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HINTERGRUND
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QUERVERWEIS AUF ANDERE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung
US 16/295,555 , die am 7. März 2019 eingereicht wurde. Die gesamte Offenbarung der US-Patentanmeldung
US 16/295,555 wird hiermit durch Verweis hierauf hierin aufgenommen.
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Viele mit Menschenkraft angetriebene Fahrzeuge, wie z.B. Fahrräder, verfügen über die Möglichkeit, Gänge zu wechseln. Wenn ein Fahrer eines solchen Fahrzeugs eine Gangwechselanweisung zu einem schlechten Zeitpunkt zum Schalten eingibt, kann ein idealer Schaltpunkt auf dem Kettenrad verpasst werden. In diesem Fall kann es zu einem Schaltstoß kommen, der dem Fahrer Unbehagen bereitet. Während sehr erfahrene Fahrer Fähigkeiten für die Zeitgebung des Gangwechsels entwickeln können, um Schaltstöße zu vermeiden, fehlen vielen anderen Fahrern solche Fähigkeiten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Schaltsystem für ein mit Menschenkraft angetriebenes Fahrzeug einen Controller. Der Controller ist eingerichtet, um ein Antriebsdrehmoment und eine Trittfrequenz des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs von mindestens einem Sensor zu empfangen. Der Controller ist eingerichtet, um eine zulässige Schaltzeitgebung auf der Grundlage des Antriebsdrehmoments und der Trittfrequenz zu bestimmen. Der Controller ist ferner eingerichtet, um einen Schaltmechanismus zu steuern, einen Gangwechsel während der zulässigen Schaltzeitgebung durchzuführen.
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Mit dem Schaltsystem nach dem ersten Aspekt ist es möglich, den Gangwechsel so einzuschränken, dass dieser während der zulässigen Schaltzeitgebung durchgeführt wird, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem ersten Aspekt so eingerichtet, dass der Controller eingerichtet ist, um für den Gangwechsel ein Anweisungssignal an den Schaltmechanismus auszugeben, wenn ein aktueller Zeitpunkt in der zulässigen Schaltzeitgebung liegt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem zweiten Aspekt ist es möglich, zuzulassen, dass der Gangwechsel während der zulässigen Schaltzeitgebung durchgeführt wird, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem ersten oder zweiten Aspekt so eingerichtet, dass der Controller eingerichtet ist, um die Ausgabe des Anweisungssignals an den Schaltmechanismus zu unterlassen, wenn der aktuelle Zeitpunkt außerhalb der zulässigen Schaltzeitgebung liegt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem dritten Aspekt kann verhindert werden, dass der Gangwechsel außerhalb der zulässigen Schaltzeitgebung durchgeführt wird, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach einem von dem ersten bis dritten Aspekt so eingerichtet, dass die zulässige Schaltzeitgebung ein erstes Zeitgebungsintervall enthält, das einen ersten Start und ein erstes Ende aufweist. Der Controller ist eingerichtet, um ein Anweisungssignal für den Gangwechsel an den Schaltmechanismus auszugeben, wenn ein aktueller Zeitpunkt zwischen dem ersten Start und dem ersten Ende des ersten Zeitgebungsintervalls liegt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem vierten Aspekt ist es möglich, zuzulassen, dass der Gangwechsel während des ersten Zeitgebungsintervalls durchgeführt wird, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem vierten Aspekt so eingerichtet, dass der erste Start des ersten Zeitgebungsintervalls ein Zeitpunkt ist, zu dem erfasst wird, dass das Antriebsdrehmoment einen ersten Schwellenwert erreicht, wenn das Antriebsdrehmoment in einem Pedalzyklus ansteigt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem fünften Aspekt ist es möglich, das Zeitgebungsintervall basierend darauf, ob das Antriebsdrehmoment steigt oder fällt, so einzustellen, dass es bei einem geeigneten Schwellenwert beginnt.
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Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem vierten oder fünften Aspekt auf eine Weise eingerichtet, dass das erste Ende des ersten Zeitgebungsintervalls ein Zeitpunkt ist, zu dem erfasst wird, dass das Antriebsdrehmoment einen zweiten Schwellenwert erreicht, wenn das Antriebsdrehmoment im Pedalzyklus ansteigt. Der zweite Schwellenwert ist größer als der erste Schwellenwert.
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Mit dem Schaltsystem nach dem sechsten Aspekt ist es möglich, das Zeitgebungsintervall basierend darauf, ob das Antriebsdrehmoment steigt oder fällt, so einzustellen, dass es bei einem geeigneten Schwellenwert endet.
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Nach einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach einem von dem vierten bis sechsten Aspekt so eingerichtet, dass die zulässige Schaltzeitgebung ein zweites Zeitgebungsintervall enthält, das einen zweiten Start und ein zweites Ende aufweist. Der Controller ist eingerichtet, den Schaltmechanismus zu steuern, um den Gangwechsel durchzuführen, indem das Anweisungssignal für den Gangwechsel an den Schaltmechanismus ausgegeben wird, wenn der aktuelle Zeitpunkt zwischen dem zweiten Start und dem zweiten Ende des zweiten Zeitgebungsintervalls liegt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem siebten Aspekt ist es möglich, zuzulassen, dass der Gangwechsel zusätzlich zum ersten Zeitgebungsintervall während eines zweiten Zeitgebungsintervalls durchgeführt wird, wodurch zugelassen wird, dass unterschiedliche Zeitgebungsintervalle für verschiedene entsprechende Umstände verwendet werden.
