专利名称：电动自行车及其行驶控制方法
技术领域：
本发明涉及一种可从预先设定的自动行驶模式和助动行驶模式等2种电动行驶模式中选择一种，以顺利行驶的电动自行车及其行驶控制方法。
电动自行车作为通过驱动电动机自动行驶的机器脚踏车，已众所周知。
电动助动自行车由于驱动电动机的帮助，其行驶能减轻骑车者的负担，所以近年来许多人一直在使用。这种情况下，驱动电动机的工作必须根据加给曲柄轴的输入力矩和后轮所加的负载力矩之间力的关系正确控制。
因此，电动助动自行车通常采用的结构是设置能检测由脚蹬和踏力加在曲柄轴上的输入力矩的力矩检测机构，作为其代表例，此机构利用曲柄轴旋转力对扭杆施加扭转变形，并检测该扭杆顶端的轴向移动量和扭杆与曲柄轴的相对旋转角。
然而，还没有看到这样一种电动自行车，该自行车所具有的结构能从自动行驶模式(简易机器脚踏车)和助动行驶模式(电动助动自行车)2种行驶模式中适当选择较佳的一种进行顺利行驶，并达到提供使用的程度。
在电动助动车中要借助所述扭杆的扭转变形检测输入力矩时，该输入力矩检测机构和从曲柄轴传给后车轮输入力矩的动力传递机构为分开的系统，需要分开设置，其总体结构复杂，不仅导致成本高，而且导致整体体积和重量大等不足之处。
本发明鉴于已有技术的缺陷，其目的在于提供一种电动自行车及其行驶控制方法，不仅能从预先设定的自动行驶模式和助动行驶模式2种电动行驶模式中适当选择较佳的一种，而且即使在助动行驶模式中，也能根据从曲柄轴传给后车轮输入力矩的动力传递机构，正确检测出来自曲柄轴的输入力矩和来自后车轮的负载力矩，因而能同时实现成本低和重量轻且小型化。
为达到上述目的，本发明的电动自行车(第1发明)，其结构上的特点在于具有对自动行驶模式和助动行驶模式2种电动行驶模式切换自如的模式切换开关；上述自动行驶模式，操作车把把手的一处所设置的手动电控器的手动操作而进入转动状态所确定的驱动信号，使通过驱动用电动机控制的自动行驶运转自如；所述助动行驶模式，通过脚蹬的踏力加到曲柄轴上的输入转矩与后车轮施加的负载转矩所确定的驱动信号，使通过所述驱动用电动机控制的助动行驶运转自如。
这种情况下，最好具有固定在由脚蹬的踏力强制转动的所述曲柄轴上的原动侧凸轮盘和从动侧凸轮盘，所述从动侧凸轮盘固定在链条大齿轮上，该链条大齿轮利用一对各自的凹陷面相对且插在中间的碟形弹簧，顶出往所述原动侧凸轮盘侧的轴向压力，轴支撑在所述曲柄轴侧旋转和轴向移动自如；将所述原动侧凸轮盘设置的隆起部与所述从动侧凸轮盘设置的凹陷部相对配置，使在多处配合成往旋转方向滑动自如；随着所述后车轮所加负载转矩增大而原动侧凸轮盘中所述隆起部侧壁滑动并在所述从动侧凸轮盘产生旋转方向上的位置偏移，伴随该位置偏移变动的相互间隔开的距离变换成配置在靠近围绕所述原动侧凸轮盘和所述从动侧凸轮盘外周围固定于链条大齿轮侧的磁环内端面侧2个适当位置以自如检测磁力的转矩传感器分别测出的检测值的计算值，控制驱动用电动机的驱动，从而对后车轮自如提供驱动辅助力矩，与此同时，在位于轴方向上的相反侧并与所述链条大齿轮连接的曲柄，其内侧处所含曲柄轴上轴固定呈与所述链条大齿轮大致相同的形状的车速检测用大齿轮，并通过与该车速检测用大齿轮的齿轮相对的部位上设置的车速传感器，自如检测行驶速度，使所述助动行驶模式中的行驶成为可能。
最好将所述的一对碟形弹簧配置成使凹陷面之间介入弹性材料，而且，可适合采用所述磁环用其旋转时位于以转矩传感器相对部位且呈圆环状的磁铁部和覆盖该磁铁部除内端面外的其它部位的树脂增强部形成一体的结构。又，希望在所述隆起部的上表面设置凹陷对合部，并在位于与该凹陷对合部相对的部位的从动侧凸轮盘凹陷部始端一侧树立固定销，以该固定销从所述凹陷对合部始端到终端的行程为限度，自如限制相对于从动侧凸轮盘的原动侧凸轮盘位置偏移的移动。
