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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Fahrräder und, genauer noch, auf
eine Schaltsteuerungseinrichtung für ein Fahrrad ausgerichtet,
welche die Erzeugung eines zweiten Schaltsignals nach der Erzeugung
eines ersten Schaltsignals verhindert.
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Gegenwärtig sind
an Fahrrädern
Schalteinrichtungen montiert, welche Gänge elektrisch oder hydraulisch
umschalten können.
Zum Beispiel wird in JP (Kokai) 8-113182 eine motor-betätigte Schalteinrichtung
offenbart in Form einer extern montierten Schalteinrichtung, welche
einen Umwerfer und eine Vielzahl von Kettenrädern umfasst, wobei jedes Kettenrad
eine unterschiedliche Anzahl von Zahnradzähnen besitzt und an dem Hinterrad
montiert ist. Ein weiteres Beispiel für eine Steuerungseinrichtung
für eine
Fahrradgangschaltung ist WO 01/14203. Bei derartigen Schalteinrichtungen
und bei extern montierten Schalteinrichtungen wie besonders bei
Umwerfern, wird eine Kette vom Umwerfer auf eines aus einer großen Anzahl
von Kettenrädern
bewegt. Solche Schalteinrichtungen sorgen für ein automatisches Umschalten
basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrrads und/oder einem manuellen
Umschalten basierend auf der manuellen Bedienung von einem oder
mehreren Schaltsteuerungselementen. Ein Schaltsignal wird erzeugt
und gemäß der Geschwindigkeit
des Fahrrads oder dem manuellen Umschaltvorgang ausgegeben und der
motor-betätigte
Umwerfer wird gemäß des Ausgabeschaltsignals
gesteuert.
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Damit
sich die Kette auf irgendeins der Kettenräder sanft, umgehend und zuverlässig bewegen kann,
besitzen die Kettenräder
manchmal spezielle Schaltzähne,
welche die Bewegung der Kette von einem Kettenrad zum anderen erleichtern
und die Schaltzähne
von angrenzenden Kettenrädern
sind miteinander in Phase angeordnet. Das Schaltsignal wird erzeugt,
sobald die gewünschte
Innen- oder Außenlasche
der Kette sich in einer geeigneten Ausrichtung mit solch einem Schaltzahn
befindet. Zusätzlich werden
kleinere Kettenräder
mit einem einzelnen Schaltzahn üblicherweise
mit einer ungeraden Anzahl von Zähnen
versehen, so dass die Innen- und Außenlaschen der Kette abwechselnd
mit dem Schaltzahn bei jeder Umdrehung ausgerichtet sind. Somit
wird der Umschaltvorgang im Zuge einer einzigen Umdrehung des Kettenrades abgeschlossen, wenn
der Schaltzahn in einer geeigneten Ausrichtung mit der Außen- oder Innenlasche
während
der anfänglichen
Umdrehung ist. Wenn sich der Schaltzahn jedoch nicht in einer geeigneten
Ausrichtung mit der gewünschten
Lasche während
der anfänglichen Umdrehung
befindet, wird der Umschaltvorgang nicht abgeschlossen, bis eine
weitere Umdrehung stattfindet und die geeignete Lasche in eine Ausrichtung
mit dem Schaltzahn gebracht wird. In diesem Fall werden maximal
zwei Umdrehungen benötigt, bis
der Umschaltvorgang abgeschlossen ist. Besitzt jedes Kettenrad zwei
oder mehr Schaltzähne,
so kann der Umschaltvorgang im Verhältnis zur Anzahl von derartigen
Zähnen
schneller abgeschlossen werden.
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Mit
konventionellen Einrichtungen ist es manchmal unmöglich während einer
kurzfristigen Beschleunigung oder Verzögerung oder wenn mehrere Gänge gleichzeitig
umgeschaltet werden sollen, eine Schaltvorrichtung sanft zu bedienen.
Wird z.B. die Bremse abrupt betätigt,
während
sich das Fahrrad während
des automatischen Umschaltens mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt
(und die Kette mit einem Kettenrad mit einer geringen Anzahl von
Zähnen im
Eingriff ist), so kann die Umschalteinrichtung versuchen, sofort
in den Gang zu wechseln, welcher der gewünschten Geschwindigkeit entspricht.
So versucht die Umschalteinrichtung nicht nur öfters jeweils mehrere Gänge umzuschalten,
sondern die Umschalteinrichtung kann auch den gewünschten
phasen-ausgerichteten Schaltzahn verpassen. Dadurch entstehen Stöße und verhindern,
dass die Einrichtung sanft arbeitet. Das selbe Problem tritt auf,
wenn jeweils mehrere Gänge
manuell umgeschaltet werden und während kurzfristiger Beschleunigung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wie in den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und
8 offenbart, ist auf eine Steuerungseinrichtung für eine Fahrradgangschaltung
ausgerichtet, worin die Erzeugung eines zweiten Schaltsignals verhindert
wird nach der Erzeugung eines ersten Schaltsignals, damit unerwünschte Effekte
verhindert werden, wenn mehrere Gänge in schneller Abfolge umgeschaltet
werden. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Steuerungseinrichtung für eine Fahrradgangschaltung
eine Schaltsignalausgabeeinheit zur Ausgabe von Schaltsignalen und
eine Sperreinheit, die wirkend verbunden mit der Schaltsignalausgabeeinheit
ist, um die Ausgabe eines zweiten Schaltsignals zu verhindern nach
der Ausgabe eines ersten Schaltsignals. In einer konkreteren Ausführungsform
verhindert die Sperreinheit die Ausgabe eines zweiten Schaltsignals
für eine
vorbestimmte Wartezeitspanne nach der Ausgabe eines ersten Schaltsignals.
