CN1135993A - 电动自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明的电动自行车包括：电动马达、电动机电流检测器、踏力检测器、以及控制器。控制器检测由踏力检测器检测的踏力变动幅度，并与规定的幅度进行比较，如果踏力变动的幅度小的状态持续一定时间以上，便停止马达驱动。

Description

电动自行车
本发明涉及电动自行车，尤其涉及用人力驱动的人力驱动部和用电动机驱动的电力驱动部两者兼备、根据人的驱动力的大小驱动电动机、用电动机的驱动力辅助人的驱动力的电动自行车。
在现有的这种电动自行车中，如特开平5-246378号公报所述，同时设有人力驱动系统和电动机驱动系统，检测人力驱动系统的驱动力即脚蹬上的踏力(踏脚蹬的力)、调节电动机的输出功率。
即，如图31所示，用踏力检测部201检测脚蹬上的踏力，用电机电流检测部202检测电机的电流，用车速检测部203检测车速，将这些数据输入控制器204，调节加在电机205上的电压。就是说，检测踏力，用开关元件等调节加在电机205上的电压(平均电压)，以便使电机205产生与上述踏力配合的转矩，通过减速器206驱动车轮207。
可是在这种电动自行车中，在脚踏上未加力的情况下，由于噪声等的影响，从踏力检测部201输出信号时，致使电机205误动作。就是说，即使未踏脚蹬，踏力检测部201的输出有时完全为“0”，有时比“0”稍大一些，因此电机205或动或停，往往连续地呈一种不稳定状态。
为了解决这一问题，可设定踏力的阈值，当踏力在该阈值以下时，不使电机驱动即可。可是，电机开始驱动后，踏力在阈值以下时，经常会使电机停止驱动，在这种情况下用阈值以下的小踏力骑行时，电机的辅助就没有了。
另外，一旦超过阈值，电机开始驱动后，踏力即使小于阈值，电机的驱动也不停止，不加踏力后，电机或动或停，还是发生前面说过的那种问题。
已知现有的另一种电动自行车备有检测主驱动力的踏力传感器、以及检测辅助驱动力的电机电流传感器，根据这些传感器的检测值控制电机的输出功率(例如参见特开平4-100790号公报)。
可是这些传感器本来在其输出中就含有偏移量(无输入时存在的输出部分)，该偏移量随温度的漂移而变化，而且即使是在相同种类的传感器之间偏移量也是离散的，因此存在难以正确校正这些传感器的输出而获得真正的检测值的问题。
本发明就是考虑到这种情况而开发的，其目的在于提供一种带电动机停止功能的电动自行车，即如果踏力的变动幅度小(振幅小)的状态持续一定时间以上，则被看作不骑自行车的状态，停止电机驱动。
另外，本发明的目的在于并非只有满足上述条件时就停止电机的驱动，除此条件外，还需车速为“0”，就是说只有当自行车停止时，才停止电机的驱动。
再一个目的在于在使自行车停止而刹闸的状态下，即使脚还踏在脚蹬上检测出踏力时，也能更新踏力的阈值，使电机停止驱动。
另一目的在于将暂时向上修正过的阈值向下修正。
本发明的目的在于提供这样一种电动自行车，即它能精确地检测主驱动力和辅助驱动力，从而能适当地控制驱动力。
本发明提供的电动自行车备有用人力驱动车轮的人力驱动装置、检测人力驱动装置驱动力的人力传感器、用电机驱动车轮的电力驱动装置、检测电力驱动装置驱动力的电动力传感器、根据来自人力传感器和电动力传感器的信号控制电力驱动装置驱动力的控制装置以及检测由人力传感器检测的驱动力变动幅度的变动幅度检测装置。上述控制装置包括将由变动幅度检测装置检测的变动幅度与规定的幅度进行比较、停止电力驱动装置的动作的动作停止装置。
本发明提供的电动自行车备有用人力驱动车轮的人力驱动装置、检测人力驱动装置驱动力的人力传感器、用电机驱动车轮的电力驱动装置、检测电力驱动装置驱动力的电动力传感器、以及根据来自人力传感器和电动力传感器的信号控制电力驱动装置驱动力的控制装置，该电动自行车的特征在于：上述控制装置具有传感器校正装置和基准值更新装置，上述传感器校正装置从人力传感器和电动力传感器中的至少一个的输出中减去规定的基准值，将得到的计算值作为传感器的检测值，上述基准值更新装置在传感器的输出比上述基准值小时，将该传感器的输出作为新的基准值更新。
本发明的这些及其它目的从下面的详细说明中将会很容易理解。可是，应该理解本发明的这些最佳实施例仅仅是作为例证说明而给出的，在本发明的主要精神和技术范围内可以进行各种变更和变形，对精通本技术的人员根据下面的详细说明将是很清楚的。
根据附图详细说明本发明，但本发明不受此限。
图1是表示本发明实施例1的电动自行车的总体斜视图。
图2是表示实施例1中的盘状盒内结构的正视图。
图3是表示实施例1中的电动自行车的最后一级皮带轮结构的侧视剖面图。
图4是表示实施例1中的电动自行车的末级皮带轮结构的俯视结构图。
图5是表示实施例1中的电动自行车的末级皮带轮结构的侧视剖面图。
图6是实施例1中的电动自行车的转矩检测部的电路图。
图7A、7B和7C是表示实施例1中的电动自行车转矩检测电路各部分波形的说明图。
图8是实施例1中的电动机控制电路框图。
图9是实施例1中的CPU的动作流程图。
图10是实施例1中的电动机开始驱动或结束驱动用的电路框图。
图11是表示实施例1中的电动机开始驱动用的处理内容的流程图。
图12是表示实施例1中的电动机结束驱动用的处理内容的流程图。
图13是表示实施例1中的更新阈值用的处理内容的流程图。
图14是表示实施例1中的开闭门电路用的处理内容的流程图。
图15是表示实施例1中的电动机驱动定时和阈值更新的形态的说明图。
图16是表示本发明的第2实施例的电动自行车的侧视图。
图17是实施例2的电动自行车的驱动系统的结构说明图。
图18是实施例2的控制电路图。
