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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Fahrradsteuervorrichtungen, und insbesondere
Merkmale einer Vorrichtung zum Schalten einer Fahrradgangschaltung.
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Elektrisch
gesteuerte Fahrräder
beinhalten für
gewöhnlich
eine vordere Gangschaltung, die der vorderen Pedalbaugruppe zugehörig ist,
eine hintere Gangschaltung, die dem Hinterrad zugehörig ist,
einen Motor für
jede Gangschaltung, eine Steuereinheit zum Steuern jedes Motors,
und eine Schaltsteuervorrichtung, wie beispielsweise einen Hebel
oder Schalter, der elektrische Schaltbefehlsignale an die Steuereinheit
liefert. Die Steuereinheit betreibt die Motoren für jede Gangschaltung
basierend auf den elektrischen Signalen, die von der Schaltsteuervorrichtung
empfangen werden. Bei bekannten elektrisch gesteuerten Fahrrädern führt die
Gangschaltung ein Erhöhen
oder Vermindern um lediglich eine einzige Geschwindigkeitsstufe
oder Gang für
jeden von der Schaltsteuervorrichtung empfangenen Schaltbefehl durch,
und die vordere oder hintere Gangschaltung arbeitet mindestens einmal
für jeden
Schaltbefehl. Dies kann die Gangwechseloperation beträchtlich
verzögern
und kann beträchtliche
mechanische Geräusche
sowie Verschleiß der
Bauteile hervorrufen, wenn der Fahrer mehrere Gangstufen gleichzeitig
schalten möchte.
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Von
der großen
Vielzahl automatischer Steuervorrichtungen sind die Dokumente
US 5,599,244 ,
US 5,214,548 und
EP 0 786 400 A2 her vorzuheben,
von denen das erste ein Verfahren eines Hochschaltens gefolgt von
einem Herunterschalten offenbart, das zweite einen Mikrocomputer
mit mindestens zwei Eingabeerfassungsfunktionen und das dritte ein
Verfahren von aufeinanderfolgenden Schritten eines Schaltens der
Gänge und
eines Einstellens der Schaltgeschwindigkeit offenbart.
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INHALT DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft verschiedene Merkmale einer Vorrichtung zum Schalten
einer Fahrradgangschaltung. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die
zum Steuern einer ersten Gangschaltung und einer zweiten Gangschaltung
in einem Fahrrad verwendet werden kann, beinhaltet eine erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Gangschaltsteuereinheit, die Gangschaltbefehle zum Steuern
der Operation der ersten Gangschaltung und der zweiten Gangschaltung
erzeugt. Die Gangschaltungssteuereinheit beinhaltet eine Verhinderungseinheit,
die eine zweite Operation der ersten Gangschaltung nach einer ersten
Operation der ersten Gangschaltung verhindert. Falls gewünscht, könnte ein
derartiges Verhindern basierend auf der Operation der ersten Gangschaltung,
durch eine Änderung
des Betriebsmodus (beispielsweise von einem manuellen Betriebsmodus
zu einem automatischen Betriebsmodus) oder durch irgendwelche anderen
Kriterien ausgelöst werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine spezielle Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Schalten einer Fahrradgangschaltung beinhaltet;
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2 ist
ein Blockdiagramm einer speziellen Ausführungsform einer Vorrichtung
zum Schalten einer Fahrradgangschaltung;
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3A ist
ein Taktdiagramm, das ein mögliches
elektrisches Schaltbefehlsignal darstellt, das von der in 2 dargestellten
Steuereinheit empfangen wird;
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3B ist
ein Taktdiagramm, das ein weiteres mögliches elektrisches Schaltbefehlsignal
darstellt, das durch die in 2 dargestellte
Steuereinheit empfangen wird;
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3C ist
ein Taktdiagramm, das ein weiteres mögliches elektrisches Schaltbefehlsignal
darstellt, das durch die in 2 dargestellte
Steuereinheit empfangen wird;
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3D ist
ein Taktdiagramm, das ein mögliches
elektrisches Komposit-Schaltbefehlsignal darstellt, das durch die
in 2 dargestellte Steuereinheit empfangen wird;
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3E ist
ein Taktdiagramm, das ein weiteres mögliches elektrisches Komposit-Schaltbefehlsignal darstellt,
das durch die in 2 dargestellte Steuereinheit
empfangen wird; und
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das darstellt, wie die Vorrichtung sukzessive
Schaltvorgänge
des vorderen Umwerfers verhindert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrades 10, das eine spezielle
Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Schalten einer Fahrradgangschaltung beinhaltet.
