CN111017103A - 助力自行车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种助力自行车，该助力自行车包括：第一电机，安装在助力自行车的前轮和后轮中的一者上，以驱动助力自行车；第二电机，安装在前轮和后轮中的另一者上，以驱动助力自行车或发电；电池组，分别与第一电机和第二电机电连接；感测单元，被配置为检测助力自行车的行驶路面的坡度信息；控制器，被配置为基于坡度信息控制第二电机的操作状态。根据本发明的助力自行车可以更容易地实现爬坡，让骑行者爬坡更加舒适、惬意。根据本发明的助力自行车可以最大程度地利用能源。

Description

助力自行车

技术领域

本发明涉及助力自行车领域，更具体地，涉及一种双电机助力自行车。

背景技术

助力自行车一般包括车架、车轮、用于人工蹬踏的踏板总成、电池组、机械变速、控制面板、驱动电机等部件。

除了通过蹬踏人工推进之外，助力自行车可以通过电池组向驱动电机供电来驱动助力自行车行进。例如，当驾驶员追求运动或当电池损坏时，可以使用踏板。助力自行车在爬坡过程中较非助力自行车拥有非常明显的优势。

然而，现有的一些助力自行车需要骑行者通过调整机械变速齿轮达到最佳扭力，增加了骑行者的操作难度。

此外，现有的助力自行车只安装一个驱动电机，由于电池组驱动能力的限制，在上坡时，无法获得较快的行驶速度，在下坡时，无法充分地利用势能。

发明内容

本发明的目的之一在于能够改善爬坡体验的双电机助力自行车。

本发明的目的之一在于能够充分利用能量的双电机助力自行车。

根据本发明的一方面，提供一种助力自行车，所述助力自行车包括：第一电机，安装在所述助力自行车的前轮和后轮中的一者上，以驱动所述助力自行车；第二电机，安装在所述前轮和所述后轮中的另一者上，以驱动所述助力自行车或发电；电池组，分别与所述第一电机和所述第二电机电连接；感测单元，被配置为检测所述助力自行车的行驶路面的坡度信息；控制器，被配置为基于所述坡度信息控制所述第二电机的操作状态。

可选地，所述坡度信息包括反映所述助力自行车正在上坡、平坡、下坡的方向信息以及反映路面的倾斜角度的角度信息。

可选地，所述控制器被进一步配置为：响应于确定所述助力自行车正在上坡并且路面的倾斜角度大于或等于第一预定值，控制所述第二电机操作为电动机，并控制所述电池组向所述第二电机供电；响应于确定所述助力自行车正在上坡并且路面的倾斜角度小于所述第一预定值，控制所述第二电机停止操作。

可选地，所述控制器被进一步配置为：响应于确定所述助力自行车正在下坡并且路面的倾斜角度大于或等于第二预定值，控制所述第二电机操作为发电机，以使所述第二电机为所述电池组充电；响应于确定所述助力自行车正在下坡并且路面的倾斜角度小于所述第二预定值，控制所述第二电机停止操作。

可选地，所述助力自行车还包括电源管理系统，所述电源管理系统响应于所述控制器的控制信号使所述第二电机为所述电池组充电，或者使所述电池组为所述第二电机供电。

可选地，所述控制器被进一步配置为：响应于确定所述助力自行车正在上坡并且路面的倾斜角度大于或等于第一预定值，控制所述电源管理系统以提高所述电池组向所述第一电机供电的输出功率。

可选地，所述感测单元包括水平传感器。

可选地，所述第一电机和所述第二电机中的一个安装在所述后轮的轮毂上，另一个安装在所述前轮的轮毂上。

可选地，所述感测单元被进一步配置为检测所述电池组的放电电路上的电流变化。

可选地，所述控制器被进一步配置为基于所述电流变化确定所述助力自行车的行驶路面为上坡、平坡或下坡。

根据本发明的助力自行车可以实现如下有益技术效果中的至少一个：改善骑行者的爬坡体验；最大程度地利用能源；结合机械变速可以挑战更大角度的坡路。

附图说明

现将详细参照本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明实施例，以便解释本发明。

图1是示出本发明的第一实施例的助力自行车的示意图。

图2是示出本发明的第二实施例的助力自行车的示意图。

图3是示出本发明的助力自行车的第一控制框图。

图4是示出本发明的助力自行车的第二控制框图。

附图标号：

1：车架；2：方向控制轴；3：控制面板；4：前轮；5：后轮；10：第一电机；20：第二电机；30：电池组；40：踏板总成；50：感测单元；60：控制器；70：电源管理系统。

