电动自行车的制作方法

专利名称：电动自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动自行车，尤其涉及一种能够适当使用电池的电动 自行车。
背景技术：
公知有一种电动自行车，除了通过对踏板进行人力旋转所产生的驱动 力以外，还通过马达产生辅助驱动力(例如参照专利文献l)。在电动自行车中一般搭载了用于产生辅助驱动力的马达、和用于对该 马达供给电力的电池。由于马达产生的输出转矩根据从电池向马达供给的 电流值而改变，因此为了产生适当的辅助驱动力，需要对从电池向马达提 供的电流值进行控制。然而，若电池电压开始降低，则为了防止其电压降低，提出了一种方案，对从电池向马达的电力供给量进行限制(例如参照专利文献2)。 专利文献h JP特开2004—149001号公报 专利文献2: JP特开平8—244671号公报作为电动自行车中搭载的电池，通常采用例如锂离子电池、镍氢电池 等可充电的电池。然而，关于这样的可充电的电池，输出电流的限制值是固定的。关于 限制值，存在对数秒左右的瞬间峰值的限制(即瞬时电流限制值)、和对 某种程度长的期间的平均值的限制(即平均电流限制值)。在使用电池的 情况下，必须在双方的限制下使用，需要在该限制下取最大输出。尤其，锂离子电池，与蓄电池或镍氢电池等相比对电流值的限制更严， 必须在遵守该限制的同时得到输出电流。以往的电动自行车，没有提出这样的结构，即一边在输出电流值的限 制下适当使用电池， 一边产生良好的辅助驱动力。

发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种电动自行车，能够一边遵守电 池的输出电流值的限制一边使用，并且通过马达产生适当的辅助驱动力。
本发明的另一目的在于提供一种电动自行车，即使必须通过马达连续 产生大的辅助驱动力的状态继续，也能够遵守对电池的峰值电流值的限制 以及对平均电流值的限制，并安全地使用电池。
本发明的第一技术方案在于， 一种电动自行车，除了通过对踏板进行 人力旋转所产生的驱动力外，还能够产生基于马达的辅助驱动力，包括 踩踏力检测机构，其检测向上述踏板赋予的踩踏力；电池，其蓄积电力； 马达，其由上述电池的电力而被驱动；电力控制机构，其被设置在上述电 池和马达之间，对上述电池与上述马达之间的电力的授受进行控制；电流 量累计机构，其基于上述踩踏力检测机构的检测值来检测踏板的开始踩蹬 和踩蹬结束，累计在上述踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的l次踩蹬动 作期间向上述马达供给的电流量；和电流限制机构，其基于上述电流量累 计机构的累计结果，限制在下一次的踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的 1次踩蹬动作期间向上述马达供给的电流量。
本发明的第二技术方案在于，根据第一技术方案，上述电流限制机构， 具有对上述电池预先规定的瞬时电流限制值作为比较值，在上述踏板的从 开始踩蹬至踩蹬结束为止的踩蹬动作期间进行限制，以使对上述马达供给 的电流值不超过上述瞬时电流限制值。
本发明的第三技术方案在于，根据第一或第二技术方案，上述电流量 累计机构，具有对上述电池预先规定的平均电流限制值作为阈值，在上述 踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的1次踩蹬动作期间，将对上述马达供 给的平均电流限制值以下的电流的累计量作为An，将超过平均电流限制 值的电流的累计量作为Bn来进行累计，上述电流限制机构，当上述电流 量累计机构的累计结果为Bn>An时，将接下来的踏板的从开始踩蹬至踩 蹬结束为止的1次踩蹬动作的瞬时电流限制值降低固定值。
