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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch
unterstütztes Fahrrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
welches durch einen Motor ausgegebene elektrische Leistung
als eine Ergänzung zu menschlicher Leistung zum Treten des
Fahrrads verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, bei welchem
eine Schaltung zum Verhindern des Antriebs durch einen
Motor in einem Zustand, in welchem eine pedalbetätigende
Kraft, die im folgenden als eine Tretkraft bezeichnet wird,
nicht ausgeübt wird, unabhängig von einem Hauptsteuersystem
zum Steuern des Betriebs des Motors in Übereinstimmung mit
einer erfaßten Pedalbetätigungskraft vorgesehen ist, so daß
der Fahrer das Gefühl, ein Fahrrad zu fahren, nicht
verliert, selbst wenn die Funktion der Hauptsteuerschaltung
abnormal wird.
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Bei einem elektrisch unterstützten Fahrrad, bei welchem die
Ausgabe eines auf elektrischer Leistung basierenden
Antriebssystems, welches zusammen mit einem auf
menschlicher Leistung basierenden Antriebssystem vorgesehen ist, in
Übereinstimmung mit Änderungen der Tretkraft gesteuert ist,
ist der Betrieb eines beweglichen Teils einer
Tretkrafterfassungseinrichtung nicht glatt. Wenn die Tretkraft einen
vorab eingestellten Referenzwert während einer Zeitdauer,
welche länger als eine vorbestimmte Zeit ist,
überschreitet, wird das auf elektrischer Leistung basierende
Antriebssystem daran gehindert, eine übermäßige
Ausgangsleistung zu erzeugen, indem dessen Ausgangsleistung
begrenzt wird. Auf diese Weise kann die Verminderung des
Fahrgefühls vermieden werden. Eine Technik, um eine
Verschlechterung
des Fahrgefühls in der vorangehend
beschriebenen Weise zu verhindern, ist in dem japanischen
offengelegten Patent Nr. Hei5-310177 offenbart.
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Wenn die Funktion eines Hauptsteuersystems zum Steuern des
Betriebs eines Motors zum Erzeugen einer ergänzenden
elektrischen Leistung auf Grundlage einer erfaßten Tretkraft
abnormal wird, und zwar selbst dann, wenn die
Tretkrafterfassungseinrichtung selbst normal arbeitet, besteht die
Möglichkeit, daß der Motor unweigerlich eine unnötige
Antriebsleistung bereitstellt, was dazu führt, daß der Fahrer
das Fahrgefühl verliert.
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Die vorliegende Erfindung ist den oben beschriebenen
Problemen gewidmet. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein elektrisch unterstütztes Fahrrad vorzusehen,
welches den Betrieb eines Motors in einem Zustand begrenzt,
in welchem die Pedale nicht betätigt werden, um in jedem
Fall zu verhindern, daß eine unnötige Ergänzungskraft
erzeugt wird, und zwar selbst in dem Fall einer abnormalen
Funktion eines Haupt steuersystems, welches, neben anderen
Komponenten, eine CPU umfaßt.
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Um die oben beschne enen Probleme zu lösen, ist das
elektrisch unterstützte ahrrad mit den Merkmalen aus dem
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 versehen.
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Da die Motorantriebsbegrenzungseinrichtung unabhängig von
dem Hauptsteuersystem zum Steuern des Betriebs des Motors
in Übereinstimmung mit einer erfaßten Tretkraft vorgesehen
ist, wird selbst in dem Fall einer abnormalen Funktion des
Hauptsteuersystems, welche beispielsweise zu einer Ausgabe
zum Antreiben des Motors unabhängig von dem Wert der
erfaßten Tretkraft führt, der Betrieb des Motors solange
begrenzt, wie die Tretkrafterfassungseinrichtung nicht
erfaßt, daß eine Tretkraft ausgeübt wurde.
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Demgemäß wird durch den Motor eine zusätzliche elektrische
Leistung keinesfalls bereitgestellt, wenn die Pedale nicht
betätigt werden, und zwar selbst dann, wenn die Funktion
des Hauptsteuersystems abnormal wird und dabei eine solche
zusätzliche elektrische Leistung erforderlich macht.
Folglich verliert der Fahrer das Fahrgefühl nie.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden graphischen
Darstellungen deutlich.
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Figur 1 ist eine graphische Darstellung, welche eine
Seitenansicht eines durch die vorliegende Erfindung
vorgesehenen elektrisch unterstützten Fahrrads
zeigt,
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Figur 2 ist eine graphische Darstellung, welche einen
senkrechten Querschnitt eines Batteriegehäuses
zeigt,
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Figur 3 ist eine graphische Darstellung, welche einen
senkrechten Seitenquerschnitt des hinteren Teils
des Batteriegehäuses und des unteren Teils eines
zentralen Gehäuses zeigt,
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Figur 4 ist eine modellmäßige graphische Darstellung,
welche Strukturen eines Getriebemechanismus und
einer Tretkrafterfassungseinrichtung zeigt,
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Figur 5 ist eine Blockdarstellung, welche den Aufbau
eines Steuersystems zeigt,
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Figur 6 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb einer
Motorantriebsbegrenzungseinrichtung zeigen, und
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Figur 7 ist eine graphische Darstellung, welche einen
Schaltungsaufbau eines tatsächlichen Beispiels
des Steuersystems zeigt.
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Figur 1 ist eine graphische Darstellung, welche eine
Seitenansicht eines durch die vorliegende Erfindung
vorgesehenen elektrisch unterstützten Fahrrads zeigt. Wie in der
Figur gezeigt ist, erstreckt sich ein Unterrohr 3 von einem
Kopfrohr 2 des mit elektrischer Leistung unterstützten
Fahrrads 1 aus in eine nach hinten und unten geneigte
Richtung. Das untere Ende des Unterrohrs 3 ist in eine nach
hinten und oben geneigte Richtung gebogen, und ein Sitzrohr
4 erstreckt sich von dem unteren Ende des Unterrohrs 3 aus.
Das Unterrohr 3 und das Sitzrohr 4 bilden einen Hauptrahmen
5, welcher eine Form aufweist, die fast dem Buchstaben V
ähnelt. Ein Sitz 6 ist an dem oberen Ende des Sitzrohrs 4
vorgesehen.
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Eine Lenksäule 7 ist in das Kopf rohr 2 derart eingefügt,
daß die Lenksäule 7 frei gedreht werden kann. Ein Lenkgriff
8 ist an dem oberen Ende der Lenksäule 7 angebracht, um mit
der Lenksäule 7 eine Baugruppe zu bilden, welche Baugruppe
auch ein Paar Gabeln 9, nämlich eine linke und eine rechte
Gabel umfaßt, die sich von dem unteren Ende der Lenksäule 7
aus erstrecken. Die Achse eines Vorderrads 10 ist an den
unteren Enden der linken und rechten Gabel 9 derart
angebracht, daß das Vorderrad 10 um die Achse frei drehen kann.
