專利名稱：電動自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動自行車，尤其涉及用人力驅(qū)動的人力驅(qū)動部和用電動機(jī)驅(qū)動的電力驅(qū)動部兩者兼?zhèn)?、根?jù)人的驅(qū)動力的大小驅(qū)動電動機(jī)、用電動機(jī)的驅(qū)動力輔助人的驅(qū)動力的電動自行車。
在現(xiàn)有的這種電動自行車中，如特開平5-246378號公報所述，同時設(shè)有人力驅(qū)動系統(tǒng)和電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，檢測人力驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動力即腳蹬上的踏力(踏腳蹬的力)、調(diào)節(jié)電動機(jī)的輸出功率。
即，如圖31所示，用踏力檢測部201檢測腳蹬上的踏力，用電機(jī)電流檢測部202檢測電機(jī)的電流，用車速檢測部203檢測車速，將這些數(shù)據(jù)輸入控制器204，調(diào)節(jié)加在電機(jī)205上的電壓。就是說，檢測踏力，用開關(guān)元件等調(diào)節(jié)加在電機(jī)205上的電壓(平均電壓)，以便使電機(jī)205產(chǎn)生與上述踏力配合的轉(zhuǎn)矩，通過減速器206驅(qū)動車輪207。
可是在這種電動自行車中，在腳踏上未加力的情況下，由于噪聲等的影響，從踏力檢測部201輸出信號時，致使電機(jī)205誤動作。就是說，即使未踏腳蹬，踏力檢測部201的輸出有時完全為“0”，有時比“0”稍大一些，因此電機(jī)205或動或停，往往連續(xù)地呈一種不穩(wěn)定狀態(tài)。
為了解決這一問題，可設(shè)定踏力的閾值，當(dāng)踏力在該閾值以下時，不使電機(jī)驅(qū)動即可?？墒牵姍C(jī)開始驅(qū)動后，踏力在閾值以下時，經(jīng)常會使電機(jī)停止驅(qū)動，在這種情況下用閾值以下的小踏力騎行時，電機(jī)的輔助就沒有了。
另外，一旦超過閾值，電機(jī)開始驅(qū)動后，踏力即使小于閾值，電機(jī)的驅(qū)動也不停止，不加踏力后，電機(jī)或動或停，還是發(fā)生前面說過的那種問題。
已知現(xiàn)有的另一種電動自行車備有檢測主驅(qū)動力的踏力傳感器、以及檢測輔助驅(qū)動力的電機(jī)電流傳感器，根據(jù)這些傳感器的檢測值控制電機(jī)的輸出功率(例如參見特開平4-100790號公報)。
可是這些傳感器本來在其輸出中就含有偏移量(無輸入時存在的輸出部分)，該偏移量隨溫度的漂移而變化，而且即使是在相同種類的傳感器之間偏移量也是離散的，因此存在難以正確校正這些傳感器的輸出而獲得真正的檢測值的問題。
本發(fā)明就是考慮到這種情況而開發(fā)的，其目的在于提供一種帶電動機(jī)停止功能的電動自行車，即如果踏力的變動幅度小(振幅小)的狀態(tài)持續(xù)一定時間以上，則被看作不騎自行車的狀態(tài)，停止電機(jī)驅(qū)動。
另外，本發(fā)明的目的在于并非只有滿足上述條件時就停止電機(jī)的驅(qū)動，除此條件外，還需車速為“0”，就是說只有當(dāng)自行車停止時，才停止電機(jī)的驅(qū)動。
再一個目的在于在使自行車停止而剎閘的狀態(tài)下，即使腳還踏在腳蹬上檢測出踏力時，也能更新踏力的閾值，使電機(jī)停止驅(qū)動。
另一目的在于將暫時向上修正過的閾值向下修正。
本發(fā)明的目的在于提供這樣一種電動自行車，即它能精確地檢測主驅(qū)動力和輔助驅(qū)動力，從而能適當(dāng)?shù)乜刂乞?qū)動力。
本發(fā)明提供的電動自行車備有用人力驅(qū)動車輪的人力驅(qū)動裝置、檢測人力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的人力傳感器、用電機(jī)驅(qū)動車輪的電力驅(qū)動裝置、檢測電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的電動力傳感器、根據(jù)來自人力傳感器和電動力傳感器的信號控制電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的控制裝置以及檢測由人力傳感器檢測的驅(qū)動力變動幅度的變動幅度檢測裝置。上述控制裝置包括將由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度與規(guī)定的幅度進(jìn)行比較、停止電力驅(qū)動裝置的動作的動作停止裝置。
本發(fā)明提供的電動自行車備有用人力驅(qū)動車輪的人力驅(qū)動裝置、檢測人力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的人力傳感器、用電機(jī)驅(qū)動車輪的電力驅(qū)動裝置、檢測電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的電動力傳感器、以及根據(jù)來自人力傳感器和電動力傳感器的信號控制電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的控制裝置，該電動自行車的特征在于上述控制裝置具有傳感器校正裝置和基準(zhǔn)值更新裝置，上述傳感器校正裝置從人力傳感器和電動力傳感器中的至少一個的輸出中減去規(guī)定的基準(zhǔn)值，將得到的計算值作為傳感器的檢測值，上述基準(zhǔn)值更新裝置在傳感器的輸出比上述基準(zhǔn)值小時，將該傳感器的輸出作為新的基準(zhǔn)值更新。
本發(fā)明的這些及其它目的從下面的詳細(xì)說明中將會很容易理解。可是，應(yīng)該理解本發(fā)明的這些最佳實施例僅僅是作為例證說明而給出的，在本發(fā)明的主要精神和技術(shù)范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更和變形，對精通本技術(shù)的人員根據(jù)下面的詳細(xì)說明將是很清楚的。
根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受此限。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的電動自行車的總體斜視圖。
圖2是表示實施例1中的盤狀盒內(nèi)結(jié)構(gòu)的正視圖。
圖3是表示實施例1中的電動自行車的最后一級皮帶輪結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面圖。
圖4是表示實施例1中的電動自行車的末級皮帶輪結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示實施例1中的電動自行車的末級皮帶輪結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面圖。
圖6是實施例1中的電動自行車的轉(zhuǎn)矩檢測部的電路圖。
圖7A、7B和7C是表示實施例1中的電動自行車轉(zhuǎn)矩檢測電路各部分波形的說明圖。
圖8是實施例1中的電動機(jī)控制電路框圖。
圖9是實施例1中的CPU的動作流程圖。
圖10是實施例1中的電動機(jī)開始驅(qū)動或結(jié)束驅(qū)動用的電路框圖。
圖11是表示實施例1中的電動機(jī)開始驅(qū)動用的處理內(nèi)容的流程圖。
圖12是表示實施例1中的電動機(jī)結(jié)束驅(qū)動用的處理內(nèi)容的流程圖。
圖13是表示實施例1中的更新閾值用的處理內(nèi)容的流程圖。
圖14是表示實施例1中的開閉門電路用的處理內(nèi)容的流程圖。
圖15是表示實施例1中的電動機(jī)驅(qū)動定時和閾值更新的形態(tài)的說明圖。
圖16是表示本發(fā)明的第2實施例的電動自行車的側(cè)視圖。
圖17是實施例2的電動自行車的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)說明圖。
圖18是實施例2的控制電路圖。
圖19是實施例2的車速—輔助率特性曲線圖。
圖20是傳感器輸出隨時間變化的曲線圖。
圖21是傳感器輸出隨時間變化的曲線圖。
圖22是實施例2的動作流程圖。
圖23是傳感器輸出隨時間變化的曲線圖。
圖24是實施例2的動作流程圖。
圖25是實施例2的動作流程圖。
圖26是傳感器輸出隨時間變化曲線圖。
圖27是傳感器輸出隨時間變化曲線圖。
圖28是實施例2的動作流程圖。
圖29是傳感器輸出隨時間變化曲線圖。
圖30是傳感器輸出隨時間變化的曲線圖。
