DE60223307T2

DE60223307T2 - Steuerungseinrichtung für Fahrrad mit Hilfsmotor

Info

Publication number: DE60223307T2
Application number: DE60223307T
Authority: DE
Inventors: Kaoru 4-1 Chuo 1-chome Wako-shi Hatanaka; Shinji 4-1 Chuo 1-chome Wako-shi Furuta
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: EP1236640A3; US20020120382A1; CN100491147C; EP1236640A2; TW583116B; KR100493584B1; DE60223307D1; ES2295248T3; CN1373057A; KR20020070650A; ATE377554T1; EP1236640B1; US6957129B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrrad, und insbesondere eine Steuereinheit zum Antreiben eines motorunterstützten Fahrrads mit der gleichen Fahrwahrnehmung, wie man sie mit einem Fahrrad ohne Motorunterstützungseinheit erhält (nachfolgend als „normales Fahrrad" bezeichnet).
Ein motorunterstütztes Fahrrad eines Typs, der ein Muskelkraft-Antriebssystem zur Übertragung einer Kraft, die durch Muskelkraft auf Pedale ausgeübt wird, z.B. ein Hinterrad, wird angetrieben durch Antriebskraft von den Beinen des Fahrers und ein Motorantriebssystem, um zu dem Muskelkraftantriebssystem eine Unterstützungskraft entsprechend der von den Beinen des Fahrers ausgeübten Antriebskraft hinzuzufügen. Dieser Typ von motorunterstütztem Fahren ist konfiguriert, um die Muskelkraft mit Motorleistung entsprechend sowohl Beinkraft als auch Pedaldrehzahl zu unterstützen. Wenn die Beinkraft zunimmt, nimmt die Motorleistung zu, um die erforderliche Muskelkraft und die vom Fahrer aufgebrachte Energie zu reduzieren. Dementsprechend ist die Motorleistung proportional zur Bein-(Muskel-)kraft.
Im technischen Hintergrund ist auch eine Motorleistung für ein motorunterstütztes Fahrrad in Betracht gezogen worden, die versucht, das Gewicht des Fahrers zu kompensieren und den Energieverbrauch zu reduzieren, zum Beispiel während Perioden, in denen der Fahrer das Fahrrad schieben könnte. Z.B. ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 8-127386 ein motorunterstütztes Fahrrad vorgeschlagen worden, worin eine Gewichtsdifferenz zwischen dem motorunterstützten Fahrrad und einem normalen Fahrrad durch einen Motor ausgeglichen/unterstützt wird, um die erforderliche Muskelkraft zu reduzieren, wenn ein Fahrer das Fahrrad schiebt.
Da, wie oben beschrieben, in den motorunterstützten Fahrrädern vom technischen Hintergrund die Motorleistung proportional zur Muskelkraft, z.B. Beinkraft, ist, wird eine Unterstützungskraft bereitgestellt, um eine periodische Änderung in der Beinkraft zu verstärken, welche entsprechend der Drehung der Fahrradpedale auftritt. Dementsprechend steht die Tendenz, dass sich die Fahrzeuggeschwindigkeit periodisch ändert, obwohl die Muskelkraft reduziert werden kann.
Die oben beschriebene periphere Schwankung in der Fahrzeuggeschwindigkeit tritt nicht auf, wenn eine Gewichtsdifferenz zwischen dem motorunterstützten Fahrrad und einem normalen Fahrrad durch Unterstützungskraft unabhängig von der Muskelkraft aufgehoben wird. Jedoch dienen die motorunterstützten Fahrräder dieses Typs dazu, eine Unterstützungskraft unabhängig von der Muskelkraft nur dann bereitzustellen, wenn eine Fahrer das Fahrrad schiebt. Daher bieten die motorunterstützten Fahrräder vom technischen Hintergrund, während das Fahrzeug in Betrieb ist, keine von der Muskelkraft unabhängige Unterstützungskraft.
Ferner erfordern die motorunterstützten Fahrräder vom technischen Hintergrund ein anderes Unterstützungssteuermittel, wie einen Neigungssensor, in Situationen, wo das Fahrrad auf geneigten Oberflächen, wie etwa steilen Straßen, betrieben wird. Das zuletzt beschriebene motorunterstützte Fahrrad von technischen Hintergrund kann häufig nicht in der Lage sein, eine Unterstützungskraft geeignet zu erzeugen, da eine Unterstützungskraft nur auf der Basis des Neigungsgrads einer Straßenoberfläche korrigiert wird, auf der ein Fahrer das Fahrzeug schiebt.
Die DE-A-43 02 838 offenbart eine Steuereinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dort wird der momentane Fahrwiderstand aus einer Mehrzahl vorbestimmter und gemessener Werte errechnet, und dies erfordert eine Vielzahl von Sensoren, insbesondere einen Neigungssensor und einen Luftwiderstandssensor.
Die vorliegende Erfindung überwindet dem technischen Hintergrund zugeordneten Nachteile und erreicht weitere Vorteile, die durch den technischen Hintergrund nicht realisiert sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug bereitzustellen, die es erlaubt, dass das Fahrzeug mit der gleichen Fahrempfindung betrieben wird, wie jene, die man mit einem normalen Fahrrad erhält, wenn man auf einer geneigten Straßenoberfläche und/oder einer flachen Straße fährt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug anzugeben, die den Betrieb ohne Verstärkung einer peripheren Schwankung der Muskelkraft gestattet.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug vorzusehen, die die Einstellung von Unterstützungskraft gemäß einem verschiedener Betriebszustände des Fahrzeugs gestattet.
Diese und andere Aufgaben werden durch eine Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug gelöst, das ein Muskelkraft-Antriebssystem zur Übertragung vom Muskelantriebskraft auf ein Hinterrad sowie ein Motorantriebssystem zur Übertragung einer Motorantriebskraft von einem Motor auf das Hinterrad enthält, wobei die Steuereinheit ein Mittel zum Erfassen eines momentanen Fahrwiderstands des Fahrzeugs; und ein Mittel zum Steuern/Regeln und Erzeugen einer dem momentanem Fahrwiderstand entsprechenden Hilfsantriebskraft umfasst; gekennzeichnet durch ein Mittel zum Setzen eines vorbestimmten Flache-Straße-Fahrwiderstands eines normalen Fahrrads; ein Mittel zum Bestimmen der von der von dem Motoranstriebssystem erzeugten Hilfsantriebskraft gemäß einer Differenz zwischen dem momentanem Fahrwiderstand und dem vorbestimmten Flache-Straße-Fahrwiderstand eines normalen Fahrrads; und ein Mittel zur Bestimmung einer Neigung einer Straßenoberfläche auf der Basis des momentanem Fahrwiderstands; wobei die Hilfsantriebskraft erhöht wird, wenn die Straßenoberfläche eine flache Straße oder eine Aufwärtssteigung ist; und der Erhöhungsbetrieb der Hilfsantriebenskraft durchgeführt wird, indem der vorbestimmte Fahrwiderstand eines normalen Fahrrads reduziert wird.
Die vorliegende Erfindung erfordert keinen dieser teuren Sensoren wie in der DE-A-43 02 838 , weil sie einen vorbestimmten Flache-Straße-Fahrwiderstand eines normalen Fahrrads verwendet, um den momentanen Fahrwiderstand des motorunterstützten Fahrzeugs zu bestimmen.
Bevorzugt umfasst die Steuereinheit ein Mittel zum Berechnen und Erfassen einer Beschleunigung des Fahrzeugs, wobei das Mittel zum Erzeugen der Unterstützungsantriebskraft die von dem Motorantriebssystem erzeugte Unterstützungsantriebskraft gemäß der Beschleunigung nach einem vorbestimmten Zeitwert erhöht.
Bevorzugt umfasst die Steuereinheit ein Mittel zum Steuern eines Betriebszustands des Fahrzeugs.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung ersichtlich. Jedoch sollte es sich verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, die bevorzugte Ausführungen der Erfindung angeben, nur zur Veranschaulichung angegeben sind, da dem Fachkundigen aus dieser detaillierten Beschreibung verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung ersichtlich werden.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verständlich, die nur zur Illustration angegeben sind und daher die vorliegende Erfindung nicht einschränken, und worin:
1 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen verschiedener Abschnitte einer Steuereinheit gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Seitenansicht eines motorunterstützten Fahrrads mit der Steuereinheit gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Schnittansicht eines Motors gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine graphische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Änderung im Oberflächenstraßenzustand und eine Änderung in der Antriebskraft zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen zum Steuern/Regeln einer Unterstützungskraft bei einem anfänglichen Anfahren eines Fahrrads auf einer geneigten Oberfläche zeigt;
6 ist ein Zeitdiagramm, das die Zeitgebung der Bestimmung einer Unterstützungskraft aufgrund einer Fahrzeugkraft und einer Muskelkraft zeigt;
7 ist ein Steuer-Schaltplan eines Motors gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steuerzeitgebung eines Motors gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das Schritte eines Prozesses zum Erzeugen von Unterstützungskraft gemäß einem momentanen Fahrwiderstand gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine detailliertes Flussdiagramm, das Fortsetzungsschritte des in 9 gezeigten Prozesses zum Erzeugen von Unterstützungskraft gemäß einem momentanen Fahrwiderstand zeigt;
11 ist eine grafische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Flache-Straße-Fahrwiderstand zeigt;
12 ist eine grafische Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein momentaner Fahrwiderstand auf der Basis eines Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrags und einer Antriebskraft abgeleitet wird;
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Modifikation des Prozessschritts S29 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist ein Flussdiagramm, das eine andere Modifikation von Prozessschritt S29 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15(a) und 15(b) sind grafische Ansichten (Teil 1), die jeweils eine Beziehung zwischen einem Korrekturkoeffizienten und einer Unterstützungskraft und einer Fahrzeuggeschwindigkeit zeigen;
16 ist eine grafische Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Korrekturkoeffizienten der Unterstützungskraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt;
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktion zur selektiven Verwendung entweder einer Unterstützungskraft, die proportional zur Beinkraft ist, und/oder einer Unterstützungskraft, die einem momentanen Fahrwiderstand entspricht, zeigt;
18 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen zum Steuern/Regeln einer Regenerationsleistung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen zum Erhöhen einer Unterstützungskraft gemäß einer Neigung einer Straßenoberfläche gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Muskelkraftantriebseinheit, in die eine Beinkraft-Erfassungseinheit eingebaut ist;
21 ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A von 20; und
22 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Beinkraft-Erfassungseinheit gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 2 ist eine Seitenansicht eines motorunterstützten Fahrrads, das die Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Ein Hauptrahmen 1 des motorunterstützten Fahrrads enthält ein Kopfrohr 2, das an einer Vorderseite eines Fahrzeugkörpers angeordnet ist, ein Unterzugrohr 3, das sich von dem Kopfrohr 2 nach hinten und unten erstreckt, eine hintere Gabel 4, die mit dem Unterzugrohr 3 verbunden ist und sich davon nach hinten erstreckt, sowie eine Sitzsäule 5, die an ihrem untersten Ende des Unterzugrohrs 3 vorsteht.