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Eine in Figur 3 dargestellte, nach unten vorstehende Stütze
5a ist an dem unteren Teil des gebogenen Bereichs des
Hauptrahmens 5, einem Kreuzungsbereich des Unterrohrs 3 und
des Sitzrohrs 4, vorgesehen. Ein Getriebegehäuse 11,
welches einen Getriebemechanismus aufnimmt und auch als ein
Kurbelgehäuse dient, ist an der Stütze 5a angebracht, um
mit der Stütze 5 eine Baugruppe zu bilden. Die Baugruppe
umfaßt auch eine Hintergabel 12, welche in die
Längsrichtung des elektrisch unterstützten Fahrrads 1 orientiert
ist, wobei das Vorderende der Hintergabel 12 an dem
Getriebegehäuse 11 befestigt ist. Eine Strebe 13 ist zwischen dem
Hinterende der Hintergabel 12 und dem Sitzrohr 4
aufgehängt. Die Achse eines Hinterrads 14 ist an dem
Hinterende der Hintergabel 12 derart angebracht, daß das
Hinterrad 14 um die Achse frei drehen kann.
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Eine Kurbelwelle 15 ist durch das Getriebegehäuse 11 derart
gehalten, daß die Kurbelwelle 15 frei drehen kann.
Kurbelarme 16 sind an dem rechten und linken Ende der Kurbelwelle
15 befestigt, um eine Kurbelwellenbaugruppe zu bilden. Ein
Pedal 17 ist an dem Ende jedes der Kurbelarme 16
vorgesehen.
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Eine Endloskette 20 ist an einem an der Kurbelwelle 15 als
Teil der Kurbelwellenbaugruppe befestigten antreibenden
Kettenzahnrad 18 und an einem an dem Hinterrad 14 als eine
Baugruppe befestigten getriebenen Kettenzahnrad 19
aufgehängt. Wenn die Kurbelwelle 15 durch auf die Pedale 17
ausgeübte Tretkräfte zur Drehung angetrieben wird, werden die
Tretkräfte auf das Hinterrad 14 übertragen, um über das
antreibende Kettenzahnrad 18, die Endloskette 20 und das
getriebene Kettenzahnrad 19 ebenfalls das Hinterrad 14 zu
drehen. Folglich kann das elektrisch unterstützte Fahrrad 1
als ein gewöhnliches Fahrrad angetrieben werden.
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Ferner ist an dem Getriebegehäuse 11 ein Antriebsmotor 21
in eine Richtung parallel zu dem Sitzrohr 4 befestigt. Eine
Steuervorrichtung 22 ist an der rückwärtigen Fläche des
Sitzrohrs 4 oberhalb des Antriebsrnotors 21 installiert. Die
Steuervorrichtung 22 umfaßt, neben anderen Komponenten,
eine elektronische Steuereinheit und einen Motortreiber zum
Steuern der Drehung des Antriebsmotors 21. Bei der Drehung
des Antriebsmotors 21 unter der Steuerung der
Steuervorrichtung 22 wird ein durch den Antriebsmotor 21
ausgegebenes Drehmoment auf die Kurbelwelle 15 über den
Übersetzungsmechanismus übertragen, was dazu führt, daß die
durch den Antriebsmotor 21 ausgegebene elektrische Leistung
die menschliche Leistung ergänzt.
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Wie vorangehend beschrieben, werden das Unterrohr 3 auf der
linken Seite und das Sitzrohr 4 auf der rechten Seite,
welche den Hauptrahmen 5 mit einer dem Buchstaben V ähnelnden
Gestalt bilden, durch eine seitliche Abdeckung 23 bzw. eine
mittlere Abdeckung 24 verdeckt. Eine lange
Batteriegehäusebaugruppe 25 ist an der oberen Fläche der geneigten
seitlichen Abdeckung 23 zum Verdecken des Unterrohrs 3 derart
angebracht, daß die Batteriegehäusebaugruppe 25 leicht
entfernt werden kann.
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Ein Schlüsselschalter (Kombinationsschalter) und
dergleichen umfassender Hauptschalter 41 ist an dem Vorderende der
seitlichen Abdeckung 23 vorgesehen. Es sollte beachtet
werden, daß die Batteriegehäusebaugruppe 25 derart ausgebildet
ist, daß, wenn der Hauptschalter 41 in die AN-Stellung
gestellt wird, eine mit dem Betrieb des Hauptschalters 41
verbundene Verriegelungsvorrichtung die
Batteriegehäusebaugruppe 25 unentfernbar macht. Beachte, daß die
Verriegelungsvorrichtung selbst in der Figur nicht dargestellt
ist.
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Zudem ist eine einen Ladeverbinder und dergleichen
umfassende Verbindereinheit 42 an einer Seitenfläche der
Batteriegehäusebaugruppe 25 vorgesehen, was es erlaubt, die
Batterie zu laden, selbst wenn die Batteriegehäusebaugruppe 25
an dem elektrisch unterstützten Fahrrad 1 wie es ist
angebracht ist.
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Figur 2 ist eine graphische Darstellung, welche einen
senkrechten Querschnitt der Batteriegehäusebaugruppe 25 zeigt.
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Wie in der Figur dargestellt ist, ist die
Batteriegehäusebaugruppe 25 in ein unteres Gehäuse 36 an der Unterseite
und ein oberes Gehäuse 27 an der Oberseite geteilt. Die
Batteriegehäusebaugruppe 25 enthält einen
Spannungsversorgungsbatteriesatz 29, welcher eine Reihe von zehn unteren
Batteriezellen 28a und eine Reihe von zehn oberen
Batteriezellen 28b umfaßt. Die Batteriezellen 28a und 28b sind
jeweils eine Ni-Cd (Nickel-Cadmium)-Batteriezelle vorn
zylindrischen Einfachtyp. Der Spannungsversorgungsbatteriesatz 29
kann aus der Batteriegehäusebaugruppe 25 leicht entfernt
werden.
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Zusätzlich ist das obere Gehäuse 27 der
Batteriegehäusebaugruppe 25 Teil der äußeren Oberfläche des Rumpfes des mit
elektrischer Leistung ergänzten Fahrrads 1.
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Der Spannungsversorgungsbatteriesatz 29 weist den folgenden
Aufbau auf. Zwei benachbarte Ni-Cd-Batteriezellen 28a haben
alternierend angeordnete positive und negative Pole. Die
zehn Ni-Cd-Batteriezellen 28a sind derart angeordnet, daß
ihre Außenflächen in einer unteren Reihe, welche senkrecht
zu den Mittellinien der Ni-Cd-Batteriezellen 28a verlaufen,
miteinander in Kontakt treten. In jeder oberen Einbuchtung
zwischen zwei benachbarten Ni-Cd-Batteriezellen 28a an der
unteren Reihe ist eine obere Ni-Cd-Batteriezelle 28b derart
abgelegt, daß die zehn Ni-Cd-Batteriezellen 28b eine obere
Reihe oberhalb der unteren Reihe bilden. Der positive Pol
einer Ni-Cd-Batteriezelle 28a an der unteren Reihe ist mit
den negativen Polen der beiden dieser benachbarten Ni-Cd-
Batteriezellen 28a durch Verbindungsplatten 30a, welche
jeweils als ein gestricheltes Rechteck in Figur 2
dargestellt sind, verbunden, und zwar durch Verlöten beider
Enden der Verbindungsplatte 30a mit den positiven und
negativen Polen von zwei benachbarten Ni-Cd-Batteriezellen 28a.
