助力驅動車的製作方法
2023-06-07 16:05:01 1
專利名稱：助力驅動車的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種助力驅動車，該助力車的車輪可由作用於人力驅動系統上的人力和輔助動力系統的輔助馬達進行驅動。
在現有技術中，當此種類型的電動馬達助力自行車在沒有人力提供驅動的情況下進行起步時，由於只是由輔助馬達提供動力，電池或馬達將發生過載。因而，為了避免僅僅由輔助馬達實現車輛起步，舉例來說，已設計出的第一類控制裝置中(參見日本專利JP-B-56-15356)，只有當人力驅動系統的旋轉機構上的曲柄鏈輪部分有一定程度的轉動時，輔助馬達才輸出動力。
在上述的第一類現有裝置的情況下，只要曲柄鏈輪有一個旋轉速度馬達就進行驅動，甚至當曲柄鏈輪反轉時，馬達也可能發生運轉，從而自行車終歸仍有可能由輔助馬達單獨啟動。於是，檢測曲柄鏈輪轉動方向的第二類常用裝置被設計出來(參見日本專利JP-A-52-9442號)，以解決上述問題。
但是，在上述的第二類常用裝置中，針對曲柄鏈輪旋轉方向的檢測裝置是這樣設置的使得該裝置可以由兩個檢測元件所輸出的檢測信號的次序來確定轉動方向。因而如果所述的兩個檢測元件或信號線之間發生了相對位移時，仍然可以使得馬達在曲柄鏈輪在反轉時，在沒有人力提供的情況下進行單獨驅動，從而在第二類的常用裝置情況下，存在並沒有實現上述目標的問題。
此外，在上述的具有兩個檢測元件的裝置的情況下，馬達只有在兩個檢測元件都有信號輸出時才會轉動。因而，在人力進行驅動和馬達啟動間的時間差主要決定於檢測元件和受檢測部位的位置關係，在車輛啟動時就沒有任何的輔助動力，從而降低了該種產品的市場銷售能力。
考慮到上述情況，本發明的目的是提供一種助力驅動車，該助力車可以避免由馬達單獨驅動進行行駛，並在馬達開始驅動和人力施加間實現適時同步，從而改善車輛的驅動操作性能。
根據本發明的助力驅動車，該種車輛同時具有人力驅動裝置和輔助動力系統，其車輪可以由施加於人力驅動裝置的人力和由輔助驅動系統的助力馬達提供的動力進行驅動，所述的車輛包括用於檢測由人力所決定的車輛速度的人力相關車速檢測裝置，其中該速度與所述的人力動力系統上的某一旋轉機構部分的轉動速度有對應關係；以及用於檢測由輔助驅動動力所決定車速的輔助動力相關車速檢測裝置，該車速與所述的輔助動力系統中馬達的轉速有對應關係；以及用於控制馬達的馬達控制裝置，使得車輛在起步時，在對人力相關車速進行檢測的基礎上，馬達開始啟動；當車輛起步經過一段預先設定的時間後，如所述的人力相關車速與所述的輔助動力相關車速間的差值在事先設定的容限範圍之內時，馬達的驅動就持續下去，當所述的差值超出容限時，馬達的驅動就被中止或降速。
根據本發明的上述車輛，還可以具有這樣的特徵其中所述的用於檢測人力相關車速的人力相關車速檢測裝置，是由人力動力系統中旋轉機構部分轉動速度的最大值為基礎確定該速度的。
根據本發明的上述兩種車輛，還具有這樣的特徵其中所述的用於檢測旋轉機構部分轉動速度的人力相關車速檢測裝置，是通過檢測曲柄軸或曲柄鏈輪上的凸起或凹入來工作的。
根據本發明的第一、二種車輛，還可以具有這樣的特徵其中所述的人力相關車速檢測裝置對於旋轉機構部分轉動速度的檢測，是通過檢測曲柄軸或曲柄鏈輪的電磁特性的變化來實現的。
在本發明中，用於控制輔助馬達動力量值大小的方案可以有幾種，例如(1)對應於車輛的行駛速度或不考慮車輛的速度，輔助動力始終處於事先設定的某一定值上，或(2)對應於車輛的行駛速度或不考慮車輛的速度，輔助動力以給定的規律發生變化。
