DE69129656T2

DE69129656T2 - Elektronisches steuersystem für das getriebe eines fahrrads

Info

Publication number: DE69129656T2
Application number: DE69129656T
Authority: DE
Inventors: Stephen West Roxbury Ma 02132 Bellio; Gerald P. Jamaica Plain Ma 02130 Eidelman
Original assignee: E B T
Current assignee: E B T
Priority date: 1990-05-08
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2011-05-01
Also published as: EP0527864A4; JPH10511621A; US5538477A; CA2082401A1; US5356348A; ATE167650T1; US5728017A; US5059158A; DE69129656D1; EP0527864A1; EP0527864B1; WO1991017078A1; US5569104A; CA2082401C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebesteuersystem für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug mit einem Treibkrafteingabemittel, wobei das System ein Kadenzbestimmungsmittel umfasst, um eine Betriebskadenz des Treibkrafteingabemittels zu bestimmen, ein Getriebeeinstellungsbetätigungsmittel und ein Verarbeitungsmittel, die auf das Kadenzbestimmungsmittel reagieren, um das Getriebeeinstellungsbetätigungsmittel zu betreiben, wenn die bestimmte Kadenz außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, um die bestimmte Kadenz in den vorbestimmten Bereich zu bringen. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren, um das Getriebe eines von einem Menschen angetriebenen Fahrzeugs automatisch zu steuern, das umfasst, eine Betriebskadenz von einem Treibkrafteingabemittel zu bestimmen, und, falls die Kadenz außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, ein Getriebeeinstellungsbetätigungsmittel zu betreiben, um das Getriebe einzustellen, um die Kadenz in den vorbestimmten Bereich zu bringen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Eichen eines Vielgeschwindigkeitsgetriebesystems für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug.
Radfahren ist am wirkungsvollsten, wenn der Fahrer eine konstante Kurbeldrehzahl pro Minute aufrechterhält, auch wenn sich die Fahrradgeschwindigkeit ändert oder das Gelände ändert, über das das Fahrrad fährt. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck "Kadenz" die Zahl der Kurbelumdrehungen pro Minute oder eine andere zyklische Messung der Fahreraktivität. Ein Fahrer wünscht im allgemeinen eine Kadenz aufrechtzuerhalten, die zu seinen körperlichen Fähigkeiten paßt.
Bei konventionellen Vielgangfahrrädern wie denen vom "Zehngang"-Typ wechselt der Fahrer die Gänge manuell als Funktion der Fahrradgeschwindigkeit und der Schwierigkeit des Geländes, um eine komfortable Kadenz bzw. Sollkadenz aufrechtzuerhalten. Um dies zu erreichen, muß der Fahrer jedoch fortlaufend prüfen, was seine derzeitige Kadenz ist, und dann passend schalten, um die bevorzugte Kadenz aufrechtzuerhalten. Dieser Prozess kann sehr anfällig sein und ist folglich uneffizient und ungenau. Der Fahrer muß seine Kadenz bewußt verfolgen und passend schalten, was ihn ablenken kann und die Fahrersicherheit ungünstig beein flussen kann. Zum Beispiel wissen viele Radfahrer nicht einmal, wie die Schalthebel an einem Vielgangfahrrad zu bewegen sind, um ihre Kadenz zu vergrößern oder zu verkleinern, während es manche Fahrer schwierig finden, die Balance zu halten, während sie zu schalten versuchen, da sie mit einer Hand lenken müssen, während sie den oder die Schalthebel mit der anderen Hand bewegen. Bei Vielgangfahrrädern muß der Fahrer außerdem bei jeder Stellungsänderung des hinteren Umwerfers eine kleine Einstellung an der Stellung des vorderen Umwerfers vornehmen, um den sich ändernden Kettenwinkel zwischen den hinteren Kettenrädern und den vorderen Kettenkränzen auszugleichen, wenn verschiedene Gänge ausgewählt werden.
Im Stand der Technik hat man mehrere Systeme benutzt, die die Aufgabe zum Schalten der Gänge zu automatisieren versuchen. Ein Beispiel für automatische Gangschaltungssysteme nach dem Stand der Technik ist das Bike-O-Matic-Getriebe, hergestellt von der Fa. Bike-O-Matic in Eagleville, Pennsylvania. Bei dem Bike- O-Matic-System wird die Kettenspannung aufgrund der Tretleistung des Fahrers zur Steuerung des Schaltens benutzt. Hohe Kettenspannung läßt den Umwerfer in einen niedrigeren Gang schalten, während eine niedrigere Kettenspannung den Umwerfer in einen höheren Gang schalten läßt. Schalten in einen niedrigeren Gang vergrößert wirksam die Kadenz des Fahrers, während Schalten in einen höheren Gang wirksam die Kadenz des Fahrers verkleinert. Ein Problem bei dem Bike-O- Matic-Getriebe ist, dass es ein mechanisches System ist, das auf Kettenspannung beruht. Während des Übergangs von einem Gang zu anderen gibt es eine relativ langsame Betätigung des Umwerfers. Diese langsame Betätigung resultiert in einer übermäßigen Reibung, die durch Reiben zwischen der Kette, dem Umwerfer und den Kettenrädern verursacht wird und die den Fahrerwirkungsgrad herabsetzt. Außerdem positioniert der Mechanismus den Umwerfer beim Schalten nicht in einer Linie mit den Kettenrädern, wie es bei manuellem Schalten der Fall ist. Das System bewegt den Umwerfer kontinuierlich und nicht diskret als Funktion der Kettenspannung. Folglich liegt die Stellung, in der der Umwerfer bei einem gegebenen Wert der Kettenspannung anhält, möglicherweise nicht wirklich in einer Linie mit einem bestimmten Kettenrad am Fahrrad.
Da das Bike-O-Matic-System auf Kettenspannung beruht, hilft es außerdem dem Fahrer nicht, seine bevorzugte Kadenz aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel würde man bei Fahrrädern mit mehreren vorderen Kettenkränzen verschiedener Größen eine viel größere Pedalkraft benötigen, um die gleiche Kettenspannung aufrechtzuerhalten, wenn der Fahrer einen größeren Kettenkranz benutzt, als bei einem kleineren Kettenkranz. Dies liegt daran, dass das Drehmoment des größeren Kettenkranzes größer ist. Die Verwendung der Kettenspannung zur Steuerung der Gangschaltung kann daher Schalten in unpassenden Zeitpunkten verursachen, so dass es tatsächlich Zeitpunkte geben kann, in denen das System die Gänge schaltet, wenn der Fahrer dies nicht wünscht.
Ein weiteres Beispiel für automatische Fahrradgetriebe nach dem Stand der Technik ist das "Browning Electronic Acushift Transmission", hergestellt von SunTour. Das Browning-Getriebe schaltet die Kette unter Verwendung von schwenkbaren Kettenkranzteilen. Eine Einschränkung des Browning Getriebes ist, dass es nur für die vorderen Kettenkränze eines Fahrrads konstruiert ist. Außerdem verwendet das Browning-Getriebe keinen Umwerfer, sondern einen speziellen Satz von Kettenkränzen und elektrische Steuerungen. Folglich ist es schwierig, Vielgangfahrräder die konventionelle Umschalter und Kettenkränze verwenden, mit diesem System nachzurüsten.
Ein weiteres Beispiel für ein Fahrrad-Automatikgetriebe ist in der US-A-4490127 offenbart.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug wie ein Fahrrad zu schaffen, das die Gangschaltung steuert, um eine Kadenz innerhalb vorbestimmter Grenzen zu halten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem für ein Fahrrad zu schaffen, das eine Kadenz über einen weiten Bereich von Fahrradgeschwindigkeiten und Fahrrad-Übersetzungsverhältnissen innerhalb vorbestimmter Grenzen hält.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem für ein Fahrrad zu schaffen, das die Gangschaltung automatisch steuert, um eine Kadenz innerhalb vorbestimmter Grenzen zu halten, um den Wirkungsgrad und die Sicherheit des Fahrers zu verbessern.
Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem für ein Fahrrad zu schaffen, das die Gangschaltung automatisch steuert und mit dem ein breites Spektrum von konventionellen Vielgangfahrrädern, die konventionelle Gangschaltungssysteme verwenden, nachrüstbar ist.
Ein Getriebesteuersystem für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kadenzbestimmungsmittel eine theoretische Kadenz auf Grundlage der gemessenen Straßengeschwindigkeit des Fahrzeugs und dem derzeitig ausgewählten Übersetzungsverhältnis berechnet, und dass das Verarbeitungsmittel darauf reagiert, dass die bestimmte Kadenz außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, um eine Getriebeschaltung herzustellen, um die Kadenz auf innerhalb den vorbestimmten Bereich zurückzugeben, indem ein Betätigungsmittelsollwert von einem Satz von Betätigungsmittelsollwerten abgelesen wird, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen sortiert sind, und das Betätigungsmittel auf Grundlage des abgelesenen Sollwerts zu betreiben.
Vorzugsweise wird der Betätigungsmittelsollwert von dem Satz von Betätigungsmittelsollwerten ausgewählt, die auf dem derzeitig ausgewählten Übersetzungsverhältnis und der bestimmten Kadenz beruhen, wobei das Betätigungsmittel auf Grundlage des ausgewählten Sollwerts betrieben wird, um das derzeitig ausgewählte Übersetzungsverhältnis zu ändern.
Vorzugsweise wird die Straßengeschwindigkeit mittels eines magnetischen zungenartigen Messfühlers gemessen.
Vorzugsweise schliesst das Betätigungsmittel ein Motormittel ein.
Vorzugsweise umfasst das Verarbeitungsmittel eine digitale Datenverarbeitungseinheit.
