專利名稱：電動(dòng)輔助自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電機(jī)動(dòng)力輔助人力行駛的電動(dòng)輔助自行車，特別涉及通過監(jiān)視供給電機(jī)電流或電壓，防止供給不需要的輔助力的電動(dòng)輔助自行車。
在并列設(shè)置人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)踏力的變化控制電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的電動(dòng)輔助自行車中，特開平5—310177號(hào)公報(bào)提出了下述的技術(shù)踏力檢測(cè)手段的可動(dòng)部分工作不平滑，踏力大于預(yù)先設(shè)定基準(zhǔn)值的狀態(tài)持續(xù)一定時(shí)間的場(chǎng)合下，通過限制電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出，使之不產(chǎn)生不必要的輸出，防止行駛感覺變差。
此外，也公開了這樣的過流保護(hù)回路技術(shù)根據(jù)串聯(lián)連接于電機(jī)的電流檢測(cè)電阻兩端產(chǎn)生的電壓，來檢測(cè)流過電機(jī)的電流，當(dāng)超過預(yù)先設(shè)定許容電流值的情況下，切斷通過電機(jī)的電流。
但是，上述現(xiàn)有技術(shù)存在下述問題即使踏力檢測(cè)手段正常工作，主控制系統(tǒng)工作不正常的情況下，從電機(jī)仍供給不必要的驅(qū)動(dòng)力，損害行駛感覺。所述的主控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)的踏力控制產(chǎn)生輔助力的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
此外，以PWM方式控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，開關(guān)控制向電機(jī)通電的半導(dǎo)體開關(guān)元件(如場(chǎng)效應(yīng)管)雖未產(chǎn)生短路，但產(chǎn)生泄漏電流增大的故障，在這種情況下，由于未超過許容電流值，故過去的過流保護(hù)回路不能充分適應(yīng)這種情況。
本發(fā)明正是解決上述課題的技術(shù)。其目的在于提供一種電動(dòng)輔助自行車為從電機(jī)供給根據(jù)踏力大小的輔助力，進(jìn)行PWM信號(hào)生成的主控制系統(tǒng)、以及向電機(jī)開關(guān)通電的半導(dǎo)體開關(guān)元件等工作不正常，即使在這種情況下，也不供給不必要的輔助力。
為解決上述課題，本發(fā)明涉及的電動(dòng)輔助自行車的特征在于具有電機(jī)供電停止手段，該手段在供給電機(jī)的電壓或電流不能變?yōu)樾∮陬A(yù)先設(shè)定的大致近于0的設(shè)定值的狀態(tài)，而這種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間大于預(yù)先設(shè)定的許容時(shí)間時(shí)，停止向電機(jī)供電。
在供給電機(jī)的電壓或電流持續(xù)的時(shí)間大于預(yù)先設(shè)定的許容時(shí)間，且不能小于預(yù)先設(shè)定的大致接近于0的設(shè)定值時(shí)，電機(jī)供電停止手段向電機(jī)的供電。
由于根據(jù)踏力(腳踏腳踏板的力)控制從電機(jī)供給的輔助力，故根據(jù)踏力檢測(cè)、檢測(cè)踏力的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制正常時(shí)，腳踏板的上死點(diǎn)及下死點(diǎn)處踏力大致為0，供給電機(jī)的電壓或電流周期性地為0；根據(jù)踏力檢測(cè)，檢測(cè)踏力的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)不正常工作時(shí)，由于供給電機(jī)的電壓或電流不周期性地為0，通過檢測(cè)不為0這種狀態(tài)，停止向電機(jī)的供電，可防止供給不必要的輔助力。
此外，即使產(chǎn)生開關(guān)地向電機(jī)通電的半導(dǎo)體開關(guān)元件的泄漏電流增加的故障，通過檢測(cè)出其異常，停止向電機(jī)的供電，可防止供給不必要的輔助力。
下面根據(jù)圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。其中，

圖1是本發(fā)明涉及電動(dòng)輔助自行車側(cè)面圖。
圖2是電池盒的縱剖面圖。
圖3是電池盒組件后部及中間殼體底部縱剖側(cè)面圖。
圖4是傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)及腳踏力檢測(cè)手段模式結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明涉及電動(dòng)輔助自行車控制裝置功能塊構(gòu)成圖。
圖6表示電機(jī)供電停止手段及門驅(qū)動(dòng)回路的回路構(gòu)成圖的一具體例。
圖7表示控制系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)序圖。
圖8表示電機(jī)供電停止手段的其它構(gòu)成例回路構(gòu)成圖。
圖9根據(jù)電機(jī)電壓檢測(cè)的電機(jī)供電停止手段的框圖。
圖10表示控制系統(tǒng)一具體例回路構(gòu)成圖。
