CN1136722A - 助力人力车 - Google Patents

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Abstract

本发明的助力人力车包括向助力扭矩电机提供电流的蓄电池，根据扭矩改变电池输出电流的控制装置，用于检测电流值的电流检测装置，根据电流值计算界限值的界限值计算装置，当电池电压低于界限值时的指示装置。该助力车设计如下：开始放电后电池电压之突然下降不会使电压低于界限值，其控制方法是当电流值不大于第一边界值时，设置界限值的上限。当电流值不小于第二边界值时，通过设置界限值的下限使电池不会在极低的电压下放电。

Description

助力人力车
本发明涉及防止用于诸如助动自行车上的蓄电池过放电的技术，尤其是涉及根据蓄电池放电电流的变化而进行适当调节的技术。
众所周知，当蓄电池放电超过一定范围时，它就会过早地损坏并使其使用寿命缩短。因此，当蓄电池用于上述助动车上时，设置有一控制系统，当蓄电池的电压(以下称之为“电池电压”)降低至某一界限值时，该控制系统能向停转的马达输送电力。
一些助动自行车装备有能提供与骑车人作用于踏板上的踏板力成比例的助力扭矩的马达。在这种自行车中，由于需电池的放电电流时刻变化。其电池电压因内部F1007电阻的影响也随电压的降低而变化。因此，如果将停止动力供给系统的界限值设定为常数并且大电流从电池流出后，尽管此时电池中极有余留电力，但电池电压已降至界限值以下了。结果导致电池停止充电，原因在于电池没有充分放电。
众所周知，如果电池未充分放电而进行重复充电，放电时的电池电压就会降低。这一现象被称为记忆效应。还可知道，当接着对电池进行充分放电并又充电时，电池电压又能恢复。然而，如果使用具有记忆效应的电池，就会产生这样的恶生循环：即电池电压更可能降低至界限值以下，因此电池就需要过早地充电，结果使电池不能有效地使用。为消除这种缺陷，日本特许公报平2-56688提出了一种设置有多个与蓄电池的输出电流相符的界限值并且根据电流值来选择某一界限值的技术。
然而在助力自行车中，由于电流值根据施加于踏板上的踏板力而变化，因此电流值的变化很大。但是，上述技术亦有缺陷，即因为需根据电流值的变化量设置多个界限值，因此软件设计就变得复杂起来。即使设置了多个界限值，当输出电流的变化位于两个相邻界限值之间时，该界限值变为常数。因此，当无需停止向马达供给电力时，向马达输送电力的控制系统就有可能停止；或者当需要停止供电时，却仍然供电，结果导致蓄电池过放电。
本发明的目的是提供一种能可靠地监测和控制电池电压，从而防止蓄电池过放电并且防止产生记忆效应的助力人力车。
本发明所述的助力人力车包括：一用于产生对人力扭矩起助力扭矩作用的马达；一用于向所述的马达提供电流的蓄电池；根据所述扭矩改变由所述电池产生的电流的控制装置；用于检测所述蓄电池的电压的电压检测装置；用于检测所述电流值的电流检测装置；根据所述电流值计算界限值的界限值计算装置和给所述蓄电池的使用者以指示的指示装置，当所述蓄电池的电压低于所述界限值时，该指示装置发生作用。
本发明所述的助力人力车，它还具有如下的特征，即当所述电流值位于零至第一边界值之间时，所述的界限值连续变化，以使其大体上为常量，而随着该电流值从第一边界值增大而下降。
本发明所述的助力人力车还具有下述特征：所述的界限值连续变化，从而随着该电流值的增大而下降，而当该电流等于或大于第二边界值时，使该界限值大体上为常量，所述的第二边界值小于该电流的最大可能值。
本发明所述的助力人力车，还具有下述特征：所述的指示装置通过停止向所述马达供电而给该蓄电池的使用者指示出该蓄电池电压已低于所述界限值。
本发明所述的助力人力车，还具有如下特征：所述界限值包括多个不同档次的子界限值，并且所述的指示装置因所述蓄电池电压降低而根据所述的每一个子界限值的下界改变指示方式。
