DE602004004187T2 - Stromversorgung mit Entlade-Funktion für ein Fahrrad - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Fahrräder und insbesondere eine Fahrradstromversorgung mit einer Entladefunktion.
  • In letzter Zeit wurden einige Fahrräder mit elektronisch steuerbaren elektrischen Bauelementen, wie beispielsweise Umwerfern, Federungsvorrichtungen, Anzeigevorrichtungen etc., gemeinsam mit den elektrischen Steuereinrichtungen für derartige Bauelemente ausgerüstet. Ein allgemein bekanntes Beispiel dieser Technologie ist eine automatische Fahrradgangschaltung, die einen Geschwindigkeitssensor verwendet, um gemäß der Fahrradgeschwindigkeit automatische Gangwechsel durchzuführen. In allen Fällen wird eine Stromversorgung benötigt, um den verschiedenen elektronischen Bauelementen elektrische Energie zuzuführen. Manchmal werden Batterien für derartige Stromversorgungen verwendet. Jedoch müssen Batterien ersetzt werden, wenn ihre elektrische Energie verbraucht ist, und ein derartiges Ersetzen bedeutet eine unerwünschte Belastung des Fahrers. Außerdem können die elektrischen Bauelemente plötzlich das Arbeiten einstellen, wenn die Batterien erschöpft sind, was sehr problematisch sein kann.
  • Um die zuvor beschriebenen Probleme zu vermeiden, verwenden einige Systeme eine wiederaufladbare Batterie als Stromversorgung, wobei die wiederaufladbare Batterie unter Verwendung eines am Fahrrad montierten Wechselstromgenerators wieder aufgeladen werden kann. Ein derartiges System ist in JP 2001-245475 und EP 1216916 A2 dargestellt, das eine Fahrradstromversorgungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart. Bei diesen Systemen wandelt ein Gleichrichter von einem Wechselstromgenerator kommenden Strom in einen Gleichstrom um, und der Gleichstrom wird verwendet, um einen Kondensator zu laden, der als Batterieeinheit fungiert. Die Kondensatoren beinhalten typischerwei se Elektrolyt- oder Doppelschichtkondensatoren mit relativ großen Kapazitäten. Strom vom Kondensator kann dann verwendet werden, um die verschiedenen am Fahrrad montierten elektrischen Bauelemente zu betreiben.
  • Zwar löst die Verwendung von wiederaufladbaren Batterien einige der Probleme von Einweg-Batterien, diese haben jedoch weiterhin einige Nachteile. Beispielsweise ist es möglich, da Fahrräder im Freien verwendet werden, dass die Temperatur der Stromversorgung dramatisch ansteigt, wenn das Fahrrad direktem Sonnenlicht ausgesetzt geparkt wird, und derartige Temperaturen können die Lebensdauer der Batterie verkürzen. Um dieses Problem zu vermeiden, wurden Schutzmaßnahmen ergriffen, wie beispielsweise ein Abdecken der Batterie mit Isoliermaterial. Jedoch vergrößert dies die Größe der Batterie, was es schwieriger macht, die Batterie am Fahrrad zu installieren.
  • Das Dokument DE 199 48 798 A1 des Standes der Technik offenbart ein Fahrradbeleuchtungssystem mit einer wiederaufladbaren Batterie.
  • INHALT DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft verschiedene Merkmale einer Fahrradstromversorgung. Eine Fahrradstromversorgungsvorrichtung beinhaltet: ein Stromversorgungselement; eine Fahrradzustands-Erfassungseinheit, die erfasst, wenn sich das Fahrrad in einem gewählten Zustand befindet, der üblicherweise kein Ziehen von Strom aus der Batterieeinheit für eine Stromversorgung des Stromverbraucherelementes erfordert; und eine Stromziehvorrichtung, die bewirkt, dass Strom aus der Batterieeinheit gezogen wird, wenn die Fahrradzustands-Erfassungseinheit die gewählte Bedingung erfasst, und ein Schalter, der parallel zum Stromspeicherelement ist, kann bewirken, dass Strom gezogen wird, wenn die Fahrradzustands-Erfassungseinheit gewisse Bedingungen erfasst. Zusätzliche erfinderische Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung klar hervor, und diese Merkmale können, allein oder in Kombination mit den zuvor beschriebenen Merkmalen, die Basis weiterer Erfindungen bilden, wie in den Ansprüchen dargelegt ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades, das eine spezielle Ausführungsform einer Stromversorgung beinhaltet;
  • 2 stellt dar, wie eine Schaltsteuereinrichtung, eine Schaltsteuereinheit, ein Wechselstromgenerator und eine Gangschaltung miteinander verbunden sind;
  • 3 ist eine seitlicher Querschnittansicht der in 2 dargestellten Schaltsteuereinheit;
  • 4 ist eine Querschnittansicht von oben der in 2 dargestellten Schaltsteuereinheit;