本发明的第四技术方案在于，根据第三技术方案，上述电流限制机构， 在上述电流量累计机构的累计结果为Bn^An时，使接下来的踏板的从开 始踩蹬至踩蹬结束为止的1次踩蹬动作的瞬时电流限制值增加固定值。根据本发明的第一技术方案，对在踏板的从开始踩蹬至踏板的踩蹬结 束为止的各踩蹬动作期间向马达供给的电流量进行累计，基于该累计结 果，限制在接下来的踩蹬动作期间向马达供给的电流量。例如，在某个踩 蹬动作期间的电流量计算值大的情况下，由于在接下来的踩蹬动作期间供 给的电流量受限制，因此能够将整个踩蹬动作期间的累计电流量限制在规 定范围内，能够在电池中预先规定的平均电流限制值的限制下从电池高效 地使电流输出。更具体而言，如第三技术方案所记载，电流量累计机构，具有平均电 流限制值作为阈值，从而能够在1次踩蹬动作期间，对向马达供给的平均电流限制值以下的电流的累计量An、与超过平均电流限制值的电流的累 计量Bn进行累计。然后，当Bn>An时，通过将接下来的1次踩蹬动作中的瞬时电流限 制值降低一定值，从而即使在负载大的状态下(需要使基于马达的辅助驱 动力大的状态)，也能够一边遵守对平均电流限制值的限制， 一边使电流 从电池输出。另外，根据第四技术方案，当电流量累计机构的累计结果为Bn^An 时，也可以使接下来的1次踩蹬动作中的瞬时电流限制值增加一定值。另外，在使瞬时电流限制值增加一定量的情况下，如果使增加至最大 值为止时的电流值不超过瞬时电流限制值的标准值，则也能够遵守瞬时电 流限制值的限制。根据第二技术方案，由于在踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的各踩 蹬动作期间，按照向马达供给的电流值不超过瞬时电流限制值的方式进行 限制，因此能够在对电池预先规定的瞬时电流限制值的限制下从电池适当 地取最大输出。


图1是本发明的一实施方式的电动自行车IO的左视图。 图2是表示本发明的一实施方式的电动自行车IO的电路结构的框图。 图3是用于根据亮灯开关29的切换说明由控制电路24执行的前照灯 20以及尾灯22的亮灯以及亮灭控制动作的流程图。图4是表示由控制电路24执行的刹车状态检测控制动作的流程图。 图5是用于说明输出电流的限制值控制的曲线图。 图6是表示在控制电路24中执行的在平均电流限制值的限制下的控 制动作的流程图。
图7是表示在控制电路24中执行的在瞬时电流限制值的控制下的控 制动作的流程图。
其中IO—电动自行车，ll一电池，14一逆变器，18 —马达，20 —前 照灯，22 —尾灯，24 —控制电路，26 —微型计算机(微机)，29 —亮灯开 关，31—刹车开关，35 —电流传感器，37 —温度传感器，39 —踏板传感器
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式具体进行说明。 图1为本发明的一实施方式的电动自行车IO的左视图。 参照图1，电动自行车IO中具备车架1、把手2、前轮3、后轮4、车 座5、踏板6、刹车杆7这样的自行车的基本结构要素。进而，电动自行 车10中具备安装在对车座5进行保持的车架1中的电池11、和通过来 自该电池ll的电力而驱动的马达18。马达18，被组入到前轮3的轮毂(hub) 8中。从而，该电动自行车10，便成为采用基于马达18的驱动辅助力旋 转前轮3，通过使踏板6旋转的人力来驱动后轮4的双轮驱动方式。
电动自行车10中，进一步在把手2安装操作单元9。操作单元9中， 如放大平面图所示，具备电源接通/断开开关91、模式切换开关92、以及 灯接通/断开开关(亮灯开关)29，并且配置用于对电池余量或模式进行确 认的显示灯94。
电动自行车10中具备通过电池11供给电力的前照灯20以及尾灯22。
进而，与刹车柄7关联地，设置用于检测刹车柄7被操作的刹车开关 31。并且，将用于检测踏板6的踩踏力的踏板传感器39，与踏板链轮齿 (pedal sprocket)(未图示)关联地设置。
另外，在设置于电池11下方的控制器单元41内，备有后述的逆变器 14、控制电路24 (微机26)等电气电路部件。
图2为表示本发明的一实施方式的电动自行车10的电气电路结构的框图。参照图2，电动自行车10中，采用例如锂离子电池或者镍氢电池这样 的可充电电池作为电池11。在电池11的正极端子通过电布线12、 13连接 有逆变器14的一方连接端子。并且，逆变器14的另一连接端子通过电布 线15、 16与电池11的负极连接端子连接。并且，逆变器14通过电布线 17连接有马达18。从而，电池11的电力经由逆变器14向马达18供给，并旋转马达18。 然后，通过马达18的旋转产生辅助驱动力。在电池11的正极连接端子经由电布线12、 19连接有前照灯20的一 方连接端子，前照灯20的另一连接端子经由电布线21、 15、 16与电池11 的负极连接端子连接。