DE69512958T2

DE69512958T2 - Pedalkraftdetektor für Fahrrad mit Hilfsmotor

Info

Publication number: DE69512958T2
Application number: DE69512958T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kuroki; Hajime Soda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2015-04-26
Also published as: DE69512958D1; EP0683093B1; JPH07309284A; CN1118434A; CN1088513C; JP2967391B2; EP0683093A1; ES2139772T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pedalkraftdetektor für ein motorunterstütztes Fahrrad, wobei das Fahrrad ein Kraftübertragungssystem zum Übertragen einer auf Kurbelpedale ausgeübten Pedalkraft zu einem Rad aufweist, umfassend einen Hilfsmotor, und wobei die Abgabe des Hilfsmotors auf der Basis der durch Pedalkrafterfassungsmittel erfaßten Pedalkraft gesteuert wird.
Pedalkraftdetektoren für ein derartiges motorunterstütztes Fahrrad sind offenbart in den japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai) Nr. 5-58379, 4-100790 und 4- 244496.
Der in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 5-58379 offenbarte Pedalkraftdetektor erfaßt eine auf die Kurbelpedale ausgeübte Pedalkraft auf der Basis der Reaktion der Sonne eines Planetengetriebes. Da dieser bekannte Pedalkraftdetektor einen komplexen, schwergewichtigen Aufbau besitzt und das Planetengetriebe durch die Kraft des Fahrers angetrieben werden muß, wenn der Hilfsmotor nicht eingesetzt wird, verursacht der Pedalkraftdetektor einen großen Verlust an mechanischer Energie.
Der in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 4-100790 offenbarte Pedalkraftdetektor erfaßt die Pedalkraft auf der Basis des Torsionswinkels einer Antriebswelle, die die Kurbelachse mit dem Hinterrad verbindet, und dieser Pedalkraftdetektor kann nicht für allgemein kettengetriebene Fahrräder verwendet werden.
Der in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 4-244496 offenbarte Pedalkraftdetektor erfaßt die Pedalkraft auf der Basis der Spannung einer Kette, die die Kurbelachse mit dem Hinterrad verbindet. Damit enthält eine durch diesen Pedalkraftdetektor erfaßte Pedalkraft Fehler, die der Verlängerung der Kette aufgrund einer in der Kette während längerer Gebrauchszeiten erzeugten Belastung sowie einer unangemessenen Anfangsspannung der Kette zuzuschreiben sind.
Aus der EP 0 569 954 A1 ist ein elektrisch unterstütztes pedalbetriebenes Fahrzeug bekannt, bei dem die durch den Fahrzeugfahrer ausgeübte Pedalkraft erfaßt wird und ein Elektromotor in Reaktion auf die erfaßte Pedalkraft betrieben wird, um eine Hilfskraft zum Antreiben des Fahrzeugs vorzusehen.
Die DE 37 08 130 A1 offenbart eine Einrichtung zum Messen eines Drehmoments, bei der zwei Maschinenteile relativdrehbar sind. Die Relativdrehung dieser Maschinenteile wird in eine verstärkte Axialbewegung gewandelt und die Axialbewegung entspricht dem zu übertragenden Drehmoment.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pedalkraftdetektor für ein motorunterstütztes Fahrrad bereitzustellen, der einen kompakten, leichtgewichtigen Aufbau besitzt und geeignet ist, den Verlust an mechanischer Energie zu verringern und die Pedalkraft präzise zu erfassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Pedalkraftdetektoranordnung für ein motorunterstütztes Fahrrad gelöst, wobei das motorunterstützte Fahrrad umfaßt:
ein Kraftübertragungssystem zum Übertragen einer auf die Kurbelpedale ausgeübten Pedalkraft zu einem Rad und einem in das Kraftübertragungssystem einbezogenen Hilfsmotor, wobei eine Abgabe des Hilfsmotors auf der Basis einer auf die Kurbelpedale ausgeübten und durch eine Pedalkrafterfassungsanordnung erfaßten Pedalkraft gesteuert wird, wobei die Pedalkraftdetektoranordnung umfaßt: eine durch Betätigen der Kurbelpedale drehangetriebene Kurbelachse, einen koaxial in der Kurbelachse angeordneten Torsionsstab, wobei ein erstes Ende des Torsionsstabs mit der Kurbelachse verbunden ist und ein zweites Ende des Torsionsstabs mit dem Hilfsmotor und dem Rad verbunden ist, Wandlungsmittel zum Wandeln des Torsionswinkels des Torsionsstabs in eine entsprechende axiale Verlagerung eines Verlagerungsmittels relativ zu der Kurbelachse, einen Verlagerungssensor zum Erfassen der axialen Verlagerung des Verlagerungsmittels.