(57)【要約】  本発明は、自転車ペダル駆動部のトルクセンサのオフセットエラーを検出するための方法に関する。ペダル位置、ペダル回転数、ペダル回転方向又はペダル駆動部の相対的な操作強度を表す少なくとも一つのペダル操作値を検出することによって、トルクがトルクセンサに実質的に作用しない状態が求められる。オフセットエラーを表す信号値を有しているトルクセンサのトルク信号を前記状態中に検出する。更に本発明は、本発明による方法を実施するための装置に関する。
2013536445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車ペダル駆動部のトルクセンサ（２６）のオフセットエラーを検出するための方法において、
ペダル位置、ペダル回転数、ペダル回転方向又は前記ペダル駆動部の相対的な操作強度を表す少なくとも一つのペダル操作値を検出することによって、トルクが前記トルクセンサ（２６）に実質的に作用しない状態を求めるステップと、
オフセットエラーを表す信号値を有している前記トルクセンサ（２６）のトルク信号を前記状態中に検出するステップとを備えていることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記ペダル駆動部における角度センサ（３０）を用いて検出される前記ペダル位置が前記自転車ペダル駆動部の実質的に垂直な位置に相当する状態において前記トルク信号を検出するか、又は、
前記ペダル駆動部における角度センサ（３０）又は回転数センサを用いて検出される前記ペダル回転数が前記自転車ペダル駆動部のフライホイールの分離状態を特徴付けている所定の力伝達閾値を下回っている状態において前記トルク信号を検出するか、又は、
前記トルクセンサ（２６）の信号の相対的な経過によって検出される前記操作強度が相対的な極小値を有している状態において前記トルク信号を検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ペダル位置が実質的に垂直であり、更に前記ペダル回転数が、検出された回転車輪角速度と設定されたペダル駆動部／被駆動部変速比との商よりも小さいか、又は該商以下である状態において前記トルク信号を検出し、それにより前記ペダル駆動部のフライホイールを開かれた状態にするか、又は、
前記ペダル回転数が回転車輪角速度と設定されたペダル駆動部／被駆動部変速比との商を表す所定の力伝達閾値を下回るときに前記トルク信号を検出する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
負のペダル回転方向が検出されるか、又は、実質的に０のペダル回転数が検出されるか、又は、前記ペダル位置が実質的に時間的に変化しないときに前記トルク信号を検出する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
自転車ペダル駆動部に作用するトルクを検出するための方法において、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法を実施し、前記トルクセンサ（２６）を用いて前記トルクを検出し、
前記オフセットエラーを検出された前記トルクから減算し、検出されたオフセットエラーに応じてオフセットエラーが補償されているトルクを維持することを特徴とする、方法。
【請求項６】
自転車ペダル駆動部のトルクセンサ（２６）のオフセットエラーを検出するための装置において、
前記装置は、前記ペダル駆動部に設けられている角度センサ（３０）又は回転数センサ又は回転方向センサからの信号を受信するよう構成されているデータインタフェース（４２）を備えており、
前記データインタフェースは更に、前記トルクセンサ（２６）からの信号を受信するよう構成されており、
前記装置は更に負荷検出装置（４４）を備えており、該負荷検出装置（４４）は前記角度センサ、前記回転数センサ又は前記回転方向センサからの信号に基づき、トルクが前記トルクセンサに実質的に作用しない状態を検出し、
前記装置は更にオフセット検出装置（４６）を備えており、該オフセット検出装置（４６）は、トルクが前記トルクセンサに実質的に作用しないときに前記負荷検出装置から出力されるトリガ信号を検出するために前記負荷検出装置（４４）と接続されており、
前記オフセット検出装置（４６）は、前記トリガ信号の受信時に前記トルクセンサ（２６）からの信号をオフセットエラーとして検出するよう構成されていることを特徴とする、装置。
【請求項７】
前記負荷検出装置（４４）は比較ユニットを備えており、該比較ユニットは、前記角度センサ（３０）の信号を、実質的に垂直なペダル位置を表す値と比較するよう構成されているか、又は、前記回転数センサの信号を実質的に０の値、もしくは、フライホイール、特に前記ペダル駆動部のフライホイールが開かれていることを推定できる値と比較するよう構成されているか、又は、前記回転方向センサの信号を、フライホイールが開かれた際のペダルの逆踏みに対応する符号と比較するよう構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記装置は更に、前記オフセットエラーを呼び出し可能に記憶するよう構成されているメモリを備えているか、又は、
前記装置は、複数のトルク値を呼び出し可能に格納可能なメモリと、該メモリと接続されており、且つ、前記複数のトルク値の内の最小トルク値を求めてオフセットエラーとするよう構成されている極小値検出装置とを備えている、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は更にフライホイール限界を求めるためのユニットを備えており、該ユニットは速度測定器を接続するためのインタフェースと選択された変速比の検出ユニットとを備えており、