圖31是現(xiàn)有的電動自行車的控制電路框圖。
本發(fā)明中使用由CPU、ROM、RAM及I/O端口構(gòu)成的微機(jī)作為閾值更新裝置是很方便的。
作為動作開始及停止裝置，可以將用于停止向電力驅(qū)動裝置供電用的開啟、關(guān)閉電源電路的開關(guān)元件、控制該開關(guān)元件的開關(guān)元件控制器、以及將指示發(fā)送給該開關(guān)元件控制器的上述微機(jī)組合起來使用。
在如上構(gòu)成的電動自行車中，控制裝置最好還包含上述的動作停止裝置、動作開始裝置和閾值更新裝置。
在如上構(gòu)成的電動自行車中，控制裝置最好還包含閾值向下修正裝置，用來將上述規(guī)定的閾值同由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值后的值進(jìn)行比較，當(dāng)驅(qū)動力加上規(guī)定值后的值比規(guī)定的閾值小時，將上述規(guī)定的閾值向驅(qū)動力加上規(guī)定值后的值的下方修正。
在本發(fā)明中，使用由CPU、ROM、RAM及I/O端口構(gòu)成的微機(jī)作為閾值向下修正裝置是很方便的。
本發(fā)明的電動自行車不能只用電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力進(jìn)行驅(qū)動。即只有當(dāng)人力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力加到電動自行車上時，電力驅(qū)動裝置才動作，將電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力加到電動自行車上，以輔助人的驅(qū)動力。
本發(fā)明的電動自行車備有用人力驅(qū)動車輪的人力驅(qū)動裝置、檢測人力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的人力傳感器、用電動機(jī)驅(qū)動車輪的電力驅(qū)動裝置、檢測電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的電動力傳感器、根據(jù)人力傳感器和電動力傳感器的信號控制電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的控制裝置、以及檢測由人力傳感器檢測的驅(qū)動力變動幅度的變動幅度檢測裝置。
上述控制裝置含有動作停止裝置，用來對由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度同規(guī)定的幅度進(jìn)行比較，使電力的驅(qū)動裝置停止動作。
在本發(fā)明中，作為電力驅(qū)動裝置可以使用將電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞到車輪上的齒輪或皮帶等傳動系統(tǒng)。該電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力意味著電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，作為檢測該轉(zhuǎn)矩的電動力傳感器可采用由電流傳感器檢測流過電動機(jī)的電流、并根據(jù)檢測的電流計算電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的裝置。
電動機(jī)可采用無刷電機(jī)或有刷電機(jī)，但從控制的容易性方面考慮，最好使用直流有刷電機(jī)。
作為向該電機(jī)供電的電池可以使用例如錳電池、水銀電池、堿性錳電池之類的干電池、或鉛蓄電池、堿性蓄電池、氧化銀一鋅蓄電池、氧化銀鎘電池、鎳鎘電池之類的可以再充電的電池。
該電池裝在設(shè)置在驅(qū)動輪上部的盒中，且可取出，也可以裝在構(gòu)成自行車架的筒狀管內(nèi)，并可取出。
人力驅(qū)動裝置意味著用人力驅(qū)動車輪用的裝置，可以采用腳蹬和鏈條、或腳蹬和齒輪及轉(zhuǎn)軸等各種驅(qū)動裝置。人力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力意味著由加在腳蹬上的踏力產(chǎn)生的車輪的旋轉(zhuǎn)力，因此該人力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力在通常的自行車中可表示為“踏力”。
作為人力傳感器，如果是使用腳蹬的自行車，使用能檢測腳蹬上的踏力的傳感器即可，可以使用電位差計或彈簧等各種轉(zhuǎn)矩檢測裝置。
作為控制裝置及變動幅度檢測裝置，使用由CPU、ROM、RAM及I/O端口構(gòu)成的微機(jī)是很方便的。
作為動作停止裝置，可以將停止向電力驅(qū)動裝置供電用的開閉電源電路的開關(guān)元件、控制該開關(guān)元件的開關(guān)元件控制器，以及將指示發(fā)送給該開關(guān)元件控制器的上述微機(jī)組合起來使用。
在如上構(gòu)成的電動自行車中，動作停止裝置最好在由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度比規(guī)定幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時起作用。
在如上構(gòu)成的電動自行車中，最好還備有檢測電動自行車車速的車速傳感器。在此情況下，動作停止裝置最好在由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度比規(guī)定幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上且車速傳感器無輸出時起作用。
在本發(fā)明中，作為車速傳感器，可以使用現(xiàn)有的眾所周知的例如利用機(jī)械、電磁或光學(xué)等方式檢測車輪的旋轉(zhuǎn)的各種傳感器。
本發(fā)明的電動自行車備有用人力驅(qū)動車輪的人力驅(qū)動裝置、檢測人力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的人力傳感器、用電動機(jī)驅(qū)動車輪的電力驅(qū)動裝置、檢測電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的電動力傳感器、根據(jù)來自人力傳感器和電動力傳感器的信號控制電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的控制裝置、以及檢測由人力傳感器檢測的驅(qū)動力變動幅度的變動幅度檢測裝置，上述控制裝置含有動作開始裝置和閾值更新裝置。上述動作開始裝置將由人力傳感器檢測的驅(qū)動力同規(guī)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)由人力傳感器檢測的驅(qū)動力達(dá)到規(guī)定閾值以上時，便使電力驅(qū)動裝置開始動作。上述閾值更新裝置將由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度同規(guī)定的幅度進(jìn)行比較，當(dāng)該變動幅度比規(guī)定的幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時，將上述規(guī)定的閾值更新為由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值后的值。
最好這樣控制該電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力，即當(dāng)車速小于每小時15km時，使電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力與人力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力相等(輔助率為1)，當(dāng)車速達(dá)到每小時15km以上至小于24km時，使電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力與車速成反比而下降，當(dāng)車速達(dá)到24km以上時，使電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力為零(輔助率為0)。