Das Fahrrad 10 kann ein beliebiger Typ von Fahrrad sein,
und bei dieser Ausführungsform
beinhaltet das Fahrrad 10 einen typischen Rahmen 18,
der ein Oberrohr 22, ein Steuerkopfrohr 24, ein
Unterrohr 26, das sich vom Steuerkopfrohr 24 nach
unten erstreckt, ein Sitzrohr 30, das einen Sattel 32 trägt und sich
vom Oberrohr 22 nach unten erstreckt, eine (nicht dargestellte)
Tretlageraufnahme, die an der Verbindungsstelle von Unterrohr 26 und
Sitzrohr 30 angeordnet ist, ein Paar von Sitzstreben 34,
die sich vom Oberrohr 22 nach hinten und nach unten erstrecken,
und ein Paar von Kettenstreben 38 beinhaltet, die sich
von der Tretlageraufnahme nach hinten erstrecken. Eine Gabel 42 ist
im Steuerkopfrohr 24 drehbar gelagert, und ein Vorderrad 46 ist
am unteren Ende der Gabel 42 drehbar gelagert. Ein Lenker 50 steuert
die Drehrichtung von Gabel 42 und Vorderrad 46 in
allgemein bekannter Weise. Ein Hinterrad 54, das eine Mehrzahl
von koaxial montierten hinteren (Freilauf)-Kettenrädern 56 aufweist,
ist an der Verbindungsstelle von Sitzstreben 34 und Kettenstreben 38 drehbar
gelagert, und eine Pedalbaugruppe 54, die eine Mehrzahl
von vorderen (Kettenblatt)-Kettenrädern 62 trägt, ist
in der Tretlageraufnahme drehbar gelagert. Typischerweise rotieren
zwei oder drei vordere Kettenräder 62 koaxial
und integral mit der Pedalbaugruppe 58. Die Pedalbaugruppe 58 beinhaltet
ein Paar von Kurbelarmen 59, von denen jeder ein an seinem
distalen Ende montiertes Pedal 60 aufweist. Eine Kette 66 ist
mit einem der vorderen Kettenräder 62 und
einem der hinteren Kettenräder 56 in
Eingriff. Ein vorderer Umwerfer 70 bewegt die Kette 66 von
einem vorderen Kettenrad 62 zu einem anderen, und ein hinterer
Umwerfer 74 bewegt eine Kette 66 von einem hinteren
Kettenrad 56 zu einem anderen. Diese Operationen sind allgemein
bekannt.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der vordere Umwerfer 70 durch Einziehen und Nachlassen
eines herkömmlichen
Steuerkabels 78 vom Bowden-Typ gesteuert, das mit einem
vorderen Umwerfermotor 82 (2) verbunden
ist, der in einer Motorbaugruppe 84 angeordnet ist, und
ein hinterer Umwerfer 74 wird durch Einziehen und Nachlassen
eines Steuerkabels 86 vom Bowden-Typ gesteuert, der mit
einem hinteren Umwerfermotor 88 verbunden ist, der in einer
Motorbaugruppe 84 angeordnet ist. Selbstverständlich kann
bei einigen Ausführungsformen
ein einziger Motor mit separaten Kabelzugstrukturen mittels Kupplungen
oder in anderer Weise verbunden sein, um die gleiche Funktion auszuführen, und
dergleichen könnte
auch als verschiedene Motoren erachtet werden. Ein vorderer Umwerferpositionssensor 87 und
ein hinterer Umwerferpositionssensor 88 sind vorgesehen,
um die Betätigungspositionen
des vorderen und hinteren Umwerfers 70 bzw. 74 abzutasten.
Diese Positionssensoren liefern Signale, die bestimmen, welches
vordere Kettenrad 62 und hinteres Kettenrad 56 aktuell
mit Kette 66 in Eingriff ist. Derartige Positionssensoren
können
beispielsweise bekannte Potentiometer zum Abtasten der Positionen
der Abtriebswellen des vorderen Umwerfermotors 82 und des
hinteren Umwerfermotors 88 beinhalten, jedoch gibt es viele
weitere bekannte Strukturen, die diese Funktionen ausführen können. Ein
Geschwindigkeitssensor 91 ist an der Gabel 42 montiert,
um Signale von einem am Vorderrad 46 montierten Magneten 89 zu
empfangen, um die Geschwindigkeit des Fahrrades in allgemein bekannter
Weise abzutasten, und ein Kurbelrotationssensor 92 (2)
ist an der Pedalbaugruppe 58 montiert, um Signale zu liefern,
welche die Rotation von Kurbelarmen 59 angeben. Bei dieser
Ausführungsform
werden vier Signale je Umdrehung der Kurbelarme 59 geliefert.
