CN1164495A - 带辅助动力的自行车的再生控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带有辅助动力的自行车的再生控制装置,它是在与车速相比踏板蹬力小的场合下、能将马达9控制成再生状态,对电池进行充电,而且保持适意的行驶性。它设有:产生与施加在踏板上的蹬力相适应的辅助力的马达和对此马达进行驱动控制的驱动控制装置;还设有检测自行车的车速的车速检测装置30;检测施加在踏板上的蹬力的蹬力检测装置28;和根据车速检测装置30检测的车速及蹬力检测装置28检测的蹬力判别再生必要性、并将上述马达转换再生状态的再生控制装置40。

Description

带辅助动力的自行车的再生控制装置

本发明涉及带辅助动力的自行车,它是用马达的动力辅助骑车人蹬踏板的力的。

至今,关于带辅助动力的自行车已有种种方案提出,其中提到由马达产生制动力的制动控制的方案,如日本专利公报特开平4-100790号公开的例子。

在该例子中,记载着:“在下坡路面等情况下,使其具有一种发动机制动作用”、“由制动传感器检测出已施加的制动,由马达产生制动力”。

可是,这例子虽然记载有由马达产生制动力,但没提到使马达产生制动力的状态是马达作为发电机而工作的场合,将由此产生的电力回收到电池。

但是,控制马达再生是容易考虑到的。

在上述例子中,使马达产生制动力是在制动传感器检测到施加制动时,因此在施加制动之前,不存在马达产生的制动力、所以也就不能再生。

由于制动时,通常是不蹬踏板的,因而在蹬踏板时马达并不产生作为发电机的制动力,也不处于再生状态。

在带有辅助动力的自行车场合下,由于马达的动力辅助着人力,因而与通常自行车蹬踏板相比可轻些,但是,与车速相比蹬踏板的蹬力变成过分小可能由下坡路面引起。

与车速相比蹬踏板的蹬力过分小反而妨碍适意的行驶,特别是,如果处于加速状态,则速度渐渐增加,结果必须进行制动才能使速度降低,因而难保持适意的行驶性。

在上述以前例子的场合下,由于蹬踏板时不加制动,所以没有由马达产生的制动力,因而出现在蹬踏板时、相对于速度蹬力过分变小的情况,这会妨碍适意的行驶。

本发明是为了克服上述问题而作出的,其目的是提供一种带辅助动力的自行车的再生控制装置,它是在与车速相比踏板的蹬力过小场合下,将马达控制成再生状态,对电池进行充电,而且能保持适意的行驶性。

为了达到上述目的,本发明的带有辅助带动的自行车再生控制装置,它设有产生与施加在踏板上的蹬力相适应的辅助力的马达和对此马达进行驱动控制的驱动控制装置,它还设有:检测该自行车的车速的车速检测装置;检测施加在踏板上的蹬力的蹬力检测装置;根据上述车速检测装置检测的车速和蹬力检测装置检测的蹬力,判断再生的必要性、并且将马达转换成再生状态的再生控制装置。

由于再生控制装置根据车速和蹬力判断再生的必要性,因而在与车速相比踏板蹬力变成过小时判断为需要再生,并将马达转换成再生状态,由此使马达成再生状态、而作为发电机,把发生的电力再生给电池,能抑制电池的电力消耗,而且能把马达的作为发电机的制动力对这自行车起作用,从而能保持适意的行驶性。

在权利要求1所述的带辅助动力的自行车的再生控制装置中,上述的再生控制装置是将预先相应于车速确定蹬力的再生判定值并加以存储,在某一车速下的上述蹬力检测装置检测到的实际蹬力比上述再生判定值小的场合下,将上述马达转换成再生状态。

如果配合适意行驶状态而设定这再生判定值,则当与车速相比踏板蹬力变小到低于再生判定值以下时,就能把马达转换成再生状态,能对电池进行充电,而且由制动力作用而接近适意的行驶。