Eine vordere Gabel 6 ist an dem Kopfrohr 2 drehbar gelagert. Ein Vorderrad 7 ist am Unterende der vorderen Gabel 6 drehbar gelagert. Eine Längsstange 8 ist am Oberende der vorderen Gabel 6 angeordnet. Ein Bremshebel 9 ist an der Längsstange 8 vorgesehen. Ein Kabel 10, das sich von dem Bremshebel 9 erstreckt, ist mit einer an der vorderen Gabel 6 befestigten Vorderradbremse 11 verbunden. Ähnlich ist, obwohl nicht gezeigt, ein Bremshebel, der sich zu einer Hinterradbremse erstreckt, an der Längsstange 8 vorgesehen. Ein Bremssensor (nicht gezeigt) zum Sensieren der Betätigung des Bremshebels 9 ist an dem Bremshebel 9 vorgesehen.
Ein Paar rechter und linker Streben 12, die mit einem Oberende der Sitzsäule 5 verbunden sind, erstrecken sich nach hinten und unten und sind mit Abschnitten nahe unteren Enden der hinteren Gabel 4 verbunden. Ein Hinterrad 3 ist an dem Verbindungselement gelagert, das aus der hinteren Gabel 4 und den Streben 12 gebildet ist. Ein Motor 14, der eine Hilfskraftquelle vorsieht, ist auch in dem Verbindungselement derart angebracht, dass er koaxial zu einer Nabe des Hinterrads 3 ist. Der Motor 14 ist bevorzugt als bürstenloser 3-Phasen-Motor mit hohem Drehmoment und geringer Reibung konfiguriert. Nachfolgend wird eine detailliertere Beschreibung der Struktur und einer Steuerungsweise des Motors 14 angegeben.
Ein Tragschaft 16, an dessen Oberende ein Sitz 15 vorgesehen ist, ist in die Sitzsäule 5 in einem Zustand eingesetzt, der die Höheneinstellung des Sitzes 15 gestattet. Eine Batterie 17 zur Stromversorgung des Motors 14 ist unter dem Sitz 15 in einer Position zwischen der Sitzsäule 5 und dem Hinterrad 13 vorgesehen. Die Batterie 17 ist an einem an der Sitzsäule 5 befestigten Beschlag 18 angebracht. An dem Beschlag 18 ist ein Stromversorgungsabschnitt 19 vorgesehen. Der Stromversorgungsabschnitt 19 ist mit dem Motor 14 über ein elektrisches Kabel (nicht gezeigt) verbunden, und ist auch mit einer Elektrode der Batterie 17 verbunden. Ein unterer Abschnitt der Batterie 17 wird von der Sitzsäule 5 über eine Klemmvorrichtung gehalten, die in einer bevorzugten Ausführung z.B. aus einem Band r und einer Schnalle 21 gebildet ist.
Eine sich in Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers erstreckende Kurbelwelle ist an einem Kreuzungsabschnitt zwischen dem Unterzugrohr 3 und der Sitzsäule 5 gelagert. Mit der Kurbelwelle 22 sind über Kurbeln 23 Pedale 24 verbunden. Ein Antriebsritzel 25 ist mit der Kurbelwelle 22 über einen Beinkraftsensor (nicht gezeigt) verbunden. Eine auf die Pedale 24 ausgeübte Beinkraft wird über den Beinkraftsensor auf das Antriebsritzel 25 übertragen.
Eine Kette 27 ist um das Antriebsritzel 25 und ein an der Nabe des Hinterrads vorgesehenes Antriebsritzel 26 herumgelegt. Eine Zugseite der Kette 27 und das Antriebsritzel 25 sind mit einem Kettenschutz 28 abgedeckt. Ein Drehungssensor (nicht gezeigt) zum Erfassen der Drehung der Kurbel 22 ist an der Kurbelwelle 22 vorgesehen. In der bevorzugten Ausführung kann ein Drehungssensor verwendet werden, wie etwa ein Sensortyp, der zum Erfassen der Drehzahl einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine für ein Automobil verwendet wird.
Nachfolgend wird eine an der Kurbelwelle 22 angebrachte Beinkraft-Erfassungseinheit beschrieben. 20 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Muskelkraftantriebseinheit, in die eine Beinkraft-Erfassungseinheit eingebaut ist. 21 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 20. Kappen 101L und 101R sind in beide Enden eines Tragrohrs 100 geschraubt, das an dem Unterzugrohr 3 befestigt ist. Kugellager 102L und 102R sind zwischen die Kappen 101L und 101R und in durchmesserunterschiedliche Abschnitte, die an der Kurbelwelle 22 ausgebildet sind, jeweils eingesetzt, um hierdurch die Kurbelwelle 22 drehbar zu halten.
Die Kurbeln 23 sind an linken und rechten Enden der Kurbelwelle 22 durch Muttern 103C befestigt, die auf Bolzen 103D geschraubt sind (in 20 ist nur die rechte Seite gezeigt). Ein Innenring 105 einer Einwegkupplung 104 ist zwischen der rechten Kurbel 22 und dem Tragrohr 100 befestigt. Das Antriebsritzel 25 ist am Außenumfang des Innenrings 105 über eine Buchse 105A drehbar gelagert. Eine Position des Antriebsritzels 25 in der Schubrichtung wird durch eine Mutter 106A und eine Platte 106b begrenzt.
Ein Deckel 107 ist integral an dem Antriebsritzel 25 vorgesehen, und eine Übertragungsplatte 108 ist in einem Zwischenraum angeordnet, der von dem Antriebsritzel 25 und dem Deckel 107 umgeben ist. Die Übertragungsplatte 108 ist koaxial zum Antriebsritzel 25 derart gelagert, so dass ein vorbestimmter Versatz zwischen der Übertragungsplatte 108 und dem Antriebsritzel 25 in der Drehrichtung um die Kurbelwelle 22 herum zugelassen wird.
Eine Mehrzahl (in dieser Ausführung sechs Stück) von Fenstern 109 sind sowohl in dem Antriebsritzel 25 als auch in der Übertragungsplatte 108 ausgebildet. Eine Druckschraubenfeder 110 ist in jedem Fenster 109 vorgesehen. Wenn ein Versatz zwischen dem Antriebsritzel 25 und der Übertragungsplatte 108 in der Drehrichtung auftritt, haben die Druckfedern 111 die Wirkung, eine Reaktionkraft gegen den Versatz dazwischen zu erzeugen.
Klinkenzähne 111, die als Außenring der Einwegkupplung 104 fungieren, sind am Innenumfang einer Nabe der Übertragungsplatte 108 ausgebildet. Unterdessen sind Klinkenklauen 113 am Innenring 105 der Einwegkupplung 104 derart gelagert, dass sie von einer Feder 112 radial vorgespannt sind. Die Klinkenzähne 111 stehen mit den Klinkenklauen 113 in Eingriff. Die Einwegkupplung ist mit einer Staubschutzabdeckung 114 versehen.
Ein Sperrloch 116 ist in der Übertragungsplatte 108 vorgesehen. Ein Vorsprungsabschnitt 115 zur Übertragung von Beinkraft, die an einem Beinkraftübertragungssensor 124 befestigt ist, greift in das Sperrloch 116 ein. Ein Fenster 117, das eine Sperrung des Vorsprungsabschnitts 115 in dem Sperrloch 116 erlaubt, ist in dem Antriebsritzel 25 vorgesehen. Der Vorsprungsabschnitt 115 durchsetzt das Fenster 117 zum Einsetzen in das Sperrloch 116.
Eine Mehrzahl von (in dieser Ausführung drei Stück) kleinen Fenstern, die sich von den vorgenannten Fenstern 109 unterscheiden, sind in sowohl dem Antriebsritzel 125 als auch der Übertragungsplatte 108 ausgebildet. Eine Druckschraubenfeder 118 ist in jedem kleinen Fenster vorgesehen. Die Druckschraubenfedern 118 sind derart angeordnet, dass sie die Übertragungsplatte 108 in der Drehrichtung 119 vorspannen, d.h. in der Richtung, in der der eine Lose eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Antriebsritzel 25 und der Übertragungsplatte 108 beseitigt wird. Insbesondere erlauben die Druckschraubenfedern 118 die Reaktionsübertragung einer Verlagerung der Übertragungsplatte 108 auf das Antriebsritzel 25.
Ein Sensorabschnitt (Beinkraftsensor) 47 der Beinkraft-Erfassungseinheit ist an einem Abschnitt des Antriebsritzels seitens des Fahrzeugkörpers oder des Unterzugrohrs 3 angebracht. Der Beinkraftsensor 47 hat einen Außenring 120, der an dem Antriebsritzel 125 befestigt ist, sowie einen Sensorhauptkörper 121, der an dem Außenring 120 drehbar vorgesehen ist, um einen Magnetkreis zu bilden. Der Außenring 120 ist aus elektrisch isolierendem Material hergestellt und ist an dem Antriebsritzel 25 mit einem Bolzen (nicht gezeigt) befestigt. Ein Deckel 122 ist an einem Abschnitt des Außenrings 120 vorgesehen, z.B. seitens des Antriebsritzel 25. Der Deckel 122 ist am Außenring 120 mit einer Stellschraube 123 befestigt.