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht der Schaltsteuereinrichtung;
  • 6 ist ein schematisches Blockdiagramm des gesamten Fahrradsteuersystems;
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm einer speziellen Ausführungsform einer Hauptroutine für die Steuereinheit;
  • 8 ist ein Ablaufdiagramm einer speziellen Ausführungsform einer Spannungsverminderungsoperation;
  • 9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels des Standes der Technik eines gesamten Fahrradsteuerungssystems;
  • 10 ist ein Ablaufdiagramm eines speziellen Beispiels des Standes der Technik einer Spannungsverminderungsoperation für das in 9 dargestellte Beispiel;
  • 11 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels des Standes der Technik eines gesamten Fahrradsteuerungssystems;
  • 12 ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren alternativen Ausführungsform eines gesamten Fahrradsteuerungssystems;
  • 13 ist ein Ablaufdiagramm einer speziellen Ausführungsform einer Spannungsverminderungsoperation für die in 12 dargestellte Ausführungsform; und
  • 14 ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren alternativen Ausführungsform eines gesamten Fahrradsteuerungssystems.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades 1, das eine spezielle Ausführungsform einer Stromversorgung beinhaltet. Das Fahrrad 1 ist ein Freizeittourenfahrrad das einen Doppelschleifen-Rahmenkörper 2, der aus verschweißten Rohren ausgebildet ist, eine Vordergabel 3, die am Rahmenkörper 2 für eine Rotation um eine geneigte Achse montiert ist, eine Lenkstangenbaugruppe 4, eine Antriebskomponente 5, ein Vorderrad 6, an dem eine Wechselstrom erzeugende Dynamonabe 8 mit Bremsen montiert ist, ein Hinterrad 7, an dem eine innenliegende Schaltnabe 10 montiert ist, einen Sattel 11, eine Schaltsteuereinheit 12, um ein Schalten der innenliegenden Schaltnabe 10 zu steuern, und eine Steuereinrichtung 20 zum manuellen Betätigen der Schaltsteuereinheit 12 aufweist.
  • Die Lenkstangenbaugruppe 4 weist einen Lenkervorbau 14 auf, der am oberen Teil der Vordergabel 3 befestigt ist, und ein Lenkstange 15, die am Lenkervorbau 14 befestigt ist. Bremshebel 16 und Griffe 17 sind an beiden Enden der Lenkstange 15 angebracht. Bei dieser Ausführungsform ist die Schaltsteuervorrichtung 20 mit dem rechten Bremshebel 16 integral. Das Antriebsbauelement 5 weist eine Kurbel 37, die am unteren Teil (Tretlageraufnahme) des Rahmenkörpers 2 angebracht ist, und eine Kette 38 auf, die mit der Kurbel 37 und der innenliegenden Schaltnabe 10 in Eingriff ist. Die innenliegende Schaltnabe 10 ist befähigt, drei Gangstufen zu erzeugen, einschließlich einer niedrigen Gangstufe (Gang 1), einer mittleren Gangstufe (Gang 2) und einer hohen Gangstufe (Gang 3). Diese drei Gangstufen können mittels einer Motoreinheit 29 (3) in der Schaltsteuereinheit 12 ausgewählt werden. Die Dynamonabe 8 des Vorderrades 9 kann mit einer Vorderbremse vom Rollen-Typ versehen sein, und in ihr ist ein Wechselstrom erzeugender Dynamo (D) 19 (6) untergebracht, der ansprechend auf die Rotation des Vorderrades 6 elektrischen Strom erzeugt. Wie in 2 dargestellt, ist die Schaltsteuereinheit 12 mit dem Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19, der in der Dynamonabe 8 untergebracht ist, mittels einer elektrischen Verdrahtung 40 elektrisch verbunden, und sie ist mit der Schaltsteuereinheit 20 durch eine elektrische Verdrahtung 41 elektrisch verbunden. Die Schaltsteuereinheit 12 ist mit der innenliegenden Schaltnabe 10 durch ein Schaltsteuerkabel 42 mechanisch verbunden.
  • Wie in 3 und 4 dargestellt, beinhaltet die Schaltsteuereinheit 12 ein Vorderlichtgehäuse 13, das an einer Vorderlichtstrebe 3a, die sich in der Mitte entlang der Vordergabel 3 befindet, zum Unterbringen eines Vorderlichtes 18 montiert ist. Die Motoreinheit 29 und eine Schaltkreiseinheit 30 sind im Vorderlichtgehäuse 13 untergebracht. Die Motoreinheit 29 weist einen elektrischen Schaltungsmotor 45, ein Kabelbetätigungsbauelement 46, das sich mittels des Schaltmotors 45 in drei Schaltpositionen bewegt, und einen Positionssensor 47 (6) auf, der die Schaltposition des Kabelbetätigungsbauelementes 46 erfasst. Das eine Ende des Schaltsteuerkabels 42 ist mit diesem Kabelbetätigungsbauelement 46 verbunden. Die Schaltkreiseinheit 30 beinhaltet eine Steuereinheit 25 (6), die einen Mikrocomputer mit einer CPU, RAM, ROM und eine Ein-/Ausgabeschnittstelle beinhaltet.
