CN109895929A - 用于电动助力自行车的电子离合器 - Google Patents

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Abstract

一种脚踏电动自行车利用电子离合器来在该脚踏电动自行车的、固定地接合至该脚踏电动自行车的传动系的马达并非正在将动力传递至该传动系时防止该马达对抗该传动系的移动。该电子离合器使该马达以为了克服其内部阻力的最小转矩水平运行。使用电子离合器有利地允许消除机械的马达离合器，因此减小了脚踏电动自行车的复杂性、成本、以及重量。

Description

用于电动助力自行车的电子离合器
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求在2017年12月7日提交的并且名称为“E-Clutchfor Pedelec Bicycle(用于电动助力自行车的电子离合器)”的美国临时申请序列号62/595,924的权益和优先权。上述申请的全部披露内容对于其所有传授内容且出于所有目的通过援引全部并入本文。
技术领域
本披露总体上涉及自行车推进系统，并且更具体地涉及电动自行车推进系统。
背景技术
脚踏电动自行车(电动助力车)已成为一种流行的交通工具。电动助力车具有传统的自行车踏板、但还配备有电动马达，该电动马达被配置用于辅助自行车的推进。电动助力车的马达支持水平在从无支持到最大支持的范围内是可控的。机械的“踏板离合器”和机械的“马达离合器”用于使踏板和电动马达与自行车传动系接合和脱接合。例如，如果使用者在没有马达支持的情况下踩踏，则踏板离合器被接合并且马达离合器脱接合。如果使用者在有马达支持的情况下踩踏，则踏板离合器和马达离合器都被接合。如果使用者反踩踏板，则两个离合器都脱接合。如果使用者使得电动助力车滑行，则两个离合器都脱接合。因此，马达离合器允许马达在马达关闭时或当传动系比马达移动得更快时与传动系脱接合，使得马达不对传动系提供额外的且不必要的阻力，并且使得马达不通过驱动踏板来推使用者的脚。
轻便摩托车具有踏板和马达二者，但与电动助力车相比，轻便摩托车可以仅由马达驱动，而不需要使用者的任何踩踏板。因此，轻便摩托车可以作为自行车、摩托车或电动助力车(例如，具有马达支持的自行车)操作。
发明内容
已知电动助力车的机械的马达离合器增加了电动助力车的复杂性、成本、以及重量。本披露的实施例消除了对于电动助力车上的马达与传动系之间的机械离合器的需要。更具体地，本披露描述了一种替代性的电子离合器，代替机械地使马达与传动系脱接合，该电子离合器在马达没有被用于推进该电动助力车时使马达运行成恰好足以克服马达自身的内部阻力(该阻力例如是由马达的一个或多个转子与一个或多个定子之间的磁引力产生)。因此，只要在电动助力车电池中剩余最小量的电力，电子离合器就确保骑车者不必通过他或她的踩踏力来克服马达的阻力。换句话说，尽管甚至在不被用于支持使用者的踩踏力的情况下马达仍然与电动助力车传动系接合，但是骑车者并没有“感觉到”来自马达的任何阻力，因为马达仍然在足够克服马达内部阻力的设定下运行。
附图说明
图1示出了根据本披露实施例的电动助力车；
图2示出了根据本披露实施例的机电系统；
图3是根据本披露实施例的马达控制器的图；
图4是根据本披露实施例的数据结构的框图；并且
图5是框图，描述了根据本披露实施例的用于控制电动助力车马达的方法。
具体实施方式
将结合用于脚踏电动自行车的电子离合器来描述本披露的实施例。术语“电动助力车”、“自行车”和“脚踏车”在本文中均可互换使用，指的是脚踏电动自行车(例如，包括用于推进自行车和/或辅助自行车推进的踏板和电动马达二者的自行车)。术语“传统自行车”用于指代不包括电动马达的自行车。
图1示出了根据本披露实施例的电动助力车100。电动助力车100可以总体上构造成像传统自行车一样，具有车架108、手把112、前轮120、后轮128、踏板120、以及传动系116。传动系116可以包括例如链条，该链条将力从一个或多个动力输入系统(例如，踏板、电动马达)传递至一个或多个齿轮，所述齿轮与该电动助力车的驱动轮(例如，后轮)处于力传输连通。在一些实施例中，可以使用除了链条之外的动力传输装置。还在一些实施例中，该电动助力车的前轮可以是驱动轮。本披露的实施例还可以用于三轮脚踏车或四轮脚踏车，这些车可以具有多于一个驱动轮。
电动助力车100还包括与传动系116处于力传输连通的马达104。马达104可以是适合用在自行车上的任何电动马达。马达104可以是AC马达或DC马达。马达104还可以是有刷或无刷马达。马达104可以是有槽或无槽马达。总体上，马达104具有较低马力的输出，因为较大马力的马达既大又重、并且不一定适合被包含在此电动助力车100上。然而，本披露没有对马达104的马力输出施加任何限制。在一些实施例中，马达104可以是三相直流无刷无槽外转式马达。在一些实施例中，马达104可以是直接驱动马达，而在其他实施例中，马达104可以包括或利用齿轮箱来实现与马达104自身的运行RPM不同的每分钟输出转数(RPM)。还可以使用这样的齿轮箱来使马达104能够向传动系116和/或向后轮128提供更大或更小的转矩。
图1中展示了电动助力车马达104的两个替代性的位置。在一些实施例中，马达104a可以被包括在后轮128的轮毂中。当被定位在后轮128的轮毂中时，马达104a可以被配置用于将动力传递至传动系116(例如，用于经由传动系116来驱动后轮128)、或可以被配置用于通过不包含传动系116的路径来将动力传递至后轮128。在任一实施例中，马达104a可以被配置用于经由齿轮箱来将动力传递至传动系116或后轮128。马达104a固定地接合至传动系116或后轮128(无论直接还是间接)，意味着马达104a不能分别选择性地与传动系116或后轮128脱接合。例如，这可能是因为电动助力车100不包括马达离合器来允许马达104a与传动系116或后轮128的这种选择性脱接合。