22 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Beinkraft-Erfassungseinheit gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 22 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Sensorhauptkörpers 121. Eine Spule 125 ist konzentrisch zur Kurbelwelle 22 vorgesehen, und ein Paar von Kernen 126A und 1266 sind an beiden Seiten der Spule 125 in der axialen Richtung derart vorgesehen, dass sie in der Außenumfangsrichtung der Spule 125 vorstehen. Die Beinkraft-Erfassungseinheit enthält auch Tragelemente 130, 131 des Sensorhauptkörpers 121, ein Lager 132, sowie einen sich von der Spule 125 erstreckenden Leitungsdraht 132. Ein erster Induktor 127 und ein zweiter Induktor 128, deren jeder ringförmig ausgebildet ist, sind zwischen den Kernen 125A und 126B vorgesehen.
Der erste Induktor 127 und der zweite Induktor 128 können in der Umfangsrichtung gelagert werden, in Abhängigkeit von einer vom Beinkraftübertragungsring 124 übertragenen Beinkraft. Ein Überlappungsbetrag der ersten und zweiten Induktoren 127, 128 zwischen den Kernen 126A und 126B wird durch die Verlagerung der ersten und zweiten Induktoren 127 und 128 verändert. Im Ergebnis wird, wenn an die Spule 125 ein Strom angelegt wird, ein Magnetfluss, der in einem Magnetkreis fließt, der durch die Kerne 126A und 126B, einen Kernkragen 129 und die ersten und zweiten Induktoren 127 und 128 fließt, in Abhängigkeit von der ausgeübten Beinkraft verändert. Dementsprechend kann die angelegte Beinkraft erfasst werden, indem eine Induktanzänderung der Spule 125 gemessen wird, welche eine Funktion des Magnetflusses ist.
Die oben beschriebene Beinkrafterfassungseinheit ist in der Beschreibung der vom vorliegenden Anmelder früher eingereichten Anmeldung JP-A-Hei 11-251870 (entsprechend DE 100 437 53 A1 ) vollständig beschrieben worden, deren Gesamtheit hierin unter Bezugnahme aufgenommen wird. Jedoch ist die Beinkrafterfassungseinheit nicht auf die oben beschriebene beschränkt, sondern kann aus anderen Typen, die in der verwandten Technik allgemein zur Verfügung stehen, geeignet ausgewählt werden.
3 ist eine Schnittansicht des Motors 14 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine Platte 29 steht von dem Verbindungselement, der durch die Hinterenden der hinteren Gabel 4 und die unteren Enden der Streben 12 gebildet ist, nach hinten vor. Ein Zylinder 30, in den ein Drehzahländerungsgetriebe montiert ist, ist über eine Welle 31 an der Platte 29 befestigt. Eine Radnabe 32 ist um einen Außenumfang des Zylinders 30 herum aufgesetzt. Die Radnabe 32 hat die Form eines Ringkörpers mit einem Innenzylinder und einem Außenzylinder.
Eine Innenumfangsoberfläche des Innenzylinders wird mit dem Außenumfang des Zylinders 30 in Kontakt gebracht. Eine Verbindungsplatte 33, die von dem Zylinder 30 vorsteht, ist an einer Seitenfläche der Radnabe 32 mit einem Bolzen 34 befestigt. Neodym-Magneten, die rotorseitig Magnetpole des Motors 14 bilden, sind am Innenumfang des Außenzylinders der Radnabe 32 derart angeordnet, dass sie bestimmte Abstände voneinander haben. Der Außenzylinder der Radnabe 32 bildet einen Rotorkern, der den Magneten 35 hält.
Ein Lager 36 ist auf einem Außenumfang des Innenylinders der Radnabe 32 aufgesetzt, und eine Statorhalteplatte ist auf einem Außenumfang des Lagers 36 befestigt. Ein Stator 38 ist auf einem Außenumfang der Statortragplatte 37 angeordnet und ist daran mit einem Bolzen 40 angebracht. Der Stator 38 ist mit einem bestimmten kleinen Spalt zwischen dem Rotorkern, d.h. dem Außenzylinder 32 und dem Stator 38 angeordnet. Eine 3-Phasen-Wicklung 39 ist um den Stator 38 herumgewickelt.
Magnetpolsensoren 41, die aus Hall-Elementen aufgebaut sind, sind an einer Seitenfläche der Statortragplatte 37 vorgesehen. Der Magnetpolsensor 41 erfasst eine Änderung im Magnetfluss dann, wenn eine von der Radnabe 32 vorstehender Magnet 42 durch den Magnetpolsensor 41 hindurchläuft, und gibt ein Signal aus, das die Position der Radnabe 32 angibt. Die Magnetpolsensoren 41 sind in einer bevorzugten Ausführung an drei Positionen angeordnet, die den drei Phasen des Motors 14 entsprechen.
Eine Steuerplatine 43 ist an einer Seitenfläche der Statortragplatte 37 vorgesehen. Die Steuerplatine 43 ist dazu ausgelegt, die Stromzufuhr zu der 3-Phasen-Wicklung 39 auf der Basis von Positionssignalen von den Magnetpolsensoren 41 zu regeln. Steuerelemente, wie etwa eine CPU und FETs, sind mit der Steuerplatine 43 verbunden. Es ist anzumerken, dass die Steuerplatine 43 mit einer Platine zum Anbringen der Magnetposition 41 integriert werden kann.
Speichen 44 zur Verbindung mit einer Felge eines Hinterrads (nicht gezeigt) sind am Außenumfang der Radnabe 32 befestigt. Ein Beschlag 46 ist an einer Seitenoberfläche der Statorträgerplatte 37 mit einem Bolzen 45 befestigt, bevorzugt an einer Seitenfläche, die der Seitenfläche gegenüberliegt, an der die Steuerplatine 43 und dergleichen angebracht sind. Der Beschlag 46 ist mit der Platte 29 des Hauptrahmens mit einem Bolzen (nicht gezeigt) verbunden.
Der bürstenlose 3-Phasen-Motor 14 enthält somit den Stator und den Rotor, die koaxial zur Welle 31 des Hinterrrads 13 vorgesehen sind. Der Motor 14 erzeugt Unterstützungskraft, die zur Muskelkraft hinzugefügt wird, welche über die Kette 17 und das Antriebsritzel 26 übertragen wird.
Nachfolgend wird die Steuerung der Stromzufuhr zu dem Motor 14, z.B. die Regelung der Ausgangsleistung des Motors 14, beschrieben. 4 ist eine grafische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Änderung im Straßenoberflächenzustand und einer Änderung in der Antriebskraft zeigt. 4 zeigt einen Erzeugungszustand der Unterstützungskraft auf einer angenommenen Fahrstraße. In dieser Figur bezeichnet die Abszisse die Zeit. Es sei angenommen, dass das Fahrzeug auf einer Straße fährt, die eine flache Straße, eine Aufwärtssteigung, ein Abwärtsgefälle und eine flache Straße aufweist. Ein Fahrmuster des Fahrzeugs auf der angenommenen Fahrstraße wird so gesetzt, dass das Fahrzeug auf der flachen Straße allmählich beschleunigt, und nach Erreichen der Aufwärtssteigung das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt.
In 4 werden die mit kleinen und großen Kurven gezeigten Antriebskräfte durch ein herkömmliches Regelverfahren einer Motorausgangsleistung erhalten, um eine zur Beinkraft proportionale Unterstützungskraft zu erzeugen. Die kleinere Kurve zeigt die Antriebskraft (Muskelkraft) Ph als Beinkraft Ta, und die große Kurve mit der gleichen Phase wie jener der kleinen Kurve zeigt eine Unterstützungskraft Pm durch den Motor. Wie aus der Figur ersichtlich, wird, gemäß dem herkömmlichen Regelungsverfahren der Motorausgangsleistung zum Erzeugen der Unterstützungskraft Pm, wobei ein Verhältnis zwischen der Muskelkraft Ph und der Unterstützungskraft Pm auf 1:1 gehalten wird, die Muskelkraft Pm auch auf der Aufwärtssteigung auf hohem Niveau gehalten, obwohl die Unterstützungskraft Pm an der Aufwärtssteigung erhöht wird.
Im Gegensatz hierzu wird gemäß dieser Ausführung die Motorausgangsleistung derart geregelt, dass sowohl auf der flachen Straße, der Aufwärtssteigung als auch im Abwärtsgefälle ein Fahrer nur eine spezifische Antriebskraft gegen einen Fahrwiderstand des motorunterstützten Fahrrads erzeugt, die einem Flache-Straße-Fahrwiderstand eines komfortablen Fahrrads äquivalent ist. Es wird nur ein Fahrwiderstand Ra, der durch die Fahrt des motorunterstützten Fahrrads erzeugt wird, äquivalent einem Fahrwiderstand, der durch Fahrt eines relativ leichtgewichtigen, normalen Fahrrads erzeugt wird, allgemein Kraft eines „komfortablen Fahrrads" auf flacher Straße genannt, durch Muskelkrafteingabe erzeugt. Der verbleibende Widerstand wird durch die Ausgangsleistung des Motors 14 unterstützt.
Mit dieser Konfiguration kann ein Fahrer das motorunterstützte Fahrrad auf jeder Straße mit einem Gefühl wie jenem fahren, das er durch den Betrieb eines komfortablen Fahrrads auf einer flachen Straße erhält. Wie in 4 gezeigt, wird ein Motordrehmoment erzeugt, um eine Unterstützungskraft Pm gegen einen Widerstand Ra zu erzeugen, der tatsächlich während der Fahrt des motorunterstützten Fahrrads erzeugt wird. Hierbei wird das Motordrehmoment derart bestimmt, dass ein Wert (Ra – Pm) einen spezifischen Wert einnimmt. In anderen Worten, ein Fahrer kann das motorunterstützte Fahrrad mit einer bestimmten Beinkraft Ta entgegen einem Fahrwiderstand fahren, der einem Flache-Straße-Fahrwiderstand eines komfortablen Fahrrads äquivalent ist.