前記ユニットは、前記速度測定器の速度値と前記変速比とから、前記速度値の維持に必要とされるペダル角速度を算出し、前記ペダル角速度をフライホイール限界とするよう構成されており、
前記フライホイール限界に基づき、前記負荷検出装置（４４）は、トルクが前記トルクセンサに実質的に作用しないときに、前記角度センサ又は前記回転数センサからの信号を評価及び検出する、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
自転車ペダル駆動部に作用するトルクを検出するための装置（６０）において、
該装置（６０）は、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の装置を備えており、更に、補償装置（６４）を備えており、該補償装置（６４）は、前記トルクセンサの信号から前記オフセットエラーを減算してトルク信号とするよう構成されていることを特徴とする、装置（６０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ペダル駆動部（特に自転車のペダル駆動部）におけるトルクセンサは、ペダル駆動部に作用するトルクを検出し、そのトルクを表す信号を出力する。例えば、センサ内に機械的な基本応力が掛かると、測定結果を劣化させるオフセットエラーが生じる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、正確に規定されているトルクが（所定の重りによって）ペダルに加えられ、相応の信号が検出されることによって、トルクセンサの測定エラーが求められる方法が開示されている。測定エラーを求めるために、検出された信号を所定のトルクと関係付けることができる。しかしながらこの方法は、とりわけ重りを使用しなければならないことから煩雑なものであり、更には、自転車の通常運転中には容易に実施することができない。
【０００３】
特許文献２には、歪みセンサを用いて自転車フレームのねじれを検出することが開示されている。ねじれに基づき踏み込み力が検出される。つまり、ねじれ方向は双方向であるので（各ペダル側）、生じる信号は対称的である。ペダルに力が加えられていない間に測定信号が求められることによって、そのような対称性のずれが検出される。しかしながらセンサの配置構成に起因して、例えば、運転手が下側にあるペダルに体重を掛けていて、上側にあるペダルの負荷が比較的少ないときのように、両ペダルが垂直にあり、且つ、片側だけに負荷が掛かっている場合には、ペダルトルクには寄与しない垂直方向の力成分も検出されてしまう。従って、この刊行物に応じて求められた対称性のずれは、静力学的に不均一なペダルの負荷から生じる重大なエラーを包含している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】DE 42 27 586 A1
【特許文献２】DE 600 32 819 T2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の課題は、より高い精度を有するペダルトルク検出を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、独立請求項に記載されている特徴を備えた方法及び装置によって解決される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、ペダルトルクのより精確な検出を実現し、また本発明を廉価で、とりわけ簡単に入手可能なコンポーネントでもって実現することができる。通常のペダル駆動部の多数のコンポーネント及び制御部がシナジーを利用して一緒に使用される。特に本発明の機能の本質的な部分は、ペダル監視、速度測定又はギヤ伝動装置制御のような他の機能を既に担っているプロセッサ又は他のプログラミング可能データ処理ユニットによって実現することができる。本発明は、センサのオフセットの検出を製造の枠内でのみ実現するのではなく、センサの作動が損なわれることなく運転中にも実現することができる。
【０００８】
本発明によれば、ペダル踏み込み値が考察されることによって、ペダル駆動部に力が掛かっていない状態が求められる。そのような力が掛かっていない状態（即ち、トルクがトルクセンサに作用しない）状態においては、ペダル駆動部のトルクセンサの出力信号も０のトルク値に相当するべきであるので、この状態においてエラーが検出される。エラーは特にオフセット（オフセットエラーとも称する）、即ち、トルクセンサの信号値−力特性曲線（又は応力−力特性曲線）をセンサの信号値（即ち応力）の方向へとずらす値に関する。その種のオフセットは特にセンサにおける静力学的な機械的応力、例えば温度に依存する機械的応力によって惹起される。検出されたオフセットは、センサの出力信号がオフセット分だけ低減され、それにより出力信号がオフセットについて補償されることによって後の測定時に考慮される。更なる測定時にオフセットを事後的に考慮するオフセットの検出を較正とも称する。
【０００９】
本発明によれば、自転車のペダル駆動部におけるトルクが検出される。特に、ペダル（又はペダルクランク）から駆動部（特に後輪を駆動させるチェーン）に伝達されるトルクが検出される。
【００１０】
