专利名称：用于控制电动自行车的电驱动装置的控制设备和用于向电动自行车的电负载馈电的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制设备和一种向电动自行车的负载馈电的方法，并且尤其涉及电动自行车中的灯光失效的探测和显示。通常地，道路交通所允许的自行车装配有电照明装置。在此设有电源，所述电源仅用于向照明装置馈电。
背景技术：
有故障的照明可以导致道路交通中的较大危险，其中由照明装置本身提供的灯光信号不是朝向驾驶者的并且因此对于驾驶者而言不能容易地检验正确运行。这尤其涉及尾灯的运行。例如在出版文献DE 20 114 272 Ul中公开一种电路，所述电路设置在照明装置和电源(发电机)之间，并且其根据所求得的电流来监视照明装置的运行以及检测故障。监视所需的电路需要部件的较高额外开销，所述部件仅仅用于表示所述电路。对于电动自行车，迄今仅仅公开了以下控制装置:在所述控制装置中虽然表示照明装置的激活(即电压输出)，但不检验实际运行。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种具有运行监视的、用于电动自行车的照明装置，其可以通过有效的方式来实现。这个任务通过根据独立权利要求的控制设备和方法来解决。本发明可以实现照明监视的有效实现，其中仅仅需要最少量的额外部件。此外，本发明允许一起使用电动自行车的大部分已经存在的电组件和电子组件，从而已经提供其他功能的组件提供根据本发明的功能。本发明尤其可以通过简单的方式通过用于电动自行车的现有控制设备的最少改动来实现。本发明尤其适于具有踏板驱动装置和电驱动装置(即具有蓄电池连接端的电动机)的电动自行车，其中合适的电动自行车可以具有不同的结构方式。特别地，本发明也适于装配有用于控制电驱动装置的控制设备并且不具有踏板驱动装置的其他电运行的车辆，例如电动摩托车。本发明提出，照明电路集成在控制设备中，其中照明电路由控制设备馈给电流或者动用与控制设备相同的电源。照明电路具有灯具连接端，例如用于电动车辆的尾灯和前灯的灯具连接端。根据本发明，监视照明装置的实际运行，其中这超出说明在灯具连接端上是否施加电压的显示。本发明提出，监视实际的光输出，其方式是，在照明装置激活时检测电流，由所述电流的强度可以推断出照明装置中的故障或推断出实际的光输出。照明电路的所属照明监视装置因此同样集成到控制设备中。照明监视装置提供电流检测电路，所述电流检测电路检测和(相对于特定标准消耗，即相对于闭合的或者一侧开放的电流强度区间)分析处理流到灯具连接端的电流。照明电路可以部分地或者全部地通过与控制设备的一部分或全部电路一起集成在集成电路中的组件来提供，例如微处理器。照明电路使用控制设备的以下组件中的至少一个:供电装置(即蓄电池连接端)、计算单元和显示输出装置，所述计算单元用于执行与电驱动装置相关的控制、调节和/或显示功能并且还分析处理在灯具连接端上输出的电流以及在必要时提供警告信号，所述显示输出装置输出与电驱动相关的信息并且还输出在灯具连接端上输出的电流的分析处理的结果。此外，控制设备的操作单元也可以用于操作照明电路。因此，本发明涉及一种用于控制电动自行车的电驱动装置的控制设备。在此，控制设备具有供电输入端，所述供电输入端设置用于与电动自行车的蓄电池连接。控制设备还具有控制输出端，所述控制输出端设置用于与电驱动装置连接。典型地，这种输入端和输出端设有插接连接装置，以便容易安装到电动自行车上。控制设备还具有照明电路，所述照明电路包括灯具连接端和照明监视装置。照明监视装置包括电流检测电路，其设置用于直接地或间接地求得在灯具连接端上输出的电流。特别地，电流检测电路设置在输出电路中，所述输出电路与灯具连接端连接。电流检测电路设置在照明电路的主电流路径中。照明监视装置设置用于当所求得的电流位于标准电流区间以外时提供警告信号。