技术领域
[0001] 本
发明涉及一种具有受踏板力控制的电动驱动装置的
电动自行车。
背景技术
[0002] 最近具有电动辅助驱动装置的自行车越来越受欢迎。电动驱动装置在此能够根据驾驶者的希望被接通，从而提供受限制的蹬踏支持。变换地，在一定的时间间隔上也可以仅仅借助电动驱动装置行驶。如果电动驱动装置应当被用于蹬踏支持，那么应当能够根据由驾驶者通过踏板提供的驱动力来改变电动驱动装置的驱动力。在此，尤其是应当注意成本有利且简单的结构。另外在自行车的
曲柄传动装置的区域中也仅存在有限的结构空间。
发明内容
[0003] 按照本发明的具有
权利要求1的特征的电动自行车相对于此具有优点，即能够实现对由驾驶者通过踏板施加的力的精确测量。这此外能够实现的是：能够根据所施加的驾驶者力来控制电动驱动装置，以便在需要时提供附加的通过电动驱动装置施加的驱动力。这按照本发明通过以下方式实现：力
传感器布置在
脚踏轴承上，其中力传感器与用于控制电动驱动装置的控制单元连接。力传感器在此在脚踏轴承上检测由驾驶者施加到曲柄传动装置上的力。即通过驾驶者的蹬踏在踏板上施加一个力，使得电动自行车的链条张紧。一个将后
轮毂与脚踏轴承连接的
支撑由此下沉，使得产生向着脚踏轴承方向的力作用，该力作用与驾驶者施加的力成比例。由此能够通过脚踏轴承上的力传感器求出由驾驶者提供的驱动力。按照本发明在此也能够实现的是，由驾驶者施加的驱动力在起动时就已经直接被测量并且电动驱动装置能够相应地被控制。由此能够提供受踏板力控制的电动驱动装置。
[0004]
从属权利要求示出了本发明的优选扩展构型。
[0005] 力传感器优选地包括一个带有布置在其中的
压力传感器的压力测量室以及一个用于直线支承脚踏轴承的
外圈的附加轴承。脚踏轴承的外圈通过附加轴承在直线方向上可运动地被支承，使得在力作用到脚踏轴承上时出现外圈的移动，该移动引起压力测量室中的压力变化。该压力变化能够通过压力传感器接收。由此能够在脚踏轴承上检测由驾驶者提供的力。
[0006] 特别优选地，在此在脚踏轴承的外圈上布置
活塞元件。在此，压力测量室和外圈此外在空间上相互分开，其中，活塞元件伸入到压力测量室中。由此，外圈的由在踏板上的力作用产生的运动引起活塞元件的移动，这导致压力测量室中的压力变化。
[0007] 压力测量室的使用此外能够实现的是，例如压力传感器能够直接布置在控制装置的印制
电路板上，其中，压力传感器例如通过软管与压力测量室连接。由此尽管由于压力软管的铺设产生一定的耗费，但是控制装置、尤其是控制装置的印制
电路板能够明显被简化，使得由此得到大的成本优点。另外可能的是，对于电动自行车由此仅设置一个中央控制装置，它将电动直行车中的所有需要的控制任务、例如
电池管理或自行车计算机等集成到中央控制装置中。
[0008] 进一步优选地，按照本发明的自行车包括压力调节装置，它调节压力测量室中的压力。由此能够实现的是，压力测量室可以用于不同的应用情形，例如不同的电动自行车如城市自行车或用于长途自行车等。
[0009] 特别优选地，在此压力测量室填充有液态介质或气态介质、尤其是空气。
[0010] 按照本发明的一种优选变换形式，力传感器可以是布置在外圈上的
压电传感器。压电传感器在此直接与外圈
接触或通过中间元件布置在外圈上。压电传感器在此也可以集成在外圈中。
[0011] 按照本发明的另一种优选的变换形式，力传感器是
电阻应变片。电阻应变片在此检测脚踏
轴承外圈上的由驾驶者的力作用引起的
变形。在此特别优选的是，在外圈的部分区域中设有弹性材料，其中，电阻应变片布置在弹性材料上并且检测弹性材料的由通过驾驶者的蹬踏产生的力作用引起的变形。
