DE69433735T2

DE69433735T2 - Muskelgetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE69433735T2
Application number: DE69433735T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Iwata-shi Suganuma; Katsumi Iwata-shi Ikuma; Sueji Iwata-shi Nagai; Fumio Iwata-shi Ito; Syoichiro Iwata-shi Miyata
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2014-07-23
Also published as: DE69433735D1; EP0635423B1; JPH0733069A; US5505277A; EP0635423A1; JP3377258B2

Description

Diese Erfindung betrifft ein muskelbetätigtes Fahrzeug, insbesondere ein pedalbetätigtes Fahrzeug, wie z. B. ein Fahrrad, das ein muskelbetätigtes Antriebssystem und ein Hilfsantriebssystem mit Elektroenergie hat, eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Menschenantriebskraft, um das Fahrrad anzutreiben, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Aktivierung und/oder der Ausgangsleistung des Antriebssystems mit Elektroenergie entsprechend der Veränderungen der Menschenantriebskraft.
Es ist ein manuell angetriebenes Fahrzeug mit einer elektrischen Unterstützung vorgeschlagen worden, um den Benutzer bei dem manuellen Antrieb des Fahrzeuges zu unterstützen. Z. B. zeigen die europäischen Patentanmeldungen 0 517 224 und 0 569 954, auf denen der Oberbegriff von Anspruch 1 zu Grunde gelegt ist, ein manuell angetriebenes Fahrzeug, wie z. B. ein Fahrrad, wie oben angezeigt, wobei eine Antriebsunterstützung mit Elektroenergie zum Unterstützen des Benutzers beim Antreiben des Fahrzeuges vorgesehen ist. Diese Art von Vorrichtung enthält eine Anordnung, die die manuelle Eingangskraft oder das Drehmoment, ausgeübt durch den Benutzer, erfasst, und die dann einen Elektromotor, indem er mit einer Batterie verbunden wird, in solch einer Weise mit Energie versorgt, um einen Unterstützungsgrad im Verhältnis zu der manuellen Eingangskraft zu schaffen.
Diese Fahrzeugart hat eine große Anzahl von Vorteilen. Es ist jedoch wichtig sicher zu stellen, dass die Menge der zu dem Elektromotor zugeführten Elektroenergie unter bestimmten Umständen nicht zu groß sein darf, um der Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu gestatten, nicht unangemessen hoch zu sein. Zusätzlich sollte sichergestellt werden, dass das System dem Benutzer nicht gestattet, die Steuerung zu umgehen, um den Elektromotor manuell zu betätigen, was zu einer übermäßigen Geschwindigkeit des Fahrzeuges führen könnte. Die vorerwähnten, zusammenhängenden Anmeldungen zeigen eine Anzahl von Wegen, in denen diese Wirkungen erhalten werden können.
In all diesen Systemen, gezeigt in den vorerwähnten, zusammenhängenden Anmeldungen, nimmt die Steuerung nur abnormale Veränderungen in der erfassten Kraft wahr und schafft Sicherheit, um den Elektromotorantrieb in dem Fall zu trennen, wenn der Kraft sensor außer Betrieb ist oder umgangen wird. Obwohl dies eine Anzahl von Vorteilen hat, können weitere Verbesserungen oder alternative Konstruktionen wünschenswert sein.
Noch genauer, aus den vorerwähnten Anordnungen ist bekannt die Fahrzeuggeschwindigkeit zusätzlich zu der Pedalkraft zu erfassen, so dass eine angemessene Antriebskraft des Elektromotors aus den beiden der erfassten Parameter erfasst wird. In einem Beispiel von solch einer Anordnung wird die Motorausgangsleistung, und demzufolge die elektrische Unterstützung des Benutzers begrenzt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert übersteigt, selbst wenn die Pedalkraft groß ist, so dass die Fahrzeuggeschwindigkeit am übermäßig Erhöhtwerden gehindert wird. In der vorher angezeigten Steuerung, die sowohl der Pedalkraft, als auch der Fahrzeuggeschwindigkeit betrifft, wird in Antwort zu den Signalen, um die Motorausgangsleistung zu steuern, die Pedalkraft und die Fahrzeuggeschwindigkeit, vollständig erfasst und durch eine Steuervorrichtung gelesen. Wenn jedoch eine Abnormalität in einer Fehlfunktion des Sensors für die Pedalkraft, oder für die Fahrzeuggeschwindigkeit, oder in dem Erfassungsschaltkreis auftritt, werden die erfassten Werte abnormal und es kann kein angemessenes Motorsteuersignal mit solch abnormalen Werten von Hand ausgeführt werden.
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes muskelbetätigtes Fahrzeug zu schaffen, das eine Unterstützung mit Elektroenergie hat, die gestattet, die erfassten Signale, eingehend auf die Betriebsbedingungen des Fahrzeuges und auf die Anstrengungen des Benutzers, vor dem Steuern der der Antriebsunterstützung des zugehörigen elektrischen Antriebssystems des Fahrzeuges zu erfassen.
Um dieses Ziel zu erreichen sieht die vorliegende Erfindung ein muskelbetätigtes Fahrzeug nach dem Anspruch 1 vor.