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform umfassen die Wandlungsmittel: ein antreibendes Teil, das derart passend auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß es relativ zu der Kurbelachse drehbar ist und in einer axialen Verschiebung gehemmt ist, und das mit dem zweiten Ende des Torsionsstabs verbunden ist, und ein angetriebenes Teil, das derart passend auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß es axial verschiebbar ist und in einer Drehung relativ zu der Kurbelachse gehemmt ist, und das durch einen Steuerflächenmechanismus mit dem antreibenden Teil gekoppelt ist, wobei das angetriebene Teil entsprechend der Torsion des Torsionsstabs als das Verlagerungsmittel auf der Kurbelachse axial bewegbar ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfassen die Wandlungsmittel: ein antreibendes Teil, das derart passend auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß es relativ zu der Kurbelachse drehbar ist und in einer axialen Verschiebung gehemmt ist, und das mit dem zweiten Ende des Torsionsstabs verbunden ist, einen Armhalter, der derart passend auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß er in einer Drehung und einer Verschiebung relativ zu der Kurbelachse gehemmt ist, und Armteile mit antreibenden Armen, die an ihren Mittelteilen an dem Armhalter drehbar gehalten sind, der sich axial von der Kurbelachse und im Eingriff mit dem antreibenden Teil erstreckt, und angetriebene Arme, die sich radial von der Kurbelachse erstrecken, wobei die angetriebenen Arme entsprechend der Torsion des Torsionsstabs als das Verlagerungsmittel relativ zu der Kurbelachse axial verlagerbar sind.
Deshalb kann der Torsionswinkel des Torsionsstabs präzise in die axiale Verlagerung der angetriebenen Arme gewandelt werden und daher kann die auf die Kurbelpedale ausgeübte Pedalkraft präzise erfaßt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine allgemeine Seitenansicht eines Fahrrads, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 2.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 4 bei 6 gekennzeichneten Bereichs.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeils 7 in Fig. 1 betrachtet.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems.
Fig. 9 ist eine allgemeine Seitenansicht eines Fahrrads, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
Fig. 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 10-10 in Fig. 9.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 10.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht längs der Linie 12-12 in Fig. 10.
Fig. 13 ist eine Schnittansicht längs der Linie 13-13 in Fig. 10.
Es wird Bezug auf Fig. 1 genommen. Ein Fahrrad B besitzt einen Hauptrahmen 1 mit einer V-Form in Seitenansicht. Eine Vordergabel 3 ist für eine Drehung an einem Kopfrohr 2 gelagert, das an dem Vorderende des Hauptrahmens 1 angebracht ist, eine Griffstange 4 ist an dem oberen Ende der Vordergabel 3 angebracht und ein Vorderrad Wf ist an dem unteren Ende der Vordergabel 3 gelagert. Eine Hintergabel 6, die sich von einem Teil des Hauptrahmens 1 nahe des unteren Endes des Hauptrahmens 1 nach hinten erstreckt, ist durch Stützen 5 starr in Position gehalten und ein Hinterrad Wr ist an der Hintergabel 6 gelagert. Eine Kurbelachse 7 ist für eine Drehung an dem unteren Ende des Hauptrahmens 1 gelagert, ein Paar von Kurbelarmen 8R und 8L sind an der Kurbelachse 7 befestigt und Kurbelpedale 9R und 9L sind an freien Enden der Kurbelarme 8R bzw. 8L angebracht. Eine Kette 12 erstreckt sich zwischen einem antreibenden Kettenrad 10, das durch die Kurbelachse 7 drehangetrieben ist, und einem angetriebenen Kettenrad 11, das an der Achse des Hinterrads Wr befestigt ist. Wenn eine Pedalkraft auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübt wird, um die Kurbelachse 7 zu drehen, wird die Drehung der Kurbelachse 7 durch das antreibende Kettenrad 10, die Kette 12 und das angetriebene Kettenrad 11 zu dem Hinterrad Wr übertragen.