圖11表示電動(dòng)驅(qū)動(dòng)限制手段的動(dòng)作時(shí)序圖。
圖12控制裝置整體動(dòng)作流程圖。
圖13電流檢測(cè)手段的另一構(gòu)成例說明圖。
圖中的符號(hào)表示1—電動(dòng)輔助自行車；21—電機(jī)；85、206—繼電器；87、FET—場(chǎng)效應(yīng)管；70—踏力檢測(cè)手段；90、100、110—電機(jī)供電停止手段；91—電流檢測(cè)手段；92—臨界值制定手段；93—時(shí)間監(jiān)視手段；94—供電停止控制手段；203a—CPU；203c—A/D變換器；203T—計(jì)時(shí)器；204—電機(jī)電流檢測(cè)回路。
圖1是本發(fā)明電動(dòng)輔助自行車的側(cè)面圖。
從電動(dòng)輔助自行車1的頭管2向斜后方延伸出下斜管3，從下斜管3的下端延伸出向上彎曲，并指向斜后方的座管4，由下斜管3及座管4構(gòu)成大致呈V字型的主架5。在座管4的上端設(shè)置車座6。
在頭管2上嵌插有可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的車把軸7，在車把軸7的上端一體地安裝車把8，同時(shí)，在車把軸7的下端呈一體地延伸出的左右一對(duì)的前叉9的下端，自由回轉(zhuǎn)地支承前輪10。
在下斜管3和車座管4交叉形成的主架的彎曲部下部，突出設(shè)有托架5a(如圖3所示)，在其內(nèi)安裝傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)，兼作曲柄箱的齒輪箱11一體地安裝在托架5a上。在齒輪箱11上一體地安裝呈前后方向的后叉12。在車座管4和后叉的后端架設(shè)支撐13，在后叉12的后端可以自由回轉(zhuǎn)地以軸支承后輪14。
在齒輪箱11上，嵌裝有可以自由回轉(zhuǎn)的曲軸(車拐軸)，在曲軸15的左右端一體地安裝曲軸臂(車拐)16，曲軸臂16的前端設(shè)有腳踏板(腳蹬子)17。
與曲軸15一體設(shè)置的驅(qū)動(dòng)鏈輪18以及和后車輪一體設(shè)置的從動(dòng)鏈輪19之間架設(shè)有無縫鏈條20，通過腳踏板17上施加的力回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)曲軸15，則通過主動(dòng)鏈輪18、鏈條20、以及從動(dòng)鏈輪19使后輪14回轉(zhuǎn)，電動(dòng)輔助自行車1可以作為自行車行駛。
此外，沿車座管4，在齒輪箱11上固定電機(jī)21。在座管4的后側(cè)面上，設(shè)有位于電機(jī)21上方的、控制電機(jī)21轉(zhuǎn)動(dòng)的電子控制裝置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置等控制裝置22。以控制裝置22控制電機(jī)21回轉(zhuǎn)，則電機(jī)的回轉(zhuǎn)扭矩通過傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳遞到曲軸15，以電機(jī)的動(dòng)力對(duì)人力進(jìn)行輔助。
由下斜管3和車座管4構(gòu)成的主架5由大致呈V型的左右兩部分的側(cè)蓋23及中間蓋24覆蓋。在覆蓋下斜管3的側(cè)蓋23的傾斜的上表面上，可以拆卸地安裝充電電池盒組件25。
在側(cè)蓋23的前端部上配設(shè)有由鑰匙開關(guān)(組合開關(guān))等構(gòu)成的主開關(guān)41。通過與此主開關(guān)41的操作聯(lián)動(dòng)的鎖緊裝置(未圖示)，當(dāng)開關(guān)位于“開”位置時(shí)，為電池盒組件25不能拆下的結(jié)構(gòu)。
此外，在電池盒組件25的側(cè)面上，設(shè)有充電用接口等連接部42，即使在電池盒組件25安裝于自行車1的狀態(tài)下，也可以充電。
圖2是電池盒的縱斷面圖。
電池盒組件25分成上下的下殼體26和上殼體27，在此電池盒組件25內(nèi)，可以自由拆下地安裝20個(gè)圓柱形的單一型Ni—Cd電池28a、28b構(gòu)成的電源用電池組29。
此外，電池盒組件25的上殼體27形成電動(dòng)輔助自行車1的車體外表面的一部分。
電源用電池組29的構(gòu)成如下。相鄰的Ni—Cd電池28a的正、負(fù)極交錯(cuò)排列，在Ni—Cd電池28a的外圓表面相互接觸的狀態(tài)，與Ni—Cd電池28a的中心線呈直角的方向呈一列排列10個(gè)Ni—Cd電池。在上述狀態(tài)下，在此下層電池28a列上方各個(gè)凹下部分，重疊10個(gè)Ni—Cd電池28b。如圖2的虛線所示，下層相鄰的Ni—Cd電池28a的正、負(fù)極由鉛焊方式用連接片30a互相連接，上層的各Ni—Cd電池28b同樣以連接片30b相互連接，各Ni—Cd電池28a、28b的前端(圖2中為左端)，正負(fù)極由連接片30c相互連接后，將上下Ni—Cd電池28a、28b插入筒狀的熱收縮性樹脂制膜31內(nèi)，再加熱使膜收縮。
在下層Ni—Cd電池28a的后端(圖2中的右端)，以及上層電池28b的后端的負(fù)極及正極分別連接端子片32a、32b，在端子片32a、32b上，通過焊接分別一體地連接導(dǎo)線33a、33b的一端。導(dǎo)線33a、33b的另一端分別接于供電接口34(圖3所示)上，通過此供電接口34向控制裝置22一側(cè)供電。
在上下層各Ni—Cd電池28a、28b之間分別配有熱敏電阻等熱敏性電阻元件35。此熱敏性電阻元件35通過導(dǎo)線35a連接于圖3所示的充電用接口36上，在以未圖示的充電器進(jìn)行充電時(shí)，未圖示的充電器根據(jù)熱敏性電阻元件35的阻值監(jiān)測(cè)Ni—Cd電池28a、28b的溫度。
