DE19728253A1

DE19728253A1 - Bicycle with electrical auxiliary drive

Info

Publication number: DE19728253A1
Application number: DE1997128253
Authority: DE
Inventors: Masami Wada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: JPH1016868A; CN1171353A; DE19728253C2; JP3493906B2; CN1079348C

Abstract

The bicycle is equipped with auxiliary electric drive in addition to foot pedal power. It includes a first control circuit (2) with a micro-computer for controlling the electric drive (1) and a second control circuit (7) with a microcomputer for a monitoring of the rechargeable battery (5), which supplies the electric drive with power, and/or the control of the electric bicycle by switching. The first and second control circuits are connected with each other across a communication circuit (15). The auxiliary present. intake is given by an auxiliary present. intake selection switch, and a signal related to this intake is entered across the second control circuit in the first control circuit, in order to control the electric drive.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb, bei dem der elektrische Antrieb in Übereinstimmung mit der Pedallast aktivieren werden kann.The present invention relates to a bicycle auxiliary electric drive, in which the electric drive in Accordance with the pedal load can be activated.

Es sind verschiedene Typen von Fahrrädern mit elektrischem Hilfsantrieb bekannt, die eine durch den Menschen bereitgestellte Antriebskraft und eine durch einen elektrischen Antrieb bereitgestellte Antriebskraft verwenden, wobei die beiden Antriebskräfte parallel zueinander arbeiten. Dabei hat der elektrische Hilfsantrieb die Aufgabe, die menschliche Antriebskraft innerhalb gewisser Grenzen in Übereinstimmung mit der Pedallast zu unterstützen. Bei einem derartigen Fahrrad sollte der Hilfsbereich durch den elektrischen Antrieb so gesteuert werden, daß die bereitgestellte Hilfe bei einer Fahrgeschwindigkeit zwischen 0 und 15 km/h bei 50% liegt und bei einer Fahrgeschwindigkeit zwischen 15 km/h und 24 km/h in Übereinstimmung mit der Fahrgeschwindigkeit graduell abnimmt, bis sie bei 24 km/h bei 0% liegt.There are different types of electric bicycles Auxiliary drive known, one by man provided driving force and one by an electric Use the drive force provided, the work both driving forces parallel to each other. Doing the electric auxiliary drive the task, the human Driving force within certain limits in accordance with to support the pedal load. With such a bike the auxiliary area should be like this through the electric drive be controlled that the help provided at a Driving speed between 0 and 15 km / h is at 50% and at a driving speed between 15 km / h and 24 km / h in According to the driving speed gradually decreases, until it is 0% at 24 km / h.

Bei herkömmlichen Fahrrädern mit elektrischem Hilfsantrieb enthält deshalb der elektrische Antrieb einen Pedalkraftdetektor zum Feststellen der Pedallast, einen Fahrgeschwindigkeitsdetektor zum Feststellen der Rotationsgeschwindigkeit des Pedals, einen elektrischen Motor für den elektrischen Antrieb, eine Untersetzungsgetriebeeinheit zum Reduzieren der Motorausgabegeschwindigkeit, um die reduzierte Geschwindigkeit auf dies Pedale zu übertragen, und eine Steuerschaltung für den gesteuerten Antrieb des elektrischen Motors. Auf der Basis der Information aus dem Pedalkraftdetektor und aus dem Fahrgeschwindigkeitsdetektor, berechnet der in der Steuerschaltung enthaltene Mikrocomputer den Hilfeprozentsatz, um den elektrischen Motor zu steuern, wodurch die Kraftunterstützung innerhalb der vorbestimmten Grenzen realisiert wird. Weiterhin weist der in der Steuerschaltung enthaltene Mikrocomputer neben der Funktion der Steuerung des elektrischen Motors eine zusätzliche Funktion für eine Warnung bezüglich der verbleibenden Batterieladung der wiederaufladbaren Batterie und für Feststellen eines Mangels an Batteriekraft auf.For conventional bicycles with an electric auxiliary drive therefore the electric drive contains one Pedal force detector for determining the pedal load, one Driving speed detector to detect the Speed of rotation of the pedal, an electric motor for the electric drive, a reduction gear unit to reduce the motor output speed to the to transfer reduced speed to this pedals, and a control circuit for the controlled drive of the electric motor. Based on the information from the Pedal force detector and from the vehicle speed detector, calculates the microcomputer contained in the control circuit the help percentage to control the electric motor, whereby the power assistance within the predetermined Limits is realized. Furthermore, the in Control circuit included microcomputers in addition to the function of the Control of the electric motor an additional function for a warning regarding the remaining battery charge of the rechargeable battery and for detecting a defect Battery power.