本发明所述的助力人力车，还具有如下特征：所述的子界限值为两个档次，当所述蓄电池的电压低于子界限值的较高档值时，所述的指示装置能产生至少通过视觉或听觉之一可觉察的信号，并且当所述蓄电池的电压低于所述子界限值的较低档值时，所述的指示装置能产生通过身体感觉可觉察的信号。
本发明所述的助力人力车，还具有如下特征：当通过身体感觉觉察到信号时，所述的指示装置以所述的逐渐降至人力的助力扭矩比率来表示。
本发明所述的助力人力车，还具有如下特征：当通过身体感觉觉察到信号时，所述的指示装置以所述的降至为零的人力的助力扭矩比率来表示。
本发明所述的助力人力车，还具有如下特征：所述的子界限至少设置三个档次，当所述蓄电池的电压低于所述子界限值的较高档值时，所述的指示装置给出至少能通过视觉或听觉之一感觉到的信号，而当所述电压低于一个比所述较高档值低的子界限值时，逐渐降低所述助力扭矩相对于人力的比率，当所述电压低于一个更低的子界限值时，则给出能通过身体感觉觉察到的信号。
通过本发明所述的助力人力车，界限值随蓄电池电流值的变化而变化，因此可连续设置符合蓄电池电流值的最佳界限值，而蓄电池的电压可以可靠地被监测和控制。
通过本发明所述的助力人力车，由于所述的界限值以与蓄电池电流成反比地变化，当电流值等于或小于第一边界值时，界限值并不随电流值的降低而增大，而是保持常数。用这种方式设置界限值的理由如下。也就是说，如附图3所示，由于电池电压随使用时间的延长而下降，通过新的蓄电池(图中A所示)和旧的或具有记忆效应的蓄电池(图中B所示)的比较可看出，在开始放电后，旧蓄电池的电压有更陡的下降。结果是，如图4中点画线所示，当仅仅以小电流放电时，电池电压也下降很快。这时，假设界限值在如图4中斜线(包括虚线)所示的蓄电池电流值的整个范围内与之成反比变化，则当开始放电后，电池电压立即会降低至界限值以下，并且执行停止放电的过程。因此，当蓄电池旧到一定程度时，它实际上已无用了。
通过本发明所述的助力人力车，由于界限值的上限设置在电流值的低范围内，当开始放电后，作为立即快速下降的结果，电池电压并不会降低至界限值以下。因此蓄电池可有效地使用。
由于某一给定时刻的电池电压随当时的电流值而变化，因此可以知道：当电池在太低的电压下使用时，其使用寿命变短。通过本发明所述的助力人力车，由于界限值的下限设置在电流值的高范围内，当电池电压等于或低于该界限值时，执行一诸如停止该控制系统的正确过程，以防止蓄电池过放电，可延长其使用寿命。通过本发明所述的助力人力车，当蓄电池电压降低至或低于界限值时，由于停止向马达供电，因此就可防止过放电，同时使用者可感觉到助力扭矩的下降并得知电池已损耗了。
通过本发明所述的助力人力车，可根据电池电压下降的范围，分档给使用者以相应的正确指示，例如，如下面所说明的，可以组成这样一个具有高安全性的系统，即第一档产生可通过视觉或听觉感觉的信号，第二档产生例如当助力扭矩比率下降时身体可感觉到的信号，第三档产生停止助力扭矩的信号。
通过本发明所述的助力人力车，当蓄电池电压降低至或低于界限值的较高档时，由于产生可由视觉或听觉觉察的信号，使用者就可知道电池电压已降至第一档。此外，当电池电压降低至或低于界限值的较低档时，由于产生了可由身体感觉到的信号，因此使用者就可知道电池电压已降至第二档。即使使用者漏看了可由视觉或听觉觉察到的信号，他也能可靠地识别电池电压的降低。
通过本发明所述的助力人力车，由于助力扭矩相对于人力的比率逐渐降低而使用者的负荷逐渐增大，使用者可可靠地得知电池电压已降低。此外，由于使用者的负荷不是突然增大，因此使用者可安全地骑车。
通过本发明所述的助力人力车，由于身体感觉觉察到的信号为助力扭矩至零之间的降低，使用者能通过负荷的增大可靠地得知电池电压的降低，从而防止电池过放电。此外，由于可由通过视觉或听觉觉察到的信号预测助力扭矩至零之间的降低，因此即使使用者的负荷突然增大了，亦可确保安全性。