Ähnlich werden Verbindungsplatten 30b jeweils zum Verbinden
der positiven und negativen Pole von zwei benachbarten
oberen Ni-Cd-Batteriezellen 28b verwendet. Der negative Pol
einer Ni-Cd-Batteriezelle 28a und der positive Pol einer
Ni-Cd-Batteriezelle 28b an den Vorderenden der unteren bzw.
oberen Reihe, oder den in der Figur gezeigten linken Enden,
sind miteinander durch eine Verbindungsplatte 30c
verbunden. Die unteren und oberen Ni-Cd-Batteriezellen 28a und
28b sind in einen aus thermisch schrumpfendem Harzgemisch
gefertigten zylindrischen Film 31 eingefügt. Der
zylindrische Film 31 aus thermisch schrumpfendem Harzgemisch
wird dann geschrumpft, indern er erwärmt wird.
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Eine Verbindungsplatte 32a, welche mit dem positiven Pol
einer Ni-Cd-Batteriezelle 28a an dem Hinterende der unteren
Reihe oder dem in der Figur dargestellten rechten Ende
verbunden ist, ist mit einem Anschluß 33a durch Verlöten eines
Endes des Anschlusses 33a mit der Verbindungsplatte 32a
zusammengefügt. Ähnlich ist eine Verbindungsplatte 32b,
welche mit dem negativen Pol einer Ni-Cd-Batteriezelle 28b
an dem Hinterende der oberen Reihe oder dem in der Figur
dargestellten rechten Ende verbunden ist, mit einem
Anschluß 33b durch Verlöten eines Endes des Anschlusses 33b
mit der Verbindungsplatte 32b zusammengefügt. Die anderen
Enden der Anschlüsse 33a und 33b sind mit einem elektrische
Spannung zuführenden Verbinder 34 verbunden, durch welchen
der Steuervorrichtung 22 elektrische Spannung zugeführt
wird. Für Details der Verbindungen zwischen der
Verbindungsplatte 32a und dem Anschluß 33a sowie der
Verbindungsplatte 32b und dem Anschluß 33b ist auf Figur 3 Bezug
zu nehmen.
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Ein thermisch empfindliches Widerstandselernent 35, wie etwa
ein Thermistor, ist zwischen den Ni-Cd-Batteriezellen 28a
an der unteren Reihe und den Ni-Cd-Batteriezellen 28b an
der oberen Reihe vorgesehen. Das thermisch empfindliche
Widerstandselement 35 ist mit einem in Figur 3
dargestellten Verbinder 36 zum Laden elektrischer Leistung über einen
Anschluß 35a verbunden. Wenn die Ni-Cd-Batteriezellen 28a
und 28b durch eine in der Figur nicht dargestellte
Ladevorrichtung geladen werden, kann die Ladevorrichtung die
Temperatur der Ni-Cd-Batteriezellen 28a und 28b durch Messen
des Widerstands des thermisch empfindlichen
Widerstandselements 35 überwachen.
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Zusätzlich umfaßt die Batteriegehäusebaugruppe 25 auch eine
Mehrzahl von Sicherungen 37 und Schaltungskomponenten, wie
etwa Dioden, um zu verhindern, daß eine Ladespannung mit
einer inversen Polarität angelegt wird. Es sollte beachtet
werden, daß die Schaltungskomponenten selbst in der Figur
nicht dargestellt sind.
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Figur 3 ist eine graphische Darstellung, welche einen
senkrechten Seitenquerschnitt des hinteren Teils der
Batteriegehäusebaugruppe und des unteren Teils eines zentralen
Gehäuses zeigt.
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Ein elektrische Spannung liefernder Verbinder 38 ist an dem
Hinterende der Batteriegehäusebaugruppe 25 vorgesehen. Der
elektrische Spannung liefernde Verbinder 38 weist ein Paar
von rechten und linken Kontaktanschlüssen 38a auf, welche
aus einem leitenden und elastischen Material, wie etwa
einer Kupferlegierungsplatte, gefertigt sind. Jeder der
Kontaktanschlüsse 38a ist an einem Verbindergehäuse befestigt,
indem eines seiner Enden unter Verwendung einer Schraube 40
festgelegt ist, und er ist auch mit den Anschlüssen 33a und
33b elektrisch verbunden. Ein Verbinder 39, ein Gegenstück
des elektrische Spannung liefernden Verbinders 38, ist an
einer Bodenwand 24a der mittleren Abdeckung 24 vorgesehen.
Der Verbinder 39 weist ein an der rechten und der linken
Seite vorstehendes Paar von Stabanschlüssen 39a auf. Wenn
die Batteriegehäusebaugruppe 25 angebracht ist, sind die
vorstehenden Stabanschlüsse 39a in eine an einem unteren
Gehäuse 26 gebildete Öffnung 26a bzw. eine Öffnung 38b an
dem elektrische Spannung liefernden Verbinder 38
eingeführt, bis die Kanten der vorstehenden Stabanschlüsse 39a
mit den Kontaktanschlüssen 38a in Kontakt treten. Bei einer
derartigen Anordnung kann elektrische Spannung von den
Batteriezellen 28a und 28b geliefert werden. Die anderen Enden
der Kontaktanschlüsse 38a werden durch die vorstehenden
Stabanschlüsse 39a durch eine Verlagerung gegen die Kräfte
von an den verlagerten Bereichen vorgesehenen
Schraubenfedem 38c nach oben geschoben. Durch einen solchen
Mechanismus werden ausreichende Kontaktdrücke erzielt, was die
Unterbrechung der Bereitstellung von elektrischer Spannung
schwierig werden läßt, welche Unterbrechung durch während
der Fahrt des mit elektrischer Leistung ergänzten Fahrrads
1
erzeugter Vibration oder dergleichen verursacht wird.
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Figur 4 ist eine modellmäßige graphische Darstellung,
welche Strukturen des Getriebemechanismus und der
Tretkrafterfassungseinrichtung zeigt.
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In Längsrichtung gesehen ist in der Mitte der Kurbelwelle
15 ein Durchgangsloch 15a ausgebildet, welches sich in die
Axialrichtung erstreckt und in die Radialrichtung
hindurchtritt. Ein Torsionsstab 51, welcher die gleiche Achse
aufweist wie die Kurbelwelle 15, ist innerhalb des
Durchgangslochs 15a aufgenommen. Ein an dem linken Ende (oder dem
Eingangsende) des Torsionsstabs 51 ausgebildeter Kopf 51a
ist mit der Kurbelwelle 15 über einen Kragen 52 verbunden.
Ein an dem rechten Ende (oder dem Ausgangsende) des
Torsionsstabs 51 ausgebildeter Kopf 51b ist andererseits durch
Druck an dem Innenumfang eines Antriebselements 53
angebracht, welches eine einem Ring ähnelnde Form aufweist.
Wandflächen des Durchgangslochs 15a der Kurbelwelle 15,
welche einander gegenüberliegen, sind derart gebogen, daß
ihre Querschnitte jeweils näherungsweise einen Kreisbogen
bilden, welcher eine Drehung des Torsionsstabs 51 um einen
vorbestimmten Winkel relativ zu dem Kopf 51b an dessen
freier Endseite erlaubt und gleichzeitig verhindert, daß
der Torsionsstab 51 durch eine auf diesen ausgeübte
übermäßig große Last gebrochen wird.