Ein Hilfsmotor 13, der mit dem in dem unteren Teil des Hauptrahmens 1 angeordneten antreibenden Kettenrad 10 verbunden ist, erzeugt eine Hilfsantriebskraft zum Unterstützen einer auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübten Pedalkraft. Eine Batterie 15, die eine Mehrzahl von Ni-Cd-Zellen umfaßt, d. h. eine Stromversorgung zum Bereitstellen einer Leistung zum Antrieb des Hilfsmotors 13, ist in einem Batteriebehälter 14 enthalten, der im vorderen Teil des Hauptrahmens 1 angeordnet ist. Ein Hauptschalter 16 ist an der Vorderwand des Batteriebehälters 14 angebracht. Eine Steuereinrichtung 17, die eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Hilfsmotors 13 umfaßt, sowie eine Motoransteuereinrichtung sind in dem hinteren Teil des Hauptrahmens 1 angeordnet.
Ein Antriebsmechanismus D, der in dem Fahrrad B enthalten ist, wird nachfolgend detailliert mit Bezug auf die Fig. 2 bis 7 beschrieben.
Ein Getriebegehäuse, das den Antriebsmechanismus D enthält, umfaßt ein linkes Gehäuseteil 21, d. h. ein Hauptgehäuseteil, ein rechtes Gehäuseteil 22, das an das rechte offene Ende des linken Gehäuseteils 21 angefügt ist, und ein unteres Gehäuseteil 23, das mit der unteren Fläche des linken Gehäuseteils 21 verbunden ist. Das linke Gehäuseteil 21 ist an seinem vorderen oberen Teil mit dem unteren Ende des Hauptrahmens 1 mittels zweier Bolzen 24 befestigt und beide jeweiligen hinteren Teile des linken Gehäuseteils 21 und des rechten Gehäuseteils 22 sind an dem vorderen Ende der Hintergabel 6 mittels eines einzigen Bolzens 25 befestigt. Das untere Gehäuseteil 23 ist an der unteren Fläche des linken Gehäuseteils 21 mittels einer Mehrzahl von Bolzen 26 befestigt (in Fig. 3 ist nur einer der Bolzen 26 gezeigt).
Das rechte Ende der Kurbelachse 7 ist in einem Rollenlager 29 gelagert, das in einer Buchse 28 eingefügt ist, die in einem Kugellager 27 an dem rechten Gehäuseteil 22 gehalten ist, und das linke Ende der Kurbelachse 7 ist in einem Kugellager 30 an dem linken Gehäuseteil 21 gelagert. Die Kurbelachse 7 ist in ihrem mittlerem Teil mit einem axial länglichen Durchgangsloch 7, versehen, das sich diametral durch die Kurbelachse 7 erstreckt. Ein Torsionsstab 31 ist koaxial zu der Kurbelachse 7 in dem Durchgangsloch 7, angeordnet. Ein erweiterter Kopf 31, der an dem linken Ende (Eingangsende) des Torsionsstabs 31 ausgebildet ist, ist mittels eines Kranzes 32 mit der Kurbelachse 7 verbunden, und ein erweiterter Kopf 312, der an dem rechten Ende (Ausgangsende) des Torsionsstabs 31 ausgebildet ist, ist in eine Nut eingepreßt, die am Innenumfang eines ringförmigen antreibenden Teils 33 ausgebildet ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Wie es am besten in Fig. 5 zu erkennen ist, sind die gegenüberliegenden Seitenflächen des Durchgangslochs 7, der Kurbelachse 7 im wesentlichen in der Form eines Kreisbogens gekrümmt, um dem Kopf 312 an dem freien Ende des Torsionsstabs 31 zu erlauben, sich über einen vorbestimmten Winkel relativ zu dem Kopf 311 an dem festen Ende zu drehen, und um das Brechen des Torsionsstabs 31 zu verhindern, indem ein Maximalwinkel der Torsion des Torsionsstabs 31 begrenzt wird, wenn eine übermäßig große Belastung auf den Torsionsstab 31 wirkt.
Eine erste Freilaufkupplung 35 ist zwischen einem am Innenumfang der Buchse 28 befestigten Kegelrad 34 und dem antreibenden Teil 33 angeordnet. Wie es aus Fig. 5 ersichtlich ist, umfaßt die erste Freilaufkupplung 35 vier Klinken 36, die an dem Umfang des antreibenden Teils 33 drehbar gelagert sind und mit nicht gezeigten Federn radial auswärts vorbelastet sind, und eine Mehrzahl von Ratschenzähnen 34, die am Innenumfang des Kegelrads 34 ausgebildet sind.
Wenn die Kurbelachse 7 in der normalen Richtung durch Treten der Kurbelpedale 9R und 9L gedreht wird, so wird das Drehmoment von der Kurbelachse 7 über den Torsionsstab 31, das antreibende Teil 33, die erste Freilaufkupplung 35, das Kegelrad 34 und die Buchse 28 zu dem antreibenden Kettenrad 10 übertragen, das mit dem Außenumfang der Buchse 28 verkeilt ist. Wenn die Kurbelachse 7 in Rückwärtsrichtung durch Treten der Kurbelpedale 9R und 9L gedreht wird, gestattet die erste Freilaufkupplung 35 eine freie Drehung der Kurbelachse 7 in Rückwärtsrichtung.