在权利要求2所述的带辅助动力的自行车的再生控制装置中,上述再生控制装置是将在由上述驱动控制装置形成的驱动控制下、相应于车速预先求出行驶在平坦路面上所需要的蹬力、把它作为再生判定值并加以存储,在某一车速下的上述蹬力检测装置检测的实际蹬力比上述再生判定值小的场合下,将上述马达转换成再生状态的。

由于再生控制装置在由上述驱动控制装置形成的驱动控制下、与车速相对应地预先求出行驶在平坦路面上所需要的蹬力、把它作为再生判定值而加以存储,因而,把实际检测的车速和蹬力与存储的再生判定值比较时,如果实际的蹬力比再生判定值小,就能判定为必需再生,使马达成再生状态,对电池进行充电,而且可不管下坡路的状态如何,同适意地行驶在平坦路面上一样地保持适意的行驶性。

在权利要求3所述带辅助动力的自行车的再生控制装置中,上述再生控制装置根据上述车速检测装置检测的车速变化运算加速度、在上述实际的蹬力比再生判定值小的场合下,只在上述加速度是正值时、把上述马达转换成再生状态。

由于加速度是零或者是负值、即处于保持一定速度或减速状态时,即使与车速相比踏板蹬力变小,在打乱一定速度状态之前,没必要进行再生、也没必要由再生而使减速进一步加剧,因而这种场合下,不使马达成再生状态。

在权利要求4所述的带辅助动力的自行车的再生控制装置中,上述再生控制装置是在上述蹬力检测装置检测的实际蹬力为零的场合下,上述加速度是正值时,把上述马达转换成再生状态的。

由于不蹬踏板时,只要不在加速状态,就没必要使马达再生和使其起制动作用,因而在这种场合下,不使马达转换成再生状态。

图1是本发明一个实施例的带辅助动力的自行车的整体侧视图,图2是图1所示主要部分的放大侧视图,图3是沿图2的III-III线截断的断面图,图4是作为辅助动力的直流马达的控制系统示意框图,图5是表示为使自行车以一定的车速行驶所需要的输入的曲线图,图6是表示踏板蹬力变化的曲线图,图7是以座标表示再生判断图形的图。

下面,参照图1~图7来说明本发明的一个实施例。

辅助动力装置1的各个构成部件被配置在由左侧的辅助动力装置箱体2和右侧的辅助动力装置的盖体3围住的密闭空间内,该辅助动力装置1与自行车车身O成一体地安装着。

在中轴4的两端能自由拆卸地、一体地安装着踏板杆5,在这踏板杆5的前端能自由回转地枢轴支承着踏板6,中轴4的左侧部能自由回转地嵌装在辅助动力装置箱体2的球轴承7上。

筒状的中空转矩传递构件8通过滚针轴承9能自由回转地嵌合在中轴4的外周上,并与球轴承7相邻接,在中轴4和中空转矩传递构件8之间装着作为蹬力单向离合器的棘轮式单向离合器10,中空转矩传递构件8的右侧部通过球轴承11能自由回转地嵌接在辅助动力装置的盖体3上,从这个辅助动力装置的盖体3向右方突出的中空扭矩传递构件8的右侧部上,通过花键嵌接着传动链轮12,盖形螺母13成一体地螺纹结合在中空转矩传递构件8的右端部上。

即使中轴4的回转速度低于中空转矩传递构件8的回转速度,也能由棘轮式单向离合器10使中空转矩传递构件8空转,中轴4和踏板6能保持停止状态。

从动齿轮15位于球轴承11的内侧并且成一体地嵌接在中空转矩传递构件8上,与这从动齿轮15啮合的减速齿轮16的轴部16a上成一体地嵌装着带有齿的从动皮带轮17,在直流马达20的回转轴21上成一体地嵌装着带有齿的主动皮带轮18,在带有齿的从动皮带轮17和带有齿的主动皮带轮18上架设着带齿的无接头皮带19,当直流马达20处于运转状态时,直流马达20的动力被传递给带有齿的主动皮带轮18、带齿无接头皮带19、带有齿的从动皮带轮17、减速齿轮16、从动齿轮15和中空扭矩传递构件8,使中空转矩传递构件8和传动链轮12一起回转,通过链34驱动后车轮35向前进方向回转。