  • Wie in 5 dargestellt, beinhaltet die Schaltsteuereinrichtung 20 zwei Bedienknöpfe 21 und 22 in Form von dreieckigen Druckknöpfen, die nahe beieinander angeordnet sind, einen Bediendrehwähler 23, der oberhalb der Bedienknöpfe 21 und 22 angeordnet ist, und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung 24, die zur Linken des Bediendrehwählers 23 angeordnet ist, um Informationen wie beispielsweise einen aktuellen Gang und die aktuelle Geschwindigkeit anzuzeigen. Der Bedienknopf 21 zur Linken kann verwendet werden, um manuell von der niedrigen Gangstufe auf die mittlere Gangstufe und auf die hohe Gangstufe umzuschalten. Der Bedienknopf 22 zur Rechten kann verwendet werden, um manuell von der hohen Gangstufe auf die mittlere Gangstufe und auf die niedrige Gangstufe umzuschalten. Die Bedienknöpfe 21 und 22 können auch verwendet werden, um Grenzen bei den Gängen festzulegen, die verwendet werden können. Beispielsweise kann das System so eingestellt sein, dass lediglich der niedrige und der mittlere Gang verwendet werden kann, lediglich der mittlere und der hohe Gangbereich verwendet werden kann, lediglich der niedrige Gangbereich verwendet werden kann, usw. Der Bediendrehwähler 23 wird verwendet, um zwischen acht automatischen Schaltmodi (A1 bis A8) umzuschalten, und zwar unter Verwendung von acht Rastpositionen. Die acht automatischen Schaltmodi (A1 bis A8) sind Modi zum automatischen Schalten der innenliegenden Schaltnabe 10 gemäß einem Fahrradgeschwindigkeitssignal, das vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 stammt. Die acht automatischen Schaltmodi (A1 bis A8) sind ausgelegt, um zu ermöglichen, dass ein Schaltzeitpunkt (d. h. die Geschwindigkeitsschwellenwerte, bei denen ein Schalten erfolgt) automatisch während eines Hochschaltens (eines Schaltens von einem niedrigen Gang auf einen hohen Gang) oder eines Herunterschaltens (einem Schalten von einem hohen Gang auf einen niedrigen Gang) automatisch verändert wird, um den Vorlieben und den physischen Fähigkeiten des Fahrers Rechnung zu tragen.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur des gesamten Fahrradsteuersystems darstellt. Dicke Linien in 6 bezeichnen Leitungen, in denen ein Strom von ca. 1A fließt, durchgezogene Linien bezeichnen Leitungen, in denen ca. 5 mA Strom fließt, und gestrichelte Linien bezeichnen Signalleitungen. Die Steuereinheit 25 ist mit einem Bedienschalter 26 (der schematisch den Bediendrehwähler 23 und die Bedienknöpfe 21 und 22 in der Schaltsteuereinrichtung 20 darstellt); mit dem Flüssigkristallanzeigebauelement 24; mit einer Dynamowellenform-Formungsschaltung 34, die ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, das von der Ausgangsgröße des Wechselstrom erzeugenden Dynamos 19 herrührt; mit einer Ladegleichrichterschaltung 33; mit einem Stromspeicherelement 32 (z. B. einem Kondensator); mit einem Spannungssensor 39 zum Abtasten der Spannung einer Stromspeichereinheit 32; mit einem Lichtsensor 36 (Beleuchtungssensor); mit einer automatischen Beleuchtungsschaltung 35 zum Steuern des Vorderlichts 18; mit einer Motoransteuereinrichtung 28; und mit dem Positionssensor 47 der Motoreinheit 29 verbunden.
  • Die Motoransteuereinrichtung 28 arbeitet mit einem Strom von 1 mA, der von der Stromspeichereinheit 32 zugeführt wird, und sie steuert einen Strom von 1A, der vom Stromspeicherelement 32 zugeführt wird, um den Schaltmotor 45 zu betreiben. Die Motoransteuereinrichtung 28 ist mit drei Betriebsmodi für den Schaltmotor ausgerüstet: Vorwärtsrotation, Rückwärtsrotation und Bremsen. Zusätzlich zum Bremsen des Schaltmotors 45 kann der Bremsmodus verwendet werden, um die Spannung der Stromspeichereinheit 32 in einer nachfolgend erörterten Weise absichtlich zu verringern.
  • Die Steuereinheit 25 ist eine programmierte Einheit, die automatisch ein Schalten der innenliegenden Schaltnabe 10 über die Motoransteuereinrichtung 28 gemäß der Fahrtgeschwindigkeit steuert. Eine (nicht dargestellte) Steuereinheit verwendet von der Steuereinheit 25 gesendete Information, um die in der Schaltsteuereinrichtung 20 angeordnete Flüssigkristallanzeigevorrichtung 24 zu steuern. Die Steuereinheit 25 steuert auch das Vorderlicht 18, indem sie es anschaltet, wenn die Umgebungslichtbedingungen unter eine gewisse vorgeschriebene Helligkeit fallen, und indem sie es ausschaltet, wenn die Umgebungslichtbedingungen sich oberhalb der vorgeschriebenen Helligkeit befinden. Bei dieser Ausführungsform arbeitet die Steuereinheit 25 entweder in einem normalen Modus oder in einem Stromsparmodus. Beim Stromsparmodus wird weder die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 24 noch die Motoreinheit 29 betrieben.