另一方面，本发明涉及的电动自行车行驶控制方法(第2发明)，其特点在于，利用切换自动行驶模式和助动行驶模式2种电动行驶模式进行控制，其中，自动行驶模式根据设置于操纵架把手一处的手动电控器手动的转动状态，使驱动信号发生变化，并施加与该驱动信号变化程度相应的电压，对驱动用电动机的驱动进行控制，助动行驶模式则用通过脚蹬的踏力加到曲柄轴的输入转矩与后车轮施加的负载转矩的之间关系所确定的驱动信号，对所述驱动用电动机进行驱动控制。
这种情况下，最好至少具有设置在车体上装卸自如的可充电电池、为根据该电池所加电压并通过轮毂强制使后车轮转动而设置的驱动用电动机、根据所述曲柄轴直接联动的车速检测用大齿轮的转动状况检测车速的速度传感器、根据固定在以脚蹬的踏力为输入转矩而被强制旋转的曲柄轴上的原动侧凸轮盘与固定在利用一对各自的凹陷面相对并插在中间的碟形弹簧顶出往所述原动侧凸轮盘一侧的轴向的压力轴支撑在所述曲柄轴侧转动和在轴向移动自如的链条大齿轮上的从动侧凸轮盘之间的接离状况进行检测的转矩传感器，以及根据包含所述模式切换开关的操作部中各种开关的输入操作状况对其总体进行统一控制的控制部；首先判别来自所述模式切换开关的输入是自动行驶模式，还是助动行驶模式；如果是自动行驶模式，进行电池充电状况的校验，充电状况没有问题，则在关断开关真正动作前，进行使手动电控器输入信号相应的脉冲宽度渐增或渐减的控制，并输出该控制后所得的脉冲，一面进行与有无掣动相应的过流限制处理，一面进行自动行驶模式中的驱动用电动机的控制；如果是助动行驶模式，仅在所述操作部使接通开关真正动作时，根据所述控制部发来的指令，进行校验控制系统是否正常的自诊断，倘若正常，进行所装电池电量状况的校验，电量状况没有问题，则在关断开关真正动作前，通常根据速度传感器的检测信号测定速度，同时根据转矩传感器的检测信号测定转矩，并从这些测定的速度和转矩算出脉冲，按与预先设定的基准值的关系进行脉冲宽度渐增或渐减的控制，输出该控制后所得的脉冲，一面进行与有无掣动相应的过流限制处理，一面进行助动行驶模式中的驱动用电动机的驱动。
又，希望根据从分开配置的2个转矩传感器单独取得的检测信号所得的各检测值求出的计算值，进行转矩的测定。
图1是示意本发明所涉及电动自行车概略结构的说明图。
图2是省略图1中包含曲柄轴的动力传递机构详况的一部分后的关键部分结构图。
图3是将图2中组成动力传递机机构的原动侧凸轮盘与从动侧凸轮盘拉开成相互开放可见状的状态下的立体图。
图4(甲)是图2中动力传递结构无负载状态的说明图，图4(乙)是图2中从动侧产生负载时的状态的说明图。
图5是本发明所涉及电动自行车的功能框图。
图6是本发明中驱动用电动机的驱动控制系统的方框图。
图7是本发明所涉及电动自行车行驶控制方法处理步骤的流程图。
图中11—电动自行车12—车架13—脚蹬 14、15—曲柄14a、15a—毂部16—主轴组件17—曲柄轴18—链条大齿轮18a—齿部 19—通孔20—法兰盘22—原动侧凸轮盘22a—一侧面 23—隆起部23a—斜面 23b—棱线23c—斜面 24—凹陷对合部
24a—始端 24b—末端25—从动侧凸轮盘25a—一侧面26—凹陷部 26a—始端27—定位销 28—螺孔29—碟形弹簧30—弹性材料31—紧固螺钉32—磁环33—磁铁部 33a—内端面34—树脂增强部 35—速度传感器36—防尘橡皮盖 37—车速检测用大齿轮37a—齿部 38—操作部39—转矩传感器 39a—传感器固定盘41—链条42—飞轮43—后车轮 44—电池45—壳体46—控制部47—车把48—把手49—手动电控器 50—模式切换开关F—脚蹬的踏力 R—路面M—驱动用电动机图1为示意本发明所涉及电动自行车(第1发明)概略结构例的说明图。
