-
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.