此外，在此電池盒組件25內(nèi)，安裝有各種保險(xiǎn)絲37、防止逆極性充電的二極管等(未圖示)電路元件。
圖3是電池盒組件的后端以及中間殼體底部的縱剖面圖。
在電池盒組件25的后端部配設(shè)有供電用接口38。此供電用接口38具有以銅合金板材等導(dǎo)電彈性材料構(gòu)成的左右一對(duì)的接點(diǎn)端子38a。各接點(diǎn)端子用螺絲40將其一端固定于接口殼體上，同時(shí)，與各導(dǎo)線33a、33b呈電氣連接。而且，與此供電用接口38相配的接口39配置于中心蓋24的底壁24a上。此接口39具有左右一對(duì)的棒狀端子39a。并且，在安裝電池盒組件25的狀態(tài)下，各突出端子39a貫穿形成于底殼26上的開口26a以及供電用接口38的開口部38b，各突出端子39a的前端與各接點(diǎn)端子38a相接觸。因此，電源可供電。各接點(diǎn)端子38a的另一端由于各突出端子39a向上突出產(chǎn)生變形，在此變形部分設(shè)有螺旋彈簧38c，不僅可以獲得充分的接觸壓力，而且不易產(chǎn)生由行駛過程中的振動(dòng)引起的瞬時(shí)斷電。
圖4是傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)及踏力檢測(cè)手段模式圖。
在曲軸15的軸向中間部，形成有沿徑向貫通的沿軸向延伸的通孔15a。在此通孔15a內(nèi)，與曲軸15同軸并收納于其中的扭桿51將其左端(輸入端)上形成的頭部51a借助于卡環(huán)52結(jié)合于曲軸15上，同時(shí)其右端(輸出端)形成的頭部51b壓入接合于環(huán)狀驅(qū)動(dòng)零件53的內(nèi)表面上形成的凹槽中。曲軸15的通孔15a相對(duì)的壁面呈弧狀彎曲，因此，不僅允許它相對(duì)于扭桿51的自由端的頭部51b回轉(zhuǎn)所定的角度，而且，當(dāng)過載作用時(shí)可防止扭桿51的斷裂。
在固定于套筒54內(nèi)圓的錐齒輪55和環(huán)形驅(qū)動(dòng)零件53之間設(shè)有第一單方向離合器56，在腳踩踏板17使曲軸15正轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸15的扭矩通過扭桿51、驅(qū)動(dòng)零件53、錐齒輪55及套筒54傳遞到以花鍵結(jié)合于套筒54外周的主動(dòng)鏈輪18上，借助鏈條及圖1所示的從動(dòng)鏈輪19傳給后輪14。此外，腳踏踏板使曲軸15反轉(zhuǎn)時(shí)，通過第一單方向離合器56的滑動(dòng)，而允許曲軸15反轉(zhuǎn)。
當(dāng)電機(jī)21回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)，其輸出軸21a的扭矩通過4個(gè)直齒輪57、58、59、60及2個(gè)錐齒輪61、55傳給主動(dòng)鏈輪18。此外，即使在電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，為不妨礙以人力驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)鏈輪18的回轉(zhuǎn)，在第1中間軸63上設(shè)了第2單方向離合器62。符號(hào)64為第2中間軸。
踏力檢測(cè)手段70由扭矩—變形變換手段71、以及輸出根據(jù)此變形輸出電信號(hào)的應(yīng)變傳感器72構(gòu)成。扭矩—變形變換手段71將踏力引起的扭轉(zhuǎn)變成軸向的變形。扭矩—變形變換手段71由凸?fàn)畹耐馆喢婕靶纬捎隍?qū)動(dòng)零件53的端面上的凹狀的凸輪面配合構(gòu)成。凸?fàn)畹耐馆喢嫘纬捎谂c曲軸15一體回轉(zhuǎn)的內(nèi)滑塊71a的端面。
為了檢測(cè)曲軸15的轉(zhuǎn)數(shù)，在接結(jié)曲軸15及扭桿51的頭部51a的卡環(huán)52的外周上形成齒部52a，與此齒部相對(duì)配有曲軸轉(zhuǎn)數(shù)傳感器75。曲軸轉(zhuǎn)數(shù)傳感器75輸出以光學(xué)或電磁檢測(cè)齒部52a的檢測(cè)脈沖。
圖5是本發(fā)明涉及電動(dòng)自行車的控制系統(tǒng)方框構(gòu)成圖。
控制系統(tǒng)A具有主控制系統(tǒng)80和電機(jī)供電停止控制系統(tǒng)90。
主控制系統(tǒng)80由內(nèi)裝有CPU81、ROM、RAM82、A/D轉(zhuǎn)換器83等的單片機(jī)構(gòu)成。當(dāng)圖中未示出的主開關(guān)位于“開”位置時(shí)，CPU81輸出繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)81a，使繼電器驅(qū)動(dòng)三極管84處于開(ON)位置，使繼電器85動(dòng)作。由此，電機(jī)21通電。并且，當(dāng)檢測(cè)出大于規(guī)定的踏力時(shí)，使CPU81可輸出繼電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)81a也可以。
CPU81通過A/D轉(zhuǎn)換器83將對(duì)應(yīng)踏力檢測(cè)手段70輸出的踏力的電壓信號(hào)70a作為數(shù)字信號(hào)讀入，生成、并輸出PWM信號(hào)81b。此PWM信號(hào)81b是為了使電機(jī)21產(chǎn)生對(duì)應(yīng)踏力的輔助力的信號(hào)。此PWM信號(hào)81b通過門驅(qū)動(dòng)回路供給場(chǎng)效應(yīng)管87的柵極，使電機(jī)21進(jìn)行PWM方式運(yùn)轉(zhuǎn)。
