专利名称：助力驱动车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种助力驱动车，该助力车的车轮可由作用于人力驱动系统上的人力和辅助动力系统的辅助马达进行驱动。
在现有技术中，当此种类型的电动马达助力自行车在没有人力提供驱动的情况下进行起步时，由于只是由辅助马达提供动力，电池或马达将发生过载。因而，为了避免仅仅由辅助马达实现车辆起步，举例来说，已设计出的第一类控制装置中(参见日本专利JP-B-56-15356)，只有当人力驱动系统的旋转机构上的曲柄链轮部分有一定程度的转动时，辅助马达才输出动力。
在上述的第一类现有装置的情况下，只要曲柄链轮有一个旋转速度马达就进行驱动，甚至当曲柄链轮反转时，马达也可能发生运转，从而自行车终归仍有可能由辅助马达单独启动。于是，检测曲柄链轮转动方向的第二类常用装置被设计出来(参见日本专利JP-A-52-9442号)，以解决上述问题。
但是，在上述的第二类常用装置中，针对曲柄链轮旋转方向的检测装置是这样设置的使得该装置可以由两个检测元件所输出的检测信号的次序来确定转动方向。因而如果所述的两个检测元件或信号线之间发生了相对位移时，仍然可以使得马达在曲柄链轮在反转时，在没有人力提供的情况下进行单独驱动，从而在第二类的常用装置情况下，存在并没有实现上述目标的问题。
此外，在上述的具有两个检测元件的装置的情况下，马达只有在两个检测元件都有信号输出时才会转动。因而，在人力进行驱动和马达启动间的时间差主要决定于检测元件和受检测部位的位置关系，在车辆启动时就没有任何的辅助动力，从而降低了该种产品的市场销售能力。
考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种助力驱动车，该助力车可以避免由马达单独驱动进行行驶，并在马达开始驱动和人力施加间实现适时同步，从而改善车辆的驱动操作性能。
根据本发明的助力驱动车，该种车辆同时具有人力驱动装置和辅助动力系统，其车轮可以由施加于人力驱动装置的人力和由辅助驱动系统的助力马达提供的动力进行驱动，所述的车辆包括用于检测由人力所决定的车辆速度的人力相关车速检测装置，其中该速度与所述的人力动力系统上的某一旋转机构部分的转动速度有对应关系；以及用于检测由辅助驱动动力所决定车速的辅助动力相关车速检测装置，该车速与所述的辅助动力系统中马达的转速有对应关系；以及用于控制马达的马达控制装置，使得车辆在起步时，在对人力相关车速进行检测的基础上，马达开始启动；当车辆起步经过一段预先设定的时间后，如所述的人力相关车速与所述的辅助动力相关车速间的差值在事先设定的容限范围之内时，马达的驱动就持续下去，当所述的差值超出容限时，马达的驱动就被中止或降速。
根据本发明的上述车辆，还可以具有这样的特征其中所述的用于检测人力相关车速的人力相关车速检测装置，是由人力动力系统中旋转机构部分转动速度的最大值为基础确定该速度的。
根据本发明的上述两种车辆，还具有这样的特征其中所述的用于检测旋转机构部分转动速度的人力相关车速检测装置，是通过检测曲柄轴或曲柄链轮上的凸起或凹入来工作的。
根据本发明的第一、二种车辆，还可以具有这样的特征其中所述的人力相关车速检测装置对于旋转机构部分转动速度的检测，是通过检测曲柄轴或曲柄链轮的电磁特性的变化来实现的。
在本发明中，用于控制辅助马达动力量值大小的方案可以有几种，例如(1)对应于车辆的行驶速度或不考虑车辆的速度，辅助动力始终处于事先设定的某一定值上，或(2)对应于车辆的行驶速度或不考虑车辆的速度，辅助动力以给定的规律发生变化。
