專利名稱：傳感電路和使用該傳感電路的電動混合式自行車的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感電路以及使用該傳感電路的電動混合式自行車，特別是涉及具備測定電路的傳感電路以及使用該傳感電路的電動混合式自行車，該測定電路經滑動觸點獲取來自檢測用戶施加到腳踏板上的踏動轉矩(leg-power torque)的超磁致伸縮傳感器的輸出信號后計算電感值的大小。
背景技術：
如圖8所示，在電動混合式自行車中，在轉動側(rotor side)設置超磁致伸縮傳感器1，從固定側(stator side)的線圈激勵電路5經滑環2向該超磁致伸縮傳感器1施加激勵脈沖。因而，從該超磁致伸縮傳感器1輸出一個脈沖信號，該脈沖信號具有由時間常數確定的波形環(rounding)，該時間常數對應于此時的檢測線圈的電感值的大小。具有該波形環的輸出脈沖信號經滑環2輸送給固定側，經濾波器6整形后作為直流電壓信號輸入到微機7。由該微機7以該濾波器6的輸出信號(直流電壓)為基礎測定此時(提供激勵脈沖時)的電感值。
該微機7向電動機驅動器輸出驅動信號，典型的是PWM驅動信號，以便從電動機3發生大小與測定的電感值(該值此時相當于用戶施加到腳踏板上的踏動轉矩)相應的助動轉矩。因而，從電動機3向車輪4輸出所需大小的助動轉矩。
如上所述，雖然超磁致伸縮傳感器1以電感值的表示方式測定出了踏動轉矩的大小，但通常如圖9(A)所示，通過對超磁致伸縮傳感器1加壓(或減壓)能夠減少(或增加)電感值，脈沖波形的“環”變小(或變大)。接著，如圖9(B)所示那樣平整具有該“波形環”的脈沖信號，通過測定出此時得到的直流電壓值，就可檢測出上述踏動轉矩。
在圖8的現有技術中，無論是從固定側向轉動側輸送的激勵脈沖信號以及從轉動側向固定側輸送的具有波形環的輸出脈沖信號均經滑環2傳遞。滑環2的接觸狀態隨時間變化(觸點金屬的磨損和彈性材料的金屬疲勞等)或隨著異物進入等接觸壓的變化而變化。滑環2的接觸狀態的變化表現為電阻值的變化。如此的滑環2的電阻值的變化與檢測線圈的電感值一起使得形成的時間常數變化。因而，如圖10(A)和圖10(B)所示，對輸入到微機7的直流電壓的大小產生影響，結果對檢測出或測定出的踏動轉矩的精度產生影響。
例如，如圖10(A)和圖10(B)所示，在滑環2的電阻值減少的情況下，若踏動轉矩增大，則示出同樣的電壓變化，因而會認為給予電動機3的助動轉矩比所需值要大。在電阻值增加時，表示出與踏動轉矩減少同樣的信號變化，助動轉矩就會變小。

發明內容
因此，本發明的主要目的在于提供新型傳感電路以及使用該傳感電路的電動混合式自行車。
本發明另一目的在于提供一種滑環或滑動觸點的狀態對檢測或測定結果不產生影響的傳感電路以及使用該傳感電路的電動混合式自行車。
按照本發明的傳感電路的特征在于具備檢測可動部的動作的傳感器14以及通過滑動觸點16獲取來自傳感器的信號的測定電路18，把直流電壓施加到滑動觸點上后測定直流電阻，并根據該直流電阻檢測滑動觸點的狀態。
測定電路根據來自傳感器的信號測定傳感值，在傳感電路上還可以設置利用滑動觸點的直流電阻的電阻值來校正傳感器產生的傳感值的校正裝置。
例如，微機比較直流電阻的電阻值和基準電阻值，當電阻值不等于基準電阻值時，校正裝置校正傳感值。
在把傳感電路用于電動混合式自行車上時，傳感器包含超磁致伸縮傳感器。
按照本發明的電動混合式自行車具備對應用戶作用于腳踏板12上的踏動轉矩改變電感值的超磁致伸縮傳感器14，以及通過滑動觸點16向超磁致伸縮傳感器給予激勵信號，并經滑動觸點接受來自超磁致伸縮傳感器的輸出信號的測定電路18，測定電路以來自傳感器的信號為基礎測定傳感值，還具備產生與傳感值對應的助動轉矩的電動機38，還設有測定上述滑動觸點的直流電阻的電阻值的電阻值測定裝置28，S9和對應該直流電阻的電阻值校正上述傳感器的傳感值的校正裝置28，S19，S21。