根据图1，电动自行车11至少具有操作部38和手动电控器49。操作部38具有模式切换开关50，对具有简易机器脚踏车的功能的自行车行驶模式和具有电动助动车功能的助动行驶模式的二种电动行驶模式中自如地选择任意一种。手动电控器49设置在操纵架47的把手48的一处，用手转动自如，以便在选择自动行驶模式时，施加例如使可变电阻器的电阻值变化等与驱动信号变化程度相适应的电压，对驱动用电动机M的驱动进行控制。
该电动自行车11利用操作部38的模式切换开关50选择自动行驶模式，从而给驱动用电动机M施加与手动电控器49的转动状态(转动角)相适应的驱动信号所对应的电压，进行驱动控制，由此，能在所希望的速度(车速)下自动行驶。
在不选择自动行驶模式，也不选择助动行驶模式时，利用踩脚蹬13所产生的脚蹬踏力F，产生输入转矩，通过曲柄14、15强制使穿通支撑在吊架16上旋转自如的曲柄轴17旋转。而且，利用从该曲柄轴17上固定的链条大齿轮18经链条41和链条小齿轮42传递的输入转矩，强制使后车轮43转动，从而能在平坦路面R上依靠人力行驶。
在利用操作部38的切换开关50选择助动行驶模式后开始行驶时和坡道等斜面上行驶时，接受支撑在车架12上装卸自如的电池44的供电，驱动与后车轮43的链条小齿轮42成同轴状配置的、壳体45内的驱动用电动机M，由该驱动电动机的旋转力对后车轮43添加驱动辅助转矩，在该转矩支援下能方便地进行助动行驶。图中的符号45表示另行设置的控制部，用于进行驱动用电动机M的驱动控制和必要的运算。
图2为部分省略示出图1中包含曲柄轴47的动力传递机构详细的关键部分的结构图。如图1所示的一样，顶端装有脚蹬13的曲柄14、15分别在其基端设置毂部14a、15a，通过这些毂部14a、15a固定在曲柄轴17的两个端部。因此，从脚蹬13通过曲柄14、15交互施加的脚蹬踏力F成为输入转矩传到曲柄轴17，强制使该曲柄轴17转动。
而且，一个曲柄14的毂部14a确保对曲柄轴17的轴向的长度比较长，以将轴装到该毂部14a的内端侧，使与原动侧凸轮盘22能成为一体进行旋转。
根据原动侧凸轮盘22的一侧面22a与从动侧凸轮盘25的一侧面25a相对吻合配置的关系，将从动侧凸轮盘25滑动插入毂部14a中间部分的外周。在从动侧凸轮盘25的适当位置配置螺孔28，利用通过贯穿位于与该螺孔28相对的部位的链条大齿轮18的通孔19用螺纹装定的紧固螺钉31，使从动侧凸轮盘25与链条大齿轮18一体化。因此，从动侧凸轮盘25与链条大齿轮18可在对曲柄轴17成一体化的轴向移动，而且被轴支撑得旋转自如。
图3是在将构成上述动力传递机构的原动侧凸轮盘22与从动侧凸轮盘25拉开成作为其对置面的一侧面22a、25a相互开放可见状的状态下示出的立体图。根据该图，在原动侧凸轮盘22的一侧面22a方，在其圆周方向等距离间隔设置共3个隆起部23。而且，各隆起部23呈三角形，分别具有沿原动侧凸轮盘22的旋转方向逐渐向上倾斜的斜面23a，以及在该斜面23a的末端形成棱线23b且向下倾斜的斜面23c。
从任何一个隆起部23的斜面23a跨越棱线23b形成有底的凹陷对合部24，呈沿原动侧凸轮盘22旋转方向的外周部略为弯曲的大致为椭圆缺口状。也可利用取有底长洞或与有底长洞大致相同的形状贯穿而成的长孔或切削内周部而成的缺口等形成该凹陷对合部24。
在与原动侧凸轮盘22的一侧面22a的相对一侧的从动侧凸轮盘25的一侧面25a，设置共3个谷状的凹陷部26，呈与原动侧凸轮盘22的各隆起部23相互面对吻合的断面形状。
具有与设置凹陷对合部24的隆起部23相对的位置关系的凹陷部26，在其始端26a设立有固定销27，该销的长度和粗细可嵌入凹陷对合部24内。
如图2所示，在曲柄14的毂部14a外端侧设置的法兰盘20与链条大齿轮18之间，按凹陷面相互对合的配置关系插入一对碟形弹簧29，借助该弹簧，使链条大齿轮18和从动侧凸轮盘25一直能顶压到驱动侧凸轮盘22一方。这时，最好在一对碟形弹簧29、29的凹陷面之间介入橡胶和软树脂材料等组成的弹性材料30。碟形弹簧29、29还用装在法兰盘20的周端与链条大齿轮18的外侧面之间的防尘盖36覆盖。
