DE602004009488T2

DE602004009488T2 - Steuerungseinrichtung für eine Fahrradgangschaltung mit reduziertem Kraftaufwand beim Schalten

Info

Publication number: DE602004009488T2
Application number: DE602004009488T
Authority: DE
Inventors: Ryuichiro Takamoto; Masato Tanida
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: EP1457415A3; JP2004268854A; US20040206188A1; TW200500267A; DE602004009488D1; TWI277575B; EP1457415B1; US7062980B2; EP1457415A2; ATE375915T1; JP3717076B2; CN1530284A; CN1530284B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit Rädern und im Spezielleren auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebes eines Fahrradgetriebes.
Fahrräder haben Getriebe, die entweder manuell durch den Fahrer oder automatisch betrieben werden können, basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem anderen Parameter. Die japanische nicht geprüfte Patentanmeldung (Kokai) 2001-10581 offenbart ein automatisches Getriebe für ein motorisiertes Fahrrad, wobei die Fahrradgeschwindigkeit und die Pedalkraft erfasst werden. Das Getriebe dieses Fahrrads wird beherbergt innerhalb der Rückgradnabe und ein Controller wählt den optimalen Übertragungsgang basierend auf der Fahrradgeschwindigkeit. Der tatsächliche Schaltvorgang des Getriebes in den gewählten Gang ist so eingestellt, dass er mit Momenten verringerter Pedalkraft korrespondiert, da ein weicher Schaltvorgang nicht erreicht werden kann, wenn das Getriebe unter großer Last steht. Ein solches Timing ist relativ schwierig bei motorisierten Fahrrädern, die dazu neigen, große Lasten kontinuierlich zu erzeugen. Darüber hinaus erfordern solche Systeme eine Zwei-Wege-Kommunikation zwischen dem Controller und dem Motor sowie dem Getriebe, was zu einem extrem komplizierten Steuerungsprozess führt. Solche Probleme erstrecken sich sowohl auf manuelle als auch automatische elektronische Getriebe. Das Europäische Patent EP-A-1 129 932 (Honda) (welches als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird) offenbart ein motorgetriebenes Fahrrad mit einer automatischen Gangschaltung und Einrichtungen zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei der Antriebsmotor eine Selbstlaufleistung erzeugt. Die automatische Gangschaltung ist in der Lage, den Schaltkomfort während des Gangschaltens zu justieren, entsprechend der Wahl des Fahrrads, und die Eigenlaufleistung des Antriebsmotors zu steuern. Die Eigenlaufleistung des Antriebsmotors kann so eingestellt sein, dass die Ausgangsdrehmomente zweier aufeinanderfolgender Gangstufen miteinander korrespondieren, bevor und nachdem ein Gangschaltvorgang auftritt, in Abhängigkeit des Ausmaßes eines Selbstlaufvorganges, eines Gangschrittes der Gangschaltung und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Um das Drehmoment zweier aufeinanderfolgender Gangstufen aneinander anzupassen bei einer spezifischen Gangschaltfahrzeuggeschwindigkeit wird das Rastverhältnis des Stromes für den Antriebsmotor entsprechend korrigiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Steuerungsgerät, das den Betrieb einer Fahrradgetriebeschaltvorrichtung erleichtert, die einer Belastung von einer Bewegungshilfseinheit unterliegt, welche eine Bewegungshilfskraft auf die Fahrradgetriebeschaltvorrichtung überträgt. Der Apparat umfasst eine Betätigungserkennungseinheit, die erfasst, wenn die Fahrradgetriebeschaltvorrichtung betätigt werden sollte; eine Beaufschlagungsreduziereinheit, die ein Signal zur Verfügung stellt, zur Reduzierung der Lastmenge, die auf die Fahrradgetriebeschaltvorrichtung ausgehend von der Bewegungsassistenzeinheit übertragen wird, wenn die Betätigungserkennungseinheit erfasst, dass die Fahrradgetriebeschaltvorrichtung betätigt werden sollte; und eine Steuereinheit, die ein Signal zum Betrieb der Fahrradgetriebeschaltvorrichtung zu einer vorbestimmten Zeit zur Verfügung stellt, nachdem die Beaufschlagungsreduziereinheit das Signal zur Verfügung gestellt hat. Zusätzliche erfinderische Eigenschaften ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und derartige Eigenschaften alleine oder in Kombination mit den obigen Eigenschaften können die Basis weiterer Erfindungen bilden, wie in den Ansprüchen und ihren Äquivalenten zitiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer bestimmten Ausführungsform eines Fahrrads;
2 ist eine nähere Ansicht einer bestimmten Ausführungsform einer Steuerungskomponente, die am Lenker befestigt ist;
3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform eines Steuersystems;
4 ist eine Tabelle, die eine bestimmte Ausführungsform von Schaltschwellwerten illustriert;
5 ist ein Flow Chart einer bestimmten Ausführungsform einer Hauptroutine;
6 ist ein Paar von Flow Charts, die eine bestimmte Ausführungsform eines automatischen Schaltprozesses illustrieren;
7 ist ein Paar von Flow Charts, das eine bestimmte Ausführungsform eines manuellen Schaltvorganges illustriert;
8 ist ein schematisches Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Steuersystems; und
9 ist ein Paar von Flow Charts, die eine bestimmte Ausführungsform eines automatischen Schaltprozesses für die Ausführungsform nach 8 illustrieren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Seitenansicht einer bestimmten Ausführungsform eines Fahrzeugs wie z. B. eines Fahrrads 1. Das Fahrrad 1 ist ein Freizeitfahrrad mit einem Doppelschlaufenrahmenkörper 2, der aus geschweißten Röhren gebildet ist, einer Vordergabel 3, die drehbar an dem Rahmenkörper 2 befestigt ist, einer Lenkanordnung 4, einer Antriebskomponente 5, einem-Vorderrad 6, an dem ein Dynamo 12 befestigt ist, ein Hinterrad 7, an dem eine innere Schaltnabe 10 montiert ist, vorderen und hinteren Bremsen 8 (nur die Vorderbremse 8 ist gezeigt), einem Sattel 11, einer Schaltsteuerung 9 zur manuellen Steuerung des Betriebes der inneren Schaltnabe 10 und einer Stromversorgung 27.
