CN1159187C - 辅助动力驱动的车辆 - Google Patents

Abstract

辅助动力驱动车辆具有人力驱动***、与其并列的辅助动力驱动***以及车轮，该车轮适合于由作用于人力驱动***的人力和随人力而变化的辅助动力驱动，包括：脚蹬开关，用于检测作用于上述人力驱动***的人力；车速检测器(18)或转速检测器，用作行驶速度检测装置；控制器(22)，用作辅助动力控制装置，使得在上述人力检测装置检测到人力作用停止后辅助动力仍持续作用，而且辅助动力持续作用的时间长度随上述行驶速度检测装置检测的行驶速度发生变化。

Description

辅助动力驱动的车辆

技术领域

本发明涉及辅助动力驱动的车辆如自行车或轮椅，该车辆具有车轮，该车轮适合于利用作用于人力驱动***上的人力以及来自辅助动力驱动***的辅助动力进行驱动。

背景技术

传统的电动机助推的车辆例如电动机助推的自行车或辅以电动机的轮椅已投入实际应用，在这种车辆中，将相当于作用于人力驱动***上的人力的电流从蓄电池供给电动机，从而将电动机的驱动力(辅助力)和人力的合力传送给车轮。

上述常规辅助动力驱动车辆包括控制单元，该单元根据人力的大小进行计算，以控制输送到电机动的电流值，这种车辆配置成将正比于人力大小的辅助动力加到车轮上。

在上述常规辅助动力驱动车辆中，因为在停止施加人力时辅助动力也停止作用，所以一次人力输入的行驶距离很短，这样便不可避免地增加了骑车人的驱车强度。如是，已提出一种***，在这种***中，辅助动力在人力停止作用后仍继续作用一段时间，使得辅助动力可以持续(见日本专利-A-平8-168506)。

然而，上述维持辅助动力的常规方法存在问题，即维持辅助动力的时间长度或动力的持续时间是恒定的，因而在起动车辆时或在拥挤的地方或狭小的地点行驶时很难进行准确的控制，即操纵性能不好，而且在高速行驶期间经常需要输送人力。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种辅助动力驱动车辆，该车辆可以进行准确控制，易于操作，而且可以减轻骑车人的负担。

本发明的一种辅助动力驱动车辆，具有人力驱动***和并列的辅助动力驱动***，包括：

用于检测作用于上述人力驱动***上的人力的人力检测装置；

用于检测车辆行驶速度的行驶速度检测装置；

辅助动力控制装置，用于控制辅助动力；和

车轮，该车轮适合于由作用于人力驱动***上的人力以及响应所作用的人力的辅助动力驱动，上述辅助动力驱动车辆的特征在于，辅助动力控制装置控制辅助动力，使得上述人力检测装置检测到蹬踏运动期间人力作用周期性停止后使辅助动力持续作用，而且辅助动力持续作用的时间长度响应上述行驶速度检测装置检测的行驶速度而变化。

本发明的特征在于，上述人力检测装置是检测人力存在/不存在的通断开关，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在上述人力检测装置检测到人力开始作用时启动辅助动力的供给，在检测到人力停止作用后使辅助动力持续作用，而且辅助动力持续作用的时间长度响应上述行驶速度检测装置检测的行驶速度而改变。

本发明的特征在于，上述人力检测装置适于连续地检测人力的大小，并且上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在人力作用期间辅助动力的大小响应人力作用的大小而改变，在已检测到人力作用停止后辅助动力仍持续作用，并且辅助动力持续作用的时间长度响应上述行驶速度检测装置检测的行驶速度而变化。

本发明的特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得辅助动力持续作用的上述时间长度随行驶速度的增加而逐渐延长。

本发明的特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得辅助动力持续作用的上述时间长度在车辆在起动时和行驶速度很低时降低至零。

本发明的特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得上述辅助动力的大小响应车的行驶速度而变化。

本发明的特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在起动时和行驶速度很低时上述辅助动力的大小大于低行驶速度时的辅助动力。

