HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein elektrisch unterstütztes Fahrzeug,
wie z. B. ein elektrisch unterstütztes Fahrrad oder einen
Rollstuhl, mit einem menschlichen Antriebssystem zum
Antreiben eines Antriebsrades durch die Aufbringung einer
menschlichen Antriebskraft und einem elektrischen
Antriebssystem zum hilfsweisen Antreiben des Antriebsrades
durch Antreiben eines Elektromotors gemäß der menschlichen
Antriebskraft.
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Im Allgemeinen bekannt sind elektrisch unterstützte Fahrzeuge
dieser Art, die Fahrzeuge umfassen, welche die Menge der
menschlichen Antriebskraft verringern, die erforderlich ist,
um diese anzutreiben, indem die menschliche Antriebskraft mit
einer elektrischen Antriebskraft von einem Elektromotor
unterstützt wird.
-
Bei derartigen elektrisch unterstützten Fahrzeugen wurde die
Sicherheit während einer hohen Fahrgeschwindigkeit dadurch
sichergestellt, dass diese, wie beispielsweise in Fig. 7
gezeigt ist, gesteuert wurden. D. h. es wurde eine Art einer
Steuerung ausgeführt, welche das Verhältnis der elektrischen
Antriebskraft zu der menschlichen Antriebskraft oder ein so
genanntes Unterstützungsverhältnis auf 1,0 bei
Fahrgeschwindigkeiten von 0 bis 15 km/h einstellt, und dies
variiert, so dass es sich mit einer
Geschwindigkeitsvergrößerung zwischen 15 und 24 km/h
allmählich linear von 1,0 auf 0 verringert, und dieses auf 0
bei 24 km/h und darüber einstellt, wodurch der Hilfsantrieb
angehalten wird, der durch die elektrische Antriebskraft
geschaffen wird.
-
Um dies zu erreichen, wurde üblicherweise ein Verfahren
angepasst, bei dem ein Antriebskraft-Sensor zum Erfassen des
Ausmaßes der menschlichen Antriebskraft, die auf das
Antriebsrad aufgebracht wurde, ein Geschwindigkeits-Sensor
zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit und ein Mikrocomputer
zum Berechnen, wie groß die elektrische Antriebskraft
einzustellen ist, vorgesehen sind, und das Ausmaß der
menschlichen Antriebskraft und die Fahrgeschwindigkeit in den
Mikrocomputer eingegeben werden, für den zugelassen wird,
dass er das Unterstützungsverhältnis auf Basis der darin
gelagerten Datentabelle variiert. Beispielsweise wird unter
der Annahme, dass eine menschliche Antriebskraft von
100 kg·cm auf den Antriebskraft-Sensor wirkt, ein
zusätzlicher Hilfsausstoß, für den durch die elektrische
Antriebskraft gesorgt wird, derart eingestellt, dass er
100 kg·cm beträgt, wenn eine Fahrgeschwindigkeit 10 km/h
beträgt (vgl. Fig. 7), während sie auf 44 kg·cm berechnet und
ausgegeben wird, für eine Fahrgeschwindigkeit von 20 km/h,
weil das Unterstützungsverhältnis auf etwa 0,44 verringert
werden muss.
-
Jedoch ist es bei dieser Art der beschriebenen Gestaltung
passiert, dass, wenn der Geschwindigkeits-Sensor ungenau ist,
oder der Geschwindigkeits-Sensor eine Fehlfunktion aufweist,
die Geschwindigkeit, die durch den Geschwindigkeits-Sensor
berichtet wird, und die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit
manchmal unterschiedlich sind, so dass, obwohl eine
gewöhnliche Berechnung in dem Mikrocomputer durchgeführt
wird, das Unterstützungsverhältnis außerhalb des
Steuerungslimits, das in Fig. 7 gezeigt ist, gerät. Somit mag
dies manchmal eine gefährliche Fahrt werden, oder zu einer
unzureichenden Unterstützung durch die elektrische
Antriebskraft führen.
-
Auch weil der Geschwindigkeits-Sensor die Fahrgeschwindigkeit
von einem Rad oder ähnlichem, was ein sich drehendes Teil
ist, erfasst, bestand ein Problem darin, dass eine
Verdrahtung erforderlich ist, und die Gestaltung mit großer
Wahrscheinlichkeit kompliziert wird, und die Verdrahtung mit
großer Wahrscheinlichkeit ein Hindernis bildet.
-
Es ist aus der EP-A-0675037 bekannt, ein elektrisch
unterstütztes Fahrzeug mit einem Antriebsrad, das sowohl
manuell als auch elektrisch antreibbar ist, einem manuellen
Antriebssystem mit einer Einrichtung zum Aufbringen einer
manuellen Antriebskraft auf das Antriebsrad, einer Drehkraft-
Erfassungseinrichtung zum Erfassen der aufgebrachten
manuellen Antriebskraft, einem elektrischen Antriebssystem
mit einem Batterie getriebenen Motor zum Zuführen einer
elektrischen Antriebskraft zu dem Antriebsrad und einer
Steuerungseinrichtung zum Steuern des Motors mit einem
vorbestimmten Unterstützungsverhältnis in Abhängigkeit von
der aufgebrachten manuellen Antriebskraft, die durch die
Drehkraft-Erfassungseinrichtung des manuellen Antriebssystems
erfasst wird, zu schaffen.
-
Diese Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen
Probleme gemacht, und eine Aufgabe der Erfindung liegt darin,
ein elektrisch unterstütztes Fahrzeug zu schaffen, das einen
einfachen Aufbau aufweist, und dessen Sicherheit während des
Fahrens hoch ist, und das eine geeignete Unterstützung durch
eine elektrische Antriebskraft (einem Hilfsantrieb) schaffen
kann.
-
Ein elektrisch unterstütztes Fahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Motor eine
Charakteristik der elektrischen Antriebskraft derart
aufweist, dass der Motor die elektrische Antriebskraft nur
bei Geschwindigkeiten unterhalb einer vorbestimmten
Geschwindigkeit ausgibt, wobei die Motorsteuerungseinrichtung
derart betreibbar ist, dass das vorbestimmte
Unterstützungsverhältnis verändert wird, wenn die manuelle
Antriebskraft unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und
ein konstantes vorbestimmtes Unterstützungsverhältnis
beibehalten wird, wenn die manuelle Antriebskraft oberhalb
des vorbestimmten Wertes liegt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die
Motorsteuerungseinrichtung derart betreibbar, dass sie das
vorbestimmte Unterstützungsverhältnis linear verändert.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die
Motorsteuerungseinrichtung derart betreibbar, dass sie das
vorbestimmte Unterstützungsverhältnis gekrümmt verändert.
-
Mit dieser Art der Gestaltung ist es für das Steuerungsteil
möglich, das elektrische Antriebssystem mit einem
vorbestimmten Verhältnis anhand der Erfassungsergebnisse von
dem Drehkraft-Erfassungsteil des manuellen Antriebssystems zu
steuern. Deshalb ist es möglich, das elektrische
Antriebssystem zu steuern, während das
Unterstützungsverhältnis (das Verhältnis der elektrischen
Antriebskraft zu der manuellen Antriebskraft) geringer als
ein vorbestimmter Wert gehalten wird, ohne einen
Geschwindigkeits-Sensor vorzusehen, um eine Steuerung anhand
der Geschwindigkeit wie bei dem Stand der Technik
durchzuführen, und es ist möglich, eine Kraftunterstützung zu
schaffen, während die Sicherheit beibehalten wird. In dieser
Beschreibung und in den Ansprüchen bezieht sich "Drehkraft"
auf das Ausmaß oder die Stärke einer Antriebskraft.
