电动辅助自行车的制作方法

专利名称：电动辅助自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用电机的动力辅助人力行驶的电动辅助自行车，特别是涉及下述的电动辅助自行车当产生辅助力的可充电电池的容量降低时(电压降低)，通过有意地使辅助人力行驶的辅助力变动，让骑车人通过身体感觉到自行车运行状态的变化，从而感觉到电池残余容量的减少，提醒骑车人有必要对电池进行充电。
在电动车中，如果行驶用电源电池(充电电池)的电压降到规定值时，就使示警灯闪亮，以可视的形式表示电池残余容量的减少，表示电池已到需要充电的状态。例如，在特开昭63—11402号公报中，记述了下述的电动高尔夫球车的容量示警装置通过比较回路比较基准电压和电池电压，当电池电压低于基准电压时，通过示警灯来示警。
检测电池电压的降低，在用灯、发光二极管等作为示警灯闪亮时，为使骑车人立即注意到此状态，虽然考虑过使用蜂鸣器等利用声音合成进行听觉表示的方法，但在自行车这种情况下，示警声音会被骑车人以外的人听到，因而受到音质、音量的限制。
因此，使骑车人能迅速觉察电压的降低，即，在进行电压降低的视觉表示时，希望骑车人迅速觉察到该视觉表示。
本发明正是为解决上述课题的装置。本发明的第一目的在于提供下述的电动辅助自行车通过有意使辅助力变化，骑车人可以身体感知(体感)电池电压的降低，在检测出电压降低时，骑车人可迅速觉察电池电压降低。
本发明的第二目的在于提供下述的电动辅助自行车通过辅助力的变化提高骑车人的注意力，同时通过使表示电池容量降低，以及电池需充电的示警灯闪烁，让骑车人直观、容易地理解辅助力变化是电池电压降低的信号。
本发明的第3目的在于提供下述的电动辅助自行车通过辅助力的变化程度，显示器的显示状态的不同，让骑车人感到电池残余容量的程度。
为解决上述问题，本发明涉及的电动辅助自行车的特征在于具有下述的辅助力变动型示警手段在检测出供给电机动力的电池电源电压降低时，通过有意改变电机的运转状态，使辅助力变动，向骑车人以自行车运转状态的形式进行示警。
本发明的电动辅助自行车的特征还在于根据电池电源电压降低的程度，使辅助力变化程度不同。
本发明的电动辅助自行车的特征还在于具有表示电压降低或需要充电的可视型显示器，同时还具有与辅助力的变化相关联的、使显示器的显示闪烁的显示控制手段。
本发明的电动辅助自行车的特征还在于根据电池电源电压的降低程度，使显示器的显示闪烁形态不同。
当检测出电源电压的降低时，辅助力变动型示警手段有意地使电机的运转状态产生变化，从而使辅助力变化。因此，由电机供给的辅助力变化，通过骑车人蹬脚踏板感觉的变化，能以身体感知电池电源容量的减少。
根据电池电源降低程度，通过使辅助力变化程度不同，使骑车人感觉到例如蹬脚踏板的力稍重时，应赶快充电；感觉蹬脚踏板已相当费劲，则电池已几乎没电了的信息。
本发明由于和辅助力的变化相关联地使显示器的显示闪烁，可以通过显示的闪烁确认行驶状态的变化不是由于电池容量减少引起的状态。在以身体感到辅助力的变化，注意察看显示部时，由于电池残余容量示警灯、表示必要充电的示警灯的闪烁，可以更容易地理解出辅助力的变化是由于电池容量的减少引起的。
此外，根据电池电源电压降低程度，使显示器的显示闪烁状态变化，例如显示器的闪烁间隔变短，或与显示灯熄灭时间相比，闪亮时间的比率变大，则可以用视觉形式表示电池已近于没电的残余容量。
下面根据图说明本发明的实施例。其中，

图1是本发明涉及电动辅助自行车侧面图。
图2电池盒的纵剖面图。
图3电池盒组件后部及中间壳体底部纵剖侧面图。
图4传动齿轮机构及脚踏力检测手段模式结构图。
图5本发明涉及电动辅助自行车控制装置功能块构成图。
图6表示辅助力变动手段工作例的框图。
图7表示辅助力变动手段另一工作例的框图。
图8显示控制手段工作例框图。
图9控制装置具体实例回路构成图。
图10表示电机驱动限制手段动作的框图。
图11表示控制装置整体动作的框图。
