專利名稱：助力人力車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防止用于諸如助動(dòng)自行車上的蓄電池過(guò)放電的技術(shù)，尤其是涉及根據(jù)蓄電池放電電流的變化而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)的技術(shù)。
眾所周知，當(dāng)蓄電池放電超過(guò)一定范圍時(shí)，它就會(huì)過(guò)早地?fù)p壞并使其使用壽命縮短。因此，當(dāng)蓄電池用于上述助動(dòng)車上時(shí)，設(shè)置有一控制系統(tǒng)，當(dāng)蓄電池的電壓(以下稱之為“電池電壓”)降低至某一界限值時(shí)，該控制系統(tǒng)能向停轉(zhuǎn)的馬達(dá)輸送電力。
一些助動(dòng)自行車裝備有能提供與騎車人作用于踏板上的踏板力成比例的助力扭矩的馬達(dá)。在這種自行車中，由于需電池的放電電流時(shí)刻變化。其電池電壓因內(nèi)部F1007電阻的影響也隨電壓的降低而變化。因此，如果將停止動(dòng)力供給系統(tǒng)的界限值設(shè)定為常數(shù)并且大電流從電池流出后，盡管此時(shí)電池中極有余留電力，但電池電壓已降至界限值以下了。結(jié)果導(dǎo)致電池停止充電，原因在于電池沒(méi)有充分放電。
眾所周知，如果電池未充分放電而進(jìn)行重復(fù)充電，放電時(shí)的電池電壓就會(huì)降低。這一現(xiàn)象被稱為記憶效應(yīng)。還可知道，當(dāng)接著對(duì)電池進(jìn)行充分放電并又充電時(shí)，電池電壓又能恢復(fù)。然而，如果使用具有記憶效應(yīng)的電池，就會(huì)產(chǎn)生這樣的惡生循環(huán)即電池電壓更可能降低至界限值以下，因此電池就需要過(guò)早地充電，結(jié)果使電池不能有效地使用。為消除這種缺陷，日本特許公報(bào)平2-56688提出了一種設(shè)置有多個(gè)與蓄電池的輸出電流相符的界限值并且根據(jù)電流值來(lái)選擇某一界限值的技術(shù)。
然而在助力自行車中，由于電流值根據(jù)施加于踏板上的踏板力而變化，因此電流值的變化很大。但是，上述技術(shù)亦有缺陷，即因?yàn)樾韪鶕?jù)電流值的變化量設(shè)置多個(gè)界限值，因此軟件設(shè)計(jì)就變得復(fù)雜起來(lái)。即使設(shè)置了多個(gè)界限值，當(dāng)輸出電流的變化位于兩個(gè)相鄰界限值之間時(shí)，該界限值變?yōu)槌?shù)。因此，當(dāng)無(wú)需停止向馬達(dá)供給電力時(shí)，向馬達(dá)輸送電力的控制系統(tǒng)就有可能停止；或者當(dāng)需要停止供電時(shí)，卻仍然供電，結(jié)果導(dǎo)致蓄電池過(guò)放電。
本發(fā)明的目的是提供一種能可靠地監(jiān)測(cè)和控制電池電壓，從而防止蓄電池過(guò)放電并且防止產(chǎn)生記憶效應(yīng)的助力人力車。
本發(fā)明所述的助力人力車包括一用于產(chǎn)生對(duì)人力扭矩起助力扭矩作用的馬達(dá)；一用于向所述的馬達(dá)提供電流的蓄電池；根據(jù)所述扭矩改變由所述電池產(chǎn)生的電流的控制裝置；用于檢測(cè)所述蓄電池的電壓的電壓檢測(cè)裝置；用于檢測(cè)所述電流值的電流檢測(cè)裝置；根據(jù)所述電流值計(jì)算界限值的界限值計(jì)算裝置和給所述蓄電池的使用者以指示的指示裝置，當(dāng)所述蓄電池的電壓低于所述界限值時(shí)，該指示裝置發(fā)生作用。
本發(fā)明所述的助力人力車，它還具有如下的特征，即當(dāng)所述電流值位于零至第一邊界值之間時(shí)，所述的界限值連續(xù)變化，以使其大體上為常量，而隨著該電流值從第一邊界值增大而下降。
本發(fā)明所述的助力人力車還具有下述特征所述的界限值連續(xù)變化，從而隨著該電流值的增大而下降，而當(dāng)該電流等于或大于第二邊界值時(shí)，使該界限值大體上為常量，所述的第二邊界值小于該電流的最大可能值。
本發(fā)明所述的助力人力車，還具有下述特征所述的指示裝置通過(guò)停止向所述馬達(dá)供電而給該蓄電池的使用者指示出該蓄電池電壓已低于所述界限值。
本發(fā)明所述的助力人力車，還具有如下特征所述界限值包括多個(gè)不同檔次的子界限值，并且所述的指示裝置因所述蓄電池電壓降低而根據(jù)所述的每一個(gè)子界限值的下界改變指示方式。
本發(fā)明所述的助力人力車，還具有如下特征所述的子界限值為兩個(gè)檔次，當(dāng)所述蓄電池的電壓低于子界限值的較高檔值時(shí)，所述的指示裝置能產(chǎn)生至少通過(guò)視覺(jué)或聽覺(jué)之一可覺(jué)察的信號(hào)，并且當(dāng)所述蓄電池的電壓低于所述子界限值的較低檔值時(shí)，所述的指示裝置能產(chǎn)生通過(guò)身體感覺(jué)可覺(jué)察的信號(hào)。
本發(fā)明所述的助力人力車，還具有如下特征當(dāng)通過(guò)身體感覺(jué)覺(jué)察到信號(hào)時(shí)，所述的指示裝置以所述的逐漸降至人力的助力扭矩比率來(lái)表示。
本發(fā)明所述的助力人力車，還具有如下特征當(dāng)通過(guò)身體感覺(jué)覺(jué)察到信號(hào)時(shí)，所述的指示裝置以所述的降至為零的人力的助力扭矩比率來(lái)表示。
