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Die
Erfindung betrifft Fahrräder,
und insbesondere verschiedene Merkmale einer elektrisch gesteuerten
Fahrradgangschaltung.
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Fahrradgangschaltungen
beinhalten für
gewöhnlich
entweder intern montierte Gangschaltungen oder extern montierte
Gangschaltungen. Intern montierte Gangschaltungen sind für gewöhnlich in die
Nabe des Hinterrades eingebaut, und extern montierte Gangschaltungen
weisen für
gewöhnlich einen
Umwerfer auf, um eine Kette zwischen einer Mehrzahl von Kettenrädern umzuschalten
oder umzuwerfen. Eine Schaltsteuervorrichtung, die am Fahrradrahmen
angebracht ist und mit der Gangschaltung durch ein Schaltsteuerkabel
verbunden ist, steuert für
gewöhnlich
beide Gangschaltungstypen.
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In
letzter Zeit wurden automatische Schaltsteuervorrichtungen entwickelt,
um die Fahrradgangschaltung zu betätigen. Derartige automatische Schaltsteuervorrichtungen
betätigen
die Fahrradgangschaltung für
gewöhnlich
so, dass ein hoher Gang gewählt
wird, um ein Fahren mit großer
Geschwindigkeit zu bewerkstelligen, und ein niedriger Gang gewählt wird,
um ein Fahren mit geringer Geschwindigkeit zu bewerkstelligen. Eine
derartige automatische Schaltsteuervorrichtung ist in dem den nächsten Stand
der Technik darstellenden Dokument
US
6047230 beschrieben, welches alle Merkmale des Oberbegriffes
des unabhängigen
Anspruchs 1 offenbart. Die automatische Schaltsteuervorrichtung weist
für gewöhnlich einen
Elektromotor zum Betätigen
des Schaltsteuerkabels, ein Steuerglied, das einen Mikroprozessor
oder dergleichen beinhaltet, welcher den Elektromotor steuert, und
einen Laufraddrehzahlsensor auf, der Laufraddrehzahlsignale ausgibt.
Der Laufraddrehzahlsensor beinhaltet typischerweise einen am Rahmen
montierten Sensor, der ein Vorbeibe wegen eines am Fahrradlaufrad
befestigten Magneten erfasst, und der Mikroprozessor gibt Steuersignale
zum Steuern des Motors aus, um Gänge reagierend
auf die Laufraddrehzahlsignale umzuschalten.
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Manchmal
ist es bei einer automatischen Schaltsteuervorrichtung erwünscht, die
Gänge manuell
zu wechseln, und manchmal ist ein manueller Schalter oder dergleichen
zu diesem Zweck funktionsmäßig mit
dem Mikroprozessor verbunden. Der manuelle Schalter erzeugt typischerweise
ein für
den Mikroprozessor bestimmtes Interruptsignal, und der Mikroprozessor
führt unterschiedliche
Programmroutinen aus, um den manuellen Gangwechsel zu bewerkstelligen.
Selbstverständlich
erfordert dies einen separaten Port im Mikroprozessor und eine geeignete
Programmierung, um automatische und manuelle Bedienmodi zu bewerkstelligen,
was die Komplexität der
Vorrichtung vergrößert. Weiter
kann es vollständig
unmöglich
sein, einer Vorrichtung, die lediglich mit einem automatische Gangwechselmodus
ausgerüstet
wurde, einen manuellen Gangwechselmodus hinzuzufügen, und bei einem herkömmlichen
System kann es erforderlich sein, große Änderungen an der Hardwarekonfiguration
und dem Steuerprogramm des Mikroprozessors vorzunehmen, was manuelle Gangwechseloperationen
nicht praktikabel macht.