Auf dieses Weise können eine Selbstdiagnose der Steuerung und des Antriebssystems und eine fehlersichere Anordnung im Hinblick auf die in der Steuerung des Elektromotors des elektrischen Hilfs- Antriebssystems erzeugten Signale geschaffen werden, um eine Aktivierung des Elektromotors mit Elektroenergie zu stoppen, wenn die Signale von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensors oder einer Menschenkraft, die vom Sensor repräsentiert werden, infolge eines inneren Problems oder Fehlers in den Betriebsbedingungen des Sensors oder der Verarbeitungsschaltkreise der Steuerung völlig fehlerhaft gehalten werden. Auf diese Weise wird es verhindert, dass die Antriebskraft des Elekt romotors, was den unmittelbaren Fahrzeugantrieb oder die Betriebsbedingungen betrifft, unangemessen ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels eines Ausführungsbeispieles derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
1 eine seitliche Teil- Ansichtsdarstellung eines Elektromotor- unterstützten, Benutzer- angetriebenen Fahrzeuges in der Form eines Fahrrades ist, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruiert ist.
2 ein schematisches Blockdiagramm ist, das die Zwischenbeziehungen der verschiedenen Bauteile des Antriebssystems zeigt.
3 eine schematische Ansicht ist, die die elektrischen Bauteile des systems zeigt.
4 eine grafische Darstellung ist, die die unterschiedlichen Arten der Abnormalitäten zeigt, die vorhanden sein können, und
5 ein Blockdiagramm eines Steuerablaufes ist, das verwendet werden kann, um die Erfindung auszuführen.
Jetzt ausführlich auf die Zeichnungen und anfänglich auf die 1 Bezug nehmend wird ein Benutzer- angetriebenes, Elektromotor- unterstütztes Fahrzeug in der Form eines Fahrrades gezeigt und im Wesentlichen durch das Bezugszeichen 11 bezeichnet. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Fahrrad gezeigt worden ist, wird es ohne weiteres den Fachleuten im Stand der Technik deutlich, wie die Erfindung mit einer breiten Vielfalt von anderen Arten von Benutzer- angetriebenen Fahrzeugen verwendet werden kann, um demzufolge eine Unterstützung mit Elektroenergie vorzusehen.
Das Fahrrad 11 enthält eine Rahmenanordnung, angezeigt im Wesentlichen durch das Bezugszeichen 12, und ein Kopfrohr 13, das eine Vordergabel 14 für die Steuerbewegung unter der Steuerung einer Handgriffstangenanordnung 15 dreht. Ein Vorderrad 16 ist durch die Vordergabel 14 in einer allgemein bekannten Weise drehbar gelagert.
Ein Sitzständer 17 der Rahmenanordnung 12 lagert einstellbar eine Sitzstange 18, auf der ein Sitz 19 getragen wird, um einen Benutzer aufzunehmen.
Eine Antriebseinheit, im Wesentlichen durch die Bezugszahl 21 angezeigt, ist an dem unteren Ende der Rahmenanordnung 12 unterhalb des Sitzes 12 positioniert und enthält ein Bodengehäuse 22, das eine Kurbelwelle 23 drehbar lagert, die ein Paar von Kurbelarmen 24 hat, die sich von ihren gegenüberliegenden Seiten erstrecken und an denen Pedale 25 in einer allgemein bekannten Weise zapfengelagert sind. Diese Pedalen 25 können durch einen Fahrer, der auf dem Sitz 19 sitzt, betätigt werden, und die Pedalen treiben ein Hinterrad 26 an, das durch die Rahmenanordnung 12 an dem hinteren Ende eines Paars von Tragarmen 27 gelagert wird, die abgeflachte Abschnitte 28 haben, um eine Achse 29 aufzunehmen, die mit dem Hinterrad verbunden ist und die das Hinterrad 26 in einer bekannten Weise lagert. Die Art und Weise, in der die Kurbelwelle 23 das Hinterrad 26 antreibt, wird im Wesentlichen später beschrieben.
Zusätzlich zu der manuellen oder Benutzersteuerung zum Antrieb des Hinterrades 26, sind auch ein Elektromotor und eine Getriebeanordnung 31 vorgesehen, wobei der Elektromotor in dem unteren Abschnitt 32 des Rahmens 12 montiert ist und mit der Getriebeanordnung gekuppelt ist, was auch später für die Elektroantriebsunterstützung in dem Antrieb des Hinterrades 26 beschrieben wird.
Der Elektromotor 31 des Dauermagnet- Gleichstromtyps nimmt Strom aus einer wiederaufladbaren Batterie 33, z. B. einer Blei- Säure- Batterie, auf, die innerhalb der Rahmenanordnung montiert ist und der durch eine Steuerung 34 die Energie zugeführt wird.
Die Steuerung zum Bestimmen des aus der Batterie 33 durch die Steuerung 34 zugeführten Elektroenergiebetrages zu dem Motor 31 wird in Abhängigkeit zu bestimmten Eingaben, die die Eingaben eines Kraft- oder eines Drehmomentsensors enthalten, angezeigt im Wesentlichen durch die Bezugszahl 35, und einen Fahrzeugsensor 36 gesteuert, der auch mit der Antriebsanordnung 21 verbunden werden kann, der die Drehzahl der Antriebswelle erfasst.
Alternativ kann ein Vorderrad- Drehzahlsensor 37 zu dem Vorderrad 16 zugehörig sein, um ein Geschwindigkeitssignal zu dem Steuersystem vorzusehen.