图19是实施例2的车速—辅助率特性曲线图。
图20是传感器输出随时间变化的曲线图。
图21是传感器输出随时间变化的曲线图。
图22是实施例2的动作流程图。
图23是传感器输出随时间变化的曲线图。
图24是实施例2的动作流程图。
图25是实施例2的动作流程图。
图26是传感器输出随时间变化曲线图。
图27是传感器输出随时间变化曲线图。
图28是实施例2的动作流程图。
图29是传感器输出随时间变化曲线图。
图30是传感器输出随时间变化的曲线图。
图31是现有的电动自行车的控制电路框图。
本发明中使用由CPU、ROM、RAM及I/O端口构成的微机作为阈值更新装置是很方便的。
作为动作开始及停止装置，可以将用于停止向电力驱动装置供电用的开启、关闭电源电路的开关元件、控制该开关元件的开关元件控制器、以及将指示发送给该开关元件控制器的上述微机组合起来使用。
在如上构成的电动自行车中，控制装置最好还包含上述的动作停止装置、动作开始装置和阈值更新装置。
在如上构成的电动自行车中，控制装置最好还包含阈值向下修正装置，用来将上述规定的阈值同由人力传感器检测的驱动力加上规定值后的值进行比较，当驱动力加上规定值后的值比规定的阈值小时，将上述规定的阈值向驱动力加上规定值后的值的下方修正。
在本发明中，使用由CPU、ROM、RAM及I/O端口构成的微机作为阈值向下修正装置是很方便的。
本发明的电动自行车不能只用电力驱动装置的驱动力进行驱动。即只有当人力驱动装置的驱动力加到电动自行车上时，电力驱动装置才动作，将电力驱动装置的驱动力加到电动自行车上，以辅助人的驱动力。
本发明的电动自行车备有用人力驱动车轮的人力驱动装置、检测人力驱动装置驱动力的人力传感器、用电动机驱动车轮的电力驱动装置、检测电力驱动装置驱动力的电动力传感器、根据人力传感器和电动力传感器的信号控制电力驱动装置驱动力的控制装置、以及检测由人力传感器检测的驱动力变动幅度的变动幅度检测装置。
上述控制装置含有动作停止装置，用来对由变动幅度检测装置检测的变动幅度同规定的幅度进行比较，使电力的驱动装置停止动作。
在本发明中，作为电力驱动装置可以使用将电动机的转矩传递到车轮上的齿轮或皮带等传动系统。该电力驱动装置的驱动力意味着电动机产生的转矩，作为检测该转矩的电动力传感器可采用由电流传感器检测流过电动机的电流、并根据检测的电流计算电动机转矩的装置。
电动机可采用无刷电机或有刷电机，但从控制的容易性方面考虑，最好使用直流有刷电机。
作为向该电机供电的电池可以使用例如锰电池、水银电池、碱性锰电池之类的干电池、或铅蓄电池、碱性蓄电池、氧化银一锌蓄电池、氧化银镉电池、镍镉电池之类的可以再充电的电池。
该电池装在设置在驱动轮上部的盒中，且可取出，也可以装在构成自行车架的筒状管内，并可取出。
人力驱动装置意味着用人力驱动车轮用的装置，可以采用脚蹬和链条、或脚蹬和齿轮及转轴等各种驱动装置。人力驱动装置的驱动力意味着由加在脚蹬上的踏力产生的车轮的旋转力，因此该人力驱动装置的驱动力在通常的自行车中可表示为“踏力”。
作为人力传感器，如果是使用脚蹬的自行车，使用能检测脚蹬上的踏力的传感器即可，可以使用电位差计或弹簧等各种转矩检测装置。
作为控制装置及变动幅度检测装置，使用由CPU、ROM、RAM及I/O端口构成的微机是很方便的。
作为动作停止装置，可以将停止向电力驱动装置供电用的开闭电源电路的开关元件、控制该开关元件的开关元件控制器，以及将指示发送给该开关元件控制器的上述微机组合起来使用。
在如上构成的电动自行车中，动作停止装置最好在由变动幅度检测装置检测的变动幅度比规定幅度小的状态持续规定时间以上时起作用。
在如上构成的电动自行车中，最好还备有检测电动自行车车速的车速传感器。在此情况下，动作停止装置最好在由变动幅度检测装置检测的变动幅度比规定幅度小的状态持续规定时间以上且车速传感器无输出时起作用。
在本发明中，作为车速传感器，可以使用现有的众所周知的例如利用机械、电磁或光学等方式检测车轮的旋转的各种传感器。
本发明的电动自行车备有用人力驱动车轮的人力驱动装置、检测人力驱动装置驱动力的人力传感器、用电动机驱动车轮的电力驱动装置、检测电力驱动装置驱动力的电动力传感器、根据来自人力传感器和电动力传感器的信号控制电力驱动装置驱动力的控制装置、以及检测由人力传感器检测的驱动力变动幅度的变动幅度检测装置，上述控制装置含有动作开始装置和阈值更新装置。上述动作开始装置将由人力传感器检测的驱动力同规定的阈值进行比较，当由人力传感器检测的驱动力达到规定阈值以上时，便使电力驱动装置开始动作。上述阈值更新装置将由变动幅度检测装置检测的变动幅度同规定的幅度进行比较，当该变动幅度比规定的幅度小的状态持续规定时间以上时，将上述规定的阈值更新为由人力传感器检测的驱动力加上规定值后的值。
最好这样控制该电力驱动装置的驱动力，即当车速小于每小时15km时，使电力驱动装置的驱动力与人力驱动装置的驱动力相等(辅助率为1)，当车速达到每小时15km以上至小于24km时，使电力驱动装置的驱动力与车速成反比而下降，当车速达到24km以上时，使电力驱动装置的驱动力为零(辅助率为0)。
从这一观点来说，可将人力驱动装置的驱动力表示为由人力产生的主驱动力，将电力驱动装置的驱动力表示为由电动机产生的辅助驱动力。
这样表示时，如所看到的通常的自行车那样，由人力产生的主驱动力是人踏脚蹬传递给驱动轮的力，该传递方法可采用现有自行车中已有的方法。
当人力产生的驱动力作用于自行车上时，由电动机产生的辅助驱动力是由电动机辅助性地附加的驱动力。
将辅助驱动力从电动机传递给自行车的驱动轮的结构可以采用通过若干级齿轮和皮带或链条将电动机的输出功率传递给驱动轮的转轴的方法，或者采用由齿轮将电动机的输出轴减速后，将电动机的输出功率传递给驱动轮的轮箍或轮缘的方法等。