从而，前照灯20通过电池11的电力能亮灯。进一步，在电池11的正极连接端子经由电布线12连接有尾灯(tail lamp) 22的一方连接端子。尾灯22的另一连接端子，经由电布线16与电 池11的负极连接端子连接。从而，尾灯22通过电池11的电力能亮灯。并且，在电池11的正极连接端子经由电布线12、 23连接有控制电路 24的一方连接端子，控制电路24的另一连接端子经由电布线25、 16与电 池11的负极连接端子连接。从而，在含有微计算机(微机)26的控制电路24中，供给来自电池 ll的电力，控制电路24由该电力驱动。控制电路24，与逆变器14由信号布线(例如总线)27连接，控制电 路24，或者对逆变器14的动作模式进行切换，或者控制动作。此时，马 达18的旋转状态通过信号布线28被提供给控制电路24。进而，亮灯开关29，通过信号布线30与控制电路24连接，亮灯开关 29的灯接通/断开信号，经由信号布线30被提供给控制电路24。刹车开关(刹车检测传感器)31，也通过信号布线32与控制电路24 连接，施加了基于刹车的制动力的刹车状态信号，经由信号布线32被提 供给控制电路24。控制电路24，通过信号布线33与前照灯20连接，并且通过信号布线34与尾灯22连接。从而，控制电路24，对前照灯20以及尾灯22的亮灯、 熄灯等进行控制。
进而，在与电池11的正极连接端子连接的电布线12中插入电流传感 器35。通过电流传感器35检测电池11的输出电流，其值通过信号线36 被提供给控制电路24。
并且，电池11中具备温度传感器37。温度传感器37，是对电池11 自身的温度或者电池11的周围温度等进行检测的传感器。温度传感器37 的检测温度，通过信号线38被提供给控制电路24。
进而，电动自行车10中具备踏板传感器39。踏板传感器39的检测信 号通过信号线40被提供给控制电路24。踏板传感器39，如上述，是用于 检测踏板的踩踏力的传感器，例如可以通过利用了专利文献1中公开的这 样的磁致伸缩体(magnetostrictor)元件的压力传感器或变位传感器实现。
图3是用于说明根据亮灯开关29的切换由控制电路24执行的前照灯 20以及尾灯22的亮灯以及亮灭控制动作的流程图。
控制电路24，以规定的控制周期(中断程序)对亮灯开关29的状态 进行监视，并判别亮灯开关29是否接通(步骤S1)。
然后，当亮灯开关29被接通时，使前照灯20亮灯，并且以相对慢的 速度使尾灯22亮灭(慢亮灭)(步骤S2)。尾灯22的慢亮灭速度，可以例 示例如反复0.2秒亮灯、1秒灭灯。
另一方面，控制电路24，当判别亮灯开关29没有接通时，将前照灯 20保持在灭灯状态，并且尾灯22也保持在灭灯状态(步骤S3)。
图4是表示由控制电路24执行的刹车状态检测控制动作的流程图。
根据图4的流程，若参照图2进行说明，则控制电路24，以规定的控 制周期(中断程序)对刹车开关31的状态进行监视。然后，是否为由驾 驶者操作刹车柄7的刹车状态，根据刹车开关31是否接通来判别(步骤 Sll)。
然后，若刹车开关31接通，则控制电路24将逆变器14设为再生模 式(步骤S12)。若将逆变器14设为再生模式，则不是由逆变器14向马达 18供给电力，而是马达18作为发电机发挥作用，通过马达18产生的反电 动势从马达18向逆变器14流动再生电流。该再生电流还被使用于对电池ll进行充电，并且当尾灯22导通时，将尾灯22亮灯。控制电路24，将逆变器24设为再生模式，并且以规定的形式、更具 体而言相对快的速度使尾灯22亮灭(快亮灭)(步骤S13)。所谓相对快的 速度，可以例示例如使尾灯22反复以0.2秒亮灯、0.2秒熄灯。另一方面，控制电路24，当判别刹车开关31没有接通时，将逆变器 14设为驱动模式(步骤S14)。逆变器14在驱动模式下，将电池11的电 力从逆变器14被提供给电池18，可以根据需要使马达18驱动。进而，控制电路24，使尾灯22慢亮灭或者关闭(步骤S15)。步骤 S15中的尾灯22的导通/关闭的控制，如图3所说明，根据亮灯开关29是 否接通来进行切换。根据如图4所示的刹车状态的检测控制，若刹车开关31被接通，则 将尾灯22快亮灭，通过尾灯22能够容易明白地报告刹车状态。并且，由 于能够通过来自马达18的再生电力供给尾灯22的快亮灭所需要的功率， 因此能够抑制电池11的电力消耗。