專利名稱：電動輔助自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動輔助自行車，特別涉及可以考慮根據(jù)曲軸旋轉(zhuǎn)角度的周期變化的踏力給予適當(dāng)?shù)碾妱虞o助力(助推力)的電動輔助自行車。
背景技術(shù)：
具有用于將人力對腳踏板施加的力、即踏力傳遞給后輪的人力驅(qū)動系統(tǒng)以及對應(yīng)踏力可以對人力驅(qū)動系統(tǒng)附加輔助動力的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電動輔助自行車已眾所周知。在該電動輔助自行車中，當(dāng)使用曲柄踏板施加踏力時，根據(jù)曲軸的旋轉(zhuǎn)角度、即曲柄角，踏力呈周期地變化。因而，提供到施加輔助動力的電機(jī)的電流也將隨著踏力的變化而變化。這樣，如果電流周期性地變化，則應(yīng)考慮在助推力也周期性地變化的同時電池的消耗也較快。為了改善這一問題，有人提出了檢測曲柄角、并對應(yīng)作為預(yù)定曲柄角的平均值的踏力來確定電動輔助力的電動輔助自行車(專利公開號3105570)。
在上述的電動輔助自行車中，因?yàn)槭褂玫氖翘ちΦ钠骄?，故所需的助推量的變化小，提供給電機(jī)的電流的變化小。但是，所檢測出的踏力的平均值是自現(xiàn)在時刻起上溯了上述預(yù)定曲柄角的過去的踏力的平均值。即，現(xiàn)在時刻所輸出的助推力是對應(yīng)了過去的踏力的助推力，因而，存在產(chǎn)生控制滯后而不能跟隨上突然的踏力變化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供可不跟隨頻繁的踏力變化地、且可以適當(dāng)?shù)厥┘铀璧闹屏Φ碾妱虞o助自行車。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第1特征在于具有設(shè)定對應(yīng)了曲柄角的踏力基準(zhǔn)值的踏力基準(zhǔn)值保持裝置；按照該踏力檢測時的曲柄角比較所檢測出的踏力和上述踏力基準(zhǔn)值并推定此后的預(yù)定期間的踏力的推定裝置；基于用上述推定裝置推定的踏力，確定利用電機(jī)的輔助力的控制裝置。
根據(jù)該第1特征，通過將現(xiàn)在檢測出的踏力和現(xiàn)在的曲柄角與踏力基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，由于可以檢測出踏力基準(zhǔn)值和現(xiàn)踏力的比率，故可以根據(jù)該比率推定每個曲柄角的踏力。并且，可以基于如曲軸的旋轉(zhuǎn)半圈的踏力的推定值來確定輔助力。
本發(fā)明的第2特征在于上述推定裝置的構(gòu)成是基于檢測出的踏力以及檢測該踏力時的曲柄角計算此后預(yù)定期間的踏力峰值，并將基于該踏力峰值的上述預(yù)定期間的踏力平均值作為推定踏力值輸出。根據(jù)該第2特征，不是根據(jù)過去檢測出的踏力，而是根據(jù)所推定的踏力峰值來求踏力平均值，進(jìn)而根據(jù)踏力平均值來計算輔助力。
本發(fā)明的第3特征在于具有在橢圓地形成結(jié)合在曲軸上的驅(qū)動鏈輪的同時，由根據(jù)驅(qū)動鏈輪的轉(zhuǎn)速以及后輪的轉(zhuǎn)速檢測增速比的增速比檢測裝置、設(shè)定了對應(yīng)曲柄角的基準(zhǔn)增速比的基準(zhǔn)增速比保持裝置、通過所檢測出的增速比和基準(zhǔn)增速比的比較檢測預(yù)備曲柄角的曲柄角檢測裝置、根據(jù)上述增速比的變化方向特定曲柄角的曲柄角特定裝置構(gòu)成上述曲柄角檢測裝置。