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Eine erste Einwegkupplung 56 ist zwischen einem an dem
Innenumfang einer Hülse 54 befestigten Kegelrad 55 und dem
ringförmigen Antriebselement 53 vorgesehen. Wenn auf die in
der Figur nicht dargestellten Pedale 17 Kräfte ausgeübt
werden, um die Kurbelwelle 15 in die Vorwärtsrichtung zu
drehen, wird ein durch die Kurbelwelle 15 abgegebenes
Drehmoment über den Torsionsstab 51, das ringförmige
Antriebselement 53, das Kegelzahnrad 55 und die Hülse 54 auf das
antreibende Kettenzahnrad 18 übertragen, welches mit dem
Außenumfang der Hülse 54 spline-verbunden ist. Das
Drehmoment
wird dann über die Endloskette 20 und das in Figur 1
dargestellte getriebene Zahnrad 19 auf das Hinterrad 14
übertragen. Wenn andererseits auf die in der Figur nicht
dargestellten Pedale 17 Kräfte ausgeübt werden, um die
Kurbelwelle 15 in die Rückwärtsrichtung zu drehen, schlupft
die erste Einwegkupplung 56, was es der Kurbelwelle 15
erlaubt, in die Rückwärtsrichtung zu drehen.
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Wenn der Antriebsmotor 21 zur Drehung angetrieben wird,
wird ein durch dessen Ausgangswelle 21a erzeugtes
Drehmoment über vier Überzahnräder 57, 58, 59 und 60, das
Kegelzahnrad 55 und ein weiteres Kegelzahnrad 61 auf das
treibende Kettenzahnrad 18 übertragen. Eine zweite
Einwegkupplung 62 ist an einer ersten Zwischenwelle 63 vorgesehen, um
eine Behinderung der Drehung des durch menschliche Leistung
angetriebenen antreibenden Kettenzahnrads 18 selbst dann zu
vermeiden, wenn der Antriebsmotor 21 in einem Stillstand
ist. Es sollte beachtet werden, daß Bezugsziffer 64 eine
zweite Zwischenwelle bezeichnet.
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Die Tretkrafterfassungseinrichtung 70 umfaßt eine
Drehmoment in Verlagerung wandelnde Einrichtung 71 zum Wandeln
einer durch eine Tretkraft (oder ein Drehmoment)
verursachte Verwindung in eine Verlagerung in die Axialrichtung
sowie einen Hubsensor 72 zur Ausgabe eines die Verlagerung
angebenden elektrischen Signals. Die Drehmoment in
Verlagerung wandelnde Einrichtung 71 ist so aufgebaut, daß sie den
Eingriff zwischen einer vorstehenden Nockenfläche, die an
der Endfläche eines Gleiterinneren 71a ausgebildet ist,
welcher zusammen mit der Kurbelwelle 15 als eine Baugruppe
dreht, und einer eingebuchteten Nockenfläche, welche an der
Endfläche des treibenden Elements 53 ausgebildet ist,
umfaßt.
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Um die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 15 zu erfassen,
ist eine Zahneinheit 52 an dem Außenumfang des Kragens 52
ausgebildet, welcher die Kurbelwelle 15 mit dem Kopf 51a
des Torsionsstabs 51 verbindet. Ein
Kurbelwellengeschwindigkeitssensor 75 ist an einem der Zahneinheit 52a
ausgesetzten Ort vorgesehen. Der
Kurbelwellengeschwindigkeitssensor 75 ist dazu ausgelegt, Erfassungspulse auszugeben,
welche von optischer oder magnetischer Erfassung der
Zahneinheit 52a herrühren.
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Figur 5 ist eine Blockdarstellung, welche den Aufbau eines
Steuersystems 80 zeigt.
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Das Steuersystem 80 umfaßt ein Hauptsteuersystem 81 und
eine Motorantriebsbegrenzungseinrichtung 90, welche
unabhängig von dem Hauptsteuersystem 81 installiert ist. Auf
der Grundlage eines durch die
Tretkrafterfassungseinrichtung 70 ausgegebenen Erfassungssignals 70a und eines die
durch den Kurbelwellengeschwindigkeitssensor 75 erfaßte
Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 15 angebenden Signals
75a gibt das Hauptsteuerstystem 81 ein Motortreibersignal
81a aus. Die Motorantriebsbegrenzungseinrichtun 90
begrenzt den Betrieb des Antriebmotors 21 ohne Beachtung des
Motortreibersignal 81a, wenn das durch die
Tretkrafterfassungseinrichtung 70 ausgegebene Erfassungssignal 70a unter
einen vorab eingestellten Schwellenwert fällt.
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Das Hauptsteuersystem 81 umfaßt einen A/D-Wandler 82 zum
Umwandeln des durch die Tretkrafterfassungseinrichtung 70
ausgegebenen Erfassungssignals 70a, ein Spannungssignal, in
einen das Spannungssignal repräsentierenden Digitalwert
sowie eine CPU 84 zum Ausführen von Operationen auf der
Grundlage eines in einer ROM-Einheit 83 gespeicherten
Steuerprogramms. Die CPU 84 liest aus der A/D-Wandlung
resultierende Tretkraftdaten 82a ein und überwacht die
Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 15 unter anderem über die
Pulsdauer des Signals 75a, welches die Drehgeschwindigkeit
der Kurbelwelle 15 angibt. Ein Stromflußverhältnis pro
Zeiteinheit oder der sogenannte Tastgrad des Antriebsmotors
21, welcher zu den Tretkraftdaten 82a und der
Drehgeschwindigkeit
der Kurbelwelle 15 paßt, wird dann von der CPU 84
durch Bezugnahme auf eine vorab vorbereitete PWM-Karte oder
durch Verwendung vorab vorbereiteter Formeln gefunden. Die
CPU 84 gibt schließlich das Motortreibersignal 81a aus, ein
Signal, welches auf der Grundlage des
Stromflußverhältnisses oder des vorangehend gefundenen Tastgrads eine
PWM-Modulation durchläuft.
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Die Motorantriebsbegrenzungseinrichtung 90 umfaßt eine
Schwellenspannungswerterzeugungseinrichtung 91, einen
Spannungskomparator 92 und eine Schaltung zum Bilden des
logischen Produkts (oder ein UND-Gatter) 93. Der
Spannungskomparator 92 vergleicht das durch die
Tretkrafterfassungseinrichtung 70 ausgegebene Erfassungssignal 70a mit einem
durch die Schwellenspannungswerterzeugungseinrichtung 91
erzeugten Schwellenspannungswert VTH und gibt ein
Motorbetrieb-Freigabe/Beschränkung-Befehlssignal 92a aus. Wenn
festgestellt wird, daß das Erfassungssignal 70a größer ist
als der Schwellenspannungswert VTH, wird das Signal 92a auf
einen hohen Pegel eingestellt, um den Betrieb des
Antriebsmotors 21 zu ermöglichen. Wenn andererseits festgestellt
wird, daß das Erfassungssignal 70a kleiner ist als der
Schwellenspannungswert VTH, wird das Signal 92a auf einen
niedrigen Pegel eingestellt, um den Betrieb des
Antriebsmotors 21 zu beschränken. Das PWM-modulierte
Motortreibersignal 81a wird einem der Eingangskontakte der Schaltung
zum Bilden des logischen Produkts (UND-Gatter) 93
bereitgestellt, wohingegen das Motorbetrieb-Freigabe/Beschränkung-
Befehlssignal 92a dessen anderem Eingangskontakt zugeführt
wird. Ein durch die Schaltung zum Bilden des logischen
Produkts (UND-Gatter) 93 ausgebenes Signal 93a wird verwendet,
um den Schaltbetrieb eines in einem Motortreiber 85
eingesetzten Leistungsfeldeffekttransistors zu treiben.