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Nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem siebten Aspekt so eingerichtet, dass der zweite Start des zweiten Zeitgebungsintervalls ein Zeitpunkt ist, zu dem erfasst wird, dass das Antriebsdrehmoment den zweiten Schwellenwert erreicht, wenn das Antriebsdrehmoment im Pedalzyklus fällt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem achten Aspekt ist es möglich, das Zeitgebungsintervall basierend darauf, ob das Antriebsdrehmoment steigt oder fällt, so einzustellen, dass es bei einem geeigneten Schwellenwert beginnt.
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Nach einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem siebten oder achten Aspekt so eingerichtet, dass das zweite Ende des zweiten Zeitgebungsintervalls ein Zeitpunkt ist, zu dem erfasst wird, dass das Antriebsdrehmoment den ersten Schwellenwert erreicht, wenn das Antriebsdrehmoment im Pedalzyklus fällt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem neunten Aspekt ist es möglich, basierend darauf, ob das Antriebsdrehmoment steigt oder fällt, das Zeitgebungsintervall so einzustellen, dass es bei einem geeigneten Schwellenwert endet.
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Nach einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach einem von dem zweiten bis neunten Aspekt so eingerichtet, dass der Controller eingerichtet ist, um eine Eingabe bezüglich des Gangwechsels zu erhalten. Der Controller ist ferner eingerichtet, um das Anweisungssignal vorübergehend in einem Speicher des Controllers zu halten, bis die zulässige Schaltzeitgebung erreicht ist, wenn die Eingabe zu einem Eingabezeitpunkt empfangen wird, der außerhalb der zulässigen Schaltzeitgebung liegt.
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Mit dem Schaltsystem nach dem zehnten Aspekt ist es möglich, eine zeitlich falsch koordinierte Eingabe zu korrigieren, indem der Gangwechsel bis zur zulässigen Schaltzeitgebung verzögert wird, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem zehnten Aspekt so eingerichtet, dass der Controller eingerichtet ist, um vor der Ausgabe des vorübergehend im Speicher gehaltenen Anweisungssignals ein vorläufiges Signal an den Schaltmechanismus auszugeben, um eine Vorbereitung für den Gangwechsel durchzuführen.
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Mit dem Schaltsystem nach dem elften Aspekt ist es möglich, die Verzögerung zwischen dem Eingabezeitpunkt und dem Zeitpunkt des Gangwechsels zu reduzieren, indem man die Vorbereitung für den Gangwechsel vorzeitig durchführt.
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Nach einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem ersten Aspekt so eingerichtet, dass die zulässige Schaltzeitgebung ein erstes Zeitgebungsintervall enthält, das einen ersten Start und ein erstes Ende aufweist. Der Controller ist eingerichtet, um den Schaltmechanismus zu steuern, den Gangwechsel durchzuführen, indem mindestens eines von einer geschätzten Fahrentfernung des Schaltmechanismus und einer geschätzten Fahrgeschwindigkeit des Schaltmechanismus zur Durchführung des Gangwechsels bestimmt wird, eine geschätzte für die Durchführung des Gangwechsels benötigten Zeitdauer berechnet wird, basierend auf mindestens einer von der geschätzten Fahrentfernung und der geschätzten Fahrgeschwindigkeit, , und bestimmt wird, dass der Gangwechsel nach dem ersten Start des ersten Zeitgebungsintervalls begonnen und vor dem ersten Ende des ersten Zeitgebungsintervalls abgeschlossen werden kann, und das Anweisungssignal an den Schaltmechanismus auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses ausgegeben wird.
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Mit dem Schaltsystem nach dem zwölften Aspekt ist es möglich, zu vermeiden, dass ein Gangwechsel startet, der nach der zulässigen Schaltzeitgebung endet, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem zwölften Aspekt so eingerichtet, dass die geschätzte Fahrgeschwindigkeit vorzugsweise auf der Grundlage der Trittfrequenz und der Fahrentfernung berechnet wird.
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Mit dem Schaltsystem nach dem dreizehnten Aspekt ist es möglich, die Fahrgeschwindigkeit zu schätzen, ohne Mittel zur direkten Messung der Fahrgeschwindigkeit vorzusehen.
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Nach einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schaltsystem nach dem zwölften oder dreizehnten Aspekt auf eine Weise eingerichtet, dass der Gangwechsel einer von mehreren Gangwechseln ist, die geschätzte Fahrentfernung eine von mehreren geschätzten Fahrentfernungen ist und die geschätzte Fahrgeschwindigkeit eine von mehreren geschätzten Fahrgeschwindigkeiten ist. Der Controller ist eingerichtet, um eine Kennlinie zu speichern, die jeden der mehreren Gangwechsel auf eine zugeordnete der mehreren geschätzten Fahrentfernungen und eine der mehreren geschätzten Fahrgeschwindigkeiten in einem Speicher abbildet. Der Controller ist ferner eingerichtet, um mindestens eine von der geschätzten Fahrentfernung und der geschätzten Fahrgeschwindigkeit für die Durchführung des Gangwechsels zu bestimmen, indem zumindest teilweise die Kennlinie verwendet wird, um zumindest eine von der geschätzten Fahrentfernung und der geschätzten Fahrgeschwindigkeit, die mit dem Gangwechsel zusammenhängen, zu identifizieren.