本發(fā)明所述的助力人力車，還具有如下特征所述的子界限至少設(shè)置三個(gè)檔次，當(dāng)所述蓄電池的電壓低于所述子界限值的較高檔值時(shí)，所述的指示裝置給出至少能通過(guò)視覺(jué)或聽覺(jué)之一感覺(jué)到的信號(hào)，而當(dāng)所述電壓低于一個(gè)比所述較高檔值低的子界限值時(shí)，逐漸降低所述助力扭矩相對(duì)于人力的比率，當(dāng)所述電壓低于一個(gè)更低的子界限值時(shí)，則給出能通過(guò)身體感覺(jué)覺(jué)察到的信號(hào)。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，界限值隨蓄電池電流值的變化而變化，因此可連續(xù)設(shè)置符合蓄電池電流值的最佳界限值，而蓄電池的電壓可以可靠地被監(jiān)測(cè)和控制。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，由于所述的界限值以與蓄電池電流成反比地變化，當(dāng)電流值等于或小于第一邊界值時(shí)，界限值并不隨電流值的降低而增大，而是保持常數(shù)。用這種方式設(shè)置界限值的理由如下。也就是說(shuō)，如附圖3所示，由于電池電壓隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，通過(guò)新的蓄電池(圖中A所示)和舊的或具有記憶效應(yīng)的蓄電池(圖中B所示)的比較可看出，在開始放電后，舊蓄電池的電壓有更陡的下降。結(jié)果是，如圖4中點(diǎn)畫線所示，當(dāng)僅僅以小電流放電時(shí)，電池電壓也下降很快。這時(shí)，假設(shè)界限值在如圖4中斜線(包括虛線)所示的蓄電池電流值的整個(gè)范圍內(nèi)與之成反比變化，則當(dāng)開始放電后，電池電壓立即會(huì)降低至界限值以下，并且執(zhí)行停止放電的過(guò)程。因此，當(dāng)蓄電池舊到一定程度時(shí)，它實(shí)際上已無(wú)用了。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，由于界限值的上限設(shè)置在電流值的低范圍內(nèi)，當(dāng)開始放電后，作為立即快速下降的結(jié)果，電池電壓并不會(huì)降低至界限值以下。因此蓄電池可有效地使用。
由于某一給定時(shí)刻的電池電壓隨當(dāng)時(shí)的電流值而變化，因此可以知道當(dāng)電池在太低的電壓下使用時(shí)，其使用壽命變短。通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，由于界限值的下限設(shè)置在電流值的高范圍內(nèi)，當(dāng)電池電壓等于或低于該界限值時(shí)，執(zhí)行一諸如停止該控制系統(tǒng)的正確過(guò)程，以防止蓄電池過(guò)放電，可延長(zhǎng)其使用壽命。通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，當(dāng)蓄電池電壓降低至或低于界限值時(shí)，由于停止向馬達(dá)供電，因此就可防止過(guò)放電，同時(shí)使用者可感覺(jué)到助力扭矩的下降并得知電池已損耗了。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，可根據(jù)電池電壓下降的范圍，分檔給使用者以相應(yīng)的正確指示，例如，如下面所說(shuō)明的，可以組成這樣一個(gè)具有高安全性的系統(tǒng)，即第一檔產(chǎn)生可通過(guò)視覺(jué)或聽覺(jué)感覺(jué)的信號(hào)，第二檔產(chǎn)生例如當(dāng)助力扭矩比率下降時(shí)身體可感覺(jué)到的信號(hào)，第三檔產(chǎn)生停止助力扭矩的信號(hào)。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，當(dāng)蓄電池電壓降低至或低于界限值的較高檔時(shí)，由于產(chǎn)生可由視覺(jué)或聽覺(jué)覺(jué)察的信號(hào)，使用者就可知道電池電壓已降至第一檔。此外，當(dāng)電池電壓降低至或低于界限值的較低檔時(shí)，由于產(chǎn)生了可由身體感覺(jué)到的信號(hào)，因此使用者就可知道電池電壓已降至第二檔。即使使用者漏看了可由視覺(jué)或聽覺(jué)覺(jué)察到的信號(hào)，他也能可靠地識(shí)別電池電壓的降低。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，由于助力扭矩相對(duì)于人力的比率逐漸降低而使用者的負(fù)荷逐漸增大，使用者可可靠地得知電池電壓已降低。此外，由于使用者的負(fù)荷不是突然增大，因此使用者可安全地騎車。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，由于身體感覺(jué)覺(jué)察到的信號(hào)為助力扭矩至零之間的降低，使用者能通過(guò)負(fù)荷的增大可靠地得知電池電壓的降低，從而防止電池過(guò)放電。此外，由于可由通過(guò)視覺(jué)或聽覺(jué)覺(jué)察到的信號(hào)預(yù)測(cè)助力扭矩至零之間的降低，因此即使使用者的負(fù)荷突然增大了，亦可確保安全性。
通過(guò)本發(fā)明所述的助力人力車，當(dāng)電池電壓降低至第一檔時(shí)，由于產(chǎn)生了可由視覺(jué)或聽覺(jué)覺(jué)察到的信號(hào)，使用者可得知電池電壓已降至第一檔。當(dāng)電池電壓降至第二檔時(shí)，由于助力扭矩相對(duì)于人力的比率是逐漸降低的，使用者的負(fù)荷也就逐漸增大，從而使用者能可靠地得知電池電壓的下降。此外，由于使用者的負(fù)荷不是突然增大，因此他能安全地騎車。使用者能預(yù)測(cè)電池電壓至第三檔之間的降低和助力扭矩至零之間的降低，因此使用者的負(fù)荷以很小的波動(dòng)逐漸增大，從而使用者能更加安全地騎車。