2 zeigt die Antriebsanordnung und bestimmte Bauteile der Steuerung schematisch. Es sollte beachtet werden, dass die Antriebsanordnung bestimmte Bauteile enthält, die ausführlicher in der zugehörigen Europäischen Patentanmeldung 0 569 954 gezeigt sind. Offensichtlich können auch andere Arten der Antriebsanordnungen verwendet werden.
Die Antriebsanordnung enthält ein Getriebe, das Energie von der manuellen Kurbelwelle 23 auf das Hinterrad 26 durch eine Antriebswelle (nicht gezeigt), die sich durch eines der Rahmenrohre 27 erstreckt, überträgt. Dieses Getriebe enthält eine Freilaufkupplung 38, die zwischen der Kurbelwelle 23 und der Antriebswelle angeordnet ist. Dieses Getriebe kann außerdem eine Planeten- Übersetzungseinheit enthalten, die ein Sonnenrad enthält, das mit dem Drehmomentsensor 35 in einer Weise verbunden ist, wie sie in der zusammenhängenden Anmeldung beschrieben. es sollte beachtet werden, dass dieser Drehmomentsensor ein tatsächliches auf die Kurbelwelle 23 ausgeübtes Drehmoment, und nicht die Kraft des Benutzers erfasst. Die Kraft des Benutzers wird, obwohl sie konstant ist, ein Drehmoment schaffen, dass sich abhängend von dem Winkel der Kurbelarme 24, wie allgemein bekannt ist, zyklisch ändert. Andererseits kann auch ein Kraftsensor verwendet werden.
Die Ausgangsleistung von der Freilaufkupplung 38 und dem Getriebe wird auf die Antriebswelle übertragen, wie in der 39 schematisch gezeigt ist, die ihrerseits mit dem Hinterrad 26 durch ein weiteres Getriebe gekuppelt ist, das eine Freilaufkupplung oder frei- drehende Kupplung enthält, wie schematisch mit 41 in der 2 angezeigt ist.
In größerer Ausführlichkeit, der untere Abschnitt 32 des Rahmens 12 ist gebildet, um ein zylindrische Abschnitt zu sein, der nach unten öffnet und darin den Elektromotor 31 aufnimmt. Die Antriebseinheit 21 weist das Bodengehäuse 22 mit den Hinterradtragarmen 27 auf, die sich von dem Bodengehäuse 22 nach hinten erstrecken. Die Kurbelwelle 23 ist durch das Bodengehäuse 22 der Antriebseinheit 21 eingesetzt und die Kurbelarme 24 sind jeweils an beiden Enden der Kurbelwelle 23 mit den daran befestigten Kurbelpedalen 25 befestigt. Das linke Ende der Achse 29 ist an einer Endplatte 28, befestigt am Rahmenrohr 27 der linken Seite, befestigt. Das rechte Ende der Achse 29 ist an einem Kegelradgehäuse (nicht gezeigt), befestigt an dem Rahmenrohr 27 der rechten Seite, befestigt. Die Achse 29 lagert eine drehbare Nabe (nicht gezeigt), zu der die Drehung der Kegelradvorrichtung durch die Freilaufkupplung 41 übertragen wird. Ein Kegelrad (nicht gezeigt) ist in der Antriebseinheit 21 enthalten, um die Drehung der Kurbelwelle 23 auf die Antriebswelle 39 durch eine weitere Freilaufkupplung 41 (siehe 2) zu über tragen. Eine Planetengetriebevorrichtung ist zwischen die Kurbelwelle 23 und die Antriebswelle 39 eingefügt.
Eine Pedalkraft wird von einem Planetenzahnrad der Planetengetriebevorrichtung eingegeben und von einem Innenzahnrad derselben zu der Antriebswelle 39 ausgegeben. Das auf das Sonnenzahnrad in der Mitte der Planetengetriebevorrichtung angewandte Drehmoment wird durch ein Potentiometer erfasst, das den Drehmomentsensor 35 bildet, um jeweils die Pedalkraft oder das Drehmoment zu erfassen. Die Drehung des Elektromotors 31 wird auf die Antriebswelle 39 durch ein Getriebe 42 und durch eine Freilaufkupplung 43 übertragen. Die 1 zeigt die aufladbare Batterie 33, z. B. eine Blei- Säure- Batterie, und die Steuerung 34, die beide in dem Raum untergebracht sind, der sich zwischen dem Kopfrohr 13 und dem Sitzständer 17 des Hauptrahmens 12 erstreckt. Die 1 zeigt auch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 36 zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit S aus der Drehzahl der Antriebswelle 39. Wie oben alternativ angezeigt ist (oder sogar zusätzlich, falls die Signalverarbeitungseinrichtung dementsprechend vorgesehen ist, indem sie z. B. eine Vergleichseinrichtung und/oder eine Durchschnittswert- Recheneinrichtung hat), kann auch ein Vorderrad- Drehzahlsensor 37 verwendet werden, um ein Fahrradgeschwindigkeits- Antwortsignal zu dem Steuersystem zu schaffen.
Die Pedalkraft F oder das Drehmoment Q, erfasst durch das Potentiometer 35, und/oder 37, werden in die Steuereinrichtung 34 eingegeben, die einen Motorstrom des Elektromotors 31 gemeinsam mit einer Betriebsbedingung auf der Grundlage der Pedalkraft oder des Drehmomentes und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Der Motorstrom wird gesteuert, um dem berechneten Ergebnis nachzukommen und um eine Motorausgangsleistung oder ein Motordrehmoment T_m zu erzeugen.
