專利名稱：電動自行車及其行駛控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可從預先設定的自動行駛模式和助動行駛模式等2種電動行駛模式中選擇一種，以順利行駛的電動自行車及其行駛控制方法。
電動自行車作為通過驅動電動機自動行駛的機器腳踏車，已眾所周知。
電動助動自行車由于驅動電動機的幫助，其行駛能減輕騎車者的負擔，所以近年來許多人一直在使用。這種情況下，驅動電動機的工作必須根據加給曲柄軸的輸入力矩和后輪所加的負載力矩之間力的關系正確控制。
因此，電動助動自行車通常采用的結構是設置能檢測由腳蹬和踏力加在曲柄軸上的輸入力矩的力矩檢測機構，作為其代表例，此機構利用曲柄軸旋轉力對扭桿施加扭轉變形，并檢測該扭桿頂端的軸向移動量和扭桿與曲柄軸的相對旋轉角。
然而，還沒有看到這樣一種電動自行車，該自行車所具有的結構能從自動行駛模式(簡易機器腳踏車)和助動行駛模式(電動助動自行車)2種行駛模式中適當選擇較佳的一種進行順利行駛，并達到提供使用的程度。
在電動助動車中要借助所述扭桿的扭轉變形檢測輸入力矩時，該輸入力矩檢測機構和從曲柄軸傳給后車輪輸入力矩的動力傳遞機構為分開的系統(tǒng)，需要分開設置，其總體結構復雜，不僅導致成本高，而且導致整體體積和重量大等不足之處。
本發(fā)明鑒于已有技術的缺陷，其目的在于提供一種電動自行車及其行駛控制方法，不僅能從預先設定的自動行駛模式和助動行駛模式2種電動行駛模式中適當選擇較佳的一種，而且即使在助動行駛模式中，也能根據從曲柄軸傳給后車輪輸入力矩的動力傳遞機構，正確檢測出來自曲柄軸的輸入力矩和來自后車輪的負載力矩，因而能同時實現(xiàn)成本低和重量輕且小型化。
為達到上述目的，本發(fā)明的電動自行車(第1發(fā)明)，其結構上的特點在于具有對自動行駛模式和助動行駛模式2種電動行駛模式切換自如的模式切換開關；上述自動行駛模式，操作車把把手的一處所設置的手動電控器的手動操作而進入轉動狀態(tài)所確定的驅動信號，使通過驅動用電動機控制的自動行駛運轉自如；所述助動行駛模式，通過腳蹬的踏力加到曲柄軸上的輸入轉矩與后車輪施加的負載轉矩所確定的驅動信號，使通過所述驅動用電動機控制的助動行駛運轉自如。
這種情況下，最好具有固定在由腳蹬的踏力強制轉動的所述曲柄軸上的原動側凸輪盤和從動側凸輪盤，所述從動側凸輪盤固定在鏈條大齒輪上，該鏈條大齒輪利用一對各自的凹陷面相對且插在中間的碟形彈簧，頂出往所述原動側凸輪盤側的軸向壓力，軸支撐在所述曲柄軸側旋轉和軸向移動自如；將所述原動側凸輪盤設置的隆起部與所述從動側凸輪盤設置的凹陷部相對配置，使在多處配合成往旋轉方向滑動自如；隨著所述后車輪所加負載轉矩增大而原動側凸輪盤中所述隆起部側壁滑動并在所述從動側凸輪盤產生旋轉方向上的位置偏移，伴隨該位置偏移變動的相互間隔開的距離變換成配置在靠近圍繞所述原動側凸輪盤和所述從動側凸輪盤外周圍固定于鏈條大齒輪側的磁環(huán)內端面?zhèn)?個適當位置以自如檢測磁力的轉矩傳感器分別測出的檢測值的計算值，控制驅動用電動機的驅動，從而對后車輪自如提供驅動輔助力矩，與此同時，在位于軸方向上的相反側并與所述鏈條大齒輪連接的曲柄，其內側處所含曲柄軸上軸固定呈與所述鏈條大齒輪大致相同的形狀的車速檢測用大齒輪，并通過與該車速檢測用大齒輪的齒輪相對的部位上設置的車速傳感器，自如檢測行駛速度，使所述助動行駛模式中的行駛成為可能。
最好將所述的一對碟形彈簧配置成使凹陷面之間介入彈性材料，而且，可適合采用所述磁環(huán)用其旋轉時位于以轉矩傳感器相對部位且呈圓環(huán)狀的磁鐵部和覆蓋該磁鐵部除內端面外的其它部位的樹脂增強部形成一體的結構。又，希望在所述隆起部的上表面設置凹陷對合部，并在位于與該凹陷對合部相對的部位的從動側凸輪盤凹陷部始端一側樹立固定銷，以該固定銷從所述凹陷對合部始端到終端的行程為限度，自如限制相對于從動側凸輪盤的原動側凸輪盤位置偏移的移動。