如下附圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電機(jī)助力自行車的側(cè)視圖；圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的電路框圖；圖3為本發(fā)明之原理，即蓄電池使用時(shí)間與電壓間關(guān)系曲線圖；圖4為描述本發(fā)明之原理的關(guān)于界限值與電池電壓間關(guān)系圖；圖5為第一實(shí)施例中使用的界限值圖；圖6為第一實(shí)施例的功能流程圖；圖7為第一實(shí)施例之修改方案的功能流程圖；圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例的電路方框圖；圖9為第二實(shí)施例界限值圖；圖10為第二實(shí)施例中助力扭矩比率逐漸降低的圖；圖11為第二實(shí)施例的功能流程圖；圖12為第二實(shí)施例助力扭矩比率逐漸降低過(guò)程的流程圖。
附圖中，36為電機(jī)39為電池(蓄電池)
105為電壓傳感器(電壓檢測(cè)裝置)135為電流傳感器(電流檢測(cè)裝置)200為界限值開關(guān)(充電檢測(cè)裝置)(1)下面結(jié)合附圖1-7描述本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例。
A.自行車總體結(jié)構(gòu)圖1為本發(fā)明一實(shí)施例所述的助動(dòng)自行車的側(cè)視圖。在描述該實(shí)施例之前，先介紹自行車的組成。圖1示出了下列部件一主管10，其前端固定在轉(zhuǎn)向管11上。一轉(zhuǎn)向主桿12插入轉(zhuǎn)向管10中以便可繞轉(zhuǎn)向管11的軸線旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)向主桿12的下端固定有一對(duì)左右轉(zhuǎn)向前叉16。前輪14可旋轉(zhuǎn)地安裝于前叉16中。轉(zhuǎn)向把18向左右方向伸出并固定于轉(zhuǎn)向主桿12的上端。
主管10從前端向后下方傾斜地伸出，其下端上固定有一中管44，中管上固定有座椅管22和后管26。主管10向下彎曲，從而即使是穿裙子的女士也能容易地跨過(guò)主管10騎車。
座椅管22支持有一座椅桿19，而座椅桿19上則固定有一座椅20。在后管26上通過(guò)一吊耳45固定有一對(duì)鏈條支撐桿27。通過(guò)一對(duì)座椅支撐24將鏈條支撐桿27與座椅管22相互連接起來(lái)。如圖所示，座椅管22，座椅支撐24，后管26及鏈條支撐桿27組成一側(cè)向上看大體上為三角形的結(jié)構(gòu)，以支持騎車者騎車時(shí)的重量。在座椅支撐24和鏈條支撐桿27的連接部分轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝有一后輪28。
通過(guò)懸架46和47將動(dòng)力裝置34安裝在中管44和吊耳45之下。該動(dòng)力裝置34包括人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，馬達(dá)助力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和將這兩個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力合成起來(lái)的機(jī)構(gòu)。在動(dòng)力裝置34的外側(cè)安裝有曲柄軸(中軸)33，該中軸上分別裝有曲柄32，曲柄32上分別裝置有腳蹬31。標(biāo)號(hào)36表示一馬達(dá)。
當(dāng)使用者蹬踏腳蹬31時(shí)，曲柄軸33的旋轉(zhuǎn)通過(guò)動(dòng)力裝置34中的一個(gè)機(jī)構(gòu)傳遞到鏈條37，并通過(guò)飛輪29進(jìn)一步傳遞到后輪28上。由于后輪28旋轉(zhuǎn)，從而使助動(dòng)自行車向前推進(jìn)。另一方面，當(dāng)馬達(dá)36旋轉(zhuǎn)時(shí)，馬達(dá)36轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)通過(guò)動(dòng)力裝置34中另一個(gè)機(jī)構(gòu)傳遞到鏈條37。從而旋轉(zhuǎn)后輪28。因此，該助動(dòng)自行車具有通過(guò)曲柄33傳遞人力的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和使用馬達(dá)動(dòng)力的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
在主管10下安裝有一箱體41?？刂破?2安置在箱體41中。由蓄電池39向馬達(dá)36供電。一般采用如下的方式由蓄電池39向馬達(dá)36供電，而控制器42則調(diào)節(jié)電流的大小。也就是說(shuō)，當(dāng)人力或通過(guò)腳蹬31、曲柄32和曲柄軸33施加的踏板力大時(shí)，控制器42增大流向馬達(dá)36的電流，而當(dāng)所需踏板力小時(shí)，控制器42則降低流向電機(jī)36的電流。這樣當(dāng)騎車者的負(fù)荷較大時(shí)，就使增大馬達(dá)36的驅(qū)動(dòng)力成為可能，從而使騎車者的負(fù)荷減輕。
電池39分兩層裝入內(nèi)盒38中，而內(nèi)盒38又裝入一外盒40中。該外盒40設(shè)置于座椅管22和后輪28之間，并固定在座椅管22、座椅支撐24及后管26上。頂蓋61蓋往外盒40。當(dāng)頂蓋61打開時(shí)，可將內(nèi)盒38放入外盒40或從外盒40中拿出。
B.控制系統(tǒng)的構(gòu)成下面結(jié)合附圖2描述該實(shí)施例所述的助力扭矩控制系統(tǒng)的組成。附圖2為該控制電路的原理框圖。如圖2所示，表示作用于腳蹬31上的踏板力的數(shù)值由安裝在動(dòng)力裝置34中的扭矩傳感器131通過(guò)接口132輸入控制器42之扭矩電壓檢測(cè)部分130。該扭矩電壓檢測(cè)部分130將上述數(shù)值轉(zhuǎn)換成一合適的處理信號(hào)并將其輸出到指示電流運(yùn)算部分101中。