Nachfolgend wird die oben beschriebene Ausgangsleistungsregelung vollständiger beschrieben. Es ist anzumerken, dass der Inhalt der oben beschriebenen Ausgangsleistungsregelung nur eine Beschreibung eines Grundkonzepts dieser Ausführung vorsieht. Daher enthält ein Verfahren zur Steuerung/Regelung einer Ausgangsleistung des Motors verschiedene Modifikationen des Grundkonzepts der oben beschriebenen Ausgangsleistungsregelung.
1 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen verschiedener Abschnitte einer Steuereinheit gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. 1 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen wesentlicher Abschnitte einer Steuereinheit zum Steuern/Regeln einer Ausgangsleistung des Motors 14 gemäß einem realen Fahrwiderstand zeigt. Die Rechen- und Speicheroperationen der Steuereinheit können realisiert werden, indem die Steuereinheit als Mikrocomputer konfiguriert wird. Ein Beinkrafterfassungsabschnitt 51 erfasst eine Beinkraft Ta auf der Basis eines Erfassungssignals von dem Beinkraftsensor 47. Ein Kurbeldrehzahlerfassungsabschnitt 52 erfasst eine Kurbeldrehzahl NCR auf der Basis eines Erfassungssignals von einem Kurbeldrehzahisensor 48. Ein Muskelkraftberechnungsabschnitt 53 berechnet eine Antriebskraft Ph proportional zur von den Pedalen 24 eingegebenen Beinkraft mittels der folgenden Gleichung: Ph = Ta × NCR × k1; wobei k1 ein Koeffizient ist. (Gleichung 1)
Ein Gesamtantriebskraftberechnungsabschnitt 54 berechnet eine Gesamtantriebskraft Pw durch Addieren der durch Muskelkraft erhaltenen Antriebskraft Ph zu einer Motorausgangsleistung basierend auf einem Motordrehmoment T und einer Motordrehzahl Nm. Das hier verwendete Motordrehmoment T ist ein vorheriger Wert, z.B. ein Wert (T – 1), der in einem Früherer-Wert-Speicher 61 gespeichert ist.
Ein Motordrehzahlerfassungsabschnitt 56 erfasst die Motordrehzahl Nm basierend auf einem Erfassungssignal vom einem Motordrehzahlsensor 49. ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt 57 erfasst eine Fahrzeuggeschwindigkeit V auf der Basis eines Erfassungssignals von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 50. Der oben beschriebene Magnetpolsensor 41 kann sowohl als der Motordrehzahlsensor 49 als auch der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 50 verwendet werden.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitspeicher 58 speichert einen vorherigen Erfassungswert (V – 1) der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetragsmittel 59 berechnet eine Differenz ΔV zwischen dem vorherigen Wert (V – 1) und dem gegenwärtigen Wert (V) der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Ein Standardfahrwiderstandsberechnungsabschnitt 60 berechnet einen Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr eines normalen Fahrrads durch Abfrage desselben aus einem Kennfeld auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit V.
Ein Fahrwiderstandsberechnungabschnitt 62 berechnet einen momentanen Fahrwiderstand Ra durch Abfrage desselben aus einem Kennfeld, vorbereitet für jede Fahrzeuggeschwindigkeit V, auf der Basis der Gesamtantriebskraft Pw und des Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungbetrags ΔV. Nachfolgend wird das Kennfeld beschrieben, das zur Berechnung des momentanen Fahrwiderstands Ra verwendet wird. Bei der Berechnung, die durch den Fahrwiderstandsberechnungsabschnitt 62 durchgeführt wird, kann anstelle der Gesamtantriebskraft Pw ein akkumulierter Wert der Gesamtantriebskraft Pw verwendet werden. In diesem Fall ist ein Gesamtantriebskraftakkumulierabschnitt 54 vorgesehen. Ein Ausgangssignal davon kann als der akkumulierte der Gesamtantriebskraft Pw verwendet werden. Insbesondere akkumuliert der Gesamtantriebskraftakkumulierabschnitt 55 die Gesamtantriebskraft Pw für jede spezifische zeit oder in jeder spezifischen Zeitperiode, um einen akkumulierten Wert P·h zu erhalten, z.B. einen akkumulierten Wert P·h der Gesamtantriebskraft Pw während einer Umdrehung der Kurbelwelle 22, zu erhalten.
Ein Unterstützungskraftberechnungsabschnitt 63 subtrahiert den Flache- Straße-Fahrwiderstand Rr des normalen Fahrrads von dem momentanem Fahrwiderstand Rh, um eine Unterstützungskraft Pm zu berechnen, die durch den Motor 14 erzeugt werden soll. Ein Motordrehmomentberechnungsabschnitt 64 berechnet ein von dem Motor 14 zu erzeugendes Motordrehmoment T auf der Basis der Motordrehzahl Nm und der Unterstützungskraft Pm. Das Motordrehmoment T wird erhalten, indem dasselbe aus einem Kennfeld abgefragt wird, das als Funktion der Motordrehzahl Nm und der Unterstützungskraft Pm vorbestimmt ist. Das berechnete Motordrehmoment T wird an einen Controller des Motors 14 ausgegeben und wird in dem Vorheriger-Wert-Speicher 61 gespeichert.
Wie oben beschrieben, wird, gemäß der Steuereinheit dieser Ausführung, der momentane Fahrwiderstand Ra auf der Basis einer Änderung der Fahzeuggeschwindigkeit entsprechend einer Energie, die während einer Umdrehung der Pedale 24 eingegeben wird, erhalten. Eine Antriebskraft entgegen einem Widerstand, die durch Subtraktion des Flache-Straße-Fahrwiderstands Rr des normalen Fahrrads von dem momentanem Fahrwiderstand Rr erhalten wird, wird von dem Motor 14 ausgegeben und zu der Muskelkrafteingabe hinzugefügt.
5 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen zum Steuern/Regeln einer Unterstützungskraft bei einem anfänglichen Anfahren eines Fahrrads auf einer geneigten Oberfläche zeigt (Fortsetzung jener, die in 1 gezeigt wird). Die Steuereinheit enthält einen Straßenoberflächenneigungsbestimmungsabschnitt zum Einstellen eines zunehmenden oder abnehmenden Betrags der Unterstützungskraft Pm in Abhängigkeit von der Straßenoberflächenneigung. In 5 berechnet ein Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstandberechnungsabschnitt 65 einen Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 eines unterstützten Fahrrads (motorunterstützten Fahrrads) durch Abfrage desselben aus einem vorbestimmten Kennfeld gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V.
Auf der Basis des von dem Fahrwiderstandsberechnungsabschnitt 62 berechneten momentanen Fahrwiderstands Ra und des Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstands R1 bestimmt der Straßenoberflächenneigungsbestimmungsabschnitt 66, ob das Fahrzeug auf einer Aufwärtssteigung fährt, wenn der momentane Fahrwiderstand Ra um einen bestimmten Wert größer ist als der Flache-Straße-Fahrwiderstand R1. Der Straßenoberflächenneigungsbestimmungsabschnitt 66 bestimmt auch, ob das Fahrzeug auf einem Abwärtsgefälle fährt, wenn der momentane Fahrwiderstand Ra um einen bestimmten Wert kleiner ist als der Flache-Straße-Fahrwiderstand R1. Beim Anfahren des Fahrzeugs an der Aufwärtssteigung wird ein Timer 67 gestartet und wird ein Unterstützungskrafterhöhungsabschnitt 68 betrieben, bis die Zählung des Timers 67 endet. Andererseits wird beim Anfahren des Fahrzeugs auf dem Abwärtsgefälle ein Timer 69 gestartet und wird ein Unterstützungskraftminderungsabschnitt 70 betrieben, bis die Zählung des Timers 69 endet.
Der Unterstützungskrafterhöhungsabschnitt 68 korrigiert einen Koeffizienten, der zur Berechnung der Unterstützungskraft verwendet wird, um die Unterstützungskraft Pm zu erhöhen, und der Unterstützungskraftminderungsabschnitt 70 korrigiert einen Koeffizienten, der zur Berechnung Unterstützungskraft verwendet wird, um die Unterstützungskraft Pm zu verringern. Auf der Basis der korrigierten Koeffizienten, die von dem Unterstützungskrafterhöhungsabschnitt 68 und dem Unterstützungskraftminderungsabschnitt 70 zugeführt werden, gibt der Unterstützungskraftberechnungsabschnitt 63 eine Unterstützungskraft Pm aus, die gemäß der festgestellten Straßenoberflächenneigung korrigiert ist.
6 ist ein Zeitdiagramm, das die Bestimmungszeit einer Unterstützungskraft aufgrund von Fahrzeuggeschwindigkeit und Muskelkraft zeigt. 6 ist ein Diagramm, das die Bestimmungszeitgebung der Unterstützungskraft zeigt. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, eine Beinkraft Ta und eine Unterstützungskraft Pm durch den Motor zusammen mit dem Erfassungs- und Berechnungszeitgebungen davon sind in 6 gezeigt.
Erfassungsausgaben der jeweiligen Sensoren werden in einer Zeitdauer zwischen einem Zeitpunkt, wenn der Minimalwert der Beinkraft Ta erfasst wird, und einem Zeitpunkt, wenn der nächste Minimalwert der Beinkraft Ta erfasst wird, ausgelesen.
Jedes Mal, wenn die Beinkraft Ta gleich dem Minimalwert ist, wird die Berechnung der nächsten Unterstützungskraft Pm auf der Basis von Erfassungswerten der jeweiligen Sensoren zu dieser Zeit gestartet. Die Fahrzeuggeschwindigkeit V wird auch erfasst, und eine Differenz ΔV zwischen der vorherigen Fahrzeuggeschwindigkeit und derselben wird berechnet. Z.B. wird zu jeder Zeit t1, t2 und t3 die Unterstützungskraft Pm berechnet und wird die Differenz in der Fahrzeuggeschwindigkeit (V – (V – 1)) berechnet. Ferner wird die Stromführungstastung zum Erhalt der Unterstützungskraft Pm, deren Berechnung zu jeder der Zeiten t1, t2 und t3 gestartet worden ist, auf jede der Zeiten t1', t2' und t3' gesetzt.