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
Fig. 1 einen Satz von Diagrammen zur Darstellung eines
tatsächlichen Ausgangsdrehkraft-
Unterstützungsverhältnisses, das von dem
eingestellten Unterstützungsverhältnis erhalten
wird, sowie Charakteristika der Antriebskraft eines
elektrischen Antriebssystems gemäß einer ersten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
-
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Kraftsystems der ersten
bevorzugten Ausführungsform;
-
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 4
eines Antriebsteiles der ersten bevorzugten
Ausführungsform;
-
Fig. 4 eine Draufsicht der Konstruktion dieses
Antriebsteiles;
-
Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Darstellung des
Betriebs eines Antriebskraft-Erfassungsteiles der
ersten bevorzugten Ausführungsform;
-
Fig. 6 eine Gesamt-Konstruktionsansicht der ersten
bevorzugten Ausführungsform;
-
Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen
dem Unterstützungsverhältnis und einer
Geschwindigkeit zum Sicherstellen von Sicherheit;
-
Fig. 8 einen Satz von Diagrammen zur Darstellung der
Eigenschaft des tatsächlichen Ausgangsdrehkraft-
Unterstützungsverhältnisses, das von dem
eingestellten Unterstützungsverhältnis und der
Antriebskraft des elektrischen Antriebssystems
erhalten wird, gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung;
-
Fig. 9 einen Satz von Diagrammen zur Darstellung eines
tatsächlichen Ausgangsdrehkraft-
Unterstützungsverhältnisses, das von dem
eingestellten Unterstützungsverhältnis erhalten
wird, sowie Charakteristika der Antriebskraft des
elektrischen Antriebssystems gemäß einer dritten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
-
Fig. 10 einen Satz von Diagrammen zur Darstellung des
tatsächlichen Ausgangsdrehkraft-
Unterstützungsverhältnisses, das von dem
eingestellten Unterstützungsverhältnis erhalten
wird, sowie vorher zu erhaltende Charakteristika
der Antriebskraft des elektrischen Antriebssystems
einer vierten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung; und
-
Fig. 11 einen Satz von Diagrammen zur Darstellung eines
tatsächlichen Ausgangsdrehkraft-
Unterstützungsverhältnisses, das von dem
eingestellten Unterstützungsverhältnis erhalten
wird, sowie Charakteristika der Antriebskraft des
elektrischen Antriebssystems gemäß einer vierten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In einem elektrisch unterstützten Fahrzeug gemäß der
vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, ein elektrisches
Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebskraft-
Charakteristik derart zu verwenden, dass das elektrische
Antriebssystem keine Hilfs-Antriebskraft ausgibt, wenn die
Geschwindigkeit eine erste vorbestimmte Geschwindigkeit
(beispielsweise 24 km/h) übersteigt, die als ein unterer
Grenzwert eines gefährlichen Fahrgeschwindigkeitsbereichs
bestimmt wird. Mit dieser Art der Gestaltung wird unabhängig
von der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit, auch wenn das
Verhältnis der elektrischen Antriebskraft zu der menschlichen
Antriebskraft derart gesteuert wird, dass es 1 : 1 ist, kein
Motorausstoß ausgeführt, wenn die Geschwindigkeit die erste
vorbestimmte Geschwindigkeit übersteigt, bei der eine
Kraftunterstützung angehalten werden muss.
-
Ferner ist bevorzugt, ein elektrisches Antriebssystem mit
einer elektrischen Antriebskraft-Charakteristik derart zu
verwenden, dass das elektrische Antriebssystem keine Hilfs-
Antriebskraft ausgibt, wenn die Geschwindigkeit eine zweite
vorbestimmte Geschwindigkeit (beispielsweise 15 km/h)
übersteigt, die als ein oberer Grenzwert eines sicheren
Fahrgeschwindigkeitsbereichs bestimmt ist. Mit dieser Art der
Gestaltung wird die elektrische Antriebskraft, die durch das
elektrische Antriebssystem geschaffen wird, nur bei
Geschwindigkeiten unterhalb der zweiten vorbestimmten
Geschwindigkeit ausgegeben, bei denen beispielsweise eine
Kraftunterstützung begonnen werden muss, verringert zu
werden. Deshalb ist es möglich, eine Steuerung auszuführen,
während das Unterstützungsverhältnis derart aufrechterhalten
wird, dass es geringer als ein vorbestimmter Wert ist, ohne
dass ein Geschwindigkeits-Sensor zum Durchführen der
Steuerung anhand der Geschwindigkeit vorgesehen werden muss,
und es ist möglich, eine Kraftunterstützung zu schaffen,
während die Sicherheit beibehalten wird.
-
Wenn das elektrische Antriebssystem verwendet wird, das eine
elektrische Antriebskraft-Charakteristik zur Ausgabe von
keiner Antriebskraft aufweist, wenn die Geschwindigkeit eine
erste vorbestimmte Geschwindigkeit oder eine zweite
vorbestimmte Geschwindigkeit in einem elektrisch
unterstützten Fahrzeug gemäß der Erfindung übersteigt,
speichert das Steuerungsteil vorzugsweise eine derartige
elektrische Antriebskraft-Charakteristik vorher und berechnet
vorzugsweise eine Ausgangsdrehkraft des Motors bezüglich
dieser Charakteristika.
-
Bei dem elektrisch unterstützten Fahrzeug gemäß der Erfindung
bewegt sich das Unterstützungsverhältnis vorzugsweise im
Bereich von 0 bis 1. In diesem Fall betreibt, außer wenn das
Unterstützungsverhältnis 0 beträgt, der Steuerungsteil den
Motor des elektrischen Antriebssystems gemäß dem Ausmaß der
menschlichen Antriebskraft, die durch einen Antriebskraft-
Erfassungsteil des menschlichen Antriebssystems erfasst wird,
und das Fahrzeug fährt mit zweifacher Antriebskraft, nämlich
der menschlichen Antriebskraft und der elektrischen
Antriebskraft, die als Unterstützung zu dieser bei einem
festen Verhältnis im Bereich von 0 bis 1 hinzugefügt wird.
-
Das Unterstützungsverhältnis verändert sich vorzugsweise im
Bereich von 0 bis 1 linear (durch eine Funktion erster
Ordnung ausgedrückt) oder gekrümmt (durch eine Funktion
zweiter oder dritter Ordnung ausgedrückt), bis die
menschliche Antriebskraft einen vorbestimmten Wert
(beispielsweise 200 kg·cm) erreicht und wird über diesem
vorbestimmten Bereich konstant gehalten.
-
Hierbei wird, wenn sich gemäß der Antriebskraft-
Charakteristik des elektrischen Antriebssystems das
Unterstützungsverhältnis, wenn eine kleine menschliche
Abgabevorrichtung auf das Antriebsrad wirkt, verändert,
beispielsweise in einem Teil, in dem sich das
Unterstützungsverhältnis im Allgemeinen von 1 bis 0 in einem
Vorsichts-Fahrgeschwindigkeitsbereich (beispielsweise 15 bis
24 km/h) allmählich verringert, der als ein Bereich von
Geschwindigkeiten geringer als ein gefährlicher
Fahrgeschwindigkeitsbereich bestimmt wird, verringert, ein
sicherer Bereich nicht überschritten.