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INHALT DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung, wie offenbart durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
1 und des unabhängigen
Verfahrensanspruchs 13, betrifft verschiedene Merkmale einer elektrisch
gesteuerten Fahrradgangschaltung. Bei einem erfinderischen Merkmal wird
eine Schaltsteuervorrichtung für
ein Fahrrad bereitgestellt, welche Schaltsteuersignale von einer
Signalbereitstellungseinrichtung verwendet, um einen automatischen
Gangwechselmechanismus einer Fahrradgangschaltung anzusteuern, wobei
die Schaltsteuersignale einem Fahrzustand zugehörig sind. Die Schaltsteuervorrichtung
weist eine Übersteuerungsschaltsteuereinheit
auf, die einen Übersteuerungsschaltbefehl
bereitstellt, und eine Simulationseinheit, welche mit der Übersteuerungsschaltbefehlseinheit
funktionsmäßig verbunden
ist, um reagierend auf den Übersteuerungsschaltbefehl
simulierte Schaltsteuersignale bereitzustellen.
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Bei
einem weiteren erfinderischen Merkmal wird eine Schaltsteuervorrichtung
zum Ansteuern eines automatischen Schaltmechanismus einer Fahrradgangschaltung
bereitgestellt. Die Schaltsteuervorrichtung weist auf: eine Signalbereitstellungseinheit,
die Schaltsteuersignale entsprechend einem Fahrzustand bereitstellt;
eine Übersteuerungsschaltsteuereinheit
zur Bereitstellung eines Übersteuerungsschaltbefehls;
eine Simulationseinheit, die mit der Signalbereitstellungseinrichtung
und der Übersteuerungsschaltsteuereinheit
funktionsmäßig verbunden
ist, um reagierend auf den Übersteuerungsschaltbefehl
simulierte Schaltsteuersignale bereitzustellen; und eine Gangwechseleinheit,
die Signale zur Ansteuerung der Fahrradgangschaltung reagierend
auf die Schaltsteuersignale und die simulierten Schaltsteuersignale
ausgibt. Weitere erfinderische Merkmale gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung klar hervor, und diese Merkmale können mit den zuvor beschriebenen
Merkmalen kombiniert werden, um zusätzliche Vorteile bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine spezielle Ausführungsform
einer Schaltsteuervorrichtung beinhaltet;
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2 ist
ein Beispiel eines Laufraddrehzahlsignals;
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3 ist
ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das zur Schaltsteuervorrichtung
gehört; und
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes
einer Lenkstange, die eine manuell bediente Gangwechselsteuereinheit
beinhaltet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine spezielle Ausführungsform
einer Schaltsteuervorrichtung beinhaltet. Das Fahrrad weist auf:
einen Rahmen 1 mit einem doppelschleifenförmigen Rahmenkörper 2,
einen Sattel 11, eine Vordergabel 3, ein Lenkstangenteil 4,
einen Antriebsteil 5, ein vorderes Laufrad oder Vor derrad 6,
ein hinteres Laufrad oder Hinterrad 7, in welches eine
innenliegende Dreigangnabenschaltung 10 eingebaut ist,
und vordere und hintere Bremsvorrichtungen 8 (lediglich
die vordere Bremsvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt).
Das Lenkstangenteil 4 weist einen Lenkstangenvorbau 14 auf,
der an einem oberen Teil der Vordergabel 3 befestigt ist,
und eine Lenkstange 1S, die am Lenkervorbau 14 befestigt
ist. Bremshebel 16 und Griffe 17 sind an den zwei
Enden der Lenkstange 15 montiert. Bremshebel 16 betätigen die
Bremsvorrichtungen 8. Eine Signalbereitstellungseinrichtung
wie beispielsweise ein Laufraddrehzahlsensor 12, der einen
Reed-Schalter beinhaltet, ist an der Vordergabel 3 installiert.
Der Fahrraddrehzahlsensor 12 erfasst das Vorbeibewegen
eines am Vorderrad 6 montierten Magneten 13 und
gibt impulsförmige
Laufraddrehzahlsignale aus, wie dargestellt in 2.
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Eine
automatische Gangwechseleinheit 20 ist an einem Kettengehäuse 25 und
einer Kettenstrebe 26 montiert, und eine manuelle Gangwechselsteuereinheit 21 zum
Ausführen
einer manuellen Gangwechselsteuerung ist an der Lenkstange 15 montiert.