[0012] 按照本发明的另一种优选的变换形式，力传感器被这样地构造，即它具有一个填充有液体的钻孔，该钻孔直接布置在外圈的外侧上。由此，外圈与钻孔中的液体接触，其中，在钻孔上还布置有用于检测压力变化的压力传感器。当力由于驾驶者的蹬踏作用在脚踏轴承上时，脚踏轴承的外圈移动，使得钻孔中的压力传感器能够检测压力变化。
[0013] 优选地，电动自行车的控制单元被这样地设计，使得电动驱动装置基于通过力传感器在脚踏轴承上检测到的踏板力值这样地控制电动驱动装置，从而始终存在预定的恒定的总驱动力，包括驾驶者的踏板力和由电动驱动装置提供的力。由此保证电动自行车的均匀的行驶。视由驾驶者施加的驱动力的大小而定，附加地运行电动驱动装置，其中，也可行的是，当驾驶者通过踏板提供足够的驱动力时，电动驱动装置不运行。变换地，电动驱动装置也可以被这样地控制，使得分别附加地由电动驱动装置施加由驾驶者施加的驱动力的一个预定百分比，例如20%。电动驱动装置由此连续地以相同的百分比支持驾驶者。由电动驱动装置提供的功率由此与由驾驶者通过肌肉力施加的功率相耦合。
附图说明
[0014] 下面参照附图详细描述本发明的优选
实施例。在附图中：
[0015] 图1是按照本发明的第一实施例的电动自行车的示意图，
[0016] 图2是图1的自行车的机械驱动装置的示意图，
[0017] 图3是图1的脚踏轴承的示意性剖视图，
[0018] 图4是按照本发明的第二实施例的自行车的脚踏轴承的示意性俯视图，[0019] 图5是按照本发明的第三实施例的自行车的脚踏轴承的示意性剖视图，[0020] 图6是按照本发明的第四实施例的自行车的脚踏轴承的立体视图，[0021] 图7是按照本发明的第五实施例的自行车的脚踏轴承的示意性剖视图。
具体实施方式
[0022] 下面参照图1至3详细描述按照本发明第一优选实施例的自行车1。
[0023] 如由图1的示意图可见，电动自行车1包括曲柄传动装置2以及电动驱动装置3。电动驱动装置3借助控制单元4被控制，其中，控制单元4与自行车
方向盘上的手动
开关12连接。驾驶者能够借助手动开关12接通或关断具有电力支持的行驶。另外，自行车1包括可充电电池11，它给电动驱动装置3以及控制单元4供电。
[0024] 曲柄传动装置2在图2和3中示意性地被示出。曲柄传动装置2在此包括脚踏轴承20，该脚踏轴承具有
内圈21、外圈22和布置在内圈和外圈之间的、呈球形式的
滚动体23（见图3）。另外，曲柄传动装置2包括踏板24以及脚踏轴25。脚踏轴25支承在脚踏轴承20中。在脚踏轴25上另外布置有大
齿轮26，该大齿轮与链条13处在配合中并且与布置在后轮上的
小齿轮14连接。后支撑15在此将后轮毂与脚踏轴承20连接。
[0025] 如由图3的示意图所示，外圈22被构造为支承壳，它在附加轴承6中可在双箭头B的直线方向上在两个方向上移动。在支承壳上布置具有活塞10的力传感器5，它的一个端部10a到达压力测量室7。压力测量室7被构造为填充空气的空腔并且一个压力传感器8布置在压力测量室7中。另外，压力测量室7包括压力调节装置9，它同样被构造为活塞元件并且它通过预紧力C在压力测量室7中产生预给定的压力。脚踏轴承20的运动在此能够通过以下方式实现，即分别在运动方向上在外圈22侧旁设置第一气隙16和第二气隙
17。为了更好的导向，外圈22在此同样具有在附加轴承6上导向的外表面。