通过本发明所述的助力人力车，当电池电压降低至第一档时，由于产生了可由视觉或听觉觉察到的信号，使用者可得知电池电压已降至第一档。当电池电压降至第二档时，由于助力扭矩相对于人力的比率是逐渐降低的，使用者的负荷也就逐渐增大，从而使用者能可靠地得知电池电压的下降。此外，由于使用者的负荷不是突然增大，因此他能安全地骑车。使用者能预测电池电压至第三档之间的降低和助力扭矩至零之间的降低，因此使用者的负荷以很小的波动逐渐增大，从而使用者能更加安全地骑车。
附图说明如下：
附图1为本发明实施例的电机助力自行车的侧视图；
图2为本发明第一实施例的电路框图；
图3为本发明之原理，即蓄电池使用时间与电压间关系曲线图；
图4为描述本发明之原理的关于界限值与电池电压间关系图；
图5为第一实施例中使用的界限值图；
图6为第一实施例的功能流程图；
图7为第一实施例之修改方案的功能流程图；
图8为本发明第二实施例的电路方框图；
图9为第二实施例界限值图；
图10为第二实施例中助力扭矩比率逐渐降低的图；
图11为第二实施例的功能流程图；
图12为第二实施例助力扭矩比率逐渐降低过程的流程图。
附图中，
36为电机
39为电池(蓄电池)
105为电压传感器(电压检测装置)
135为电流传感器(电流检测装置)
200为界限值开关(充电检测装置)
(1)下面结合附图1-7描述本发明的第一个实施例。
A.自行车总体结构
图1为本发明一实施例所述的助动自行车的侧视图。在描述该实施例之前，先介绍自行车的组成。图1示出了下列部件：一主管10，其前端固定在转向管11上。一转向主杆12插入转向管10中以便可绕转向管11的轴线旋转。在转向主杆12的下端固定有一对左右转向前叉16。前轮14可旋转地安装于前叉16中。转向把18向左右方向伸出并固定于转向主杆12的上端。
主管10从前端向后下方倾斜地伸出，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向下弯曲，从而即使是穿裙子的女士也能容易地跨过主管10骑车。
座椅管22支持有一座椅杆19，而座椅杆19上则固定有一座椅20。在后管26上通过一吊耳45固定有一对链条支撑杆27。通过一对座椅支撑24将链条支撑杆27与座椅管22相互连接起来。如图所示，座椅管22，座椅支撑24，后管26及链条支撑杆27组成一侧向上看大体上为三角形的结构，以支持骑车者骑车时的重量。在座椅支撑24和链条支撑杆27的连接部分转动地安装有一后轮28。
通过悬架46和47将动力装置34安装在中管44和吊耳45之下。该动力装置34包括人力驱动系统，马达助力驱动系统和将这两个系统的动力合成起来的机构。在动力装置34的外侧安装有曲柄轴(中轴)33，该中轴上分别装有曲柄32，曲柄32上分别装置有脚蹬31。标号36表示一马达。
当使用者蹬踏脚蹬31时，曲柄轴33的旋转通过动力装置34中的一个机构传递到链条37，并通过飞轮29进一步传递到后轮28上。由于后轮28旋转，从而使助动自行车向前推进。另一方面，当马达36旋转时，马达36转子的旋转通过动力装置34中另一个机构传递到链条37。从而旋转后轮28。因此，该助动自行车具有通过曲柄33传递人力的人力驱动系统和使用马达动力的马达驱动系统。
在主管10下安装有一箱体41。控制器42安置在箱体41中。由蓄电池39向马达36供电。一般采用如下的方式：由蓄电池39向马达36供电，而控制器42则调节电流的大小。也就是说，当人力或通过脚蹬31、曲柄32和曲柄轴33施加的踏板力大时，控制器42增大流向马达36的电流，而当所需踏板力小时，控制器42则降低流向电机36的电流。这样当骑车者的负荷较大时，就使增大马达36的驱动力成为可能，从而使骑车者的负荷减轻。
电池39分两层装入内盒38中，而内盒38又装入一外盒40中。该外盒40设置于座椅管22和后轮28之间，并固定在座椅管22、座椅支撑24及后管26上。顶盖61盖往外盒40。当顶盖61打开时，可将内盒38放入外盒40或从外盒40中拿出。
B.控制系统的构成
下面结合附图2描述该实施例所述的助力扭矩控制系统的组成。附图2为该控制电路的原理框图。如图2所示，表示作用于脚蹬31上的踏板力的数值由安装在动力装置34中的扭矩传感器131通过接口132输入控制器42之扭矩电压检测部分130。该扭矩电压检测部分130将上述数值转换成一合适的处理信号并将其输出到指示电流运算部分101中。