根據(jù)該第3特征，因?yàn)闄E圓鏈輪在圓周方向半徑不同，故在每個曲柄角其增速比不同。因而，通過比較預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)增速比和檢測增速比可以檢測出現(xiàn)曲柄角。
本發(fā)明的第4特征在于具備設(shè)定了相當(dāng)于對應(yīng)車速的輕便車的平地行駛阻力的正常踏力基準(zhǔn)值的正常踏力基準(zhǔn)值保持裝置，上述控制裝置的構(gòu)成是根據(jù)上述推定踏力值和上述正常踏力基準(zhǔn)值，推定踏力值增大則增大、正常踏力基準(zhǔn)值增大則減小地通過PID控制計算正常助推力，且不管踏力的周期性的變化如何地進(jìn)行固定輸出。
根據(jù)該第4特征，通過使用所推定的平均踏力值，可以防止控制的滯后。此外，因?yàn)檎Ｌち鶞?zhǔn)值與對應(yīng)車速變化的平地行駛阻力相當(dāng)，故在增大踏力的比例上，在車速不增大的上坡時等，即使平均踏力值增大，其正常助推力也不極端地增大。因而，結(jié)果上，正常助推力增大而使助推力增大。


圖1是涉及本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的電動輔助自行車的控制裝置的構(gòu)成的框圖；圖2是涉及本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的電動輔助自行車的側(cè)面圖；圖3是包含踏力檢測裝置的人力驅(qū)動部的要部斷面圖；圖4是圖3的A-A方向側(cè)視圖；圖5是圖3的要部放大斷面圖；圖6是在涉及本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的電動輔助自行車上使用的電機(jī)的斷面圖；圖7所示是曲柄角和踏力的關(guān)系圖；圖8所示是強(qiáng)踏力的峰值和對應(yīng)曲柄角的踏力的比的值(系數(shù)f1)之圖；圖9所示是對應(yīng)曲柄角的增速比之圖；圖10所示是對應(yīng)車速的正常踏力基準(zhǔn)值之圖；圖11是平地正常行駛時、平地加速行駛時以及從平地移行到上坡時的動作的時間流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的一個實(shí)施形態(tài)。圖2是具有涉及本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的控制裝置的電動輔助自行車的側(cè)面圖。電動輔助自行車的車體框架1具有位于車體前方的頂管2、自頂管2向后下方延伸的斜梁3、連結(jié)于斜梁3向后方延伸的后叉4和從斜梁3的最下端立向上方的支柱5。
在頂管2上可自由旋轉(zhuǎn)地支撐著前叉6。在前叉6的下端用軸承支撐著前輪7，在前叉6的上端安裝著方向把8。在方向把8上設(shè)置有制動桿9，從制動桿9引出的電纜10連結(jié)在固定在前叉6上的前輪制動器11上。同樣地，后輪制動用的制動桿雖然也設(shè)置在方向把8上，但圖中做了省略。此外，在制動桿9上設(shè)置有感知該制動桿9被操作了的制動傳感器(沒有圖示)。
連結(jié)于支柱5的上端的一對左右支桿向后下方延伸，在下端附近與后叉4結(jié)合。在結(jié)合后叉4和支桿12而成的構(gòu)件上支撐著后輪13，進(jìn)而，由上述構(gòu)件支撐并在與后輪13的輪轂同一軸上設(shè)置有作為輔助動力源的電機(jī)14。作為電機(jī)14最好是高轉(zhuǎn)矩且低摩擦的三相無刷電機(jī)。關(guān)于該電機(jī)14的具體的構(gòu)造或控制后述。