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Mit dem Schaltsystem nach dem vierzehnten Aspekt ist es möglich, ein Kennfeld der Werte im Voraus vorzusehen und so die Verarbeitungszeit zu verkürzen, um zu bestimmen, ob der Gangwechsel innerhalb der zulässigen Schaltzeitgebung durchgeführt werden kann.
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Nach einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Schaltsystem für ein mit Menschenkraft angetriebenes Fahrzeug einen Controller. Der Controller ist eingerichtet, um eine Trittfrequenz des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs von mindestens einem Sensor zu empfangen. Der Controller ist eingerichtet, um einen Schaltmechanismus zu steuern, um einen Gangwechsel durchzuführen, indem ein Anweisungssignal für den Gangwechsel ausgegeben wird, wenn bestimmt wird, dass die Trittfrequenz innerhalb eines zulässigen Trittfrequenzbereichs liegt. Der Controller ist ferner eingerichtet, um den Schaltmechanismus zu steuern, indem das Steuersignal nicht an den Schaltmechanismus ausgegeben wird, wenn bestimmt wird, dass die Trittfrequenz außerhalb des zulässigen Trittfrequenzbereichs ist.
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Mit dem Schaltsystem nach dem fünfzehnten Aspekt ist es möglich, den Gangwechsel so einzuschränken, dass dieser während des zulässigen Trittfrequenzbereichs durchgeführt wird, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Schaltsystem für ein mit Menschenkraft angetriebenes Fahrzeug einen Controller. Der Controller ist eingerichtet, um ein Antriebsdrehmoment des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs von mindestens einem Sensor zu erhalten. Der Controller ist ferner eingerichtet, um einen Schaltmechanismus zu steuern, einen Gangwechsel durch Ausgabe eines Anweisungssignals für den Gangwechsel durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass das Antriebsdrehmoment gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist.
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Mit dem Schaltsystem nach dem sechzehnten Aspekt ist es möglich, einen Gangwechsel so einzuschränken, dass dieser bei ausreichendem Antriebsdrehmoment durchgeführt wird, wodurch die Schaltleistung verbessert wird.
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Nach einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Schaltsystem nach einem von dem ersten bis sechzehnten Aspekt ferner den Schaltmechanismus, der einen hinteren Umwerfer enthält, der eine hintere Kettenführung aufweist, die für eine seitliche Bewegung über die geschätzte Fahrentfernung in einer Richtung parallel zu einer Drehachse einer hinteren Kettenradanordnung mit mehreren hinteren Kettenrädern eingerichtet ist, um bei dem Gangwechsel eine Kette von dem einen der hinteren Kettenräder zu dem anderen der hinteren Kettenräder zu drängen.
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Mit dem Schaltsystem nach dem siebzehnten Aspekt ist es möglich, die Schaltleistung eines Umwerfers zu verbessern.
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Nach einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Schaltsystem nach einem von dem ersten bis siebzehnten Aspekt ferner den Schaltmechanismus, der einen vorderen Umwerfer enthält, der eine vordere Kettenführung aufweist, die für eine seitliche Bewegung über die geschätzte Fahrentfernung in einer Richtung parallel zu einer Drehachse einer vorderen Kettenradanordnung, die mehrere vordere Kettenräder aufweist, eingerichtet ist, um beim Gangwechsel eine Kette von dem einen der vorderen Kettenräder zu dem anderen der vorderen Kettenräder zu drängen.
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Mit dem Schaltsystem nach dem achtzehnten Aspekt ist es möglich, die Schaltleistung eines Umwerfers zu verbessern.
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Nach einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Schaltsystem nach einem von dem ersten bis achtzehnten Aspekt ferner eine Anzeigevorrichtung. Der Controller ist eingerichtet, um die Anzeigevorrichtung zu veranlassen, die zulässige Schaltzeitgebung durch mindestens eine von einer visuellen Art und Weise, einer akustischen Art und Weise oder einer haptischen Art und Weise anzuzeigen.
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Mit dem Schaltsystem nach dem neunzehnten Aspekt ist es möglich, den Fahrer über die zulässige Schaltzeitgebung zu informieren. Darüber hinaus kann die Anzeige dem Fahrer eine Rückmeldung zur Verbesserung des Eingabezeitpunkts geben.
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Nach einem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Schaltsystem nach einem von dem ersten bis neunzehnten Aspekt außerdem eine manuelle Eingabevorrichtung. Der Controller ist eingerichtet, um eine Schalteingabe zu empfangen, die das Schalten über die manuelle Eingabevorrichtung anfordert.
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Mit dem Schaltsystem nach dem zwanzigsten Aspekt ist es möglich, einen durch menschliches Versagen verursachten Eingabezeitpunkt der Schalteingabe zu korrigieren.
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Diese Zusammenfassung soll in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorstellen, die weiter unten in der Detailbeschreibung beschrieben werden. Diese Zusammenfassung soll weder die Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, noch soll sie dazu dienen, den Umfang des beanspruchten Gegenstandes einzuschränken. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die einige oder alle in irgendeinem Teil dieser Offenbarung bestimmten Nachteile lösen. Der Begriff „Klein- und/oder Leichtfahrzeug“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf elektrische und nicht-elektrische Fahrzeuge unabhängig von der Anzahl ihrer Räder, schließt jedoch nicht vierrädrige Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsquelle für die Räder oder vierrädrige Elektrofahrzeuge ein, die eine Zulassung für den Betrieb auf öffentlichen Straßen benötigen.