当驱动轮的转速比电动机产生的驱动转速高时，为了使电动机不对驱动轮施加制动力，最好通过单向离合器将电动机和驱动轮连接起来。
作为电动机，例如可以采用永磁励磁型的直流有刷电动机，通过开关晶体管或闸流晶体管之类的开关元件，从镍一镉电池之类的蓄电池供电。
人力传感器是检测由人力产生的主驱动力的传感器，它是采用将装在脚蹬至驱动轮的主驱动力传动系统中随着主驱动力的大小而产生机械应变或变形的元件和将该应变或变形量变换成电信号的传感器(例如应变仪、电位差计、或差动变压器等)组合起来使用的一种装置。
电动力传感器是检测电动机产生的辅助驱动力的传感器，它也可以采用装在电动机到驱动轮的辅助驱动力传动系统中的检测应变或变形的传感器，但由于电动机转矩与电动机电流成正比，所以最好使用检测电动机电流的电流传感器更为方便。电流传感器中使用分流电阻或霍尔元件。
这些传感器的输出值微小时，最好用运算放大器之类的放大器放大。
控制装置用来输出周期一定的脉冲信号，使开关元件进行通/断，处理来自各种传感器的输出信号，对电动机进行PWM(脉宽调制)控制，改变其占空比，使对主驱动力的辅助驱动力的比率、即辅助率成为预编程序的值，该控制装置可采用由前面所述的CPU、ROM及RAM构成的微机。
该电动自行车还备有检测车速的车速传感器、基准值更新装置在车速为零时进行上述更新处理。
车速传感器是检测电动自行车的骑行速度的传感器，它可采用测量车轮转速的旋转编码器或转速表传感器。
当传感器的输出值比当前的基准值大时，如果在规定期间内传感器输出的最大值与最小值之差在规定范围内，则基准值更新装置可将该最大或最小值作为新的基准值进行更新。
当传感器的输出值比当前的基准值大时，如果在规定期间内传感器输出的最大值与当前的基准值之差在规定值以下，则基准值更新装置可将上述规定期间的最大或最小值作为新的基准值进行更新。
当传感器的输出值比当前基准值大时，如果在规定期间传感器输出的最大值与最小值之差在规定范围内、而且其最大值与当前的基准值之差在规定值以下，则基准更新装置可将该最大值或最小值作为新的基准值进行更新。
下面根据附图详细说明本发明的第1至第4实施例。但应该注意的是，本发明不受这些实施例的限制。
实施例1：
图1是本发明的实施例1的电动自行车的总体斜视图。图中1是电动自行车本体，该电动自行车本体1上备有后面所述的电动机8，根据人力产生的转矩大小改变电动机8的驱动力，利用电动机8产生的力辅助人力骑行。
2、3是设置在主车架4上的前轮及后轮，前轮2旋转自如地支承在轴上，后轮3的转轴部分上设有盘状盒5。盘状盒5由旋转侧的壳6和固定侧的壳7构成，旋转侧壳6与后轮3构成一体旋转。电动机8安装在盘状盒5内，需要电力驱动时便进行驱动，与后面所述的人力驱动部10一起使旋转侧壳6旋转。将由该盘状盒5构成的驱动部分称为电动驱动部9。
10是蹬踏脚蹬11时通过链条12使后轮3旋转的人力驱动部。在本例中将链条12作为传动构件，但也可用皮带、转轴等构成的构件代替链条12。
13是操纵前轮2的车把。14、15是左右制动手柄，利用该制动手柄14、15刹闸时，钢丝16、17被拉紧，通过该钢丝16、17分别使前后制动装置18、19动作。在该钢丝16、17的中间位置设有制动开关20，构成操作制动手柄14、15时便停止向电动机8通电的机构。
21是车座。22是作为电动机8的电源的电池部，该电池部22由电池箱23和装在在电池箱23内的单一型充电式电池构成，该电池箱23可滑动拆装地安装在车架4上。该电源电压约为24伏。
其次，根据图2说明盘状盒5。
图2是表示盘状盒5内部结构的正视图。图中7是固定在电动自行车本体1上的固定侧壳，在该固定侧壳7上配置着由控制基板24、散热板25等构成的控制部26、电动机8、由第1皮带轮27、第2皮带轮28及末级皮带轮29构成的减速机构30、以及与减速机构30连结的多条传动皮带31。
减速机构30的末级皮带轮29固定在旋转侧壳6上，电动机8旋转时从第1级至末级皮带轮通过传动皮带31而旋转、减速，并使旋转侧壳6与皮带轮29一起旋转。在联接第2皮带轮28和末级皮带轮29的第2皮带轮28的小皮带轮上插装一单向离合器，当施加来自脚蹬的力时，使电动机8不旋转，即能轻松地踏脚蹬11。
32是调节传动皮带31的张力用的推压构件。33是调节传动皮带31的张力的调节螺钉，在第1皮带轮27的转轴安装部分形成长孔，可使第1皮带轮27沿拉紧传动皮带31的方向移动，同时在移动后的状态下利用调节螺钉33将皮带轮固定。
37是将来自链条12的驱动力传递给旋转侧壳6用的链轮，在该链轮37和旋转侧壳6之间设有滑轮38，链条12反向旋转时来自链条12的驱动力不传递到旋转侧壳6上。39是后轮3的车轴。
根据图3、4和5详细说明未级皮带轮29的结构。
在这些图中，40是在末级皮带轮29的内侧与车轴39对称地设在2个部位的弹性件、即弹簧，该弹簧40的一侧固定在末级皮带轮29上，另一侧可以伸缩自如的自由端。弹簧40是这样配置的，也就是使其伸缩方向大致沿车轴39或末级皮带轮29的同心圆的切线方向，该方向是当踏力加到脚踏11上时，利用后面所述的推压构件43容易受力的方向。
41是与弹簧40的自由端接触的受压构件，该受压构件41有比弹簧40的直径小的部分和大的部分，小的部分被插入弹簧40内，大的部分将弹簧40盖住。受压构件41用铁或陶瓷等易滑材料构成。
42是随链轮37的旋转而转动、设在车轴39周围的转动板，在该转动板42上与车轴39的中心轴呈点对称地设有通过链轮37的旋转而推压受压构件41的推压构件43。该推压构件43用铁或陶瓷等易滑材料制成。