在支柱5上安裝有上端具有車座15的支撐軸16，且通過該支撐軸16可調(diào)整車座15的高度。在車座15的下方支柱5與后輪13之間設(shè)置有為電機(jī)14提供電力的電池17。電池17保持在固定在支柱5上的托架18上。在托架18上設(shè)置有供電部19，該供電部19用沒有圖示的電線與電機(jī)14連接，同時與電池17的電極連接。電池17的上部用由條帶20和凹凸金屬件組成的連接工具支撐在支柱5上。
在上述的斜梁3和支柱5的交叉部支撐著在車體的左右延伸的曲軸22，在曲軸22上，經(jīng)由曲柄23結(jié)合有腳踏板24。在曲軸22上經(jīng)由沒有圖示的踏力傳感器連結(jié)著驅(qū)動鏈輪25，施加到腳踏板24上的踏力經(jīng)由踏力傳感器被傳遞到驅(qū)動鏈輪25。這里，橢圓地形成了驅(qū)動鏈輪25的外周形狀。
在驅(qū)動鏈輪25和設(shè)置在后輪13的輪轂上的從動鏈輪26間連掛著鏈條27。鏈條27的拉動側(cè)以及驅(qū)動鏈輪25被鏈條罩28所覆蓋。在曲軸22上，設(shè)置有曲軸22的旋轉(zhuǎn)傳感器(沒有圖示)。作為旋轉(zhuǎn)傳感器，可以使用眾所周知的在汽車用發(fā)動機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)檢測中使用的傳感器等。
下面說明安裝在曲軸22上的踏力檢測裝置。圖3是曲軸22的周邊的斷面圖，圖4是圖3的A-A方向視圖。在固定在斜梁3的支撐管100的兩端擰入的軸承蓋101L、101R和形成在曲軸22上的臺階之間分別嵌插有滾珠軸承102L、102R，其可自由旋轉(zhuǎn)地支撐著曲軸22。
在曲軸22的左右端分別用適合于螺栓103B的螺母103C固定著曲柄23(只圖示了右側(cè))。在曲柄23和支撐管100之間固定著單向超越離合器104的內(nèi)輪105。在內(nèi)輪105的外周，經(jīng)由軸襯105A可自由旋轉(zhuǎn)地支撐著驅(qū)動鏈輪25。驅(qū)動鏈輪25的軸向方向的位置受到螺母106A和盤片106B的限制。
在驅(qū)動鏈輪25上整體地設(shè)置有蓋體107，在用這些驅(qū)動鏈輪25和蓋體107圍繞的空間中，配設(shè)有傳遞盤108。傳遞盤108相對于驅(qū)動鏈輪25同軸、且在以曲軸22為軸的旋轉(zhuǎn)方向被相互允許預(yù)定量的間隙地支撐著。
橫跨驅(qū)動鏈輪25以及傳遞盤108穿設(shè)著多個(在此為6個)窗口109，在該窗口109的內(nèi)側(cè)分別收納有壓縮螺旋彈簧110。壓縮螺旋彈簧110的作用是在驅(qū)動鏈輪25以及傳遞盤108間相互產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)方向的偏離時產(chǎn)生與偏離相對應(yīng)的抗力。
在傳遞盤108的輪轂的內(nèi)周，形成有作為單向超越離合器104的外輪的棘輪齒111，該棘輪齒111與由上述內(nèi)輪105支撐并在輻射方向被彈簧112壓住的棘輪爪113相嚙合。在單向超越離合器104上設(shè)置有用于防塵的罩蓋114。
在傳遞盤108上設(shè)置有用于接合固定在踏力傳遞環(huán)124上的踏力傳遞用的突起部115的固定孔116。在驅(qū)動鏈輪25上設(shè)置有可用于使突起部115接合在固定孔116上的窗口117，且突起部115貫通該窗口117嵌合在固定孔116上。
橫跨驅(qū)動鏈輪25以及傳遞盤108穿設(shè)有多個(在此為3個)不同于上述窗口109的另外的小窗口，在該小窗口的內(nèi)側(cè)分別收納有壓縮螺旋彈簧118。壓縮螺旋彈簧118的配置可以使傳遞盤108壓在其旋轉(zhuǎn)方向119側(cè)。即，其在吸收驅(qū)動鏈輪25和傳遞盤108的結(jié)合部的間隙的方向上作用，以便發(fā)揮以良好的應(yīng)答性使傳遞傳遞盤108的變位能夠傳遞給驅(qū)動鏈輪25的功能。