在其他实施例中，小马达104b可以固定地接合至传动系116(比马达104a更加靠近踏板120)。在此，同样地，描述马达104b固定地接合至传动系是指，马达104b不能选择性地与传动系116脱接合。再次，例如，这可能是因为电动助力车100不包括马达离合器来允许马达104b与传动系116的这种选择性脱接合。
马达104b向传动系116传递动力，进而经由传动系116将该动力传递至后轮128，因此使得马达104b能够驱动后轮128。普通技术人员基于本披露将认识到，马达104可以被置于电动助力车100上的任何其他地方、并且设有使得马达104能够驱动后轮128的力传输路径。
马达104由电池132供电并且由马达控制器136控制，该电池和马达控制器均可以固定至车架108上的方便位置、并且均可以与彼此并且与马达104电连通。控制器136可以控制例如从电池132到马达104的电力流动。因此，控制器136可以在使用者踩踏时使马达104基于使用者的所希望马达支持水平(如使用马达支持水平选择器140所指示的)来驱动该传动系(与使用者的踩踏相组合)，并且在使用者停止踩踏时、或者当剩余电池电量达到预定最小阈值时使马达104停止驱动该传动系。控制器136可以接收来自马达支持水平选择器140的一个或多个用户输入，该马达支持水平选择器可以定位在手把112上或附近、或在电池132上或附近、或在电动助力车100上的其他地方。在一些实施例中，可供马达支持水平选择器140选择的用户设置包括高、中、低、以及关。控制器136还可以接收来自定位在电动助力车100上的不同位置的一个或多个传感器(例如下文描述的那些)的信号，这些信号可以被控制器136用作输入来控制从电池132提供给马达104的电量。下文将描述控制器136的额外功能和特征。
马达支持水平选择器140可以使电动助力车100的使用者能够控制马达104将提供的所希望支持水平，并且控制器136接着可以使马达104将对应量的动力输出至传动系116。马达支持水平选择器140是任何已知的多位置开关(例如，以便在至少开与关之间并且在一些实施例中在对应于较高支持水平的位置、对应于较低支持水平的位置、以及关位置之间是可切换的)。通过调节马达支持水平选择器140，使用者可以间接控制马达104的速度和/或转矩输出(例如，因为控制器136将基于所选的马达支持水平来控制马达104的速度和/或转矩输出)。
本披露还可以被适配成用在轻便摩托车上，其中轻便摩托车马达不是被配置用于直接驱动轻便摩托车轮。在这样的实施例中，轻便摩托车的调速把(可以是例如拇指扭转调速把、半扭调速把、全扭调速把、或任何其他类型的调速把)可以用于控制轻便摩托车马达的速度和/或转矩输出。在一些这样的实施例中，该调速把还可以用于例如选择是使用马达来提供踏板辅助(例如，以减小使用者为了以所希望的速度踩踏轻便摩托车而必须做的功的量)还是在使用者不踩踏的情况下推进轻便摩托车。踏板辅助运行模式在本披露的一些实施例中可能不可用，而在其他实施例中，仅马达推进的运行模式可能不可用。
电池136可以是一个或多个任何类型的电池，包括例如锂离子电池或镍镉电池。该电池可以是可再充电的，因此从比如与电网的电连接、或通过电动助力车100中的一个或多个机电系统等来源接收充电电力。
电动助力车100中还包括踏板离合器144。踏板离合器144使踏板120在使用者在踩踏时与传动系116相接合、在使用者不踩踏时与传动系116脱接合。例如，当马达104正被用于推进电动助力车100时，踏板离合器140可以被操作来将踏板120与传动系116脱接合，从而马达104不驱动踏板120。除了由马达104驱动踏板120而同时还推进电动助力车100所导致的低效之外，在马达104推进电动助力车100时踏板120与传动系116的接合可能导致使用者安全性受影响，因为马达104可能以快于使用者所能够使他或她的脚随着踏板120转动的速度来驱动踏板120。相应地，踏板离合器144改善了电动助力车100的安全性、同时还提供效率的益处。
图2是电气系统200的框图，该电气系统可以用在电动助力车上，例如根据本披露的一些实施例的电动助力车100上。电气系统200可以包括但不限于控制器136、制动器传感器208、马达支持水平传感器212、节奏传感器216、温度传感器218、速度传感器220、马达传感器222、电池管理单元224、电池132、以及马达104。控制器136可以包括处理器240，该处理器可以是任何种类的处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或能够执行本文描述的功能的其他装置。在一些实施例中，控制器136可以控制多个这样的处理器。控制器136还可以包括存储器244，该存储器存储了用于由处理器240执行的指令和/或用于供处理器240使用的数据。在一些实施例中，控制器136可以被专门编程用于执行本文描述的方法和过程，而在其他实施例中，控制器136可以从与控制器136分离且物理地不同的存储器下载编程、固件等。控制器136可以使用一个或多个通信协议与传感器208至222并且与电池管理单元224相接。控制器136可以通过选择性地控制多个控制着马达104的绕组的闸门来控制马达104。这些闸门在此未示出，但可以是如本领域所理解的。控制器136可以使用来自电池132的电力来工作，和/或控制器136可以具有被配置用于仅向控制器136(而不向马达104)提供电力的专用电池或备用电池。