Falls gewünscht,
kann die Wartezeitspanne eine Funktion der erkannten Fahrradgeschwindigkeit
sein. Alternativ dazu kann eine Drehzahlmesseinheit zur Erfassung
der Drehzahl einer Fahrradkomponente vorliegen, worin die Schaltsignalausgabeeinheit
Schaltsignale in Erwiderung auf Signale abgibt, welche von der Drehzahlmesseinheit empfangen
werden. In diesem Fall kann die Sperreinheit die Ausgabe eines zweiten
Schaltsignals so lange verhindern, bis die Drehzahlmesseinheit mindestens
eine Umdrehung der Fahrradkomponente nach der Ausgabe eines ersten
Schaltsignals erkennt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Sperreinrichtung
die Ausgabe eines zweiten Schaltsignals so lange verhindern, bis
die Drehzahlmesseinheit eine bevorzugte Umdrehungsgeschwindigkeit der
Fahrradkomponente erkennt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform eines Fahrrads,
welches eine besondere Ausführungsform
einer Fahrradsteuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
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2 ist
eine Schrägansicht
einer Lenkstangenbaugruppe des Fahrrads, wie in 1 dargestellt;
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3 ist
eine Vorderansicht einer besonderen Ausführungsform eines Ritzelpakets;
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4 ist
eine Vorderansicht einer besonderen Ausführungsform eines Kettenrads
mit kleinerem Durchmesser;
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5 ist
eine Rückansicht
des Kettenrades, welches in 4 dargestellt
ist;
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6 ist
ein Blockdiagramm einer besonderen Ausführungsform einer Schaltsteuerungseinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7 ist
ein Ablaufdiagramm einer besonderen Ausführungsform einer Hauptablaufroutine, die
von der Schaltsteuerungseinrichtung ausgeführt wird, wie in 6 dargestellt;
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8 ist
ein Ablaufdiagramm einer besonderen Ausführungsform einer manuellen
Umschaltroutine, die von der Schaltsteuerungseinrichtung ausgeführt wird,
wie in 6 dargestellt; und
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9 ist
ein Ablaufdiagramm einer besonderen Ausführungsform einer selbsttätigen Umschaltroutine,
die von der Schaltsteuerungseinrichtung ausgeführt wird, wie in 6 dargestellt.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrads 10, welches eine besondere
Ausführungsform
einer Fahrradsteuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
besitzt. Fahrrad 10 umfasst einen Rahmen 12 mit
einer vorderen Gabel 13, ein Vorderrad 14, welches
an der vorderen Gabel 13 montiert ist und ein Hinterrad 15,
welches im hinteren Bereich des Rahmens 12 montiert ist.
Eine Lenkstange 17 (2) ist an
der vorderen Gabel 13 montiert. Die vorderen und hinteren
Bremsgriffe 18a und 18b sind an den beiden Enden
der Lenkstange 17 montiert und ein vorderes und hinteres
Umschaltbedienteil 19a und 19b sind auf der Innenseite
der Bremsgriffe 18a und 18b montiert. Die Bremsgriffe 18a und 18b sind
mit Bremsseilen 18c und 18d mit vorderen und hinteren
Bremseinheiten 21 und 22 (1) verbunden.
Das vordere und hintere Umschaltbedienteil 19a und 19b besitzen
Schalter zum Heraufschalten 22a und 22b und Schalter
zum Herunterschalten 23a und 23b (jeweils zwei
Schalter zum Herunter- und Heraufschalten). Die Schalter zum Heraufschalten 22a und 22b und
die Schalter zum Herunterschalten 23a und 23b sind
in Umfangsrichtung ausgerichtet und an Stellen angeordnet, welche
mit den Daumen leicht zu erreichen sind. Die Umschaltbedienteile 19a und 19b sind
mit einer Schaltsteuerungseinrichtung 40 verbunden, welche
in der Mitte der Lenkstange 17 montiert ist.
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Eine
Kurbelachse 16 ist unterhalb des Mittenbereichs des Rahmens 12 angeordnet
und ein Paar von rechten und linken Kurbelarmen 24 und 25 mit
Pedalen 22, welche an ihren Spitzen in der Art, wie in 1 dargestellt,
montiert sind, sind nicht drehbar an den beiden Enden der Kurbelachse 16 montiert.
Ein vorderes Kettenrad 26 umfasst beispielsweise drei Kettenräder 26a, 26b und 26c mit unterschiedlicher
Größe und wird
integral mit dem rechten Kurbelarm 25 ausgebildet. Ein
vorderer Umwerfer 27, welcher über einen Motor, ein Spule
oder einen anderen am Rahmen 12 befestigten Aktuator betätigt wird,
ist oberhalb des vorderen Kettenrads 26 angeordnet. Das
vordere Kettenrad 26 und der vordere Umwerfer 27 bilden
eine extern befestigte vordere Umschalteinrichtung 28.
Eine Kette 30 wird vom vorderen Umwerfer 27 zwischen
den Kettenrädern 26a, 26b und 26c bewegt.
Eine extern befestigte hintere Umschalteinrichtung 31 ist
am Hinterrad 15 befestigt. Die extern montierte hintere
Umschalteinrichtung 31 umfasst ein hinteres Kettenrad 32 und
einen hinteren Umwerfer 33. Wie in 3 dargestellt,
kann das Kettenrad 32 z.B. acht unterschiedlich große Kettenräder 32a-32h umfassen,
welche an der hinteren Nabe des Hinterrades 15 montiert
sind. Ein Motor, eine Spule oder ein anderer Aktuator zur Bewegung der
Kette 30 zwischen den Kettenrädern 32a-32h des hinteren
Kettenrades 32 können
den hinteren Umwerfer 33 betätigen. Schaltstellungssensoren
(nicht dargestellt) zur Erkennung der Position der Gangstufen sind
am vorderen Umwerfer 27 und am hinteren Umwerfer 33 montiert.