因此，照明监视装置设置用于分析处理所求得的电流。可以直接地或者间接地求得所述电流。因为标准运行时电流强度明显不同于故障运行时的电流强度(例如中断的电路)，所以可以直接地或者间接地检测电流强度。本发明的一种实施方式提出，照明电路与控制设备的供电输入端连接并且由其馈给电流。因此，照明电路和控制设备使用同一电源。照明电路可以具有使电压大小匹配于照明标准电压(例如6V)的电压变换器，尤其当控制设备的供电输入端具有明显更高的电压——例如12伏特、24伏特、36伏特、40伏特或48伏特时。根据第一变型方案，电流检测电路可以包括分流电阻，所述分流电阻设置用于根据在其上下降的电压来求得所输出的电流。电流检测电路可以例如连接到控制设备的比较器或Α/D转换器上，尤其连接到微处理器的比较器或Α/D转换器上，所述微处理器也实现电动自行车的电驱动装置的控制或调节功能。所述变型方案可以特别容易实现，其中电流检测电路基本上由分流电阻来实现。所述分流电阻可以与放大器进行组合，所述放大器的输入端与分流电阻连接并且因此设置用于在分析处理在分流电阻上下降的电压之前放大所述电压。根据欧姆定律由分流电阻的下降电压和电导得出流过分流电阻的照明电流。分流电阻具有较小的电阻值，例如小于10欧姆、I欧姆、100毫欧姆或者更小。分流电阻与灯具连接端串联连接。第二变型方案提出，电流检测电路包括检测场效应晶体管(的一部分)。电流检测电路尤其通过检测场效应晶体管的检测连接端提供，所述检测连接端例如提供照明电路的末级，所述末级向灯具连接端馈给照明电流。检测场效应晶体管与灯具连接端连接以输出电流(即照明电流)。电流检测电路设置用于根据检测场效应晶体管的检测连接端的电势来求得所输出的电流。根据等同的考虑方式，通过检测所述检测场效应晶体管的一个或多个单元的电阻或者通过检测流过所述检测场效应晶体管的一个或多个单元的电流来求得向灯具连接端输出的电流，所述一个或多个单元与检测连接端连接。所述变型方案也可以与放大器(例如运算放大器)进行组合，所述放大器与检测连接端连接，以便在根据本发明分析处理施加在检测连接端上的电压之前放大所述电压。
第三变型方案提出，照明电路包括与供电输入端连接的电压变换器，尤其是降压变换器。电压变换器如以上所述将控制设备的供电输入端上的电压(所述电压的大小匹配于驱动)变换成匹配于灯具或者照明装置的电压，其中灯具或者照明装置可以连接到灯具连接端上。这种电压变换器通常包括调节装置，以便将输出电压调节到一个所期望的值上。所述调节尤其通过电压变换器的振动变流器的占空比来实现，所述电压变换器的振动变流器供给电流泵或者表示电流泵，其中占空比是输出端上的负荷的度量(相对于输入电压)。取代调节信号的占空比，也可以使用其电势、尤其电势的有效值作为度量。因此，根据所述变型方案，电流检测电路由电压变换器的这种调节电路的抽头来提供。抽头上施加的信号(即调节信号)的这种电势或这种占空比随着在灯具连接端上输出的电流的强度而增大或减小。因此，通过单值的单调函数、尤其至少逐段线性或成比例的函数将占空比或电势与待输出的电流相关联。所述函数直接由电压变换器的特性或者由其特征曲线得出。
替代地，也可以使用集成的开关来控制在灯具连接端上输出的电流(即照明电流)。集成的开关包括开关元件和电流检测电路。开关元件和电流检测电路集成在一个壳体中，尤其作为集成电路。开关元件可以通过末级或者通过电子开关来实现。电流检测电路可以(部分地)集成到电子开关中或者集成到电子开关的控制电路中(其如开关或开关元件和电流检测电路那样同样集成到集成电路中)。由此，普通的控制设备可以用于电动自行车的电驱动装置，其中根据本发明的功能通过唯一的(集成部件)提供，其还承担照明电流的电路。
