专利名称：电动辅助自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在车身上搭载有用于辅助曲柄踏板的踏力的电动机的电动辅助自行车，特别是涉及人推着车身前进时的电动机控制。
推着车身前进时，控制电动机发挥的辅助动力使得成为比步行速度稍慢的推着前进速度，这样的电动辅助自行车已由日本专利申请特开平4-358988号公报公开。
然而，在上述现有技术中，是在车速达到一定值以上的状态下推着前进时得到电动机的辅助动力。因此，在上坡的倾斜大的场合，或在装载负荷大、车身重的场合，在人的推力变得比较大之前，车速可能没有达到上述一定值，对于没有力气的人来说在获得推着前进的辅助动力之前要花费很多时间。另外，在越过台阶那样的时候，由于车速没有达到上述一定值而得不到辅助动力。另外，根据人的不同，有时希望以缓慢行走的程度推车身，如上述现有技术那样，在控制辅助动力使得成为比步行速度稍稍慢的推着前进速度的电动辅助自行车中，得不到辅助动力。
本发明就是鉴于这样的问题而作出的，其目的在于提供这样一种电动辅助自行车，在推着车身前进时，不论怎样的人怎样推，都可很快地相应于推力获得辅助动力。
为了达到上述目的，本发明第一方案提供一种电动辅助自行车，在车身上搭载有用于辅助曲柄踏板的踏力的电动机；其特征在于具有推力检测装置和控制器，该推力检测装置用于连续地或分阶段地检测人推着车身前进时的推力，该控制器用于相应于上述推力检测装置的测定值控制电动机的辅助动力。
按照这样的构成，由于在人推车身时根据该推力来控制电动机的辅助动力，所以在上坡的倾斜大的场合，或装载负荷大、车身重的场合，即使没有力气的人推车身，也可以很快地获得与推力相应的辅助动力，另外，在越过台阶时，可相应于推力的增大而获得大的辅助动力。即使以缓慢行走的程度推车身，也可以相应其推力获得辅助动力。
本发明第2方案，是在本发明第1方案的构成的基础上，由上述控制器根据上述推力检测装置的测定值的变化程度来增减修正与上述推力检测装置的测定值相应的电动机辅助动力，从而可在推力变化的过渡状态下良好地追随该过渡状态地改变辅助动力。
本发明第3方案，是在上述本发明第1或第2方案的构成的基础上，增加这样的特征上述控制器相应于上述推力检测装置的测定值控制电动机的占空比。按照这样的构成，根据行走阻力确定电动机的辅助转矩和车速，可以同时控制辅助转矩和车速。
本发明第4方案是在上述本发明第1或第2方案的构成的基础上，增加这样的特征上述控制器根据上述推力检测装置的测定值控制电动机的输出转矩。按照这样的构成，在平缓的坡道等处推力小，电动机的输出转矩也变小，所以可减少不必要的电力消耗，实现节能化。
本发明第5方案提供一种电动辅助自行车，在车身上搭载有用于辅助曲柄踏板踏力的电动机；其特征在于具有推着前进开关和控制器，该推着前进开关用于在人推着车身前进时进行操作，该控制器根据用于检测路面倾斜角的倾斜角检测装置和用于检测车身装载负荷的载荷检测装置的至少一方及操作上述推着前进开关时倾斜角检测装置和载荷检测装置的至少一方的测定值，控制电动机的辅助动力。
按照这样的本发明第5方案的构成，在操作推着前进开关的状态下推着前进时，由于根据路面的倾斜角和装载负荷的至少一方控制电动机的辅助动力，所以在上坡的倾斜大的场合，或装载负荷大、车身重的场合等，即使没有力气的人推车身，也可以很快地获得必要的辅助动力，无论怎样推车身，也可以得到辅助动力。
本发明第6方案，是在上述本发明第1或第5方案的构成的基础上增加这样的特征上述控制器在车速为设定值以上时，停止电动机的动力辅助。按照这样的构成，可以防止在推着前进时车速增大到超过要求的车速。
对附图简单说明如下
图1为第1实施例的电动辅助自行车的侧视图。
图2为动力机组的模式构成图。
图3为示出控制器的构成的图。
图4为用于示出推力检测装置的构成的、图1中4部的放大剖视图。
图5为示出踏板操作判断装置和驾车行走时电动机驱动控制装置的处理的程序框图。
图6为示出推着前进时电动机驱动控制装置的处理的程序框图。
图7为示出与蓄电池偏差电压对应的系数的图。
图8为示出与推力检测值变化量对应的系数的图。
图9为示出与推力相应的占空比的图。
图10为示出车速、辅助转矩、占空比及行走阻力的关系的图。
图11为示出相应于推力的目标车速的图。
图12为示出第2实施例中与推力相应的电动机输出转矩的图。
图13为示出输出转矩、占空比、以及车速的关系的图。
图14为示出车速、辅助转矩、推力以及行走阻力的关系的图。
图15为示出推力检测装置的第1变形例的剖视图。