Der Dynamo 12 ist ein Wechselstrom (AC)-Generator, der beispielsweise 28 Pole zur Abgabe eines Wechselstrom-Signals in Abhängigkeit von der Rotation des Vorderrades 6 haben kann. Derartige Wechselstromsignale können durch einen Wellenform formenden Schaltkreis geformt sein in bekannter Art und Weise und verwendet werden, um die Fahrradgeschwindigkeit zu berechnen. In dem Falle wirkt der Dynamo 12 auch als Betriebszustandserfassungseinheit. Die Stromversorgung 27 kann eine Hauptbatterie, z. B. eine Trockenzelle, sein, eine sekundäre Batterie, wie z. B. eine Lithium-Hydrogen-Zelle, oder eine andere Stromquelle und sie liefert den Betriebsstrom an verschiedene weiter unten diskutierte elektrische Komponenten.
Die Lenkeranordnung 4 umfasst einen Lenkerstamm 14 und eine Lenkerstange 15, wobei der Lenkerstamm 14 am oberen Teil der Vordergabel 3 befestigt ist und die Lenkerstange 15 an dem Lenkerstamm 14 befestigt ist. Bremshebel 16, zur Betätigung der jeweiligen Vorder- und Rückbremse 8 und Griffe 17 sind an beiden Enden der Lenkerstange 15 befestigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Schaltsteuerung 9 in den rechtsseitigen Bremshebel 16 integriert.
Die Antriebskomponente 5 umfasst einen Pleuel 18 und eine Kette 19, wobei der Pleuel 18 ein Zahnrad umfasst und drehbar am unteren Teil (untere Klammerkomponente) des Rahmenkörpers 2 befestigt ist. Die Kette 19 steht in Eingriff mit dem Zahnrad am Pleuel 18 und einem Zahnrad das die innere Schaltnabe 10 antreibt. Die innere Schaltnabe 10 ist in der Lage, drei Gänge zu produzieren sowie eine Verriegelungsposition, wobei die drei Gänge und die Verriegelungsposition manuell durch die Schaltsteuerung 9 ausgewählt und durch den Schaltmotor 29 (3) durchgeführt werden. Der Pleuel 18 wird durch einen Zusatzmotor 44 (3) in einer bekannten Weise mit Zusatzleistung versorgt, um die Pedalarbeit des Fahrrads zu unterstützen.
Wie in 2 gezeigt umfasst die Schaltsteuerung 9 ein Gehäuse 20, das integral mit dem rechtsseitigen Bremshebel 16 ausgebildet ist, zwei Betätigungsknöpfe 21 und 22 in der Form von dreieckigen Druckknöpfen, die nebeneinander am unteren Teil des Gehäuses 20 angeordnet sind, eine Betriebswählscheibe 23, die oberhalb der Betätigungsknöpfe 21 und 22 angeordnet ist und eine Flüssigkristallanzeige 24, die links von der Betriebswählscheibe 23 angeordnet ist. Der Betätigungsknopf 21 auf der linken Seite ist zur manuellen Schaltung aus einem niedrigeren Gang in einen höheren Gang und der Betätigungsknopf 22 auf der rechten Seite ist zur manuellen Schaltung aus einem höheren Gang in einen niedrigeren Gang. Die Betriebswählscheibe 23 wird verwendet zum Schalten zwischen einem manuellen Schaltmodus (M), einem automatischen Schaltmodus (A) und einem Parkmodus (P) unter Verwendung dreier Rastpositionen. Eine Schaltsteuerungseinheit 25 (3) ist innerhalb des Gehäuses 20 angeordnet.
