專利名稱：輕型電動車的行駛速度控制裝置和輕型電動車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及輕型電動車的行駛速度控制裝置和輕型電動車。詳細地說，本發(fā)明涉及這樣的行駛速度控制裝置和具有這種速度控制功能的輕型電動車，即，即使不使用加速器或腳踏板，也能夠按照大致正確反映騎車人的體力或意愿的內容來自動控制電動兩輪車或電動輪椅車等以蓄電池驅動式電動機為行駛原動機的輕型電動車的行駛速度。
目前，存在著各種各樣以蓄電池驅動式電動機為行駛原動機的輕型電動車，其中在普通自行車上安裝蓄電池和電動機的輕型電動車輛因基本操作沒有什么特別困難之處而深受從兒童到老年人各種年齡層人士的喜愛，聯(lián)系到廢氣帶來的環(huán)境問題，可認為今后這種輕型電動車會越發(fā)普及。
目前出廠的這種輕型電動車大多是通過操作加速器(可變電阻器等)或腳踏板來進行行駛速度調節(jié)的，兩輪車的加速器大多是車把手兼用作加速控制盤的加速器。
在車把手是加速器的場合中，存在著在不習慣的情況下因誤操作加速器而車亂躥并容易引發(fā)事故的問題。不管人們如何注意這樣的誤操作，但除非能把所謂的“差錯”減為零，否則決不僅僅是人沒有集中注意力。
此外，在踏板兼用作加速器的情況下，由于通過檢測踏板轉速、或換言之通過檢測行駛速度來控制電動機的轉速，所以不僅要在減速時施加制動，還必須可靠地停住踏板，因而存在著速度調節(jié)不自由并且操作出人意料地很困難的問題。而且，即使減速了，只要沒有斷開電源開關，電動機就以對應于此時的車速繼續(xù)轉動，因而存在著蓄電池電能消耗過快并且續(xù)行距離沒有延長的問題。
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術的問題而提出的。其目的是提供這樣一種經(jīng)濟新穎的輕型電動車的行駛速度控制裝置及具有這種行駛速度控制功能的安全且舒適的輕型電動車，即在不使用加速器來調節(jié)速度的情況下，仍舊可反映騎車人的體力或意愿地自動控制行駛速度，因而可靠地防止因誤操作引發(fā)的事故，同時，在減速時一定使電動機停止轉動，從而不消耗蓄電池電能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的輕型電動車的行駛速度控制裝置具備載人部，制動機構，蓄電池驅動式電動機以及通過游動齒輪把電動機的轉動傳遞給車輪的旋轉傳動裝置，在這種輕型電動車的行駛速度控制裝置中裝備有輸出與車輪轉速成比例的脈沖信號的車輪轉動傳感器，與制動機構的操作隨動地輸出信號的制動開關和控制電路，所述控制電路的結構為通過對由車輪轉動傳感器輸入的脈沖信號的時間間隔變化進行運算處理而計算出加速度并把所述加速度存儲起來，同時向所述電動機提供與所存儲的加速度相對應的驅動電流，所存儲的加速度在計算出大于這一值的加速度時被更新，在輸入有來自制動開關的信號時被消除。
另外，本發(fā)明的輕型電動車具備支承多個車輪、具有載人部和轉向機構的車架，蓄電池，以該蓄電池為電源的電動機，通過游動齒輪將所述電動機的轉動傳遞給上述車輪中的至少一個上的旋轉傳動裝置，制止車輪轉動的制動機構和行駛速度控制裝置，在這種輕型電動車的行駛速度控制裝置中裝備有輸出與車輪轉速成比例的脈沖信號的車輪轉動傳感器，與制動機構的操作隨動輸出信號的制動開關和控制電路，所述控制電路在通過對由車輪轉動傳感器輸入的脈沖信號的時間間隔變化進行運算處理而計算出加速度并把所述加速度存儲起來，同時向所述電動機提供與所存儲的加速度相對應的驅動電流，所存儲的加速度在計算出大于這一值的加速度時被更新，在輸入有來自制動開關的信號時被消除。
因此，在裝有這種行駛速度控制裝置的輕型電動車中，例如，與騎普通腳踏自行車時的動作一樣地，進行推出車輛或者坐在車座上蹬地的動作，即，通過賦予車輛以符合騎車人意圖的加速而以對應于該加速度的速度啟動電動機。電動機的轉速應當維持該加速時的最高速度。