自転車は有利には、ペダル駆動部の他に電気駆動部も設けられている電動自転車（Ｅバイクとも称される）である。特に、電気駆動部の出力を制御するために、ペダル駆動部によりもたらされるペダル出力乃至トルクが検出されるべきなので、ペダルトルクを精確に検出することは有利である。本発明は、自転車又は電動自転車の通常の運転中に、即ち、自転車のペダル駆動部に著しいトルクが加わっておらず、従ってトルクもトルクセンサに作用しない、ペダル駆動部の休止期間中に、オフセットエラーを検出することができる。上述のように、センサを用いて検出された０のトルクはペダル駆動部のトルクと必ず結びついているが、これに対して上述の従来技術は、ペダル駆動部に（駆動）トルクが加えられていないにもかかわらず、ペダル駆動部（即ちペダル）に一面的な静力学的な負荷が掛かっているときにセンサにおいて機械的な応力を有している。
【００１１】
有利には、変速比が既知である伝動装置を備えた駆動部が使用される。変速比は選択されたギヤから得られる。更には、走行速度が既知である場合、即ち、自転車の車輪の角速度が既知である場合、場合によっては存在するペダル運動によってフライホイールが閉じられる（それによってトルクがトルクセンサに作用する）か否か、又は、フライホイールを閉じるためにペダル運動が過度に緩慢であるか否かを容易に求めることができる。それによって、トルクがトルクセンサに作用しない（又は最小トルクしかトルクセンサに作用しない）状態を求めることができる。更には、ペダル位置を考察することによってその種の状態を検出することができ、その際に、垂直ペダル位置は実質的に０である（トルクセンサに作用する）トルクと結合されている（即ち、ペダル位置はペダル運動の死点に相当する）。
【００１２】
垂直ペダル位置として、ペダル駆動部の回転中心点（即ちクランク軸の回転中心点）と、運転している人間が着座している点（厳密には、運転している人間が大腿骨の関節頭を有している点）とを通る線上にあるペダル位置を表す。換言すれば、「垂直」とは、運転手が自転車のサドルに座っており、脚をペダルに置いているときに、運転手の伸ばした脚が延びる方向である。従って自転車の構造に応じて、この垂直方向（即ち運転手から見て、垂直の運転方向）を（例えばリカンベントにおける）重力方向とは区別することができる。
【００１３】
更に、（所定の長さを有する時間窓内の）トルク信号の絶対的な極小値を無トルク点とみなすことができ、その極小値における信号値がオフセットとみなされる。有利な実施の形態においては、ペダル運動方向が無トルク状態に関する指標として検出される。このペダル運動方向が負である場合、フライホイールは開かれており、トルクセンサには実質的にトルクは作用しない。
【００１４】
有利には、逆踏みブレーキが設けられていないペダル駆動部が使用される。即ち、（逆踏みブレーキが作用し始める角度に達するまで）自由角度領域のみにわたり作用するフライホイールを備えているペダル駆動部が使用されるのではなく、ブレーキ作用無く角度に依存せずに動作するフライホイールを備えているペダル駆動部が使用される。逆踏みブレーキが使用される場合には、回転方向の反転から逆踏みブレーキの介入までの間の時間窓をオフセット補正に使用することができるか、又は、ペダルクランクが移動し始めてから逆踏みブレーキの制動作用が始まるまでの後方への回転角度によって生じる窓をオフセット補正に使用することができる。逆踏みブレーキの介入はペダル回転数０である時の負のトルクによって識別することができる。逆踏みブレーキの介入が識別される場合には、上述の全ての方法を逆踏みブレーキを用いる実施の形態においても適用することができる。
【００１５】
オフセットは、ｘ＝０でのトルクセンサの信号−トルク特性曲線のｙ軸区間である。
【００１６】
ペダル回転方向が単一の判定基準（負の回転方向→トルクセンサにトルクは生じていない）として使用されるが、ペダル位置及びペダル回転数のような別の動作パラメータを別の判定基準と組み合わせることができる。後者の場合には、オフセットを検出するために適用されなければならない別の判定基準、例えば所定の値を下回る走行速度、加速度又は回転車輪角速度を加えることができ、その際に、走行速度又は回転車輪角速度を選択されたギヤに関する別の判定基準と組み合わせることができる。これによって、開かれたフライホイール（また場合によっては開かれた逆踏みブレーキ）の実質的に０のトルクが結果として生じることが保証される。
【００１７】
従って本発明は、自転車ペダル駆動部のトルクセンサのオフセットエラーを検出するための方法に関する。トルクセンサはペダルから自転車の駆動部に伝達されるトルクを検出する。本発明の方法によれば、トルクがトルクセンサに実質的に作用しない状態が求められる。この状態は、ペダル駆動部のペダル位置、ペダル回転数又はペダル回転方向を表す少なくとも一つのペダル操作値を検出することによって求められる。従って、ペダル操作値の大きさはペダルの操作の強度を表し、その強度からトルクセンサに加えられるトルクを導出することができる。その際、駆動部の種類は考慮されず、即ち剛性の接続部は考慮されずに、フライホイール駆動部が考慮される。トルクセンサのトルク信号はこの（無負荷又は無トルクの）状態中に検出される。トルク信号の信号値はオフセットエラーを表す。換言すれば、トルクがトルクセンサに実質的に作用しない（即ち、ペダルから自転車の駆動部にトルクが伝達されない）間にトルクセンサが出力する値がオフセット値（即ちオフセットエラー）である。このオフセット値分だけトルクセンサの信号の質は低下しているので（ただしオフセット値は一定の直流成分を表す）、トルクセンサによって測定されたトルクを求めるために、オフセットエラーについて補正されている、センサから出力される信号が使用される。トルクセンサから出力されるオフセット信号からオフセットエラーが減算される。
【００１８】
