[发明专利]用于电动自行车的电子辅助预留和优化

说明书

一种踏板电动自行车包括连接到车架的车轮、当骑车人手动旋转曲轴组时将骑车人扭矩施加到该车轮的曲轴组、具有充电状态(SOC)的电池组、电动牵引马达和控制器。响应于马达控制信号，马达向车轮施加电子辅助扭矩作为转矩倍增器。控制器使用能量代价函数，并且响应于包括行进路线和期望的电子辅助目标的输入信号，经由马达控制信号命令电子辅助扭矩以增大骑车人扭矩，同时满足电子辅助目标。该水平通过能量代价函数确定，其中输入信号包括SOC、描述路线的每个路段的坡度的倾斜数据、以及提供扭矩倍增器的电模型。

引言

踏板电动自行车，通常称为“电动自行车”，包括提供辅助马达扭矩的小型电动马达，其以电动方式辅助或提升骑车人的手动踏板扭矩。牵引马达被配置为旋转电动自行车的特定从动构件，例如轮毂或曲柄轮毂。来自马达的输出扭矩被选择性地传递到从动构件，例如在骑车人沿着行进路线通过具有明显高度变化的山坡时。以这种方式，相对于在缺乏电子辅助功能的传统自行车上感知的踩踏力，当骑电动自行车时，骑车人感知的踩踏力可以降低。

发明内容

本文公开了踏板电动自行车。该自行车(为了简单起见在下文中被称为电动自行车)可以包括车架、连接到车架的车轮、曲柄组、电池组、电力牵引马达和控制器。曲柄组被配置为当电动自行车的骑车人手动旋转曲柄组时，向车轮施加骑车人扭矩，即手动踩踏扭矩。电池组连接到车架并具有充电状态(SOC)。电连接到电池组的电动牵引马达被配置成响应于来自控制器的马达控制信号，向车轮施加电子辅助扭矩。以这种方式，电子辅助扭矩充当骑车人输入扭矩的扭矩倍增器，从而增加了对车轮的扭矩总量。

控制器与电力牵引马达通信，并且以确保在电力牵引马达的扭矩极限和电池组的能量极限内尽可能接近地满足骑车人的电子辅助目标的方式，自动地预留来自电池组的能量。控制器被配置成响应于包括选定行驶路线和骑车人期望的电子辅助目标的输入信号，通过马达控制信号命令电子辅助扭矩。这发生在足以增加骑车人扭矩的水平上，同时在给定能量代价函数的约束条件下，仍然尽可能接近地满足期望的电子辅助目标。使用能量代价函数和基于模型的能量和扭矩极限来确定电子辅助水平，其中输入信号还包括电池组的SOC、描述行驶路线的多个路段中的每一个的坡度的倾斜数据。

输入信号可以包括电动自行车的地面速度。在这样的实施例中，控制器可以被配置成当电动自行车沿着行驶路线行驶时，例如通过使用编码器或分解器的测量来确定曲柄组的踩踏节奏，并且根据踩踏节奏和电动自行车的当前挡位状态来实时计算电动自行车的地面速度。

该电动自行车可以可选地包括扭矩传感器，该扭矩传感器可操作用于测量骑车人扭矩，并且此后将所测量的骑车人扭矩的大小传送到控制器。附加地，电动自行车可以包括风速传感器，该风速传感器可操作用于测量相对于电动自行车的风速，并且然后将测量的风速大小作为输入信号的一部分传送给控制器。

控制器可以被配置成确定骑车人的识别特征，该识别特性从多个潜在骑车者(例如同一家庭的成员)中唯一地识别骑车人，或者在电动自行车是租赁车辆的实施例中，从电动自行车的多个潜在租赁者中唯一地识别骑车人。输入信号可以包括这样的识别特性。在这样的实施例中，识别特征可以是骑车人的体重、质量和/或生物特性数据。

在一些实施例中，控制器可以在已知电动自行车和骑车人的坡度和质量的情况下，在给定的驾驶循环期间，反算作用在骑车人身上的额外负载的值。以这种方式，控制器可以实时修改能量分配，以便在行进路线上给定行程的特定路径点或目的地收敛于目标SOC。

控制器可以被配置为在电动自行车通过行驶路线时周期性地确定电池组的实际充电耗尽率是否与预测的充电耗尽率不同，并且当实际充电耗尽率与预测的充电耗尽率相差至少预定能量方差量时，将电子辅助水平调整校准量。

电模型可以包括提供转矩倍增器的查找表，其中该查找表由电动牵引马达的峰值功率和速度索引，并提供牵引马达的扭矩极限。因此，来自电力牵引马达的相应扭矩可以使用能量代价函数和来自模型的相关限制来确定。