该一个或多个传感器208至222可以感测电动助力车100的不同运行特征或情境。此外，该一个或多个传感器208至222可以向控制器136提供与具体的测量或感测到的特征相对应的模拟和/或数字信号。例如，制动器传感器208可以向控制器136提供与使用者是否正在进行制动(是否通过制动杠杆或某种其他类型的机械或机电系统)相对应的信号。制动器传感器208还可以在相同的电气信号中或在不同的电气信号中提供关于所进行的制动量的信息。在一些实施例中，当控制器136从制动器传感器208接收到指示正在进行制动的信号时，控制器136可以停止从电池132到马达104的电力流动，无论是通过向电池管理单元224发送信号、还是中断从电池132或其他地方到马达104的电力流动。由于自行车骑车人通常不会同时踩踏和制动，因此在制动过程中停止到马达104的电力流动不太可能对电动助力车100的使用者具有负面影响。另一方面，在制动过程中停止到马达104的电力流动将保存电池电力供之后使用，同时还增强了电动助力车100的制动。
马达支持水平传感器212感测使用者经由手把112中(或电动助力车100上的其他地方)的马达支持水平选择器140所选择的马达支持水平选择器位置。在一些实施例中，马达支持水平传感器212是换能器，该换能器基于马达支持水平选择器140的物理位置来产生电气信号。马达支持水平传感器212将这个或另一个与使用者所请求的支持量相对应的电气信号提供给控制器136。在一些实施例(例如，在轻便摩托车上而不是电动助力车上实施的本披露实施例)中，调速把传感器可以确定(例如，基于经由轻便摩托车调速把所提供的使用者输入)使用者是否在请求无动力、踏板辅助、或来自轻便摩托车马达的全驱动。
节奏传感器216感测踏板120的每分钟转数、并且向控制器136提供对应的电气信号。在一些实施例中，节奏传感器216(或另一个传感器)可以被配置用于还感测使用者输入给踏板216的力的量或动力的量、并且向控制器136提供对应的电气信号。基于所感测到的踏板120的每分钟转数和/或所感测到的使用者输入的力的量或动力的量，控制器136可以确定使用者是否正在使用踏板120。例如，如果节奏传感器216感测到踏板120的每分钟转数为零或接近零、或者输入给踏板120的力的量或动力的量为零或接近零，则控制器136可以确定使用者没有在使用踏板120。
温度传感器218可以被定位在马达104内并且感测马达绕组温度。温度传感器218可以向控制器136提供对应于马达绕组温度的信号。当绕组温度变得太高时(例如，当马达绕组温度超过75摄氏度、或80摄氏度、或85摄氏度时)，控制器136可以使马达104减小动力以防止永久损坏。在一些实施例中，控制器136可以在确定了绕组温度正在接近预定极限时使得马达104的速度或动力输出逐渐减小，直到使马达104在达到预定温度极限时完全停止对电动助力车100的推进作贡献。使用温度传感器218来监测马达绕组温度、以及使用控制器136来基于马达绕组温度而控制马达104可以有利地延长使用者在高动力使用和/或环境炎热条件下的骑行体验。
速度传感器220可以用于测量电动助力车100的速度。速度传感器220可以集成到前轮124中、后轮128中、或电动助力车100上某个其他适合的位置(例如，在具有的旋转速度可以用于确定电动助力车100的向前速度的旋转部件上或附近)。速度传感器220(或控制器136，基于从速度传感器220接收的信息)可以被校准，以基于所感测的信息来确定电动助力车100的直线速度。控制器136可以使用所确定的电动助力车100速度来确保在超过预定极限(例如可以由法律或法规决定)的速度下马达104不被用于推进电动助力车100。此外，基于所确定的电动助力车100速度，控制器136可以随着电动助力车100达到预定最大速度而使马达104的速度或动力输出逐渐减小，从而使得当达到该预定最大速度时，马达104不对电动助力车100的推进作贡献。马达104输出的动力的这种逐渐减小有利地消除了现有技术脚踏电动自行车中的常见情形：当达到预定最大速度时马达突然切断，从而导致骑车者为了使脚踏电动自行车保持以该速度移动而必须对该自行车输入的功的量显著地阶跃增加。
马达传感器222可以测量马达104产生的转矩的量、以及关于马达104的相移、RPM、和/或其他运行特征的信息。在一些实施例中，马达传感器222可以包括位于马达104上或内的一个或多个传感器，其中每个这样的传感器被配置用于测量马达104的特定运行特征。马达传感器222还可以被配置用于基于测得的值来计算一个或多个值(例如，转矩)。马达传感器222测得和/或计算的信息可以经由一个或多个电气信号被提供给控制器136。
电池管理单元224可以对电池224提供的或从该电池获得的模拟或数字信号进行分析。电池管理单元224可以确定电池132的电量、电池132提供的电力的量、和/或其他电池性能和电池健康信息。进一步，电池管理单元224可以接收来自控制器204的输入，以改变电池132的功能或进行其某种其他操作。在一些实施例中，当电池管理单元224检测到电池132已达到预定低电量阈值时，电池管理单元224可以发送信号至控制器136，该控制器进而可以使马达104的速度或动力输出逐渐减小，直到马达104停止对电动助力车100的推进作贡献。在此同样地，马达104输出的动力的这种逐渐减小有利地消除了现有技术脚踏电动自行车中的常见情形：当电池电量耗尽时马达突然切断，从而导致骑车者为了保持脚踏电动自行车移动而必须对该自行车输入的功的量显著地阶跃增加。
上文提到的电池132的预定低电量阈值可以高于电池132的最低安全电量水平。在本披露的一些实施例中，如果总电量水平下降到低于某个百分比(例如，10％)，电池132可能失去被安全再充电的能力。根据本披露的一些实施例，当电池132达到电池132的预定低电量阈值(例如，15％)时电池管理单元224可以发信号给马达控制器136，并且马达控制器136之后可以防止在除了克服马达104的内部阻力所必须的最小转矩水平之外的任何转矩输出水平下使用马达104。在一些实施例中，例如，一旦达到了低电量阈值，马达控制器136可以使马达104仅以最小转矩水平(该水平可以取决于马达在给定时刻的内部阻力的量)下运行。这确保了，电池132具有的电力足以在最小转矩水平(这需要非常少的电力，例如10瓦或更少)下使马达104运行延长的时间段，并且因此使骑车人能够甚至在马达104固定地接合至传动系116上的情况下继续使用电动助力车100而不使马达104对踩踏阻力产生任何显著影响。当然，一旦电池132达到最低安全电量水平，则可以断开来自电池132的用于任何目的的电力流动。