图中的符号表示1—电动辅助自行车、21—电机、22、200—控制装置、42—显示器、70—踏力检测手段、100—电机运转控制手段、102、113、203c、—A/D转换器、110—辅助力变动型示警手段、111—辅助变动手段、112—电压降低检测手段、120—显示控制手段、203a—CPU。
图1是本发明电动辅助自行车的侧面图。
从电动辅助自行车1的头管2向斜后方延伸出下斜管3，从下斜管3的下端延伸出向上弯曲，并指向斜后方的座管4，由下斜管3及座管4构成大致呈V字型的主架5。在座管4的上端设置车座6。
在头管2上嵌插有可以自由转动的车把轴7，在车把轴7的上端一体地安装车把8，同时，在车把轴7的下端呈一体地延伸出的左右一对的前叉9的下端，自由回转地支承前轮10。
在下斜管3和车座管4交叉形成的主架的弯曲部下部，突出设有托架5a(如图3所示)，在其内安装传动齿轮机构，同时，兼作曲柄箱的齿轮箱11一体地安装在托架5a上。在齿轮箱11上一体地安装呈前后方向的后叉12。在车座管4和后叉的后端架设支撑13，在后叉12的后端可以自由回转地以轴支承后轮14。
在齿轮箱11上，嵌装有可以自由回转的曲轴(车拐轴)，在曲轴15的左右端一体地安装曲轴臂(车拐)16，曲轴臂16的前端设有脚踏板(脚蹬子)17。
与曲轴15一体设置的驱动链轮18以及和后车轮一体设置的从动链轮之间架设有无缝链条20，通过脚踏板17上施加的力回转驱动曲轴15，则通过主动链轮18、链条20、以及从动链轮19使后轮14回转，电动辅助自行车1可以作为自行车行驶。
此外，沿车座管4，在齿轮箱11上固定电机21。在座管4的后侧面上，设有位于电机21上方的、控制电机21转动的电子控制装置、电机驱动装置等控制装置22。以控制装置22控制电机21回转，则电机的回转扭矩通过传动齿轮机构传递到曲轴15，以电机的动力对人力进行辅助。
由下斜管3和车座管4构成的主架5由大致呈V型的左右两部分的侧盖23及中间盖24覆盖。在覆盖下斜管3的侧盖23的倾斜的上表面上，可以拆卸地安装充电电池盒组件25。
在侧盖23的前端部上配设有由钥匙开关(组合开关)等构成的主开关41。通过与此主开关41的操作联动的锁紧装置(未图示)，当开关位于“开”位置时，为电池盒组件25不能拆下的结构。
以视觉形式显示电池电压降低，有必要充电状态的显示器42配置在主开关41附近。
此外，在电池盒组件25的侧面上，设有充电用接口等连接部43，即使在电池盒组件25安装于自行车1的状态下，也可以充电。
当然，显示器42也可以是设在电池盒组件25侧面的结构。此时，通过安装电池盒组件25，采用可以与显示器42相连接的接口结构，在同未图示的充电器进行连接时，显示器42和充电器一侧的充电控制回路以电气形式连接，利用安装于电池盒组件25上的显示器42，表示充电状态。
图2是电池盒的纵断面图。
电池盒组件25分成上下的下壳体26和上壳体27，在此电池盒组件25内，可以自由拆下地安装20个柱形的单一型Ni—Cd电池28a、28b构成的电源用电池组29。
此外，电池盒组件25的上壳体27形成电动辅助自行车1的车体外表面的一部分。
电源用电池组29的构成如下。相邻的Ni—Cd电池28a的正、负极交错排列，在Ni—Cd电池28a的外圆表面相互接触的状态，与Ni—Cd电池28a的中心组呈直角的方向呈一列排列10个Ni—Cd电池。在上述状态下，在此下层电池28a列上方各个凹下部分，重叠10个Ni—Cd电池28b。如图2的虚线所示，下层相邻的Ni—Cd电池28a的正、负极由铅焊方式用连接片30互相连接，上层的各Ni—Cd电池28b同样以连接片30b相互连接，各Ni—Cd电池28a、28b的前端(图2中为左端)，正负极由连接片30c相互接连后，将上下Ni—Cd电池28a、28b插入筒状的热收缩性树脂制膜31内，再加热使膜收缩。
在下层Ni—Cd电池28a的后端(图2中的右端)，以及上层电池28b的后端的负极及正极分别连接端子片32a、32b，在端子片32a、32b上，通过焊接分别一体地连接导线33a、33b的一端。导线33a、33b的另一端分别接于供电接口34(图3所示)上，通过此供电接口34向控制装置22一侧供电。