转动板42呈同心圆状地被插入末级皮带轮29的内侧，借助于推压构件43推压弹簧40而与末级皮带轮29一起旋转。推压构件43推压受压构件41时，推压的位置稍有滑动，所以前端部分加工成曲面。
在转动板42上，与车轴39的中心轴呈点对称的2个位置上，朝向转动方向形成倾斜部44，该倾斜部44与转动板42一起转动。
45是随着转动板42的转动、在倾斜部44的作用下可沿车轴39的方向移动的滑动构件，在滑动构件45上与倾斜部44接触的部分设有2个凸起部46，弹性构件即弹簧47设置在与该凸起部46相对的位置，且向转动板42的方向施加弹顶力。即只有当转动板42转动而推压滑动构件45时，滑动构件45才滑动，当转动板42返回原位置时，滑动构件45也返回原位置。在滑动构件45上设有磁性构件、在本实施例中设置的是铁氧体48，它与滑动构件45一起移动。
49是在固定侧壳7的内侧且在铁氧体48的移动范围内设置的线圈，铁氧体48能在缠绕着该线圈49的绕线的线圈骨架50中移动。
轮毂42a设置在转动侧壳6的转动板42上，在该轮毂42a上设有检测转动侧壳6的转速用的磁铁42b。在与磁铁42b相对部位的固定侧壳7上设有基板7a和设在基板7a上的舌簧接点开关7b。
舌簧接点开关7b每当靠近磁铁42b时，便由于磁力作用而将开关接通(或断开)，该舌簧接点开关7b一旦接通(或断开)，则到下一次接通(或断开)的时间由计数器加以计数，由此控制电动自行车的车速。
上述转动板42和滑动构件45合起来称为变换构件51。设置在滑动构件45上的铁氧体48和安装在固定侧壳7上的线圈49合在一起称为转矩检测部52。
上述磁铁42b和舌簧接点开关7b合在一起称为车速传感器。
其次说明人力进行的驱动和在该转矩检测部52中的转矩检测情况。
开始骑行电动自行车本体1时，使用者将踏力加在脚蹬上骑行。这时，由于后轮3的较大阻力的作用，使链轮37、转动板42旋转，推压弹簧40，弹簧40推压末级皮带轮29，与末级皮带轮29固定的旋转侧壳6及后轮3便旋转而行进。这时，由于行进时产生很大的转矩，所以弹簧40被压缩得很紧，即弹簧40被压缩的同时，转动板42转动，倾斜部44也转动。
倾斜部44一旦转动，与其接触的凸起部46被推向车轴39的方向，滑动构件45也向车轴39的方向移动。滑动构件45一旦向车轴39的方向移动，铁氧体48便在线圈49内移动。因此线圈49的电感变化。
即，如果踏力越大，则插入线圈49内的铁氧体48的体积越大，电感也越大。即，加在线圈49上的电压随电感的变化而变化，电感越大，电压越小；电感越小，电压越大，因此通过检测该电压的变化，就能检测踏力的大小，且根据其大小，控制电动机8的驱动。
现说明在平地骑行时使用者不加踏力的状态。转动板42与末级皮带轮29一起转动，在该状态下无踏力，所以弹簧40未被压缩，滑动板45也不移动。即，由于线圈49的电感不变化，所以加在线圈49上的电压也不变，电动机8不进行驱动。
现说明在平地或上坡时使用者加速的情况。与上述的骑行开始时一样，加踏力后弹簧40被压缩，于是转动板42与人力的转矩大小一致地转动，与倾斜部44接触的凸起部46由于倾斜部44的转动而受到推压，致使滑动构件45移动，铁氧体48移动到线圈49内。
47a是防止被弹簧40推压的推压构件43受冲击用的橡胶片。48a是罩住弹簧40的盖。
其次根据图6及图7说明转矩检测部52的电路。
在这些图中，49是加有从CPU(图中未示出)输出的交流电压的线圈，该交流电压以图7A所示的波形输入。使铁氧体48靠近或远离该线圈49时，线圈49的电感变大或变小，其输出呈图7B所示的波形。输出的脉冲由直流变换部60取脉冲的平均值变换成直流。就是说，变换成图7C所示的波形，由其后的放大器61放大，在A/D转换器(图中未示出)中进行A/D转换后输入上述CPU。
图7B的波形中用虚线表示的部分表示铁氧体48靠近线圈49时的波形，该波形在直流交流部60中变换成比上述情况的电平低的电平，如图7C中的虚线所示，然后被输入上述CPU。
这样，将踏力变换成铁氧体向车轴39方向的移动，从而将随此而变化的线圈电感的变化变换成电压的变化，并取出电信号，因此能准确精细地检测转矩，能通过可靠的控制而辅助人力。
虽然是使铁氧体在线圈内移动，但只要使两者接近，线圈的电感就能变化，因此只要通过滑动部件45的移动使其接近，即采用将铁氧体设在线圈附近的结构亦可。
也可以不使用弹簧40，而只用弹性构件47的弹力，加踏力时滑动构件45推压弹性构件47，无踏力时借弹性构件47的弹力使滑动构件回到原来的位置，从而检测转矩。
图8是电动机的控制电路框图。
在该图中，71是由转矩检测部52构成的踏力检测部、79是由车速传感器构成的车速检测部，72是CPU，73是进行电路开关用的开关元件，74是控制开关元件73而进行电源的负载控制(PWM控制)的开关元件控制器，75是直流电源。该直流电源75采用24V、2.5Ah的镍镉(Ni-Cd)电池。
76是续流二极管、77是电源电压检测器、78是检测流过电动机8的电流的电动机电流传感器。
电动机电流传感器78配置2个并联的具有4.5mΩ电阻值和14A容许容量的电阻(并联电阻)，用差动放大器检测其电压降，对该检测值进行A/D转换后，输入CPU72。CPU72根据来自电动机电流传感器78的电流值计算电动机8的转矩。
其次按照图9所示的流程图说明CPU72的动作。
CPU72首先由踏力检测部71检测踏力，进行A/D(模拟/数字)转换(步骤S1)，将踏力变换成人力转矩(步骤S2)，检测电动机8的电流即电动机电流，进行A/D转换(步骤S3)，将电动机电流变换成电动机转矩(步骤S4)。
