专利名称：轻型电动车的行驶速度控制装置和轻型电动车的制作方法
技术领域：
本发明涉及轻型电动车的行驶速度控制装置和轻型电动车。详细地说，本发明涉及这样的行驶速度控制装置和具有这种速度控制功能的轻型电动车，即，即使不使用加速器或脚踏板，也能够按照大致正确反映骑车人的体力或意愿的内容来自动控制电动两轮车或电动轮椅车等以蓄电池驱动式电动机为行驶原动机的轻型电动车的行驶速度。
目前，存在着各种各样以蓄电池驱动式电动机为行驶原动机的轻型电动车，其中在普通自行车上安装蓄电池和电动机的轻型电动车辆因基本操作没有什么特别困难之处而深受从儿童到老年人各种年龄层人士的喜爱，联系到废气带来的环境问题，可认为今后这种轻型电动车会越发普及。
目前出厂的这种轻型电动车大多是通过操作加速器(可变电阻器等)或脚踏板来进行行驶速度调节的，两轮车的加速器大多是车把手兼用作加速控制盘的加速器。
在车把手是加速器的场合中，存在着在不习惯的情况下因误操作加速器而车乱蹿并容易引发事故的问题。不管人们如何注意这样的误操作，但除非能把所谓的“差错”减为零，否则决不仅仅是人没有集中注意力。
此外，在踏板兼用作加速器的情况下，由于通过检测踏板转速、或换言之通过检测行驶速度来控制电动机的转速，所以不仅要在减速时施加制动，还必须可靠地停住踏板，因而存在着速度调节不自由并且操作出人意料地很困难的问题。而且，即使减速了，只要没有断开电源开关，电动机就以对应于此时的车速继续转动，因而存在着蓄电池电能消耗过快并且续行距离没有延长的问题。
本发明是鉴于上述现有技术的问题而提出的。其目的是提供这样一种经济新颖的轻型电动车的行驶速度控制装置及具有这种行驶速度控制功能的安全且舒适的轻型电动车，即在不使用加速器来调节速度的情况下，仍旧可反映骑车人的体力或意愿地自动控制行驶速度，因而可靠地防止因误操作引发的事故，同时，在减速时一定使电动机停止转动，从而不消耗蓄电池电能。
为实现上述目的，本发明的轻型电动车的行驶速度控制装置具备载人部，制动机构，蓄电池驱动式电动机以及通过游动齿轮把电动机的转动传递给车轮的旋转传动装置，在这种轻型电动车的行驶速度控制装置中装备有输出与车轮转速成比例的脉冲信号的车轮转动传感器，与制动机构的操作随动地输出信号的制动开关和控制电路，所述控制电路的结构为通过对由车轮转动传感器输入的脉冲信号的时间间隔变化进行运算处理而计算出加速度并把所述加速度存储起来，同时向所述电动机提供与所存储的加速度相对应的驱动电流，所存储的加速度在计算出大于这一值的加速度时被更新，在输入有来自制动开关的信号时被消除。
另外，本发明的轻型电动车具备支承多个车轮、具有载人部和转向机构的车架，蓄电池，以该蓄电池为电源的电动机，通过游动齿轮将所述电动机的转动传递给上述车轮中的至少一个上的旋转传动装置，制止车轮转动的制动机构和行驶速度控制装置，在这种轻型电动车的行驶速度控制装置中装备有输出与车轮转速成比例的脉冲信号的车轮转动传感器，与制动机构的操作随动输出信号的制动开关和控制电路，所述控制电路在通过对由车轮转动传感器输入的脉冲信号的时间间隔变化进行运算处理而计算出加速度并把所述加速度存储起来，同时向所述电动机提供与所存储的加速度相对应的驱动电流，所存储的加速度在计算出大于这一值的加速度时被更新，在输入有来自制动开关的信号时被消除。
因此，在装有这种行驶速度控制装置的轻型电动车中，例如，与骑普通脚踏自行车时的动作一样地，进行推出车辆或者坐在车座上蹬地的动作，即，通过赋予车辆以符合骑车人意图的加速而以对应于该加速度的速度启动电动机。电动机的转速应当维持该加速时的最高速度。
随后，在行进过程中，通过蹬地等骑车人以人力方式来加速或在下坡加速时，以对应于此时加速度的驱动力来转动地补偿电动机驱动力。因此，转变成可维持更高速度的电动机转动力。