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Figurenliste
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Eine vollständigere Beurteilung der Erfindung und vieler ihrer Vorteile wird leicht erreicht, wenn man sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden wird.
- 1 ist eine rechte Seitenaufrissansicht eines Beispiels für ein mit Menschenkraft angetriebenes Fahrzeug, das ein Schaltsystem nach der vorliegenden Offenbarung enthält.
- 2 ist ein schematisches Diagramm des Schaltsystems.
- 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Antriebsdrehmoment im Laufe der Zeit für ein Pedal des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs darstellt.
- 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens, das durch das Schaltsystem durchgeführt wird.
- 5 ist eine Teilfrontansicht eines beispielhaften Umwerfers des Schaltsystems.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun anhand der Zeichnungen erläutert, wobei gleichartige Referenzzahlen entsprechende oder identische Elemente in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen. Für den Fachmann wird aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass die folgenden Beschreibungen der Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung und nicht zum Zweck der Beschränkung der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist, bereitgestellt werden.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird zunächst ein beispielhaftes mit Menschenkraft angetriebenes Fahrzeug 1 gezeigt, das ein Schaltsystem 10 nach mindestens einer offenbarten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Bei dem mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeug 1 handelt es sich beispielsweise um ein Fahrrad, wie z.B. ein Rennrad, ein Mountainbike, ein Cyclocross-Fahrrad, ein Trekking-Fahrrad, ein Stadtfahrrad oder ein Pedelec. Die folgenden Richtungsbegriffe „vorne“, „hinten“, „vorwärts“, „rückwärts“, „links“, „rechts“, „quer“, „aufwärts“ und „abwärts“ sowie alle anderen ähnlichen Richtungsbegriffe beziehen sich auf diejenigen Richtungen, die auf der Grundlage eines Fahrers bestimmt werden, der z.B. aufrecht auf einem Sattel des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 sitzt, während er einem Lenker zugewandt ist.
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In Fortsetzung von 1 enthält das mit Menschenkraft angetriebene Fahrzeug 1 einen Rahmen 2, ein Hinterrad 3, eine Vordergabel 4, ein Vorderrad 5 und eine Kurbelanordnung 6. Das Hinterrad 3 ist drehbar am Rahmen 2 angebracht. Das Vorderrad 5 ist drehbar an der Vordergabel 5 angebracht. Die Kurbelanordnung 6 enthält ein Paar Kurbelarme 6A, eine Kurbelachse 6B und ein Paar Pedale 6C. Das Paar Kurbelarme 6A ist auf beiden Seiten des Rahmens 2 in einem Winkel von 180 Grad zueinander angebracht und durch die Kurbelachse 6B verbunden. Das Pedalpaar 6C auf beiden Seiten des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 ist an den entsprechenden Kurbelarmen 6A angebracht. Das mit Menschenkraft angetriebene Fahrzeug 1 der vorliegenden Ausführung wird von einem Kettenantriebssystem angetrieben, das eine Fahrradkette 7, eine hintere Kettenradanordnung 8 und eine vordere Kettenradanordnung 9 enthält. Die hintere Kettenradanordnung 8 ist relativ drehbar an einer Nabenanordnung des Hinterrads 3 montiert. Die hintere Kettenradanordnung 8 enthält mehrere hintere Kettenräder 8A. Die vordere Kettenradanordnung 9 ist an der Kurbelanordnung 6 angebracht. Die vordere Kettenradanordnung 9 enthält mehrere vordere Kettenräder 9A. Die Fahrradkette 7 steht mit einem der hinteren Kettenräder 8A der hinteren Kettenräderanordnung 8 und einem der vorderen Kettenräder 9A der vorderen Kettenradanordnung 9 in Eingriff. Ein auf die Pedale 6C aufgebrachtes Antriebsdrehmoment wird auf die Kurbelarme 6A übertragen, die die Kurbelachse 6B und eines der vorderen Kettenräder 9A drehen. Wenn sich die vordere Kettenradanordnung 9 dreht, wird die Fahrradkette 7 um eines der vorderen Kettenräder 9A herum angetrieben und über das hintere Kettenrad 8A auf das Hinterrad 3 übertragen, um das mit Menschenkraft angetriebene Fahrzeug 1 anzutreiben. Zum Verschieben der Kette zwischen einem der vorderen Kettenrädern 9A oder zwischen einem der hinteren Kettenrädern 8A kann ein Schaltsystem 10 der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Andere Komponenten des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 können herkömmlich sein, weshalb eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten entfällt.
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2 ist ein schematisches Diagramm des Schaltsystems 10 für das mit Menschenkraft angetriebene Fahrzeug 1. Wie gezeigt, enthält das Schaltsystem 10 einen Controller 12. Der Controller 12 kann einen Prozessor 14 und einen Speicher 16 enthalten, der eingerichtet ist, um vom Prozessor ausführbare Anweisungen vorzuhalten, um die verschiedenen Funktionen des Controllers 12 auszuführen. Der Controller 12 kann ferner eine Batterie 18 enthalten, um elektrische Energie und Kommunikationsleitungen zu einem oder mehreren anderen nachstehend beschriebenen Vorrichtungen vorzusehen. Die Kommunikationsleitungen können verdrahtet oder drahtlos sein. Während der Controller 12 in 1 als am Rahmen 2 des Fahrzeugs 1 montiert dargestellt ist, können andere geeignete Stellen, wie z.B. an oder in der Nähe der vorderen oder hinteren Kettenradanordnung 8 oder 9, integriert mit einer Antriebsunterstützungseinheit, am Lenker usw., gewählt werden.