例如，在磁致伸縮傳感器的場合下，為了檢測出傳感器上的電感值變化，從測定電路通過滑動觸點向該磁致伸縮傳感器施加激勵脈沖信號，通過暫時地延長該脈沖信號的“接通”時間，暫時地向磁致伸縮傳感器施加直流電壓，就能夠測量出滑動觸點的電阻值。另外，例如，在該電阻值偏離基準電阻值時，認為滑動觸點的接觸狀態發生變化，對應電阻值校正電感值。另外，對于電動混合式自行車，對應于該校正的電感值，由電動機生成助動轉矩。
根據本發明，判斷滑動觸點的狀態后，就能夠認識傳感值的有效性。另外，在滑動觸點的狀態變化時，也能只測量傳感值的變化。對于電動混合式自行車，能夠由電動機向車輪提供對應腳踏轉矩的足夠的助動力。
本發明的目的以及其它的目的，特征及優點參照附圖對以下實施例進行詳細說明后將會更加清楚。


圖1是示出具備本發明實施例的傳感電路的電動混合式自行車的轉矩助動構成的方框圖。
圖2是表示從圖1實施例的線圈激勵電路施加到檢測線圈上的激勵信號的波形圖。
圖3是示出輸入圖1實施例的濾波電路的、從檢測線圈通過滑環取得的、具有波形環的輸出信號的波形圖。
圖4是表示圖1實施例的主要部分的電路圖。
圖5是示出圖4濾波器的直流電壓輸出的波形圖。
圖6是示出圖1實施例的電動混合式自行車動作的流程圖。
圖7示出以圖1實施例的滑環的電阻值為參數的電壓和電感值的關系曲線。
圖8是示出與圖1相當的電動混合式自行車現有技術的方框電路圖。
圖9(A)和圖9(B)是示出把激勵信號經滑環施加到圖8的超磁致伸縮傳感器上時的輸出信號變化的波形圖，其中圖9(A)是平整前的狀態，圖9(B)是平整后的狀態。
圖10(A)和圖10(B)示出圖8的滑環的電阻值變化導致的輸出信號變化的波形圖，其中圖10(A)和圖10(B)分別表示平整前的狀態和平整后的狀態。
具體實施例方式圖1所示的本發明的一實施例的用于電動混合式自行車上的傳感電路10包含檢測作用于轉動側踏板12上的踏動轉矩的超磁致伸縮傳感器14，設置在固定側上的、通過滑環(滑動觸點)16獲取來自超磁致伸縮傳感器14的輸出信號的測定電路18。
超磁致伸縮傳感器14包含圓柱狀超磁致伸縮元件20，配置在該元件20周圍的檢測線圈22，該元件20響應來自踏板12的壓力，即用戶施加到踏板上的踏動轉矩改變磁通率。檢測線圈22根據超磁致伸縮元件20的通磁率變化，使得其電感值發生變化。
作用于踏板12上的踏力通過鏈條24以踏力轉矩傳遞給自行車的車輪(后輪)26。因此，電動混合式自行車向前進。
測定電路18位于固定側上，如圖1所示，包含一個微機28。微機28向線圈激勵電路30發出脈沖指令。當從微機28向線圈激勵電路30輸入脈沖指令時，從線圈激勵電路30以矩形波信號輸出包含圖2所示的脈沖信號和直流電壓(數10毫秒)。該激勵脈沖信號通過滑環16輸入到檢測線圈22。如上所述，檢測線圈22呈現與施加到踏板12上的壓力相對應的電感值，并從檢測線圈22如圖3所示那樣地輸出一個輸出脈沖信號或輸出信號，該信號具有大小由與電感值對應的時間常數決定的波形環。
從檢測線圈22輸出的輸出信號經滑環16輸入到測定電路18。具有該波形環的輸出信號由圖4中詳細示出的濾波器32(該濾波器是低通濾波器)進行平整處理后輸入到微機28內，除去上述的直流電壓成份后，變換成圖5所示的直流電壓信號。
微機28以該直流電壓信號的大小為基礎測定當時的檢測線圈22的電感值，按照該電感值決定助動轉矩的大小。即，由微機28完成求出助動轉矩的運算。為了確保由電動機38產生的助動轉矩大小等于經運算得到的助動轉矩，微機28向電動機驅動器36輸出轉矩指令(例如，PWM信號那樣的驅動信號)。因而。從電動機38輸出大小由微機28確定的助動轉矩，該轉矩被傳遞到車輪26。