Wenn die Wählscheibe 23 auf Automatikschaltmodus (A) gestellt ist, wird die innere Schaltnabe 10 (1) automatisch geschaltet, basierend auf Geschwindigkeitssignalen von dem Dynamo 12 (1) und einer Fahrradzustandserfassungseinheit, wie z. B. einem Pedaldrehmomentsensor 41 (3). Wenn die Wählscheibe 23 auf manuellen Schaltmodus (M) gestellt ist, wird die innere Schaltnabe 10 (1) in einem gewählten Gang durch die Manipulation des Betätigungsknopfes 21 und 22 geschaltet. In beiden Modi zeigt die Flüssigkristallanzeige 24 die derzeitige Reisegeschwindigkeit und den derzeitigen Übertragungsgang an. Wenn die Wählscheibe 23 in den Parkmodus (P) gestellt ist, ist die innere Schaltnabe 10 (1) verriegelt, um die Rotation des Rückgrades 7 (1) zu verhindern.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bestimmten Ausführungsform eines elektronischen Schaltapparates zur Steuerung des Betriebs einer inneren Schaltnabe 10 (1). Die Schaltsteuerungseinheit 25 umfasst einen Mikrocomputer mit einer CPU, RAM, ROM und einer I/O-Schnittstelle. Die Schaltsteuereinheit 25 umfasst auch eine Betriebserfassungseinheit 25a und eine Belastungsreduzierungseinheit 25b, die programmiert sind, um in einer unten beschriebenen Art und Weise zu funktionieren. Die Betriebserfassungseinheit 25a und die Belastungsreduzierungseinheit 25b können eine Software umfassen, eine Hardware oder eine Firmware, je nach Anforderung. Die Schaltsteuereinheit 25 ist betrieblich mit dem Dynamo 12 (1) verbunden, um Geschwindigkeitssignale wie oben erwähnt zu empfangen; mit einem Betriebspositionssensor 26, der ein Potentiometer oder ähnliches umfasst, zur Erfassung der Betriebsposition der inneren Schaltnabe 10 (1); mit der Betriebswählscheibe 23 (2), den Betätigungsknöpfen 21 und 22 (2) und der Flüssigkristallanzeige 24 (2); mit der Stromversorgung 27 (1); mit einem Motorantrieb 28, der den Schaltmotor 29 zum Wechsel der Gänge der inneren Schaltnabe 29 betreibt und zur Anordnung der inneren Schaltnabe in der Parkposition in Antwort auf die Betätigung der Betriebswahlscheibe 23 (2) und der Betätigungsknöpfe 21 und 22 (2); mit einem Speicher 30 und anderen I/O-Komponenten.
Die Schaltsteuerung 9 (2) umfasst auch eine Zusatzsteuereinheit 40 zur Steuerung der Versorgung mit Zusatzleistung zur Unterstützung der Pedalarbeit des Fahrrads. Die Zusatzsteuereinheit 40 umfasst einen Mikrocomputer mit einer CPU, RAM, ROM und I/O-Schnittstellen ähnlich der Schaltsteuereinheit 25, und Teile der Betriebserfassungseinheit 25a und der Belastungsreduzierungseinheit 25b können auf die Zusatzsteuereinheit 40 verteilt sein. Die Zusatzsteuereinheit 40 ist bidirektional gekoppelt mit der Schaltsteuereinheit 25 und die Zusatzsteuereinheit 40 ist auch mit einem Drehmomentsensor 41 gekoppelt, zur Erfassung des Pedaldrehmoments, mit einem Speicher 42, mit einem Zusatzmotortreiber 43 und einem Zusatzmotor 44, der die Rotation des Pleuels 18 (1) in bekannter Weise unterstützt. Der Motortreiber 43 und der Zusatzmotor 44 empfangen ihre Betriebsleistung von einer Stromversorgung 27 (1).
Der Speicher 30 kann einen überschreibbaren, nicht flüchtigen Speicher wie z. B. einen EEPROM umfassen, und wird verwendet für das Speichern von Programmierungscode und anderen Arten von Daten, wie z. B. dem Raddurchmesser, der verwendet wird zur Berechnung der Fahrradgeschwindigkeit und des Schaltschwellwertes, der die Geschwindigkeit bezeichnet, bei der die innere Schaltnabe 10 (1) geschaltet wird. 4 ist eine Tabelle, die eine bestimmte Ausführungsform der Schwellwerte zum Heraufschalten und Herunterschalten illustriert, die in dem Speicher 30 (3) gespeichert werden können und verwendet werden, um das automatische Schalten zu steuern, abhängig von der Fahrradgeschwindigkeit und der Pedalleistung (z. B. Drehmoment). Bei dieser Ausführungsform sind separate Tabellen für das normale Drehmoment vorgesehen sowie Betriebsmodi mit hohem Drehmoment. Im Spezielleren verwendet die Schaltsteuereinheit 25 (3) die Geschwindigkeitsschwellwerte für den normalen Drehmomentmodus um zu bestimmen, wann der Schaltmotor 29 (3) zu betätigen ist, wenn das Pedaldrehmoment unterhalb eines bestimmten Wertes liegt und die Schaltsteuereinheit 25 (3) verwendet die Geschwindigkeitsschwellwerte für den Modus des hohen Drehmomentes, um zu bestimmen, wann der Schaltmotor 29 zu betätigen ist (3) wenn das Pedaldrehmoment bei oder über einem bestimmten Wert liegt.