  • Die Ladegleichrichterschaltung 33 weist beispielsweise eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung auf, die einen Wechselstrom, der vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 ausgegeben wird, (beispielsweise) auf Gleichströme von 1 A und 5 mA gleichrichtet. Die Stromspeichereinheit 32 weist beispielsweise einen Kondensator hoher Kapazität auf (z. B. einen elektrischen Doppelschichtkondensator), der den von der Ladegleichrichterschaltung 33 ausgegebenen Gleichstrom speichert. Die Stromspeichereinheit 32 kann auch weitere Kondensatoren, wie beispielsweise einen Elektrolytkondensator, oder Sekundärbatterien, wie beispielsweise Nickel-Kadmium-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien etc., anstelle eines Kondensators beinhalten.
  • Ein Austauschen und Wiederaufladen von Batterien ist nicht erforderlich, da das Stromspeicherelement 32 elektrischen Strom vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 speichert, und Bauelemente, wie beispielsweise die Steuereinheit 25, werden unter Verwendung dieses elektrischen Stroms betrieben. Ein Überwachen der verbleibenden Batterieenergie und ein Mitführen von Ersatzbatterien wird auch unnötig, und ein Schalten kann automatisch durchgeführt werden, ohne dass die umständlichen Prozeduren durchgeführt werden müssen, die bei herkömmlichen Stromquellen erforderlich sind. Die vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 kommende elektrische Energie, die herkömmlicherweise tagsüber nicht verwendet wird, kann in der Schaltsteuereinheit 12 effektiv genutzt werden.
  • Der Spannungssensor 39 tastet die Spannung einer Stromspeichereinheit 32 ab und führt diese Information der Steuereinheit 25 zu. Die Steuereinheit 25 verwendet die Spannungsinformation, um die Ladegleichrichterschaltung 33 sowie die Motoransteuereinrichtung 28 und die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 24 zu steuern, wenn das Fahrrad 1 gestoppt ist, und zwar in einer nachfolgend erläuterten Weise.
  • Die Dynamo-Wellenform-Formungsschaltung 34 erzeugt ein Geschwindigkeitssignal aus dem vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 ausgegebenen Wechselstrom. Insbesondere wird eine Halbperiode aus einem Sinuswellen-Wechselstromsignal extrahiert, durch eine Schmitt-Schaltung oder eine geeignete Wellenform-Formungsschaltung geleitet und zu einem der Geschwindigkeit entsprechenden Impulssignal ausgebildet. Die Steuereinheit 25 verwendet dieses Signal, um das automatische Schalten der innenliegenden Schaltnabe 10 zu steuern, ohne dass ein separater Geschwindigkeitssensor benötigt wird. Die Steuereinheit 25 verwendet auch dieses Signal, um Geschwindigkeit und Strecke zu berechnen und um zu bestimmen, ob sich das Fahrrad für ein vorbestimmtes Zeitintervall (z. B. 15 Minuten) in einem gestoppten Zustand befindet.
  • Die automatische Beleuchtungsschaltung 35 führt den vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 ausgegebenen Strom von 1 A dem Vorderlicht 18 zu oder unter bricht diesen, und zwar ansprechend auf das von der Steuereinheit 25 ausgegebene An-/Aussignal. Die Steuereinheit 25 erzeugt dieses Signal basierend auf den Signalen von Lichtsensor 36, derart, dass das Vorderlicht 18 automatisch angeschaltet wird, wenn der Lichtpegel unter eine vorgeschriebene Grenze abfällt, und sie ausgeschaltet wird, wenn der Lichtpegel die vorgeschriebene Grenze überschreitet. Bei dieser Ausführungsform wird das Vorderlicht 18 vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 so betrieben, dass ein Ziehen von Strom weniger geeignet ist, das Stromspeichereinheit 32 nachteilig zu beeinflussen, jedoch ist dies nicht erforderlich.
  • Die Fahrradgeschwindigkeit wird basierend auf dem vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 ausgegebenen Wechselstromsignal erfasst, und ein Schalten wird gemäß der erfassten Fahrradgeschwindigkeit und dem gewählten Schaltmodus gesteuert. Da Wechselstrom erzeugende Dynamos normalerweise eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Magnetpolen aufweisen, gibt der Wechselstrom erzeugende Dynamo ein Wechselstromsignal aus, dessen Frequenz in Bezug zur Fahrradgeschwindigkeit-/Drehzahl und der Anzahl der Magnetpole steht. Demzufolge ist es möglich, während jeder Laufradumdrehung eine größere Anzahl von Signalimpulsen aus dem Wechselstromsignal zu erhalten, wenn man dies mit einem Geschwindigkeitssignal vergleicht, das beispielsweise aus einem herkömmlichen Geschwindigkeitssensor erhalten wird, der einen am Fahrradlaufrad angebrachten Magneten erfasst. Daher kann die Fahrradgeschwindigkeit innerhalb des Raums einer einzigen Laufradumdrehung genau erfasst werden, und ein Schalten kann in Echtzeit mit hoher Präzision gesteuert werden. Außerdem ist es, da ein Schalten basierend auf dem vom Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 kommenden Wechselstromsignal gesteuert wird, nicht mehr erforderlich, die Schaltsteuereinheit 12 in der Nähe des Fahrradlaufrades anzuordnen. Keine Einschränkung ist der Befestigungsposition der Schaltsteuereinheit 12 auferlegt.