在上下层各Ni—Cd电池28a、28b之间分别配有热敏电阻等热敏性电阻元件35。此热敏性电阻元件35通过导线35a连接于图3所示的充电用接口36上，在以未图示的充电器进行充电时，未图示的充电器根据热敏性电阻元件35的阻值监测Ni—Cd电池28a、28b的温度。
此外，在此电池盒组件25内，安装有各种保险丝、防止逆极性充电的二极管等电路元件。
图3是电池盒组件的后端以及中间壳体底部的纵剖面图。
在电池盒组件25的后端部配设有供电用接口38。此供电用接口38具有以铜合金板材等导电弹性材料构成的左右一对的接点端子38a。各接点端子用螺丝90将其一端固定于接口壳体上，同时，与各导线33a、33b呈电气接连。
而且，与此供电用接口38相配的接口39配置于中心盖24的底壁24a上。此接口39具有左右一对的棒状端子39a。并且，在安装电池盒组件25的状态下，各突出端子39a贯穿形成于底壳26上的开口26a以及供电用接口38的开口部38b，各突出端子39a的前端与各接点端子38a相接触。因此，电源可供电。各接点端子38a的另一端由于各突出端子39a向上突出产生变形，在此变形部分设有螺旋弹簧38c，不仅可以获得充分的接触压力，而且不易产生由行驶过程中的振动引起的瞬时断电。
图4是传动齿轮机构及踏力检测手段模式图。
在曲轴15的轴向中间部，形成有沿径向贯通的沿轴向延伸的通孔15a。在此通孔15a内，与曲轴15同轴并收纳于其中的扭杆15将其左端(输入端)上形成的头部51a借助于卡环52结合于曲轴15上，同时其右端(输出端)形成的头部51b压入接合于环状驱动零件53的内表面上形成的凹槽中。曲轴15的通孔15a相对的壁面呈弧状弯曲，因此，不仅允许它相对于扭杆51的自由端的头部51b回转所定的角度，而且，当过载作用时可防止扭杆51的断裂。
在固定于套筒54内圆的锥齿轮55和环形驱动零件53之间设有第一单方向离合器56，在脚踩踏板17使曲轴15正转时，曲轴15的扭矩通过扭杆51、推动零件53、锥齿轮53及套筒54传递到以花键结合于套筒外周的主动链轮18上，借助链条及图1所示的从动链轮19传给后轮14。此外，脚踏踏板使曲柄轴15反转时，通过第一单方向离合器56的滑动，而允许曲轴15反转。
当电机21回转驱动时，其输出轴21a的扭矩通过4个直齿轮57、58、59、60及2个锥齿轮61、55传给主动链轮18。此外，即使在电机停止转动的状态，为不妨碍以人力驱动的主动链轮18的回转，在第1中间轴63上设了第2单方向离合器62。符号64为第2中间轴。
踏力检测手段70由扭矩—变形变换手段71、以及输出根据此变形输出电信号的应变传感器72构成。扭矩—变形变换手段71将踏力引起的扭转变成轴向的变形。扭矩—变形变换手段71由凸状的凸轮面及形成于驱动零件53的端面上的凹状的凸轮面配合构成。凸状的凸轮面形成于与曲轴15一体回转的内滑块71a的端面。
为了检测曲轴15的转数，在接结曲轴15及扭杆51的头部51a的卡环52的外周上形成齿部52a，与此齿部相对配有曲轴转数传感器75。曲轴转数传感器75输出以光学或电磁检测齿部52a的检测脉冲。
图5是本发明涉及自行车控制装置的功能模块构成图。
控制装置22由电机控制手段100、辅助力变动型示警手段110、及显示控制手段120构成。
电机运转控制手段100具有曲轴转数计算手段104、A/D转换器102、辅助力计算手段103、PWM信号生成手段104。
曲轴转数计算手段101根据以曲轴转数传感器75检测的与转数有关的脉冲信号75a，输出与曲轴回转数相关的数据V(下称曲轴转数)。
从踏力检测手段70输出的与踏力相关的电压信号70a用A/D转换器变换成对应踏力的数字信号T(下称踏力)。
辅助力计算手段103根据踏力T及曲轴转数V参照预先设定的计算公式或预先输入的变换表求出辅助力，输出辅助力数据103a。
PWM信号生成手段104根据通过辅助力变动型示警手段110供给的辅助力数据A或变动辅助力数据HA，生成为从电机21供给辅助力而需要的PWM信号104a，并进行输出。此PWM信号通过未图示的门驱动回路供给到场效应管FET的栅极，使电机21进行PWM运转。