具体实施方式

本发明在助力自行车的前后轮上安装有两个电机，通过调整这两个电机中的至少一个的操作状态，改进爬坡体验和/或提高电池组的单次充电周期内的放电时间。下面将结合附图描述本发明的优选实施例。

图1是示出本发明的第一实施例的助力自行车的示意图，图2是示出本发明的第二实施例的助力自行车的示意图。

本发明的助力自行车可以包括第一电机10、第二电机20、电池组30、感测单元(见图4)和控制器(见图4)。

如图1所示，第一电机10可以安装在助力自行车的前轮4上，例如，固定安装在前轮4的轮毂上，如图2所示，第一电机10也可以安装在后轮5上，例如，固定安装在后轮5的轮毂上，第一电机10可以与电池组30电连接，第一电机10可以利用电池组30的电能驱动助力自行车行进。即，第一电机10可以用作驱动电机(电动机)。

第一电机10可以是直流电动机，例如，无刷直流电机，并且可以是有齿或无齿的，虽然没有示出，但是前轮4与第一电机10之间还可电连接有减速器等其他辅助性部件。例如，该减速器可以具有行星减速结构，该行星减速结构可具有离合结构(例如，离合滚珠)、行星架传动结构等，当第一电机转向为逆时针转动时，离合滚珠锁死，带动行星架传动结构旋转，达到行星传动减速要求，当因外力行星架结构旋转时，行星架逆时针旋转，离合滚珠分离与电机传动轴关系，阻断外力对电机的转速影响，例如，下坡时助力自行车的车速高于第一电机所能施加的转速、助力自行车后退、滑行等。该离合结构可以省略。

如图2所示，第二电机20可以安装在助力自行车的后轮5上，例如，固定安装在后轮5的轮毂上，可选地，第二电机20也可以安装在前轮4上，例如，固定安装在前轮4的轮毂上，第二电机20也可以与电池组30电连接，并且第二电机20可以利用电池组30的电能驱动助力自行车行进，也可以利用自行车的动能为电池组30充电。即，第二电机20即可以用作电动机，也可以用作发电机，第二电机20可以是发电机和电动机的一体机。类似地，也可以在后轮5与第二电机20之间设置减速器等其他辅助性部件。与第一电机10相比，第二电机20可以不包括离合结构。为了获得更高的可靠性，可以对不包括离合结构的第一电机10的外围电路进行进一步改进以实现第二电机20。

电池组30可以分别与第一电机10和第二电机20电连接，电池组30可以安装在助力自行车的支架1上，并且可以安装在踏板总成40的斜上方，电池组30可以是锂电池组，并且可以包括多个电池单元，部分电池单元可以与第一电机10电连接，部分电池单元可以与第二电机20电连接。这些电池单元之间也可以彼此独立，即，电池组30可以包括彼此分开的多个电池单元，这些电池单元可以安装在助力自行车上的不同位置。可选地，每个电池单元可以同时与第一电机10和第二电机20电连接。电池组30可以包括对每个电池单元的充放电进行控制的控制电路以及检测每个电池单元的运行状态的检测电路，这些控制电路、检测电路均可与控制器电连接，以向控制器输出检测信号或控制信号，或者从控制器接收控制信号。

在电池组30与第一电机10以及电池组30与第二电机20的电连接路径上可以设置有控制开关(例如，MOSFET等)，该控制开关可以由控制器和/或电源管理系统(PMS)控制，从而控制电池组30向第一电机10和第二电机20的供电的通断，以及控制第二电机20为电池组30充电的启停。

感测单元50可以检测助力自行车的行驶路面的坡度信息，例如，感测单元可以是水平感应器(例如，水平传感器)、倾角传感器或者加速度传感器等可以测量路面坡度(坡度的正负可以表示上坡还是下坡)的感测部件。感测单元50可以安装在车架1上，并且可以与检测电路电连接，这里的检测电路可以通过集成IC实现，并且可以具有数据采集、滤波放大等功能，感测单元50感测的斜坡信息可被发送到控制器60。