Derartige Signale können
unter Verwendung eines optischen Rades geliefert werden, das mit
der Pedalbaugruppe 58 rotiert, durch ein Magnetrad, das
vier Magnete aufweist, oder durch irgendeine andere Vorrichtung.
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Wie
klarer in 2 dargestellt, ist eine Gangschaltsteuereinheit 90 mit
der Motorbaugruppe 84 durch einen Gangschaltbefehl-Kommunikationsweg 94 und
mit Positionssensoren 87 und 88 durch einen Gangschaltpositions-Kommunikationsweg 96 funktionsmäßig verbunden,
um Gangschaltbefehl-(TC)-Signale zum Steuern des Betriebs der Motorbaugruppe 84 gemäß der Information
von den Positionssensoren 87 und 88 zu erzeugen.
Eine manuell betätigte
Schaltsteuereinheit 98, die einen Hochschalt-Schalter 98A und
einen Herunterschalt-Schalter 98B beinhaltet, ist mit der
Gangschaltsteuereinheit 90 durch einen Schaltbefehl-Kommunikationsweg 102 funktionsmäßig verbunden,
um elektrische Schaltbefehle (die später noch detaillierter beschrieben
werden) an die Gangschaltsteuereinheit 90 weiterzuleiten.
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Die
Gangschaltsteuereinheit 90 beinhaltet weiter eine automatische
Schaltsteuereinheit 103, welche die Signale, die von den
Positionssensoren 87 und 88 über den Gangschaltpositions-Kommunikationsweg 96 empfangen
werden, die Signale, die vom Geschwindigkeitssensor 91 über einen
Geschwindigkeits-Kommunikationsweg 105 empfangen
werden, und die Signale verwendet, die vom Kurbelrotationssensor 92 über einen Kurbelrotations-Kommunikationsweg 106 empfangen
werden, um die TC-Signale
automatisch zu erzeugen (basierend auf intern erzeugten oder verarbeiteten
Schaltbefehlen). Die automatische Schaltsteuereinheit 103 beinhaltet
einen Parameterspeicher 107 zum Speichern von Laufradumfang,
Kurbelrotationstabellen, Gangtabellen und/oder Beschleunigungstabellen
zum Erzeugen von TC-Signalen, und zwar basierend auf Kurbelrotation,
Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung gemäß bekannten Programmierverfahren.
Der Parameterspeicher 107 kann ein Hardware-Tabellenspeicher,
ein Software-Tabellenspeicher
oder irgendeine andere Struktur sein, welche die gleiche Information
liefert. Die Gangschaltsteuereinheit 90 beinhaltet auch
eine Verhinderungseinheit 111, welche die Erzeugung von
TC-Signalen verhindert, die den vorderen Umwerfer 70 in nachfol gend
beschriebener Weise betätigen.
Ein Modusschalter 108 ist mit einer Gangschaltsteuereinheit 90 über einen
Moduskommunikationsweg 109 funktionsmäßig verbunden, um zwischen
den automatischen und manuellen Operationsmodi auszuwählen.
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Weitere
Eingänge 110 können mit
der Gangschaltsteuereinheit 90 über einen Kommunikationsweg 112 funktionsmäßig verbunden
sein, um weitere Informationen zu übermitteln, beispielsweise
von einem Herzfrequenzsensor, einem Steigungssensor, einem Pedal
oder irgendeinem anderen Drehmomentsensor, etc. Der Parameterspeicher 107 und
die Programmierung der automatischen Schaltsteuereinheit 103 kann
demgemäß konfiguriert
sein, um TC-Signale gemäß diesen
weiteren Eingangsgrößen in beliebiger
Kombination zu erzeugen. Selbstverständlich ist es bei einigen Ausführungsformen
möglich,
dass die Gangschaltsteuereinheit 90 lediglich manuell arbeitet,
und bei anderen Ausführungsformen
ist es möglich,
dass die Gangschaltsteuereinheit 90 lediglich automatisch
arbeitet. Bei dieser Ausführungsform
weisen die Kommunikationswege 94, 96, 102, 105, 106 und 109 die
Form von elektrischen Drähten
auf, jedoch können
bei anderen Ausführungsformen derartige
Kommunikationswege faseroptische Vorrichtungen, Drahtlos-Kommunikationswege
oder irgendeinen anderen Mechanismus beinhalten.