集成的开关优选包含电流镜。替代地，可以通过电流镜来监视在灯具连接端上输出的电流。集成的开关提供与现有系统更高协同作用的优点。可以通过电压变换器向集成的开关馈给蓄电池的电流，其中替代地，集成的开关包括电压变换器，以便直接与电动自行车的车载网络(即蓄电池、即牵引蓄电池)连接。开关集成到电动自行车的驱动控制装置中。电子开关以集成的开关组件的形式设置，其具有电流检测(例如，借助开关的电流镜的电流检测)。通过检测镜像电流来求得所述电流。
因此，电流检测电路可以借助电流镜来实现，所述电流镜向灯具连接端馈电(即与所述灯具连接端连接以进行电流输出)，并且其镜像电流或者一个与镜像电流等同的运行参数(例如电流镜内的控制电压)反映向灯具连接端输出的电流。集成的开关可以包括晶体管，所述晶体管用作末级或者开关元件、尤其MOSFET或双极晶体管并且形成电流镜的一部分。栅极电势或基极电势反映向灯具连接端馈给的电流。在此，特别地，电流镜的晶体管之一的栅极连接端或基极连接端用作电流检测电路(的一部分)。电流镜或者开关集成到控制设备中，其方式尤其是，包括开关元件和电流检测电路的集成部件集成到控制设备中，例如与控制设备的一部分或者全部组件相同的电路板上。
本发明的另一实施方式提出，控制设备包括显示输出装置，在所述显示输出装置上由控制设备提供与电驱动装置相关的显示数据。根据本发明，显示输出装置还设置用于输出警告信号或者显示所检测的电流。一种替代方案提出，控制设备包括声学变换器，其作为声学信号输出警告信号。控制设备设置用于作为共同的显示信号提供与电驱动装置相关的显示数据和警告信号。此外，控制设备可以包括显示电路，所述显示电路由与电驱动装置的运行相关的信号以及由警告信号来提供共同的显示信号，其可以由显示装置(例如LCD显示器)来处理和显示。本发明的一种特别实施方式提出，控制设备本身包括显示装置(或声学变换器)，所述显示装置优选通过电缆和插接连接装置与控制设备连接或者与控制设备一起集成到共同的壳体中。
此外，用于分析处理所输出的电流的控制设备的标准电流区间可以是一侧开放的区间并且因此通过唯一的极限值限定，或者所述标准电流区间可以是通过两个极限值、即通过上限和下限来限定的封闭区间。因此，根据第一实施方式，标准电流区间向上开放。由此，当所检测的电流低于标准电流区间的下限时，例如在电路中断时，尤其在灯具烧断时，检测到灯具连接端处的中断。根据第二实施方式，标准电流区间向上开放。由此检测到照明电路中的短路，或者检测到与灯具并联的不期望的电导，所述电导损害灯具的运行。根据第三实施方式，标准电流区间是封闭的区间。通过所述实施方式，检测灯具连接端处或者照明电路中的中断以及短路。根据标准区间的电流的分析处理可以通过比较器或者设置用于执行比较的其他装置——例如可编程的微处理器来提供。
本发明的另一实施方式提出，灯具连接端包括尾灯接触部和前灯接触部，所述尾灯接触部和前灯接触部均由照明电路馈电。特别地，尾灯接触部和前灯接触部由照明电路的共同末级来提供或者连接到照明电路的共同末级上。尾灯接触部和前灯接触部分别作为插接触部或者螺纹接触部来实现，并且分别包括至少一个单个脉冲电势连接端，其中尾灯接触部和前灯接触部优选分别包括接地连接端。
如果两个接触部由同一末级馈给(尤其是电压变换器的末级)，则末级的控制装置与照明监视装置连接，所述照明监视装置设置成一旦检测到标准区间以外的电流就关断所述末级。此外，控制设备可以包括断路器，所述断路器与照明监视装置连接、由照明监视装置控制以及当检测到标准区间以外的电流时中断通向灯具连接端的电流。因此，断路器连接在灯具连接端前面。控制设备设置成只要检测到标准区间以外的电流就中断通向尾灯接触部和前灯接触部的电流。因此，当检测到位于标准区间以外的通向尾灯接触部(替代地:通向前灯接触部)的电流时，控制设备设置成识别这种情况并且向断路器输出控制信号，所述控制信号促使断路器中断前灯接触部(替代地:尾灯接触部)的馈电。断路器可以单个地与尾灯接触部和前灯接触部连接，或者可以通过一个共同的连接装置与尾灯接触部和前灯接触部连接。