图16为示出推力检测装置的第2变形例的剖视图。
图17为示出推力检测装置的第3变形例的剖视图。
图18为第3实施例的电动辅助自行车的侧视图。
图19为倾斜角检测装置的纵剖视图。
图20为图19的20-20线剖视图。
图21为示出控制器构成的图。
图22为示出推着前进时电动机驱动控制装置中的处理的程序框图。
图23为示出与倾斜角相应的占空比的图。
图24为示出与载荷相应的占空比的图。
图25为与倾斜角和载荷相应的占空比的设定关系图。
下面，根据附图所示本发明的实施例说明本发明的实施形式。
图1～图11示出本发明的第1实施例，图1为电动辅助自行车的侧视图，图2为动力机组的模式构造图，图3为示出控制器构成的图，图4为示出推力检测装置的图1的4部扩大剖视图，图5为示出踏板操作判断装置和驾车行走时电动机驱动控制装置中的处理的程序方框图，图6为示出推动行走时电动机驱动控制装置的处理的程序方框图，图7是示出与蓄电池偏差电压对应的系数的图，图8是示出与推力检测值变化量对应的系数的图，图9是示出相应于推力的占空比的图，图10为示出车速、辅助转矩、占空比及行走阻力的关系的图，图11为示出相应于推力的目标车速的图。
首先，在图1中，该电动辅助自行车的车身B具有前部构架21和后部构架22。该前部构架21在侧视下大体呈U字形，配置在前轮WF和后轮WR之间；该后部构架22用于支承后轮WR。前部构架21由前管21a、主构架部21b、弯曲部21c、及车座构架部21d一体连设而成。该前管21a可操向地支承前叉23，该前叉23悬挂着前轮WF；该主构架部21b从该前管21a向后方侧斜向下地倾斜延伸；该弯曲部21c向下方凸起地连接于上述主构架部21b的后端；该车座构架部21d从该弯曲部21c向上方延伸。在前叉23的上端设置着转向手柄24。
在前部构架21的车座构架21d，可调整车座25的上下位置地安装着车座支柱26，该车座支柱26在上端具有车座25；在前部构架21的下部支承着具有电动机28的动力机组29。
后部构架22具有左、右一对后叉30…和左右一对撑杆31…，在两后叉30…之间用枢轴支承着后轮WR。该左、右一对后叉30…在动力机组29的后部上方从前部构架21的弯曲部21c的上端部向后下方延伸，并在动力机组29的后方大体水平地延伸出去；该左右一对撑杆31…设于前部构架21的车座构架部21d的上端部和两后叉30…之间。另外，在车座25的后方侧配置着后载物架34，该后载物架34由从上述撑杆31…的上端向后方延伸的支承构件32…与从上述撑杆31…的下端向上方延伸的支承构件33…固定地支承。
在曲柄轴36的两端分别具有曲柄踏板35、35，该曲柄轴36由动力机组29的壳体37可自由回转地支承；在驱动链轮38与从动链轮39卷挂环状链40并用链罩41覆盖，该驱动链轮38可从该曲柄轴36传递动力并可作用来自上述电动机28的辅助力，该从动链轮39设于后轮WR的车轴。
电动机28的动作由控制器42控制，该控制器42在动力机组29的前方侧由前部构架21的下部固定地支承。
在前管21a通过托架43安装着前管。而且配置于该前管44背面部的蓄电池收容箱45也安装在上述托架43，在蓄电池收容箱45可插脱地收容用于向电动机28供给电力的蓄电池46。
前部构架21的大部分由罩47覆盖，在该罩47的上部配设用于从蓄电池46向控制器42和电动机28供给电力的主开关48。罩47由从上方侧覆盖前部构架21的上部罩47a和从下方侧覆盖前部构架21的下部罩47b相互结合而成，在上部罩47a的上部设置有对着主开关48的开口部(图中未示出)。
在图2中，曲柄轴36的右端部可自由回转地支承于回转筒体50的内周，该回转筒体50由壳体37可自由回转地支承，曲柄轴36的左端部可自由回转地支承于壳体37。在上述回转筒体50接合着卷挂有链40的驱动链轮38。
由曲柄踏板35、35输入到曲柄轴36的踏力通过动力传递装置51传递到驱动链轮38。另外，在壳体37安装电动机28，该电动机28的输出功率通过减速齿轮到52传递到驱动链轮38，用于辅助曲柄踏板35、35的踏力。
动力传递装置51由连接于曲柄轴36的扭杆53和设于回转筒体50与扭杆53之间的第1单向离合器54构成。
在曲柄轴36设置有沿其轴线延伸的狭槽55，安装于该狭槽55中的、设于扭杆53一端的横臂部53a不能相对回转地接合于曲柄轴36。另外，设于扭杆53另一端的横臂部53b在与狭槽55左右内壁面之间形成间隙地动配合于狭槽55，扭杆53可以在横臂部53b游动上述间隙量的范围内拉动变形。
