專利名稱：輔助動力驅動的車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及輔助動力驅動的車輛如自行車或輪椅，該車輛具有車輪，該車輪適合于利用作用于人力驅動系統上的人力以及來自輔助動力驅動系統的輔助動力進行驅動。
傳統的電動機助推的車輛例如電動機助推的自行車或輔以電動機的輪椅已投入實際應用，在這種車輛中，將相當于作用于人力驅動系統上的人力的電流從蓄電池供給電動機，從而將電動機的驅動力(輔助力)和人力的合力傳送給車輪。
上述常規輔助動力驅動車輛包括控制單元，該單元根據人力的大小進行計算，以控制輸送到電機動的電流值，這種車輛配置成將正比于人力大小的輔助動力加到車輪上。
在上述常規輔助動力驅動車輛中，因為在停止施加人力時輔助動力也停止作用，所以一次人力輸入的行駛距離很短，這樣便不可避免地增加了騎車人的驅車強度。如是，已提出一種系統，在這種系統中，輔助動力在人力停止作用后仍繼續作用一段時間，使得輔助動力可以持續(見日本專利-A-平8-168506)。
然而，上述維持輔助動力的常規方法存在問題，即維持輔助動力的時間長度或動力的持續時間是恒定的，因而在起動車輛時或在擁擠的地方或狹小的地點行駛時很難進行準確的控制，即操縱性能不好，而且在高速行駛期間經常需要輸送人力。
鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種輔助動力驅動車輛，該車輛可以進行準確控制，易于操作，而且可以減輕騎車人的負擔。
如權利要求1所述的發明其特征在于，輔助動力驅動車輛具有人力驅動系統、與其并列的輔助動力驅動系統以及適合于由作用于人力驅動系上的人力和由響應該人力的輔助動力驅動的車輪，上述輔助動力驅動車輛包括用于檢測作用于上述人力驅動系統上人力的人力檢測裝置；用于檢測車輛行駛速度的行駛速度檢測裝置；輔助動力控制裝置，用于控制輔助動力，使得在上述人力檢測裝置檢測到人力停止作用后使輔助動力持續作用，而輔助動力持續作用的時間長度響應上述行駛速度檢測裝置檢測的行駛速度而改變。
如權利要求2所述的發明其特征在于，在權利要求1中，上述人力檢測裝置是檢測人力存在/不存在的通斷開關，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在上述人力檢測裝置檢測到人力開始作用時啟動輔助動力的供給，在檢測到人力停止作用后使輔助動力持續作用，而且輔助動力持續作用的時間長度響應上述行駛速度檢測裝置檢測的行駛速度而改變。
如權利要求3所述的發明其特征在于，權利要求1的上述人力檢測裝置適于連續地檢測人力的大小，并且上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在人力作用期間輔助動力的大小響應人力作用的大小而改變，在已檢測到人力作用停止后輔助動力仍持續作用，并且輔助動力持續作用的時間長度響應上述行駛速度檢測裝置檢測的行駛速度而變化。
如權利要求4所述的發明其特征在于，在權利要求1-3中任一項權利要求中，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得輔助動力持續作用的上述時間長度隨行駛速度的增加而逐漸延長。
如權利要求5所述的發明其特征在于，在權利要求4中，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得輔助動力持續作用的上述時間長度在車輛在起動時和行駛速度很低時降低至零。
如權利要求6所述的發明其特征在于，在權利要求1-5中任一項權利要求中，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得上述輔助動力的大小響應車的行駛速度而變化。
如權利要求7所述的發明其特征在于，在權利要求6中，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在起動時和行駛速度很低時上述輔助動力的大小大于低行駛速度時的輔助動力。