-
Mit der beschriebenen Konstruktion wird, wenn das
Unterstützungsverhältnis derart eingestellt wird, dass es
allmählich innerhalb eines festen Bereichs, wenn die
menschliche Antriebskraft groß wird, vergrößert wird, ein
sicherer Bereich nicht bei hohen Geschwindigkeiten
überschritten, auch wenn die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit
nicht erfasst wird. Ferner ist es möglich, den Verbrauch der
Energiezuführungsbatterie bei niedrigen menschlichen
Antriebskräften zu unterdrücken, bei denen die Unterstützung
einer elektrischen Antriebskraft nicht so erforderlich ist.
Ferner wird es möglich, wenn das Unterstützungsverhältnis
derart eingestellt wird, dass seine Veränderungsrate
vergrößert wird, wenn sich die menschliche Antriebskraft
erhöht, eine kleine elektrische Antriebskraft in dem Fall
einer kleinen menschlichen Antriebskraft zu schaffen, und
eine große elektrische Antriebskraft in dem Fall einer großen
menschlichen Antriebskraft. Auf diese Weise wird es möglich,
einen übermäßigen Batterieverbrauch zu unterdrücken, und eine
Unterstützung mit großen elektrischen Antriebskräften
innerhalb eines sicheren Bereichs zu schaffen.
-
Der sichere Fahrgeschwindigkeitsbereich ist ein
Geschwindigkeitsbereich, der als ein Bereich von
Geschwindigkeiten unterhalb des oben erwähnten Vorsichts-
Fahrgeschwindigkeitsbereichs bestimmt ist.
-
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die auf
ein elektrisch unterstütztes Fahrrad angewendet wird, wird
nun im Allgemeinen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6
beschrieben.
-
Zunächst wird die Gesamtkonstruktion des elektrisch
unterstützten Fahrrades anhand der Fig. 6 beschrieben.
-
In Fig. 6 bezeichnet die Referenznummer 1 einen Hauptrahmen,
der mit einem Kopfrohr 2, das an der Vorderseite angeordnet
ist, und einem Sitzrohr 4 verbunden ist, das unterhalb eines
Sattels 3 angeordnet ist. Pedale 5 als ein Antriebskraft-
Aufbringteil, die durch einen Fahrer gedreht werden können,
sind an dem Hauptrahmen 1 an einem Abschnitt angebracht, an
dem der Hauptrahmen 1 mit dem Sitzrohr 4 verbunden ist.
-
Die Referenznummer 6 bezeichnet ein Vorderrad, das sich
zusammen mit einem Lenker 7 bewegt und die Fahrtrichtung
gemäß der Drehung des Lenkers 7 bestimmt. Das Vorderrad 6 ist
aus Speichen 8, einer Felge 9 und einem Reifen 10 aufgebaut.
-
Die Referenznummer 11 bezeichnet ein Hinterrad, das ein
Antriebsrad ist, und dieses Hinterrad 11 ist aus einem Reifen
12, einer Felge 13, Speichen 14 und einem Antriebsteil 15
aufgebaut.
-
Die Referenznummer 16 bezeichnet ein vorderes Kettenrad, das
sich zusammen mit der Drehung der Pedale 5 dreht. Eine Kette
17 ist an dem vorderen Kettenrad 16 eingesetzt und überträgt
eine Drehung des vorderen Kettenrades 16 zu dem hinteren
Kettenrad 27 (in Fig. 3 gezeigt), das an der Achse des
Antriebsteiles 15 angebracht ist.
-
Die Referenznummer 18 bezeichnet eine Batterie, die eine
Energiezuführung eines Mikrocomputers 49 darstellt, der
nachfolgend weiter beschrieben wird, und bringt eine 24-Volt-
Nickel-Cadmium-Batterie unter. Die Batterie 18 ist entnehmbar
und kann innen aufgeladen werden.
-
Die Referenznummer 19 bezeichnet einen vorderen Korb, und die
20 einen Ständer zum Stützen des Fahrrades, wenn dieses
geparkt wird.
-
Der besondere Aufbau des erwähnten Antriebsteiles 15 ist in
den Fig. 3 und 4 gezeigt.
-
Die Referenznummer 21 bezeichnet ein scheibenförmiges festes
Seitengehäuse, das an den Hauptrahmen befestigt ist, und die
Referenznummer 22 bezeichnet ein sich drehendes
Seitengehäuse, das axial mit dem festen Seitengehäuse 21 ist
und sich an der Außenseite des festen Seitengehäuses 21
dreht. Das feste Seitengehäuse 21 und das sich drehende
Seitengehäuse 22 bilden zusammen eine Nabe. Zwei ringförmige
Rippen 24 sind um den Umfang des sich drehenden
Seitengehäuses 22 ausgebildet, und die Speichen 14 sind
derart angeordnet, dass sie sich in einer Spannung von diesen
ringförmigen Rippen 24 zu den Felgen 13 erstrecken, auf
welche der Reifen 12 gefügt ist.
-
Die Referenznummer 25 bezeichnet ein Getriebe der Spindel in
einer Naben-Art, das an der Achse angeordnet ist, und dieses
Getriebe 25 ist mit dem hinteren Kettenrad 27 durch ein
Klinkenrad 26 angeschlossen. D. h. infolge des Klinkenrades 26
wirkt die menschliche Kraft von der Kette 17 nur in einer
Richtung. Wenn die Kraft in der Richtung der Rückwärtsdrehung
wirkt, wird die Antriebskraft abgeschnitten. Das Getriebe 25
ist in einem zylindrischen Behälter 33 untergebracht. Ein
Flanschteil 28 ist um den gesamten Umfang einer Seite des
Behälters 33 ausgebildet. Eine Gangwechselstange 30 ist
gleitbar in dieses Getriebe 25 durch einen hohlen Teil der
Achse 29 eingesetzt und wird nach außen gezwungen. Durch die
Gangwechselstange 30, wenn diese nach links oder nach rechts
bewegt wird, werden (nicht gezeigte) Zahnräder in dem
Getriebe 25 gewechselt. Ein Schiebestück 31 zum Schieben der
Gangwechselstange 30 ist in einem Druckkontakt mit der
Gangwechselstange 30 angeordnet, und ein Betätigungshebel
(der nicht gezeigt ist) zum Betätigen des Schiebestücks 31
ist in der Umgebung des Lenkers 7 angeordnet und mit dem
Schiebestück 31 durch einen Draht 32 verbunden. Wenn der
Draht 32 mittels des Betätigungshebels gezogen wird, dreht
sich das Schiebestück 31 und bewegt die Gangwechselstange 30,
und der Gang verändert sich.
-
Eine Hülse 34 ist unter Druck auf den Behälter 33 des
Getriebes 25 gefügt und umgibt den Außenumfang des Behälters
33. Die Hülse 34 ist mit einer Schraube an das Flanschteil 28
befestigt.
-
Die Referenznummer 35 bezeichnet eine Drehplatte, die sich
integral mit der Hülse 34 und dem Flanschteil 28 dreht. Die
Drehplatte 35 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5
beschrieben, die eine schematische Darstellung ihrer
Betriebsweise ist.
-
Die Drehplatte 35 ist größer als der Durchmesser des äußeren
Randes und des Behälters 33 des Getriebes 25 und ist
kreisförmig und konzentrisch mit dem Getriebe 25. Eine
Schiebestange 36 und eine Umwandlungsstange 37, die sich in
der Axialrichtung erstreckt, sind integral mit der Drehplatte
25 in zwei zueinander gerichteten Stellen vorgesehen. Die
Schiebestange 36 ist in die Form eines Prismas mit einer
glockenförmigen Oberfläche ausgebildet, und schiebt mit einem
glockenförmig gekrümmten Oberflächenabschnitt einen
elastischen Körper, nämlich eine Feder 38. Die Drehplatte 35
dreht sich entlang des äußeren Randes des Getriebes 25
konzentrisch mit dem Getriebe 25, wobei der äußere Rand des
Behälters 33 als eine Führung dient, während die Feder 38
zusammengedrückt wird. Die Umwandlungsstange 37 ist ein
rechtwinkliges Parallelepiped, das sich in Richtung der Achse
29 erstreckt, und ein Endabschnitt desselben bildet eine
geneigte Fläche, so dass es mit einem Voranschreiten in der
Drehrichtung kürzer wird.
