal von dem Pedalkraftsensor (20) und dem Drehgeschwindigkeits-Erfassungssignals von dem Drehgeschwindigkeitssensor (30); und c) Starten oder Stoppen des zentral angeordneten Motors (10) durch die Steuerung (40) gemäß dem Pedalkraftwert und dem Drehgeschwindigkeitswert, um den zentral angeordneten Motor (10) dazu zu bringen, eine Ausgangshilfskraft bereitzustellen oder um einen Ausgang der Hilfskraft anzuhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt c) die Steuerung (40) den zentral angeordneten Motor (10) startet, wenn der Drehgeschwindigkeitswert gleich null ist und der Pedalkraftwert größer als ein voreingestellter Startwert der Steuerung (40) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt c) die Steuerung (40) den zentral angeordneten Motor (10) stoppt, wenn der Drehgeschwindigkeitswert größer als null ist und der Pedalkraftwert kleiner als ein voreingestellter Stoppwert der Steuerung (40) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Pedalkraftsensor (20) direkt über der Kurbelwelle (18) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, worin der Pedalkraftsensor (20) auf einer Oberfläche eines Gehäuses (12) des zentral angeordneten Motors (10) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Pedalkraftsensor (20) ein Dehnungsmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drehgeschwindigkeitssensor (30) ein Erzeuger eines Drehgeschwindigkeitsspannungssignals ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drehgeschwindigkeitssensor (30) ein Rechteckimpulssignalerzeuger ist.