所述的指示電流運(yùn)算部分101計(jì)算出與踏板力成正比的指示電流并將計(jì)算得出的數(shù)據(jù)輸出到PWM運(yùn)算部分102。該P(yáng)WM運(yùn)算部分102計(jì)算出與指示電流的脈沖電流相對(duì)應(yīng)的占空率，并通過(guò)接口103將該計(jì)算結(jié)果輸出至電流控制部分104。電流控制部分104產(chǎn)生控制，從而在PWM運(yùn)算部分計(jì)算出的占空率的電流脈沖從電池39輸入馬達(dá)36中。輸入馬達(dá)(電機(jī))36中的電流由一電流傳感器(電流檢測(cè)裝置)135進(jìn)行檢測(cè)并且代表該電流的數(shù)值則通過(guò)接口136輸出到電流檢測(cè)部分137。該電流檢測(cè)部分137將表示所述電流的數(shù)值轉(zhuǎn)換成一合適的處理信號(hào)并將其輸出到一界限值計(jì)算部分108。
在該電流值的基礎(chǔ)上，所述的界限值計(jì)算部分108計(jì)算出兩個(gè)檔次的界限值Vth1和Vth2。換言之，該界限值計(jì)算部分108讀取存貯于存貯器109中的電池39的內(nèi)電阻值R，并根據(jù)下述公式計(jì)算這些值的大小，在這里假設(shè)I為電流值。
Vth1-V1-IR ···(1)Vth2-V2-IR ···(2)圖5給出了根據(jù)上述公式計(jì)算得到的第一界限值(子界限值)Vth1和第二界限值(子界限值)Vth2的曲線圖。圖中，下斜線的梯度表示內(nèi)電阻R。值V1和V2通過(guò)試驗(yàn)確定，以得出合適的界限值。當(dāng)電池中剩余的電力足夠時(shí)，值V1設(shè)置成使電池電壓V不會(huì)低于第一界限值Vth1。而當(dāng)電池中剩余的電力很小時(shí)，值V2設(shè)置成使電池電壓V低于第二界限值Vth2。
當(dāng)電流值I等于或小于第一邊界值I1時(shí)，該界限值計(jì)算部分108不執(zhí)行上述運(yùn)算，但讀取存貯于存貯器108中的界限值Vf01和Vf02。當(dāng)電流值I等于或大于第二邊界值I2時(shí)，該界限值計(jì)算部分不執(zhí)行上述運(yùn)算，卻讀取存貯在存貯器109中的界限值Vf02和Vf12。通過(guò)運(yùn)算或讀取獲得的第一界限值Vth1和第二界限值Vth2輸出到警示—停車判斷部分(指示裝置)110。
接著，在電池39上連接有電壓傳感器(電壓檢測(cè)裝置)105。代表電池39電壓的數(shù)值通過(guò)接口106輸出到控制器42的電壓檢測(cè)部分107。該電壓檢測(cè)部分107將上述數(shù)值轉(zhuǎn)換成一合適的處理信號(hào)并將其輸出到警示—停車判斷部分110。該警示—停車判斷部分110按下述公式用檢測(cè)到的電壓v來(lái)確定電池電壓V。
V-v-IR ···(3)當(dāng)電池電壓V位于第一和第二界限值Vth1和Vth2之間時(shí)，該警示—停車判斷部分110將電池電壓V與所述的第一和第二界限值Vth1、Vth2進(jìn)行比較，此時(shí)，安裝于轉(zhuǎn)向把上的指示燈(未示出)閃爍。通過(guò)指示燈的閃爍，騎車者就可得知剩余的電池電力已減小。
接著，當(dāng)電池電壓V大于第二界限值Vth2時(shí)，該警示—停車判斷部分110向設(shè)置于電機(jī)36和電流控制部分104間的繼電器111中的線圈(未示出)輸送激勵(lì)電流；否則就停止電流供應(yīng)。該繼電器111采用常規(guī)的開口型，以便于當(dāng)通過(guò)接口112輸送激勵(lì)電流時(shí)，使電機(jī)36與電流控制部分104間連通，而當(dāng)停止供應(yīng)激勵(lì)電流時(shí)，由繼電器斷開上述連通。對(duì)于這種構(gòu)成，當(dāng)電池39的電壓等于或低于第二界限值Vth2時(shí)，向電機(jī)36的電流供應(yīng)就停止。當(dāng)電池39的電壓等于或低于第二界限值Vth2時(shí)，所述的警示—停車判斷部分110向指示電流運(yùn)算部分101輸送信號(hào)使指示電流為零。這樣就會(huì)停止向電機(jī)36的電流供應(yīng)，即使，例如，繼電器111的觸點(diǎn)因火花或類似原因而相互保持接觸。
C.本實(shí)施例的功能下面結(jié)合附圖6描述上述電機(jī)助動(dòng)自行車的功能。當(dāng)?shù)盘ぷ孕熊嚂r(shí)，與騎車者之踏板力成正比的助力扭矩由電機(jī)36輸出到動(dòng)力裝置34。此時(shí)(步驟S1)電流傳感器135檢測(cè)流向電機(jī)36的電流大小?？缃釉陔姵?9兩端的電壓傳感器105檢測(cè)電池兩端的電壓(步驟S2)。該電壓V包括因電池39之內(nèi)電阻引起的電壓降部分IR。接著，根據(jù)流入電機(jī)36的電流值I和電池39的內(nèi)電阻，計(jì)算或讀取第二界限值Vth2(步驟S3)。該第二界限值Vth2用于識(shí)別是否停止向電機(jī)36供電，而在第S4步驟則將該界限值Vth2與電池39的電壓V-IR進(jìn)行比較。
當(dāng)電池電壓V大于第二界限值Vth2時(shí)，步驟S4中判斷的結(jié)果為是，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S5，以計(jì)算或讀取第一界限值Vth1。第一界限值Vth1用于判斷當(dāng)電池電壓V降低某一值時(shí)是否給騎車者一警示信號(hào)。接下來(lái)在步驟S6中，將第一界限值Vth1與電池電壓V進(jìn)行比較。
