CN108502082A - 电动车辆和电动车辆的控制方法 - Google Patents

Abstract

提供电动车辆和电动车辆的控制方法。在用发电机通过搭乘者的踏力发出的电力驱动电动机来行驶的电动车辆中，可用搭乘者期望的踏力行驶。电动车辆具备：发电机驱动部件，由搭乘者的踏力驱动；发电机，与发电机驱动部件连接；电动机，与驱动轮连接，用发电机的发电电力进行动作；和控制单元，控制发电机和电动机的动作。电动车辆具备选择用于驱动发电机驱动部件的踏力大小的踏力选择单元，控制单元以与由踏力选择单元选择的踏力大小相应的发电电流指令值控制发电机的发电，因此低车速时以高速驱动发电机驱动部件，高车速时以低速驱动发电机驱动部件，由此不需要成为成本提高的主因的机械变速器，就能够以与搭乘者的腿力或喜好相应的固定的踏力行驶。

Description

电动车辆和电动车辆的控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动车辆，该电动车辆具备：发电机驱动部件，其由搭乘者的踏力驱动；发电机，其与所述发电机驱动部件连接；电动机，其与驱动轮连接，利用所述发电机的发电电力进行动作；以及控制单元，其控制所述发电机和所述电动机的动作。此外，本发明涉及一种电动车辆的控制方法，利用由搭乘者的踏力驱动的发电机驱动部件使发电机进行动作，利用所述发电机的发电电力使电动机进行动作，从而驱动驱动轮。

背景技术

根据以下专利文献1公知一种双轮滑板，该双轮滑板具备与后轮连接的电动机，利用电池中储存的电力驱动电动机来行进。

此外根据以下专利文献2公知一种动力自行车，该动力自行车将与由搭乘者踩踏的踏板连接的发电机和与后轮连接的电动机与电池连接，与发电机通过搭乘者的踏力而发出的电力相应地驱动电动机来行进。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-305476号公报

专利文献2：日本特开平8-48279号公报

发明内容

发明所要解决的课题

图11的(A)示出电动机的驱动扭矩与电动机的转速之积固定的额定输出线，图11的(B)示出发电机的发电扭矩(踏板踏力)与发电机的转速(踏板踩踏量)之积固定的额定输出线。

上述专利文献2记载，将由搭乘者的踏板踏力和踏板踩踏量(踩踏次数或踩踏行程)确定的机械能通过发电机转换为电能即电力，检测该电力，将与检测出的电力成比例的电力作为指令值来驱动电动机。

这样，上述现有技术由于发电机的额定输出线上的例如A点、B点、C点表示的运转状态(扭矩和转速)与电动机的额定输出线上的A′点、B′点、C′点表示的运转状态(扭矩和转速)一对一地对应，因此在使动力自行车从停止状态起步时或起步后比较低速的行驶状态下，必须用大的踏力缓慢地踩踏驱动发电机的踏板，另一方面，直至达到期望的车速为止的比较高速的行驶状态或维持期望的车速的高速的行驶状态下，必须用小的踏力快速踩踏驱动发电机的踏板，存在不能选择搭乘者喜好的踏板踏力而唯一地被强加与车速相应的踏板踏力的问题。

作为避免该问题的手段之一，考虑在踏板与发电机之间配置机械性的变速器，以搭乘者期望的踏板踏力和踏板踩踏量发出为了得到期望的车速而所需的电力。但是，若采用上述手段，则由于需要机械性的变速器，因此存在重量、成本増加的问题。

本发明是鉴于上述状况而完成的，目的在于，在用发电机通过搭乘者的踏力发出的电力驱动电动机来行驶的电动车辆中，能够以搭乘者期望的踏力进行行驶。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，技术方案1的发明提出一种电动车辆，该电动车辆具备：发电机驱动部件，其由搭乘者的踏力驱动；发电机，其与所述发电机驱动部件连接；电动机，其与驱动轮连接，利用所述发电机的发电电力进行动作；以及控制单元，其控制所述发电机和所述电动机的动作，所述电动车辆的特征在于，所述电动车辆具备对用于驱动所述发电机驱动部件的踏力的大小进行选择的踏力选择单元，所述控制单元以与由所述踏力选择单元选择的踏力的大小相应的发电电流指令值控制所述发电机的发电。