Der Elektromotor 31 treibt, wie angemerkt worden ist, ein in der 2 als 42 bezeichnetes Drehzahlreduzierungsgetriebe an, und dies kann ein Planetengetriebe, wie in der oben erwähnten Anmeldung gezeigt, bilden. Das Getriebe treibt die Antriebswelle 39 durch die weitere, schematisch mit 43 gezeigte Freilaufkupplung an, die das Antreiben der Antriebswelle 39 gestattet, andererseits der Antriebswelle 39 gestatten wird, frei zu drehen. Da sich diese Erfindung insbesondere mit der Weise auseinandersetzt, in der der Motor 31 insbesondere während abnormaler Zustände gesteuert wird, kann die weitere Beschreibung des Getriebes mit einer breiten Vielfalt von Arten der Getriebe verwendet werden.
Der Steuerschaltkreis ist teilweise schematisch in der 3 gezeigt und wird jetzt ausführlicher unter Bezug auf diese Figur beschrieben. Wie in der 3 gesehen, enthält die Steuerung 34 eine ECU, allgemein durch die Bezugszahl 44 bezeichnet, die einen Motorsteuerabschnitt hat, der vorprogrammiert ist, um einen angemessenen Grad der elektrischen Leistung zu dem Motor 31 in Abhängigkeit von der Eingangsenergie der manuellen Kurbelwelle 23 durch den Benutzer auf dem Sitz 19 in einer bekannten Art der Steuerstrategie, z. B. wie jene in der vorerwähnten zugehörigen Anmeldung für eine Normal- Motorsteuerung. Dieser Steuerungssignalausgang i wird auf eine Steuerschaltung 46 übertragen, der den Schaltkreis 47 durch ein Signal g wahlweise schaltet, um so die Arbeitstakte der in die Batterie 33 zugeführten Elektroenergie zu dem Motor 31 durch einen Hauptschaltkreis 48 in Abhängigkeit zu den sich verändernden Zuständen zu verändern. Der Schalter 47 kann eine bekannte Art sein, z. B. ein MOS- FET. Eine Diode 49 ist in dem Schaltkreis vorgesehen, um den Rückfluss von EMF zu der Batterie 33 während des Leerlaufmodus zu vermeiden. Zusätzlich ist ein Hauptrelais 51 in dem Hauptschaltkreis 47 vorgesehen und wird durch einen Hauptschalter 52 AN oder AUS geschaltet. Ein Energieabnehmer entnimmt Energie aus dem Hauptschaltkreis 48 und versieht die ECU 44 mit Energie. Wie vorher erwähnt, kann die spezielle normale Steuerung für den Motor 31 kann eine bekannte Art sein und bildet daher keinen Bestandteil der Erfindung, somit wird angenommen, dass eine weitere Beschreibung nicht notwendig ist.
Das System enthält außerdem eine kleine Hilfsbatterie 54, die von der Hauptbatterie 33 durch einen Stromquellenschaltkreis 55 aufgeladen wird, und die die Energie auch zu elektrischen Hilfsvorrichtungen, gezeigt in der 3 mit 56, z. B. Licht und dergleichen, zuführt.
Die Zentralrecheneinheit ECU 44 gibt einen Befehlswert i des Ausgangsdrehmomentes T_m des Elektromotors 31 entsprechend der Pedalkraft f oder des entsprechenden Drehmomentes und der Fahrzeuggeschwindigkeit S aus. Noch genauer, der Befehlswert i wird zu der periodischen Erhöhung oder Verminderung des Ausgangsdrehmomentes T_m des Elektromotors 31 entsprechend der periodischen Veränderungen in der Pedalkraft f oder des entsprechenden Drehmomentes ausgegeben. Es ist auch möglich die Steuereinheit derart vorzusehen, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit S durch Begrenzen des Motorausgangsleistung T_m begrenzt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit S einen vorbestimmten Wert erreicht.
Die Steuerschaltung 46 gibt das Steuersignal g zum Antreiben des Schalt- Schaltkreises 47 entsprechend des Befehlswertes oder des Steuerungsausgangssignals i des ECU 44 mit einem Änderungsarbeitsverhältnis aus. Das bedeutet, das Arbeitsverhältnis oder die Arbeitstaktzeit (Verhältnis der EIN- Zeit zu EIN + AUS- Zeit des Steuerungsausgangssignals i) wird erhöht, wenn die Motorausgangsleistung T_m erhöht werden soll.
Das Steuerungssignal g, ausgegeben von dem Steuerungsschaltkreis 46 entsprechend des Steuerungsausgangssignals i, wird zu den Schaltelementen des Schalt- Schaltkreises 47 zu dem jeweiligen Element, wahlweise zu EIN oder AUS, zugeführt.
