專利名稱：具有受踏板力控制的電動驅(qū)動裝置的電動自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有受踏板力控制的電動驅(qū)動裝置的電動自行車。
背景技術(shù)：
最近具有電動輔助驅(qū)動裝置的自行車越 來越受歡迎。電動驅(qū)動裝置在此能夠根據(jù)駕駛者的希望被接通，從而提供受限制的蹬踏支持。變換地，在一定的時間間隔上也可以僅僅借助電動驅(qū)動裝置行駛。如果電動驅(qū)動裝置應(yīng)當(dāng)被用于蹬踏支持，那么應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)由駕駛者通過踏板提供的驅(qū)動力來改變電動驅(qū)動裝置的驅(qū)動力。在此，尤其是應(yīng)當(dāng)注意成本有利且簡單的結(jié)構(gòu)。另外在自行車的曲柄傳動裝置的區(qū)域中也僅存在有限的結(jié)構(gòu)空間。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的具有權(quán)利要求I的特征的電動自行車相對于此具有優(yōu)點，即能夠?qū)崿F(xiàn)對由駕駛者通過踏板施加的力的精確測量。這此外能夠?qū)崿F(xiàn)的是能夠根據(jù)所施加的駕駛者力來控制電動驅(qū)動裝置，以便在需要時提供附加的通過電動驅(qū)動裝置施加的驅(qū)動力。這按照本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn)力傳感器布置在腳踏軸承上，其中力傳感器與用于控制電動驅(qū)動裝置的控制單元連接。力傳感器在此在腳踏軸承上檢測由駕駛者施加到曲柄傳動裝置上的力。即通過駕駛者的蹬踏在踏板上施加一個力，使得電動自行車的鏈條張緊。一個將后輪轂與腳踏軸承連接的支撐由此下沉，使得產(chǎn)生向著腳踏軸承方向的力作用，該力作用與駕駛者施加的力成比例。由此能夠通過腳踏軸承上的力傳感器求出由駕駛者提供的驅(qū)動力。按照本發(fā)明在此也能夠?qū)崿F(xiàn)的是，由駕駛者施加的驅(qū)動力在起動時就已經(jīng)直接被測量并且電動驅(qū)動裝置能夠相應(yīng)地被控制。由此能夠提供受踏板力控制的電動驅(qū)動裝置。從屬權(quán)利要求示出了本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展構(gòu)型。力傳感器優(yōu)選地包括一個帶有布置在其中的壓力傳感器的壓力測量室以及一個用于直線支承腳踏軸承的外圈的附加軸承。腳踏軸承的外圈通過附加軸承在直線方向上可運動地被支承，使得在力作用到腳踏軸承上時出現(xiàn)外圈的移動，該移動引起壓力測量室中的壓力變化。該壓力變化能夠通過壓力傳感器接收。由此能夠在腳踏軸承上檢測由駕駛者提供的力。特別優(yōu)選地，在此在腳踏軸承的外圈上布置活塞元件。在此，壓力測量室和外圈此外在空間上相互分開，其中，活塞元件伸入到壓力測量室中。由此，外圈的由在踏板上的力作用產(chǎn)生的運動引起活塞元件的移動，這導(dǎo)致壓力測量室中的壓力變化。壓力測量室的使用此外能夠?qū)崿F(xiàn)的是，例如壓力傳感器能夠直接布置在控制裝置的印制電路板上，其中，壓力傳感器例如通過軟管與壓力測量室連接。由此盡管由于壓力軟管的鋪設(shè)產(chǎn)生一定的耗費，但是控制裝置、尤其是控制裝置的印制電路板能夠明顯被簡化，使得由此得到大的成本優(yōu)點。另外可能的是，對于電動自行車由此僅設(shè)置一個中央控制裝置，它將電動直行車中的所有需要的控制任務(wù)、例如電池管理或自行車計算機等集成到中央控制裝置中。