如權利要求8所述的發明其特征在于，在權利要求5或6中，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在高速行駛時的上述輔助動力的大小大于中速行駛時的輔助動力。
按照權利要求1-3所述的本發明的輔助動力驅動車輛，在人力作用停止后輔助動力仍持續作用，而且輔助動力持續作用的持續時間響應車輛的行駛速度而變化，因而提供了操作性能和減輕了騎車人的負擔。
如果在車輛起動或在擁擠的地方或狹小的地方行駛時輔助動力總是持續一段時間，則要準確控制車輛是很難的。然而按照權利要求1-3所述的本發明，持續時間響應車的行駛速度而變化，因而改進了車的可控性，減輕了騎車人的負擔。
另外，按照特別是權利要求2所述的本發明，人力檢測裝置是用于檢測人力作用/不作用的通斷開關，因此與檢測人力本身大小的裝置相比結構簡化，這樣便降低了成本。
按照權利要求4所述的發明，輔助動力的持續時間隨行駛速度的增加而逐漸延長，因而可防止因增加行駛速度而加強蹬車強度，由此減輕了騎車人的負擔。
按照權利要求5所述的發明，輔助動力的持續時間在起動車輛和行駛速度很低時降低到零。因為輔助動力只在騎車人施加輸入力起動車輛時才開始作用，所以可避免不希望的車輛行為，提高了車輛可控制性。
按照權利要求6所述的本發明，輔助動力的大小響應行駛速度而變化，因而在行駛期間可以獲得隨行駛速度變化的輔助動力，由此減輕了騎車的負擔。
按照權利要求7所述的發明，輔助動力的大小在起動時和行駛速度很低時大于低速行駛時的輔助動力，因而可以減輕起動車輛時騎車人的負擔。另外，如果在起動車輛后的低速行駛期間限制輔助動力的大小，則可以避免不必要的蓄電池消耗。
按照權利要求8所述的發明，在高速行駛時的輔助動力的大小大于中速行駛時的輔助動力，所以因行駛速度增加而造成的行駛阻力的增加可以隨輔助動力從中速范圍到高速范圍的增加而得到補償，因此減輕了騎車人的負擔。
下面簡要說明附圖圖1是作為本發明一個實施例輔助動力驅動車輛的電動機助推自行車的側視圖；圖2是自行車的輔助動力輸送裝置的方塊圖；圖3是流程圖，示出輔助動力輸送裝置的操作；圖4是時間曲線圖，示出輔助動力輸送裝置的操作；圖5是時間曲線圖，示出輔助動力輸送裝置的變化的操作；圖6是時間曲線圖，示出輔助動力輸送裝置的變化的操作；圖7示出車速與輔助動輸送裝置的輔助動力之間關系的特征曲線；圖8示出車速與輔助動力輸送裝置的持續時間之間關系的特征曲線。
圖中的編號說明如下1是輔助動力驅動的車輛；13是后車輪；18是車輛檢測器(行駛速度檢測裝置)；22是控制器(輔助動力控制裝置)；28是腳蹬開關(人力檢測裝置)；29是轉速檢測器(行駛速度檢測裝置)。
下面參照
本發明的實施例。
圖1至8是附圖，示出本發明的如權利要求1、2、4-8所述實施例的電動機助推自行車(輔助動力驅動車輛)；圖1是電動機助推自行車的側視圖；圖2是示意圖，示出自行車輔助動力輸送裝置的結構；圖3是流程圖，示出輔助動力輸送裝置的操作；圖4-6是時間曲線圖，示出輔助動力輸送裝置的操作；圖7和8是特征曲線圖，示出輔助動力輸送裝置的工作。
在附圖中，編號1表示作為本發明輔助動力驅動車輛的電動機助推自行車，該自行車的車架2包括前管3、從前管3向后延伸的向下管4、從向下管4的后端向上大體以直立方式延伸的座鞍管5、一對從向下管4的后端向后大體水平延伸的左、右鏈條支承件6、一對使鏈條支承件6的后端和座鞍管5的上端相連接的左、右件支承件7和從前管3水平延伸的水平管11。
在前管3中裝有前叉8，以便左右轉動。前車輪9裝在前叉8的下端部，而車把12固定裝在該前叉的頂部。座鞍管5的頂端上裝有鞍座12。另外，后車輪13裝在鏈條支承件6的后端。