Wie es am besten in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Hilfsmotor 13 am linken Gehäuseteil 21 derart gehalten, daß dessen Ausgangswelle 13&sub1; sich schräg nach vorne und nach unten erstreckt, und ist das freie Ende der Ausgangswelle 13&sub1; in einem Kugellager 41 an dem unteren Ende des linken Gehäuseteils 21 gelagert. Eine erste Zwischenwelle 44 ist in einem Paar von Kugellagern 42 und 43 an dem linken Gehäuseteil 21 und dem unteren Gehäuseteil 23 gelagert und eine zweite Zwischenwelle 47 ist in einem Paar von Kugellagern 45 und 46 an dem linken Gehäuseteil 21 und dem unteren Gehäuseteil 23 gelagert. Ein an der Ausgangswelle 13~ des Hilfsmotors 13 befestigtes Spurzahnrad 48 steht im Eingriff mit einem Spurzahnrad 50, das an einer mit der ersten Zwischenwelle 44 gekoppelten zweiten Freilaufkupplung 49 befestigt ist, ein an der ersten Zwischenwelle 44 befestigtes Spurzahnrad 51 steht im Eingriff mit einem an der zweiten Zwischenwelle 47 befestigten Spurzahnrad 52 und ein an der zweiten Zwischenwelle 47 befestigtes Kegelrad 53 steht in Eingriff mit dem an der Buchse 28 befestigten Kegelrad 34.
Wenn der Hilfsmotor 13 betrieben wird, wird das Drehmoment der Ausgangswelle 131 durch die vier Spurzahnräder 48, 50, 51 und 52 auf die zwei Kegelräder 53 und 34 und die Buchse 28 zum antreibenden Kettenrad 10 übertragen. Die zweite Freilaufkupplung 49 gestattet eine freie Drehung des antreibenden Kettenrads 10 durch Treten der Kurbelpedale 9R und 9L relativ zu der Ausgangswelle 13&sub1;, wenn der Hilfsmotor 13 aufgrund der Erschöpfung der Batterie 15 stehenbleibt.
Pedalkrafterfassungsmittel S zum Erfassen einer auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübten Pedalkraft weisen ein inneres Gleitstück 61 auf, das derart passend auf die Kurbelachse 7 gesetzt ist, daß es axial verschiebbar ist und zusammen mit der Kurbelachse 7 drehbar ist. Ein äußeres Gleitstück 63 ist auf einer Mehrzahl von Kugeln 62, die auf dem Flansch des inneren Gleitstücks 61 sitzen, für eine Drehung relativ zu dem inneren Gleitstück 61 gelagert. Wie es aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist ein Paar von konkaven Steuerflächen 33, an einem Durchmesser in der Endfläche des antreibenden Teils 33 ausgebildet, die dem inneren Gleitstück 61 zugewandt sind und ist ein Paar von konvexen Steuerflächen 61&sub1; in der Endfläche des inneren Gleitstücks 61 derart ausgebildet, daß ein Eingriff mit den konkaven Steuerflächen 33, besteht. Das antreibende Teil 33 und das innere Gleitstück 61 sind die Komponenten eines Wandlermittels C entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Ein Drehbolzen 64 und ein Wegsensor 65 sind jeweils auf den entgegengesetzten Seiten der Kurbelachse 7 an dem linken Gehäuseteil 1 angeordnet. Bei einem Sensorarm 66 ist ein Ende drehbar mit dem Drehbolzen 64 verbunden und das andere Ende steht in Kontakt mit der Erfassungsstange 65&sub1; des Wegsensors 65. Der Sensorarm 66 ist in seinem mittleren Teil mit einer Öffnung 66, (Fig. 2) versehen, durch welche sich die Kurbelachse 7, das innere Gleitstück 61 sowie das äußere Gleitstück 63 erstrecken. Ein Paar von Vorsprüngen 662 (Fig. 4) steht von dem Rand der Öffnung 66, nach radial innen vor. Eine Feder 67 ist zwischen dem Paar von Vorsprüngen 66&sub2; und dem linken Gehäuseteil 21 zusammengedrückt, um den Sensorarm 66 in Fig. 4 betrachtet nach rechts vorzubelasten. Demzufolge drückt das Paar von Vorsprüngen 66&sub2; des Sensorsarms 66 das äußere Gleitstück 63 gegen die Kugeln 62, wodurch das innere Gleitstück 61 gegen das antreibende Teil 33 derart gedrückt wird, daß die Steuerflächen 33, des antreibenden Teils 33 federnd in Kontakt mit den Steuerflächen 61, des inneren Gleitstücks 61 stehen.
Ein Kurbelachsengeschwindigkeitssensor 68 ist an dem linken Gehäuseteil 21 gegenüber einem mit Zähnen versehenen Teil 32&sub1; gehalten, das an der Außenfläche des Kranzes 32 ausgebildet ist, der die Kurbelachse 7 und den Kopf 31, des Torsionsstabs 31 zusammenkoppelt, um die Drehgeschwindigkeit der Kurbelachse 7 zu erfassen.
Die Funktion der so aufgebauten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Wenn die Kurbelpedale 9R und 9L getreten werden, um das Fahrrad zu fahren, drehen die Kurbelarme 8R und 8L die Kurbelachse 7. Das Drehmoment der Kurbelachse 7 wird durch den Torsionsstab 31, das antreibende Teil 33, die erste Freilaufkupplung 35, das Kegelrad 34, die Buchse 28, das antreibende Kettenrad 10, die Kette 12 und das angetriebene Kettenrad 11 zu dem Hinterrad Wr übertragen. Die Pedalkrafterfassungsmittel S erfassen eine auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübte Pedalkraft.