另外，当在行驶过程中制动时，电动机的驱动被中断，只根据骑车人施加制动的情况来控制行驶速度，即使解除制动，除非赋予了加速，否则电动机也不会驱动，车辆空驶。当从这个状态开始通过蹬地等骑车人的人力来提高行驶速度时，应以该提高的速度使车轮转动的电动机重新开始驱动。
当从行驶状态开始停车时，必然要施加制动，电动机的驱动当然也停止，除非推动车辆，否则电动机不会重新启动。
这样，根据本发明，除了在起步时和加速的场合下很短暂地推车蹬地以外，尽管行驶动力依赖于电动机转动力，但速度调节只由骑车人的意愿或体力来决定，尤其是在施加制动时只根据施加制动的情况来减速，车辆空驶，所以能够感到与骑普通脚踏车时的感觉完全一样地调节速度。因此，能可靠地防止在传统轻型电动车中见到的由误操作引起的蹿车等以违背骑车人意愿的速度引起的事故，而且，由于行驶依赖于电动机，所以骑车人完全没有疲劳感。
在本发明中，电动机的转动通过游动齿轮(单向离合器)被传递给车轮，因此，在游动齿轮中电动机一侧的转动部件、如链轮等相对该车轮相对后转的状态下，电动机不会对该车轮产生负担。
因此，在断开行驶速度控制装置主开关的状态或断开蓄电池的状态下，即使车辆前进，电动机也不会成为负载，因此车辆不难前进，此时的操作也能有与骑普通脚踏自行车时相同的感觉。
技术方案2所述的轻型电动车的行驶速度控制装置为在技术方案1所述的轻型电动车行驶速度控制装置中，以在开关的接点未接通的状态下不向电动机提供驱动电流的电路结构设置当在载人部上施加一定负荷以上时接通所述接点、或用手或脚接通/断开所述接点的安全开关。
这样一来，即使在未作好骑车姿势但不小心推动车时，由于不向电动机输出驱动电流，所以能够可靠地防止蹿车和翻倒。
作为本发明的安全开关，例如可以考虑以压敏胶等为致动器接通、断开接点的负荷开关、用手或脚的操作接通、断开接点的各种开关。在采用负荷开关的情况下，可以设置在车座和脚踏部上，在是手操作开关的情况下，可以设置在车把的把手或其附近，在是脚操作开关的情况下，可以设置在踏板部和车支子上。
安全开关可以是一个，但根据场合不同，也可以多个组合地装入电路中。作为电路结构，例如将其串接插入蓄电池与主开关之间。
如上所述，在本发明的轻型电动车的行驶速度控制装置或轻型电动车中，尽管驱动行驶依赖于电动机的转动力，但是速度调节只根据骑车人自己的意愿或体力来决定，所以能够以与骑普通脚踏自行车时完全一样的感觉进行速度调节。因此，能够可靠地防止在传统轻型电动车中见到的因加速器误操作引起的蹿车等以违背骑车人意志的由速度引起的事故，而且，驱动行驶只依赖于电动机，骑车人不会感到疲劳。
而且，在本发明中，即使在行驶中，由于从施加制动开始到下次加速这段时间内，不向电动机提供驱动电流，因此，节约了这时的耗电量，所以能够大大地延长续行距离。
并且，在本发明中，由于电动机的转动通过游动齿轮被传递给车轮，所以在游动齿轮中电动机一侧的转动部件、如链轮等在相对该车轮向后转动的状态下，电动机不会对所述车轮产生负载。
因此，在例如断开行驶速度控制装置主开关的状态或断开蓄电池的状态下，即使向前推动车辆，电动机也不会成为负载，在这一点上，也能感觉和推动普通自行车一样地顺利启动。
根据技术方案2的发明，即使在未作好骑车姿势但不小心推动车辆时，由于不向电动机输出驱动电流，所以能可靠地防止蹿车和翻倒。
图1是本发明实施例的电动两轮车的整体侧视图。
图2是图1所示电动两轮车的平面图。
图3是图1所示电动两轮车主要部分的放大斜视图。
图4是图1所示电动两轮车主要部分局部剖切放大的侧视图。
图5是图1所示电动两轮车所装的行驶速度控制装置的框图。
图6是图1的电动两轮车行驶时的加速减速操作与电动机驱动之间关系的一个例子的时序图。