此外，技术方案2的发明是在技术方案1的结构的基础上提出一种电动车辆，其特征在于，所述电动车辆具备对所述电动机辅助搭乘者的踏力的辅助量进行选择的辅助量选择单元，所述控制单元根据由所述辅助量选择单元选择的踏力的辅助量，变更所述电动机的目标驱动电力。

此外，技术方案3的发明提出一种电动车辆的控制方法，利用由搭乘者的踏力驱动的发电机驱动部件使发电机进行动作，利用所述发电机的发电电力使电动机进行动作而驱动驱动轮，所述电动车辆的控制方法的特征在于，由踏力选择单元选择用于驱动所述发电机驱动部件的踏力的大小，以与选择的踏力的大小相应的发电电流指令值控制所述发电机的发电。

此外，技术方案4的发明是在技术方案3的结构的基础上提出一种电动车辆的控制方法，其特征在于，由辅助量选择单元对所述电动机辅助搭乘者的踏力的辅助量进行选择，根据选择的辅助量变更所述电动机的目标驱动电力。

另外，实施方式的脚踏板(kick pedal)17与本发明的发电机驱动部件和辅助量选择单元对应，实施方式的控制器32与本发明的控制单元对应，实施方式的推进开关Sa与本发明的踏力选择单元对应。

发明效果

根据技术方案1的结构，电动车辆具备：发电机驱动部件，其由搭乘者的踏力驱动；发电机，其与发电机驱动部件连接；电动机，其与驱动轮连接，利用发电机的发电电力进行动作；以及控制单元，其控制发电机和电动机的动作。此外电动车辆具备选择用于驱动发电机驱动部件的踏力的大小的踏力选择单元，控制单元以与由踏力选择单元选择的踏力大小相应的发电电流指令值控制发电机的发电，因此低车速时以高速驱动发电机驱动部件，高车速时以低速驱动发电机驱动部件，由此不需要成为成本提高的主因的机械变速器，就能够以与搭乘者的腿力或喜好相应的固定的踏力行驶。

此外根据技术方案2的结构，具备对电动机辅助搭乘者的踏力的辅助量进行选择的辅助量选择单元，控制单元根据由辅助量选择单元选择的踏力的辅助量，变更电动机的目标驱动电力，因此能够在以固定的踏力驱动发电机驱动部件的同时，使电动机的目标驱动电力増加来有力地辅助搭乘者的踏力，或者使电动机的目标驱动电力减少来较弱地辅助搭乘者的踏力。

此外，根据技术方案3的结构，电动车辆通过由搭乘者的踏力驱动的发电机驱动部件使发电机进行动作，用发电机的发电电力使电动机进行动作来驱动驱动轮。此外，电动车辆用踏力选择单元选择用于驱动发电机驱动部件的踏力的大小，以与选择的踏力的大小相应的发电电流指令值控制发电机的发电，因此低车速时以高速驱动发电机驱动部件，高车速时以低速驱动发电机驱动部件，由此不需要成为成本提高的主因的机械变速器，就能够以与搭乘者的腿力或喜好相应的固定的踏力行驶。

此外根据技术方案4的结构，用辅助量选择单元选择电动机辅助搭乘者的踏力的辅助量，根据选择的辅助量变更电动机的目标驱动电力，因此能够在以固定的踏力驱动发电机驱动部件的同时，使电动机的目标驱动电力増加来有力地辅助搭乘者的踏力，或者使电动机的目标驱动电力减少来较弱地辅助搭乘者的踏力。