當(dāng)電池電壓V大于第一界限值Vth1時(shí)，步驟S6中判斷的結(jié)果為是，控制處理進(jìn)入步驟S7以判斷是否結(jié)束助力扭矩的控制系統(tǒng)。當(dāng)主開關(guān)關(guān)閉或者當(dāng)助力扭矩應(yīng)當(dāng)設(shè)為零(后面將說(shuō)明)時(shí)，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S8以結(jié)束控制；否則控制過(guò)程返回到步驟S1并且重復(fù)步驟S1-S7。
以上就是當(dāng)電池39的剩余電力足夠時(shí)的控制過(guò)程。當(dāng)電池電壓降低至或低于第一界限值Vth1時(shí)，步驟S6中判斷的結(jié)果為否，則控制過(guò)程進(jìn)入步驟S10，使發(fā)光二極管(LED)指示燈閃爍。只要主開關(guān)沒(méi)有關(guān)閉，就重復(fù)步驟S1-S10。
當(dāng)電池電壓進(jìn)一步降低至第二界限值Vth2時(shí)，步驟S4中判斷的結(jié)果為否，則控制過(guò)程進(jìn)入步驟S11使閃爍的指示燈LED點(diǎn)亮。接著，警示—停車判斷部分110輸出一信號(hào)使指示電流值的零值進(jìn)入指示電流運(yùn)算部分101，同時(shí)斷開繼電器111(步驟S12和S13)。這樣就會(huì)停止向電機(jī)36供電并使助力扭矩為零。此時(shí)控制系統(tǒng)結(jié)束工作(步驟S7和S8)。
對(duì)于上述電機(jī)助力自行車，由于第一和第二界限值Vth1和Vth2隨電池39之電流值I的變化而變化，因此可連續(xù)設(shè)置與電池39之電流值I相符的最佳界限值，從而通過(guò)監(jiān)測(cè)電池39的電壓V而保證對(duì)電池的可靠控制。
尤其是在上述實(shí)施例中，由于第一和第二界限值Vth1和Vth2與電池電流值成反比變化，因此當(dāng)電流值I不大于第一邊界值I1或小于第二邊界值I2時(shí)，第一和第二界限值Vth1和Vth2設(shè)置成常數(shù)。因此，當(dāng)電池使用周期長(zhǎng)或當(dāng)電池39的電壓因后繼影響而短時(shí)，雖然開始放電后電池電壓V會(huì)快速立即下降，但電池電壓V不會(huì)降低至或低于第一界限值Vth1或第二界限值Vth2。因此，不執(zhí)行警示或停止放電的控制過(guò)程，而電池39則可有效地使用。此外，由于可防止電池39在低壓下使用，因此電池壽命得以延長(zhǎng)。
在上述實(shí)施例中，當(dāng)電池電壓V降低至或低于第一界限值Vth1時(shí)，由于使指示燈LED閃爍，因此騎車者就可知道電池電壓V已降低。與此同時(shí)，由于騎車者可預(yù)測(cè)到助力扭矩比率至零之間的下降，因此即使那時(shí)騎車者的負(fù)荷增大了，他也可確保安全。此外，當(dāng)電池電壓V下降至或低于第二界限值時(shí)，由于已停止向電機(jī)36供電，因此可防止此時(shí)電池過(guò)放電，騎車者能可靠地得知電池中已沒(méi)有剩余電力了。
D.修改的實(shí)施例上述第一實(shí)施例可修改成下述實(shí)施例。
①在上述第一實(shí)施例中，控制過(guò)程可設(shè)計(jì)成如此當(dāng)電池電壓下降至或低于第二界限值Vth2時(shí)，并不立即將助力扭矩降為零而是將助力扭矩相對(duì)于踏板力的比率逐漸降低，在運(yùn)行某段距離或某段時(shí)間后再降至零。
②在上述第一實(shí)施例中，雖然界限值設(shè)置了兩檔，但只設(shè)置一檔界限值也是可以的。例如，可以僅使用指示燈LED進(jìn)行警示，或執(zhí)行僅僅將助力扭矩變?yōu)榱愕目刂七^(guò)程。也可以逐漸降低助力扭矩。
③由于騎車者負(fù)荷逐漸增大，因此上述逐漸降低助力扭矩的控制具有安全性的優(yōu)點(diǎn)。然而在這種控制中，當(dāng)控制系統(tǒng)的主開關(guān)先關(guān)閉然后再合上時(shí)，由于電池電壓等于或低于第二界限值Vth2，因此恢復(fù)助力扭矩的逐漸降低就取決于再次合上主開關(guān)。因此，作為重復(fù)合上和關(guān)閉主開關(guān)的結(jié)果，電池電壓就會(huì)無(wú)限制地降低并且因過(guò)放電而失去電壓。
為消除這種缺陷，可采用如圖7所示的控制過(guò)程，從而當(dāng)電池電壓V下降至或低于第一界限值Vth1(步驟S9)時(shí)，助力扭矩開始逐漸降低，而當(dāng)電池電壓V降低至或低于第二界限值Vth2時(shí)，助力扭矩變?yōu)榱?。這種構(gòu)成的詳細(xì)情況將在下面以第二個(gè)實(shí)施例的方式加以描述。在那種情況中，可采用如此的設(shè)置將多個(gè)界限系數(shù)按地址先后順序存貯于圖2所示的存貯器138中，然后按地址先后順序讀取這些界限系數(shù)并分別乘以指示電流值，再將這些結(jié)果輸出到PWM運(yùn)算部分102。通過(guò)這種方式的控制，當(dāng)電池電壓V降低至低于第二界限值Vth2時(shí)，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)已結(jié)束(步驟S7)，所以就可防止電池過(guò)放電。此外，由于電池39可用到直到其電壓V降低至低于第二界限值Vth2為止，因此可完全利用電池的容量。
(2)第二實(shí)施例A.第二實(shí)施例的構(gòu)成下面結(jié)合附圖8-12描述本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。第二實(shí)施例的特征在于界限值設(shè)置三檔，因此可根據(jù)電池電壓V下降的范圍執(zhí)行三種類型的控制。具體說(shuō)來(lái)，如圖9所示，當(dāng)電池電壓降低至或低于第一界限值Vth1時(shí)，使帶LED的警示起作用，當(dāng)電池電壓降低至或低于第二界限值時(shí)，使助力扭矩開始逐漸下降，而當(dāng)電池電壓降低至或低于第三界限值Vth3時(shí)，停止該控制系統(tǒng)。這里如上述第一實(shí)施例所述，當(dāng)電流值I不大于第一邊界值I1或不小于第二邊界值I2時(shí)，將界限值Vth1，Vth2和Vth3設(shè)置為常數(shù)。
