专利名称：传感电路和使用该传感电路的电动混合式自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感电路以及使用该传感电路的电动混合式自行车，特别是涉及具备测定电路的传感电路以及使用该传感电路的电动混合式自行车，该测定电路经滑动触点获取来自检测用户施加到脚踏板上的踏动转矩(leg-power torque)的超磁致伸缩传感器的输出信号后计算电感值的大小。
背景技术：
如图8所示，在电动混合式自行车中，在转动侧(rotor side)设置超磁致伸缩传感器1，从固定侧(stator side)的线圈激励电路5经滑环2向该超磁致伸缩传感器1施加激励脉冲。因而，从该超磁致伸缩传感器1输出一个脉冲信号，该脉冲信号具有由时间常数确定的波形环(rounding)，该时间常数对应于此时的检测线圈的电感值的大小。具有该波形环的输出脉冲信号经滑环2输送给固定侧，经滤波器6整形后作为直流电压信号输入到微机7。由该微机7以该滤波器6的输出信号(直流电压)为基础测定此时(提供激励脉冲时)的电感值。
该微机7向电动机驱动器输出驱动信号，典型的是PWM驱动信号，以便从电动机3发生大小与测定的电感值(该值此时相当于用户施加到脚踏板上的踏动转矩)相应的助动转矩。因而，从电动机3向车轮4输出所需大小的助动转矩。
如上所述，虽然超磁致伸缩传感器1以电感值的表示方式测定出了踏动转矩的大小，但通常如图9(A)所示，通过对超磁致伸缩传感器1加压(或减压)能够减少(或增加)电感值，脉冲波形的“环”变小(或变大)。接着，如图9(B)所示那样平整具有该“波形环”的脉冲信号，通过测定出此时得到的直流电压值，就可检测出上述踏动转矩。
在图8的现有技术中，无论是从固定侧向转动侧输送的激励脉冲信号以及从转动侧向固定侧输送的具有波形环的输出脉冲信号均经滑环2传递。滑环2的接触状态随时间变化(触点金属的磨损和弹性材料的金属疲劳等)或随着异物进入等接触压的变化而变化。滑环2的接触状态的变化表现为电阻值的变化。如此的滑环2的电阻值的变化与检测线圈的电感值一起使得形成的时间常数变化。因而，如图10(A)和图10(B)所示，对输入到微机7的直流电压的大小产生影响，结果对检测出或测定出的踏动转矩的精度产生影响。
例如，如图10(A)和图10(B)所示，在滑环2的电阻值减少的情况下，若踏动转矩增大，则示出同样的电压变化，因而会认为给予电动机3的助动转矩比所需值要大。在电阻值增加时，表示出与踏动转矩减少同样的信号变化，助动转矩就会变小。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供新型传感电路以及使用该传感电路的电动混合式自行车。
本发明另一目的在于提供一种滑环或滑动触点的状态对检测或测定结果不产生影响的传感电路以及使用该传感电路的电动混合式自行车。
按照本发明的传感电路的特征在于具备检测可动部的动作的传感器14以及通过滑动触点16获取来自传感器的信号的测定电路18，把直流电压施加到滑动触点上后测定直流电阻，并根据该直流电阻检测滑动触点的状态。
测定电路根据来自传感器的信号测定传感值，在传感电路上还可以设置利用滑动触点的直流电阻的电阻值来校正传感器产生的传感值的校正装置。
例如，微机比较直流电阻的电阻值和基准电阻值，当电阻值不等于基准电阻值时，校正装置校正传感值。
在把传感电路用于电动混合式自行车上时，传感器包含超磁致伸缩传感器。
按照本发明的电动混合式自行车具备对应用户作用于脚踏板12上的踏动转矩改变电感值的超磁致伸缩传感器14，以及通过滑动触点16向超磁致伸缩传感器给予激励信号，并经滑动触点接受来自超磁致伸缩传感器的输出信号的测定电路18，测定电路以来自传感器的信号为基础测定传感值，还具备产生与传感值对应的助动转矩的电动机38，还设有测定上述滑动触点的直流电阻的电阻值的电阻值测定装置28，S9和对应该直流电阻的电阻值校正上述传感器的传感值的校正装置28，S19，S21。
