CN103171543A - 电动骑行车辆及其电子刹车系统和电子刹车控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于电动骑行车辆的电子刹车系统，其包括：由电动骑行车辆的左右车把手分别承载的检测元件，其检测相应刹把的操作；电子控制单元，其以能够区分来自各检测元件的输出信号的方式与各检测元件相连；并且，所述电子控制单元还与电动骑行车辆的电机相连，以便基于来自各检测元件的代表刹把操作的输出信号而控制电机的分级刹车操作。还公开了一种用于电动骑行车辆的电子刹车控制方法以及一种包含所述电子刹车系统或执行所述电子刹车控制方法的电动骑行车辆。本申请的电子刹车系统能够提高电动骑行车辆的驾驶舒适性和安全性。

Description

电动骑行车辆及其电子刹车系统和电子刹车控制方法

技术领域

本申请涉及一种用于电动骑行车辆的电子刹车系统、电子刹车控制方法以及包含所述电子刹车系统或执行所述电子刹车控制方法的电动骑行车辆。

背景技术

电动骑行车辆是新兴的机电一体化个人交通工具，其在普通骑行车辆的基础上，添加了作为辅助能源的蓄电池，并且相应地安装了电子控制单元、电机、蓄电池、操纵部件和显示仪表系统等。电动骑行车辆在使用过程中环保且便捷，因此被人们越来越多地选择。

电动骑行车辆的刹车系统通常包括机械刹车系统和电子刹车系统。机械刹车系统主要包括刹把、由刹把牵动的刹车线、被刹车线驱动的摩擦刹车元件等。电子刹车系统包括检测刹把动作的检测元件以及基于检测元件检测到的刹把动作而控制电机进行刹车操作的控制元件。

在现有的电动骑行车辆的电子刹车系统中，通常为左右两侧刹把都配备有检测元件。在左右刹把中的任何一个或二者的刹车动作被相应检测元件检测到后，控制元件将控制电机进行刹车操作。在这种电子刹车系统中，不论是左侧刹把、右侧刹把还是二者被操作，都导致相同的电机刹车操作。因此，这种电子刹车系统只能为电动骑行车辆提供单一的电子刹车控制。

在电动骑行车辆的骑行过程中，存在不同的刹车意图。显然，上述电子刹车系统不能为了不同的刹车意图提供不同级别的刹车控制。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中电动骑行车辆的电子刹车系统不能提供不同级别的刹车控制的问题。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电动骑行车辆的电子刹车系统，其包括：由电动骑行车辆的左右车把手分别承载的检测元件，其检测相应刹把的操作；电子控制单元，其以能够区分来自各检测元件的输出信号的方式与各检测元件相连；并且，所述电子控制单元还与电动骑行车辆的电机相连，以便基于来自各检测元件的代表刹把操作的输出信号而控制电机的分级刹车操作。

根据本发明的一个优选实施方式，所述电子控制单元包括：彼此分开的多个信号接收端口，所述多个信号接收端口中的每个分别与一或多个相应的检测元件的信号输出端相连；或者单一的信号接收端口，其与所有检测元件的信号输出端相连并且具有使得所述电子控制单元能够区分来自各检测元件的输出信号的结构。

根据本发明的一个优选实施方式，所述电子刹车系统还包括刹车信号源，其连接着各检测元件的信号引入端。该刹车信号源优选为与至少两个所述检测元件的信号引入端都相连的公共刹车信号源。

根据本发明的一个优选实施方式，所述刹车信号源由电动骑行车辆中的高电平或低电平带电元件构成。

根据本发明的一个优选实施方式，所述检测元件为安装在相应车把手上的微型开关，例如机械式或电子式微型开关。

根据本发明的一个优选实施方式，所述电子控制单元包括基于所述检测元件检测到的不同刹把的操作而对电机进行分级刹车控制的功能模块。

根据本发明的一个优选实施方式，所述分级刹车控制至少包括：减小供应给电机的电压，断开电机的供电，改变电机的供电电路的接线状态以将电机切换成以发电机的方式操作而提供电磁制动力。通过这种减速、常规停车、紧急停车，可以针对电动骑行车辆的减速、常规停车、紧急停车等不同刹车情况对电机进行控制。