  • Die Funktionsweisen der Steuereinrichtung 25, und insbesondere die bei geparktem Fahrrad ausgeführten Operationen, sind aus den in 7 und 8 dargestellten Ablaufdiagrammen zu verstehen. Wenn das Fahrrad zu fahren beginnt, wird die Strom speichereinheit 32 von den Signalen, die von dem Wechselstrom erzeugenden Dynamo 19 empfangen werden, über die Ladegleichrichterschaltung 33 aufgeladen. Wenn die Spannung der Stromspeichereinheit 32 einen vorbestimmten Pegel erreicht, beginnt die Steuereinheit 25 zu arbeiten und führt eine Initialisierungsoperation bei Schritt S1 durch. Beispielsweise kann das System auf einen normalen Operationsmodus eingestellt sein, und der Schaltmodus kann wie durch den Bediendrehwähler 23 gewählt eingestellt sein.
  • Bei Schritt S2 wird ein Taktgeber gestartet, der die Zyklus-Operationszeit des Mikrocomputers festlegt. Bei Schritt S3 wird eine in 8 dargestellte Spannungsverminderungsoperation durchgeführt. Die Spannungsverminderungsoperation verringert die Spannung einer Stromspeichereinheit 32, um eine Verringerung der Batterielebensdauer zu verhindern, wenn das Fahrrad für ein vorbestimmtes Zeitintervall gestoppt ist, beispielsweise wenn das Fahrrad geparkt ist. Bei Schritt S4 werden verschiedene Typen von Datenverarbeitung ausgeführt. Eine derartige Datenverarbeitung kann die Berechnung von Geschwindigkeit, Strecke etc., basierend auf den Impulssignalen, beinhalten, die von der Dynamowellenform-Formungsschaltung 34 empfangen werden. Bei Schritt S5 wird eine Gangschaltsteueroperation durchgeführt. Bei dieser Operation steuert die Steuereinheit 25 automatisch den Motor 45 in der Motoreinheit 29, um die innenliegende Schaltnabe, basierend auf der Fahrradgeschwindigkeit, in den geeigneten Gang zu bringen. Alternativ kann die innenliegende Schaltnabe 10 angewiesen werden, auf einen geeigneten Gang hochzuschalten oder herunterzuschalten, indem man Bedienknöpfe 21 und 22 drückt. Bei Schritt S6 werden weitere Operationen durchgeführt. Derartige Operationen können das Anzeigen von ausgewählter Information auf der Flüssigkristallanzeige 24, ein Steuern der Operation der Lampe 29 und ein Steuern der Operation der Ladegleichrichterschaltung 33 beinhalten. Bei Schritt S7 wartet der bei Schritt S2 gestartete Zeitgeber auf das Ende des Verarbeitungszyklus, woraufhin der Prozess auf Schritt S2 zurückkehrt.
  • 8 ist ein Ablaufdiagramm einer speziellen Ausführungsform der Spannungsverminderungsoperation von Schritt S3 in 7. Zu Anfang bestimmt die Steuer einheit 25, ob sich das Fahrrad bei Schritt S9 in einem geparkten Zustand befindet, oder nicht. Mit anderen Worten fungiert die Steuereinheit 25 als Fahrradzustands-Erfassungseinheit. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass sich das Fahrrad in einem geparkten Zustand befindet, wenn für länger als ein vorbestimmtes Zeitintervall, wie beispielsweise 15 Minuten, keine Impulssignale von der Dynamowellenform-Formungsschaltung 34 empfangen werden. Falls sich das Fahrrad nicht in einem geparkten Zustand befindet, dann geht die Verarbeitung zurück auf die Hauptroutine.
  • Wenn bei Schritt S9 bestimmt wird, dass sich das Fahrrad in einem geparkten Zustand befindet, dann wird bei Schritt S10 die Spannung V der Stromspeichereinheit 32 vom Spannungssensor 39 gelesen. Dann wird bei Schritt S11 bestimmt, ob die Spannung V weniger als 3,5 V beträgt, oder nicht. Falls nicht, wird das System in einen normalen Betriebsmodus gebracht, derart, dass die Flüssigkristallanzeige 24 angeschaltet wird, um eine gewählte Information anzuzeigen, und die Motoransteuereinrichtung 28 wird in einen Bremsmodus gebracht. Die Steuereinheit 25 fungiert bei dieser Situation als Stromzieheinheit. Diese beiden Situationen bewirken, dass Strom aus der Stromspeichereinheit 32 gezogen wird, auch wenn für gewöhnlich kein Strom von diesen Elementen gezogen werden braucht, wenn das Fahrrad geparkt ist. Dies verringert wiederum die Spannung der Stromspeichereinheit 32, um die Batterielebensdauer zu bewahren, sogar wenn die Temperaturen erhöht sind. Danach kehrt die Verarbeitung auf die Hauptroutine zurück.
