DE69826076T2

DE69826076T2 - Steuerungseinrichtung für Fahrrad mit Hilfsmotor

Info

Publication number: DE69826076T2
Application number: DE1998626076
Authority: DE
Inventors: Kenji 1-4-1 Chuo Kawaguchi; Toru 1-4-1 Chuo Iwadate; Satoshi 1-4-1 Chuo Honda; Hiroyuki 1-4-1 Chuo Shimmura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: TW409105B; ES2229425T3; DE69826076D1; CN1111486C; CN1205954A; EP0893338B1; EP0893338A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein motorunterstütztes Fahrrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein motorunterstütztes Fahrrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP-A-0 569 954 bekannt. Dieses Dokument offenbart ein Unterstützungsverhältnis, welches zu "0" verändert wird, wenn die Tretkraft einen vorbestimmten Kraftwert über einen vorbestimmten Zeitraum überschreitet, um eine Fehlersteuerung/regelung durchzuführen.
Ein solches motorunterstütztes Fahrrad ist beispielsweise aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-309283 bekannt. Bei diesem motorunterstützten Fahrrad wird der Betrieb eines Elektromotors derart gesteuert/geregelt, dass beispielsweise in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich kleiner oder gleich 6 km/h ein Unterstützungsverhältnis (Unterstützungskraft/Tretkraft), welches als das Verhältnis einer Unterstützungskraft durch den Elektromotor zu einer Tretkraft von einem Fahrer definiert ist, auf einen Wert (z.B. 3) größer als 1 eingestellt wird, wohingegen beispielsweise in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich größer als 6 km/h das Unterstützungsverhältnis beispielsweise auf 1 eingestellt wird.
Bei dem obigen Stand der Technik wird jedoch das Unterstützungsverhältnis nicht in Relation zu der Tretkraft eingestellt. Wenn folglich der Fahrer mit einer schwachen Tretkraft, wie z.B. eine Frau oder eine alte Person, das Fahrrad auf einer Steigung fährt, kann keine große Unterstützungskraft erhalten werden, sodass es für den Fahrer anstrengend ist, auf der Steigung zu fahren. Obwohl die Tretkraft fest ist, verändert sich die Unterstützungskraft ferner mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in den niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen, sodass sich der Fahrer unbehaglich fühlen kann. In dem Fall, dass der Fahrer schwach ist, verringert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit außerdem notwendigerweise während des Fahrens an einer Steigung, sodass die Unterstützungskraft beispielsweise in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich kleiner oder gleich 6 km/h rasch erhöht wird. Demzufolge besteht eine Möglichkeit, dass sich der Fahrer aufgrund einer solchen raschen Zunahme der Unterstützungskraft unbehaglich fühlt.
Es ist folglich ein Ziel der Vorliegenden Erfindung, eine Unterstützungskraftsteuer/regeleinrichtung in einem motorunterstützten Fahrrad bereitzustellen, welches eine Unterstützungskraft gemäß einer Tretkraft bereitstellen kann und die Unterstützungskraft für eine feste Tretkraft festlegen kann, um ein bequemes Radfahren zu erlauben.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
Gemäß der Erfindung ist ein motorunterstütztes Fahrrad mit einem Tretkrafterfassungsmittel zur Erfassung einer Tretkraft eines Fahrers und einem Elektromotor vorgesehen, welcher eine Unterstützungskraft gemäß der von dem Tretkrafterfassungsmittel erfassten Tretkraft ausüben kann, wobei eine Unterstützungskraftsteuer/regeleinrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuer/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung des Betriebs des Elektromotors umfasst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so steuert/regelt, dass ein Unterstützungsverhältnis (Unterstützungskraft/Tretkraft), welches als das Verhältnis der Unterstützungskraft durch den Elektromotor zu der Tretkraft von dem Fahrer definiert ist, in einem vorbestimmten Bereich der von dem Tretkraft erfassungsmittel erfassten Tretkraft erhöht wird.
Gemäß dieser Konfiguration wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der Tretkraft verändert, sodass eine Unterstützungskraft gemäß der Tretkraft erhalten werden kann. Wenn ferner die Tretkraft fest ist, wird die Unterstützungskraft nicht verändert, um auf diese Weise ein komfortables Radfahren zu erlauben.
Vorzugsweise steuert/regelt die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so, dass dann, wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel erfasste Tretkraft größer oder gleich einer eingestellten Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf 1 eingestellt wird, während dann, wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel erfasste Tretkraft kleiner als die eingestellte Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt wird. Mit dieser Konfiguration wird eine große Unterstützungskraft für den Fahrer mit einer schwachen Tretkraft ausgeübt und eine übermäßige Zunahme der Unterstützungskraft wird für den Fahrer mit einer starken Tretkraft verhindert. Wenn ferner die Tretkraft fest ist, bleibt die Unterstützungskraft unverändert.
Vorzugsweise steuert/regelt die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so, dass das Unterstützungsverhältnis mit einer Zunahme der von dem Tretkrafterfassungsmittel erfassten Tretkraft allmählich von 1 erhöht wird. Durch diese Konfiguration kann die Unterstützungskraft gemäß der Tretkraft ungeachtet der Radfahrfähigkeit des Fahrers erhöht werden. Wenn ferner die Tretkraft fest ist, bleibt die Unterstützungskraft unverändert.
Vorzugsweise steuert/regelt die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so, dass dann, wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel erfasste Tretkraft größer oder gleich einer eingestellten Maximalkraft ist, welche größer als die eingestellte Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner als 1 eingestellt wird. Durch diese Konfiguration kann eine übermäßige Zunahme der resultierenden Kraft als der Summe der Tretkraft und der Unterstützungskraft vermieden werden, um auf diese Weise eine geeignete resultierende Kraft zu erhalten, welche für das Fahrrad geeignet ist. Folglich kann die Unterstützungskraft durch den Elektromotor für das Fahrrad passend gemacht werden.
Vorzugsweise umfasst die Unterstützungskraftsteuer/regeleinrichtung ferner ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrrads, wobei die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so steuert/regelt, dass dann, wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit in niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen liegt, welche kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit sind, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer oder gleich 1 eingestellt wird, während dann, wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich liegt, welcher kleiner oder gleich einer anderen eingestellten Geschwindigkeit ist, welche kleiner als die eingestellte Geschwindigkeit ist, das Unterstützungsverhältnis mit einer Erhöhung der von dem Tretkrafterfassungsmittel erfassten Tretkraft verringert wird. Durch diese Konfiguration kann das Unterstützungsverhältnis in den niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen erhöht werden, um auf diese Weise ein einfaches Radfahren zu erlauben. Wenn ferner die Tretkraft in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich groß ist, wird das Unterstützungsverhältnis relativ klein eingestellt, um auf diese Weise einen Batterieverbrauch und eine Überhitzung des Elektromotors zu verhindern und auch einen schnellen Start des Fahrrads zu verhindern.