减速齿轮16通过球轴承22、23能自由回转地枢轴支承在辅助动力装置箱体2和辅助动力装置的盖体3上,直流马达20的回转轴承21通过球轴承24、25能自由回转地枢轴支承在直流马达20的箱体20a和辅助动力装置的盖体3上。

由于是这样的结构,因而相反地,后车轮35的回转能通过链34、传动链轮12、中空转矩传递部件8、从动齿轮15、减速齿轮16、带有齿的从动皮带轮17、带齿的无接点皮带19、带有齿的主动皮带轮18而传递给直流马达20,能用外力强制地使直流马达20回转,从而能起发电机的作用,再生发电的电力。

而且,在棘轮式单向离合器10和从动齿轮15之间的中空转矩递构件8的外周面上,成一体地卷绕着非晶质磁性合金制的薄带26,在这薄带26外方的辅助动力装置箱体2的内周面上配设着转矩检测线圈27,由此构成磁致伸缩式转矩传感器28。

中空转矩传感器8上的转矩检测线圈27,其左右输入转矩的转矩差在上述薄带26上产生剪切变形,由转矩检测线圈27检测上述变形形成的薄带26的导磁率的变化。

在中空转矩传递构件8上,由于在转矩检测线圈27的右侧(输出侧)有直流马达20的助推力的输入,在转矩检测线圈27的左侧通过棘轮式单向离合器10输入施加在踏板6上的蹬力,因而磁致伸缩式转矩传感器28可以只检测高出直流马达20的助推力部分的蹬力。

另一方面,在棘轮式单向离合器10的外方设置着中轴转速传感器29,沿着从动齿轮15设置车速传感器30。

由于后车轮35的回转通过链34、传动链轮12、中空转矩传递件8而反映在从动齿轮15的回转上,因而沿着从动齿轮15设置的、检测从动齿轮15的回转速度的车速传感器30能检测自行车O的车速。

具有上述结构的辅助动力装置1中,直流马达20的控制由电子控制装置ECU 40作出,图4表示这控制系统的概略状况。

ECU 40上有从上述磁致伸缩式转矩传感器28、中轴转速传感器29、车速传感器30输出的输入,把控制信号输出到驱动器41,由驱动器41驱动直流马达20。

电池45的电力通过驱动器41供给直流马达20,在这电力供给电路上安装着主开关46。

另一方面,在主开关46和驱动器41之间设置着再生回路,再生开关47、升压电路48、反向电流防止用的二极管49串联地配设着。

再生开关47由ECU 40控制,通常处于切断状态,当主开关46接通时,就处于能把电池45的电力通过驱动器41供给直流马达20的状态。而且,ECU 40根据中轴转速传感器29的中轴转速信号和磁致伸缩式转矩传感器28的转矩信号运算人力工作量,要按某一比例辅助人力地对直流马达20进行控制和供给电力,由此驱动直流马达20后输出助推力。

另一方面,在某种行驶状态下,停止向直流马达20供给电力,相反地将直流马达20用作发动机来工作,使再生开关47接通后,将所产生的电力通过再生电路、将其回收于电池45。

直流马达20产生的电力,由升压电路48将它的电压升高,形成比电池45的规定输出电压高的电压后返回给电池45。

下面、说明这种再生控制。

图5表示使自行车以一定车速在有某一倾斜角度的上坡路面、平坦路面、倾斜角度不同的2种下坡路面行驶所必需的输入。图中表示着:由于这输入值是与行驶阻力相平称的值,因此它是与车速的平方成比例地增加的。