7 ist ein Steuerschaltplan, der die Leistungssteuerung des Motors 14 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steuerzeitgebung eines Motors gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, worin die Stromführungszeitgebung und die Stromführungstastung gezeigt sind. In 7 hat ein Vollwellengleichrichter 71 FETs (allgemein einzelne Schaltelemente) 71a, 71b, 71c, 71e und 71f, die mit der 3-Phasen-Statorwicklug 39 verbunden sind. Die Stromzuführung zu den FETs 71a bis 71f wird durch einen Treiber 72 geregelt. Die Stromführungstastung wird durch einen Tastungssetzabschnitt 73 auf der Basis eines von dem Motordrehmomentberechnungsabschnitt 64 zugeführten Befehl gesetzt und in den Treiber 72 eingegeben. Zu einer Antriebszeit zum Ausgeben einer Unterstützungskraft Pm wird dem Treiber eine Stromführungstastung von dem Tastungssetzabschnitt 73 zugeführt. Auf der Basis der Stromführungstastung erregt der Treiber 72 die FETs 71a bis 71f, um von der Batterie 17 einen Strom zuzuführen. Im Falle der Erzeugung einer Regenerationsleistung wird bei einer Regenerationszeit, die von der Antriebszeit um einen Winkel von 180° versetzt ist, eine Stromführungstastung von dem Tastungssetzabschnitt 73 dem Treiber 72 zugeführt. Auf der Basis der Stromführungstastung erregt der Treiber 72 die FETs 71a bis 7f. Wenn die FETs 71a bis 71f zur Regenerationszeit erregt werden, wird ein in der Statorwicklung 39 erzeugter Strom durch die FETs 71a bis 71f gleichgerichtet, um ihn der Batterie 17 zuzuführen.
Ob eine Stromführungszeitgebung eine Antriebszeit oder eine Regenerationszeit ist oder nicht, wird auf der Basis eines angeforderten Motordrehmoments T bestimmt, das von dem Motordrehmomentberechnungsabschnitt 74 zugeführt wird. Wenn der angeforderte Wert T des Motordrehmoments positiv ist, wird die Stromführungszeit auf die Antriebszeit gesetzt, und wenn der angeforderte Wert T des Motordrehmoments negativ ist, wird die Stromführungszeit auf die Regenerationszeit gesetzt.
In 8 wird jeder der FETs 71 bis 71f mit einem Stromführungswinkel erregt, der auf einem elektrischen Winkel von 120° gesetzt ist. 8 zeigt eine Stromführungszeit, die als Antriebszeit genommen wird. Zur Regenerationszeit wird das Timing jedes der FETs 71a, 71c und 718 auf der „Hoch"-Seite von der Antriebszeit um einen elektrischen Winkel von 180° versetzt.
9 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das Schritte eines Prozesses zum Erzeugen einer Unterstützungskraft gemäß einem momentanem Fahrwiderstand gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. 10 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das Fortsetzungsschritte des Prozesses der Erzeugung einer Unterstützungskraft gemäß einem momentanem Fahrwiderstand zeigt, wie in 9 gezeigt. In Schritt S1 wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit V auf der Basis einer Erfassungsausgabe des Motordrehzahlsensors 49 berechnet. In Schritt S2 wird ein Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 eines motorunterstützten Fahrrads (nachfolgend als „unterstütztes Fahrrad" bezeichnet) und ein Flache-Straße- Fahrwiderstand Rr eines normalen Fahrrads (komfortablen Fahrrads) auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet.
Z.B. wird ein Flache-Straße-Fahrwiderstand eines komfortablen Fahrrads mit einem Gewicht von 12kg, das von einem Fahrer mit einem Gewicht von 55kg gefahren wird, als Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr eines normalen Fahrrads genommen, und ein Flache-Straße-Fahrwiderstand eines unterstützten Fahrrads mit einem Gewicht von 26kg, das von einem Fahrer mit einem Gewicht von 65kg gefahren wird, wird als Unterstützungsfahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 genommen. Diese Flache-Straße-Fahrwiderstände R1 und Rr können aus einem vorbestimmten Kennfeld abgefragt werden.
11 ist eine grafische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Flache-Straße-Fahrwiderstand zeigt. 11 zeigt ein Beispiel eines vorbestimmten Kennfelds, das eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit V und den Flache-Straße-Fahrwiderständen R1 und Rr angibt. In dieser Figur ist der jeweilige Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 und der Normales-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V gezeigt. Der Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 und der normales-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr können jeweils durch Abfrage davon aus einem in 11 gezeigten Kennfeld auf der Basis der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V erhalten werden.
Wieder im Bezug auf 9 wird in Schritt S3 eine Differenz (V – (V – 1)) zwischen einem vorherigen Erfassungswert (V – 1) und einem gegenwärtigen Erfassungswert V der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet, um einen Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrag ΔV zu erhalten (wenn der Wert negativ ist, verzögert das Fahrrad). In Schritt S4 werden eine Beinkraft Ta und eine Kurbeldrehzahl NCR aus den Erfassungsausgaben des Beinkraftsensors 47 und des Kurbeldrehsensors 48 erfasst. In Schritt S5 wird eine Motorausgangsleistung, die proportional zur Beinkraft ist, durch eine Funktion der Beinkraft Ta und der Kurbeldrehzahl NCR ist, z.B. ein Motordrehmoment T0, auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet: T = f(Ta, NCR) (Gleichung 2)
In Schritt S6 wird eine Ausgabe des Motordrehzahlsensors 49 erfasst, z.B. eine Drehzahl Nm des Motors 14. In Schritt S7 wird ein vorheriges Motordrehmoment (T – 1) aus dem Vorheriger-Wert-Speicher 61 ausgelesen. In Schritt S8 wird eine Gesamtantriebskraft Pw, z.B. die Gesamtheit von Muskelkraft Ph und Unterstützungskraft Pm – 1 auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet: Pw = (Ta × NCR × k1) + ((T – 1) × Nm × k2); (Gleichung 3)wobei k1 und k2 Koeffizienten sind.
In Schritt S9 wir ein momentaner Fahrwiderstand Ra, der eine Funktion der Antriebskraft Pw, des Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrags ΔV und der Fahrzeuggeschwindigkeit V ist, auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet: Ra = f(Pw, ΔV, V) (Gleichung 4).
Der momentane Fahrwiderstand Rr wird erhalten, indem ein Kennfeld vorbereitet wird, das eine Beziehung zwischen der Antriebskraft Pw, dem Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrag ΔV und dem momentanem Fahrwiderstand Ra für jede Fahrzeuggeschwindigkeit (z.B. für jedes Geschwindigkeitsintervall von 5 km/h) angibt, und durch Abfrage des momentanen Fahrwiderstands Ra aus den Kennfeldern.
12 ist eine grafische Ansicht, die ein Beispiel zeigt, worin ein momentaner Fahrwiderstand auf der Basis eines Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrags und einer Antriebskraft abgefragt wird. 12 zeigt ein Beispiel eines solchen Kennfelds, das eine Beziehung zwischen der Antriebskraft Pw, dem Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrag ΔV und dem momentanem Fahrwiderstand Ra angibt, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrag ΔV als Parameter genommen wird. Der Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 und der Normales-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr sind jeweils als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V gezeigt. Ein solches Kennfeld wird für jede Fahrzeuggeschwindigkeit V vorbereitet. Wie oben beschrieben, kann anstelle der Antriebskraft Pw ein akkumulierter Betrag P × h für einen Zyklus, d.h. für eine Umdrehung der Kurbelwelle 22, akkumuliert werden.
In Schritt S10 wird bestimmt, ob eine Straßenoberfläche geneigt ist, z.B. ob eine Straße eine Aufwärtssteigung oder ein Abwärtsgefälle ist. Eine solche Entscheidung kann auf der Basis eines Verhältnisses zwischen dem momentanem Fahrwiderstand Ra und dem Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 durchgeführt werden. Wenn z.B. ein Wert des Verhältnisses (Ra/R1) „5" oder mehr ist, wird bestimmt, dass die Straße eine Aufwärtssteigung ist. Wenn das Verhältnis (Ra/R1) „–1" ist, wird bestimmt, dass die Straße ein Abwärtsgefälle ist. Wenn das Verhältnis (Ra/R1) im Bereich von 5 bis –1 liegt, wird bestimmt, dass die Straße eine flache Straße ist.
Wenn bestimmt wird, dass die Straße eine Aufwärtssteigung ist, geht der Prozess zu Schritt S11, worin ein Flag F1 gelöscht wird, welches ein Abwärtsgefälle angibt. In Schritt S12 wird bestimmt, ob ein Flag F0, das eine Aufwärtssteigung angibt, gesetzt ist oder nicht. Falls ja, geht der Prozess zu Schritt 23 weiter (siehe 10), und falls nein, geht der Prozess zu Schritt S13, weiter, worin ein Koeffizient K auf „1,2" gesetzt wird. Wie später beschrieben, wird durch Erhöhung des Koeffizienten K die Unterstützungskraft Pm verringert, um hierdurch den Fahrer zu informieren, dass das Fahrzeug eine Aufwärtssteigung erreicht hat.
In Schritt S14 wird ein Zählwert „n" inkrementiert. In Schritt S15 wird bestimmt, ob der Zählerwert „n" zu „5" wird oder nicht. Falls ja, geht der Prozess zu Schritt S16 weiter, worin der Zählerwert „n" gelöscht wird und das Flag F0 gelöscht wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S23 weiter (siehe 10). In Schritt S23 wird ein Neigungskorrekturwert berechnet (der später in Bezug auf die 15 und 16 beschrieben wird). Wenn die Antwort auf Schritt S15 negativ ist, z.B. wenn in Schritt S15 bestimmt wird, dass der Zählerwert „n" nicht zu „5" wird, geht der Prozess zu Schritt S24 weiter (siehe 10).