從這一觀點(diǎn)來說，可將人力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力表示為由人力產(chǎn)生的主驅(qū)動力，將電力驅(qū)動裝置的驅(qū)動力表示為由電動機(jī)產(chǎn)生的輔助驅(qū)動力。
這樣表示時，如所看到的通常的自行車那樣，由人力產(chǎn)生的主驅(qū)動力是人踏腳蹬傳遞給驅(qū)動輪的力，該傳遞方法可采用現(xiàn)有自行車中已有的方法。
當(dāng)人力產(chǎn)生的驅(qū)動力作用于自行車上時，由電動機(jī)產(chǎn)生的輔助驅(qū)動力是由電動機(jī)輔助性地附加的驅(qū)動力。
將輔助驅(qū)動力從電動機(jī)傳遞給自行車的驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)可以采用通過若干級齒輪和皮帶或鏈條將電動機(jī)的輸出功率傳遞給驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)軸的方法，或者采用由齒輪將電動機(jī)的輸出軸減速后，將電動機(jī)的輸出功率傳遞給驅(qū)動輪的輪箍或輪緣的方法等。
當(dāng)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速比電動機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)速高時，為了使電動機(jī)不對驅(qū)動輪施加制動力，最好通過單向離合器將電動機(jī)和驅(qū)動輪連接起來。
作為電動機(jī)，例如可以采用永磁勵磁型的直流有刷電動機(jī)，通過開關(guān)晶體管或閘流晶體管之類的開關(guān)元件，從鎳一鎘電池之類的蓄電池供電。
人力傳感器是檢測由人力產(chǎn)生的主驅(qū)動力的傳感器，它是采用將裝在腳蹬至驅(qū)動輪的主驅(qū)動力傳動系統(tǒng)中隨著主驅(qū)動力的大小而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變或變形的元件和將該應(yīng)變或變形量變換成電信號的傳感器(例如應(yīng)變儀、電位差計、或差動變壓器等)組合起來使用的一種裝置。
電動力傳感器是檢測電動機(jī)產(chǎn)生的輔助驅(qū)動力的傳感器，它也可以采用裝在電動機(jī)到驅(qū)動輪的輔助驅(qū)動力傳動系統(tǒng)中的檢測應(yīng)變或變形的傳感器，但由于電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)電流成正比，所以最好使用檢測電動機(jī)電流的電流傳感器更為方便。電流傳感器中使用分流電阻或霍爾元件。
這些傳感器的輸出值微小時，最好用運(yùn)算放大器之類的放大器放大。
控制裝置用來輸出周期一定的脈沖信號，使開關(guān)元件進(jìn)行通/斷，處理來自各種傳感器的輸出信號，對電動機(jī)進(jìn)行PWM(脈寬調(diào)制)控制，改變其占空比，使對主驅(qū)動力的輔助驅(qū)動力的比率、即輔助率成為預(yù)編程序的值，該控制裝置可采用由前面所述的CPU、ROM及RAM構(gòu)成的微機(jī)。
該電動自行車還備有檢測車速的車速傳感器、基準(zhǔn)值更新裝置在車速為零時進(jìn)行上述更新處理。
車速傳感器是檢測電動自行車的騎行速度的傳感器，它可采用測量車輪轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)編碼器或轉(zhuǎn)速表傳感器。
當(dāng)傳感器的輸出值比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果在規(guī)定期間內(nèi)傳感器輸出的最大值與最小值之差在規(guī)定范圍內(nèi)，則基準(zhǔn)值更新裝置可將該最大或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
當(dāng)傳感器的輸出值比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果在規(guī)定期間內(nèi)傳感器輸出的最大值與當(dāng)前的基準(zhǔn)值之差在規(guī)定值以下，則基準(zhǔn)值更新裝置可將上述規(guī)定期間的最大或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
當(dāng)傳感器的輸出值比當(dāng)前基準(zhǔn)值大時，如果在規(guī)定期間傳感器輸出的最大值與最小值之差在規(guī)定范圍內(nèi)、而且其最大值與當(dāng)前的基準(zhǔn)值之差在規(guī)定值以下，則基準(zhǔn)更新裝置可將該最大值或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的第1至第4實施例。但應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不受這些實施例的限制。
實施例1圖1是本發(fā)明的實施例1的電動自行車的總體斜視圖。圖中1是電動自行車本體，該電動自行車本體1上備有后面所述的電動機(jī)8，根據(jù)人力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小改變電動機(jī)8的驅(qū)動力，利用電動機(jī)8產(chǎn)生的力輔助人力騎行。
2、3是設(shè)置在主車架4上的前輪及后輪，前輪2旋轉(zhuǎn)自如地支承在軸上，后輪3的轉(zhuǎn)軸部分上設(shè)有盤狀盒5。盤狀盒5由旋轉(zhuǎn)側(cè)的殼6和固定側(cè)的殼7構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6與后輪3構(gòu)成一體旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)8安裝在盤狀盒5內(nèi)，需要電力驅(qū)動時便進(jìn)行驅(qū)動，與后面所述的人力驅(qū)動部10一起使旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6旋轉(zhuǎn)。將由該盤狀盒5構(gòu)成的驅(qū)動部分稱為電動驅(qū)動部9。
10是蹬踏腳蹬11時通過鏈條12使后輪3旋轉(zhuǎn)的人力驅(qū)動部。在本例中將鏈條12作為傳動構(gòu)件，但也可用皮帶、轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成的構(gòu)件代替鏈條12。
13是操縱前輪2的車把。14、15是左右制動手柄，利用該制動手柄14、15剎閘時，鋼絲16、17被拉緊，通過該鋼絲16、17分別使前后制動裝置18、19動作。在該鋼絲16、17的中間位置設(shè)有制動開關(guān)20，構(gòu)成操作制動手柄14、15時便停止向電動機(jī)8通電的機(jī)構(gòu)。
21是車座。22是作為電動機(jī)8的電源的電池部，該電池部22由電池箱23和裝在在電池箱23內(nèi)的單一型充電式電池構(gòu)成，該電池箱23可滑動拆裝地安裝在車架4上。該電源電壓約為24伏。
其次，根據(jù)圖2說明盤狀盒5。
圖2是表示盤狀盒5內(nèi)部結(jié)構(gòu)的正視圖。圖中7是固定在電動自行車本體1上的固定側(cè)殼，在該固定側(cè)殼7上配置著由控制基板24、散熱板25等構(gòu)成的控制部26、電動機(jī)8、由第1皮帶輪27、第2皮帶輪28及末級皮帶輪29構(gòu)成的減速機(jī)構(gòu)30、以及與減速機(jī)構(gòu)30連結(jié)的多條傳動皮帶31。
減速機(jī)構(gòu)30的末級皮帶輪29固定在旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6上，電動機(jī)8旋轉(zhuǎn)時從第1級至末級皮帶輪通過傳動皮帶31而旋轉(zhuǎn)、減速，并使旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6與皮帶輪29一起旋轉(zhuǎn)。在聯(lián)接第2皮帶輪28和末級皮帶輪29的第2皮帶輪28的小皮帶輪上插裝一單向離合器，當(dāng)施加來自腳蹬的力時，使電動機(jī)8不旋轉(zhuǎn)，即能輕松地踏腳蹬11。
32是調(diào)節(jié)傳動皮帶31的張力用的推壓構(gòu)件。33是調(diào)節(jié)傳動皮帶31的張力的調(diào)節(jié)螺釘，在第1皮帶輪27的轉(zhuǎn)軸安裝部分形成長孔，可使第1皮帶輪27沿拉緊傳動皮帶31的方向移動，同時在移動后的狀態(tài)下利用調(diào)節(jié)螺釘33將皮帶輪固定。