-
Das andere Ende der Feder 38, die durch die Schiebestange 36
geschoben wird, bildet eine Berührung mit einem Teil des sich
drehenden Seitengehäuses 22. Die Art der Übertragung der
menschlichen Antriebskraft ist derart, dass die Drehplatte 35
mittels der Schiebestange 36 die Feder 38 zusammendrückt und
das sich drehende Seitengehäuse 22 dreht. Zu diesem Zeitpunkt
dreht sich gemäß dem Ausmaß des Zusammendrückens der
zusammengedrückten Feder 38 die Drehplatte 35, während eine
geringe Belastung bezüglich des sich drehenden Seitengehäuses
22 erzeugt wird. Diese Drehplatte 35 dreht sich um das
Getriebe 25 gemäß der Belastung, die durch die menschliche
Antriebskraft erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich
die Umwandlungsstange 37 in ähnlicher Weise als Ergebnis der
geringen Drehung der Drehplatte 35, und ein bergförmiges
Element 40, das sich in Kontakt mit dem geneigten Teil 39
befindet, das an dem Ende der Umwandlungsstange 37
ausgebildet ist, wird in der Richtung der Achse 29 durch das
geneigte Teil 39 geschoben und bewegt. Ein magnetisches
Element, nämlich ein Ferritring 41 ist an dieses bergförmige
Element 40 angebracht. Wenn das bergförmige Element 40 sich
bewegt, bewegt sich der Ferritring 41 auch. Ein C-Ring 42 und
eine Feder 43 zum Zwingen des Ferritringes 41 in Richtung der
Seite der Drehplatte 35 sind an einem Ende dieses
Ferritringes 41 angebracht. Im Ergebnis bewegt sich der
Ferritring 41 in der Richtung der Achse 29 um ein Ausmaß, das
der Belastung der Drehplatte 35 bezüglich des sich drehenden
Seitengehäuses 22 entspricht.
-
Eine Spule 44 ist an dem festen Seitengehäuse 21 in der
Umgebung des Ferritringes 41 angebracht. Die Spule 44 kann
Veränderungen in der Induktion, die durch die Annäherung des
Ferritringes 41 erzeugt werden, in ein elektrisches Signal
umwandeln. Unter Verwendung eines Ausganges von diesem Signal
ist es möglich, die menschliche Antriebsdrehkraft (die Kraft,
welche die Pedale 5 dreht) zu erfassen.
-
Die in Fig. 5 gezeigten Elemente werden zusammen als ein
Antriebskraft-Erfassungsteil 45 bezeichnet. Ferner werden in
diesem Zusammenhang die Umwandlungsstange 37, das bergförmige
Element 40, der Ferritring 41 und das magnetische
Erfassungselement 44 zusammen ein Erfassungsteil genannt, und
mittels dieser ist es möglich, das Ausmaß des
Zusammendrückens der Feder 38, die den elastischen Körper
bildet, zu erfassen. Ferner werden die Umwandlungsstange 37
und das bergförmige Element 40 zusammen ein
Umwandlungselement genannt, und dieses Umwandlungselement
wandelt die Kompression der Feder 39 in der Drehrichtung in
eine Bewegung in Richtung der Achse 29 um.
-
Bei dieser Art eines Fahrrades werden die Pedale 5, das
vordere Kettenrad 16, die Kette 17, das hintere Kettenrad 27,
das Getriebe 25, das Klinkenrad 26 und das Antriebskraft-
Erfassungsteil 45 zusammen das menschliche Antriebssystem
genannt.
-
In der beschriebenen Gestaltung wurde ein magnetischer
Ferritring 41 als der Ring verwendet, jedoch kann der Ring
alternativ aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B.
Aluminium, ausgeführt sein. Ferner kann, obwohl die Feder 38
als der elastische Körper verwendet wurde, Gummi oder
ähnliches für den elastischen Körper verwendet werden, und
der Erfassungsteil kann unter Verwendung einer Skala, welche
die Zusammendrückung dieses Gummis erfassen kann, ausgeführt
werden. Ferner kann der elastische Körper aus drucksensitivem
Gummi ausgeführt sein, und der Kompressionsdruck kann als ein
elektrisches Signal herausgenommen werden.
-
Ein Innenzahnrad 46 ist mit Schrauben unter Verwendung von
Bolzen mit dem sich drehenden Seitengehäuse 22 befestigt, und
ein Zahnteil des Innenzahnrades 46, das an der inneren Seite
desselben ausgeführt ist, ist aus verstärktem Plastwerkstoff,
beispielsweise Polyacetalharz ausgeführt. Der äußere
Seitenteil ist ein metallenes Gehäuse und deckt den äußeren
Rand derart ab, dass er den Zahnteil verstärkt.
-
Die Referenznummer 47 bezeichnet einen Wellenzylinder, der
integral mit dem Innenzahnrad 46 ausgebildet ist. Ein Lager
48 ist zwischen dem Wellenzylinder 47 und der Hülse 34
angeordnet, so dass sich die Drehplatte 35 sanft drehen kann.
-
Der Motor 49 ist in dem festen Seitengehäuse 21
untergebracht, und ein Gurt 51 ist an die Ausgangswelle 50
des Motors 49 gefügt. Der Gurt 51 ist mit einer ersten
Riemenscheibe 52 verbunden. Diese Riemenscheibe 52 ist
drehbar an das feste Seitengehäuse 21 durch ein Lager 53
angebracht. Eine zweite Riemenscheibe 56 ist durch eine
Einwegkupplung 54 und ein Lager 55 dazwischen koaxial mit der
ersten Riemenscheibe 52 vorgesehen. Eine Kraft von der ersten
Riemenscheibe 52 wird zu der zweiten Riemenscheibe 56 in nur
einer Richtung übertragen. Ein Zahnrad 57 ist an der zweiten
Riemenscheibe 56 ausgebildet, und dieses Zahnrad 57 und das
Innenzahnrad 46 sind miteinander in Eingriff und drehen das
sich drehende Seitengehäuse 22 mit der Antriebskraft des
Motors 49. Die Einwegkupplung 54 ist derart vorgesehen, dass
sie die Antriebskraft von dem Motor 49 und die menschliche
Antriebskraft voneinander unabhängig macht. D. h. sie ist
derart vorgesehen, dass es beispielsweise nicht passiert,
dass, wenn das Fahrrad mit der Hand geschoben wird, sich der
Motor 49 zusammen mit dem Hinterrad 11 dreht, um eine
übermäßige Belastung auf den Benutzer durch eine elektrische
Bremse aufzubringen.
-
Bei dieser Art eines Fahrrades werden der Motor 49, die
Ausgangswelle 50, der Gurt 51, die erste Riemenscheibe 52,
das Lager 53, die Einwegkupplung 54, das Lager 55, die zweite
Riemenscheibe 56 und das Zahnrad 57 zusammen das elektrische
Antriebssystem genannt.