Herkömmliche Fahrräder mit elektrischem Hilfsantrieb sind jedoch bezüglich der Information, die sie aus dem in der Steuerschaltung enthaltenen Mikrocomputer erhalten, begrenzt, und eine korrekte Überwachung der wiederaufladbaren Batterie ist nicht möglich. Deshalb wird die Überwachung auf einer Annäherungsbasis vorgenommen. Weiterhin ist die Steuerung des elektrischen Motors auf einen vorbestimmten Prozentsatz oder ein vorbestimmtes Muster beschränkt; ein weiter Nutzungsbereich des Motors ist dabei nicht vorgesehen.Conventional bicycles with an electric auxiliary drive are however, regarding the information they receive from the in the Control circuit contained microcomputers received, limited, and proper monitoring of the rechargeable battery can not. That is why monitoring is on a Approximation basis made. Furthermore, the control of the electric motor to a predetermined percentage or constrains a predetermined pattern; a wide area of use the engine is not provided.

Um derartige Probleme gegenwärtiger Systeme zu lösen, wären viele Detektoreinrichtungen und Schalter nötig, die über eine Verdrahtung mit dem elektrischen Antrieb verbunden werden müßten, was die Herstellung des Fahrrads verkomplizieren und die Kosten erhöhen würde. Ein derartiges Fahrrad wäre deshalb teuer und ungeeignet für die Massenherstellung.To solve such problems in current systems, many detector devices and switches would be needed that over Wiring can be connected to the electric drive would have to complicate the manufacture of the bicycle and would increase the cost. Such a bike would therefore be expensive and unsuitable for mass production.

Um das oben genannte Problem zu lösen, enthält das Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb der vorliegenden Erfindung einen Pedalantrieb zum Antreiben des Fahrrads durch die menschliche Kraft, einen elektrischen Antrieb für das unterstützende Antreiben des Pedalantriebs, eine erste Steuerschaltung mit einem Mikrocomputer, um das Betreiben des elektrischen Antriebs zu steuern, und eine zweite Steuerschaltung mit einem Mikrocomputer für die Überwachung einer wiederaufladbaren Batterie, die den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt, und/oder die Steuerung des Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb durch Schalten, wobei die Anordnung derart beschaffen ist, daß diese Mikrocomputer ihren jeweiligen Anteil an der Funktion leisten, was die Realisierung einer elektrischen Motorsteuerung erlaubt, die die korrekte Überwachung des Ladens und Entladens der wiederaufladbaren Batterie und einen weiten Nutzungsbereich des Motors vorsieht, ohne die Kosten zu steigern oder die Produktivität herabzusetzen. Das Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb der vorliegenden Erfindung ist deshalb bezüglich seiner Manövrierfähigkeit und seines Fahrkomforts überlegen, multifunktional und für viele verschiedene Anwendungen verwendbar.To solve the above problem, the bike contains with the electric auxiliary drive of the present invention Pedal drive for driving the bicycle by human Power, an electric drive for the supportive Driving the pedal drive, a first control circuit with a microcomputer to operate the electric drive to control, and a second control circuit with a Microcomputer for monitoring a rechargeable Battery that powers the electric drive with electrical energy supplied, and / or the control of the bicycle with electrical Auxiliary drive by switching, the arrangement being such is that these microcomputers their share at the function, what the realization of a electric motor control that allows the correct Monitoring the loading and unloading of the rechargeable Battery and a wide range of use of the engine without increasing costs or productivity belittling. The bicycle with the electric auxiliary drive present invention is therefore regarding its Superior maneuverability and driving comfort, multifunctional and for many different applications usable.