由電池40向電動機驅動器36即電動機38提供驅動電壓。
另一方面，從檢測線圈22經滑環16輸入到測定電路18的輸出信號(圖3)流向電阻值變化檢測電路34。圖1所示的該電阻值變化檢測電路34是一個以方框表現微機28一個功能的部件，在本實施例中，也可以考慮用微機28構成。更詳細地說，電阻值變化檢測電路34，即微機28對基準電阻值和此時的直流電阻值作比較，檢測出包含滑環16的直流電阻值相對于基準電阻值是否變化。基準電阻值如可預先設定在微機28的ROM內。
圖4詳細示出的測定電路18中，包含超磁致伸縮傳感器14內部電阻Rgmm的電感L的兩端分別經滑環16的接觸電阻Rsr并聯連接由電阻R1和二極管D串聯構成的電路。該并聯電路的二極管側經激勵信號的輸入元件42與如5V的恒壓電源端子連接，而電阻側經電阻Rs接地。另外，由電容C和電阻R構成的低通濾波器32連接到電阻R1及Rs的連觸點上。
另外，通過用從輸入元件42施加的超磁致伸縮傳感器14的激勵信號(參照圖2)的一部分延長接通時間，由此暫時使超磁致伸縮傳感器14及滑動觸點(滑環)16處于直流狀態。在該直流狀態下測定的電壓值與超磁致伸縮傳感器14的電感值L無關，而只依賴于超磁致伸縮傳感器14的電阻Rgmm，滑動觸點16的電阻Rsr以及電阻Rs的各電阻成份，所以圖4中濾波器32的輸入端上的電壓如圖3所示成為在直流狀態下已穩定的電壓值。
此外，由于圖4的超磁致伸縮傳感器14的電阻Rgmm和電阻Rs是預先撐控著的固定值，因此可根據上述電壓值和電阻Rgmm以及電阻Rs就能算出滑環16的直流電阻Rsr。
微機28判斷該滑環16的直流電阻值是否與基準電阻值相同或相近，或者是否位于一定的基準電阻值的范圍內，即電阻值是否等于基準電阻值，在判斷結果為“是”時，就直接使用測定的電感值來決定助動轉矩的大小，在結果為“否”時，對測定的電感值進行校正，并使用該校正后的電感值計算助動轉矩的大小。
圖1所示實施例的電動混合式自行車的助動轉矩動作按圖6的流程進行。首先，在圖6步驟S1中，微機28判斷助動開關(圖未示出)是否為接通，判斷結果為“是”時，跳到步驟S3。
在步驟S3中，微機28向線圈激勵電路30發出脈沖指令。對應地，從線圈激勵電路30輸出激勵脈沖，該激勵脈沖經滑環16輸入到超磁致伸縮傳感器14的檢測線圈22。如上所述，從檢測線圈22輸出的輸出信號經滑環16輸入到測定電路18，因此，從濾波器32向微機28輸入大小與此時的檢測線圈22的電感值對應的直流電壓，因而，在步驟S5中，微機28測定電感值。
接著，在步驟S7中，微機28暫時(如數十毫秒)地以低電位使激勵脈沖停止。因而，從線圈激勵電路30暫時地輸出直流電壓。也就是說，暫時形成直流狀態。在該直流狀態下，微機28在步驟S9中如上說明的那樣求出滑環16的電阻值Rsr。
微機28在步驟S11中判斷于步驟S9中測定的電阻值Rsr是否等于基準電阻值。例如，可把負載時測定的初期電阻值用作為基準電阻值利用。但是，也可把測定電路18穩定一定時間以上時的電阻值作為基準電阻值，或者把電源接通時的電阻值作為基準電阻值。作為判斷基準，對基準電阻值設定一定范圍的允許值，若在該范圍內，則判斷電阻值等于基準值。
若步驟S11的判斷結果是“是”，在步驟S13中，微機28按照于步驟S5中求得的電感值算出助動轉矩，并向電動機驅動器36輸出轉矩命令，以便能夠在步驟S15中從電動機輸出該助動轉矩。接著，在步驟S17中判斷助動開關是否為斷開狀態，若結果是“是”，一連串的動作就此結束，若是“否”，則返回到步驟S3，重復在前說明的一連串動作。
在于步驟S9中測定的電阻值不等于基準電阻值時，在步驟S11中判斷為“否”。此時，微機28在步驟S19中以換算表為基礎，算出沒有受到滑環16的電阻值變化影響時的正常電感值，在步驟S21中，用計算出的值進行替換，并跳到步驟S13，以后執行在前說明的步驟。也就是說，在此情況下，按照正確的電感值計算助動轉矩。