符号B是电池电源，SW是主开关或与主开关联动的继电器触点等供电开关手段。
辅助力变动型示警手段110具有辅助力变动控制手段111、电压降低检测手段112。电压降低检测手段112由A/D转换器113、电源电压监测手段114、标准电压设定手段115。
电池电源B的电源电压由电阻分压器116内的各电阻RA、RB分压到A/D转换器113的输入许容电压范围内，分压后的电源电压供给到A/D转换器113，得到数字电压数据113a。
标准电压设定手段115是用于设定发出电池容量降低警报的电压的，本实施例中设定2级电压。第1基准电压VTH1是告知电池残余容量变少，需要充电的电压，例如，相对于电源B的额定输出电压24V而设定成22V。第2基准电压VTH2是电池残余容量大致将尽的电压，是为防止过放电状态的电压，例如设定成20V。此基准电压设定手段115可由贮存预先设定标准电压的ROM或数字开关构成。
控制装置22以降压类型的稳压电源(未图示)供给的低电压进行工作。即使在电源电压在第2基准电压以下，仍可工作。
电源监测手段114具有暂时记忆以一定间隔进行A/D转换得到的数字电压数据113a的RAM、FIFO型存贮器等电压数据暂时记忆手段。通过计算多个时间序列的数据(例如5个)的平均值，得到电源B短时间内的平均电压，同时将此平均电压和标准电源VTH1，VTH2比较，当检测出电源B电压降到VTH1以下时，输出第1电压降低检测信号114a，当电压降到VTH2以下时，输出第2电压降低信号114b。
辅助力变动手段111，在各电压降低信号114a，114b未被供给时，将从辅助力计算手段103输出的辅助力数据A不加改变的供给到PWM信号生成手段104，当任一电压降低检测信号114a、114b被供给时，则部分地改变辅助力数据A，并将改变的辅助力数据HA供给到PWM信号生成手段，而且，在进行辅助力数据A变更时，将示警发生期间信号119a供给到显示控制手段120。上述示警发生期间信号是表示正在产生身体感知的示警状态的信号。
显示控制手段具有根据各电压降低信号114a、114b，以及示警发生期间信号111a生成并输出显示器驱动信号121a的显示状态控制手段，以及存有和预设的各种显示状态相关的数据的ROM等显示状态记忆手段。
显示器驱动信号121a供给到显示器驱动回路123，通过此显示器驱动回路123，使如由灯、或发光二极管等构成的显示器闪亮。当然，显示器也可以是表示电池的象形文字(绘画文字)、充电等文字。
图6是表示辅助力变动手段的工作例的时序图。
图6表示，根据电源电压降低的程度，使辅助力的降低程度及降低的时间间隔一起改变。
图6(a)表示踏力T的变化。在脚踩踏板时，由于踏板的构造使上死点及下死点的踏力为零。图中表示以一定的力及一定的速度踩踏板时的状态。由于辅助力计算手段103的构成是在踏力T超过辅助力临界值时，求出辅助力并输出，所以输出如图6(b)所示的辅助力A。并且，如果电源B的电压在第1标准电压VTH1之上，则将辅助力A不加改变地供给到PWM信号生成手段104，所以由电机21供给了图6(b)所示的辅助力。
电池电源B的电压低于第1基准电压VTH1(如22V)，第1电压降低检测信号114a被供给辅助力变动手段111，则辅助力变动手段111以所定的较1小的第1系数(0.6—0.8)乘于辅助力数据A，将得到的变更辅助力数据HA输出。图6(c)中，表示使踏板1转中的辅助力降低，此辅助力的降低经过规定的转数(如10转)后循环，辅助力降低时，如图6(d)所示，辅助力变动手段111输出警告产生期间信号111a。
电池电源B的电压低于第2基准电压VTH2，第1电压降低检测信号114a被供给，则辅助推力变动手段111输出变更辅助力数据HA，此力是助推力数据乘以一个比第1系数小的系数得到的，如图6(e)所示，踏板5每经5转输出上述变更辅助数据一次，同时，如图6(f)所示，输出警告发生期间信号111a。
图7是表示辅助力变动手段的另一工作例的时序图。
图7(g)及图(i)表示使辅助力的降低程度一定，而辅助力降低的间隔不同。例如，图7(g)的电源电压在第1基准电压VTH1(如22V)以下时，辅助力大致降低一半，并使这种降低持续2转。图7(i)表示电源电压在第2基准电压VTH2(例如20V)以下时，和图7(g)一样辅助力降低一半，同时这种降低持续5转。