所述的指示电流运算部分101计算出与踏板力成正比的指示电流并将计算得出的数据输出到PWM运算部分102。该PWM运算部分102计算出与指示电流的脉冲电流相对应的占空率，并通过接口103将该计算结果输出至电流控制部分104。电流控制部分104产生控制，从而在PWM运算部分计算出的占空率的电流脉冲从电池39输入马达36中。输入马达(电机)36中的电流由一电流传感器(电流检测装置)135进行检测并且代表该电流的数值则通过接口136输出到电流检测部分137。该电流检测部分137将表示所述电流的数值转换成一合适的处理信号并将其输出到一界限值计算部分108。
在该电流值的基础上，所述的界限值计算部分108计算出两个档次的界限值Vth1和Vth2。换言之，该界限值计算部分108读取存贮于存贮器109中的电池39的内电阻值R，并根据下述公式计算这些值的大小，在这里假设I为电流值。
        Vth1-V1-IR                 ···(1)
        Vth2-V2-IR                 ···(2)
图5给出了根据上述公式计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的曲线图。图中，下斜线的梯度表示内电阻R。值V1和V2通过试验确定，以得出合适的界限值。当电池中剩余的电力足够时，值V1设置成使电池电压V不会低于第一界限值Vth1。而当电池中剩余的电力很小时，值V2设置成使电池电压V低于第二界限值Vth2。
当电流值I等于或小于第一边界值I1时，该界限值计算部分108不执行上述运算，但读取存贮于存贮器108中的界限值Vf01和Vf02。当电流值I等于或大于第二边界值I2时，该界限值计算部分不执行上述运算，却读取存贮在存贮器109中的界限值Vf02和Vf12。通过运算或读取获得的第一界限值Vth1和第二界限值Vth2输出到警示—停车判断部分(指示装置)110。
接着，在电池39上连接有电压传感器(电压检测装置)105。代表电池39电压的数值通过接口106输出到控制器42的电压检测部分107。该电压检测部分107将上述数值转换成一合适的处理信号并将其输出到警示—停车判断部分110。该警示—停车判断部分110按下述公式用检测到的电压v来确定电池电压V。
                 V-v-IR                  ···(3)
当电池电压V位于第一和第二界限值Vth1和Vth2之间时，该警示—停车判断部分110将电池电压V与所述的第一和第二界限值Vth1、Vth2进行比较，此时，安装于转向把上的指示灯(未示出)闪烁。通过指示灯的闪烁，骑车者就可得知剩余的电池电力已减小。
接着，当电池电压V大于第二界限值Vth2时，该警示—停车判断部分110向设置于电机36和电流控制部分104间的继电器111中的线圈(未示出)输送激励电流；否则就停止电流供应。该继电器111采用常规的开口型，以便于当通过接口112输送激励电流时，使电机36与电流控制部分104间连通，而当停止供应激励电流时，由继电器断开上述连通。对于这种构成，当电池39的电压等于或低于第二界限值Vth2时，向电机36的电流供应就停止。当电池39的电压等于或低于第二界限值Vth2时，所述的警示—停车判断部分110向指示电流运算部分101输送信号使指示电流为零。这样就会停止向电机36的电流供应，即使，例如，继电器111的触点因火花或类似原因而相互保持接触。
C.本实施例的功能
下面结合附图6描述上述电机助动自行车的功能。当蹬踏自行车时，与骑车者之踏板力成正比的助力扭矩由电机36输出到动力装置34。此时(步骤S1)电流传感器135检测流向电机36的电流大小。跨接在电池39两端的电压传感器105检测电池两端的电压(步骤S2)。该电压V包括因电池39之内电阻引起的电压降部分IR。接着，根据流入电机36的电流值I和电池39的内电阻，计算或读取第二界限值Vth2(步骤S3)。该第二界限值Vth2用于识别是否停止向电机36供电，而在第S4步骤则将该界限值Vth2与电池39的电压V-IR进行比较。