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Wenn
die Gangschaltsteuereinheit 90 mindestens einen Schaltbefehl
empfängt,
der ein Schalten um N Gangstufen in eine Ziel-Gangstufe anfordert, wobei N eine Ganzzahl
größer als
1 ist, erzeugt die Gangschaltsteuereinheit 90 TC-Signale
(digital oder analog), um den vorderen Umwerfer 70 und
den hinteren Umwerfer 74 in Kombination zu veranlassen,
sich insgesamt M Male zu bewegen, um die Ziel-Gangstufe zu erreichen,
wobei N eine Ganzzahl kleiner als N ist. Um dies zu bewerkstelligen,
beinhaltet die Gangschaltsteuereinheit 90 einen Tabellenspeicher 110 zum
Speichern einer Tabelle, welche die Information zum Steuern des Betriebs
des vorderen Umwerfers 70 und des hinteren Umwerfers 74 enthält. Der
Tabellenspeicher 110 kann ein Hardware-Tabellenspeicher,
ein Software-Tabellenspeicher oder irgendeine andere Struktur sein,
welche die gleiche Information liefert. Der Inhalt des Tabellenspeicher 110 hängt von
der Konfiguration des Fahrrades ab. Drei Beispiele werden nachfolgend
geliefert, und weitere Konfigurationen sind für Fachleute ohne Weiteres offensichtlich.
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3A–3E sind
Taktdiagramme, die verschiedene Ausführungsformen von durch die
Schaltsteuereinheit 98 erzeugten Schaltbefehlen sowie den
zeitlichen Ablauf von durch die Gangschaltsteuereinheit 90 erzeugten
TC-Signalen angibt. In jedem Diagramm sind die Schaltbefehlsignale
active-low. 3A stellt eine Situation dar,
bei der ein Schaltbefehlsignal durch eine Schaltsteuervorrichtung 98 für ein Zeitintervall
P erzeugt wird, das kleiner als ein vorbestimmtes Zeitintervall
X ist. Bei dieser Ausführungsform
wird ein derartiges Schaltbefehlsignal als Störsignal erachtet, und es wird
keine Operation durchgeführt.
Selbstverständlich
könnte
bei anderen Ausführungsformen
ein derartiges Schaltbefehlsignal irgendeine Art von Funktion ausführen. 3B stellt
eine Situation dar, bei der ein Schaltbefehlsignal durch eine Schaltsteuervorrichtung 98 für ein Zeitintervall
Q erzeugt wird, das größer als
das Zeitintervall X ist. Bei dieser Ausführungsform fordert ein derartiges
Schaltbefehlsignal ein Schalten um eine einzige Gangstufe an, und
das TC-Signal wird demgemäß erzeugt. 3C stellt
eine Situation dar, bei der ein Schaltbefehlsignal durch eine Schaltsteuervorrichtung 98 während eines
Zeitintervalls R erzeugt wird, das größer als das Zeitintervall X
und ebenfalls größer als
ein Zeitintervall Y ist, wobei zu Mes sungszwecken das Zeitintervall
Y zum gleichen Moment wie Zeitintervall X beginnt, jedoch größer als
Zeitintervall X ist. Bei dieser Ausführungsform fordert ein derartiges
Schaltbefehlsignal ein Schalten um zwei Gangstufen an, und das TC-Signal
wird demgemäß erzeugt.
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3D stellt
eine Situation dar, bei der ein Komposit-Schaltbefehisignal, das auf zwei Kanälen erscheint,
durch die Schaltsteuervorrichtung 98 erzeugt wird. Bei
diesem Beispiel wird das Schaltbefehlsignal, das auf Kanal A erscheint,
während
eines Zeitintervalls S erzeugt, das größer als Zeitintervall X ist.
Ein Schaltbefehlsignal wird auf Kanal B erzeugt, bevor Zeitintervall
Y abgelaufen ist. Bei dieser Ausführungsform fordert ein derartiges
Komposit-Schaltbefehlsignal ein Schalten um zwei Gangstufen an,
und das TC-Signal wird demgemäß erzeugt.
Ein derartiges Komposit-Signal könnte
durch zwei separat betätigte
Schalter erzeugt werden, jedoch ist es in den meisten Fällen praktischer,
derartige Signale durch einen Tauchkolben mit einem elektrischen
Signal zu erzeugen, der sukzessive und kumulativ mit zwei weiteren
elektrischen Kontakten in Kontakt kommt. Ein derartiger Schalter
könnte
auch verwendet werden, um das in 3A bis 3C dargestellte
Signal zu erzeugen, und zwar dadurch, dass der Tauchkolben lediglich
weit genug heruntergedrückt
wird, um einen der zwei weiteren elektrischen Kontakte zu aktivieren.