在链条大齿轮18的内侧面固定安装磁环32，该磁环设置成从外周侧覆盖原动侧凸轮盘22和从动侧凸轮盘25。磁环32可适合采用以形成圆环状的例如橡胶磁铁和铁氧体磁铁组成的磁铁部33，使该磁铁部33的内端面33a露出并覆盖其全部的圆盘状增强树脂34等2部分形成的结构。然而，根据需要，也可使用由图中未画出的由磁性材料制磁环形成的结构。在2个对置的适当位置，图示例子中，则在上下各一个位置，例如由传感器盖39a支撑，分别靠近该磁铁部33的内端面33a配置转矩传感器39，以检测磁力自如。因此，这些转矩传感器39构成根据分别检测出的检测值取平均等的计算值，能检测出与磁铁部33的内端面33a之间隔开的距离，即可通过另行准备的磁路检测其各时期的负载转矩。
位于相反侧与链条大齿轮18相连的曲柄15，其毂部15a内侧处所含的曲柄轴17上，固定与链条大齿轮18形状大致相同的车速检测用大齿轮37，通过与该车速检测用大齿轮37的齿部37a相对的部位上靠近配置的、例如由光传感器和磁传感器等组成的速度传感器35，能检测行驶速度。
这时，将转矩传感器39和速度传感器35所得的各检测信号分别送到控制部46，在该控制部46进行运算，作为运算曲柄轴17上加的输入转矩与后车轮43施加的负载转矩之间产生的合成转矩和车速用的数据加以利用。
下面，对本发明的方法(第2发明)，及作为第1发明的上述结构所组成的电动自行车11的作用，进行说明。
图5、图6和图7分别示出一电动自行车11的功能框图、一驱动用电动机的驱动控制系统的框图和一本发明方法处理步骤的流程图。
根据图5—图7和图1，电动自行车11如上所述，至少具有充电自如的电池44、利用该电池44进行工作的电动机M、对车速进行检测的车速传感器35、对负载转矩进行检测的转矩传感器39、根据操作部38中包含有模式切换开关50的各种开关的操作状况，对其总体进行统一控制的控制部46。
图6为方框图，示出根据包含模式切换开关50等的输入/显示电路所组成操作部38的输入状况，对驱动用电动机M进行驱动控制的控制部46的结构例。控制部46包含设置在手动电控器49并用于取得检测可变电阻器生成的电阻值等适当的驱动信号的手动电控器电路、检测通过脚蹬踏力F加给曲柄轴17的输入转矩和后车轮43施加的负载转矩的转矩检测电路、驱动用电动机的驱动控制电路、处理与掣动状态相适应的过流限制和车速等的安全性检测维护电路。驱动用电动机的驱动控制电路除CPU等组成的微处理器电路外，还包含驱动电路和各种限制器。
用于上述电动自行车11并使用本发明的方法是利用切换自动行驶模式和助动行驶模式二种电动行驶模式，进行控制。所述自动行驶模式根据设于操纵架47的手动电控器49的转动状态，使可变电阻器产生的电阻值等适当的驱动信号变化，施加与该变化程度相应的电压，对驱动用电动机M进行驱动控制。所述助动行驶模式施加按通过脚蹬的踏力F施加给曲柄轴17的输入转矩与后车轮施加的负载转矩之间的关系确定的电压，对驱动用电动机M进行驱动控制。
根据图7所示进行较详细的说明。首先，判别模式切换开关50的输入是自动行驶模式，还是助动行驶模式。这时的模式切换开关50的输入，如图所示，利用同时按压接通(ON)开关和关断(OFF)开关的方法进行，但也可用其它适当的方法进行。
根据图7的所示，自动行驶模式和助动行驶模式的判别是接通开关和关断开关同时按压2秒以上时为自动行驶模式，此外的开关操作为助动行驶模式。
选择自动行驶模式时，校验电池44的电压，当该电压低于基准电压时，操作部38的发光二极管(LED)点亮，表示异常，从而通知操作者。
电池44的电量状况没有问题，则在操作部38使关断开关真正动作(例如关断开关动作1秒以上)前，对手动电控器49所输入驱动信号相应的脉冲宽度渐增或渐减进行控制(PWM控制)。