In der 3 ist der Hauptschalter 52 gezeigt. Der Hauptschalter 52 wird eingeschaltet, die ECU 44 nach dem Anfangsfestlegen, dass das Hauptrelais 51, eingefügt in den Hauptschaltkreis 48, auf EIN ist, und gleichzeitig wird die Bereitschaft für den Stromquellenschaltkreis 55 in der Hilfssteuerung 61, den Steuerschaltkreis 46 und alle anderen Teile der Steuereinheit 34 festgelegt. Der Stromquellenschaltkreis 55 veranlasst die Spannung der Batterie 33, um z. B. durch einen Schaltregler vorgesehen zu sein, eine Leistungsspannung für die Zentralrecheneinheit 44 und die Antriebsspannungen für die elektrischen Hilfsvorrichtungen 56 zu erzeugen. In dem vorliegenden Fall ist die Hilfsbatterie 54, die von der Hauptbatterie 33 separat ist und eine kleinere Kapazität hat, mit dem Stromquellenschaltkreis 55 verbunden, demzufolge wird die Spannung der Hauptbatterie 33 durch einen Schaltregler herunter transformiert, um die Hilfsbatterie 54 der kleineren Kapazität zu laden. Die elektrischen Hilfsvorrichtungen 56 können Lampen oder Messgeräte enthalten, die durch den Strom des Stromquellenschaltkreises 55 entsprechend des Stromeinsetzpunktes und der Ausgangsleistung des Hilfssteuerabschnittes 61 angetrieben werden.
Ein Bremsschalter 57 ist vorgesehen, um den Bremsvorgang zu erfassen und sieht ein Bremssignal zu der ECU 44 vor, die ihrerseits die Motorausgangsleistung T_m entsprechend des Bremssignals auf Null bringt oder begrenzt, selbst wenn die Pedalkraft F oder das Drehmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet. Demzufolge kann das System auch mit einer Anordnung für das Verhindern der Kraftübertragung von dem Elektromotor 31 versehen werden und die Bremsen des Fahrrades 11 werden mit Energie versorgt und für diesen Zweck ist der Bremsschalter 57 vorgesehen, dass er mit der ECU 44 verbindet und der wird den Steuerschaltkreis 46 außer betrieb setzen und die Energieversorgung des Elektromotors 31 verhindern, wenn die Fahrradbremsen angelegt werden. Überdies weist die Zentralrecheneinheit ECU 44 eine Ausfallsicherheitsein richtung, speziell einen Detektor 58 zum Erfassen von Abnormalitäten, und einen Selbstdiagnose Schaltkreis 59 auf, die beide Abschnitte der ECU 44 bilden. Der Selbstdiagnose Schaltkreis 59 und die Ausfallsicherheitseinrichtung und am typischsten der Detektor 58 zum Erfassen von Abnormalitäten sind zusätzlich zu dem Motorsteuerschaltkreis 45 vorgesehen.
Wie bereits oben erwähnt, weist die Steuereinheit 34 auch eine Hilfssteuereinrichtung 61 auf, die einbezogen wird, um den Schalter der elektrischen Hilfsvorrichtungen 56 EIN oder AUS zu schalten. Überdies ist das System mit einer Sichtanzeige 62 versehen, die aus einem Warnlicht oder dergleichen besteht. Die Ausfallsicherheitseinrichtung, besonders der Detektor 58 zum Erfassen von Abnormalitäten, erfasst Abnormalitäten in dem Erfassungssystem zum Erfassen der Pedalkraft F oder des entsprechenden Drehmomentes 2 und die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Folglich hat die ECU 44 verschiedene Funktionen, die die Selbstdiagnose, die Abnormalitätenerfassung und die Motorsteuerung enthält, die mit software arbeiten. Die Selbstdiagnoseeinrichtung 59 prüft alle Vorgänge der ECU 44 während der Hauptschalter 52 auf EIN geschaltet ist und unterscheidet außerdem unter den Zuständen, bevor das Fahrrad beginnt zu fahren, ob es in dem gesamten Schaltkreis der Steuereinheit 34 und ihrer Bauteile eine Abnormalität gibt.
Die Einrichtung 58 zum Erfassen von Abnormalitäten als eine Ausfallsicherheitseinrichtung erfasst Abnormalitäten in dem Erfassungssystem zum Erfassen der Pedalkraft F oder das Drehmoment Q und die Fahrzeuggeschwindigkeit S, wie nachstehend erläutert wird. Die Motorsteuereinrichtung 45 steuert den Motorstrom des Elektromotors 31 auf den durch die Pedalkraft F bestimmten Wert oder das entsprechende Drehmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit S, wie zuvor beschrieben. Wenn die Ausfallsicherheitseinrichtung 58 eine Abnormalität in der Erfassung von einer Pedalkraft F oder dem Drehmoment Q oder der Fahrzeuggeschwindigkeit S erfasst, setzt die Motorsteuereinrichtung 45 den Motorstrom auf Null, um den Antrieb des Elektromotors 31 zu stoppen.