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Es sollte beachtet werden, daß die in Figur 5 dargestellten
Bezugsziffern 86 und 87 eine Batteriespannungsversorgung
bzw. einen Hauptschalter bezeichnen, wohingegen
Bezugsziffer
88 eine regulierte Spannungsversorgung vom
Spannungsabfall-Typ zum Bereitstellen einer regulierten
Spannungsversorgung VCC für eine Mehrzahl von Schaltungselementen
ist.
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Figur 6 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb der
Motorantriebsbegrenzungseinrichtung 90 zeigen.
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Wenn die Pedale eines Fahrrads betätigt werden, werden an
oberen und unteren Totpunkten Pedalkräfte nicht ausgeübt.
Deshalb ist das durch die Tretkrafterfassungseinrichtung 70
ausgegebene Erfassungssignal 70a eine Spannungs-Wellenform,
welche, wie in Figur 6(a) gezeigt, als periodisch
wiederholte Berge und Täler erscheinen. Der Spannungskomparator
92 stellt das Signal 82a während Perioden, in welchen das
Tretkrafterfassungssignal 70a größer ist als der
Schwellenspannungswert VTH, auf einen H-(hoch)-Pegel ein, wie in
Figur 6(c) gezeigt ist. Wenn das Hauptsteuersystem 81 ein
Motortreibersignal 81a, ein PWM-Signal, welches zu dem
Tretkrafterfassungssignal 70a, wie es in Figur 6(b) gezeigt
ist, paßt, ausgibt, gibt die Schaltung zum Bilden des
logischen Produkts (oder ein UND-Gatter) 93 das
Motortreibersignal 81a entsprechend an dessen Ausgang als ein Logisches-
Produkt-Ausgangssignal 93a weiter, wie es in Figur 6(d)
gezeigt ist, welches Logisches-Produkt-Ausgangssignal 93a
zur Steuerung des Betriebs des Antriebsmotors 21 verwendet
wird. D.h., nur während einer Periode, in der das
Tretkrafterfassungssignal 70a größer ist als der
Schwellenspannungswert VTH, wird der Betrieb des Antriebsmotors 21 zur
Bereitstellung von ergänzender elektrischer Leistung
erlaubt.
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Es sei angenommen, daß das Hauptsteuersystem 81, wie in
Figur 6(e) dargestellt, nach beispielsweise einem Zeitpunkt
t1 aus irgendwelchen Gründen nicht mehr normal arbeitet.
Selbst wenn das Motortreibersignal 81a nach dem Zeitpunkt
t1 aufgrund des abnormalen Betriebs des Hauptsteuersystems
81 auf einem H-(hoch)-Pegel gehalten wird, wird der Betrieb
des Antriebsmotors 21, wie in Figur 6(f) dargestellt, nur
während Perioden freigegeben, in denen das
Tretkrafterfassungssignal 70a größer ist als der Schwellenspannungswert
VTH. Folglich wird ergänzende elektrische Leistung durch
den Antriebsmotor 21 keinesfalls bereitgestellt, wenn die
Pedale nicht betätigt werden, und zwar selbst dann, wenn
der Betrieb des Hauptsteuersystems 81 abnormal wird und
dabei eine solche ergänzende elektrische Leistung
erforderlich macht.
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Figur 7 ist eine graphische Darstellung eines
Schaltungsaufbaus, welche ein tatsächliches Beispiel des
Steuersystems 80 zeigt.
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Durch eine elektrische Spannungsversorgung BAT in der
Batteriegehäusebaugruppe 25 bereitgestellte elektrische
Spannung wird von Kontakten B+ und B- des elektrische Spannung
bereitstellenden Verbinders 38 an
Spannungsversorgungsstifte B+ und B- einer Steuervorrichtung 100 über eine
Sicherung FO an der Spannungsversorgungsseite angelegt. Es
sollte beachtet werden, daß elektrische Leistung von einem
Stift 36a auf seiten des positiven Pols des elektrische
Leistung ladenden Verbinders 36 über eine Diode DI und eine
Sicherung FI auf der Leistungsladeseite geladen wird. Ein
Ende des thermisch empfindlichen Widerstandselements 35 zum
Überwachen der Temperatur der Batterie während des
elektrischen Ladens ist mit einem Stift 36b auf seiten des
negativen Pols des elektrische Leistung ladenden Verbinders 36
verbunden, während dessen anderes Ende mit einem
Signalkontakt 36c verbunden ist.
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Wenn der Hauptschalter 41 in die AN-Stellung gestellt wird,
wird elektrische Spannung der Batteriespannungsversorgung
BAT von einem Spannungsversorgungskontakt VB auf Seiten des
positiven Pols der Steuervorrichtung 100 an eine
Spannungsversorgungs- und Rücksetzschaltung 101 über die Sicherung
FO, den Hauptschalter 41 und einen Kontakt SW geliefert,
und gleichzeitig wird ein Kondensator C1 zum Regulieren
einer Motorspannungsversorgung über eine Ladeschaltung 102,
welche eine Diode D1 und einen
Ladestrombegrenzungswiderstand R1 umfaßt, geladen.
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Die Spannungsversorgungs- und Rücksetzschaltung 101 umfaßt
12 V- und 5 V-Spannungsversorgungen 101a zum Bereitstellen
von Spannung bei regulierten Spannungswerten von 12 V bzw.
5 V über Spannungsabfälle aus der
Batteriespannungsversorgung BAT von typischerweise 24 V und einen durch die 5 V-
Spannungsversorgung getriebene Rücksetzschaltung 101b. Die
12 V-Spannungsversorgung wird an den
Kurbelwellengeschwindigkeitssensor 75 angelegt und wird als ein Spannungswert
zum Steuern des Gates des Leistungsfeldeffekttransistors
(FET) verwendet, welcher wiederum die Leitung von in den
Antriebsmotor 21 fließendem Strom steuert. Die 5
V-Spannungsversorgung wird andererseits zur Bereitstellung von
elektrischer Spannung an unter anderem einen
Ein-Chip-Mikrocomputer 103, die Motorantriebsbegrenzungseinrichtung 90
und eine Motorstromerfassungsschaltung 104 verwendet.
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Die Rücksetzschaltung 101b überträgt einen Rücksetzpuls RS
an die CPU 103a zu der Aufbauzeit der 5
V-Spannungsversorgung und überwacht auch Wächterpulse WP, welche von der CPU
103a zu vorbestimmten Zeitintervallen ausgegeben werden.