根據本發明的第一種助力驅動車，該車輛是這樣設置的對與所述人力動力系統上某一旋轉機構的轉動速度有對應關係的人力相關車速，以及與所述輔助動力系統中馬達的轉速有對應關係的輔助動力相關車速進行檢測；當車輛起步時，馬達的啟動與否取決於對所述的人力相關車速的檢測；當車輛起步經過一段預先設定的時間後，如果所述的人力相關車速與所述的輔助動力相關車速間的差值在事先設定的容限範圍之內，馬達的驅動就持續下去，當所述的差值超出容限時，馬達的驅動就被中止或降速。
從而，可靠地避免了由馬達單獨驅動車輛行駛，同時由於實現了馬達驅動啟動與人力施加之間的適時同步，從而改善了車輛的驅動操作性能。此外，當車輛減速時，可以採取一種方案使得車速可以保持在一個降低的某一數值上。
從而，根據本發明，只有在人力相關車速與所述的輔助動力相關車速間的差值在事先設定的容限範圍之內時，馬達的驅動才持續下去。因而當車輛起步時，甚至在腳踏板的作用方向相反的情況下，實現腳踏板旋轉速度與馬達旋轉速度的同步也是非常困難的，由此由馬達單獨驅動的行駛在事實上是不可能的。
此外，當車輛起步時，馬達的啟動與否只決定於人力相關車速的檢測結果，在人力動力驅動系統的旋轉機構部分以很小的齒距間隙設置了鋸齒形的凸起，對該凸起的檢測可以容易地實現對人力相關車速的高精度檢測。因而，在腳蹬板啟動之後的馬達啟動延時可以容易地保持在一個很小的間隔內，實現了改進的驅動特性。
根據本發明的另一種助力驅動車，即具有如下的特徵將由人力動力系統中的旋轉機構部分轉動速度的最大值為基礎確定的人力相關車速，與由馬達旋轉速度為基礎確定的輔助動力相關車速進行比較，並由此決定馬達的驅動是應該繼續、中止或降速。從而，避免了腳踏板的旋轉速度發生改變時可能造成的馬達頻繁減速或中止這一問題，改善了驅動操作性能。
這是因為由腳踏產生的腳蹬旋轉速度與車輛的速度並不是始終保持同步的，尤其在曲柄的上死點和下死點位置附近，腳蹬速度往往要滯後於由實際車速換算的相應腳蹬轉速，從而當由檢測人力相關車速所獲得的腳蹬旋轉速度滯後時，馬達可能發生減速或中止。但是根據本發明，由於人力相關車速是由人力動力系統中的旋轉機構部分轉動速度的最大值為基礎確定的，這樣的問題就可以避免了。旋轉速度的最大值常常是在曲柄處於上死點前方90°角的位置時產生的。
根據本發明的另一種助力驅動車，是通過檢測曲柄軸或曲柄鏈輪上的凸起或凹入來確定人力相關車速的，以及根據本發明的另一種助力驅動車，通過檢測曲柄軸或曲柄鏈輪的電磁特性的變化，無須對普通自行車的結構進行大的改動就可以實現人力相關車速的檢測。
下文將參照附圖對本發明的一個實施例進行描述。
圖1為作為本發明實施例的助力驅動車的側視圖，該助力驅動車是一輛電動馬達助力自行車。
圖2為該自行車的部分側視圖。
圖3為該自行車的輔助動力系統的方框圖。
圖4為該自行車的輔助動力系統的另一個框圖。
圖5為用於說明該自行車輔助動力系統的工作過程的流程圖。
在附圖中，數字1表示作為本發明助力驅動車的馬達助力自行車，其車架2包括一個轉向頭管3、一對從轉向頭管3向後下方伸出的上部下管4a和下部下管4b、一個從下管4a、4b的後端基本向上伸出的車座管5、一對從車座管5與下管4b的連接處基本水平向後伸出的左右鏈支撐管6及一對將鏈支撐管6的後端與車座管5的上端連接起來的左右座支撐管7。所述的車座管5、下管4b及鏈支撐管6焊接到一個軸向橫置的連接管或底軸承託管4c上。
在轉向頭管3中設置用於左右轉向的前叉管8。前輪9安裝在前叉管8的底端，前叉管8的上端則固定安裝了一個轉向車把10，在車座管5的頂端安裝了一個鞍座12。此外，在鏈支撐管6的後端安裝了一個後輪13。