附图说明

图1是示出电动滑板的整体结构的图。

图2是电动滑板的发电机构的说明图。

图3是电动滑板的驱动机构的说明图。

图4是发电机和电动机的控制系统的框图。

图5是起动处理程序的流程图。

图6是结束处理程序的流程图。

图7是踏力模式设定处理程序的流程图。

图8是辅助模式设定处理程序的流程图。

图9是推进处理程序的流程图。

图10是示出发电机的发电电力和电动机的驱动电力之间的关系的图。

图11是示出与图10对应的现有技术例的图。

标号说明

15：电动机；

16：驱动轮；

17：脚踏板(发电机驱动部件、辅助量选择单元)；

18：发电机；

32：控制器(控制单元)；

Sa：推进开关(踏力选择单元)

具体实施方式

以下基于图1～图10，说明本发明的实施方式。

如图1所示，电动滑板具备：板状的车体11；手柄支柱12，其竖立地设置在车体11的前部；手柄13，其设置在手柄支柱12的上端；左右两个转向轮14，它们设置在车体11的前部，由手柄13转向；一个驱动轮16，其设置在车体11的后部，受电动机15驱动；脚踏板17，其以上下摆动自如的方式枢转支承于车体后部，由搭乘者的单脚进行踩踏操作；发电机18，其受脚踏板17驱动；以及电池19，其与电动机15及发电机18连接。

如图2所示，脚踏板17的中间部经由支点20以能够上下摆动的方式枢转支承在车体11上。在车体11的下表面，经由支架11a以旋转自如的方式支承有链轮21，一端与脚踏板17的下端联结而卷绕于链轮21的链条22的另一端经由线圈弹簧23与车体11的下表面的支架11b联结。链条22的中间部与经由支架11c以旋转自如的方式支承于车体11的下表面的链轮24啮合。在经由单向离合器25与链轮24同轴地联结的链轮26、以及固定于设置在车体11的上表面的发电机18的旋转轴的链轮27上，卷绕有环状链条28。

因此，当用一只脚站在车体11上的搭乘者用另一只脚踩踏脚踏板(kick pedal)17时，在拉伸线圈弹簧23的同时，链条22被向一个方向驱动，链轮24向一个方向旋转，该链轮24的旋转经由单向离合器25、链轮26、环状链条28和链轮27向发电机18传递，从而由发电机18进行发电。当解除对脚踏板17的踩踏时，链条22因被拉伸后的线圈弹簧23收缩的弹力而被向另一方向驱动，链轮26向另一方向旋转，但单向离合器25解除接合，由此驱动力向发电机18的传递被切断。这样，当搭乘者连续踩踏脚踏板17时，发电机18被向一个方向间歇地驱动，从而发电。

如图3所示，在设置于车体11的下表面的支架11d上旋转自如地支承有驱动轮16，在固定于驱动轮16的车轴上的链轮29、以及固定于在车体的上表面设置的电动机15的旋转轴上的链轮30上，卷绕有环状链条31。

因此，若将电动机15向一个方向驱动，则驱动轮16旋转，电动滑板向前进方向行驶。此外，若对电动机15进行再生制动，或者使电动机15产生反方向的扭矩，则电动滑板被制动。

如图1和图4所示，在车体11的下表面搭载有由包括微型计算机的电源驱动单元构成的控制器32，在手柄13上设置有推进开关Sa和制动开关Sb。推进开关Sa指示电动滑板的起步、加速，制动开关Sb指示电动滑板的制动。在本实施方式中，推进开关Sa兼具设定搭乘者踩踏脚踏板17所需的踏力大小的踏力选择开关的功能。此外在本实施方式中，脚踏板17兼具设定电动机15的驱动力的大小、即辅助搭乘者对脚踏板17的操作的辅助量的大小的辅助量选择单元的功能。