第1单向离合器54设在上述扭杆53的另一端的横臂部53b与回转筒体50之间，当踏动曲柄踏板35、35使曲柄轴36正转时，曲柄轴36的转矩通过扭杆53、第1单向离合器54以及回转筒体50传递到驱动链轮38，但当踏动曲柄踏板35、35使曲柄轴36反转时，第1单向离合器54打滑，容许曲柄轴36反转。
从曲柄踏板35、35输入到曲柄轴36的转矩由转矩检测装置56检测，该转矩检测装置56具有转矩一位移转换机构57和行程传感器58，该转矩一位移转换机构57将相应于输入转矩的扭杆53的扭转转换成沿着曲柄轴36轴向的位移，该行程传感器58输出与上述位移相应的电信号。转矩一位移转换机构57具有滑头59，该滑头59不能相对回转而且可以轴向相对移动地支承在曲柄轴36的外周，设于该滑头59的凸状凸轮面59a与设于第1单向离合器54的离合器内圈的凹状凸轮面60接合。
为了检测曲柄轴36的转速，在曲柄轴36的外周设置有齿部61，与该齿部61相向地在壳体37内固定配置曲柄轴回转传感器62。该曲柄轴回转传感器62光学地或磁性地检测齿部61，输出检测脉冲。
用于将电动机28的动力传递到驱动链轮38的减速齿轮到52具有驱动齿轮64、第1中间齿轮66、第2中间齿轮67、第3中间齿轮68、第2空转轴69、第2单向离合器70、第4中间齿轮71、以及从动齿轮72。该驱动齿轮64固定在电动机28的电动机轴63；该第1中间齿轮66固定在由壳体37可自由回转地支承的第1空转轴65的一端，与上述驱动齿轮64啮合；该第2中间齿轮67一体地设在第1空转轴65；该第3中间齿轮68与第2中间齿轮67啮合；该第2空转轴69可自由回转地支承于壳体37并与第3中间齿轮68同轴配置；该第2单向离合器70设在第3中间齿轮68和第2空转轴69之间；该第4中间齿轮71一体地设在第2空转轴69；该从动齿轮72一体地设在驱动链轮38所接合的回转筒体50并且与第4中间齿轮71啮合。
电动机28安装在壳体37，其电动机轴63与曲柄轴36平行。第1和第2空转轴65、69可自由回转地支承在壳体37，并且具有与曲柄轴36和电动机轴63平行的轴线。
在这样的减速齿轮列52中，伴随着电动机28的作动而产生的转矩经减速后传递到驱动链轮38，当电动机28的动作停止时，由第2单向离合器70的作用容许第2空转轴69的空转，不会妨碍曲柄踏板35、35的踏力所产生的驱动链轮38的回转。
在图3中，电动机28的动作由控制器42控制，该控制器42根据曲柄轴回转传感器62、转矩检测装置56以及推力检测装置741的检测值控制电动机28的动作。
推力检测装置741连续地检测车身B由人推动前进时的推力，如图1所示，它在车座25的下方安装于车座支柱26。
在图4中，推力检测装置741具有推杆75、弹簧76、以及行程传感器77，该推杆75在人要推动车身B前进时用左、右任一方的手进行推压，该弹簧76在与推压方向相反的方向上对推杆75施加弹力，该行程传感器77用于检测上述推杆75反抗该弹簧76的弹簧力进行动作时的行程。在车座下方于车座支柱26设置托架78，在该托架78固定着具有沿车身B前后方向的轴线的支承筒79。另一方面，在推杆75的前端一体地设置有向径向外方伸出的凸缘部75a，该凸缘部75a可滑动地嵌合于支承筒79，向后方侧对推杆75施加弹力的弹簧76收容于支承筒79内。而且，在支承筒79的后端设置有限制凸缘部79a，用于接合推杆75前端的凸缘部75a以限制该推杆75的后退极限，处在后退极限位置的推杆75的后端被设定在与车座25后端位置相距L的前方位置。这是为了防止搭载在后载物架34上的物品误推在推杆75上。
行程传感器77邻接支承筒79地安装于托架78，在该行程传感器77的测头77a接触设在推杆75上的推压杆75b。作为行程传感器77，采用其中使用了电阻器的元件，它根据电位或导电性橡胶变形时的电阻值变化而进行工作。
由这样的推力检测装置741可用行程传感器77检测出相应于推压推杆75的力的该推杆75的行程，并将行程传感器77的检测值输入到控制器42。
由图3可知，控制器42具有踏板操作判断装置80、驾车行走时电动机驱动控制装置81、继电器驱动装置82、推着前进时电动机驱动控制装置83、电动机驱动限制装置84、第1切换装置85、第2切换装置86、具有继电器开关87a的继电器87、以及FET(场效应晶体管)88。
蓄电池46的正极侧端子通过主开关48和继电器开关87a连接于电动机28的正极侧，电动机28的负极侧通过FET88接地。在主开关48和继电器开关87a导通的状态下，通过控制FET88的开关动作，可控制电动机28的工作。