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Ein
Kurbelarmerkennungselement 41a (z.B. ein Magnet) ist am
rechten Kurbelarm 25 montiert und ein Kurbelarmsensor 41b (z.B.
ein Reedschalter), welcher zur Erkennung des Durchlaufs des Kurbelarmerkennungselements 41a vorgesehen
ist, ist am Rahmen 12 befestigt. Das Kurbelarmerkennungselement 41a und
der Kurbelarmsensor 41b umfassen eine Kurbelarmdrehzahlmesseinheit 41 zur
Bestimmung der Drehzahl und Drehgeschwindigkeit der Kurbelarme 24 und 25.
Vier Geschwindigkeitsmesselemente 42a (z.B. Magnete) können am Vorderrad 14 im
Wesentlichen an dem selben Umfang in gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung montiert
sein und ein Geschwindigkeitssensor 42b (z.B. ein Reedschalter)
ist an der vorderen Gabel 13 befestigt. Die Geschwindigkeitsmesselemente 42a und
der Geschwindigkeitssensor 42b bilden eine Geschwindigkeitsmesseinheit 42 zur
Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrrads und der Umdrehungen
pro Minute von Vorderrad 14.
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Die
Anzahl der Zähne
auf den Kettenrädern 32a-32h kann
beispielsweise zu 33, 29, 25, 21, 17, 15, 13 und 11 Zähnen festgesetzt
werden. Die verhältnismäßig großen Kettenräder 32a-32c können beispielsweise
mit zwei Hochschaltzähnen 34a-34c in
regelmäßigen Abständen in
Umfangsrichtung in einer Anordnung ausgestattet sein, bei denen
die Phasen davon mit den entsprechend angrenzenden kleineren Kettenrädern ausgerichtet
sind. Die anderen vier Kettenräder 32d-32g besitzen
einzelne Schaltzähne 34d-34g in
einer phasen-ausgerichteten Anordnung. Die Kettenräder 32a-32c können beispielsweise
mit zwei Herunterschaltzähnen 35a-35c in
regelmäßigen Abständen in
der Umfangsrichtung in einer phasen-ausgerichteten Anordnung versehen sein
und die anderen vier Kettenräder 32d-32g können mit
einzelnen Schaltzähnen 35d-35g in
einer phasen-ausgerichteten Anordnung versehen sein.
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4 zeigt
das Kettenrad 32e in der Vorderansicht (rechte Seite des
Fahrrads) und 5 zeigt das Kettenrad 32e in
einer Rückansicht.
Während
eines Herunterschaltvorgangs von Kettenrad 32f auf 32e bewegt
der Umwerfer 33 die Kette 30 nach innen in Richtung
zur Nabenachse und radial nach außen zum externen Umfang des
Kettenrads 32e. Eine zweistufige Kettenführung, welche
zurückgesetzte Teile 36e und 37e umfasst,
wird einem Herunterschaltzahn 34e vorgelagert ausgebildet.
Das zurückgesetzte
Teil 37e besitzt eine größere Tiefe als das zurückgesetzte
Teil 36e, wodurch eine Führungsrampe zum Schaltzahn 34e ausgebildet
wird. Während des
Herunterschaltens wird die Seite der Kette 30 in den zurückgesetzten
Teilen 36e und 37e aufgenommen. Deckt sich eine
Innenlasche von Kette 30 mit dem zurückgesetzten Teil 37e,
dann wird die nachfolgende Außenlasche
von Kette 30 leicht von dem Schaltzahn 34e in
Eingriff gebracht und die folgenden Laschen werden von den folgenden
nachgeordneten Zähnen
aufgenommen, womit der Gangwechsel abgeschlossen ist. Wenn sich
die Außenlasche
von Kette 30 mit dem zurückgesetzten Teil 37e während des
Herunterschaltens deckt, dann kann es in manchen Situationen dazu
kommen, dass die nachfolgende Innenlasche nicht vom Schaltzahn 34e eingefangen
wird, in diesem Fall kann es notwendig sein, dem System eine weitere
Umdrehung zur erlauben, so dass der Schaltzahn 34e eine
Außenlasche
von Kette 30 einfangen kann. In solch einem Fall sind zwei
Umdrehungen des Kettenrads 32e erforderlich, um den Schaltvorgang
abzuschließen.
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Während eines
Heraufschaltens von Kettenrad 32e auf 32f bewegt
der Umwerfer 33 Kette 30 nach außen in Richtung
der Nabenachse in Richtung des externen Umfangs von Kettenrad 32f.
Wenn der Schaltzahn 35e des Kettenrads 32e mit
der Innenlasche von Kette 30 im Eingriff ist, so wird die
nachfolgende Außenlasche
in Richtung des Kettenrads 32f gezogen und die nächste Innenlasche
wird vom Kettenrad 32e getrennt, wodurch der Gangwechsel
abgeschlossen wird. Wenn der Schaltzahn 35e vom Kettenrad 32e mit
der Außenlasche
von Kette 30 während
des Hochschaltvorgangs im Eingriff ist, so kann es in manchen Situationen
passieren, dass sich die Kette 30 nicht vom Kettenrad 32e trennt,
in diesem Fall kann es notwendig sein, dem System eine weitere Umdrehung
zu erlauben, so dass der Schaltzahn 35e mit einer Innenlasche
von Kette 30 im Eingriff sein kann. In diesem Fall sind
zwei Umdrehungen des Kettenrads 32e erforderlich, um den
Schaltvorgang abzuschließen.