Wenn in Schritt S10 bestimmt wird, dass die Straße ein Abwärtsgefälle ist, geht der Prozess zu Schritt S17 weiter, worin das Flag F0 eine Aufwärtssteigung angibt, gelöscht. In Schritt S18 wird bestimmt, ob das Flag F1, das ein Abwärtsgefälle angibt, gesetzt ist oder nicht. Falls ja, geht der Prozess zu Schritt S23 weiter (siehe 10), während, falls nein, der Koeffizient K auf „0,8" gesetzt wird. Wie später beschrieben, wird durch Verringern des Koeffizienten K die Unterstützungskraft Pm erhöht, um hierdurch den Fahrer darüber zu informieren, dass das Fahrzeug ein Abwärtsgefälle erreicht hat.
In Schritt S20 wird ein Zählerwert „m" inkrementiert. In Schritt S21 wird bestimmt, ob der Zählerwert „m" zu „3" wird oder nicht. Falls ja, geht der Schritt zu S22 weiter, wohin der Zählerwert „m" und das Flag F1 gelöscht werden, und dann geht der Prozess zu Schritt S23 weiter. Falls nein, geht der Prozess zu Schritt S24 weiter (siehe 10). Falls in Schritt S10 bestimmt wird, dass die Straße eine flache Straße ist, werden die Prozesse für den Koeffizienten K und die Zählerwerte „n" und „m" nicht durchgeführt, und der Prozess geht zu Schritt S24 weiter.
In Bezug auf 10 wird in Schritt S24 bestimmt, ob ein Bremsschalter eingeschaltet ist oder nicht. Falls ja, geht der Prozess zu Schritt S25 weiter, worin der Koeffizient K mit einen konstanten Wert „1,2" multipliziert wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S26 weiter. Wie später beschrieben wird, wird, durch Multiplikation des Koeffizienten K mit einem konstanten Wert, eine Regenerationsleistung erhöht. Wenn die Antwort von Schritt S24 negativ ist, z.B. in Schritt S24 bestimmt wird, dass der Bremsschalter nicht eingeschaltet ist, geht der Prozess zu Schritt S26 weiter, während Schritt S25 übersprungen wird. In Schritt S26 wird der Normales-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr mit dem Koeffizienten K multipliziert. In Schritt S27 wird eine Unterstützungskraft Pm auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet: Pm = Ra – Rr (Gleichung 5)
Wie aus Gleichung 5 ersichtlich, wird, wenn der Normales-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr groß ist, die Unterstützungskraft Pm klein, und wenn der Normales-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr klein ist, wird die Unterstützungskraft Pm groß. Da der Normales-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr in Schritt S26 mit dem Koeffizienten K multipliziert wird, wird die Unterstützungskraft Pm um den Koeffizienten K geändert. Wenn daher bestimmt wird, dass die Straße eine Aufwärtssteigung ist und der Koeffizient auf „1,2" gesetzt ist (Schritt S13), wird die Unterstützungskraft Pm in einer Zeitperiode klein, bis der Zählerwert „n" einen vorbestimmten Wert „5" eingenommen hat, mit dem Ergebnis, dass der Fahrer das Gefühl hat, dass die Tretlast zunimmt. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Straße ein Abwärtsgefälle ist und der Koeffizient auf „0,8" gesetzt ist (Schritt S19), wird die Unterstützungskraft in einer Zeitdauer groß, bis der Zählerwert „n" den vorbestimmten Wert „3" einnimmt, mit dem Ergebnis, dass der Fahrer das Gefühl hat, dass die Tretbelastung abnimmt.
Im Falle der Erhöhung des Koeffizienten K in Schritt S25 wird die Regenerationsleistung aus dem folgenden Grund erhöht. In einem eine Bremsung erfordernden Fahrzustand ist die Gesamtantriebskraft Pw klein und hat der momentane Fahrwiderstand Ra einen negativen Wert. Wenn dementsprechend der Fahrwiderstand Rr durch Erhöhen des Koeffizienten K erhöht wird, wird der negative Wert des momentanen Fahrwiderstands Ra durch den Prozess in Schritt S27 größer, mit dem Ergebnis, dass die Regenerationsleistung erhöht wird. Im Bremsung erfordernden Fahrzustand an dieser Bremsbetrieb, der mit der Regeneration durch den Motor 14 einhergeht, effizient durchgeführt werden.
In Schritt S28 wird ein Motordrehmoment T, das eine Funktion der Unterstützungskraft Pm und der Motordrehzahl Nm ist, auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet: T = f(Pm, Nm) (Gleichung 6)
Zusätzlich kann das Motordrehmoment T wie folgt geändert werden. In Schritt S29 wird ein der Beinkraft proportionales Drehmoment 0 zu dem Motordrehmoment T addiert. Der Fahrer kann das Fahrzeug über den gesamten Fahrbereich des Fahrzeugs mit dieser Änderung des Motordrehmoments T fahren.
In Schritt S30 kann die Stromführungszeitgebung des Motors 14 gesteuert/geregelt werden. Wenn das berechnete Motordrehmoment T positiv ist, werden Steuerelemente (FETs) des Vollwellengleichrichters 71 zum Ansteuern des Motors 14 mit einer Antriebszeitgebung erregt. Wenn das berechnete Motordrehmoment T negativ ist, werden die Steuerelemente (FETs) zum Steuern/Regeln des Motors 14 mit einer Regenerationszeitgebung erregt, die von der Antriebszeitgebung um einen elektrischen Winkel von 180° versetzt ist. In Schritt S31 wird die Stromführungstastung auf der Basis eines Absolutwerts des Motordrehmoments T bestimmt.
Wenn in Schritt S32 bestimmt worden ist, dass die Straße ein Abwärtsgefälle hat, wird bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V eine vorbestimmte niedrige Geschwindigkeit (z.B. 5 km/h) oder weniger ist oder nicht. Falls nein, geht der Prozess zu Schritt S33 weiter, worin die Unterstützungskraft Pm, die in Schritt S27 mit dem in Schritt S26 berechneten Flache-Straße-Fahrwiderstand Rr berechnet worden ist, an den Motor 14 ausgegeben wird. Falls ja, wird der Prozess beendet. Wenn bestimmt worden ist, dass die Straße ein Abwärtsgefälle ist, und dabei bestimmt wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit V ein Niedergeschwindigkeitszustand ist, z.B. in einem Zustand, in dem der Fahrer sein Fahrrad schiebt, wird die Stromführungssteuerung des Motors 14 nicht durchgeführt, sodass die Regenerationsteuerungsausgabe nicht erzeugt wird.
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Modifkation von Prozessschritt S29 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Prozess in Schritt S29 kann in die in 13 gezeigten Prozesse modifiziert werden. In Bezug auf 13 wird in Schritt S34 bestimmt, ob die Straße eine flache Straße ist oder nicht. Falls ja, geht der Prozess zu Schritt S35 weiter, worin ein Motordrehmoment T0, das proportional zur Beinkraft ist, zu dem Motordrehmoment T addiert wird. Der Prozess in Schritt S35 kann durch einen Prozess in Schritt S36 ersetzt werden, worin das Motordrehmoment T durch das zur Beinkraft proportionale Motordrehmoment T0 ersetzt wird. Mit dieser Konfiguration kann der Fahrer das Fahrrad mit der zur Beinkraft proportionalen Unterstützungskraft Pm fahren.
14 ist ein Flussdiagramm, das eine andere Modifikation von Prozessschritt S29 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Prozess in Schritt S29 kann ferner zu den in 14 gezeigten Prozessen modifiziert werden. In Schritt S37 wird bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V eine vorbestimmte niedrige Geschwindigkeit (Z.B. 5 km/h) oder weniger ist oder nicht. Falls ja, geht der Prozess zu Schritt S39 weiter, worin das zur Beinkraft proportionale Motordrehmoment T0 zum Motordrehmoment T addiert wird. Der Prozess in Schritt S38 kann durch einen Prozess in Schritt S39 ersetzt werden, worin das Motordrehmoment T durch das zur Beinkraft proportionale Motordrehmoment T0 ersetzt wird. Mit dieser Konfiguration kann, z.B. zu Beginn des Tretens, der Fahrer das Fahrrad mit der Unterstützungskraft Pm fahren, die aus dem zur Beinkraft proportionalen Motordrehmoment T erhalten wird.
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktion der selektiven Verwendung von einer Unterstützungskraft, die proportional zu einer Beinkraft ist, und/oder einer Unterstützungskraft, die einem momentanem Fahrwiderstand entspricht, zeigt. 17 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen jeweiliger Abschnitte zeigt, die die Prozesse in Schritt S29 und der jeweiligen Modifikationen davon ausführen. Ein Motordrehmoment-Berechnungsabschnitt 64A berechnet, wie der in 1 gezeigte Berechnungsabschnitt 64, ein Motordrehmoment T als Funktion einer Unterstützungskraft Pm durch den Motor 14 und einer Motordrehzahl Nm. Der Motordrehmoment-Berechnungsabschnitt 64A berechnet ferner ein Motordrehmoment T0 als Funktion einer Antriebskraft Ph, die proportional zu einer Beinkraft ist, die von einem Muskelkraft-Berechnungsabschnitt 53 erfasst ist, und einer Kurbelwellendrehzahl NCR.
Ein Betriebszustand-Bestimmungsabschnitt 75 bestimmt einen Betriebszustand des Fahrzeugs auf der Basis eines momentanen Fahrwiderstands Ra, ein Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstand R1, einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und dergleichen. Auf der Basis des Betriebszustands des Fahrzeugs führt der Betriebszustand-Bestimmungsabschnitt 75 dem Motor 14 entweder ein Signal zu, das das Motordrehmoment T, zu dem das Motordrehmoment T0 addiert ist, oder das Motordrehmoment T0 angibt.
Nachfolgend werden Beispiele der Prozesse im oben beschriebenen Schritt S23 beschrieben. In Schritt S23 wird der Koeffizient K so konfiguriert, dass er zur Neigung der Fahrstraße passt. Ein Beispiel der Korrektur des Koeffizienten K im Falle der Fahrt auf einer Aufwärtssteigung wird zuerst beschrieben. 15(a) und 15(b) sind grafische Ansichten (Teil 1), die jeweils eine Beziehung zwischen dem Korrekturkoeffizienten einer Unterstützungskraft und einer Fahrzeuggeschwindigkeit zeigen. 15(a) und 15(b) zeigen Werte des Koeffizienten K entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit V im Falle der Fahrt auf einer Aufwärtssteigung. 15(a) zeigt einen Fall, wo ein Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrag für eine Sekunde weniger als 3 km/h beträgt, und 15(b) zeigt einen Fall, wo der Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrag 3 km/h oder mehr beträgt. Zusätzlich wird ein Anfangswert des Koeffizienten K auf „1,0” gesetzt.