電機(jī)供電停止手段90由電流檢測(cè)手段91、臨界值判定手段92、時(shí)間監(jiān)視手段93、以及供電停止控制手段94構(gòu)成。
電流檢測(cè)手段91與場(chǎng)效應(yīng)管87的導(dǎo)通狀態(tài)同步地讀入場(chǎng)效應(yīng)管87處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的漏—源電壓(FET的導(dǎo)通電壓)，通過低通濾波器LPF或時(shí)間常數(shù)回路變換成直流電壓。還有，也可以根據(jù)需要而直流放大，得到較大的直流電壓。
臨界值判定手段92通過比較由電流檢測(cè)手段輸出的對(duì)應(yīng)電機(jī)電流的直流電壓和預(yù)先設(shè)定的臨界值電壓，在供給大于預(yù)定值的電機(jī)電流時(shí)，例如輸出H水平的電機(jī)停電檢測(cè)信號(hào)92a。判定臨界值設(shè)定為電機(jī)電流大致超過0的點(diǎn)上。
時(shí)間監(jiān)視手段93，例如監(jiān)視L水平的電機(jī)通電檢測(cè)信號(hào)92a的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)超過預(yù)先設(shè)定的時(shí)間時(shí)，例如輸出H水平的供電停止指令信號(hào)93a，許容持續(xù)時(shí)間參照慢慢地腳踩腳踏板時(shí)，踏力大致為0時(shí)的時(shí)間間隔設(shè)定。
而且，供電停止控制手段94根據(jù)供電停止指令信號(hào)93a使向電機(jī)21的供電停止。
圖5表示下述構(gòu)成根據(jù)供電停止指令信號(hào)93a，NPN型三極管94a呈導(dǎo)通狀態(tài)，通過繼電器驅(qū)動(dòng)用NPN型三極管84的基極—發(fā)射極之間短路，即使從主控制系統(tǒng)80輸出繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)81a，也使繼電器85不工作，停止向電機(jī)21的供電。此外，符號(hào)BAT表示電池電源，RA，RB表示基板電阻。
圖6表示電機(jī)供電停止手段及門驅(qū)動(dòng)回路的回路構(gòu)成的一具體例。
門驅(qū)動(dòng)回路86的構(gòu)成為將主控制系統(tǒng)80輸出的如邏輯幅值為5V的PWM信號(hào)81b以使用NPN型三極管Q1的電平移相回路86a，變換成邏輯幅值例如為12V的信號(hào)，通過串聯(lián)連接NPN型三極管Q2及PNP型三極管Q3的驅(qū)動(dòng)回路86b，來驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管87的柵極。
電流檢測(cè)手段91內(nèi)的輸入回路91A根據(jù)PWM信號(hào)81b使NPN型三極管Q4及PNP型三極管Q5導(dǎo)通，并讀入場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電壓。此外，使用PNP型三極管Q5的構(gòu)成，由于不能檢測(cè)比三極管Q5的基極—發(fā)射極電壓小的FET的導(dǎo)通電壓，故也可以使用場(chǎng)效應(yīng)管等開關(guān)元件構(gòu)成能檢測(cè)較小電機(jī)電流的電流檢測(cè)手段。
以輸入回路91A，與PWM信號(hào)同步地讀入FET導(dǎo)通電壓，將該電壓以電阻和電容構(gòu)成的轉(zhuǎn)換回路91B變換成直流(脈流)電壓，以利用運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大回路91C進(jìn)行直流放大，供給臨界值判定手段92。
臨界值判定手段92的構(gòu)成為利用電壓比較器等，當(dāng)與電機(jī)電流相關(guān)的電壓91超過臨界值電壓92TH的情況下，輸出H水平的判定輸出92a。
時(shí)間監(jiān)視回路由充放電類型的時(shí)間回路構(gòu)成。由電阻93b和電容器93c構(gòu)成的充電回路的時(shí)間常數(shù)設(shè)定為較大值，由二極管93d和電阻93e構(gòu)成的放電回路的時(shí)間常數(shù)設(shè)定的較小。所以，電容93c兩端電壓與電機(jī)通電時(shí)間成比例地上升，當(dāng)電機(jī)電流變?yōu)樾∮诮?的臨界電流時(shí)，電容93c的電荷快速被放電。電容93c的兩端電壓超過設(shè)定電壓93TH時(shí)，電壓比較器93f產(chǎn)生H水平的輸出，觸發(fā)觸發(fā)電路93g。觸發(fā)電路被觸發(fā)后，由其Q輸出導(dǎo)通供電停止手段94內(nèi)的NPN型三極管94g，切斷繼電器85的通電，使電機(jī)21斷電。而且，由未圖示的復(fù)位回路供給觸發(fā)回路93g設(shè)定初期狀態(tài)的復(fù)位信號(hào)。
圖7是表示控制系統(tǒng)動(dòng)作的時(shí)序圖。
主控制系統(tǒng)80根據(jù)圖7(a)所示的踏力變化而以PWM方式控制運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)21，電機(jī)電流變?yōu)槿鐖D7(b)所示。踩腳踏板速度變快，電機(jī)21的轉(zhuǎn)數(shù)上升，則電機(jī)21的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電能變大，故由電池電源供給電機(jī)21的電流減少。