其次，从车速检测部79获得车速，判断车速是否小于每小时15Km(步骤S5)、车速是否超过每小时24Km(步骤S6)，如果时速小于15Km，则将旧人力转矩作为新的人力转矩(步骤S7)，如果时速在16Km～24Km的范围内，则将旧人力转矩乘以(24—车速)/9(Km/h)后所得之值作为新的人力转矩(步骤S8)，如果时速在24Km以上，则新的人力转矩为“0”。
然后，算出旧负载+(新人力转矩—电动机转矩)/常数，也就是进行积分计算，并将其作为新负载(步骤S10)，输出负载(步骤S11)。
图10是使电动机开始驱动或结束驱动用的电路框图。
该图中81是由电动机电流传感器78构成的电动机电流检测部，82是由CPU72构成的控制器。
驱动开始检测部83、阈值更新部84及驱动结束检测部85也由CPU72构成。
86是由开关元件构成的门电路。在本实施例中，该门电路由进行电源的负载控制的开关元件73兼用，但与该开关元件73不同，将只进行电源通/断用的开关元件与开关元件73串联设置即可。
87是由电动机8构成的马达，88是设在盘状盒5内的由减速机构30构成的减速器，89是由后轮3构成的车轮。
以下按照流程图说明本实施例的动作。
图11是表示用于使马达87开始驱动的处理内容的流程图。由驱动开始检测部83进行该处理。
进行该处理时，判断从踏力检测部71获得的踏力值(传感器值)是否在预先存储在存储器中的阈值以上。即在规定时间(30毫秒)内，便踏力的传感器值达到最小，且将它与阈值进行比较(步骤S21)。之所以使30毫秒内的检查值达到最小，是为了防止噪声产生的误动作。然后，如果检查值的最小值在阈值以上，则输出马达87的驱动开始信号(步骤S22)。
图12是表示用于使马达87结束驱动的处理内容的流程图。由驱动结束检测部85进行该处理。
在该处理中，检测从踏力检测部71得到的踏力值(传感器值)的变动幅度，将检测的变动幅度与预先存入存储器中的规定幅度进行比较。即将在规定时间(4秒)内所达到的传感器值的最大和最小之差同上述规定值进行比较(步骤S31)。
之所以将规定时间取为4秒，是因为在通常情况下蹬脚蹬的周期约为4秒。作为规定的幅度，将用最小的踏力踏脚蹬时产生的踏力的最大值和最小值之差存储起来即可。
在步骤S31的比较中，4秒钟内的检测值的最大值和最小值之差比规定值小时，便输出马达87的驱动结束信号(步骤S32)。如果4秒钟内的检查值的最大值和最小值之差在规定值以上时，看作正在蹬自行车，输出规定时间(4秒内)的传感器值的最大值(步骤S33)。该数据被输入到阈值更新部84。
图13是表示用于更新阈值的处理内容的流程图。由阈值更新部84进行处理。
在该处理中，首先求出从踏力检测部71得到的踏力的值(传感器值)在规定时间(30毫秒内)的平均值，将该值加上规定值(5Kg)之后的值作为阈值，并存入存储器(步骤S41)。之所以将5Kg作为规定值，是因为通常检测到该程度的踏力的增加能够同由噪声产生的踏力的增加区别开。
其次，检查一下将规定值(5Kg)加到规定时间(30毫秒内)传感器值的最大值之后所得的值是否小于阈值(步骤S42)。之所以将上述2个规定时间都取为30毫秒，是为了防止噪声产生的误动作。
这时，如果将5Kg加到30毫秒内传感器值的最大值所得之值小于阈值时，则将该30毫秒内的传感器值的最大值加上5Kg后的值作为新的阈值，并存入存储器(步骤S43)，从而将阈值向下修正。
然后，如果从驱动结束检测部85输出驱动结束信号(步骤S44)，则将规定时间(4秒内)的传感器值的最大值加上规定值(5Kg)后的值作为新的阈值，并存入存储器中(步骤S45)从而进行阈值的更新。这时，传感器值的最大数据是接受来自驱动结束检测部85的输出，从而获得规定时间(4秒内)的传感器值的最大数据。
在步骤S44中，如果输出驱动结束信号，便输出阈值(步骤S46)。该阈值被输入驱动开始检测部83中。
图14是表示开闭门电路86用的处理内容的流程图。
在该处理中，首先将门电路关断(步骤S51)，如果从驱动开始检测部83输出驱动开始信号，则将门电路打开(步骤S53)，如果从驱动结束检测部85输出驱动结束信号，则将门电路关断(步骤S55)。
图15是表示使马达87驱动的定时和阈值更新形态的说明图。
首先从图的左侧开始说明，在时刻a，踏力开始变大，但由于未超过阈值，所以马达87不开始驱动。然后，在时刻b，由于超过了阈值，所以马达87开始驱动。如图所示，踏力的呈波浪形变化。
在时刻c，踏力变为“0”，但在踏力变动小(在“0”附近几乎保持一定)的状态持续规定时间后的时刻d，马达87的驱动结束。从时刻c至时刻d之间，根据踏力为“0”的检测值控制马达87。
在时刻e，马达87开始驱动，但由于脚踏在脚蹬上的状态等，踏力一定(时刻f～时刻g之间)，所以在时刻g，马达87的驱动结束，这时阈值也被更新。
时刻g以后，虽然加踏力，但阈值高于该踏力，所以马达87不开始驱动。然后在时刻h，加上新的高于阈值的踏力时，开始驱动。
在时刻i～时刻j之间，由于(现在的踏力+规定值)比现在的阈值小，所以随着踏力的下降，阈值也逐渐向下更新。然后从时刻j开始，阈值回到开始时的值。
这样，使电动机87开始驱动或结束驱动，同时通过更新阈值，防止浪费电力，能使电动自行车以更好的状态运转。
按照该实施例，由变动幅度检测装置检测由人力传感器检测的驱动力的变动幅度，由动作停止装置对其检测的变动幅度与规定的幅度进行比较，当该变动幅度比规定幅度小的状态持续规定时间以上时，停止电动驱动装置的动作。