校验是否加以掣动的过流限制处理，施加掣动时立即使供电电路断开，停止驱动用电动机M的驱动，以防止烧坏。在没有施加掣动时，输出PWM控制所得的脉冲，对驱动用电动机M进行驱动控制，从而可在自动行驶模式下继续行驶。
另一方面，选择助动行驶模式时，仅在操作部38使接通开关真正动作时，根据控制部46发来的指令，进行校验控制系统是否正常的自诊断。如果正常，则进行所装电池44的电量状况校验，倘若电量状况没有问题，在关断开关真正动作前，通常根据速度传感器35发来的检测信号，测定车速，同时根据转矩传感器39发来的检测信号，测定转矩，并根据这些车速和转矩算出脉冲，按照与预先设定的基准值的关系进行脉冲宽度渐增或渐减的控制(PWM控制)。
还进行校验是否加以掣动的过流限制处理，施加掣动时立即将供电电路断开，停止驱动用电动机M的驱动，以防止烧坏。在没有施加掣动时，输出PWM控制所得的脉冲，对驱动用电动机M进行驱动控制，从而可在助动行驶模式下继续行驶。
即，在助动行驶模式下，由操作者通过电动自行车11的操作部38使接通开关动作时，判断是否持续按压例如2秒以上，从而在持续按压2秒以上时，作为接通开关真正动作，并根据控制部46发来的指令，进行自动校验控制系统是否正常的自诊断。判断自诊断结果异常时，操作部38所设LED点亮，表示出错。
自诊断结果为电动自行车11的控制系统无异常，则校验车架12上装的电池44的电压，该电压低于基准电压时，操作部38的LED点亮，表示异常等，从而通知操作者。
如果电池44的电量状况没有问题，则操作部38关断开关真正动作(例如关断开关动作1秒以上)前，在电源接通状态下速度传感器35对速度进行测定。
具体而言，开始操作并交互踩踏脚蹬13所得的脚蹬踏力F通过曲柄14、15，成为输入转矩传给曲柄轴17，从而达到强制使与毂部14a、15a和驱动侧凸轮盘22一体化的曲柄轴17旋转。
该曲柄轴17上固定有车速检测用大齿轮37，因而该车速检测用大齿轮37也转动。速度传感器35正确检测出该齿轮的各个齿部37a的通过状况，根据其检测信号，可测定速度。即，可将在预先设定的一定时间内通过的齿轮部18a的个数所对应的检测信号送到控制部46，该控制部46则根据通过的齿部18a的个数运算曲柄轴17(链条大齿轮18)的旋转速度，并根据齿轮比和后车轮46的直径算出电动助动自行车11的车速。车速检测用大齿轮37设有施加链条大齿轮18那样的负载转矩，因而旋转时振动小，能正确检测转数。
另一方面，交互踩踏脚蹬13所得的脚蹬踏力F通过曲柄14、15，成为输入转矩，从曲柄轴17传到链条大齿轮18。这时，从动侧凸轮盘25与链条大齿轮18共同被碟形弹簧29、29顶压到驱动侧凸轮盘22的方向，因而链条大齿轮18所加负载小于碟形弹簧29的按压力时，如图4(甲)所示，驱动侧凸轮盘22与从动侧凸轮盘25，在其隆起部23与凹陷部26相互嵌合的状态下贴近并相对吻合。
在该状态下，由驱动侧凸轮盘22与从动侧凸轮盘25之间产生的摩擦力将驱动侧凸轮盘22的旋转运动原样传到从动侧凸轮盘25，强制使该从动侧凸轮盘25直接联动的大齿轮18旋转，从而可通过链条41和链条小齿轮42将旋转力提供给后车轮43。
电动自行车11在助动行驶模式下开始行驶时，或者在来到坡道时等对后车轮43施加大负载的情况下，这时产生的负载转矩通过链条小齿轮42和链条41，从链条大齿轮18传到从动侧凸轮盘25。
即，从动侧凸轮盘25由上述负载转矩施加要使其停止旋转的掣动，因而与由于从脚蹬13所得输入转矩而仍然要旋转的驱动侧凸轮盘22之间产生方向相反的作用力，从而产生相互位置偏移。
这样在驱动侧凸轮盘22与从动侧凸轮盘25之间产生的位置偏移作为要使驱动侧凸轮盘22的隆起部23脱离从动侧凸轮盘25的凹陷部26的力起作用，从而将凹陷部26按压到斜面23a的倾斜方向，结果造成滑动插装的从动侧凸轮盘25一面反抗碟形弹簧29、29的按压力，一面沿曲柄14的毂部14a的轴向往外侧方向压出。