Bevor auf den Steuerablauf der 5 Bezug genommen wird, wird der Weg, in dem die abnormalen Zustände erfasst werden, insbesondere durch den Bezug auf die 4 beschrieben, die eine grafische Darstellung ist, die der Zustand der Drehmomentausgabe, erfasst durch den Drehmomentsensor 35, und die Fahrzeuggeschwindigkeitsausgabe, wie sie durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 36 ausgegeben wird, zeigt. Wie in der Normalkurve gezeigt, verändert sich das Drehmoment unter der Annahme einer konstanten Eingangskraft zyklisch und die Fahrzeuggeschwindigkeit wird sich auch zyklisch verändern, allerdings mit einer kleineren Amplitude. Der erste gezeigte abnormale Zustand ist ein Zustand, bei dem die Drehmomenteingabe im Wesentlichen normal ist, aber die angezeigte Fahrzeuggeschwindigkeit ziemlich gering und konstant ist, ein Zustand, der vorhanden sein könnte, wenn der Geschwindigkeitssensor fehlerhaft gearbeitet hat. Der andere abnormale Zustand zeigt, wo die angezeigte Geschwindigkeit des Fahrzeuges im Wesentlichen konstant beibehalten, aber eine sehr klein angezeigtes Drehmomentausgabesignal ist, was ein Zustand sein kann, der einen Drahtbruch in dem Drehmomentsensor und/oder ein Blockieren anzeigt, was den Motor veranlassen würde, konstant betätigt zu werden. Das vorliegende System erkennt diese abnormalen Zustände und verhindert dann die Übertragung der Elektroenergie auf den Elektromotor, wenn einer der abnormalen Zustände erkannt wird und auch, um die Warnsignalanzeige anzuzeigen, was ebenfalls oben erwähnt wurde.
Bezug nehmend auf die 5 beginnt das Programm, wenn der Hauptschalter eingeschaltet wird und bewegt sich dann zu dem Schritt S1, um das Diagnosesystem auszuführen, das in einer bekannten Weise arbeiten kann, zeigt eine Abnormalität an, das Programm bewegt sich zu dem Schritt S2, um die Warnsignalanzeige 62 zu beleuchten und bewegt sich dann zu dem Schritt S3, um die Zuführung von Elektroenergie von der Batterie 33 zu dem Elektromotor 31 durch Sperren des Ausgangsschaltkreises 46 abzubrechen oder zu verhindern, und um das Schalten der Vorrichtung 47 zu vermeiden, um den Motor 31 mit Energie zu versorgen.
In der Annahme, dass das Selbstdiagnose -System den Normalbetrieb anzeigt, bewegt sich dann das Programm zu der Ausführung von vier unterschiedlichen Typen der Prüffunktionen, angezeigt der Reihe nach in den Schritten S4, S5, S6 und S7. Diese Schritte S4, S5, S6 und S7 werden in einer vorherbestimmten, bevorzugten Reihe gezeigt, aber es sollte allen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, deutlich sein, dass andere Arten von Abfolgen zum Bestimmen von Abnormalitäten, die sowohl den Drehmomentsensor 35, als auch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 36 verwenden, verwendet werden können.
Der erste Erfassungszustand, bestimmt in dem schritt S4, dient zu bestimmen, falls die Veränderung im Ausgangsdrehmoment dF im Verhältnis zu der Zeit dt größer als ein vorbestimmter Wert a ist, wenn sich das Fahrrad tatsächlich bei einer durch den Fahr zeuggeschwindigkeitssensor 36 angezeigten Geschwindigkeit bewegt. Falls die Veränderung in der Kraft im Verhältnis zu der Zeit größer als ein Wert a ist, was experimentell bestimmt wird, dann wird es bestimmt, dass es in dem Drehmomentsensor 35 einen Defekt gibt und das Programm bewegt sich zu dem abnormalen Ablauf, um die Warnsignalanzeige in einem Schritt S2 zu beleuchten und die Elektroenergie in dem Schritt S3 abzuschalten.
Wenn jedoch keine Abnormalität in dem Schritt S4 erfasst wird, dann wird ein weiterer Prüfschritt in dem Schritt S5 geleistet. Dieser Schritt bestimmt, falls die tatsächliche Kraft F, wie sie durch den Drehmomentsensor 35 ausgegeben wird, größer als eine vorbestimmte Kraft b ist, wenn das Fahrrad fährt und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 36 eine tatsächlichen Geschwindigkeitszustand anzeigt. Diese durch den Kraftsensor erfasste hohe Kraft zeigt entweder an, dass es einen elektrischen Fehler in dem Kraftsensor gegeben hat, oder das System wurde durch den Benutzer umgangen, um einen größeren Betrag von Unterstützungskraft als gewünscht abzurufen, was zu einer Überschreitung der zulässigen Geschwindigkeit für das Fahrrad führen könnte. Falls dies auftritt bewegt sich das Programm, wie vorher beschrieben, zu dem abnormalen Anzeigemodus der Schritte S2 und S3.
In der Annahme, dass die zwei abnormalen Zustände, untersucht in den Schritten S4 und S5, nicht vorhanden sind, bewegt sich das Programm dann zu dem dritten Zustand S6, um zu bestimmen, falls es ein Kraftausgabesignal von dem Drehmomentsensor 35, dass der Geschwindigkeitssensor 36 anzeigt, dass das Fahrrad sich nicht bewegt und die Geschwindigkeit Null ist. Dies würde anzeigen, dass es eine Pedalkraft gibt, die ausgeübt wird, wenn das Fahrrad entweder durch Anlegen der Bremsen, oder durch sein Platzieren im Eingriff mit einem feststehenden Objekt, stationär gehalten wird. In jedem Zustand ist es nicht wünschenswert einen in Betrieb befindlichen Elektromotor zu haben, und falls dieser Zustand bestimmt wird, bewegt sich das Programm, wie vorher beschrieben, zu dem abnormalen Modus der Schritte S2 und S3.