图3提供了控制器136的另一个框图。如图3所示的控制器136的部件可以包括但不限于以下各项中的一项或多项：一个或多个传感器接口304、输入变化确定器308、以及马达控制器或电子离合器312。注意到，虽然图3没有明确地将控制器136示为包括处理器或存储器，但是输入变化确定器308和马达控制器312可以被实施在执行存储器中存储的指令的处理器中或由其执行。额外地或替代性地，输入变化确定器308和马达控制器312中的一者或两者可以包括专用硬件、软件、或硬件和软件的组合。例如，输入变化确定器308和马达控制器312中的一者或两者可以是或包括处理器和存储器、ASIC、或FPGA。
传感器接口304接收来自传感器208-222的电气信号输入，该电气信号输入包括关于以下各项中的一个或多个的感测到的信息(和/或基于感测到的信息而计算出的信息)：例如，电动助力车100的制动、电动助力车100的马达支持水平选择器140的位置、电动助力车100的踏板120的每分钟转数、电动助力车100的速度、和/或电动助力车100的马达104输出的转矩。传感器接口304可以包括必要的软件和/或硬件，以便将从传感器208-222接收到的处于一种或多种第一格式的信号转换成适合于输入变化确定器308使用的第二格式(或一种或多种第二格式)。在一些实施例中，输入变化确定器308可以包括所述一个或多个传感器接口304。
输入变化确定器308经由传感器接口304接收来自该一个或多个传感器208至222的电气信号输入。例如，输入变化确定器308可以接收关于使用者制动电动助力车100的信息。输入变化确定器308可以接收关于电动助力车100的使用者所选的马达支持水平选择器140位置的信息。输入变化确定器308可以接收关于电动助力车100的踏板120的节奏、和/或关于电动助力车100的速度的信息。输入变化确定器308可以接收关于马达104的转矩输出、和/或关于电池132的当前状态的信息。输入变化确定器308可以分析经由传感器接口304接收到的任何此类当前情境信息、并且可以将任何此类当前情境信息与所存储的情境信息进行比较以确定是否发生了任何情境变化。例如，输入变化确定器308可以使用当前情境信息来确定是否已经在电动助力车100的操作方面做出或发生任何变化(例如，电动助力车100的情境是否已经改变)，这些变化需要马达控制器312来调节电动助力车100(或更具体地，马达104)的功能。
马达控制器312包括电子离合器系统。该电子离合器系统可以确保，当停止使用马达104来推进电动助力车100时，马达104继续产生足够的转矩来消除或几乎消除马达104对使用者在踩踏电动助力车100时感觉到的踩踏阻力的影响。这样，马达控制器312可以接收来自输入变化确定器304的关于电动助力车100的操作变化(例如，电动助力车100的情境变化)的变化信息、并且基于该信息可以调节马达104的功能。可以致使马达控制器312调节马达104的功能的变化可以包括：使用者决定踩踏电动助力车100(如通过踏板120的节奏从零或接近零增大到非零数字所指示的)、电动助力车100的速度超过某个预定阈值、电动助力车100的速度下降到低于某个预定阈值、或启用电动助力车100的制动器。另外，如果电池132低于某个预定电量极限(例如，低于总电量的百分之十五(15％))，则马达控制器312可以改变马达104的功能。每当马达104不用于电动助力车100的向前推进、并且电动助力车100的踏板120的节奏为非零(或高于预定非零阈值)时，马达控制器312可以致使马达104以非常低的转矩(不足以对电动助力车100产生向前运动、但足以克服马达104的对旋转造成的内部阻力)起作用，使得马达104不对使用者踩踏电动助力车100添加任何阻力。因此，电动助力车100的使用者不必付出额外的努力来踩踏，即使马达104没有与传动系116物理地脱接合。
图4示出了数据400，该数据可以被马达控制器312用来确定如何控制马达104。数据400可以包括具有一个或多个域的数据结构404。这些域可以包括自行车标识符408、自行车类型412、马达标识符416、马达类型420、运行状态424、以及转矩要求428。数据结构404中可以存在更多或更少的数据域，如椭圆432所表示的。
自行车标识符408可以是限定了自行车的任何类型的独特标识符。这种自行车标识符可以包括字母数字、数字、全球唯一标识符、或其他类型的标识符。自行车ID 408向控制器204提供关于自行车的类型或电动助力车100中的系统布置的信息。
自行车类型412可以包括用于使控制器136确定如何控制马达104以产生希望的转矩量的信息、和/或关于基于电动助力车100的操作状态424该电动助力车100的适当转矩量为多大的信息。
马达ID 416可以是类似于自行车ID的任何类型的ID。例如，马达ID可以是GUID、字母数字ID、数字ID、或某种其他类型的标识了马达104的ID。马达ID可以允许控制器136的处理器240、或控制器136的马达控制器312从存储器240或从控制器136内的其他存储器定位和提取关于马达104、以及如何控制马达104的信息。
操作状态424可以包括允许马达控制器312确定如何运行马达104的信息。例如，如果操作状态424反映电动助力车100的使用者将马达支持水平选择器140配置成请求高水平支持，则马达控制器312可以相应地控制马达104。操作状态424可以反映例如：踏板120和/或马达104的RPM；使用者是否在制动电动助力车100；马达支持水平选择器140的位置；电动助力车100的速度；马达104的转矩输出；马达104的RPM；和/或电池132的电量水平。