Selbstverständlich
könnten
viele Arten und Weisen einer Erzeugung derartiger Signale erdacht
werden. 3E stellt eine Situation dar,
bei der durch die Schaltsteuervorrichtung 98 sequentielle
Schaltsteuersignale erzeugt werden. Bei diesem Beispiel werden zwei sequentielle
Schaltsteuersignale innerhalb eines Zeitintervalls T voneinander
erzeugt. Eine derartige Aktion ist ähnlich einem Doppelklicken
einer Computermaus. Bei dieser Ausführungsform fordern derartige
sequentielle Schaltbefehl signale ein Schalten um zwei Gangstufen
an, und das TC-Signal wird demgemäß erzeugt. Jeder Hochschalt-Schalter 98A und
Herunterschalt-Schalter 98B kann ein beliebiges der Verfahren
verwenden, die in 3A bis 3E dargestellt
sind, um der Anwendung zu genügen.
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Tabelle
1 stellt ein Fahrrad mit zwei vorderen Kettenrädern
62 und acht hinteren
Kettenrädern
56 dar, und
Tabelle 2 stellt die Schaltbefehle und TC-Signale zum Betreiben
des vorderen Umwerfers
70 und des hinteren Umwerfers
74 für diese
Konfiguration dar. Die Gangschaltsteuereinheit
90 ist programmiert,
um, sei es mittels festverdrahteter Logik, Software oder in irgendeiner
anderen Weise, die geeigneten TC-Signale auf dem Kommunikationsweg
94 ansprechend
auf den angegebenen Schaltbefehl zu erzeugen.
| | | Hinteres
Kettenrad |
| Zähne | 11 | 13 | 15 | 17 | 21 | 25 | 29 | 33 |
| Vorderes Kettenrad | 46 | 4,18 | 3,54 | 3,07 | 2,71 | 2,19 | 1,84 | 1,59 | 1,39 |
| 34 | 3,09 | 2,62 | 2,27 | 2,00 | 1,62 | 1,36 | 1,17 | 1,03 |
Tabelle 1
| aktuelle
Gangposition | durch Steuereinheit
erkanntes Signal |
| vorne | hinten | zwei
Stufen nach oben | eine
Stufe nach oben | zwei
Stufen nach unten | eine
Stufe nach unten |
| 46 | 11 | Alarm | Alarm | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 13 | hinten
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 15 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 17 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 21 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 25 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 29 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 33 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | vorne – 1, hinten
+ 1 |
| 34 | 11 | vorne
+ 1 | vorne
+ 1, hinten – 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 13 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 15 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 17 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 21 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 25 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 29 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 33 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | Alarm | Alarm |
| | | Gangstufe |
Tabelle
2
-
Tabelle
3 stellt ein Fahrrad mit drei vorderen Kettenrädern
62 und acht hinteren
Kettenrädern
56 dar, und
Tabelle 4 stellt die Schaltbe fehle und TC-Signale zum Betreiben
des vorderen Umwerfers
70 und des hinteren Umwerfers
74 für diese
Konfiguration dar.
| | | hinteres
Kettenrad |
| Zähne | 11 | 13 | 15 | 17 | 21 | 25 | 29 | 33
1 |
| Vorderes Kettenrad | 46 | 4,18 | 3,54 | 3,07 | 2,71 | 2,19 | 1,84 | 1,59 | 1,39 |
| 34 | 3,09 | 2,62 | 2,27 | 2,00 | 1,62 | 1,36 | 1,17 | 1,03 |
| 24 | 2,18 | 1,85 | 1,60 | 1,41 | 1,14 | 0,96 | 0,83 | 0,73 |
Tabelle 3
| aktuelle
Gangposition | durch Computer
erkanntes Signal |
| vorne | hinten | zwei
Stufen nach oben | eine
Stufe nach oben | zwei
Stufen nach unten | eine
Stufe nach unten |
| 46 | 11 | Alarm | Alarm | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 13 | hinten
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 15 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 17 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 21 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 25 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 29 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 33 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | vorne – 1 hinten
+ 1 |
| 34 | 11 | vorne
+ 1 | vorne
+ 1, hinten – 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 13 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 15 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 17 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 21 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 25 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 29 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten
- 1 |
| 34 | 33 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | vorne – 1 hinten
+ 1 |
| 24 | 11 | vorne
+ 1 | vorne
+ 1, hinten – 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 13 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 15 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 17 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 21 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 25 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 29 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 1 | hinten – 1 |
| 24 | 33 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | Alarm | Alarm |
| | | Gangstufe |
Tabelle
4
-
Tabelle
5 stellt die Schaltbefehle und TC-Signale zum Betreiben des vorderen
Umwerfers
70 und des hinteren Umwerfers
74 für die gleiche
Konfiguration dar, wenn das Konzept eines verbotenen Bereiches von Kettenradkombinationen
realisiert wird. Derartige verbotene Kettenradkombinationen beinhalten
typischerweise die Kombination des großen vorderen Kettenrades mit
den großen
hinteren Kettenrädern,
was zu einer übermäßigen Kettenspannung
führt,
sowie des kleinen vorderen Kettenrades mit den kleinen hinteren
Kettenrädern,
was zu einer übermäßigen Schlaffheit
der Kette führt.