第1和第2切换装置85、86根据继电器驱动装置82的输出而进行切换动作。第1切换装置85可切换第1状态(图3中实线所示状态)和第2状态(图3中虚线所示状态)；该第1状态为，当继电器驱动装置82的输出为低水平时，将驾车行走时电动机驱动控制装置81的输出导入继电器87；该第2状态为，当继电器驱动装置82的输出为高水平时，将该继电器驱动装置82的输出导入继电器87。第2切换装置86可以切换第1状态(图3中实线所示状态)和第2状态(图3中虚线所示状态)；该第1状态为，当继电器驱动装置82的输出为低水平时，将电动机驱动限制装置84的输出导入FET88的栅极；第2状态为，当继电器驱动装置82的输出为高水平时，将推着前进时电动机控制装置83的输出导入FET的栅极。
继电器驱动装置82将推力检测装置741的检测值增幅到足以驱动继电器87的值，在人乘坐在车座25上的状态下的行走时或自行车停止时，由于未由推力检测装置741检测到推力，所以第1和第2切换装置85、86成为第1状态，当人推动车身B前进而由推力检测装置741检测到推力时，第1和第2切换装置85、86切换到第2状态。
电动机驱动限制装置84为了控制FET88的开关动作而根据转矩检测装置56的检测值限制从驾车行走时电动机驱动控制装置81输出的电动机驱动信号，当转矩检测装置56的测定值在规定值以下时，不管从驾车行走时电动机驱动控制装置81输出的电动机驱动信号怎样，隔断FET88的信号都从电动机驱动限制装置84输出。
踏板操作判断装置80根据转矩检测装置56的测定值判断是否在进行曲柄踏板35的踏动操作，当判断进行了曲柄踏板35的踏动操作时，将容许辅助信号送给驾车行走时电动机驱动控制装置81。另外，驾车行走时电动机驱动控制装置81在从踏板操作判断装置80输入容许辅助指令信号时，根据曲柄轴回转传感器62和转矩检测装置56的测定值以及蓄电池46的电压，输出用于控制电动机的动作以获得辅助动力的电动机驱动信号，并在获得辅助动力时，输出送给到继电器87的驱动信号以导通继电器开关87a。进而，推着前进时电动机驱动控制装置83根据曲柄轴回转传感器62及推力检测装置741的测定值，输出用于控制电动机28的动作的电动机驱动信号，以获得辅助动力。
这样的踏板操作判断装置80、驾车行走时电动机驱动控制装置81以及推着前进时电动机驱动控制装置83由微机构成，根据图5和图6所示的程序框图进行处理。在图5和图6中，步骤S2、S4、S5、S9、S10为用踏板操作判断装置80进行的处理，步骤S1、S6～S8、S11、S12为用驾车行走时电动机驱动控制装置81进行的处理，步骤S13～S21为用推着前进时电动机驱动控制装置83进行的处理。
在图5中，在导通操作主开关48后的状态下的步骤S1中，根据曲柄轴回转传感器62的测定值计算曲柄轴回转速度，在步骤S2中，根据转矩检测装置56的测定值计算踏力增加量ΔT。
在步骤S3中，判断是否为推着前进状态，当根据未由推力检测装置741检测出推力这一情况而使第1和第2切换装置85、86处于第1状态时，亦即处于非推着前进状态时，在步骤S4中，判断踏力增加量ΔT是否在设定值ΔTth以上。当ΔT≥ΔTth时，认为在进行曲柄踏板35的踏动操作，在步骤S5中从踏板操作判断装置80将容许辅助指令信号输入到驾车行走时电动机驱动控制装置81，在下面的步骤S6中由从驾车行走时电动机驱动控制装置81输出的继电器驱动信号使继电器87动作，将继电器开关87a导通。
在步骤S7中，根据如图7所示那样预先设定的关系产生与蓄电池46的电压和基准电压之差(即蓄电池偏差电压ΔE)相对应的系数α。该系数α是为了避免流过电动机28的电流随着电池46的电压波动进行变化而加以设定的，当ΔE＜0时，随着ΔE的绝对值增大，系数α超过1并逐渐增大，另外，当ΔE＞0时，随着ΔE增大，α在1＞α＞0的范围内并逐渐减小。
在步骤S8，根据曲柄轴回转传感器62的测定值及转矩检测装置56的测定值由预先设定的关系图或计算式求出电动机28每单位时间的通电比率(占空比)，并用上述系数α修正该求出的占空比，然后将对应于修正后的占空比作了PWM调制的驱动信号从驾车行走时电动机控制装置81输出。
从该驾车行走时电动机驱动控制装置81输出的电动机驱动信号输入到电动机驱动限制装置84，当转矩检测装置56的测定值超过规定值时，由依原样从驾车行走时电动机驱动控制装置81输出的电动机驱动信号控制FET88的导通和膈断，电动机28受到占空控制。
