DE102014218020A1

DE102014218020A1 - Fahrrad-Steuergerät

Info

Publication number: DE102014218020A1
Application number: DE102014218020.1A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro TSUCHIZAWA
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: CN104417708B; TW201509745A; JP2015051731A; CN104417708A; JP5818850B2; TWI601660B; DE102014218020B4

Abstract

Es wird ein Fahrrad-Steuergerät bereitgestellt, das den plötzlichen Start eines Fahrrads verhindern kann. Das Fahrrad-Steuergerät 1 ist ein Fahrrad-Steuergerät, das ein Fahrrad mit einem Elektromotor zur Antriebshilfe steuert und ein Erfassungsteil 3 und ein Steuerteil 4 umfasst. Das Erfassungsteil 3 erfasst einen Rotationswinkel der Kurbel 112, bei dem die Position einer Kurbel 112 des Fahrrads beim Starten der Fahrhilfe vom Elektromotor zur Antriebshilfe 116 als Referenz bestimmt wird. Das Steuerteil 4 steuert die Kraft zur Fahrhilfe, die vom Elektromotor zur Antriebshilfe 116 abgegeben wird, entsprechend den vom Erfassungsteil 3 erfassten Erfassungsergebnissen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad-Steuergerät.
In den vergangenen Jahren wurden elektrisch unterstützte Fahrräder, die das Fahren neben einer manuellen Antriebskraft mit einem Elektromotor zur Antriebshilfe unterstützen, immer beliebter Beispielsweise offenbart die japanische, offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2001-10581 ein solches System. Dieses elektrisch unterstützte Fahrrad verfügt über ein Fahrrad-Steuergerät, und dieses Fahrrad-Steuergerät bestimmt die Kraft für die Fahrhilfe in Abhängigkeit der manuellen Antriebskraft, wie z. B. Drehmoment oder die auf eine Kurbelwelle einwirkende Zugkraft der Kette.
Da eine relativ große manuelle Antriebskraft ausgeübt wird, wenn ein Fahrrad aus einem gestoppten Zustand gestartet wird, wird auch die Kraft für die Fahrhilfe, die ausgeübt wird, wenn ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, wie das oben beschriebene, gestartet wird, groß werden, wodurch die Gefahr für einen plötzlichen Start besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Fahrrad-Steuergeräts, das den plötzlichen Start eines Fahrrads verhindern kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrrad-Steuergerät, das ein Fahrrad mit einem Elektromotor zur Antriebshilfe steuert, ein Erfassungsteil und ein Steuerteil. Das Erfassungsteil erfasst zumindest eines des Folgenden: den Rotationswinkel der Kurbel, die Fahrstrecke oder die Fahrzeit. Dabei ist der Rotationswinkel der Kurbel der Rotationswinkel, bei dem die Position der Kurbel des Fahrrads beim Starten der Fahrhilfe vom Elektromotor zur Antriebshilfe als Referenz bestimmt wird. Ferner ist die Fahrstrecke die Distanz ab dem Zeitpunkt des Startens der Fahrhilfe. Überdies ist die Fahrzeit die Fahrzeit ab dem Zeitpunkt des Startens der Fahrhilfe. Das Steuerteil steuert die Kraft zur Fahrhilfe, die vom Elektromotor zur Antriebshilfe abgegeben wird, entsprechend den vom Erfassungsteil erfassten Erfassungsergebnissen. Dabei umfassen die Erfassungsergebnisse zumindest eines des Folgenden: den Rotationswinkel der Kurbel, die Fahrstrecke oder die Fahrzeit.
Mit dieser Konfiguration steuert das Steuerteil die Kraft zur Fahrhilfe entsprechend den vom Erfassungsteil erfassten Erfassungsergebnissen. Im Ergebnis dämpft das Steuerteil die Kraft zur Fahrhilfe zu Beginn des Fahrens (beim Starten aus einem gestoppten Zustand), so dass das plötzliche Starten des Fahrrads verhindert wird.
Bevorzugt umfasst das Fahrrad-Steuerteil ferner ein Erfassungsteil für die manuelle Antriebskraft, welches die manuelle Antriebskraft erfasst. Das Steuerteil steuert die Kraft zur Fahrhilfe entsprechend der manuellen Antriebskraft, die vom Erfassungsteil für die manuelle Antriebskraft erfasst wird.
Bevorzugt veranlasst das Steuerteil, dass der Elektromotor zur Antriebshilfe eine Kraft zur Fahrhilfe abgibt, die kleiner ist als die Grundkraft zur Fahrhilfe, die entsprechend der manuellen Antriebskraft festgelegt wird. Mit dieser Konfiguration kann die Kraft zur Fahrhilfe zu Beginn des Fahrens gedämpft werden.
Bevorzugt nähert das Steuerteil die Kraft zur Fahrhilfe der Grundkraft zur Fahrhilfe an, wenn sich der Rotationswinkel erhöht, die Fahrstrecke größer wird oder die Fahrzeit verlängert. Mit dieser Konfiguration kann durch eine stufenweise Freigabe der Dämpfung der Kraft zur Fahrhilfe, die zu Beginn des Fahrens gedämpft wurde, erreicht werden, dass die Kraft zur Fahrhilfe während des normalen Fahrens ausreichend ist.
Bevorzugt korrigiert das Steuerteil die Grundkraft zur Fahrhilfe und passt die Grundkraft der Kraft zur Fahrhilfe entsprechend der Erfassungsergebnisse an.