隨后，在行進過程中，通過蹬地等騎車人以人力方式來加速或在下坡加速時，以對應于此時加速度的驅動力來轉動地補償電動機驅動力。因此，轉變成可維持更高速度的電動機轉動力。
另外，當在行駛過程中制動時，電動機的驅動被中斷，只根據(jù)騎車人施加制動的情況來控制行駛速度，即使解除制動，除非賦予了加速，否則電動機也不會驅動，車輛空駛。當從這個狀態(tài)開始通過蹬地等騎車人的人力來提高行駛速度時，應以該提高的速度使車輪轉動的電動機重新開始驅動。
當從行駛狀態(tài)開始停車時，必然要施加制動，電動機的驅動當然也停止，除非推動車輛，否則電動機不會重新啟動。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，除了在起步時和加速的場合下很短暫地推車蹬地以外，盡管行駛動力依賴于電動機轉動力，但速度調節(jié)只由騎車人的意愿或體力來決定，尤其是在施加制動時只根據(jù)施加制動的情況來減速，車輛空駛，所以能夠感到與騎普通腳踏車時的感覺完全一樣地調節(jié)速度。因此，能可靠地防止在傳統(tǒng)輕型電動車中見到的由誤操作引起的躥車等以違背騎車人意愿的速度引起的事故，而且，由于行駛依賴于電動機，所以騎車人完全沒有疲勞感。
在本發(fā)明中，電動機的轉動通過游動齒輪(單向離合器)被傳遞給車輪，因此，在游動齒輪中電動機一側的轉動部件、如鏈輪等相對該車輪相對后轉的狀態(tài)下，電動機不會對該車輪產生負擔。
因此，在斷開行駛速度控制裝置主開關的狀態(tài)或斷開蓄電池的狀態(tài)下，即使車輛前進，電動機也不會成為負載，因此車輛不難前進，此時的操作也能有與騎普通腳踏自行車時相同的感覺。
技術方案2所述的輕型電動車的行駛速度控制裝置為在技術方案1所述的輕型電動車行駛速度控制裝置中，以在開關的接點未接通的狀態(tài)下不向電動機提供驅動電流的電路結構設置當在載人部上施加一定負荷以上時接通所述接點、或用手或腳接通/斷開所述接點的安全開關。
這樣一來，即使在未作好騎車姿勢但不小心推動車時，由于不向電動機輸出驅動電流，所以能夠可靠地防止躥車和翻倒。
作為本發(fā)明的安全開關，例如可以考慮以壓敏膠等為致動器接通、斷開接點的負荷開關、用手或腳的操作接通、斷開接點的各種開關。在采用負荷開關的情況下，可以設置在車座和腳踏部上，在是手操作開關的情況下，可以設置在車把的把手或其附近，在是腳操作開關的情況下，可以設置在踏板部和車支子上。
安全開關可以是一個，但根據(jù)場合不同，也可以多個組合地裝入電路中。作為電路結構，例如將其串接插入蓄電池與主開關之間。
如上所述，在本發(fā)明的輕型電動車的行駛速度控制裝置或輕型電動車中，盡管驅動行駛依賴于電動機的轉動力，但是速度調節(jié)只根據(jù)騎車人自己的意愿或體力來決定，所以能夠以與騎普通腳踏自行車時完全一樣的感覺進行速度調節(jié)。因此，能夠可靠地防止在傳統(tǒng)輕型電動車中見到的因加速器誤操作引起的躥車等以違背騎車人意志的由速度引起的事故，而且，驅動行駛只依賴于電動機，騎車人不會感到疲勞。
而且，在本發(fā)明中，即使在行駛中，由于從施加制動開始到下次加速這段時間內，不向電動機提供驅動電流，因此，節(jié)約了這時的耗電量，所以能夠大大地延長續(xù)行距離。
并且，在本發(fā)明中，由于電動機的轉動通過游動齒輪被傳遞給車輪，所以在游動齒輪中電動機一側的轉動部件、如鏈輪等在相對該車輪向后轉動的狀態(tài)下，電動機不會對所述車輪產生負載。
因此，在例如斷開行駛速度控制裝置主開關的狀態(tài)或斷開蓄電池的狀態(tài)下，即使向前推動車輛，電動機也不會成為負載，在這一點上，也能感覺和推動普通自行車一樣地順利啟動。
根據(jù)技術方案2的發(fā)明，即使在未作好騎車姿勢但不小心推動車輛時，由于不向電動機輸出驅動電流，所以能可靠地防止躥車和翻倒。


圖1是本發(fā)明實施例的電動兩輪車的整體側視圖。
圖2是圖1所示電動兩輪車的平面圖。