Angenommen, dass keiner der in den Schritten S4, S5 und S6 untersuchten Zustände aufgetreten ist, bewegt sich das Programm zu dem Schritt S7, um ein Prüfen des Funktionierens des Geschwindigkeitssensors vorzunehmen und dies wird zuerst durch das Bestimmen vorgenommen, dass der Drehmomentsensor 35 ein Signal und dann die Veränderungsrate in der Geschwindigkeit in Bezug auf die Zeit (ds/dt) ausgibt. Dieser Wert wird dann mit dem vorhandenen Wert d verglichen, der die maximale, normale, voraussichtlich erwartete Veränderung in der Geschwindigkeit ist, was wiederum experimentell bestimmt wird. Dieser Zustand kann durch eine Fehlfunktion oder einen Drahtbruch in dem Geschwindigkeitssensor 36 verursacht werden und falls dieser Zustand abnormal zu sein bestimmt wird, bewegt sich das Programm wieder zu den abnormalen Zuständen der Schritte S2 und S3.
Wenn alle Schritte S4, S5, S6 und S7 keine Abnormalität von jeweils entweder dem Drehmoment-, oder dem Geschwindigkeitssensor 35 und 36 angezeigt haben, bewegt sich das Programm zu dem Schritt S8, um weiterzugehen, um die Prüfung S4, S5, S6 und S7 während des Fahrradbetriebes zu wiederholen. Wie bereits oben erwähnt wurde, ist es nicht notwendig, dass diese Schritte in der Reihenfolge und zusätzlich die Prüfverfahren beschrieben werden, um die verschiedenen Arten der Abnormalitäten, die durch mich verwendet, oder durch zusätzliche Abnormalitäten unter Verwendung dieser Sensoren bekannt werden. Die Prüfungen können automatisch während des Fahrens wiederholt werden oder können in die normale Fahrsteuerung zurückkehren, wenn die Abnormalität bestimmt wird und dies innerhalb des Umfanges der Erfindung ist.
Es sollte aus der vorhergehenden Beschreibung wiederholt deutlich werden, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung beim Verwenden der zwei Sensoren des Systems, um verschiedene Arten von Abnormalitäten zu bestimmen und um gegen die Anwendung von Elektroenergieunterstützung unter diesen Abnormalitäten zu schützen, sehr effektiv sind.
Während die Erfassung der Abnormalitäten in dem vorher angezeigten Ausführungsbeispiel in vier Abschnitten vorgenommen wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt und ist wohl überlegt, alle Ausführungsbeispiele zu umfassen, in denen eine Erfassung der Abnormalitäten durch Vergleich zwischen einer Menschenantriebskraft, z. B. der Pedalkraft oder dem Pedaldrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgenommen wird und ist nicht auf das Verfahren der Erfassung in den vorerwähnten Schritten, sondern durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt. Es kann auch angeordnet werden, dass die Erfassung der Abnormalitäten in jedem Abschnitt in konstanten Intervallen wiederholt wird, während der Hauptschalter 52 EIN ist, und dass der Steuermodus automatisch in die Normal- Fahrsteuerung des Schrittes 8 in dem Ablauf von 5 zurückkehrt, wenn die Abnormalität nicht länger vorhanden ist. Alternativ kann es auch angeordnet werden, dass der Hauptschalter 52 in dem Fall von einer Abnormali tät, die erfasst wird, um die gesamte Steuerung zu stoppen, automatisch auf AUS geschaltet wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden die Pedalkraft oder das Drehmoment als die Menschenantriebskraft erfasst, aber es ist eine Selbstverständlichkeit, dass auch die Handantriebskraft oder das -drehmoment in dem Fall, dass die vorliegende Erfindung in einem handbetriebenen Fahrzeug, z. B. einem Rollstuhl, angewandt wird, erfasst werden können.

Claims

Muskelbetätigtes Fahrzeug, insbesondere ein pedalbetätigtes Fahrzeug, wie z. B. ein Fahrrad, das ein muskelbetätigtes Antriebssystem und ein Hilfsantriebssystem mit Elektroenergie hat, wobei ein Erfassungssystem enthält – eine Sensoreinrichtung (35, 36), die im Gebrauch die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Menschenantriebskraft, die das Fahrzeug antreibt, erfasst, und – eine Steuerungseinrichtung (34), die im Gebrauch die Aktivierung und/oder die Ausgangsleistung des Elektroenergie- Antriebsystems entsprechend der Veränderungen der Menschenantriebskraft steuert dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (34) eine Abnormalitäts- Erfassungseinrichtung (58) aufweist, die im Gebrauch Abnormalitäten in dem Erfassungssystem erfasst durch eine Einrichtung, die voreingestellte Parameterwerte aufweist, zum Vergleich mit den erfassten Parameterwerten bezüglich zumindest einer der folgenden Parameterkombinationen Fahrzeuggeschwindigkeit und Menschenantriebskraft oder erster Ableitung der Menschenantriebskraft oder einer Parameterkombination von Menschenantriebskraft und erster Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei die voreingestellten Werte der Parameterkombinationen abnormale Beziehungen zwischen diesen Parametern repräsentieren, die im Normalbetrieb durch Muskelkraft nicht auftreten, eine Einrichtung, die den Vergleich der erfassten Werte mit den voreingestellten Parameterwerten entsprechend zumindest einer der vorerwähnten Parameterkombinationen ausführt und dadurch eine Abnormalität erfasst, wobei die Steuerungseinrichtung (34) außerdem eine Motorsteuerungseinrichtung (45) aufweist, die die Zuführung von elektrischer Energie zu dem Elektroenergie-Hilfsantriebssystem unterbricht, wenn eine Abnormalität erfasst wird.