5 ist ein Flow Chart einer bestimmten Ausführungsform einer Hauptroutine, die von der Schaltsteuereinheit 25 (3) ausgeführt wird. Zur Initialisierung bei Schritt S1 wird der Strom angeschaltet. Bei Schritt S2 wird bestimmt, ob die Betriebswählscheibe 23 (2) im Parkmodus (P) steht. Wenn dem so ist, wird in Schritt S6 ein Parkprozess ausgeführt Bei diesem Prozess können die Betätigungsknöpfe 21 und 22 (2) verwendet werden, um einen Code einzugeben, der verwendet wird, um einen verriegelten Status der inneren Schaltnabe 10 (1) zu lösen, woraufhin der Schaltmotor 29 (2) betätigt wird, um die innere Schaltnabe 10 (1) in die verriegelte Position zu bewegen. Wenn die innere Schaltnabe 10 (1) bereits in einem verriegelten Zustand ist, können die Betätigungsknöpfe 21 und 22 (2) verwendet werden, um den vorher registrierten Code zum Aufheben des verriegelten Zustandes einzugeben.
In jedem Fall wird dann in einem Schritt S3 bestimmt, ob die Betriebswählscheibe 23 (2) in den automatischen Schaltmodus (A) gestellt ist. Wenn dem so ist, wird bei Schritt S7 ein automatischer Schaltprozess durchgeführt, wie unten beschrieben. In jedem Falle wird dann bei Schritt S4 bestimmt, ob die Betriebswählscheibe 23 (2) in einem manuellen Schaltmodus (M) ist. Wenn dem so ist, wird ein manueller Schaltprozess, wie unten beschrieben, bei Schritt S8 durchgeführt. In jedem Falle wird dann in einem Schritt S5 bestimmt, ob ein anderer Prozess ausgewählt wurde. Wenn dem so ist, wird der ausgewählte Prozess bei Schritt S9 durchgeführt. Die Abarbeitung kehrt dann zu Schritt S2 zurück.
6 ist ein Paar von Flow Charts, die eine bestimmte Ausführungsform des automatischen Schaltprozesses illustrieren, der bei Schritt S7 der 5 ausgeführt wird. Der Flow Chart auf der linken Seite illustriert die Abarbeitung, welche durch die Schaltsteuereinheit 25 (3) durchgeführt wird, wohingegen der Flow Chart auf der rechten Seite die Abarbeitung illustriert, die von der zusätzlichen Steuereinheit 40 (3) ausgeführt wird. Zunächst bestimmt die Schaltsteuereinheit 25 (3) bei Schritt S10, ob die Schaltbedingungen für einen normalen (N) Modus vorliegen. Beispielsweise, wenn die innere Schaltnabe 10 (1) derzeit im zweiten Gang ist, wie von dem Betriebspositionssensor 26 (3) angezeigt, bezieht sich die Schaltsteuereinheit 25 (3) auf den normalen Drehmomentmodus der Tabelle in 4, um zu bestimmen, ob die Fahrradgeschwindigkeit, die aus den Signalen vom Dynamo 12 (1) abgeleitet wird, größer oder gleich 16 Stundenkilometern ist. Wenn nicht, dann springt die Abarbeitung zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen.
In der Zwischenzeit berechnet die Zusatzsteuereinheit 40 (3) regelmäßig das Pedaldrehmoment vom Drehmomentsensor 41 (3) und bei Schritt P10 wird bestimmt, ob das Pedaldrehmoment T größer oder gleich einem vorbestimmten Niveau T_H ist. Wenn dem so ist, wird ein Signal mit der entsprechenden Information (z. B. ein Signal für hohes Drehmoment) an die Schaltsteuereinheit 25 (3) übertragen. So kann beispielsweise ein Signal auf einer Steuerungsleitung zwischen der Schaltsteuereinheit 25 (3) und der Zusatzsteuereinheit 40 (3) von einem Normalwert von 3 Volt auf einen Wert von 0 Volt schalten.
Wenn bei Schritt S11 festgestellt wird, dass ein Signal, welches ein hohes Drehmoment anzeigt, von der Zusatzsteuereinheit 40 (3) empfangen wird, wird sodann bei Schritt S12 festgestellt, ob die Schaltbedingungen für hohes Drehmoment (H) vorliegen. Wenn beispielsweise die innere Schaltnabe 10 (1) im zweiten Gang wie oben bezeichnet ist, wird festgestellt, ob die Fahrradgeschwindigkeit größer oder gleich 18,5 km/h ist. Wenn dies nicht so ist, springt die Verarbeitung zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen. Andererseits bewegt sich die Abarbeitung zu Schritt S13 und das Leistungssteuersignal wird von der Schaltsteuereinheit 25 (3) an die Zusatzsteuereinheit 40 (3) zur Verfügung gestellt.