Vorzugsweise kann in den Speicher neu eingeschrieben werden. In diesem Fall wird bevorzugt, dass das Verarbeitungsmittel in einem Eichungsmodus betrieben werden kann, um den Satz von Betätigungsmittelsollwerten festzusetzen und sie in dem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen zu speichern, wobei das Verarbeitungsmittel die Übersetzungsverhältnisse auf Grundlage der gemessenen Treibkrafteingabemittelkadenz und der gemessenen angetriebenen Radgeschwindigkeit bestimmt.
Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Fall anwendbar, dass ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug erste und zweite Umwerferräderwerke hat, die durch eine Endloskette gekoppelt sind. In diesem Fall wird ein weiteres Getriebeschaltungsbetätigungsmittel vorgesehen, und ein Steuersystem wie oben angegeben wird so angeordnet, dass das Verarbeitungsmittel darauf reagiert, dass die bestimmte Kadenz außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, indem ein Paar von Betätigungsmittelsollwerten von einem Satz von Betätigungsmittelsollwerten abgelesen wird, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen sortiert sind, und die Betätigungsmittel auf Grundlage der abgelesenen Sollwerte zu betreiben, um jeweils die ersten und zweiten Umwerferräderwerke zu betreiben, um eine Gangschaltung zu bewirken. Vorzugsweise kann das Verarbeitungsmittel betrieben werden, um den Umwerfer des ersten oder zweiten Umwerferräderwerks in eine Überschreitungsstellung zu bringen.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung einer Kadenz umfasst, eine theoretische Kadenz auf Grundlage der gemessenen Straßengeschwindigkeit des Fahrzeugs und des derzeitig ausgewählten Übersetzungsverhältnisses zu berechnen, und dadurch dass, wenn die Kadenz außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, einen Betätigungsmittelsollwert von einem Satz von Betätigungsmittelsollwerten abzulesen, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen in Abhängigkeit von dem Schaltungs wert sortiert sind, und das Betätigungsmittel auf Grundlage des abgelesenen Sollwerts zu betreiben, um die Kadenz dabei auf innerhalb des vorbestimmten Bereichs zurückzugeben.
Vorzugsweise wird ein erster Schaltungswert hergestellt, wenn die bestimmte Kadenz unter einer unteren vorbestimmten Grenze ist, und ein zweiter Schaltungswert hergestellt, wenn die bestimmte Kadenz über einer oberen vorbestimmten Grenze ist.
Bei der Anwendung auf ein Getriebe mit zwei Umwerfern wird bevorzugt, daß ein weiterer Betätigungsmittelsollwert von einem weiteren Satz von Betätigungsmittelsollwerten ausgewählt wird, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen in Abhängigkeit von dem Schaltungswert sortiert sind, und ein weiteres Betätigungsmittel auf Grundlage des weiteren Sollwerts betrieben wird, um dabei erste und zweite Umwerferräderwerke zu betreiben, die von einer Endloskette gekoppelt sind.
Vorzugsweise umfasst so ein Verfahren, das oder jedes Betätigungsmittel zu betreiben, dass es seinen Sollwert momentan überschreitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Eichen eines Vielgeschwindigkeitsgetriebesystems für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug geschaffen, das umfasst, eine Kadenz des Treibkrafteingabemittels und eine entsprechende Straßengeschwindigkeit in jedem Gang zu bestimmen, das Übersetzungsverhältnis für jeden Gang aus der bestimmten Kadenz und der Straßengeschwindigkeit zu bestimmen, entsprechende Getriebeschaltungsbetätigungsmittelsollwerte zu bestimmen, die Sollwerte nach den entsprechenden Übersetzungsverhältnissen zu sortieren, und die sortierten Getriebeschaltungsbetätigungsmittelsollwerte zusammen mit den zugeordneten Übersetzungsverhältnissen in einem Speicher zu speichern.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, worin:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads mit einer daran montierten ersten Ausführungsform des elektronischen Getriebesteuersystems der vorliegenden Erfindung,
Fig. 1A ist eine Teil-Stirnansicht in der Richtung der Linie 1A-1A in Fig. 1, die die Bewegung des hinteren Umwerfers während Gangschaltvorgängen darstellt,
Fig. 2 ist eine detailliertere Seitenansicht des Fahrrads und Getriebesteuersystems von Fig. 1,
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht des Fahrrads und elektronischen Getriebesteuersystems von Fig. 1,
Fig. 4 ist eine detailliertere Perspektivansicht des Fahrrads und elektronischen Getriebesteuersystems von Fig. 3,
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und 2, die die im Fahrrad-Getriebesteuersystem von Fig. 1 benutzten Schaltarme und Gangstellungssensoren oder -meßfühler zeigt,
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf das im Fahrrad-Getriebesteuersystem von Fig. 1 benutzte Steuermodul,
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die vom elektronischen Fahrrad-Getriebesteuersystem von Fig. 1 im Eichungsmodus für den vorderen Umwerfer durchgeführten Verarbeitungsschritte darstellt,
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die vom elektronischen Fahrrad-Getriebesteuersystem von Fig. 1 im Eichungsmodus für den hinteren Umwerfer durchgeführten Verarbeitungsschritte darstellt,
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das die vom elektronischen Fahrrad-Getriebesteuersystem von Fig. 1 im halbautomatischen Modus durchgeführten Verarbeitungsschritte darstellt,
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das die vom elektronischen Fahrrad-Getriebesteuersystem von Fig. 1 im vollautomatischen Modus durchgeführten Verarbeitungsschritte darstellt,
Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads mit einer daran montierten alternativen Ausführungsform des in Fig. 1-10 dargestellten elektronischen Getriebe steuersystems,
Fig. 12 ist eine Perspektivansicht des Fahrrads und elektronischen Getriebesteuersystems von Fig. 11, und
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 13-13 in Fig. 11 und 12 des in der alternativen Ausführungsform der Erfindung von Fig. 11 und 12 benutzten Linear-Betätigungsmittels.
Nur zu Erläuterungszwecken und nicht zur Beschränkung der Allgemeinheit wird die vorliegende Erfindung nun unter Bezugnahme auf ihre Verwendung an einem Fahrrad vom "Zehngang"-Typ beschrieben. Der Fachmann erkennt jedoch, dass die vorliegende Erfindung auf eine große Vielfalt von Vielgangfahrrädern und außerdem auf eine Vielfalt von menschenkraftangetriebenen Fahrzeugen anwendbar und daran nachrüstbar ist. In den Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es wird nun auf Fig. 1-6 Bezug genommen, die das an einem konventionellen Zehngang-Fahrrad 20 montierte oder nachgerüstete elektronische Getriebesteuersystem der vorliegenden Erfindung darstellen. Ein typisches Fahrrad 20 enthält einen Rahmen 300 mit einem Kopfrohr 302, einem Abwärtsrohr 18, einem Sitzrohr 40, Sitzstreben 304 und Kettenstreben 306. Am fernen Ende des Sitzrohrs 40 ist ein Sitz 308 befestigt. Auf dem Kopfrohr 302 ist eine Lenkstange 80 angebracht. Ein Vorderrad 310 ist drehbar an einer Vordergabel 312 angebracht, die wiederum durch das Kopfrohr 302 hindurch mit der Lenkstange 80 verbunden ist. Ein Hinterrad 314 ist drehbar an den Sitzstreben 304 und Kettenstreben 306 angebracht. Das Fahrrad 20 enthält außerdem hintere Kettenräder 316, einen hinteren Umwerfer 318, vordere Kettenkränze 320, einen vorderen Umwerfer 321, Kurbeln und Pedale 322 und eine Kette 324 zur Übertragung der vom Fahrer erzeugten Drehkraft von den vorderen Kettenkränzen 320 auf die hinteren Kettenräder 316. Der Klarheit halber sind diese konventionellen Bauteile aus Fig. 2-6 weggelassen, der Fachmann erkennt aber, dass sie natürlich Teil des Fahrrads 20 sind.
Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung, mit dem das Fahrrad 20 nach gerüstet ist, enthält Schaltarme 10 und 12, die dazu dienen, den hinteren bzw. den vorderen Umwerfer zu bewegen. Die Schaltarme 10 und 12 schwenken um Schaltarmstellungssensoren 14 und 16, die wiederum am Abwärtsrohr 18 des Fahrrads 20 festgeklemmt sind. Mit den Schaltarmen 10 und 12 sind jeweils Betätigungsmittel 22, 24 verbunden, zum Verändern der Stellung der Schaltarme 10 und 12, um den Gangwechselbetrieb zu bewirken.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem einen Kadenzsensor oder -meßfühler 26, der die aktuelle Kadenz des Fahrers mißt. Der Kadenzsensor 26 kann einer aus einer Vielfalt von im Handel erhältlichen Typen sein, etwa ein Sensor vom magnetischen, optischen oder mechanischen Typ. Ein bevorzugter Sensor oder Meßfühler ist einer, der einen magnetischen Zungenschalter verwendet. Dieser Sensortyp benutzt einen an einer der Fahrradkurbeln angebrachten Magneten und ein am Fahrradrahmen angebrachtes Schaltelement. Während jeder Umdrehung der Kurbel bewirkt der am Schaltelement vorbeilaufende Magnet, dass ein digitaler Impuls erzeugt wird. Die Erfindung umfasst außerdem einen Radsensor 28, der dazu dient, die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute oder UPM) des Treibrads 30 (und somit die Geschwindigkeit) des Fahrrads zu messen. Der Radsensor 28 kann einer aus einer Vielfalt von im Handel erhältlichen Typen sein, etwa ein Sensor vom magnetischen, optischen oder mechanischen Typ. Ein bevorzugter Sensor ist einer, der einen magnetischen Zungenschalter verwendet und auf die gleiche Weise wie der Kadenzsensor arbeitet.