Bevorzugt korrigiert das Steuerteil die Grundkraft zur Fahrhilfe basierend auf der Korrekturinformation, die den Erfassungsergebnissen entspricht.
Bevorzugt wird die Korrekturinformation von einem Korrekturkoeffizienten dargestellt. Dieser Korrekturkoeffizient wird größer, wenn sich der Rotationswinkel erhöht, die Fahrstrecke größer wird oder die Fahrzeit verlängert.
Bevorzugt korrigiert das Steuerteil die Grundkraft zur Fahrhilfe durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit der Grundkraft zur Fahrhilfe.
Bevorzugt korrigiert das Steuerteil die manuelle Antriebskraft entsprechend den Erfassungsergebnissen und veranlasst den Elektromotor zur Antriebshilfe, eine Kraft zur Fahrhilfe abzugeben, die der manuellen Antriebskraft nach der Korrektur entspricht. Mit dieser Konfiguration wird die manuelle Antriebskraft zu Beginn des Fahrens nach unten korrigiert. Aus diesem Grund wird die Kraft zur Fahrhilfe, die entsprechend der manuellen Antriebskraft nach der Korrektur festgelegt wird, kleiner als die Grundkraft zur Fahrhilfe, die entsprechend der ursprünglichen manuellen Antriebskraft festgelegt wird. Im Ergebnis kann ein plötzlicher Start des Fahrrads verhindert werden.
Bevorzugt korrigiert das Steuerteil die manuelle Antriebskraft basierend auf der Korrekturinformation, die den Erfassungsergebnissen entspricht.
Bevorzugt wird die Korrekturinformation von einem Korrekturkoeffizienten dargestellt. Der Korrekturkoeffizient erhöht sich, wenn sich der Rotationswinkel erhöht, die Fahrstrecke größer wird oder die Fahrzeit verlängert.
Bevorzugt korrigiert das Steuerteil die manuelle Antriebskraft durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit der manuellen Antriebskraft.
Bevorzugt stoppt das Steuerteil den Korrekturvorgang, wenn die Erfassungsergebnisse größer als oder gleich einem vordefinierten Schwellenwert werden. Mit dieser Konfiguration wird die Kraft zur Fahrhilfe mit einer ausreichenden Kraft zur Fahrhilfe während des normalen Fahrens, das nicht der Beginn des Fahrens ist, ausgeübt.
Bevorzugt wird, wenn das Erfassungsteil den Rotationswinkel erfasst, der vordefinierte Schwellenwert innerhalb eines Bereiches festgelegt, der größer als oder gleich 10 Grad und kleiner als oder gleich 90 Grad ist; starker bevorzugt wird der vordefinierte Schwellenwert innerhalb eines Bereiches festgelegt, der größer als oder gleich 20 Grad und kleiner als oder gleich 60 Grad ist.
Bevorzugt erfasst das Erfassungsteil, wenn das Erfassungsteil den Rotationswinkel erfasst, den Rotationswinkel der Kurbelwelle der Kurbel als den Rotationswinkel der Kurbel.
Bevorzugt erfasst das Erfassungsteil, wenn das Erfassungsteil den Rotationswinkel erfasst, den Rotationswinkel des Kurbelarms der Kurbel als den Rotationswinkel der Kurbel.
Bevorzugt startet das Steuerteil die Fahrhilfe des Elektromotors zur Antriebshilfe, wenn bestimmt wird, dass die manuelle Antriebskraft, die von dem Erfassungsteil für die manuelle Antriebskraft erfasst wird, größer als oder gleich einem Referenzwert für die manuelle Antriebskraft ist. Mit dieser Konfiguration kann die Kraft zur Fahrhilfe beim Starten des Tretens gedämpft werden, da die Fahrhilfe nicht gestartet wird, bis die manuelle Antriebskraft größer als oder gleich dem Referenzwert für die manuelle Antriebskraft wird, selbst wenn beispielsweise ein Zeitpunkt auftritt, in dem nach Beginn des Fahrens nicht unmittelbar getreten wird.
Gemäß dem Fahrrad-Steuergerät der vorliegenden Erfindung kann das plötzliche Starten des Fahrrads verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads.
2 ist ein Blockschaltbild eines Fahrrad-Steuergeräts.
3 ist eine Dämpfungskoeffizienten-Abbildung, die die Abbildung des Dämpfungskoeffizienten und des Rotationswinkels zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Fahrrad-Steuergeräts gemäß einer ersten Ausführungsform erläutert.
5 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Fahrrad-Steuergeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nachstehend wird jede Ausführungsform eines Fahrrad-Steuergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads 101, an das ein Fahrrad-Steuergerät 1 gemäß der ersten Ausführungsform angebracht ist. Wie in 1 gezeigt, verfügt das Fahrrad 101, an das ein Fahrrad-Steuergerät 1 gemäß einer ersten Ausführungsform angebracht ist, über einen Rahmen 102, einen Lenker 104, ein Antriebsteil 105, ein Vorderrad 106 und ein Hinterrad 107.