根据本发明的第一种助力驱动车，该车辆是这样设置的对与所述人力动力系统上某一旋转机构的转动速度有对应关系的人力相关车速，以及与所述辅助动力系统中马达的转速有对应关系的辅助动力相关车速进行检测；当车辆起步时，马达的启动与否取决于对所述的人力相关车速的检测；当车辆起步经过一段预先设定的时间后，如果所述的人力相关车速与所述的辅助动力相关车速间的差值在事先设定的容限范围之内，马达的驱动就持续下去，当所述的差值超出容限时，马达的驱动就被中止或降速。
从而，可靠地避免了由马达单独驱动车辆行驶，同时由于实现了马达驱动启动与人力施加之间的适时同步，从而改善了车辆的驱动操作性能。此外，当车辆减速时，可以采取一种方案使得车速可以保持在一个降低的某一数值上。
从而，根据本发明，只有在人力相关车速与所述的辅助动力相关车速间的差值在事先设定的容限范围之内时，马达的驱动才持续下去。因而当车辆起步时，甚至在脚踏板的作用方向相反的情况下，实现脚踏板旋转速度与马达旋转速度的同步也是非常困难的，由此由马达单独驱动的行驶在事实上是不可能的。
此外，当车辆起步时，马达的启动与否只决定于人力相关车速的检测结果，在人力动力驱动系统的旋转机构部分以很小的齿距间隙设置了锯齿形的凸起，对该凸起的检测可以容易地实现对人力相关车速的高精度检测。因而，在脚蹬板启动之后的马达启动延时可以容易地保持在一个很小的间隔内，实现了改进的驱动特性。
根据本发明的另一种助力驱动车，即具有如下的特征将由人力动力系统中的旋转机构部分转动速度的最大值为基础确定的人力相关车速，与由马达旋转速度为基础确定的辅助动力相关车速进行比较，并由此决定马达的驱动是应该继续、中止或降速。从而，避免了脚踏板的旋转速度发生改变时可能造成的马达频繁减速或中止这一问题，改善了驱动操作性能。
这是因为由脚踏产生的脚蹬旋转速度与车辆的速度并不是始终保持同步的，尤其在曲柄的上死点和下死点位置附近，脚蹬速度往往要滞后于由实际车速换算的相应脚蹬转速，从而当由检测人力相关车速所获得的脚蹬旋转速度滞后时，马达可能发生减速或中止。但是根据本发明，由于人力相关车速是由人力动力系统中的旋转机构部分转动速度的最大值为基础确定的，这样的问题就可以避免了。旋转速度的最大值常常是在曲柄处于上死点前方90°角的位置时产生的。
根据本发明的另一种助力驱动车，是通过检测曲柄轴或曲柄链轮上的凸起或凹入来确定人力相关车速的，以及根据本发明的另一种助力驱动车，通过检测曲柄轴或曲柄链轮的电磁特性的变化，无须对普通自行车的结构进行大的改动就可以实现人力相关车速的检测。
下文将参照附图对本发明的一个实施例进行描述。
图1为作为本发明实施例的助力驱动车的侧视图，该助力驱动车是一辆电动马达助力自行车。
图2为该自行车的部分侧视图。
图3为该自行车的辅助动力系统的方框图。
图4为该自行车的辅助动力系统的另一个框图。
图5为用于说明该自行车辅助动力系统的工作过程的流程图。
在附图中，数字1表示作为本发明助力驱动车的马达助力自行车，其车架2包括一个转向头管3、一对从转向头管3向后下方伸出的上部下管4a和下部下管4b、一个从下管4a、4b的后端基本向上伸出的车座管5、一对从车座管5与下管4b的连接处基本水平向后伸出的左右链支撑管6及一对将链支撑管6的后端与车座管5的上端连接起来的左右座支撑管7。所述的车座管5、下管4b及链支撑管6焊接到一个轴向横置的连接管或底轴承托管4c上。
在转向头管3中设置用于左右转向的前叉管8。前轮9安装在前叉管8的底端，前叉管8的上端则固定安装了一个转向车把10，在车座管5的顶端安装了一个鞍座12。此外，在链支撑管6的后端安装了一个后轮13。