例如，在磁致伸缩传感器的场合下，为了检测出传感器上的电感值变化，从测定电路通过滑动触点向该磁致伸缩传感器施加激励脉冲信号，通过暂时地延长该脉冲信号的“接通”时间，暂时地向磁致伸缩传感器施加直流电压，就能够测量出滑动触点的电阻值。另外，例如，在该电阻值偏离基准电阻值时，认为滑动触点的接触状态发生变化，对应电阻值校正电感值。另外，对于电动混合式自行车，对应于该校正的电感值，由电动机生成助动转矩。
根据本发明，判断滑动触点的状态后，就能够认识传感值的有效性。另外，在滑动触点的状态变化时，也能只测量传感值的变化。对于电动混合式自行车，能够由电动机向车轮提供对应脚踏转矩的足够的助动力。
本发明的目的以及其它的目的，特征及优点参照附图对以下实施例进行详细说明后将会更加清楚。
图1是示出具备本发明实施例的传感电路的电动混合式自行车的转矩助动构成的方框图。
图2是表示从图1实施例的线圈激励电路施加到检测线圈上的激励信号的波形图。
图3是示出输入图1实施例的滤波电路的、从检测线圈通过滑环取得的、具有波形环的输出信号的波形图。
图4是表示图1实施例的主要部分的电路图。
图5是示出图4滤波器的直流电压输出的波形图。
图6是示出图1实施例的电动混合式自行车动作的流程图。
图7示出以图1实施例的滑环的电阻值为参数的电压和电感值的关系曲线。
图8是示出与图1相当的电动混合式自行车现有技术的方框电路图。
图9(A)和图9(B)是示出把激励信号经滑环施加到图8的超磁致伸缩传感器上时的输出信号变化的波形图，其中图9(A)是平整前的状态，图9(B)是平整后的状态。
图10(A)和图10(B)示出图8的滑环的电阻值变化导致的输出信号变化的波形图，其中图10(A)和图10(B)分别表示平整前的状态和平整后的状态。
具体实施例方式图1所示的本发明的一实施例的用于电动混合式自行车上的传感电路10包含检测作用于转动侧踏板12上的踏动转矩的超磁致伸缩传感器14，设置在固定侧上的、通过滑环(滑动触点)16获取来自超磁致伸缩传感器14的输出信号的测定电路18。
超磁致伸缩传感器14包含圆柱状超磁致伸缩元件20，配置在该元件20周围的检测线圈22，该元件20响应来自踏板12的压力，即用户施加到踏板上的踏动转矩改变磁通率。检测线圈22根据超磁致伸缩元件20的通磁率变化，使得其电感值发生变化。
作用于踏板12上的踏力通过链条24以踏力转矩传递给自行车的车轮(后轮)26。因此，电动混合式自行车向前进。
测定电路18位于固定侧上，如图1所示，包含一个微机28。微机28向线圈激励电路30发出脉冲指令。当从微机28向线圈激励电路30输入脉冲指令时，从线圈激励电路30以矩形波信号输出包含图2所示的脉冲信号和直流电压(数10毫秒)。该激励脉冲信号通过滑环16输入到检测线圈22。如上所述，检测线圈22呈现与施加到踏板12上的压力相对应的电感值，并从检测线圈22如图3所示那样地输出一个输出脉冲信号或输出信号，该信号具有大小由与电感值对应的时间常数决定的波形环。
从检测线圈22输出的输出信号经滑环16输入到测定电路18。具有该波形环的输出信号由图4中详细示出的滤波器32(该滤波器是低通滤波器)进行平整处理后输入到微机28内，除去上述的直流电压成份后，变换成图5所示的直流电压信号。
微机28以该直流电压信号的大小为基础测定当时的检测线圈22的电感值，按照该电感值决定助动转矩的大小。即，由微机28完成求出助动转矩的运算。为了确保由电动机38产生的助动转矩大小等于经运算得到的助动转矩，微机28向电动机驱动器36输出转矩指令(例如，PWM信号那样的驱动信号)。因而。从电动机38输出大小由微机28确定的助动转矩，该转矩被传递到车轮26。