  • Andererseits tritt, wenn bei Schritt S11 bestimmt wird, dass die Spannung der Stromspeichereinheit 32 unterhalb 3,5 V liegt, dann das System in einen Stromsparmodus ein, bei dem die Flüssigkristallanzeige 24 bei Schritt S14 abgeschaltet wird, und die Motoransteuereinrichtung 28 wird bei Schritt S15 abgeschaltet. Bei diesen beiden Schritten wird Batterieleistung eingespart. Als Ergebnis des zuvor beschriebenen Algorithmus kann eine Verringerung der Batterielebensdauer vermieden werden, wobei Strom gespart wird, so dass die Steuereinheit 25 schnell den Betrieb wieder aufnehmen kann, wenn das Fahrrad wieder zu fahren beginnt.
  • Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde ein Wechselstrom erzeugende Dynamo 19 als Stromversorgung verwendet, welche die Stromspeichereinheit 32 auflädt. Jedoch können die hier offenbarten Lehren auch auf Vorrichtungen angewandt werden, welche direkte Stromquellen wie beispielsweise Batterien verwenden. 9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels des Standes der Technik eines gesamten Fahrradsteuerungssystems, das derartige Batterien verwendet. Wie in 9 dargestellt, ist eine Steuereinheit 51 mit einer Hauptbatterie 50 verbunden und wird durch diese mit Strom versorgt. Eine Stromspeichereinheit 52 ist parallel mit der Batterie 50 geschaltet und wird durch diese über einen seriell verbundenen Schalter 53 geladen (der, in Anbetracht einer später noch beschriebenen Ausführungsform, auch als ein erster Schalter bezeichnet werden kann). Die Stromspeichereinheit 152 kann einen Kondensator großer Kapazität, wie beispielsweise einen elektrischen Doppelschichtkondensator beinhalten. Der eine Anschluss einer Stromspeichereinheit 32 ist mit dem Schalter 53 verbunden, und der andere Anschluss der Stromspeichereinheit 52 ist mit Erdpotenzial verbunden. Die in der Stromspeichereinheit 52 gespeicherte Energie wird der Steuereinheit 51 und der Motoransteuereinrichtung 28 zugeführt.
  • Der Schalter 53 führt ein An- und Ausschalten des von der Batterie 50 zugeführten elektrischen Stroms zur Stromspeichereinheit 52 durch, ansprechend auf Anweisungssignale von der Steuereinheit 51. Der Schalter 53 kann Relais, Transistoren, Feldeffekttransistoren (FETs), Thyristoren, Photodioden etc. beinhalten. Bei dieser Ausführungsform wird der Schalter 53 durch die Steuereinheit 51 ausgeschaltet, wenn sich das Fahrrad in einem geparkten Zustand befindet, wodurch die Stromsteuereinheit 52 von der Batterie 50 und der Steuereinheit 51 getrennt wird. Als Ergebnis führt die Stromspeichereinheit 52 ein Selbstentladen über das Erdpotenzial durch, wodurch ihre Spannung verringert wird.
  • Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, weist die Steuereinheit 51 einen Mikrocomputer mit einer CPU, RAM, ROM und einer Ein-/Ausgabeschnittstelle auf und ist programmiert, um die Motoreinheit 29 und die übrigen Elemente in ähnlicher Weise wie bei der zuvor erläuterten ersten Ausführungsform zu steuern. Zu sätzlich zu den unmittelbar zuvor beschriebenen Bauelementen ist die Steuereinheit 51 mit einem Steuerschalter 26 (z. B. einem Bediendrehwähler 23 und Bedienknöpfen 21 und 22 wie bei der ersten Ausführungsform), einer Flüssigkristallanzeige 55, einem Geschwindigkeitssensor 56, einer Motoransteuereinrichtung 28 und einem Positionssensor 47 in einer Motoreinheit 29 verbunden. Der Geschwindigkeitssensor 56 kann beispielsweise einen oder mehrere Magneten, die an einem der Fahrradlaufräder montiert sind, und einen Magnetsensor, wie beispielsweise einen Reed-Schalter oder ein Hall-Effekt-Element beinhalten, das am Rahmenkörper 2 oder der Vordergabel 3 montiert ist und positioniert ist, um das Vorbeibewegen des Magneten zu erfassen und Erfassungsimpulse in herkömmlicher Weise auszugeben. Bei dieser Ausführungsform kann die Steuereinheit 51 in einer (nicht dargestellten) Gangschalteinheit untergebracht sein, die an der Fahrradlenkstange 15 gemeinsam mit einer Motoransteuereinrichtung 28, einer Motoreinheit 29, einer Batterie 50, einer Stromspeichereinheit 52 und einem Schalter 53 befestigt sein kann.