如果操作状态424反映使用者正在制动电动助力车100，则马达控制器312可以持续制动时间段地停止到马达104的电力流动或减小马达104马达的转矩输出。此外，如果制动在电动助力车100的速度为零或接近零时结束，则马达控制器312不能恢复到马达104的电力流动直至经由踏板120接收到输入。这确保了，例如，如果电动助力车100的使用者在停止标志或停车灯处制动而停止，则一旦释放制动器，马达104并不立刻致使电动助力车100加速。
如果操作状态424反映使用者正在踩踏并且马达104没有用于向前推进目的(例如，没有将动力传输至电动助力车100的传动系116)，则马达控制器312可以致使马达104以非常低的转矩(不足以对电动助力车100产生向前运动、但足以克服马达104的对旋转造成的内部阻力)起作用，使得马达104不对使用者踩踏电动助力车100添加任何阻力。因此，电动助力车100的使用者不必付出额外的努力来踩踏，即使马达104没有与传动系116物理地脱接合。
所需转矩信息428可以是描述在使用者踩踏时为了克服马达的阻力而需要的转矩量的信息。该信息可以例如从查找表获得，该查找表将(无论是马达104的还是踏板120的)RPM与用于克服马达在该RPM下的阻力的所需转矩量(或必须提供给马达104的电力的量)关联。因此，例如，如果未被供电的马达104被传动系116以20RPM驱动(例如，因为使用者正在踩踏)，则如上文描述的查找表可以用于确定用于克服马达104在20RPM下的内部阻力的所需转矩量、和/或确定为了克服马达104在20RPM下的内部阻力而必须提供给马达104的电力的量。这样的查找表有利地允许马达104以恰当的动力水平运行以克服其内部阻力，而不必使用任何额外的电力来驱动马达104并且还不致使马达104推进电动助力车100(或对电动助力车100的推进作贡献)。
可以基于马达104的制造商所提供的信息、或通过由电动助力车100的制造商进行的测试、或以其他方式来确定这样的查找表中所包含的值。无论如何获得该信息，查找表、或能够确定用于克服马达在不同RPM下的阻力的适当电力和/或转矩要求的替代性数据结构，可以存储在存储器244中或控制器136的任何其他存储器中。
在一些实施例中，所需转矩428中包含的转矩可以作为定子的绕组与转子绕组之间的角度差给出。因此，该角度的量或差可以影响该转矩量。此外，转矩还可以是施加到定子以产生吸引转子产生物理动力的电场的电流量。
图5中展示了用于控制电动助力车100中的马达104的方法500的实施例。一旦方法500开始(步骤504)，控制器136可以从一个或多个传感器208-222和/或从电池管理单元224接收关于电动助力车100的情境变化的信息(步骤508)。替代性地，控制器136可以基于来自该一个或多个传感器208-222和/或电池管理单元224的信息来确定电动助力车100是否发生情境变化。该情境变化可以是从电力辅助骑行(例如，在电动助力车100由马达104以及使用者经由踏板120两者推进的情况下)到无电力骑行(例如，在电动助力车100仅由使用者经由踏板120推进的情况下)的变化。例如，马达支持水平传感器212可以向控制器136发送以下信息：指示使用者将马达支持水平选择器140调节成“关”位置，从而不再请求马达支持。该情境变化还可以是：使用者开始踩踏电动助力车100，和/或电动助力车100的速度从零变成非零数字，或反之亦然。在其他实施例中，节奏传感器216可以确定，使用者已经开始踩踏并且不再希望使用马达104。在其他实施例中，速度传感器220可以指示，已经达到预定最大速度，使得马达104可以不用于进一步推进电动助力车100(当然意味着，使用者必须经由踏板120来提供任何额外需要的推进)。任何的所述情境变化都可以向控制器136提供关于如何控制马达104的信息。额外地或替代性地，控制器136可以被配置用于确定如何基于给定情境或情境变化来控制马达104。
基于步骤508中接收到的情境变化，控制器136可以确定马达104是否要被去电(步骤512)。对马达104去电是指，停止使用马达104来向传动系116传递动力以实现推进电动助力车100的目的。可以响应于指示使用者不再希望使用马达104来辅助向前推进的任何情境变化、和/或指示马达104可以不再用于辅助向前推进(例如，因为电池已经到达最小电量阈值，或者因为已经达到预定最大速度极限)的任何情境变化，来对马达104去电。如果要对马达去电，则方法500前进到步骤516，在该步骤中，确定为了克服马达的内部阻力而需要的转矩量。相反，如果不要对马达去电，则方法500前进到步骤520，在该步骤中，控制器136基于马达支持水平选择器140的位置、和/或其他情境信息(例如，制动动作、速度、节奏)来继续(或开始)将马达104控制在供电状态下。换言之，马达104可以通过向传动系116传递电力来继续用于辅助向电动助力车100的向前运动提供动力，其中由电池132向马达104提供电力以使得马达104能够产生所需的动力。
在步骤516中，控制器136可以确定为了限制或消除马达104对传动系116并且因此对使用者的踩踏施加的摩擦和/或阻力的量而需要的转矩。在此，控制器136可以例如在数据结构404中获得或提取数据，以确定所需转矩或基于马达类型420、自行车类型412、自行车ID 408、马达ID 416、和/或操作状态424来查找所需转矩量。如上文所描述的，这种信息可以用于确定为了使马达228对正在踩踏电动助力车100的使用者提供零阻力而需要的转矩量。
一旦确定该转矩量，在步骤524中，控制器136就可以控制马达提供所需转矩。在此，控制器可以向马达104或电池管理系统224发送信号，以向马达104提供适当的电流量和转矩角以确保，所提供的转矩量正好足以克服马达对使用者踩踏的阻力。