進(jìn)一步優(yōu)選地，按照本發(fā)明的自行車包括壓力調(diào)節(jié)裝置，它調(diào)節(jié)壓力測量室中的壓力。由此能夠?qū)崿F(xiàn)的是，壓力測量室可以用于不同的應(yīng)用情形，例如不同的電動自行車如城市自行車或用于長途自行車等。特別優(yōu)選地，在此壓力測量室填充有液態(tài)介質(zhì)或氣態(tài)介質(zhì)、尤其是空氣。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選變換形式，力傳感器可以是布置在外圈上的壓電傳感器。壓電傳感器在此直接與外圈接觸或通過中間元件布置在外圈上。壓電傳感器在此也可以集成在外圈中。按照本發(fā)明的另一種優(yōu)選的變換形式，力傳感器是電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片在此檢測腳踏軸承外圈上的由駕駛者的力作用引起的變形。在此特別優(yōu)選的是，在外圈的部分區(qū)域中設(shè)有彈性材料，其中，電阻應(yīng)變片布置在彈性材料上并且檢測彈性材料的由通過駕駛者的蹬踏產(chǎn)生的力作用引起的變形。 按照本發(fā)明的另一種優(yōu)選的變換形式，力傳感器被這樣地構(gòu)造，即它具有一個填充有液體的鉆孔，該鉆孔直接布置在外圈的外側(cè)上。由此，外圈與鉆孔中的液體接觸，其中，在鉆孔上還布置有用于檢測壓力變化的壓力傳感器。當(dāng)力由于駕駛者的蹬踏作用在腳踏軸承上時，腳踏軸承的外圈移動，使得鉆孔中的壓力傳感器能夠檢測壓力變化。優(yōu)選地，電動自行車的控制單元被這樣地設(shè)計，使得電動驅(qū)動裝置基于通過力傳感器在腳踏軸承上檢測到的踏板力值這樣地控制電動驅(qū)動裝置，從而始終存在預(yù)定的恒定的總驅(qū)動力，包括駕駛者的踏板力和由電動驅(qū)動裝置提供的力。由此保證電動自行車的均勻的行駛。視由駕駛者施加的驅(qū)動力的大小而定，附加地運行電動驅(qū)動裝置，其中，也可行的是，當(dāng)駕駛者通過踏板提供足夠的驅(qū)動力時，電動驅(qū)動裝置不運行。變換地，電動驅(qū)動裝置也可以被這樣地控制，使得分別附加地由電動驅(qū)動裝置施加由駕駛者施加的驅(qū)動力的一個預(yù)定百分比，例如20%。電動驅(qū)動裝置由此連續(xù)地以相同的百分比支持駕駛者。由電動驅(qū)動裝置提供的功率由此與由駕駛者通過肌肉力施加的功率相耦合。


下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在附圖中圖I是按照本發(fā)明的第一實施例的電動自行車的示意圖，圖2是圖I的自行車的機械驅(qū)動裝置的示意圖，圖3是圖I的腳踏軸承的示意性剖視圖，圖4是按照本發(fā)明的第二實施例的自行車的腳踏軸承的示意性俯視圖，圖5是按照本發(fā)明的第三實施例的自行車的腳踏軸承的示意性剖視圖，圖6是按照本發(fā)明的第四實施例的自行車的腳踏軸承的立體視圖，圖7是按照本發(fā)明的第五實施例的自行車的腳踏軸承的示意性剖視圖。
具體實施例方式下面參照圖I至3詳細(xì)描述按照本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的自行車I。如由圖I的示意圖可見，電動自行車I包括曲柄傳動裝置2以及電動驅(qū)動裝置3。電動驅(qū)動裝置3借助控制單元4被控制，其中，控制單元4與自行車方向盤上的手動開關(guān)12連接。駕駛者能夠借助手動開關(guān)12接通或關(guān)斷具有電力支持的行駛。另外，自行車I包括可充電電池11，它給電動驅(qū)動裝置3以及控制單元4供電。曲柄傳動裝置2在圖2和3中示意性地被示出。曲柄傳動裝置2在此包括腳踏軸承20，該腳踏軸承具有內(nèi)圈21、外圈22和布置在內(nèi)圈和外圈之間的、呈球形式的滾動體23(見圖3)。另外，曲柄傳動裝置2包括踏板24以及腳踏軸25。