因此，例如设定了踏力阈值时，一旦超过阈值，马达开始驱动后，即使踏力变到阈值以下，马达也不停止驱动，当踏力的变动幅度比规定幅度小的状态持续规定时间以上时，马达停止驱动，所以即使以阈值以下的小踏力骑行时，也能由马达继续辅助，而且不加踏力时，能防止马达忽动忽停的动作。另外，使自行车停止后即使仍以阈值以上的力踏脚蹬时，也能使马达停止驱动。
还设有车速传感器，在仅当踏力不变，而且车速传感器无输出时，使电力驱动装置停止动作的情况下，只有当不踏脚蹬、且自行车停止时，才能使电力驱动装置停止动作，所以能更可靠地控制电力驱动装置。
如果按照该实施例实施，则由阈值比较装置对由人力传感器检测的驱动力和阈值进行比较，当由人力传感器检测的驱动力达到阈值以上时，由动作开始装置使电力驱动装置开始动作。
在这种状态下，一旦超过阈值，使电力驱动装置开始动作后，由变动幅度检测装置经常检测由人力传感器检测的驱动力的变动幅度，当该变动幅度比规定的幅度小的状态持续规定时间以上时，由阈值更新装置将阈值比较装置中存储的阈值更新为由人力传感器检测的驱动力加上规定值所得之值。
在现有的技术中，当使自行车停止、在刹闸的状态下若脚仍放在脚蹬上时，则检测出踏力，如果该踏力在阈值以上，尽管自行车正在停止着，但电力驱动装置仍驱动自行车。
可是，该状态不是蹬脚蹬，而只是把脚放在脚蹬上。因此，踏力不变化，踏力的变动幅度小于规定幅度的状态持续规定时间以上，因此使电力驱动装置停止动作。可是在动作停止后的状态下踏力超过阈值，因此能再次使电力驱动装置开始驱动。就是说反复出现这种状态，其结果是在脚放在脚蹬上的期间，电力驱动装置继续进行继续地驱动，浪费电力。
因此，在该实施例中，当踏力变动幅度比规定幅度小的状态持续规定时间以上而使电力驱动装置停止动作后，将阈值比较装置中存储的阈值变换成由人力传感器检测的驱动力加上规定值所得之值，例如将马达停止驱动后的踏力加上一定的值所得之值作为新的阈值，这样在电力驱动装置停止的时刻通过更新阈值，电力驱动装置不会不再继续动作。
还设有阈值向下修正装置时，将阈值比较装置中存储的阈值同由人力传感器检测的驱动力加上规定值以后的值进行比较，当该值比阈值小时，可将阈值修正到该值以下。
因此，能将更新成高的值后的阈值修正成低的值。
在现有的技术中，当使自行车停止、在刹闸的状态下把脚放在脚蹬上时，阈值被更新后，然后即使在通常状态下踏脚蹬，由于阈值仍为高值，所以不能开始电力驱动。
为了防止这种情况的发生，在本实施例中，当前的踏力加上规定值所得之值小于当前的阈值时，将其作为新的阈值而将阈值向下修正。
实施例2：
图16是实施例2的电动自行车的侧视图，图17是该电动自行车的驱动系统的结构说明图。
在这些图中，电动自行车本体101具有由人力驱动装置109及电力驱动装置112驱动的驱动轮102、以及决定骑行方向的前轮103。本体101还备有由立管104、上管105及下管106构成的车架，在立管104的上端设有车座107。在上管105和下管106相交的部分的上方设有决定前轮103的方向的车把108。
驱动驱动轮102的人力驱动装置109与一般的自行车相同，有脚蹬110，使用者通过脚踏脚蹬110使其旋转，由此而产生的驱动力(称为踏力)被传递给链条111，该驱动力通过链轮111a、单向离合器111b和踏力传感器111c传递给驱动轮102，于是驱动轮102被驱动。
用弹性件将链轮111a的转轴和驱动轮102的旋转轮连接在踏力传感器111c上，用检测线圈检测由于弹性件的应变而位移的磁铁。
单向离合器111b起这样的作用，即当驱动轮102的实际转速比踏力欲加给驱动轮102的转速高时，驱动力不会从驱动轮102传递给链条111。
与人力驱动装置109同时并用来驱动驱动轮102的电力驱动装置112将设在驱动轮102上部的可充电的电池113作为电源，从电源113向设在驱动轮102轮毂上的电动机114供电。
在电力驱动装置112中，电动机114的输出被由齿轮和皮带构成的减速机构114a减速、并通过单向离合器114b和车速传感器114c传递给驱动轮102。单向离合器114b的作用是当驱动轮102的实际转速比电动机114欲加给驱动轮102的转速高时，驱动力不会从驱动轮102反向传递给电动机114。
车速传感器设在驱动轮102的转轴上，它是输出其频率与驱动轮102的转速成正比的脉冲的旋转编码器。
其次，用图18说明该电动自行车的控制电路。
如图18所示，电池113的电压通过开关元件121和电源开关119加到电动机114和电动机电流传感器(以下称电流传感器)122的串连电路上，续流二极管120连接在该串联电路上。
117是由CPU、ROM及RAM构成的微型计算机(以下称微机)。微机117接收来自车速传感器114c、电流传感器122和踏力传感器111c的输出后进行信号处理，将脉冲信号输出给开关元件121。但电流传感器122的输出电压由放大器122a放大后输入微机117。
在该实施例中，电动机114采用永久励磁式有刷直流电机(最大输出功率为300W)，电池113采用24V、5Ah的镍—镉电池，电流传感器122采用2.25mΩ的分流电阻。
微机117以244Hz的频率使开关元件121通/断，对电动机114进行PWM控制。
在这种结构中，接通电源开关119后，使用者踏电动自行车的脚蹬110时，该踏力通过链条111被传递给驱动轮102。
于是，微机117将偏移成分从踏力传感器111c的输出信号及放大器122a的输出信号中除去后作为Ur、Vr分别以放大倍数A、B放大，利用两者之差(A·Ur-B·Vr)使开关元件121的占空比变化，控制电动机114的输出，以便使A·Ur＝B·Vr。而且根据车速传感器114c的输出信号W改变放大倍数A或B。
因此，如图19中的车速—辅助率特性曲线所示，当车速在15Km/时以下时，可得到主驱动力＝辅助驱动力(辅助率＝1)，当车速在15Km/时以上时，使辅助力线性下降，当车速达到24Km/时以上时，辅助力变为零。