本発明の特別な実施の形態においては、ペダル位置が自転車ペダル駆動部の実質的に垂直な位置に相当している状態においてトルク信号が検出される。ペダル位置はペダル駆動部における角度センサによって検出される。択一的に、ペダル回転数が所定の力伝達閾値を下回る状態においてトルク信号が検出される。力伝達閾値は、自転車（ペダル）駆動部、例えばチェーン駆動部のフライホイールの分離状態を特徴付ける。分離状態は、フライホイールの開かれた状態から閉じられた状態への移行期に相当する。ペダル駆動部が回転車輪における運動に関して、その回転車輪における関係付けられた角速度よりも小さい角速度でペダル駆動部が操作される場合、フライホイールは開かれたままである。該当する関連性はギヤ伝動装置の変速比から得られる。フライホイールが開かれているときに分離状態が生じる。選択されたギヤの正確な知識が無い状態で実施した場合にも、単に最大変速比が既知であれば本方法を使用することができる。ある走行速度において発生頻度が、最大変速比においてフライホイールを閉じるために必要とされる値を下回る場合には、フライホイールが開かれていると推論することができる。考えられる最大の変速比は、所定の変速比又はセンサによって検出された変速比の位置において生じる。
【００１９】
択一的に、（オフセットエラーを求めるための）トルク信号は操作力が相対的な極小値を有している状態において検出される。操作力は相対的な特性量であり、トルクセンサの信号の相対的な経過によって表される。極小値は、トルクセンサの連続する複数のセンサ値を継続的に比較することによって、及び／又は、センサ信号の時間微分、例えばセンサ信号の一次時間微分の符号変化によって検出される。極小値、有利には相対的な複数の極小値の内の最小極小値がオフセットエラーとみなされる。この検出は有利には、トルク負荷が０であること、例えば垂直のペダル角度又は開かれたフライホイールと結合されているペダル駆動部の角速度を示唆する別の特性量と組み合わされる（即ち、ペダル駆動部の角速度は回転車輪又は駆動歯車の角速度よりも低く、角速度の内の一つが変速比を用いて他の角速度と同じ基準点に転用される）。
【００２０】
ペダル回転数は角度センサを用いて（即ち、角度センサの信号の時間微分によって）検出されるか、又はペダル駆動部における回転数センサを用いて検出される。変速比は、自転車の駆動部（即ち回転車輪／後輪）におけるペダル運動を伝達するギヤ伝動装置のアクチュエータによって設定されるか、又は、アクチュエータを駆動制御する制御部によって設定されるか、又は、調整されたギヤを検出するギヤ伝動装置センサによって設定される。
【００２１】
有利には、ペダル位置が実質的に垂直である状態、即ちペダル駆動部が死点角度にある状態（上記参照）においてトルク信号が検出される。トルク信号（即ちオフセットエラー）が検出される状態においては、ペダル回転数が、検出された回転車輪角速度と設定されたペダル駆動部／被駆動部変速比の商よりも小さい。これは調整されたギヤに相当する（上記参照）。オフセットエラーが検出される状態を設けるために、ペダル回転数が、検出された回転車輪角速度と調整されたペダル駆動部／被駆動部変速比の商を下回っても良い。等しい場合には、フライホイールが開かれた状態から閉じられた状態に移行しているときであるが、しかしながら（回転速度は等しいので）トルクは伝達されない。
【００２２】
ペダル駆動部のフライホイールは、回転車輪又は駆動車輪においてはペダル駆動部における運動よりも大きい運動が存在しないことから、開かれた状態にある。別の可能性では、ペダル回転数が所定の力伝達閾値を下回るときにトルク信号が検出され、また力伝達閾値が回転車輪角速度と調整されたペダル駆動部／被駆動部変速比の商を表す。従って、力伝達閾値は、ペダル駆動部を少なくとも運転させ、それによりペダル駆動部から回転車輪へとトルクを伝達するため、即ちフライホイールを閉じるためにペダル駆動部を少なくとも運転させるために必要とされる角速度を表す。角速度を比較する際には、角速度がギヤ伝動装置の変速比に応じて変化し、フライホイール又は回転車輪又は駆動車輪に出力されるように変更されることが考慮されなければならない。従って複数の角速度が比較され、それら複数の角速度の内の一つが比較の基準点（ペダル駆動部又は駆動車輪）に依存して変速比又はその逆数と乗算される。
【００２３】
有利な実施の形態として、負のペダル回転方向が検出される場合にトルク信号が検出される。この実施の形態は特に、逆踏みブレーキを備えていない（例えばディレーラー変速機を備えている）自転車又は電動自転車において使用される。更にこの実施の形態を、逆踏みブレーキが制動トルクを生じさせるときにはトルク信号が検出されない限り、逆踏みブレーキを有している自転車において使用することができる。択一的に、実質的に０のペダル回転数が検出されるか、又は、ペダル位置が実質的に時間的に変化しないときにトルク信号が検出される。逆方向の運動又はペダル駆動部の運動が生じないことは、開かれたフライホイールと結び付けられており、それにより外的なトルクを０とみなすことができ、トルクセンサの同時的な信号検出はオフセットエラーを生成する。
【００２４】
本発明による方法は特にトルクを検出するための方法に統合され、その際に、上述の方法は測定結果からオフセットエラーを除去するために較正又は補償調整に使用される。本発明によれば、トルクセンサの通常の運転中にオフセットエラーが検出され、測定時に考慮される。従って本発明は、自転車ペダル駆動部に作用するトルクを検出するための方法によって同様に実現される。ここでは本発明による方法がオフセットエラーを検出するために実施される。更には、トルクセンサを用いてトルクが検出される。オフセットエラーは、そのようにして検出されたトルクから減算される。（補償後、即ちオフセットエラーの減算後に）検出されたオフセットエラーに応じてオフセットエラーが補償されているトルクが生じる。通常の場合はペダル駆動部に負荷が掛けられていなければトルク値は求められないので、本発明によるオフセットエラーの検出はトルクセンサの通常の動作を妨げることはない。