Das Antriebsteil 105 verfügt über eine Kette 110, eine Kurbel 112, an der Pedale 111 befestigt sind, einen Hilfsmechanismus 115 und eine aufladbare Batterie 117, die entfernbar ist und als Energieversorgung für den Hilfsmechanismus 115 dient; diese sind jeweils an einem Rahmen 102 gelagert. Die Kurbel 112 umfasst eine Kurbelwelle 112a und zwei Kurbelarme 112b. An beiden Enden der Kurbelwelle 112a ist ein Kurbelarm 112b vorgesehen. Das Antriebsteil 105 umfasst ferner ein Kettenblatt, das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist. Das Kettenblatt ist direkt oder indirekt mit der Kurbel 112 gekoppelt. Die Kette 110 ist um das Kettenblatt und einen Zahnkranz gewickelt, der am Hinterrad 107 angebracht ist, und überträgt die Antriebskraft. Die aufladbare Batterie 117 ist ein Akkumulator, der beispielsweise eine Nickel-Hydrid-Zelle oder eine Lithiumionenzelle nutzt, und ist entfernbar am Rahmen 102 montiert. Die aufladbare Batterie 117 kann auch am Heckgepäckträger montiert werden.
2 ist ein Blockschaltbild, das das Fahrrad-Steuergerät 1 erläutert. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Fahrrad-Steuergerät 1 ein Erfassungsteil für die manuelle Antriebskraft 2, ein Erfassungsteil 3 und ein Steuerteil 4. An dieses Fahrrad-Steuergerät 1 sind ein Bedienteil 118 und ein Hilfsmechanismus 115 angeschlossen.
Das Bedienteil 118 ist am Fahrrad 101 installiert und beispielsweise am Lenker 104 befestigt. Beim Bedienen dieses Bedienteils 118 wird eine Hilfebedingung vom Hilfsmechanismus 115 gewählt. Das Bedienteil 118 umfasst beispielsweise einen Bedienschalter. Beim Bedienen des Bedienteils 118 kann beispielsweise eine Hilfsbedingung aus einer ersten Hilfsbedingung, einer zweiten Hilfsbedingung und einer dritten Hilfsbedingung gewählt werden. Durch Andern der Hilfsbedingung kann das Verhältnis der Kraft zur Fahrhilfe hinsichtlich der manuellen Antriebskraft verändert werden. Die Details zu jeder Hilfsbedingung werden später beschrieben.
Der Hilfsmechanismus 115 verfügt über einen Elektromotor zur Antriebshilfe 116 und einen Motortreiber 117. Der Elektromotor zur Antriebshilfe 116 wird von dem Motortreiber 117 gesteuert. Ferner steuert der Motortreiber 117 den Elektromotor zur Antriebshilfe 116 basierend auf einem Befehl vom Steuerteil 4. Der Elektromotor zur Antriebshilfe 116 ist mit einem Energieübertragungsweg gekoppelt, der eine Kurbelwelle 112a umfasst, die zwischen einem Kurbelarm 112b und dem Kettenblatt installiert ist. Der Hilfsmechanismus 115 kann so konfiguriert werden, dass er einen Verzögerer umfasst und die Leistung des Elektromotors zur Antriebshilfe 116 über den Verzögerer auf den Energieübertragungsweg überträgt.
Das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfasst eine manuelle Antriebskraft. Im Speziellen gibt das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 basierend auf einer manuellen Antriebskraft ein Signal aus. Beispielsweise ist das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 ein Drehmomentsensor, der basierend auf dem Drehmoment, das auf eine Kurbelwelle 112a der Kurbel 112 oder eine Kurbelwelle 112a, die zwischen dem Kurbelarm 112b und dem Kettenblatt installiert ist, einwirkt, ein Signal ausgibt (zum Beispiel eine elektrische Spannung). Der Drehmomentsensor kann beispielsweise ein magnetostriktiver Sensor oder ein Dehnungsmesser sein. Das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 überträgt die erfasste Information bezüglich der manuellen Antriebskraft an das Steuerteil 4.
Das Erfassungsteil 3 erfasst den Rotationswinkel der Kurbel 112. Hier ist der Rotationswinkel der Kurbel 112 der Rotationswinkel, bei dem die Position der Kurbel 112 beim Starten der Fahrhilfe durch den Elektromotor zur Antriebshilfe 116 zur Referenz gemacht wird. Das Erfassungsteil 3 kann den Rotationswinkel der Kurbelwelle 112a oder den Rotationswinkel des Kurbelarms 112b als den Rotationswinkel der Kurbel 112 erfassen. Das Erfassungsteil 3 überträgt die erfasste Information bezüglich des Rotationswinkels an das Steuerteil 4.
Das Erfassungsteil 3 ist zum Beispiel ein Drehgeber, der den Rotationswinkel der Kurbelwelle 112a durch Erfassen der Änderung der magnetischen Flussdichte eines an der Kurbelwelle 112a befestigten mehrpoligen Magneten unter Verwendung eines Hall-Elements erfasst. Das Erfassungsteil 3 kann an Stelle eines magnetischen Gebers auch ein optischer Geber sein, und das Erfassungsteil kann an Stelle eines Drehgebers auch ein Rotationswinkelsensor sein.
Das Steuerteil 4 steuert die Kraft zur Fahrhilfe, die der Elektromotor zur Antriebshilfe 116 abgibt, basierend auf der von dem Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfassten manuellen Antriebskraft oder basierend auf dem Rotationswinkel, welcher das von dem Erfassungsteil 3 erfasste Erfassungsergebnis ist.
Genauer gesagt, veranlasst das Steuerteil 4 den Elektromotor zur Antriebshilfe 116 zum Abgeben einer Kraft zur Fahrhilfe, die kleiner als oder gleich der Grundkraft zur Fahrhilfe ist, die basierend auf der manuellen Antriebskraft festgelegt wird. Hier wird die Grundkraft zur Fahrhilfe, die basierend auf der manuellen Antriebskraft festgelegt wird, erläutert.