| aktuelle
Gangposition | durch Computer
erkanntes Signal |
| vorne | hinten | zwei
Stufen nach oben | eine
Stufe nach oben | zwei
Stufen nach unten | eine
Stufe nach unten |
| 46 | 11 | Alarm | Alarm | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 13 | hinten
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 15 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 17 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 46 | 21 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | vorne – 1, hinten
+ 1 |
| 46 | 25 | verboten | verboten | verboten | verboten |
| 46 | 29 | verboten | verboten | verboten | verboten |
| 46 | 33 | verboten | verboten | verboten | verboten |
| 34 | 11 | vorne
+ 1 | vorne
+ 1, hinten – 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 13 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 15 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 34 | 17 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 21 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 25 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 29 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | hinten – 1 |
| 34 | 33 | hinten
+ 2 | hinten
+ 1 | vorne – 1 | vorne – 1 hinten
+ 1 |
| 24 | 11 | verboten | verboten | verboten | verboten |
| 24 | 13 | verboten | verboten | verboten | verboten |
| 24 | 15 | verboten | verboten | verboten | verboten |
| 24 | 17 | vorne
+ 1 | vorne
+ 1, hinten + 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 21 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 25 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 2 | hinten – 1 |
| 24 | 29 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | hinten – 1 | hinten – 1 |
| 24 | 33 | vorne
+ 1 | hinten
+ 1 | Alarm | Alarm |
| | | Gangstufe |
Tabelle
5
-
Bei
allen Beispielen sei angemerkt, dass einige Schaltbefehle, die einen
Wechsel um zwei Gangstufen anfordern, lediglich eine einzige Bewegung
eines einzigen Umwerfers erfordern. Beispielsweise sei bei der ersten
Konfiguration angenommen, dass Kette 66 auf dem 34 Zähne aufweisenden
vorderen Kettenrad 62 und dem 33 Zähne aufweisenden
hinteren Kettenrad 56 angeordnet ist, wodurch eine Gangstufe
mit einem Übersetzungsverhältnis von
1,03 erzeugt wird. Falls die Schaltsteuervorrichtung 98 (oder
die automatische Schaltsteuereinheit 103) ein Signal erzeugt,
das einen um zwei Stufen nach oben erfolgenden Schaltbefehl (zwei
aufeinanderfolgende Übersetzungsverhältnisse)
angibt, dann kann die Gangschaltsteuereinheit 90 ein TC-Signal erzeugen,
um den vorderen Umwerfer 70 um eine einzige Stufe zu bewegen,
so dass Kette 66 mit dem 46 Zähne aufweisenden vorderen Kettenrad 62 in
Eingriff kommt, wodurch die Gangstufe mit einem Übersetzungsverhältnis von
1,39 erzeugt wird. Bei elektrisch gesteuerten Fahrrädern des
Standes der Technik würde der
hintere Umwerfer 74 von dem 33 Zähne aufweisenden
hinteren Kettenrad 56 auf das 29 Zähne aufweisende
hintere Kettenrad 56, und dann auf das 25 Zähne aufweisende
hintere Kettenrad 56 bewegt werden, wodurch eine Gangstufe
mit einem Übersetzungsverhältnis von
1,36 erzeugt wird. Ein derartiges Verfahren erfordert insgesamt
zwei Bewegungen, anstelle einer einzigen Bewegung, wie hier gelehrt.
-
Das
zuvor angeführte
Verfahren und die Vorrichtung machen sich die Tatsache zu Nutze,
dass viele Kombinationen von vorderem/hinterem Kettenrad im Wesentlichen
das gleiche Übersetzungsverhältnis ergeben.