【００２５】
更に本発明によれば、本方法の実施に適している装置が提供される。自転車ペダル駆動部のトルクセンサのオフセットエラーを検出するためのその種の装置の一つの実施の形態はデータインタフェースを含んでいる。データインタフェースはペダル駆動部に設けられている、角度センサ、回転数センサ又は回転方向センサからの信号を受信するために構成されている。インタフェースはアナログ式又はディジタル式で良い。
【００２６】
データインタフェースは更にトルクセンサから信号を受信するよう構成されている。装置は更に、角度センサ、回転数センサ及び／又は回転方向センサからの信号に基づき、トルクがトルクセンサに実質的に作用しない状態を検出することができる負荷検出装置を含んでいる。装置は更に、トリガ信号を検出するための負荷検出装置と接続されているオフセット検出装置を含んでいる。それらのトリガ信号は、トルクがトルクセンサに実質的に作用しないときに負荷検出装置から出力される。つまり負荷検出装置はその種のトリガ信号を出力するよう構成されている。
【００２７】
更には、トルクセンサからの信号を検出するために負荷検出装置をデータインタフェースと接続することができ、この場合、負荷検出装置はこの信号における相対的な極小値を検出し、その極小値の検出時にトリガ信号を出力するよう構成されている。この場合、センサに加えられる最小トルクは０であり、それにより、その相対的な極小値が無負荷状態を表すことが想定される。有利には、複数の相対的な極小値の内の最小極小値が検出されるとトリガ信号を出力するよう負荷検出装置は構成されている。更には、極小値又は最小極小値が検出され、それと同時に角度センサの信号がペダルの垂直位置を表す場合にのみトリガ信号を出力するよう負荷検出装置を構成することができる。この場合、負荷検出装置は論理的なＡＮＤ結合部を含んでいる。
【００２８】
オフセット検出装置は、トリガ信号の受信時にトルクセンサからの信号がオフセットエラーとして検出されるよう構成されている。トリガ信号は、トルクがトルクセンサに実質的に作用せず、多数の種類の信号又は命令で実現することができる状態を表す。
【００２９】
有利には、負荷検出装置は比較ユニット（又は比較器）を含んでいる。比較ユニットは、角度センサの信号を、実質的に垂直のペダル位置を表す値と比較するよう構成されている。これに択一的又は付加的に、比較ユニットは、回転数センサの信号を実質的に０である値、又は、ペダル駆動部のフライホイールが開かれていることを推定することができる値と比較するよう構成されている。更には、回転方向センサの信号を、フライホイールが開かれた際の逆方向の発生に相当する符号と比較するよう構成されている。後者の場合には、回転方向センサの該当する符号を検出するよう比較ユニットは構成されている。
【００３０】
更には、特に有利な実施の形態では、オフセットエラーを呼び出し可能に記憶するために構成されているメモリが設けられている。これによって、測定時に目下のオフセットエラーを呼び出すことができ、それによりオフセットエラーを測定方法において考慮することができる。更に装置には、複数のトルク値を呼び出し可能に格納することができるメモリを設けることができる。装置は更に、メモリと接続されており、且つ、複数のトルク値の最小トルク値を求め、オフセットエラーとして設定するよう構成されている極小値検出装置を含んでいる。このヴァリエーションは特に、（相対的な）極小値に基づきペダル駆動部の無トルク負荷状態を検出することができる負荷検出装置と組み合わされる。
【００３１】
最後に、本発明による装置はフライホイール限界を求めるための装置を含んでいる。この装置は速度測定器及び選択された変速比を検出するための装置を接続するためのインタフェースを有している。装置は、速度測定器の速度値及び変速比から、速度値を維持するために必要となる可能性があるペダル角速度を算出するために設けられており、またペダル角速度をフライホイール限界として設定するよう構成されている。このフライホイール限界に基づき、負荷検出装置は、トルクがトルクセンサに実質的に作用しないときに、角度センサ又は回転数センサに由来する信号を評価及び検出する。フライホイール限界を上回ると、（フライホイールは閉じられているので）トルクがトルクセンサに作用し、それにより、その場合には信号がトルクセンサからオフセットとして出力されないよう負荷検出装置は構成されている。
【００３２】
負荷検出装置は、フライホイール限界を超えたことを、トルクセンサに負荷が掛けられている状態として識別することができ（該当するオフセットエラーは検出されない）、更には、フライホイール限界を超えていないことを、トルクセンサに対する負荷トルクが実質的に掛けられていない状態として検出し、それによりこの状態においてはトルクセンサの信号をオフセットエラーとして検出することができる。
【００３３】
更に本発明は、自転車ペダル駆動部に作用するトルクを検出すための装置を用いて実現され、この装置はオフセットエラーを検出するための本発明による装置を含んでいる。トルクを検出するための装置は更に補償装置を有しており、この補償装置は、トルクセンサの信号からオフセットエラーを（減算器を用いて）減算し、トルク信号として設定するよう構成されている。これによって装置はトルク信号におけるオフセットエラーを除去する。