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Der Controller 12 kann eingerichtet sein, um ein Antriebsdrehmoment τ und eine Trittfrequenz C des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 von mindestens einem Sensor zu empfangen. Bei dem mindestens einen Sensor kann es sich z.B. um einen oder mehrere Pedalsensoren 20A, die eingerichtet sind, um das Antriebsdrehmoment τ zu messen, das vom Fuß des Fahrers auf die Pedale 6C ausgeübt wird, und einen Kurbelsensor 20B handeln, der eingerichtet ist, um zu überwachen, wann die Kurbelarme 6A einen Punkt entlang eines Pedalzyklus passieren, aus dem die Trittfrequenz C gemessen wird. In einigen Fällen können die Sensoren 20A, 20B zu einer einzigen Komponente kombiniert werden, die sowohl das Antriebsdrehmoment τ als auch die Trittfrequenz C erfasst. In dem Fall, dass das mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 ein Pedelec ist, kann das Antriebsdrehmoment τ ganz oder teilweise von einem Antriebsunterstützungsmotor geliefert werden. Das heißt, das Antriebsdrehmoment τ kann ein Unterstützungsdrehmoment sein oder ein solches enthalten.
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Der Controller 12 kann eingerichtet sein, um eine zulässige Schaltzeitgebung tP auf der Grundlage des Antriebsdrehmoments τ und der Trittfrequenz C zu bestimmen. Außerdem kann der Controller 12 eingerichtet sein, um einen Schaltmechanismus 22 zu steuern, um während der zulässigen Schaltzeitgebung tP einen Gangwechsel durchzuführen. Somit kann die zulässige Schaltzeitgebung tP ein drehmoment- und trittfrequenzabhängiger Zeitpunkt sein, bei dem die Durchführung des Gangwechsels nicht zu einem Schaltstoß oder zu einem akzeptabel niedrigen Schaltstoß führt. Dementsprechend kann der Controller 12 eingerichtet sein, um ein Anweisungssignal 24 für den Gangwechsel an den Schaltmechanismus 22 auszugeben, wenn ein aktueller Zeitpunkt t in der zulässigen Schaltzeitgebung tP liegt. Dagegen kann der Controller 12 eingerichtet sein, um die Ausgabe des Anweisungssignals 24 an den Schaltmechanismus 22 zu unterlassen, wenn der aktuelle Zeitpunkt t außerhalb der zulässigen Schaltzeitgebung tP liegt.
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3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Antriebsdrehmoment τ im Laufe der Zeit für ein Pedal 6C des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 darstellt. Es sind drei Zyklen des Pedals 6C, z.B. des rechten Pedals 6C, dargestellt. Man beachte, dass eines oder beide der Pedale 6C den Sensor 20A, 20B aufweisen können. Da ein Diagramm des linken Pedals 6C typischerweise fast identisch mit dem in 3 gezeigten Diagramm aussieht, aber um 180° phasenverschoben ist, wird nur ein Diagramm als Beispiel angegeben.
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Unter Verwendung des mittleren Zyklus als Beispiel kann die zulässige Schaltzeitgebung tP ein erstes Zeitgebungsintervall t1 enthalten, das einen ersten Start tS1 und ein erstes Ende tE1 aufweist. Wie man sehen kann, liegt das erste Zeitgebungsintervall t1 innerhalb einer hochstabilen Schaltzone, in der der Schaltstoß fehlt oder minimal ist. Daher kann der Controller 12 eingerichtet sein, um das Anweisungssignal 24 für den Gangwechsel an den Schaltmechanismus 22 auszugeben, wenn der aktuelle Zeitpunkt t zwischen dem ersten Start tS1 und dem ersten Ende tE1 des ersten Zeitgebungsintervalls t1 liegt. Dabei kann der erste Start tS1 des ersten Zeitgebungsintervalls t1 ein Zeitpunkt sein, an dem das Antriebsdrehmoment τ erfasst wird, um einen ersten Schwellenwert zu erreichen, wenn das Antriebsdrehmoment τ in einem Pedalzyklus ansteigt. Ferner kann das erste Ende tE1 des ersten Zeitgebungsintervalls t1 ein Zeitpunkt sein, an dem das Antriebsdrehmoment τ erfasst wird, um einen zweiten Schwellenwert zu erreichen, wenn das Antriebsdrehmoment τ in einem Pedalzyklus ansteigt. Der erste Schwellenwert kann vorbestimmt und im Speicher gespeichert werden, und die verschiedenen Zeitgebungsintervalle können aus aktuellen Sensordaten, wie z.B. dem Antriebsdrehmoment τ in Korrelation mit Zeitstempeln bestimmt werden. In diesem Beispiel ist der zweite Schwellenwert grösser als der erste Schwellenwert, weil das Antriebsdrehmoment τ weiterhin vom ersten Schwellenwert auf den zweiten Schwellenwert ansteigt.