在驅(qū)動鏈輪25的、靠近車體即斜梁3側(cè)，安裝有踏力檢測裝置的傳感器部分(踏力傳感器)47。踏力傳感器47具有固定在驅(qū)動鏈輪25上的外側(cè)環(huán)片120和相對于該外側(cè)環(huán)片120可自由旋轉(zhuǎn)地設(shè)置的、用于形成磁回路的傳感器本體121。
外側(cè)環(huán)片120用具有電氣絕緣性的材料形成，用沒有圖示的螺栓固定在驅(qū)動鏈輪25上。外側(cè)環(huán)片120的、設(shè)置在驅(qū)動鏈輪25側(cè)的罩蓋122被止螺123固定在外側(cè)環(huán)片120上。
圖5是傳感器本體121的放大斷面圖。與上述曲軸22同心地設(shè)置有線圈125，同時，還設(shè)置有在該線圈125的軸向方向兩側(cè)配置并在線圈125的外周方向牽出的一對芯126A、126B。此外，在上述芯126A、126B之間設(shè)置有環(huán)狀的第1感應(yīng)體127和第2感應(yīng)體128。第1感應(yīng)體127和第2感應(yīng)體128的構(gòu)成可以對應(yīng)從踏力傳遞環(huán)124傳遞來的踏力相互在圓周方向變位，并通過該變位使芯126A、126B間的部分的相互重疊量變化。其結(jié)果是在對線圈125通電時，包含芯126A、126B以及芯環(huán)129、乃至于第1感應(yīng)體127和第2感應(yīng)體128的磁回路的磁束對應(yīng)踏力變化。因此，檢測出作為該磁束的函數(shù)的線圈125的電阻變化便可以檢測出踏力。這里，在圖5中，符號130、131是傳感器121的支撐構(gòu)件，符號132是軸承，符號133是從線圈125引出的導(dǎo)線。
上述踏力傳感器在本專利申請人的先前的專利(特願平11-251870號(整理序號A99-1-26))說明書中進(jìn)一步詳細(xì)地進(jìn)行了說明。這里，踏力傳感器不只限定于具有上述構(gòu)造的傳感器，也可以使用眾所周知的傳感器。
圖6是電機(jī)14的斷面圖。在后叉4的后端以及從支桿12的下端的接合部向后方拉出的拉桿29上，用軸31支撐著組入了變速機(jī)的圓柱體30。在圓柱體30的外周嵌合有車輪輪轂32。車輪輪轂32是具有內(nèi)筒以及外筒的環(huán)狀體，內(nèi)筒的內(nèi)周面連接于圓柱體30的外周。在車輪輪轂32的側(cè)面利用螺栓34固定著從圓柱體30拉出的連結(jié)板33。在車輪輪轂32的外筒的內(nèi)周，按規(guī)定的間隔配置了構(gòu)成電機(jī)14的轉(zhuǎn)子側(cè)磁極的釹磁鐵35。即，外筒構(gòu)成保持了磁鐵35的轉(zhuǎn)子芯。
在車輪輪轂32內(nèi)筒的外軸嵌合有軸承36，且在該軸承36的外周嵌合有定子支撐板37。在定子支撐板37的外周配置并由螺栓40安裝著定子38。定子38與轉(zhuǎn)子芯即車輪輪轂32的外筒具有規(guī)定的間隙地配置，且在該定子38上繞裝有三相線圈39。
在定子支撐板37的側(cè)面設(shè)置有光傳感器41。光傳感器41在車輪輪轂32旋轉(zhuǎn)時，被設(shè)置在該車輪輪轂32上的環(huán)狀構(gòu)件42斷續(xù)地遮斷光路，其結(jié)果是將輸出脈沖波形信號。環(huán)狀構(gòu)件42具有在旋轉(zhuǎn)時可斷續(xù)地遮斷光傳感器41的光路的、規(guī)則的矩形齒形狀?；谏鲜雒}沖波形信號可檢測出作為轉(zhuǎn)子的車輪輪轂32的位置信號。光傳感器41對應(yīng)于電機(jī)14的各相設(shè)置在3處位置，具有作為電機(jī)14的磁極傳感器以及旋轉(zhuǎn)傳感器的功能。