【００３４】
本発明による装置及び本発明による方法は有利には少なくとも部分的に、電動自転車の駆動制御部のコンポーネントによって、特にプログラミング可能なプロセッサ及び所属のソフトウェアによって実施される。特に、それらのコンポーネントは求めるステップと検出するステップとを実施し、それらのコンポーネントは特に負荷検出装置及びオフセット検出装置、また必要に応じて比較ユニットである。メモリを同様にプロセッサの記憶装置又はプロセッサに割り当てられている記憶装置によって実施することができる。更には、それらのコンポーネントはトルクを検出するための装置を実現することができる。本発明による装置を駆動制御部に統合する際には、関連する信号、即ち、センサ信号及びギヤ伝動装置の選択されたギヤを表す信号を再利用することができる。更に装置は、インタフェースに接続されている関連するセンサを含むことができる。駆動制御部は本発明によって、電気的な駆動部の電力を精確に制御し、直観的に検出可能な駆動部支援を実現することができる。特に、踏み込みが支援される場合には、操作の休止期間が正確に検出される。何故ならば、ペダルが支援されないにもかかわらず操作を想起させる、場合によっては生じるオフセットを本発明により抑制することができるからである。
【００３５】
本発明は、電気的な駆動部がペダル駆動部を支援するハイブリッド駆動部を備えた車両、特に電動自転車のような二輪車に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による方法を説明するために用いられ、また例示的な用途において使用されている、本発明による装置の一つの実施の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１には、本発明による装置の一つの実施の形態が概略的に示されている。ペダル駆動部１０はチェーン１２を介して、ディレーラー（図示せず）の後輪ギヤ１４を駆動させ、この後輪ギヤ１４はフライホイールを介して電動自転車の後輪１６と接続されている。ディレーラーはアクチュエータ１８を介して操作され、このアクチュエータ１８は選択されたギヤを設定する。アクチュエータは電気機械的なアクチュエータであることが考えられるか、又は、アクチュエータをユーザが操作するギヤシフト操作素子によって設けることができる。
【００３８】
ペダル駆動部１０はペダル２２を備えたペダルクランク２０を有している。ペダルクランクはペダルクランク軸２４と接続されている。シンボリックに表されているトルクセンサ２６は、ペダルクランク軸２４からペダル駆動部１０の駆動歯車２８に伝達されるトルク（軸２４に沿った回転軸）を検出する。駆動歯車２８は、この駆動歯車２８によって駆動されるチェーン１２に嵌合されている。トルクセンサ２６はペダルクランク２０と駆動歯車２８との間に配置されており、歪みゲージとして構成することができる。
【００３９】
ペダルクランク２０には角度センサ３０が配置されており、この角度センサ３０は絶対角度、即ちペダルクランク２０の位置を検出する。代替的な実施の形態（図示せず）においては、センサ３０が（ペダルクランク２０の角速度を検出するための）回転数センサとして構成されている。
【００４０】
本発明による装置４０はインタフェース４２を備えており、このインタフェース４２はアクチュエータ１８、トルクセンサ２６及び角度センサ３０のための接続点を有している。従って、アクチュエータ１８から、設定されたギヤを表す信号を装置に伝送することができる。この信号は、アクチュエータ１８を制御するギヤ伝動装置制御部に由来するものであっても良い。更に、アクチュエータ１８の代わりに、設定されたギヤを検出するためのセンサを設けることができる。従って、アクチュエータ１８と装置４０の間の接続はシンボリックに表されている。ギヤ識別部の別の形態も考えられる。ギヤ識別部を上述のように完全に省略することもできる。
【００４１】
装置４０は負荷検出装置４４を含んでおり、この負荷検出装置４４は、角度センサ３０の信号を考察し、角度センサが図１に示されているようなペダルクランク２０の垂直位置を検出する時点を検出することによって無負荷状態を検出する。この位置は、ペダルクランク２０からトルクが伝達されない状態とみなされる。この状態の検出は線路を介して（例えばトリガ信号の形態で）オフセット検出装置４６に伝送され、それに基づきオフセット検出装置４６はトルクセンサ２６の信号をオフセットエラーとして検出する。その状態を検証するために、角度センサ３０の信号から角速度も検出するように負荷検出装置４４を構成することができる。角度センサ３０がペダルクランク２０の垂直方向を示している間に角速度が所定の閾値を下回る場合には、無負荷状態が想定される。
【００４２】
代替的な実施の形態においては、負荷検出装置４４が更に（図示していない線路を介して）トルクセンサ２６の信号も受信し、トルクセンサ２６の信号の相対的な極小値を検出することができる。負荷検出装置４４は極小値が生じる時点を検出し、オフセット検出装置４６にオフセットエラーを検出するための信号を出力する。負荷検出装置４４はメモリを有することができるか、装置４０のメモリと接続することができる。メモリには複数の相対的な極小値が格納され、極小値が最小極小値である間に生じるトルクセンサの信号がオフセットとして検出される。
【００４３】
別の実施の形態では、センサ３０の代わりに回転方向センサが設けられている。この回転方向センサがペダルの逆方向の回転（即ち、負の回転数）を検出すると、相応の信号が装置４０に出力され、オフセットエラーが検出される。回転方向センサを、回転方向を表す符号を出力する回転数センサとして設けることができる。