在步骤S4，当判断ΔT＜ΔTth时，在步骤S9判断是否经过规定的延迟时间。该延迟时间是这样设定的，即它应使得，即使在缓慢地踏动曲柄踏板35的状态下，也不在从踏力的最大值到最小值这一期间停止电动机28的动力辅助，也可以这样来设定，即，使其根据曲柄轴回转速度而变化。当在步骤S9判断未经过延迟时间时，从步骤S9前进到步骤S5，当判断经过了延迟时间时，为了停止电动机28的动力辅助，前进到步骤S10。
在步骤S10，停止从踏板操作判断装置80输出容许辅助信号，在步骤S11，从驾车行走时电动机驱动控制装置81输出用于停止继电器87的动作的信号，进而在步骤S12，停止从驾车行走时电动机驱动控制装置81输出电动机驱动信号。
在步骤S3，当判断为推着前进状态时，亦即第1和第2切换装置85、86切换到第2状态(图3中虚线所示状态)时，从步骤S3前进到图6的步骤S13。
图6的步骤S13～S21为由推着前进时电动机驱动控制装置83实行的处理，在步骤S13中读入推力检测装置741的测定值，在步骤S14计算推力检测装置741的测定值变化量，在随后的步骤S15计算与上述测定值的变化量相对应的系数β。该系数β如图8所示那样加以设定，虽然在变化量小的范围将β设定为“1”，但当在负数侧变化量增大时例如将系数β设为“0.5”，在正数侧变化量增大时例如将β设为1.5。
在步骤S16，根据推力检测装置741的测定值，生成用于驱动电动机28的驱动信号，如图9所示那样预先设定与推力相应的电动机28的占空比。在该图9中，使占空比相应于推力的增大而增大地进行设定，并且使得当推力在某一数值以上时占空比恒定为最大值，例如30％。车速及辅助转矩如图10所示那样根据占空比来确定，该占空比相应于推力的增大而增大，例如，设定上述占空比的最大值(30％)，以使得通过例如倾斜角为5度左右的路面时最大车速例如为4km/h。
在确定相应于推力的电动机28的占空比后的步骤S17中，根据图7所示关系图产生与蓄电池偏差电压ΔE对应的系数α，进而在步骤S18中，由系数α、β修正在步骤S16中确定的占空比。
在步骤S19，判断车速是否在目标车速Vo以上。在该场合，虽然车速是根据曲柄轴回转速度计算的，但目标车速Vo根据推力预先加以设定。该目标车速Vo相应于推力的增大而逐渐增大，但当推力为某一数值以上时则恒定为5km/h。
在步骤S19，当判断车速＜Vo时，在步骤S20从推着前进时电动机驱动控制装置83输出在步骤18中修正了的电动机驱动信号，当判断车速≥Vo时，在步骤21中停止从推着前进时电动机控制装置83输出电动机驱动信号。亦即，控制推着前进时从电动机28输出的辅助动力以阻止达到目标车速Vo以上。
下面说明该第1实施例的作用。当人推着车身B步行前进时，由推力检测装置741检测此时的推力，由于根据该推力检测装置741的测定值控制电动机28产生的辅助动力，所以，在上坡的倾斜度大的场合，或载重量大、车身B重的场合等，即使没有力气的人推车身B，也可以很快地获得与推力相应的辅助动力。另外，当越过台阶时，相应于推力的增大，可以获得大的辅助动力，即使以缓慢的行走程度推车身B，也可以相应于该推力获得辅助动力。
另外，控制电动机28的辅助动力的控制器42由于相应于推力检测装置741的测定值控制电动机28的占空比，所以，如图10所示那样，相应于行走阻力确定电动机28的辅助转矩和车速，同时控制辅助转矩和车速。
而且，由于控制器42由根据推力检测装置741的测定值的变化程度确定的系数β来增减修正相应于推力检测装置741的测定值的电动机28的辅助推力，所以在推力变化的过渡状态，可以得到很好的追随该过渡状态进行变化的辅助动力。
由于还控制推着步行时电动机28的辅助动力以避免达到目标车速Vo以上的车速，所以在推着步行时车速不会增大到所需车速以上。
在控制推着步行时电动机28的辅助动力以避免达到目标车速Vo以上的车速时，如用于检测车速的装置出现了故障，亦即，在该实施例中由于是根据曲柄轴回转传感器62的测定值计算车速，所以如曲柄轴回转传感器62出现故障，则不能测出车速达到目标车速Vo这一情况，所以有可能将电动机28的输出增加到超过目标车速Vo的程度。然而，由于电动机28的占空比根据推力确定，所以如图10所示那样，辅助转矩相应于车速的增加而减小，电动机28的输出不会增大到超出要求以上的车速。另外，也可以设定成这样，即，当推力检测装置741测定出推力时，或转矩检测装置56测定出转矩时，如车速=0的状态持续规定时间以上，则判断认为用于检测车速的装置出现故障，停止推着步行时电动机28的辅助。