Da die erste und die zweite Steuerschaltung bei der vorliegenden Erfindung außerdem durch eine Kommunikationsschaltung miteinander verbunden sind, ist es möglich, sie in Verbindung miteinander zu betreiben.Since the first and the second control circuit in the present invention also by a Communication circuit are interconnected, it is possible to operate them in connection with each other.

Weiterhin wird ein Hilfeänderungsschalter verwendet, um den Hilfeprozentsatz anzugeben und ein Signal bezüglich des Hilfeprozentsatzes über die zweite Steuerschaltung in die erste Steuerschaltung für die Steuerung des elektrischen Antriebs einzugeben. Auch wenn ein einziger elektrischer Motor verwendet wird, können Fahrräder mit elektrischem Hilfsantrieb mit verschiedenen Graden von Fahrkomfort realisiert werden.A help change switch is also used to to indicate the help percentage and a signal regarding the Help percentage via the second control circuit in the first Control circuit for the control of the electric drive to enter. Even if a single electric motor is used bikes with an electric auxiliary drive different degrees of driving comfort can be realized.

Weiterhin berechnet die zweite Steuerschaltung die verbleibende Batterieladung aus der Information, die durch die Überwachung der Ladungs- und Entladungsbedingungen der wiederaufladbaren Batterie erhalten wurde, und aktiviert einen Warnungsindikator, wenn die verbleibende Batterieladung unter den Warnindikatorschwellwert fällt. Die zweite Steuerschaltung nimmt die korrekte Feststellung der verbleibenden Batterieladung und des verbleibenden Batterielebens vor, und gibt deshalb eine korrekte Warnung bezüglich der verbleibenden Batterieladung aus.Furthermore, the second control circuit calculates the remaining battery charge from the information provided by the Monitoring the charge and discharge conditions of the rechargeable battery was obtained and activated a Warning indicator when the remaining battery charge is below the warning indicator threshold falls. The second control circuit takes the correct determination of the remaining Battery charge and remaining battery life before, and therefore gives a correct warning regarding the remaining Battery charge off.

Weiterhin berechnet die zweite Steuerschaltung die verbleibende Batterieladung aus der Information, die durch die Überwachung der Ladungs- und Entladungsbedingungen der wiederaufladbaren Batterie erhalten wurde, und gibt ein Signal bezüglich der verbleibenden Batterieladung über die Kommunikationsschaltung an die erste Steuerschaltung aus, um dadurch den elektrischen Antrieb zu steuern und eine Beschädigung der Batterie zu vermeiden, die ansonsten durch eine Überlastung hervorgerufen würde, was außerdem die Wirkung hat, die Reichweite zu verlängern, bei der ein wirksamer Hilfsbetrieb möglich ist.Furthermore, the second control circuit calculates the remaining battery charge from the information provided by the Monitoring the charge and discharge conditions of the rechargeable battery has been received and gives a signal regarding the remaining battery charge via the Communication circuit to the first control circuit to thereby controlling the electric drive and a Avoid damage to the battery that would otherwise result from an overload would result, which also had the effect has to extend the range at which an effective Auxiliary operation is possible.

Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:Using one shown in the drawings The invention will be described in more detail below explained. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb entsprechend der vorliegenden Erfindung, und Fig. 1 is a schematic view of a bicycle with electric auxiliary drive according to the present invention, and