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Darüber hinaus kann die zulässige Schaltzeitgebung tP ein zweites Zeitgebungsintervall t2 enthalten, das einen zweiten Start tS2 und ein zweites Ende tE2 aufweist. Wie beim ersten Zeitgebungsintervall t1 kann der Controller 12 eingerichtet sein, um den Schaltmechanismus 22 zu steuern, den Gangwechsel durch Ausgabe des Anweisungssignals 24 für den Gangwechsel an den Schaltmechanismus 22 durchzuführen, wenn der aktuelle Zeitpunkt t zwischen dem zweiten Start tS2 und dem zweiten Ende tE2 des zweiten Zeitgebungsintervalls t2 liegt. Im Gegensatz zum ersten Zeitgebungsintervall t1, wenn das Antriebsdrehmoment ansteigt, kann der zweite Start tS2 des zweiten Zeitgebungsintervalls t2 ein Zeitpunkt sein, an dem erfasst wird, dass das Antriebsdrehmoment den zweiten Schwellenwert erreicht, wenn das Antriebsdrehmoment τ im Pedalzyklus fällt. In ähnlicher Weise kann das zweite Ende tE2 des zweiten Zeitgebungsintervalls t2 ein Zeitpunkt sein, an dem erfasst wird, dass das Antriebsdrehmoment τ den ersten Schwellenwert erreicht wenn das Antriebsdrehmoment τ im Pedalzyklus fällt.
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Zurückkehrend zu 2, kann der Controller 12 eingerichtet sein, um eine Eingabe 26 bezüglich des Gangwechsels zu empfangen. Das Schaltsystem 10 kann eine manuelle Eingabevorrichtung 28 umfassen, wobei der Controller 12 eingerichtet sein kann, um die Schalteingabe 26 über die manuelle Eingabevorrichtung 28 zu empfangen, die den Gangwechsel anfordert. Alternativ kann ein automatisches Schaltsystem eingerichtet sein, um den Gangwechsel durchzuführen, ohne die Schalteingabe 26 von der manuellen Eingabevorrichtung 28 zu empfangen. In dem Fall, dass der Fahrer die manuelle Eingabevorrichtung 28 betätigt, kann der Controller 12 jedoch eingerichtet sein, das Anweisungssignal 24 vorübergehend im Speicher 16 der Steuereinheit 12 zu halten, bis die zulässige Schaltzeitgebung tP erreicht ist, wenn die Eingabe 26 zu einem Eingabezeitpunkt empfangen wird, der außerhalb der zulässigen Schaltzeitgebung tP liegt.
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4 ist ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens 400, das vom Schaltsystem 10 durchgeführt wird. Wie vorstehend diskutiert, kann im Schritt S2 der Controller 12 die Schalteingabe 26 erhalten. Im Schritt S4 kann der Controller 12 die Trittfrequenz C und/oder das Antriebsdrehmoment τ erhalten. Außerdem kann die zulässige Schaltzeitgebung tP das erste Zeitgebungsintervall t1 enthalten, das den ersten Start tS1 und das erste Ende tE1 aufweist. Im Allgemeinen kann im Schritt S6 der Controller 12 eingerichtet sein, um den Schaltmechanismus 22 zu steuern, den Gangwechsel durchzuführen, indem mindestens eine von einer geschätzten Fahrentfernung DT (siehe 5) des Schaltmechanismus 22 und einer geschätzten Fahrgeschwindigkeit des Schaltmechanismus 22 zur Durchführung des Gangwechsels bestimmt wird. Der Gangwechsel kann jedoch einer von mehreren Gangwechseln sein, die geschätzte Fahrentfernung DT kann eine von mehreren geschätzten Fahrentfernungen DT sein, und die geschätzte Fahrgeschwindigkeit kann eine von mehreren geschätzten Fahrgeschwindigkeiten sein. In diesem Fall kann der Controller 12 eingerichtet sein, um ein Kennfeld 34 zu speichern, das jeden der mehreren Schaltvorgänge auf eine zugeordnete der mehreren geschätzten Fahrentfernungen DT und eine der mehreren geschätzten Fahrgeschwindigkeiten im Speicher 16 abbildet. In einigen Fällen kann entsprechend Schritt S8 die geschätzte Fahrgeschwindigkeit auf der Grundlage der Trittfrequenz und der Fahrentfernung DT berechnet werden.
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Im Schritt S10 kann der Controller 12 dann basierend auf mindestens einer von der geschätzten Fahrentfernung DT und der geschätzten Fahrgeschwindigkeit eine geschätzte Zeitdauer tSHIFT berechnen, die für die Durchführung des Gangwechsels erforderlich ist. Durch Lesen der Kennlinie 34 im vorstehenden Schritt S6 kann der Controller 12 eingerichtet sein, zumindest eine von der geschätzten Fahrentfernung DT und der geschätzten Fahrgeschwindigkeit zur Durchführung des Gangwechsels zu bestimmen, indem zumindest teilweise die Kennlinie 34 verwendet wird, um zumindest eine von der geschätzten Fahrentfernung DT und der geschätzten Fahrgeschwindigkeit, die im Zusammenhang mit dem Gangwechsel sind, zu identifizieren.