控制器60可以基于坡度信息控制第一电机10和/或第二电机20的操作状态。例如，控制器可以基于坡度信息将第二电机20设置为电动机或发电机，即，控制器60可以改变第二电机20的功能。虽然没有示出，但是控制器60也可以通过诸如集成IC的硬件以及配套的软件实现，控制器60可以与上述检测电路等电连接，并且可以安装在车架1上，这些电气组件可经由穿过支架1的内部空间的线缆等电连接，或者无线连接。

虽然没有示出，但是本发明的助力自行车还可以包括车把、车座、链条、机械变速器等部件。在必要时，骑行者可以踩踏踏板总成40的踏板，人力驱动助力自行车，并且可以通过机械变速器调整脚踏作用力的力矩，以达到省力之目的。下面将结合图3和图4对本发明的助力自行车的控制方式进行详细描述。

图3是示出本发明的助力自行车的第一控制框图，图4是示出本发明的助力自行车的第二控制框图。

本发明的助力自行车所包括的感测单元50可以感测坡度信息，如上所示，这里的坡度信息可以反映助力自行车的行驶路面的倾斜角度信息，并且还可以反映助力自行车的上坡、平坡、下坡(例如，正在上破、下坡或平坡行驶)的方向信息。

如上所示，作为感测单元的水平传感器等可以感测倾斜角度信息，可以感测助力自行车路况信息(例如，正在上坡、正在平坡行驶、正在下坡)，这里的平坡行驶是指助力自行车大体水平行驶在路面上。此时，可以不需要控制第二电机20操作为电动机，而仅需要通过电池组30驱动第一电机10带动助力自行车行驶即可。当只有第一电机10操作为电动机时，第一电机10所安装的轮可以视为主动轮，第二电机20所安装的轮可以视为从动轮，当第一电机10和第二电机20均操作为电动机时，第一电机10和第二电机20所安装的轮均为主动轮，从而可以实现双驱动。

可选地，感测单元50还可以包括电流感测器，在这种情况下，感测单元50可以设置在第一电机10与电池组30的连接电路上，并且可以感测电池组30向第一电机10的放电电路上流动的电流的变化，并将相应的感测信号发送到控制器60，控制器60可以基于电流的变化确定助力自行车的上坡、平坡和下坡。

例如，当电流的大小在预定时间内基本保持不变时，可以确定助力自行车正在平坡行驶，当电流的大小在短时间内发生突变时，可以确定助力自行车正在上坡或下坡，作为非限制性的示例，当电流的大小突然增大并保持基本不变时，可以确定助力自行车正在上坡，当电流的大小突然减小并保持基本不变时，可以确定助力自行车正在下坡。

如图3所示，本发明的助力自行车可以包括：第一电机10，与电池组30电连接；第二电机20，与电池组30电连接；电池组30，向第一电机10和/或第二电机20供电，或从第二电机20接收电力；感测单元50，检测助力自行车的行驶路面的坡度信息并示出感测信号Sp；控制器60，基于坡度信息控制第二电机20的操作状态。虽然没有示出，但第二电机20输出的电力可经由整流和稳压等电路进行处理，这里，整流和稳压电路等可以视为第二电机20的一部分或电池组30的一部分。

例如，控制器60可响应于确定助力自行车在上坡并且倾斜角度大于或等于第一预定值，控制第二电机20操作为电动机，并控制电池组30向第二电机供电。

具体地，当确定助力自行车正在上坡，并且倾斜角度大于6°时，控制器60可以控制第二电机20操作为电动机，例如，控制器60可以控制电池组30向第二电机20供电。由此，第二电机20可以利用电池组30的电能操作为电动机，驱动助力自行车行进，从而实现助力自行车的双驱动，由此，提高助力自行车的爬坡能力，提高助力自行车的爬坡速度，改善骑行体验。