根据本发明的一个优选实施方式，所述电磁制动力以不同的级别被提供。

根据本发明的一个优选实施方式，每个车把手上装有不同类型的检测元件。

根据本发明的一个优选实施方式，电子刹车系统还包括与电子控制单元相连以便提供刹车助力的辅助刹车装置，例如液压型刹车助力装置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于电动骑行车辆的电子刹车控制方法，其包括下述步骤：检测电动骑行车辆的左右车把手上的刹把的操作；基于检测到的各刹把的操作状态确定不同级别的刹车控制方案；以及基于确定出的刹车控制方案控制电动骑行车辆的电机的刹车操作。

所述不同级别的刹车控制方案可以至少包括：减小供应给电机的电压，断开电机的供电，改变电机的供电电路的接线状态以将电机切换成以发电机的方式操作而提供电磁制动力。所述电磁制动力优选能够以不同的级别被提供。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电动骑行车辆，其包括前面描述的电子刹车系统，或执行前面描述的电子刹车控制方法。该电动骑行车辆优选为电动自行车。

根据本发明的方案，电子控制单元根据不同的刹把操作动作来对电机进行分级控制，以使得电动骑行车辆的刹车过程尽可能符合骑行者的不同刹车意图。这样，电动骑行车辆的驾驶舒适性和安全性可以提高。

附图说明

图1是一种电动骑行车辆的车把手结构的示意图。

图2是一种根据现有技术的用于电动骑行车辆的电子刹车系统的示意图。

图3是根据本发明的一个实施方式的用于电动骑行车辆的电子刹车系统的示意图。

具体实施方式

下面参看附图描述本发明的一些实施方式。

本发明涉及用于电动骑行车辆的电子刹车系统的改进。

本发明所说的电动骑行车辆包括电动自行车、电动摩托车、电动三轮车等。电动骑行车辆是由电力驱动的骑行工具(并不排除同时包含脚踏驱动)。电动骑行车辆主要由车架、前后车轮、电机、电子控制单元、蓄电池、仪表系统、刹车系统等组成。

蓄电池通过电子控制单元给电机供电。电机驱动前后车轮之一或二者，通常驱动后车轮。电机的旋转带动电动骑行车辆的行进。

电动骑行车辆的车架包括左右两个车把手，用于控制前车轮的转向。左右侧车把手中的至少一个为调速车把手，电子控制单元连接着该调速车把手。当骑行者转动调速车把手时，电子控制单元检测到关于调速车把手位置的信息，并且电子控制单元根据该信息调节供应到电机的电压的高低，从而控制电机的转速。

电动骑行车辆的刹车系统主要包括机械刹车系统和电子刹车系统，这两个刹车系统都是通过安装在左右侧车把手上的刹把操纵的。图1中显示了一个车把手1(左右侧车把手之一)，根据本发明的电子刹车系统的一部分组合于该车把手。刹把2通过枢轴4可枢转地连接在车把手1上。未示出的偏压装置(例如弹簧)将刹把2沿着从车把手1向外张开的方向推压，从而在刹把的释放位置(常态位置)下将刹把2保持在相对于车把手1的最大张开位置。在此状态下，刹把2上的止挡部位8推抵于车把手1的对应止挡部位10，从而维持刹把2的最大张开位置。

刹把2上连接着刹车线6的一端，该刹车线的另一端延伸到相应车轮上的机械刹车元件，例如各种摩擦刹车元件。这样，由两个车把手上的刹把、各自的刹车线以及前后车轮上的机械刹车元件组成了电动骑行车辆的机械刹车系统。

如图1所示，当骑行者希望刹车时，其可以抵抗着偏压装置的作用力而将刹把2绕枢轴4朝向车把手1枢转到刹车位置，刹把2牵动刹车线6，而刹车线6带动相应车轮上的机械刹车元件，即可对该车轮进行刹车操作。之后，如果骑行者希望结束刹车，则可以松开刹把2，以使刹把在偏压装置的作用下返回其释放位置，以解除该车轮的刹车操作。