本发明的特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在高速行驶时的上述辅助动力的大小大于中速行驶时的辅助动力。

本发明的辅助动力驱动车辆，在人力作用停止后辅助动力仍持续作用，而且辅助动力持续作用的持续时间响应车辆的行驶速度而变化，因而提供了操作性能和减轻了骑车人的负担。

如果在车辆起动或在拥挤的地方或狭小的地方行驶时辅助动力总是持续一段时间，则要准确控制车辆是很难的。然而按照本发明，持续时间响应车的行驶速度而变化，因而改进了车的可控性，减轻了骑车人的负担。

另外，按照本发明，人力检测装置是用于检测人力作用/不作用的通断开关，因此与检测人力本身大小的装置相比结构简化，这样便降低了成本。

按照本发明，辅助动力的持续时间随行驶速度的增加而逐渐延长，因而可防止因增加行驶速度而加强蹬车强度，由此减轻了骑车人的负担。

按照本发明，辅助动力的持续时间在起动车辆和行驶速度很低时降低到零。因为辅助动力只在骑车人施加输入力起动车辆时才开始作用，所以可避免不希望的车辆行为，提高了车辆可控制性。

按照本发明，辅助动力的大小响应行驶速度而变化，因而在行驶期间可以获得随行驶速度变化的辅助动力，由此减轻了骑车的负担。

按照本发明，辅助动力的大小在起动时和行驶速度很低时大于低速行驶时的辅助动力，因而可以减轻起动车辆时骑车人的负担。另外，如果在起动车辆后的低速行驶期间限制辅助动力的大小，则可以避免不必要的蓄电池消耗。

按照本发明，在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的辅助动力，所以因行驶速度增加而造成的行驶阻力的增加可以随辅助动力从中速范围到高速范围的增加而得到补偿，因此减轻了骑车人的负担。

附图的简要说明

图1是作为本发明一个实施例辅助动力驱动车辆的电动机助推自行车的侧视图；

图2是自行车的辅助动力输送装置的方块图；

图3是流程图，示出辅助动力输送装置的操作；

图4是时间曲线图，示出辅助动力输送装置的操作；

图5是时间曲线图，示出辅助动力输送装置的变化的操作；

图6是时间曲线图，示出辅助动力输送装置的变化的操作；

图7示出车速与辅助动输送装置的辅助动力之间关系的特征曲线；

图8示出车速与辅助动力输送装置的持续时间之间关系的特征曲线。

图中的编号说明如下：1是辅助动力驱动的车辆；13是后车轮；18是车辆检测器(行驶速度检测装置)；22是控制器(辅助动力控制装置)；28是脚蹬开关(人力检测装置)；29是转速检测器(行驶速度检测装置)。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施例。

图1至8是附图，示出本发明的所述实施例的电动机助推自行车(辅助动力驱动车辆)；图1是电动机助推自行车的侧视图；图2是示意图，示出自行车辅助动力输送装置的结构；图3是流程图，示出辅助动力输送装置的操作；图4-6是时间曲线图，示出辅助动力输送装置的操作；图7和8是特征曲线图，示出辅助动力输送装置的工作。

在附图中，编号1表示作为本发明辅助动力驱动车辆的电动机助推自行车，该自行车的车架2包括前管3、从前管3向后延伸的向下管4、从向下管4的后端向上大体以直立方式延伸的座鞍管5、一对从向下管4的后端向后大体水平延伸的左、右链条支承件6、一对使链条支承件6的后端和座鞍管5的上端相连接的左、右件支承件7和从前管3水平延伸的水平管11。

在前管3中装有前叉8，以便左右转动。前车轮9装在前叉8的下端部，而车把12固定装在该前叉的顶部。座鞍管5的顶端上装有鞍座12。另外，后车轮13装在链条支承件6的后端。