動力單元15裝在車架2的下端部，以便輸出腳蹬力(人力)和裝于其中電動機17的輔助動力的合力，該腳蹬力輸入到穿過曲臂16a上的腳蹬16b上，該曲臂固定于曲軸16的兩個相對凸出端部上。動力單元15的輸出經鏈條30傳送到后輪13上。包括如上所述人力驅動系統以及并列的輔助動力驅動系統的電動機助推自行車1被如此配置，使得在主開關接收通時該車可以由人力和輔助動力的合力驅動，而在主開關斷開或蓄電池過分放電時則只能與人力驅動系統驅動。
動力單元15裝有電動機17、使電動機17的轉動減速的減速器和控制器22，該控制器起輔助動力控制裝置的作用，以便可變地控制電動機17的輔助動力。
電動機17的電源或蓄電池21沿座鞍管的后側配置，夾在左、右支承件7之間。蓄電池21由裝在長方形盒子中的多個蓄電池組成。
腳蹬開關(人力檢測裝置)28裝在動力單元15內。用于檢測腳蹬力(人力)是否已經加到腳蹬16b上的腳蹬開關28適合于在腳蹬力超過預定值a時接通，而在腳蹬力降到低于數值a的預定值b以下時則斷開。
另外，如圖2所示，控制器22包括MPU50，該MPU經I/F51接收表示人力作用的存在/不存在的腳蹬開關28的信號和轉動速度檢測器27的電動機轉速信號。MPU50根據上述輸入信號和裝入的地圖數據計算行駛速度，計算輔助動力的大小、持續時間時，并將控制信號輸送到電動機驅動器66，以便從蓄電池21向電動機17輸送相當于計算結果的電流。
可以不用電動機轉速檢測器29的信號來計算行駛速度，而可以檢測人力驅動系統的轉動，根據該轉速來計算行駛速度，或行駛速度可以直接用車速檢測器18檢測的輪子轉速來確定行駛速度。這些轉速檢測器29和車速檢測器18構成行駛速度檢測裝置。
電動機17的輔助動力的大小和持續時間等由控制器22根據行駛速度進行控制。具體是，利用圖7所示的車速v對輔助動力P的特征曲線控制輔助動力的大小，并按照圖8所示的車速v對持續時間tf的特征曲線控制持續時間。確定起動速度、很低速度、低速、中速和高速的速度范圍只是便于說明，不一定限于這些范圍。
如圖7的特性曲線A所示，控制輔助動力P的大小，使得車速v(km/h)在起動和行駛速度很低的0＜v≤5范圍內時該輔助動力逐漸減小；而在低行駛速度時的5＜v≤10范圍內時，它基本上是恒定的或稍為上升；在中等或更換行駛速度時的10＜v≤15范圍內時，它隨車速的增加而增加。雖然在此實施例中特性曲線A被例示為連續的光滑曲線，但它不一定是連續的，在各自的速度范圍可以階梯式變化。
如由圖8的特征曲線B所示，控制輔助動力的持續時間tf，使得在起動和行駛速度非常低時的0＜v≤5范圍內時該持續時間減小至零；而在低的行駛速度或更快時該持續時間正比于車速而增加。特性曲線B不一定是成正比的直線，在相應的速度范圍可以階梯式變化，如特性曲線B′所示。
下面進一步說明輔助動力P和持續時間tf的大小。當車速v在開始蹬動時(即開始蹬動和行駛速度非常低時)為0＜v≤5時，如圖4(a)所示，如果左腳蹬和右腳蹬的腳蹬力均超過數值a，則腳蹬開關29接通，開始輸送大小為P1的輔助動力，而如蹬力低于數值b，則腳蹬開關28斷開，停止輸送輔助動力。
在起動時和上述車輛的行駛速度很低時(即0＜v≤5時)，控制輔助動力，使得該輔助動力在輸入第一腳蹬力時達到最大，而在通過交替的蹬動增加車速時，該輔助動力減小到P1′和P1″，因而造成平穩地起動。當在低行駛速度時的5＜v≤10的范圍內時，輔助動力的大小基本上控制在常數。雖然在起動和行駛速度非常低時的0＜v≤5的范圍內時輔助動力不持續作用，但在行駛速度低時的5＜v≤10范圍內時，輔助動力則持續作用。
當車速v在中等行駛速度時的5＜v≤10范圍內時，如圖4(b)所示，在蹬力超過數值a和腳蹬開關28接通時開始作用大小為P2的輔助動力，并持輔動力作用持續到經過自腳蹬力降低到數值b以下和腳蹬開關斷開以來的持時間tf1。
在這種情況下，按照圖7和8所示的特征曲線控制輔助動力P2的大小和持續時間。對于第一蹬動作用，輔助動力P2是常數，直至經過持續時間tf1；對于第二和第三蹬動作用，輔助動力增加到P2′和P2″，并且當車速增加時持續時間分別加長到tf1′和tf1″。如果車速保持常數，則輔助動力和持續時間保持常數。