可以连续且自动地执行这里讨论的任何步骤、功能和操作。
已经关于脚踏电动自行车系统描述了本披露的系统和方法。然而，为了避免不必要地模糊本披露，前面的描述省略了许多已知的结构和装置。这种省略不应被解释为对要求保护的披露的范围的限制。阐述了许多细节以提供对本披露的理解。然而，应了解的是，本披露可以以超出本文阐述的具体细节的各种方式来实践。
尽管已经关于特定的事件序列讨论和展示了流程图和框图，但是应了解的是，可以在不显著影响所披露的实施例、构型和方面的操作的情况下对该序列进行改变、添加和省略。
在又一个实施例中，本披露的系统和方法可以结合以下来实施：专用计算机、编程的微处理器或微控制器和一个或多个外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、硬连线电子或逻辑电路例如分立元件电路、可编程逻辑器件或门阵列例如PLD、PLA、FPGA、PAL、专用计算机、任何类似的装置等。总体上，能够实现本文所示方法的任何一个或多个装置或器件可以用于实现本披露的各个方面。可以用于本披露的硬件包括例如计算机、手持设备、电话(例如，蜂窝、因特网、数字、模拟、混合，以及其他的)、以及本领域已知的其他硬件。这些设备中的一些包括处理器(例如，单个或多个微处理器)、存储器、非易失性存储器、输入设备、以及输出设备。此外，还可以构造替代性的软件实现方式来现本文描述的方法，包括但不限于分布式处理或部件/对象分布式处理、并行处理、或虚拟机处理。
在又一个实施例中，所披露的方法可以部分地在软件中实施，该软件可以存储在存储介质上、在控制器和存储器、专用计算机、微处理器等的协作下在编程的通用计算机上执行。在这些情况下，本披露的系统和方法可以被实施作为嵌入在诸如小应用程序、或CGI脚本等个人计算机上的程序，作为驻留在服务器或计算机工作站上的资源，作为嵌入在专用测量系统、系统部件中的例程，等。该系统还可以通过将系统和/或方法物理地结合到软件和/或硬件系统中来实施。
本披露在多个不同实施例、构型和方面包括基本上如在此所描绘和描述的部件、方法、过程、系统和/或设备，包括其不同的实施例、子组合、以及子集。本领域技术人员在理解本披露之后将明白如何制造和使用本文披露的系统和方法。本披露在多个不同实施例、构型和方面包括在不存在本文未描绘和/或描述的事项的情况下，或在其不同的实施例、构型或方面包括在不存在在之前的装置或过程中可能已经使用的此类事项的情况下，提供装置和过程，以例如用于改善性能、实现方便和/或降低实现成本。
已经出于说明和描述的目的给出了本披露内容的前述讨论。前述内容并非意图将本披露内容限制于本文披露的一种或多种形式。在上述用于举例的具体实施方式中，出于精简本披露的目的，将本披露的不同的特征在一个或多个实施例、构型或方面中组合在一起。本披露的实施例、构型或方面的特征可以在除了上面讨论的那些之外的替代性实施例、构型或方面中进行组合。本披露的这种方法不应被解释为反映以下意图，即，所要求权利的本披露需要比在各权利要求中明确叙述的更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的，创造性的方面所仰赖于的要少于单个前述所披露实施例、构型或方面的所有特征。因此，将以下权利要求书特此结合在本详细说明中，其中每个权利要求依赖其自身作为本披露的一个独立的优选实施例。
而且，虽然本披露的描述已经包括了对一个或多个实施例、构型或方面以及某些变更和修改的描述，但其他的变更、组合、以及修改也在本披露的范围之内，例如，正如可能在本领域的技术人员理解了本披露之后的技能和知识范围之内。旨在获得在允许的范围内包括替代性实施例、构型或方面的权利，包括提出了权利要求的那些的替代性的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，而无论此类替代性的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在此被披露均是如此，并且并非旨在公开地献出任何可获专利的主题。
实施例包括一种脚踏电动自行车，该脚踏电动自行车包括：一组踏板；驱动轮；传动系，该传动系被配置用于将动力从该一组踏板传递至该驱动轮；踏板离合器，用于选择性地使该一组踏板与该传动系脱接合；马达，该马达与该传动系处于固定的接合并且被配置用于选择性地将动力传递至该传动系；以及马达控制器，该马达控制器被配置用于当该传动系正在从该一组踏板将动力传递至该驱动轮并且该马达并非正在将动力传递至该传动系时选择性地使该马达以最小转矩水平运行。
上述脚踏电动自行车的各方面包括：其中该最小转矩水平是足以克服该马达的内部阻力的转矩水平；其中该马达控制器包括存储器，该存储器存储了包含关于该最小转矩水平的信息的查找表；用于向该马达提供电力的电池；其中该马达控制器被配置用于在该电池的电量水平达到预定最小电量水平时使该马达以该最小转矩水平运行；其中该预定最小电量水平高于该电池的最低安全电量水平，速度传感器被配置用于将速度信息传输至该马达控制器；节奏传感器被配置用于将节奏信息传输至该马达控制器；马达支持水平传感器被配置用于将马达支持水平信息传输至该马达控制器；制动器传感器被配置用于将制动信息传输至该马达控制器；马达传感器被配置用于将马达信息传输至该马达控制器；并且电池管理单元被配置用于将电池信息传输至该马达控制器。
实施例还包括一种运行脚踏电动自行车的马达的方法，该方法包括：在马达控制器处接收关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息；用该马达控制器的处理器并且基于接收到的信息确定该脚踏电动自行车的马达应减小动力；基于存储在该马达控制器的存储器中的信息并且用该马达控制器的该处理器确定为了克服该马达的内部阻力而需要的最小转矩水平；以及使该马达以该最小转矩水平运行。