动力单元15装在车架2的下端部，以便输出脚蹬力(人力)和装于其中电动机17的辅助动力的合力，该脚蹬力输入到穿过曲臂16a上的脚蹬16b上，该曲臂固定于曲轴16的两个相对凸出端部上。动力单元15的输出经链条30传送到后轮13上。包括如上所述人力驱动***以及并列的辅助动力驱动***的电动机助推自行车1被如此配置，使得在主开关接通时该车可以由人力和辅助动力的合力驱动，而在主开关断开或蓄电池过分放电时则只能与人力驱动***驱动。

动力单元15装有电动机17、使电动机17的转动减速的减速器和控制器22，该控制器起辅助动力控制装置的作用，以便可变地控制电动机17的辅助动力。

电动机17的电源或蓄电池21沿座鞍管的后侧配置，夹在左、右支承件7之间。蓄电池21由装在长方形盒子中的多个蓄电池组成。

脚蹬开关(人力检测装置)28装在动力单元15内。用于检测脚蹬力(人力)是否已经加到脚蹬16b上的脚蹬开关28适合于在脚蹬力超过预定值a时接通，而在脚蹬力降到低于数值a的预定值b以下时则断开。

另外，如图2所示，控制器22包括MPU50，该MPU经I/F51接收表示人力作用的存在/不存在的脚蹬开关28的信号和转动速度检测器27的电动机转速信号。MPU50根据上述输入信号和装入的地图数据计算行驶速度，计算辅助动力的大小、持续时间时，并将控制信号输送到电动机驱动器66，以便从蓄电池21向电动机17输送相当于计算结果的电流。

可以不用电动机转速检测器29的信号来计算行驶速度，而可以检测人力驱动***的转动，根据该转速来计算行驶速度，或行驶速度可以直接用车速检测器18检测的轮子转速来确定行驶速度。这些转速检测器29和车速检测器18构成行驶速度检测装置。

电动机17的辅助动力的大小和持续时间等由控制器22根据行驶速度进行控制。具体是，利用图7所示的车速v对辅助动力P的特征曲线控制辅助动力的大小，并按照图8所示的车速v对持续时间tf的特征曲线控制持续时间。确定起动速度、很低速度、低速、中速和高速的速度范围只是便于说明，不一定限于这些范围。

如图7的特性曲线A所示，控制辅助动力P的大小，使得车速v(km/h)在起动和行驶速度很低的0＜v≤5范围内时该辅助动力逐渐减小；而在低行驶速度时的5＜v≤10范围内时，它基本上是恒定的或稍为上升；在中等或更换行驶速度时的10＜v≤15范围内时，它随车速的增加而增加。虽然在此实施例中特性曲线A被例示为连续的光滑曲线，但它不一定是连续的，在各自的速度范围可以阶梯式变化。

如由图8的特征曲线B所示，控制辅助动力的持续时间tf，使得在起动和行驶速度非常低时的0＜v≤5范围内时该持续时间减小至零；而在低的行驶速度或更快时该持续时间正比于车速而增加。特性曲线B不一定是成正比的直线，在相应的速度范围可以阶梯式变化，如特性曲线B′所示。

下面进一步说明辅助动力P和持续时间tf的大小。当车速v在开始蹬动时(即开始蹬动和行驶速度非常低时)为0＜v≤5时，如图4(a)所示，如果左脚蹬和右脚蹬的脚蹬力均超过数值a，则脚蹬开关29接通，开始输送大小为P1的辅助动力，而如蹬力低于数值b，则脚蹬开关28断开，停止输送辅助动力。

在起动时和上述车辆的行驶速度很低时(即0＜v≤5时)，控制辅助动力，使得该辅助动力在输入第一脚蹬力时达到最大，而在通过交替的蹬动增加车速时，该辅助动力减小到P1′和P1″，因而造成平稳地起动。当在低行驶速度时的5＜v≤10的范围内时，辅助动力的大小基本上控制在常数。虽然在起动和行驶速度非常低时的0＜v≤5的范围内时辅助动力不持续作用，但在行驶速度低时的5＜v≤10范围内时，辅助动力则持续作用。

当车速v在中等行驶速度时的5＜v≤10范围内时，如图4(b)所示，在蹬力超过数值a和脚蹬开关28接通时开始作用大小为P2的辅助动力，并且辅助动力作用持续到经过自脚蹬力降低到数值b以下和脚蹬开关断开以来的持续时间tf1。