当电池电压V大于第二界限值Vth2时，步骤S4中判断的结果为是，控制过程进入步骤S5，以计算或读取第一界限值Vth1。第一界限值Vth1用于判断当电池电压V降低某一值时是否给骑车者一警示信号。接下来在步骤S6中，将第一界限值Vth1与电池电压V进行比较。
当电池电压V大于第一界限值Vth1时，步骤S6中判断的结果为是，控制处理进入步骤S7以判断是否结束助力扭矩的控制系统。当主开关关闭或者当助力扭矩应当设为零(后面将说明)时，控制过程进入步骤S8以结束控制；否则控制过程返回到步骤S1并且重复步骤S1-S7。
以上就是当电池39的剩余电力足够时的控制过程。当电池电压降低至或低于第一界限值Vth1时，步骤S6中判断的结果为否，则控制过程进入步骤S10，使发光二极管(LED)指示灯闪烁。只要主开关没有关闭，就重复步骤S1-S10。
当电池电压进一步降低至第二界限值Vth2时，步骤S4中判断的结果为否，则控制过程进入步骤S11使闪烁的指示灯LED点亮。接着，警示—停车判断部分110输出一信号使指示电流值的零值进入指示电流运算部分101，同时断开继电器111(步骤S12和S13)。这样就会停止向电机36供电并使助力扭矩为零。此时控制系统结束工作(步骤S7和S8)。
对于上述电机助力自行车，由于第一和第二界限值Vth1和Vth2随电池39之电流值I的变化而变化，因此可连续设置与电池39之电流值I相符的最佳界限值，从而通过监测电池39的电压V而保证对电池的可靠控制。
尤其是在上述实施例中，由于第一和第二界限值Vth1和Vth2与电池电流值成反比变化，因此当电流值I不大于第一边界值I1或小于第二边界值I2时，第一和第二界限值Vth1和Vth2设置成常数。因此，当电池使用周期长或当电池39的电压因后继影响而短时，虽然开始放电后电池电压V会快速立即下降，但电池电压V不会降低至或低于第一界限值Vth1或第二界限值Vth2。因此，不执行警示或停止放电的控制过程，而电池39则可有效地使用。此外，由于可防止电池39在低压下使用，因此电池寿命得以延长。
在上述实施例中，当电池电压V降低至或低于第一界限值Vth1时，由于使指示灯LED闪烁，因此骑车者就可知道电池电压V已降低。与此同时，由于骑车者可预测到助力扭矩比率至零之间的下降，因此即使那时骑车者的负荷增大了，他也可确保安全。此外，当电池电压V下降至或低于第二界限值时，由于已停止向电机36供电，因此可防止此时电池过放电，骑车者能可靠地得知电池中已没有剩余电力了。
D.修改的实施例
上述第一实施例可修改成下述实施例。
①在上述第一实施例中，控制过程可设计成如此：当电池电压下降至或低于第二界限值Vth2时，并不立即将助力扭矩降为零而是将助力扭矩相对于踏板力的比率逐渐降低，在运行某段距离或某段时间后再降至零。
②在上述第一实施例中，虽然界限值设置了两档，但只设置一档界限值也是可以的。例如，可以仅使用指示灯LED进行警示，或执行仅仅将助力扭矩变为零的控制过程。也可以逐渐降低助力扭矩。
③由于骑车者负荷逐渐增大，因此上述逐渐降低助力扭矩的控制具有安全性的优点。然而在这种控制中，当控制系统的主开关先关闭然后再合上时，由于电池电压等于或低于第二界限值Vth2，因此恢复助力扭矩的逐渐降低就取决于再次合上主开关。因此，作为重复合上和关闭主开关的结果，电池电压就会无限制地降低并且因过放电而失去电压。
为消除这种缺陷，可采用如图7所示的控制过程，从而当电池电压V下降至或低于第一界限值Vth1(步骤S9)时，助力扭矩开始逐渐降低，而当电池电压V降低至或低于第二界限值Vth2时，助力扭矩变为零。这种构成的详细情况将在下面以第二个实施例的方式加以描述。在那种情况中，可采用如此的设置：将多个界限系数按地址先后顺序存贮于图2所示的存贮器138中，然后按地址先后顺序读取这些界限系数并分别乘以指示电流值，再将这些结果输出到PWM运算部分102。通过这种方式的控制，当电池电压V降低至低于第二界限值Vth2时，因为控制系统已结束(步骤S7)，所以就可防止电池过放电。此外，由于电池39可用到直到其电压V降低至低于第二界限值Vth2为止，因此可完全利用电池的容量。