以下，参见附图来说明本发明实施例的电动两轮车1与行驶速度控制装置73。(图1-图4)3表示电动两轮车1的车架。车架3是由左右并排地大致平行延伸的两个主架5、在下端部支承前轮13的前架7、从主架5的水平底部5a的后端部竖起的车座架9以及设置在车座架9与主架5靠近后端的位置之间的加强架11等构成的。后轮15支承在主架5的后端部上，车座17安装在车座架9的上端部上。
车把19安装在在前架7的上端部上，与其左右的把手相对向地分别设置了用于后制动器21与前制动器23的制动杆25。
后制动器21与前制动器23都是钢丝绳操作方式的制动器，已知的手闸型制动器用于后制动器21。制动器钢丝29的端部与局部突出于闸瓦罩27上的把手安装臂28的前端相连。(图1-图4)电动机安装板31固定在主架5与车座架9构成的后侧角上。电动机安装板31上安装有电枢电压控制式的小型直流电动机33。小直径链轮35安装在电动机33的输出轴33a上。而在后轮15a的轮毂15的右端上安装着大直径链轮37。链条39循环地悬挂在这些链轮37、35上。链轮37与轮毂15a通过未示出的游动齿轮(单向离合器)彼此连接，当链轮37前转时，电动机33的转动力被传递给后轮15。
在主架5的底部5a上安装着蓄电池盒41。蓄电池盒41成上面开口且前后方向长的箱形，通过从其开口边水平延伸的凸缘搭在底部5a上而容放在左右的底部5a之间。经过设置在蓄电池盒41靠近后端位置的切口41a把蓄电池43装入前侧的空间内。蓄电池43是充电式的，将20个极电压1.2伏特的蓄电池设置成上下两级加以收存，同时所有蓄电池全部串联，输出电压为24伏特。
在主架5的底部上安装着脚踏部45。在将脚踏部45设置成覆盖蓄电池盒41开口面的状态下，其前后两端部和蓄电池盒41的凸缘41a一起被螺栓固定在主架5上。(图1-图5)在电动两轮车1上设置了检测后轮15转速的车轮转动传感器51、与后制动器21的操作随动地输出信号的制动开关53、在脚踏部45承受一定负荷以上时发出信号的乘载开关55。
磁电偶式编码器被用于车轮转动传感器51(参见图2、4、5)中。即，后轮15的轮毂15a的左端部上与轮毂15a同轴地安装着环形转动板57，在转动板57的外周部上，以90度的间隔固定着四个永磁铁57a。在从加强架11起向后延伸的托架58(见图4)上安装着磁电偶元件59。磁电偶元件59与永磁铁57a的转动轨迹相对向。
因此，当后轮15转动时，由磁电偶元件59以与其转速成比例的时间间隔输出脉冲信号。
a接点式小型限位开关被用于制动开关53(见图4)。制动开关53安装在突出于闸瓦罩27上的未示出的托架上，安装在其致动器的前端上的滚子53a与所述把手安装臂28的摆动轨迹局部交错。因此，当握住后制动器21的制动杆25，将把手安装臂28向前转动时，滚子53a受压而接通了开关53的接点，当不再把握住制动杆25时，断开开关53的接点。
响应压力为2-4公斤左右的压敏开关被用于乘载开关55(见图4)，以根据脚踏部45所受负荷来接通接点的状态设置在前述脚踏部45的下面。
因此，当骑车人坐在车座上并且脚踏在脚踏部45上或单脚踏在脚踏部45上而另一支脚蹬地，在脚踏部45上施加了超过2-4公斤的负荷时，乘载开关55的接点就被接通，当除去这个负荷时，接点断开。(图5)通过蓄电池盒41的切口41a把控制箱71放入后侧的空间内，设置在控制箱中的控制电路75、车轮转动传感器51以及制动开关53等构成行驶速度控制装置73。
蓄电池43的列中正极一侧的端子是通过串接电源开关87和前述乘载开关55而与控制电路75和制动开关53相连接的。
控制电路75中的81是脉冲检测电路，由车轮转动传感器51的磁电偶元件59输出的脉冲信号85由脉冲检测电路81检测出，并输入计算电路82。