圖8為該實(shí)施例的控制電路的方框圖。在下述說(shuō)明中，同第一實(shí)施例相同的元件采用同一標(biāo)號(hào)，這些元件的詳細(xì)描述因此就省略了。參見附圖，由計(jì)時(shí)器150產(chǎn)生表示工作時(shí)間的數(shù)據(jù)并且通過(guò)接口151輸出到時(shí)鐘部分152。該時(shí)鐘部分152將表示工作時(shí)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的處理信號(hào)并將其輸出到行程距離運(yùn)算部分153以及電流界限系數(shù)運(yùn)算部分154。由自行車車速傳感器155檢測(cè)的代表自行車車速的數(shù)據(jù)通過(guò)接口156輸出到行駛距離運(yùn)算部分153。該行駛距離運(yùn)算部分153通過(guò)對(duì)自行車車速關(guān)于時(shí)間的積分計(jì)算出自行車行駛的距離，并將代表自行車行駛距離的數(shù)據(jù)輸出到電流界限系數(shù)運(yùn)算部分154。
當(dāng)助力扭矩逐漸降低時(shí)，電流界限系數(shù)運(yùn)算部分154計(jì)算出界限系數(shù)，并將代表該界限系數(shù)的數(shù)據(jù)輸出到指示電流運(yùn)算部分101。該指示電流運(yùn)算部分將計(jì)算得到的與踏板力成正比的指示電流與電流界限系數(shù)乘積的結(jié)果輸出到PWM運(yùn)算部分102。結(jié)果是助力扭矩相對(duì)于踏板力的比率下降。通過(guò)來(lái)自于160部分的命令信號(hào)啟動(dòng)電流界限系數(shù)的計(jì)算，以用于警示，電流逐漸降低以及停車判斷。
在該實(shí)施例中，電流界限系數(shù)隨自行車行駛距離的增大而線性地降低，如圖10(A)所示。這就使得助力扭矩相對(duì)于踏板力的比率隨行駛距離而下降。換言之，當(dāng)電池電壓V降低至低于第一界限值Vth1時(shí)，假定一點(diǎn)D1，此時(shí)當(dāng)自行車由D1點(diǎn)到D2點(diǎn)行駛時(shí)，其電流界限系數(shù)則從1線性降低到r1。因此，給定點(diǎn)d的電流界限系數(shù)由下述公式給出。
r＝1.0-(d-D1)×(1.0-r1)÷(D2-D1)
界限系數(shù)也可隨行駛時(shí)間而降低。此時(shí)只需用時(shí)間參數(shù)代替上述公式中的距離參數(shù)即可計(jì)算界限系數(shù)。此外，也可采取同時(shí)計(jì)算行駛距離和行駛時(shí)間的界限系數(shù)的控制方法，此時(shí)即使采用了更大的界限系數(shù)。通過(guò)采用這種方式的控制，給騎車者提供了更多的助力扭矩從而使騎行更加安穩(wěn)。
也可采取如圖10(B)所示的控制方式，從而使界限系數(shù)的降低比率可隨行駛距離而分級(jí)增大。如圖所示，其界限系數(shù)在第一個(gè)區(qū)間D1-D2中以小的降低比率線性變化。下一個(gè)區(qū)間D2-D3中界限系數(shù)之降低比率稍稍增大，而下一個(gè)區(qū)間D3-D4中則更加增大。當(dāng)助力扭矩開始下降時(shí)，這種控制方法可降低其波動(dòng)，從而使騎車者的身體感覺(jué)得以改善。由于助力扭矩開始下降后騎車者已在一段時(shí)間適應(yīng)于較大的負(fù)荷，因此與較大的負(fù)荷相比未必能感覺(jué)得到較大的降低比率。
如圖10(B)所示的控制也可設(shè)計(jì)成使界限系數(shù)隨行駛時(shí)間而下降，或者分別計(jì)算關(guān)于行駛距離和行駛時(shí)間的界限系數(shù)，即使已采用了更大的界限系數(shù)。如圖10(B)所示的控制還可設(shè)計(jì)成使當(dāng)行駛距離和行駛時(shí)間到達(dá)下一步驟時(shí)(D1，D2，···)界限系數(shù)的下降比率增大。
在本實(shí)施例中，界限值運(yùn)算部分108當(dāng)電流值I不大于第一邊界值I1時(shí)不執(zhí)行上述計(jì)算，但讀取存貯于存貯器109中的界限值Vf01、Vf11和Vf21(見圖9)，而當(dāng)電流值不小于第二邊界值I2時(shí)也不執(zhí)行上述計(jì)算而是讀取存貯于存貯器109中的界限值Vf02，Vf12和Vf22。由計(jì)算或讀取得到的第一和第二界限值Vth1和Vth2輸出到160部分，用于警示，電流逐漸降低及停車判斷。
用于警示、電流逐漸降低以及停車判斷的部分160將電池電壓V與第一、第二和第三界限值Vth1，Vth2和Vth3進(jìn)行比較。當(dāng)電池電壓V位于第一和第二界限值Vth1和Vth2中時(shí)，使LED指示燈閃爍。當(dāng)電池電壓位于第二和第三界限值Vth2與Vth3間時(shí)，限制電流向電機(jī)36供應(yīng)的信號(hào)就輸出到指示電流運(yùn)算部分101，同時(shí)使LED指示燈點(diǎn)亮。
B.第二實(shí)施例的功能下面結(jié)合附圖11和12描述具有如上所述構(gòu)成的電機(jī)助力自行車的功能。當(dāng)?shù)盘ぷ孕熊嚂r(shí)，流入電機(jī)36的電流及此時(shí)的電壓就在步驟S20、S21進(jìn)行檢測(cè)。接著，根據(jù)流入電機(jī)36的電流值I以及電池39的內(nèi)電阻，在步驟S22計(jì)算或讀取第三界限值Vth3。該第三界限值Vth3用于判斷是否停止向電機(jī)36供電。接著，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S23，將第三界限值Vth3與電池電壓V或電池39之V-IR進(jìn)行比較。