37是將來自鏈條12的驅(qū)動力傳遞給旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6用的鏈輪，在該鏈輪37和旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6之間設(shè)有滑輪38，鏈條12反向旋轉(zhuǎn)時來自鏈條12的驅(qū)動力不傳遞到旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6上。39是后輪3的車軸。
根據(jù)圖3、4和5詳細(xì)說明未級皮帶輪29的結(jié)構(gòu)。
在這些圖中，40是在末級皮帶輪29的內(nèi)側(cè)與車軸39對稱地設(shè)在2個部位的彈性件、即彈簧，該彈簧40的一側(cè)固定在末級皮帶輪29上，另一側(cè)可以伸縮自如的自由端。彈簧40是這樣配置的，也就是使其伸縮方向大致沿車軸39或末級皮帶輪29的同心圓的切線方向，該方向是當(dāng)踏力加到腳踏11上時，利用后面所述的推壓構(gòu)件43容易受力的方向。
41是與彈簧40的自由端接觸的受壓構(gòu)件，該受壓構(gòu)件41有比彈簧40的直徑小的部分和大的部分，小的部分被插入彈簧40內(nèi)，大的部分將彈簧40蓋住。受壓構(gòu)件41用鐵或陶瓷等易滑材料構(gòu)成。
42是隨鏈輪37的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動、設(shè)在車軸39周圍的轉(zhuǎn)動板，在該轉(zhuǎn)動板42上與車軸39的中心軸呈點(diǎn)對稱地設(shè)有通過鏈輪37的旋轉(zhuǎn)而推壓受壓構(gòu)件41的推壓構(gòu)件43。該推壓構(gòu)件43用鐵或陶瓷等易滑材料制成。
轉(zhuǎn)動板42呈同心圓狀地被插入末級皮帶輪29的內(nèi)側(cè)，借助于推壓構(gòu)件43推壓彈簧40而與末級皮帶輪29一起旋轉(zhuǎn)。推壓構(gòu)件43推壓受壓構(gòu)件41時，推壓的位置稍有滑動，所以前端部分加工成曲面。
在轉(zhuǎn)動板42上，與車軸39的中心軸呈點(diǎn)對稱的2個位置上，朝向轉(zhuǎn)動方向形成傾斜部44，該傾斜部44與轉(zhuǎn)動板42一起轉(zhuǎn)動。
45是隨著轉(zhuǎn)動板42的轉(zhuǎn)動、在傾斜部44的作用下可沿車軸39的方向移動的滑動構(gòu)件，在滑動構(gòu)件45上與傾斜部44接觸的部分設(shè)有2個凸起部46，彈性構(gòu)件即彈簧47設(shè)置在與該凸起部46相對的位置，且向轉(zhuǎn)動板42的方向施加彈頂力。即只有當(dāng)轉(zhuǎn)動板42轉(zhuǎn)動而推壓滑動構(gòu)件45時，滑動構(gòu)件45才滑動，當(dāng)轉(zhuǎn)動板42返回原位置時，滑動構(gòu)件45也返回原位置。在滑動構(gòu)件45上設(shè)有磁性構(gòu)件、在本實施例中設(shè)置的是鐵氧體48，它與滑動構(gòu)件45一起移動。
49是在固定側(cè)殼7的內(nèi)側(cè)且在鐵氧體48的移動范圍內(nèi)設(shè)置的線圈，鐵氧體48能在纏繞著該線圈49的繞線的線圈骨架50中移動。
輪轂42a設(shè)置在轉(zhuǎn)動側(cè)殼6的轉(zhuǎn)動板42上，在該輪轂42a上設(shè)有檢測轉(zhuǎn)動側(cè)殼6的轉(zhuǎn)速用的磁鐵42b。在與磁鐵42b相對部位的固定側(cè)殼7上設(shè)有基板7a和設(shè)在基板7a上的舌簧接點(diǎn)開關(guān)7b。
舌簧接點(diǎn)開關(guān)7b每當(dāng)靠近磁鐵42b時，便由于磁力作用而將開關(guān)接通(或斷開)，該舌簧接點(diǎn)開關(guān)7b一旦接通(或斷開)，則到下一次接通(或斷開)的時間由計數(shù)器加以計數(shù)，由此控制電動自行車的車速。
上述轉(zhuǎn)動板42和滑動構(gòu)件45合起來稱為變換構(gòu)件51。設(shè)置在滑動構(gòu)件45上的鐵氧體48和安裝在固定側(cè)殼7上的線圈49合在一起稱為轉(zhuǎn)矩檢測部52。
上述磁鐵42b和舌簧接點(diǎn)開關(guān)7b合在一起稱為車速傳感器。
其次說明人力進(jìn)行的驅(qū)動和在該轉(zhuǎn)矩檢測部52中的轉(zhuǎn)矩檢測情況。
開始騎行電動自行車本體1時，使用者將踏力加在腳蹬上騎行。這時，由于后輪3的較大阻力的作用，使鏈輪37、轉(zhuǎn)動板42旋轉(zhuǎn)，推壓彈簧40，彈簧40推壓末級皮帶輪29，與末級皮帶輪29固定的旋轉(zhuǎn)側(cè)殼6及后輪3便旋轉(zhuǎn)而行進(jìn)。這時，由于行進(jìn)時產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩，所以彈簧40被壓縮得很緊，即彈簧40被壓縮的同時，轉(zhuǎn)動板42轉(zhuǎn)動，傾斜部44也轉(zhuǎn)動。
傾斜部44一旦轉(zhuǎn)動，與其接觸的凸起部46被推向車軸39的方向，滑動構(gòu)件45也向車軸39的方向移動?；瑒訕?gòu)件45一旦向車軸39的方向移動，鐵氧體48便在線圈49內(nèi)移動。因此線圈49的電感變化。
即，如果踏力越大，則插入線圈49內(nèi)的鐵氧體48的體積越大，電感也越大。即，加在線圈49上的電壓隨電感的變化而變化，電感越大，電壓越?。浑姼性叫?，電壓越大，因此通過檢測該電壓的變化，就能檢測踏力的大小，且根據(jù)其大小，控制電動機(jī)8的驅(qū)動。
現(xiàn)說明在平地騎行時使用者不加踏力的狀態(tài)。轉(zhuǎn)動板42與末級皮帶輪29一起轉(zhuǎn)動，在該狀態(tài)下無踏力，所以彈簧40未被壓縮，滑動板45也不移動。即，由于線圈49的電感不變化，所以加在線圈49上的電壓也不變，電動機(jī)8不進(jìn)行驅(qū)動。
現(xiàn)說明在平地或上坡時使用者加速的情況。與上述的騎行開始時一樣，加踏力后彈簧40被壓縮，于是轉(zhuǎn)動板42與人力的轉(zhuǎn)矩大小一致地轉(zhuǎn)動，與傾斜部44接觸的凸起部46由于傾斜部44的轉(zhuǎn)動而受到推壓，致使滑動構(gòu)件45移動，鐵氧體48移動到線圈49內(nèi)。
47a是防止被彈簧40推壓的推壓構(gòu)件43受沖擊用的橡膠片。48a是罩住彈簧40的蓋。
其次根據(jù)圖6及圖7說明轉(zhuǎn)矩檢測部52的電路。
在這些圖中，49是加有從CPU(圖中未示出)輸出的交流電壓的線圈，該交流電壓以圖7A所示的波形輸入。使鐵氧體48靠近或遠(yuǎn)離該線圈49時，線圈49的電感變大或變小，其輸出呈圖7B所示的波形。輸出的脈沖由直流變換部60取脈沖的平均值變換成直流。就是說，變換成圖7C所示的波形，由其后的放大器61放大，在A/D轉(zhuǎn)換器(圖中未示出)中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸入上述CPU。
圖7B的波形中用虛線表示的部分表示鐵氧體48靠近線圈49時的波形，該波形在直流交流部60中變換成比上述情況的電平低的電平，如圖7C中的虛線所示，然后被輸入上述CPU。
這樣，將踏力變換成鐵氧體向車軸39方向的移動，從而將隨此而變化的線圈電感的變化變換成電壓的變化，并取出電信號，因此能準(zhǔn)確精細(xì)地檢測轉(zhuǎn)矩，能通過可靠的控制而輔助人力。
雖然是使鐵氧體在線圈內(nèi)移動，但只要使兩者接近，線圈的電感就能變化，因此只要通過滑動部件45的移動使其接近，即采用將鐵氧體設(shè)在線圈附近的結(jié)構(gòu)亦可。
也可以不使用彈簧40，而只用彈性構(gòu)件47的彈力，加踏力時滑動構(gòu)件45推壓彈性構(gòu)件47，無踏力時借彈性構(gòu)件47的彈力使滑動構(gòu)件回到原來的位置，從而檢測轉(zhuǎn)矩。
圖8是電動機(jī)的控制電路框圖。
在該圖中，71是由轉(zhuǎn)矩檢測部52構(gòu)成的踏力檢測部、79是由車速傳感器構(gòu)成的車速檢測部，72是CPU，73是進(jìn)行電路開關(guān)用的開關(guān)元件，74是控制開關(guān)元件73而進(jìn)行電源的負(fù)載控制(PWM控制)的開關(guān)元件控制器，75是直流電源。該直流電源75采用24V、2.5Ah的鎳鎘(Ni-Cd)電池。
76是續(xù)流二極管、77是電源電壓檢測器、78是檢測流過電動機(jī)8的電流的電動機(jī)電流傳感器。