Wenn beispielsweise eine erste Hilfsbedingung vom Bedienteil 118 ausgewählt wird, legt das Steuerteil 4 eine Kraft zur Fahrhilfe, die X-mal die manuelle Antriebskraft ist, als die Grundkraft zur Fahrhilfe fest. Mit der ersten Hilfsbedingung steuert das Steuerteil 4 den Hilfsmechanismus 115 so, dass ein Drehmoment, das X-mal das Drehmoment ist, das auf den Energieübertragungsweg von der manuellen Antriebskraft einwirkt, vom Hilfsmechanismus 115 auf den Energieübertragungsweg übertragen wird.
Wenn ferner beispielsweise eine zweite Hilfsbedingung vom Bedienteil 118 ausgewählt wird, legt das Steuerteil 4 eine Kraft zur Fahrhilfe, die Y-mal die manuelle Antriebskraft ist, als die Grundkraft zur Fahrhilfe fest. Mit der zweiten Hilfsbedingung steuert das Steuerteil 4 den Hilfsmechanismus 115 so, dass ein Drehmoment, das Y-mal das Drehmoment ist, das auf den Energieübertragungsweg von der manuellen Antriebskraft einwirkt, vom Hilfsmechanismus 115 auf den Energieübertragungsweg übertragen wird.
Wird zusätzlich beispielsweise eine dritte Hilfsbedingung vom Bedienteil 118 ausgewählt, legt das Steuerteil 4 eine Kraft zur Fahrhilfe, die Z-mal die manuelle Antriebskraft ist, als die Grundkraft zur Fahrhilfe fest. Mit der dritten Hilfsbedingung steuert das Steuerteil 4 den Hilfsmechanismus 115 so, dass ein Drehmoment, das Z-mal das Drehmoment ist, das auf den Energieübertragungsweg von der manuellen Antriebskraft einwirkt, vom Hilfsmechanismus 115 auf den Energieübertragungsweg übertragen wird. Zahlen für X, Y und Z werden so gewählt, dass X > Y > Z. Zum Beispiel X = 2, Y = 1,5 und Z = 1. Selbst im OFF-Modus, wenn der Hilfsmechanismus 115 nicht unterstützt, können sie vom Steuerteil 118 ausgewählt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren beschrieben, in dem das Steuerteil 4 eine Kraft zur Fahrhilfe festlegt, die kleiner als oder gleich der oben erwähnten Grundkraft zur Fahrhilfe ist. Das Steuerteil 4 korrigiert die oben erwähnte Grundkraft zur Fahrhilfe basierend auf dem von dem Erfassungsteil 3 erfassten Rotationswinkel. Diese korrigierte Grundkraft zur Fahrhilfe ist die Kraft zur Fahrhilfe, die der Elektromotor zur Antriebshilfe 116 abgibt. Das Steuerteil 4 steuert den Motortreiber 117 und veranlasst den Elektromotor zur Antriebshilfe 116, diese Kraft zur Fahrhilfe auszugeben.
Das Steuerteil 4 korrigiert die Grundkraft zur Fahrhilfe so, dass die Kraft zur Fahrhilfe sich der Grundkraft zur Fahrhilfe annähert, wenn sich der Rotationswinkel erhöht. Genauer gesagt, korrigiert das Steuerteil 4 die Grundkraft zur Fahrhilfe basierend auf der Korrekturinformation, die dem Rotationswinkel entspricht. Diese Korrekturinformation wird von einem Korrekturkoeffizienten dargestellt, der sich erhöht, wenn sich der Rotationswinkel erhöht. Das Steuerteil 4 berechnet die Kraft zur Fahrhilfe durch Multiplizieren dieses Korrekturkoeffizienten mit der Grundkraft zur Fahrhilfe.
Beispielsweise speichert das Steuerteil 4 eine Korrekturinformationsabbildung, wie die in 3 gezeigte, und legt den Korrekturkoeffizienten basierend auf dieser Korrekturinformationsabbildung fest. Die Korrekturinformationsabbildung kann Informationen umfassen, die den Rotationswinkel und den Korrekturkoeffizienten aufeinander abstimmen, und der Korrekturkoeffizient erhöht sich, wenn sich der Rotationswinkel erhöht. Wenn auch nicht besonders darauf beschränkt, ist der Korrekturkoeffizient größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 1.
Das Steuerteil 4 legt den Korrekturkoeffizienten mit 1 fest, wenn der Rotationswinkel, der vom Erfassungsteil 3 erfasst wird, größer als oder gleich einem vordefinierten Schwellenwert a wird. Im Ergebnis veranlasst das Steuerteil 4 den Elektromotor zur Antriebshilfe 116, die Grundkraft zur Fahrhilfe als die Kraft zur Fahrhilfe abzugeben. Mit anderen Worten, das Steuerteil 4 stoppt den Korrekturprozess, wenn der Rotationswinkel größer als oder gleich einem vordefinierten Schwellenwert a wird, und veranlasst den Elektromotor zur Antriebshilfe 116, die Grundkraft zur Fahrhilfe abzugeben. Dieser Schwellenwert a ist bevorzugt beispielsweise größer als oder gleich 10 Grad und kleiner als oder gleich 90 Grad und starker bevorzugt größer als oder gleich 20 Grad und kleiner als oder gleich 60 Grad. Das Steuerteil 4 kann einen Korrekturkoeffizienten, der dem Rotationswinkel entspricht, mit einer vordefinierten Rechenformel eher als unter Verwendung einer solchen Korrekturinformationsabbildung berechnen.