本发明还借助用于向电动自行车的电负载馈电的方法来实现。所述方法提出，借助控制设备向作为电负载之一的电动自行车的电驱动装置馈电。控制设备从电动自行车的蓄电池中得到电功率，所述蓄电池尤其提供电牵引功率。作为电负载中的另一个，由控制设备的照明电路向电动自行车的照明装置馈给电流。控制设备的根据本发明的照明监视装置通过检测以下的电流来监视运行:所述电流由控制设备馈给给照明电路，或者由照明电路馈给给所述照明装置。设置用于馈给的电流由照明电路的电流检测电路检测。电流检测电路由控制设备构造，从而其通过电路技术集成到控制设备中。
优选地，通过集成的开关来检测电流，所述开关的电流镜提供反映所输出的电流的信号。
替代地，通过检测电势来检测设置用于向照明装置馈电的电流，所述电势具有照明电路的检测场效应晶体管的检测连接端，通过所述检测连接端向照明装置馈电，或者通过分流电阻向照明装置馈电。根据布线，也可以根据流到检测连接端或者从其流出的电流或者根据检测连接端上的(例如相对于检测场效应晶体管的漏极或源极)的电阻来测量电流。
另一种可能性在于，通过检测占空比或电压(或其他信号)来检测设置用于向照明装置馈电的电流，所述占空比或所述电压是电压变换器的调节参量。电压变换器将蓄电池的电压变换成向照明装置馈电的电压。在此，为了调节或控制输出电压(即照明装置的馈电电压)转换电压，其中所述占空比或用于调节的电压单值地取决于连接在电压变换器上的负载。特别地，在高负载电流(即输出电流)时，占空比较高，通过所述占空比在变换范畴内切断(zerhackt)输入电压。以相同的方式，表示变换处理的内部调节参量的电压反映负载电流，从而通过分析处理相应的信号可以求得所输出的电流(=负载电流)。
根据本发明的方法还提出，监视包括:将所述电流与反映典型地在照明装置的无故障运行期间出现的电流强度的标准电流区间进行比较。所述比较由控制设备的照明监视装置来执行。
此外，根据本发明的方法提出，由控制设备产生与电驱动装置相关的显示数据。当通过监视求得故障运行时，提供警告信号，其中控制设备作为一个共同的显示信号输出显示数据和警告信号，例如作为LCD显示装置的控制信号。
最后，根据本发明的方法提出，作为照明装置，电动自行车的尾灯和前灯由控制设备馈电。所述馈电优选由照明电路的共同的末级来实现。此外，当这些灯中的至少一个具有标准范围以外的电流消耗时，可以中断两个灯的馈电。
本发明还通过电动自行车或通过电动摩托车来实现，其包括根据本发明的控制设备或执行根据本发明的方法。
图1以象征性电路图示出根据本发明的控制设备的实施方式。
具体实施方式
在图1中示出的控制设备10包括供电输入端20，所述供电输入端20在所示应用中与蓄电池30连接。控制设备10还包括控制输出端40，所述控制输出端40在所示应用中与电动自行车(没有示出)的驱动装置50或者电动机连接。控制设备10包括控制组件60，所述控制组件60提供用于控制电驱动装置的至少一个功能，尤其是根据所期望的速度或驱动功率向驱动装置50提供电流。所述控制设备尤其是微控制器或其他控制电路，其还实现根据本发明的组件的至少一部分，尤其是照明电路70的至少一部分。
照明电路70包括灯具连接端80，在所示应用中照明装置90连接到所述灯具连接端80上。照明监视装置包括作为照明电路的一部分的电流检测电路100，但所述电流检测电路100在所示实施方式中不由控制设备的实现与驱动装置50的运行相关的功能的组件实现。电流检测电路100尤其可以设置成低欧姆的串联电阻(分流电阻)，其电势通过连接线路110提供给剩余的照明电路70 (尤其照明电路的分析处理电路)。