再者，控制器60可响应于确定助力自行车在上坡并且倾斜角度小于第一预定值，控制第二电机停止操作。

例如，当确定助力自行车正在上坡并且路面坡度(倾斜角度)小于6°时，控制器60可以控制第二电机20停止运行。例如，控制器60可以切断第二电机20内的线圈的闭合回路，可选地，可以在该闭合回路上设置可控的开关元件，控制器60可以将诸如PWM信号的控制信号输出到开关元件的受控端子，从而控制开关元件断开，以断开闭合回路，从而可以防止第二电机20操作为发电机，降低助力自行车的行驶速度。

再次，控制器60可响应于确定助力自行车在下坡并且倾斜角度大于或等于第二预定值，控制第二电机20操作为发电机，以使第二电机20为电池组30充电。

例如，当确定助力自行车正在下坡并且路面的坡度大于6°时，控制器60可以控制第二电机20操作为发电机，以充分利用助力自行车的重力势能，提高能源利用率。此外，如此配置，还可以降低助力自行车的车速，不需要过度使用助力自行车的刹车系统，提高行驶安全性。

可选地，控制器60还可以响应于确定助力自行车在下坡并且倾斜角度小于第二预定值，控制第二电机停止操作。

例如，当确定助力自行车正在下坡并且路面的坡度(倾斜角度)小于6°时，控制器60可以控制第二电机20停止操作或停止运行，防止第二电机20操作为发电机而过度影响助力自行车的车速。

控制器60也可以响应于确定助力自行车正在平坡行驶而控制第二电机20停止操作，防止第二电机20操作为发电机而影响助力自行车的车速。

如图4所示，本发明的助力自行车还可包括电源管理系统70，电源管理系统70可以从控制器60接收控制信号Sc，并且可以响应于控制器60的控制信号Sc使第二电机20为电池组30充电，或者使电池组30为第二电机20供电。

电源管理系统70可以向电池组30输出控制信号Sf，控制信号Sf可以控制电池组30的控制电路和检测电路等，以控制电池组30的充放电。电源管理系统70可以通过集成IC和/或软件实现，上文提及的连接在电池组30与第二电机20之间的开关元件可以是电源管理系统70的一部分，或者与电源管理系统70彼此独立。

作为示例，当控制器60基于感测单元50输出的感测信号Sp确定助力自行车正在上坡并且倾斜角度大于或等于第一预定值(例如，6°)时，控制器60可以向电源管理系统70输出控制信号Sc。响应于控制信号Sc，电源管理系统70可以向电池组30输出控制信号Sf，以控制电池组30向第二电机20供电，使其操作为电动机。例如，控制信号Sf可以控制连接在电池组30与第二电机20之间的开关元件导通，由此激活电池组30向第二电机20的放电电路，使第二电机20利用电池组30的电能提高助力自行车的爬坡能力，提高助力自行车的爬坡速度，改善骑行体验。

类似地，当控制器60基于感测单元50的感测信号Sp确定助力自行车正在上坡并且倾斜角度小于第一预定值(例如，6°)，控制器60可以控制第二电机20停止操作。例如，控制器60输出到第二电机20的控制信号Sd可以使连接在第二电机20的感应线圈的闭合回路上的开关元件断开，从而使第二电机20的感应线圈无法形成闭合回路而停止操作。同时，电池组30也可以在电源管理系统70输出的控制信号Sf的作用下停止向第二电机供电。

可选地，控制器60可响应于确定助力自行车在下坡并且倾斜角度大于或等于第二预定值(例如，6°)向电源管理系统70输出控制信号Sc，并且经由电源管理系统70控制第二电机20的操作状态，例如，控制第二电机20操作为发电机，以使第二电机20为电池组30充电。

控制器60可响应于确定助力自行车在下坡并且倾斜角度小于第二预定值(例如，6°)向电源管理系统70输出控制信号Sc，并且经由电源管理系统70控制第二电机20的操作状态，例如，控制第二电机20停止操作，防止第二电机20操作为发电机影响助力自行车的下坡速度。

控制器60可响应于确定助力自行车在平坡行驶而向电源管理系统70输出控制信号，以控制第二电机20停止操作。

如上所示，除了对第二电机20进行控制之外(例如，控制第二电机20的操作状态或控制电池组30向第二电机20的放电功率)，还可以对第一电机10的操作状态或输出功率等进行控制。

根据本发明的实施例，控制器60可进一步配置为：响应于确定助力自行车在上坡并且倾斜角度大于或等于第一预定值，控制电源管理系统70以提高电池组30向第一电机10和/或第二电机20供电的输出功率。