當(dāng)電池電壓V大于第三界限值Vth3時(shí)，步驟S23的判斷結(jié)果為是，并且控制過(guò)程進(jìn)入步驟S24，計(jì)算或讀取第二界限值Vth2。該第二界限值Vth2用于判斷當(dāng)電池電壓已下降較可觀時(shí)是否逐漸降低助力扭矩。接著，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S25以將第二界限值Vth2與電池電壓V進(jìn)行比較。
當(dāng)電池電壓V大于第二界限值Vth2時(shí)，步驟S25的判斷結(jié)果為是，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S26，計(jì)算或讀取第三界限值Vth3。該第二界限值Vth2用于判斷當(dāng)電池電壓已降低至某一范圍時(shí)是否給騎車者以警示。接著，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S25以比較第二界限值Vth1與電池電壓V。
當(dāng)電池電壓V大于第一界限值Vth1時(shí)，步驟S6中的判斷結(jié)果為是，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S28以判斷是否停止助力扭矩控制系統(tǒng)。在結(jié)束該控制系統(tǒng)時(shí)有兩種情況一種是關(guān)閉主開關(guān)，另一種是將助力扭矩降低至零。在其他情形下控制過(guò)程進(jìn)入步驟S29以結(jié)束控制系統(tǒng)；否則控制過(guò)程返回到步驟S20并且重復(fù)步驟S20-S29。
以上所述為電池電壓V是足夠的控制過(guò)程。為電池電壓降低至或低于第一界限值Vth1時(shí)，步驟S27中的判斷結(jié)果為否，控制過(guò)程就進(jìn)入步驟S30使LED指示燈閃爍。然后控制過(guò)程進(jìn)入步驟S20-S30及S28。當(dāng)電池電壓V進(jìn)一步下降至或低于第二界限值Vth2時(shí)，步驟S25的判斷結(jié)果為否，則控制過(guò)程進(jìn)入步驟S34以執(zhí)行助力比率逐漸下降的控制過(guò)程。
圖12為助力比率逐漸降低控制過(guò)程的流程圖。首先在該助力比率逐漸降低控制過(guò)程一開始處的步驟S40和S41計(jì)算行駛距離和行駛時(shí)間，而在步驟S42處計(jì)算界限系數(shù)。該界限系數(shù)至少按前述圖10(A)或10(B)之一所述的行駛距離與行駛時(shí)間計(jì)算。當(dāng)界限系數(shù)不為零時(shí)，控制過(guò)程從步驟S43進(jìn)入步驟S45并執(zhí)行指示電流的運(yùn)算，然后再將指示電流與界限系數(shù)相乘。接著，控制過(guò)程返回到主程序中的步驟S28然后再重復(fù)步驟S20-S34及S28。
當(dāng)重復(fù)上述控制過(guò)程時(shí)，由于助力比率逐漸降低至零，此時(shí)步驟S43的判斷結(jié)果為否，該過(guò)程進(jìn)入步驟S44使繼電器111斷開。下一步驟S45中指示電流的計(jì)算結(jié)果變?yōu)榱?。結(jié)果是向電機(jī)36的供電完全停止。而主程序中步驟S28的判斷結(jié)果為是，控制過(guò)程進(jìn)入步驟S29以結(jié)束控制系統(tǒng)。
以上所述為在界限系數(shù)變?yōu)榱阒半姵?9的電壓V不會(huì)降低至低于第三界限值Vth3的控制過(guò)程。當(dāng)界限值變?yōu)榱闱医Y(jié)束控制系統(tǒng)之后再次合上主開關(guān)時(shí)，就從開始處繼續(xù)助力逐漸降低的控制過(guò)程。在本實(shí)施例中，如果當(dāng)執(zhí)行完助力逐漸降低的控制過(guò)程后，電池電壓V降低至低于第三界限值Vth3，則步驟S23的判斷結(jié)果為否，控制過(guò)程就進(jìn)入步驟S31以點(diǎn)亮閃爍的LED指示燈。
用于警示、電流逐漸降低及停車判斷的部分160輸出一使指示電流為零的信號(hào)給指示電流運(yùn)算部分101，并且關(guān)閉繼電器111(步驟S32和S33)。結(jié)果是，向電機(jī)36的供電完全停止而助力扭矩變?yōu)榱?。因而主程序中步驟S28之判斷結(jié)果為是而控制過(guò)程進(jìn)入步驟S29以結(jié)束控制系統(tǒng)。
在如上所述的助力人力車中，由于當(dāng)電池電壓V降低至或低于第一界限值Vth1時(shí)使LED指示燈閃爍，而當(dāng)電池電壓V降低至或低于第二界限值Vth2時(shí)助力比率逐漸降低，因此騎車者能通過(guò)視覺(jué)和身體感覺(jué)得知電池電壓的下降，與此同時(shí)，能預(yù)測(cè)助力比率至零之間的降低。結(jié)果是，即使此時(shí)騎車者的負(fù)荷增大，他也能確保安全。由于騎車者的負(fù)荷是逐漸增大的，因此波動(dòng)很小并且騎車者能安穩(wěn)地騎行。
(3)其他修改實(shí)施例本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，并可用不同方式作如下修改。
①用帶蜂音器的聲音警示或類似的設(shè)備代替LED指示燈，或除LED指示燈外還增加有帶蜂音器的聲音警示或類似設(shè)備。
②雖然上述實(shí)施例中只設(shè)置了兩個(gè)或三個(gè)界限值，但亦可設(shè)置多個(gè)界限值。例如，可根據(jù)電池電壓設(shè)置下述控制過(guò)程，即分別讓LED指示燈閃爍，蜂音器發(fā)聲，助力扭矩比率漸降，以及控制系統(tǒng)停止。