(2)第二实施例
A.第二实施例的构成
下面结合附图8-12描述本发明的第二个实施例。第二实施例的特征在于：界限值设置三档，因此可根据电池电压V下降的范围执行三种类型的控制。具体说来，如图9所示，当电池电压降低至或低于第一界限值Vth1时，使带LED的警示起作用，当电池电压降低至或低于第二界限值时，使助力扭矩开始逐渐下降，而当电池电压降低至或低于第三界限值Vth3时，停止该控制系统。这里如上述第一实施例所述，当电流值I不大于第一边界值I1或不小于第二边界值I2时，将界限值Vth1，Vth2和Vth3设置为常数。
图8为该实施例的控制电路的方框图。在下述说明中，同第一实施例相同的元件采用同一标号，这些元件的详细描述因此就省略了。参见附图，由计时器150产生表示工作时间的数据并且通过接口151输出到时钟部分152。该时钟部分152将表示工作时间的数据转换成合适的处理信号并将其输出到行程距离运算部分153以及电流界限系数运算部分154。由自行车车速传感器155检测的代表自行车车速的数据通过接口156输出到行驶距离运算部分153。该行驶距离运算部分153通过对自行车车速关于时间的积分计算出自行车行驶的距离，并将代表自行车行驶距离的数据输出到电流界限系数运算部分154。
当助力扭矩逐渐降低时，电流界限系数运算部分154计算出界限系数，并将代表该界限系数的数据输出到指示电流运算部分101。该指示电流运算部分将计算得到的与踏板力成正比的指示电流与电流界限系数乘积的结果输出到PWM运算部分102。结果是助力扭矩相对于踏板力的比率下降。通过来自于160部分的命令信号启动电流界限系数的计算，以用于警示，电流逐渐降低以及停车判断。
在该实施例中，电流界限系数随自行车行驶距离的增大而线性地降低，如图10(A)所示。这就使得助力扭矩相对于踏板力的比率随行驶距离而下降。换言之，当电池电压V降低至低于第一界限值Vth1时，假定一点D1，此时当自行车由D1点到D2点行驶时，其电流界限系数则从1线性降低到r1。因此，给定点d的电流界限系数由下述公式给出。
            r＝1.0-(d-D1)×(1.0-r1)÷(D2-D1)
界限系数也可随行驶时间而降低。此时只需用时间参数代替上述公式中的距离参数即可计算界限系数。此外，也可采取同时计算行驶距离和行驶时间的界限系数的控制方法，此时即使采用了更大的界限系数。通过采用这种方式的控制，给骑车者提供了更多的助力扭矩从而使骑行更加安稳。
也可采取如图10(B)所示的控制方式，从而使界限系数的降低比率可随行驶距离而分级增大。如图所示，其界限系数在第一个区间D1-D2中以小的降低比率线性变化。下一个区间D2-D3中界限系数之降低比率稍稍增大，而下一个区间D3-D4中则更加增大。当助力扭矩开始下降时，这种控制方法可降低其波动，从而使骑车者的身体感觉得以改善。由于助力扭矩开始下降后骑车者已在一段时间适应于较大的负荷，因此与较大的负荷相比未必能感觉得到较大的降低比率。
如图10(B)所示的控制也可设计成使界限系数随行驶时间而下降，或者分别计算关于行驶距离和行驶时间的界限系数，即使已采用了更大的界限系数。如图10(B)所示的控制还可设计成使当行驶距离和行驶时间到达下一步骤时(D1，D2，···)界限系数的下降比率增大。
在本实施例中，界限值运算部分108当电流值I不大于第一边界值I1时不执行上述计算，但读取存贮于存贮器109中的界限值Vf01、Vf11和Vf21(见图9)，而当电流值不小于第二边界值I2时也不执行上述计算而是读取存贮于存贮器109中的界限值Vf02，Vf12和Vf22。由计算或读取得到的第一和第二界限值Vth1和Vth2输出到160部分，用于警示，电流逐渐降低及停车判断。