  • Die Operationen der Hauptroutine der Steuereinheit 51 sind im Wesentlichen identisch zu der in 7 dargestellten ersten Ausführungsform, und daher wird hier lediglich eine in 10 dargestellte Spannungsverminderungsoperation des Standes der Technik beschrieben. Wie bei der ersten Ausführungsform wird als Erstes bei Schritt S21 bestimmt, ob sich das Fahrrad in einem geparkten Zustand befindet, oder nicht. Dies kann dadurch nachgeprüft werden, ob Impulse vom Geschwindigkeitssensor 56 über einen vorbestimmten Zeitraum (z. B. 15 Minuten) empfangen werden, oder nicht. Falls sich das Fahrrad in einem geparkten Zustand befindet, dann wird Schalter 53 bei Schritt S22 ausgeschaltet. Als Ergebnis wird, wie zuvor angegeben, die Stromspeichereinheit 52 von der Batterie 50 und der Steuereinheit 51 getrennt, und die Stromspeichereinheit 52 führt ein Selbstentladen durch. Die Spannung der Stromspeichereinheit nimmt allmählich ab, wodurch es ermöglicht wird, eine Verringerung der Lebensdauer der Stromspeichereinheit 52 zu verhindern, sogar wenn sie während des Parkens einer hohen Temperatur ausgesetzt wird. Andererseits erfolgt, falls bei Schritt S21 bestimmt wird, dass sich das Fahrrad nicht in einem geparkten Zustand befindet, dann ein Fortschreiten der Verarbeitung auf Schritt S23, der Schalter 53 wird angeschaltet, und Strom von der Batterie 50 wird in der Stromspeichereinheit 52 gespeichert.
  • 11 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels des Standes der Technik eines gesamten Fahrradsteuersystems. Dieses System ist ähnlich zu dem in 9 dargestellten System, abgesehen davon, dass ein Widerstand, wie beispielsweise ein Widerstand 57, parallel zur Stromspeichereinheit 32 geschaltet ist. Der Widerstand 57 fungiert als Last, um elektrischen Strom in dem Fall schneller zu verbrauchen, dass die in 9 dargestellte Stromspeichereinheit 52 ein Selbstentladen nicht so schnell wie erwünscht durchführt.
  • 12 ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren alternativen Ausführungsform eines gesamten Fahrradsteuerungssystems. Wie in dieser dargestellt, kann ein zweiter Schalter 58 anstelle des in 11 dargestellten Widerstandes 57 parallel zur Stromspeichereinheit 52 geschaltet sein, wodurch ermöglicht wird, die Stromspeichereinheit 32 sogar noch schneller zu entladen. Die Spannungsverminderungsoperation dieses Systems ist in 13 dargestellt. Wie in dieser dargestellt, wird als Erstes bei Schritt S31 bestimmt, ob sich das Fahrrad in einem geparkten Zustand befindet, oder nicht, und zwar in gleicher Weise wie zuvor beschrieben. Falls dies der Fall ist, dann wird der erste Schalter 53 bei einem Schritt S32 ausgeschaltet und der zweite Schalter 33 wird bei Schritt S33 eingeschaltet. Als Ergebnis wird die Stromspeichereinheit 52 von der Batterie 50 und der Steuereinheit 51 getrennt, und die Stromspeichereinheit 52 führt ein schnelles Entladen über den zweiten Schalter 58 durch. Wenn bei Schritt S31 bestimmt wird, dass sich das Fahrrad nicht in einem geparkten Zustand befindet, dann wird der erste Schalter 53 bei Schritt S34 angeschaltet, und der zweite Schalter 58 wird bei Schritt S35 ausgeschaltet. Als Ergebnis tritt kein verschwenderischer Stromverbrauch auf, wenn das Fahrrad fährt.
  • 14 ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren alternativen Ausführungsform eines gesamten Fahrradsteuerungssystems. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch zu der in 12 dargestellten Ausführungsform, abge sehen davon, dass ein zweiter Widerstand, wie beispielsweise ein Widerstand 59, in Reihe mit dem zweiten Schalter 58 geschaltet ist. Als Ergebnis wird in der Stromspeichereinheit 52 gespeicherter Strom auch durch den zweiten Widerstand 59 verbraucht, was für einen beschleunigten Spannungsabfall sorgt, jedoch nicht so schnell wie bei der in 12 dargestellten Ausführungsform.
  • Zwar wurden im Vorhergehenden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, jedoch können weitere Modifikationen verwendet werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist. Beispielsweise könnte, obschon bei den Ausführungsformen außer der ersten Ausführungsform kein Spannungssensor verwendet wurde, um die Spannungsverminderungsoperation zu überwachen, ein derartiger Spannungssensor, falls gewünscht, vorgesehen sein. In diesem Fall kann Schalter 53 abgeschaltet werden, bis die gewünschte Spannung erreicht ist.