Die von dem Radsensor 28, dem Kadenzsensor 26 und den Gangstellungssensoren 14, 16 gelieferten Daten werden einer Datenverarbeitungseinheit 32 zugeführt, die Berechnungen zur Bestimmung der Kadenz durchführt, den Fahrer alarmiert, wenn ein Gangwechsel zweckmäßig ist, und verschiedene andere Steuerfunktionen durchführt, die später detaillierter zu erörtern sind. Die Datenverarbeitungseinheit 32 empfängt außerdem Eingaben von Lenkstangenschaltern 34 und 36, die der Fahrer bei der Eichung verwendet und um das System anzuweisen, ein Hochschalten oder ein Herunterschalten durchzuführen. Die Lenkstangenschalter 34 und 36 sind konventionelle Vorrichtungen vom magnetischen, optischen oder me chanischen Typ. Ein bevorzugter Schalter ist ein mechanischer Momentschalter. Die Datenverarbeitungseinheit 32 empfängt Daten von dem Kadenzsensor 26, dem Radsensor 28 und den Lenkstangenschaltern 34 und 36 über Verbindungen 27, 29, 35 bzw. 37. Diese Verbindungen können konventionelle Drähte, Lichtwellenleiter, drahtlose Sende-/Empfangsmittel oder andere Mittel sein, je nach dem benutzten Typ von Schalter oder Sensor. Die Datenverarbeitungseinheit 32 sendet außerdem Steuersignale über Verbindungen 21, 23, die konventionelle Drähte, Lichtwellenleiter, drahtlose Sende-/Empfangsmittel oder andere geeignete Mittel sein können, an die Betätigungsmittel 22, 24.
Die Nachrüstbarkeit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird verbessert, da der gesamte Betätigungs- und Gangstellungssensormechanismus einschließlich der Betätigungsmittel 22, 24, der Schaltarme 10, 12 und der Stellungssensoren 14, 16 an nur zwei Punkten am Fahrradrahmen festgeklemmt wird. Die Enden der Betätigungsmittel 22, 24 sind mittels einer Klemmvorrichtung 42 an einem Drehpunkt 44 am Fahrradsitzrohr 40 festgehalten. Die Stellungssensoren 14, 16 sind mittels Schellen 92, 94 am Abwärtsrohr 18 festgeklemmt, wie in Fig. 5 dargestellt, wobei die Schellen mittels Bolzen, die durch in Vorsprünge 96 gebohrte Löcher und Muttern zum Festhalten der Bolzen hindurchgehen, am Abwärtsrohr 18 festgeklemmt sein können. Der Kadenzsensor 26, der Radsensor 28, die Datenverarbeitungseinheit 32 und die Lenkstangenschalter 34, 36 können mittels konventioneller Klemmmittel leicht am Fahrrad 20 befestigt werden, was eine schnelle Montage der vorliegenden Erfindung an einem konventionellen Fahrradrahmen ermöglicht. Der Fachmann erkennt, dass man einen Fahrradrahmen mit der vorliegenden Erfindung nachrüsten kann, ohne das Fahrrad zu zerlegen oder irgendwelche Hauptbestandteile des Fahrrads zu entfernen.
Wie insbesondere in Fig. 3 und 4 gezeigt, sind die Betätigungsmittel 22 und 24 außerdem im wesentlichen parallel zum Sitzrohr 40 sowie nahe beieinander und an dem Sitzrohr angebracht, um Störungen der Fahrerbeine während des Pedalierens zu vermeiden. Die Betätigungsmittel 22 und 24 können irgendeine elektromechanische Vorrichtung sein, die die zur Durchführung von schnellen und präzisen Gang wechseln erforderliche Bewegung der Schaltarme 10 und 12 erzeugt.
In einer ersten Ausführungsform enthält jeder Aktuator 22, 24 einen Motor, der zum Beispiel ein Gleichstrom-Getriebemotor sein kann, und ein Batteriepack, das die für die Motoren notwendige Leistung liefert. Die Betätigungsmittel 22 und 24 umfassen außerdem drehbare rohrförmige Teile 46, 48, die sich im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn drehen, wenn sie von dem im Inneren der Betätigungsmittel 22, 24 untergebrachten Motoren angetrieben werden. Zwei Gewindestangen 50, 52 erstrecken sich in die rohrförmigen drehbaren Teile 46, 48 hinein, die Innengewinde haben, die in die Gewindestangen 50, 52 eingreifen. Die Gewindestangen 50, 52 sind mit Schellen 54, 56 verbunden, und die Schellen 54, 56 sind an Drehpunkten 58, 60 mit den Schaltarmen 10, 12 verbunden. Die Schaltarme 10 und 12 sind so konstruiert, dass sie Festigkeit aufweisen, während gleichzeitig irgendwelche Störungen des konventionellen Betriebs der Kurbel und der Kettenkränze des Fahrrads vermieden werden. In einer ersten Ausführungsform sind die Schaltarme 10 und 12 aus dreieckförmigen ebenen Stücken aus einem Material wie Aluminium oder Stahl geformte Kniehebel.
Schaltsteuerseile 62, 64, die die Stellung der vorderen und hinteren Umwerfer steuern (im Falle vom manuellem Schalten mittels am Abwärtsrohr oder der Lenkstange des Fahrrads angebrachten Schalthebeln 358), laufen zwischen den Schaltarmen 10, 12 und den Schellen 92 und 94 hindurch, wie in Fig. 2 und 5 gezeigt, und haben Kontakt mit Betätigungspunkten 66, 68.
Die Stellungssensoren 14, 16 sind in den Schellen 92, 94 enthalten, wie insbesondere in Fig. 5 gezeigt. Die Schaltseile 62, 64 laufen über schräge Seilführungen 98 bzw. 100. Die schrägen Seilführungen 98, 100, die Stellungssensoren 14, 16 und die Schaltarmschellen 10, 12 sind alle koaxial um Drehpunkte 102 bzw. 104 herum angeordnet. Die schrägen Seilführungen 98, 100 sind an den Schellen 92, 94 befestigt. Arme A14 und A16 sind so an den Schaltarmen 10, 12 und den Stellungssensoren 14, 16 befestigt, dass eine Drehung der Schaltarme 10, 12 bewirkt, dass die Stellungssensoren die Stellung der Schaltarme 10 und 12 anzeigen, die wiederum die Stellung der hinteren und vorderen Umwerfer des Fahrrads anzeigen. Die Stellungssensoren 14, 16 können solche aus einer Vielfalt von im Handel erhältlichen optischen oder mechanischen Sensoren sein, etwa Codierer. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Stellungssensoren Potentiometer, und die Schaltarme 10, 12 sind mittels der Arme A14 und A16 mit dem Schleifarm der Potentiometer verbunden. Der mit der Bewegung der Schaltarme 10, 12 veränderliche Widerstand der Potentiometer wird benutzt, um die Stellungen der hinteren und vorderen Umwerfer abzufühlen. Die von den Stellungssensoren 14, 16 gemessene Stellung der Schaltarme 10, 12 (und die resultierende Stellung der hinteren und vorderen Umwerfer) wird über Verbindungen 14B, 16B an die Datenverarbeitungseinheit 32 übertragen, zur Verwendung bei der Steuerung der Fahrradgangschaltung. Die Stellungssensoren 14, 16 werden zur Schaffung einer Regelung der Stellungen der vorderen und hinteren Umwerfer verwendet.
Im Betrieb des elektronischen Getriebesteuersystems drehen die Betätigungsmittel 22, 24 unter der Steuerung der Datenverarbeitungseinheit 32 die rohrförmigen Teile 46, 48 wie zum Beispiel das Futter eines elektrischen Bohrers gedreht wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, bewirkt diese Drehung, dass die Gewindestangen 50, 52 in den durch Pfeile 53A und 53B angezeigten Richtungen bewegt werden. Die Bewegung der Gewindestangen 50, 52 bewirkt, dass die Schaltarme 10, 12 die Betätigungspunkte 66, 68 in einem Bogen entlang einer Linie 72 bewegen. Die Schaltseile 62, 64 werden daher zwischen ihren Ruhestellungen parallel zum Abwärtsrohr 18 und der mit gestrichelten Linien 74, 76 angezeigten Stellung bewegt. Die Schaltseile 62, 64 werden durch Rückstellfederspannung in den vorderen und hinteren Umwerfern gegen die Betätigungspunkte 66, 68 gehalten.
Fig. 1A, auf die Bezug genommen wird, ist eine teilweise Stirnansicht in Richtung der Linie 1-1 in Fig. 1. Die hinteren Kettenräder umfassen Kettenräder 316A-316E. Der hintere Umwerfer 318 umfasst Drehpunkte 360, 362 und 334. Eine Rückstellfeder 350 erzeugt Federspannung, die den Umwerfer 318 konstant in eine Stellung drückt, in der die Umwerferräder 352 und 354 mit dem hinteren Kettenrad 316E in einer Linie sind. Der hintere Umwerfer 318 ist wirksam in Richtung auf das Auswahlrad 316E vorgespannt.
Wenn das rohrfömige Teil 46 gedreht wird, so dass die Gewindestange 54 in Richtung des Pfeils 53B bewegt wird, bewegt der Schaltarm 10 den Betätigungspunkt 66 in einem Bogen entlang der Linie 72 in Richtung der Stellung 74 des Schaltseils 62. Da das Schaltseil 62 an einem Ende mit den Hand-Schalthebeln 358 am Fahrrad verankert ist, zieht die Bewegung des Betätigungspunkts 66 das Schaltseil in eine mit einem Pfeil 62A angezeigte Richtung. Das andere Ende des Schaltseils 62 läuft durch ein Schaltseilgehäuse 356 und ist am Punkt 358 am hinteren Umwerfer verankert. Wenn daher das Schaltseil 62 durch den Betätigungspunkt 66 in Richtung des Pfeils 62A gezogen wird, wird der hintere Umwerfer 318 entlang einer mit dem Pfeil 318A angezeigten Richtung bewegt, um eines der hinteren Kettenräder 316A-316D auszuwählen. Dieser Vorgang kann sich fortsetzen, bis der Betätigungspunkt 66 das Schaltseil 62 in die mit einer gestrichelten Linie 74 angezeigte Stellung bewegt hat, wie insbesondere in Fig. 2 dargestellt. In diesem Fall ist der hintere Umwerfer 318 auf das hintere Kettenrad 316A ausgerichtet. Aus dieser Stellung wird der Betätigungspunkt 66 entlang des Bogens 72 bewegt, wenn die Gewindestange 54 durch die Drehung des rohrförmigen Teils 46 in einer Richtung entlang des Pfeils 53A bewegt wird, so dass sich das Schaltseil 62 entlang einer durch einen Pfeil 62B angezeigten Richtung bewegt, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Rückstellfeder 350 bewegt daher den hinteren Umwerfer 318 entlang einer mit einem Pfeil 318B angezeigten Richtung, wie in Fig. 1A gezeigt, um die Kette 324 vom hinteren Kettenrad 316A auf eines der anderen hinteren Kettenräder 316D- 316E zu bewegen.