Die TC-Signale werden basierend darauf erzeugt, welche Kombination
von vorderen und hinteren Kettenrädern die geringste Anzahl von
Bewegungen des vorderen Umwerfers 70 und/oder des hinteren
Umwerfers 74 erfordern, um das gewünschte Übersetzungsverhältnis zu
erzielen. Im Allgemeinen können
besonders gute Ergebnisse dadurch erzielt werden, dass die vorderen
und hinteren Kettenräder
derart ausgewählt
werden, dass, für
eine gegebene Kombination von vorderen und hinteren Kettenrädern, die Änderung
des Übersetzungsverhältnis, die
sich ergibt, wenn von dem einen vorderen Kettenrad auf ein anderes
vordere Kettenrad umgeschaltet wird, im Wesentlichen ein ganzzahliges
Vielfaches der Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
ist, wenn von dem einen hinteren Kettenrad auf ein anderes hinteres
Kettenrad umgeschaltet wird. Bei der zuvor offenbarten Ausführungsform
beträgt
die Änderung
des Übersetzungsverhältnisses,
die sich ergibt, wenn von dem einen vorderen Kettenrad auf ein anderes
vorderes Kettenrad umgeschaltet wird, im Wesentlichen das Doppelte
der Änderung
des Übersetzungsverhältnisses,
wenn von dem einen hinteren Kettenrad auf ein anderes hinteres Kettenrad
geschaltet wird. Wenn ein Schaltbefehlsignal empfangen wird, das
nicht bewerkstelligt werden kann, beispielsweise ein Hochschaltbefehl,
wenn die Kette 66 momentan mit dem größten vorderen Kettenrad 62 und
dem kleinsten hinteren Kettenrad 56 in Eingriff ist, dann
kann der Tabellenspeicher 110 das System anweisen, einen
hörbaren
Alarm ertönen
zu lassen, der eine unzulässige
Aufforderung anzeigt. Bei einer derartigen Situation bleiben der
vordere Umwerfer 70 und der hintere Umwerfer 74 unbewegt.
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Es
kann erwünscht
sein, ein mehrfaches und rasch aufeinanderfolgendes Schalten des
vorderen Umwerfers 70, entweder manuell oder automatisch,
zu vermeiden, um übermäßige Gangwechselstöße auf den Fahrer
zu vermeiden. Die Gangschaltungssteuereinheit 90 beinhaltet
eine Verhinderungseinheit 111, um zu verhindern, dass dies
passiert. Im Allgemeinen kann die Verhinderungseinheit 111 eine
aufeinanderfolgende Betätigung
des vorderen Umwerfers 70 basierend auf vorbestimmten Zeitintervallen
oder anhand der Anzahl von Umdrehungen eines rotierenden Elementes,
wie beispielsweise den Kurbelarmen 59, verhindern. 4 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Operation des Verhinderungseinheit 111 darstellt.
Es sei angenommen, dass die Gangschaltsteuereinheit 90 den
vorderen Umwerfer 70 bei Schritt 200 betätigt. Die
Verhinderungseinheit 111 setzt ein Schaltverbot-Flag bei
Schritt 204, das eine weitere Erzeugung von TC-Signalen
zur Betätigung des
vorderen Umwerfers 70 verbietet. Es wird dann bei Schritt 208 geprüft, ob die
Gangschaltsteuereinheit 90 im automatischen Modus oder
im manuellen Modus arbeitet, wie dies durch Modusschalter 108 eingestellt
ist. Falls bestimmt wird, dass sich die Gangschaltsteuereinheit 90 im
automatischen Modus befindet, dann wird bei Schritt 212 überprüft, ob ein
vorbestimmtes Zeitintervall verstrichen ist, seit der vordere Umwerfer 70 das letzte
Mal betätigt
wurde. Bei dieser Ausführungsform
beträgt
das vorgeschriebene Zeitintervall 15 Sekunden. Falls das
vorbestimmte Zeitintervall verstrichen ist, dann setzt die Verhinderungseinheit 111 das
Schaltverbot-Flag bei Schritt 216 zurück, um das Verbot aufzuheben.
Wenn jedoch bei Schritt 212 ermittelt wird, dass das vorgeschriebene
Zeitintervall nicht verstrichen ist, dann wird bei Schritt 220 ermittelt,
ob eine erste vorgeschriebene Anzahl von Kurbelrotationssignalen
empfangen wurde, seit der vordere Umwerfer 70 das letzte
Mal betätigt
wurde. Bei dieser Ausführungsform
wird, bei Betrieb im automatischen Modus, an gestrebt, einen weiteren
Schaltvorgang des vorderen Umwerfers 70 für ca. 3,5
Umdrehungen der Kurbelarme 59 zu verbieten (aus Gründen, die
später
noch erläutert
werden), und daher ist die erste vorgeschriebene Anzahl von Kurbelrotationssignalen
auf 14 (3,5 × 4)
festgelegt. Falls die erste vorgeschriebene Anzahl von Kurbelrotationssignalen
empfangen wurde, dann setzt die Verhinderungseinheit 111 das
Schaltverbot-Flag bei Schritt 216 zurück. Andernfalls fährt die
Verarbeitung bei Schritt 222 fort.
