[发明专利]用肌肉运转的车辆和其控制方法

说明书

本发明涉及一种特别是自行车的用肌肉运转的车辆，其设置有一个包括曲柄轴的人力驱动系统、一个包括电池供电的电机的辅助动力部件和一个用于根据施加在人力驱动系统的动力的控制辅助动力部件的控制器，以及用于控制该用肌肉运转的车辆的辅助动力的方法。

近年来，电机助动的自行车引起了公众的注意，在这种自行车中，施加在踏板上的蹬踏力和电机的助动力结合起来传递到驱动轮上。这种电机助动的自行车被构造成是根据蹬踏力的大小供应助动力的。也就是说，除非施加有蹬踏力，否则不会提供助动力。因此，当骑者因为坡度陡到即使提供了助动力也不能骑着车上坡而不得不推着自行车上坡时，就得不到助动力助动，而要求骑者付出更大的体力，因为自行车增加了额外的重量。

为了减轻上陡坡时的劳力，提出了这样一种结构布置，其中，车辆是以行走的速度自推进的(参见日本公开专利申请平-4-358988)。该结构被构造成当骑者通过按压一个按钮或其他同类物而选择了低速模式时，电机就以低速转动，或产生适当的动力，以便减轻上面所述的骑者的体力。

但是，由于电机一般都是高速型的，以便在高速下获得最佳的能量效率，从而产生了这样的问题，即当电机在低速下使用时，能量效率就降低了，电池的能量就消耗得很快，缩短了行驶路程。另一方面，如果采用在低速时具有高效的低速电机，电机的转动又不可能跟上车辆正常的行驶速度。

此处，为了改善高速电机在低速范围下的效率，可以想到采用高速减速比的旁路或这样一种装置，其中多个电机串联和并联在一起，并且通过继电器转换。但是，这样做的问题是，在前一种情况下，减速机构部分会变得非常笨重，其构成变得很复杂，而在后一种情况下，继电器会占据很大的空间。

同样，采用用于减小电池的排放速率的结构，其中主电池串联和并联在一起根据消耗量加以转换，则会产生这样的问题，即必须导引出中间分流。同样，在以DC-DC转换器减小电压的情况下，则会产生流过较大的电流而缩短电枢的寿命的问题。

还可以想到采用分开的特殊驱动源，例如特殊的电机，压缩空气，和弹簧。在这种情况下，成本会增加，因为增加了低速动转的部件。此外，限制电流的方法可靠性较差，也不那么便利。

基于上面所描述的常规情况所定的本发明的目的是提供一种用肌肉运转的车辆，具有改善能量效率并辅助动力的最佳供应。

因此为解决达到所述目的，本发明提供一种种特别是自行车的用肌肉运转的车辆，其设置有一个包括曲柄轴的人力驱动系统、一个包括电池供电的电机的辅助动力部件和一个用于根据施加在人力驱动系统的动力的控制辅助动力部件的控制器，其特征在于，所述控制器包括一个用于根据测出的车辆运转状态来改变电机的运转性能曲线的电机性能控制装置。

本发明的优选实施例中，电机的输出可由控制器分别根据施加在曲柄轴的力或扭矩或者曲柄轴的转速来控制。

本发明的另一优选实施例中，电机是永久磁场型DC电机，电机性能控制装置适于根据探测到的车辆运转状态给设置在永久磁铁周围的可变换极性线圈在转换磁场的方向上供应电流。

设置有常低速测定装置来探测车辆处在非常低速的动转状态，并该电机性能控制装置被构置成在非常低速的动转状态被测出后将电机的运转性能曲线转换到低速高扭矩模式下。

所述电机性能控制装置被构置成在电机的运速超过一个规定的高值时在削弱磁场的方向上给可变换极性线圈供应电流。

控制器设置有用于分辨和探测动转范围是否在低速、高扭矩范围；低速、低扭矩范围；或高速、高扭矩范围的运转范围探测装置，并且电机性能控制装置被构置成根据处在低速、高扭矩范围；低速、低扭矩范围；或高速、高扭矩范围，给设置在电机的永久磁铁周围的可变换极性线圈分别提供加强磁场的电流，不提供电流或提供削弱磁场的电流。

控制器设置有根据电机的转速和输出扭矩而将电机的运转范围划分为在低速、高扭矩范围；低速、低扭矩范围；或高速、高扭矩范围的运转范围性能曲线图，控制器适于确定并探测电机的实际运转范围并根据测出的结果来控制电机电流的供应。

本发明也提出一种用于控制特别是自行车的用肌肉运转的车辆的辅助动力的方法，该车辆设置有一个包括曲柄轴的人力驱动系统、一个包括电池供电的电机的辅助动力部件和一个用于根据施加在人力驱动系统的动力的控制辅助动力部件的控制器，其特征在于，探测车辆的运转状态并根据探测到的车辆运转状态来控制电机的运转性能曲线的步骤。

下面将结合附图对本发明的实施例进行说明。