In der Zwischenzeit bestimmt die Zusatzsteuereinheit 40 (3) bei Schritt P12, ob das Leistungssteuersignal von der Schaltsteuereinheit 25 (3) zur Verfügung gestellt wird. Wenn nicht, dann springt die Verarbeitung einfach zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen. Wenn ein Leistungssteuersignal empfangen wird von der Schaltsteuereinheit 25 (3) dann bewegt sich die Abarbeitung zu Schritt P13 und die Lieferung von Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) wird temporär für ein vorbestimmtes Zeitintervall T2 gestoppt. Im Spezielleren wird bei Schritt P14 festgestellt, ob der Zeitintervall T2 abgelaufen ist. Wenn dem so ist, wird die Lieferung von Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) bei Schritt P15 wieder aufgenommen.
Die Schaltsteuereinheit 25 (3) stellt das Leistungssteuersignal für einen vorbestimmten Zeitintervall T1 (z. B. 100 Ms) an die Zusatzsteuereinheit zur Verfügung, um der Zusatzsteuereinheit 40 (3) ausreichend Zeit zur Verfügung zu stellen, um den Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) zu stoppen. Es wird so bei Schritt S14 festgestellt, ob das Zeitintervall T1 abgelaufen ist. Wenn dies der Fall ist, schreitet die Abarbeitung fort zu Schritt S15, es wird ein Schaltsignal an den Motortreiber 28 (3) übertragen und der Motortreiber 28 (3) treibt den Schaltmotor 29 (3) an, um Gänge in der inneren Schaltnabe 10 (1) zu schalten.
Als Resultat der obigen Abarbeitung wird die Stromzufuhr zum Zusatzmotortreiber 43 (3) für einen Zeitintervall T2 gestoppt, vom Empfang des Leistungssteuersignals von der Schaltsteuereinheit 25 (3). Dies reduziert umgekehrt die Belastung, die an der inneren Schaltnabe 10 (1) anliegt, für eine Zeit, die ausreichend sein sollte für die Schaltsteuereinheit 25 (3) um Gänge in der inneren Schaltnabe 10 (1) weicher zu schalten, als dies bei herkömmlichen Systemen möglich ist.
7 ist ein Paar von Flow Charts, die eine bestimmte Ausführungsform des manuellen Schaltvorgangs illustrieren, der bei Schritt S8 der 5 ausgeführt wird. Wie in den Flow Charts der 6 zeigt der Flow Chart auf der linken Seite die Abarbeitung, die von der Schaltsteuereinheit 25 (3) durchgeführt wird und der Flow Chart auf der rechten Seite illustriert die Abarbeitung, die von der Zusatzsteuereinheit 40 (3) ausgeführt wird. Die Schaltsteuereinheit 25 (3) bestimmt zunächst im Schritt S20, ob ein Schaltkommando empfangen wurde (d. h. ob einer der Betätigungsknöpfe 21 und 22 (2) betätigt wurde). Wenn nicht, springt die Abarbeitung einfach zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen. Andererseits wird ein Leistungssteuersignal von der Schaltsteuereinheit 25 (3) an die Zusatzsteuereinheit 40 (3) bei Schritt S21 zur Verfügung gestellt. Bei dieser Ausführungsform ist das Leistungssteuersignal das Gleiche wie das Leistungssteuersignal, das beim automatischen Schaltprozess zur Verfügung gestellt wird.
In der Zwischenzeit bestimmt die Zusatzsteuereinheit 40 (3) im Schritt P20, ob das Leistungssteuersignal von der Schaltsteuereinheit 25 (3) zur Verfügung gestellt wird. Ist dies nicht der Fall, dann springt die Abarbeitung einfach zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen. Wenn das Leistungssteuersignal von der Schaltsteuereinheit 25 (3) empfangen wird, bewegt sich die Abarbeitung zu Schritt P21 und die Lieferung von Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) wird temporär für einen vorbestimmten Zeitintervall T2 gestoppt, bei dem es sich um den selben Zeitintervall T2 handeln kann, der im automatischen Schaltprozess zur Verfügung gestellt wird. Im Spezielleren wird bei Schritt P22 bestimmt, ob der Zeitintervall T2 abgelaufen ist und wenn dem so ist, dann wird die Lieferung von Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) bei Schritt P23 wieder aufgenommen.
Die Schaltsteuereinheit 25 (3) stellt das Leistungssteuersignal an die Zusatzsteuereinheit 40 (3) für einen vorbestimmten Zeitintervall T1 zur Verfügung, welcher der selbe sein kann wie der Zeitintervall T1, der beim automatischen Schaltprozess zur Verfügung gestellt wird (z. B. 100 ms) um der Zusatzsteuereinheit 40 (3) ausreichend Zeit zur Verfügung zu stellen, um den Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) zu stoppen. Es wird somit bei Schritt S22 festgestellt, ob die Zeit T1 abgelaufen ist. Wenn dies der Fall ist, bewegt sich die Abarbeitung zu Schritt S23, ein Schaltsignal wird an den Motortreiber 28 übertragen (3) und der Motortreiber 28 (3) treibt den Schaltmotor 29 (3) an zum Schalten in den gewünschten Gang in der inneren Schaltnabe 10 (1).