并且，电池电源的残余容量变少时，有时电池电源电压随供给电流值变化。要求大辅助力，电机的电流变大，则电池电源电压降低，变为基准电压值以下。电机电流变小，则恢复到基准电压以上的情况下，电压降低检测信号或输出或停止输出，若根据此电压降低检测信号变化辅助力，则对踏脚踏板的脚可能会产生未预想的反力。
所以，电源电压监测手段114是这样构成的，即输出电压降低检测信号后，在电源电压持续基准值以上状态一定时间的时刻，则停止电压降低检测信号的输出。而且，辅助力变动手段111不是在电压降低检测信号被供给的时刻变动辅助力，而是在此以后，确认辅助力数据A为0后，在与下一踏板回转周期同期地变动辅助力。所以，不会产生脚踏板突然变重，脚受到未预想的反力，以及突然解除辅助力降低状态，使脚打滑等感觉。
图7(k)及(l)表示脚踏板在数据中使辅助力缓慢变化的情况。如图7(k)中，在电源电压在第1基准电压VTH1(如22V)以下的情况下，使辅助力每转减少一点，然后再恢复到原状态。图7(j)表示使辅助力每转减少一些，直到辅助力为0，然后再慢慢恢复到原状态的情况。
虽然可以用规定的间隔来循环进行辅助力的降低，但由于骑车人以身体感觉到了运行状态的变化，注意到了电池容量的降低，所以，在降低辅助力1回到数回(如3回)后，就不再进行辅助力的降低。此外，在电源电压降低到第2基准电压以下时，由于可能会引起电池的过放电，所以，使辅助过程停止一定时间，然后，以一定时间进行助推(如数十秒)，这样反复地进行停止助推过程，最后完全停止辅助，以使电池电源的损耗变小。
图8表示控制手段工作例的时序图。
图8(c)及图8(d)表示与警告产生期间信号111a的下降沿同步地显示器42闪亮一定时间的情况。如图8(b)所示，与踏板1转的较短的警告发生期间信号111a相对应地，使表示器42和上述信号111a的下降沿同期地闪亮，在骑车人感到辅助力变化的同时，确认表示器42后，表示器42闪亮后再变成熄灭状态。由于显示状态变化，故比连续闪亮的情况更易视认。还有，表示器42的闪亮时刻定为与信号111a的上升沿同期也可，或当经过上升沿一定时间后，使之闪亮也可。
当电池电源的电压在第1基准值以下的情况时，使表示器闪亮较短时间t1(如0.5秒)，当电压在第2基准值以下时，使之内亮较长时间t2(例如1秒)，以闪亮时间的长短来确定电池残量的多少。或者，也可以是在灯、发光二极管的显示象素动态闪亮的情况下，使其通电比率变化，以引起显示的亮度变化，以此来确定电池残量的多少。
图5表示了在求出辅助力A后，电池电源电压降低的情况下，使求出的辅助力变化，以使辅助力变动的构成。但是，以变化输入到辅助力演算手段103的踏力来使辅助力变化也是可以的。还有，也可以是以下述方式来变化辅助力，即在辅助力演算手段103中，设置电源电压正常时的辅助力检索表，以及对应电压是第一基准电压以下、第2基准电压以下的情况时的辅助力检索表，根据电源电压监视手段114的电压监视输出来切换使用的检索表，从而变化辅助力。最后，在PWM信号生成时，根据电压监视输出来变化PWM的占空比，以变动辅助也是可以的。
还有，将电池电源电压的降低程度分成了以上的多级，并进行检测，根据电压降低程度来使辅助推力变化，使表示形态变化也是可以的。
图9是表示控制装置的一具体例的回路构成图。
电池盒组件25内的电池电源BAT通过供电侧保险丝FO从供电用接口38的各端子B+，B-施加到控制装置200的各电源端子B+，B-。并且，充电通过二极管DI以及充电侧保险丝FI从充电用接口36的正极一侧端子36a来进行。检测充电时温度的热敏电阻35的一端连接于负极一侧端子36上，另一端连接在信号端子36c上。
主开关(key—swith)41为ON状态时，电源BAT从控制装置200的正极侧电源端子VB通过保险丝FO、主开关41、端子SW向电源复位回路201供电，同时，通过由二极管D1及充电电流限流电阻R1构成的预充电回路202，电机电源稳定用电容器C1充电。