Ein der auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübten Pedalkraft entsprechendes Drehmoment wirkt auf den Torsionsstab 31, um den Torsionsstab 31 um einen vorbestimmten Winkel relativ zu der Kurbelachse 7 zu verdrillen. Wenn der Torsionsstab 31 relativ zu der Kurbelachse 7 verdrillt wird, so dreht sich das innere Gleitstück 61, das an der Kurbelachse 7 derart angebracht ist, daß es axial verschiebbar ist und in einer Drehung relativ zu der Kurbelachse 7 gehemmt ist, in der Richtung des Pfeils a relativ zu dem antreibenden Teil 33, das mit dem Ausgangsende des Torsionsstabs 31 verbunden ist, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Demzufolge werden die Steuerflächen 61, des inneren Gleitstücks 61 gegen die Steuerflächen 33&sub1; des antreibenden Teils 33 gedrückt, wobei bewirkt wird, daß das innere Gleitstück 61 in der Richtung des Pfeils b auf der Kurbelachse 7 entgegen der Elastizität der Feder 76 gleitet, wobei das äußere Gleitstück 63, das mit dem inneren Gleitstück 61 kombiniert ist, den Sensorarm 66 an den Vorsprüngen 66&sub2; drückt, um den Sensorarm 66 an dem Drehbolzen 64 zu drehen, und dann drückt der Sensorarm 66 die Erfassungsstange 65, des Wegsensors 65. Da der Weg der Erfassungsstange 65, des Wegsensors 65 proportional zu dem Torsionswinkel des Torsionsstabs 31 entsprechend der auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübten Pedalkraft ist, wird die Pedalkraft auf der Basis des Ausgangssignals des Wegsensors 65 bestimmt.
Da die Pedalkrafterfassungsmittel S die auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübte Pedalkraft auf der Basis des Torsionswinkels des Torsionsstabs 31 erfassen, der in das Kraftübertragungssystem zum Übertragen der auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübten Pedalkraft zu dem Hinterrad Wr enthalten ist, müssen zur Pedalkrafterfassung nicht irgendwelche Teile angetrieben werden, die von denjenigen des Kraftübertragungssystems verschieden sind, so daß der Verlust an Energie auf das geringste Ausmaß beschränkt werden kann. Da der Torsionsstab 31 sich in und koaxial mit der Kurbelachse 7 erstreckt, können darüberhinaus die Pedalkrafterfassungsmittel S mit einem kompakten, leichtgewichtigen Aufbau ausgebildet werden.
Es wird Bezug auf Fig. 8 genommen. Eine PWM (Leistung mit Modulation)-Karte 91 wird abgesucht, um einen Kartenwert abzurufen, der der durch den Kurbelachsengeschwindigkeitssensor 68 erfaßten, eine Fahrgeschwindigkeit repräsentierenden Drehgeschwindigkeit der Kurbelachse und der durch die Pedalkrafterfassungsmittel S erfaßten Pedalkraft entspricht. Dann steuern Hilfsmotorsteuermittel 92 das Ausgangsdrehmoment des Hilfsmotors 13 auf der Basis des von der PWM-Karte 91 ausgelesenen Kartenwerts. Genauer gesagt wird eine Referenzpedalkraft zum Überwinden eines Fahrwiderstands entsprechend der durch den Kurbelachsengeschwindigkeitssensor 68 erfaßten Fahrgeschwindigkeit berechnet, die Abweichung der durch die Pedalkrafterfassungsmittel S erfaßten aktuellen Pedalkraft von der Referenzpedalkraft berechnet und dann der Hilfsmotor 13 derart gesteuert, daß ein Ausgangsdrehmoment entsprechend der Abweichung bereitgestellt wird. Wenn auf die Kurbelpedale 9R und 9L beim Starten des Fahrrads eine erhöhte Pedalkraft ausgeübt wird, wenn das Fahrrad beschleunigt wird oder bergauf fährt, wird deshalb das Ausgangsdrehmoment des Hilfsmotors 13 erhöht, um die Pedalkraft zu verringern, so daß die Belastung auf den Fahrer reduziert werden kann. Wenn die auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübte Pedalkraft verringert wird, wenn das Fahrrad verzögert wird oder wenn bergab gefahren wird, so wird das Ausgangsdrehmoment des Hilfsmotors 13 verringert, um Energie der Batterie 15 zu sparen.