根据本发明的自行车1包括一套人力驱动系统，由该系统将骑行者施加的脚蹬踏力传递到后轮13上，自行车1同时包括一套辅助动力驱动系统，以将助力马达的动力传递到后轮上。
所述的人力驱动系统包括如下的结构一个用于旋转的曲柄轴16插入底轴承托管4c中，底轴承托管4c位于车身构架2的底端中部，脚蹬16b安装在曲柄臂16a的顶端部，曲柄臂16a安装在曲柄轴16相对伸出的两端；一个曲柄链轮11安装在曲柄轴16上，并通过一个单向离合器40与安装在后轮轴上的后链轮(图中未示出)连接，该单向离合器40使得驱动力只可以由曲柄轴向后轮单向传递。
所述的辅助动力是这样设置的在安装于后轮轴上的驱动机构55包括一个马达17，该马达17的转动通过一个单向离合器42传递到后轮，从而将马达的驱动力单向地传到后轮。
一个电池组21或其它为电动马达17提供能量的能源，被放置于一个方形盒子内，该方形盒子安装于载货架31的下方，所述的载货架位于座支撑管5的后面。电池组21是由多个电池单元串联而成的。数字32表示载货架31的支撑构件。
此外，在下管4a、4b之间位于座支撑管5的一侧，安装了一个控制器22，该控制器作为马达控制装置对马达17的辅助驱动动力实现可变控制，该控制器固定于下管4b的下端。
另外，在控制器22的右侧设置了一个用于检测曲柄链轮11转速的转速传感器28，曲柄链轮11作为人力驱动系统中旋转机构的一部分。转速传感器28中的检测部件28a适于检测曲柄链轮上形成的辐板36的数目。但是人力驱动系统中适于检测的旋转机构部分并不限于曲柄链轮11，例如也可以是曲柄轴16。
从转速传感器28获得的检测信号通过接口界面(I/F)51输入到控制器22的微处理器50中，微处理器50作为人力相关车速的处理装置来找出曲柄链轮11的最大旋转速度，并由该最大速度计算出与人力相关车速。
同时，微处理器50还作为辅助动力相关车速的处理装置，当马达旋转时负责由电压/电流及它们的变化来得出马达17的旋转速度，电压/电流及它们的变化是由一个电压/电流传感器测得的，由马达的旋转速度得出辅助动力相关车速。
此外，当人力相关车速从零值变化到大于预先设定值时，作为马达控制装置的微处理器50作出判断车辆此时正在启动，从而无须等待对辅助动力相关车速的检测马达17立即启动；当车辆启动达到预先设定的时间后，将计算得出的人力相关车速与辅助动力相关车速进行比较，如果作为比较结果的两个速度值的差值或比值在预先设定的容限范围内，微处理器使马达的驱动继续下去，如果差值或比值超出了容限值，微处理器使马达17的驱动停止或减速，从而逐步地降低输出功率。
明确地说，上述的马达驱动控制是通过将控制信号输往一个马达控制器66来实现的，将对应于计算结果的电流从电池组输往电动马达17。
下文将参照附图5对马达17的控制流程作详细的描述。
首先，当曲柄链轮11的转速被转速传感器28检测到，而此时马达17没有启动时(S1,S2步骤)，结论为此时车辆应该启动，在立即启动马达17驱动的同时，开始对时间进行测量，微处理器50中的计时器打开(S3,S4步骤)。
当曲柄链轮11的转动没有被检测到，例如骑行者在车辆起步之前或之后停止了蹬踏板的情况，马达17就会被关闭(步骤S5)。
如果曲柄链轮11仍在转动，马达17也在工作，则由计时器测的时间在不断增加(步骤S6)；当从步骤S4开始的时间测量值超出预先设定值T1时，则由曲柄链轮11的转速最大值计算人力相关车速(步骤S8)，并由马达转速计算辅助动力相关车速(步骤S9)。
