CN110740925A - 电动助力自行车的助力控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电动助力自行车(1)的助力控制方法，其包括以下步骤，根据所述步骤：A)在非助力模式下：曲柄组(3)在对应于启用阈值的角度范围α内执行(101)旋转行程；检测系统(10)检测(102)旋转和行进的角度(103)；如果超过启用阈值，则启用助力；B)在助力模式下：曲柄组(3)在对应于停用阈值的角度范围β内执行(101)旋转行程；检测系统(10)检测(102)旋转和行进的角度(103)；如果超过停用阈值，则停用助力。

Description

电动助力自行车的助力控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动助力自行车的助力控制方法。本发明还涉及一种用于电动助力自行车的助力控制装置。

背景技术

电动助力自行车越来越广泛地得到使用。电机释放的动力通过曲柄组与骑自行车的人提供的动力结合，从而相应地减少了骑自行车的人所用的力。通过减少骑自行车的人所用的力，这样的自行车例如可以来进行长途旅行，甚至可以进行具有显著高度差的旅行。

电动助力自行车通常包括电机、电池以及助力驾驶或管理装置，助力驾驶或管理装置允许骑自行车的人启用或停用助力，并且在某些情况下，可以管理助力强度。控件通常位于自行车的车把上，以便用手指进行手动致动。

例如，文献US 2009181826描述了一种用于控制电动自行车的控制系统，其包括电动自行车、信息处理单元、监测装置、输入装置和显示器。电动自行车和信息处理单元彼此交换信息。该信息包括来自电动自行车的数据、电动自行车控制数据，任何可能的锻炼例程。监测装置监测骑自行车的人的身体状况，并用监测的数据与信息处理单元进行通信。该装置还用于管理电动自行车，以便将骑自行车的人的心率维持在目标心率。

文献EP 2801495描述了一种电动自行车的机电控制系统，其包括设置在车把上的“智能”装置。用户界面使得可以配置自行车控制参数。来自骑自行车的人的信息和有关自行车的信息可以显示在智能移动外围装置上。

文献EP 2979967描述了一种电动助力自行车，其包括：至少一个车轮；适用于驱动车轮的电机；适用于控制电机的控制装置；以及适用于向电机供电的可充电可拆卸电池。该电池包括链接到适用于与用户的个人电子装置进行通信的通信接口的电子中央单元，该电池的电子中央单元适用于根据多种控制模式来控制电机以及根据从个人电子装置接收的设定信号改变控制方式。

这些自行车控制和管理系统通常很复杂，难以理解和使用，并且不直观。此外，它们在行驶时引起骑自行车的人的注意。最后，它们使车把上的有限可用空间杂乱。

文献EP3064423描述了一种用于电动助力自行车的控制接口，该控制接口使用曲柄组的运动来控制不同的电动助力水平。传感器使得可以确定曲柄组的旋转方向以及所施加的扭矩的强度。该文献示出了一系列可识别的典型情况以及相应的命令代码。所提供的管理案例，即“低”、“中”、“高”，取决于用户的需求，对应于各种助力水平。该文献未介绍使得可以启用/停用助力的任何模式。相反，该文献表明，在与来自用户的命令相对应的水平上，助力功能持续启用。