图12～图14示出本发明的第2实施例，图12为示出相应于推力的电动机的输出转矩，图13为示出输出转矩、占空比及车速的关系的图，图14为示出车速、辅助转矩、推力以及行走阻力的关系的图。
在第1实施例中，图6所示步骤S16相应于推力确定电动机28的占空比，但在第2实施例中，步骤S16相应于推力确定电动机28的输出转矩。亦即，如图12所示那样预先确定与推力相应的电动机28的输出转矩，在该图12中，使输出转矩相应于推力的增大而变大地加以确定。如图13所示，输出转矩及占空比的关系是这样的，在车速一定时，随着输出转矩增大占空比也增大，但当车速增大时，由小的输出转矩也可得到大的占空比，当车速为最大速度例如4km/h以上时，由较小的输出转矩可以得到最大值例如30％的占空比。
因此，车速、辅助转矩以及推力的关系为图14所示那样的关系，比较相应于推力确定电动机28的占空比的第1实施例的图10和图14可知，在车速小的范围，如图14的斜线所示那样，占空比不会达到30％，可以节能。亦即，由于在平缓的坡道推力小，电动机的输出转矩也小，所以可减小不必要的电力消耗。
图15示出推力检测装置的第1变形例，该推力检测装置742配置在例如转向手柄24的右端侧。在转向手柄24的右端侧安装有可转动地支承制动握把91的支承构件92，该制动握把91可用握住把手90的右手进行操作。该推力检测装置742由摇臂93、弹簧94、及行程传感器77构成；该摇臂93支承于上述支承构件92并配置在转向手柄24的后方侧，可以向接近、远离转向手柄24的方向转动；该弹簧94在离开转向手柄24的方向即向后方侧对该摇臂93施加弹力；该行程传感器77安装在上述支承构件92，相应于摇臂93在接近转向手柄方向即朝着前方的回转而将测头77a推入。弹簧94例如可是扭簧，围绕着支轴95设在摇臂93和支承构件92之间，该支轴95可回转地将摇臂93支承于支承构件92。
由这样的推力检测装置742，可以通过在推着车身B步行时例如用右手推压、摇臂93而连续地测定推力。
图16示出推力检测装置的第2变形例，该推力检测装置743与图15的推力检测装置742一样，配置在例如转向手柄24，由按钮96、行程传感器77、及弹簧97构成。
在上述转向手柄24，安装圆筒状壳体98，该筒状壳体98在车身B的前后方向上延伸并在后端具有开口部98a，在该壳体98内的前部收容着行程传感器77，该行程传感器77在后方侧配置测头77a。另外，按钮96在前端具有可与壳体98的开口部98a的周缘部内面接合的凸缘部96a，为了使前端接触上述测头77a而将其插入上述开口部98a；在行程传感器77和按钮96之间压缩设置着弹簧97，该弹簧97向后方侧推压按钮96。
由这样的推力检测装置743，可以通过在推着车身B步行时推压按钮96而连续地检测推力。
图17示出推力检测装置的第3变形例，与图15的推力检测装置742一样，该推力检测装置744配置在例如转向手柄24，由按钮100、与该按钮100一起动作的可动接点101、时常与该可动接点101导通的共用固定接点102、可通过可动接点101与共用固定接点102导通的第1和第2个别固定接点103、104、以及弹簧105构成，在推着车身B步行时可以分阶段例如分2个阶段检测推力。
在上述转向手柄24安装圆筒状的壳体106，该圆筒状的壳体106沿着车身B的前后方向延伸并在后端具有开口部106a。在该壳体106内固定着导向板107，该导向板107在中心部具有与壳体106的轴线同轴的导向孔107a。按钮100一体地具有可与开口部106a的周缘部内面接合的凸缘部100a和可滑动地配合于导向板107的导向孔107a中的轴部100b，并从开口部106a通入到壳体106，弹簧105设在导向板107和按钮100之间，在使按钮100的后端从壳体106凸出到后方侧的方向上产生弹性力。
可动接点101固定在按钮100的轴部100b上并沿着该轴部100b的轴线方向较长地延伸，在沿着可动接点101的长度方向隔开距离的2个位置一体形成有弯曲凸出成半球状的第1和第2接触部101a、101b。
另一方面，共用固定接点102固定配置在壳体106内，时常与第1接触部101a接触，第1接触部101a是可动接点101的两接部101a、101b中靠近导向板107配置的1个接触部。另外，第1个别固定接点103固定配置在壳体106内，通过从按钮100处于后退极限位置的状态(图17所示状态)反抗弹簧105的弹力将按钮100按入，可使该第1个别固定按钮103接触第2接触部101b。第2个别固定接点104固定配置在壳体106内，通过从第2接触部101b接触着第1个别固定接点103的状态将按钮100按入，可使该第2个别固定接点104与第2接触部101b接触。