由电池40向电动机驱动器36即电动机38提供驱动电压。
另一方面，从检测线圈22经滑环16输入到测定电路18的输出信号(图3)流向电阻值变化检测电路34。图1所示的该电阻值变化检测电路34是一个以方框表现微机28一个功能的部件，在本实施例中，也可以考虑用微机28构成。更详细地说，电阻值变化检测电路34，即微机28对基准电阻值和此时的直流电阻值作比较，检测出包含滑环16的直流电阻值相对于基准电阻值是否变化。基准电阻值如可预先设定在微机28的ROM内。
图4详细示出的测定电路18中，包含超磁致伸缩传感器14内部电阻Rgmm的电感L的两端分别经滑环16的接触电阻Rsr并联连接由电阻R1和二极管D串联构成的电路。该并联电路的二极管侧经激励信号的输入元件42与如5V的恒压电源端子连接，而电阻侧经电阻Rs接地。另外，由电容C和电阻R构成的低通滤波器32连接到电阻R1及Rs的连触点上。
另外，通过用从输入元件42施加的超磁致伸缩传感器14的激励信号(参照图2)的一部分延长接通时间，由此暂时使超磁致伸缩传感器14及滑动触点(滑环)16处于直流状态。在该直流状态下测定的电压值与超磁致伸缩传感器14的电感值L无关，而只依赖于超磁致伸缩传感器14的电阻Rgmm，滑动触点16的电阻Rsr以及电阻Rs的各电阻成份，所以图4中滤波器32的输入端上的电压如图3所示成为在直流状态下已稳定的电压值。
此外，由于图4的超磁致伸缩传感器14的电阻Rgmm和电阻Rs是预先撑控着的固定值，因此可根据上述电压值和电阻Rgmm以及电阻Rs就能算出滑环16的直流电阻Rsr。
微机28判断该滑环16的直流电阻值是否与基准电阻值相同或相近，或者是否位于一定的基准电阻值的范围内，即电阻值是否等于基准电阻值，在判断结果为“是”时，就直接使用测定的电感值来决定助动转矩的大小，在结果为“否”时，对测定的电感值进行校正，并使用该校正后的电感值计算助动转矩的大小。
图1所示实施例的电动混合式自行车的助动转矩动作按图6的流程进行。首先，在图6步骤S1中，微机28判断助动开关(图未示出)是否为接通，判断结果为“是”时，跳到步骤S3。
在步骤S3中，微机28向线圈激励电路30发出脉冲指令。对应地，从线圈激励电路30输出激励脉冲，该激励脉冲经滑环16输入到超磁致伸缩传感器14的检测线圈22。如上所述，从检测线圈22输出的输出信号经滑环16输入到测定电路18，因此，从滤波器32向微机28输入大小与此时的检测线圈22的电感值对应的直流电压，因而，在步骤S5中，微机28测定电感值。
接着，在步骤S7中，微机28暂时(如数十毫秒)地以低电位使激励脉冲停止。因而，从线圈激励电路30暂时地输出直流电压。也就是说，暂时形成直流状态。在该直流状态下，微机28在步骤S9中如上说明的那样求出滑环16的电阻值Rsr。
微机28在步骤S11中判断于步骤S9中测定的电阻值Rsr是否等于基准电阻值。例如，可把负载时测定的初期电阻值用作为基准电阻值利用。但是，也可把测定电路18稳定一定时间以上时的电阻值作为基准电阻值，或者把电源接通时的电阻值作为基准电阻值。作为判断基准，对基准电阻值设定一定范围的允许值，若在该范围内，则判断电阻值等于基准值。
若步骤S11的判断结果是“是”，在步骤S13中，微机28按照于步骤S5中求得的电感值算出助动转矩，并向电动机驱动器36输出转矩命令，以便能够在步骤S15中从电动机输出该助动转矩。接着，在步骤S17中判断助动开关是否为断开状态，若结果是“是”，一连串的动作就此结束，若是“否”，则返回到步骤S3，重复在前说明的一连串动作。