Wie beim automatischen Schaltvorgang wird der Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (Figur) für einen Zeitintervall T2 gestoppt von dem Empfang des Leistungssteuersignals von der Schaltsteuerungseinheit 25 (3): Dies reduziert die Last, die an der inneren Schaltnabe 10 (1) anliegt für einen Zeitraum, der ausreichen sollte für die Schaltsteuereinheit 25 (3) um Gänge in der inneren Schaltnabe 10 (1) weicher zu schalten, als dies bei herkömmlichen Systemen möglich ist.
8 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Steuersystems für eine innere Schaltnabe 10; bei dieser Ausführungsform ist die innere Schaltnabe 10' mit einem Energiespeichermechanismus 10b zur Speicherung von Energie versehen, die an einem Schaltmechanismus 10a der inneren Schaltnabe 10' vom Schaltmotor 29 anliegt, wenn die innere Schaltnabe 10' einer großen Belastung unterliegt. Der Energiespeichermechanismus 10b speichert die Energie, die von dem Schaltmotor 29 empfangen wird, bis die große Last nicht mehr an der inneren Schaltnabe 10' anliegt, zu welchem Zeitpunkt die gespeicherte Energie verwendet wird, um den Schaltvorgang durchzuführen. Die anderen Komponenten sind dieselben wie in der vorhergehenden Ausführungsform und mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, so dass eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten vermieden wird.
Das Beispiel eines Energiespeichermechanismus 10b ist zu finden in der japanischen Patent Nummer 3107317 und im Spezielleren in Sektion [0011] sowie in 1, 4 und 8 dieses Patentes. Bei dieser Struktur steht das eine Ende einer Spiralfeder in Eingriff mit einem Rotor auf der Antriebsseite einer inneren Schaltnabe und das andere Ende der Spiralfeder steht im Eingriff mit einem Rotor der angetriebenen Seite der inneren Schaltnabe. Wenn der Rotor auf der angetriebenen Seite der inneren Schaltnabe einer Belastung unterliegt, so dass der Rotor sich mit größeren Schwierigkeiten dreht oder gar nicht, wird die Rotationskraft der angetriebenen Seite in Form einer Torsion in der Spiralfeder gespeichert. Wenn die große Last reduziert wird, dreht die in der Spiralfeder gespeicherte Energie den Rotor um den Schaltvorgang zu vollenden.
Eine derartige Struktur (zum Beispiel eine Spiralfeder) könnte bei dieser Ausführungsform zwischen dem Rotor an dem Mischschaltmotor 29 und einem Rotor an dem Schaltmechanismus 10a angewendet werden. Das heißt, wenn die Rotationskraft von dem Schaltmotor 29 zur Verfügung gestellt wird, während die Komponenten in dem Schaltmechanismus 10a unter einer bedeutenden Belastung stehen, wird die Drehkraft temporär in der Spiralfeder gespeichert. Wenn die Belastung auf die Komponenten in dem Schaltmechanismus 10a reduziert oder eliminiert sind, dann können die Komponenten in dem Schaltmechanismus 10a durch die in der Spiralfeder gespeicherte Kraft angetrieben werden, um den Schaltvorgang u vervollständigen.
9 ist ein Paar von Flow Charts, die eine bestimmte Ausführungsform einer automatischen Schaltroutine für diese Ausführungsform illustrieren. Der grundsätzliche Steuervorgang der Schaltsteuereinheit 25 (3) ist dergleiche wie im Flow Chart in 5 und der Tatvorgang ist derselbe wie in der vorhergehenden Ausführungsform. Der automatische Schaltvorgang und der manuelle Schaltvorgang sind unterschiedlich, nachdem jedoch die Unterschiede bei diesen beiden gleich sind, wird nur der automatische Schaltvorgang weiter unten beschrieben.
Zunächst wird in einem Schritt S30 bestimmt, ob Schaltbedingungen erreicht wurden (zum Beispiel ob die Fahrradgeschwindigkeit einen gewissen Wert erreicht hat). Wenn nicht, springt dieser Prozess einfach zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen. Andererseits wird ein Schaltsignal an den Motortreiber 28 (8) und an die Zusatzsteuereinheit 40 (3) in Schritt S31 geschickt. Der Motortreiber 28 (8) treibt den Schaltmotor 29 (8) in Abhängigkeit von dem Schaltsignal an. In diesem Falle, wenn die Pedalkraft hoch ist, kann die Last, die auf den Schaltmechanismus 10a (8) ausgeübt wird, derart sein, dass die Komponenten darin nicht in der Lage sind, sich anständig zu bewegen. Als Resultat dessen wird die Rotationskraft von dem Schaltmotor 29 (8) in der Spiralfeder des Energiespeichermechanismus 10b (8) gespeichert.