上述运行脚踏电动自行车的马达的方法的各方面包括：其中该脚踏电动自行车包括传动系，该传动系被配置用于将动力从一组踏板和马达传递至驱动轮，该一组踏板是与该传动系选择性地可脱接合的，该马达固定地接合至该传动系；其中所述关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息包括关于该脚踏电动自行车的制动、该脚踏电动自行车的马达支持水平选择器的位置、该脚踏电动自行车的一组踏板的节奏、该脚踏电动自行车的马达内的马达绕组温度、该脚踏电动自行车的速度、该脚踏电动自行车的电池的电量状态、或该脚踏电动自行车的马达的信息；其中所述关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息对应于由制动器传感器、马达支持水平传感器、节奏传感器、温度传感器、速度传感器、马达传感器、或电池管理单元感测到的信息；其中所述关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息对应于由该马达传感器感测到的信息，并且该马达传感器感测到的信息包括马达RPM；其中该马达包括直流无刷无槽马达；并且其中存储在该马达控制器的存储器中的所述信息是将马达RPM与最小转矩水平相关联的查找表。
实施例还包括一种脚踏电动自行车电子离合器，该电子离合器包括：处理器；以及存储器，该存储器存储了用于由该处理器执行的指令，所述指令在被执行时致使该处理器：接收来自脚踏电动自行车的制动传感器、马达支持水平传感器、节奏传感器、速度传感器、或电池管理单元的情境信息；基于该情境信息来确定该脚踏电动自行车已经改变的情境；致使该脚踏电动自行车的马达停止向该脚踏电动自行车的传动系传递动力，其中该马达固定地接合至该传动系；使用存储在该存储器中的查找表来识别为了克服该马达的内部阻力而必须的最小转矩水平；以及使该马达以该最小转矩水平运行。
短语“至少一个”、“一个或多个”、“或”和“和/或”是开放式表达，这些短语在操作中既是结合的又是分离的。例如，表达“A、B和C中的至少一者”、“A、B或C中的至少一者”、“A、B和C中的一者或多者”、“A、B或C中的一者或多者”、“A、B和/或C”、“A、B或C”中的每个表达表示单独的A，单独的B，单独的C，A和B在一起，A和C在一起、B和C在一起，或A、B和C在一起。
术语“一”或“一个”实体指的是该实体中的一个或多个。这样，术语“一”(或“一个”)，“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。还应注意，术语“包括”、“包含”和“具有”可互换使用。
如本文所使用的，术语“自动”及其变体指的是在执行过程或操作时，在没有重要的人为输入的情况下完成的任何过程或操作，该过程或操作通常是连续的或半连续的。然而，如果在执行过程或操作之前接收到输入，即使过程或操作的执行使用重要的或不重要的人为输入过程或操作也可以是自动的。如果此类输入影响过程或操作将如何执行，则认为人为输入是重要的。同意执行过程或操作的人为输入不认为是“重要的”。
本披露的各方面可以采取完全是硬件的实施例、完全是软件的实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)、或者组合了软件和硬件方面的实施例的形式，这些通常都可以在这里被称为“电路”、“模块”或“系统”。可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置、或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体实例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一根或多根导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置或前述的任何合适组合。在本文件的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储程序以用于由指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用。
计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，其中计算机可读程序代码嵌入在该数据信号中，例如，在基带中或作为载波的一部分。这种传播的信号可以采用各种各样的形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其并非计算机可读存储介质并且可以通信、传播或传输程序，以用于由指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用。计算机可读介质上嵌入的程序代码可以使用任何适当的媒介来传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等，或者前述的任何合适的组合。
如本文所使用的，术语“确定”、“计算”、“推断”及其变体可互换使用，并且包括任何类型的方法、过程、数学运算或技术。
本文提供的实例旨在是说明性的且非限制性的。因此，为了展示本披露的一个或多个方面而提供的任何一个实例或一组实例不应被视为包括所讨论的方面的整组可能的实施例。可以通过使用诸如“例如”、“比如”、“举例而言”、“如”等语言、以及通常被理解为指示后面的内容为实例的其他语言来标记实例。