Die Korrekturinformationsabbildung kann den Rotationswinkel und den Korrekturkoeffizienten in einer linearen funktionsartigen Beziehung aufweisen, wie durch L1 in 3 gezeigt, oder der Rotationswinkel und der Korrekturkoeffizient können eine Kurve mit einem Polynom vom Grade n sein, wie durch L2 und L3 in 3 gezeigt. In der Korrekturinformationsabbildung kann, wie durch L4 in 3 gezeigt, wenn der Rotationswinkel 0 ist, der Korrekturkoeffizient nicht 0, aber ein vordefinierter Wert sein. In der Korrekturinformationsabbildung kann sich der Korrekturkoeffizient entsprechend dem Rotationswinkel kontinuierlich ändern, wie durch L1–L4 in 3 gezeigt, oder der Korrekturkoeffizient kann sich nicht kontinuierlich schrittweise entsprechend dem Rotationswinkel ändern, wie durch L5 in 3 gezeigt. Diese Art Korrekturabbildung wird experimentell bestimmt. Ferner kann der Korrekturkoeffizient so konfiguriert sein, dass das Steuerteil 4 mehrere Korrekturinformationsabbildungen umfasst und so dass das Bedienteil 118 mehrere Korrekturinformationsabbildungen festlegen kann.
Für jede der mehreren Hilfsbedingungen kann eine individuell unterschiedliche Korrektursteuerabbildung oder eine vordefinierte Rechenformel eingerichtet werden. Wird eine Korrektursteuerabbildung oder eine vordefinierte Rechenformel verwendet, gibt es, da sich das Verhältnis der ergänzenden Antriebskraft zur manuellen Antriebskraft ändern wird, wenn die Hilfsbedingung verändert wird, selbst wenn die manuelle Antriebskraft und der Rotationswinkel gleich sind, Fälle, bei denen sich die ergänzende Antriebskraft entsprechend der Hilfsbedingung ändern wird. Durch das Einrichten individuell unterschiedlicher Korrektursteuerabbildungen oder einer vordefinierten Rechenformel für jede der mehreren Hilfsbedingungen kann die optimale Hilfssteuerung unter jeder Hilfsbedingung ausgeführt werden. Wenn beispielsweise eine Korrektursteuerabbildung, die der Hilfsbedingung entspricht, so verwendet wird, dass sich der Korrekturkoeffizient im Falle eines kleinen Rotationswinkels verringert, wenn sich das Verhältnis der ergänzenden Antriebskraft zur manuellen Antriebskraft erhöht, kann ein plötzlicher Start unter jeder Hilfsbedingung ohne weiteres verhindert werden.
Das Steuerteil 4 führt die Fahrhilfe am Elektromotor zur Antriebshilfe 116 aus, wenn eine vordefinierte Obergrenze erreicht ist. Beispielsweise wird das Steuerteil 4 die Fahrhilfe am Elektromotor zur Antriebshilfe 116 ausführen, wenn bestimmt wird, dass das vom Erfassungsteil 2 für manuelle Antriebskraft erfasste Drehmoment größer als oder gleich einem vordefinierten Referenzwert für das Drehmoment ist (ein Beispiel für einen Referenzwert für die manuelle Antriebskraft). Ferner ist das Steuerteil 4 beispielsweise von einem Mikrocomputer konfiguriert und umfasst eine CPU (Zentraleinheit), einen RAM (Schreib-Lese-Speicher), einen ROM (Lesespeicher), eine E/A-Schnittstelle und dergleichen.
Als nächstes wird die Betriebsweise des Fahrrad-Steuergeräts 1 unter Bezugnahme auf 4 erläutert. 4 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise des Fahrrad-Steuergeräts 1 erläutert.
Wie in 4 gezeigt, enthält das Steuerteil 4 Informationen bezüglich der vom Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfassten manuellen Antriebskraft (Schritt S1). Genauer gesagt, enthält das Steuerteil 4 Informationen bezüglich des Drehmoments, das vom Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfasst wird.
Als nächstes bestimmt das Steuerteil 4, ob die manuelle Antriebskraft größer als oder gleich dem Referenzwert für die manuelle Antriebskraft ist oder nicht (Schritt S2). Genauer gesagt, bestimmt das Steuerteil 4 basierend auf den erhaltenen Informationen bezüglich des Drehmoments, ob das Drehmoment größer als oder gleich einem Referenzwert für das Drehmoment ist oder nicht. Wenn auch nicht besonders darauf beschränkt, kann dieser Drehmoment-Referenzwert beispielsweise größer als oder gleich 7 Nm und kleiner als oder gleich bis um die 10 Nm sein. Das Steuerteil 4 fährt fort mit dem Vorgang von Schritt S1, wenn bestimmt wird, dass die manuelle Antriebskraft kleiner ist als der Referenzwert für die manuelle Antriebskraft (Nein in Schritt S2).
Bestimmt das Steuerteil 4, dass die manuelle Antriebskraft größer als oder gleich dem Referenzwert für die manuelle Antriebskraft ist (Ja in Schritt S2), wird die Grundkraft zur Fahrhilfe festgelegt (Schritt S3). Genauer gesagt, legt das Steuerteil 4 eine Grundkraft zur Fahrhilfe entsprechend der manuellen Antriebskraft fest.