电池组30向第一电机10和/或第二电机20供电的输出功率可以通过指示器(例如，显示器)显示，指示器可以设置在方向控制轴2与方向控制把手的连接位置，控制面板3也可以设置在该连接位置，电池组30向第一电机10和/或第二电机20供电的输出功率可以由骑行者通过控制面板3进行控制。控制面板3也可以由设置在把手上的旋转钮替代。

除此之外，电池组30的充放电状态(例如，剩余电量、电池温度等)信息均可通过显示器显示，便于骑行者实时查看电池组30的运行状态，由此判断是否需要人力驱动助力自行车行进。例如，当控制器60控制第二电机20操作为电动机时，此时指示双驱动的信息可以显示在显示器上，骑行者可以调整机械变速器实现最大扭矩，从而在双驱动模式下，通过踩踏踏板进一步人力驱动助力自行车，以适应更大的坡度的路面(例如，可以实现山路爬坡)。

虽然没有示出，但本发明的控制器、检测电路、显示器等均可设置在方向控制轴2与方向控制把手的连接位置处设置的控制箱内。

根据本发明的实施例的助力自行车可以实现双驱动。

根据本发明的实施例可以改善骑行者的爬坡体验、充分利用助行车的能量，并且可以结合机械变速挑战更大角度的坡路。

为了示意和描述的目的，给出了对本发明的描述，该描述的意图不在于以所公开的形式来穷尽或限制本发明。对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的情况下，可对实施例进行各种修改和改变，这些修改和改变均包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种助力自行车，其特征在于，所述助力自行车包括：

第一电机，安装在所述助力自行车的前轮和后轮中的一者上，以驱动所述助力自行车；

第二电机，安装在所述前轮和所述后轮中的另一者上，以驱动所述助力自行车或发电；

电池组，分别与所述第一电机和所述第二电机电连接；

感测单元，被配置为检测所述助力自行车的行驶路面的坡度信息；

控制器，被配置为基于所述坡度信息控制所述第二电机的操作状态。

2.根据权利要求1所述的助力自行车，其特征在于，所述坡度信息包括反映所述助力自行车正在上坡、平坡、下坡的方向信息以及反映路面的倾斜角度的角度信息。

3.根据权利要求2所述的助力自行车，其特征在于，所述控制器被进一步配置为：

响应于确定所述助力自行车正在上坡并且路面的倾斜角度大于或等于第一预定值，控制所述第二电机操作为电动机，并控制所述电池组向所述第二电机供电；

响应于确定所述助力自行车正在上坡并且路面的倾斜角度小于所述第一预定值，控制所述第二电机停止操作。

4.根据权利要求3所述的助力自行车，其特征在于，所述控制器被进一步配置为：

响应于确定所述助力自行车正在下坡并且路面的倾斜角度大于或等于第二预定值，控制所述第二电机操作为发电机，以使所述第二电机为所述电池组充电；

响应于确定所述助力自行车正在下坡并且路面的倾斜角度小于所述第二预定值，控制所述第二电机停止操作。

5.根据权利要求4所述的助力自行车，其特征在于，所述助力自行车还包括电源管理系统，所述电源管理系统响应于所述控制器的控制信号使所述第二电机为所述电池组充电，或者使所述电池组为所述第二电机供电。

6.根据权利要求5所述的助力自行车，其特征在于，所述控制器被进一步配置为：响应于确定所述助力自行车正在上坡并且路面的倾斜角度大于或等于第一预定值，控制所述电源管理系统以提高所述电池组向所述第一电机供电的输出功率。

7.根据权利要求1所述的助力自行车，其特征在于，所述感测单元包括水平传感器。

8.根据权利要求7所述的助力自行车，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机中的一个安装在所述后轮的轮毂上，另一个安装在所述前轮的轮毂上。

9.根据权利要求1所述的助力自行车，其特征在于，所述感测单元被进一步配置为检测所述电池组的放电电路上的电流变化。

10.根据权利要求9所述的助力自行车，其特征在于，所述控制器被进一步配置为基于所述电流变化确定所述助力自行车的行驶路面为上坡、平坡或下坡。

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