此外，在定子支撐板37的側(cè)面上還設(shè)置有控制基板43，其按照來自作為磁極傳感器的光傳感器41的位置信號進(jìn)行對上述三相線圈39的通電控制。在該控制基板43上安裝有CPU或FET等控制元件。這里，控制基板43可以和光傳感器41用的安裝基板一體化。
在車輪輪轂32的外周固定著與沒有圖示的后輪的車圈相連結(jié)的輻條44。進(jìn)而，在定子支撐板37的、與安裝有上述控制基板43等的一側(cè)相反的一側(cè)上，利用螺栓45固定有角撐架46，角撐架46由沒有圖示的螺栓結(jié)合在上述車體框架的拉桿29上。
在車輪輪轂32上設(shè)置有嵌入了透明樹脂(清潔鏡片)32A的窗口，在固定在定子支撐板37上的固定罩37A上同樣地也設(shè)置有嵌入了清潔鏡片37B的窗口。由于通過這些清潔鏡片37A、37B可以使人們從外側(cè)看到電機(jī)14的內(nèi)部，故在可以得到別致的美觀上的效果的同時，還可以得到利用樹脂部分地形成車輪輪轂32和固定罩37A而減輕重量的效果。
這樣，通過設(shè)置在與后輪13的軸31同一軸上配置的定子和轉(zhuǎn)子組成的三相無刷電機(jī)14，可以產(chǎn)生對利用鏈條27和從動鏈輪26傳遞的人力附加的輔助動力。
下面，說明上述電動輔助自行車控制裝置的要部功能。在圖1的控制框圖中，由踏力傳感器47檢測出的人力即踏力被輸入到比例助推計算部50以及濾波部51。濾波部51用后面詳述的手段計算并輸出踏力平均值。比例助推計算部50在輸入的踏力上乘以預(yù)定的系數(shù)并輸出比例助推力。例如，可以設(shè)定系數(shù)，以使在車速達(dá)到15km/時前其比例助推力與踏力的比率為1比1，而在車速超過15km/時以上時，則對應(yīng)于超過的部分逐漸減少比例助推力，例如，成比例地逐漸減少比例助推力，直到車速達(dá)到24km/時其比例助推力為0為止。
正常踏力計算部52以平地行駛時的踏力基準(zhǔn)值(正常踏力基準(zhǔn)值)為車速的函數(shù)進(jìn)行計算、輸出，正常助推計算部53根據(jù)上述踏力平均值和正常踏力基準(zhǔn)值通過PID運(yùn)算計算并輸出正常助推力。在加法部54相加比例助推力和正常助推力并將之作為助推力輸出。
下面說明濾波電路51。在濾波電路51計算的踏力平均值并非是一直到現(xiàn)時刻的預(yù)定時間范圍的踏力累積值的平均值，而是根據(jù)現(xiàn)在的踏力和曲柄角推算從現(xiàn)在開始曲柄角旋轉(zhuǎn)180°的過程、即曲軸22旋轉(zhuǎn)半圈時的踏力峰值，且基于對該推定值乘以了預(yù)定的系數(shù)所計算的值?？梢匀缫韵逻@樣來推定踏力平均值。
圖7給出的是曲柄角與踏力的關(guān)系圖，是分別關(guān)于強(qiáng)烈蹬踏時和較弱蹬踏時的圖。圖中，縱軸為踏力，橫軸為曲柄角。強(qiáng)烈地蹬踏腳踏板24時的踏力(強(qiáng)踏力)和較弱地蹬踏腳踏板24時的踏力(弱踏力)的比的值是一定的。因而，可以通過逐個曲柄角地測量踏力并將之作為踏力基準(zhǔn)值予以保持，進(jìn)而使用該踏力基準(zhǔn)值按相同的每個曲柄角地通過計算弱踏力的峰值來進(jìn)行推定。
在分別按曲柄角B、C、D檢測了弱踏力b’、c’、d’時，利用同一曲柄角B、C、D的強(qiáng)踏力b、c、d和強(qiáng)踏力的峰值a，可以使用下面的各式推定弱踏力的峰值。即，b’×a/b…(式1)；c’×a/c…(式2)；d’×a/d…(式3)。