通常，左侧车把手上的刹把用于对后车轮进行机械刹车，右侧车把手上的刹把用于对前车轮进行机械刹车。当然，也存在左侧车把手上的刹把用于对前车轮进行机械刹车、右侧车把手上的刹把用于对后车轮进行机械刹车的情况。

在图1中示意性地显示了车把手和刹把。可以理解车把手和刹把的形状和构造并不局限于图中所示的。只要是能够通过骑行者手部的动作使得刹把相对于车把手运动(例如，相对于车把手枢转，绕车把手同轴转动，相对于车把手平移等等)从而实现刹车线的移动进而通过机械刹车元件对车轮进行刹车的结构都可以采用。

另一方面，关于本发明的电子刹车系统，其主要包括安装在车把手1上的刹把动作的检测元件，该检测元件检测刹把2相对于车把手1的位置，与该检测元件相连的控制元件通过检测元件的信号判断出检测刹把2的动作。

检测元件可以是任何能够检测位置变化的元件，例如位置传感器、角度传感器等。在最简单的实施方式中，检测元件为电路开关12。可以理解，可以采用任何适宜类型的开关。在图1所示的例子中，开关12为机械或电子式的微型开关，其可以是常开型的，也可以是常闭型的。开关12的两个端子连接着第一引线14和第二引线16，这两根引线又连接到控制元件(图1中未示出)。开关12可以嵌入车把手中。

开关12可以包括开关钮18，其随动于刹把2。例如，开关12的开关本体中设有将开关钮18向外推压的弹性元件，以使得开关钮18抵靠于刹把2上的抵靠部位20。在刹把2的常态位置，抵靠部位20抵抗着该弹性元件的作用力而将开关钮18向开关本体中推压，此时开关12处在其开关状态(机械常开、机械常闭；或是电子常高、电子常低)之一。当骑行者搬动刹把2时，抵靠部位20沿着离开开关本体的方向移动，从而开关钮18在弹性元件的作用下朝向开关本体外侧移动，从使开关12切换到另一开关状态。通过开关12的开关状态的切换，使得由第一引线14和第二引线16组成的刹车信号传送线路的通断状态发生变化，控制元件通过该刹车信号传送线路的通断状态变化判断出刹把2的刹车动作。

开关12的具体结构并不局限于上面描述的。例如，开关钮18可以连接到刹把2上，这样不必采用弹性元件就能实现开关钮随动于刹把2。或者，开关12可以采用电子式的微动开关，例如接近开关。刹把2上的某个部位接近和离开该接近开关，可导致该接近开关的开关状态发生变化。其它任何适宜形式的开关可以应用于此。

图2中示出了一种根据现有技术的电动骑行车辆电子刹车系统的基本原理。该电动骑行车辆电子刹车系统包括控制元件26。与左右车把手中的开关12-1和12-2的信号引入端相连的第一引线14-1和14-2连接到公共的第一端子22，该第一端子22连接到刹车信号源。与开关12-1和12-2的信号输出端相连的第二引线16-1和16-2连接到公共的第二端子24，该第二端子24连接到控制元件26的信号接收端口。这样，由开关12-1、12-2、公共的第一端子22和第二端子24以及相应的连线形成了一个用于检测刹把动作的刹车信号传送线路。

控制元件26通过控制线路28连接着电机30，具体而言，是连接到电机30的供电电路板，从而通过该供电电路板控制蓄电池向电机30的供电。

根据图2所示的电子刹车系统，左右刹把中的任何一个的刹车动作导致相应开关的开关状态发生变化，而任何一个开关的开关状态变化都导致刹车信号传送线路的通断状态变化。控制元件26根据刹车信号传送线路的通断状态变化控制电机30的刹车动作，例如电机断电。

在图2所示的电子刹车系统中，不论是左右刹把中的哪个刹把被操作，或是两个刹把都被操作，第二端子24的输出信号都是相同的，因此控制元件26只能判断出单一的骑行者刹车意图，并且控制元件26向电机30发出的指令也相同。在电动骑行车辆的骑行过程中，存在不同的刹车意图，例如减速、常规停车、紧急停车等等。显然，上述电子刹车系统不能提供不同级别的刹车控制以实现不同的刹车意图。