驱动侧凸轮盘22与从动侧凸轮盘25之间产生位置偏移，则在脚蹬13方来的输入转矩与后车轮43方来的负载转矩的平衡点使其运动停止。因此，通过测量这时沿从动侧凸轮盘25的毂部14a的轴向的移动量，可求出曲柄轴17上施加的输入转矩与后车轮43施加的负载转矩之间产生的合成转矩的大小。
具体而言，能用磁路检测转矩传感器38与固定在链条大齿轮18上的磁环32中磁铁部33的内端面33a之间隔开的距离。因此，设负载转矩为零时，隔开的间距为t1，如图4(甲)所示，产生负载转矩时，隔开的间距为t2，如图4(乙)所示。于是，从动侧凸轮盘25(链条大齿轮18)的轴向移动量为t2-t1，合成转矩也与该移动量成正比。因此，通过控制部46运算转矩传感器39得到的检测值，从而能算出合成转矩的大小。
由于通过碟形弹簧29、29总是将从动侧凸轮盘25压倒驱动侧凸轮盘22方，在该驱动侧凸轮盘22上加的输入转矩与从动侧凸轮盘25上加的负载转矩平衡的状态下，驱动侧凸轮盘22的旋转传到从动侧凸轮盘25。因此，导致固定在从动侧凸轮盘25上的链条大齿轮18也旋转，并通过链条对后车轮43进行旋转驱动。在一对碟形弹簧29的凹陷面之间介入弹性材料30的情况下，当解除按压力时能提供更可靠的复原力，使碟形弹簧29自动恢复原状。
如图4(甲)、图4(乙)所示，在近磁铁部33的内端面33a相对两处配置有转矩传感器39时，即使磁环往往在其转动时振动，也根据这些转矩传感器39分别测出的检测值取平均的计算值，正确检测到与磁铁部33的内端面33a之间隔开的距离，从而能通过另行准备的磁路正确检测出其各时期的负载转矩。即，如果负载转矩为零时，隔开的距离为t1和t2，而产生负载时，隔开的距离为t3和t4，分别如图4(甲)和图4(乙)所示，则从动侧凸轮盘25(链条大齿轮18)的轴向移动量可为t3-t1和t2-t42个值，通过控制部46运算其平均值，或运算平均值以外的适当计算值，从而能正确算出合成转矩的大小。
控制部46根据这样算出的车速和合成转矩，算出脉冲，并按照与预先设定的基准值的关系，进行脉冲宽度渐增或渐减控制，即，进行脉宽调整控制(PWM控制)。然后，将该控制所得的脉冲输出，只要电动自行车11处于在助动行驶模式下行驶的状态，就一面正确控制驱动用电动机M的驱动，一面对后车轮43添加规定的驱动辅助转矩。因此，利用踩脚蹬13得到的输入转矩和从驱动用电动机M得到的驱动辅助转矩，驱动后车轮43，结果能在适应其各时期状况的最佳助动行驶模式下，轻快行驶。
原动侧凸轮盘22可在其一侧面22a所设置隆起部23中的任一个设置凹陷对合部24，从动侧凸轮盘25可在其一侧面25a所设置凹陷部26中的任一个设置固定销27。
于是，在这种情况下，使固定销27位于凹陷对合部24内，从而让原动侧凸轮盘22与从动侧凸轮盘25相互面对吻合，并能以固定销27从凹陷对合部24的始端24a到终端24b的行程为限度，限制原动侧凸轮盘22的滑移。
因此，即使有时例如施加超过预计负载转矩，也可使隆起部23部超越凹陷部26，此外，即使在下坡等情况下链条大齿轮18反向旋转，也能阻止发生负载转矩。在电动自行车11停车时不小心使链条大齿轮18反向旋转之际，产生负载转矩，对驱动用电动机M进行驱动，依靠这时的驱动辅助转矩，后车轮43自然转动，或者电动自行车11失控等状态发生时，能防止意外事故的发生。
本发明的电动自行车11中，可将曲柄轴17上加的输入转矩和后车轮43施加的负载转矩作为合成转矩进行检测。因此，可通过同一动力传递机构进行合成转矩的检测和对后车轮43传递动力，能简化总体结构，实现低成本和重量轻且小型化。
图7中，由控制部46进行控制系统是否正常的自诊断后，进行电池44的电量状况校验，但也可校验电池44的电量状况后，再进行检测系统是否正常的自诊断。