接着，针对电池ll的输出电流值的限制控制进行说明。通常，电池11中输出电流的限制值是固定的。关于限制值，存在对 数秒左右的瞬间峰值的限制(即瞬时电流限制值)、和对某种程度长的期 间的平均值的限制(即平均电流限制值)。在电动自行车10中，需要在双 方的限制下，从电池ll取最大功率。因此，在本实施方式的电动自行车10中，进行如图5所示这样的输 出电流的限制值控制。在图5中，纵轴表示瞬间电流控制值以及平均电流控制值，瞬间电流 控制值>平均电流控制值。横轴表示多次的踩蹬动作。1次踩蹬动作是指从 开始踩蹬至踩蹬结束为止。该l次踩蹬动作，是通过一个踏板6 (例如右 踏板)的半旋转而进行的，接下来的一次踩蹬动作，是通过另一个踏板6 (例如左踏板)的半旋转而进行的。在电动自行车10中，对踏板6施加的踩踏力由踏板传感器39检测。 在控制电路24中，根据踏板传感器39所检测的踩踏力对逆变器14进行 控制，并使向马达18供给的电池11的输出电流增减。马达18的输出转 矩，根据电池11的输出电流的增减而增减。在控制电路24中，根据由踏板传感器39所检测的踩踏力，对马达18所产生的辅助驱动力(输出转矩)进行增减。粗略而言，如果踏板传感器39所检测的踩踏力大，则使马达18所产生的辅助驱动力大，如果踩踏力 小，则使辅助驱动力小。辅助驱动力的大小，与向马达18供给的来自电池11的电流值成比例。 因此，在控制电路24中，对根据从踏板传感器39得到的踩踏力增减的电 池11的输出电流值(由电流传感器35所检测的电流值)进行监视，在1 次的踩蹬动作过程中对输出电流值超过预先规定的电池11的平均电流限 制值的量(图5中的Bl)、和收纳在平均电流限制值内的量(图5中的 Al)进行累计。然后，在激烈的上坡等高负荷时，在所求出的电流累计值为B1>A1 的情况下，在接下来的1次踩蹬动作中，将瞬间电流限制值减少一定值。 这样，例如在接下来的1次踩蹬动作(第二踩蹬动作)中，即使检测到与 第一踩蹬动作同样的踩踏力，由于第二踩蹬动作过程中的瞬间电流限制值 比第一踩蹬动作时低，因此电流平均值比第一踩蹬动作期间的电流平均值小。即使在第二踩蹬动作中，也对超过平均电流限制值的量(图5的B2) 以及收纳在平均电流限制值以内的量(图5的A2)进行累计，如果依然 电流计算值为B2>A2,则将第三踩蹬动作的瞬时电流限制值进一步减少一 定值。这样，便使瞬时电流限制值可变至平均电流限制值为止。如果瞬时电流限制值下降至平均电流限制值为止，则必定平均电流限 制值收纳在容许值内。相反，如果某个踩蹬动作(第N次踩蹬动作)中的超过平均电流限制 值的量Bn、与收纳在平均电流限制值以内的量An之间的关系为Bn^ An， 则瞬时电流限制值会增加至预先规定的标准值(最大值)。通过继续这样的控制，从而即使负载大的状态继续，也能够遵守对峰 值电流值的限制(瞬时电流限制值的限制)以及对平均电流值的限制(平 均电流限制值的限制)，能够安全且有效地使用电池11。另外，瞬时电流限制值以及平均电流限制值，根据因电池11的使用 产生的温度变化而变化。从而，在本实施方式中，通过温度传感器37检测电池11的温度，将该检测温度与预先设置的电流限制值表格进行对照， 来决定瞬时电流限制值(标准值)以及平均电流限制值。
接着，沿着图6以及图7的流程图的流程对参照图5说明的控制电路 24中执行的控制动作进行说明。
首先，依据图6的流程进行说明，控制电路24，基于由踏板传感器 39提供的踩踏力判别是否开始踩蹬(步骤S21)。然后，若探测到开始踩 蹬，则开始l次踩蹬动作期间的电流累计，将平均电流限制值以下的部分 作为An，将超过平均电流限制值的部分作为Bn。另外，n为n= 1 、 2、 3、…， 表示各踩蹬动作的顺序。然后，求出1次踩蹬动作的结束即踩蹬结束被探 测到为止的电流累计值An以及Bn (步骤S22、 S23)。
在探测到踩蹬结束后，比较电流累计值Bn和An的大小(步骤S24)。
根据比较的结果，在Bn>An的情况下，使瞬时电流限制值的当前值 降低规定的值(步骤S25)。
相反，如果Bn^An，则确认瞬时电流限制值的当前值没有变成瞬时 电流限制值的标准值(最大值)(步骤S26)，使瞬时电流限制值的当前值 增加一定值(步骤S27)。
在控制电路24中， 一边执行如图6所示的控制动作， 一边并行地在 探测开始踩蹬至探测踩蹬结束为止期间按照不超过如图7所示的瞬时电流 限制值的方式执行电流控制。