Das elektronische Getriebesteuersystem der vorliegenden Erfindung speichert die korrekten Stellungen für den hinteren Umwerfer, wie vom Fahrer in der Datenverarbeitungseinheit 32 programmiert. Das System bewegt nur den hinteren Umwerfer 318 in diskreten Schritten gleich dem seitlichen Abstand zwischen den hinteren Kettenrädern 316E-316E. Daher bleibt die Kette nicht zwischen irgendwelchen hinteren Kettenrädern hängen, wie es bei verschiedenen bekannten Systemen vorkommen kann. Die Schaltvorgänge wurden zwar in bezug auf ihre Verwendung bei der Steuerung des hinteren Umwerfers eines Fahrrads beschrieben, der Fachmann erkennt aber, dass ein konventioneller vorderer Umwerfer 321 wie in Fig. 1 dargestellt auf die gleiche Weise unter Verwendung eines Betätigungsmittels 24, eines Drehteils 48, einer Gewindestange 56, eines Schaltarms 12 und eines auf ein Schaltseil 64 wirkenden Betätigungspunkts 68 gesteuert wird. Außerdem wird der vordere Umwerfer wie der hintere Umwerfer nur in diskreten Schritten gleich dem seitlichen Abstand zwischen den vorderen Kettenkränzen bewegt. Wenn sich daher die Schaltarme 10, 12 entlang des durch die Linie 72 definierten Bogens bewegen, steuern die Schaltseile 62, 64 die Stellung des hinteren bzw. vorderen Umwerfers, um ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis auszuwählen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei Auswahl eines manuellen Modus der Lenkstangenschalter 34 benutzt, um die Datenverarbeitungseinheit 32 anzuweisen, in den nächst höheren Gang hochzuschalten, um das Übersetzungsverhältnis zu verkleinern (und die Kadenz des Fahrers zu vergrößern), während der Lenkstangenschalter 36 benutzt wird, um die Datenverarbeitungseinheit 32 anzuweisen, in den nächst niedrigeren Gang herunterzuschalten, um das Übersetzungsverhältnis zu vergrößern (und die Kadenz des Fahrers zu verkleinern). Jedesmal wenn der Lenkstangenschalter 36 vom Fahrer betätigt wird, schaltet das System einen Gang herunter. Jedesmal wenn der Lenkstangenschalter 34 vom Fahrer betätigt wird, schaltet das System einen Gang hoch.
Die Datenverarbeitungseinheit 32 ist mittels einer Schelle 84 an der Lenkstange 80 festgeklemmt. Wie in Fig. 6 gezeigt, hat die Datenverarbeitungseinheit 32 verschiedene Steuerschalter zur Steuerung des elektronischen Fahrrad-Getriebesteuersystems. Die Datenverarbeitungseinheit 32 enthält einen Mikroprozessor, einen Speicher zum Speichern von Schaltprogrammen sowie vom Benutzer eingegebenen Daten und Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung der Daten von den Stellungssensoren 14, 16 in eine Form, die vom Mikroprozessor verarbeitet werden kann. Die Datenverarbeitungseinheit 32 ist außerdem mit dem Kadenzsensor 26, dem Radsensor 28 und den Lenkstangenschaltern 34, 36 verbunden und empfängt Daten davon. Die Datenverarbeitungseinheit 32 enthält außerdem eine Anzeige 82, die zum Beispiel eine Anzeige vom Flüssigkristall- oder Vakuumfluoreszenz-Typ sein kann. Die Anzeige 82 dient dazu, dem Fahrer eine Sichtanzeige von verschiedenen Parametern zu geben, wie die Kadenz des Fahrers, das derzeitige Übersetzungsverhältnis, die derzeitige Fahrradgeschwindigkeit, die verstrichene Zeit etc..
Der Modusschalter 86 dient zum zyklischen Umschalten der Datenverarbeitungseinheit 32 zwischen ihren verschiedenen Betriebsmodi, wie vom Fahrer ausgewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das elektronische Getriebesteuersystem fünf Betriebsmodi: vordere Eichung, hintere Eichung, manuell, halbautomatisch und vollautomatisch. Der Fahrer drückt den Modusschalter 86, um die fünf Betriebsmodi schrittweise zu durchlaufen und den bestimmten gewünschten Betriebsmodus auszuwählen. Anzeigemittel 88, die zum Beispiel Leuchtdioden sein können, geben eine Sichtanzeige, welcher Betriebsmodus ausgewählt worden ist. Ein Einstellschalter 90 dient zum Eingeben von verschiedenen Parametern in den Speicher der Datenverarbeitungseinheit 32.
Es wird nun auf Fig. 11-13 Bezug genommen, die eine alternative mechanische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Diese alternative Ausführungsform kann sowohl nachgerüstet als auch während des Herstellungsprozesses in ein Fahrrad eingebaut werden.
In der in Fig. 11-13 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die schwenkbaren Schaltarme und Betätigungsmittel durch Linear-Betätigungsmittel ersetzt, die die Umwerferseile direkt steuern. Für jeden zu steuernden Umwerfer ist ein Linear-Betätigungsmittel vorgesehen. Ein Linear-Betätigungsmittel 400 steuert den hinteren Umwerfer 318, und ein Linear-Betätigungsmittel 402 steuert den vorderen Umwerfer 321. Die Linear-Betätigungsmittel 400 und 402 können mit geeigneten konventionellen Mitteln am Fahrradrahmen befestigt werden, etwa mit Schellen, Bolzen und Muttern, wie sie zur Befestigung der Betätigungsmittel 22 und 24 am Fahrradrahmen verwendet werden. Die Linear-Betätigungsmittel 400, 402 empfangen von der Datenverarbeitungseinheit 32 über Verbindungen 21, 23 Steuersignale. Die Linear-Betätigungsmittel 400, 402 können ein Batteriepack ent halten, das die notwendige Leistung für die Betätigungsmotoren liefert. Wenn die alternative Ausführungsform verwendet wird, können die Schalthebel 358 am Fahrrad entfallen. Das Linear-Betätigungsmittel 400 ist nahe am hinteren Umwerfer 318 angebracht, während das Linear-Betätigungsmittel 402 nahe am vorderen Umwerfer 321 angebracht ist. Die Schaltseile 62 und 64 können somit beträchtlich verkürzt werden.
Es wird nun auf Fig. 13 Bezug genommen, die ein Querschnitt entlang Linien 13- 13 des Linear-Betätigungsmittels 400 ist, das zur Steuerung der Stellung des hinteren Umwerfers benutzt wird. Der Fachmann erkennt jedoch, dass die Beschreibung und der Betrieb des Linear-Betätigungsmittels 402 die gleiche wie für das Linear-Betätigungsmittel 400 ist. Das Linear-Betätigungsmittel 400 enthält ein Gehäuse 404, das einen Gleichstromgetriebemotor 406 enthält, der nach dem gleichen Prinzip wie der in den Betätigungsmitteln 22, 24 benutzte Getriebemotor arbeitet. Der Getriebemotor 406 treibt je nach der gewünschten Bewegungsrichtung des hinteren Umwerfers 318 eine Verstellschraubenspindel 408 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn an. Das Linear-Betätigungsmittel 400 enthält außerdem einen Seilgreifer 410. Der Seilgreifer 410 kann ein rohrförmiges Teil sein, das einen auf der Innenseite 414 angeordneten Gewindeteil 412 enthält. Der Seilgreifer 410 ist so gestaltet und innerhalb des Gehäuses 404 angeordnet, dass er sich nicht selbst dreht, aber sich in den durch den doppelendigen Pfeil 416 definierten Richtungen hin und her bewegt (d. h. entlang der Länge der Verstellschraubenspindel 408). Der Seilgreifer 410 enthält einen Durchlaß 418 in der Endwand 420. Das Schaltseil 62 ist durch den Durchlaß 418 geführt und dann mit dem Umwerfer 318 verbunden. Das Schaltseil 62 hat einen Ansatz 422, der an einem Ende des Schaltseils 62 angeordnet ist. Der Ansatz 422 ist größer als der Durchlaß 418. Wenn daher der Getriebemotor 406 die Verstellschraubenspindel 408 dreht, bewegt sich der Seilgreifer 410 in den durch den doppelendigen Pfeil 416 definierten Richtungen, um das Schaltseil 62 zu bewegen, wodurch die Stellung des Umwerfers 318 eingestellt wird.
Das Linear-Betätigungsmittel 400 enthält außerdem ein Linear-Potentiometer 424.
Das Linear-Potentiometer 424 hat einen Schleifarm, der durch Mittel 426 mit dem Seilgreifer 410 verbunden ist. Wenn sich daher der Seilgreifer 410 in den durch den doppelendigen Pfeil 416 definierten Richtungen bewegt, wird der Schleifarm des Linear-Potentiometers 424 bewegt, wodurch sich außerdem sein Widerstand ändert. Der sich ändernde Widerstand liefert ein Signal, das über die Verbindung 14B an die Datenverarbeitungseinheit 32 übertragen wird, um ein Stellungssignal zur Verwendung für die Regelung der Stellung des Umwerfers 318 zu liefern.
Die in Fig. 11-13 dargestellte Ausführungsform der Erfindung hat mehrere Vorteile. Erstens kann die alternative Ausführungsform innerhalb des Rahmens des Fahrrads montiert werden, um irgendeinen möglichen Kontakt mit dem Fahrer zu vermeiden. Weiterhin schafft die alternative Ausführungsform der Erfindung die Flexibilität der Montage entlang irgendeines geeigneten Teils des Fahrradrahmens.
In der alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Seilspannung unter Last minimiert werden, indem die Seillängen kürzer gemacht werden. Die Linear- Betätigungsmittel 400 und 402 können nahe an den jeweiligen sie steuernden Umwerfern angebracht werden, was die Wiederholbarkeit der Umwerferpositionierung verbessert und Stellungsfehler aufgrund Dehnung von relativ langen Schaltkabeln vermindert. Außerdem können die Linear-Betätigungsmittel als Teil der Schaltkabelgehäuseabstützung verwendet werden. Dies vermindert die Anforderungen an die Festigkeit des Montagesystems.