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Falls
bei Schritt 208 bestimmt wird, dass die Gangschaltsteuereinheit 90 im
manuellen Modus arbeitet, dann wird bei Schritt 224 überprüft, ob eine
zweite vorgeschriebene Anzahl von Kurbelrotationssignalen empfangen
wurde, seit der vordere Umwerfer 70 das letzte Mal betätigt wurde.
Bei dieser Ausführungsform
wird, bei Betrieb im manuellen Modus, angestrebt, einen weiteren
Schaltvorgang des vorderen Umwerfers 70 für ungefähr eine
einzige Umdrehungen der Kurbelarme 59 zu verbieten (aus
Gründen,
die später
noch erläutert werden),
und daher ist die zweite vorgeschriebene Anzahl von Kurbelrotationssignalen
auf vier festgelegt. Falls die zweite vorgeschriebene Anzahl von
Kurbelrotationssignalen empfangen wurde, dann setzt die Verhinderungseinheit 111 das
Schaltverbot-Flag bei Schritt 216 zurück, und die Verarbeitung fährt bei
Schritt 222 fort.
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Bei
Schritt
222 wird geprüft,
ob das Schaltverbot-Flag zurückgesetzt
wurde. Falls dies der Fall ist, dann wird mit einer normalen Verarbeitung
bei Schritt
226 fortgefahren, und die Gangschaltsteuereinheit
90 betätigt den
vorderen Umwerfer
70 wie erforderlich. Falls jedoch bestimmt
wird, dass das Schaltverbot-Flag noch gesetzt ist, dann ist jegliches
Schalten des hinteren Umwerfers
74, das verwendet werden
kann, um den gewünschten
Gang zu erzielen, bei Schritt
228 zulässig, jedoch fährt die
Verarbeitung bei Schritt
208 fort. Mit anderen Worten ist
es bei dieser Ausführungsform
zu bevorzugen, dass der hintere Umwerfer die Übersetzungsverhältnisdifferenz
zwischen dem aktuell eingestellten Gang und dem gewünschten
Gang "absorbiert", sogar wenn dies
eine rasch aufeinanderfolgende Betätigung des hinteren Umwerfers
74 mit
sich bringt, anstatt dass eine rasch aufeinanderfolgende Betätigung des
vorderen Umwerfers
70 auftritt. Die Verhinderung hängt davon ab,
wie oft ein Bewegen des hinteren Umwerfers erforderlich sein kann
(dies wird empirisch bestimmt), von der Anzahl von Schalterleichterungsstrukturen
(wie beispielsweise im
US-Patent
Nr. 4,889,521 offenbart), die um jedes hintere Kettenrad
herum angeordnet sind, sowie von der aktuellen Kurbeldrehzahl. Deshalb
ist bei dieser Ausführungsform
bei Betrieb im automatischen Modus das Schaltverbot-Flag auf 3,5 Kurbelarmumdrehungen festgelegt,
jedoch auf lediglich eine einzige Kurbelarmumdrehung bei Betrieb
im manuellen Modus. Vermutlich beabsichtigt der Fahrer bei Betrieb
im manuellen Modus, eine größere Kontrolle über das
Schalten zu haben.
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Wenn
von einem manuellen Betriebsmodus in einen automatischen Betriebsmodus
gewechselt wird, ist es möglich,
dass sich der Gang, der automatisch gewählt werden würde, sich
vom aktuell gewählten
Gang stark unterscheidet. Dies könnte
auch zu einer rasch aufeinanderfolgenden Betätigung des vorderen Umwerfers 70 führen. Demgemäß könnten die
Lehren der Erfindung auf einen derartigen Moduswechsel angewandt werden,
wie durch Schritt 232 in 4 und die
nachfolgenden Schritte dargestellt. Somit können die zuvor angegebenen
erfinderischen Merkmale in vielen Anwendungen verwendet werden.
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Zwar
wurden zuvor verschiedene erfinderische Merkmale beschrieben, jedoch
können
weitere Modifikationen verwendet werden, ohne vom Schutzumfang der
Erfindung abzuweichen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert
ist. Beispielsweise können
Verhinderungen auf der Zeit allein oder auf irgendwelchen weiteren
Faktoren, wie beispielsweise der Herzfrequenz des Fahrers, der Fahrradgeschwindigkeit
etc. basieren. Größe, Form,
Ort und Orientierung der verschiedenen Bauelemente können nach
Wunsch verändert
werden. Die Funktionen eines Einzelelementes können von zwei Elementen ausgeführt werden,
und umgekehrt.