其次，详细说明在微机117中进行的对传感器输出的校正处理。
(1)电流传感器输出校正
如图18所示，由于电流传感器(分流电阻)122的输出由放大器122a放大后输入微机117，所以放大器122a的输出电压V如图20所示，其中包含与电动机电流对应的实际检测电压Vr和偏移电压Vos。
因此，电源开关119刚接通之后(即考虑了停车时)，将放大器122a的输出电压看作与偏移电压对应的基准值Vth读取，考虑由
Vr＝V-Vth……(1)求得真正的检测电压Vr的方法。
可是，使用者在用自身的力量使电动自行车101后退过程中，万一将电源开关119接通，则由于电动机114反转而产生电动势，开关元件121即使处于断开状态，电流通过续流二极管120流过电流传感器122。因此，如图21所示，确定比实际偏移电压Vos高的电压作为基准值Vth，不能由式(1)求真正的检测电压Vr。
因此微机117执行图22中的流程图所示的程序。
在图22中，在规定时间(例如数秒内)检测放大器122a的输出V，将其平均值Vave作为基准值Vth(步骤S101)。其次，当输出V比基准值Vth小时(步骤S102)，用该输出V更新基准值Vth(步骤S103)，由式(1)求检测值Vr。最好使步骤S102、S103中的输出V取短时间内例如30毫秒内的最大值。
之所以这样说，是因为有时放大器122a的输出含有噪声，所以当30毫秒内的输出V的最大值比基准值Vth小时，就是说30毫秒内的输出V的全部值都小于基准值时，便更新基准值，从而提高了基准值的精度。
这样一来，基准值Vth经常更新成较小的值，所以如图23所示，在电动机电流变成零的期间，更新成准确的值。
因此，微机117能利用式(1)检测准确的电动机电流(辅助驱动力)。
图24是将步骤S104的程序插入图22所示的流程图中的步骤S102和步骤S103之间的流程图，在步骤S104中，根据车速传感器114c的输出，确认车速为零。因此，下一步骤S103中的基准值Vth再一次被准确的值所更新。
(2)踏力传感器输出的校正
踏力传感器111c的输出也有偏移电压，它与电流传感器一样，如图25中的步骤S111～S113所述，通过将基准值改写成比传感器输出小的值，可进行校正。
可是当偏移电压随温度的漂移而增大时就不能处理了。
因此在这种情况下，微机117执行图25中的步骤S114以后的程序。
就是说，在步骤S112中传感器111c的输出U如果是在步骤S111中确定的基准值Uth以上时，则计算在规定期间T(骑行中踏力变动周期范围最大值：约4秒)内的输出的最大值Umax和最小值Umin之差，当该差值ΔV比规定值C小时(步骤S114)，将最大值Umax或将作最小值Umin作为新的基准值(步骤S115)。
然后根据该新的基准值，由
Ur＝U-Uth……(2)求出检测值Ur。
就是说，按照图25中的流程图执行，则
(1)当输出U减小时，如图26所示，即使开始时将基准值Uth设定得比实际值大，在期间T1，如图25中的步骤S111～S113所述，基准值Uth被更新成输出U的最小值，从而基准值达到了准确的值。
(2)当输出U增大时，其原因不能断定是漂移造成的，还是踏力造成的。因此如步骤S114、S115所述，当在规定期间T(约4秒内)的输出的变动幅度，即最大值Umax和最小值Umin之差比正常骑行时踏力的变动幅度小时(振幅比C小时)，作为未施加踏力看待，如图27所示，将在期间T中的最大值Umax作为新的基准值Vth。
图28是在图25所示的流程图中的步骤S114和步骤S115之间插入步骤S116的程序的流程图，在步骤S116中判断步骤S114中的输出的最大值Umax和现在的基准值Uth之差是否比α(基准值可更新的幅度)小，如果小时，则该最大值Umax(或最小值Umin)就成为新的基准值Uth。
这是考虑到即使传感器输出一定或其变动幅度小，但在停车过程中使用者将脚放在脚蹬上的状态，所以如图29所示，即使传感器输出U的变动幅度ΔU小，但传感器输出U比当前的基准值Uth大很多(α以上)时，不需要硬新。因此能获得更准确的基准值Uth。
使用者在停车过程中将脚轻轻地放在脚蹬上(作用着小踏力)时，这时的传感器输出即使错误地用该时的传感器的输出更新了基准值，但利用步骤S111、S113的程序，在图30所示的骑行开始后的期间T2中，被更新成准确的基准值Uth。
图25及图28中的步骤S112及S113中的传感器输出U与图22或图24中的步骤S102及步骤103中的一样，最好是30毫秒内的传感器输出的最大值。
这样，微机117根据得到的基准值Uth，能由式(2)算出正确的检测值Ur。
在该实施例中，传感器校正装置至少对踏力传感器或辅助力传感器两者之一，从传感器输出中减去规定的基准值，并将该减得的值作为正确的检测值，当传感器的输出比基准值小时，基准值更新装置将该传感器输出作为新的基准值进行更新。控制装置根据如此得到的检测值控制电动机的输出功率。
车速为零时，基准值更新装置进行上述更新处理。
当传感器输出比当前的基准值大时，如果规定期间的传感器输出的最大值和最小值之差在规定范围内，基准值更新装置最好将该最大值或最小值作为新的基准值进行更新。
当传感器输出比当前的基准值大时，如果规定期间的传感器输出的最大值和当前的基准值之差在规定值以下时，基准值更新装置最好将上述规定期间的最大值或最小值作为新的基准值进行更新。
当传感器输出比当前的基准值大时，如果在规定期间传感器输出的最大值和最小值之差在规定范围内，而且该最大值和当前的基准值之差在规定值以下，则基准值更新装置最好将该最大值或最小值作为新的基准值进行更新。