因此，需要一种更简单、更直观且体积较小的系统。为了克服这些各种缺点，本发明提供了不同的技术手段。

发明内容

首先，本发明的第一目的在于提供一种简单、可靠且体积不大的控制装置。

本发明的又一个目的在于提供一种对用户来说直观的用于控制助力的装置和方法。

本发明的又一个目的在于为装置提供响应时间，该响应时间不会对用户造成不利影响。

为此，本发明提供了一种电动助力自行车的助力控制方法，其包括以下步骤，根据所述步骤：

A)如果自行车处于非助力模式：

-(i)自行车的曲柄组接收沿自行车的前进方向的相反方向的致动力FA；

-(ii)曲柄组在对应于启用阈值的角度范围α内执行旋转行程；

-(iii)检测系统检测曲柄组的相反方向旋转和行进的角度；

-(iv)如果超过启用阈值，检测系统检测到超过阈值，并且助力控制装置启用所述助力；

-(v)曲柄组接收沿自行车的前进方向的致动力，并且自行车以助力模式前进(蹬车的力与电机结合)；

B)如果自行车处于助力模式：

-(i)自行车的曲柄组接收沿自行车的前进方向的相反方向的致动力；

-(ii)曲柄组在对应于停用阈值的角度范围β内执行旋转行程；

-(iii)检测系统检测曲柄组的相反方向旋转和行进的角度；

-(iv)如果超过停用阈值，检测系统检测到超过阈值，并且助力控制装置停用所述助力；

-(v)曲柄组接收沿自行车的前进方向的致动力，并且自行车以非助力模式前进(仅用户通过他或她蹬车动作产生的力)。

该方法对于骑自行车的人来说易于实施，可靠，并且使得可以简化自行车的车把上的指令。

根据有利的实施方案，助力的启用阈值或停用阈值对应于最小的行进角度为90度，更优选为180度。

阈值使得可以避免在骑自行车的人没有真正意图的情况下启用或停用助力功能。可以提供最小的反向蹬车速度，例如对应于两秒的时间，或更优选地为一秒，以超过阈值。

可以例如在循环中提供多个助力模式(例如“助力配置文件a”，“助力配置文件b”等，然后是停用模式)。控制不同助力模式所需的角行程可以与助力启用阈值或停用阈值完全相同或不同。例如，设置180°用于启用/停用助力，并且设置360°用于命令改变助力配置文件。

本发明还提供一种用于如前所述的电动助力自行车的助力控制装置，所述自行车包括曲柄组、车轮、电机和传动装置，电机连接到所述两个车轮中的至少一个，传动装置将曲柄组连接到车轮中的至少一个，

-所述装置包括：

i)检测系统，其用于检测曲柄组的旋转方向以及与启用阈值相对应的角度范围α和与停用阈值相对应的角度范围β；

ii)助力控制模块，其一方面连接到检测系统，另一方面连接到电机，以便控制助力的启用和/或停用。

该装置使得可以简单且自发地使助力装置脱扣和接合。最小旋转阈值可以避免意外动作。

根据一个有利的实施方案，检测系统包括至少一个固定在自行车车架上的传感器和多个磁体(或其他可检测元件)，这些磁体沿周向分布在曲柄组的内部牙盘的圆周上。作为变型，旋转元件设置在踏板的轴线上，链条上或传动带上。

有利地，该装置包括以这样的方式设置的两个传感器，使得它们可以检测曲柄组的旋转方向。

同样有利地，助力启用阈值或停用阈值对应于最小的行进角度为90度，更优选为180度。

启用角度值和停用角度值可以相同或不同。

有利地，检测系统和控制模块使得还可以控制助力的强度。

附图说明

在下面的实施方式中给出了所有实施方案的细节，并辅以仅作为非限制性示例呈现的图1至图5，其中：

-图1是功能流程图，其示出了用于控制助力的启用或停用的主要步骤；

-图2是电动助力自行车的示例的示意性侧视图；

-图3是设置有助力控制装置的曲柄组的示例的示意图；

-图4是助力控制装置的第一示例性实施方案的示意图；

-图5是助力控制装置的第二示例性实施方案的示意图。

具体实施方式

图1是功能流程图，其示出了操作步骤的示例，其主要步骤使得可以实施用于控制自行车的电动助力的方法。

步骤100至106示出了电启用/停用操作。在步骤100，骑自行车的人沿相反方向从正常的向前蹬车切换到启用/停用蹬车。然后，曲柄组接收相反旋转方向上的致动力FA。在步骤101，曲柄组执行角行程α(对于启用模式)或β(对于停用模式)，在下文中更详细地描述的检测系统10使得可以检测向后蹬车动作(步骤102)以及检测行进的角度范围(步骤103)。