Wie in 3 dargestellt, beinhaltet eine automatische Gangwechseleinheit 20:
eine Gangwechselsteuereinheit 30, die einen Mikroprozessor
mit einer CPU, einem RAM, einem ROM und einer Ein-/Ausgabeschnittstelle
beinhaltet; eine Stromquelle 31; einen Speicher 32;
eine Motoransteuereinrichtung 33; einen mit der Motoransteuereinrichtung 33 verbundenen
Motor 34; und weitere Ein-/Ausgabeglieder. Eine Gangwechseloperation
der innenliegenden Gangwechselnabe 10 wird unter Verwendung des
Motors 34 ausgeführt.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden die Laufraddrehzahlsignale durch die Gangwechselsteuereinheit 30 verwendet,
um die Gänge
in der Nabe 10 zu wechseln. Insbesondere empfängt die
Gangwechselsteuereinheit 30 impulsförmige Laufraddrehzahlsignale,
wie in 2 dargestellt, misst deren Periode T, und gibt
Gangwechselsteuersignale mit dem folgenden Muster aus (beim Hochschalten):
0 ≤ T ≤ t1: niedriger
Gang
t1 ≤ T < t2: mittlerer Gang
t2 ≤ T: hoher
Gang.
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Um
ein "Prellen" während eines
Gangwechsels zu verhindern, ist in bekannter Weise eine Hysterese
vorgesehen, und zwar dadurch, dass die Schaltpunkte für das Herunterschalten
von den Schaltpunkten für
das Hochschalten unterschiedlich sind.
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Wie
in 4 dargestellt, ist die manuelle Gangwechselsteuereinheit 21 auf
der Innenseite des rechten Handgriffes 17 montiert. Die
manuelle Gangwechselsteuereinheit 21 weist ein manuell
bediente Übersteuerungsschaltsteuereinheit 35,
welche Übersteuerungsschaltbefehle
bereitstellt, eine Simulationseinheit 36, welche simulierte
Schaltsteuersignale reagierend auf die Übersteuerungsschaltbefehle
von der Übersteuerungsschaltsteuereinheit 35 bereitstellt,
eine Auswahleinheit 37, die Laufraddrehzahlsignale vom
Laufraddrehzahlsensor und simulierte Schaltsteuersignale von der Übersteuerungsschaltsteuereinheit 35 empfängt und
diese Signale selektiv ausgibt, und eine Anzeigeeinrichtung 38 auf,
welche den Gang anzeigt, der gemäß dem durch
die Auswahleinheit 37 ausgewählten Signal zu wählen ist.
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Die Übersteuerungsschaltsteuereinheit 35 weist
ein manuell bedientes Hochschaltsteuerelement wie beispielsweise
einen Hochschaltsteuerknopf 35a, ein manuell bedientes
Herunterschaltsteuerelement wie beispielsweise einen Herunterschaltsteuerknopf 35b,
und ein manuell bedientes Aufhebungsbefehlseiement wie beispielsweise
einen Aufhebungsbefehlsknopf 35c auf. Der Hochschaltbefehlsknopf 35a und
der Herunterschaltbefehlsknopf 35b veranlassen die Gangschaltungssteuereinheit 30,
jeweils einen Gangwechsel in der Nabe 10 um eine einzige
Stufe höher
oder niedriger als der aktuelle gewählte Gang durchzuführen, und
zwar jedes Mal, wenn sie gedrückt
werden. Der Aufhebungssteuerknopf 35c hebt die manuelle
Gangwechselsteuerung auf, so dass die Fahrradgangschaltung in die
automatische Gangwechselsteuerung zurückkehrt.
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Während des
automatischen Betriebes werden Laufraddrehzahlsignale vom Laufraddrehzahlsensor 12 der
Auswahleinheit 37 zugeführt,
und die Auswahleinheit 37 leitet diese Signale an die Gangwechselsteuereinheit 30 der
automatischen Gangwechseleinheit 20 ohne Modifikation weiter.
Außerdem
wird der aktuelle Gang, der den Laufraddrehzahlsignalen entspricht,
auf der Anzeigeeinrichtung 38 angezeigt. Die Gangwechselsteuereinheit 30 empfängt die
Laufraddrehzahlsignale und gibt Gangwechselsteuersignale an die
Motoransteuereinrichtung 33 aus, um eine Hochschaltsteuerung
(gemäß dem in 2 dargestellten
Muster) oder eine Herunterschaltsteuerung auszuführen (gemäß einem zu dem in 2 dargestellten
Muster ähnlichen
Muster). Als Ergebnis wird der Motor 34 angesteuert, und eine
automatische Gangwechselsteuerung der eine innenliegende Gangschaltung
aufweisenden Nabe 10 wird ausgeführt.