然后，对计算所得的人力相关车速及辅助动力相关车速进行比较；如果作为比较结果的两个速度值的差值或比值在预先设定的容限范围内，微处理器使马达的驱动继续下去并不断重复步骤S8、S9，如果差值或比值超出了容限值，马达17的驱动就被停下来。
从而，在本实施例的电动马达助力自行车1的情况下，当由脚蹬最大旋转速度获得的人力相关车速，与由马达旋转速度获得的辅助动力相关车速间的差值或比值超出一个预先设定的容限范围时，马达17的驱动就被中止了。因此，如果车辆在脚蹬反转情况下起步时，要实现人力相关车速的同步是非常困难的，所以马达的驱动肯定会被中止，从而避免了车辆由马达单独驱动行驶。如果在行驶的过程中脚蹬停止，速度差值或比值也会超出容限范围，马达驱动同样会被中止。
此外，人力相关车速是通过检测设置在曲柄链轮11上辐板36的数目来获得的。因此，由于将辐板36的间距长度设置为一个小的值就可以容易地提高检测的精度，所以在人力施加与马达驱动开始之间的时间滞后可以缩得很短，从而具有了改进的驱动性能。
虽然在上述的实施例中，辐板数目是以曲柄链轮11边缘形成的机械凸起/凹陷的形式被检测的，由于人力施加而发生旋转的部分的电磁特性改变也可以被进行检测，并由此获得人力相关车速。
另外，相应于上述方法计算出的车辆速度对马达的辅助驱动力进行改变也是可能的，在这样的情况下，驱动性能可以获得进一步的改善。
权利要求
1．一种助力驱动车，该车同时具有人力驱动装置和辅助动力系统，其车轮可以由施加于人力驱动装置上的人力，和由辅助动力系统的助力马达提供的动力进行驱动，其特征在于该车包括用于检测由人力所决定的车辆速度的人力相关车速检测装置，其中该速度与所述的人力动力系统上某一旋转机构的转动速度有对应关系，以及用于检测由辅助驱动动力所决定车速的辅助动力相关车速检测装置，该车速与所述的辅助动力系统中马达的转速有对应关系，以及用于控制马达的马达控制装置，使得车辆在起步时，在对人力相关车速进行检测的基础上，马达开始启动；当车辆起步经过一段预先设定的时间后，如所述的人力相关车速与所述的辅助动力相关车速间的差值在事先设定的容限范围之内时，马达的驱动就持续下去，当所述的差值超出容限时，马达的驱动就被中止或降速。
2．根据权利要求1所述的助力驱动车，其特征在于所述的用于检测人力相关车速的人力相关车速检测装置，是由人力动力系统中的旋转机构部分转动速度的最大值为基础确定该速度的。
3．根据权利要求1或2所述的助力驱动车，其特征在于所述的用于检测旋转机构部分转动速度的人力相关车速检测装置，是通过检测曲柄轴或曲柄链轮上的凸起或凹入来工作的。
4．根据权利要求1或2所述的助力驱动车，其特征在于所述的人力相关车速检测装置对于旋转机构部分转动速度的检测，是通过检测曲柄轴或曲柄链轮的电磁特性的变化来实现的。
全文摘要
一种电动马达助力自行车,该车包括:用于检测由人力所决定的车辆速度的转速传感器,其中该速度与人力系统上的曲柄链轮的转动速度有对应关系;以及用于检测由辅助驱动动力所决定车速的电压/电流传感器,该车速与所述的辅助动力系统中马达的转速有对应关系;以及用于控制马达的微处理器,使得车辆在起步时,在对人力相关车速进行检测的基础上,马达开始启动;当车辆起步经过一段预先设定的时间后,如所述的人力相关车速与所述的辅助动力相关车速间的差值在事先设定的容限范围之内时,马达的驱动就持续下去,当所述的差值超出容限时,马达的驱动就被中止或降速。
文档编号B62M6/00GK1229750SQ9910553
公开日1999年9月29日 申请日期1999年3月19日 优先权日1998年3月19日
发明者高田望 申请人:雅马哈发动机株式会社