-
Die Referenznummer 58 bezeichnet einen Bremsarm, der sich
zusammen mit dem Behälter 33 des Getriebes 25 dreht. Der
Bremsarm 58 dreht sich innerhalb eines Bremsgehäuses 59
zusammen mit dem Hinterrad 11. Durch einen Bremsschuh 60, der
innerhalb des Bremsgehäuses 59 angeordnet ist, der mittels
eines Bremshebels (der nicht gezeigt ist), der an dem Lenker
7, angebracht ist, gespreizt wird, macht der Bremsschuh 60
einen Druckkontakt mit dem Bremsarm 58 und bremst die Drehung
des Hinterrades 11.
-
Die Referenznummer 61 bezeichnet eine Spannungs-
Riemenscheibe, welche die Spannung des Gurtes 51 anpassen
kann, der den Motor 59 und die erste Riemenscheibe 52
verbindet, indem auf diesen gedrückt wird. Diese Spannungs-
Riemenscheibe wird von einer Rolle 62 und einer Basis 63
gebildet, und die Druckkraft, die auf den Gurt 51 durch die
Rolle 62 ausgeübt wird, wird unter Verwendung einer
Langöffnung 64 angepasst, durch die eine Schraube, welche die
Basis 63 befestigt, hindurchtritt.
-
Nachfolgend wird diese Konstruktion unter Bezugnahme auf die
Fig. 2 beschrieben, die ein Blockdiagramm des gesamten
Kraftsystems ist.
-
Zunächst wird in dem menschlichen Antriebssystem eine
menschliche Antriebskraft, die auf die Pedale 5 aufgebracht
wird, durch das vordere Kettenrad 16 und die Kette 17 zu dem
hinteren Kettenrad 27 übertragen, und dreht, nachdem die
Geschwindigkeit durch das Getriebe 25 verändert wurde, das
Hinterrad 11 durch die Drehplatte 35 und die Feder 38.
Nachfolgend wird in dem elektrischen Antriebssystem das
Ausmaß des Zusammendrückens der Feder 38, d. h. das Ausmaß der
Drehung der Drehplatte 35 bezüglich des sich drehenden
Seitengehäuses 22 durch die Umwandlungsstange 37 in ein
Ausmaß einer Bewegung des Ferritringes 41 in der Richtung der
Achse 29 umgewandelt. Diese Bewegung des Ferritringes 41 wird
in eine Veränderung der Induktion der Spule 44 umgewandelt,
und wird in ein Steuerungsteil 65 als ein elektrisches Signal
eingegeben.
-
Der Steuerungsteil 65 ist aus einer elektronischen
Leiterplatte mit einem Mikrocomputer, einer
Wärmeabgabeplatte, und Schaltelementen und ähnlichem
ausgeführt, und ist innerhalb des festen Seitengehäuses 21
untergebracht. Der Steuerungsteil 65 gibt das Signal von der
Spule 44 ein und gibt ein Antriebssignal aus, das den Motor
49 anhand dieser Basis antreibt. Der Ausgang des Motors 49
wird in dem Getriebe durch einen Getriebe-
Verringerungsmechanismus 67 mit der ersten Riemenscheibe 52
und der zweiten Riemenscheibe 56 verringert, und das
Hinterrad 11 dreht sich. Hierbei sind von dem hinteren
Kettenrad 27 zu dem Innenzahnrad 46 und dem Hinterrad 11 die
Umwandlungsstange 37 und der Ferritring 41 an dem sich
drehenden Seitengehäuse 22 angebracht. Der Steuerungsteil 65,
die Spule 44, der Motor 49 und der Getriebe-
Verringerungsmechanismus 67 sind an dem festen Seitengehäuse
21 angebracht.
-
Ein elektrisches Antriebssystem, das bei der ersten
bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, wird nunmehr
beschrieben. Ein oberes rechtes Diagramm in Fig. 1 zeigt die
Charakteristik der Antriebskraft (der hinzugefügten Hilfs-
Antriebskraft) des elektrischen Antriebssystems, wobei die
horizontale Achse die Fahrgeschwindigkeit zeigt, und die
vertikale Achse eine Ausgangsdrehkraft zeigt (das Ausmaß der
elektrischen Antriebskraft, die zu dem Antriebsrad übertragen
wird). Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wurde ein
elektrisches Antriebssystem mit dieser Art einer
Antriebskraft-Charakteristik verwendet. Diese Art einer
Antriebskraft-Charakteristik ist eine vorbestimmte Fähigkeit
des elektrischen Antriebssystems, und diese Fähigkeit wird
durch Faktoren, wie z. B. die Anzahl der Windungen, des
Rotordurchmessers und die Anzahl der Pole des Motors
bestimmt. Bezüglich der Antriebskraft-Charakteristik dieses
elektrischen Antriebssystems beträgt die maximale
Ausgangskraft 450 kg·cm, wenn die Geschwindigkeit 0 km/h
beträgt. Mit dem Beginn der Drehung des Motors und der
Vergrößerung der Geschwindigkeiten verringert sich die
maximale Ausgangsdrehkraft. Wenn die Geschwindigkeit 15 km/h
erreicht, dreht sich der Motor bei dieser Geschwindigkeit, es
hört jedoch damit auf, dass eine Ausgangsdrehkraft auftritt.
D. h., bei dieser Geschwindigkeit und oberhalb, wird keine
Ausgangsdrehkraft als Unterstützung auf das Antriebsrad
aufgebracht.
-
Beispielsweise kann bei diesem elektrischen Antriebssystem,
wenn der Hilfsantrieb bei einer Drehkraft von 300 kg·cm
abgerufen wird, wenn die Geschwindigkeit 0 km/h beträgt, die
Drehkraft umfangreich vorgesehen werden. Wenn jedoch ein
Ausgang einer Drehkraft von 300 kg·cm abgerufen wird, wenn
die Geschwindigkeit 13 km/h beträgt, kann nur ein Ausgang von
100 kg·cm ausgeführt werden, auch wenn die Anweisung von dem
Steuerungskreis 300 kg·cm beträgt, weil es bei diesem
elektrischen Antriebssystem möglich ist, ein Maximum von nur
100 kg·cm auszugeben, wenn die Geschwindigkeit 13 km/h
beträgt.
-
In ähnlicher Weise wird es unmöglich, eine Drehkraft von mehr
als nur 150 kg·cm auszugeben, wenn die Geschwindigkeit
12 km/h oder mehr wird, obwohl dieser Drehkraftausstoß bei
Geschwindigkeiten niedriger als 12 km/h möglich ist. Mit der
Vergrößerung der Geschwindigkeit verringert sich die
Drehkraft, die ausgegeben werden kann, und die
Ausgangsdrehkraft wird bei der Geschwindigkeit von 15 km/h zu
0.
-
Die Betriebsweise des Steuerungsteiles 65 wird nun anhand der
Fig. 1 beschrieben.