计算电路82例如是由装备有积分器和微分器等的组合逻辑电路构成的，在对脉冲检测电路81所输入的脉冲信号85的时间间隔变化进行演算处理而计算出加速度的同时，在加速度大于零时，向D/A转换电路83输出对应于该加速度的加速度信号。
在D/A转换电路83中，所输入的加速度信号被模拟转换成电压信号(指令电压)并传送给电动机驱动放大器84。
电动机驱动放大器84增大D/A转换电路83所输入的指令电压，并向电动机33提供所需的驱动电流。
D/A转换电路83装备有存储电路，它存储计算电路82所输入的加速度信号，当当前输入的加速度信号与已存储的加速度信号相比而比较大时，向电动机驱动放大器84输出补偿这一差值的指令电压并更新存储内容。
另外，D/A转换电路83的控制信号门与制动开关53相连，当来自制动开关53的信号被输入D/A转换电路83中时，将加速度信号的存储复位，结果，终止了供给电动机33的驱动电流。因而，在进行完复位后，除非后轮15转速增大，计算电路82计算出大于零的值的加速度，否则就不向电动机33供应驱动电流。
电动两轮车1就是如上所述地构成的。接着，参见图6所示的时序图来说明电动两轮车1的运行方法和作用。图6表示运行方法及其行驶状态的一个例子，上侧曲线表示行驶速度，下侧曲线表示电动机33的驱动状态。
在为了使电动两轮车1起步而接通电源开关87以后，与普通自行车起步时的要领相同地，握住车把19的两端把手推动车辆。确切地说，一只脚踏在脚踏部45上而用另一只脚蹬地，或者坐在车座17上地脚蹬地，或者在把车向前推的同时，人踏上脚踏部45并坐上车座17。这个动作是图6的最初的“突跳”。在图中，因突跳而达到了5公里/小时的最高时速。
无论用当中的哪一种作法，在把车向前推且后轮15转动的同时，脚踏部45承受骑车人的体重，从而乘载开关55接通接点。随后，随着后轮15的转动，从车轮转动传感器51向控制电路75输出对应于此时后轮15转速的时间间隔脉冲信号85，所以在计算电路82中，根据该脉冲信号的时间间隔算出加速度，并将所述加速度信号存储在D/A转换电路83中，同时，向电动机33提供对应于该加速度值的驱动电流，电动机33由此驱动转动。因此，后轮15由电动机33驱动转动。此时的后轮15转速达到了骑车人推动车辆时的加速所带来的最高时速，即5公里/小时。
如果就这样不施加制动地只在平路上行驶的话，则通常电动机33的驱动力不会改变。就是说，即使地面阻力变化了，而由于通常这个阻力成为车轮15的负荷，不会产生加速作用，所以即使输入计算电路82中的脉冲信号85的时间间隔延长也不会缩短。因此，在这种情况下，由于D/A转换电路83的加速度信号不会更新，所以从电动机驱动放大器84向电动机33提供的驱动电流不会变化，车辆就以5公里/小时的速度匀速行驶。这样的行驶状态与自行车靠惯性行驶的状态或者以一定速度持续蹬脚踏板的状态在感觉上是一样的。
当从这个状态开始，蹬地使车加速时(该图的第二次突跳)，由于脉冲信号85的时间间隔缩短，因而根据这个变化的时间间隔来计算加速度，算出的加速度信号作为D/A转换电路83的存储内容被更新。因此，向电动机33提供对应于更新后的加速度信号值的驱动电流，后轮15由电动机33驱动。在图6中表示当通过第二次突跳而达到15公里/小时的时速时，电动机33以15公里/小时的速度匀速运转的情况。这种行驶速度的增大正确地反映出了骑车人的意愿或体力。
另外，当在行驶过程中操作制动器时(图6的制动器ON)，从制动开关53向D/A转换电路83输出控制信号，原先存储的加速度信号被消除了，因而中断了向电动机33供电。因此，无论此处是平路还是坡路，行驶速度根据骑车人的制动情况而降低。这与骑自行车的感觉完全一样。
当从这个状态开始解除制动(图6的制动器OFF)时，除了后轮15转速随着下坡而加速的情况之外，计算电路82的计算结果中没有算出大于“零”的加速度，所以车辆空驶，车辆速度逐渐降低。