艮口，依据图7的流程，对开始踩蹬的探测进行判别(步骤S31)，在基 于踏板传感器39的输出探测到开始踩蹬的情况下，比较从电流传感器35 输入的电流瞬时值和瞬时电流限制值的大小(步骤S32)。然后，在电流瞬 时值比瞬时电流限制值大的情况下，控制逆变器14，使马达18的驱动占 空比降低(步骤S33)。
相反，在电流瞬时值为瞬时电流限制值以下的情况下，比较应向马达 18提供的转矩指示值与马达18的转矩输出值的大小，如果马达转矩指示 值为马达转矩输出值以上，则控制逆变器14使马达18的驱动占空比增加 (步骤S35)。
相反，如果马达转矩指示值为马达转矩输出值以下，则控制逆变器14 使马达18的驱动占空比降低(步骤S36)。然后，在探测到踩蹬结束之前,进行步骤S32 S36的控制(步骤S37)。 通过执行以上动作，从而由踏板传感器39所检测的踩踏力越大，马 达18的转矩输出值越大，产生越大的辅助驱动力，并产生与踩踏力相应 的适当的辅助驱动力。并且，为了产生辅助驱动力，可以控制对马达18 提供的电流值也满足瞬时电流限制值以及平均电流限制值中的任一限制。 本发明并非限定于以上说明的实施方式，在权利要求记载的范围内还 可以有各种变更。
权利要求
1. 一种电动自行车，除了通过对踏板进行人力旋转所产生的驱动力外，还能够产生基于马达的辅助驱动力，包括踩踏力检测机构，其检测向上述踏板赋予的踩踏力；电池，其蓄积电力；马达，其由上述电池的电力而被驱动；电力控制机构，其被设置在上述电池和马达之间，对上述电池与上述马达之间的电力的授受进行控制；电流量累计机构，其基于上述踩踏力检测机构的检测值来检测踏板的开始踩蹬和踩蹬结束，累计在上述踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的1次踩蹬动作期间向上述马达供给的电流量；和电流限制机构，其基于上述电流量累计机构的累计结果，限制在下一次的踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的1次踩蹬动作期间向上述马达供给的电流量。
2. 根据权利要求l所述的电动自行车，其特征在于， 上述电流限制机构，具有对上述电池预先规定的瞬时电流限制值作为比较值，在上述踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的踩蹬动作期间进行限制， 以使对上述马达供给的电流值不超过上述瞬时电流限制值。
3. 根据权利要求1或2所述的电动自行车，其特征在于， 上述电流量累计机构，具有对上述电池预先规定的平均电流限制值作为阈值，在上述踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的1次踩蹬动作期间，将对 上述马达供给的平均电流限制值以下的电流的累计量作为An，将超过平 均电流限制值的电流的累计量作为Bn来进行累计，上述电流限制机构，当上述电流量累计机构的累计结果为Bn〉An时， 将接下来的踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的1次踩蹬动作的瞬时电流 限制值降低固定值。
4. 根据权利要求3所述的电动自行车，其特征在于，上述电流限制机构，在上述电流量累计机构的累计结果为Bn^An时，使接下来的踏板的从开始踩蹬至踩蹬结束为止的1次踩蹬动作的瞬时电流 限制值增加固定值。
全文摘要
本发明的电动自行车中，追求遵守电池的输出电流值的限制的使用。基于踏板传感器(39)所检测的踩踏力，检测踏板(6)的开始踩蹬以及踩蹬结束。并且，在踏板(6)的从开始踩蹬到踩蹬结束为止的1次踩蹬动作期间，求出向马达(18)供给的平均电流限制值以下的电流的累计量An、和超过平均电流限制值的电流的累计量Bn。当累计结果为Bn＞An时，将接下来的踏板(6)的从开始踩蹬到踩蹬结束为止的1次踩蹬动作中的瞬时电流限制值降低一定值。这样便能够在平均电流限制值的限制下良好地使用电池(11)。
文档编号B62M6/45GK101531235SQ20091012871
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月14日
发明者小迎聪, 岛津将博 申请人:三洋电机株式会社