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Die
benötigte
Zeit für
das Umschalten ist wie folgt. Bei einer Geschwindigkeit von 25 km/h
führt ein 26-Zoll
Rad drei Umdrehungen pro Sekunde durch und die Zeit für eine Umdrehung
des Rads beträgt 0,3
s. Deshalb sind 0,6 s für
zwei Umdrehungen des Rads notwendig. Die gleichen Berechnungen zeigen, dass
bei 20 km/h 0,74 s für
zwei Umdrehungen benötigt
werden, bei 15 km/h 1,0 s für
zwei Umdrehungen benötigt
werden, bei 10 km/h 1,42 s für
zwei Umdrehungen benötigt
werden und bei 5 km/h 2,8 s für
zwei Umdrehungen benötigt
werden. Deshalb wird für
einen Gangwechsel eine maximale Wartezeit von 2,8 s benötigt, bis
er abgeschlossen ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist die Kette 30 oft
im Eingriff mit den Kettenrädern 32a-32c,
was es ermöglicht,
einen Gangwechsel in der Hälfte
der Zeit abzuschließen (ungefähr 1,4 s).
Somit schwankt die benötigte
Zeit für
die Durchführung
eines Gangwechsels mit der Geschwindigkeit, bleibt aber normalerweise
unterhalb 1,4 s, solange die Geschwindigkeit 10 km/h oder mehr beträgt.
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Wie
in 2 dargestellt wird die Schaltsteuerungseinrichtung 40 in
dem Steuerungsgehäuse 45 aufgenommen,
welches in der Mitte der Lenkstange 17 montiert ist. Wie
in 6 dargestellt umfasst die Schaltsteuerungseinrichtung 40 eine
Schaltsignalausgabeeinheit 50 mit einer CPU und einem Speicher,
eine Anzeigeeinheit 51, wie z.B. ein Flüssigkeitskristalldisplay, einen
Netzschalter 52, einen Betriebswahlschalter 53 und
eine Stromversorgung 54, wie z.B. eine Batterie. An die
Steuerungseinheit 50 sind ebenso die vorderen und hinteren
Schalter zum Heraufschalten 22a und 22b und die
Schalter zum Herunterschalten 23a und 23b, die
Kurbelarmdrehzahlmesseinheit 41, die Geschwindigkeitsmesseinheit 42 und
ein Verbindungsstück 43 zur
Verbindung des vorderen Umwerfers 27 und hinteren Umwerfers 33 verbunden.
Wie in 1 gezeigt kann das Verbindungsstück 43 z.B.
am nach unten führenden
Rohr des Rahmens 12 befestigt werden. Die Schaltstellungen
(Gangstufen) SH der vorderen und hinteren Umwerfer 27 und 33 werden über Schaltstellungssensoren
erkannt, welche hierfür
vorhanden sind und die Ergebnisse werden an die Steuerungseinheit 50 über das
Verbindungsstück 43 geschickt.
Die Steuerungseinrichtung 50 gibt die Schaltsignale an
den vorderen und hinteren Umwerfer 27 und 33 über das
Verbindungsstück 43 gemäß der Umschaltart,
welche über den
Betriebswahlschalter 53 ausgewählt wird, aus und steuert den
vorderen und hinteren Umwerfer 27 und 33 und zeigt
den Schaltzustand, die Fahrradgeschwindigkeit oder dergleichen auf
der Anzeigeeinheit 51 an. Der vordere und hintere Umwerfer 27 und 33 werden
gesteuert, damit ein sanftes Umschalten während einer kurzfristigen Beschleunigung
oder Verzögerung
möglich
ist.
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Der
Betriebswahlschalter 53 kann zwischen einem selbsttätigen, bzw.
automatischen Umschaltmodus und einem manuellen Umschaltmodus auswählen; und
zwischen einem ersten, zweiten und dritten automatischen Umschaltmodus.
Der Betriebswahlschalter 53 wechselt den Umschaltmodus,
sobald er gedrückt
wird, zyklisch in der folgenden Abfolge: Manueller Modus, erster
(automatischer) Umschaltmodus, zweiter (automatischer) Umschaltmodus,
dritter (automatischer) Umschaltmodus und zurück in den manuellen Modus.
In dieser Ausführungsform
ist der zweite Umschaltmodus für
vergleichsweise niedrige Geschwindigkeiten, der dritte Umschaltmodus
für vergleichsweise
hohe Geschwindigkeiten und der erste Umschaltmodus für mittlere
Geschwindigkeiten vorgesehen. So werden z.B. die Gänge von Kettenrad 32b auf
Kettenrad 32c, von Kettenrad 32c auf Kettenrad 32d,
von Kettenrad 32d auf Kettenrad 32e, von Kettenrad 32e auf
Kettenrad 32f und von Kettenrad 32f auf Kettenrad 32g im
ersten Umschaltmodus heraufgeschalten, wenn die Geschwindigkeit entsprechend
9 km/h, 13 km/h, 17 km/h, 21 km/h und 25 km/h überschreitet. Zusätzlich werden
die Gänge von
Kettenrad 32a auf Kettenrad 32b, von Kettenrad 32b auf
Kettenrad 32c, von Kettenrad 32c auf Kettenrad 32d,
von Kettenrad 32d auf Kettenrad 32e und von Kettenrad 32e auf
Kettenrad 32f im zweiten Umschaltmodus heraufgeschalten,
wenn die entsprechende Geschwindigkeit 9 km/h, 13 km/h, 17 km/h, 21
km/h und 25 km/h überschreitet.