圖3是圖1所示電動兩輪車主要部分的放大斜視圖。
圖4是圖1所示電動兩輪車主要部分局部剖切放大的側視圖。
圖5是圖1所示電動兩輪車所裝的行駛速度控制裝置的框圖。
圖6是圖1的電動兩輪車行駛時的加速減速操作與電動機驅動之間關系的一個例子的時序圖。
以下，參見附圖來說明本發(fā)明實施例的電動兩輪車1與行駛速度控制裝置73。(圖1-圖4)3表示電動兩輪車1的車架。車架3是由左右并排地大致平行延伸的兩個主架5、在下端部支承前輪13的前架7、從主架5的水平底部5a的后端部豎起的車座架9以及設置在車座架9與主架5靠近后端的位置之間的加強架11等構成的。后輪15支承在主架5的后端部上，車座17安裝在車座架9的上端部上。
車把19安裝在在前架7的上端部上，與其左右的把手相對向地分別設置了用于后制動器21與前制動器23的制動桿25。
后制動器21與前制動器23都是鋼絲繩操作方式的制動器，已知的手閘型制動器用于后制動器21。制動器鋼絲29的端部與局部突出于閘瓦罩27上的把手安裝臂28的前端相連。(圖1-圖4)電動機安裝板31固定在主架5與車座架9構成的后側角上。電動機安裝板31上安裝有電樞電壓控制式的小型直流電動機33。小直徑鏈輪35安裝在電動機33的輸出軸33a上。而在后輪15a的輪轂15的右端上安裝著大直徑鏈輪37。鏈條39循環(huán)地懸掛在這些鏈輪37、35上。鏈輪37與輪轂15a通過未示出的游動齒輪(單向離合器)彼此連接，當鏈輪37前轉時，電動機33的轉動力被傳遞給后輪15。
在主架5的底部5a上安裝著蓄電池盒41。蓄電池盒41成上面開口且前后方向長的箱形，通過從其開口邊水平延伸的凸緣搭在底部5a上而容放在左右的底部5a之間。經(jīng)過設置在蓄電池盒41靠近后端位置的切口41a把蓄電池43裝入前側的空間內。蓄電池43是充電式的，將20個極電壓1.2伏特的蓄電池設置成上下兩級加以收存，同時所有蓄電池全部串聯(lián)，輸出電壓為24伏特。
在主架5的底部上安裝著腳踏部45。在將腳踏部45設置成覆蓋蓄電池盒41開口面的狀態(tài)下，其前后兩端部和蓄電池盒41的凸緣41a一起被螺栓固定在主架5上。(圖1-圖5)在電動兩輪車1上設置了檢測后輪15轉速的車輪轉動傳感器51、與后制動器21的操作隨動地輸出信號的制動開關53、在腳踏部45承受一定負荷以上時發(fā)出信號的乘載開關55。
磁電偶式編碼器被用于車輪轉動傳感器51(參見圖2、4、5)中。即，后輪15的輪轂15a的左端部上與輪轂15a同軸地安裝著環(huán)形轉動板57，在轉動板57的外周部上，以90度的間隔固定著四個永磁鐵57a。在從加強架11起向后延伸的托架58(見圖4)上安裝著磁電偶元件59。磁電偶元件59與永磁鐵57a的轉動軌跡相對向。
因此，當后輪15轉動時，由磁電偶元件59以與其轉速成比例的時間間隔輸出脈沖信號。
a接點式小型限位開關被用于制動開關53(見圖4)。制動開關53安裝在突出于閘瓦罩27上的未示出的托架上，安裝在其致動器的前端上的滾子53a與所述把手安裝臂28的擺動軌跡局部交錯。因此，當握住后制動器21的制動桿25，將把手安裝臂28向前轉動時，滾子53a受壓而接通了開關53的接點，當不再把握住制動桿25時，斷開開關53的接點。
響應壓力為2-4公斤左右的壓敏開關被用于乘載開關55(見圖4)，以根據(jù)腳踏部45所受負荷來接通接點的狀態(tài)設置在前述腳踏部45的下面。
因此，當騎車人坐在車座上并且腳踏在腳踏部45上或單腳踏在腳踏部45上而另一支腳蹬地，在腳踏部45上施加了超過2-4公斤的負荷時，乘載開關55的接點就被接通，當除去這個負荷時，接點斷開。(圖5)通過蓄電池盒41的切口41a把控制箱71放入后側的空間內，設置在控制箱中的控制電路75、車輪轉動傳感器51以及制動開關53等構成行駛速度控制裝置73。
蓄電池43的列中正極一側的端子是通過串接電源開關87和前述乘載開關55而與控制電路75和制動開關53相連接的。