Als nächstes erhält das Steuerteil 4 Informationen bezüglich des vom Erfassungsteil 3 erfassten Rotationswinkels (Schritt S4). Genauer gesagt, erfasst das Steuerteil 4 den Rotationswinkel der Kurbelwelle 112a. Der Rotationswinkel ist der Winkel, bei dem die Position der Kurbelwelle 112a, wenn die Bedingungen, unter denen die Fahrhilfe vom Elektromotor zur Antriebshilfe 116 gestartet wird, erfüllt sind, als Referenz bestimmt wird. Genauer gesagt, wird in dem oben genannten Vorgang von Schritt S2 die Position der Kurbelwelle 112a als Referenz bestimmt, wenn das Steuerteil 4 bestimmt, dass die manuelle Antriebskraft größer als oder gleich dem Referenzwert für die manuelle Antriebskraft geworden ist.
Als nächstes legt das Steuerteil 4 den Korrekturkoeffizienten, der dem Rotationswinkel entspricht, basierend auf den erhaltenen Rotationswinkelinformationen fest (Schritt S5). Genauer gesagt, legt das Steuerteil 4 einen Korrekturkoeffizienten, der dem Rotationswinkel entspricht, basierend auf der in 3 gezeigten Korrekturkoeffizientenabbildung fest.
Als nächstes berechnet das Steuerteil 4 die Kraft zur Fahrhilfe basierend auf der Grundkraft zur Fahrhilfe, die in Schritt S3 festgelegt wurde, und dem Korrekturkoeffizienten, der in Schritt S5 festgelegt wurde (Schritt S6). Genauer gesagt, berechnet das Steuerteil 4 die Kraft zur Fahrhilfe durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit der Grundkraft zur Fahrhilfe. Mit anderen Worten berechnet das Steuerteil 4 den Befehlswert, der der Kraft zur Fahrhilfe entspricht, durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit dem Befehlswert, der der Grundkraft zur Fahrhilfe entspricht.
Als nächstes veranlasst das Steuerteil 4 den Elektromotor zur Antriebshilfe 116, die Fahrhilfe mit der berechneten Kraft zur Fahrhilfe auszuführen (Schritt S7). Genauer gesagt, veranlasst das Steuerteil 4 den Elektromotor zur Antriebshilfe 116, die berechnete Kraft zur Fahrhilfe abzugeben, und veranlasst den Elektromotor zur Antriebshilfe, die Fahrhilfe durch Steuern des Motortreibers 117 auszuführen.
Das Steuerteil 4 wird die Fahrhilfe durch den Elektromotor zur Antriebshilfe 116 stoppen, wenn die Geschwindigkeit des Fahrrads 101 einen vordefinierten Referenzwert für die Geschwindigkeit übersteigt.
Wie oben beschrieben, kann mit dem Steuerteil 4, das wie in 4 gezeigt steuert, verhindert werden, dass der Elektromotor zur Antriebshilfe 116 plötzlich mit elektrischem Strom versorgt wird, wenn das elektrisch unterstützte Fahrrad gestartet wird. Ferner kann das Steuerteil 4 die ergänzende Antriebskraft durch den Elektromotor zur Antriebshilfe 116 dämpfen, selbst wenn sich das Fahrrad bewegt, oder sogar wenn wieder getreten wird, nachdem der Elektromotor zur Antriebshilfe 116 vorübergehend angehalten hat, indem, wie in 4 gezeigt, gesteuert wird, und kann verhindern, dass der Elektromotor zur Antriebshilfe 116 plötzlich mit elektrischem Strom versorgt wird.
Als nächstes wird ein Fahrrad-Steuergerät 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert. Da das Fahrrad 101, an dem das Fahrrad-Steuergerät 1 gemäß der zweiten Ausführungsform angebracht ist, dasselbe ist wie das Fahrrad 101, das in der ersten Ausführungsform erläutert wurde, wird es hier nicht noch einmal erläutert. Da sich überdies das Fahrrad-Steuergerät 1 gemäß der zweiten Ausführungsform von dem Fahrrad-Steuergerät 1 gemäß der ersten Ausführungsform lediglich durch die Art und Weise, wie die Kraft zur Fahrhilfe geleitet wird, unterschiedet, und die Konfigurationen der Bauteile dieselben sind, werden auch sie nicht noch einmal erläutert.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise des Fahrrad-Steuergerätes 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert. Da die Vorgänge von Schritt S1, S2, S4, S5 und S7 dieselben sind, wie in der ersten Ausführungsform, werden sie hier nicht noch einmal ausführlich erläutert.
Das Steuerteil 4 erhält zunächst Informationen bezüglich der vom Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfassten manuellen Antriebskraft (Schritt S1). Das Steuerteil 4 kehrt zurück zum Vorgang von Schritt S1, wenn bestimmt wird, dass die aus dem Vorgang von Schritt S1 erhaltene manuelle Antriebskraft kleiner ist als der Referenzwert für die manuelle Antriebskraft (Nein in Schritt S2).
Wenn andererseits das Steuerteil 4 bestimmt, dass die manuelle Antriebskraft größer als oder gleich dem Referenzwert für die manuelle Antriebskraft ist (Ja in Schritt S2), werden Informationen bezüglich des vom Erfassungsteil 3 erfassten Rotationswinkels erhalten (Schritt S4). Als nächstes legt das Steuerteil 4 den Korrekturkoeffizienten, der dem Rotationswinkel entspricht, basierend auf den erhaltenen Rotationswinkelinformationen fest (Schritt S5).