另一方面，本發(fā)明涉及的電動自行車行駛控制方法(第2發(fā)明)，其特點在于，利用切換自動行駛模式和助動行駛模式2種電動行駛模式進行控制，其中，自動行駛模式根據設置于操縱架把手一處的手動電控器手動的轉動狀態(tài)，使驅動信號發(fā)生變化，并施加與該驅動信號變化程度相應的電壓，對驅動用電動機的驅動進行控制，助動行駛模式則用通過腳蹬的踏力加到曲柄軸的輸入轉矩與后車輪施加的負載轉矩的之間關系所確定的驅動信號，對所述驅動用電動機進行驅動控制。
這種情況下，最好至少具有設置在車體上裝卸自如的可充電電池、為根據該電池所加電壓并通過輪轂強制使后車輪轉動而設置的驅動用電動機、根據所述曲柄軸直接聯(lián)動的車速檢測用大齒輪的轉動狀況檢測車速的速度傳感器、根據固定在以腳蹬的踏力為輸入轉矩而被強制旋轉的曲柄軸上的原動側凸輪盤與固定在利用一對各自的凹陷面相對并插在中間的碟形彈簧頂出往所述原動側凸輪盤一側的軸向的壓力軸支撐在所述曲柄軸側轉動和在軸向移動自如的鏈條大齒輪上的從動側凸輪盤之間的接離狀況進行檢測的轉矩傳感器，以及根據包含所述模式切換開關的操作部中各種開關的輸入操作狀況對其總體進行統(tǒng)一控制的控制部；首先判別來自所述模式切換開關的輸入是自動行駛模式，還是助動行駛模式；如果是自動行駛模式，進行電池充電狀況的校驗，充電狀況沒有問題，則在關斷開關真正動作前，進行使手動電控器輸入信號相應的脈沖寬度漸增或漸減的控制，并輸出該控制后所得的脈沖，一面進行與有無掣動相應的過流限制處理，一面進行自動行駛模式中的驅動用電動機的控制；如果是助動行駛模式，僅在所述操作部使接通開關真正動作時，根據所述控制部發(fā)來的指令，進行校驗控制系統(tǒng)是否正常的自診斷，倘若正常，進行所裝電池電量狀況的校驗，電量狀況沒有問題，則在關斷開關真正動作前，通常根據速度傳感器的檢測信號測定速度，同時根據轉矩傳感器的檢測信號測定轉矩，并從這些測定的速度和轉矩算出脈沖，按與預先設定的基準值的關系進行脈沖寬度漸增或漸減的控制，輸出該控制后所得的脈沖，一面進行與有無掣動相應的過流限制處理，一面進行助動行駛模式中的驅動用電動機的驅動。
又，希望根據從分開配置的2個轉矩傳感器單獨取得的檢測信號所得的各檢測值求出的計算值，進行轉矩的測定。


圖1是示意本發(fā)明所涉及電動自行車概略結構的說明圖。
圖2是省略圖1中包含曲柄軸的動力傳遞機構詳況的一部分后的關鍵部分結構圖。
圖3是將圖2中組成動力傳遞機機構的原動側凸輪盤與從動側凸輪盤拉開成相互開放可見狀的狀態(tài)下的立體圖。
圖4(甲)是圖2中動力傳遞結構無負載狀態(tài)的說明圖，圖4(乙)是圖2中從動側產生負載時的狀態(tài)的說明圖。
圖5是本發(fā)明所涉及電動自行車的功能框圖。
圖6是本發(fā)明中驅動用電動機的驅動控制系統(tǒng)的方框圖。
圖7是本發(fā)明所涉及電動自行車行駛控制方法處理步驟的流程圖。
圖中11—電動自行車12—車架13—腳蹬 14、15—曲柄14a、15a—轂部16—主軸組件17—曲柄軸18—鏈條大齒輪18a—齒部 19—通孔20—法蘭盤22—原動側凸輪盤22a—一側面 23—隆起部23a—斜面 23b—棱線23c—斜面 24—凹陷對合部
24a—始端 24b—末端25—從動側凸輪盤25a—一側面26—凹陷部 26a—始端27—定位銷 28—螺孔29—碟形彈簧30—彈性材料31—緊固螺釘32—磁環(huán)33—磁鐵部 33a—內端面34—樹脂增強部 35—速度傳感器36—防塵橡皮蓋 37—車速檢測用大齒輪37a—齒部 38—操作部39—轉矩傳感器 39a—傳感器固定盤41—鏈條42—飛輪43—后車輪 44—電池45—殼體46—控制部47—車把48—把手49—手動電控器 50—模式切換開關F—腳蹬的踏力 R—路面M—驅動用電動機圖1為示意本發(fā)明所涉及電動自行車(第1發(fā)明)概略結構例的說明圖。