Das Restleistungsvermögen der Batterie 15 wird auf der Basis des Ausgangssignals eines Versorgungsspannungssensors 93 kontinuierlich überwacht, der die Versorgungsspannung der Batterie 15 erfaßt. Falls das Restleistungsvermögen unter einen vorbestimmten Wert absinkt, begrenzt eine PWM-Hemmeinrichtung 94 den zu dem Hilfsmotor 13 zugeführten Strom. Falls das Restleistungsvermögen weiter absinkt, öffnet sich ein Hauptrelais 95, um den Antrieb des Hilfsmotors 13 zu stoppen. Falls das Restleistungsvermögen der Batterie 15 auf ein Niveau absinkt, das nicht hoch genug ist, um eine Leistung zu liefern, die dazu ausreicht, dem Hilfsmotor 13 ein effektives Unterstützen des Fahrers beim Fahren zu erlauben, gibt eine Anzeigeeinrichtung 96 Alarm.
Die Fig. 9 bis 13 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 9 eine allgemeine Seitenansicht eines Fahrrads ist, Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 10-10 in Fig. 9 ist, Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 10 ist, Fig. 12 eine Schnittansicht längs der Linie 12-12 in Fig. 10 ist und Fig. 13 eine Schnittansicht längs der Linie 13-13 in Fig. 10 ist. Ein Fahrrad B, das die zweite Ausführungsform enthält, ist von gleichem Aufbau wie das die erste Ausführungsform enthaltende Fahrrad B mit Ausnahme, daß das die zweite Ausführungsform enthaltende Fahrrad B ein wellengetriebenes System darstellt, das ein Hinterrad Wr mittels einer Welle antreibt, und daß sich Pedalkrafterfassungsmittel S bei der zweiten Ausführungsform von den Pedalkrafterfassungsmitteln S in der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Es wird Bezug auf die Fig. 9 und 10 genommen. Ein Kegelrad 70, das an einer Buchse 28 angebracht ist, die derart auf eine Kurbelachse 7 gesetzt ist, daß sie relativ zu der Kurbelachse 7-drehbar ist; steht im Eingriff mit einem Kegelrad 72, das an dem vorderen Ende einer Antriebswelle 71 befestigt ist, die sich entlang einer Hintergabel 6 in Längsrichtung erstreckt, und ein Kegelrad 73, das an dem hinteren Ende der Antriebswelle 71 befestigt ist, steht im Eingriff mit einem Kegelrad 74, das an der Achse eines Hinterrads Wr befestigt ist. Wenn die Buchse 28 durch eine auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübte Pedalkraft oder durch die Antriebskraft eines Hilfsmotors 13 gedreht wird, so wird das Drehmoment von der Buchse 28 durch die Antriebswelle 71 zu dem Hinterrad Wr übertragen.
Der Aufbau von Pedalkrafterfassungsmitteln S in der zweiten Ausführungsform wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 10 bis 13 beschrieben.
Ein antreibendes Teil 33, das mit einem Paar von Ausnehmungen 33&sub2; und 33&sub3; an diametral entgegengesetzten Stellen versehen ist, ist derart auf die Kurbelachse 7 gesetzt, daß es relativ zu der Kurbelachse 7 drehbar ist und in einem axialen Verschieben gehemmt ist. Ein Armhalter 75 ist fest an der Kurbelachse 7 angebracht und ein Paar von Drehstiften 75, ist an dem Armhalter 75 derart angefügt, daß diese sich radial auswärts erstrecken. Es ist ein Paar von Armteilen 76 und 77 vorgesehen, die an ihren mittleren Teilen an den Drehstiften 75, drehbar gehalten sind. Ein sich längs der Achse der Kurbelachse 7 von dem Armteil 76 erstreckender antreibender Arm 76, steht im Eingriff mit der Ausnehmung 332 des antreibenden Teils 33, ein längs der Achse der Kurbelachse 7 von dem Armteil 77 sich erstreckender antreibender Arm 77&sub1; steht im Eingriff mit der Ausnehmung 33&sub3; des antreibenden Teils 33. Angetriebene Arme 76&sub2; und 77&sub2; mit der Form eines Kreisbogens erstrecken sich jeweils radial von der Kurbelachse 7 und Druckteile 76&sub3; und 77&sub3; sind an den äußeren Enden der angetriebenen Arme 762 bzw. 77&sub2; ausgebildet. Der Armhalter 75 und die Armteile 76 und 77 sind die Komponenten eines Wandlungsmittels C ensprechend der vorliegenden Erfindung.
Ein Gleitstück 78 und ein Sensorarm 79 sind derart passend auf die Kurbelachse 7 gesetzt, daß sie axial verschiebbar sind, und Kugeln 80 sind zwischen dem Gleitstück 78 und dem Sensorarm 79 gehalten, um zu ermöglichen, daß sich das Gleitstück 78 und der Sensorarm 79 relativ zueinander drehen. Das Gleitstück 78 steht im Eingriff mit den Druckteilen 76&sub3; und 77&sub3; der Armteile 76 und 77, so daß das Gleitstück 78 längs der Achse der Kurbelachse 7 verschoben wird, wenn die Armteile 76 und 77 sich drehen. Ein Führungsbolzen 81 steht im Eingriff mit einem Ende des Sensorarms 79, um den Sensorarm 79 in einem Drehen zusammen mit einer Kurbelachse 7 zu hemmen. Das andere Ende des Sensorarms 79 steht in Kontakt mit der Erfassungsstange 65&sub1; eines Wegsensors 65, der an einem linken Gehäuse 21 gehalten ist, und der Sensorarm 79 ist in Richtung zu dem Gleitstück 78 durch eine Feder 76 vorbelastet.