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das das Verfahren zum Steuern des Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb der vorliegenden Erfindung zeigt. FIG. 2 is a block diagram showing the method of controlling the auxiliary electric bicycle of the present invention.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Fahrrad weist einen elektrischen Antrieb 1 auf, der unterhalb des Verbindungsbereichs von Unterrohr 3 und Sattelstützrohr 4 eines Rahmens angeordnet ist, der das Vorderrad mit dem Hinterrad 6 verbindet. Der elektrische Antrieb 1 umfaßt einen elektrischen Motor, einen Pedalkraftdetektor, einen Fahrgeschwindigkeitsdetektor und eine erste Antriebssteuerschaltung, die den Hilfeprozentsatz, mit dem der elektrische Motor die menschliche Antriebskraft unterstützt, aufgrund der aus dem Pedalkraftdetektor und dem Fahrgeschwindigkeitsdetektor erhaltenen Daten steuert, wobei alle diese Komponenten integriert sind. Da der Motor, die Detektoren und ähnliches in dem elektrischen Antrieb integriert sind, kann der elektrische Antrieb 1 leicht am Fahrrad installiert werden. Und da der elektrische Antrieb 1 an einem im wesentlichen zentralen und relativ niedrigen Bereich des Fahrrads angeordnet ist, liegt der Schwerpunkt des Fahrrads tief, was die Manövrierfähigkeit des Fahrrads verbessert. Weiterhin ist eine wiederaufladbare Batterie 5 in einem Harzbehälter zusammen mit einer Hauptsteuerschaltung 7 untergebracht, die eine zweite Steuerschaltung bildet und zwischen dem Sattelstützrohr 4 und dem Hinterrad 6 angeordnet ist. Fig. 1 shows a schematic view of the bicycle with electric auxiliary drive according to the present invention. The bicycle has an electric drive 1 , which is arranged below the connection area of the down tube 3 and seat tube 4 of a frame, which connects the front wheel to the rear wheel 6 . The electric drive 1 includes an electric motor, a pedal force detector, a vehicle speed detector, and a first drive control circuit that controls the assist percentage with which the electric motor assists human driving force based on the data obtained from the pedal force detector and the vehicle speed detector, all of which integrate these components are. Since the motor, the detectors and the like are integrated in the electric drive, the electric drive 1 can be easily installed on the bicycle. And since the electric drive 1 is located at a substantially central and relatively low area of the bicycle, the center of gravity of the bicycle is low, which improves the maneuverability of the bicycle. Furthermore, a rechargeable battery 5 is accommodated in a resin container together with a main control circuit 7 , which forms a second control circuit and is arranged between the seat tube 4 and the rear wheel 6 .

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das zeigt, wie der elektrische Antrieb des Fahrrads der vorliegenden Erfindung gesteuert wird. Die Doppellinien in der Figur geben die Stromleitungen an, durch die starke Ströme fließen, während die einfachen Linien Signalleitungen angeben, durch die Signalströme fließen. Fig. 2 is a block diagram showing how the electric drive of the bicycle of the present invention is controlled. The double lines in the figure indicate the power lines through which strong currents flow, while the simple lines indicate signal lines through which signal currents flow.

Eine elektrische Antriebssteuerschaltung 2 berechnet die Antreibsleistung in Abhängigkeit eines Hilfeprozentsatzsignals, das von der Hauptsteuerschaltung 7 erhalten wird, eines Drehmomentsignals aus dem Pedalkraftdetektor 8 und einem Fahrgeschwindigkeitssignal aus dem Fahrgeschwindigkeitsdetektor 9 und betreibt den elektrischen Motor 10 dementsprechend.An electric drive control circuit 2 calculates the driving power depending on an assist percentage signal obtained from the main control circuit 7 , a torque signal from the pedal force detector 8 and a vehicle speed signal from the vehicle speed detector 9, and operates the electric motor 10 accordingly.

Ein Hauptschalter 11 ist zwischen die wiederaufladbare Batterie 5 und die Hauptsteuerschaltung 7 geschaltet, um den Strom ein- und auszuschalten. Dabei wird die Stromversorgung der elektrischen Antriebssteuerschaltung 2 in operativer Verbindung mit dem An- und Abschalten der Hauptsteuerschaltung 7 geleistet.A main switch 11 is connected between the rechargeable battery 5 and the main control circuit 7 to turn the power on and off. The power supply to the electric drive control circuit 2 is provided in operative connection with the switching on and off of the main control circuit 7 .