根據圖1，電動自行車11至少具有操作部38和手動電控器49。操作部38具有模式切換開關50，對具有簡易機器腳踏車的功能的自行車行駛模式和具有電動助動車功能的助動行駛模式的二種電動行駛模式中自如地選擇任意一種。手動電控器49設置在操縱架47的把手48的一處，用手轉動自如，以便在選擇自動行駛模式時，施加例如使可變電阻器的電阻值變化等與驅動信號變化程度相適應的電壓，對驅動用電動機M的驅動進行控制。
該電動自行車11利用操作部38的模式切換開關50選擇自動行駛模式，從而給驅動用電動機M施加與手動電控器49的轉動狀態(tài)(轉動角)相適應的驅動信號所對應的電壓，進行驅動控制，由此，能在所希望的速度(車速)下自動行駛。
在不選擇自動行駛模式，也不選擇助動行駛模式時，利用踩腳蹬13所產生的腳蹬踏力F，產生輸入轉矩，通過曲柄14、15強制使穿通支撐在吊架16上旋轉自如的曲柄軸17旋轉。而且，利用從該曲柄軸17上固定的鏈條大齒輪18經鏈條41和鏈條小齒輪42傳遞的輸入轉矩，強制使后車輪43轉動，從而能在平坦路面R上依靠人力行駛。
在利用操作部38的切換開關50選擇助動行駛模式后開始行駛時和坡道等斜面上行駛時，接受支撐在車架12上裝卸自如的電池44的供電，驅動與后車輪43的鏈條小齒輪42成同軸狀配置的、殼體45內的驅動用電動機M，由該驅動電動機的旋轉力對后車輪43添加驅動輔助轉矩，在該轉矩支援下能方便地進行助動行駛。圖中的符號45表示另行設置的控制部，用于進行驅動用電動機M的驅動控制和必要的運算。
圖2為部分省略示出圖1中包含曲柄軸47的動力傳遞機構詳細的關鍵部分的結構圖。如圖1所示的一樣，頂端裝有腳蹬13的曲柄14、15分別在其基端設置轂部14a、15a，通過這些轂部14a、15a固定在曲柄軸17的兩個端部。因此，從腳蹬13通過曲柄14、15交互施加的腳蹬踏力F成為輸入轉矩傳到曲柄軸17，強制使該曲柄軸17轉動。
而且，一個曲柄14的轂部14a確保對曲柄軸17的軸向的長度比較長，以將軸裝到該轂部14a的內端側，使與原動側凸輪盤22能成為一體進行旋轉。
根據原動側凸輪盤22的一側面22a與從動側凸輪盤25的一側面25a相對吻合配置的關系，將從動側凸輪盤25滑動插入轂部14a中間部分的外周。在從動側凸輪盤25的適當位置配置螺孔28，利用通過貫穿位于與該螺孔28相對的部位的鏈條大齒輪18的通孔19用螺紋裝定的緊固螺釘31，使從動側凸輪盤25與鏈條大齒輪18一體化。因此，從動側凸輪盤25與鏈條大齒輪18可在對曲柄軸17成一體化的軸向移動，而且被軸支撐得旋轉自如。
圖3是在將構成上述動力傳遞機構的原動側凸輪盤22與從動側凸輪盤25拉開成作為其對置面的一側面22a、25a相互開放可見狀的狀態(tài)下示出的立體圖。根據該圖，在原動側凸輪盤22的一側面22a方，在其圓周方向等距離間隔設置共3個隆起部23。而且，各隆起部23呈三角形，分別具有沿原動側凸輪盤22的旋轉方向逐漸向上傾斜的斜面23a，以及在該斜面23a的末端形成棱線23b且向下傾斜的斜面23c。
從任何一個隆起部23的斜面23a跨越棱線23b形成有底的凹陷對合部24，呈沿原動側凸輪盤22旋轉方向的外周部略為彎曲的大致為橢圓缺口狀。也可利用取有底長洞或與有底長洞大致相同的形狀貫穿而成的長孔或切削內周部而成的缺口等形成該凹陷對合部24。
在與原動側凸輪盤22的一側面22a的相對一側的從動側凸輪盤25的一側面25a，設置共3個谷狀的凹陷部26，呈與原動側凸輪盤22的各隆起部23相互面對吻合的斷面形狀。
具有與設置凹陷對合部24的隆起部23相對的位置關系的凹陷部26，在其始端26a設立有固定銷27，該銷的長度和粗細可嵌入凹陷對合部24內。
如圖2所示，在曲柄14的轂部14a外端側設置的法蘭盤20與鏈條大齒輪18之間，按凹陷面相互對合的配置關系插入一對碟形彈簧29，借助該彈簧，使鏈條大齒輪18和從動側凸輪盤25一直能頂壓到驅動側凸輪盤22一方。這時，最好在一對碟形彈簧29、29的凹陷面之間介入橡膠和軟樹脂材料等組成的彈性材料30。碟形彈簧29、29還用裝在法蘭盤20的周端與鏈條大齒輪18的外側面之間的防塵蓋36覆蓋。