随后，在解除制动后，当再蹬地使车加速时(图6的第三次突跳)，在计算电路82的计算结果中算出来“零”以上的加速度，把对应于该加速度值的驱动电流供应给电动机33，并再次由电动机33驱动后轮15。
当从行驶状态到停车时，电动机33的转动当然停止，除非推动车辆，否则不再启动电动机33。
在断开电源开关87的状态下，或者在即使接通开关87但没有蹬踏脚踏部45的情况下，或者在断开蓄电池的情况下，即使后轮15转动，电动机33也不驱动，所以即使向前推车，电动车也不会自动起步，由于有游动齿轮，电动机33不会成为负载，所以能够易于移动车辆。
另外，当骑车人在行驶过程中跳下时，由于乘载开关55的接点被断开，因而中断了给电动机33供电。
例如，能够选择电动机驱动放大器84的增幅极限而随意设定最高速度。在图6中，采用了限制为20公里/小时的最高速度。
尽管以上详细描述了本发明的实施例，但是本发明的具体结构不局限于该实施例，在不超出本发明要旨的范围内的设计和改动都包含在本发明内。
例如，除实施例所示的磁力式传感器外，可以把光电式或其它形式的传感器用作车轮转动传感器。
另外，也可以考虑把制动开关设置在通过制动杆操作而致动的位置上。
本发明的控制电路尽管可以由实施例所示的程序装置构成，但也可以利用微型计算机地构成。
而且，本发明的行驶速度控制装置不局限于用于两轮车，它能够广范地适用于以蓄电池驱动式电动机为行驶原动机的各轻型电动车的行驶速度控制装置。
权利要求
1．一种轻型电动车的行驶速度控制装置，具备载人部，制动机构，蓄电池驱动式电动机以及通过游动齿轮把电动机的转动传递给车轮的旋转传动装置，其特征在于，装备有输出与车轮转速成比例的脉冲信号的车轮转动传感器，与制动机构的操作随动地输出信号的制动开关和控制电路，所述控制电路的结构为，通过对由车轮转动传感器输入的脉冲信号的时间间隔的变化进行运算处理而计算出加速度并把所述加速度存储起来，同时向所述电动机提供与所存储的加速度相对应的驱动电流，所存储的加速度在计算出大于这一值的加速度时被更新，在输入有来自制动开关的信号时被消除。
2．如权利要求1所述的轻型电动车的行驶速度控制装置，其特征在于，以在开关的接点未接通的状态下不向电动机提供驱动电流的电路结构设置当在载人部上施加一定负荷以上时接通所述接点、或者用手或脚的操作接通/断开所述接点的安全开关。
3．一种轻型电动车，具备支承多个车轮、具有载人部和转向机构的车架，蓄电池，以该蓄电池为电源的电动机，通过游动齿轮将所述电动机的转动传递给所述车轮中的至少一个上的旋转传动装置，制止车轮转动的制动机构和行驶速度控制装置，其特征在于，行驶速度控制装置装备有输出与车轮的转速成比例的脉冲信号的车轮转动传感器，与制动机构的操作随动地输出信号的制动开关和控制电路，所述控制电路的结构为，通过对由车轮转动传感器输入的脉冲信号的时间间隔变化进行运算处理而计算出加速度并把所述加速度存储起来，同时向所述电动机提供与所存储的加速度相对应的驱动电流，所存储的加速度在计算出大于这一值的加速度时被更新，在输入有来自制动开关的信号时被消除。
全文摘要
一种装备有电动机33、行驶速度控制装置73的电动两轮车，行驶速度控制装置装备有制动开关53、车轮转动传感器51、控制电路75，控制电路计算出加速度并将其存储起来，同时向电动机提供与所存储的加速度相对应的驱动电流，所存储的加速度在计算出大于这一值的加速度时被更新，在输入有来自制动开关的信号时被消除。因此，整个行驶依赖于电动机，即使不使用加速器，也能够反映骑车人的体力或意愿地自动控制行驶速度。
文档编号B60L15/20GK1316352SQ0110332
公开日2001年10月10日 申请日期2001年1月31日 优先权日2000年1月25日
发明者山胁一 申请人:铃木康之, 铃木护益