Überblick über den Systembetrieb

Das elektronische Fahrrad-Getriebesteuersystem der vorliegenden Erfindung kann leicht an einer Vielzahl von konventionellen Fahrrädern vom Vielgang-Typ nachgerüstet oder installiert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung legt der Fahrer nach der Installation des Systems an seinem Fahrrad die Schalthebel, die normalerweise beim manuellen Schalten des Fahrradgetriebes benutzt werden, an ihre jeweiligen Anschläge, so dass sie den Betrieb des elektronischen Getriebesteuersystems nicht stören. In der alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Stellung der Schalthebel unwichtig, da die mechanische Seilverbindung von den Schalthebeln zu den Umwerfern entfällt. Die alternative Ausführungsform der Erfindung ist nachrüstbar, eignet sich aber auch zur Installation im Herstellungsprozess eines Fahrrads. Wird das Fahrrad zum Beispiel in der Fabrik zusammengebaut, können die Schalthebel und Steuerseile weggelassen und durch die Version der Erfindung mit Linear-Betätigungsmitteln ersetzt werden.
In beiden Ausführungsformen der Erfindung sind die vom System durchgeführten Verarbeitungsschritte und der Gebrauch des Systems durch den Fahrer gleich. Der Fahrer führt eine Eichung des Getriebesteuersystems durch, bei der die Datenverarbeitungseinheit 32 die Stellungen der Schaltarme 10, 12 und die zu jeder gespeicherten Stellung gehörenden bestimmten Übersetzungsverhältnisse speichert. Danach kann der Fahrer unter den Betriebsmodi manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch wählen. Im manuellen Betriebsmodus erfolgt das Schalten allein nach Belieben des Fahrers. Der Fahrer kann ein Hochschalten wählen, indem er den rechten Lenkstangenschalter betätigt, oder ein Herunterschalten wählen, indem er den linken Lenkstangenschalter betätigt. Im halbautomatischen Modus berechnet das System die theoretische Kadenz des Fahrers für das derzeitige Übersetzungsverhältnis und die derzeitige Fahrradgeschwindigkeit und informiert den Fahrer durch hörbare oder sichtbare Signale, dass seine Kadenz außerhalb der vorprogrammierten Grenzen liegt. Es ist Sache des Fahrers, die Gänge mittels der Lenkstangenschalter zu schalten oder nicht, wie im manuellen Betriebsmodus.
Im vollautomatischen Betriebsmodus berechnet das System fortlaufend die theoretische Kadenz des Fahrers für das derzeitige Übersetzungsverhältnis und die derzeitige Fahrradgeschwindigkeit. Das System ermittelt dann, ob die berechnete Kadenz innerhalb der vom Fahrer gewählten Grenzen liegt. Wenn die berechnete Kadenz zu niedrig ist, informiert das System den Fahrer durch hörbare oder sichtbare Signale und schaltet dann automatisch in den nächst niedrigeren Gang (verkleinern des Übersetzungsverhältnisses), um die Kadenz des Fahrers zu verkleinern. Wenn umgekehrt die berechnete Kadenz zu hoch ist, informiert das System den Fahrer durch hörbare oder sichtbare Signale und schaltet dann automatisch in den nächst höheren Gang (vergrößern des Übersetzungsverhältnisses), um die Kadenz des Fahrers zu verkleinern. In allen Betriebsmodi erfolgt das Schalten nicht, wenn der Fahrer nicht pedaliert. Dies verhindert Beschädigungen der Umwerfer. Für alle Übersetzungsverhältnisse und Fahrradgeschwindigkeiten hält das System somit die Kadenz des Fahrers innerhalb voreingestellter Grenzen, wodurch der Gesamt-Fahrerwirkungsgrad und die Sicherheit verbessert werden und der Fahrer von der Notwendigkeit manueller Gangschaltung entlastet wird.