Schlussendlich werden die Gänge
von Kettenrad 32c auf Kettenrad 32d, von Kettenrad 32d auf
Kettenrad 32e, von Kettenrad 32e auf Kettenrad 32f,
von Kettenrad 32f auf Kettenrad 32g und von Kettenrad 32g auf
Kettenrad 32h im dritten Umschaltmodus heraufgeschalten, wenn
die Geschwindigkeit entsprechend 9 km/h, 13 km/h, 17 km/h, 21 km/h
und 25 km/h überschreitet. Somit
wird in dieser Ausführungsform
ein Umschalten unter Verwendung von sechs von acht möglichen Kettenrädern (32a-32h) in
einem automatischen Umschaltmodus erreicht. Die Gänge werden
in umgekehrter Reihenfolge heruntergeschalten. Im manuellen Umschaltmodus
lassen sich die Gänge
z.B. gemäß der Anzahl
der Betätigungen
der Schalter für das
Heraufschalten 22a und 22b und der Schalter für das Herunterschalten 23a und 23b umschalten.
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Hauptablaufroutine für eine bestimmte Ausführungsform, welche
von der Steuerungseinrichtung 50 ausgeführt wird. Die Grundeinstellungen
werden in Schritt S1 ausgewählt,
was die Neueinstellung von verschiedenen Tabellen und/oder Variablen
umfassen kann. Der Umschaltmodus kann zu diesem Zeitpunkt gemäß den Einstellungen
des Betriebswahlschalters 53 gesetzt werden. In Schritt
S2 wird festgestellt, ob der Netzschalter 52 geöffnet oder
geschlossen ist. Der Netzschalter 52 ist vorgesehen, um
festzulegen, ob die Software das System an- oder ausschaltet. Ein Schließen des
Netzschalters 52 wird erwartet, wenn der Schalter geöffnet ist
und der Ablauf fährt
fort zu Schritt S3, sobald der Netzschalter 52 geschlossen ist.
In Schritt S3 wird festgestellt, ob ein manueller Umschaltmodus
vom Betriebswahlschalter 53 ausgewählt wurde. Ist dies der Fall,
so wird in Schritt S8 eine manuelle Umschaltprozedur durchgeführt. In Schritt
S4 wird festgestellt, ob der erste Umschaltmodus vom Betriebswahlschalter 53 ausgewählt wurde. In
diesem Fall wird dann eine erste Umschaltprozedur in Schritt S9
durchgeführt.
In Schritt S5 wird festgestellt, ob der zweite Umschaltmodus vom
Betriebswahlschalter 53 gewählt wurde. In diesem Fall wird dann
in Schritt S10 eine zweite Umschaltprozedur durchgeführt. In
Schritt S6 wird festgestellt, ob der dritte Umschaltmodus vom Betriebswahlschalter 53 ausgewählt wurde.
In diesem Fall wird in Schritt S11 eine dritte Umschaltprozedur
durchgeführt.
Zum Schluss wird in Schritt S7 festgestellt, ob andere Prozeduren
ausgewählt
wurden (wie in der besonderen Ausführungsform programmiert). Ist
dies der Fall, dann werden diese anderen Prozeduren in Schritt S12
ausgeführt.
Sind diese Prozeduren abgeschlossen, so kehrt das System zu Schritt
S2 zurück.
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8 ist
ein Ablaufdiagramm einer besonderen Ausführungsform für eine manuelle
Umschaltprozedur, wie sie von Schritt S8 in 7 gezeigt
wird. In dieser Ausführungsform
wird zuerst entschieden, ob die Umdrehungsgeschwindigkeit des Kurbelarms CR
in Schritt S21 bei oder weniger als 20 Umdrehungen pro
Minute liegt. Diese Entscheidung wird basierend auf der Anzahl der
Impulse, welche von dem Kurbelarmsensor 41b der Kurbelarmdrehzahlmesseinheit 41 pro
Zeiteinheit ausgegeben wird, getroffen. Wenn dem so ist, dann kehrt
das System ohne die Ausführung
von irgendwelchen Prozeduren in die Hauptroutine zurück, da sich
die Gänge
schwer schalten lassen, wenn sich die Kurbelarme 24 und 25 mit
einer niedrigen Geschwindigkeit drehen (zumindest bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit
des Kurbelarms CR von 20 Umdrehungen pro Minute oder weniger).
Wird jedoch in Schritt S21 festgestellt, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Kurbelarms CR 20 Umdrehungen pro Minute überschreitet,
dann werden die Daten, welche die aktuelle Schaltstellung SH betreffen,
von den Schaltstellungssensoren abgefragt und dem hinteren Umwerfer 33 in
Schritt S22 zur Verfügung
gestellt. Danach wird in Schritt S23 festgestellt, ob der Schalter
für das
Heraufschalten 22a betätigt
wurde, und in Schritt S24 wird festgestellt, ob der Schalter für das Herunterschalten 23a betätigt wurde.
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Wenn
in Schritt S23 festgestellt wird, dass der Schalter für das Heraufschalten 22a betätigt wurde,
dann wird der Ablauf in Schritt S25 fortgesetzt. In Schritt S25
wird feststellt, ob sich die Schaltstellung SH bereits auf "8" befindet, was ein weiteres Heraufschalten
unmöglich
macht. In diesem Fall macht die Operation in Schritt S24 weiter.
Ansonsten wird ein Schaltsignal an den hinteren Umwerfer 33 geschickt, der
Aktuator des hinteren Umwerfers 33 wird in Bewegung gesetzt
und die Schaltstellung in Schritt S26 wird um eine Stufe nach oben
versetzt. Zum Beispiel kann die Kette 30 von Kettenrad 32c auf
Kettenrad 32d umgeschaltet werden, um ein Umschalten vom dritten
in den vierten Gang durch zu führen.