圖8所示是踏力基準(zhǔn)值的峰值a和對應(yīng)曲柄角的踏力b、c、d的比的值(系數(shù)f1)。如由式(1)～式(3)可理解的那樣，可以推定對踏力傳感器47的輸出(踏力值)乘以系數(shù)f1得到的值即為在該踏力檢測時刻的踏力峰值。也可以考慮踏力的大小或踏力的變化(畸變)來設(shè)定系數(shù)f1。
如果能夠推定踏力峰值，則可以對該踏力峰值乘以系數(shù)f2來進(jìn)一步推定踏力平均值。例如，取作為系數(shù)f2對所推定的踏力峰值乘以1/2為踏力平均值的推定值。這里，關(guān)于系數(shù)f2也可以取考慮了踏力的大小或踏力的變化的值。
曲柄角可以根據(jù)驅(qū)動鏈輪25的轉(zhuǎn)速檢測出來。由于驅(qū)動鏈輪25是橢圓的，故驅(qū)動鏈輪25的齒數(shù)等價于在長徑r1到短徑r2之間變化。即，可以對應(yīng)曲柄角作為長徑r1到短徑r2的函數(shù)進(jìn)行檢測。進(jìn)而，可以根據(jù)基于檢測曲軸22的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)傳感器的輸出所得到的驅(qū)動鏈輪25的轉(zhuǎn)速和基于設(shè)置在電機(jī)14上的光傳感器41的輸出所得到的后輪13的轉(zhuǎn)速即車速來計算增速比。另一方面，還可以根據(jù)驅(qū)動鏈輪25的徑r1～r2以及從動鏈輪26的徑r3預(yù)先計算對應(yīng)曲柄角的增速比。因而，通過比較基于傳感器輸出的增速比和基于鏈輪的徑長的增速比，可以檢測出曲柄角。
圖9給出的是對應(yīng)曲柄角的增速比的圖。增速比按照驅(qū)動鏈輪25的徑r1～r2以及從動鏈輪26的徑r3確定。增速比r1/r3為最大值。增速比r2/r3為最小值。這里，在半圈之間的2點(diǎn)為同樣的增速比。因此，監(jiān)視增速比的變化的趨向，檢測是在增減的哪一個方向上變化，可以特定2個檢測曲柄角中的1個。
圖10所示是對應(yīng)車速的正常踏力基準(zhǔn)值的圖。正常踏力基準(zhǔn)值TqR相當(dāng)于在平地行駛時的行駛阻力，伴隨著車速v的增大而增大。在考慮平地行駛阻力來確定正常踏力基準(zhǔn)值TqR的同時，還可以乘以由實(shí)驗(yàn)得來的系數(shù)進(jìn)行確定。正常踏力基準(zhǔn)值TqR是例如輕便車的平地行駛阻力的函數(shù)，如在圖10所示的一例那樣，在車速va(15km/時)時為7kgf，在車速vb(24km/時)時為13kgf。這里，所謂輕便車是指車體重量為15kg～20kg的車輛。
雖然正常踏力基準(zhǔn)值TqR是基于平地行駛阻力確定的，但也可以如圖10中用點(diǎn)劃線給出的那樣進(jìn)行變形。如果在車速va其值呈上升傾向變化(線m)，則在超過車速va時降低助推力，如果在車速vb其值呈上升傾向變化(線n)，則在超過車速vb時劇減助推力，實(shí)質(zhì)上作為停止助推而作用。
回到圖1，說明正常助推力計算部53的動作。如同圖所示的那樣，正常助推力的計算是踏力Tq增大則增大，正常踏力基準(zhǔn)值TqR增大則減小。如果行駛阻力沒有變化，即如果正常踏力基準(zhǔn)值TqR沒有變化，則利用助推力的增大來減低踏力Tq。即，可以控制踏力平均值TqAV使之等于正常踏力基準(zhǔn)值TqR。
這里，因?yàn)檎Ｌち鶞?zhǔn)值TqR是平地的行駛阻力的函數(shù)，故如果路面變?yōu)樯掀?，則正常踏力基準(zhǔn)值TqR將不與踏力Tq相對應(yīng)。即，根據(jù)踏力Tq的正常助推力增加份額與基于正常踏力基準(zhǔn)值TqR的正常助推力降低份額相比變大。因而，正常助推力呈增大傾向，踏力Tq變?yōu)楹苄?。換言之，就是輸出助推力以使之即使在上坡時也只需要平地行駛時所需要的踏力Tq。