Vorzugsweise ist ein Neigungswinkelerfassungsmittel vorgesehen zur Erfassung eines Neigungswinkels einer Straßenoberfläche, auf welcher das Fahrrad fährt, wobei die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so steuert/regelt, dass dann, wenn der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel erfasste Neigungswinkel größer oder gleich einem eingestellten Winkel ist, das Unterstützungsverhältnis mit einer Zunahme des Neigungswinkels von 1 erhöht wird.
Gemäß dieser Konfiguration wird das Unterstützungsverhältnis gemäß dem Neigungswinkel der Straßenoberfläche erhöht, wenn der Neigungswinkel größer oder gleich dem eingestellten Winkel wird. Folglich kann die Unterstützungskraft gemäß der Tretkraft erhöht werden, ungeachtet der Fahrzeuggeschwindigkeit, sodass der Fahrer leicht das Fahrrad mit einer schwachen Tretkraft fahren kann, ohne sich irgendwie unbehaglich zu fühlen.
Vorzugsweise ist ein Neigungswinkelerfassungsmittel zur Erfassung eines Neigungswinkels einer Straßenoberfläche, auf welcher das Fahrrad fährt, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrrads vorgesehen, wobei die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so steuert/regelt, dass in einem ersten Zustand, in dem die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit ist und der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel erfasste Neigungswinkel größer oder gleich einem eingestellten Winkel ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt wird, während in jedem anderen Zustand als dem ersten Zustand das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner oder gleich 1 eingestellt wird.
Gemäß dieser Konfiguration wird dann, wenn während einer Fahrt auf einer Steigung die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich der eingestellten Geschwindigkeit wird und der Neigungswinkel größer oder gleich dem eingestellten Winkel wird, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt. Folglich kann der Fahrer das Fahrrad mit einer schwachen Tretkraft leicht treten, ohne irgendein Unbehagen zu fühlen. Ferner wird während des Fahrens auf einer ebenen Straße das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner oder gleich 1 eingestellt. Folglich kann eine übermäßige Zunahme der Belastung des Elektromotors vermieden werden, um auf diese Weise die Batteriehaltbarkeit zu verlängern und eine übermäßige Beschleunigung auf der ebenen Straße kann auch vermieden werden.
Vorzugsweise ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrrads vorgesehen, wobei die Steuer/Regeleinrichtung den Betrieb des Elektromotors so steuert/regelt, dass in einem ersten Zustand, wo die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit ist und die von dem Tretkrafterfassungsmittel erfasste Tretkraft größer oder gleich einer eingestellten Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt wird, wohingegen in jedem anderen Zustand als dem ersten Zustand das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner oder gleich 1 eingestellt wird.
Gemäß dieser Konfiguration wird dann, wenn während der Fahrt auf einer Steigung die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich der eingestellten Geschwindigkeit wird und die Tretkraft größer oder gleich der eingestellten Kraft wird, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt. Folglich kann eine übermäßige Zunahme der Belastung des Elektromotors vermieden werden, um auf diese Weise die Batteriehaltbarkeit zu verlängern und eine übermäßige Beschleunigung auf der ebenen Straße kann auch vermieden werden.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Seitenansicht eines motorunterstützten Fahrrads gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Schnittansicht einer Motoreinheit, welche einem Querschnitt längs der Linie 2-2 in 3 entspricht.
3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 in 2.
4 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration einer Steuer/Regeleinrichtung für einen Elektromotor zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einer Tretkraft in der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine graphische Darstellung, welche eine Unterstützungskraft und eine resultierende Kraft in Relation zu einer Tretkraft in der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung, welche eine Unterstützungskraft in Relation zu einer Tretkraft in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einer Tretkraft in einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einer Tretkraft in einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Tretkraft in einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Tretkraft in einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration einer Steuer/Regeleinrichtung für einen Elektromotor gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einem Neigungswinkel in der siebten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
14 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einem Neigungswinkel und einer Fahrzeuggeschwindigkeit in einer achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einem Neigungswinkel und einer Fahrzeuggeschwindigkeit in einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine graphische Darstellung, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einer Tretkraft und einer Fahrzeuggeschwindigkeit in einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zuerst auf 1 Bezug nehmend umfasst das motorunterstützte Fahrrad einen Rumpfrahmen 11. Eine Vordergabel 13 ist lenkbar an einem Kopfrohr 12 abgestützt, welches mit dem vorderen Ende des Rumpfrahmens 11 verbunden ist. Ein Vorderrad W_F ist drehbar an den unteren Enden der Vordergabel 13 abgestützt. Ein Lenker 14 ist an dem oberen Ende der Vordergabel 13 vorgesehen. Eine Motoreinheit 16 mit einem Elektromotor 15 ist an einem unte ren Abschnitt des Rumpfrahmens 11 vorgesehen. Ein Paar von rechten und linken hinteren Gabeln 17 erstrecken sich schräg von dem Rumpfrahmen 11 an einer Position über einem hinteren Abschnitt der Motoreinheit 16 nach unten und erstrecken sich im Wesentlichen horizontal zu einer Position hinter der Motoreinheit 16. Ein Hinterrad W_R ist drehbar an den hinteren Enden der hinteren Gabeln 17 abgestützt. Ein Paar von rechten und linken Stützen 18 erstrecken sich zwischen den hinteren Enden der hinteren Gabeln 17 und dem hinteren Ende des Rumpfrahmens 11. Ein Sitz 19 ist an einem hinteren Abschnitt des Rumpfrahmens 11 derart angebracht, dass der Sitz 19 vertikal in der richtigen Lage eingestellt ist. Ein Träger 20 ist fest hinter dem Sitz 19 angeordnet.
Eine Kurbelwelle 22 mit Kurbelpedalen 21 an ihren entgegengesetzten Enden ist drehbar an einem Gehäuse 35 der Motoreinheit 16 abgestützt. Ein Antriebszahnrad 24 ist an der Kurbelwelle 22 so vorgesehen, dass es ein Drehmoment von der Kurbelwelle 22 übertragen kann und auch eine Unterstützungskraft von dem Motor 15 aufnehmen kann. Eine Endloskette 26 ist um das Antriebszahnrad 24 und ein an einer Achse des Hinterrads W_R vorgesehenes angetriebenes Zahnrad 25 gewickelt.
Ein vorderer Korb 28 ist durch einen Halter 27 an dem Kopfrohr 12 angebracht. Ein Batterieaufnahmegehäuse 29 ist an einem hinteren Abschnitt des vorderen Korbs 28 vorgesehen und ist an dem Halter 27 angebracht. Eine Batterie 30 zur Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Motor 15 ist entnehmbar in dem Batterieaufnahmegehäuse 29 untergebracht.
Der Betrieb des Motors 15 wird durch eine Steuer/Regeleinrichtung 31 gesteuert/geregelt, welche fest an einem unteren Abschnitt des Rumpfrahmens 11 vor der Motoreinheit 16 abgestützt ist. Die Steuer/Regeleinheit 31 steuert/regelt den Betrieb des Motors 15 gemäß einer Tretkraft von dem Fahrer und einer Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das meiste des Rumpfrahmens 11 ist mit einer Verkleidung 32 verkleidet. Ein Hauptschalter 33 zur Zufuhr von elektrischer Energie von der Batterie 30 zu der Steuer/Regeleinrichtung 31 und dem Motor 15 ist an einem oberen Abschnitt der Verkleidung 32 vorgesehen.