【００４４】
更には、速度センサ５０（即ち、後輪１６の角速度を検出するためのセンサ）を設けることができ、この速度センサ５０はインタフェース４２を介して装置４０と接続されている。負荷検出装置４４は、後輪１６の角速度と、センサ１８によって設定される変速比とを組み合わせ、（センサ３０から供給される）ペダルクランク角速度と比較するよう構成されている。この比較から、フライホイールが開かれているか、又は閉じられているかが推定される。後輪１６のフライホイールが開かれている場合には無負荷状態が想定され、トリガ信号が負荷検出装置４４からオフセット検出装置４６へと出力され、それによりオフセット検出装置４６はオフセットエラーを検出する。センサ１８及び５０は有利には、無負荷状態が更に角度センサ３０を用いて検出されるか、又は回転数センサ２６の相対的な極小値を用いて検出される場合にのみ設けられる。（センサ３０に代わる符号付き回転数センサに基づき）回転方向を求めることによって無負荷状態が検出される場合には、フライホイールが開かれているか否かを更に求める必要はない。何故ならば、負の回転数によって既にフライホイールが開かれていることは必ず示唆されているからである。特にこの場合には、ペダル駆動部の回転数と後輪の回転数を比較する必要はない。
【００４５】
フライホイールが閉じられている場合、後輪の角速度（又は回転数）ｎ＿Ｒは、ペダルクランクの角速度ｎ＿Ｐと乗算された（選択されたギヤに依存し、またアクチュエータ１８によって求めることができる）変速比Ｖと等しい。同一の比率はその都度の回転数に対しても当てはまる。更に、後輪の円周にわたる走行速度から、後輪の回転数又は角速度を直接的に推定することができる。従ってｎ＿ＲがＶ＊ｎ＿Ｐよりも大きい場合には、フライホイールは開かれており、トルクセンサ２６は無負荷状態である。同じことは、ｎ＿Ｐがｎ＿Ｒ／Ｖよりも小さいときに当てはまる。センサ５０を用いて後輪の角速度又は回転数を検出する代わりに、（自転車の車輪と接続されているセンサを用いるか、又はＧＰＳ受信器のような走行速度測定装置を用いて）走行速度を求め、また後輪の回転数又は角速度を車輪の直径を介して検出することができる。
【００４６】
本発明による装置は（例えばインタフェース４２の一部として）出力端４８を備えており、この出力端４８から、検出されたオフセットエラーが出力される。
【００４７】
回転数センサ２６に負荷が実質的に作用しない状態を検出するための種々の可能性を相互に任意に組み合わせることができ、また例えばＡＮＤ結合を介して相互に組み合わせることができる。無負荷状態を検出するための上述の種々の可能性を更に個別に、また相互に交互に使用することができる。
【００４８】
図１に示されている用途環境には更に（破線によって表されている）駆動制御部６０が含まれており、この駆動制御部６０はオフセットエラーを検出するための上述の装置から（破線によって表されている）線路６２を介してオフセットエラーを受信し、また出力端４８と接続されている。駆動制御部６０は（破線によって表されている）補償装置６４を含んでおり、この補償装置６４は線路６２を介してオフセットエラーを受信し、また（破線によって表されている）線路６６を介してトルクセンサ２６からトルクセンサ信号を受信する。補償装置６４は、トルクセンサ信号からオフセットエラーを減算するよう構成されている。そのようにしてエラー補償された信号は（破線によって表されている）出力制御部６８へと出力され、駆動制御部６０と接続されている（破線によって表されている）蓄電池７０の出力が制御されて、また検出された（検証された）トルクに応じて電気的な駆動部７２に更に出力される。この電気的な駆動部７２は概略的に示されており、また電動自転車の駆動部に作用する（電気モータから延びる矢印を参照されたい）。ギヤを設定するために、駆動制御装置６０を更にアクチュエータ１８と接続することができる。駆動制御部６０は更に、所望の運転モードを入力するための入力部を有することができる（図示せず）。
【００４９】
駆動制御部６０及びオフセットエラーを検出するための装置４０はここでは単にシンボリックに機能的に表されているに過ぎない。つまり、実際には、両コンポーネントは相互に一つの共通の回路に統合されている。
【００５０】
センサ２６，３０及び１８とオフセットエラーを検出するための装置４０との間の接続は矢印によって示唆されており、この矢印は本発明による方法の実施時に生じるような情報の流れ方向を表す。
【図１】
2013536445.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月27日(2013.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車ペダル駆動部のトルクセンサ（２６）のオフセットエラーを検出するための方法において、
ペダル位置、ペダル回転数、ペダル回転方向又は前記ペダル駆動部の相対的な操作強度を表す少なくとも一つのペダル操作値を検出することによって、トルクが前記トルクセンサ（２６）に作用しない状態を求めるステップと、
オフセットエラーを表す信号値を有している前記トルクセンサ（２６）のトルク信号を前記状態中に検出するステップとを備えていることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記ペダル駆動部における角度センサ（３０）を用いて検出される前記ペダル位置が前記自転車ペダル駆動部の垂直な位置に相当する状態において前記トルク信号を検出するか、又は、