我們根據(jù)時序圖說明上述控制裝置的動作。圖11(a)是平地正常行駛時的動作的時間流程圖，圖11(b)是平地加速行駛時的動作的時間流程圖，11(c)是從平地移行到上坡的動作的時間流程圖。在這些圖中，線SA表示正常助推力，線SB表示踏力，線SC表示作為正常助推力和踏力以及比例助推力的總和的助推力。即，比例助推力可以用線SC與線SB之差表示。這里，在圖11中，雖然線SB表示踏力Tq的變化，但在正常助推力的計算中，可以使用踏力Tq的平均值(推定值)。
圖11(a)所示的平地正常行駛時，比例助推力是在踏力Tq上乘以系數(shù)后的值。另一方面，正常助推力則從對應(yīng)踏力Tq的平均值的份額中減去對應(yīng)正常踏力基準(zhǔn)值TqR的份額而變成較小的值。
圖11(b)所示的平地加速行駛時，如果想要加速而增大踏力，則因比例助推力伴隨踏力Tq的增大而增大，故助推力增大。因而，用較小的踏力即可以實(shí)現(xiàn)加速。雖然如果加速后踏力較加速前變大而需要增加正常助推力，但由于基于加速的車速增大導(dǎo)致正常踏力基準(zhǔn)值TqR增大，故結(jié)果上正常助推力并沒有變化。即，加速時可以謀求利用與踏力的增大相抵的比例助推力的變化所形成的助推力的增大。
圖11(c)所示的從平地移行到上坡部時，雖然踏力Tq增大，但車速沒有變化或呈稍稍的減速傾向。比例助推力對應(yīng)于踏力Tq的增大份額而增大。由于車速沒有變化，故正常踏力基準(zhǔn)值TqR沒有變化。因而，對應(yīng)踏力Tq的平均值的增大份額正常助推力增大，其結(jié)果是助推力增大使踏力Tq的平均值返回到原值，即平地行駛時的值。在上坡所需要的力與正常助推力一致了之后，踏力以及比例助推力同時返回到原值，可以用與平地行駛時同樣的踏力進(jìn)行行駛。
本實(shí)施形態(tài)是可以進(jìn)行變形的。例如，在圖1的控制裝置中，說明了單純地相加各控制值或單純地乘以系數(shù)的例子。但是，例如，如果想要對應(yīng)行駛路面(如傾斜的狀態(tài))達(dá)到最加的助推力，則該計算既可以進(jìn)行有無相加控制值的切換，也可以作為行駛路面的函數(shù)來確定系數(shù)。
此外，雖然規(guī)定了不管曲柄角位于何處地計算踏力峰值，但為了減小推定的誤差，在上下死點(diǎn)附近也可以不進(jìn)行推定。此時，例如，也可以在上死點(diǎn)附近將檢測踏力原樣不變地作為踏力峰值的推定值，在下死點(diǎn)附近則代替使用剛才的推定踏力峰值值。
另外，在助推力為負(fù)值時，例如，由于在下坡過程中踏力Tq為0而車速v增大使正常踏力基準(zhǔn)值TqR變大，故助推力變?yōu)樨?fù)值。在這樣的情況下，除了使電機(jī)14的輸出為0外，也可以將電機(jī)14切換為再生制動。通過這樣的做法，可以限制下坡過程中的慣性速度。
如由以上說明可以明了的那樣，按照權(quán)利要求1～4的發(fā)明，由于可以利用推定的踏力確定助推力，故可以消除控制的滯后。特別地，按照權(quán)利要求2的發(fā)明，因?yàn)榭梢曰谄骄ちχ祦泶_定助推力，故可以實(shí)行不用追從因曲軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的周期性的變動的、穩(wěn)定的助推。
另外，按照權(quán)利要求3的發(fā)明，由于可以利用由驅(qū)動鏈輪的形狀所形成的旋轉(zhuǎn)特性檢測曲柄角，故可以不必專門設(shè)置曲柄角檢測傳感器。