腳踏軸25支承在腳踏軸承20中。在腳踏軸25上另外布置有大齒輪26，該大齒輪與鏈條13處在配合中并且與布置在后輪上的小齒輪14連接。后支撐15在此將后輪轂與腳踏軸承20連接。如由圖3的示意圖所示，外圈22被構(gòu)造為支承殼，它在附加軸承6中可在雙箭頭B的直線方向上在兩個方向上移動。在支承殼上布置具有活塞10的力傳感器5,它的一個端部IOa到達(dá)壓力測量室7。壓力測量室7被構(gòu)造為填充空氣的空腔并且一個壓力傳感器8布置在壓力測量室7中。另外，壓力測量室7包括壓力調(diào)節(jié)裝置9，它同樣被構(gòu)造為活塞元件并且它通過預(yù)緊力C在壓力測量室7中產(chǎn)生預(yù)給定的壓力。腳踏軸承20的運動在此能夠通過以下方式實現(xiàn)，即分別在運動方向上在外圈22側(cè)旁設(shè)置第一氣隙16和第二氣隙17。為了更好的導(dǎo)向，外圈22在此同樣具有在附加軸承6上導(dǎo)向的外表面。 按照本發(fā)明的自行車的功能在此如下。當(dāng)駕駛者蹬踏到踏板中時，他在踏板24上產(chǎn)生蹬踏力Fl (見圖2)。如在圖2中通過箭頭D所示，在此實現(xiàn)鏈條張緊，這導(dǎo)致后支撐15的下沉。由此在曲柄傳動裝置2的方向上引起力并且由此引起作用在腳踏軸承20上的力F2。由于力F2，腳踏軸承20在附加軸承6中在箭頭A的方向上運動，從而活塞10進(jìn)一步移動到壓力測量室7中。壓力測量室7中的壓力由此變化，因為壓力調(diào)節(jié)裝置9的活塞是固定的。該壓力變化能夠通過壓力傳感器8檢測。因此，壓力測量室7中的壓力變化與由駕駛者施加的蹬踏力Fl成比例。通過這樣構(gòu)造的力傳感器5檢測到的壓力變化由此被輸送給控制單元4，控制單元然后例如基于之前存儲的值或基于計算計算出通過駕駛者產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩并且然后將其與希望-額定-轉(zhuǎn)矩比較。如果由駕駛者產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在此小于希望-額定-轉(zhuǎn)矩，那么控制單元4這樣地控制電動驅(qū)動裝置3，使得電動驅(qū)動裝置產(chǎn)生差值。要注意的是，控制單元4也可以被設(shè)計成其它形式，其方式是控制單元例如根據(jù)由駕駛者產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩這樣地控制電動驅(qū)動裝置3，使得電動驅(qū)動裝置始終額外地產(chǎn)生由駕駛者產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的一個預(yù)先確定的百分比，例如在10至50%之間。另外要注意的是，壓力傳感器8僅僅必須被設(shè)計用于檢測壓力變化并且因此能夠非常簡單且成本低廉地被構(gòu)造，因為壓力傳感器不必檢測絕對壓力。因此，按照本發(fā)明能夠直接在腳踏軸承20上通過出現(xiàn)在腳踏軸承上的支承力來檢測通過電動機的支持度。力傳感器可以在此布置在腳踏軸承20的外側(cè)上，使得在腳踏軸上不必預(yù)留用于可能在那里安裝的傳感器的附加結(jié)構(gòu)空間。因此腳踏軸能夠無長度變化地被用于其它任務(wù)，例如攜動、空轉(zhuǎn)等。圖4示出按照本發(fā)明第二實施例的自行車，其中，相同或功能相同的部件以在以上實施例中相同的附圖標(biāo)記表示。第二實施例基本上對應(yīng)于第一實施例，其中，在壓力測量室7中布置液壓液體而不是空氣。由此能夠通過壓力傳感器8實現(xiàn)對壓力變化的更精確的檢測。在第一和第二實施例方面要注意的是，不僅經(jīng)由氣體壓力而且經(jīng)由液壓測量的支承力測量能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與軸承的空間分開。