[發明專利]用于電動自行車的電子輔助預留和優化

有效

• 申請號: 201910183650.7
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN110316307B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: S·S·馬紹爾;M·A·馬尼卡拉賈;A·M·澤特爾;P·穆魯吉桑
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B62M6/40
• 分類號: B62M6/40;B62M6/45
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 林偉峰

一種踏板電動自行車包括連接到車架的車輪、當騎車人手動旋轉曲軸組時將騎車人扭矩施加到該車輪的曲軸組、具有充電狀態(SOC)的電池組、電動牽引馬達和控制器。響應于馬達控制信號，馬達向車輪施加電子輔助扭矩作為轉矩倍增器。控制器使用能量代價函數，并且響應于包括行進路線和期望的電子輔助目標的輸入信號，經由馬達控制信號命令電子輔助扭矩以增大騎車人扭矩，同時滿足電子輔助目標。該水平通過能量代價函數確定，其中輸入信號包括SOC、描述路線的每個路段的坡度的傾斜數據、以及提供扭矩倍增器的電模型。

引言

踏板電動自行車，通常稱為“電動自行車”，包括提供輔助馬達扭矩的小型電動馬達，其以電動方式輔助或提升騎車人的手動踏板扭矩。牽引馬達被配置為旋轉電動自行車的特定從動構件，例如輪轂或曲柄輪轂。來自馬達的輸出扭矩被選擇性地傳遞到從動構件，例如在騎車人沿著行進路線通過具有明顯高度變化的山坡時。以這種方式，相對于在缺乏電子輔助功能的傳統自行車上感知的踩踏力，當騎電動自行車時，騎車人感知的踩踏力可以降低。

發明內容

本文公開了踏板電動自行車。該自行車(為了簡單起見在下文中被稱為電動自行車)可以包括車架、連接到車架的車輪、曲柄組、電池組、電力牽引馬達和控制器。曲柄組被配置為當電動自行車的騎車人手動旋轉曲柄組時，向車輪施加騎車人扭矩，即手動踩踏扭矩。電池組連接到車架并具有充電狀態(SOC)。電連接到電池組的電動牽引馬達被配置成響應于來自控制器的馬達控制信號，向車輪施加電子輔助扭矩。以這種方式，電子輔助扭矩充當騎車人輸入扭矩的扭矩倍增器，從而增加了對車輪的扭矩總量。

控制器與電力牽引馬達通信，并且以確保在電力牽引馬達的扭矩極限和電池組的能量極限內盡可能接近地滿足騎車人的電子輔助目標的方式，自動地預留來自電池組的能量。控制器被配置成響應于包括選定行駛路線和騎車人期望的電子輔助目標的輸入信號，通過馬達控制信號命令電子輔助扭矩。這發生在足以增加騎車人扭矩的水平上，同時在給定能量代價函數的約束條件下，仍然盡可能接近地滿足期望的電子輔助目標。使用能量代價函數和基于模型的能量和扭矩極限來確定電子輔助水平，其中輸入信號還包括電池組的SOC、描述行駛路線的多個路段中的每一個的坡度的傾斜數據。

輸入信號可以包括電動自行車的地面速度。在這樣的實施例中，控制器可以被配置成當電動自行車沿著行駛路線行駛時，例如通過使用編碼器或分解器的測量來確定曲柄組的踩踏節奏，并且根據踩踏節奏和電動自行車的當前擋位狀態來實時計算電動自行車的地面速度。

該電動自行車可以可選地包括扭矩傳感器，該扭矩傳感器可操作用于測量騎車人扭矩，并且此后將所測量的騎車人扭矩的大小傳送到控制器。附加地，電動自行車可以包括風速傳感器，該風速傳感器可操作用于測量相對于電動自行車的風速，并且然后將測量的風速大小作為輸入信號的一部分傳送給控制器。

控制器可以被配置成確定騎車人的識別特征，該識別特性從多個潛在騎車者(例如同一家庭的成員)中唯一地識別騎車人，或者在電動自行車是租賃車輛的實施例中，從電動自行車的多個潛在租賃者中唯一地識別騎車人。輸入信號可以包括這樣的識別特性。在這樣的實施例中，識別特征可以是騎車人的體重、質量和/或生物特性數據。

在一些實施例中，控制器可以在已知電動自行車和騎車人的坡度和質量的情況下，在給定的駕駛循環期間，反算作用在騎車人身上的額外負載的值。以這種方式，控制器可以實時修改能量分配，以便在行進路線上給定行程的特定路徑點或目的地收斂于目標SOC。

控制器可以被配置為在電動自行車通過行駛路線時周期性地確定電池組的實際充電耗盡率是否與預測的充電耗盡率不同，并且當實際充電耗盡率與預測的充電耗盡率相差至少預定能量方差量時，將電子輔助水平調整校準量。

電模型可以包括提供轉矩倍增器的查找表，其中該查找表由電動牽引馬達的峰值功率和速度索引，并提供牽引馬達的扭矩極限。因此，來自電力牽引馬達的相應扭矩可以使用能量代價函數和來自模型的相關限制來確定。