电源复位回路201具有例如将24V的电池电源降压成12V及5V的稳定电源进行输出的12V.5V电源201a，以及以5V电源工作的复位回路201b。12V电源用于控制向电机21通电的电力用场效应管FET的栅极控制电压。5V电源用于单片机203、电机驱动限制手段210、电机电流检测回路204等。
复位回路201b在与5V电源接通时向CPU供给复位脉冲RS，同时监测以一定周期从CPU203a输出的看门狗(Wateh clogRulse)脉冲WP，当此看门狗脉冲WP在一定时间以上没有被输出时，输出复位脉冲信号，使CPU复位(初始化)。此外，当复位脉冲信号RS输出后，看门狗脉冲WP没有被供给时，复位回路201b将12V、5V电源的断开指令POFF供给12V、5V电源201a，使12V、5V电源的供给停止。
图5所示的电机运转控制手段100、辅助力变动示警手段110、显示控制手段120等由CPU203a、ROM、RAM203b、A/D转换器203C、内装多个系统定时器203T的单片机203来构成。
电机电源稳定用电容器C1的两端电压由电阻R2、电阻R3分压，以将电压变为A/D转换器203C的许容输入电压范围内，分压后的电压供给到A/D转换器203的输入端子A5。CPU203a根据复位信号Rs初始化后，在A/D转换的分压电压值超过预定的电压时，输出继电器驱动指令203d。由此，通过继电器驱动回路205，继电器206的励磁线圈被通电，继电器206的触点闭合，向电机21施加电池电源电压。
由于是检测电机电源稳定用电容C1的两端电压，在此电容C1充电以后，驱动继电器206的触点闭合，所以，通过继电器的接点，充电电流不会过大，不会损害触点。但也可以是，在电容C1的两端电压随时间的上升率在规定值以下时，即判断为电容C1的预充电结束，使继电器206动作。根据电压变化来判定，可以和电池电源BAT的电压值无关地检测充电是否结束。
控制电机21通电的场效应管FET的漏—源极间短路、或漏—源极间并列连接及方向冲击电压吸收用二极管D2的短路发生时，电容C1的两端电位变为由充电电流限流电阻R1及电机21的线圈阻抗分压电池电压后的电压。充电电流限流电阻R1的电压值设为比电机21的线圈阻抗高很多的值。所以，在上述短路故障发生时，预充电状态的电容C1的端子电压不上升，继电器206的驱动被禁止，可以事先防止由短路而引起的过流供给。
此外，即使在电机21运行状态之下，CPU203a也检测电容C1的两端电压，根据向电机21施加的实际电压值对PWM信号203e的通电比率进行补正，以得到所要求的辅助扭矩。因此，即使在电池电源电压降低的情况下，也可产生所要求的辅助扭矩。
向电机21停止供电时产生的反向过电压，通过二极管D3由电源BAT吸收。供电侧保险丝FO使用大电流用保险丝(数10安培)。由于向电机21的供电通过继电器206的触点进行，故与主开关41的电流容量较小及主开关串联连接的保险丝F1是容量小的保险丝即可(数安培)。
通过泄流电阻R4向曲轴转数传感器75供给12V电源。即使由端子VC在曲轴转数传感器75一侧产生短路，由于由电阻R4限流，电源系统得到保护。输入端子CP的曲轴转数检测信号75a由波形整形回路20整形，变换成5V的理论幅值向CPU203的输入电子供给。
通过并联电阻R5向踏力检测手段70供给5V电源。即使由端子Vp在踏力检测手段70一侧产生短路，由于电阻R5的限流作用，电源系统得到保护。供给到端子Ts的踏力检测输出(电压信号)70a，被分压比不同的2组分压回路分压，分别将分压电压供给到A/D转换器203c。将由电阻R7及R6构成的分压回路设成分压比设为如 ，将由电阻R8及R9构成的另一分电电路的分压比设为如 备有分压比不同的二个系统的检测电压，CPU203a根据二个系统的A/0转换数据检测扭矩的大小，同时选择检测扭矩小时的供给到A/D输入端子A2的电压(分压比 )的D/A转换数据，以及选择检测扭矩大时的供给到A/D输入端子A3的电压(分压比 )的A/D转换数据，考虑到分压比来换算扭矩值。由这样的构成及处理，即使A/D转换器203C的分辨率一样，也可以在小扭矩到大扭矩的较宽范围内检测出精度高的扭矩值。