Wenn ein Wächterpuls WP von der Rücksetzschaltung 101b
während mehr als einer vorbestimmten Zeitdauer nicht erfaßt
wird, gibt die Rücksetzschaltung 101b einen Rücksetzpuls RS
aus, wodurch die CPU zurückgesetzt (oder initialisiert)
wird. Wenn zudem die Bereitstellung der Wächterpulse WP,
selbst nachdem der Rücksetzpuls RS ausgegeben wurde, nicht
wieder aufgenommen wird, überträgt die Rücksetzschaltung
101b ein 12 V/5 V-Spannungsversorgungsabschaltsignal POFF
an die 12 V- und 5 V-Spannungsversorgungen 101a, um die
Bereitstellung der 5 V- und 12 V-Spannung zu beenden.
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Die Funktionen des Hauptsteuersystems sind durch den Ein-
Chip-Mikrocomputer 103 implementiert, welcher neben anderen
Komponenten eine CPU 103a, eine ROM/RAM-Einheit 103b, einen
A/D-Wandler 103c und einen Zeitgeber, welcher in der Figur
nicht gezeigt ist, enthält.
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Widerstände R2 und R3, welche in Reihe zwischen den
Anschlüssen des die Motorspannungsversorgung regulierenden
Kondensators C1 angeschlossen sind, werden als ein
Potentiometer zum Teilen des Spannungswerts des Kondensators C1
verwendet, um einen Spannungswert in einem zulässigen
Eingangsspannungswertbereich an den A/D-Wandler 103 zu
liefern. Ein durch das Potentiometer ausgegebener geteilter
Spannungswert wird einem Eingangskontakt AS des
A/D-Wandlers 103c zugeführt. Bei Empfang eines Rücksetzpulses RS
führt die CPU 103a Initialisierung aus. Hiernach gibt die
CPU 103a einen Relais-Treiberbefehl 103d zu einem Zeitpunkt
aus, zu dem ein aus der A/D-Wandlung des geteilten
Spannungswerts entstehender Wert einen vorab eingestellten
Spannungswert übersteigt. Der Relais-Treiberbefehl 103d
wird einer Relais-Treiberschaltung 105 zugeführt, welche
wiederum einen Strom an eine in einem Relais 106
eingesetzte Erregungswicklung liefert. Wenn die
Erregungswicklung leitet, werden Kontakte des Relais 106 in einen
geschlossenen Zustand gesetzt, wodurch durch die
Batteriespannungsversorgung BAT erzeugte elektrische Spannung an
den Antriebsmotor 21 angelegt wird.
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Das Steuersystem 80 ist so ausgelegt, daß ein an den
Kontakten des Kondensators C1 zum Regulieren der
Motorspannungsversorgung erscheinender Spannungswert überwacht wird,
und die Kontakte des Relais 106 werden nur in einen
geschlossenen Zustand gesetzt, nachdem der Kondensator C1
geladen wurde. Folglich fließt kein übermäßiger Ladestrom
durch die Kontakte des Relais 106, welcher übermäßige
Ladestrom ansonsten die Kontakte beschädigen würde. Es sollte
beachtet werden, daß das Steuersystem 80 auch so ausgelegt
sein kann, daß das Relais 106 betätigt wird, wenn das Laden
des Kondensators C1 als beendet betrachtet wird, und zwar
zu dem Zeitpunkt, zu dem die Zunahmerate des an den
Kontakten des Kondensators C1 erscheinenden Spannungswerts pro
Zeiteinheit kleiner wird als ein vorbestimmter Wert. Die
Beurteilung auf der Grundlage der Änderungsrate des
Spannungswerts erlaubt es, die Vollendung des Ladens ohne
Beachtung des Spannungswerts der Batteriespannungsversorgung
BAT zu erfassen.
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Wenn der Feldeffekttransistor (FET) zum Steuern des
Stromflusses zu dem Antriebsmotor 21 aufgrund einer
kurzgeschlossenen Verbindung zwischen dessen Drain und dessen
Source schlecht wird oder eine parallel zu der Drain und
der Source angeschlossene Diode D2 zum Absorbieren einer
zwischen der Drain und Source entwickelten umgekehrten
Stoßspannung aufgrund einer Kurzschlußverbindung darin
schlecht wird, wird das Potential zwischen den Kontakten
des Kondensators C1 gleich einem geteilten Spannungswert,
welcher von einem Potentiometer über die Batteriespannung,
welches einen Ladestrombegrenzungswiderstand R1 und den
Widerstand der Wicklung des Antriebsmotors 21 umfaßt,
ausgegeben wird. Nebenbei bemerkt weist der Widerstand des
Ladestrombegrenzungswiderstands R1 einen Wert auf, der
ausreichend größer ist als der der Wicklung des Antriebsmotors
21. Folglich wird im Falle eines vorangehend beschriebenen
Kurzschlußfehlers die Spannung zwischen den Anschlüssen des
Kondensators C1 nicht aufgrund von Aufladen steigen, was
die Betätigung des Relais 106 verhindert. Folglich kann
vorab verhindert werden, daß ein durch einen solchen
Kurzschlußfehler verursachter übermäßiger Strom zugeführt wird.
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Zusätzlich überwacht die CPU 103a die Spannung zwischen den
Anschlüssen des Kondensators C1 selbst während der Drehung
des Antriebsmotors 21, wobei das Stromflußverhältnis
(Tastgrad) des PWM-Signals 103e derart einstellt wird, daß ein
gewünschtes ergänzendes Drehmoment aufgrund der an den
Antriebsmotor 21 angelegten tatsächlichen Spannung
bereitgestellt wird. Folglich kann das gewünschte Drehmoment selbst
dann erzeugt werden, wenn der Spannungswert der
Batteriespannungsversorgung BAT niedrig wird.
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Das Steuersystem 80 ist so ausgelegt, daß ein Spannungsstoß
mit einer umgekehrten Polarität, welcher erzeugt wird, wenn
der durch den Antriebsmotor 21 fließende Strom unterbrochen
wird, durch die Batteriespannungsversorgung BAT über die
Diode D3 absorbiert wird. Die Sicherung FO auf seiten der
Spannungsversorgung ist eine Hochstromsicherung mit einer
Strom-Standhaltefähigkeit von mehreren zehn Ampère. Da dem
Antriebsmotor 21 elektrische Spannung über die Kontakte des
Relais 106 zugeführt wird, können der Hauptschalter 41,
welcher eine kleine Strom-Standhaltefähigkeit aufweist, und
eine Sicherung F1 mit einer kleinen
Strom-Standhaltefähigkeit von einigen Ampere, welche in Reihe mit dem
Hauptschalter 41 angeschlossen ist, eingesetzt werden.
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12 V-Spannung wird dem Kurbelwellengeschwindigkeitssensor
75 über einen Vorwiderstand R4 zugeführt. Ein
Kurzschlußfehler wird eher in dem Kurbelwellengeschwindigkeitssensor
75 als an einem Anschluß VC auftreten. Im Falle eines
solchen Kurzschlußfehlers wird ein Kurzschlußstrom durch den
Vorwiderstand R4 begrenzt, was es ermöglicht, daß das 12 V-
Spannungsversorgungssystem geschützt wird. Das Signal 75a,
welches dem Anschluß CP zugeführt wird, um die
Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 15 anzugeben, durchläuft
einen Signalformungsvorgang an einer Signalformungsschaltung
106' zur Ausgabe eines Signals, welches eine logische
Amplitude des 5 V-Systems aufweist. Das durch die
Signalformungsschaltung 106' ausgegebene Signal wird dann einem
Eingangsanschluß der CPU 103a zugeführt.