综上所述，本发明中，根据第1发明，能切换自动行驶模式和助动行驶模式2种电动行驶模式，使电动自行车行驶。因而，例如在河川之类一般道路以外的场所，作为简易机器脚踏车行驶，在一般道路，作为电动助动自行车行驶等，能享受适应该各种时期状况的轻松行驶。
第1发明中，原动侧凸轮盘的隆起部与从动侧凸轮盘的凹陷部往旋转方向滑动，嵌合自如并相对吻合，而且具有转矩传感器，随着后车轮施加的负载转矩增大，隆起部的侧壁滑动，在旋转方向检测位置偏移。这种情况下，可提供具有简化动力传递机构的电动自行车，该机构可将曲柄轴上加的输入转矩和后车轮施加的负载转矩作为合成转矩同时检测。因此，不仅能降低该电动自行车产品成本，而且能实现重量轻且小型化。
这时，如果在一对碟形弹簧的凹陷面之间介入弹性材料，则在解除按压力时能提供更可靠的复原力，使碟形弹簧自动恢复原状。在用磁铁部和树脂增强部一体形成磁环的情况下，能只用磁传感器构成转矩传感器，此外，还能降低材料成本，可对整机成本的降低作出有效贡献。设置在隆起部的凹陷对合部内的凹陷部插入有立式的固定销，在以形成原动侧凸轮盘和从动侧凸轮盘时，即使原动侧凸轮盘滑动，也能以从凹陷对合部始端到终端的行程为限度，限制其移动。因此，即使有时施加超过预料的负载转矩，或者在下坡等情况下链条大齿轮反向旋转，或者自行车停车时不小心使链条大齿轮反向旋转，电动自行车也不会失控，能预先防止意外事故的发生。
根据第2发明，可利用切换自动行驶模式和助动行驶模式2种自动行驶模式，控制电动自行车的行驶。自动行驶模式施加由设置在操纵架上手动电控器转动状态确定的与驱动信号相应的电压，对驱动用电动机的驱动进行控制。助动行驶模式施加按通过脚蹬踏力加给曲柄轴的输入转矩与后车轮施加的负载转矩所确定的电压，对驱动用电动机的驱动进行控制。
第2发明中，经常根据速度传感器来的检测信号测定速度，同时根据转矩传感器来的信号测定转矩，并从这些速度和转矩算出脉冲宽度，按与预先设定的基准值的关系进行脉冲宽度渐增或渐减控制，输出该控制后所得的脉冲，从而只要电动自行车处于助动行驶模式下行驶的状态，就能对驱动用电动机的驱动进行控制，所以能在与自行车各时期状况相适应的最佳助动行驶模式下轻快行驶。速度传感器不是从施加负载转矩且旋转时振动的链条大齿轮，而是能从另行设置的车速检测用大齿轮，检测旋转数，因而能测定更加正确的车速。再者，根据从分别配置的2个转矩传感器得到的检测值，测定转矩。这时，能更正确地算出合成转矩的大小，可在更好的助动行驶模式下轻快行驶。
权利要求
1.一种电动自行车，其特征在于，具有对自动行驶模式和助动行驶模式2种电动行驶模式切换自如的模式切换开关；上述电动行驶模式，操作车把把手的一处所设置的手动电控器的手动操作而进入转动状态所确定的驱动信号，使通过驱动用电动机控制的自动行驶运转自如；所述助动行驶模式，通过脚蹬的踏力加到曲柄轴上的输入转矩与后车轮施加的负载转矩所确定的驱动信号，使通过所述驱动用电动机控制的助动行驶运转自如。
2.如权利要求1所述的电动自行车，其特征在于，具有固定在由脚蹬的踏力强制转动的所述曲柄轴上的原动侧凸轮盘和从动侧凸轮盘，所述从动侧凸轮盘固定在链条大齿轮上，该链条大齿轮利用一对各自的凹陷面相对且插在中间的碟形弹簧，顶出往所述原动侧凸轮盘侧的轴向压力，轴支撑在所述曲柄轴侧旋转和轴向移动自如；将所述原动侧凸轮盘设置的隆起部与所述从动侧凸轮盘设置的凹陷部相对配置，使在多处配合成往旋转方向滑动自如；随着所述后车轮所加负载转矩增大而原动侧凸轮盘中所述隆起部侧壁滑动并在所述从动侧凸轮盘产生旋转方向上的位置偏移，伴随该位置偏移变动的相互间隔开的距离变换成配置在靠近围绕所述原动侧凸轮盘和所述从动侧凸轮盘外周围固定于链条大齿轮侧的磁环内端面侧2个适当位置以自如检测磁力的转矩传感器分别测出的检测值的计算值，控制驱动用电动机的驱动，从而对后车轮自如提供驱动辅助力矩，与此同时，在位于轴方向上的相反侧并与所述链条大齿轮连接的曲柄，其内侧处所含曲柄轴上轴固定呈与所述链条大齿轮大致相同的形状的车速检测用大齿轮，并通过与该车速检测用大齿轮的齿轮相对的部位上设置的车速传感器，自如检测行驶速度，使所述助动行驶模式中的行驶成为可能。