Auch auf die 2 und 3 Bezug nehmend ist das Gehäuse 35 der Motoreinheit 16 fest an einem unteren Abschnitt des Rumpfrahmens 11 abgestützt. Ein hohler Drehzylinder 36, welcher mit dem Antriebszahnrad 24 verbunden ist, ist drehbar durch ein Kugellager 37 an einem rechten Abschnitt des Gehäuses 35 (einem oberen Abschnitt, wie in 3 gezeigt) abgestützt. Ein rechter Endabschnitt der Kurbelwelle 22 ist durch ein Nadellager 38 an dem Drehzylinder 36 abgestützt und ein linker Endabschnitt der Kurbelwelle 22 ist durch ein Kugellager 39 an einem linken Abschnitt des Gehäuses 35 (einem unteren Abschnitt, wie in 3 gezeigt) abgestützt.
Eine auf die an den entgegengesetzten Enden der Kurbelwelle 22 festgelegten Kurbelpedale 21 ausgeübte Tretkraft wird von der Kurbelwelle 22 durch ein Tretkraftübertragungssystem 40 zu dem Antriebszahnrad 24 übertragen. Eine Leistungsabgabe von dem an dem Gehäuse 35 angebrachten Motor 15 wird durch ein Unterstützungskraftübertragungssystem 41 zu dem Antriebszahnrad 24 übertragen, um die auf die Kurbelpedale 21 ausgeübte Tretkraft zu unterstützen.
Das Tretkraftübertragungssystem 40 zur Übertragung des Drehmoments der Kurbelwelle 22 zu dem Antriebszahnrad 24 besteht aus einem Torsionsstab 42, welcher mit der Kurbelwelle 22 verbunden ist, und einer ersten Einwegkupplung 43, welche zwischen dem Drehzylinder 36 und dem Torsionsstab 42 vorgesehen ist.
Die Kurbelwelle 22 ist mit einem sich axial erstreckenden Schlitz 44 ausgebildet. Der Torsionsstab 42 ist in dem Schlitz 44 angebracht. Der Torsionsstab 42 besitzt einen soliden zylindrischen Schaftabschnitt 42a, welcher drehbar in den Schlitz 44 eingreift, einen Armabschnitt 42b, welcher an einem linken Ende des Schaftabschnitts 42a (einem unteren Ende, wie in 3 gezeigt) ausgebildet ist, um in entgegengesetzte Richtungen vorzustehen, und einem weiteren Armabschnitt 42c, welcher an einem rechten Ende des Schaftabschnitts 42a (einem oberen Ende, wie in 3 gezeigt) ausgebildet ist. Der Schaftabschnitt 42a wird gemäß einer Tretkraftzufuhr von der Kurbelwelle 22 zu dem Armabschnitt 42b gedreht, um auf diese Weise die Tretkraft zu dem anderen Armabschnitt 42c zu übertragen.
Die erste Einwegkupplung 43 ist in der Technik bekannt. Wenn die Kurbelpedale 21 herruntergedrückt werden, um die Kurbelwelle 22 normal zu drehen, wird eine Tretkraft von der Kurbelwelle 22 durch den Torsionsstab 42, die erste Einwegkupplung 43 und den Drehzylinder 36 zu dem Antriebszahnrad 24 übertragen, während dann, wenn die Kurbelpedale 21 herruntergedrückt werden, um die Kurbelwelle 22 rückwärts zu drehen, die erste Einwegkupplung 43 rutscht, um eine Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 22 zu erlauben.
Ein inneres Gleitstück 45 ist an dem Außenumfang der Kurbelwelle 22 abgestützt, um relativ zu dieser drehfest und axial beweglich zu sein. Ein äußeres Gleitstück 46 ist durch eine Mehrzahl von Kugeln 47 an dem Außenumfang des inneren Gleitstücks 45 abgestützt, um relativ zu diesem drehbar zu sein.
Das innere Gleitstück 45 ist durch einen Nocken mit einem Kupplungsinnenring in der ersten Einwegkupplung 43 im Eingriff. Ein Erfassungshebel 48 ist an dem Gehäuse 35 schwenkbar abgestützt. Ein Zwischenabschnitt des Erfassungshebels 48 ist in Kontakt mit dem äußeren Gleitstück 46 auf der Seite gegenüber dem Kupplungsinnenring. Ein Hubsensor 49, welcher das Tretkrafterfassungsmittel S_T zusammen mit dem Erfassungshebel 48 bildet, ist an dem Gehäuse 35 angebracht. Ein vorderer Endabschnitt des Erfassungshebels 48 ist in Kontakt mit einem Erfassungselement 49a des Hubsensors 49. Eine Feder 50 ist unter Kompression zwischen dem Erfassungshebel 48 und dem Gehäuse 35 angebracht, sodass der Erfassungshebel 48 in elastischem Kontakt mit dem äußeren Gleitstück 46 durch eine Vorspannkraft der Feder 50 gehalten wird. Folglich sind das äußere Gleitstück 46 und das innere Gleitstück 45 zu dem Kupplungsinnenring der ersten Einwegkupplung 43 hin vorgespannt.
Wenn der Torsionsstab 42 gemäß der von den Kurbelpedalen 21 der Kurbelwelle 22 zugeführten Tretkraft verdreht wird, gleitet das innere Gleitstück 45, wie in 3 gezeigt, entlang der Achse der Kurbewelle 22 gegen die Vorspannkraft der Feder 50 nach unten und der durch das sich mit dem inneren Gleitstück 45 bewegende äußere Gleitstück 46 gedrückte Erfassungshebel 48 schwenkt, um auf diese Weise das Erfassungselement 49a des Hubsensors 49 zu drücken. Der Hub des Erfassungselements 49a ist proportional dem Schwenkbetrag des Torsionsstabs 42, d.h. der von den Kurbelpedalen 21 zugeführten Tretkraft. Somit wird die zugeführte Tretkraft von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T erfasst.
Das Unterstützungskraftübertragungssystem 41 zur Übertragung der Energie des Motors 15 zu dem Antriebszahnrad 24 umfasst ein Antriebszahnrad 52, welches an einer Drehwelle 15a des Motors 15 festgelegt ist, ein erstes Zwischenzahnrad 54, welches an einem Ende einer ersten Leerlaufwelle 53 parallel zu der Drehwelle 15a festgelegt ist und mit dem Antriebszahnrad 52 im Eingriff ist, ein zweites Zwischenzahnrad 55, welches integral mit der ersten Leerlaufwelle 53 ausgebildet ist, ein drittes Zwischenzahnrad 56, welches mit dem zweiten Zwischenzahnrad 55 im Eingriff ist, eine zweite Leerlaufwelle 57 koaxial zu dem dritten Zwischenzahnrad 56, eine zweite Einwegkupplung 58, welche zwischen dem dritten Zwischenzahnrad 56 und der zweiten Leerlaufwelle 57 vorgesehen ist, ein viertes Zwischenzahnrad 59, welches integral mit der zweiten Leerlaufwelle 57 ausgebildet ist, und ein angetriebenes Zahnrad 60, welches integral mit dem Drehzylinder 36 ausgebil det ist, mit welchem das Antriebszahnrad 24 verbunden ist, und welches mit dem vierten Zwischenzahnrad 59 im Eingriff ist.