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5 V-Spannung wird der Tretkrafterfassungseinrichtung 70
über einen Vorwiderstand R5 zugeführt. Ein Kurzschlußfehler
kann in der Tretkrafterfassungseinrichtung 70 sowie an
einem
Anschluß VT auftreten. Im Falle eines solchen
Kurzschlußfehlers wird ein Kurzschlußstrom durch den
Vorwiderstand R5 begrenzt, was es ermöglicht, daß das 5
V-Spannungsversorgungssystem geschützt wird. Das
Tretkrafterfassungssignal 70a, ein einem Anschluß TS zugeführtes
Spannungswertsignal wird durch zwei Potentiometer mit
voneinander verschiedenen Spannungswertverhältnissen geteilt. Die
von den Potentiometern ausgegebenen geteilten Spannungen
werden dem A/D-Wandler 103c zugeführt. Eines der
Potentiometer umfaßt Widerstände R6 und R7, um ein typisches
Spannungswertverhältnis von 1/2 bereitzustellen, wohingegen das
andere Potentiometer Widerstände R8 und R9 umfaßt, um ein
typisches Spannungswertverhältnis von 1/4 bereitzustellen.
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Die CPU 103a nimmt ein durch das Tretkrafterfassungssignal
70a angegebenes erfaßtes Drehmoment als zwei Signale auf:
die beiden geteilten Spannungswerte von den Potentiometern,
welche jeweils durch den A/D-Wandler 103c in digitale Daten
umgewandelt werden. Im Falle eines kleinen erfaßten
Drehmoments werden die digitalen Daten ausgewählt, welche sich
aus der A/D-Wandlung des geteilten Spannungswerts ergeben,
der durch das Potentiometer mit dem
1/2-Spannungswertverhältnis ausgegeben wird und einem A/D-Eingangsanschluß A2
zugeführt wird. Im Falle eines großen erfaßten Drehmoments
werden andererseits die digitalen Daten ausgewählt, welche
von der A/D-Wandlung des geteilten Spannungswerts, welcher
durch das Potentiometer mit dem 1/4-Spannungswertverhältnis
ausgegeben wird und einem A/D-Eingangsanschluß A3 zugeführt
wird. Auf diese Weise wird das erfaßte Drehmoment in
digitale Daten umgewandelt, wobei die Spannungsverhältnisse
berücksichtigt werden. Ein derartiger Aufbau und eine
derartige Verarbeitung ermöglichen es, daß ein Drehmoment mit
einem hohen Genauigkeitsgrad über einen weiten Bereich von
kleinen zu großen Drehmomentwerten erfaßt werden kann, ohne
daß es notwendig ist, die Auflösung des A/D-Wandlers 103c
zu erhöhen.
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Da das durch die Tretkrafterfassungseinrichtung 70
ausgegebene Erfassungssignal 70a durch den Spannungswert der
dieser zugeführten Spannungsversorgung beeinflußt wird, wird
die der Tretkrafterfassungseinrichtung 70 tatsächlich
zugeführte Spannungsversorgung auch dem A/D-Wandler 103c über
einen A/D-Eingangsanschluß A1 eingegeben, um auch in
digitale Daten umgewandelt zu werden. Die aus der A/D-Wandlung
entstehenden digitalen Daten werden dann zur Kompensierung
des Erfassungssignals 70a hinsichtlich der Wirkung des
Spannungswerts der Spannungsversorgung auf das
Erfassungssignal 70a verwendet. Auf diese Weise kann die Tretkraft
mit einem noch größeren Genauigkeitsgrad erfaßt werden.
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Der von der Motorantriebsbegrenzungseinrichtung 90
eingesetzte Spannungskomparator 92 vergleicht den
Schwellenspannungswert VTH, einen geteilten Spannungswert, welcher durch
ein Widerstände 91a und 91b umfassendes Potentiometer zum
Teilen des an die Tretkrafterfassungseinrichtung 70
angelegten Spannungswerts der Spannungsversorgung erzeugt wird,
mit einem geteilten Spannungswert, welcher durch ein
Widerstände R8 und R9 umfassendes Potentiometer zum Teilen des
Tretkrafterfassungssignals 70a erzeugt wird. Da der
Schwellenspannungswert VTH, welcher durch Teilen des an die
Tretkrafterfassungseinrichtung 70 angelegten Spannungswerts der
Spannungsversorgung erhalten wird, konstant ist, ist es
möglich, mit einem großen Genauigkeitsgrad zu bestimmen, ob
die Tretkraft (das Drehmoment) einen vorbestimmten Wert
übersteigt oder nicht.
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Ein Signal 92a, welches von dem Spannungskomparator 92
ausgegeben wird, wird der CPU 103a über einen Eingangsanschluß
davon zugeführt. Die CPU 103a überwacht die periodische
Erzeugung eines L-(niedrig)-Pegels des von dem
Spannungskomparator 92 ausgegebenen Signals 92a, was anzeigt, daß
die Tretkraft in einem Nullzustand ist. Wenn der
Nullzustand der Tretkraft nicht periodisch erfaßt wird&sub1; während
der Betrieb des Antriebsmotors 21 durch auf A/D-gewandelte
Daten basierender Tretkrafterfassung gesteuert wird, wird
der Betrieb zur Ausgabe des PWM-Signals 103e beendet, um
den Betrieb des Antriebsmotors 21 zu beenden. Auf diese
Weise kann auf jeden Fall verhindert werden, daß ein
unnötiges Drehmoment erzeugt wird, wann immer der Betrieb des
Tretkrafterfassungssystems, wie etwa der
Tretkrafterfassungseinrichtung 70 oder des A/D-Wandlers 103c abnormal
wird und dabei ein solches Drehmoment erforderlich macht.
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Auf der Grundlage von über den A/D-Wandler 103c erhaltener
Information über die Tretkraft und das die
Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 15 angebende Signal 75a durchsucht die
CPU 103a eine PWM-Tasttabelle nach einem Tastgrad des PWM-
Signals 103e, welches hierdurch erzeugt und ausgegeben
wird.
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Das PWM-Signal 103e wird an eine FET-Treiberschaltung 107
durch die Schaltung 93 zum Bilden des logischen Produkts so
lange weitergegeben, wie das durch den Komparator 92
ausgegebene Signal 92a auf einem Hochpegel gehalten wird oder,
in anderen Worten, solange die erfaßte Tretkraft größer ist
als ein vorbestimmter Wert. Der FET-Treiberkreis 107 stellt
dem Gate des Feldeffekttransistors (FET) elektrische
Spannung in Übereinstimmung mit einem Signal 93a bereit,
welches durch die Schaltung 93 zum Bilden des logischen
Produkts ausgegeben wird, was den Feldeffekttransistor (FET)
an- und ausschaltet. Als eine Folge davon wird der
Antriebsmotor 21 unter PWM-Steuerung betrieben.