对控制器32，除了输入来自推进开关Sa和制动开关Sb的信号外，还输入由电动机转速传感器Sd检测到的电动机15的转速信号(即车速信号)、由发电电流传感器Se检测到的发电机18的发电电流信号、由发电机转速传感器Sf检测到的发电机18的转速信号。控制器32根据来自所述各开关Sa、Sb和所述各传感器Sd～Sf的信号，输出电动机15的驱动力指令信号和发电机18的发电电流指令信号。

接下来，基于图5～图9的流程图来说明控制器32对发电机18和电动机15的控制。

图5是开始发电机18和电动机15的控制的起动处理程序的流程图，若在步骤S11中接通主电源(未图示)，则在步骤S12中控制器32接通，在步骤S13中控制器32输出的发电机18的发电电流指令值和电动机15的驱动扭矩指令值被设定成作为初始值的零，在步骤S14中发电机18和电动机15中通电，在步骤S15中电动滑板成为能够行驶的待机状态。

图6是结束对发电机18和电动机15的控制的结束处理程序的流程图，若在步骤S21中断开主电源，则在步骤S22中控制器32断开，对发电机18和电动机15进行的通电被断开，由此在步骤S23中完成结束处理。

图7是设定踏力模式的踏力模式设定处理程序的流程图。踏力模式是踩踏脚踏板17所需的踏力的指标、即发电机18的发电电流指令值的指标，在本实施方式中，根据搭乘者的体力或喜好设定为三个阶段。踏力模式1是使脚踏板17的踩踏力较小(较轻)的模式，发电机18的发电电流指令值被设定为10A。踏力模式2是将脚踏板17a的踩踏力设为中等程度的模式，发电机18的发电电流指令值被设定为20A。踏力模式3是使脚踏板17的踩踏力较大(较重)的模式，发电机18的发电电流指令值被设定为30A。这些踏力模式以表格的方式存储于控制器32中。

若在图7的流程图的步骤S31中主电源接通，在步骤S32中控制器32接通，则在步骤S33中将踏力模式设定为初始值(例如踏力模式2)。若在接下来的步骤S34中制动开关Sb接通，且在步骤S35中由电动机转速传感器Sd检测到的电动机15的转速(即车速)为零，确认了车体停止，则在步骤S36中检测兼作踏力选择开关的推进开关Sa接通的次数。

即，在制动开关Sb接通的状态下，在步骤S37中检测在规定的时间内推进开关Sa接通的次数。若次数为1次，则在步骤S38中设定踏力模式1，若次数为2次，则在步骤S39中设定踏力模式2，若次数为3次，则在步骤S40中设定踏力模式3。

图8是设定辅助模式的辅助模式设定处理程序的流程图。辅助模式变更与各踏力模式对应的电动机15的驱动电力指令值，在辅助模式1中，对各踏力模式的电动机15的驱动电力指令值乘以比1小的系数(例如0.8)，从而向减少方向校正，在辅助模式2中，对各踏力模式的电动机15的驱动电力指令值乘以系数＝1而直接使用，在辅助模式3中，对各踏力模式的电动机15的驱动电力指令值乘以比1大的系数(例如2.0)，从而向増加方向校正。

在辅助模式2中，当假定发电机18的发电效率为100％时，用与发电机18的发电电力相等的驱动电力驱动电动机15，但在辅助模式1中，用发电机18的发电电力的0.8倍的驱动电力驱动电动机15，剩余的电力被充至电池19。因而，辅助模式1可谓重视确保电池19的容量的模式。此外，在辅助模式3中，用发电机18的发电电力的2.0倍的驱动电力驱动电动机15，不足的电力从电池19取出。因而，辅助模式3可谓重视辅助搭乘者的踏力的模式。

若在图8的流程图的步骤S41中，主电源接通，在步骤S42中，控制器32接通，则在步骤S43中将辅助模式设定为初始值(例如辅助模式2)。若在接下来的步骤S44中，制动开关Sb接通，且在步骤S45中由电动机转速传感器Sd检测到的电动机15的转速(即车速)为零，确认了车体停止，则在步骤S46中检测兼作辅助量设定单元的脚踏板17被踩踏的次数。