供電停止控制手段94內(nèi)的臨界判定手段92在電機(jī)電流I超過臨界電流ITH時(shí)，輸出如圖7(c)所示的判定輸出92a。如圖7(d)及(e)所示，在時(shí)刻t1，例如PWM信號(hào)81b呈保持在H水平狀態(tài)等，場(chǎng)效應(yīng)管87的漏—源之間發(fā)生短路故障，繼續(xù)給電機(jī)通電流I，則在持續(xù)時(shí)間超過許容時(shí)間TK的時(shí)刻，電機(jī)21斷電。
如圖7(f)及圖7(g)所示，在時(shí)刻t2，產(chǎn)生例如場(chǎng)效應(yīng)管87的泄漏電流增加的故障等，踏力檢測(cè)不正常，電機(jī)電流I不回0，則根據(jù)時(shí)間監(jiān)視手段93的輸出93a，電機(jī)21斷電。
圖8是表示電機(jī)供電停止手段的另一構(gòu)成例的框構(gòu)成圖。
圖8b所示的控制系統(tǒng)B是這樣構(gòu)成的與控制電機(jī)21通電的場(chǎng)效應(yīng)管87串聯(lián)地設(shè)置電流檢測(cè)用電阻RI，用電機(jī)供電停止手段100內(nèi)的直流放大器101放大產(chǎn)生在此電流檢測(cè)用電阻RI兩端的對(duì)應(yīng)電機(jī)電流的電壓VMI，根據(jù)此輸出電壓判定電機(jī)電流是否大于所定值，當(dāng)電機(jī)電流持續(xù)時(shí)間大于許容時(shí)間時(shí)，使繼電器85不工作，電機(jī)21斷電。并且，系統(tǒng)B也可以這樣構(gòu)成用與門電路等，根據(jù)供電停止控制手段94的輸出94b，阻止電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)81a供給到繼電器驅(qū)動(dòng)用NPN型三極管84。
主控制系統(tǒng)80B內(nèi)的CPU81根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)數(shù)傳感器75的輸出75a，求出曲軸的轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)求知的曲軸轉(zhuǎn)數(shù)和踏力，控制電機(jī)21的運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖9是根據(jù)電機(jī)電壓進(jìn)行供電停止控制的電機(jī)電壓監(jiān)視型電機(jī)供電停止手段的方框圖。
圖9所示的控制系統(tǒng)C根據(jù)主控制系統(tǒng)80c輸出的PWM信號(hào)81b，開關(guān)驅(qū)動(dòng)NPN型三極管88，PNP型三極管89，控制向電機(jī)21的供電。電機(jī)21兩端電壓由電阻Rc及電阻RD分壓，分壓電壓供給到電機(jī)供電停止手段110內(nèi)的電壓比較手段111。電壓比較手段111在分壓電壓超過預(yù)先設(shè)定的臨界值電壓時(shí)，輸出例如H水平的信號(hào)111a。時(shí)間監(jiān)視手段93監(jiān)視電機(jī)21通電持續(xù)時(shí)間，在允許時(shí)間內(nèi)，供給電機(jī)21的電壓不能變?yōu)榻?的電壓時(shí)，停止向電機(jī)21供電。
圖10是表示控制裝置的一具體例的回路構(gòu)成圖。
電池盒組件25內(nèi)的電池電源BAT通過供電側(cè)保險(xiǎn)絲FO從供電用接口38的各端子B+，B-施加到控制裝置200的各電源端子B+，B-。并且，充電通過二極管DI以及充電側(cè)保險(xiǎn)絲FI從充電用接口36的正極一側(cè)端子36a來進(jìn)行。檢測(cè)充電時(shí)溫度的熱敏電阻35的一端連接于負(fù)極一側(cè)端子36上，另一端連接在信號(hào)端子36c上。
主開關(guān)(key—swith)41為ON狀態(tài)時(shí)，電源BAT從控制裝置200的正極側(cè)電源端子VB通過保險(xiǎn)絲FO、主開關(guān)41、端子SW向電源復(fù)位回路201供電，同時(shí)，通過由二極管D1及充電電流限流電阻R1構(gòu)成的預(yù)充電回路202，電機(jī)電源穩(wěn)定用電容器C1充電。
電源復(fù)位回路201具有例如將24V的電池電源降壓成12V及5V的穩(wěn)定電源進(jìn)行輸出的12V、5V電源201a，以及以5V電源工作的復(fù)位回路201b。12V電源用于控制向電機(jī)21通電的電力用場(chǎng)效應(yīng)管FET的柵極控制電壓以及曲軸回轉(zhuǎn)傳感器的工作電壓。5V電源用于單片機(jī)203、電機(jī)驅(qū)動(dòng)限制手段210、電機(jī)電流檢測(cè)回路204等。
復(fù)位回路201b在與5V電源接通時(shí)，向CPU供給復(fù)位脈沖RS，同時(shí)監(jiān)測(cè)以一定周期從CPU203a輸出的看門狗(Watch dog Pulse)脈沖WP，當(dāng)此看門狗脈沖WP在一定時(shí)間以上沒有被輸出時(shí)，輸出復(fù)位脈沖信號(hào)，使CPU復(fù)位(初始化)。此外，當(dāng)復(fù)位脈沖信號(hào)RS輸出后，看門狗脈沖WP沒有被供給時(shí)，復(fù)位回路201b將12V、5V電源的斷開指令POFF供給12V、5V電源201a，使12V、5V電源的供給停止。
主控制系統(tǒng)由內(nèi)裝CPU203a、ROM·RAM203b、A/D轉(zhuǎn)換器203c、計(jì)時(shí)器203的單片機(jī)203來構(gòu)成。此回路中，以CPU203a、定時(shí)器203T及電機(jī)電流檢測(cè)回路204構(gòu)成電機(jī)供電停止手段。