電動機(jī)電流傳感器78配置2個并聯(lián)的具有4.5mΩ電阻值和14A容許容量的電阻(并聯(lián)電阻)，用差動放大器檢測其電壓降，對該檢測值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，輸入CPU72。CPU72根據(jù)來自電動機(jī)電流傳感器78的電流值計算電動機(jī)8的轉(zhuǎn)矩。
其次按照圖9所示的流程圖說明CPU72的動作。
CPU72首先由踏力檢測部71檢測踏力，進(jìn)行A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換(步驟S1)，將踏力變換成人力轉(zhuǎn)矩(步驟S2)，檢測電動機(jī)8的電流即電動機(jī)電流，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換(步驟S3)，將電動機(jī)電流變換成電動機(jī)轉(zhuǎn)矩(步驟S4)。
其次，從車速檢測部79獲得車速，判斷車速是否小于每小時15Km(步驟S5)、車速是否超過每小時24Km(步驟S6)，如果時速小于15Km，則將舊人力轉(zhuǎn)矩作為新的人力轉(zhuǎn)矩(步驟S7)，如果時速在16Km～24Km的范圍內(nèi)，則將舊人力轉(zhuǎn)矩乘以(24—車速)/9(Km/h)后所得之值作為新的人力轉(zhuǎn)矩(步驟S8)，如果時速在24Km以上，則新的人力轉(zhuǎn)矩為“0”。
然后，算出舊負(fù)載+(新人力轉(zhuǎn)矩—電動機(jī)轉(zhuǎn)矩)/常數(shù)，也就是進(jìn)行積分計算，并將其作為新負(fù)載(步驟S10)，輸出負(fù)載(步驟S11)。
圖10是使電動機(jī)開始驅(qū)動或結(jié)束驅(qū)動用的電路框圖。
該圖中81是由電動機(jī)電流傳感器78構(gòu)成的電動機(jī)電流檢測部，82是由CPU72構(gòu)成的控制器。
驅(qū)動開始檢測部83、閾值更新部84及驅(qū)動結(jié)束檢測部85也由CPU72構(gòu)成。
86是由開關(guān)元件構(gòu)成的門電路。在本實施例中，該門電路由進(jìn)行電源的負(fù)載控制的開關(guān)元件73兼用，但與該開關(guān)元件73不同，將只進(jìn)行電源通/斷用的開關(guān)元件與開關(guān)元件73串聯(lián)設(shè)置即可。
87是由電動機(jī)8構(gòu)成的馬達(dá)，88是設(shè)在盤狀盒5內(nèi)的由減速機(jī)構(gòu)30構(gòu)成的減速器，89是由后輪3構(gòu)成的車輪。
以下按照流程圖說明本實施例的動作。
圖11是表示用于使馬達(dá)87開始驅(qū)動的處理內(nèi)容的流程圖。由驅(qū)動開始檢測部83進(jìn)行該處理。
進(jìn)行該處理時，判斷從踏力檢測部71獲得的踏力值(傳感器值)是否在預(yù)先存儲在存儲器中的閾值以上。即在規(guī)定時間(30毫秒)內(nèi)，便踏力的傳感器值達(dá)到最小，且將它與閾值進(jìn)行比較(步驟S21)。之所以使30毫秒內(nèi)的檢查值達(dá)到最小，是為了防止噪聲產(chǎn)生的誤動作。然后，如果檢查值的最小值在閾值以上，則輸出馬達(dá)87的驅(qū)動開始信號(步驟S22)。
圖12是表示用于使馬達(dá)87結(jié)束驅(qū)動的處理內(nèi)容的流程圖。由驅(qū)動結(jié)束檢測部85進(jìn)行該處理。
在該處理中，檢測從踏力檢測部71得到的踏力值(傳感器值)的變動幅度，將檢測的變動幅度與預(yù)先存入存儲器中的規(guī)定幅度進(jìn)行比較。即將在規(guī)定時間(4秒)內(nèi)所達(dá)到的傳感器值的最大和最小之差同上述規(guī)定值進(jìn)行比較(步驟S31)。
之所以將規(guī)定時間取為4秒，是因為在通常情況下蹬腳蹬的周期約為4秒。作為規(guī)定的幅度，將用最小的踏力踏腳蹬時產(chǎn)生的踏力的最大值和最小值之差存儲起來即可。
在步驟S31的比較中，4秒鐘內(nèi)的檢測值的最大值和最小值之差比規(guī)定值小時，便輸出馬達(dá)87的驅(qū)動結(jié)束信號(步驟S32)。如果4秒鐘內(nèi)的檢查值的最大值和最小值之差在規(guī)定值以上時，看作正在蹬自行車，輸出規(guī)定時間(4秒內(nèi))的傳感器值的最大值(步驟S33)。該數(shù)據(jù)被輸入到閾值更新部84。
圖13是表示用于更新閾值的處理內(nèi)容的流程圖。由閾值更新部84進(jìn)行處理。
在該處理中，首先求出從踏力檢測部71得到的踏力的值(傳感器值)在規(guī)定時間(30毫秒內(nèi))的平均值，將該值加上規(guī)定值(5Kg)之后的值作為閾值，并存入存儲器(步驟S41)。之所以將5Kg作為規(guī)定值，是因為通常檢測到該程度的踏力的增加能夠同由噪聲產(chǎn)生的踏力的增加區(qū)別開。
其次，檢查一下將規(guī)定值(5Kg)加到規(guī)定時間(30毫秒內(nèi))傳感器值的最大值之后所得的值是否小于閾值(步驟S42)。之所以將上述2個規(guī)定時間都取為30毫秒，是為了防止噪聲產(chǎn)生的誤動作。
這時，如果將5Kg加到30毫秒內(nèi)傳感器值的最大值所得之值小于閾值時，則將該30毫秒內(nèi)的傳感器值的最大值加上5Kg后的值作為新的閾值，并存入存儲器(步驟S43)，從而將閾值向下修正。
然后，如果從驅(qū)動結(jié)束檢測部85輸出驅(qū)動結(jié)束信號(步驟S44)，則將規(guī)定時間(4秒內(nèi))的傳感器值的最大值加上規(guī)定值(5Kg)后的值作為新的閾值，并存入存儲器中(步驟S45)從而進(jìn)行閾值的更新。這時，傳感器值的最大數(shù)據(jù)是接受來自驅(qū)動結(jié)束檢測部85的輸出，從而獲得規(guī)定時間(4秒內(nèi))的傳感器值的最大數(shù)據(jù)。
在步驟S44中，如果輸出驅(qū)動結(jié)束信號，便輸出閾值(步驟S46)。該閾值被輸入驅(qū)動開始檢測部83中。
圖14是表示開閉門電路86用的處理內(nèi)容的流程圖。
在該處理中，首先將門電路關(guān)斷(步驟S51)，如果從驅(qū)動開始檢測部83輸出驅(qū)動開始信號，則將門電路打開(步驟S53)，如果從驅(qū)動結(jié)束檢測部85輸出驅(qū)動結(jié)束信號，則將門電路關(guān)斷(步驟S55)。
圖15是表示使馬達(dá)87驅(qū)動的定時和閾值更新形態(tài)的說明圖。
首先從圖的左側(cè)開始說明，在時刻a，踏力開始變大，但由于未超過閾值，所以馬達(dá)87不開始驅(qū)動。然后，在時刻b，由于超過了閾值，所以馬達(dá)87開始驅(qū)動。如圖所示，踏力的呈波浪形變化。
在時刻c，踏力變?yōu)椤?”，但在踏力變動小(在“0”附近幾乎保持一定)的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間后的時刻d，馬達(dá)87的驅(qū)動結(jié)束。從時刻c至?xí)r刻d之間，根據(jù)踏力為“0”的檢測值控制馬達(dá)87。
在時刻e，馬達(dá)87開始驅(qū)動，但由于腳踏在腳蹬上的狀態(tài)等，踏力一定(時刻f～時刻g之間)，所以在時刻g，馬達(dá)87的驅(qū)動結(jié)束，這時閾值也被更新。
時刻g以后，雖然加踏力，但閾值高于該踏力，所以馬達(dá)87不開始驅(qū)動。然后在時刻h，加上新的高于閾值的踏力時，開始驅(qū)動。
在時刻i～時刻j之間，由于(現(xiàn)在的踏力+規(guī)定值)比現(xiàn)在的閾值小，所以隨著踏力的下降，閾值也逐漸向下更新。然后從時刻j開始，閾值回到開始時的值。
這樣，使電動機(jī)87開始驅(qū)動或結(jié)束驅(qū)動，同時通過更新閾值，防止浪費(fèi)電力，能使電動自行車以更好的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。
按照該實施例，由變動幅度檢測裝置檢測由人力傳感器檢測的驅(qū)動力的變動幅度，由動作停止裝置對其檢測的變動幅度與規(guī)定的幅度進(jìn)行比較，當(dāng)該變動幅度比規(guī)定幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時，停止電動驅(qū)動裝置的動作。