Dann korrigiert das Steuerteil 4 die vom Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfasste manuelle Antriebskraft (Schritt S11). Genauer gesagt, multipliziert das Steuerteil 4 den Korrekturkoeffizienten, der im Vorgang von Schritt S5 festgelegt wurde, mit der manuellen Antriebskraft, die im Vorgang von Schritt S1 erhalten wurde. Mit anderen Worten wird ein festgelegter Korrekturkoeffizient mit dem Ausgabewert (beispielsweise einem Wert, der eine elektrische Spannung darstellt) des Erfassungsteils für manuelle Antriebskraft 2, was die manuelle Antriebskraft darstellt, multipliziert. So wird die korrigierte manuelle Antriebskraft kleiner als oder gleich der manuellen Antriebskraft, die vom Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfasst wurde.
Als nächstes legt das Steuerteil 4 die Kraft zur Fahrhilfe fest, die der korrigierten manuellen Antriebskraft entspricht (Schritt S12). Die Kraft zur Fahrhilfe, die im Vorgang von Schritt S12 festgelegt wurde, ist kleiner als oder gleich der Grundkraft zur Fahrhilfe, die entsprechend der ursprünglichen manuellen Antriebskraft, die vom Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 erfasst wurde, festgelegt wurde.
Überdies veranlasst das Steuerteil 4 den Elektromotor zur Antriebshilfe 116, die Kraft zur Fahrhilfe, die im Vorgang von Schritt S12 festgelegt wurde, abzugeben (Schritt S7).
Auch wenn vorstehend jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgeführt wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und es können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform erfasst das Erfassungsteil 3 den Rotationswinkel der Kurbel 112, das Erfassungsteil ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Erfassungsteil 3 auch so konfiguriert sein, dass es die Fahrstrecke ab dem Zeitpunkt des Startens der Fahrhilfe an Stelle des Rotationswinkels der Kurbel 112 erfasst. Die Fahrstrecke kann basierend auf dem Rotationszustand (beispielsweise der Rotationsfrequenz oder dem Rotationswinkel) des Vorderrades 106 oder des Hinterrades 107 und dem Durchmesser der Räder berechnet werden. Der Rotationszustand des Vorderrades 106 oder des Hinterrades 107 kann mit einem normalen Geschwindigkeitssensor erfasst werden, indem beispielsweise ein Magnet am Rad installiert wird und ein Sensor zum Erfassen dieses Magneten am Rahmen installiert wird; oder der Rotationszustand des Vorderrades oder des Hinterrades kann durch einen Geber erfasst werden.
Das Steuerteil 4 steuert die Kraft zur Fahrhilfe, die vom Elektromotor zur Antriebshilfe 116 abgegeben wird, entsprechend der vom Erfassungsteil 3 erfassten Fahrstrecke. Beispielsweise nähert das Steuerteil 4 die Kraft zur Fahrhilfe der Grundkraft zur Fahrhilfe an, wenn die Fahrstrecke größer wird. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel kann die aktuelle Fahrstrecke berechnet werden, oder an Stelle der Berechnung der Fahrstrecke kann die Kraft zur Fahrhilfe, die vom Elektromotor zur Antriebshilfe 116 abgegeben wird, entsprechend dem Rotationszustand (der Rotationsfrequenz oder dem Rotationswinkel) des Rades ab dem Zeitpunkt des Startens der Fahrhilfe gesteuert werden. Das Steuerteil 4 verfügt über eine Korrekturinformationsabbildung, bei der die horizontale Achse der in 3 gezeigten Korrekturinformationsabbildung als Rotationswinkel durch die Fahrstrecke oder die Rotationsfrequenz (den Rotationswinkel) des Rades oder eine vordefinierte Rechenformel ersetzt wird. Die Berechnung zum Erhalt der Fahrstrecke kann beispielsweise auch mit einem Mikrocomputer vorgenommen werden, der das Steuerteil 4 konfiguriert.
In der oben beschriebenen Ausführungsform erfasst das Erfassungsteil 3 den Rotationswinkel der Kurbel 112, das Erfassungsteil ist jedoch nicht speziell darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Erfassungsteil 3 auch so konfiguriert sein, dass es die Fahrzeit ab dem Zeitpunkt des Startens der Fahrhilfe an Stelle des Rotationswinkels der Kurbel 112 erfasst. In diesem Fall steuert das Steuerteil 4 die Kraft zur Fahrhilfe, die vom Elektromotor zur Antriebshilfe 116 abgegeben wird, entsprechend der vom Erfassungsteil 3 erfassten Fahrzeit. Beispielsweise nähert das Steuerteil 4 die Kraft zur Fahrhilfe an die Grundkraft zur Fahrhilfe an, wenn sich die Fahrzeit verlängert. Das Steuerteil 4 umfasst eine Korrekturinformationsabbildung, wobei die horizontale Achse der in 3 gezeigten Korrekturinformationsabbildung als Rotationswinkel durch die Fahrzeit oder eine vordefinierte Rechenformel ersetzt wird.