電機(jī)電源穩(wěn)定用電容器C1的兩端電壓由電阻R2、電阻R3分壓，以將電壓變?yōu)锳/D轉(zhuǎn)換器203c的許容輸入電壓范圍內(nèi)，分壓后的電壓供給到A/D轉(zhuǎn)換器203c的輸入端子A5。CPU203a根據(jù)復(fù)位信號(hào)RS初始化后，在A/D轉(zhuǎn)換的分壓電壓值超過預(yù)定的電壓時(shí)，輸出繼電器驅(qū)動(dòng)指令203d。由此，通過繼電器驅(qū)動(dòng)回路205，繼電器206的勵(lì)磁線圈被通電，繼電器206的觸點(diǎn)閉合，向電機(jī)21施加電池電源電壓。
由于是檢測(cè)電機(jī)電源穩(wěn)定用電容C1的兩端電壓，在此電容C1充電以后，驅(qū)動(dòng)繼電器206的觸點(diǎn)閉合，所以，通過繼電器的接點(diǎn)，充電電流不會(huì)過大，不會(huì)損害觸點(diǎn)。但也可以是，在電容C1的兩端電壓隨時(shí)間的上升率在規(guī)定值以下時(shí)，即判斷為電容C1的預(yù)充電結(jié)束，使繼電器206動(dòng)作。根據(jù)電壓變化來判定，可以和電池電源BAT的電壓值無關(guān)地檢測(cè)充電是否結(jié)束。
控制電機(jī)21通電的場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏—源極間短路、或漏—源極間并連連接反方向沖擊電壓吸收用二極管D2的短路發(fā)生時(shí)，電容C1的兩端電位變?yōu)橛沙潆婋娏飨蘖麟娮鑂1及電機(jī)21的線圈阻抗分壓電池電壓后的電壓。充電電流限流電阻R1的電壓值設(shè)為比電機(jī)21的線圈阻抗高很多的值。所以，在上述短路故障發(fā)生時(shí)，預(yù)充電狀態(tài)的電容C1的端子電壓不上升，繼電器206的驅(qū)動(dòng)被禁止，可以事先防止由短路而引起的過流供給。
此外，即使在電機(jī)21運(yùn)行狀態(tài)之下，CPU203a也檢測(cè)電容C1的兩端電壓，根據(jù)向電機(jī)21施加的實(shí)際電壓值對(duì)PWM信號(hào)203e的通電比率進(jìn)行補(bǔ)正，以得到所要求的輔助扭矩。因此，即使在電池電源電壓降低的情況下，也可產(chǎn)生所要求的輔助扭矩。
向電機(jī)21停止供電時(shí)產(chǎn)生的反向過電壓，通過二極管D3由電源BAT吸收。供電側(cè)保險(xiǎn)絲FO使用大電流用保險(xiǎn)絲(數(shù)10安培)。由于向電機(jī)21的供電通過繼電器206的觸點(diǎn)進(jìn)行，故與主開關(guān)41的電流容量較小及主開關(guān)串聯(lián)連接的保險(xiǎn)絲F1的容量小的保險(xiǎn)絲即可(數(shù)安培)。
通過泄流電阻R4向曲軸轉(zhuǎn)數(shù)傳感器75供給12V電源。即使由端子VC在曲軸轉(zhuǎn)數(shù)傳感器75一側(cè)產(chǎn)生短路，由于由電阻R4限流，電源系統(tǒng)得到保護(hù)。輸入端子CP的曲軸轉(zhuǎn)數(shù)檢測(cè)信號(hào)75a由波形整形回路206整形，變換成5V的邏輯幅值電壓，向CPU203的輸入端供給。
通過泄流電阻R5向踏力檢測(cè)手段70供給5V電源。即使由端子Vp在踏力檢測(cè)手段70一側(cè)產(chǎn)生短路，由于電阻R5的限流作用，電源系統(tǒng)得到保護(hù)。供給到端子Ts的踏力檢測(cè)輸出(電壓信號(hào))70a，被分壓比不同的2組分壓回路分壓，分別將分壓電壓供給到A/D轉(zhuǎn)換器203c。將由電阻R7及R6構(gòu)成的分壓回路設(shè)成分壓比設(shè)為如1/2，將由電阻R8及R9構(gòu)成的另一分壓回路的分壓比設(shè)為如1/4。
備有分壓比不同的二個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)電壓，CPU203a根據(jù)二個(gè)系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)檢測(cè)扭矩的大小，同時(shí)，選擇檢測(cè)扭矩小時(shí)的供給到A/D輸入端子A2的電壓(分壓比1/2)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，以及選擇檢測(cè)扭矩大時(shí)的供給到A/D輸入端子A3的電壓(分壓比1/4)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，考慮到分壓比來換算扭矩值。由這樣的構(gòu)成及處理，即使A/D轉(zhuǎn)換器203c的分辨率一樣，也可以在小扭矩到大扭矩的較寬范圍內(nèi)檢測(cè)出精度高的扭矩值。
由于踏力檢測(cè)手段的檢測(cè)輸出受供給電源電壓的影響，所以將實(shí)際供給到踏力檢測(cè)手段70的電壓供給到A/D輸入端子A/D，根據(jù)D/A變換數(shù)據(jù)修正檢測(cè)電壓，可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行踏力檢測(cè)。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)限制手段210內(nèi)的電壓比較器212比較將供給到踏力檢測(cè)手段70電壓經(jīng)阻抗211a及阻抗211b分壓得到的臨界電壓VTH，以及由阻抗R8，R9分壓的踏力檢測(cè)輸出70a的電壓。由于將供給到踏力檢測(cè)手段70的電壓分壓，得到臨界電壓值VTH，故可以更準(zhǔn)確地判定踏力是否超過所定值。