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Falls
der Fahrer während
des Fahrens einen Gangwechsel durchführen möchte (d. h. eine Übersteuerung
des automatisch gewählten
Ganges durchzuführen),
dann drückt
er auf den Hochschaltsteuerknopf 35a oder den Herunterschaltsteuerknopf 35b der Übersteuerungsschaltbefehlseinheit 35 der manuellen
Gangwechselsteuereinheit 21, um einen Gangwechsel auf eine
Stufe über
oder unter dem aktuellen Gang durchzuführen. Insbesondere wird das Signal
von dem Hochschaltsteuerknopf 35a oder dem Herunterschaltsteuerknopf 35b der
Simulationseinheit 36 zugeführt, und zwar zusammen mit
den Laufraddrehzahlsignalen vom Laufraddrehzahlsensor 12.
Die Laufraddrehzahlsignale haben die Funktion des Zuführens eines
aktuellen Ganges an die Simulationseinheit 36, da die Simulationseinheit 36 aus den
Signalperioden den aktuellen Gang berechnen kann. Die Simulationseinheit 36 gibt
dann simulierte Laufraddrehzahlsignale aus, die Perioden haben, welche
dem gewählten
Gang entsprechen, und die Auswahleinheit 37 leitet diese
Signale an die automatische Gangwechseleinheit 20 weiter.
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Wenn
beispielsweise der aktuelle Gang der mittlere Gang ist und der Hochschaltbefehlsknopf 35a vom
Fahrer gedrückt
wird, erzeugt die Simulationseinheit 36 ein simuliertes
Schaltsteuersignal in Form von simulierten Laufraddrehzahlsignalen,
welche Perioden aufweisen, die dem hohen Gang entsprechen. Die Auswahleinheit 37 empfängt dann
die Laufraddrehzahlsignale vom Laufraddrehzahlsensor 12 und
die dem hohen Gang entsprechenden simulierten Laufraddrehzahlsignale
von der Simulationseinheit 36, gibt den simulierten Laufraddrehzahlsignalen
den Vorrang und wählt
diese aus, und gibt die simulierten Laufraddrehzahlsignale an die
Gangwechselsteuereinheit 30 aus. Die gleiche Operation tritt
auf, wenn der Fahrer den Herunterschaltknopf 35b drückt. Sobald
eine manuelle Operation ausgeführt
wurde, werden die zuletzt erzeugten simulierten Laufraddrehzahlsignale
kontinuierlich von der Simulationseinheit 36 mit einer
vorgeschriebenen Periode erzeugt, bis eine weitere manuelle Operation
ausgeführt
wird, und die Auswahleinheit 37 gibt kontinuierlich die
simulierten Laufraddrehzahlsignale aus, um den gewählten Gang
beizubehalten.
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Wenn
der Fahrer vom manuellen Operationsmodus zurück zum automatischen Operationsmodus
schalten möchte,
drückt
er den Aufhebungsbefehlsknopf 35c. Zu diesem Zeitpunkt
stoppt die Simulationseinheit 36 das Bereitstellen der
simulierten Laufraddrehzahlsignale, und die Auswahleinheit 37 gibt
die Laufraddrehzahlsignale vom Laufraddrehzahlsensor 12 an
die Gangwechselsteuereinheit 30 aus. Von hier an wird eine
automatische Gangwechselsteuerung ausgeführt, bis erneut ein Drücken der Knöpfe für eine manuelle
Operation erfolgt.