因此，例如設(shè)定了踏力閾值時，一旦超過閾值，馬達(dá)開始驅(qū)動后，即使踏力變到閾值以下，馬達(dá)也不停止驅(qū)動，當(dāng)踏力的變動幅度比規(guī)定幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時，馬達(dá)停止驅(qū)動，所以即使以閾值以下的小踏力騎行時，也能由馬達(dá)繼續(xù)輔助，而且不加踏力時，能防止馬達(dá)忽動忽停的動作。另外，使自行車停止后即使仍以閾值以上的力踏腳蹬時，也能使馬達(dá)停止驅(qū)動。
還設(shè)有車速傳感器，在僅當(dāng)踏力不變，而且車速傳感器無輸出時，使電力驅(qū)動裝置停止動作的情況下，只有當(dāng)不踏腳蹬、且自行車停止時，才能使電力驅(qū)動裝置停止動作，所以能更可靠地控制電力驅(qū)動裝置。
如果按照該實施例實施，則由閾值比較裝置對由人力傳感器檢測的驅(qū)動力和閾值進(jìn)行比較，當(dāng)由人力傳感器檢測的驅(qū)動力達(dá)到閾值以上時，由動作開始裝置使電力驅(qū)動裝置開始動作。
在這種狀態(tài)下，一旦超過閾值，使電力驅(qū)動裝置開始動作后，由變動幅度檢測裝置經(jīng)常檢測由人力傳感器檢測的驅(qū)動力的變動幅度，當(dāng)該變動幅度比規(guī)定的幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時，由閾值更新裝置將閾值比較裝置中存儲的閾值更新為由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值所得之值。
在現(xiàn)有的技術(shù)中，當(dāng)使自行車停止、在剎閘的狀態(tài)下若腳仍放在腳蹬上時，則檢測出踏力，如果該踏力在閾值以上，盡管自行車正在停止著，但電力驅(qū)動裝置仍驅(qū)動自行車。
可是，該狀態(tài)不是蹬腳蹬，而只是把腳放在腳蹬上。因此，踏力不變化，踏力的變動幅度小于規(guī)定幅度的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上，因此使電力驅(qū)動裝置停止動作。可是在動作停止后的狀態(tài)下踏力超過閾值，因此能再次使電力驅(qū)動裝置開始驅(qū)動。就是說反復(fù)出現(xiàn)這種狀態(tài)，其結(jié)果是在腳放在腳蹬上的期間，電力驅(qū)動裝置繼續(xù)進(jìn)行繼續(xù)地驅(qū)動，浪費(fèi)電力。
因此，在該實施例中，當(dāng)踏力變動幅度比規(guī)定幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上而使電力驅(qū)動裝置停止動作后，將閾值比較裝置中存儲的閾值變換成由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值所得之值，例如將馬達(dá)停止驅(qū)動后的踏力加上一定的值所得之值作為新的閾值，這樣在電力驅(qū)動裝置停止的時刻通過更新閾值，電力驅(qū)動裝置不會不再繼續(xù)動作。
還設(shè)有閾值向下修正裝置時，將閾值比較裝置中存儲的閾值同由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值以后的值進(jìn)行比較，當(dāng)該值比閾值小時，可將閾值修正到該值以下。
因此，能將更新成高的值后的閾值修正成低的值。
在現(xiàn)有的技術(shù)中，當(dāng)使自行車停止、在剎閘的狀態(tài)下把腳放在腳蹬上時，閾值被更新后，然后即使在通常狀態(tài)下踏腳蹬，由于閾值仍為高值，所以不能開始電力驅(qū)動。
為了防止這種情況的發(fā)生，在本實施例中，當(dāng)前的踏力加上規(guī)定值所得之值小于當(dāng)前的閾值時，將其作為新的閾值而將閾值向下修正。
實施例2圖16是實施例2的電動自行車的側(cè)視圖，圖17是該電動自行車的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)說明圖。
在這些圖中，電動自行車本體101具有由人力驅(qū)動裝置109及電力驅(qū)動裝置112驅(qū)動的驅(qū)動輪102、以及決定騎行方向的前輪103。本體101還備有由立管104、上管105及下管106構(gòu)成的車架，在立管104的上端設(shè)有車座107。在上管105和下管106相交的部分的上方設(shè)有決定前輪103的方向的車把108。
驅(qū)動驅(qū)動輪102的人力驅(qū)動裝置109與一般的自行車相同，有腳蹬110，使用者通過腳踏腳蹬110使其旋轉(zhuǎn)，由此而產(chǎn)生的驅(qū)動力(稱為踏力)被傳遞給鏈條111，該驅(qū)動力通過鏈輪111a、單向離合器111b和踏力傳感器111c傳遞給驅(qū)動輪102，于是驅(qū)動輪102被驅(qū)動。
用彈性件將鏈輪111a的轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動輪102的旋轉(zhuǎn)輪連接在踏力傳感器111c上，用檢測線圈檢測由于彈性件的應(yīng)變而位移的磁鐵。
單向離合器111b起這樣的作用，即當(dāng)驅(qū)動輪102的實際轉(zhuǎn)速比踏力欲加給驅(qū)動輪102的轉(zhuǎn)速高時，驅(qū)動力不會從驅(qū)動輪102傳遞給鏈條111。
與人力驅(qū)動裝置109同時并用來驅(qū)動驅(qū)動輪102的電力驅(qū)動裝置112將設(shè)在驅(qū)動輪102上部的可充電的電池113作為電源，從電源113向設(shè)在驅(qū)動輪102輪轂上的電動機(jī)114供電。
在電力驅(qū)動裝置112中，電動機(jī)114的輸出被由齒輪和皮帶構(gòu)成的減速機(jī)構(gòu)114a減速、并通過單向離合器114b和車速傳感器114c傳遞給驅(qū)動輪102。單向離合器114b的作用是當(dāng)驅(qū)動輪102的實際轉(zhuǎn)速比電動機(jī)114欲加給驅(qū)動輪102的轉(zhuǎn)速高時，驅(qū)動力不會從驅(qū)動輪102反向傳遞給電動機(jī)114。
車速傳感器設(shè)在驅(qū)動輪102的轉(zhuǎn)軸上，它是輸出其頻率與驅(qū)動輪102的轉(zhuǎn)速成正比的脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器。
其次，用圖18說明該電動自行車的控制電路。
如圖18所示，電池113的電壓通過開關(guān)元件121和電源開關(guān)119加到電動機(jī)114和電動機(jī)電流傳感器(以下稱電流傳感器)122的串連電路上，續(xù)流二極管120連接在該串聯(lián)電路上。
117是由CPU、ROM及RAM構(gòu)成的微型計算機(jī)(以下稱微機(jī))。微機(jī)117接收來自車速傳感器114c、電流傳感器122和踏力傳感器111c的輸出后進(jìn)行信號處理，將脈沖信號輸出給開關(guān)元件121。但電流傳感器122的輸出電壓由放大器122a放大后輸入微機(jī)117。
在該實施例中，電動機(jī)114采用永久勵磁式有刷直流電機(jī)(最大輸出功率為300W)，電池113采用24V、5Ah的鎳—鎘電池，電流傳感器122采用2.25mΩ的分流電阻。
微機(jī)117以244Hz的頻率使開關(guān)元件121通/斷，對電動機(jī)114進(jìn)行PWM控制。
在這種結(jié)構(gòu)中，接通電源開關(guān)119后，使用者踏電動自行車的腳蹬110時，該踏力通過鏈條111被傳遞給驅(qū)動輪102。
于是，微機(jī)117將偏移成分從踏力傳感器111c的輸出信號及放大器122a的輸出信號中除去后作為Ur、Vr分別以放大倍數(shù)A、B放大，利用兩者之差(A·Ur-B·Vr)使開關(guān)元件121的占空比變化，控制電動機(jī)114的輸出，以便使A·Ur＝B·Vr。而且根據(jù)車速傳感器114c的輸出信號W改變放大倍數(shù)A或B。
因此，如圖19中的車速—輔助率特性曲線所示，當(dāng)車速在15Km/時以下時，可得到主驅(qū)動力＝輔助驅(qū)動力(輔助率＝1)，當(dāng)車速在15Km/時以上時，使輔助力線性下降，當(dāng)車速達(dá)到24Km/時以上時，輔助力變?yōu)榱恪?br> 其次，詳細(xì)說明在微機(jī)117中進(jìn)行的對傳感器輸出的校正處理。
(1)電流傳感器輸出校正如圖18所示，由于電流傳感器(分流電阻)122的輸出由放大器122a放大后輸入微機(jī)117，所以放大器122a的輸出電壓V如圖20所示，其中包含與電動機(jī)電流對應(yīng)的實際檢測電壓Vr和偏移電壓Vos。