Weiterhin ist ein Hilfeprozentsatzwahlschalter 12 mit der Hauptsteuerschaltung 7 verbunden, so daß ein Vollhilfemodus mit einer vorgeschriebenen Höhe oder ein niedrigerer Hilfemodus wahlweise durch Betätigen des Schalters gewählt werden kann. Die Daten bezüglich dieser Wahl werden über die Kommunikationsschaltung 15 an die elektrische Antriebsschaltung 2 geleitet, und die elektrische Antriebsschaltung 2 steuert das Betreiben des elektrischen Motors in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Modus. Was die Wahl des Hilfemodus anbelangt, wählt der Fahrer einen niedrigen Hilfeprozentsatz, wenn er viel Kraft hat, während er einen hohen Hilfeprozentsatz wählt, wenn er erschöpft ist, weshalb eine derartige Wahlmöglichkeit es ermöglicht, daß das Fahrrad für eine lange Fahrt oder für eine Förderung der Gesundheit verwendet werden kann. Das Fahrrad kann also in verschiedener Weise, je nach der physischen Stärke des Benutzers und sonstigen Bedingungen verwendet werden.Furthermore, a help percentage selection switch 12 is connected to the main control circuit 7 , so that a full help mode with a prescribed height or a lower help mode can be selectively selected by operating the switch. The data relating to this choice is sent to the electric drive circuit 2 via the communication circuit 15 , and the electric drive circuit 2 controls the operation of the electric motor in accordance with the selected mode. As for the choice of the help mode, the rider chooses a low help percentage when he has a lot of power, while he chooses a high help percentage when he is exhausted, so such a choice enables the bicycle to go for a long ride or for a promotion of health can be used. So the bike can be used in different ways depending on the physical strength of the user and other conditions.

Zwischen den Hauptschalter 11 und der Hauptsteuerschaltung 7 ist ein Batterieentladungsmonitor 13 geschaltet, der den Entladungszustand der wiederaufladbaren Batterie 5 ständig überwacht und die diesbezügliche Information an die Hauptsteuerschaltung 7 weiterleitet. Sobald die verbleibende Batterieladung der wiederaufladbaren Batterie 5 unter eine vorbestimmte Höhe fällt, aktiviert die Hauptsteuerschaltung 7 den Warnungsindikator 14, um den Fahrer darüber zu informieren. Dies wird durch das Leuchten einer LED, das Klingeln einer Glocke oder auf andere Weise vorgenommen. Weiterhin ist zwischen einem Ladegerät 17 und der wiederaufladbaren Batterie 5 ein Batterielademonitor 16 geschaltet, der ein vollständiges Laden und die zunehmende Gesamtanzahl der Ladevorgänge feststellt. Dadurch wird die Genauigkeit der Feststellung der verbleibenden Batterieladung der wiederaufladbaren Batterie 5 gefördert. Außerdem kann der Benutzer bezüglich des korrekten Wertes der verbleibenden Batterieladung informiert werden, wobei der über das verbleibende Leben der Batterie unterrichtete Benutzer das erforderliche Ersetzen der wiederaufladbaren Batterie 5 vornehmen kann. Die auf diese Weise erhaltene korrekte Information bezüglich der verbleibenden Batterieladung wird über die Kommunikationsschaltung 15 an die elektrische Antriebssteuerschaltung 2 gesendet, um die notwendige Antriebssteuerung des elektrischen Motors 10 vorzunehmen. Dabei kann eine mangelnde Batterieladung korrekt festgestellt werden, worauf der elektrische Antrieb 1 gestoppt wird, was eine Beschädigung der Batterie vermeidet, die ansonsten durch eine nicht sinngemäße Verwendung der Batterie verursacht würde.A battery discharge monitor 13 is connected between the main switch 11 and the main control circuit 7 and continuously monitors the discharge state of the rechargeable battery 5 and forwards the relevant information to the main control circuit 7 . As soon as the remaining battery charge of the rechargeable battery 5 falls below a predetermined level, the main control circuit 7 activates the warning indicator 14 in order to inform the driver of this. This is done by lighting up an LED, ringing a bell or in some other way. Furthermore, a battery charging monitor 16 is connected between a charger 17 and the rechargeable battery 5 and detects complete charging and the increasing total number of charging processes. This promotes the accuracy of determining the remaining battery charge of the rechargeable battery 5 . In addition, the user can be informed of the correct value of the remaining battery charge, and the user informed of the remaining life of the battery can make the necessary replacement of the rechargeable battery 5 . The correct information about the remaining battery charge thus obtained is sent to the electric drive control circuit 2 via the communication circuit 15 to perform the necessary drive control of the electric motor 10 . A lack of battery charge can be correctly determined, whereupon the electric drive 1 is stopped, which prevents damage to the battery which would otherwise be caused by improper use of the battery.