照明电路还包括电压变换器(降压变换器)120。如所示那样，所述电压变换器可以通过控制设备的实现与驱动装置50的运行相关的功能——例如驱动控制装置的逻辑元件的电压供给——的组件来设置。替代地，照明电路的电压变换器可以实现为单个部件，其仅仅产生用于照明的电流。电压变换器120与馈电输入端20连接，以便由所述馈电输入端馈电，并且电压变换器120与灯具连接端80连接，从而运行所连接的灯具90。
一种替代实施方式提出，电流检测电路连接在电压变换器120前面，从而根据其电流消耗得出向灯具连接端提供的电流。
在变换器120和灯具连接端80之间可以设置断路器。这种变换器120由分析处理电路(例如比较器)控制，从而在所检测的电流值位于标准范围以外时中断灯具连接端80的电流供给。
在另一种替代方案中，电流检测电路100集成到变换器120中，尤其当电流检测电路以检测场效应晶体管的形式构造或者变换器的连接端提供反映向灯具连接端80输出的电流强度的信号时，所述检测场效应晶体管形成变换器120的末级。
分析处理电路130同样可以由控制设备的组件来提供，所述组件也实现与驱动装置50的运行相关的功能，例如微处理器，其比较器将反映所检测的电流强度的信号与标准电流区间(或者标准电流范围)进行比较，并且在必要时输出警告信号和/或激活断路器。警告信号可以听觉地和/或视觉地、尤其借助显示组件视觉地实现，其也显示与驱动装置50的运行(速度、功率、路程等等)相关的功能。
权利要求
1.一种用于控制电动自行车的电驱动装置的控制设备，其中，所述控制设备(10)包括:供电输入端(20)和控制输出端(40)，所述供电输入端(20)设置用于与所述电动自行车的蓄电池(30)连接，所述控制输出端设置用于连接到所述电驱动装置上，其特征在于，所述控制设备(10)还包括照明电路(70)，所述照明电路(70)包括灯具连接端(80)和照明监视装置，其中，所述照明监视装置包括电流检测电路(100)，所述电流检测电路(100)设置用于直接地或间接地求得在所述灯具连接端(80)上输出的电流，并且所述照明监视装置设置用于当所求得的电流位于标准电流区间以外时提供警告信号。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述照明电路(70)与所述控制设备(10)的供电输入端(20)连接并且由其馈给电流，其中，所述电流检测电路(100)包括分流电阻并且设置用于根据在所述分流电阻上下降的电压来求得所输出的电流，或者所述电流检测电路(100)包括检测场效应晶体管，所述检测场效应晶体管与所述灯具连接端连接以输出所述电流，并且所述电流检测电路(100)设置用于根据检测场效应晶体管的检测连接端的电势求得所输出的电流，或者，其中，所述照明电路(70)包括电压变换器(120)、尤其是降压变换器，其与所述供电输入端连接，其中，所述电流检测电路(100)由所述电压变换器(120)的调节电路的抽头提供，其中，所述抽头上施加的信号的电势或占空比随着在所述灯具连接端(8 0)上输出的电流强度增大或减少，或者，其中，所述电流检测电路(100)由电流镜来提供，所述电流镜向所述灯具连接端馈电并且其镜像电流或与所述镜像电流等同的运行参数反映向所述灯具连接端(80)输出的电流。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括显示输出装置，在所述显示输出装置上由所述控制设备(10)提供与所述电驱动装置相关的显示数据，其中，所述显示输出装置还设置用于输出所述警告信号，并且所述控制设备设置用于作为一个共同的显示信号提供与所述电驱动装置相关的显示数据和所述警告信号。
4.根据以上权利要求中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述标准电流区间是向上开放的，以便检测所述灯具连接端(80)上的中断，所述标准电流区间是向上开放的，以便检测所述灯具连接端(80)上的短路，并且所述标准电流区间是封闭的区间，以便检测所述灯具连接端上的中断和短路。