由此能夠?qū)崿F(xiàn)的是，傳感器可以被安裝在任意部位上并且尤其是甚至也可以安裝在控制單元4的印制電路板上。壓力可以例如通過柔性的軟管直接傳遞到控制單元4的印制電路板上的壓力傳感器上。由此能夠?qū)崿F(xiàn)電動自行車的簡單構(gòu)造并且尤其是能夠設(shè)置中央控制裝置，該中央控制裝置不僅能夠集成用于力測量的控制單元，而且能夠集成其它的控制單元，例如用于電池檢查或用于電光的控制單元。由此尤其是得到用于控制裝置的大的成本優(yōu)點。圖5示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的自行車的示意圖，其中，相同的部件以在以上實施例中相同的附圖標(biāo)記表示。在第三實施例中，作為壓力傳感器設(shè)置壓電傳感器18，它布置在腳踏軸承20的外圈21上。如圖5所示，在該實施例中壓電傳感器是外圈22的一部分。如果現(xiàn)在在軸承上作用一個力F2，那么壓電傳感器18的材料彈性地變形，從而出現(xiàn)電荷變化?，F(xiàn)在能夠測量壓電傳感器18上的相應(yīng)的電壓，其中，電壓的高低是出現(xiàn)在腳踏軸承上的力的量度。
圖6示出按照本發(fā)明第四實施例的力傳感器，其中，相同或功能相同的部件以在以上實施例中相同的附圖標(biāo)記表示。在圖6的立體視圖中可見，在外圈22的外側(cè)上布置有彈性材料30。在彈性材料30中布置有電阻應(yīng)變片31。當(dāng)力作用在腳踏軸承20上時，該腳踏軸承被移動并且彈性材料30被壓縮。借助電阻應(yīng)變片31能夠測量彈性材料30的變形。電阻應(yīng)變片如在以上實施例中那樣又與控制單元4連接(未示出)，其中，電阻應(yīng)變片的應(yīng)變是存在于腳踏軸承20上的力的量度并且由此是由駕駛者產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的量度。圖7示出本發(fā)明的第五實施例，其中，相同或功能相同的部件以在以上實施例中相同的附圖標(biāo)記表示。如圖7所示，第五實施例的力傳感器包括一個鉆孔40，該鉆孔填充有液體。在鉆孔40上布置壓力傳感器8，該壓力傳感器又檢測鉆孔中的壓力變化。腳踏軸承20的外圈22在此與鉆孔中的液體接觸，從而在出現(xiàn)導(dǎo)致腳踏軸承移動的力F2時，外圈22進(jìn)一步沉入到鉆孔40的液體中，使得由此得到鉆孔40中的壓力上升。壓力上升可以作為壓力變化通過壓力傳感器8接收并且如在其它實施例中所描述那樣傳輸給控制單元4。該實施例在其它方面對應(yīng)于以上實施例，從而可以參考在那里給出的描述。
權(quán)利要求
1.電動自行車，包括 具有踏板(24)、腳踏軸(25)和用于支承腳踏軸(25)的腳踏軸承(20)的曲柄傳動裝置(2),所述腳踏軸承具有內(nèi)圈(21)、外圈(22)和布置在內(nèi)圈和外圈之間的滾動體(23)， 用于驅(qū)動自行車的電動驅(qū)動裝置(3 )， 用于控制所述電動驅(qū)動裝置(3)的控制單元(4)，和 力傳感器(5)，該力傳感器布置在所述腳踏軸承上并且該力傳感器與所述控制單元(4)連接，以便在所述腳踏軸承(20)上檢測由駕駛者施加到所述曲柄傳動裝置(2)上的力， 