即，在接通制动开关Sb的状态下，在步骤S47中检测在规定时间内脚踏板17被踩踏的次数。如果次数为1次，则在步骤S48中设定辅助模式1，如果次数为2次，则在步骤S49中设定辅助模式2，如果次数为3次，则在步骤S50中设定辅助模式3。

图9是驱动电动机15来使电动滑板行驶的推进处理程序的流程图，在步骤S51中制动开关Sb断开，在步骤S52中推进开关Sa接通时，若在步骤S53中根据发电机转速传感器Sf的输出检测到搭乘者踩踏脚踏板17，则在步骤S54中设定与已被设定如下发电电流指令值的踏力模式相应的电流值，其中，所述发电电流指令值被设定为初始值＝0A，即，在设定了踏力模式1的情况下设定为10A，在设定了踏力模式2的情况下设定为20A，在设定了踏力模式3的情况下设定为30A。

并且，若通过脚踏板17的踩踏，发电机18输出与设定的发电电流指令值对应的电流，则在步骤S55中对由发电电流传感器Se检测到的发电电流乘以由发电机转速传感器Sf检测到的发电机转速，计算发电机18的发电电力。在接下来的步骤S56中，对发电电力乘以与已经设定的辅助模式对应的系数，即在设定了辅助模式1的情况下系数＝0.8，在设定了辅助模式2的情况下系数＝1.0，在设定辅助模式3的情况下系数＝2.0，由此计算电动机15的目标驱动电力。

若这样计算出电动机15的目标驱动电力，则在步骤S57中检测电动机转速传感器Sd输出的电动机15的转速，在步骤S58中电动机15的目标驱动电力除以电动机15的转速，由此计算电动机15的驱动电流。并且，如果在步骤S59中由电动机转速传感器Sd输出的电动机15的转速计算出的车速小于规定的最高速，则在步骤S60中将电动机15的驱动电流设定为所述步骤S58中计算出的计算值，并且如果在所述步骤S59中车速在规定的最高速以上，则在步骤S61中将电动机15的驱动电流保持为前次值。

发电机18仅在踩踏往复摆动的脚踏板17时发电，在脚踏板17复原时不发电，因此在脚踏板17复原时也需要继续驱动电动机15。因此，在所述步骤S53中没有踩踏脚踏板17时，在所述步骤S61中也将电动机15的驱动电流保持为前次值，继续驱动电动机15。

此外，在所述步骤S51中制动开关Sb断开，且在所述步骤S52中推进开关Sa断开，判断为搭乘者没有使电动滑板加速的意思时，在步骤S62中将电动机15的驱动电流设定为0A，能够使电动滑板进行惯性行驶。并且，若在该状态下，根据发电机转速传感器Sf的输出检测到搭乘者踩踏了脚踏板17，则在步骤63中将发电机18的发电电流指令值设定为与已经设定的踏力模式相应的电流值。其结果是，电池19通过发电机18发出的电力而被充电。

在脚踏板17复原时，尽管发电机18不发电，电动机15基本上被持续驱动，因此，取出的电力过剩，电池19的容量逐渐减少，但在电动滑板的惯性行驶中，通过踩踏脚踏板17，能够实现电池的充电。

此外，若在所述步骤S51中制动开关Sb接通，判断为搭乘者具有制动意思，则在步骤S65中利用电动机15执行制动。具体而言，优先对电动机15进行再生制动，用再生电力对电池19进行充电，在再生制动中制动力不足的情况下，用电池19中存储的电力使电动机15产生反转方向的扭矩来进行制动。

如上所述，根据本实施方式，通过脚踏板17的踩踏驱动发电机18来发电，用该发电电力驱动电动机15而使电动滑板行驶时，搭乘者能够选择电动机15的驱动所需的脚踏板17的踏力大小(踏力模式)，因此即使在电动滑板起步时或低速行驶时，也不必用大的踏力踩踏脚踏板17，乏力的搭乘者也能容易享受行驶的乐趣。