由于踏力检测手段的检测输出受供给电源电压的影响，所以将实际供给到踏力检测手段70的电压供给到A/D输入端子A/D，根据D/A变换数据修正检测电压，可以更准确地进行踏力检测。
电机驱动限制手段210内的电压比较器212比较将供给到踏力检测手段70电压经阻抗211a及阻抗211b分压得到的临界电压VTH，以及由阻抗R8，R9分压的踏力检测输出70a的电压。由于将供给到踏力检测手段70的电压分压，得到临界电压值VTH，故可以更准确地判定踏力是否超过所定值。
电压比较器212的输出212a供给到CPU203a的输入端子。CPU203检测电压比较器212的输出212a的水平值，即踏力周期性的零状态。并且，在根据基于A/D变换数据的踏力检测，电机21运行的状态下，在未检测出踏力周期性地为零状态的情况下，停止PWM信号203e的输出，停止电机21的运转。因此，可以防止踏力检测手段70及A/D转换器203等的踏力检测系统的工作不正常、产生不需要的辅助扭矩。
CPU203a根据由A/D转换器203c检测出的踏力、以及由轴回转数检索占空比图，生成对应于求出的占空比的PWM信号203e，并输出。上述的回转数是根据对应于曲轴回转数的信号75a检测出的。
此PWM信号203e在比较器212的输出212a为H时，即检测出的踏力大于所规定的踏力时，通过逻辑积回路213供给到FET驱动回路207FET驱动回路207根据逻辑积输出信号213a向场效应管FET的栅极供给电力，使场效应管FET开关驱动。由此，电机21由PWM控制运转。
CPU203根据电机电流检测电机21的运转是否正常，当检测出异常电流值时，限制电机21的运转。
电机电流检测构成为向A/D转换器203c的A/D转换输入端子A5供给对应电流检测阻抗204两端产生的电机电流的电压，根据A/D转换数据来进行。上述的电流检测阻抗位于电场效果三极管FET的源极侧和电池电源BAT的负极侧之间。并且，OPV203a根据与A/D转换的电机电流值相关的电压数据，当电机电流值过大时，将通电占空比降低，停止电机21的运转。
此外，CPU203c在与A/D转换的电机电源值相关的电压数值相当于预先设定的大致电机电流值为0时的电压值，或超过接近0值的时刻，使定时器203T计时，在预定许容时间内，电机电流不小于相当于大致为0的值时，停止电机驱动指令203d，停止向电机21供电。所以，即使在踏力检测系统不正常、踏力不回零的情况下，也不会继续供给不必要的辅助力。
在CPU203a比较通过A/D变换器203c输入的与电池电源电压相关的数据和预先设定的第一及第2基准电压VTH1、VTH2，当电池电源电压在第1基准电压VTH1以下的情况下，例如如图7(k)所示，使辅助力缓慢减少，然后再缓慢恢复，使骑车人体感到电池电源电压的降低，同时，通过灯驱动回路208使表示器42内亮规定的较短时间，进行电源电量减少，需要充电的表示。此外，当电池电源电压在第2基准电压之下时，使辅助力停止供给如10秒钟，之后再进行辅助力供给。并且，在辅助力停止供给期间，反复进行例如0.5秒闪亮、0.5秒熄灭的闪烁表示。在骑车人未关闭主开关41而继续行驶的情况下，由于是10秒停止供给辅助力，10秒再供给辅助力这样反复，所以，计数其反复次数，例如超过4回时，控制继电器26处于关闭状态，完全停止向电机21的供电的同时，继续输出显示器驱动信号121a，显示器42一直处于闪亮状态。
图10是表示电机驱动限制手段的时间流程图。
踏板在上死点、下死点踏力不会增加，所以，踏力检测输出70a如图10(a)所示，为周期性增减的电压波形。当踏力检测输出70a的电压超过临界值VTH时，电压比较器212如图10(c)所示，输出H水平的信号212a。所以，根据踏力检测输出70a，从CPU203a生成输出图10(b)所示PWM信号203e时，通过逻辑积回路(与门)213输出图10(d)所示的逻辑积信号213a，根据此理论积信号213a控制电机21的运转。即，仅当踏力超过临界值时，允许电机21运转，供给辅助力。