前記ペダル駆動部における角度センサ（３０）又は回転数センサを用いて検出される前記ペダル回転数が前記自転車ペダル駆動部のフライホイールの分離状態を特徴付けている所定の力伝達閾値を下回っている状態において前記トルク信号を検出するか、又は、
前記トルクセンサ（２６）の信号の相対的な経過によって検出される前記操作強度が相対的な極小値を有している状態において前記トルク信号を検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ペダル位置が垂直であり、更に前記ペダル回転数が、検出された回転車輪角速度と設定されたペダル駆動部／被駆動部変速比との商よりも小さいか、又は該商以下である状態において前記トルク信号を検出し、それにより前記ペダル駆動部のフライホイールを開かれた状態にするか、又は、
前記ペダル回転数が回転車輪角速度と設定されたペダル駆動部／被駆動部変速比との商を表す所定の力伝達閾値を下回るときに前記トルク信号を検出する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
負のペダル回転方向が検出されるか、又は、０のペダル回転数が検出されるか、又は、前記ペダル位置が時間的に変化しないときに前記トルク信号を検出する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
自転車ペダル駆動部に作用するトルクを検出するための方法において、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法を実施し、前記トルクセンサ（２６）を用いて前記トルクを検出し、
前記オフセットエラーを検出された前記トルクから減算し、検出されたオフセットエラーに応じてオフセットエラーが補償されているトルクを維持することを特徴とする、方法。
【請求項６】
自転車ペダル駆動部のトルクセンサ（２６）のオフセットエラーを検出するための装置において、
前記装置は、前記ペダル駆動部に設けられている角度センサ（３０）又は回転数センサ又は回転方向センサからの信号を受信するよう構成されているデータインタフェース（４２）を備えており、
前記データインタフェースは更に、前記トルクセンサ（２６）からの信号を受信するよう構成されており、
前記装置は更に負荷検出装置（４４）を備えており、該負荷検出装置（４４）は前記角度センサ、前記回転数センサ又は前記回転方向センサからの信号に基づき、トルクが前記トルクセンサに作用しない状態を検出し、
前記装置は更にオフセット検出装置（４６）を備えており、該オフセット検出装置（４６）は、トルクが前記トルクセンサに作用しないときに前記負荷検出装置から出力されるトリガ信号を検出するために前記負荷検出装置（４４）と接続されており、
前記オフセット検出装置（４６）は、前記トリガ信号の受信時に前記トルクセンサ（２６）からの信号をオフセットエラーとして検出するよう構成されていることを特徴とする、装置。
【請求項７】
前記負荷検出装置（４４）は比較ユニットを備えており、該比較ユニットは、前記角度センサ（３０）の信号を、垂直なペダル位置を表す値と比較するよう構成されているか、又は、前記回転数センサの信号を０の値、もしくは、フライホイールが開かれていることを推定できる値と比較するよう構成されているか、又は、前記回転方向センサの信号を、フライホイールが開かれた際のペダルの逆踏みに対応する符号と比較するよう構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記フライホイールが開かれていることを推定できる値は、前記ペダル駆動部のフライホイールが開かれていることを推定できる値である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は更に、前記オフセットエラーを呼び出し可能に記憶するよう構成されているメモリを備えているか、又は、
前記装置は、複数のトルク値を呼び出し可能に格納可能なメモリと、該メモリと接続されており、且つ、前記複数のトルク値の内の最小トルク値を求めてオフセットエラーとするよう構成されている極小値検出装置とを備えている、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は更にフライホイール限界を求めるためのユニットを備えており、該ユニットは速度測定器を接続するためのインタフェースと選択された変速比の検出ユニットとを備えており、
前記ユニットは、前記速度測定器の速度値と前記変速比とから、前記速度値の維持に必要とされるペダル角速度を算出し、前記ペダル角速度をフライホイール限界とするよう構成されており、
前記フライホイール限界に基づき、前記負荷検出装置（４４）は、トルクが前記トルクセンサに作用しないときに、前記角度センサ又は前記回転数センサからの信号を評価及び検出する、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
自転車ペダル駆動部に作用するトルクを検出するための装置（６０）において、
該装置（６０）は、請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の装置を備えており、更に、補償装置（６４）を備えており、該補償装置（６４）は、前記トルクセンサの信号から前記オフセットエラーを減算してトルク信号とするよう構成されていることを特徴とする、装置（６０）。
【国際調査報告】
2013536445.tif 000004
2013536445.tif 000005
2013536445.tif 000006
2013536445.tif 000007