在上坡路面上,即使车速是0km/h,为了保持0km/h,也必需输入力。

在下坡路面上,在某一车速情况下,输入为0;在低于这车速的情况下,为了保持该车速、必要加上负的输入,即加上后退方向的输入。

在带有本辅助动力的自行车0的场合下,使自行车行驶的输入是由人力和直流马达20的动力作出的。

这里,人力是指骑车者蹬踏板6的力,由于是左右脚交替地蹬踏板6,因而蹬力F的变化的如图6所示,呈现波浪形,1周期相当于中轴4转1圈。

把这变化的蹬力F中的最大值ΔF用在直流马达20的控制中。

这个蹬力ΔF由上述磁致伸缩式转矩传感器28检测,在进行再生控制时,ECU 40输入由这磁致伸缩式转矩传感器28检测的蹬力ΔF和由车速传感器30检测的车速V的信号并加以处理。

ECU 40除了处理上述蹬力ΔF和车速V之外,还从逐次输入的车速V运算车速V的变化率dV/dt,即运算加速度α,以提供再生判定。

图7是把再生判定图形表示成座标的图,横轴表示车速V,纵轴表增蹬力ΔF。

在图7中,向右上方倾斜的线是再生判定线L,车速0是再生下限车速,在行驶状态是在比这再生判定线L小的蹬力ΔF、比车速0大的车速的场合下,即在画上剖面线的那部分上的场合下进行直流马达20的再生控制。

再生判定线L实际上是用来求蹬力ΔF相对于车速V的变化,上述车速是使本实施例的带辅助动力的自行车O处在由直流马达20形成的辅助控制下、使其在平坦路面上行驶时的速度。

处在这再生判定线L上的车速V和蹬力ΔF的关系时,大致能实现理想的快适的行驶,在平坦路面上成这样状态地控制直流马达20的助推力。

因此,行驶路面不论是上坡还是下坡,只要行驶状态是沿着这再生判定线L,都可以与倾斜角度无关地进行适意的行驶。

因此,在某一下坡路面行驶时,与车速相比踏板蹬力变小的场合下,即蹬力ΔF比判定线L小的场合,把直线马达20转换成再生状态而使其产生由再生形成的制动力的作用,若有相同的蹬力ΔF,则能使车速V下降,并接近再生判定线L。

在本实施例中,实际上是否再生还要看加速度α。

预先确定这再生判定线L,存储在ECU 40里,在行驶时ECU 40把逐次输入的磁致伸缩式转矩传感器28输出的蹬力ΔF和车速传感器30输出的车速V与再生判定线L对比,并判别是否在必须再生的范围(图7的打剖面线部分)内。

ECU 40还如上所述地算出加速度α,只在加速状态(α>0)时才把直流马达20设定再生状态。

即,即使蹬力ΔF处在再生判定线L的下方,在加速度α是0或者负值时,就是保持一定速度或减速状态,在这种状态时,由于没必要使直流马达20成再生状态,打乱一定速度或使减速剧激,因而不进行再生,只在加速状态时进行再生。

蹬力ΔF处在再生判定线L下方、加速度α为正值时,由于与车速相比踏板蹬力小而且处在增速状态,在这场合下,通过将直流马达20转换成再生状态,就能使制动力发生作用,将增速抑制地使行驶稳定,从而能接近适意的行驶,而且能把产生的电力再生给电池45而进行充电。

上面所述的是有蹬力存在情况(ΔF>0)的再生条件,在没有蹬力的场合下(ΔF=0),即没有蹬踏板6时,只用加速度α来判断是否进行再生。

即,加速度α是正值时(α>0),形成再生状态,加速度α是0或者负值时(α≤0),形成不再生状态的惯性运转状态。

由于蹬力ΔF=0、加速度α>0是行驶在下坡路面的情况,处在车速渐渐增加的状态,在这种情况下,使直流马达20成再生状态,加上制动,用手动方式尽量控制刹车操作,可以形成适意的行驶状态的。

这时,还能通过再生而向电池充电。

另外,蹬力ΔF=0、加速度α≤0的情况,通常是在平坦路面上或坡度很小的下坡路面上行驶的场合,这时没必要加以制动、不使直流马达20成再生状态,使直流马达20的转轴21形成自由状态、成不承受载荷地惯性运转状态。