Bei dem Unterstützungskraftübertragungssystem 41 wird, wie oben erwähnt, das durch den Betrieb des Motors 15 erzeugte Drehmoment zu dem Antriebszahnrad 24 mit einer verringerten Drehzahl übertragen. Wenn der Betrieb des Motors 15 gestoppt wird, wirkt die zweite Einwegkupplung 58, um einen Leerlauf der zweiten Leerlaufwelle 57 zu erlauben, um auf diese Weise die Drehung des Antriebszahnrads 24 durch die auf die Kurbelpedale 21 ausgeübte Tretkraft zu erlauben.
Auf 4 Bezug nehmend wird die Motortreiberschaltung 62 zum Antreiben des Elektromotors 15 durch die Steuer/Regeleinrichtung 31 gesteuert/geregelt. Erfasste Werte von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T und dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V werden in die Steuer/Regeleinrichtung 31 eingegeben. Die Steuer/Regeleinrichtung 31 gibt ein Signal zur Steuerung/-Regelung des Betriebs des Motors 15 gemäß den erfassten Werten von diesen Erfassungsmitteln S_T und S_V aus.
Das Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V wirkt, um eine Drehzahl des Motors 15 zu erfassen, welche in einem Kraftunterstützungszustand durch den Motor 15 eine Fahrradgeschwindigkeit darstellt. Wie in den 2 und 3 gezeigt, besteht das Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V aus einem Impulsgeberrad 63 und einem Sensor vom elektromagnetischen Sondenspulentyp 64. Das Impulsgeberrad 63 besitzt einen Vorsprung 63a an seinem äußeren Umfang und ist an der Drehwelle 15a des Motors 15 festgelegt. Der Sensor 64 besitzt einen Erfassungsabschnitt 64a, welcher dazu ausgebildet ist, zu dem Vorsprung 63a in der Nähe desselben zu weisen und ist an dem Gehäuse 35 festgelegt.
In der Steuer/Regeleinrichtung 31 ist ein Unterstützungsverhältnis, welches als das Verhältnis (Unterstützungskraft/Tretkraft) einer Unterstützungskraft durch den Motor 15 zu einer Tretkraft von dem Fahrer definiert ist, wie in 5 gezeigt, voreingestellt. Insbesondere, wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T erfasste Tretkraft kleiner oder gleich einer ersten eingestellten Kraft T₁ ist, z.B. 20 kgf, oder wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T erfasste Tretkraft größer oder gleich einer dritten eingestellten Kraft T₃ ist, z.B. 70 kgf, wird das Unterstützungsverhältnis auf "1" eingestellt. Wenn die Tretkraft größer als die erste eingestellte Kraft T₁ und kleiner als die dritte eingestellte Kraft T₃ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt und gemäß der Tretkraft verändert.
Bei einer zweiten eingestellten Kraft T₂ oder T₂', welche zwischen die erste eingestellte Kraft T₁ und die dritte eingestellte Kraft T₃ fällt, wird das Unterstützungsverhältnis ein Höchstwert n_p oder n_p'. Die zweite eingestellte Kraft T₂ oder T₂' ist willkürlich gemäß einer maximalen Tretkraft eingestellt, welche von dem Fahrer mit einer schwachen Tretkraft entwickelt werden kann, wie z.B. einer Frau oder einer alten Person. Der Höchstwert n_p oder n_p' ist so eingestellt, dass die resultierende Kraft der Tretkraft und der Unterstützungskraft eine maximale resultierende Kraft von 140 kgf wird für eine maximale Tretkraft von 70 kgf, welche von dem Fahrer gewöhnlich als erreichbar angenommen wird, in dem Fall, dass das Unterstützungsverhältnis "1" ist. In dem Fall, dass T₂ 50 kgf ist, wird n_p beispielsweise auf "1,8" eingestellt oder in dem Fall, dass T₂' 35 kgf ist, wird n_p' beispielsweise auf "3" eingestellt.
6 zeigt die resultierende Kraft der Tretkraft und der Unterstützungskraft, welche erhalten wird, indem das Unterstützungsverhältnis, wie in 5 gezeigt, eingestellt wird. In 6 zeigen die unterbrochenen Linien den Stand der Technik, bei dem das Unterstützungsverhältnis konstant ist, sodass die Unterstützungskraft linear gemäß der Tretkraft verändert wird und folglich wird auch die resultierende Kraft linear gemäß der Tretkraft verändert. Im Gegensatz dazu zeigen die durchgezogenen Linien die vorliegende Erfindung, bei der das Unterstützungsverhältnis, das auf größer als "1" eingestellt ist, in einem vorgegebenen Tretkraftbereich (größer als die erste eingestellte Kraft T₁ und kleiner als die dritte eingestellte Kraft T₃) gemäß der Tretkraft verändert wird. Wie durch die durchgezogenen Linien gezeigt, können die Unterstützungskraft und die resultierende Kraft, wie benötigt, erhöht werden. In dem Tretkraftbereich von T₂ bis T₃ ist es bevorzugt, dass die resultierende Kraft ungeachtet einer Erhöhung der Tretkraft im Wesentlichen konstant ist, wie durch die durchgezogene Linie gezeigt, oder dass sie mit einer Erhöhung der Tretkraft leicht erhöht wird, wie durch die Phantomlinie gezeigt.
Der Betrieb der ersten bevorzugten Ausführungsform wird nun beschrieben. Wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T erfasste Tretkraft kleiner oder gleich der ersten eingestellten Kraft T₁ ist, oder wenn die Tretkraft größer oder gleich der dritten eingestellten Kraft T₃ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "1" eingestellt. Folglich ist in einem normalen Fahrzustand, wo keine große Tretkraft erforderlich ist, um die Pedale 21 zu drücken, oder während der Fahrt durch den Fahrer, welcher eine starke Tretkraft entwickeln kann, die Unterstützungskraft in einer Weise ähnlich der im Stand der Technik gesteuert/geregelt, um auf diese Weise eine Fahrt des Fahrrads mit einer übermäßig hohen Geschwindigkeit zu verhindern, um ein Fahren mit einer geeigneten Antriebskraft zu erlauben. Ferner wird in dem Fall, dass der Fahrer mit einer schwachen Tretkraft, wie z.B. eine Frau oder alte Person, eine maximale Tretkraft erzeugt, der Betrieb des Motors 15 so gesteuert/geregelt, dass eine maximale Unterstützungskraft entwickelt wird. Folglich kann der Fahrer mit einer schwachen Tretkraft eine große resultierende Kraft ähnlich der, welche von dem Fahrer mit einer starken Tretkraft erhalten wird, erhalten, sodass der Fahrer mit einer schwachen Tretkraft auch leicht das Fahrrad an einer Steigung treten kann. Wenn ferner die Tretkraft fest ist, bleibt die Unterstützungskraft unverändert, sodass der Fahrer das Fahrrad fahren kann, ohne sich irgendwie unbehaglich zu fühlen.