Im in 15(a) gezeigten Fall, wo die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist (z.B. 5 km/h oder weniger), z.B. beim Tretbeginn, wird der Koeffizient K auf einen niedrigeren Wert gesetzt, um die Unterstützungskraft Pm zu erhöhen, und wird dann auf den Anfangswert zurückgebracht, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit V zugenommen hat. Im in 15(b) gezeigten Fallt, wo die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedrig ist (z.B. 5 km/h oder 10 km/h), wird der Koeffizient K auf einen niedrigeren Wert gesetzt, um die Unterstützungskraft Pm zu erhöhen, und wird dann mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V allmählich auf den Anfangswert zurückgesetzt. Dementsprechend wird während der Beschleunigung die Unterstützungskraft Pm nicht schnell reduziert, sondern wird auf einem großen Wert gehalten, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit V auf einen bestimmten Wert zugenommen hat, z.B. 20 km/h. Das Beispiel der Korrektur des Koeffizienten K im Falle der Fahrt auf einer Aufwärtssteigung kann auch auf die Korrektur des Koeffizienten K im Falle der Fahrt auf einer flachen Straße angewendet werden.
19 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen zum Erhöhen einer Unterstützungskraft gemäß einer Neigung einer Straßenoberfläche gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. 19 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen von Teilen zum Erhöhen der Unterstützungskraft auf einer Aufwärtssteigung und einer flachen Straße in Schritt S23 zeigt. Wenn, in Bezug auf 19, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder kleiner als eine vorbestimmte niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit, gibt ein Entscheidungsabschnitt 85 zum Bestimmen des Tretbeginns ein Erfassungssignal Sc aus. Wenn die Beschleunigung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist (eine Geschwindigkeitsänderung während einer Umdrehung der Kurbel 3 km/h beträgt), gibt ein Beschleunigungsbestimmungsabschnitt 86 auf der Basis eines Änderungsbetrags der Fahrzeuggeschwindigkeit V ein Erfassungssignal Sd aus.
Wenn, basierend auf dem Verhältnis zwischen dem momentanem Fahrwiderstand Ra und dem Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 wie oben beschrieben, bestimmt wird, dass die Straße eine flache Straße oder eine Aufwärtssteigung ist, veranlasst der Straßenoberflächenneigungsbestimmungsabschnitt 66, dass ein Neigungskorrekturteil 87 ein Kennfeld (z.B. das in 15 gezeigte Kennfeld) auswählt, entsprechend dem Tretbeginnerfassungssignal Sc oder dem Beschleunigungserfassungssignal Sd.
Ein Koeffizient K, der zum Erhöhen der Unterstützungskraft gesetzt wird, wird aus dem Kennfeld auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit V abgefragt. Der Koeffizient K wird in den Unterstützungskraft-Berechnungsabschnitt 63 eingegeben, und die Unterstützungskraft wird durch den Unterstützungskraft-Berechnungsabschnitt 63 auf der Basis des Koeffizienten K so berechnet, dass sie zunimmt. Ein Beispiel der Korrektur des Koeffizienten K im Falle der Fahrt auf einem Abwärtsgefälle wird nachfolgend beschrieben.
16 ist eine grafische Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Korrekturkoeffizienten, der Unterstützungskraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt. 16 zeigt einen Wert des Koeffizienten K entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Falle der Fahrt auf einem Abwärtsgefälle. Ein Anfangswert des Koeffizienten K wird auf „1,0" gesetzt.
Wenn, wie in 16 zu sehen, die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedrig ist (z.B. 15 km/h oder weniger), z.B. beim Tretbeginn auf einem Abwärtsgefälle, wird der Koeffizient K auf einen kleinen Wert gesetzt, um die Regenerationsleistung zu verringern. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird, z.B. in einer Dauer ab dem Zeitpunkt von 5 km/h bis zu einem Zeitpunkt von 20 km/h, wird der Koeffizient K proportional zur Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht, um die Regenerationsleistung allmählich zu erhöhen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V weiter erhöht wird, z.B. auf einen bestimmten Wert wie etwa 25 km/h, wird der Koeffizient K rasch erhöht (z.B. entlang einer quadratischen Kurve, um die Fahrzeuggeschwindigkeit V rasch zu begrenzen.
18 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen zum Steuern/Regeln einer Regenerationsleistung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. 18 ist ein Blockdigramm, das Funktionen wesentlicher Teile zeigt, die zur Durchführung der Regenerationssteuerung/-regelung erforderlich sind. In Bezug auf diese Figur bestimmt ein Fahrwiderstandsbestimmungsteil 76, ob der vom Fahrwiderstandsberechnungsabschnitt 62 eingegebene momentane Fahrwiderstand Ra positiv oder oder negativ ist. Wenn der momentane Fahrwiderstand Ra negativ, veranlasst der Fahrwiderstandsbestimmungsabschnitt 76, dass der Regenerationsanweisungsabschnitt 77 einen Betriebszustand des Fahrrads bestimmt. Auf der Basis dieser Entscheidung wird eine Anweisung zur Regenerationsleistung dem Treiber 72 des Motors 14 zugeführt. Zusätzlich wird ein Betriebszustand auf der Basis davon bestimmt, ob eine Bremsbetätigung durchgeführt wird oder nicht, oder ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V einen vorbestimmten Wert einnimmt oder nicht.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 78 entscheidet, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert hat oder nicht (der typischerweise auf angenähert eine Fahrradschrittgeschwindigkeit gesetzt wird). Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als der vorbestimmte Wert ist, gibt der Fahrwiderstandsbestimmungsabschnitt 78 ein Erfassungssignal Sa aus. Ein Flache-Straße-Fahrwiderstands-Berechnungsabschnitt 79 hält Daten des Unterstütztes-Fahrrad-Flache-Straße-Fahrwiderstands R1 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit V in der Form eines Kennfelds (z.B. des in 11 gezeigten Kennfelds). Der Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 wird aus dem Kennfeld auf der Basis der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V abgefragt. Der Flache-Straße-Fahrwiderstand R1 wird in einen Straßenoberflächenneigungsbestimmungsabschnitt 80 ausgegeben.
Der Straßenoberflächenneigungsbestimmungsabschnitt 80 bestimmt, ob die Neigung einer Straßenoberfläche eine Abwärtsneigung ist oder nicht, auf der Basis des momentanen Fahrwiderstands Rr und des Flache-Straße-Fahrwiderstand R1. Wenn die Neigung der Straßenoberfläche eine Abwärtsneigung ist, gibt der Straßenoberflächenneigungsbestimmungsabschnitt 80 ein Erfassungssignal Sb aus. Wenn beide Erfassungssignale Sr und Sb ausgegeben werden, wird ein UND-Gatter geöffnet, um an den Regenerationsanweisungsabschnitt 77 ein Signal auszugeben, das angibt, dass die Regenerationsanweisung unwirksam ist.
Ein Berechnungsabschnitt 92 zum Berechnen des Koeffizienten K entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich hält Daten des Koeffizienten K in der Form eines Kennfelds (z.B. des in 16 gezeigten Kennfelds. Der Koeffizient K wird aus dem Kennfeld auf der Basis der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V abgefragt, und der so abgefragte Koeffizient K wird an den Regenerationsanweisungsabschnitt 78 ausgegeben. Ein Bremserfassungsabschnitt 83 gibt ein Erfassungssignal aus, wenn der Bremsschalter betätigt wird. Ein Korrekturabschnitt 84 zum Korrigieren des Koeffizienten K bei Bremsung multipliziert dem Koeffizienten K mit einem vorbestimmten Wert, wenn ihm ein Erfassungssignal von dem Bremsbetätigungsabschnitt 83 zugeführt wird. Der zweite Korrekturkoeffizient K wird dann an den Regenerationsanweisungsabschnitt 77 ausgegeben.
Der Regenerationsanweisungsabschnitt 77 berechnet das Motordrehmoment unter Verwendung des Koeffizienten K, der durch den oben beschriebenen Korrekturteil 84 korrigiert ist. Der Berechnungsabschnitt 82 bestimmt eine Regenerationsleistung und führt eine Regenerationsanweisung dem Treiber 72 zu. Wenn die Anweisung ein Signal ist, das angibt, dass die Regenerationsanweisung unwirksam ist, gibt der Regenerationsanweisungsabschnitt 77 die Regenerationsanweisung an den Treiber 72 nicht aus.
Wenn daher der momentane Fahrwiderstand Ra negativ ist, wird der Motor 14 betätigt, um eine Regenerationsleistung zu erzeugen. Wenn andererseits gemäß der Bestimmung der Straßenoberflächenneigung bestimmt wird, dass die Straße ein Abwärtsgefälle ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit eine niedrigere Geschwindigkeit von gleich oder weniger als einem vorbestimmten Wert ist, wird die Regenerationsleistung unterbunden.
Da, wie oben beschrieben, gemäß der vorliegenden Erfindung eine Unterstützungskraft entsprechend einem Betriebszustand des Fahrzeugs beim Anfahren (d.h. beim Tretbeginn) oder bei der Beschleunigung erhöht wird, ist es auch in einem Bereich mit niedrigem momentanen Fahrwiderstand möglich, eine Unterstützungskraft effizient zu erzeugen. Insbesondere kann der Tretbeginn auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit beliebig gesetzt sein. Da die Unterstützungskraft in einem Betriebszustand, z.B. während des Tretbeginns oder der Beschleunigung auf einer flachen Straße oder einer Aufwärtssteigung, erhöht, ist es noch wirksamer möglich, dem motorunterstützten Fahrrad die Unterstützungskraft zu geben.