为了克服这一缺陷，根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于电动骑行车辆的电子刹车系统，如图3所示。

该电子刹车系统包括控制元件。该控制元件可以由电动骑行车辆的电子控制单元32提供，例如，作为电子控制单元32中的一个功能模块。

该电子刹车系统还包括左右车把手中的开关12-1和12-2，与这两个开关的信号引入端相连的第一引线14-1和14-2连接到公共的第一端子22，该第一端子22连接到刹车信号源。该刹车信号源可以是高电平或低电平信号源，可以由电动骑行车辆中的带电元件构成，例如，蓄电池的电极，DC/DC转换器上的某个端子，地线，等等。

与开关12-1和12-2的信号输出端相连的第二引线16-1和16-2分别直接连接到电子控制单元32的两个彼此分开的信号接收端口。

这样，由开关12-1、第一引线14-1、第二引线16-1和公共的第一端子22形成了用于检测刹把动作的第一刹车信号传送线路，由开关12-2、第一引线14-2、第二引线16-2和公共的第一端子22形成了用于检测刹把动作的第二刹车信号传送线路。这样，电子控制单元32通过第一和第二刹车信号传送线路分别检测到左右侧刹把的操作。

可以理解，为了形成上述两个刹车信号传送线路，并不是必须将开关12-1和12-2的第一引线14-1和14-2通过公共的第一端子22连接到同一刹车信号源。实际上，即使取消公共的第一端子22，而将开关12-1和12-2的第一引线14-1和14-2分别连接到不同的刹车信号源，也是同样可行的。

电子控制单元32通过控制线路28连接着电机30，具体而言，是连接到电机30的供电电路板，从而通过该供电电路板控制蓄电池向电机30的供电。

电子控制单元32通过控制对电机30的供电而控制电机30的动作。例如，向电机通电和断电来启动和断开电机，通过来自调速车把手的信号控制电机的转速等等。

如前所述，电子控制单元32与两个刹把动作刹车信号传送线路相连，从而分别检测两个刹把的操作，并且基于不同的刹把操作状态来向电机30的提供不同级别的控制。

例如，本发明的电动骑行车辆可以基于骑行者的刹车意图而至少为骑行者提供下述不同的电子刹车操作：

骑行者在骑行过程中需要减速，可以操作左右刹把之一(例如左侧刹把)；

骑行者需要常规停车，可以操作左右刹把中的另一个(例如右侧刹把)；

骑行者在骑行过程中需要紧急刹车，可以同时操作左右刹把。

电子控制单元32可以通过两个刹把动作刹车信号传送线路接收刹车信号，从而分别检测两个刹把的操作，由此判断出骑行者的刹车意图，并且对电机进行不同级别的刹车控制。

例如，当电子控制单元32通过相应的开关确定出骑行者希望减速时，电子控制单元32可降低蓄电池供应到电机30的电压，甚至完全断开蓄电池向电机30的供电。通过这种方式，再加上相应刹把导致的机械刹车作用，可平稳地降低电动骑行车辆的行驶速度。这种减速方式不至于使得电动骑行车辆的行驶速度发生突变而导致骑行者不舒服。

当电子控制单元32通过相应的开关确定出骑行者希望常规停车时，电子控制单元32可完全断开蓄电池向电机30的供电。通过这种方式，再加上相应刹把导致的机械刹车作用，可快速降低电动骑行车辆的行驶速度，直到电动骑行车辆完全停止。

当电子控制单元32通过两个开关确定出骑行者必须紧急刹车时，电子控制单元32可完全断开蓄电池向电机30的供电。通过这种方式，再加上两个刹把导致的机械刹车作用，可快速使电动骑行车辆完全停止。

作为优选的实施方式，在刹车时(尤其是紧急刹车、电动骑行车辆下坡刹车等)，电子控制单元32可以切换电机30的供电电路板上的接线状态，将电机转变为发电机，以产生电磁制动力。这样，电机30相当于以发电机状态工作，从而向蓄电池充电。在这一点上，可以理解，开始刹车时的车轮转速越高，用作发电机的电机30的感生电压越高，回馈充电能力越强，刹车力矩越大。在车轮转速很低时，用作发电机的电机30的充电能力很弱，甚至没有。