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Im Schritt S12 kann der Controller 12 bestimmen, ob das Antriebsdrehmoment τ im Pedalzyklus sinkt oder ansteigt. Wenn das Antriebsdrehmoment τ ansteigt, kann der Controller 12 im Schritt S14 bestimmen, ob die zur aktuellen Zeit t addierte Zeit tSHIFT zur Durchführung des Gangwechsels größer als der erste Start tS1 ist. Wenn nicht, dann wird im Schritt S16 das Anweisungssignal 24 im Speicher 16 gehalten und der Schritt S14 wird später wiederholt. Wenn das Ergebnis von Schritt S14 JA ist, dann kann der Controller 12 im Schritt S18 bestimmen, ob die zur aktuellen Zeit t addierte Zeit tSHIFT zur Durchführung des Gangwechsels kleiner als das erste Ende tE1 ist. Wenn nicht, dann wird im Schritt S16 das Anweisungssignal 24 im Speicher 16 gehalten.
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In ähnlicher Weise kann für den Fall, in dem das Antriebsdrehmoment τ ansteigt, wenn der Controller 12 bestimmt, dass das Antriebsdrehmoment τ im Schritt S12 fällt, dann der Controller 12 im Schritt S20 bestimmen, ob die zur aktuellen Zeit t addierte Zeit tSHIFT zur Durchführung des Gangwechsels größer ist als der zweite Start tS2. Wenn nicht, dann wird im Schritt S22 das Anweisungssignal 24 im Speicher 16 gehalten und der Schritt S20 wird später wiederholt. Wenn das Ergebnis von Schritt S20 JA ist, dann kann der Controller 12 im Schritt S24 bestimmen, ob die zur aktuellen Zeit t addierte Zeit tSHIFT zur Durchführung der Schaltung kleiner als das zweite Ende tE2 ist. Wenn nicht, dann wird im Schritt S22 das Anweisungssignal 24 im Speicher 16 gehalten.
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Alternativ zu jedem Schritt, bei dem das Anweisungssignal 24 im Speicher 16 gehalten wird, kann das Anweisungssignal 24 nicht ausgegeben oder gespeichert werden, und die Durchführung des Gangwechsels kann stattdessen so lange verhindert werden, bis ein neuer Gangwechsel entweder durch den Fahrer oder durch die automatisierten Anweisungen einer Fahrunterstützungseinheit angefordert wird. Ferner kann alternativ dazu der Controller 12 eingerichtet sein, ein vorläufiges Signal an den Schaltmechanismus 22 auszugeben, um eine Vorbereitung für den Gangwechsel durchzuführen, bevor das vorübergehend im Speicher 16 gehaltene Anweisungssignal 24 ausgegeben wird. Beispielsweise kann eine Kettenführung 32A eines hinteren Umwerfers 30A (siehe 5) in Erwartung des Gangwechsels auf ein Zielkettenblatt bewegt werden, ohne den Gangwechsel tatsächlich durchzuführen. Sobald der Controller 12 schließlich bestimmt, dass der Gangwechsel nach dem ersten Start tS1 des ersten Zeitgebungsintervalls t1 begonnen und vor dem ersten Ende tE1 des ersten Zeitgebungsintervalls t1 abgeschlossen werden kann (JA in Schritt S18 oder Schritt S24), kann der Controller 12 das Anweisungssignal 24 auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses in Schritt S26 an den Schaltmechanismus 22 ausgeben.
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Wie vorstehend erörtert, kann das Schaltsystem 10 für das mit Menschenkraft angetriebene Fahrzeug 1 den Controller 12 umfassen, der eingerichtet ist, um die Trittfrequenz C des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 von dem mindestens einen Sensor 20A, 20B zu empfangen. Zusätzlich kann der Controller 12 eingerichtet sein, um den Schaltmechanismus 22 zu steuern, den Gangwechsel durch Ausgabe des Anweisungssignals 24 für den Gangwechsel durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass die Trittfrequenz C innerhalb eines zulässigen Trittfrequenzbereichs ist. Der zulässige Trittfrequenzbereich kann vorbestimmt und im Speicher 16 in einer Kennlinie ähnlich der Kennlinie 34 gespeichert werden. Ferner kann der zulässige Trittfrequenzbereich von verschiedenen Faktoren abhängen, einschließlich z.B. vom Antriebsdrehmoment τ oder von dem jeweils durchzuführenden Gangwechsel. Der Controller 12 kann eingerichtet sein, um den Schaltmechanismus 22 zu steuern, indem die Ausgabe des Anweisungssignals 24 an den Schaltmechanismus unterlässt, wenn bestimmt wird, dass die Trittfrequenz C außerhalb des zulässigen Trittfrequenzbereichs liegt. Insbesondere kann der Controller 12 die Ausgabe des Steuersignals 24 unterlassen, wenn die Trittfrequenz C größer oder gleich einem ersten Schwellenwert ist, um so ein Verschieben während des schnellen Zyklus der Kettenblätter 9A, 9B zu vermeiden. Ferner kann der Controller 12 die Ausgabe des Steuersignals 24 unterlassen, wenn die Trittfrequenz C kleiner oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist, der niedriger als der erste Schwellenwert ist, um so ein Verschieben während des langsamen Zyklus der Kettenblätter 9A, 9B zu vermeiden. Nach dem Unterlassen kann der Controller 12 eingerichtet sein, um das Anweisungssignal 24 auszugeben, wenn die Trittfrequenz C sich so ändert, dass sie innerhalb des zulässigen Trittfrequenzbereichs liegt, oder er kann warten, bis ein weiterer Gangwechsel angewiesen wird.