Detaillierte Beschreibung des Steuerprogramms

Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen, die die während des Eichungsmodus für den vorderen Umwerfer durchgeführten Verarbeitungsschritte zeigt. In diesem Modus speichert der Fahrer die korrekten Stellungen des vorderen Umwerfers für jede Gangstellung im Speicher der Datenverarbeitungseinheit. In Schritt 110 startet das System und geht zum Schritt 112 weiter, in dem eine Prüfung durchgeführt wird, ob der Eichungsmodus für den vorderen Umwerfer ausgewählt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 112 nein ist, fährt das System mit dem Schritt 112 fort, bis der Eichungsmodus für den vorderen Umwerfer aktiviert wird oder der Fahrer irgendeinen anderen Betriebsmodus auswählt. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 112 ja ist, was anzeigt, dass der Fahrer den Eichungsmodus für den vorderen Umwerfer ausgewählt hat, geht das System zum Schritt 114 weiter.
Im Schritt 114 prüft das System, ob der linke Lenkstangenschalter 36 betätigt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 114 nein ist, was anzeigt, dass der linke Lenkstangenschalter 36 nicht betätigt worden ist, geht das System zum Schritt 115 weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 114 ja ist, geht das System zum Schritt 114A weiter. Im Schritt 114A aktiviert das System das Betätigungsmittel 24, um die Stellung des Schaltarms 12 einzustellen, oder das Betätigungsmittel 402, um die Stellung des Seilgreifers 410 einzustellen, was in einer Einstellung der Stellung des vorderen Umwerfers resultiert. Im Schritt 114A dreht sich der rohrförmige Teil 48 oder die Verstellschraubenspindel 408 im Uhr zeigersinn, solange der Fahrer den Schalter 36 betätigt, so dass sich der vordere Umwerfer nach links bewegt. Vom Schritt 114A geht das System zum Schritt 115 weiter.
Im Schritt 115 prüft das System, ob der rechte Lenkstangenschalter 34 betätigt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 115 nein ist, was anzeigt, dass der rechte Lenkstangenschalter nicht betätigt worden ist, geht das System zum Schritt 116 weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 115 ja ist, geht das System zum Schritt 115A weiter. Im Schritt 115A aktiviert das System das Betätigungsmittel 24, um die Stellung des Schaltarms 12 einzustellen, oder das Betätigungsmittel 402, um die Stellung des Seilgreifers 410 einzustellen. Im Schritt 115A dreht sich der rohrförmige Teil 48 oder die Verstellschraubenspindel 408 im Gegenuhrzeigersinn, solange der Fahrer den Schalter 34 betätigt, so dass sich der vordere Umwerfer nach rechts bewegt. Vom Schritt 115A geht das System zum Schritt 116 weiter.
Im Schritt 116 wird geprüft, ob der Einstellschalter betätigt worden ist. Wenn die Antwort im Schritt 116 nein ist, geht das System zum Schritt 120 weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 116 ja ist, was anzeigt, dass der Benutzer den Einstellschalter betätigt hat, geht das System zum Schritt 118 weiter.
Im Schritt 118 liest das System die Stellung der Schaltarme 12 und 10 von den Stellungssensoren 16 und 14 oder die Stellung der Seilgreifer 410 von den Linear- Stellungssensoren 424, die derzeitige Kadenz und die derzeitige Geschwindigkeit ab und speichert diese Informationen im Speicher der Datenverarbeitungseinheit 32. Vom Schritt 118 geht das System zum Schritt 120 weiter.
Im Schritt 120 prüft das System, ob der Modusschalter betätigt worden ist. Wenn die Antwort im Schritt 120 nein ist, kehrt das System zum Schritt 114 zurück, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Das System bleibt im Eichungsmodus für den vorderen Umwerfer, bis der Benutzer durch Drücken des Modusschalters 86 einen anderen Modus wählt. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 120 ja ist, was anzeigt, dass ein anderer Modus ausgewählt worden ist, geht das System zum Schritt 122 und zum nächsten Modus in der Folge weiter.
Es wird nun auf Fig. 8 Bezug genommen, die die während des Eichungsmodus für den hinteren Umwerfer durchgeführten Verarbeitungsschritte zeigt. In diesem Modus speichert der Fahrer die korrekten Stellungen des hinteren Umwerfers für jede Gangstellung im Speicher der Datenverarbeitungseinheit. In Schritt 130 startet das System und geht zum Schritt 132 weiter, in dem eine Prüfung durchgeführt wird, ob der Eichungsmodus für den hinteren Umwerfer ausgewählt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 132 nein ist, fährt das System mit dem Schritt 132 fort, bis der Eichungsmodus für den hinteren Umwerfer aktiviert wird oder der Fahrer irgendeinen anderen Betriebsmodus auswählt. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 132 ja ist, was anzeigt, dass der Fahrer den Eichungsmodus für den hinteren Umwerfer ausgewählt hat, geht das System zum Schritt 134 weiter.
Im Schritt 134 prüft das System, ob der linke Lenkstangenschalter 36 betätigt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 134 nein ist, was anzeigt, dass der linke Lenkstangenschalter 36 nicht betätigt worden ist, geht das System zum Schritt 135 weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 134 ja ist, geht das System zum Schritt 134A weiter. Im Schritt 134A aktiviert das System das Betätigungsmittel 24, um die Stellung des Schaltarms 10 einzustellen, oder das Betätigungsmittel 400, um die Stellung des Seilgreifers 410 einzustellen, was in einer Einstellung der Stellung des hinteren Umwerfers resultiert. Im Schritt 134A dreht sich der rohrförmige Teil 48 oder die Verstellschraubenspindel 408 im Uhrzeigersinn, solange der Fahrer den Schalter 36 betätigt, so dass sich der hintere Umwerfer nach links bewegt. Vom Schritt 134A geht das System zum Schritt 135 weiter.
Im Schritt 135 prüft das System, ob der rechte Lenkstangenschalter 34 betätigt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 135 nein ist, was anzeigt, dass der rechte Lenkstangenschalter nicht betätigt worden ist, geht das System zum Schritt 136 weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 135 ja ist, geht das System zum Schritt 135A weiter. Im Schritt 135A aktiviert das System das Betätigungsmittel 22, um die Stellung des Schaltarms 10 einzustellen, oder das Betätigungsmittel 400, um die Stellung des Seilgreifers 410 einzustellen. Im Schritt 135A dreht sich der rohrförmige Teil 46 oder die Verstellschraubenspindel 408 im Gegenuhrzeigersinn, solange der Fahrer den Schalter 34 betätigt, so dass sich der hintere Umwerfer nach rechts bewegt. Vom Schritt 135A geht das System zum Schritt 136 weiter.
Im Schritt 136 wird geprüft, ob der Einstellschalter betätigt worden ist. Wenn die Antwort im Schritt 136 nein ist, geht das System zum Schritt 140 weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 136 ja ist, was anzeigt, dass der Benutzer den Einstellschalter betätigt hat, geht das System zum Schritt 138 weiter.
Im Schritt 138 liest das System die Stellung der Schaltarme 12 und 10 von den Stellungssensoren 16 und 14 oder die Stellung der Seilgreifer 410 von den Linear- Stellungssensoren 424, die derzeitige Kadenz und die derzeitige Geschwindigkeit ab und speichert diese Informationen im Speicher der Datenverarbeitungseinheit 32. Vom Schritt 138 geht das System zum Schritt 140 weiter.
Im Schritt 140 prüft das System, ob der Modusschalter betätigt worden ist. Wenn die Antwort im Schritt 140 nein ist, kehrt das System zum Schritt 134 zurück, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Das System bleibt im Eichungsmodus für den hinteren Umwerfer, bis der Benutzer durch Drücken des Modusschalters 86 einen anderen Modus wählt. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 140 ja ist, was anzeigt, dass ein anderer Modus ausgewählt worden ist, geht das System zum Schritt 142 und zum nächsten Modus in der Folge weiter.
Wenn die Stellungen sowohl für den vorderen als auch den hinteren Umwerfer für jeden Gang geeicht und im Systemspeicher gespeichert worden sind, kann das System in irgendeinem der drei Betriebsmodi betrieben werden, dem manuellen Modus, dem halbautomatischen Modus und dem vollautomatischen Modus. Wenn in den Schritten 122 oder 142 die Eichungsmodi aktiviert werden, berechnet das System Übersetzungsverhältnisse für alle im Speicher eingestellten Schaltstellungen unter Verwendung der Kadenz- und Geschwindigkeitsdaten. Das System berechnet das Übersetzungsverhältnis unter Verwendung der Beziehung: Übersetzungsverhältnis = Rad-UPM/Kadenz. Die Verwendung eines berechneten Übersetzungsverhältnisses ermöglicht es dem System, die notwendigen Berechnungen unabhängig von der bestimmten verwendeten Ketten- und Kettenradkonfiguration durchzuführen, um ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zu erzielen. Das System ordnet dann jeder Stellung der vorderen und hinteren Umwerfer ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis zu und speichert die bestimmte Ketten- und Kettenradkonfiguration zusammen mit dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis. Das System sortiert dann die Übersetzungsverhältnisse und ordnet sie in der Reihenfolge vom zahlenmäßig niedrigsten zum zahlenmäßig höchsten Übersetzungsverhältnis.
Jedesmal wenn die Gänge entweder automatisch oder manuell unter Verwendung der Lenkstangenschalter geschaltet werden, bewegt das System automatisch die vorderen und hinteren Umwerfer in die im Systemspeicher gespeicherten vorbestimmten jeweiligen Stellungen für den ausgewählten Gang unter Verwendung der Regelung der Stellungen der vorderen und hinteren Umwerfer. Jedesmal wenn der hintere Umwerfer bewegt wird, wird automatisch die Stellung des vorderen Umwerfers eingestellt, um die Änderung des Kettenwinkels auszugleichen. Das System beseitigt geringe Einstellungen an der Stellung des vorderen Umwerfers (die bei konventionellen manuellen Schaltsystemen vom Fahrer per Hand vorgenommen werden müssen), wenn sich die Kette quer über die hinteren Kettenräder bewegt, um steile Kettenwinkel zwischen den vorderen Kettenkränzen und den hinteren Kettenrädern automatisch auszugleichen. Da das System die Übersetzungsverhältnisse sortiert und geordnet hat, wählt es ferner unabhängig von den Stellungen der vorderen und hinteren Umwerfer automatisch das zahlenmäßig nächst höhere oder niedrigere Übersetzungsverhältnis aus, wenn der Fahrer mittels der Lenkstangenschalter ein Schalten befiehlt.
Der Fahrer gibt eine Kadenzgrenze, die in den halbautomatischen und vollautomati schen Modi verwendet wird, durch Betrieb des Systems im manuellen Modus und durch Gangschalten ein. Die vom System in den halbautomatischen und vollautomatischen Modi verwendete Kandenzgrenze ist der Wert der Kadenz, die der Fahrer im manuellen Betriebsmodus während seines letzten Gangwechsels verwendet hat.
Es wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen, die die im halbautomatischen Betriebsmodus vom System durchgeführten Verarbeitungsschritte zeigt. Im Schritt 150 startet das System und geht zum Schritt 152 weiter, in dem eine Prüfung durchgeführt wird, ob der halbautomatische Betriebsmodus ausgewählt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 152 nein ist, wartet das System, bis der halbautomatische Modus aktiviert wird oder der Fahrer einen anderen Betriebsmodus auswählt. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 152 ja ist, was anzeigt, dass der Fahrer den halbautomatischen Modus ausgewählt hat, geht das System zum Schritt 154 weiter.
Im Schritt 154 berechnet das System die theoretische Kadenz unter Verwendung der Daten für das derzeitige Übersetzungsverhältnis und die derzeitige Fahrradgeschwindigkeit vom Radsensor 28. Die berechnete Kadenz ist gleich der Rad-UPM geteilt durch das derzeitige Übersetzungsverhältnis (Übersetzungsverhältnis = Rad-UPM/Kadenz). Vom Schritt 154 geht das System zum Schritt 156 weiter.
Im Schritt 156 ermittelt das System, ob die im Schritt 154 berechnete theoretische Kadenz innerhalb der zuletzt vom Fahrer im manuellen Modus eingestellten Grenzen liegt. Wenn die Antwort im Schritt 156 ja ist, ist keine Änderung des Übersetzungsverhältnisses nötig, und das System geht zum Schritt 154 weiter, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 156 nein ist, was anzeigt, dass die berechnete Kadenz außerhalb der vom Fahrer im Initialisierungsschritt 152 gewählten Grenzen liegt, geht das System zum Schritt 158 weiter.
Im Schritt 158 ermittelt das System, ob sich die Kurbeln drehen, d. h. ob der Fahrer pedaliert oder nicht, indem es das Signal vom Kadenzsensor 26 prüft. Wenn das System feststellt, dass sich die Kurbeln nicht drehen, zum Beispiel wenn der Fahrer im Rollen ist, geht das System zum Schritt 154 weiter, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Wenn andererseits das System feststellt, dass sich die Kurbeln drehen, d. h. dass der Fahrer pedaliert, geht das System zum Schritt 160 weiter.