在鏈條大齒輪18的內側面固定安裝磁環(huán)32，該磁環(huán)設置成從外周側覆蓋原動側凸輪盤22和從動側凸輪盤25。磁環(huán)32可適合采用以形成圓環(huán)狀的例如橡膠磁鐵和鐵氧體磁鐵組成的磁鐵部33，使該磁鐵部33的內端面33a露出并覆蓋其全部的圓盤狀增強樹脂34等2部分形成的結構。然而，根據需要，也可使用由圖中未畫出的由磁性材料制磁環(huán)形成的結構。在2個對置的適當位置，圖示例子中，則在上下各一個位置，例如由傳感器蓋39a支撐，分別靠近該磁鐵部33的內端面33a配置轉矩傳感器39，以檢測磁力自如。因此，這些轉矩傳感器39構成根據分別檢測出的檢測值取平均等的計算值，能檢測出與磁鐵部33的內端面33a之間隔開的距離，即可通過另行準備的磁路檢測其各時期的負載轉矩。
位于相反側與鏈條大齒輪18相連的曲柄15，其轂部15a內側處所含的曲柄軸17上，固定與鏈條大齒輪18形狀大致相同的車速檢測用大齒輪37，通過與該車速檢測用大齒輪37的齒部37a相對的部位上靠近配置的、例如由光傳感器和磁傳感器等組成的速度傳感器35，能檢測行駛速度。
這時，將轉矩傳感器39和速度傳感器35所得的各檢測信號分別送到控制部46，在該控制部46進行運算，作為運算曲柄軸17上加的輸入轉矩與后車輪43施加的負載轉矩之間產生的合成轉矩和車速用的數(shù)據加以利用。
下面，對本發(fā)明的方法(第2發(fā)明)，及作為第1發(fā)明的上述結構所組成的電動自行車11的作用，進行說明。
圖5、圖6和圖7分別示出一電動自行車11的功能框圖、一驅動用電動機的驅動控制系統(tǒng)的框圖和一本發(fā)明方法處理步驟的流程圖。
根據圖5—圖7和圖1，電動自行車11如上所述，至少具有充電自如的電池44、利用該電池44進行工作的電動機M、對車速進行檢測的車速傳感器35、對負載轉矩進行檢測的轉矩傳感器39、根據操作部38中包含有模式切換開關50的各種開關的操作狀況，對其總體進行統(tǒng)一控制的控制部46。
圖6為方框圖，示出根據包含模式切換開關50等的輸入/顯示電路所組成操作部38的輸入狀況，對驅動用電動機M進行驅動控制的控制部46的結構例?？刂撇?6包含設置在手動電控器49并用于取得檢測可變電阻器生成的電阻值等適當?shù)尿寗有盘柕氖謩与娍仄麟娐贰z測通過腳蹬踏力F加給曲柄軸17的輸入轉矩和后車輪43施加的負載轉矩的轉矩檢測電路、驅動用電動機的驅動控制電路、處理與掣動狀態(tài)相適應的過流限制和車速等的安全性檢測維護電路。驅動用電動機的驅動控制電路除CPU等組成的微處理器電路外，還包含驅動電路和各種限制器。
用于上述電動自行車11并使用本發(fā)明的方法是利用切換自動行駛模式和助動行駛模式二種電動行駛模式，進行控制。所述自動行駛模式根據設于操縱架47的手動電控器49的轉動狀態(tài)，使可變電阻器產生的電阻值等適當?shù)尿寗有盘栕兓?，施加與該變化程度相應的電壓，對驅動用電動機M進行驅動控制。所述助動行駛模式施加按通過腳蹬的踏力F施加給曲柄軸17的輸入轉矩與后車輪施加的負載轉矩之間的關系確定的電壓，對驅動用電動機M進行驅動控制。
根據圖7所示進行較詳細的說明。首先，判別模式切換開關50的輸入是自動行駛模式，還是助動行駛模式。這時的模式切換開關50的輸入，如圖所示，利用同時按壓接通(ON)開關和關斷(OFF)開關的方法進行，但也可用其它適當?shù)姆椒ㄟM行。
根據圖7的所示，自動行駛模式和助動行駛模式的判別是接通開關和關斷開關同時按壓2秒以上時為自動行駛模式，此外的開關操作為助動行駛模式。
選擇自動行駛模式時，校驗電池44的電壓，當該電壓低于基準電壓時，操作部38的發(fā)光二極管(LED)點亮，表示異常，從而通知操作者。
電池44的電量狀況沒有問題，則在操作部38使關斷開關真正動作(例如關斷開關動作1秒以上)前，對手動電控器49所輸入驅動信號相應的脈沖寬度漸增或漸減進行控制(PWM控制)。