根據本發明的自行車1包括一套人力驅動系統，由該系統將騎行者施加的腳蹬踏力傳遞到後輪13上，自行車1同時包括一套輔助動力驅動系統，以將助力馬達的動力傳遞到後輪上。
所述的人力驅動系統包括如下的結構一個用於旋轉的曲柄軸16插入底軸承託管4c中，底軸承託管4c位於車身構架2的底端中部，腳蹬16b安裝在曲柄臂16a的頂端部，曲柄臂16a安裝在曲柄軸16相對伸出的兩端；一個曲柄鏈輪11安裝在曲柄軸16上，並通過一個單向離合器40與安裝在後輪軸上的後鏈輪(圖中未示出)連接，該單向離合器40使得驅動力只可以由曲柄軸向後輪單向傳遞。
所述的輔助動力是這樣設置的在安裝於後輪軸上的驅動機構55包括一個馬達17，該馬達17的轉動通過一個單向離合器42傳遞到後輪，從而將馬達的驅動力單向地傳到後輪。
一個電池組21或其它為電動馬達17提供能量的能源，被放置於一個方形盒子內，該方形盒子安裝於載貨架31的下方，所述的載貨架位於座支撐管5的後面。電池組21是由多個電池單元串聯而成的。數字32表示載貨架31的支撐構件。
此外，在下管4a、4b之間位於座支撐管5的一側，安裝了一個控制器22，該控制器作為馬達控制裝置對馬達17的輔助驅動動力實現可變控制，該控制器固定於下管4b的下端。
另外，在控制器22的右側設置了一個用於檢測曲柄鏈輪11轉速的轉速傳感器28，曲柄鏈輪11作為人力驅動系統中旋轉機構的一部分。轉速傳感器28中的檢測部件28a適於檢測曲柄鏈輪上形成的輻板36的數目。但是人力驅動系統中適於檢測的旋轉機構部分並不限於曲柄鏈輪11，例如也可以是曲柄軸16。
從轉速傳感器28獲得的檢測信號通過接口界面(I/F)51輸入到控制器22的微處理器50中，微處理器50作為人力相關車速的處理裝置來找出曲柄鏈輪11的最大旋轉速度，並由該最大速度計算出與人力相關車速。
同時，微處理器50還作為輔助動力相關車速的處理裝置，當馬達旋轉時負責由電壓/電流及它們的變化來得出馬達17的旋轉速度，電壓/電流及它們的變化是由一個電壓/電流傳感器測得的，由馬達的旋轉速度得出輔助動力相關車速。
此外，當人力相關車速從零值變化到大於預先設定值時，作為馬達控制裝置的微處理器50作出判斷車輛此時正在啟動，從而無須等待對輔助動力相關車速的檢測馬達17立即啟動；當車輛啟動達到預先設定的時間後，將計算得出的人力相關車速與輔助動力相關車速進行比較，如果作為比較結果的兩個速度值的差值或比值在預先設定的容限範圍內，微處理器使馬達的驅動繼續下去，如果差值或比值超出了容限值，微處理器使馬達17的驅動停止或減速，從而逐步地降低輸出功率。
明確地說，上述的馬達驅動控制是通過將控制信號輸往一個馬達控制器66來實現的，將對應於計算結果的電流從電池組輸往電動馬達17。
下文將參照附圖5對馬達17的控制流程作詳細的描述。
首先，當曲柄鏈輪11的轉速被轉速傳感器28檢測到，而此時馬達17沒有啟動時(S1,S2步驟)，結論為此時車輛應該啟動，在立即啟動馬達17驅動的同時，開始對時間進行測量，微處理器50中的計時器打開(S3,S4步驟)。
當曲柄鏈輪11的轉動沒有被檢測到，例如騎行者在車輛起步之前或之後停止了蹬踏板的情況，馬達17就會被關閉(步驟S5)。
如果曲柄鏈輪11仍在轉動，馬達17也在工作，則由計時器測的時間在不斷增加(步驟S6)；當從步驟S4開始的時間測量值超出預先設定值T1時，則由曲柄鏈輪11的轉速最大值計算人力相關車速(步驟S8)，並由馬達轉速計算輔助動力相關車速(步驟S9)。