  • Zwar wurde die Spannungsverminderungsoperation durchgeführt, wenn sich das Fahrrad in einem geparkten Zustand befindet, jedoch könnte die Spannungsverminderungsoperation basierend auf Signalen von einem Temperatursensor durchgeführt werden, der die Temperatur der Batterieeinheit erfasst. Beispielsweise könnte die Spannungsverminderungsoperation durchgeführt werden, wenn die Temperatur der Batterieeinheit bei geparktem Fahrrad einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • Größe, Form, Ort und Orientierung der verschiedenen Bauelemente können nach Wunsch verändert werden. Bauelemente, die als direkt miteinander verbunden oder in Kontakt stehend dargestellt sind, können zwischen diesen angeordnete Zwischenstrukturen haben. Die Funktionen eines einzigen Elementes können durch zwei Elemente ausgeführt werden, und umgekehrt. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform können bei einer weiteren Ausführungsform verwendet werden. Es ist nicht erforderlich, dass in einer speziellen Ausführungsform alle Vorteile gleichzeitig vorhanden sind. Somit versteht es sich, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die hier offenbarten spezifischen Strukturen oder den anfänglichen scheinbaren Fokus auf eine spezielle Struktur oder Merkmal eingeschränkt ist, sondern durch die Definition der anliegenden Ansprüche.

Claims (15)

  1. Fahrradstromversorgungsvorrichtung, aufweisend: ein Stromspeicherelement (32, 52), das einem Stromverbraucherelement Strom zuführt; eine Steuereinheit (51), die befähigt ist, als Fahrradzustands-Erfassungseinheit (25) zu fungieren, welche erfasst, wenn sich das Fahrrad (1) in einem gewählten Zustand befindet, der üblicherweise kein Ziehen von Strom aus dem Stromspeicherelement (32, 52) für eine Stromversorgung des Stromverbraucherelementes erfordert; einen ersten Schalter (53), der mit einem ersten Anschluss des Stromspeicherelementes (32, 52) verbunden ist, um Strom vom Stromspeicherelement (32, 52) an das Stromverbraucherelement weiterzuleiten, wobei die Steuereinheit (51), die befähigt ist, als Stromverbrauchereinheit zu fungieren, den ersten Schalter (53) öffnet oder schließt, wenn die Fahrradzustands-Erfassungseinheit (25) die ausgewählten Zustände erfasst; eine Stromflussvorrichtung, die mit dem ersten Anschluss des Stromspeicherelementes (32, 52) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromflussvorrichtung einen zweiten Schalter (58) parallel zum Stromspeicherelement (32, 52) aufweist, wobei die Steuereinheit (51) den zweiten Schalter (58) schließt, um zu bewirken, dass Strom aus dem Stromspeicherelement (32, 52) gezogen wird, wenn die Fahrradzustands-Erfassungseinheit (25) den ausgewählten Zustand erfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der ausgewählte Zustand ein gestoppter Zustand des Fahrrades (1) ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der ausgewählte Zustand ein für eine vorbestimmte Zeitdauer gestoppter Zustand des Fahrrades (1) ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter einen Spannungssensor (39) aufweist, der mit dem Stromspeicherelement (32, 52) und der Steuereinheit (51) verbunden ist, um der Steuereinheit (51) Spannungsinformation zu liefern.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Steuereinheit (51) bewirkt, dass Strom vom Stromspeicherelement (32, 52) gezogen wird, wenn die Fahrradzustands-Erfassungseinheit (25) den gewählten Zustand erfasst, bis der Spannungssensor (39) eine vorbestimmte Spannung abtastet.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinheit (51) eine Anzeigeeinrichtung (24, 55) anschaltet, die vom Stromspeicherelement (32, 52) mit Strom versorgt wird, um aus dem Stromspeicherelement (32, 52) Strom zu ziehen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinheit (51) eine Motoransteuereinrichtung (28) anschaltet, die vom Stromspeicherelement (32, 52) mit Strom versorgt wird, um Strom aus dem Stromspeicherelement (32, 52) zu ziehen.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Stromspeicherelement (32, 52) so aufgebaut ist, dass es von einer Stromversorgungseinrichtung (19, 50) geladen wird, die ausgebildet ist, um am Fahrrad (1) montiert zu werden.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher das Stromspeicherelement (32, 52) strukturiert ist, um von einem Wechselstromgenerator geladen zu werden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher das Stromspeicherelement (32, 52) strukturiert ist, um von einer separaten Batterie geladen zu werden.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Stromspeicherelement (32, 52) einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem Erdpotential verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Stromflussvorrichtung einen Widerstand (57) aufweist, der einen ersten Widerstandsanschluss aufweist, der mit dem ersten Anschluss verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Stromspeicherelement (32, 52) einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem Erdpotential verbunden ist, und wobei der Widerstand (57) einen zweiten Widerstandsanschluss aufweist, der mit dem Erdpotential verbunden ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, welche weiter einen Widerstand (57) aufweist, der in Reihe mit dem zweiten Schalter (58) geschaltet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher das Stromspeicherelement (32, 52) einen zweiten Batterieanschluss aufweist, der mit Erdpotential verbunden ist, und wobei der Widerstand (57) zwischen dem Schalter (53) und dem Erdpotential in Reihe geschaltet ist.
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