校驗是否加以掣動的過流限制處理，施加掣動時立即使供電電路斷開，停止驅動用電動機M的驅動，以防止燒壞。在沒有施加掣動時，輸出PWM控制所得的脈沖，對驅動用電動機M進行驅動控制，從而可在自動行駛模式下繼續(xù)行駛。
另一方面，選擇助動行駛模式時，僅在操作部38使接通開關真正動作時，根據控制部46發(fā)來的指令，進行校驗控制系統(tǒng)是否正常的自診斷。如果正常，則進行所裝電池44的電量狀況校驗，倘若電量狀況沒有問題，在關斷開關真正動作前，通常根據速度傳感器35發(fā)來的檢測信號，測定車速，同時根據轉矩傳感器39發(fā)來的檢測信號，測定轉矩，并根據這些車速和轉矩算出脈沖，按照與預先設定的基準值的關系進行脈沖寬度漸增或漸減的控制(PWM控制)。
還進行校驗是否加以掣動的過流限制處理，施加掣動時立即將供電電路斷開，停止驅動用電動機M的驅動，以防止燒壞。在沒有施加掣動時，輸出PWM控制所得的脈沖，對驅動用電動機M進行驅動控制，從而可在助動行駛模式下繼續(xù)行駛。
即，在助動行駛模式下，由操作者通過電動自行車11的操作部38使接通開關動作時，判斷是否持續(xù)按壓例如2秒以上，從而在持續(xù)按壓2秒以上時，作為接通開關真正動作，并根據控制部46發(fā)來的指令，進行自動校驗控制系統(tǒng)是否正常的自診斷。判斷自診斷結果異常時，操作部38所設LED點亮，表示出錯。
自診斷結果為電動自行車11的控制系統(tǒng)無異常，則校驗車架12上裝的電池44的電壓，該電壓低于基準電壓時，操作部38的LED點亮，表示異常等，從而通知操作者。
如果電池44的電量狀況沒有問題，則操作部38關斷開關真正動作(例如關斷開關動作1秒以上)前，在電源接通狀態(tài)下速度傳感器35對速度進行測定。
具體而言，開始操作并交互踩踏腳蹬13所得的腳蹬踏力F通過曲柄14、15，成為輸入轉矩傳給曲柄軸17，從而達到強制使與轂部14a、15a和驅動側凸輪盤22一體化的曲柄軸17旋轉。
該曲柄軸17上固定有車速檢測用大齒輪37，因而該車速檢測用大齒輪37也轉動。速度傳感器35正確檢測出該齒輪的各個齒部37a的通過狀況，根據其檢測信號，可測定速度。即，可將在預先設定的一定時間內通過的齒輪部18a的個數(shù)所對應的檢測信號送到控制部46，該控制部46則根據通過的齒部18a的個數(shù)運算曲柄軸17(鏈條大齒輪18)的旋轉速度，并根據齒輪比和后車輪46的直徑算出電動助動自行車11的車速。車速檢測用大齒輪37設有施加鏈條大齒輪18那樣的負載轉矩，因而旋轉時振動小，能正確檢測轉數(shù)。
另一方面，交互踩踏腳蹬13所得的腳蹬踏力F通過曲柄14、15，成為輸入轉矩，從曲柄軸17傳到鏈條大齒輪18。這時，從動側凸輪盤25與鏈條大齒輪18共同被碟形彈簧29、29頂壓到驅動側凸輪盤22的方向，因而鏈條大齒輪18所加負載小于碟形彈簧29的按壓力時，如圖4(甲)所示，驅動側凸輪盤22與從動側凸輪盤25，在其隆起部23與凹陷部26相互嵌合的狀態(tài)下貼近并相對吻合。
在該狀態(tài)下，由驅動側凸輪盤22與從動側凸輪盤25之間產生的摩擦力將驅動側凸輪盤22的旋轉運動原樣傳到從動側凸輪盤25，強制使該從動側凸輪盤25直接聯(lián)動的大齒輪18旋轉，從而可通過鏈條41和鏈條小齒輪42將旋轉力提供給后車輪43。
電動自行車11在助動行駛模式下開始行駛時，或者在來到坡道時等對后車輪43施加大負載的情況下，這時產生的負載轉矩通過鏈條小齒輪42和鏈條41，從鏈條大齒輪18傳到從動側凸輪盤25。
即，從動側凸輪盤25由上述負載轉矩施加要使其停止旋轉的掣動，因而與由于從腳蹬13所得輸入轉矩而仍然要旋轉的驅動側凸輪盤22之間產生方向相反的作用力，從而產生相互位置偏移。
這樣在驅動側凸輪盤22與從動側凸輪盤25之間產生的位置偏移作為要使驅動側凸輪盤22的隆起部23脫離從動側凸輪盤25的凹陷部26的力起作用，從而將凹陷部26按壓到斜面23a的傾斜方向，結果造成滑動插裝的從動側凸輪盤25一面反抗碟形彈簧29、29的按壓力，一面沿曲柄14的轂部14a的軸向往外側方向壓出。