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In
jedem Fall arbeitet bei dieser Ausführungsform die automatische
Gangwechseleinheit 20 reagierend auf das Signal von der
Auswahleinheit 37 in gleicher Weise wie im Fall des zuvor
beschriebenen automatischen Gangwechselvorgangs. Es ist ihr nicht
bekannt, ob es sich bei dem Eingangssignal um ein ursprüngliches
vom Laufraddrehzahlsensor 12 kommendes Laufraddrehzahlsignal
oder um ein von der Simulationseinheit 3G kommendes simuliertes Laufraddrehzahlsignal
handelt. Somit kann eine Steuerungsverarbeitung bei diesen Signalen
unter Verwendung genau des gleichen Steuerprogramms ausgeführt werden,
das auch bei einer automatischen Gangwechseleinheit 20 des
Standes der Technik zu finden ist, und die Programmierung der Gangwechselsteuereinheit 30 kann
sehr einfach ausgeführt
werden. Außerdem
kann ein Hinzufügen
einer manuellen Gangwechselsteuerung zu einer herkömmlichen
Vorrichtung, bei der lediglich eine automatische Gangwech selsteuerung
vorgesehen ist, einfach dadurch erfolgen, dass die manuelle Gangwechselsteuereinheit
zwischen der automatischen Gangwechseleinheit und dem Laufraddrehzahlsensor
vorgesehen wird, wobei praktisch keine Änderungen an der Hardwarekonfiguration
vorgenommen werden.
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Auch
wenn im Vorhergehenden verschiedene Ausführungsformen der erfinderischen
Merkmale beschrieben wurden, können
weitere Modifikationen angewandt werden. Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform
wurden die Signale vom Laufraddrehzahlsensor 12 oder der
Simulationseinheit 36 selektiv an einen einzigen Port der
Gangwechselsteuereinheit 30 weitergeleitet. Jedoch ist
es ebenfalls möglich,
diese Signale an die Gangwechselsteuereinheit 30 separat
weiterzuleiten, und die Gangwechselsteuereinheit 30 könnte die
Auswahl dieser Signale durchführen.
In diesem Fall ist es bei einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der
lediglich eine automatische Gangwechselsteuerung möglich ist,
erforderlich, die Hardwarekonfiguration und das Programm der Gangwechselsteuereinheit 30 zu ändern, jedoch
wird dann die Auswahleinheit 37 in der manuellen Gangwechselsteuereinheit 21 unnötig.
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Bei
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
waren ein Hochschaltsteuerknopf 35a und ein Herunterschaltsteuerknopf 35b an
der Übersteuerungsschaltsteuereinheit 35 vorgesehen,
und es erfolgte ein manueller Wechsel des aktuellen Ganges um jeweils
eine einzige Stufe. Jedoch könnten
Mehrfachgangwechsel durch verschiedene Knopfkonfigurationen bewerkstelligt
werden. Beispielsweise ist es im Fall einer dreistufigen Gangschaltung
möglich,
einen Knopf für
den niedrigen Gang, einen Knopf für den mittleren Gang und einen
Knopf für
den hohen Gang in der Übersteuerungsschaltsteuereinheit 35 vorzusehen,
wobei demgemäß simulierte
Schaltsteuersignale durch Drücken
des geeigneten Knopfes erzeugt werden.
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Bei
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
war die Laufraddrehzahl als Beispiel eines Fahrtzustands gegeben.
Jedoch ist es ebenfalls möglich,
andere Signale wie beispielsweise das auf die Kurbelwelle einwirkende
Drehmoment, usw., als Fahrzu stand zu verwenden. In diesem Fall würden simulierte
Drehmomentsignale anstelle der simulierten Laufraddrehzahlsignale
erzeugt.
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Größe, Form,
Ort und Orientierung der verschiedenen Bauelemente können nach
Wunsch verändert
werden. Bauelemente, die als direkt miteinander verbunden oder in
Kontakt stehend dargestellt sind, können zwischen sich angeordnete
Zwischenstrukturen haben. Die Funktionen eines einzigen Elementes
können
durch zwei Elemente ausgeführt
werden, und umgekehrt. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform
können
bei einer weiteren Ausführungsform
verwendet werden. Es ist nicht erforderlich, dass in einer speziellen
Ausführungsform alle
Vorteile gleichzeitig vorhanden sind. Somit versteht es sich, dass
der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die hier offenbarten
spezifischen Strukturen oder den anfänglichen scheinbaren Fokus
auf eine spezielle Struktur oder Merkmal eingeschränkt ist.