在于步骤S9中测定的电阻值不等于基准电阻值时，在步骤S11中判断为“否”。此时，微机28在步骤S19中以换算表为基础，算出没有受到滑环16的电阻值变化影响时的正常电感值，在步骤S21中，用计算出的值进行替换，并跳到步骤S13，以后执行在前说明的步骤。也就是说，在此情况下，按照正确的电感值计算助动转矩。
另外，如图7所示，预先对所使用的每类传感器的电阻值的电压-电感特性进行测定，将曲线，数据表，关系式等作为换算表预先存储在微机28内的ROM(图中未示出)内备用。
在步骤S19中的电阻值与基准电阻值不同时的处理方法可以考虑采用如下的措施。
(1)根据预先存储于ROM内备用的曲线、数据表、关系式等，考虑电阻值与基准电阻值的偏差，对电感值进行校正。
(2)把电阻值偏离基准电阻值的情况作为出错，不进行不采用测定电感值的助动断开。断开助动电源或助动输出。
(3)出错朝着助动转矩减少的方向作用时，采用原来的电感值，虽然不足，但大致进行了助动。
(4)把电阻值出错传递给操作者(搭乘者)。
(5)进行上述组合的处理。
在本实施例中，虽然由传感器检测出的检测信号通过转动式滑动触点获取，但也可以使用往复式滑动触点，也能得到同样的效果。此处通过延长激励信号本身的接通时间，由各激励脉冲产生直流状态，因此，如图5所示，平整后的信号通常处于稳定的状态，从而可以测定超磁致伸缩传感器14的电感值。
对本发明用文字作了详细说明，并用图表示进行，但清楚的是这仅是图解和一个实施例罢了，不应该理解为对本发明的限定。
权利要求
1.一种传感电路，该传感电路具备检测可动部动作的传感器(14)，和通过滑动触点(16)获取从上述传感器输出的信号的测定电路(18)，其特征在于把直流电压施加到上述滑动触点上后测定直流电阻，根据该直流电阻，检测上述滑动触点的状态。
2.根据权利要求1所述的传感电路，其特征在于上述测定电路根据上述传感器的输出信号测定传感值，还具备利用上述直流电阻的电阻值对由上述传感器产生的传感值进行校正的校正装置。
3.根据权利要求1或2所述的传感电路，其特征在于上述校正装置比较上述直流电阻的电阻值和基准电阻值后，在上述电阻值不等于上述基准电阻值时校正上述传感值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感电路，其特征在于上述传感器包含超磁致伸缩传感器。
5.一种电动混合式自行车，具备对应用户作用于脚踏板(12)上的踏动转矩改变电感值的超磁致伸缩传感器(14)，以及通过滑动触点(16)向超磁致伸缩传感器给予激励信号，并经滑动触点接受来自超磁致伸缩传感器的输出信号的测定电路(18)，测定电路以来自传感器的信号为基础测定传感值，还具备产生与传感值对应的助动转矩的电动机(38)，其特征在于还设置测定上述滑动触点的直流电阻的电阻值的电阻值测定装置(28，S9)和对应该直流电阻的电阻值校正上述传感器的传感值的校正装置(28，S19，S21)。
全文摘要
传感电路(10)包含超磁致伸缩传感器(14)和测定电路(18)。超磁致伸缩传感器具有设置在电动混合式自行车脚踏板(12)上的超磁致伸缩元件(20)和检测线圈(22)。由测定电路中的线圈激励电路(30)通过滑动环(16)向检测线圈施加激励信号，输出信号从检测线圈输出。输出信号经滑环被测定电路获取，并经滤波器(32)作为直流电压信号输入到微机(28)内。微机根据直流电压测定电感值。输出信号还要提供给电阻值变化检测电路(34)。电阻值变化检测电路根据施加到检测线圈上时的输出信号检测滑环的直流电阻值，当该电阻值与基准电阻值不同时，微机根据数据表校正(运算)电感值。自行车的电动机对应测定的电感值或校正的电感值产生助动转矩。
文档编号G08C19/02GK1399123SQ0212690
公开日2003年2月26日 申请日期2002年7月23日 优先权日2001年7月25日
发明者横谷和展, 鹰尾宏 申请人:三洋电机株式会社