驅動側凸輪盤22與從動側凸輪盤25之間產生位置偏移，則在腳蹬13方來的輸入轉矩與后車輪43方來的負載轉矩的平衡點使其運動停止。因此，通過測量這時沿從動側凸輪盤25的轂部14a的軸向的移動量，可求出曲柄軸17上施加的輸入轉矩與后車輪43施加的負載轉矩之間產生的合成轉矩的大小。
具體而言，能用磁路檢測轉矩傳感器38與固定在鏈條大齒輪18上的磁環(huán)32中磁鐵部33的內端面33a之間隔開的距離。因此，設負載轉矩為零時，隔開的間距為t1，如圖4(甲)所示，產生負載轉矩時，隔開的間距為t2，如圖4(乙)所示。于是，從動側凸輪盤25(鏈條大齒輪18)的軸向移動量為t2-t1，合成轉矩也與該移動量成正比。因此，通過控制部46運算轉矩傳感器39得到的檢測值，從而能算出合成轉矩的大小。
由于通過碟形彈簧29、29總是將從動側凸輪盤25壓倒驅動側凸輪盤22方，在該驅動側凸輪盤22上加的輸入轉矩與從動側凸輪盤25上加的負載轉矩平衡的狀態(tài)下，驅動側凸輪盤22的旋轉傳到從動側凸輪盤25。因此，導致固定在從動側凸輪盤25上的鏈條大齒輪18也旋轉，并通過鏈條對后車輪43進行旋轉驅動。在一對碟形彈簧29的凹陷面之間介入彈性材料30的情況下，當解除按壓力時能提供更可靠的復原力，使碟形彈簧29自動恢復原狀。
如圖4(甲)、圖4(乙)所示，在近磁鐵部33的內端面33a相對兩處配置有轉矩傳感器39時，即使磁環(huán)往往在其轉動時振動，也根據這些轉矩傳感器39分別測出的檢測值取平均的計算值，正確檢測到與磁鐵部33的內端面33a之間隔開的距離，從而能通過另行準備的磁路正確檢測出其各時期的負載轉矩。即，如果負載轉矩為零時，隔開的距離為t1和t2，而產生負載時，隔開的距離為t3和t4，分別如圖4(甲)和圖4(乙)所示，則從動側凸輪盤25(鏈條大齒輪18)的軸向移動量可為t3-t1和t2-t42個值，通過控制部46運算其平均值，或運算平均值以外的適當計算值，從而能正確算出合成轉矩的大小。
控制部46根據這樣算出的車速和合成轉矩，算出脈沖，并按照與預先設定的基準值的關系，進行脈沖寬度漸增或漸減控制，即，進行脈寬調整控制(PWM控制)。然后，將該控制所得的脈沖輸出，只要電動自行車11處于在助動行駛模式下行駛的狀態(tài)，就一面正確控制驅動用電動機M的驅動，一面對后車輪43添加規(guī)定的驅動輔助轉矩。因此，利用踩腳蹬13得到的輸入轉矩和從驅動用電動機M得到的驅動輔助轉矩，驅動后車輪43，結果能在適應其各時期狀況的最佳助動行駛模式下，輕快行駛。
原動側凸輪盤22可在其一側面22a所設置隆起部23中的任一個設置凹陷對合部24，從動側凸輪盤25可在其一側面25a所設置凹陷部26中的任一個設置固定銷27。
于是，在這種情況下，使固定銷27位于凹陷對合部24內，從而讓原動側凸輪盤22與從動側凸輪盤25相互面對吻合，并能以固定銷27從凹陷對合部24的始端24a到終端24b的行程為限度，限制原動側凸輪盤22的滑移。
因此，即使有時例如施加超過預計負載轉矩，也可使隆起部23部超越凹陷部26，此外，即使在下坡等情況下鏈條大齒輪18反向旋轉，也能阻止發(fā)生負載轉矩。在電動自行車11停車時不小心使鏈條大齒輪18反向旋轉之際，產生負載轉矩，對驅動用電動機M進行驅動，依靠這時的驅動輔助轉矩，后車輪43自然轉動，或者電動自行車11失控等狀態(tài)發(fā)生時，能防止意外事故的發(fā)生。
本發(fā)明的電動自行車11中，可將曲柄軸17上加的輸入轉矩和后車輪43施加的負載轉矩作為合成轉矩進行檢測。因此，可通過同一動力傳遞機構進行合成轉矩的檢測和對后車輪43傳遞動力，能簡化總體結構，實現(xiàn)低成本和重量輕且小型化。
圖7中，由控制部46進行控制系統(tǒng)是否正常的自診斷后，進行電池44的電量狀況校驗，但也可校驗電池44的電量狀況后，再進行檢測系統(tǒng)是否正常的自診斷。