[0026] 按照本发明的自行车的功能在此如下。当驾驶者蹬踏到踏板中时，他在踏板24上产生蹬踏力F1（见图2）。如在图2中通过箭头D所示，在此实现链条张紧，这导致后支撑15的下沉。由此在曲柄传动装置2的方向上引起力并且由此引起作用在脚踏轴承20上的力F2。由于力F2，脚踏轴承20在附加轴承6中在箭头A的方向上运动，从而活塞10进一步移动到压力测量室7中。压力测量室7中的压力由此变化，因为压力调节装置9的活塞是固定的。该压力变化能够通过压力传感器8检测。因此，压力测量室7中的压力变化与由驾驶者施加的蹬踏力F1成比例。通过这样构造的力传感器5检测到的压力变化由此被输送给控制单元4，控制单元然后例如基于之前存储的值或基于计算计算出通过驾驶者产生的驱动转矩并且然后将其与希望-额定-转矩比较。如果由驾驶者产生的转矩在此小于希望-额定-转矩，那么控制单元4这样地控制电动驱动装置3，使得电动驱动装置产生差值。要注意的是，控制单元4也可以被设计成其它形式，其方式是控制单元例如根据由驾驶者产生的转矩这样地控制电动驱动装置3，使得电动驱动装置始终额外地产生由驾驶者产生的转矩的一个预先确定的百分比，例如在10至50%之间。另外要注意的是，压力传感器8仅仅必须被设计用于检测压力变化并且因此能够非常简单且成本低廉地被构造，因为压力传感器不必检测绝对压力。
[0027] 因此，按照本发明能够直接在脚踏轴承20上通过出现在脚踏轴承上的支承力来检测通过
电动机的支持度。力传感器可以在此布置在脚踏轴承20的外侧上，使得在脚踏轴上不必预留用于可能在那里安装的传感器的附加结构空间。因此脚踏轴能够无长度变化地被用于其它任务，例如携动、空转等。
[0028] 图4示出按照本发明第二实施例的自行车，其中，相同或功能相同的部件以在以上实施例中相同的附图标记表示。第二实施例基本上对应于第一实施例，其中，在压力测量室7中布置
液压液体而不是空气。由此能够通过压力传感器8实现对压力变化的更精确的检测。
[0029] 在第一和第二实施例方面要注意的是，不仅经由气体压力而且经由液压测量的支承力测量能够实现传感器与轴承的空间分开。由此能够实现的是，传感器可以被安装在任意部位上并且尤其是甚至也可以安装在控制单元4的印制电路板上。压力可以例如通过柔性的软管直接传递到控制单元4的印制电路板上的压力传感器上。由此能够实现电动自行车的简单构造并且尤其是能够设置中央控制装置，该中央控制装置不仅能够集成用于力测量的控制单元，而且能够集成其它的控制单元，例如用于电池检查或用于电光的控制单元。由此尤其是得到用于控制装置的大的成本优点。
[0030] 图5示出根据本发明第三实施例的自行车的示意图，其中，相同的部件以在以上实施例中相同的附图标记表示。在第三实施例中，作为压力传感器设置压电传感器18，它布置在脚踏轴承20的外圈21上。如图5所示，在该实施例中压电传感器是外圈22的一部分。如果现在在轴承上作用一个力F2，那么压电传感器18的材料弹性地变形，从而出现电荷变化。现在能够测量压电传感器18上的相应的
电压，其中，电压的高低是出现在脚踏轴承上的力的量度。
[0031] 图6示出按照本发明第四实施例的力传感器，其中，相同或功能相同的部件以在以上实施例中相同的附图标记表示。
[0032] 在图6的立体视图中可见，在外圈22的外侧上布置有弹性材料30。在弹性材料30中布置有电阻应变片31。当力作用在脚踏轴承20上时，该脚踏轴承被移动并且弹性材料30被压缩。借助电阻应变片31能够测量弹性材料30的变形。电阻应变片如在以上实施例中那样又与控制单元4连接（未示出），其中，电阻应变片的应变是存在于脚踏轴承20上的力的量度并且由此是由驾驶者产生的转矩的量度。
[0033] 图7示出本发明的第五实施例，其中，相同或功能相同的部件以在以上实施例中相同的附图标记表示。
[0034] 如图7所示，第五实施例的力传感器包括一个钻孔40，该钻孔填充有液体。在钻孔40上布置压力传感器8，该压力传感器又检测钻孔中的压力变化。脚踏轴承20的外圈22在此与钻孔中的液体接触，从而在出现导致脚踏轴承移动的力F2时，外圈22进一步沉入到钻孔40的液体中，使得由此得到钻孔40中的压力上升。压力上升可以作为压力变化通过压力传感器8接收并且如在其它实施例中所描述那样传输给控制单元4。该实施例在其它方面对应于以上实施例，从而可以参考在那里给出的描述。