在这种情况下，按照图7和8所示的特征曲线控制辅助动力P2的大小和持续时间。对于第一蹬动作用，辅助动力P2是常数，直至经过持续时间tf1；对于第二和第三蹬动作用，辅助动力增加到P2′和P2″，并且当车速增加时持续时间分别加长到tf1′和tf1″。如果车速保持常数，则辅助动力和持续时间保持常数。

当车速在高速行驶时的15＜v时，如图4(c)所示，在蹬动力超过数值a和蹬动开关接通时，开始作用大小为P3的辅助动力，并且在脚蹬力降到低于数值b和脚蹬开关28断开后经过持续时间tf2以后，辅助动力停止作用。

在这种情况下，辅助动力P3也是常数，直至经过持续时间tf2。另外，当车速增加时，持续时间延长到tf2′和tf2″，而辅助动力P增加到P3′和P3″。如果车速保持常数，则持续时间和辅助动力也为常数。

当蹬力降到数值b后经过持续时间tf1，tf1′，...或tf2，tf2′，...之后辅助动力作用停止时，如图5和6所示，在持续时间期间的辅助动力的大小逐渐降低，这样便形成更自然的行驶感觉。

下面参考图3说明本实施例的电动机助推自行车1的辅助动力输送的控制过程。

首先根据转速检测器20或车速检测器18确定现时的行驶速度(程序步S1)

然后确定脚蹬开关28的通断(程序步S2)；如果确定脚蹬开关28接通，则可以确定在前一个脚蹬动作中脚蹬开关的通断(程序步S3)；如果确定在前一个脚蹬动作中脚蹬开关28未接通，即人力正好在此按时地开始作用，则可以根据检测的车速计算辅助动力P(t)(程序步S4)；并由马17提供辅助动力P(t)(程序步S5)。

如果在程序步S3中确定在前一个脚蹬动作中脚蹬开关接通，即人力继续作用，将前一个脚蹬动作中设定的辅助动力P(t)用作为现在脚蹬动的辅助动力(程序步S6)，并由马达17提供辅助动力(程序步S5)。

如果确定在程序步S2中脚蹬开关28未接通和在前一个脚蹬动作中脚蹬开关28接通，即人力在此点停止作用，则将前一个脚蹬动作中设定的辅助动力P(t)用作起始值P0(程序步S8)。

然后根据在程序步S1检测的车速和图8的特征曲线，计算现时行驶速度的辅助动力的持续时间(程序步S9)，并建立辅助动力P(t)的方程P(t)＝f(p0，tf)(程序步10)，随后根据此方程计算P(t)(程序步11)。利用马达17输送计算的辅助动力(程序步5)。

如果在程序步S7中确定在前一个脚蹬动作中脚蹬开关28没有接通，即处在持续时间中或没有作用任何辅助动力，则根据前一脚蹬动作中所用的方程P(t)＝f(p0，tf)计算辅助动力，并利用马达17提供辅助动力P(t)(程序步12)。

在动力源接通之后紧接着使方程P(t)设定为P(t)＝0，并且不提供辅助动力，直到脚蹬开关在动力源接通之后又第一次接通。与骑车人脚蹬动作的周期相比以相当短的周期重复上述过程。

在上述电动机助推自行车中，辅助动力的大小随车的行驶速度而改变，并且在人力作用停止后该辅助动力持续作用，该辅助动力的持续时间随车的行驶速度而变化，所以改进了操作性能并减轻了骑车人的负担。

具体是，辅助动力的持续时间在起动和车的行驶速度很低时降低到零。因此当车辆起动或以很低速度行驶在很拥挤的地方或狭小的地方时，辅助动力仅在骑车人施加人力时才能施加辅助动力，因而辅助动力完全不能持续，并可以避免不需要的车辆动作，从而进一步提高可控性。另外，辅助动力的持续时间随行驶速度的增加而逐渐延长，因而可以防止因行驶速度的增加而引起的加速的蹬车强度，由此减轻了骑车人的负担。