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Die CPU 103a überwacht auch den Motorstrom, um zu
bestimmen, ob der Antriebsmotor 21 normal läuft oder nicht. Wenn
ein abnormaler Motorstrom erfaßt wird, wird der Betrieb des
Antriebsmotors 21 begrenzt.
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Wenn der Antriebsmotor 21 leitet, tritt ein im folgenden
als ein FET-AN-Spannungswert bezeichneter Spannungswert
zwischen der Drain und der Source des Feldeffekttransistors
FET auf. Die Größe des FET-AN-Spannungswerts ist gleich dem
Produkt des zu dem Antriebsmotor 21 fließenden Stroms und
einem AN-Widerstand des Feldeffekttransistors FET.
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Ein durch eine Motorstromerfassungsschaltung 104
eingesetzter elektronischer Schalter 104a wird synchron mit dem H-
(hoch)-Pegel des durch die Schaltung 93 zum Bilden des
logischen Produkts ausgegebenen Signals 93a angeschaltet, was
den FET-AN-Spannungswert einer Zeitkonstantenschaltung
104b, welche einen Widerstand R10 und einen Kondensator C2
umfaßt, zuführt. Der elektronische Schalter 104a kann unter
Verwendung eines bipolaren Transistors oder eines
Feldeffekttransistors ausgelegt sein. Der Spannungswert des
Kondensators C2, welcher aus der Zuführung des
FET-AN-Spannungswerts an die Zeitkonstantenschaltung in
Synchronisation mit dem PWM-Signal resultiert, ist ein
Fast-Gleichstrom-Spannungswert (Welligkeitsspannung), welcher eine
durch die Zeitkonstantenschaltung bestimmte Zeitkonstante
aufweist. Der Fast-Gleichstrom-Spannungswert
(Welligkeitsspannung) wird durch einen Spannungswertverstärker 104c in
ein Spannungswertsignal 104d gleichstromverstärkt, welches
über einen A/D-Wandlereingangsanschluß A4 dem A/D-Wandler
103c zugeführt wird. Die Welligkeitsspannung wird in den
Motorstrom angebende digitale Daten umgewandelt, welche
Daten von der CPU 103a verwendet werden, um zu bestimmen,
ob der Motorstrom übermäßig ist oder nicht. Wenn
festgestellt wird, daß der Motorstrom übermäßig ist, wird der
Stromfluß-Tastgrad auf einen niedrigen Wert eingestellt, um
den Betrieb des Antriebsmotors 21 zu beenden.
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Es sollte beachtet werden, daß der Motorstrom auch
überwacht werden kann, indem ein Widerstand zur
Stromüberwachung in Reihe mit dem Feldeffekttransistor (FET)
geschaltet wird und ein Spannungsabfall zwischen den Enden des
stromüberwachenden Widerstands gemessen wird. In dieser
Ausführungsform wird dennoch die FET-AN-Spannung erfaßt,
was einen Verlust eliminiert, der andernfalls in dem
stromüberwachenden
Widerstand erzeugt werden würde. Folglich
kann die Batteriespannungsversorgung BAT mit einem hohen
Grad an Effizienz verwendet werden.
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Zusätzlich vergleicht die CPU 103 auch Daten, welche den
über den A/D-Wandler 103c eingegebenen Spannungswert der
Batteriespannungsversorgung BAT angeben, mit einem vorab
eingestellten Restkriterium-Spannungswert. Wenn
festgestellt wird, daß der Spannungswert der
Batteriespannungsversorgung BAT kleiner ist als der
Restkriterium-Spannungswert, wird ein Anzeigesignal 103f an eine
Lampentreiberschaltung 108 ausgegeben, um die Lampe L anzuschalten, um
auf ein Laden der Batterie zu drängen. Es sollte beachtet
werden, daß die Lampe L auch an- und ausgeschaltet werden
kann, anstatt kontinuierlich angeschaltet zu sein, um
elektrische Leistung zu sparen. In diesem Fall wird die Lampe L
mit einer Periode von typischerweise einigen Sekunden
intermittierend an- und ausgeschaltet. In der vorangehend
angegebenen Beschreibung ist das durch diese
Ausführungsform implementierte Steuersystem so ausgelegt, daß während
einer Dauer, in der festgestellt wird, daß die Tretkraft
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die Übertragung
eines durch die CPU ausgegebenen Motortreibersignals
mittels einer Schaltung zum Bilden des logischen Produkts
(UND-Gatter) unterbrochen wird. Es sollte jedoch beachtet
werden, daß als eine Alternative der Betrieb des
Antriebsmotors auch begrenzt werden kann, indem die Zuführung
elektrischer Spannung an das Gate des Feldeffekttransistors,
der die Leitung des durch den Antriebsmotor fließenden
Stroms steuert, unterbrochen werden kann.
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Wie vorangehend beschrieben, sieht die vorliegende
Erfindung ein elektrisch unterstütztes Fahrrad vor, bei welchem
eine Motorantriebsbegrenzungseinrichtung zum Begrenzen des
Antriebs durch einen Motor in einem Zustand der
Nichtausübung einer Tretkraft unabhängig von einem
Hauptsteuersystem zum Steuern des Betriebs des Motors vorgesehen ist, so
daß, wenn die Pedale nicht betätigt werden, der Motor
ergänzende elektrische Leistung nicht bereitstellt, was es
dem Fahrer erlaubt, das Gefühl, das Fahrrad zu fahren,
beizubehalten, und zwar selbst dann, wenn der Betrieb der
Hauptsteuerschaltung abnormal wird und dabei eine solche
ergänzende elektrische Leistung erforderlich macht.
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Zusammengefaßt verhindert es die vorliegende Erfindung, daß
unnötige ergänzende elektrische Antriebsleistung erzeugt
wird, und zwar selbst dann, wenn der Betrieb eines
Hauptsteuersystems, welches neben anderen Komponenten eine CPU
einsetzt, abnormal wird und dabei die Bereitstellung
derartiger unnötiger ergänzender elektrischer Leistung
erforderlich macht.
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Aufgrund eines Erfassungssignals 70a, welches von einer
Tretkrafterfassungseinrichtung 70 ausgegeben wird, und
eines Signals 75a, welches die durch den
Kurbelwellengeschwindigkeitssensor 75 erfaßte Drehgeschwindigkeit einer
Kurbelwelle 15 angibt, gibt das Hauptsteuersystem 81 ein
Motortreibersignal 81a, ein PWM-Signal, aus. Ein in einer
Motorantriebsbegrenzungseinrichtung 90 eingesetzter
Spannungskomparator 92 vergleicht das durch die
Tretkrafterfassungseinrichtung 70 ausgegebene Erfassungssignal 70a mit
einem Schwellenspannungswert VTH und gibt ein
Motorbetrieb-Freigabe/Beschränkung-Befehlssignal 92a auf einem
Niedrigpegel aus, wenn festgestellt wird, daß das
Erfassungssignal 70a kleiner ist als der Schwellenspannungswert
VTH, um den Betrieb eines Antriebsmotors 21 zu begrenzen,
indem die Übertragung des Motorantriebssignals 81a über ein
UND-Gatter 93 bei nicht betätigten Pedalen blockiert wird.
Die Motorantriebsbegrenzungseinrichtung 90 ist unabhängig
von dem Hauptsteuersystem 91 vorgesehen.