當車速在高速行駛時的15＜v時，如圖4(c)所示，在蹬動力超開數值a和蹬動開關接通時，開始作用大小為P3的輔助動力，并且在腳蹬力降到低于數值b和腳蹬開關28斷開后經過持續時間tf2以后，輔助動力停止作用。
在這種情況下，輔助動力P3也是常數，直至經過持續時間tf2。另外，當車速增加時，持續時間延長到tf2′和tf2″，而輔助動力P增加到P3′和P3″。如果車速保持常數，則持續時間和輔助動力也為常數。
當蹬力降到數值b后經過持續時間tf1，tf1′，…或tf2，tf2′，…之后輔助動力作用停止時，如圖5和6所示，在持續時間期間的輔助動力的大小逐漸降低，這樣便形成更自然的行駛感覺。
下面參考圖3說明本實施例的電動機助推自行車1的輔助動力輸送的控制過程。
首先根據轉速檢測器20或車速檢測器18確定現時的行駛速度(程序步S1)
然后確定腳蹬開關28的通斷(程序步2)；如果確定腳蹬開關28接通，則可以確定在前一個腳蹬動作中腳蹬開關的通斷(程序步S3)；如果確定在前一個腳蹬動作中腳蹬開關28未接通，即人力正好在此按時地開始作用，則可以根據檢測的車速計算輔助動力P(t)(程序步S4)；并由馬17提供輔助動力P(t)(程序步S5)。
如果在程序步S3中確定在前一個腳蹬動作中腳蹬開關接通，即人力繼續作用，將前一個腳蹬動作中設定的輔助動力P(t)用作為現在腳蹬動的輔助動力(程序步S6)，并由馬達17提供輔助動力(程序步S5)。
如果確定在程序步S2中腳蹬開關28未接通和在前一個腳蹬動作中腳蹬開關28接通，即人力在此點停止作用，則將前一個腳蹬動作中設定的輔助動力P(t)用作起始值P0(程序步S8)。
然后根據在程序步S1檢測的車速和圖8的特征曲線，計算現時行駛速度的輔助動力的持續時間(程序步S9)，并建立輔助動力P(t)的方程P(t)＝f(p0，tf)(程序步10)，隨后根據此方程計算P(t)(程序步11)。利用馬達17輸送計算的輔助動力(程序步5)。
如果在程序步S7中確定在前一個腳蹬動作中腳蹬開關28沒有接通，即處在持續時間中或沒有作用任何輔助動力，則根據前一腳蹬動作中所用的方程P(t)＝f(p0，tf)計算輔助動力，并利用馬達17提供輔助動力P(t)(程序步12)。
在動力源接通之后緊接著使方程P(t)設定為P(t)＝0，并且不提供輔助動力，直到腳蹬開關在動力源接通之后又第一次接通。與騎車人腳蹬動作的周期相比以相當短的周期重復上述過程。
在上述電動機助推自行車中，輔助動力的大小隨車的行駛速度而改變，并且在人力作用停止后該輔助動力持續作用，該輔助動力的持續時間隨車的行駛速度而變化，所以改進了操作性能并減輕了騎車人的負擔。
具體是，輔助動力的持續時間在起動和車的行駛速度很低時降低到零。因此當車輛起動或以很低速度行駛在很擁擠的地方或狹小的地方時，輔助動力僅在騎車人施加人力時才能施加輔助動力，因而輔助動力完全不能持續，并可以避免不需要的車輛動作，從而進一步提高可控性。另外，輔助動力的持續時間隨行駛速度的增加而逐漸延長，因而可以防止因行駛速度的增加而引起的加速的蹬車強度，由此減輕了騎車人的負擔。
另外，在起動和很低行駛速度時輔助動力的大小大于低速行駛時的大小，所以可以減輕車輛起動時騎車人的負擔。另外，如果在起動車輛后的低速行駛期間限制輔助動力的大小，則可以避免不必要的蓄電池消耗。再則，輔助動力隨行駛速度變化，并且在高速行駛時的輔助動力的大小大于中速行駛時的輔助動力，所以在行駛期間可以得到隨行駛速度變化的輔助動力，而且因行駛速度增加而造成的行駛阻力的增加將會通過從中速范圍進入到高速范圍時輔助動力的增加而得到補償，所以減小了騎車人的負擔。
其次，人力檢測裝置是用于檢測人力存在/不存在的通斷開關，所以與檢測人力本身大小的裝置相比結構被簡化，所以降低了成本。
在上述實施例中，已經示出一種系統，在該系統中，利用腳蹬開關的通斷狀態檢測人力的存在/不存在，在人力作用停止后該輔助動力持續作用，而且輔助動力的大小和持續時間決定于車速。然而可以控制輔助動力，使得可以連續地檢測人力的大小，使人力作用期間的輔助動力的大小可以隨人力的大小而改變，和使得在人力作用停止后輔助動力持續作用，并且輔助動力的持續時間響應車的行駛速度變化。在本發明的權利要求3中說明這種系統。