3.如权利要求1或2所述的电动自行车，其特征在于，所述一对碟形弹簧配置成使凹陷面之间介入弹性材料。
4.如权利要求1至3的任一权利要求所述的电动自行车，其特征在于，所述磁环用其旋转时位于以转矩传感器对置部位且呈圆环状的磁铁部和覆盖该磁铁部除内端面外的其它部位的树脂增强部形成一体。
5.如权利要求1至4的任一权利要求所述的电动自行车，其特征在于，在所述隆起部的上表面设置凹陷对合部，并在位于与该凹陷对合部相对的部位的从动侧凸轮盘凹陷部始端一侧树立固定销，以该固定销从所述凹陷对合部始端到终端的行程为限度，自如限制相对于从动侧凸轮盘的原动侧凸轮盘位置偏移的移动。
6.一种电动自行车行驶控制方法，其特征在于，利用切换自动行驶模式和助动行驶模式2种电动行驶模式进行控制，其中，自动行驶模式根据设置于操纵架把手一处的手动电控器的转动状态，使驱动信号发生变化，并施加与该驱动信号变化程度相应的电压，对驱动用电动机的驱动进行控制，助动行驶模式则用通过脚蹬的踏力加到曲柄轴的输入转矩与后车轮施加的负载转矩所确定的驱动信号，对所述驱动用电动机的进行驱动控制。
7.如权利要求6所述的电动自行车行驶控制方法，其特征在于，至少包括设置在车体上装卸自如的可充电电池、为根据该电池所加电压并通过轮毂强制使后车轮转动而设置的驱动用电动机、根据所述曲柄轴直接联动的车速检测用大齿轮的转动状况检测车速的速度传感器、根据固定在以脚蹬为输入转矩而被强制旋转的曲柄轴上的原动侧凸轮盘与固定在利用一对各自的凹陷面相对并插在中间的碟形弹簧顶出往所述原动侧凸轮盘一侧的轴向的压力轴支撑在所述曲柄轴侧转动和在轴向移动自如的链条大齿轮上的从动侧凸轮盘之间的接离状况进行检测的转矩传感器，以及根据包含所述模式切换开关的操作部中各种开关的输入操作状况对其总体进行统一控制的控制部；首先判别来自所述模式切换开关的输入是自动行驶模式，还是助动行驶模式；如果是自动行驶模式，进行电池电量状况的校验，电量状况没有问题，则在关断开关真正动作前，进行使手动电控器输入信号相应的脉冲宽度渐增或渐减的控制，并输出该控制后所得的脉冲，一面进行与有无掣动相应的过流限制处理，一面进行自动行驶模式中的驱动用电动机的控制；助动行驶模式，仅在所述操作部使接通开关真正动作时，根据所述控制部发来的指令，进行校验控制系统是否正常的自诊断，倘若正常，进行所装电池电量状况的校验，电量状况没有问题，则在关断开关真正动作前，通常根据速度传感器的检测信号测定速度，同时根据转矩传感器的检测信号测定转矩，并从这些测定的速度和转矩算出脉冲，按与预先设定的基准值的关系进行脉冲宽度渐增或渐减的控制，输出该控制后所得的脉冲，一面进行与有无掣动相应的过流限制处理，一面进行助动行驶模式中的驱动用电动机的驱动。
8.如权利要求6或7所述的电动自行车行驶控制方法，其特征在于，转矩的测定是通过分开设置的2个转矩传感器单独取得的检测信号所得的各检测值求出的计算值而进行。
全文摘要
本发明提供一种电动自行车及其行驶方法,具有对自动行驶模式和助动行驶模式2种电动行驶模式切换自如的模式切换开关50。自动行驶模式,根据设于车把47的把手48的一处的手动电控器49之转动状态确定的驱动信号,施加电压对驱动用电动机M进行驱动;助动行驶模式,通过脚蹬的踏力F加到曲柄轴17的输入转矩与后车轮43施加的负载转矩所确定的施加电压,对驱动用电动机进行驱动。
文档编号B60L15/00GK1344655SQ0111696
公开日2002年4月17日 申请日期2001年5月11日 优先权日2000年9月20日
发明者李金山, 三上和正, 坂卷佳寿美 申请人:株式会社日本综合利用技研, 三上和正, 坂卷佳寿美