Im Schritt 160 prüft das System, ob die berechnete Kadenz zu niedrig ist. Wenn die Antwort im Schritt 160 nein ist, was anzeigt, dass die Kadenz außerhalb der vom Fahrer gewählten Grenzen liegt und nicht zu niedrig ist (was anzeigt, dass die Kadenz des Fahrers zu hoch ist), geht das System zum Schritt 162 weiter. Im Schritt 162 wird ein Hochschaltsignal, das ein optisches Signal auf der Anzeige 82 und/oder ein Tonsignal wie zwei aufeinanderfolgende Pieptöne sein kann, an den Fahrer gesendet und informiert den Fahrer, dass er hochschalten sollte, um seine Kadenz innerhalb der vorprogrammierten Grenzen zu halten. Wenn sich der Fahrer zum Hochschalten entscheidet, drückt er den Lenkstangenschalter 34. Vom Schritt 162 geht das System zum Schritt 166 weiter.
Wenn das System im vorangegangenen Schritt 160 feststellt, dass die berechnete Kadenz außerhalb der vom Fahrer gewählten Grenzen liegt und zu niedrig ist (was anzeigt, dass die Kadenz des Fahrers zu niedrig ist), geht das System zum Schritt 164 weiter. Im Schritt 164 wird ein Herunterschaltsignal, das ein optisches Signal auf der Anzeige 82 und/oder ein Tonsignal wie ein einzelner Piepton sein kann, an den Fahrer gesendet und informiert den Fahrer, dass er herunterschalten sollte, um seine Kadenz innerhalb der vorprogrammierten Grenzen zu halten. Wenn sich der Fahrer zum Herunterschalten entscheidet, drückt er den Lenkstangenschalter 36. Vom Schritt 164 geht das System zum Schritt 166 weiter.
Im Schritt 166 prüft das System, ob der Modusschalter betätigt worden ist. Wenn die Antwort im Schritt 166 nein ist, kehrt das System zum Schritt 154 zurück, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Das System bleibt im halbautomatischen Modus, bis der Fahrer einen anderen Modus wählt. Wenn anderer seits das System im Schritt 166 feststellt, dass der Modusschalter betätigt worden ist, geht das System zum Schritt 168 weiter. Im Schritt 168 geht das System zum nächsten Modus in der Folge weiter.
Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen, die die im vollautomatischen Betriebsmodus vom System durchgeführten Verarbeitungsschritte zeigt. Im Schritt 200 startet das System und geht zum Schritt 202 weiter, in dem eine Prüfung durchgeführt wird, ob der vollautomatische Betriebsmodus ausgewählt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt 202 nein ist, wartet das System, bis der vollautomatische Modus aktiviert wird oder der Fahrer einen anderen Betriebsmodus auswählt. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 202 ja ist, was anzeigt, dass der Fahrer den vollautomatischen Modus ausgewählt hat, geht das System zum Schritt 204 weiter.
Im Schritt 204 berechnet das System die theoretische Kadenz anhand der Daten für das derzeitige Übersetzungsverhältnis und die derzeitige Fahrradgeschwindigkeit vom Radsensor 28. Die berechnete Rad-UPM geteilt durch die Kadenz ist gleich dem derzeitigen Übersetzungsverhältnis (Übersetzungsverhältnis = Rad- UPM/Kadenz). Vom Schritt 204 geht das System zum Schritt 206 weiter.
Im Schritt 206 ermittelt das System, ob die im Schritt 204 berechnete theoretische Kadenz innerhalb der zuletzt vom Fahrer im manuellen Modus eingestellten Grenzen liegt. Wenn die Antwort im Schritt 206 ja ist, ist keine Änderung des Übersetzungsverhältnisses nötig, und das System geht zum Schritt 204 weiter, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Wenn andererseits die Antwort im Schritt 206 nein ist, was anzeigt, dass die berechnete Kadenz außerhalb der vom Fahrer im Initialisierungsschritt 202 gewählten Grenzen liegt, geht das System zum Schritt 208 weiter.
Im Schritt 208 ermittelt das System, ob sich die Kurbeln drehen, d. h. ob der Fahrer pedaliert oder nicht, indem es das Signal vom Kadenzsensor 26 prüft. Wenn das System feststellt, dass sich die Kurbeln nicht drehen, zum Beispiel wenn der Fahrer im Rollen ist, geht das System zum Schritt 204 weiter, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Wenn andererseits das System feststellt, dass sich die Kurbeln drehen, d. h. dass der Fahrer pedaliert, geht das System zum Schritt 210 weiter.
Im Schritt 210 prüft das System, ob die berechnete Kadenz zu niedrig ist. Wenn die Antwort im Schritt 120 nein ist, was anzeigt, dass die Kadenz außerhalb der vom Fahrer gewählten Grenzen liegt und nicht zu niedrig ist (was anzeigt, dass die Kadenz des Fahrers zu hoch ist), geht das System zum Schritt 212 weiter. Im Schritt 212 wird ein Hochschaltsignal, das ein optisches Signal auf der Anzeige 82 und/oder ein Tonsignal wie zwei aufeinanderfolgende Pieptöne sein kann, an den Fahrer gesendet und informiert den Fahrer, dass hochgeschaltet wird, um seine Kadenz innerhalb der vorprogrammierten Grenzen zu halten. Vom Schritt 212 geht das System zum Schritt 214 weiter.
Im Schritt 214 pausiert das System für eine feste Zeitspanne, etwa eine Sekunde. Es hat sich gezeigt, dass manche Fahrradgetriebesysteme besser schalten, wenn der Fahrer die Drehkraft auf das Getriebe während eines Schaltvorgangs vermindert. Daher ermöglicht der Schritt 214 eine vorbestimmte Pause, in der der Fahrer die Pedale entlasten kann, ehe das Schalten stattfindet. Vom Schritt 214 geht das System zum Schritt 216 weiter.
Im Schritt 216 wird ein Hochschaltbetrieb durchgeführt. Der Hochschaltbetrieb schaltet das Fahrradgetriebe automatisch und ohne irgendeine Tätigkeit seitens des Fahrers auf das nächst höhere Übersetzungsverhältnis, was die Kadenz des Fahrers wirkungsvoll verkleinert. Vom Schritt 216 geht das System zum Schritt 224 weiter.
Wenn das System im vorangegangenen Schritt 210 feststellt, dass die berechnete Kadenz außerhalb der vom Fahrer gewählten Grenzen liegt und zu niedrig ist (was anzeigt, dass die Kadenz des Fahrers zu niedrig ist), geht das System zum Schritt 218 weiter. Im Schritt 218 wird ein Herunterschaltsignal, das ein optisches Signal auf der Anzeige 82 und/oder ein Tonsignal wie ein einzelner Piepton sein kann, an den Fahrer gesendet und informiert den Fahrer, dass heruntergeschaltet wird, um seine Kadenz innerhalb der vorprogrammierten Grenzen zu halten. Vom Schritt 218 geht das System zum Schritt 220 weiter.
Im Schritt 220 pausiert das System für eine vorbestimmte Zeitspanne, um es dem Fahrer zu ermöglichen, bei Fahrradgetriebesystemen, die unter vermindertem Pedaldruck besser schalten, die Pedale zu entlasten. Vom Schritt 220 geht das System zum Schritt 222 weiter.
Im Schritt 222 wird ein Herunterschaltbetrieb durchgeführt. Während des Herunterschaltbetriebs bewegt das elektronische Steuersystem automatisch und ohne irgendeine Tätigkeit des Fahrers die Umwerfer des Fahrrads, um das Fahrrad einen Gang herunterzuschalten, was das Übersetzungsverhältnis und die Kadenz des Fahrers wirkungsvoll vergrößert. Vom Schritt 222 geht das System zum Schritt 224 weiter.
Im Schritt 224 prüft das System, ob der Modusschalter betätigt worden ist. Wenn die Antwort im Schritt 224 nein ist, geht das System zum Schritt 204 weiter, und die Verarbeitung geht wie vorher beschrieben weiter. Das System bleibt im vollautomatischen Modus, bis der Fahrer einen anderen Modus wählt. Wenn andererseits das System im Schritt 224 feststellt, dass der Modusschalter betätigt worden ist, geht das System zum Schritt 226 weiter. Im Schritt 226 geht das System zum nächsten Modus in der Folge weiter.
Für ein schnelles und gleichmäßiges Schalten ist häufig ein Überschreitungsweg des Umwerfers erforderlich. Während des Überschreitungsweges wird der Umwerfer etwas über die für die richtige Ketten- und Kettenradausrichtung nötige Stellung hinaus bewegt. Sobald die Kette und das Kettenrad richtig ineinandergreifen, wird der Umwerfer in die im Speicher gespeicherte Stellung für das bestimmte Kettenrad in dem Räderwerk bewegt. Der für ein wirkungsvolles, schnelles und exaktes Gangschalten nötige Überschreitungswegbetrag hängt von der speziellen Umwerfer- und Kettenradgeometrie ab. Die vorliegende Erfindung kann als Teil ihrer Verarbeitung den für jede bestimmte Ketten und Kettenradkombination nötigen Überschreitungswegbetrag erzeugen. Weiterhin kann der Überschreitungswegbetrag in Abhängigkeit von dem bestimmten Fahrrad, an dem das System installiert ist, neuprogrammiert werden. Sobald der Überschreitungswegbetrag bestimmt ist, kann er kettenradweise im Computer gespeichert werden, oder es kann ein fester Überschreitungswegbetrag für das System vorgesehen werden. Wenn die vorliegende Erfindung in einem der manuellen, halbautomatischen oder vollautomatischen Modi die Gänge schaltet, wird der Umwerfer vorübergehend um den im Speicher gespeicherten Überschreitungswegbetrag über die Mitte des Ziel-Kettenrads hinaus bewegt (d. h. über die im Speicher gespeicherte vorbestimmte Stellung hinaus). Der Umwerfer wird dann in die vorbestimmte Stellung zurück bewegt, so dass der Umwerfer auf die Mitte des gewählten Kettenrads ausgerichtet ist.
Die vorliegende Erfindung liefert somit ein flexibles, neuprogrammierbares Umwerferpositioniersystem. Aufgrund der Verwendung einer hochgenauen Regelung der Stellungen der vorderen und hinteren Umwerfer erhält man eine exakte Positionierung der Umwerfer.
Wird ferner das System an verschiedenen Fahrrädern installiert, können die Stellungen der Umwerfer einfach neu im Speicher der Datenverarbeitungseinheit 32 programmiert werden, wodurch das System aufgrund seiner Programmierbarkeit an einer großen Vielfalt von Fahrrädern installiert werden kann. Zum Beispiel kann das Linear-Potentiometer 424 einen nutzbaren Weg von einem Inch aufweisen. Eine Elektronik in der Datenverarbeitungseinheit 32, die zum Beispiel einen Acht-Bit- Analog-Digital-Wandler und einen Mikrocomputer enthält, liefert eine Positioniergenauigkeit der Linear-Betätigungsmittel von 0,0046 Inch (0,117 mm). Die hohe Genauigkeit des Positioniersystems der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Installation der vorliegenden Erfindung an verschiedenen Fahrrädern oder an Fahrrädern von verschiedenen Herstellern ohne Veränderung der physischen Gestalt der Bestandteile. Das einzig Nötige zur Anpassung an praktisch jede physische Gestalt von Vielgangfahrrädern ist die Neuprogrammierung der Umwerferstellungen im Speicher der Datenverarbeitungseinheit 32.
Das elektronische Fahrrad-Getriebesteuersystem der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine vollautomatische Steuerung des Gangschaltbetriebs und erhöht den Fahrerwirkungsgrad und außerdem die Sicherheit. Das Steuersystem ist an einem breiten Spektrum von konventionellen Fahrrädern nachrüstbar und erhöht das Gewicht des Fahrrades in einer Version um weniger als zwei Pfund, so dass es das Gewicht oder den Gebrauch des Fahrrads nicht ungünstig beeinflußt. In einer anderen Ausführungsform kann das System während des Herstellungsprozesses in einem Fahrrad eingebaut werden. Außerdem kann das System einen Gangschaltvorgang in ungefähr einer Sekunde abschließen. Diese Schaltzeit ist normalerweise schneller als ein Fahrer per Hand schalten kann und außerdem exakter, da die korrekten Stellungen der Umwerfer für jeden Gang bereits im Systemspeicher gespeichert worden sind.
Nach der Beschreibung einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung ergeben sich für den Fachmann leicht verschiedene Änderungen, Modifizierungen und Verbesserungen. Zum Beispiel erkennt man, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Fahrräder vom Zehngangtyp beschränkt ist, sondern tatsächlich bei einer Vielfalt von Fahrrädern vom Vielgangtyp nachgerüstet werden kann, etwa 15-, 20- oder sogar 24-Gang-Fahrrädern.
Der Fachmann erkennt außerdem, dass die vorliegende Erfindung in das Fahrrad selbst integriert werden kann. Die Motoren, Sensoren, Batterien und Schalter können in den Rahmen des Fahrrads hinein konstruiert werden, wodurch das Systemgewicht und der Windwiderstand vermindert werden. Weiterhin können die an der Lenkstange angebrachten Schalter durch sprachaktivierte Sensoren unter Verwendung von Spracherkennungselektronik ersetzt werden.
Zusätzlich können alle Merkmale von derzeitigen Fahrradcomputern in die vorliegende Erfindung eingebaut werden, einschließlich Drehmomentmessung zur Berechnung der Ausgangsarbeit, Höhenmesserfunktionen, Pulsschlagüberwachung, Herunterladen von Daten in einen Computer zur Anzeige und Aufzeichnung der Fahrerleistung, und weitere Merkmale. Einige dieser Möglichkeiten bilden in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung die Grundlage für ein Expertensystem zur Bestimmung, wann die Gänge für optimale Leistung und optimalen Wirkungsgrad zu schalten sind. Zum Beispiel kann ein Expertensystem-Computerprogramm lernen, wie sich die Ausgangsleistung eines bestimmten Fahrers als Funktion von Höhe, Pulsschlag und Kadenz ändert, und dann die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses entsprechend steuern.
Weiterhin erkennt der Fachmann, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Fahrradanwendungen beschränkt ist, sondern dass eine große Vielfalt von menschenkraftangetriebenen Fahrzeugen damit nachrüstbar sind.