5.根据以上权利要求中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述灯具连接端(80)包括尾灯接触部和前灯接触部，所述尾灯接触部和所述前灯接触部二者由所述照明电路(70)馈电，尤其由所述照明电路(70)的共同的末级馈电。
6.一种用于向电动自行车的电负载馈电的方法，所述方法包括: 借助控制设备(10)向作为所述电负载之一的电动自行车的电驱动装置馈电，所述控制设备从所述电动自行车的蓄电池中得到电功率，其特征在于，作为所述电负载中的另一个，所述电动自行车的照明装置由所述控制设备(10)的照明电路(70)馈给电流，其中，所述控制设备的照明监视装置通过检测由所述控制设备向所述照明电路(70)馈给的电流来监视运行，其中，由所述照明电路(70)的电流检测电路(100)检测所述电流，并且所述电流检测电路由所述控制设备构造。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过检测在所述电流检测电路(100)的分流电阻上下降的电压和所述照明电路(70)的检测场效应晶体管的检测连接端具有的电势、集成的开关组件的电流镜的电流或电压或者作为电压变换器的调节参量的占空比或电压来检测所述电流，其中，通过所述敏感连接端向所述照明装置馈电，其中，所述电压变换器将所述蓄电池的电压转换成向所述照明装置馈电的电压。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述监视包括:将所述电流与反映典型地在所述照明装置的无故障运行期间出现的电流强度的标准电流区间进行比较，其中，由所述控制设备(10)的照明监视装置来执行所述比较。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，由所述控制设备(10)产生与所述电驱动装置相关的显示数据，以及当通过所述监视求得故障运行时提供警告信号，其中，所述控制设备(10)作为一个共同的显示信号输出所述显示数据和所述警告信号。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于，作为照明装置由所述控制设备(10)、优选由所述 照明电路(70)的共同的末级向所述电动自行车的尾灯和前灯馈电。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制电动自行车的电驱动装置的控制设备。控制设备包括供电输入端和控制输出端，供电输入端设置用于与电动自行车的蓄电池连接，控制输出端设置用于连接到电驱动装置上。控制设备还包括照明电路，照明电路包括灯具连接端和照明监视装置。照明监视装置包括电流检测电路，电流检测电路设置用于直接地或间接地求得在灯具连接端上输出的电流。照明监视装置设置用于当所求得的电流位于标准电流区间以外时提供警告信号。本发明还涉及一种用于向电动自行车的电负载馈电的方法。所述方法提出借助控制设备向作为电负载之一的电动自行车的电驱动装置馈电，控制设备从电动自行车的蓄电池中得到电功率。作为电负载中的另一个，电动自行车的照明装置由控制设备的照明电路馈给电流。控制设备的照明监视装置通过检测由控制设备向照明电路馈给的电流来监视运行。由照明电路的电流检测电路检测电流，并且电流检测电路由控制设备构造。
文档编号B62J6/00GK103201161SQ201180041278
公开日2013年7月10日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年8月27日
发明者A·温德米勒, G·达斯巴赫, P·诺男马谢 申请人:罗伯特·博世有限公司