单片机203在由某种原因不正常工作时，例如如图10(e)所示，即使在时刻t1以后呈保持H水平输出的状态，如图10(f)所示，仅在踏力超过临界值时，允许电机21的运转。所以，即使单片机203等处于不正常工作状态时，在不踏踏板的状态下，不会从电机21供给辅助动力。
图11是控制装置整体动作流程图。
CPU203a在步骤S1判定向电机电源稳定化用电容C1的完全充电是否已结束，在完全充电结束后，输出继电器驱动指令203d(S2)。而且，算出曲轴转数(S3)、及进行踏力检测(S4)，求出辅助力A(S5)。
然后，CPU203a监视电池电压(S6)，当超过第1基准电压VTH1时，在步骤S12生成供给辅助力A所需要的PWM信号，并使之输出，实现电机21的PWM运转。在电池电源电压在第1临界值VTH1之下，而在第2临界值VTH2之上时，在步骤S7变化辅助力A，在步骤S8使显示器内落规定时间。当电池电源电压在第2临界VTH2之下时，在步骤S9使辅助力为0或变成较小值。在步骤S10进行显示器42的闪烁控制。在S11步骤计数辅助力为0或较小值的次数，当其循环次数达到例如5回时，在步骤S16以后完全停止辅助力供给。
在步骤S12处，根据辅助力或变化后的辅助力生成、输出PWM信号，而且，在步骤S13处检测电机实际电流值，电机电流是否超过标准值在步骤S14处检查，超过的时间在步骤S15得到监视，当达到许容时间的情况下，停止PWM信号的输出(S16)，停止继电器驱动指令203d的输出，使向电机21的供电停止(S17)。
在此具体例中，在步骤S6—S11实现图5所示的辅助力变动型示警手段110及显示控制手段120。
本发明的电动辅助自行车，由于在辅助力变动型示警手段检测出电池电源电压降低时，故意使电机运转状态变化、使辅助力变动，所以，从电机供给的辅动力变化。骑车人通过蹬踏板的感觉变化，可以用身体感知到电池容量变小。所以，骑车人即使不注意显示器的表示，也可迅速得知电池残余电量的减少。
根据电源电压降低程度，使辅助力变化程度不同，骑车人可以从踏板的轻重感知电池需要充电，或电池要完全没电了的信息。
本发明的电动辅助自行车，由于和辅助力的变动相关联地使显示器的表示闪烁，所以可以此显示的闪烁再次确认由骑车感觉得到的电池残量减少的信息。以身体感知辅助力变化，并注意显示部，显示部表示出需要充电或示警等显示，可更容易理解辅助力变化是由电池残余容量减少引起的。
此外，由于根据电源电压降低程度使显示器的表示闪烁形态不一，可以用视觉表示出电池残余电量的多少，例如通过显示器闪烁间隔变快、或熄灭时间比闪亮时间长等手段。
权利要求
1.一种电动辅助自行车，利用电机动力辅助人力行驶，根据踏力以电机供给辅助力的自行车，其特征在于具有辅助力变动型示警手段，该手段在检测出供给电机电力的电池电源的电压降低时，通过故意使电机的运转状态变化，以使辅助力变动，将警报通过行驶感觉来表示。
2.如权利要求1的电动辅助自行车，其特征在于上述辅助力变动型示警手段根据电池电源的降低程度使上述辅助力的变动程度不同。
3.如权利要求1记载的电动辅助自行车，其特征在于具有表示电压降低或需要充电的可视表示型显示器，同时还具有与上述辅助力变动相关联地使此显示器的显示闪烁的显示控制手段。
4.如权利要求3记载的电动辅助自行车，其特征在于根据电池电源电压的降低程度，使上述显示器的表示的闪烁形态不同。
全文摘要
一种电力辅助自行车，电压降低检测手段112比较将电池BAT电压经A/D变换得到的数据113a和预先设定的VTH1、VTH2，输出电压降低检测信号114a、114b。辅助力变动手段111收到各电压降低检测信号114a、114b的供给时，减少由辅助力计算手段103求出的辅助力A或输出大致变成0的变化的辅助力HA。PWM信号生成手段104根据辅助力A或变化的辅助力HA生成并输出PWM信号104a，PWM运转电机21。
文档编号B60L11/18GK1129810SQ9510716
公开日1996年8月28日 申请日期1995年6月12日 优先权日1994年8月18日
发明者早田肇, 黑木正宏 申请人:本田技研工业株式会社