Im Schritt S27 wird dann festgestellt, ob der Umschaltvorgang abgeschlossen
wurde. Dieser Schritt stellt sicher, dass der vorherige Umschaltvorgang
abgeschlossen wurde, bevor die Ausgabe eines anderen Umschaltbefehls
zugelassen wird, für
den Fall, dass der Schalter für
das Heraufschalten 22a oder der Schalter für das Herunterschalten 22b ununterbrochen
betätigt wird.
Würde dies
nicht passieren, dann könnte
es zu einem wiederholten Umschalten in der nachfolgenden Durchführung von
Schritt S23 kommen, bevor der vorhergehende Umschaltzyklus beendet
wird, wodurch ein beträchtlicher
Schaltstoß und
andere Probleme, wie eine Falschausrichtung der Schaltzähne zur
Kette, entstehen.
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Der
Abschluss eines Umschaltzyklus kann beispielsweise festgestellt
werden, indem die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Vorderrades 14 (oder
Hinterrades 15) auf der Grundlage der Anzahl der Impulse,
welche vom Geschwindigkeitssensor 42b der Geschwindigkeitsmesseinheit 42 ausgegeben
werden, erfasst werden. In dieser Ausführungsform kann ein Umschaltzyklus
nach zwei Radumdrehungen, wie oben beschrieben, als abgeschlossen betrachtet
werden und dies kann festgestellt werden durch die Rückmeldung,
dass neun Impulse (4(Anzahl der Sensorelemente) × 2 (Umdrehungen) + 1), welche
z.B. von den vier Geschwindigkeitsmesselementen 42a, welche
sich am Geschwindigkeitssensor 42b vorbei bewegen, erzeugt
wurden. Der Ablauf wird an Schritt S24 fortgesetzt, sobald der Schaltzyklus
abgeschlossen ist.
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Wenn
in Schritt S24 festgestellt wurde, dass der Schalter für das Herunterschalten 23a betätigt wurde,
dann wird in Schritt S28 festgestellt, ob die Schaltstellung SH
bereits auf "1" steht, wodurch ein weiteres
Herunterschalten unmöglich
ist. In diesem Fall kehrt der Ablauf in die Hauptroutine zurück. Andernfalls
wird ein Schaltsignal an den hinteren Umwerfer 33 geschickt,
der Aktuator des hinteren Umwerfers 33 in Bewegung gesetzt
und die Schaltstellung in Schritt S29 um eine Stufe nach unten versetzt. Die
Kette 30 kann z.B. von Kettenrad 32d auf Kettenrad 32c umgeschaltet
werden, um vom vierten in den dritten Gang umzuschalten. In Schritt
S30 wird dann festgestellt, ob der Umschaltvorgang abgeschlossen wurde.
Die Prozedur für
dessen Erkennung ist die selbe wie in Schritt S27. Sobald der Umschaltvorgang
abgeschlossen wurde oder der Schalter für das Herunterschalten 23a nicht
betätigt
wurde, kehrt die Ablaufsteuerung zur Hauptroutine zurück.
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9 ist
ein Ablaufdiagramm einer besonderen Ausführungsform einer ersten (automatischen) Umschaltprozedur,
wie sie von Schritt S9 in 7 gezeigt
wird. In Schritt S41 wird erst festgestellt, ob die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Kurbelarms CR in der gleichen Art wie in Schritt S21 in 8 20 Umdrehungen
pro Minute oder weniger beträgt.
In diesem Fall kehrt das System ohne die Ausführung von irgendwelchen Prozeduren
in die Hauptroutine zurück,
da, wie vorher bereits festgestellt, Gänge schwierig zu schalten sind,
wenn sich die Kurbelarme 24 und 25 mit einer geringen
Geschwindigkeit drehen. Andernfalls werden die Daten, welche die
aktuelle Schaltstellung SH betreffen, von den Schaltstellungssensoren
abgefragt und dem hinteren Umwerfer 33 in Schritt S42 zur
Verfügung
gestellt und die Daten werden abgerufen, welche die aktuelle Geschwindigkeit
V betreffen, und welche auf den Signalen basieren, die von der Geschwindigkeitsmesseinheit 42 in
Schritt S43 zur Verfügung
gestellt werden.
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In
Schritt S44 wird dann entschieden, ob die aktuelle Geschwindigkeit
V die für
diese Schaltstellung SH festgelegte Geschwindigkeit VS (SH) überschreitet.
Diese Feststellungsprozedur zielt darauf ab festzustellen, ob ein
Heraufschalten benötigt
wird. In diesem Fall wird im Schritt S46 festgestellt, ob sich die
Schaltstellung SH auf "7" befindet. Diese
Art des ersten Umschaltmodus wird nur bis zum siebten Gang verwendet,
so dass dieser Schritt durchgeführt wird,
um zu verhindern, dass die Schaltstellung den siebten Gang überschreitet.
Der Ablauf wird bei Schritt S45 fortgesetzt, wenn der siebte Gang
bereits eingelegt ist. Ansonsten wird ein Heraufschaltsignal an
den hinteren Umwerfer 33 geschickt, der Aktuator des hinteren
Umwerfers 33 wird in Bewegung gesetzt und die Schaltstellung
in Schritt S47 wird um eine Stufe nach oben versetzt. Genauer gesagt
wird der Gang heraufgeschaltet von Kettenrad 32b auf Kettenrad 32c,
von Kettenrad 32c auf Kettenrad 32d, von Kettenrad 32d auf
Kettenrad 32e, von Kettenrad 32e auf Kettenrad 32f oder
von Kettenrad 32f auf Kettenrad 32g, wenn die
entsprechenden folgenden Stufen überschritten
werden: VS(2) = 9 km/h, VS(3) = 13 km/h, VS(4) = 17 km/h, VS(5)
= 21 km/h und VS(6) = 25 km/h.