7 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der Tretkraft in der folgenden Weise eingestellt. Wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T erfasste Tretkraft kleiner als eine eingestellte Kraft T₀ ist, wird das Unterstützungsverhältnis, welches auf größer als "1" eingestellt ist, allmählich mit einer Erhöhung der Tretkraft verringert. Wenn die Tretkraft in dem Bereich von der eingestellten Kraft T₀ zu einer maximal eingestellten Kraft T_M ist, welche größer als die eingestellte Kraft T₀ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "1" eingestellt. Wenn die Tretkraft größer als die maximal eingestellte Kraft T_M ist, wird das Unterstützungsverhältnis allmählich mit einer Erhöhung der Tretkraft von "1" verringert. Die eingestellte Kraft T₀ ist beispielsweise auf 60 kgf voreingestellt, was im Wesentlichen dem Gewicht einer durchschnittlichen Person entspricht. Ferner ist die maximal eingestellte Kraft T_M beispielsweise auf 70 kgf voreingestellt, was einer Hälfte von 140 kgf entspricht, welche als eine maximale resultierende Kraft für eine maximale Tretkraft von 70 kgf angenommen wird, welche von dem Fahrer im Allgemeinen entwickelt werden kann.
Ferner wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der Tretkraft verändert, um eine Kurve A nicht zu übersteigen. Die Kurve A zeigt ein Unterstützungsverhältnis, wo die resultierende Kraft als die Summe der Tretkraft und der Unterstützungskraft mit der maximalen Tretkraft übereinstimmt, welche durch den Fahrer im Allgemeinen erreichbar ist. Insbesondere, wenn man a und T das Unterstützungsverhältnis bzw. die Tretkraft bedeuten lässt und annimmt, dass die maximale resultierende Kraft 140 kgf ist, wird die Kurve A durch {a = (140 – T)/T} ausgedrückt.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform kann der Fahrer mit einer relativ schwachen Tretkraft eine größere Unterstützungskraft für eine kleinere Tretkraft erhalten, um auf diese Weise im Wesentlichen dieselbe resultierende Kraft für jeden Fahrer zu erhalten. Ferner kann der Fahrer mit einer relativ starken Tretkraft eine Unterstützungskraft erhalten, welche der Tretkraft entspricht, um auf diese Weise eine übermäßige Zunahme der Fahrgeschwindigkeit zu verhindern. Ferner kann der Fahrer mit einer äußerst starken Tretkraft eine Unterstützungskraft erhalten, welche kleiner als die Tretkraft ist, um auf diese Weise eine übermäßige Zunahme der resultierenden Kraft zu vermeiden, um eine für das Fahrrad geeignete passende resultierende Kraft zu erhalten. Somit kann die Unterstützungskraft von dem Motor 15 so gesteuert/geregelt werden, dass sie für das Fahrrad geeignet ist. Wenn die Tretkraft fest ist, bleibt zusätzlich die Unterstützungskraft entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform unverändert.
Als eine Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform kann das Unterstützungsverhältnis so eingestellt werden, dass es bei einer bestimmten Tretkraft in dem Bereich unter der eingestellten Kraft T₀ maximal wird, wie durch die Phantomlinie in 7 gezeigt, statt einer linearen Veränderung des Unterstützungsverhältnisses gemäß der Tretkraft.
8 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der dritten bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der Tretkraft in der folgenden Weise eingestellt. Wenn die Tretkraft kleiner oder gleich der ersten eingestellten Kraft T₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "1" eingestellt. Wenn die Tretkraft größer oder gleich dem dritten eingestellten Wert T₃ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "3" eingestellt. Wenn die Tretkraft größer als die erste eingestellte Kraft T₁ und kleiner als die dritte eingestellte Kraft T₃ ist, wird das Unterstützungsverhältnis linear von "1" bis "3" mit einer Erhöhung der Tretkraft erhöht.
Gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform kann das Unterstützungsverhältnis für den Fahrer mit einer großen Tretkraft erhöht werden, um auf diese Weise eine große Unterstützungskraft zu erhalten.
9 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vierten bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der Tretkraft derart eingestellt, dass dann, wenn die Tretkraft größer oder gleich der dritten eingestellten Kraft T₃ ist, das Unterstützungsverhältnis auf "3" eingestellt wird, während dann, wenn die Tretkraft kleiner als die dritte eingestellte Kraft T₃ ist, das Unterstützungsverhältnis linear von "1" bis "3" mit einer Erhöhung der Tretkraft erhöht wird.
10 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der fünften bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der Tretkraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt. In 10 zeigt die unterbrochene Linie einen Fall, wo die Tretkraft groß ist und die durchgezogene Linie zeigt einen Fall, wo die Tretkraft klein ist. In niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen kleiner oder gleich einer zweiten eingestellten Geschwindigkeit V₂ (z.B. 15 km/h) wird das Unterstützungsverhältnis ungeachtet der Höhe der Tretkraft auf n ( > 1) eingestellt. In einem hohen Geschwindigkeitsbereich, welcher die zweite eingestellte Geschwindigkeit V₂ übersteigt, wird das Unterstützungsverhältnis allmählich mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert, bis es "0" bei einer dritten eingestellten Geschwindigkeit V₃ (z.B. 24 km/h) erreicht.
Durch Einstellen des Unterstützungsverhältnisses auf "n" größer als "1", wie oben erwähnt, kann jeder Fahrer eine große Unterstützungskraft erhalten, um auf diese Weise das Fahrrad leicht zu treten.
Wenn das Unterstützungsverhältnis während einer Niedergeschwindigkeitsfahrt mit einer großen Tretkraft groß eingestellt ist, fließt ein großer elektrischer Strom in den Motor 15, um möglicherweise einen raschen Verbrauch der Batterie oder eine Überhitzung des Motors 15 zu bewirken. Um mit einem solchen Problem zurechtzukommen wird dann, wenn die Tretkraft während einer Fahrt bei niedrigen Geschwindigkeiten kleiner oder gleich einer ersten eingestellten Geschwindigkeit V₁ (z.B. 5 km/h), welche kleiner als die zweite eingestellte Geschwindigkeit V₂ ist, groß ist, das Unterstützungsverhältnis nach und nach von "n" zu "1" mit einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert, während dann, wenn die Tretkraft während einer Fahrt in diesem niedrigen Geschwindigkeitsbereich klein ist, das Unterstützungsverhältnis auf "n" eingestellt wird. Wie durch die Phantomlinien in 10 gezeigt, wird die Verringerungsrate des Unterstützungsverhältnisses bei einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit in diesem niedrigen Geschwindigkeitsbereich mit einer Erhöhung der Tretkraft erhöht.
Gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform kann ein Verbrauch der Batterie und ein Überhitzen des Motors 15 verhindert werden. Da ferner das Unterstützungsverhältnis auch beim Start des Fahrrads relativ hoch eingestellt ist, kann ein Einfluss (drift) beim Start beseitigt werden, um ein reibungsloses Starten sicherzustellen. Zusätzlich kann selbst dann, wenn eine starke Tretkraft beim Start ausgeübt wird, verhindert werden, dass eine übermäßige Unterstützungskraft ausgeübt wird, um auf diese Weise einen raschen Start zu verhindern.
11 zeigt eine sechste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der sechsten bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstützungsverhältnis auf einem dreidimensionalen Kennfeld eingestellt, welches durch die Tretkraft und die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt ist. Grundsätzlich wird in dem Tretkraftbereich von 0 kgf bis 70 kgf das Unterstützungsverhältnis gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit in der folgenden Weise eingestellt. D.h. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich beispielsweise 5 km/h ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "3" eingestellt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Bereich von beispielsweise 5 km/h bis 15 km/h ist, wird das Unterstützungsverhältnis mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit linear von "3" zu "1" verändert. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Bereich von beispielsweise 15 km/h bis 24 km/h ist, wird das Unterstützungsverhältnis mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit linear von "1" bis "0" verändert. Insbesondere ist in dem Tretkraftbereich von beispielsweise 35 kgf bis 70 kgf das Unterstützungsverhältnis über der Ebene, welche durch {a = (140 – T)/T} ausgedrückt ist (die durch die Phantomlinie gezeigte Ebene), nicht erreichbar, wo a und T das Unterstützungsverhältnis bzw. die Tretkraft bezeichnen und es wird angenommen, dass die maximale resultierende Kraft 140 kgf ist. Ferner wird dann, wenn die Tretkraft größer als beispielsweise 70 kgf ist, das Unterstützungsverhältnis "0".
Gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstützungsverhältnis auf dem durch die Tretkraft und die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmten dreidimensionalen Kennfeld eingestellt. Folglich kann das Unterstützungsverhältnis glatt bei Änderungen der Tretkraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert werden, sodass der Fahrer eine lineare Veränderung der Unterstützungskraft fühlen kann, um ein gutes Fahrverhalten zu erreichen.
Die 1 bis 3 und 12 bis 13 zeigen eine siebte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die 1 bis 3 so wie oben beschrieben sind; 12 ein Blockdiagramm ist, welches die Konfiguration einer Steuer/Regeleinrichtung für einen Elektromotor zeigt; und 13 eine graphische Darstellung ist, welche ein Unterstützungsverhältnis in Relation zu einem Neigungswinkel zeigt.
Auf 12 Bezug nehmend wird eine Motortreiberschaltung 62 zum Antreiben des Elektromotors 15 durch die Steuer/Regeleinrichtung 31 gesteuert/geregelt. Erfasste Werte von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T, dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V und dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A werden in die Steuer/Regeleinrichtung 31 eingegeben. Die Steuer/Regeleinrichtung 31 gibt ein Signal zur Steuerung/Regelung des Betriebs des Motors 15 gemäß den erfassten Werten von diesen Erfassungsmitteln S_T, S_V und S_A aus.
Das Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V fungiert, um eine Drehzahl des Motors 15 zu erfassen, welche eine Fahrradgeschwindigkeit in einem Kraftunterstützungszustand durch den Motor 15 darstellt. Wie in den 2 und 3 gezeigt, besteht das Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V aus einem Impulsgeberrad 63 und einem Sensor 64 vom elektromagnetischen Sondenspulentyp. Das Impulsgeberrad 63 besitzt einen Vorsprung 63a an seinem äußeren Umfang und ist an der Drehwelle 15a des Motors 15 festgelegt. Der Sensor 64 besitzt einen Erfassungsabschnitt 64a, welcher dazu ausgebildet ist, zu dem Vorsprung 63a in der Nähe desselben zu weisen und ist an dem Gehäuse 35 festgelegt.
Das Neigungswinkelerfassungsmittel S_A fungiert, um einen Neigungswinkel einer Straßenoberfläche zu erfassen, auf welcher das Fahrrad fährt. Das Neigungswinkelerfassungsmittel S_A ist vorzugsweise an dem Rumpfrahmen 11 in der Nähe der Kurbelwelle 22 so eingebracht, dass er durch das Verhalten eines Fahrzeugkörpers nicht sehr beeinflusst wird, oder vorzugsweise an dem Rumpfrahmen 11 in der Nähe des Kopfrohrs 12 so angebracht, dass er rasch eine Änderung des Neigungswinkels erfassen kann.
In dem Fall, dass der erfasste Wert von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V ein Wert ist, welcher einer Fahrzeuggeschwindigkeit in niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen entspricht, wird ein Unterstützungsverhältnis, welches als das Verhältnis (Unterstützungskraft/Tretkraft) einer Unterstützungskraft durch den Motor 15 zu einer Tretkraft von dem Fahrer definiert ist, gemäß den erfassten Werten von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A, d.h. dem von dem Erfassungsmittel S_A erfassten Neigungswinkel, wie in 13 gezeigt, voreingestellt. Insbesondere, wenn der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A erfasste Neigungswinkel kleiner als ein erster eingestellter Winkel θ₁, z.B. 2 Grad, ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "1" eingestellt. Wenn der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A erfasste Neigungswinkel größer als ein zweiter eingestellter Winkel θ₂ ist, welcher größer als der erste eingestellte Winkel θ₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "3" eingestellt. Wenn der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A erfasste Neigungswinkel größer oder gleich dem ersten eingestellten Winkel 81 ist und kleiner oder gleich dem zweiten eingestellten Winkel θ₂ ist, wird das Unterstützungsverhältnis so eingestellt, dass es sich von "1" zu "3" linear erhöht.
Der Betrieb der siebten bevorzugten Ausführungsform wird nun beschrieben. Wenn der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A erfasste Neigungswinkel größer oder gleich dem ersten eingestellten Winkel θ₁ während des Fahrens auf einer Steigung wird, wird das Unterstützungsverhältnis allmählich von "1" gemäß dem Neigungswinkel erhöht, sodass die Unterstützungskraft durch den Motor 15 gemäß der Tretkraft durch den Fahrer ungeachtet einer Fahrzeugfahrtgeschwindigkeit erhöht werden kann. Selbst wenn die Tretkraft, welche von dem Fahrer entwickelt werden kann, schwach ist, kann der Fahrer folglich leicht das Fahrrad fahren, ohne sich irgendwie unbehaglich zu fühlen.
Wenn ferner der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A erfasste Neigungswinkel größer als der zweite eingestellte Winkel θ₂ wird, welcher größer als der erste eingestellte Winkel θ₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "3" eingestellt, um auf diese Weise eine übermäßige Zunahme des Unterstützungsverhältnisses bei einer Zunahme des Neigungswinkels zu verhindern. Folglich kann ein Energieverbrauch der Batterie verringert werden und eine benötigte Höhe einer Unterstützungskraft kann der Tretkraft zugefügt werden, um auf diese Weise ein komfortables Fahren auf einer Steigung zu erlauben.