電壓比較器212的輸出212a供給到CPU203a的輸入端子。CPU203檢測(cè)電壓比較器212的輸出212a的水平值，即踏力周期性的零狀態(tài)。并且，在根據(jù)基于A/D變換數(shù)據(jù)的踏力檢測(cè)，電機(jī)21運(yùn)行的狀態(tài)下，在未檢測(cè)出踏力周期性地為零狀態(tài)的情況下，停止PWM信號(hào)203e的輸出，停止電機(jī)21的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，可以防止踏力檢測(cè)手段70及A/D轉(zhuǎn)換器203c等的踏力檢測(cè)系統(tǒng)的工作不正常、產(chǎn)生不需要的輔助扭矩。
CPU203a根據(jù)由A/D轉(zhuǎn)換器203c檢測(cè)出的踏力、以及曲軸回轉(zhuǎn)數(shù)檢索占空比圖，生成對(duì)應(yīng)于求出的占空比的PWM信號(hào)203e，并輸出。上述的回轉(zhuǎn)數(shù)是根據(jù)對(duì)應(yīng)于曲軸回轉(zhuǎn)數(shù)的信號(hào)75a檢測(cè)出的。
此PWM信號(hào)203e在比較器212的輸出212a為H時(shí)，即檢測(cè)出的踏力大于所規(guī)定的踏力時(shí)，通過邏輯積回路213供給到FET驅(qū)動(dòng)回路207。FET驅(qū)動(dòng)回路207根據(jù)邏輯積輸出信號(hào)213a向場(chǎng)效應(yīng)管FET的柵極供給電力，使場(chǎng)效應(yīng)管FET開關(guān)驅(qū)動(dòng)。由此，電機(jī)21由PWM控制運(yùn)轉(zhuǎn)。
CPU203根據(jù)電機(jī)電流檢測(cè)電機(jī)21的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，當(dāng)檢測(cè)出異常電流值時(shí)，限制電機(jī)21的運(yùn)轉(zhuǎn)。
電機(jī)通電時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏—源之間產(chǎn)生電機(jī)電流乘以場(chǎng)效應(yīng)管FET導(dǎo)通電阻所得電壓(下面稱之為FET導(dǎo)通電壓)。
電機(jī)電流檢測(cè)回路204內(nèi)的電子開關(guān)204a與邏輯積輸出信號(hào)213a的H水平同步地呈導(dǎo)通狀態(tài)，將FET導(dǎo)通電壓供給到由電阻R10和電容C構(gòu)成的時(shí)間常數(shù)回路204b。電子開關(guān)204a可用雙極晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等構(gòu)成。與邏輯積輸出信號(hào)同步讀入的FET導(dǎo)通電壓在時(shí)間常數(shù)回路204b中大致變成對(duì)FET導(dǎo)通電壓對(duì)應(yīng)的直流電壓(脈動(dòng)電流電壓)。在電壓放大器204c經(jīng)直流放大此直流電壓得到的電壓信號(hào)204d供給到A/D變換器203b的A/D變換輸入端子A5。而且，根據(jù)與A/D變換的電機(jī)電流值相關(guān)的電壓數(shù)值，在電機(jī)電流值過大的情況下，CPU203a或?qū)⑼娬伎毡葔旱突蛲Ｖ闺姍C(jī)21的運(yùn)轉(zhuǎn)。
此外，在與A/D轉(zhuǎn)換的電機(jī)電流值相關(guān)的電壓值超過預(yù)先設(shè)定的相當(dāng)于電機(jī)電流大致為0或近于0時(shí)的設(shè)定值時(shí)，在這一時(shí)刻，CPD203c使計(jì)時(shí)器203T開始計(jì)時(shí)，在預(yù)先設(shè)定的容許時(shí)間內(nèi)，電壓不變?yōu)橄喈?dāng)于電機(jī)電流大致為0的設(shè)定值時(shí)，停止輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令203d，使電機(jī)21斷電。
這樣，在本回路中，利用單片機(jī)203內(nèi)的A/D變換器203c，計(jì)時(shí)器203T等，構(gòu)成電機(jī)供電停止手段。
而且，在本回路例中，由于根據(jù)FET導(dǎo)通電壓檢測(cè)電機(jī)電流，和將電流檢測(cè)用電阻插入電機(jī)電流通路中來構(gòu)成的回路相比，沒有不必要的電力損失，可有效利用電源電池。
CPU203a比較與電池電源電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)與預(yù)定的殘量判定電壓值，當(dāng)電池電源電壓低于殘量判定電壓值時(shí)，產(chǎn)生表示輸出203f，通過表示燈驅(qū)動(dòng)回路108使表示燈閃亮，進(jìn)行需要充電的表示。表示燈不是連續(xù)通電，而是動(dòng)態(tài)閃爍，可作到節(jié)電。也可用間隔數(shù)秒的周期閃爍。上述與電源電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)是通過A/D變換器103c讀入的。
圖11是電機(jī)驅(qū)動(dòng)限制手段的動(dòng)作時(shí)序圖。
腳踏自行車腳踏板時(shí)，腳踏板上死點(diǎn)、下死點(diǎn)上，沒有施加踏力，故，踏力檢測(cè)輸出70a為如圖11(a)所示周期性增減的電壓波形。踏力檢測(cè)輸出70a的電壓超過臨界值電壓VTH時(shí)，電壓比較器212輸出如圖11(c)所示的H水平信號(hào)212a。所以，主控制系統(tǒng)203根據(jù)踏力檢測(cè)輸出70a輸出圖11(b)所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(PWM)信號(hào))203e，則通過邏輯積回路(與門)213輸出圖11(d)所示的邏輯輸出信號(hào)213a，根據(jù)此邏輯輸出信號(hào)213a控制電機(jī)21的運(yùn)轉(zhuǎn)。即，僅在踏力超過臨界時(shí)，允許電機(jī)21運(yùn)轉(zhuǎn)，供給輔助力。