控制電路75中的81是脈沖檢測電路，由車輪轉動傳感器51的磁電偶元件59輸出的脈沖信號85由脈沖檢測電路81檢測出，并輸入計算電路82。
計算電路82例如是由裝備有積分器和微分器等的組合邏輯電路構成的，在對脈沖檢測電路81所輸入的脈沖信號85的時間間隔變化進行演算處理而計算出加速度的同時，在加速度大于零時，向D/A轉換電路83輸出對應于該加速度的加速度信號。
在D/A轉換電路83中，所輸入的加速度信號被模擬轉換成電壓信號(指令電壓)并傳送給電動機驅動放大器84。
電動機驅動放大器84增大D/A轉換電路83所輸入的指令電壓，并向電動機33提供所需的驅動電流。
D/A轉換電路83裝備有存儲電路，它存儲計算電路82所輸入的加速度信號，當當前輸入的加速度信號與已存儲的加速度信號相比而比較大時，向電動機驅動放大器84輸出補償這一差值的指令電壓并更新存儲內容。
另外，D/A轉換電路83的控制信號門與制動開關53相連，當來自制動開關53的信號被輸入D/A轉換電路83中時，將加速度信號的存儲復位，結果，終止了供給電動機33的驅動電流。因而，在進行完復位后，除非后輪15轉速增大，計算電路82計算出大于零的值的加速度，否則就不向電動機33供應驅動電流。
電動兩輪車1就是如上所述地構成的。接著，參見圖6所示的時序圖來說明電動兩輪車1的運行方法和作用。圖6表示運行方法及其行駛狀態(tài)的一個例子，上側曲線表示行駛速度，下側曲線表示電動機33的驅動狀態(tài)。
在為了使電動兩輪車1起步而接通電源開關87以后，與普通自行車起步時的要領相同地，握住車把19的兩端把手推動車輛。確切地說，一只腳踏在腳踏部45上而用另一只腳蹬地，或者坐在車座17上地腳蹬地，或者在把車向前推的同時，人踏上腳踏部45并坐上車座17。這個動作是圖6的最初的“突跳”。在圖中，因突跳而達到了5公里/小時的最高時速。
無論用當中的哪一種作法，在把車向前推且后輪15轉動的同時，腳踏部45承受騎車人的體重，從而乘載開關55接通接點。隨后，隨著后輪15的轉動，從車輪轉動傳感器51向控制電路75輸出對應于此時后輪15轉速的時間間隔脈沖信號85，所以在計算電路82中，根據(jù)該脈沖信號的時間間隔算出加速度，并將所述加速度信號存儲在D/A轉換電路83中，同時，向電動機33提供對應于該加速度值的驅動電流，電動機33由此驅動轉動。因此，后輪15由電動機33驅動轉動。此時的后輪15轉速達到了騎車人推動車輛時的加速所帶來的最高時速，即5公里/小時。
如果就這樣不施加制動地只在平路上行駛的話，則通常電動機33的驅動力不會改變。就是說，即使地面阻力變化了，而由于通常這個阻力成為車輪15的負荷，不會產生加速作用，所以即使輸入計算電路82中的脈沖信號85的時間間隔延長也不會縮短。因此，在這種情況下，由于D/A轉換電路83的加速度信號不會更新，所以從電動機驅動放大器84向電動機33提供的驅動電流不會變化，車輛就以5公里/小時的速度勻速行駛。這樣的行駛狀態(tài)與自行車靠慣性行駛的狀態(tài)或者以一定速度持續(xù)蹬腳踏板的狀態(tài)在感覺上是一樣的。
當從這個狀態(tài)開始，蹬地使車加速時(該圖的第二次突跳)，由于脈沖信號85的時間間隔縮短，因而根據(jù)這個變化的時間間隔來計算加速度，算出的加速度信號作為D/A轉換電路83的存儲內容被更新。因此，向電動機33提供對應于更新后的加速度信號值的驅動電流，后輪15由電動機33驅動。在圖6中表示當通過第二次突跳而達到15公里/小時的時速時，電動機33以15公里/小時的速度勻速運轉的情況。這種行駛速度的增大正確地反映出了騎車人的意愿或體力。
另外，當在行駛過程中操作制動器時(圖6的制動器ON)，從制動開關53向D/A轉換電路83輸出控制信號，原先存儲的加速度信號被消除了，因而中斷了向電動機33供電。因此，無論此處是平路還是坡路，行駛速度根據(jù)騎車人的制動情況而降低。這與騎自行車的感覺完全一樣。