In der Zwischenzeit bestimmt die Zusatzsteuereinheit 40 (3) im Schritt P30, ob ein Schaltsignal von der Schaltsteuereinheit 25 (8) zu Verfügung gestellt wird. Wenn nicht, springt die Abarbeitung einfach zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen. Wenn ein Schaltsignal von der Schaltsteuereinheit 25 (8) empfangen wird, bewegt sich die Abarbeitung zum Schritt P31 und es wird bestimmt, ob das Pedaldrehmoment T unter einem vorbestimmten Schwellwert T_th liegt. Wenn nicht, dann springt die Abarbeitung einfach zurück und die Bestimmung wird erneut vorgenommen. Andererseits, wenn die Belastung auf den Schaltmechanismus 10a (8) zu gering ist, bewegt sich die Abarbeitung zum Schritt P32 und die Lieferung von Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) wird temporär für einen vorherbestimmten Zeitraum T3 gestoppt. Im Spezielleren wird im Schritt P33 bestimmt ob der Zeitintervall T3 abgelaufen ist. Wenn dem so ist, wird die Lieferung von Strom an den Zusatzmotortreiber 43 (3) im Schritt P34 wieder aufgenommen.
Wenn der Strom an den Zusatzmotor 43 (3) gestoppt ist, wird die Belastung auf die Teile im Schaltmechanismus 10a (8) wesentlich reduziert, was es den Teilen erlaubt, sich weich zu bewegen oder zu drehen. Als Resultat komplettiert die in dem Energiespeichermechanismus 10b gespeicherte Kraft (8) den Schaltvorgang.
Während das Vorhergegangene eine Beschreibung von unterschiedlichen Ausführungsformen und erfinderischen Eigenschaft ist, können weitere Modifikationen verwendet werden, ohne den Geist und den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die hierin offenbarte Lehre auf andere Fahrzeuge als Fahrräder angewendet werden. Während die Fahrradgeschwindigkeit mittels der Pulse eines Dynamos 12 (1,3,8) erfasst wurde, könnte die Fahrradgeschwindigkeit mit Hilfe von Pulsen erfasst werden, die von einem Geschwindigkeitssensor zur Verfügung gestellt werden, der einen oder mehrere Magnete umfasst, die an einem Rad befestigt sind sowie mit Readschaltern, die an dem Fahrradkörper wie zum Beispiel der Vordergabel befestigt sind. Während die Fahrradgeschwindigkeit verwendet wurde, um zu bestimmen, wann die innere Schaltnabe in einen automatischen Schaltmodus zu schalten ist, kann die Umdrehung des Pleuels oder ein anderer Parameter ebenfalls alleine oder in Verbindung mit der Fahrradgeschwindigkeit verwendet werden. Im Falle der Pleuelumdrehungsgeschwindigkeit kann ein Magnet an dem Pleuel 18 (1) befestigt sein, wobei ein Rotationssensor, wie zum Beispiel ein Readschalter an dem Rahmenkörper 2 (1) befestigt sein kann, um das Vorbeigehen des Magnets zu erfassen, so dass die Pleuelumdrehungszahl entsprechend berechnet werden kann.
Während eine Dreigang- innere Schaltnabe beschrieben wurde, ist weder die Anzahl der schaltbaren Gänge noch die Schaltvorrichtung selbst darauf beschränkt. Während die obigen Ausführungsformen eine Schaltvorrichtung umfassen, die von einem Motor gesteuert ist, könnte die hier offenbarte Lehre auch Anwendung finden auf eine Schaltvorrichtung, die von anderen Arten von Betätigungen, wie Solenoiden, elektrohydraulischen Einrichtungen oder pneumatischen Zylindern, etc. gesteuert werden.
Während der Strom an den zusätzlichen Motortreiber 43 (3) abgeschaltet wurde, um die Last auf die Komponenten der inneren Schaltnabe zu reduzieren bei den obigen Ausführungsformen, könnte der Strom auch einfach um eine gewählte Menge reduziert werden, während darüber hinaus die Zusatzenergie temporär gestoppt oder reduziert werden kann. Während des Herunter- oder Heraufschalten ist es auch möglich, die Zusatzenergie temporär nur während des Herunterschalten zu reduzieren, da das Schalten besonders schwierig ist während des Herunterschalten. Während ein einzelner vorherbestimmter Pedalleistungsschwellwert verwendet wurde, für Steuerungszwecke, können auch verschiedene Pedalleistungsschwellwerte verwendet werden für Steuerungszwecke, und unterschiedliche Bedingungen können verwendet werden, um unterschiedliche Schwellwerte auszuwählen.