綜上所述，本發(fā)明中，根據第1發(fā)明，能切換自動行駛模式和助動行駛模式2種電動行駛模式，使電動自行車行駛。因而，例如在河川之類一般道路以外的場所，作為簡易機器腳踏車行駛，在一般道路，作為電動助動自行車行駛等，能享受適應該各種時期狀況的輕松行駛。
第1發(fā)明中，原動側凸輪盤的隆起部與從動側凸輪盤的凹陷部往旋轉方向滑動，嵌合自如并相對吻合，而且具有轉矩傳感器，隨著后車輪施加的負載轉矩增大，隆起部的側壁滑動，在旋轉方向檢測位置偏移。這種情況下，可提供具有簡化動力傳遞機構的電動自行車，該機構可將曲柄軸上加的輸入轉矩和后車輪施加的負載轉矩作為合成轉矩同時檢測。因此，不僅能降低該電動自行車產品成本，而且能實現(xiàn)重量輕且小型化。
這時，如果在一對碟形彈簧的凹陷面之間介入彈性材料，則在解除按壓力時能提供更可靠的復原力，使碟形彈簧自動恢復原狀。在用磁鐵部和樹脂增強部一體形成磁環(huán)的情況下，能只用磁傳感器構成轉矩傳感器，此外，還能降低材料成本，可對整機成本的降低作出有效貢獻。設置在隆起部的凹陷對合部內的凹陷部插入有立式的固定銷，在以形成原動側凸輪盤和從動側凸輪盤時，即使原動側凸輪盤滑動，也能以從凹陷對合部始端到終端的行程為限度，限制其移動。因此，即使有時施加超過預料的負載轉矩，或者在下坡等情況下鏈條大齒輪反向旋轉，或者自行車停車時不小心使鏈條大齒輪反向旋轉，電動自行車也不會失控，能預先防止意外事故的發(fā)生。
根據第2發(fā)明，可利用切換自動行駛模式和助動行駛模式2種自動行駛模式，控制電動自行車的行駛。自動行駛模式施加由設置在操縱架上手動電控器轉動狀態(tài)確定的與驅動信號相應的電壓，對驅動用電動機的驅動進行控制。助動行駛模式施加按通過腳蹬踏力加給曲柄軸的輸入轉矩與后車輪施加的負載轉矩所確定的電壓，對驅動用電動機的驅動進行控制。
第2發(fā)明中，經常根據速度傳感器來的檢測信號測定速度，同時根據轉矩傳感器來的信號測定轉矩，并從這些速度和轉矩算出脈沖寬度，按與預先設定的基準值的關系進行脈沖寬度漸增或漸減控制，輸出該控制后所得的脈沖，從而只要電動自行車處于助動行駛模式下行駛的狀態(tài)，就能對驅動用電動機的驅動進行控制，所以能在與自行車各時期狀況相適應的最佳助動行駛模式下輕快行駛。速度傳感器不是從施加負載轉矩且旋轉時振動的鏈條大齒輪，而是能從另行設置的車速檢測用大齒輪，檢測旋轉數(shù)，因而能測定更加正確的車速。再者，根據從分別配置的2個轉矩傳感器得到的檢測值，測定轉矩。這時，能更正確地算出合成轉矩的大小，可在更好的助動行駛模式下輕快行駛。
權利要求
1.一種電動自行車，其特征在于，具有對自動行駛模式和助動行駛模式2種電動行駛模式切換自如的模式切換開關；上述電動行駛模式，操作車把把手的一處所設置的手動電控器的手動操作而進入轉動狀態(tài)所確定的驅動信號，使通過驅動用電動機控制的自動行駛運轉自如；所述助動行駛模式，通過腳蹬的踏力加到曲柄軸上的輸入轉矩與后車輪施加的負載轉矩所確定的驅動信號，使通過所述驅動用電動機控制的助動行駛運轉自如。
2.如權利要求1所述的電動自行車，其特征在于，具有固定在由腳蹬的踏力強制轉動的所述曲柄軸上的原動側凸輪盤和從動側凸輪盤，所述從動側凸輪盤固定在鏈條大齒輪上，該鏈條大齒輪利用一對各自的凹陷面相對且插在中間的碟形彈簧，頂出往所述原動側凸輪盤側的軸向壓力，軸支撐在所述曲柄軸側旋轉和軸向移動自如；將所述原動側凸輪盤設置的隆起部與所述從動側凸輪盤設置的凹陷部相對配置，使在多處配合成往旋轉方向滑動自如；隨著所述后車輪所加負載轉矩增大而原動側凸輪盤中所述隆起部側壁滑動并在所述從動側凸輪盤產生旋轉方向上的位置偏移，伴隨該位置偏移變動的相互間隔開的距離變換成配置在靠近圍繞所述原動側凸輪盤和所述從動側凸輪盤外周圍固定于鏈條大齒輪側的磁環(huán)內端面?zhèn)?個適當位置以自如檢測磁力的轉矩傳感器分別測出的檢測值的計算值，控制驅動用電動機的驅動，從而對后車輪自如提供驅動輔助力矩，與此同時，在位于軸方向上的相反側并與所述鏈條大齒輪連接的曲柄，其內側處所含曲柄軸上軸固定呈與所述鏈條大齒輪大致相同的形狀的車速檢測用大齒輪，并通過與該車速檢測用大齒輪的齒輪相對的部位上設置的車速傳感器，自如檢測行駛速度，使所述助動行駛模式中的行駛成為可能。