單片機(jī)203等由于某種原因不能正常工作時(shí)，例如，如圖11(e)所示，即使在時(shí)刻t1以后保持H水平的輸出，如圖11(f)所示，僅在踏力超過臨界值時(shí)，允許電機(jī)21運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，即使單片機(jī)203等動(dòng)作不正常，在沒踏腳踏板的狀態(tài)下，不從電機(jī)21供給輔助力。
圖12是控制裝置的整體工作流程圖。
CPU203a在步驟S1判定向穩(wěn)定電機(jī)電源用電容器C1的預(yù)充電是否完了，預(yù)充電完了后輸出繼電器驅(qū)動(dòng)指令203d(S2)。并且，進(jìn)行曲軸轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算(S3)，及踏力檢測(cè)(S4)，求PWM信號(hào)與空比(S5)，以求出的占空比生成PWM信號(hào)203e并輸出(S6)。
而且，CPU203a檢測(cè)電機(jī)電流(S7)，判定電機(jī)電流是否超過基準(zhǔn)值(S8)。當(dāng)超過基準(zhǔn)值時(shí)，利用計(jì)時(shí)器203T計(jì)時(shí)(S9)，超過基準(zhǔn)值的時(shí)間到達(dá)許容時(shí)間時(shí)(S10)，停止PWM信號(hào)輸出(S11)，停止繼電器驅(qū)動(dòng)指令203d的輸出，使電機(jī)21斷電。在步驟S8判定電機(jī)電流小于基準(zhǔn)值時(shí)，在步驟S13復(fù)位計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)間，循環(huán)步驟S3以后的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制處理。在本實(shí)施例中，以步驟S7到步驟S13的處理，實(shí)現(xiàn)電機(jī)供電停止手段的動(dòng)作功能。
圖13是電流檢測(cè)手段的另一構(gòu)成例說明圖。
在與PWM信號(hào)同步地讀入電機(jī)電流或電機(jī)電壓的情況下，有混入伴隨場(chǎng)效應(yīng)管的通斷產(chǎn)生的沖擊電流或沖擊電壓的危險(xiǎn)。所以，設(shè)置了如圖13(a)所示的取樣定時(shí)控制回路，與圖13(b)所示的PWM信號(hào)相對(duì)應(yīng)，在其上升沿、下降沿的內(nèi)側(cè)生成設(shè)定了取樣時(shí)間的取樣脈沖SP，根據(jù)圖13(c)所示的取樣脈沖SP，通過讀入FET導(dǎo)通電壓或電機(jī)21的電壓，可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行電機(jī)電流或電機(jī)電壓的檢測(cè)。
如以上說明的本發(fā)明涉及的電動(dòng)輔助自行車，檢測(cè)供給電機(jī)的電壓或電流，檢出的電壓或電流不小于預(yù)定的大致近于0的值的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間大于預(yù)先設(shè)定的許容時(shí)間時(shí)，使電機(jī)斷電，所以，根據(jù)踏力檢測(cè)、檢測(cè)踏力工作的運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)不正常時(shí)，通過使電機(jī)斷電，可防止供給不必要的的輔助力。此外，即使控制電機(jī)通斷電的半導(dǎo)體開關(guān)元件的泄漏電流增加等故障發(fā)生時(shí)，通過檢測(cè)出此異常情況，電機(jī)斷電，可防止供給不需要的輔助力。
權(quán)利要求
一種電動(dòng)輔助自行車，利用電機(jī)的動(dòng)力輔助人力行駛的電動(dòng)自行車中，其特征在于具有電機(jī)供電停止手段，供給上述電機(jī)的電壓或電流不能變?yōu)樾∮陬A(yù)先設(shè)定的近于0的值的狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間大于預(yù)先設(shè)定的許容時(shí)間時(shí)，停止向電機(jī)供電。
全文摘要
根據(jù)控制電機(jī)通電場(chǎng)效應(yīng)管87處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的漏-源電壓(FET導(dǎo)通電壓)，檢測(cè)電機(jī)電流，用時(shí)間監(jiān)視手段93監(jiān)視檢測(cè)出電流值超過電流值大致為0的設(shè)定值的時(shí)間，當(dāng)超過許容時(shí)間時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)繼電器85，停止向電機(jī)21供電。也可以檢測(cè)電機(jī)電壓，當(dāng)電機(jī)電壓超過大致為0的設(shè)定值的時(shí)間超過許容時(shí)間時(shí)，電機(jī)斷電，這樣通過監(jiān)視供給電機(jī)的電流或電壓，可防止供給不需要的輔助力。
文檔編號(hào)B62K11/00GK1124705SQ9511528
公開日1996年6月19日 申請(qǐng)日期1995年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月18日
發(fā)明者小川純孝, 中沢祥浩, 本田聡 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社