为了避免意外和/或不适时的模式改变，设置了最小的向后蹬车范围。该范围形成启用/停用阈值。例如，为了能够从一种模式切换到另一种模式，需要最小角度范围为90°，最好是180°。根据第一实施方案，阈值α(对于启用模式)和β(对于停用模式)的值是不同的。作为变型，阈值可以相同。

如果曲柄组执行越过阈值所需的角行程，则检测系统检测到该角行程，并且控制模块13启用/禁用自行车的电助力(步骤104)。

骑自行车的人随后切换到正常的向前蹬车模式，以利用新选择的模式(步骤105)。然后，自行车根据新选择的助力或非助力模式前进(步骤106)。

为了改变模式，骑自行车的人根据选择重复他或她想要的方法的步骤，他或她想重复多少次就重复多少次。

该方法的操作模式是简单的，并且对于骑自行车的人来说尤其直观，骑自行车的人可以仅通过他或她的腿的动作来命令与他或她的自行车的推进有关的所有动作。因此，如在没有电助力的传统自行车上一样，手部水平的动作仅限于驱动和制动。

图2和图3示出了设置有电助力控制装置的自行车的示例。自行车1通常包括车架2、曲柄组3、车轮4、车把5和将曲柄组连接到驱动轮的传动装置6(例如链条、传动带或轴杆)。

电机7补充了该组件。由骑自行车的人通过曲柄组3所用的力之外，电机还起作用。与无助力模式相比，在助力模式下，电机并联运行，并允许骑自行车的人提供减轻或更少的力量。骑自行车的人也可以使用非助力模式，在该模式下，电机停用或与传动链断开。

为了允许骑自行车的人管理从一种模式到另一种模式的切换，自行车设置有检测系统10。根据实施方案，该系统可以采取几种形式。在所示的示例中，系统设置一个或更多个传感器11，其固定安装在例如车架2上，靠近内部牙盘8。磁体12在内部牙盘8的圆周上周向分布。控制模块13优选地布置在电机7附近，使得可以作用在电机7上以启用或停用电助力。

图4示意性地示出了检测系统10的第一示例。该系统使用通常在电动助力自行车上使用的踏板传感器11，传感器中装有微电子器件。每个传感器包括三根导线，地线，电源(例如5V)和输出(例如0至5V)。当曲柄组3停止或正方向旋转时，输出电压为0V。当曲柄组3正方向旋转时(与踏板速度成正比)，输出电压为非零值，例如在1至5V之间。第一传感器11沿常规方向放置，并沿正方向监视踏板。第二传感器12相对于第一传感器旋转180°，以便能够检测到反方向的蹬车(向后蹬车)。

图5示意性地示出了检测系统10的第二实施方案。两个传感器11使得可以确保向后蹬车检测功能。当第一磁体12经过传感器11附近时，内部微触点在传感器中闭合(例如，将检测信号从0切换到1)。根据该实施方案，当磁体12经过传感器11的前方时，信号切换为1，并且当磁体12不再位于传感器11的前方时，信号返回至0。

如图5中来自传感器的信号的示意图所示，当来自第一传感器的信号已经为1而来自第二传感器11的信号切换为1时，蹬车方向为正方向。当第二传感器的信号切换为1而第一传感器的信号仍为0时，蹬车方向为反方向。

根据有利的实施方案，检测系统10还使得可以检测曲柄组3行进的角度范围。当此角度范围达到计划的最小阈值时，将修改助力模式。所述启用阈值使得可以避免不期望的模式改变。为了启用/停用助力功能，还可能需要相反方向的最小旋转速度。

作为变型，检测系统10还可以评估施加在踏板上的致动力FA。这种力量越大，助力就越高。相反，当致动力较小时，助力水平较低。该实施方案使得可以获得与骑自行车的人所用的力相匹配的助力。