进一步说明上述作用，为了在图10的(A)的电动机15的额定输出线上的D点驱动电动机15，只要在图10的(B)的发电机18的额定输出线上的任意点驱动发电机18即可。该情况下，欲在A点驱动发电机18时，脚踏板17的踏力增大，但踩踏脚踏板17的次数(踩踏速度)较少即可。此外欲在C点驱动发电机18时，脚踏板17的踏力较小即可，但脚踏板17的踩踏次数(踩踏速度)增大。此外，欲在B点驱动发电机18时，脚踏板17的踏力和踩踏次数(踩踏速度)位于A点与C点的中间。

根据本实施方式，即使用推进开关Sa选择所需的踏力不同的A点、B点、C点中的任意点来驱动发电机18，也能通过改变踩踏脚踏板17的次数(踩踏速度)、得到相同的发电电力，来用期望的扭矩和转速(例如图10的(A)的电动机15的额定输出线上的D点)驱动电动机15，大幅地提高便利性。

并且，通过用辅助量选择单元(即脚踏板17)选择辅助模式1、辅助模式2、辅助模式3，能够用比发电机18的发电电力大的驱动电力驱动电动机15，用比发电机18的发电电力小的驱动电力驱动电动机15，因此即使乏力的搭乘者也能用更小的踏力享受行驶的乐趣，而且有体力的搭乘者不特意增大踏力就能够锻炼腿力。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明能够在不脱离其主旨的范围内适当地进行各种设计变更。

例如，本发明的电动车辆不限于实施方式的电动滑板，也可以是电动辅助自行车等其他种类的电动车辆。在电动车辆为电动辅助自行车的情况下，其旋转式的踏板相当于本发明的驱动力输入部件。

此外，实施方式的电动滑板具备两个转向轮和一个驱动轮，但转向轮和驱动轮的数量是任意的。

此外在实施方式中，推进开关Sa兼具踏力选择开关的功能，但可以与推进开关Sa独立地具备踏力选择开关。

此外在实施方式中，脚踏板17兼具辅助量选择单元的功能，但可以另外具备辅助量选择开关。

Claims (4)

1.一种电动车辆，该电动车辆具备：

发电机驱动部件(17)，其由搭乘者的踏力驱动；

发电机(18)，其与所述发电机驱动部件(17)连接；

电动机(15)，其与驱动轮(16)连接，利用所述发电机(18)的发电电力进行动作；以及

控制单元(32)，其控制所述发电机(18)和所述电动机(15)的动作，

所述电动车辆的特征在于，

所述电动车辆具备踏力选择单元(Sa)，该踏力选择单元(Sa)对用于驱动所述发电机驱动部件(17)的踏力的大小进行选择，所述控制单元(32)以与由所述踏力选择单元(Sa)选择的踏力的大小相应的发电电流指令值控制所述发电机(18)的发电。

2.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于，

所述电动车辆具备辅助量选择单元(17)，该辅助量选择单元(17)对所述电动机(15)辅助搭乘者的踏力的辅助量进行选择，所述控制单元(32)根据由所述辅助量选择单元(17)选择的踏力辅助量，变更所述电动机(15)的目标驱动电力。

3.一种电动车辆的控制方法，利用由搭乘者的踏力驱动的发电机驱动部件(17)使发电机(18)进行动作，利用所述发电机(18)的发电电力使电动机(15)进行动作而驱动驱动轮(16)，其特征在于，

由踏力选择单元(Sa)选择用于驱动所述发电机驱动部件(17)的踏力的大小，以与所选择的踏力的大小相应的发电电流指令值控制所述发电机(18)的发电。

4.根据权利要求3所述的电动车辆的控制方法，其特征在于，

由辅助量选择单元(17)对所述电动机(15)辅助搭乘者的踏力的辅助量进行选择，根据所选择的辅助量变更所述电动机(15)的目标驱动电力。