这种在刹车时将电机切换成发电机的方案会对蓄电池产生短时回馈充电，虽然作用时间短，但对于蓄电池的电极却可以起到一定的维护效果，有利于延长蓄电池的使用寿命

关于电机30的供电电路板上的接线及其状态切换方式，在电机控制领域属于常规技术手段，这里不做详细描述。

根据本发明的上述方案，电子控制单元根据不同的刹把操作动作来对电机进行多级控制，以使得电动骑行车辆的刹车过程尽可能符合骑行者的不同刹车意图。这样，电动骑行车辆的驾驶舒适性和安全性可以提高。

可以理解，电子控制单元对电机进行的多级控制并不局限于前面描述的，本领域技术人员可以在本发明的基本原理下，针对实际电动骑行车辆的具体设计，为电动机提供各种不同级别电子刹车控制，例如，减小供应给电机的电压，断开电机的供电，将电机切换成以发电机的方式操作而提供电磁制动力，等等。

在前面描述的例子中，对于开关型检测元件，需要提供位于电子控制单元之外的刹车信号源。然而，对于其它类型的检测元件，例如各种传感器，可以由电子控制单元直接提供刹车信号。在这种情况下，左右车把手中的开关的信号引入端可以通过相应的第一引线连接到电子控制单元的公共的或彼此分开的信号供应端口。

在前面例子中描述的用于检测刹把相对于车把手的位置的检测元件为开关的情况下，由于每个开关只能输出单一的开关信号变化，因此通过两个开关各自的开关状态可以产生三种不同的组合开关状态，电子控制单元可以根据这三种不同的组合开关状态判断出三种骑行者刹车意图。

如果希望电子控制单元能够判断出更多的骑行者刹车意图，可以采用能够输出多个信号(例如连续变化信号、阶变信号等)的检测元件，例如行程传感器、角度传感器等。利用每个检测元件输出的不同信号的组合，电子控制单元能够判断出很多种骑行者刹车意图。例如，骑行者搬动左侧刹把的程度对应于其希望减速的程度，骑行者搬动右侧刹把的程度对应于其希望提供电磁制动力的级别，等等。

此外，在前面描述的实施方式中，每个车把手上装有一个检测元件。然而，可以理解，一或两个车把手上可以装有多个检测元件(例如，不同类型的检测元件)，以便提供更多的检测信号。

在设有多个检测元件情况下(即左右车把手上的检测元件的总数大于2)，电子控制单元可以设有相应的刹车信号源和信号接收端口，从而形成多个检测刹把动作的刹车信号传送线路。

根据本发明，信号接收端口可以包括彼此分开的多个信号接收端口，所述多个信号接收端口中的每个分别与一或多个相应的检测元件的信号输出端相连。或者，信号接收端口可以包括单一的信号接收端口，其与所有检测元件的信号输出端相连并且具有使得所述电子控制单元能够区分来自各检测元件的输出信号的结构(例如，利用单一的信号接收端口中的不同的端子、通过来自各检测元件的输出信号的不同形式或不同电平等级等方式进行区分)。

根据本发明的一个可行实施方式，可以为前面描述的电子刹车系统配备辅助刹车装置，例如，作用于前述机械刹车元件的液压助力装置等。电子控制单元32连接着辅助刹车装置，并且基于检测到的刹把操作信息而控制辅助刹车装置提供不同级别的辅助制动力(制动助力)。在这种方案中，通过电机的刹车动作、机械刹车系统产生的制动力以及辅助刹车装置产生的辅助制动力，可以进一步提高本发明的电动骑行车辆的刹车控制灵活性和可靠性。

