用于电动自行车的电子辅助预留和优化制造技术

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。

Electronic Aided Reservation and Optimization for Electric Bicycles

【技术实现步骤摘要】
用于电动自行车的电子辅助预留和优化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。
技术实现思路
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。期望的电子辅助目标可以包括执行峰值调平模式，在该模式下，控制器在路段的子集上(例如具有阈值坡度的那些路段)将能量从电池组成比例地分配给牵引马达，使得当电动自行车到达特定路径点或路线目的地时，电池组的SOC收敛于目标SOC，例如完全耗尽/0％SOC或未完全耗尽的SOC。还公开了用于在具有电连接到电池组的电动牵引马达的电动自行车中预留和优化电子辅助能力的方法。根据示例实施例的方法包括经由电动自行车的控制器接收输入信号，该输入信号包括电池组的SOC、电动自行车的速度、描述行驶路线的多个路段中的每一个的坡度(即坡度或高度变化)的倾斜度数据以及电动自行车的骑车人的期望电子辅助目标。控制器与电池组和电动牵引马达的一个或多个电模型通信，其中电模型最终根据电动牵引马达的校准功率和速度极限提供马达扭矩。该方法包括通过控制器，使用能量代价函数，为行驶路线确定合适的电子辅助水平，然后使用控制器命令来自电动牵引马达的电子辅助扭矩。命令电子辅助扭矩可以包括以足以通过应用扭矩倍增器增大骑车人扭矩的水平将马达控制信号传输到电力牵引马达，同时在给定模型和能量代价函数的约束条件的情况下的程度上仍然满足期望的电子辅助目标。以上概述并非旨在表示本公开的每个实施例或方面。相反，前述概述举例说明了本文所阐述的某些新颖方面和特征。当结合附图和所附权利要求书时，本公开的上述和其他特征和优点将从以下用于实施本公开的代表性实施例和模式的详细描述中变得显而易见。附图说明图1是根据本公开的具有电子辅助预留和优化能力的示例踏板电动自行车或“电动自行车”的示意图。图2是描绘代表性行程期间的示例性海拔变化的时间图，其中时间描绘在水平轴上，高度描绘在垂直轴上。图3是被配置为图1所示的示例性电动自行车提供上述电子辅助预留和优化能力的系统的示意图。图4是描述使用图2所示的控制器在图1的电动自行车上预留和优化电子辅助能力的示例方法的流程图。本公开易于修改和替代形式，其中代表性实施例通过附图中的示例示出并在下面详细描述。本公开的创造性方面不限于所公开的特定形式。相反，本公开旨在覆盖落入由所附说明要求限定的公开范围内的修改、等同物、组合和替换。具体实施方式参考附图，其中相同的参考标号表示几幅图中相同或相似的部件，踏板电动自行车或“电动自行车”10和骑车人12示意性地描绘在图1中。电动自行车10包括电动牵引马达18，该电动牵引马达示出为以非限制性示例布置安装到轮毂20。牵引马达18(包括曲柄毂)的其它位置也可以考虑，并且因此图1的实施例仅仅是对电动自行车10的一种可能配置的说明。牵引马达18电连接到电池组30并由电池组30供电，以提供电子辅助扭矩。车载控制器50被配置为响应于输入信号(图3的箭头CCI)以通过电机控制信号(图3的箭头CCO)命令电子辅助扭矩，该输入信号包括如下所述的驾驶员12的选择的行驶路线和期望的电子辅助目标。电子辅助扭矩以足以增大或提升骑车人扭矩的水平来提供，同时尽可能满足骑车人12的一个或多个期望的电子辅助目标。因此，电子辅助扭矩充当骑车人扭矩的扭矩倍增器。以这种方式，控制器50自动实时地将电能从电池组30分配给牵引马达18，并且因此在电动自行车10通过行驶路线时实时地预留和优化电子辅助功能。图1的示例性电动自行车10具有分别连接到自行车车架16的前轮15和后轮17。车轮15和17与路面14滚动摩擦接触。虽然在图1的实施例中，两个车轮被示出为前车轮15和后车轮17，使得电动自行车10被配置为真正的自行车，但是实际车轮数量可以在本公开的预期范围内变化。因此，本文使用的术语“电动自行车”是指如图所示的两轮自行车配置，以及单轮自行车、三轮车和四轮自行车。为了说明的一致性，在不将本公开限制于这种实施例的情况下，在下文中将参考两轮自行车配置。图1所示的骑车人12使用手动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种踏板式电动自行车，包括：车架；车轮，其连接到所述框架；曲柄组，其被配置成当所述电动自行车的骑车人手动地旋转所述曲柄组时将骑车人扭矩施加到所述车轮；电池组，其连接到所述车架并具有充电状态(SOC)；电动牵引马达，其电连接到所述电池组并且被配置为响应于马达控制信号选择性地向所述车轮施加电子辅助扭矩以增加所述骑车人扭矩；和控制器，其与所述电动牵引马达通信，所述控制器具有能量代价函数并且被配置为响应于包括所述骑车人的行进路线和期望的电子辅助目标的输入信号，使用能量代价函数和至少一个电模型来确定满足所述期望的电子辅助目标的电子辅助水平，并且经由马达控制信号以电子辅助水平来命令所述电子辅助扭矩，其中所述输入信号进一步包括电池组的SOC、描述所述行进路线的多个路段中的每一个的坡度的倾斜数据、以及分别来自所述至少一个电模型的电池组的校准能量极限和牵引电机的扭矩极限。

【技术特征摘要】
2018.03.28 US 15/9380571.一种踏板式电动自行车，包括：车架；车轮，其连接到所述框架；曲柄组，其被配置成当所述电动自行车的骑车人手动地旋转所述曲柄组时将骑车人扭矩施加到所述车轮；电池组，其连接到所述车架并具有充电状态(SOC)；电动牵引马达，其电连接到所述电池组并且被配置为响应于马达控制信号选择性地向所述车轮施加电子辅助扭矩以增加所述骑车人扭矩；和控制器，其与所述电动牵引马达通信，所述控制器具有能量代价函数并且被配置为响应于包括所述骑车人的行进路线和期望的电子辅助目标的输入信号，使用能量代价函数和至少一个电模型来确定满足所述期望的电子辅助目标的电子辅助水平，并且经由马达控制信号以电子辅助水平来命令所述电子辅助扭矩，其中所述输入信号进一步包括电池组的SOC、描述所述行进路线的多个路段中的每一个的坡度的倾斜数据、以及分别来自所述至少一个电模型的电池组的校准能量极限和牵引电机的扭矩极限。2.如权利要求1所述的电动自行车，所述输入信号包括所述电动自行车的地面速度，其中所述控制器被配置为在所述电动自行车沿所述行进路线行进时确定所述曲柄组的踩踏节奏，并且根据所述踩踏节奏和所述电动自行车的当前挡位状态来实时计算所述电动自行车的地面速度。3.如权利要求1所述的电动自行车，进一步包括：安装到所述电动自行车的扭矩传感器，所述扭矩传感器能够操作用于测量所述骑车人扭矩并将所述骑车人扭矩作为所述输入信号的一部分传送...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·S·马绍尔，M·A·马尼卡拉贾，A·M·泽特尔，P·穆鲁吉桑，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US