其中，所述控制單元(4)被設(shè)計用于基于通過所述力傳感器(5)接收到的支承力的值來控制所述電動驅(qū)動裝置(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的電動自行車，其特征在于，所述力傳感器(5)包括壓力測量室(7)、布置在壓力測量室(7)上的壓力傳感器(8)和附加軸承(6)，所述腳踏軸承(20)的外圈(21)支承在所述附加軸承中，其中，所述腳踏軸承(20)的外圈(22)在直線方向(B)上可運動地被支承，使得在力作用到所述腳踏軸承(20)上時出現(xiàn)所述外圈(22)的移動，該移動引起所述壓力測量室(7)中的壓力變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電動自行車，其特征在于，在所述外圈(22)上布置有活塞元件(10)，并且所述壓力測量室(7)與所述外圈(22)在空間上被分開，其中，所述活塞元件(10)伸到所述壓力測量室(7)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電動自行車，還包括壓力調(diào)節(jié)裝置(9)，該壓力調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)所述壓力測量室(7)中的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4之一的電動自行車，其特征在于，所述壓力測量室(7)填充有液態(tài)介質(zhì)或氣態(tài)介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的電動自行車，其特征在于，所述力傳感器是布置在所述外圈(22)上的壓電傳感器(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的電動自行車，其特征在于，所述力傳感器是布置在所述外圈(22)上的電阻應(yīng)變片(31)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電動自行車，其特征在于，在所述外圈(22)的部分區(qū)域上布置有彈性材料(30 )，其中，構(gòu)造為電阻應(yīng)變片的力傳感器與所述彈性材料(30 )接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的電動自行車，其特征在于，所述力傳感器包括一個填充有液體的鉆孔(40)，該鉆孔布置在所述外圈(22)的外側(cè)上并且與所述外圈(22)的外側(cè)接觸，其中，在所述鉆孔(40)上還布置有用于檢測所述鉆孔中的介質(zhì)的壓力變化的壓力傳感器(8)。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的電動自行車，其特征在于，所述控制單元(4)被設(shè)計用于這樣地控制所述電動驅(qū)動裝置(3)，使得所述電動驅(qū)動裝置(3)提供一個驅(qū)動力，從而與駕駛者的踏板操作無關(guān)地始終存在預(yù)定的恒定的總驅(qū)動力，或者使得所述電動驅(qū)動裝置提供一個始終相當(dāng)于由駕駛者施加的驅(qū)動力的預(yù)定百分比的驅(qū)動力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動自行車，包括具有踏板(24)、腳踏軸和用于支承腳踏軸的腳踏軸承(20)的曲柄傳動裝置(2)，所述腳踏軸承具有內(nèi)圈、外圈和布置在內(nèi)圈和外圈之間的滾動體；用于驅(qū)動自行車的電動驅(qū)動裝置；用于控制所述電動驅(qū)動裝置的控制單元；和力傳感器(5)，該力傳感器布置在所述腳踏軸承上并且該力傳感器與所述控制單元連接，以便在所述腳踏軸承(20)上檢測由駕駛者施加到曲柄傳動裝置(2)上的力，其中，所述控制單元被設(shè)計用于基于通過所述力傳感器(5)接收到的支承力的值來控制所述電動驅(qū)動裝置。
文檔編號B62K19/34GK102753428SQ201180009221
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者M·齊維茨, P·基米希, Q-D·阮, S·施托普爾 申請人:羅伯特·博世有限公司