如果采用本发明，则由于由人力传感器检测的驱动力变动幅度比规定的幅度小的状态持续规定时间以上时，停止电力驱动装置的动作，所以在不蹬踏脚蹬时，能使电力驱动装置停止动作，能防止浪费电力。
还设有车速传感器，在仅当踏力不变，而且车速传感器无输出时使电力驱动装置停止动作的情况下，只有当不蹬踏脚蹬，而且自行车停止时，才能使电力驱动装置停止动作，所以能更可靠地控制电力驱动装置。
当踏力变动幅度比规定幅度小的状态持续规定时间以上而使电力驱动装置停止动作后，将阈值比较装置中存储的阈值换成由人力传感器检测的驱动力加上规定值后的新的阈值，这样在电力驱动装置停止的时刻更新阈值后，可使电力驱动装置不再继续动作。
当还设有阈值向下修正装置时，由于能将阈值向下修正，所以能将已更新成高值的阈值修正成低的阈值。
由于能用传感器输出的最小值更新基准值，所以在踏力或辅助力为零的期间，能正确地更新基准值，因此能准确地检测踏力或辅助力。
在这种情况下，车速为零时，就是说考虑到踏力或辅助力为零时更新基准值，所以能更准确地更新基准值。
当传感器的输出比当前的基准值大时，如果规定期间的传感器输出的最大值和最小值之差在规定值以下，则将上述规定期间的最大值或最小值作为新撕准值进行基准值更新时，传感器输出值中的偏移成分即使由于漂移而增大，也能准确地更新基准值。
当传感器的输出比当前的基准值大时，如果在规定期间传感器输出的最大值和最小值之差在规定范围内、而且该最大值和现在的基准值之差在规定值以下，则将该最大值或最小值作为基准值而更新基准值时，传感器输出中的偏移成分即使由于漂移而增大，也能准确地更新基准值。
因此，如上所述的本发明显然可作多种形式的变更。这类变更都不能被认为是脱离本发明的主旨和技术范围，而且所有这些对精通本技术的人员十分显而易见的变更都应包含在下述的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种电动自行车，包括：用人力驱动车轮的人力驱动装置、检测人力驱动装置驱动力的人力传感器、用电动机驱动车轮的电力驱动装置、检测电力驱动装置驱动力的电动力传感器、根据来自人力传感器和电动力传感器的信号控制电力驱动装置驱动力的控制装置、以及检测由人力传感器检测的驱动力变动幅度的变动幅度检测装置，该电动自行车的特征在于上述控制装置含有将由变动幅度检测装置检测的变动幅度同规定的幅度进行比较、使电力驱动装置停止动作的动作停止装置。
2.根据权利要求1所述的电动自行车，其特征在于上述动作停止装置在由变动幅度检测装置检测的变动幅度比规定的幅度小的状态持续规定时间以上时才起作用。
3.根据权利要求1所述的电动自行车，其特征在于还备有检测车速的车速传感器，上述动作停止装置在由变动幅度检测装置检测的变动幅度比规定的幅度小的状态持续规定时间以上、且从车速传感器无输出时才起作用。
4.一种电动自行车，包括：用人力驱动车轮的人力驱动装置、检测人力驱动装置驱动力的人力传感器、用电动机驱动车轮的电力驱动装置、检测电力驱动装置驱动力的电动力传感器、根据来自人力传感器和电动力传感器的信号控制电力驱动装置驱动力的控制装置、以及检测由人力传感器检测的驱动力变动幅度的变动幅度检测装置，该电动自行车的特征在于上述控制装置含有将由人力传感器检测的驱动力同规定的阈值进行比较，当由人力传感器检测的驱动力在规定的阈值以上时使电力驱动装置开始动作的动作开始装置、以及将由变动幅度检测装置检测的变动幅度和规定的幅度进行比较、当该变动幅度比规定幅度小的状态持续规定时间以上时，将上述规定的阈值更新为由人力传感器检测的驱动力加上规定值所得之值的阈更新装置。
5.根据权利要求1所述的电动自行车，其特征在于上述控制装置还含有权利要求4中定义的动作开始装置和阈值更新装置。
6.根据权利要求4所述的电动自行车，其特征在于上述控制装置还含有将上述规定的阈值和由人力传感器检测的驱动力加上规定值所得之值进行比较、当驱动力加上规定值所得之值比规定的阈值小时，便将上述规定的阈值向驱动力加上规定值所得之值的下方修正的阈值向下修正装置。
7.一种电动自行车，它备有用人力驱动车轮的人力驱动装置、检测人力驱动装置驱动力的人力传感器、用电动机驱动车轮的电力驱动装置、检测电力驱动装置电动力传感器、以及根据来自人力传感器和电动力传感器的信号控制电力驱动装置驱动力的控制装置，该电动自行车的特征在于上述控制装置有将从人力传感器和电动力传感器中的至少一个的输出值中减去规定值后所得之值作为传感器的检测值的传感器校正装置、以及当传感器的输出值比上述基准值小时，将该传感器输出值作为新的基准值进行更新的基准更新装置。
8.根据权利要求7所述的电动自行车，其特征在于上述基准值更新装置在车速为零时进行上述更新处理。
9.根据权利要求7所述的电动自行车，其特征在于当传感器的输出比当前的基准值大时，如果规定期间的传感器输出的最大值与最小值之差在规定范围内，则上述基准值更新装置便将该最大值或最小值作为新的基准值进行更新。
10.根据权利要求7所述的电动自行车，其特征在于当传感器的输出比当前的基准值大时，如果规定期间的传感器输出的最大值与当前的基准值之差在规定值以下时，上述基准值更新装置便将上述规定期间的最大值或最小值作为新的基准值进行更新。
11.根据权利要求7所述的电动自行车，其特征在于当传感器的输出比当前的基准值大时，如果传感器输出的最大值与最小值之差在规定范围内、而且该最大值与当前的基准值之差在规定值以下，上述基准值更新装置便将该最大值或最小值作为新的基准值进行更新。
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