Wenn ein Torsionsstab 31 durch eine auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübte Pedalkraft verdrillt wird, so dreht sich das antreibende Teil 33, das fest mit dem Torsionsstab 31 kombiniert ist, relativ zu dem Armhalter 75, der fest an der Kurbelachse 7 angebracht ist. Dann drehen sich die Armteile 76 und 77 mit den antreibenden Armen 76&sub1; und 77&sub2; in Eingriff mit den Ausnehmungen 332 und 333 des antreibenden Teils 33 an den Drehstiften 75, aus Stellungen, die in Fig. 10 durch durchgezogene Linien dargestellt sind, zu Stellungen, die in Fig. 10 durch Linien mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen dargestellt sind. Wenn die Armteile 76 und 77 sich entsprechend dem Torsionswinkel des Torsionsstabs 31 drehen, drücken die Druckteile 76&sub3; und 77&sub3; der angetriebenen Arme 76&sub2; und 77&sub2; das Gleitstück 78 und den Sensorarm 79 für eine Verschiebung längs der Achse der Kurbelachse 7, wodurch die Erfassungsstange 65&sub1; des Wegsensors 65 gedrückt wird, um die auf die Kurbelpedale 9R und 9L ausgeübte Pedalkraft zu erfassen.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt und es können verschiedene Änderungen in der Auslegung daran vorgenommen werden. Wie es aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, umfassen gemäß der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung die Pedalkrafterfassungsmittel zum Erfassen der auf die Kurbelpedale ausgeübten Pedalkraft: den Torsionsstab, der in und koaxial zu der Kurbelachse angeordnet ist; die durch Treten der Kurbelpedale zu drehen ist, und bei dem ein erstes Ende mit der Kurbelachse verbunden ist und das andere Ende mit dem Hilfsmotor und dem Rad verbunden ist, die Wandlungsmittel zum Wandeln des Torsionswinkels des Torsionsstabs in eine entsprechende Kurbelachsen-Axialverlagerung, und den Sensor zum Erfassen der axialen Verlagerung. Damit kann die Pedalkraft durch Pedalkrafterfassungsmittel erfaßt werden, die eine vergleichsweise geringe Anzahl von Teilen aufweisen und einen kompakten, leichtgewichtigen Aufbau besitzen. Da der Torsionsstab die zum Verdrillen des Torsionsstabs eingesetzte Energie speichert, geht darüber hinaus keine mechanische Energie verloren und die begrenzte menschliche Leistung kann effektiv eingesetzt werden.
Gemäß der in Anspruch 2 angegebenen Erfindung umfassen die Wandlungsmittel das antreibende Teil, das derart passend auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß es relativ zu der Kurbelachse drehbar ist und in einer axialen Verschiebung gehemmt ist, und das mit dem anderen Ende des Torsionsstabs verbunden ist, und das angetriebene Teil, das derart auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß es axial verschiebbar ist und in einer Drehung relativ zu der Kurbelachse gehemmt ist, und das mit dem antreibenden Teil durch einen Steuerflächenmechanismus im Eingriff steht. Deshalb kann der Torsionswinkel des Torsionsstabs präzise in eine entsprechende axiale Verlagerung des angetriebenen Teils gewandelt werden und daher kann die auf die Kurbelpedale ausgeübte Kurbelkraft präzise erfaßt werden.
Gemäß der in Anspruch 3 angegebenen Erfindung umfassen die Wandlungsmittel das antreibende Teil, das derart passend auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß es relativ zu der Kurbelachse drehbar ist und in einer axialen Verschiebung gehemmt ist, und das mit dem anderen Ende des Torsionsstabs verbunden ist, einen Armhalter, der derart passend auf die Kurbelachse gesetzt ist, daß er in einer Drehung und einer Verschiebung relativ zu der Kurbelachse gehemmt ist, und die Armteile, die jeweils antreibende Arme besitzen, die sich entlang der Achse der Kurbelachse und im Eingriff mit dem antreibenden Teil erstrecken, sowie angetriebene Arme, die sich radial von der Kurbelachse erstrecken.