因此，電源開關(guān)119剛接通之后(即考慮了停車時)，將放大器122a的輸出電壓看作與偏移電壓對應(yīng)的基準(zhǔn)值Vth讀取，考慮由Vr＝V-Vth……(1)求得真正的檢測電壓Vr的方法。
可是，使用者在用自身的力量使電動自行車101后退過程中，萬一將電源開關(guān)119接通，則由于電動機(jī)114反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電動勢，開關(guān)元件121即使處于斷開狀態(tài)，電流通過續(xù)流二極管120流過電流傳感器122。因此，如圖21所示，確定比實際偏移電壓Vos高的電壓作為基準(zhǔn)值Vth，不能由式(1)求真正的檢測電壓Vr。
因此微機(jī)117執(zhí)行圖22中的流程圖所示的程序。
在圖22中，在規(guī)定時間(例如數(shù)秒內(nèi))檢測放大器122a的輸出V，將其平均值Vave作為基準(zhǔn)值Vth(步驟S101)。其次，當(dāng)輸出V比基準(zhǔn)值Vth小時(步驟S102)，用該輸出V更新基準(zhǔn)值Vth(步驟S103)，由式(1)求檢測值Vr。最好使步驟S102、S103中的輸出V取短時間內(nèi)例如30毫秒內(nèi)的最大值。
之所以這樣說，是因為有時放大器122a的輸出含有噪聲，所以當(dāng)30毫秒內(nèi)的輸出V的最大值比基準(zhǔn)值Vth小時，就是說30毫秒內(nèi)的輸出V的全部值都小于基準(zhǔn)值時，便更新基準(zhǔn)值，從而提高了基準(zhǔn)值的精度。
這樣一來，基準(zhǔn)值Vth經(jīng)常更新成較小的值，所以如圖23所示，在電動機(jī)電流變成零的期間，更新成準(zhǔn)確的值。
因此，微機(jī)117能利用式(1)檢測準(zhǔn)確的電動機(jī)電流(輔助驅(qū)動力)。
圖24是將步驟S104的程序插入圖22所示的流程圖中的步驟S102和步驟S103之間的流程圖，在步驟S104中，根據(jù)車速傳感器114c的輸出，確認(rèn)車速為零。因此，下一步驟S103中的基準(zhǔn)值Vth再一次被準(zhǔn)確的值所更新。
(2)踏力傳感器輸出的校正踏力傳感器111c的輸出也有偏移電壓，它與電流傳感器一樣，如圖25中的步驟S111～S113所述，通過將基準(zhǔn)值改寫成比傳感器輸出小的值，可進(jìn)行校正。
可是當(dāng)偏移電壓隨溫度的漂移而增大時就不能處理了。
因此在這種情況下，微機(jī)117執(zhí)行圖25中的步驟S114以后的程序。
就是說，在步驟S112中傳感器111c的輸出U如果是在步驟S111中確定的基準(zhǔn)值Uth以上時，則計算在規(guī)定期間T(騎行中踏力變動周期范圍最大值約4秒)內(nèi)的輸出的最大值Umax和最小值Umin之差，當(dāng)該差值ΔV比規(guī)定值C小時(步驟S114)，將最大值Umax或?qū)⒆髯钚≈礥min作為新的基準(zhǔn)值(步驟S115)。
然后根據(jù)該新的基準(zhǔn)值，由Ur＝U-Uth……(2)求出檢測值Ur。
就是說，按照圖25中的流程圖執(zhí)行，則(1)當(dāng)輸出U減小時，如圖26所示，即使開始時將基準(zhǔn)值Uth設(shè)定得比實際值大，在期間T1，如圖25中的步驟S111～S113所述，基準(zhǔn)值Uth被更新成輸出U的最小值，從而基準(zhǔn)值達(dá)到了準(zhǔn)確的值。
(2)當(dāng)輸出U增大時，其原因不能斷定是漂移造成的，還是踏力造成的。因此如步驟S114、S115所述，當(dāng)在規(guī)定期間T(約4秒內(nèi))的輸出的變動幅度，即最大值Umax和最小值Umin之差比正常騎行時踏力的變動幅度小時(振幅比C小時)，作為未施加踏力看待，如圖27所示，將在期間T中的最大值Umax作為新的基準(zhǔn)值Vth。
圖28是在圖25所示的流程圖中的步驟S114和步驟S115之間插入步驟S116的程序的流程圖，在步驟S116中判斷步驟S114中的輸出的最大值Umax和現(xiàn)在的基準(zhǔn)值Uth之差是否比α(基準(zhǔn)值可更新的幅度)小，如果小時，則該最大值Umax(或最小值Umin)就成為新的基準(zhǔn)值Uth。
這是考慮到即使傳感器輸出一定或其變動幅度小，但在停車過程中使用者將腳放在腳蹬上的狀態(tài)，所以如圖29所示，即使傳感器輸出U的變動幅度ΔU小，但傳感器輸出U比當(dāng)前的基準(zhǔn)值Uth大很多(α以上)時，不需要硬新。因此能獲得更準(zhǔn)確的基準(zhǔn)值Uth。
使用者在停車過程中將腳輕輕地放在腳蹬上(作用著小踏力)時，這時的傳感器輸出即使錯誤地用該時的傳感器的輸出更新了基準(zhǔn)值，但利用步驟S111、S113的程序，在圖30所示的騎行開始后的期間T2中，被更新成準(zhǔn)確的基準(zhǔn)值Uth。
圖25及圖28中的步驟S112及S113中的傳感器輸出U與圖22或圖24中的步驟S102及步驟103中的一樣，最好是30毫秒內(nèi)的傳感器輸出的最大值。
這樣，微機(jī)117根據(jù)得到的基準(zhǔn)值Uth，能由式(2)算出正確的檢測值Ur。
在該實施例中，傳感器校正裝置至少對踏力傳感器或輔助力傳感器兩者之一，從傳感器輸出中減去規(guī)定的基準(zhǔn)值，并將該減得的值作為正確的檢測值，當(dāng)傳感器的輸出比基準(zhǔn)值小時，基準(zhǔn)值更新裝置將該傳感器輸出作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新?？刂蒲b置根據(jù)如此得到的檢測值控制電動機(jī)的輸出功率。
車速為零時，基準(zhǔn)值更新裝置進(jìn)行上述更新處理。
當(dāng)傳感器輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果規(guī)定期間的傳感器輸出的最大值和最小值之差在規(guī)定范圍內(nèi)，基準(zhǔn)值更新裝置最好將該最大值或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
當(dāng)傳感器輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果規(guī)定期間的傳感器輸出的最大值和當(dāng)前的基準(zhǔn)值之差在規(guī)定值以下時，基準(zhǔn)值更新裝置最好將上述規(guī)定期間的最大值或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
當(dāng)傳感器輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果在規(guī)定期間傳感器輸出的最大值和最小值之差在規(guī)定范圍內(nèi)，而且該最大值和當(dāng)前的基準(zhǔn)值之差在規(guī)定值以下，則基準(zhǔn)值更新裝置最好將該最大值或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
如果采用本發(fā)明，則由于由人力傳感器檢測的驅(qū)動力變動幅度比規(guī)定的幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時，停止電力驅(qū)動裝置的動作，所以在不蹬踏腳蹬時，能使電力驅(qū)動裝置停止動作，能防止浪費(fèi)電力。
還設(shè)有車速傳感器，在僅當(dāng)踏力不變，而且車速傳感器無輸出時使電力驅(qū)動裝置停止動作的情況下，只有當(dāng)不蹬踏腳蹬，而且自行車停止時，才能使電力驅(qū)動裝置停止動作，所以能更可靠地控制電力驅(qū)動裝置。
當(dāng)踏力變動幅度比規(guī)定幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上而使電力驅(qū)動裝置停止動作后，將閾值比較裝置中存儲的閾值換成由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值后的新的閾值，這樣在電力驅(qū)動裝置停止的時刻更新閾值后，可使電力驅(qū)動裝置不再繼續(xù)動作。
當(dāng)還設(shè)有閾值向下修正裝置時，由于能將閾值向下修正，所以能將已更新成高值的閾值修正成低的閾值。
由于能用傳感器輸出的最小值更新基準(zhǔn)值，所以在踏力或輔助力為零的期間，能正確地更新基準(zhǔn)值，因此能準(zhǔn)確地檢測踏力或輔助力。
在這種情況下，車速為零時，就是說考慮到踏力或輔助力為零時更新基準(zhǔn)值，所以能更準(zhǔn)確地更新基準(zhǔn)值。