另外，在起动和很低行驶速度时辅助动力的大小大于低速行驶时的大小，所以可以减轻车辆起动时骑车人的负担。另外，如果在起动车辆后的低速行驶期间限制辅助动力的大小，则可以避免不必要的蓄电池消耗。再则，辅助动力随行驶速度变化，并且在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的辅助动力，所以在行驶期间可以得到随行驶速度变化的辅助动力，而且因行驶速度增加而造成的行驶阻力的增加将会通过从中速范围进入到高速范围时辅助动力的增加而得到补偿，所以减小了骑车人的负担。

其次，人力检测装置是用于检测人力存在/不存在的通断开关，所以与检测人力本身大小的装置相比结构被简化，所以降低了成本。

在上述实施例中，已经示出一种***，在该***中，利用脚蹬开关的通断状态检测人力的存在/不存在，在人力作用停止后该辅助动力持续作用，而且辅助动力的大小和持续时间决定于车速。然而可以控制辅助动力，使得可以连续地检测人力的大小，使人力作用期间的辅助动力的大小可以随人力的大小而改变，和使得在人力作用停止后辅助动力持续作用，并且辅助动力的持续时间响应车的行驶速度变化。在本发明中说明这种***。

另外，还可以控制辅助动力，使得根据人力大小确定的辅助动力的大小可以响应车的行驶速度而变化。具体是，在起动和车的行驶速度很低时的辅助动力的大小可以控制到大于低速行驶时的辅助动力，而在高速行驶时的辅助动力的大小可以控制到大于中速行驶时的辅助动力，在本发明中陈述了这种***。

Claims (17)

1.一种辅助动力驱动车辆，具有人力驱动***和并列的辅助动力驱动***，包括：

用于检测作用于上述人力驱动***上的人力的人力检测装置；

用于检测车辆行驶速度的行驶速度检测装置；

辅助动力控制装置，用于控制辅助动力；和

车轮，该车轮适合于由作用于人力驱动***上的人力以及响应所作用的人力的辅助动力驱动，上述辅助动力驱动车辆的特征在于，辅助动力控制装置控制辅助动力，使得上述人力检测装置检测到蹬踏运动期间人力作用周期性停止后使辅助动力持续作用，而且辅助动力持续作用的时间长度响应上述行驶速度检测装置检测的行驶速度而变化。

2.如权利要求1所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述人力检测装置是检测人力存在/不存在的通断开关，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在上述人力检测装置检测到开始作用人力时启动辅助动力的供给。

3.如权利要求1所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述人力检测装置适合于连续检测人力的大小，并且上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在人力作用期间辅助动力的大小响应人力作用的大小而变化。

4.如权利要求1-3中任一项所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得辅助动力持续的上述时间长度随行驶速度的增加而逐渐延长。

5.如权利要求4所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得辅助动力持续的上述时间长度在起动时和车辆行驶速度很低时减小至零。

6.如权利要求1-3中任一项所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得上述辅助动力的大小响应车辆行驶速度而变化。

7.如权利要求4所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得上述辅助动力的大小响应车辆行驶速度而变化。

8.如权利要求5所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得上述辅助动力的大小响应车辆行驶速度而变化。

9.如权利要求1-3中任一项所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在车辆起动或行驶速度很低时上述辅助动力的大小大于低速行驶时的大小。

10.如权利要求4所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在车辆起动或行驶速度很低时上述辅助动力的大小大于低速行驶时的大小。

11.如权利要求5所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在车辆起动或行驶速度很低时上述辅助动力的大小大于低速行驶时的大小。

12.如权利要求6所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的大小。

13.如权利要求7所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的大小。

14.如权利要求8所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的大小。

15.如权利要求9所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的大小。

16.如权利要求10所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的大小。

17.如权利要求11所述的辅助动力驱动车辆，其特征在于，上述辅助动力控制装置控制辅助动力，使得在高速行驶时的辅助动力的大小大于中速行驶时的大小。

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