14 zeigt eine achte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstüt zungsverhältnis gemäß der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und dem von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A erfassten Neigungswinkel eingestellt. Insbesondere, wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit, z.B. 10 km/h, ist und der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel S_A erfasste Neigungswinkel größer oder gleich einem ersten eingestellten Winkel θ₁, z.B. 2 Grad, ist, wird das Unterstützungsverhältnis so eingestellt, dass es sich allmählich von "1" mit einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Zunahme des Neigungswinkels erhöht. Insbesondere, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich beispielsweise 5 km/h wird und der Neigungswinkel größer oder gleich einem zweiten eingestellten Winkel θ₂ wird, welcher größer als der erste eingestellte Winkel θ₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "3" eingestellt. Wenn ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise größer als 10 km/h und kleiner oder gleich 15 km/h ist, oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich 10 km/h und der Neigungswinkel kleiner als der erste eingestellte Winkel θ₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "1" eingestellt. Wenn ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Hochgeschwindigkeitsbereich größer als beispielsweise 15 km/h ist, wird das Unterstützungsverhältnis so eingestellt, dass es sich allmählich von "1" mit einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert. Insbesondere, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise 24 km/h erreicht, wird die Kraftunterstützung durch den Motor 15 gestoppt.
Gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform wird während des Fahrens auf einer ebenen Straße das Unterstützungsverhältnis auf "1" oder weniger eingestellt, um auf diese Weise eine übermäßige Erhöhung der Belastung des Motors 15 zu vermeiden, um die Batteriehaltbarkeit zu verlängern und auch eine übermäßige Beschleunigung auf der ebenen Straße zu vermeiden. Ferner wird während des Fahrens auf einer Steigung mit einem Steigungswinkel größer oder gleich dem ersten eingestellten Winkel θ₁ bei niedrigen Geschwin digkeiten kleiner oder gleich beispielsweise 10 km/h das Unterstützungsverhältnis auf größer als "1" eingestellt, sodass der Fahrer leicht das Fahrrad mit einer schwachen Tretkraft fahren kann, ohne irgendein Unbehagen zu fühlen.
15 zeigt eine neunte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die neunte bevorzugte Ausführungsform ist ähnlich der achten bevorzugten Ausführungsform, welche in 14 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass die Rate der Verringerung des Unterstützungsverhältnisses mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als die in der achten bevorzugten Ausführungsform. Ebenso kann gemäß der neunten bevorzugten Ausführungsform ein Effekt ähnlich dem der achten bevorzugten Ausführungsform erreicht werden.
16 zeigt eine zehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zehnten bevorzugten Ausführungsform wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und der von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T erfassten Tretkraft eingestellt. Insbesondere, wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel S_V erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit ist, z.B. 10 km/h, und die von dem Tretkrafterfassungsmittel S_T erfasste Tretkraft größer oder gleich einer ersten eingestellten Kraft T₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis so eingestellt, dass es sich allmählich von "1" mit einer Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Erhöhung des Neigungswinkels erhöht. Insbesondere, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich beispielsweise 5 km/h wird, und die Tretkraft größer oder gleich einer zweiten Tretkraft T₂ wird, welche größer als die erste Tretkraft T₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "3" eingestellt. Wenn ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise größer als 10 km/h und kleiner oder gleich 15 km/h ist, oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich 10 km/h ist und die Tretkraft kleiner als die erste eingestellte Kraft T₁ ist, wird das Unterstützungsverhältnis auf "1" eingestellt. Wenn ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem hohen Geschwindigkeitsbereich höher als beispielsweise 15 km/h ist, wird das Unterstützungsverhältnis so eingestellt, dass es sich allmählich von "1" mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert. Insbesondere, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise 24 km/h erreicht, wird die Kraftunterstützung durch den Motor 15 gestoppt.
Gemäß der zehnten bevorzugten Ausführungsform wird während des Fahrens auf einer ebenen Straße das Unterstützungsverhältnis auf "1" oder weniger eingestellt, um auf diese Weise eine übermäßige Erhöhung einer Belastung des Motors 15 zu vermeiden, um die Batteriehaltbarkeit zu verlängern und auch eine übermäßige Beschleunigung auf der ebenen Straße zu vermeiden. Ferner wird während des Fahrens auf einer Steigung mit einer Tretkraft größer oder gleich der ersten eingestellten Kraft T₁ bei niedrigen Geschwindigkeiten kleiner oder gleich beispielsweise 10 km/h, das Unterstützungsverhältnis auf größer als "1" eingestellt, sodass der Fahrer leicht das Fahrrad mit einer schwachen Tretkraft fahren kann, ohne irgendein Unbehagen zu fühlen.
Nachdem bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sollte bemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen bevorzugten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass verschiedene Designmodifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Gemäß der im Anspruch 1 definierten Erfindung wird das Unterstützungsverhältnis gemäß der Tretkraft verändert, sodass eine Unterstützungskraft gemäß der Tretkraft erhalten werden kann. Wenn die Tretkraft fest ist, bleibt ferner die Unterstützungskraft unverändert, um auf diese Weise ein komfortables Fahrradfahren zu erlauben.
Gemäß der im Anspruch 2 definierten Erfindung wird eine große Unterstützungskraft für den Fahrer mit einer schwachen Tretkraft ausgeübt und eine übermäßige Zunahme der Unterstützungskraft für den Fahrer mit einer starken Tretkraft verhindert. Wenn ferner die Tretkraft fest ist, bleibt die Unterstützungskraft unverändert.
Gemäß der im Anspruch 3 definierten Erfindung kann die Unterstützungskraft gemäß der Tretkraft erhöht werden, ungeachtet der Tretfähigkeit des Fahrers. Wenn ferner die Tretkraft fest ist, bleibt die Unterstützungskraft unverändert.
Gemäß der im Anspruch 4 definierten Erfindung kann eine übermäßige Zunahme einer resultierenden Kraft als der Summe der Tretkraft und der Unterstützungskraft vermieden werden, um auf diese Weise eine geeignete resultierende Kraft zu erhalten, welche für das Fahrrad geeignet ist. Folglich kann die Unterstützungskraft durch den Elektromotor für das Fahrrad passend gemacht werden.
Gemäß der im Anspruch 5 definierten Erfindung kann das Unterstützungsverhältnis in den niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen erhöht werden, um auf diese Weise ein leichtes Radfahren zu erlauben. Wenn die Tretkraft in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich groß ist, wird ferner das Unterstützungsverhältnis relativ klein eingestellt, um auf diese Weise einen Batterieverbrauch und ein Überhitzen des Elektromotors zu verhindern und auch einen raschen Start des Fahrrads zu verhindern.