Das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 gemäß den obigen Ausführungsformen erfasst das Drehmoment, das auf die Kurbelwelle 112a einwirkt, als die manuelle Antriebskraft, das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft ist jedoch nicht speziell darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft 2 die Zugkraft, die auf die Kette 110 einwirkt, als die manuelle Antriebskraft erfassen, oder das Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft kann die Kraft, die auf den Reifen des Hinterrades 107 einwirkt, oder die Antriebskraft, die durch die manuelle Kraft auf den Rahmen 102 einwirkt, erfassen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Konfiguration eingesetzt, bei der der Hilfsmechanismus 115 den Energieübertragungsweg mit einer ergänzenden Antriebskraft versorgt, die Konfiguration ist jedoch nicht speziell darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Konfiguration auch so gestaltet sein, dass der Hilfsmechanismus 115 die Kette 110 mit einer ergänzenden Antriebskraft versorgt. Ferner kann das vorliegende Fahrrad-Steuergerät beispielsweise auch auf ein elektrisch unterstütztes Fahrrad angewandt werden, das mit einem Vorderradnabenmotor ausgestattet ist, das heißt, ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, bei dem das Vorderrad 106 mit einem Hilfsmechanismus 115 ausgestattet ist. Überdies kann das vorliegende Fahrrad-Steuergerät auch auf ein elektrisch unterstütztes Fahrrad angewandt werden, das mit einem Hinterradnabenmotor ausgestattet ist, das heißt, ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, bei dem das Hinterrad 107 mit einem Hilfsmechanismus 115 ausgestattet ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrrad-Steuergerät
2: Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft
3: Erfassungsteil
4: Steuerteil
101: Fahrrad
112: Kurbel
112a: Kurbelwelle
112b: Kurbelarm
116: Elektromotor zur Antriebshilfe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-10581 [0002]

Claims

Fahrrad-Steuergerät, das ein Fahrrad mit einem Elektromotor zur Antriebshilfe steuert, umfassend: ein Erfassungsteil, das zumindest eines des Folgenden erfasst: den Rotationswinkel einer Kurbel, bei dem die Position der Kurbel des Fahrrads beim Starten der Fahrhilfe durch den Elektromotor zur Antriebshilfe die Referenz ist, die Fahrstrecke ab dem Zeitpunkt des Startens der Fahrhilfe und die Fahrzeit ab dem Zeitpunkt des Startens der Fahrhilfe; und ein Steuerteil, das die Kraft zur Fahrhilfe, die vom Elektromotor zur Antriebshilfe abgegeben wird, entsprechend der vom Erfassungsteil erfassten Erfassungsergebnisse steuert.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft, das die manuelle Antriebskraft erfasst; und wobei das Steuerteil die Kraft zur Fahrhilfe entsprechend der vom Erfassungsteil für manuelle Antriebskraft erfassten manuellen Antriebskraft steuert.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 2, wobei das Steuerteil den Elektromotor zur Antriebshilfe zum Abgeben einer Kraft zur Fahrhilfe veranlasst, die kleiner als oder gleich einer Grundkraft zur Fahrhilfe ist, die entsprechend der manuellen Antriebskraft festgelegt wird.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 3, wobei das Steuerteil die Kraft zur Fahrhilfe der Grundkraft zur Fahrhilfe annähert, wenn sich der Rotationswinkel erhöht, die Fahrstrecke größer wird oder die Fahrzeit verlängert.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das Steuerteil die Grundkraft zur Fahrhilfe entsprechend der Erfassungsergebnisse korrigiert und die Grundkraft der Kraft zur Fahrhilfe anpasst.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 5, wobei das Steuerteil die Grundkraft zur Fahrhilfe basierend auf der Korrekturinformation, die den Erfassungsergebnissen entspricht, korrigiert.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 6, wobei die Korrekturinformation von einem Korrekturkoeffizienten dargestellt wird; und der Korrekturkoeffizient größer wird, wenn sich der Rotationswinkel erhöht, die Fahrstrecke größer wird oder die Fahrzeit verlängert.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 7, wobei das Steuerteil die Grundkraft zur Fahrhilfe durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit der Grundkraft zur Fahrhilfe korrigiert.
Fahrrad-Steuergerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Steuerteil die manuelle Antriebskraft entsprechend den Erfassungsergebnissen korrigiert und den Elektromotor zur Antriebshilfe zur Abgabe der Kraft zur Fahrhilfe, die der korrigierten manuellen Antriebskraft entspricht, veranlasst.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 9, wobei das Steuerteil die manuelle Antriebskraft basierend auf der Korrekturinformation, die den Erfassungsergebnissen entspricht, korrigiert.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 10, wobei die Korrekturinformation von einem Korrekturkoeffizienten dargestellt wird; und sich der Korrekturkoeffizient erhöht, wenn sich der Rotationswinkel erhöht, die Fahrstrecke größer wird oder die Fahrzeit verlängert.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 11, wobei das Steuerteil die manuelle Antriebskraft durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit der manuellen Antriebskraft korrigiert.
Fahrrad-Steuergerät nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Steuerteil den Korrekturvorgang stoppt, wenn das Erfassungsergebnis größer als oder gleich einem vordefinierten Schwellenwert wird.
Fahrrad-Steuergerät nach Anspruch 13, wobei, wenn das Erfassungsteil den Rotationswinkel erfasst, der vordefinierte Schwellenwert innerhalb eines Bereiches festgelegt wird, der größer als oder gleich 10 Grad und kleiner als oder gleich 90 Grad ist.
Fahrrad-Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei, wenn das Erfassungsteil den Rotationswinkel erfasst, das Erfassungsteil den Rotationswinkel der Kurbelwelle der Kurbel als den Rotationswinkel der Kurbel erfasst.
Fahrrad-Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei, wenn das Erfassungsteil den Rotationswinkel erfasst, das Erfassungsteil für den Rotationswinkel den Rotationswinkel des Kurbelarms der Kurbel als den Rotationswinkel der Kurbel erfasst.
Fahrrad-Steuergerät nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei das Steuerteil den Elektromotor zur Antriebshilfe veranlasst, die Fahrhilfe zu starten, wenn bestimmt wird, dass die manuelle Antriebskraft, die vom Erfassungsteil für die manuelle Antriebskraft erfasst wird, größer als oder gleich dem Referenzwert für die manuelle Antriebskraft ist.