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In
Schritt S48 wird festgestellt, ob der Umschaltvorgang abgeschlossen
wurde. Dieser Schritt stellt sicher, dass der vorherige Umschaltvorgang
abgeschlossen wurde, bevor die Ausgabe eines anderen Umschaltbefehls
zugelassen wird für
den Fall, dass das Fahrrad sehr stark beschleunigt. Falls dies nicht
gemacht worden wäre,
könnte
es dann zu einem wiederholten Heraufschalten beim anschließenden Ausführen von
Schritt S44 kommen, bevor der vorherige Umschaltzyklus abgeschlossen
ist, wodurch ein beträchtlicher
Schaltstoß und
andere Probleme, wie oben beschrieben, entstehen.
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Die
Beendigung eines Umschaltzyklus kann beispielsweise durch das Erkennen
der Anzahl der Umdrehungen des Vorderrads 14 (oder Hinterrads 15)
festgelegt werden, auf der Grundlage der Anzahl der Impulse, welche
vom Geschwindigkeitssensor 42b der Geschwindigkeitsmesseinheit 42 ausgegeben
werden, in der selben Art wie beim manuellen Umschalten. Das heißt, ein
Umschaltzyklus kann nach zwei Umdrehungen des Rads (bestätigt durch das
Erkennen von 9 Impulsen) als abgeschlossen betrachtet werden, wie
obenstehend beschrieben. Der Ablauf wird in Schritt S45 fortgesetzt,
sobald der Umschaltzyklus beendet ist.
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Das
Rattern, das normalerweise in der Nähe der Geschwindigkeit VS im
automatischen Umschaltmodus auftritt, kann verhindert werden, weil
das Warten auf den Abschluss des Umschaltzyklus es ermöglicht,
ein weiteres Umschalten zu verhindern, bis die Geschwindigkeit stabilisiert
ist. Genauer gesagt neigt ein Heraufschalten oder ein Herunterschalten
auf den vorherigen Gang dazu, wiederholt zu werden, weil es winzige
Geschwindigkeitsunterschiede in der Nähe der Geschwindigkeit VS gibt,
aber da das System ein weiteres Umschalten so lange verhindert,
bis der Umschaltzyklus beendet ist, ist es möglich sicherzustellen, dass
die Geschwindigkeit V sich weiter weg von der Schaltgeschwindigkeit
VS bewegen kann und somit das System sich stabilisiert.
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In
Schritt S45 wird festgestellt, ob die aktuelle Geschwindigkeit V
niedriger ist als die Geschwindigkeit VS(SH-1), die gemäß einer
Schaltstellung SH-1 festgelegt wurde. Diese Feststellungsprozedur zielt
darauf ab zu erkennen, ob ein Herunterschalten benötigt wird.
In diesem Fall wird in Schritt S49 festgestellt, ob sich die Schaltstellung
SH auf "2" befindet. Diese
Art des ersten Umschaltmodus wird nur bis zum zweiten Gang verwendet,
somit wird diese Feststellungsprozedur durchgeführt, um zu verhindern, dass
die Schaltstellung unter den zweiten Gang sinkt. Der Ablauf kehrt
zur Hauptroutine zurück,
wenn der zweite Gang bereits eingelegt ist. Andernfalls wird ein
Herunterschaltsignal an den hinteren Umwerfer 33 geschickt,
der Aktuator des hinteren Umwerfers 33 wird in Bewegung
gesetzt und die Schaltstellung wird in Schritt S50 um eine Stufe
nach unten versetzt. Zum Beispiel kann die Kette 30 von
Kettenrad 32e auf Kettenrad 32d umgeschaltet werden,
damit vom vierten in den dritten Gang geschaltet wird. In Schritt
S51 wird die Beendigung des Umschaltzyklus in der gleichen Art und
Weise wie durch das Heraufschalten erwartet. Die Ausführung des
Herunterschaltens auf diese Art und Weise macht es weniger wahrscheinlich,
dass die Gänge über eine
Vielzahl von Geschwindigkeitsstufen auf einmal heruntergeschaltet
werden und dass ein ruckeliges Umschalten, welches von Stößen begleitet
wird, auftreten wird, sobald die Geschwindigkeit sehr steil abfällt, wie
z.B. während
eines abrupten Bremsens. Es ist ebenfalls möglich, Rattern während des
Herunterschaltens zu verhindern. Das System kehrt zur Hauptroutine
zurück,
wenn gefolgert wird, dass das Umschalten abgeschlossen wurde.
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Die
zweiten und dritten Umschaltprozeduren umfassen die selben grundlegenden
Abläufe
wie die erste Umschaltprozedur. Besonders die Werte der Geschwindigkeit
VS sind nur um einen nach dem anderen in Richtung der niedrigeren
oder höheren Geschwindigkeit
verschoben und die Umschaltbereiche sind nur vom ersten bis zum
sechsten Gang oder vom dritten Gang bis zum achten Gang verschoben. Somit
sind nur die Feststellungsprozeduren der Schritte S44, S45, S46
und S49 in 9 unterschiedlich, während der
Rest die selben Abläufe
umfasst.