③可設(shè)置成如此構(gòu)成，即當(dāng)助力扭矩比率漸降過(guò)程開始時(shí)，產(chǎn)生蜂音器聲音。
④可設(shè)置兩檔界限值，第一檔啟動(dòng)助力扭矩比率漸降過(guò)程，第二檔則停止控制系統(tǒng)。
⑤除了助力扭矩比率漸降過(guò)程外，該控制系統(tǒng)也可通過(guò)將助力扭矩降低(例如降低一半)來(lái)給騎車者產(chǎn)生一失控的感覺(jué)。
如上所述，對(duì)于本發(fā)明所述的助力人力車而言，可根據(jù)蓄電池的電流值連續(xù)設(shè)置最佳界限值，從而可靠地控制并監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓(權(quán)利要求1)。由于界限值的上界限設(shè)置于較低的電流值范圍內(nèi)，即使是舊電池開始放電后因?yàn)殡妷毫⒓聪陆?，但電池電壓不?huì)降低至低于該界限值，因此蓄電池能有效地使用(權(quán)利要求2)。由于界限值的下限設(shè)置在較高的電流值范圍內(nèi)，可防止蓄電池過(guò)放電，而其使用壽命可以延長(zhǎng)。這一效果是通過(guò)執(zhí)行合適的控制過(guò)程來(lái)達(dá)到的，例如當(dāng)電池電壓降低至或低于該界限值時(shí)，停止控制系統(tǒng)(權(quán)利要求3)。
權(quán)利要求
1.一種助力人力車，其特征在于所述的車包括一用于產(chǎn)生對(duì)人力扭矩起助力扭矩作用的馬達(dá)；一用于向所述的馬達(dá)提供電流的蓄電池；根據(jù)所述扭矩改變由所述電池產(chǎn)生的電流的控制裝置；用于檢測(cè)所述蓄電池的電壓的電壓檢測(cè)裝置；用于檢測(cè)所述電流值的電流檢測(cè)裝置；根據(jù)所述電流值計(jì)算界限值的界限值計(jì)算裝置和給所述蓄電池的使用者以指示的指示裝置，當(dāng)所述蓄電池的電壓低于所述界限值時(shí)，該指示裝置發(fā)生作用。
2.如權(quán)利要求1所述的助力人力車，其特征在于當(dāng)所述電流值位于零至第一邊界值之間時(shí)，所述的界限值連續(xù)變化，以使其大體上為常量，而隨著該電流值從第一邊界值增大而下降。
3.如權(quán)利要求1或2所述的助力人力車，其特征在于所述的界限值連續(xù)變化，從而隨著該電流值的增大而下降，而當(dāng)該電流等于或大于第二邊界值時(shí)，使該界限值大體上為常量，所述的第二邊界值小于該電流的最大可能值。
4.如權(quán)利要求1至3所述的助力人力車，其特征在于所述的指示裝置通過(guò)停止向所述馬達(dá)供電而給該蓄電池的使用者指示出該蓄電池電壓已低于所述界限值。
5.如權(quán)利要求1至4中任一個(gè)所述的助力人力車，其特征在于所述界限值包括多個(gè)不同檔次的子界限值，并且所述的指示裝置因所述蓄電池電壓降低而根據(jù)所述的每一個(gè)子界限值的下界改變指示方式。
6.如權(quán)利要求5所述的助力人力車，其特征在于所述的子界限值為兩個(gè)檔次，當(dāng)所述蓄電池的電壓低于子界限值的較高檔值時(shí)，所述的指示裝置能產(chǎn)生至少通過(guò)視覺(jué)或聽覺(jué)之一可覺(jué)察的信號(hào)，并且當(dāng)所述蓄電池的電壓低于所述子界限值的較低檔值時(shí)，所述的指示裝置能產(chǎn)生通過(guò)身體感覺(jué)可覺(jué)察的信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的助力人力車，其特征在于當(dāng)通過(guò)身體感覺(jué)覺(jué)察到信號(hào)時(shí)，所述的指示裝置以所述的逐漸降至人力的助力扭矩比率來(lái)表示。
8.如權(quán)利要求6所述的助力人力車，其特征在于當(dāng)通過(guò)身體感覺(jué)覺(jué)察到信號(hào)時(shí)，所述的指示裝置以所述的降至為零的人力的助力扭矩比率來(lái)表示。
9.如權(quán)利要求5所述的助力人力車，其特征在于所述的子界限至少設(shè)置三個(gè)檔次，當(dāng)所述蓄電池的電壓低于所述子界限值的較高檔值時(shí)，所述的指示裝置給出至少能通過(guò)視覺(jué)或聽覺(jué)之一感覺(jué)到的信號(hào)，而當(dāng)所述電壓低于一個(gè)比所述較高檔值低的子界限值時(shí)，逐漸降低所述助力扭矩相對(duì)于人力的比率，當(dāng)所述電壓低于一個(gè)更低的子界限值時(shí)，則給出能通過(guò)身體感覺(jué)覺(jué)察到的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明的助力人力車包括向助力扭矩電機(jī)提供電流的蓄電池，根據(jù)扭矩改變電池輸出電流的控制裝置，用于檢測(cè)電流值的電流檢測(cè)裝置，根據(jù)電流值計(jì)算界限值的界限值計(jì)算裝置，當(dāng)電池電壓低于界限值時(shí)的指示裝置。該助力車設(shè)計(jì)如下開始放電后電池電壓之突然下降不會(huì)使電壓低于界限值，其控制方法是當(dāng)電流值不大于第一邊界值時(shí)，設(shè)置界限值的上限。當(dāng)電流值不小于第二邊界值時(shí)，通過(guò)設(shè)置界限值的下限使電池不會(huì)在極低的電壓下放電。
文檔編號(hào)B60K1/04GK1136722SQ9610607
公開日1996年11月27日 申請(qǐng)日期1996年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月3日
發(fā)明者齋藤干夫, 伊藤雅樹 申請(qǐng)人:雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)株式會(huì)社