另外，還可以控制輔助動力，使得根據人力大小確定的輔助動力的大小可以響應車的行駛速度而變化。具體是，在起動和車的行駛速度很低時的輔助動力的大小可以控制到大于低速行駛時的輔助動力，而在高速行駛時的輔助動力的大小可以控制到大于中速行駛時的輔助動力，在本發明的權利要求6-8中陳述了這種系統。
權利要求
1.一種輔助動力驅動車輛，具有人力驅動系統，與其并列的輔助動力驅動系統以及車輪，該車輪適合于由作用于人力驅動系統上的人力以及響應所作用的人力的輔助動力驅動，上述輔助動力驅動車輛的特征在于包括用于檢測作用于上述人力驅動系統上的人力的人力檢測裝置；用于檢測車輛行駛速度的行駛速度檢測裝置；輔助動力控制裝置，用于控制輔助動力，使得在上述人力檢測裝置檢測到人力作用停止后使輔助動力持續作用，而且輔助動力持續作用的時間長度響應上述行駛速度檢測裝置檢測的行駛速度而變化。
2.如權利要求1所述的輔助動力驅動車輛，其特征在于，上述人力檢測裝置是檢測人力存在/不存在的通斷開關，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在上述人力檢測裝置檢測到開始作用人力時啟動輔助動力的供給，而且在檢測到人力作用停止后使輔助動力繼續作用，輔助動力持續作用的時間長度響應上述行駛速度檢測裝置檢測的行駛速度而變化。
3.如權利要求1所述的輔助動力驅動車輛，其特征在于，上述人力檢測裝置適合于連續檢測人力的大小，并且上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在人力作用期間輔助動力的大小響應人力作用的大小而變化，并且在檢測到人力作用停止后輔助動力仍持續作用，而且輔助動力持續作用的時間長度響應上述行駛速度檢測裝置檢測的行駛速度而變化。
4.如權利要求1-3中任一項所述的輔助動力驅動車輛，其特征在于，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得輔助動力持續的上述時間長度隨行駛速度的增加而逐漸延長。
5.如權利要求4所述的輔助動力驅動車輛，其特征在于，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得輔助動力持續的上述時間長度在起動時和車輛行駛速度很低時減小至零。
6.如權利要求1-5中任一項所述的輔助動力驅動車輛，其特征在于，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得上述輔助動力的大小響應車輛行駛速度而變化。
7.如權利要求6所述的輔助動力驅動車輛，其特征在于，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在車輛起動或行駛速度很低時上述輔助動力的大小大于低速行駛時的大小。
8.如權利要求5或6所述的輔助動力驅動車輛，其特征在于，上述輔助動力控制裝置控制輔助動力，使得在高速行駛時的輔助動力的大小大于中速行駛時的大小。
全文摘要
輔助動力驅動車輛具有人力驅動系統、與其并列的輔助動力驅動系統以及車輪,該車輪適合于由作用于人力驅動系統的人力和隨人力而變化的輔助動力驅動,包括:腳蹬開關,用于檢測作用于上述人力驅動系統的人力;車速檢測器18或轉速檢測器,用作行駛速度檢測裝置;控制器22,用作輔助動力控制裝置,使得在上述人力檢測裝置檢測到人力作用停止后輔助動力仍持續作用,而且輔助動力持續作用的時間長度隨上述行駛速度檢測裝置檢測的行駛速度發生變化。
文檔編號A61G5/00GK1242323SQ99108938
公開日2000年1月26日 申請日期1999年7月1日 優先權日1998年7月1日
發明者高橋宏行, 松井太憲, 福原幸英 申請人:雅馬哈發動機株式會社