再次作为变型，当曲柄组3的旋转速度高于限定值且持续时间大于限定值时，控制装置也可以停用助力。

借助控制装置，自行车无需在车把上添加手动界面即可进行操作，所有模式都可以直接通过曲柄组进行管理和控制。

附图中使用的附图标记

1 电动助力自行车

2 车架

3 曲柄组

4 车轮

5 车把

6 传动装置(例如链条、传动带或轴杆)

7 电机(位于车轮、曲轴组或其他位置)

8 内部牙盘

10 检测系统

11 传感器

12 磁体

13 控制模块。

Claims (11)

1.一种电动助力自行车(1)的助力控制方法，其包括以下步骤，根据所述步骤：

A)如果自行车处于非助力模式：

-i)自行车的曲柄组(3)接收(100)沿自行车的前进方向的相反方向的致动力FA；

-ii)曲柄组(3)在对应于启用阈值的角度范围α内执行(101)旋转行程；

-iii)检测系统(10)检测(102)曲柄组(3)的相反方向旋转和行进的角度(103)；

-iv)如果超过启用阈值，检测系统检测到(104)超过阈值，并且助力控制装置(13)启用所述助力；

-v)曲柄组(3)接收沿自行车的前进方向的致动力(105)，并且自行车以助力模式前进(106)；

B)如果自行车处于助力模式：

-i)自行车的曲柄组(3)接收(100)沿自行车的前进方向的相反方向的致动力；

-ii)曲柄组(3)在对应于停用阈值的角度范围β内执行(101)旋转行程；

-iii)检测系统(10)检测(102)曲柄组的相反方向旋转和行进的角度(103)；

-iv)如果超过停用阈值，检测系统检测到(104)超过阈值，并且助力控制装置(13)停用所述助力；

-v)曲柄组(3)接收沿自行车的前进方向的致动力(105)，并且自行车以非助力模式前进(106)。

2.根据权利要求1所述的电动助力自行车(1)的助力控制方法，其中，助力的启用阈值或停用阈值对应于最小的行进角度为90度，更优选为180度。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的电动助力自行车(1)的助力控制方法，其中，所述启用角阈值和停用角阈值是相同的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电动助力自行车(1)的助力控制方法，其中，检测系统(10)和控制模块(13)使得还能够控制助力的强度。

5.一种用于根据权利要求1至4中任一项所述的电动助力自行车(1)的助力控制装置，所述自行车包括曲柄组(3)、车轮(4)、电机(7)和传动装置(6)，电机(7)连接到两个车轮(4)中的至少一个，传动装置(6)将曲柄组(3)连接到车轮(4)中的至少一个，

其特征在于，该装置包括：

i)检测系统(10)，其用于检测曲柄组(3)的旋转方向以及与启用阈值相对应的角度范围α和与停用阈值相对应的角度范围β；

ii)助力控制模块(13)，其一方面连接到检测系统(10)，另一方面连接到电机(7)，以便控制助力的启用和/或停用。

6.根据权利要求5所述的用于电动助力自行车(1)的助力控制装置，其中，所述检测系统(10)包括至少一个固定在自行车(1)的车架(2)上的传感器(11)以及在曲柄组的内部牙盘(8)的圆周上周向分布的磁体(12)。

7.根据权利要求6所述的用于电动助力自行车(1)的助力控制装置，其包括两个传感器(12)，所述两个传感器(12)布置成使得它们能够检测所述曲柄组(3)的旋转方向。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的用于电动助力自行车(1)的助力控制装置，其中，助力启用阈值或停用阈值对应于的最小的行进角度为90度，更优选为180度。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的用于电动助力自行车(1)的助力控制装置，其中，所述启用角度值和停用角度值是相同的。

10.根据权利要求5至8中的任一项所述的用于电动助力自行车(1)的助力控制装置，其中，所述启用角度值和停用角度值是不同的。

11.根据权利要求5至10中的任一项所述的用于电动助力自行车(1)的助力控制装置，其中，检测系统(10)和控制模块(13)使得还能够控制助力的强度。

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