用于警示、电流逐渐降低以及停车判断的部分160将电池电压V与第一、第二和第三界限值Vth1，Vth2和Vth3进行比较。当电池电压V位于第一和第二界限值Vth1和Vth2中时，使LED指示灯闪烁。当电池电压位于第二和第三界限值Vth2与Vth3间时，限制电流向电机36供应的信号就输出到指示电流运算部分101，同时使LED指示灯点亮。
B.第二实施例的功能
下面结合附图11和12描述具有如上所述构成的电机助力自行车的功能。当蹬踏自行车时，流入电机36的电流及此时的电压就在步骤S20、S21进行检测。接着，根据流入电机36的电流值I以及电池39的内电阻，在步骤S22计算或读取第三界限值Vth3。该第三界限值Vth3用于判断是否停止向电机36供电。接着，控制过程进入步骤S23，将第三界限值Vth3与电池电压V或电池39之V-IR进行比较。
当电池电压V大于第三界限值Vth3时，步骤S23的判断结果为是，并且控制过程进入步骤S24，计算或读取第二界限值Vth2。该第二界限值Vth2用于判断当电池电压已下降较可观时是否逐渐降低助力扭矩。接着，控制过程进入步骤S25以将第二界限值Vth2与电池电压V进行比较。
当电池电压V大于第二界限值Vth2时，步骤S25的判断结果为是，控制过程进入步骤S26，计算或读取第三界限值Vth3。该第二界限值Vth2用于判断当电池电压已降低至某一范围时是否给骑车者以警示。接着，控制过程进入步骤S25以比较第二界限值Vth1与电池电压V。
当电池电压V大于第一界限值Vth1时，步骤S6中的判断结果为是，控制过程进入步骤S28以判断是否停止助力扭矩控制系统。在结束该控制系统时有两种情况：一种是关闭主开关，另一种是将助力扭矩降低至零。在其他情形下控制过程进入步骤S29以结束控制系统；否则控制过程返回到步骤S20并且重复步骤S20-S29。
以上所述为电池电压V是足够的控制过程。为电池电压降低至或低于第一界限值Vth1时，步骤S27中的判断结果为否，控制过程就进入步骤S30使LED指示灯闪烁。然后控制过程进入步骤S20-S30及S28。当电池电压V进一步下降至或低于第二界限值Vth2时，步骤S25的判断结果为否，则控制过程进入步骤S34以执行助力比率逐渐下降的控制过程。
图12为助力比率逐渐降低控制过程的流程图。首先在该助力比率逐渐降低控制过程一开始处的步骤S40和S41计算行驶距离和行驶时间，而在步骤S42处计算界限系数。该界限系数至少按前述图10(A)或10(B)之一所述的行驶距离与行驶时间计算。当界限系数不为零时，控制过程从步骤S43进入步骤S45并执行指示电流的运算，然后再将指示电流与界限系数相乘。接着，控制过程返回到主程序中的步骤S28然后再重复步骤S20-S34及S28。
当重复上述控制过程时，由于助力比率逐渐降低至零，此时步骤S43的判断结果为否，该过程进入步骤S44使继电器111断开。下一步骤S45中指示电流的计算结果变为零。结果是向电机36的供电完全停止。而主程序中步骤S28的判断结果为是，控制过程进入步骤S29以结束控制系统。
以上所述为在界限系数变为零之前电池39的电压V不会降低至低于第三界限值Vth3的控制过程。当界限值变为零且结束控制系统之后再次合上主开关时，就从开始处继续助力逐渐降低的控制过程。在本实施例中，如果当执行完助力逐渐降低的控制过程后，电池电压V降低至低于第三界限值Vth3，则步骤S23的判断结果为否，控制过程就进入步骤S31以点亮闪烁的LED指示灯。
用于警示、电流逐渐降低及停车判断的部分160输出一使指示电流为零的信号给指示电流运算部分101，并且关闭继电器111(步骤S32和S33)。结果是，向电机36的供电完全停止而助力扭矩变为零。因而主程序中步骤S28之判断结果为是而控制过程进入步骤S29以结束控制系统。