當(dāng)傳感器的輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果規(guī)定期間的傳感器輸出的最大值和最小值之差在規(guī)定值以下，則將上述規(guī)定期間的最大值或最小值作為新撕準(zhǔn)值進(jìn)行基準(zhǔn)值更新時，傳感器輸出值中的偏移成分即使由于漂移而增大，也能準(zhǔn)確地更新基準(zhǔn)值。
當(dāng)傳感器的輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果在規(guī)定期間傳感器輸出的最大值和最小值之差在規(guī)定范圍內(nèi)、而且該最大值和現(xiàn)在的基準(zhǔn)值之差在規(guī)定值以下，則將該最大值或最小值作為基準(zhǔn)值而更新基準(zhǔn)值時，傳感器輸出中的偏移成分即使由于漂移而增大，也能準(zhǔn)確地更新基準(zhǔn)值。
因此，如上所述的本發(fā)明顯然可作多種形式的變更。這類變更都不能被認(rèn)為是脫離本發(fā)明的主旨和技術(shù)范圍，而且所有這些對精通本技術(shù)的人員十分顯而易見的變更都應(yīng)包含在下述的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動自行車，包括用人力驅(qū)動車輪的人力驅(qū)動裝置、檢測人力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的人力傳感器、用電動機(jī)驅(qū)動車輪的電力驅(qū)動裝置、檢測電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的電動力傳感器、根據(jù)來自人力傳感器和電動力傳感器的信號控制電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的控制裝置、以及檢測由人力傳感器檢測的驅(qū)動力變動幅度的變動幅度檢測裝置，該電動自行車的特征在于上述控制裝置含有將由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度同規(guī)定的幅度進(jìn)行比較、使電力驅(qū)動裝置停止動作的動作停止裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動自行車，其特征在于上述動作停止裝置在由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度比規(guī)定的幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時才起作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動自行車，其特征在于還備有檢測車速的車速傳感器，上述動作停止裝置在由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度比規(guī)定的幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上、且從車速傳感器無輸出時才起作用。
4.一種電動自行車，包括用人力驅(qū)動車輪的人力驅(qū)動裝置、檢測人力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的人力傳感器、用電動機(jī)驅(qū)動車輪的電力驅(qū)動裝置、檢測電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的電動力傳感器、根據(jù)來自人力傳感器和電動力傳感器的信號控制電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的控制裝置、以及檢測由人力傳感器檢測的驅(qū)動力變動幅度的變動幅度檢測裝置，該電動自行車的特征在于上述控制裝置含有將由人力傳感器檢測的驅(qū)動力同規(guī)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)由人力傳感器檢測的驅(qū)動力在規(guī)定的閾值以上時使電力驅(qū)動裝置開始動作的動作開始裝置、以及將由變動幅度檢測裝置檢測的變動幅度和規(guī)定的幅度進(jìn)行比較、當(dāng)該變動幅度比規(guī)定幅度小的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間以上時，將上述規(guī)定的閾值更新為由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值所得之值的閾更新裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動自行車，其特征在于上述控制裝置還含有權(quán)利要求4中定義的動作開始裝置和閾值更新裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動自行車，其特征在于上述控制裝置還含有將上述規(guī)定的閾值和由人力傳感器檢測的驅(qū)動力加上規(guī)定值所得之值進(jìn)行比較、當(dāng)驅(qū)動力加上規(guī)定值所得之值比規(guī)定的閾值小時，便將上述規(guī)定的閾值向驅(qū)動力加上規(guī)定值所得之值的下方修正的閾值向下修正裝置。
7.一種電動自行車，它備有用人力驅(qū)動車輪的人力驅(qū)動裝置、檢測人力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的人力傳感器、用電動機(jī)驅(qū)動車輪的電力驅(qū)動裝置、檢測電力驅(qū)動裝置電動力傳感器、以及根據(jù)來自人力傳感器和電動力傳感器的信號控制電力驅(qū)動裝置驅(qū)動力的控制裝置，該電動自行車的特征在于上述控制裝置有將從人力傳感器和電動力傳感器中的至少一個的輸出值中減去規(guī)定值后所得之值作為傳感器的檢測值的傳感器校正裝置、以及當(dāng)傳感器的輸出值比上述基準(zhǔn)值小時，將該傳感器輸出值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新的基準(zhǔn)更新裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動自行車，其特征在于上述基準(zhǔn)值更新裝置在車速為零時進(jìn)行上述更新處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動自行車，其特征在于當(dāng)傳感器的輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果規(guī)定期間的傳感器輸出的最大值與最小值之差在規(guī)定范圍內(nèi)，則上述基準(zhǔn)值更新裝置便將該最大值或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動自行車，其特征在于當(dāng)傳感器的輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果規(guī)定期間的傳感器輸出的最大值與當(dāng)前的基準(zhǔn)值之差在規(guī)定值以下時，上述基準(zhǔn)值更新裝置便將上述規(guī)定期間的最大值或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動自行車，其特征在于當(dāng)傳感器的輸出比當(dāng)前的基準(zhǔn)值大時，如果傳感器輸出的最大值與最小值之差在規(guī)定范圍內(nèi)、而且該最大值與當(dāng)前的基準(zhǔn)值之差在規(guī)定值以下，上述基準(zhǔn)值更新裝置便將該最大值或最小值作為新的基準(zhǔn)值進(jìn)行更新。
全文摘要
本發(fā)明的電動自行車包括電動馬達(dá)、電動機(jī)電流檢測器、踏力檢測器、以及控制器?？刂破鳈z測由踏力檢測器檢測的踏力變動幅度，并與規(guī)定的幅度進(jìn)行比較，如果踏力變動的幅度小的狀態(tài)持續(xù)一定時間以上，便停止馬達(dá)驅(qū)動。
文檔編號B62M6/00GK1135993SQ9610128
公開日1996年11月20日 申請日期1996年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月28日
發(fā)明者松本敏宏, 田中建明, 數(shù)原壽宏 申請人:三洋電機(jī)株式會社