本文提及的处理器的实例可以包括但不限于以下各项中的至少一项：800和801、具有4G LTE集成和64位运算的610和615、具有64位架构的A7处理器、M7运动协处理器、系列、CoreTM系列处理器、系列处理器、AtomTM系列处理器、Intel系列处理器、i5-4670K和i7-4770K 22nm Haswell、i5-3570K 22nm Ivy Bridge、FXTM系列处理器、FX-4300、FX-6300和FX-8350 32nm Vishera、Kaveri处理器、TexasJacinto C6000TM汽车信息娱乐处理器、TexasOMAPTM汽车级移动处理器、CortexTM-M处理器、以及Cortex-A andARM926EJ-STM处理器。本文披露的处理器可以使用任何已知的或未来开发的标准、指令集、库和/或架构来执行计算功能。

Claims (20)

1.一种脚踏电动自行车，包括：
一组踏板；
驱动轮；
传动系，该传动系被配置用于将动力从该组踏板传递至该驱动轮；
踏板离合器，用于使该组踏板与该传动系脱接合；
马达，该马达与该传动系处于固定的接合并且被配置用于选择性地将动力传递至该传动系；以及
马达控制器，该马达控制器被配置用于当该传动系正在从该组踏板将动力传递至该驱动轮并且该马达并非正在将动力传递至该传动系时选择性地使该马达以最小转矩水平运行。
2.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，其中，该最小转矩水平是足以克服该马达的内部阻力的转矩水平。
3.如权利要求2所述的脚踏电动自行车，其中，该马达控制器包括存储器，该存储器存储了包含关于该最小转矩水平的信息的查找表。
4.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，进一步包括用于向该马达提供电力的电池。
5.如权利要求4所述的脚踏电动自行车，其中，该马达控制器被配置用于在该电池的电量水平达到预定最小电量水平时使该马达以该最小转矩水平运行。
6.如权利要求5所述的脚踏电动自行车，其中，该预定最小电量水平高于该电池的最低安全电量水平。
7.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，进一步包括速度传感器，该速度传感器被配置用于将速度信息传输至该马达控制器。
8.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，进一步包括节奏传感器，该节奏传感器被配置用于将节奏信息传输至该马达控制器。
9.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，进一步包括马达支持水平传感器，该马达支持水平传感器被配置用于将马达支持水平信息传输至该马达控制器。
10.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，进一步包括制动器传感器，该制动器传感器被配置用于将制动信息传输至该马达控制器。
11.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，进一步包括马达传感器，该马达传感器被配置用于将马达信息传输至该马达控制器。
12.如权利要求1所述的脚踏电动自行车，进一步包括电池管理单元，该电池管理单元被配置用于将电池信息传输至该马达控制器。
13.一种操作脚踏电动自行车的马达的方法，包括：
在马达控制器处接收关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息；
用该马达控制器的处理器并且基于接收到的信息确定该脚踏电动自行车的马达应减小动力；
基于存储在该马达控制器的存储器中的信息并且用该马达控制器的该处理器确定为了克服该马达的内部阻力而需要的最小转矩水平；以及
使该马达以该最小转矩水平运行。
14.如权利要求13所述的方法，其中，该脚踏电动自行车包括传动系，该传动系被配置用于将动力从一组踏板和马达传递至驱动轮，该组踏板是与该传动系选择性地可脱接合的，该马达固定地接合至该传动系。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息包括关于该脚踏电动自行车的制动、该脚踏电动自行车的马达支持水平选择器的位置、该脚踏电动自行车的一组踏板的节奏、该脚踏电动自行车的马达内的马达绕组温度、该脚踏电动自行车的速度、该脚踏电动自行车的电池的电量状态、或该脚踏电动自行车的马达的信息。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息对应于由制动器传感器、马达支持水平传感器、节奏传感器、温度传感器、速度传感器、马达传感器、或电池管理单元感测到的信息。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述关于脚踏电动自行车情境下的变化的信息对应于由该马达传感器感测到的信息，并且该马达传感器感测到的信息包括马达RPM。
18.如权利要求13所述的方法，其中，该马达包括直流无刷无槽马达。
19.如权利要求13所述的方法，其中，存储在该马达控制器的存储器中的所述信息是将马达RPM与最小转矩水平相关联的查找表。
20.一种脚踏电动自行车电子离合器，包括：
处理器；以及
存储器，该存储器存储了用于由该处理器执行的指令，所述指令在被执行时致使该处理器：
接收来自脚踏电动自行车的制动传感器、马达支持水平传感器、节奏传感器、速度传感器、或电池管理单元的情境信息；
基于该情境信息来确定该脚踏电动自行车的情境已经改变；
致使该脚踏电动自行车的马达停止向该脚踏电动自行车的传动系传递动力，其中该马达固定地接合至该传动系；
使用存储在该存储器中的查找表来识别为了克服该马达的内部阻力而必须的最小转矩水平；以及
使该马达以该最小转矩水平运行。
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