另外，如圖7所示，預先對所使用的每類傳感器的電阻值的電壓-電感特性進行測定，將曲線，數據表，關系式等作為換算表預先存儲在微機28內的ROM(圖中未示出)內備用。
在步驟S19中的電阻值與基準電阻值不同時的處理方法可以考慮采用如下的措施。
(1)根據預先存儲于ROM內備用的曲線、數據表、關系式等，考慮電阻值與基準電阻值的偏差，對電感值進行校正。
(2)把電阻值偏離基準電阻值的情況作為出錯，不進行不采用測定電感值的助動斷開。斷開助動電源或助動輸出。
(3)出錯朝著助動轉矩減少的方向作用時，采用原來的電感值，雖然不足，但大致進行了助動。
(4)把電阻值出錯傳遞給操作者(搭乘者)。
(5)進行上述組合的處理。
在本實施例中，雖然由傳感器檢測出的檢測信號通過轉動式滑動觸點獲取，但也可以使用往復式滑動觸點，也能得到同樣的效果。此處通過延長激勵信號本身的接通時間，由各激勵脈沖產生直流狀態，因此，如圖5所示，平整后的信號通常處于穩定的狀態，從而可以測定超磁致伸縮傳感器14的電感值。
對本發明用文字作了詳細說明，并用圖表示進行，但清楚的是這僅是圖解和一個實施例罷了，不應該理解為對本發明的限定。
權利要求
1.一種傳感電路，該傳感電路具備檢測可動部動作的傳感器(14)，和通過滑動觸點(16)獲取從上述傳感器輸出的信號的測定電路(18)，其特征在于把直流電壓施加到上述滑動觸點上后測定直流電阻，根據該直流電阻，檢測上述滑動觸點的狀態。
2.根據權利要求1所述的傳感電路，其特征在于上述測定電路根據上述傳感器的輸出信號測定傳感值，還具備利用上述直流電阻的電阻值對由上述傳感器產生的傳感值進行校正的校正裝置。
3.根據權利要求1或2所述的傳感電路，其特征在于上述校正裝置比較上述直流電阻的電阻值和基準電阻值后，在上述電阻值不等于上述基準電阻值時校正上述傳感值。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的傳感電路，其特征在于上述傳感器包含超磁致伸縮傳感器。
5.一種電動混合式自行車，具備對應用戶作用于腳踏板(12)上的踏動轉矩改變電感值的超磁致伸縮傳感器(14)，以及通過滑動觸點(16)向超磁致伸縮傳感器給予激勵信號，并經滑動觸點接受來自超磁致伸縮傳感器的輸出信號的測定電路(18)，測定電路以來自傳感器的信號為基礎測定傳感值，還具備產生與傳感值對應的助動轉矩的電動機(38)，其特征在于還設置測定上述滑動觸點的直流電阻的電阻值的電阻值測定裝置(28，S9)和對應該直流電阻的電阻值校正上述傳感器的傳感值的校正裝置(28，S19，S21)。
全文摘要
傳感電路(10)包含超磁致伸縮傳感器(14)和測定電路(18)。超磁致伸縮傳感器具有設置在電動混合式自行車腳踏板(12)上的超磁致伸縮元件(20)和檢測線圈(22)。由測定電路中的線圈激勵電路(30)通過滑動環(16)向檢測線圈施加激勵信號，輸出信號從檢測線圈輸出。輸出信號經滑環被測定電路獲取，并經濾波器(32)作為直流電壓信號輸入到微機(28)內。微機根據直流電壓測定電感值。輸出信號還要提供給電阻值變化檢測電路(34)。電阻值變化檢測電路根據施加到檢測線圈上時的輸出信號檢測滑環的直流電阻值，當該電阻值與基準電阻值不同時，微機根據數據表校正(運算)電感值。自行車的電動機對應測定的電感值或校正的電感值產生助動轉矩。
文檔編號G08C19/02GK1399123SQ0212690
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月23日 優先權日2001年7月25日
發明者橫谷和展, 鷹尾宏 申請人:三洋電機株式會社