Claims

1. Getriebesteuersystem für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug mit einem Treibkrafteingabemittel (320, 322), wobei das System ein Kadenzbestimmungsmittel (26; 28, 32) umfasst, um eine Betriebskadenz des Treibkrafteingabemittels zu bestimmen, ein Getriebeeinstellungsbetätigungsmittel (22; 400) und ein Verarbeitungsmittel (32), die auf das Kadenzbestimmungsmittel reagieren, um das Getriebeeinstellungsbetätigungsmittel zu betreiben, wenn die bestimmte Kadenz außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, um die bestimmte Kadenz in den vorbestimmten Bereich zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kadenzbestimmungsmittel eine theoretische Kadenz auf Grundlage der gemessenen Straßengeschwindigkeit des Fahrzeugs und dem derzeitig ausgewählten Übersetzungsverhältnis berechnet, und dass das Verarbeitungsmittel darauf reagiert, dass die bestimmte Kadenz außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, um eine Getriebeschaltung herzustellen, um die Kadenz auf innerhalb den vorbestimmten Bereichs zurückzugeben, indem ein Betätigungsmittelsollwert von einem Satz von Betätigungsmittelsollwerten abgelesen wird, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen sortiert sind, und das Betätigungsmittel auf Grundlage des abgelesenen Sollwerts zu betreiben.

2. Getriebesteuersystem nach Anspruch 1, in dem der Betätigungsmittelsollwert von dem Satz von Betätigungsmittelsollwerten ausgewählt wird, die auf dem derzeitig ausgewählten Übersetzungsverhältnis und der bestimmten Kadenz beruhen, wobei das Betätigungsmittel auf Grundlage des ausgewählten Sollwerts betrieben wird, um das derzeitig ausgewählte Übersetzungsverhältnis zu ändern.

3. Getriebesteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Straßengeschwindigkeit mittels eines magnetischen zungenartigen Messfühlers (28) gemessen wird.

4. Getriebesteuersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, in dem das Betätigungsmittel ein Motormittel (406) einschließt.

5. Getriebesteuersystem nach einem vorhergehendem Anspruch, in dem das Verarbeitungsmittel eine digitale Datenverarbeitungseinheit umfasst.

6. Getriebesteuersystem nach einem vorhergehenden Anspruch, in dem in den Speicher neu eingeschrieben werden kann.

7. Getriebesteuersystem nach Anspruch 6, in dem das Verarbeitungsmittel in einem Eichungsmodus betrieben werden kann, um den Satz von Betätigungsmittelsollwerten Festzusetzen und sie in dem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen zu speichern, wobei das Verarbeitungsmittel die Übersetzungsverhältnisse auf Grundlage der gemessenen Treibkrafteingabemittelkadenz und der gemessenen angetriebenen Rad(314)geschwindigkeit bestimmt.

8. Getriebesystem, das erste und zweite Umwerferräderwerke (316, 318, 320, 321) umfasst, die von einer Endloskette (324) gekoppelt werden, und ein weiteres Getriebeschaltungsbetätigungsmittel (24; 402) und ein Steuersystem nach einem vorhergehenden Anspruch, in dem das Verarbeitungsmittel darauf reagiert, dass die bestimmte Kadenz außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, um eine Getriebeschaltung herzustellen, um die Kadenz auf innerhalb den vorbestimmten Bereich zurückzugeben, indem ein Paar von Betätigungsmittelsollwerten von einem Satz von Betätigungsmittelsollwerten abgelesen wird, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen sortiert sind, und die Betätigungsmittel auf Grundlage der abgelesenen Sollwerte zu betreiben, um jeweils die ersten und zweiten Umwerferräderwerke zu betreiben, um eine Gangschaltung zu bewirken.

9. Getriebesystem nach Anspruch 8, in dem das Verarbeitungsmittel betrieben werden kann, um dem Umwerfer (318, 321) des ersten oder zweiten Umwerferräderwerks in eine Überschreitungsstellung zu bringen.

10. Verfahren, um das Getriebe eines von einem Menschen angetriebenen Fahrzeug automatisch zu steuern, das umfasst, eine Betriebskadenz von einem Treibkrafteingabemittel (320, 322) zu bestimmen, und, falls die Kadenz außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, ein Getriebeeinstellungsbetätigungsmittel (22; 400) zu betreiben, um das Getriebe (316, 318) einzustellen, um die Kadenz in den vorbestimmten Bereich zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung einer Kadenz umfasst, eine theoretische Kadenz auf Grundlage der gemessenen Straßengeschwindigkeit des Fahrzeugs und des derzeitig ausgewählten Übersetzungsverhältnisses zu berechnen, und dadurch dass, wenn die Kadenz außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, einen Betätigungsmittelsollwert von einem Satz von Betätigungsmittelsollwerten abzulesen, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen in Abhängigkeit von dem Schaltungswert sortiert sind, und das Betätigungsmittel auf Grundlage des abgelesenen Sollwerts zu betreiben, um die Kadenz dabei auf innerhalb des vorbestimmten Bereichs zurückzugeben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, in dem ein erster Schaltungswert hergestellt wird, wenn die bestimmte Kadenz unter einer unteren vorbestimmten Grenze ist, und ein zweiter Schaltungswert hergestellt wird, wenn die bestimmte Kadenz über einer oberen vorbestimmten Grenze ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, in dem ein weiterer Betätigungsmittelsollwert von einem werteren Satz von Betätigungsmittelsollwerten ausgewählt wird, die in einem Speicher nach entsprechenden Übersetzungsverhältnissen in Abhängigkeit von dem Schaltungswert sortiert sind, und ein weiteres Betätigungsmittel (24, 402) auf Grundlage des weiteren Sollwerts betrieben wird, um dabei erste und zweite Umwerferräderwerke (316, 318, 320, 321) zu betreiben, die von einer Endloskette (324) gekoppelt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, das umfasst, das oder jedes Betätigungsmittel zu betreiben, dass es seinen Sollwert momentan überschreitet.

14. Verfahren zum Eichen eines Vielgeschwindigkeitsgetriebesystems für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug, das umfasst, eine Kadenz des Treibkrafteingabemittels (320, 322) und eine entsprechende Straßengeschwindigkeit in jedem Gang zu bestimmen, das Übersetzungsverhältnis für jeden Gang von der bestimmten Kadenz und Straßengeschwindigkeit zu bestimmen, entsprechende Getriebeschaltungsbetätigungsmittelsollwerte zu bestimmen, die Sollwerte nach den entsprechenden Übersetzungsverhältnissen zu sortieren, und die sortierten Getriebeschaltungsbetätigungsmittelsollwerte zusammen mit den zugeordneten Übersetzungsverhältnissen in einem Speicher zu speichern.