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Während es
sich bei Obigem um eine Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung handelt, können weitere Veränderungen
eingesetzt werden, ohne dabei den Sinn und Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung zu verlassen. Obwohl beispielsweise die obige Ausführungsform
in Bezug auf einen Fall beschrieben wird, bei dem der Abschluss
eines Umschaltzyklus basierend auf den Umdrehungen pro Minute eines Rades
festgestellt wurde, da die Umdrehungen pro Minute des Rades und
die Umdrehungen pro Minute der hinteren Kettenräder einander gleich sind während des
Antritts, kann ein Ansatz, bei dem der Abschluss eines Umschaltzyklus
basierend auf den Umdrehungen pro Minute eines Kurbelarms festgestellt
wird, ebenso angewandt werden, weil sich die hinteren Kettenräder manchmal
langsamer als die Räder
drehen. Es ist z.B. möglich,
einen Ansatz zu verwenden, bei dem das System so lange wartet, bis die
Kurbelarme 24 und 25 eine Umdrehung ausführen oder
sich 1,5 oder öfters
drehen. Die Räder
führen
oft zwei oder mehr Umdrehungen durch, für jedes mal, wenn die Kurbelarme 24 und 25 ungefähr 1,5 oder
mehr Umdrehungen ausführen,
weil die Kurbelarme des Fahrrads gewöhnlich sich langsamer drehen
als die Räder
des Fahrrads. Die Umdrehungen pro Minute des Kurbelarms befinden
sich deshalb auf einem niedrigeren Level als die Umdrehungen pro Minute
für das
Rad.
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Der
Abschluss des Umschaltens kann ebenso in regelmäßigen Intervallen oder Umschaltperioden,
welche gemäß einer
abgelaufenen Wartezeit ausgewählt
wurden, bestätigt
werden. Die Wartezeit kann auf 2,8 s (maximal benötigte Zeit
für den
Abschluss des Umschaltens in dieser Ausführungsform) gesetzt werden,
weil – wie
obenstehend beschrieben – das
Umschalten mit zwei Umdrehungen des Rades während des Antritts komplett
abgeschlossen ist. Bei einer niedrigen Geschwindigkeit wird die
Kette 30 oft um die Kettenräder 32a-32c umgelegt.
Die drei großen
Kettenräder 32a-32c besitzen
zwei Umschaltzähne,
was den Abschluss eines Umschaltzyklus in der Hälfte der Zeit (ungefähr 1,4 s)
erlaubt. Obwohl die benötigte
Zeit zum Abschluss eines Umschaltzyklus auf diese Art mit der Geschwindigkeit
des Fahrrads variiert, wird der Umschaltzyklus gewöhnlich innerhalb
einer maximalen Zeit von 1,4 s bei einer Geschwindigkeit von 10 km/h
oder mehr abgeschlossen, was es erlaubt, den Abschluss des Umschaltens zu
bestätigen,
nachdem eine gewisse zugestandene Wartezeit (z.B. 1,4 s) verstrichen
ist. Die selbe Wartezeit kann sowohl für das Herauf- als auch für das Herunterschalten
verwendet werden. Natürlich
kann sich diese Zeit abhängig
von der Konfiguration des Fahrrads ändern. Die Wartezeit kann auch
gemäß der Geschwindigkeit
des Fahrrads variiert werden. Zum Beispiel kann die Wartezeit auf
1,4 s bei einer geringen Geschwindigkeit (10 km/h oder weniger) gesetzt
werden, 1,0 s bei einer mittleren Geschwindigkeit (mehr als 10 km/h
und bis zu 20 km/h) und 0,7 s für
eine Geschwindigkeit bei einer Überschreitung von
20 km/h. Die selbe Wartezeit kann sowohl beim Heraufschalten als
auch beim Herunterschalten benutzt werden.
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Obwohl
die obige Ausführungsform
mit Bezug auf einen automatischen Umschaltmodus für den Umwerfer 33 beschrieben
wurde, kann die vorliegende Erfindung auch in Fällen angewandt werden, bei denen
die Gänge
mit dem vorderen Umwerfer 27 ebenso automatisch umgeschalten
werden. Obwohl des Weiteren die obige Ausführungsform mit Bezug auf eine
extern montierte Umschalteinrichtung beschrieben wurde, ist die
vorliegende Erfindung ebenso auf intern befestigte Umschalteinrichtungen
anwendbar. Eine intern montierte Umschalteinrichtung erfährt ebenso
einen beträchtlichen
Stoß,
wenn Gänge
abrupt während
einer Beschleunigung oder Verzögerung
umgeschaltet werden. Ein anderes Merkmal einer intern befestigten
Umschalteinrichtung ist, dass das Umschalten verschlechtert wird,
wenn die Kurbelarme gedreht werden und ein Drehmoment auf die intern
montierte Umschalteinrichtung übertragen
wird. Es ist deshalb möglich,
eine umgekehrte Anordnung in Bezug auf die obige Ausführungsform anzuwenden;
das heißt
ein Schaltsignal auszugeben, wenn die Kurbelarme stehen oder sich
mit oder unterhalb einer bestimmten Geschwindigkeit drehen.
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Obwohl
die obige Ausführungsform
in Bezug auf einen Fall beschrieben wurde, bei dem Gänge automatisch
mittels sechs von acht hinteren Kettenrädern 32 umgeschalten
wurden, ist es ebenfalls möglich,
die Gänge
automatisch unter Verwendung von sieben oder fünf Kettenrädern um zu schalten. Eine andere
Alternative ist die Verwendung von sämtlichen acht Kettenrädern für das automatische Umschalten.
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Die
Größe, Gestalt,
der Ort oder die Orientierung der verschiedenen Komponenten kann
wie gewünscht
geändert
werden. Komponenten, die direkt verbunden oder gegenseitig in Kontakt
stehend dargestellt sind, können
zwischenliegende Strukturen besitzen, welche zwischen ihnen angeordnet
sind. Die Funktionen eines Elements kann von zweien ausgeführt werden
und umgekehrt. Es ist nicht notwendig, dass alle Vorzüge in einer
besonderen Ausführungsform
gleichzeitig vorliegen müssen.
Der Schutzumfang der Erfindung soll nicht durch die spezifisch offenbarten
Strukturen oder durch die offensichtliche Konzentration auf eine
spezielle Struktur oder ein Merkmal beschränkt werden.