Da eine Unterstützungskraft unabhängig von einer periodischen Änderung in der beingetriebenen Muskelantriebsquelle erzeugt werden kann, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit signifikant stabiler und kann, gemäß einer Neigung der Straßenoberfläche, eine geeignete Unterstützungskraft bereitgestellt werden. Ferner ist es möglich, das motorunterstützte Fahrrad mit der gleichen Fahrempfindung wie jener zu fahren, die man während der Fahrt des Fahrzeugs auf einer flachen Straße erhält.
Ein Fahrer kann das motorunterstützte Fahrrad fahren, während er eine Neigungsänderung einer Straßenoberfläche wahrnimmt. Insbesondere ist es möglich, das motorunterstützte Fahrrad mit der gleichen Fahrempfindung zu fahren wie jener, die man mit einem normalen Fahrrad erhält. Es ist auch möglich, eine Neigung einer Straßenoberfläche durch das Momentaner-Fahrwiderstand-Erfassungsmittel zu bestimmen, ohne einen Neigungssensor vorzusehen.
Es wird eine Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug, wie etwa ein Fahrrad, offenbart, die einen motorunterstützten Fahrer während einer Periode des Tretbeginns oder des Anfahrens auf einer Aufwärtsteigung oder während Beschleunigung effektiv eine Unterstützungsantriebskraft gibt. Ein erstes Erfassungssignal wird ausgegeben, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Ein zweites Erfassungssignal wird ausgegeben, wenn die Beschleunigung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, auf der Basis eines Änderungsbetrags der Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine Straßenoberflächenneigung wird aus einem Kennfeld auf der Basis eines Verhältnisses zwischen einem momentanem Fahrwiderstand und einem Flache-Straße-Fahrwiderstand bestimmt. Ein Koeffizient K wird aus dem Kennfeld entsprechend entweder dem ersten Erfassungssignal oder dem zweiten Erfassungssignal abgefragt, um die Unterstützungskraft aus dem Kennfeld auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen. Der Koeffizient K wird in ein Unterstützungskraftberechnungsabschnitt eingegeben, und die angeforderte Unterstützungsantriebskraft wird berechnet.

Claims

Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug, das ein Muskelkraft-Antriebssystem (22-24) zur Übertragung vom Muskelantriebskraft auf ein Hinterrad (13) sowie ein Motorantriebssystem (14-19) zur Übertragung einer Motorantriebskraft von einem Motor (14) auf das Hinterrad (13) enthält, wobei die Steuereinheit umfasst: ein Mittel (62) zum Erfassen eines momentanen Fahrwiderstands (Ra) des Fahrzeugs; und ein Mittel (63) zum Steuern/Regeln und Erzeugen einer dem momentanen Fahrwiderstand (Ra) entsprechenden Hilfsantriebskraft (Pm); gekennzeichnet durch ein Mittel (60) zum Setzen eines vorbestimmten Flache-Straße-Fahrwiderstands (Rr) eines normalen Fahrrads; ein Mittel (63) zum Bestimmen der von der von dem Motoranstriebssystem (14-19) erzeugten Hilfsantriebskraft (Pm) gemäß einer Differenz zwischen dem momentanem Fahrwiderstand (Ra) und dem vorbestimmten Flache-Straße-Fahrwiderstand (Rr) eines normalen Fahrrads; und ein Mittel (66) zum Bestimmen einer Neigung einer Straßenoberfläche auf der Basis des momentanem Fahrwiderstands (Ra); wobei die Hilfsantriebskraft (Pm) erhöht wird, wenn die Straßenoberfläche eine flache Straße oder eine Aufwärtssteigung ist; und der Erhöhungsbetrieb der Hilfsantriebenskraft (Pm) durchgeführt wird, indem der vorbestimmte Fahrwiderstand (Rr) eines normalen Fahrrads reduziert wird.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 1, worin das Mittel (62) zum Steuern/Regeln und Erzeugen bei Beginn einer Pedalbetätigung des Fahrzeugs die von dem Motorantriebssystem (14-19) erzeugte Antriebskraft (Pm) erhöht.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 2, die ferner ein Mittel (57) zum Erfassen einer Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs enthält, worin ein Zustand, der den Beginn der Pedalbetätigung angibt, identifiziert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) in einem vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich liegt.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 1, die ferner ein Mittel (57, 58, 59) zum Berechnen und Erfassen einer Beschleunigung des Fahrzeugs enthält; wobei das Mittel (63) zum Erzeugen der Hilfsantriebskraft (Pm) die von dem Motorantriebssystem (14-19) erzeugte Hilfsantriebskraft gemäß der Beschleunigung nach einem vorbestimmten Zeitwert erhöht.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 1, die ferner enthält: ein Mittel (59) zum Erfassen eines Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrags über eine vorbestimmte Zeitdauer; und ein Mittel (54) zum Erfassen einer Gesamtantriebskraft (Pw), die durch Addieren der Unterstützungsantriebskraft des Motors (14) zu der Muskelantriebskraft (Ph) über die vorbestimmte Zeitdauer erhalten wird, wobei der momentane Fahrwiderstand (Ra) als Funktion des Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungsbetrags zur Gesamtantriebskraft (Pw) berechnet wird.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 1, worin die von dem Motorantriebssystem (14-19) erzeugte Unterstützungsantriebskraft (Pm) derart gesteuert/geregelt wird, dass der momentane Fahrwiderstand (Ra) des Fahrzeugs im Wesentlichen einem vorbestimmten Flache-Straße-Fahrwiderstand (Rr) eines normalen Fahrrads entspricht.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 1, worin die von dem Motorantriebssystem (14-19) erzeugte Unterstützungsantriebskraft (Pm) für eine vorbestimmte Zeitdauer verringert wird, wenn sich die Neigung der Fahrstraßenoberfläche zu einer Aufwärtssteigung verändert, und die von dem Motorantriebssystem (14-19) erzeugte Antriebskraft (Pm) für eine vorbestimmte Zeitdauer erhöht wird, wenn sich die Neigung der Fahrstraßenoberfläche zu einem Abwärtsgefälle ändert.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 7, worin das Mittel (66) zum Bestimmen der Straßenoberflächenneigung ein Verhältnis des momentanen Fahrwiderstands (Ra) mit dem vorbestimmten Flache-Straße-Fahrwiderstand (Rs) eines normalen Fahrrads vergleicht, und wenn das Verhältnis größer als der vorbestimmte Wert ist, die Fahrstraßenoberfläche als Aufwärtssteigung bestimmt wird, und wenn das Verhältnis kleiner als der vorbestimmte Wert ist, die Fahrstraßenoberfläche als Abwärtsgefälle bestimmt wird.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 1, die ferner ein Mittel (75) zum Bestimmen eines Betriebszustands des Fahrzeugs enthält.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 9, die ferner ein Mittel (77) zum Steuern/Regeln einer Regenerationsanweisung aufweist, worin eine Regenerationsanweisung dem Motorantriebssystem (14-19) gemäß dem Betriebszustand des Fahrzeugs zugeführt wird, wenn der momentane Fahrwiderstand (Ra) einen negativen Wert hat.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 10, die ferner ein Mittel (57) zum Erfassen einer Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs enthält; wobei das Regenerationssteuermittel (77) die Regenerationsanweisung derart zuführt, dass die Regenerationsleistung gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) verändert wird.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 10, worin das Regenerationssteuermittel (77) die Regenerationsanweisung derart zuführt, dass ein Änderungsbetrag der Regenerationsleistung gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) innerhalb eines vorbestimmten hohen Fahrgeschwindigkeitsbereichs allmählich erhöht wird.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 11, die ferner ein Mittel (83) zum Erfassen einer Bremsbetätigung aufweist; wobei das Regenerationssteuermittel (77) die Regenerationsanweisung derart zuführt, dass die Regenerationsleistung in Antwort auf ein Signal, das die Erfassung der Bremsbetätigung angibt, erhöht wird.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 11, worin das Regenerationssteuermittel (77) die Zufuhr der Regenerationsanweisung in einem vorbestimmten niederen Fahrgeschwindigkeitsbereich, der einer Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Zeit äquivalent ist, wenn ein Fahrer das Fahrzeug schiebt, unterbindet.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 9, ferner umfassend: ein Mittel (64A) zum Erzeugen einer ersten Unterstützungskraft (T) entsprechend dem momentanen Fahrwiderstand (Ra); ein Mittel (64A) zum Erzeugen einer zweiten Unterstützungsantriebskraft (T0) für das Motorantriebssystem (14-19) entsprechend einer Beinantriebsmuskelkraft (Ta) und einer Kurbelwellendrehzahl (NcR); und Steuermittel (64A, 75) zum Erzeugen der ersten Antriebskraft (T) und der zweiten Antriebskraft (T0) selektiv oder in Kombination gemäß dem Betriebszustand.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 9, welche ferner umfasst: ein Mittel (64A) zum Erzeugen einer ersten Unterstützungsantriebskraft (T) entsprechend dem momentanen Fahrwiderstand (Ra); ein Mittel (64A) zum Erzeugen einer zweiten Unterstützungsantriebskraft (T0) für das Motorantriebssystem (14-19) entsprechend einer Beinantriebsmuskelkraft (Ta) und einer Kurbelwellendrehzahl (NcR); und ein Mittel (18) zum Bestimmen eines Neigungszustands einer Straßenoberfläche auf der Basis des momentanen Fahrwiderstands (Ra); worin entweder die erste Antriebskraft (T) und die zweite Kraft (T0), oder nur die zweite Antriebskraft (T0) selektiv erzeugt werden/wird, wenn auf der Basis des Neigungszustands bestimmt wird, dass die Straßenoberfläche eine flache Straße ist.
Steuereinheit für ein motorunterstütztes Fahrzeug nach Anspruch 9, worin das Steuermittel (63) konfiguriert ist, um selektiv entweder die erste Antriebskraft (T) und die zweite Antriebskraft (T0) oder nur die zweite Antriebskraft (T0) zu erzeugen, wenn durch das Mittel zum bestimmen des Betriebszustands bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug in einem Zustand befindet, in dem die Pedalbestätigung beginnt.