-
Zunächst wird das Unterstützungsverhältnis der elektrischen
Antriebskraft zu der menschlichen Antriebskraft erklärt. Das
Unterstützungsverhältnis wird vorher bestimmt und in dem
Steuerungskreis des Steuerungsteiles 65 gespeichert, und bei
dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis der
elektrischen Antriebskraft zu der menschlichen Antriebskraft
auf 1 : 1 eingestellt. In dem unteren linken Diagramm von
Fig. 1 zeigt die horizontale Achse die menschliche
Antriebskraft, und die vertikale Achse zeigt das eingestellte
Unterstützungsverhältnis. In dem Fall dieser bevorzugten
Ausführungsform wird, wenn die menschliche Antriebskraft
beispielsweise 150 kg·cm ist, eine elektrische Antriebskraft
von 150 kg·cm abgerufen, weil das eingestellte
Unterstützungsverhältnis 1,0 ist. Dies wird unter Verwendung
von Fig. 1 erläutert. Das obere linke Diagramm von Fig. 1
zeigt die menschliche Antriebskraft auf der horizontalen
Achse und die elektrische Antriebskraft an der vertikalen
Achse und ist ein Diagramm der elektrischen Antriebskraft,
die bezüglich der erfassten menschlichen Antriebskraft
abgerufen wird. Wenn beispielsweise eine elektrische
Antriebskraft, die eine Drehkraft von 150 kg·cm schafft,
abgerufen wird, ist eine Ausgabe einer Drehkraft von
150 kg·cm bei Geschwindigkeiten von 0 bis 12 km/h möglich,
wenn ein elektrisches Antriebssystem mit der Drehkraft-
Charakteristik, die in dem oberen rechten Diagramm von Fig. 1
gezeigt ist, verwendet wird. Wenn jedoch sogar eine Ausgabe
einer Drehkraft von 150 kg·cm abgerufen wird, ist die
Fähigkeit des elektrischen Antriebssystems derart, dass es
nicht möglich ist, eine Drehkraft größer als diese
auszugeben, wenn die Geschwindigkeit 12 km/h oder darüber
beträgt. Bei Geschwindigkeiten über 12 km/h kann höchstens
die maximale Drehkraft ausgegeben werden, die durch die
Fähigkeit des elektrischen Antriebssystems bestimmt wird.
Folglich beträgt als Ergebnis der Verwendung dieses
elektrischen Antriebssystems, wenn die Fahrgeschwindigkeit
auf der Horizontalachse aufgetragen wird, und das
tatsächliche Unterstützungsverhältnis auf der Vertikalachse
aufgetragen wird, das Unterstützungsverhältnis 1 bis zu der
Geschwindigkeit von 12 km/h, jedoch bei Geschwindigkeiten
darüber verringert sich das Verhältnis allmählich gemäß der
Charakteristik des elektrischen Antriebssystems, und bei
15 km/h wird der Drehkraftausstoß schließlich zu 0, wie durch
die Linie B in dem unteren rechten Diagramm von Fig. 1
gezeigt ist.
-
Ein Fall, bei dem die Drehkraft, die von einer menschlichen
Antriebskraft entsteht, 100 kg·cm beträgt, wird nun
beschrieben. Weil das vorbestimmte Unterstützungsverhältnis
1,0 beträgt, wird eine elektrische Antriebskraft von ebenso
100 kg·cm abgerufen, wie auch anhand der oberen linken
Darstellung von Fig. 1 ersichtlich ist. Demzufolge ist, wenn
ein elektrisches Antriebssystem mit der in der oberen rechten
Darstellung von Fig. 1 gezeigten Charakteristik verwendet
wird, eine Ausgabe von 100 kg·cm möglich, wenn die
Geschwindigkeit von 0 bis 13 km/h beträgt. Jedoch ist, auch
wenn ein Ausstoß einer Drehkraft von 100 kg·cm abgerufen
wird, die Fähigkeit des elektrischen Antriebssystems derart,
dass es nicht möglich ist, eine Drehkraft größer als diese
bei Geschwindigkeiten von über 13 km/h auszugeben. Es kann
nämlich bei Geschwindigkeiten oberhalb von 13 km/h höchstens
die maximale Drehkraft, die durch die Fähigkeit des
elektrischen Antriebssystems bestimmt wird, ausgegeben
werden. Folglich beträgt, als Ergebnis der Verwendung dieses
elektrischen Antriebssystems, wenn die Fahrgeschwindigkeit an
der Horizontalachse aufgetragen wird, und das tatsächliche
Unterstützungsverhältnis auf der Vertikalachse aufgetragen
wird, das Unterstützungsverhältnis 1 bis zu der
Geschwindigkeit von 13 km/h, jedoch verringert sich bei
Geschwindigkeiten darüber das Unterstützungsverhältnis
allmählich gemäß der Charakteristik des elektrischen
Antriebssystems, und schließlich wird bei einer
Geschwindigkeit von 15 km/h der Drehkraftausstoß gleich 0,
wie durch die Linie A in dem unteren rechten Diagramm von
Fig. 1 gezeigt ist.
-
In ähnlicher Weise beträgt unter Beachtung der Fälle, wenn
die menschliche Antriebskraft 200 kg·cm und 250 kg·cm beträgt,
die erforderliche elektrische Antriebskraft 200 kg·cm oder
250 kg·cm. Wenn dieses elektrische Antriebssystem mit der in
der oberen rechten Darstellung von Fig. 1 gezeigten
Charakteristik verwendet wird, ist die Charakteristik des
elektrischen Antriebssystems derart, dass das tatsächliche
Unterstützungsverhältnis bei Geschwindigkeiten von 0 bis
11 km/h 1 ist, wenn die menschliche Antriebskraft 200 kg·cm
beträgt, und bei Geschwindigkeiten von 0 bis 8 km/h, wenn die
menschliche Antriebskraft 250 kg·cm beträgt. Bei
Geschwindigkeiten oberhalb von 11 km/h bzw. 8 km/h verringert
sich die Ausgangsdrehkraft gemäß der Drehkraft-Charakteristik
des elektrischen Antriebssystems, und das tatsächliche
Unterstützungsverhältnis der Ausgangsdrehkraft, wie durch die
Linien C und D in der unteren rechten Darstellung von Fig. 1
gezeigt ist, demgemäss.
-
Die Linie H in der unteren rechten Darstellung von Fig. 1
zeigt eine Veränderung im Unterstützungsverhältnis bezüglich
der Geschwindigkeit, für die zur Sicherstellung der
Sicherheit während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit
gesorgt wird. Wenn ein elektrisches Antriebssystem mit dieser
Charakteristik verwendet wird, wird das tatsächliche
Unterstützungsverhältnis des Ausstoßes innerhalb des
Bereiches dieser Linie H gehalten. Somit übersteigt bei
Verwendung eines elektrischen Antriebssystems, dessen
Drehkraft-Charakteristik derart ist, dass es keine
Antriebskraft bei Geschwindigkeiten von über 15 km/h ausgibt,
das tatsächliche ausgegebene Unterstützungsverhältnis nicht
die Linie H, d. h. das dadurch realisierte
Unterstützungsverhältnis gemäß Fig. 1, auch wenn das
voreingestellte Unterstützungsverhältnis gleich 1 ist, so
dass es möglich ist, eine Geschwindigkeitssteuerung in
sicherer Weise durchzuführen, ohne dass für einen
Geschwindigkeits-Sensor zum Durchführen einer
Geschwindigkeitssteuerung an sich gesorgt wird.
-
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 beschrieben.
-
Wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform wird ein
Ausgangsverhältnis der elektrischen Antriebskraft zu der
menschlichen Antriebskraft oder ein Unterstützungsverhältnis
zur Sicherstellung der Sicherheit während einer
Hochgeschwindigkeitsfahrt auf 1,0 bestimmt bei
Geschwindigkeiten von bis zu 15 km/h, und derart, dass es
sich allmählich linear von 1,0 bis 0 bei Geschwindigkeiten
oberhalb von 15 km/h, wie gezeigt durch H in der unteren
rechten Darstellung von Fig. 8, verringert.
-
Ein Motor, der eine Drehkraft nur bei Geschwindigkeiten von
unter 24 km/h ausgibt, was die Geschwindigkeit ist, bei
welcher das regulierte Unterstützungsverhältnis zu 0 wird,
beispielsweise unterhalb 20 km/h, wird als der Motor 49 in
dem elektrischen Antriebssystem in diesem Fall verwendet, wie
in der oberen rechten Darstellung von Fig. 8 gezeigt ist. Die
Ausgangsdrehkraft des elektrischen Antriebssystems ist der
Ausgang, wenn die Hilfsantriebskraft von dem Motor 49
ausgegeben wird, und die Kraft wird schließlich zu dem
Hinterrad 11 übertragen.