Claims

1. Pedalkraftdetektoranordnung (S) für ein motorunterstütztes Fahrrad, wobei das motorunterstützte Fahrrad umfaßt:

- ein Kraftübertragungssystem (D) zum Übertragen einer auf Kurbelpedale (9R, 9L) ausgeübten Pedalkraft zu einem Rad (Wr) und einem Hilfsmotor (13), der in das Kraftübertragungssystem (D) integriert ist, wobei eine Abgabe des Hilfsmotors (13) auf der Basis einer auf die Kurbelpedale (9R, 9L) ausgeübten und durch eine Pedalkrafterfassungsanordnung (S) erfaßten Pedalkraft gesteuert wird,

wobei die Pedalkraftdetektoranordnung (S) umfaßt:

- eine durch Betätigung der Kurbelpedale (9R, 9L> drehangetriebene Kurbelachse (7),

- einen Torsionsstab (31), der koaxial in der Kurbelachse (7) angeordnet ist, wobei ein erstes Ende des Torsionsstabs (31) mit der Kurbelachse (7) verbunden ist und ein zweites Ende des Torsionsstabs (31) mit dem Hilfsmotor (13) und dem Rad (Wr) verbunden ist,

- Wandlungsmittel (C) zum Wandeln des Torsionswinkels des Torsionsstabs (31) in eine entsprechende axiale Verlagerung eines Verlagerungsmittels (61; 76&sub2;, 77&sub2;) relativ zu der Kurbelachse (7),

- einen Verlagerungssensor (65) zum Erfassen der axialen Verlagerung des Verlagerungsmittels (61; 76&sub2;, 77&sub2;).

2. Pedalkraftdetektoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Wandlungsmittel (C) umfassen:

ein antreibendes Teil (33), das derart passend auf die Kurbelachse (7) gesetzt ist, daß es relativ zu der Kurbelachse (7) drehbar ist und in einer axialen Verschiebung gehemmt ist, und das mit dem zweiten Ende des Torsionsstabs verbunden ist, und ein angetriebenes Teil (61), das derart passend auf die Kurbelachse (7) gesetzt ist, daß es axial verschiebbar ist und in einer Drehung relativ zu der Kurbelachse (7) gehemmt ist, und das durch einen Steuerflächenmechanismus mit dem antreibenden Teil (33) gekoppelt ist, wobei das angetriebene Teil (61) entsprechend der Torsion des Torsionsstabs (31) als das Verlagerungsmittel (61) auf der Kurbelachse (7) axial bewegbar ist. ·

3. Pedalkraftdetektoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Wandlungsmittel (C) umfassen:

ein antreibendes Teil (33), das derart passend auf die Kurbelachse (7) gesetzt ist, daß es relativ zu der Kurbelachse (7) drehbar ist und in einer axialen Verschiebung gehemmt ist, und das mit dem zweiten Ende des Torsionsstabs (31) verbunden ist, einen Armhalter (75), der derart passend auf die Kurbelachse (7) gesetzt ist, daß er in einer Drehung und einer Verschiebung relativ zu der Kurbelachse (7) gehemmt ist, und Armteile (76, 77) mit antreibenden Armen (76&sub1;, 77&sub2;), die in ihren Mittelteilen an dem Armhalter (75) drehbar gehalten sind, der sich axial von der Kurbelachse (7) und im Eingriff mit dem antreibenden Teil (33) erstreckt, und angetriebene Arme (76&sub2;, 77&sub2;), die sich radial von der Kurbelachse (7) erstrecken, wobei die angetriebenen Arme (76&sub2;, 77&sub2;) entsprechend der Torsion des Torsionsstabs (31) als das Verlagerungsmittel (76&sub2;, 77&sub2;) relativ zur Kurbelachse (7) axial verlagerbar sind.