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (34) in der Lage ist, die Zuführung von elektrischer Energie zu dem Elektroenergie- Hilfsantriebssystem in dem Fall zu verhindern, dass die erfasste Menschenantriebskraft im Wesentlichen normal ist, aber die angezeigte Fahrzeuggeschwindigkeit ziemlich gering und im Wesentlichen konstant und demzufolge abnormal ist, und/oder in dem Fall, dass die angezeigte Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen normal ist, aber die angezeigte Menschenantriebskraft im Wesentlichen konstant und demzufolge abnormal ist.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (36, 37) und ein Kraft- oder Drehmomentsensor (35) zum Erfassen der Menschenantriebskraft, insbesondere einer Pedalkraft, oder ein Drehmomentsensor (35) zum Erfassen der Pedalkraft eines pedalkraftbetätigten Fahrzeuges, wie z. B. eines Fahrrades, vorgesehen sind.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das muskelbetätigte Antriebssystem und das elektrische Hilfsantriebssystem zueinander parallel angeordnet sind.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das muskelbetätigte Antriebssystem eine pedalbetätigte Kurbelwelle (23) aufweist, betrieblich verbunden mit einer Achse (29) eines antreibenden Hinterrades (26) des Fahrzeuges durch ein Getriebe, das eine Freilaufkupplung (38) und eine Antriebswelle (39) enthält.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Hilfsantriebssystem einen batteriegespeisten Elektromotor (31) aufweist, der seine Energie über ein Getriebe (42) und eine weitere Freilaufkupplung auf die Antriebswelle (39) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Steuereinrichtung überträgt, wobei die Steuereinrichtung mit Sensorsignalen von einem Kraft- oder Drehmomentsensor (35) des muskelbetätigten Antriebssystems und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (36) gespeist wird.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (39) betrieblich mit der Achse (29) des Hinterrades (26) über eine weitere Freilaufkupplung (26) verbunden ist.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (34) eine Zentralrecheneinheit (44) aufweist, mit einem Elektromotor- Steuerabschnitt (45) und die Ausfallsicherheitseinrichtung aufweist, die einen Abnormalitätsdetektor (58) und einen Selbstdiagnose- Schaltkreis (59) zum Prüfen der Betriebsfähigkeit der Zentralrecheneinheit (44) enthält.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung vorgesehen ist Eingangssignale von einem Kraft- oder Drehmomentsensor (35), einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (36, 37), einem Bremsschalter (57) und einem Hauptschalter (52) zu empfangen.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Elektromotor- Antriebsschaltkreis aufweist, der eine Gatterschaltung (46) zum Schalten eines Schalterschaltkreises (47) aufweist, mit einem Hauptrelais (51), betätigt durch ein Hauptschalter- abhängiges Signal, die Batterie (33) und den Elektromotor (31).
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschaltkreis (48) überdies einen Stromerfassungsnebenwiderstand (53), verbunden mit der Steuerungsberechnungseinheit (44), aufweist, eine Schwungraddiode (49), parallel zu dem Elektromotor (31) und eine weitere Energiequelle (55) zum Energiezuführen zu elektrischen, durch eine Hilfsbatterie (54) angetriebene Hilfsvorrichtungen.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallssicherheitseinrichtung eine Veränderung in der Beziehung eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und eines Kraft- oder Drehmomentsignals gegenüber einer Beziehung, die normalerweise erwartet wird, erfasst.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallssicherheitseinrichtung einen abnormalen Zustand in dem Erfassungssystem zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der manuellen Antriebskraft erfasst, wenn eine Veränderung in der Kraft oder im Drehmoment pro Zeiteinheit (dF/dt oder DQ/dt), erfasst durch den Kraft- oder Drehmomentsensor, einen vorbestimmten Wert überschreitet und der Fahrzeuggeschwindigkeits sensor ein Ausgangssignal abgibt, das anzeigt, dass das Fahrzeug in Bewegung ist.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallssicherheitseinrichtung einen abnormalen Zustand in dem Erfassungssystem zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der manuellen Antriebskraft oder des Drehmomentes erfasst, wenn ein Betrag der Kraft oder des Drehmomentes, erfasst durch den Kraft- oder Drehmomentsensor, einen vorbestimmten Wert überschreitet und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ein Ausgangssignal abgibt, das anzeigt, dass das Fahrzeug in Bewegung ist.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallssicherheitseinrichtung einen abnormalen Zustand in dem Erfassungssystem zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Antriebskraft oder eines Drehmomentes erfasst, wenn der Betrag der Kraft oder des Drehmomentes, erfasst durch den Kraft- oder den Drehmomentsensor, einen vorbestimmten Wert überschreitet, und das Fahrzeug stationär gehalten wird, wie durch ein Versagen des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, ein Signal auszugeben, angezeigt wird.
Muskelbetätigtes Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallssicherheitseinrichtung einen abnormalen Zustand in dem Erfassungssystem zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der manuellen Antriebskraft oder des Drehmomentes erfasst, wenn die Veränderung in der Fahrzeuggeschwindigkeit pro Zeiteinheit, erfasst durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, größer als ein vorbestimmter Wert ist, und der Kraft- oder der Drehmomentsensor die Ausgabe einer Kraft oder eines Drehmomentes anzeigt.