按照这样的推力检测装置744，通过在推着车身B步行时按压按钮100，可以在2个阶段分阶段地测定推力。在第1阶段，通过可动接点101将第1个别固定接点103与共用接点102导通；在第2阶段，通过可动接点101使第2个别固定接点104与共用接点102导通。
图18～图25示出本发明的第3实施例，图18为电动辅助自行车的侧视图，图19为倾斜检测装置的纵剖视图，图20为图19的20-20线剖视图，图21为示出控制器构成的图，图22为示出图21中推着前进时电动机驱动控制装置的处理的程序框图，图23为示出与倾斜角相应的占空比的图，图24为示出与载荷相应的占空比的图，图25为与倾斜角及载荷相应的占空比的设定图。
首先，在图18中，在电动辅助自行车的转向手柄24的例如左侧，安装着用于在推着车身B步行时操作的按钮式推着前进开关110，在前筐44内的底部安装有用于测定前筐44内所载物品的载荷的载荷检测装置1111，在后载物架34上安装有用于检测后载物架34上所载物品的载荷的载荷检测装置1112。在电动辅助自行车的车身B的前部，例如在前部构架21的主构架部21b，安装着用于检测路面倾斜角的倾斜角检测装置112。
在图19和图20中，倾斜角检测装置112具有固定的壳体114、支轴115、可动构件117、支承板118、带状的导体119、带状的电阻120、以及电刷121，该壳体114具有圆形横断面并安装在上述前部构架21，该支轴115固定在壳体114并具有沿着车身B宽度方向的轴线，该可动构件117可回转地由上述支轴115支承并一体地具有重锤116，该支承板118与该可动构件117相向地固定在壳体114内，该导体119设在支承板118的与可动构件117相对的面并呈以支轴115的轴线为中心的圆弧状，该电阻120设在支承板118的与可动构件117相对的面并呈以支轴115的轴线为中心的圆弧状，该电刷121滑动接触于导体119及电阻120地固定于可动构件117，电阻120的两端连接于蓄电池46的两端，在导体119的一端与接地面设电压检测部122。
按照这样的倾斜角检测装置112，可动构件117在其重锤116的作用下，即使车身B因在坡道等而倾斜，重锤116也保持着在支轴115下方位置的姿势，支轴115的轴线周围的支承板118即电阻120对于可动构件117的相对位置相应于上述倾斜而变化，随着电刷121在电阻120的接触位置产生变化，电压检测部122的测出电压也变化。亦即，车身B相应于路面的倾斜角可由倾斜角检测装置112测出。
在图21中，控制器42具有踏板操作判断装置80、驾车行走时电动机驱动控制装置81、继电器驱动装置82、推着前进时电动机驱动控制装置83、电动机驱动限制装置84、第1切换装置85、第2切换装置86、具有继电器开关87a的继电器87、以及FET88，向控制器42输入曲柄轴回转传感器62、转矩检测装置56、推着前进开关110、载荷检测装置1111、1112、以及倾斜角检测装置112的检测值。
继电器驱动装置82在推着前进开关110导通时驱动继电器87，当在人坐在车座25上的状态下行走时或自行车停止时，如不推压推着前进开关110则第1和第2切换装置85、86成为第1状态，如推压推着前进开关110则第1和第2切换装置85、86切换到第2状态。
推着前进时电动机驱动控制装置83根据曲柄轴回转传感器62、载荷检测装置1111、1112以及倾斜角检测装置112的测定值，输出用于控制电动机28的动作的电动机驱动信号，以在推着车身B前进时得到辅助动力。
踏板操作判断装置80的处理以及驾车行走时电动机控制装置81的处理进行与上述第1实施例的由图5所示的处理相同的处理，当在图5的步骤S3中判断为推着前进状态时，亦即推压着推着前进开关110时，由推着前进时电动机驱动控制装置83实行图22所示处理，以替代上述第1实施例的由图6所示的处理。
在图22的步骤S22中，读入倾斜角检测装置112的测定值，在步骤S23中，读入载荷检测装置1111、1112的检测值，并将两测定值相加，在步骤S24中生成电动机驱动信号，并对应于倾斜角和载荷确定电动机28的占空比。
此时，如图23所示，相应于倾斜角检测装置112的检测值的电动机28的占空比设定成这样，即，例如倾斜角为12度时占空比为30％，另外，如图24所示那样，设定与两载荷检测装置1111、1112的测定值的迭加值相应的电动机28的占空比，使得当载荷为例如15kgf时占空比为30％，通过综合图23和图24，如图25所示那样，将与倾斜角和载荷相应的占空比设定在三维图上。