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In einer Implementierung, wie vorstehend diskutiert, kann das Schaltsystem 10 für das mit Menschenkraft angetriebene Fahrzeug 1 den Controller 12 umfassen. Der Controller 12 kann eingerichtet sein, um das Antriebsdrehmoment τ des mit Menschenkraft angetriebenen Fahrzeugs 1 von mindestens einem Sensor 20A, 20B zu erhalten. In diesem Fall kann der Controller 12 eingerichtet sein, um den Schaltmechanismus 22 zu steuern, den Gangwechsel durch Ausgabe des Anweisungssignals 24 für den Gangwechsel durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass das Antriebsdrehmoment τ gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist. Somit kann der Gangwechsel auf Zeiten beschränkt werden, in denen ein ausreichendes Antriebsdrehmoment τ verwendet wird, um Schaltstöße zu vermeiden. Ferner kann der Controller 12 eingerichtet sein, um die Durchführung des Gangwechsels zu unterlassen, wenn bestimmt wird, dass das Antriebsdrehmoment τ kleiner als der erste Schwellenwert ist.
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Zurückkehrend zu 1, kann das Schaltsystem 10 den Schaltmechanismus 22 einschließlich eines Umwerfers 30A enthalten, der eine hintere Kettenführung 32A aufweist, die für eine seitliche Bewegung über die geschätzte Fahrentfernung DT in einer Richtung parallel zu einer Drehachse der hinteren Kettenräderanordnung mit mehreren hinteren Kettenrädern 8A eingerichtet ist, um die Kette 7 beim Gangwechsel von einem der hinteren Kettenräder 8A zum anderen der hinteren Kettenräder 8A zu drängen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Schaltsystem 10 den Schaltmechanismus 22 enthalten, der einen vorderen Umwerfer 30B enthält, der eine vordere Kettenführung 32B aufweist, die für eine seitliche Bewegung über die geschätzte Fahrentfernung DT in einer Richtung parallel zu einer Drehachse der vorderen Gangschaltung mit mehreren vorderen Kettenrädern 9A eingerichtet ist, um die Kette 7 beim Gangwechsel von dem einen der vorderen Kettenräder 9A auf das andere der vorderen Kettenräder 9A zu drängen. 5 ist eine Teilfrontansicht eines beispielhaften Umwerfers des Schaltsystems 10. Während der hintere Umwerfer 30A als Beispiel verwendet wird, enthält der vordere Umwerfer 30B auch eine entsprechende Kettenführung 32B, die für eine ähnliche seitliche Bewegung eingerichtet ist. Hier bewegt sich die Kettenführung 32A von einer gestrichelten Linie zur anderen, über die geschätzte Fahrentfernung DT. Die Bewegungsrichtung ist in 5 rechts und links, was einer Drehachse (in die Seite hinein orientiert) der hinteren Kettenräderanordnung 8 entspricht, die in 1 gezeigt ist.
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In einigen Implementierungen kann das Schaltsystem 10 eine Anzeigevorrichtung 36 enthalten, wie in 1 und 2 gezeigt. Der Controller 12 kann eingerichtet sein, um zu veranlassen, dass die Anzeigevorrichtung 36 die zulässige Schaltzeitgebung tP auf mindestens eine von einer visuellen Art und Weise, einer akustischen Art und Weise und einer haptischen Art und Weise anzeigt. Somit kann die Anzeigevorrichtung 36 z.B. ein Lautsprecher, eine Anzeige, eine Leuchte und/oder eine Vibrationseinheit sein. Während dargestellt ist, dass die Anzeigevorrichtung 36 am Lenker des Fahrzeugs 1 angebracht ist, wird man erkennen, dass die Anzeigevorrichtung 36 an jeder geeigneten Stelle, z.B. am Helm des Fahrers, am Handgelenk oder einem anderen Körperteil des Fahrers oder am Rahmen 2 des Fahrzeugs 1, angebracht werden kann.
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Obwohl nur ausgewählte Ausführungsformen gewählt wurden, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, wird es für den Fachmann aus dieser Offenbarung ersichtlich sein, dass hier verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Zum Beispiel können die Größe, Form, Lage oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten nach Bedarf und/oder Wunsch geändert werden. Komponenten, die direkt miteinander verbunden sind oder sich berühren, können Zwischenstrukturen aufweisen, die zwischen ihnen angeordnet werden. Die Funktionen eines Elements können von zwei Elementen erfüllt werden und umgekehrt. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform können in eine andere Ausführungsform übernommen werden. Es ist nicht notwendig, dass alle Vorteile gleichzeitig in einer bestimmten Ausführungsform vorhanden sind. Jedes Merkmal, das allein oder in Kombination mit anderen Merkmalen gegenüber dem Stand der Technik einzigartig ist, sollte vom Anmelder auch als eine getrennte Beschreibung weiterer Erfindungen betrachtet werden, einschließlich der strukturellen und/oder funktionellen Konzepte, die durch dieses Merkmal oder diese Merkmale verkörpert werden. Die vorstehenden Beschreibungen der Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung dienen daher nur der Veranschaulichung und nicht dem Zweck, die Erfindung im Sinne der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente einzuschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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