Bei dem oben beschriebenen Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb der vorliegenden Erfindung sind eine elektrische Antreibssteuerschaltung und eine Hauptsteuerschaltung in einem Parallelbetrieb installiert, wobei diese Schaltungen ihren entsprechenden Teil der Steuerung leisten und wobei sie über eine Kommunikationsschaltung miteinander verbunden sind, weshalb bei dem Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb der vorliegenden Erfindung der Verdrahtungsaufwand verringert ist und das Fahrrad trotzdem multifunktionale Merkmale, wie eine korrekte Überwachung der verbleibenden Batterieladung und die Wahl des Hilfeprozentsatzes, aufweist, die mit Hilfe einer einfachen Steuerschaltung nicht erzielt werden können. Deshalb gibt die vorliegenden Erfindung ein Fahrrad mit elektrischen Hilfsantrieb mit einer verbessertes Manövrierfähigkeit und einem verbesserten Fahrkomfort an, das für eine Mehrzweckverwendung und für die Förderung der Gesundheit gedacht ist.In the above-described bicycle with electric Auxiliary drives of the present invention are electrical Driving control circuit and a main control circuit in one Installed in parallel, these circuits their perform appropriate part of the control and being over a communication circuit is connected to each other, which is why the bike with electric auxiliary drive present invention, the wiring effort is reduced and the bike still has multifunctional features, like one correct monitoring of the remaining battery charge and the Choice of the help percentage, which, using a simple control circuit can not be achieved. That's why gives the present invention a bicycle with electric Auxiliary drive with improved maneuverability and improved driving comfort, which for a Multi-purpose use and for health promotion is thought.

Claims

1. Bicycle with electric auxiliary drive with:
a pedal drive for driving the bicycle using human power,
an electric drive ( 1 ) for supporting driving of the pedal drive,
a first control circuit ( 2 ) with a microcomputer for controlling the electric drive ( 1 ),
a second control circuit ( 7 ) with a microcomputer for monitoring the rechargeable battery ( 5 ), which supplies the electric drive ( 1 ) with energy, and / or for controlling the electric bicycle by switching.

2. Bicycle according to claim 1, characterized in that the first and the second control circuit ( 2 , 7 ) are connected to one another via a communication circuit ( 15 ).

3. Bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the aid percentage is indicated by an aid percentage selector switch 12 and a signal relating to the aid percentage via the second control circuit ( 7 ) in the first control circuit ( 2 ) is input to the electric drive ( 1st ) to control.

4. Bicycle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second control circuit ( 7 ) has the function of monitoring the state of charge of the rechargeable battery ( 5 ).

5. Bicycle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second control circuit ( 7 ) has the function of constantly monitoring the discharge state of the rechargeable battery ( 5 ).

6. Bicycle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second control circuit ( 7 ) calculates the remaining battery charge from the information it receives by monitoring the charge and discharge states of the rechargeable battery ( 5 ) and a warning indicator ( 14 ) activated when the remaining battery charge falls below a predetermined threshold.

7. Bicycle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second control circuit ( 7 ) calculates the remaining battery charge from the information obtained by monitoring the charge and discharge states of the rechargeable battery ( 5 ) and a signal related the remaining battery charge output to the first control circuit (2) via the communication circuit (15) to control the electric drive (1).