-
Bei dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die
Ausgangsdrehkraft von dem elektrischen Antriebssystem derart
eingestellt, wie es in der unteren linken Darstellung von
Fig. 8 gezeigt ist. Das bedeutet, das
Unterstützungsverhältnis ist derart eingestellt, dass sich,
wenn die menschliche Antriebskraft 200 kg·cm oder weniger
beträgt, das Unterstützungsverhältnis allmählich linear von 1
verringert, bis es 0 erreicht. Dieses unterdrückt den
Batterieverbrauch und macht die Zeitdauer der Batterie
länger, indem das Unterstützungsverhältnis der elektrischen
Antriebskraft in dem Fall einer kleinen menschlichen
Antriebskraft verringert wird, und hält dadurch die
elektrische Antriebskraft klein, wenn sie nicht so stark
benötigt wird, während eine starke elektrische Antriebskraft
geschaffen wird, in dem Fall, dass die menschliche
Antriebskraft groß ist. Die Krümmung der elektrischen
Antriebskraft, die bei dieser Einstellung des
Unterstützungsverhältnisses erforderlich ist, ist in der
oberen linken Darstellung von Fig. 8 gezeigt. Bis die
menschliche Antriebskraft 200 kg·cm beträgt, steigt die
erforderliche elektrische Antriebskraft allmählich in einer
Kurve an, und sie steigt oberhalb von 200 kg·cm linear an,
weil die gleiche Menge von elektrischer Antriebskraft, wie
menschliche Antriebskraft abgerufen wird. Hierbei wird nun
die Drehkraft-Charakteristik des elektrischen Antriebssystems
verglichen, um zu sehen, wie viel Drehkraft tatsächlich
ausgegeben wird. Wenn die menschliche Antriebskraft
beispielsweise 100 kg·cm beträgt, wird eine elektrische
Antriebskraft von 50 kg·cm abgerufen, anhand des
eingestellten Unterstützungsverhältnisses. Zu diesem
Zeitpunkt wird als elektrische Abgabevorrichtung bei
Geschwindigkeiten von 0 bis 18 km/h eine Drehkraft von
50 kg·cm ausgegeben. Jedoch wird, weil die Drehkraft oberhalb
von 50 kg·cm nicht bei Geschwindigkeiten von oberhalb etwa
18 km/h ausgegeben werden kann, das Unterstützungsverhältnis
bezüglich der Fahrgeschwindigkeit, wie durch die Linie A in
der unteren rechten Darstellung von Fig. 8 gezeigt, bei
Geschwindigkeiten von 0 bis 18 km/h gleich 1 und verringert
sich allmählich bei Geschwindigkeiten über 18 km/h infolge
der Ausgangscharakteristik des elektrischen Antriebssystems.
-
Wenn die menschliche Antriebsdrehkraft 150 kg·cm beträgt,
wird anhand des eingestellten Unterstützungsverhältnisses
eine Drehkraft des elektrischen Antriebssystems von
112,5 kg·cm abgerufen. Jedoch ist das tatsächliche
Unterstützungsverhältnis 30, wie durch die Linie B in der
unteren rechten Darstellung von Fig. 8 gezeigt ist, weil die
Drehkraft-Charakteristik des elektrischen Antriebssystems
derart ist, dass, wenn die Geschwindigkeit über 17 km/h
beträgt, eine Drehkraft größer als 112,5 kg·cm nicht
ausgegeben werden kann. In ähnlicher Weise ist, wenn die
menschliche Antriebskraft 200 kg·cm beträgt, das tatsächliche
Unterstützungsverhältnis so, wie durch die Linie C gezeigt
ist. Wenn die menschliche Antriebskraft 250 kg·cm beträgt,
ist das tatsächliche Unterstützungsverhältnis so, wie durch
die Linie D gezeigt ist. Wenn das maximale
Unterstützungsverhältnis bei jeder Geschwindigkeit von diesen
Ergebnissen berechnet und dargestellt wird, wird die Art der
Kurve, die durch die gepunktete Linie gezeigt ist, erhalten.
Diese Kurve kreuzt nicht die gerade Linie H.
-
Somit ist eine Steuerung möglich, während das
Unterstützungsverhältnis derart gehalten wird, dass es
geringer ist als ein geplantes Unterstützungsverhältnis, ohne
dass ein Geschwindigkeits-Sensor zum Durchführen einer
Steuerung anhand der Geschwindigkeit durchgeführt wird, weil
ein elektrisches Antriebssystem, dessen Drehkraft-
Charakteristik derart ist, dass es keine Drehkraft bei
Geschwindigkeiten von über 24 km/h ausgibt, verwendet wird,
beispielsweise wenn ein elektrisches Antriebssystem verwendet
wird, das keine Drehkraft bei Geschwindigkeiten über 20 km/h
ausgibt, und auch das Unterstützungsverhältnis wurde derart
ausgeführt, dass es sich mit der Erhöhung der menschlichen
Antriebskraft erhöht. Deshalb ist es möglich, eine maximale
Kraftunterstützung zu schaffen, während die Sicherheit bei
hohen Geschwindigkeiten beibehalten wird.
-
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 9 beschrieben.
-
Wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform beträgt das
Ausgangsverhältnis der elektrischen Antriebskraft zu der
menschlichen Antriebskraft oder das Unterstützungsverhältnis
zur Sicherstellung der Sicherheit bei hohen Geschwindigkeiten
1,0 bei Geschwindigkeiten bis zu 15 km/h, und es wird für
diese zugelassen, dass es sich allmählich linear von 1,0 auf
0 bei Geschwindigkeiten darüber, wie durch die Linie H in der
unteren rechten Darstellung von Fig. 9 gezeigt, verringert.
-
Wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird ein
Motor, der eine Drehkraft nur bei Geschwindigkeiten unterhalb
24 km/h, was die Geschwindigkeit ist, bei der das
Unterstützungsverhältnis 0 wird, beispielsweise unterhalb von
20 km/h ausgibt, als der Motor 49 in dem elektrischen
Antriebssystem in diesem Fall verwendet. Die
Ausgangsdrehkraft des elektrischen Antriebssystems ist der
Ausgang, wenn die Antriebskraft von dem Motor 49 ausgegeben
wird, und die Kraft schließlich zu dem Hinterrad 11
übertragen wird.
-
Bei dieser dritten bevorzugten Ausführungsform ist die
Ausgangsdrehkraft des elektrischen Antriebssystems derart
dargestellt, wie es in der unteren linken Darstellung von
Fig. 9 gezeigt ist. D. h., wenn die menschliche Antriebskraft
weniger als 200 kg·cm beträgt, bildet das
Unterstützungsverhältnis eine Kurve zweiter Ordnung von 1 bis
0 und ist derart eingestellt, dass sich mit einer Erhöhung
des Wertes der menschlichen Antriebskraft die
Veränderungsrate in dem Unterstützungsverhältnis an dieser
Stelle der Kurve erhöht. Dies unterdrückt den
Batterieverbrauch und bewirkt, dass die Batterie länger hält,
indem eine kleine elektrische Antriebskraft in dem Fall einer
kleinen menschlichen Antriebskraft geschaffen wird, und
dadurch die elektrische Antriebskraft gering gehalten wird,
wenn sie nicht zu stark benötigt wird, während eine starke
elektrische Antriebskraft in dem Fall geschaffen wird, dass
eine große menschliche Antriebskraft vorhanden ist.