将上述再生条件综合,在有蹬力时(ΔF>0),把车速α和蹬力ΔF处在图7中的以再生判定线L和车速V0为界的画剖面线部分里,而且将加速度α>0作为再生条件;在没有蹬力时(ΔF=0),将加速度α>0作为再生条件。

也可将再生判定线L从图7中的位置向上下推移地设定。

若将再生判定线L向上方推移,则容易施加由直流马达的再生形成的制动,能得到比上述状态重的行驶感觉,但向电池45的充电则更多,与此相反,向下方推移,则难施加制动,能得到比上述状态更轻的行驶感觉。

由于本发明的再生控制装置是根据车速和蹬力来判断再生的必要性,因而在与车速相比踏板蹬力变成过分小时判断为需要再生,通过把马达转换成再生状态,使马达成再生状态,把马达作为发电机而产生的电力再生给电池,能抑制电池的电力消费,而且将马达作为发电机而产生的制动力作用于自行车上,能保持适意的行驶性。

若结合适意行驶状态设定这再生判定值,则在与车速相比踏板力变小、而且低于再生判定值时,能把马达转换成再生状态,能对电池进行充电,而且由制动力作用而接近适意行驶。

再生控制装置预先存储再生判定值(该再生判定值是在上述驱动控制装置的驱动控制下,求出与车速相对应的在平坦路面行驶时所需的蹬力),把实际检测到的车速和蹬力与存储中的再生判定值进行比较后,如果实际的蹬力比再生判定值小,则能判别为有必要再生,使马达成再生状态,对电池进行充电,而且能与下坡路的状态无关地保持成与行驶在平坦路面上同样的适意行驶性。

在实际的蹬力比上述再生判定值小的场合下,只有加速度为正值时才把马达转换成再生状态,在加速度是零或者是负值时,即在保持一定速度或处在减速时,即使与车速相比踏板蹬力变小,在将一定速度状态打乱之前也不再生,不使减速因再生而进一步前加剧,因而能保持适意行驶状态。

在实际的蹬力为零的情况下,加速度为正值时通过将马达转换成再生状态,不蹬踏板时,只要不处在加速状态,不使马达再生,而且不使其起制动作用,由此能保持适意行驶性。

Claims (5)

1.一种带辅助动力的自行车的再生控制装置,它设有产生与施加在踏板上的蹬力相对应的辅助力的马达和对此马达进行驱动控制的驱动控制装置,其特征在于:设有检测该自行车的车速的车速检测装置;检测施加在踏板上的蹬力的蹬力检测装置;根据上述车速检测装置检测的车速和蹬力检测装置检测的蹬力、判别再生的必要性并且将马达转换成再生状态的再生控制装置。
2.如权利要求1所述的带辅助动力的自行车的再生控制装置,其特征在于:上述再生控制装置预先相应于车速确定蹬力的再生判定值并加以存储,在某一车速下的上述蹬力检测装置检测到的实际蹬力比上述再生判定值小的场合下,将上述马达转换成再生状态。
3.如权利要求2所述的带辅助动力自行车的再生控制装置,其特征在于:上述再生控制装置在由上述驱动控制装置形成的驱动控制下、相应于车速预先求出行驶在平坦路面上所需要的蹬力、把它作为上述再生判定值并加以存储,在某一车速下的上述蹬力检测装置检测的实际蹬力比上述再生判值小的场合下,将上述马达转换成再生状态。
4.如权利要求2或3所述的带辅助动力的自行车的再生控制装置,其特征在于:上述再生控制装置根据上述车速检测装置检测出的车速变化运算加速度、在上述实际蹬力比上述再生判定值小的场合下,只在上述加速度是正值时,把上述马达转换成再生状态。
5.如权利要求4所述的带辅助动力的自行车的再生控制装置,其特征在于:在上述蹬力检测装置检测的实际蹬力为零的场合下,在上述加速度是正值时,上述再生控制装置把上述马达转换成再生状态。
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