3.如權利要求1或2所述的電動自行車，其特征在于，所述一對碟形彈簧配置成使凹陷面之間介入彈性材料。
4.如權利要求1至3的任一權利要求所述的電動自行車，其特征在于，所述磁環(huán)用其旋轉時位于以轉矩傳感器對置部位且呈圓環(huán)狀的磁鐵部和覆蓋該磁鐵部除內端面外的其它部位的樹脂增強部形成一體。
5.如權利要求1至4的任一權利要求所述的電動自行車，其特征在于，在所述隆起部的上表面設置凹陷對合部，并在位于與該凹陷對合部相對的部位的從動側凸輪盤凹陷部始端一側樹立固定銷，以該固定銷從所述凹陷對合部始端到終端的行程為限度，自如限制相對于從動側凸輪盤的原動側凸輪盤位置偏移的移動。
6.一種電動自行車行駛控制方法，其特征在于，利用切換自動行駛模式和助動行駛模式2種電動行駛模式進行控制，其中，自動行駛模式根據設置于操縱架把手一處的手動電控器的轉動狀態(tài)，使驅動信號發(fā)生變化，并施加與該驅動信號變化程度相應的電壓，對驅動用電動機的驅動進行控制，助動行駛模式則用通過腳蹬的踏力加到曲柄軸的輸入轉矩與后車輪施加的負載轉矩所確定的驅動信號，對所述驅動用電動機的進行驅動控制。
7.如權利要求6所述的電動自行車行駛控制方法，其特征在于，至少包括設置在車體上裝卸自如的可充電電池、為根據該電池所加電壓并通過輪轂強制使后車輪轉動而設置的驅動用電動機、根據所述曲柄軸直接聯(lián)動的車速檢測用大齒輪的轉動狀況檢測車速的速度傳感器、根據固定在以腳蹬為輸入轉矩而被強制旋轉的曲柄軸上的原動側凸輪盤與固定在利用一對各自的凹陷面相對并插在中間的碟形彈簧頂出往所述原動側凸輪盤一側的軸向的壓力軸支撐在所述曲柄軸側轉動和在軸向移動自如的鏈條大齒輪上的從動側凸輪盤之間的接離狀況進行檢測的轉矩傳感器，以及根據包含所述模式切換開關的操作部中各種開關的輸入操作狀況對其總體進行統(tǒng)一控制的控制部；首先判別來自所述模式切換開關的輸入是自動行駛模式，還是助動行駛模式；如果是自動行駛模式，進行電池電量狀況的校驗，電量狀況沒有問題，則在關斷開關真正動作前，進行使手動電控器輸入信號相應的脈沖寬度漸增或漸減的控制，并輸出該控制后所得的脈沖，一面進行與有無掣動相應的過流限制處理，一面進行自動行駛模式中的驅動用電動機的控制；助動行駛模式，僅在所述操作部使接通開關真正動作時，根據所述控制部發(fā)來的指令，進行校驗控制系統(tǒng)是否正常的自診斷，倘若正常，進行所裝電池電量狀況的校驗，電量狀況沒有問題，則在關斷開關真正動作前，通常根據速度傳感器的檢測信號測定速度，同時根據轉矩傳感器的檢測信號測定轉矩，并從這些測定的速度和轉矩算出脈沖，按與預先設定的基準值的關系進行脈沖寬度漸增或漸減的控制，輸出該控制后所得的脈沖，一面進行與有無掣動相應的過流限制處理，一面進行助動行駛模式中的驅動用電動機的驅動。
8.如權利要求6或7所述的電動自行車行駛控制方法，其特征在于，轉矩的測定是通過分開設置的2個轉矩傳感器單獨取得的檢測信號所得的各檢測值求出的計算值而進行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動自行車及其行駛方法,具有對自動行駛模式和助動行駛模式2種電動行駛模式切換自如的模式切換開關50。自動行駛模式,根據設于車把47的把手48的一處的手動電控器49之轉動狀態(tài)確定的驅動信號,施加電壓對驅動用電動機M進行驅動;助動行駛模式,通過腳蹬的踏力F加到曲柄軸17的輸入轉矩與后車輪43施加的負載轉矩所確定的施加電壓,對驅動用電動機進行驅動。
文檔編號B60L15/00GK1344655SQ0111696
公開日2002年4月17日 申請日期2001年5月11日 優(yōu)先權日2000年9月20日
發(fā)明者李金山, 三上和正, 坂卷佳壽美 申請人:株式會社日本綜合利用技研, 三上和正, 坂卷佳壽美