-
Der Ausgang des elektrischen Antriebssystems dieses Falles
wird nun unter Berücksichtigung der Drehkraft-Charakteristik
des elektrischen Antriebssystems untersucht. Wenn die
menschliche Drehkraft beispielsweise 100 kg·cm beträgt,
beträgt das eingestellte Unterstützungsverhältnis etwa 0,25,
und eine elektrische Antriebskraft-Ausgabe von etwa 25 kg·cm
ist erforderlich. Jedoch ist, da die Charakteristik des
elektrischen Antriebssystems derart ist, dass es bei
Geschwindigkeiten von über 19 km/h nicht möglich ist, eine
Drehkraft von 25 kg·cm auszugeben, das tatsächliche
Unterstützungsverhältnis geringer als das eingestellte
Unterstützungsverhältnis und wird so, wie durch die Linie A
in der unteren rechten Darstellung von Fig. 9 gezeigt ist.
Wenn die menschliche Drehkraft 150 kg·cm beträgt, beträgt das
eingestellte Unterstützungsverhältnis 0,56, und eine
Drehkraft von 84 kg·cm von dem elektrischen Antriebssystem
ist erforderlich. Da jedoch die Charakteristik des
elektrischen Antriebssystems derart ist, dass es bei
Geschwindigkeiten von über 17 km/h nicht möglich ist, eine
Drehkraft von mehr als 84 kg·cm auszugeben, ist das
tatsächliche Unterstützungsverhältnis so, wie es durch die
Linie B anhand der unteren rechten Darstellung gezeigt ist.
In ähnlicher Weise ist, wenn die menschliche Drehkraft
200 kg·cm beträgt, das Unterstützungsverhältnis so, wie durch
die Linie C gezeigt ist. Wenn sie 250 kg·cm beträgt, ist das
Unterstützungsverhältnis so, wie durch die Linie D gezeigt
ist. Wenn das maximale Unterstützungsverhältnis bei jeder
Geschwindigkeit von diesen Ergebnissen berechnet und
dargestellt wird, wird die Art einer Kurve erhalten, die
durch die gepunktete Linie gezeigt ist. Diese Kurve kreuzt
nicht die gerade Linie H.
-
Somit ist eine Steuerung möglich, während das
Unterstützungsverhältnis derart beibehalten wird, dass es
geringer als ein geplantes Unterstützungsverhältnis ist, ohne
dass ein Geschwindigkeits-Sensor zum Durchführen einer
Steuerung anhand der Geschwindigkeit vorgesehen wird, und es
ist möglich, eine Kraftunterstützung mit Sicherheit bei hohen
Geschwindigkeiten zu schaffen, die sichergestellt ist, weil
das elektrische Antriebssystem, deren Drehkraft-
Charakteristik derart ist, dass es keine Drehkraft bei
Geschwindigkeiten von über 24 km/h ausgibt, beispielsweise
ein elektrisches Antriebssystem, das keine Drehkraft bei
Geschwindigkeiten von über 20 km/h ausgibt, verwendet wurde,
und ferner bei niedrigen Drehkräften für das
Unterstützungsverhältnis zugelassen wurde, sich zu erhöhen,
wenn sich die menschliche Antriebskraft erhöht.
-
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 11 beschrieben.
-
Das Unterstützungsverhältnis bezüglich der
Fahrgeschwindigkeit zur Sicherstellung der Sicherheit ist
durch die Linie H in der unteren rechten Darstellung von
Fig. 10 gezeigt; bis zu 15 km/h beträgt dieses
Unterstützungsverhältnis 1,0, und zwischen 15 km/h und
24 km/h verringert es sich linear von 1,0 bis 0.
-
Beispielsweise ist der folgende ein Fall, in dem ein
elektrisches Antriebssystem mit einer Drehkraft-
Charakteristik der in der oberen rechten Darstellung von
Fig. 10 gezeigten Art verwendet wird, und wie in der unteren
linken Darstellung von Fig. 10 gezeigt, ist das
Unterstützungsverhältnis auf die gleiche Weise wie bei der
zweiten bevorzugten Ausführungsform eingestellt.
-
Wie bei den vorangehend beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen sind für die Fälle, in denen die
menschliche Drehkraft 100, 150, 200 und 250 kg·cm beträgt,
die jeweiligen tatsächlichen Unterstützungsverhältnisse A, B,
C und D, wie sie in der unteren rechten Darstellung gezeigt
sind. Wenn das maximale Unterstützungsverhältnis bei jeder
Geschwindigkeit anhand dieser Ergebnisse berechnet und
dargestellt wird, wird die Art der Kurve erhalten, die durch
die gepunktete Linie gezeigt ist. In diesem Fall übersteigt
bei Geschwindigkeiten zwischen 17 km/h und 21 km/h das
maximale Unterstützungsverhältnis das Verhältnis, das durch
den Bereich der Linie H in der unteren rechten Darstellung
von Fig. 10 geplant ist.
-
Deshalb ist bei dieser vierten Ausführungsform, wie in der
unteren linken Darstellung von Fig. 11 gezeigt ist, das
voreingestellte Unterstützungsverhältnis derart eingestellt,
dass es eine Kurve zweiter Ordnung wie diejenige der dritten
Ausführungsform beschreibt, und das Unterstützungsverhältnis
ist derart eingestellt, dass es sich bis zu 200 kg·cm erhöht.
Im Ergebnis werden, wie in der unteren rechten Darstellung
von Fig. 11 gezeigt, wenn die menschliche Drehkraft 100, 150,
200 und 250 kg·cm beträgt, die tatsächlichen jeweiligen
Unterstützungsverhältnisse, so, wie dies durch die Linien A,
B, C und D gezeigt ist, und das maximale
Unterstützungsverhältnis übersteigt nicht den vorbestimmten
Wert H.
-
Auf diese Weise ist es, auch wenn sich die Ausgangsdrehkraft-
Charakteristik des elektrischen Antriebssystems verändert,
möglich, das tatsächliche Unterstützungsverhältnis ohne
Verwendung eines Getriebes zu steuern, durch Veränderung des
voreingestellten Unterstützungsverhältnis, so dass die
ausgegebene Drehkraft nicht einen sicheren Bereich
übersteigt.
-
Bei der dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform, wie
sie oben beschrieben wurden, wurden die vorbestimmten
Unterstützungsverhältnisse derart eingestellt, dass sie
Kurven zweiter Ordnung beschreiben, und für die Rate der
Veränderung des Unterstützungsverhältnisses wurde zugelassen,
dass sie sich vergrößert, wenn sich die menschliche Drehkraft
vergrößert. Jedoch kann alternativ die Rate der Veränderung
des Unterstützungsverhältnisses groß gemacht werden, wenn die
menschliche Drehkraft klein ist, und diese Veränderungsrate
kann derart ausgeführt werden, dass sie sich verringert, wenn
sich die menschliche Drehkraft erhöht.
-
Bei der ersten bis zur vierten Ausführungsform können eine
Menge unterschiedlicher Arten von eingestellten
Unterstützungsverhältnissen in dem Steuerungskreis
gespeichert werden, so dass diese gemäß dem Willen des
Benutzers mittels eines Schalters verändert werden können.
Ferner können die Unterstützungsverhältnisse automatisch
gewechselt werden, so dass das Unterstützungsverhältnis zu
Zeiten, wie z. B. beim Anfahren und beim Fahren bergauf,
verändert wird, wenn eine große elektrische Antriebskraft
erforderlich ist.