進(jìn)而，按照權(quán)利要求4的發(fā)明，可以得到適合于車速或路面狀態(tài)等行駛條件的助推。此外，通過消除控制滯后，因在踏力變化和實(shí)際的車輛行駛速度的變化上不會產(chǎn)生偏差，故行駛感覺良好。
權(quán)利要求
1.一種電動輔助自行車，帶有用于輔助施加給曲軸的踏力的電機(jī)，其特征在于具有檢測踏力的踏力檢測裝置；檢測曲柄角的曲柄角檢測裝置；設(shè)定對應(yīng)曲柄角的踏力基準(zhǔn)值的踏力基準(zhǔn)值保持裝置；根據(jù)踏力檢測時的曲柄角比較檢測出來的踏力和上述踏力基準(zhǔn)值并推定此后的預(yù)定時間范圍的踏力的推定裝置；基于由上述推定裝置推定的踏力確定利用上述電機(jī)的輔助力的控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電動輔助自行車，其特征在于上述推定裝置構(gòu)成為可以根據(jù)檢測出來的踏力以及進(jìn)行該檢測時的曲柄角計算此后的預(yù)定時間范圍的踏力峰值，并將基于該踏力峰值的上述預(yù)定時間范圍的踏力平均值作為推定踏力值輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電動輔助自行車，其特征在于在橢圓地形成與上述曲軸結(jié)合的驅(qū)動鏈輪的同時，還具有將上述驅(qū)動鏈輪的轉(zhuǎn)速作為第1轉(zhuǎn)速而檢測的第1轉(zhuǎn)速檢測裝置；將由上述驅(qū)動鏈輪驅(qū)動的后輪的轉(zhuǎn)速作為第2轉(zhuǎn)速而檢測的第2轉(zhuǎn)速檢測裝置；上述曲柄角檢測裝置由以下部分構(gòu)成，即具有根據(jù)上述第1轉(zhuǎn)速和上述第2轉(zhuǎn)速檢測增速比的增速比檢測裝置；設(shè)定對應(yīng)曲柄角的基準(zhǔn)增速比的基準(zhǔn)增速比保持裝置；通過比較所檢測出的增速比和基準(zhǔn)增速比來檢測候補(bǔ)曲柄角的曲柄角檢測裝置；根據(jù)上述增速比的變化方向特定曲柄角的曲柄角特定裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所記述的電動輔助自行車，其特征在于具有設(shè)定相當(dāng)于對應(yīng)車速的輕便車的平地行駛阻力的正常踏力基準(zhǔn)值的正常踏力基準(zhǔn)值保持裝置，且上述控制裝置構(gòu)成為可以根據(jù)上述推定踏力值和上述正常踏力基準(zhǔn)值，通過PID控制來計算正常助推力，以便能夠在推定踏力值增大時增大助推力，在正常踏力基準(zhǔn)值時增大則減小助推力，且即使踏力周期性變化也進(jìn)行固定輸出。
全文摘要
提供一種電動輔助自行車。濾波部(51)按照該時的曲柄角比較檢測出的踏力和規(guī)定的踏力基準(zhǔn)值，推定踏力的峰值。進(jìn)而，基于峰值推定平均值。正常踏力基準(zhǔn)值相當(dāng)于對應(yīng)車速的平地行駛阻力。正常助推計算部(53)根據(jù)踏力平均值和正常踏力基準(zhǔn)值，通過PID控制來計算正常助推力。正常助推力的計算是踏力平均值增大則增大，正常踏力基準(zhǔn)值增大則減小。比例助推計算部(50)計算比例于檢測踏力的比例助推力。相加比例助推力和正常助推力并求出助推力。改善助推控制的滯后和只根據(jù)踏力比例的助推力的確定的不合理，以確定更為適合于行駛狀態(tài)的助推力。
文檔編號B60L15/20GK1410318SQ0214220
公開日2003年4月16日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者本田聰 申請人:本田技研工業(yè)株式會社