然後，對計算所得的人力相關車速及輔助動力相關車速進行比較；如果作為比較結果的兩個速度值的差值或比值在預先設定的容限範圍內，微處理器使馬達的驅動繼續下去並不斷重複步驟S8、S9，如果差值或比值超出了容限值，馬達17的驅動就被停下來。
從而，在本實施例的電動馬達助力自行車1的情況下，當由腳蹬最大旋轉速度獲得的人力相關車速，與由馬達旋轉速度獲得的輔助動力相關車速間的差值或比值超出一個預先設定的容限範圍時，馬達17的驅動就被中止了。因此，如果車輛在腳蹬反轉情況下起步時，要實現人力相關車速的同步是非常困難的，所以馬達的驅動肯定會被中止，從而避免了車輛由馬達單獨驅動行駛。如果在行駛的過程中腳蹬停止，速度差值或比值也會超出容限範圍，馬達驅動同樣會被中止。
此外，人力相關車速是通過檢測設置在曲柄鏈輪11上輻板36的數目來獲得的。因此，由於將輻板36的間距長度設置為一個小的值就可以容易地提高檢測的精度，所以在人力施加與馬達驅動開始之間的時間滯後可以縮得很短，從而具有了改進的驅動性能。
雖然在上述的實施例中，輻板數目是以曲柄鏈輪11邊緣形成的機械凸起/凹陷的形式被檢測的，由於人力施加而發生旋轉的部分的電磁特性改變也可以被進行檢測，並由此獲得人力相關車速。
另外，相應於上述方法計算出的車輛速度對馬達的輔助驅動力進行改變也是可能的，在這樣的情況下，驅動性能可以獲得進一步的改善。
權利要求
1．一種助力驅動車，該車同時具有人力驅動裝置和輔助動力系統，其車輪可以由施加於人力驅動裝置上的人力，和由輔助動力系統的助力馬達提供的動力進行驅動，其特徵在於該車包括用於檢測由人力所決定的車輛速度的人力相關車速檢測裝置，其中該速度與所述的人力動力系統上某一旋轉機構的轉動速度有對應關係，以及用於檢測由輔助驅動動力所決定車速的輔助動力相關車速檢測裝置，該車速與所述的輔助動力系統中馬達的轉速有對應關係，以及用於控制馬達的馬達控制裝置，使得車輛在起步時，在對人力相關車速進行檢測的基礎上，馬達開始啟動；當車輛起步經過一段預先設定的時間後，如所述的人力相關車速與所述的輔助動力相關車速間的差值在事先設定的容限範圍之內時，馬達的驅動就持續下去，當所述的差值超出容限時，馬達的驅動就被中止或降速。
2．根據權利要求1所述的助力驅動車，其特徵在於所述的用於檢測人力相關車速的人力相關車速檢測裝置，是由人力動力系統中的旋轉機構部分轉動速度的最大值為基礎確定該速度的。
3．根據權利要求1或2所述的助力驅動車，其特徵在於所述的用於檢測旋轉機構部分轉動速度的人力相關車速檢測裝置，是通過檢測曲柄軸或曲柄鏈輪上的凸起或凹入來工作的。
4．根據權利要求1或2所述的助力驅動車，其特徵在於所述的人力相關車速檢測裝置對於旋轉機構部分轉動速度的檢測，是通過檢測曲柄軸或曲柄鏈輪的電磁特性的變化來實現的。
全文摘要
一種電動馬達助力自行車,該車包括:用於檢測由人力所決定的車輛速度的轉速傳感器,其中該速度與人力系統上的曲柄鏈輪的轉動速度有對應關係;以及用於檢測由輔助驅動動力所決定車速的電壓/電流傳感器,該車速與所述的輔助動力系統中馬達的轉速有對應關係;以及用於控制馬達的微處理器,使得車輛在起步時,在對人力相關車速進行檢測的基礎上,馬達開始啟動;當車輛起步經過一段預先設定的時間後,如所述的人力相關車速與所述的輔助動力相關車速間的差值在事先設定的容限範圍之內時,馬達的驅動就持續下去,當所述的差值超出容限時,馬達的驅動就被中止或降速。
文檔編號B62M6/00GK1229750SQ9910553
公開日1999年9月29日 申請日期1999年3月19日 優先權日1998年3月19日
發明者高田望 申請人:山葉發動機株式會社