当在步骤S24生成电动机驱动信号后，在步骤S25产生与蓄电池偏差电压ΔE相应的系数α，在步骤S26中，用系数α修正在步骤S24确定了的占空比。
在步骤S27判断车速是否在目标车速Vo以上，当判断车速＜Vo时，在步骤S28中从推着前进时电动机驱动控制装置83输出在步骤S26修正了的电动机驱动信号，当判断车速≥Vo时，在步骤S29停止从推着前进时电动机驱动控制装置83输出电动机驱动信号。
按照第3实施例，在操作推着前进开关110的状态下推着步行时，由于相应于路面的倾斜角和装载载荷控制电动机28的辅助动力，所以，在上坡的倾斜大的场合或装载的载荷大、车身B重的场合，即使没有力气的人推车身B，也可以很快地获得电动机28的辅助动力。
在上述第3实施例中，虽然是在前筐44和后载物架34两者都设置了载荷检测装置1111、1112，但也可仅在其中任一方设置。另外，在推着前进时，也可以相应于路面的倾斜角和装载的载荷中任何一方控制电动机28的辅助动力。
以上，详细说明了本发明的实施例，但本发明不限于上述实施例，只要不脱离权利要求范围所述的本发明，可以作种种设计变更。
如上所述，按照本发明第1方案，推着前进时根据推力控制电动机的辅助动力，在上坡的倾斜大的场合或装载的载荷大、车身重的场合，即使没有力气的人推车身，也可以很快获得与推力相应的辅助动力，在越过台阶时，随着推力增大获得大的辅助动力，即使以更缓慢地行走程度推车身，也可以相应于该推力获得辅助动力。
按照本发明第2方案，在推力变化的过渡状态下，可以良好地追随该过渡状态的改变辅助动力。
按照本发明第3方案，可以相应于行走阻力确定电动机的辅助转矩和车速，可以同时控制辅助转矩和车速。
按照本发明第4方案，可以减少不必要的电力消耗，节省能量。
按照本发明第5方案，当在操作推着前进开关的状态下推着前进时，相应于路面的倾斜角和装载负荷的至少一方控制电动机的辅助动力，在上坡的倾斜大的场合或装载负荷大、车身重的场合等，即使没有力气的人推车身，也可很快地获得所需辅助动力，不论如何推车身都可获得辅助动力。
按照本发明第6方案，可以防止在推着前进时车速增大到超过要求的车速。
权利要求
1．一种电动辅助自行车，在车身(B)搭载有用于辅助曲柄踏板(35)的踏力的电动机(28)；其特征在于具有推力检测装置(741、742、743、744)和控制器(42)，该推力检测装置(741、742、743、744)用于连续地或分阶段地检测人推着车身(B)前进时的推力，该控制器(42)用于相应于上述推力检测装置(741、742、743、744)的测定值控制电动机(28)的辅助动力。
2．如权利要求1所述的电动辅助自行车，其特征在于上述控制器(42)根据上述推力检测装置(741、742、743、744)的测定值的变化程度来增减修正与上述推力检测装置(741、742、743、744)的测定值相应的电动机(28)的辅助动力。
3．如权利要求1或2所述的电动辅助自行车，其特征在于上述控制器(42)相应于上述推力检测装置(741、742、743、744)的测定值来控制电动机(28)的占空比。
4．如权利要求1或2所述的电动辅助自行车，其特征在于上述控制器(42)根据上述推力检测装置(741、742、743、744)的测定值来控制电动机(28)的输出转矩。
5．一种电动辅助自行车，在车身(B)上搭载有用于辅助曲柄踏板(35)的踏力的电动机(28)；其特征在于具有推着前进开关(110)和控制器(42)，该推着前进开关(110)用于在人推着车身(B)前进时进行操作，该控制器(42)根据用于检测路倾斜角的倾斜角检测装置(112)和用于检测车身(B)装载负荷的载荷检测装置(1111、1112)的至少一方及操作上述推着前进开关(110)时倾斜角检测装置(112)和载荷检测装置(1111、1112)的至少一方的测定值，控制电动机(28)的辅助动力。
6．如权利要求1或5所述的电动辅助自行车，其特征在于上述控制器(42)在车速为设定值以上时，停止电动机(28)的动力辅助。
全文摘要
一种电动辅助自行车,在车身上搭载有用于辅助曲柄踏板的踏力的电动机,由推力检测装置7文档编号H02P29/00GK1214313SQ98120839
公开日1999年4月21日 申请日期1998年9月29日 优先权日1997年10月1日
发明者本田聪, 长敏之 申请人:本田技研工业株式会社