Gemäß der im Anspruch 7 definierten Erfindung kann die Unterstützungskraft gemäß der Tretkraft erhöht werden ungeachtet der Fahrzeuggeschwindigkeit, sodass der Fahrer leicht das Fahrrad mit einer schwachen Tretkraft fahren kann, ohne irgendein Unbehagen zu fühlen.
Gemäß der im Anspruch 8 definierten Erfindung wird dann, wenn die Fahr zeuggeschwindigkeit während einer Fahrt auf einer Steigung kleiner oder gleich der eingestellten Geschwindigkeit wird und der Neigungswinkel größer oder gleich dem eingestellten Winkel wird, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt. Folglich kann der Fahrer leicht das Fahrrad mit einer schwachen Tretkraft fahren, ohne irgendein Unbehagen zu fühlen. Ferner wird während des Fahrens auf einer ebenen Straße das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner oder gleich 1 eingestellt. Folglich kann eine übermäßige Zunahme einer Belastung des Elektromotors vermieden werden, um auf diese Weise die Haltbarkeit der Batterie zu verlängern und eine übermäßige Beschleunigung auf der ebenen Straße kann auch vermieden werden.
Gemäß der im Anspruch 6 definierten Erfindung wird dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit während der Fahrt auf einer Steigung kleiner oder gleich der eingestellten Geschwindigkeit wird und die Tretkraft größer oder gleich der eingestellten Kraft wird, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt. Folglich kann eine übermäßige Zunahme einer Belastung des Elektromotors vermieden werden, um auf diese Weise die Batteriehaltbarkeit zu verlängern und eine übermäßige Beschleunigung auf der ebenen Straße kann auch vermieden werden.
Zusammenfassend beabsichtigt die Erfindung, bei einem motorunterstützten Fahrrad mit einem Tretkrafterfassungsmittel zur Erfassung einer Tretkraft des Fahrers und einem Elektromotor, welcher eine Unterstützungskraft gemäß der von dem Tretkrafterfassungsmittel erfassten Tretkraft ausüben kann, eine Unterstützungskraft gemäß einer Tretkraft zu erhalten und die Unterstützungskraft für eine feste Tretkraft festzulegen, um ein komfortables Radfahren zu erlauben und ein leichtes Radfahren auf einer Steigung mit einer auf die Pedale ausgeübten schwachen Tretkraft zu erlauben, ohne irgendein Unbehagen zu fühlen, wobei ein Unterstützungsverhältnis, welches als das Verhältnis der Unterstützungskraft durch den Elektromotor zu der Tretkraft von dem Fahrer definiert ist, verändert werden kann.
Der Betrieb des Elektromotors wird durch eine Steuer/Regeleinrichtung so gesteuert/geregelt, dass ein Unterstützungsverhältnis, welches als das Verhältnis einer Unterstützungskraft durch den Elektromotor zu einer Tretkraft von dem Fahrer definiert ist, gemäß der von dem Tretkrafterfassungsmittel erfassten Tretkraft verändert wird und auch der Betrieb des Elektromotors durch eine Steuer/Regeleinrichtung so gesteuert/geregelt wird, dass dann, wenn ein erfasster Wert von einem Neigungswinkelerfassungsmittel zur Erfassung eines Neigungswinkels einer Straßenoberfläche, auf welcher das Fahrrad fährt, größer oder gleich einem eingestellten Winkel ist, das Unterstützungsverhältnis von 1 mit einer Zunahme des erfassten Werts erhöht wird.

Claims

Motorunterstütztes Fahrrad mit einem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) zur Erfassung einer Tretkraft eines Fahrers und einem Elektromotor (15), welcher eine Unterstützungskraft gemäß der von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfassten Tretkraft ausüben kann, wobei eine Unterstützungskraftsteuer/regeleinrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuer/Regeleinrichtung (31) zur Steuerung/Regelung des Betriebs des Elektromotors (15) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass ein Unterstützungsverhältnis (Unterstützungskraft/Tretkraft), welches als das Verhältnis der Unterstützungskraft durch den Elektromotor (15) zu der Tretkraft von dem Fahrer definiert ist, in einem vorbestimmten Bereich der von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfassten Tretkraft erhöht wird.
Motorunterstütztes Fahrrad gemäß Anspruch 1, wobei die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass dann, wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfasste Tretkraft größer oder gleich einer eingestellten Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf 1 eingestellt wird, während dann, wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfasste Tretkraft kleiner als die eingestellte Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt wird.
Motorunterstütztes Fahrrad gemäß Anspruch 1, wobei die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass das Unterstützungsverhältnis mit einer Zunahme der von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfassten Tretkraft allmählich von 1 erhöht wird.
Motorunterstütztes Fahrrad gemäß Anspruch 2, wobei die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass dann, wenn die von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfasste Tretkraft größer oder gleich einer eingestellten Maximalkraft ist, welche größer als die eingestellte Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner als 1 eingestellt wird.
Motorunterstütztes Fahrrad gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel (S_V) zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrrads, wobei die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass dann, wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel (S_V) erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit in niederen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen liegt, welche kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit sind, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer oder gleich 1 eingestellt wird, während dann, wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel (S_V) erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich liegt, welcher kleiner oder gleich einer anderen eingestellten Geschwindigkeit ist, welche kleiner als die eingestellte Geschwindigkeit liegt, das Unterstützungsverhältnis mit einer Erhöhung der von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfassten Tretkraft verringert wird.
Motorunterstütztes Fahrrad gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel (S_V) zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrrads, wobei die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass in einem ersten Zustand, in dem die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel (S_V) erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit ist und die von dem Tretkrafterfassungsmittel (S_T) erfasste Tretkraft größer oder gleich einer eingestellten Kraft ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt wird, wohingegen in jedem anderen Zustand als dem ersten Zustand das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner oder gleich 1 eingestellt wird.
Motorunterstütztes Fahrrad gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Neigungswinkelerfassungsmittel (S_A) zur Erfassung eines Neigungswinkels einer Straßenoberfläche, auf welcher das Fahrrad fährt, wobei die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass dann, wenn der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel (S_A) erfasste Neigungswinkel größer oder gleich einem eingestellten Winkel ist, das Unterstützungsverhältnis mit einer Zunahme des Neigungswinkels von 1 erhöht wird.
Motorunterstütztes Fahrrad gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Neigungswinkelerfassungsmittel (S_A) zur Erfassung eines Neigungswinkels einer Straßenoberfläche, auf welcher das Fahrrad fährt, ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel (S_V) zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrrads, wobei die Steuer/Regeleinrichtung (31) den Betrieb des Elektromotors (15) so steuert/regelt, dass in einem ersten Zustand, in dem die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel (S_V) erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich einer eingestellten Geschwindigkeit ist und der von dem Neigungswinkelerfassungsmittel (S_A) erfasste Neigungswinkel größer oder gleich einem eingestellten Winkel ist, das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert größer als 1 eingestellt wird, während in jedem anderen Zustand als dem ersten Zustand das Unterstützungsverhältnis auf einen Wert kleiner oder gleich 1 eingestellt wird.