在如上所述的助力人力车中，由于当电池电压V降低至或低于第一界限值Vth1时使LED指示灯闪烁，而当电池电压V降低至或低于第二界限值Vth2时助力比率逐渐降低，因此骑车者能通过视觉和身体感觉得知电池电压的下降，与此同时，能预测助力比率至零之间的降低。结果是，即使此时骑车者的负荷增大，他也能确保安全。由于骑车者的负荷是逐渐增大的，因此波动很小并且骑车者能安稳地骑行。
(3)其他修改实施例
本发明并不局限于上述实施例，并可用不同方式作如下修改。
①用带蜂音器的声音警示或类似的设备代替LED指示灯，或除LED指示灯外还增加有带蜂音器的声音警示或类似设备。
②虽然上述实施例中只设置了两个或三个界限值，但亦可设置多个界限值。例如，可根据电池电压设置下述控制过程，即分别让LED指示灯闪烁，蜂音器发声，助力扭矩比率渐降，以及控制系统停止。
③可设置成如此构成，即当助力扭矩比率渐降过程开始时，产生蜂音器声音。
④可设置两档界限值，第一档启动助力扭矩比率渐降过程，第二档则停止控制系统。
⑤除了助力扭矩比率渐降过程外，该控制系统也可通过将助力扭矩降低(例如降低一半)来给骑车者产生一失控的感觉。
如上所述，对于本发明所述的助力人力车而言，可根据蓄电池的电流值连续设置最佳界限值，从而可靠地控制并监测蓄电池的电压(权利要求1)。由于界限值的上界限设置于较低的电流值范围内，即使是旧电池开始放电后因为电压立即下降，但电池电压不会降低至低于该界限值，因此蓄电池能有效地使用(权利要求2)。由于界限值的下限设置在较高的电流值范围内，可防止蓄电池过放电，而其使用寿命可以延长。这一效果是通过执行合适的控制过程来达到的，例如当电池电压降低至或低于该界限值时，停止控制系统(权利要求3)。

Claims (9)

1.一种助力人力车，其特征在于所述的车包括：一用于产生对人力扭矩起助力扭矩作用的马达；一用于向所述的马达提供电流的蓄电池；根据所述扭矩改变由所述电池产生的电流的控制装置；用于检测所述蓄电池的电压的电压检测装置；用于检测所述电流值的电流检测装置；根据所述电流值计算界限值的界限值计算装置和给所述蓄电池的使用者以指示的指示装置，当所述蓄电池的电压低于所述界限值时，该指示装置发生作用。
2.如权利要求1所述的助力人力车，其特征在于：当所述电流值位于零至第一边界值之间时，所述的界限值连续变化，以使其大体上为常量，而随着该电流值从第一边界值增大而下降。
3.如权利要求1或2所述的助力人力车，其特征在于：所述的界限值连续变化，从而随着该电流值的增大而下降，而当该电流等于或大于第二边界值时，使该界限值大体上为常量，所述的第二边界值小于该电流的最大可能值。
4.如权利要求1至3所述的助力人力车，其特征在于：所述的指示装置通过停止向所述马达供电而给该蓄电池的使用者指示出该蓄电池电压已低于所述界限值。
5.如权利要求1至4中任一个所述的助力人力车，其特征在于：所述界限值包括多个不同档次的子界限值，并且所述的指示装置因所述蓄电池电压降低而根据所述的每一个子界限值的下界改变指示方式。
6.如权利要求5所述的助力人力车，其特征在于：所述的子界限值为两个档次，当所述蓄电池的电压低于子界限值的较高档值时，所述的指示装置能产生至少通过视觉或听觉之一可觉察的信号，并且当所述蓄电池的电压低于所述子界限值的较低档值时，所述的指示装置能产生通过身体感觉可觉察的信号。
7.如权利要求6所述的助力人力车，其特征在于：当通过身体感觉觉察到信号时，所述的指示装置以所述的逐渐降至人力的助力扭矩比率来表示。
8.如权利要求6所述的助力人力车，其特征在于：当通过身体感觉觉察到信号时，所述的指示装置以所述的降至为零的人力的助力扭矩比率来表示。
9.如权利要求5所述的助力人力车，其特征在于：所述的子界限至少设置三个档次，当所述蓄电池的电压低于所述子界限值的较高档值时，所述的指示装置给出至少能通过视觉或听觉之一感觉到的信号，而当所述电压低于一个比所述较高档值低的子界限值时，逐渐降低所述助力扭矩相对于人力的比率，当所述电压低于一个更低的子界限值时，则给出能通过身体感觉觉察到的信号。
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