Die Größe, Form, Anordnung oder Orientierung der unterschiedlichen Komponenten kann geändert werden wie gewünscht. Komponenten, die nicht als direkt miteinander verbunden oder einander berührend dargestellt sind, können Zwischenstrukturen haben, die zwischen ihnen angeordnet sind. Die Funktionen eines Elementes kann von zweien oder umgekehrt erfüllt werden. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform können in einer anderen Ausführungsform verwendet werden. Es ist nicht notwendig, dass alle Vorteile in einer bestimmten Ausführungsform zur selben Zeit vorhanden sind. Jede Eigenschaft, die einzigartig ist gegenüber dem Stand der Technik, alleine oder in Kombination mit anderen Eigenschaften, sollte auch berücksichtigt werden als separate Beschreibung weiterer Erfindungen des Anmelders, einschließlich der strukturellen oder funktionalen Konzepte, die durch derartige Eigenschaften verkörpert werden. Daher ist der Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzt durch die spezifischen offenbarten Strukturen oder den offensichtlichen ursprünglichen Fokus oder die Konzentration auf eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft.

Claims

Steuerungsgerät, das die Betätigung einer Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) erleichtert, die einer Beaufschlagung von einer Bewegungshilfseinheit (43, 44) ausgesetzt ist, die eine Bewegungshilfskraft auf die Fahrradgetriebeschaltvorrichtung (10) ausübt, wobei das Gerät umfasst: Betätigungserkennungseinheit (25a), die erkennen kann, wann die Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) zu betätigen ist; Beaufschlagungsreduziereinheit (25b), die ein Signal bereitstellt zur Reduzierung der Beaufschlagung, die auf die Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) von der Bewegungshilfseinheit ausgeübt wird, wenn die Betätigungserkennungseinheit (25a) erkennt, dass die Fahrradgetriebeschalteinrichtung betätigt werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät des weiteren eine Steuereinheit (25) umfasst, die eine vordefinierte Zeit nach dem Bereitstellen des Signals durch die Beaufschlagungsreduziereinheit (25b) ein Signal zur Betätigung der Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) bereitstellt.
Gerät gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Zustanderkennungseinheit (41), die mit der Betätigungserkennungseinheit (25a) operativ gekoppelt ist, wobei die Betätigungserkennungseinheit erkennt, wann die Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) als Antwort auf die Zustanderkennungseinheit (41) betätigt werden soll.
Gerät gemäß Anspruch 2 wobei die Zustanderkennungseinheit (41) einen Drehmomentsensor (41) beinhaltet, insbesondere einen Fahrradpedal-Drehmomentsensor (41).
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zustanderkennungseinheit (25a) eine Fahrzustanderkennungseinheit (12) beinhaltet, die einen Fahrzustand eines Fahrrades erfasst.
Gerät gemäß Anspruch 4, wobei der Fahrzustand mindestens eines aus Fahrradgeschwindigkeit und Fahrradkurbeldrehzahl umfasst.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Fahrzustanderkennungseinheit (12) bestimmt, ob der Fahrzustand einen Schaltschwellenwert überschritten hat, besonders dann, wenn der Fahrzustand einen Schwellenwert zum Herunterschalten überschritten hat.
Gerät gemäß Anspruch 6, weiterhin umfassend eine Fahrradzustanderkennungseinheit (41), die operativ mit der Betätigungserkennungseinheit (25a) gekoppelt ist, wobei die Betätigungserkennungseinheit (25a) erkennt, wann die Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) als Antwort auf die Fahrzustanderkennungseinheit (12) und die Fahrradzustanderkennungseinheit (41) betätigt werden soll.
Gerät gemäß Anspruch 7, wobei die Betätigungserkennungseinheit (25a) feststellt, dass die Fahrradgetriebeschaltvorrichtung (10) betätigt werden soll, wenn der Fahrzustand einen ersten Schaltschwellenwert überschreitet und ein Fahrradzustand einen ersten Zustandsschwellenwert in einer ersten Richtung überschreitet, und wobei die Betätigungserkennungseinheit (25a) erkennt, dass die Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) betätigt werden soll, wenn der Fahrzustand einen zweiten Schaltschwellenwert überschreitet, der unterschiedlich zum ersten Schaltschwellenwert ist, und der Fahrradzustand einen zweiten Zustandsschwellenwert in einer zweiten Richtung überschreitet, die zur ersten Richtung unterschiedlich ist.
Gerät gemäß Anspruch 8, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung ist.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Fahrradzustanderkennungseinheit (41) einen Drehmomentsensor (41) umfasst, insbesondere einen Fahrradpedal-Drehmomentsensor (41).
Gerät gemäß einem der Ansprache 1 bis 10, wobei die Betätigungseinheit (25a) die Betätigung einer manuellen Getriebesteuerungseinrichtung (21, 22) erkennt um zu bestimmen, dass die des Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) betätigt werden soll.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) einen Energiespeicher (10b) umfasst, um Betätigungsenergie für die Fahrradgetriebeschalteinrichtung zu speichern.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Bewegungshilfseinheit (43, 44) eine elektrisch betriebene Bewegungshilfseinheit (43, 44) umfasst und wobei die Beaufschlagungsreduziereinheit (25b) ein Signal zur Reduzierung der elektrischen Leistung der an die Bewegungshilfseinheit (43, 44) gibt, wenn die Fahrradgetriebeschalteinrichtung (10) betätigt werden soll.