基于上面描述的发明构思，本申请还提供了一种用于电动骑行车辆的电子刹车控制方法，其包括下述步骤：

检测电动骑行车辆的左右车把手上的刹把的操作(此步骤可以通过前面描述的各种形式的检测元件实现)；

基于检测到的各刹把的操作状态确定不同级别的刹车控制方案(此步骤可以通过前面描述的电子控制单元实现，所述电子控制单元能够对检测到的刹把操作状态信息进行区分，并且由此判断骑行者的不同刹车意图，以便确定不同级别的刹车控制方案)；以及

基于确定出的刹车控制方案控制电动骑行车辆的电机的刹车操作(可以通过前面描述的电子控制单元分级控制电机的刹车操作)。

在这种电子刹车控制方法中，所述不同级别的刹车控制方案可以至少包括：减小供应给电机的电压，断开电机的供电，改变电机的供电电路的接线状态以将电机切换成以发电机的方式操作而提供电磁制动力。所述电磁制动力优选能够以不同的级别被提供。

本申请还提供了一种电动骑行车辆，其包括前面描述的电子刹车系统，或执行前面描述的电子刹车控制方法。该电动骑行车辆优选为电动自行车。

虽然这里参考具体的实施方式描述和描述了本发明，但是本发明的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本发明的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (16)

1.一种用于电动骑行车辆的电子刹车系统，包括：

由电动骑行车辆的左右车把手分别承载的检测元件，其检测相应刹把的操作；

电子控制单元，其特征在于，所述电子控制单元以能够区分来自各检测元件的输出信号的方式与各检测元件相连；并且

所述电子控制单元还与电动骑行车辆的电机相连，以便基于来自各检测元件的代表刹把操作的输出信号而控制电机的分级刹车操作。

2.如权利要求1所述的电子刹车系统，其特征在于，所述电子控制单元包括：

彼此分开的多个信号接收端口，所述多个信号接收端口中的每个分别与一或多个相应的检测元件的信号输出端相连；或者

单一的信号接收端口，其与所有检测元件的信号输出端相连并且具有使得所述电子控制单元能够区分来自各检测元件的输出信号的结构。

3.如权利要求1所述的电子刹车系统，其特征在于，还包括刹车信号源，其连接着各检测元件的信号引入端。

4.如权利要求1所述的电子刹车系统，其特征在于，所述刹车信号源由电动骑行车辆中的高电平或低电平带电元件构成。

5.如权利要求1所述的电子刹车系统，其特征在于，所述检测元件为安装在相应车把手上的微型开关。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电子刹车系统，其特征在于，所述电子控制单元包括基于所述检测元件检测到的不同刹把的操作而对电机进行分级刹车控制的功能模块。

7.如权利要求6所述的电子刹车系统，其特征在于，所述分级刹车控制至少包括：减小供应给电机的电压，断开电机的供电，改变电机的供电电路的接线状态以将电机切换成以发电机的方式操作而提供电磁制动力。

8.如权利要求7所述的电子刹车系统，其特征在于，所述电磁制动力以不同的级别被提供。

9.如权利要求1至8中任一项所述的电子刹车系统，其特征在于，每个车把手上装有不同类型的检测元件。

10.如权利要求1至9中任一项所述的电子刹车系统，其特征在于，还包括与电子控制单元相连以便提供刹车助力的辅助刹车装置。

11.如权利要求10所述的电子刹车系统，其特征在于，所述辅助刹车装置为液压型刹车助力装置。

12.一种用于电动骑行车辆的电子刹车控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

检测电动骑行车辆的左右车把手上的刹把的操作；

基于检测到的各刹把的操作状态确定不同级别的刹车控制方案；以及

基于确定出的刹车控制方案控制电动骑行车辆的电机的刹车操作。

13.如权利要求12所述的电子刹车控制方法，其特征在于，所述不同级别的刹车控制方案至少包括：减小供应给电机的电压，断开电机的供电，改变电机的供电电路的接线状态以将电机切换成以发电机的方式操作而提供电磁制动力。

14.如权利要求13所述的电子刹车控制方法，其特征在于，所述电磁制动力以不同的级别被提供。

15.一种电动骑行车辆，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的电子刹车系统，或执行如权利要求12至14中任一项所述的电子刹车控制方法。

16.如权利要求15所述的电动骑行车辆，其特征在于，所述电动骑行车辆为电动自行车。

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