當從這個狀態(tài)開始解除制動(圖6的制動器OFF)時，除了后輪15轉速隨著下坡而加速的情況之外，計算電路82的計算結果中沒有算出大于“零”的加速度，所以車輛空駛，車輛速度逐漸降低。
隨后，在解除制動后，當再蹬地使車加速時(圖6的第三次突跳)，在計算電路82的計算結果中算出來“零”以上的加速度，把對應于該加速度值的驅動電流供應給電動機33，并再次由電動機33驅動后輪15。
當從行駛狀態(tài)到停車時，電動機33的轉動當然停止，除非推動車輛，否則不再啟動電動機33。
在斷開電源開關87的狀態(tài)下，或者在即使接通開關87但沒有蹬踏腳踏部45的情況下，或者在斷開蓄電池的情況下，即使后輪15轉動，電動機33也不驅動，所以即使向前推車，電動車也不會自動起步，由于有游動齒輪，電動機33不會成為負載，所以能夠易于移動車輛。
另外，當騎車人在行駛過程中跳下時，由于乘載開關55的接點被斷開，因而中斷了給電動機33供電。
例如，能夠選擇電動機驅動放大器84的增幅極限而隨意設定最高速度。在圖6中，采用了限制為20公里/小時的最高速度。
盡管以上詳細描述了本發(fā)明的實施例，但是本發(fā)明的具體結構不局限于該實施例，在不超出本發(fā)明要旨的范圍內的設計和改動都包含在本發(fā)明內。
例如，除實施例所示的磁力式傳感器外，可以把光電式或其它形式的傳感器用作車輪轉動傳感器。
另外，也可以考慮把制動開關設置在通過制動桿操作而致動的位置上。
本發(fā)明的控制電路盡管可以由實施例所示的程序裝置構成，但也可以利用微型計算機地構成。
而且，本發(fā)明的行駛速度控制裝置不局限于用于兩輪車，它能夠廣范地適用于以蓄電池驅動式電動機為行駛原動機的各輕型電動車的行駛速度控制裝置。
權利要求
1．一種輕型電動車的行駛速度控制裝置，具備載人部，制動機構，蓄電池驅動式電動機以及通過游動齒輪把電動機的轉動傳遞給車輪的旋轉傳動裝置，其特征在于，裝備有輸出與車輪轉速成比例的脈沖信號的車輪轉動傳感器，與制動機構的操作隨動地輸出信號的制動開關和控制電路，所述控制電路的結構為，通過對由車輪轉動傳感器輸入的脈沖信號的時間間隔的變化進行運算處理而計算出加速度并把所述加速度存儲起來，同時向所述電動機提供與所存儲的加速度相對應的驅動電流，所存儲的加速度在計算出大于這一值的加速度時被更新，在輸入有來自制動開關的信號時被消除。
2．如權利要求1所述的輕型電動車的行駛速度控制裝置，其特征在于，以在開關的接點未接通的狀態(tài)下不向電動機提供驅動電流的電路結構設置當在載人部上施加一定負荷以上時接通所述接點、或者用手或腳的操作接通/斷開所述接點的安全開關。
3．一種輕型電動車，具備支承多個車輪、具有載人部和轉向機構的車架，蓄電池，以該蓄電池為電源的電動機，通過游動齒輪將所述電動機的轉動傳遞給所述車輪中的至少一個上的旋轉傳動裝置，制止車輪轉動的制動機構和行駛速度控制裝置，其特征在于，行駛速度控制裝置裝備有輸出與車輪的轉速成比例的脈沖信號的車輪轉動傳感器，與制動機構的操作隨動地輸出信號的制動開關和控制電路，所述控制電路的結構為，通過對由車輪轉動傳感器輸入的脈沖信號的時間間隔變化進行運算處理而計算出加速度并把所述加速度存儲起來，同時向所述電動機提供與所存儲的加速度相對應的驅動電流，所存儲的加速度在計算出大于這一值的加速度時被更新，在輸入有來自制動開關的信號時被消除。
全文摘要
一種裝備有電動機33、行駛速度控制裝置73的電動兩輪車，行駛速度控制裝置裝備有制動開關53、車輪轉動傳感器51、控制電路75，控制電路計算出加速度并將其存儲起來，同時向電動機提供與所存儲的加速度相對應的驅動電流，所存儲的加速度在計算出大于這一值的加速度時被更新，在輸入有來自制動開關的信號時被消除。因此，整個行駛依賴于電動機，即使不使用加速器，也能夠反映騎車人的體力或意愿地自動控制行駛速度。
文檔編號B60L15/20GK1316352SQ0110332
公開日2001年10月10日 申請日期2001年1月31日 優(yōu)先權日2000年1月25日
發(fā)明者山脅一 申請人:鈴木康之, 鈴木護益