CN112046672A - 一种电助力自行车的电机控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电助力自行车的电机控制方法，包括控制器采集车速信号和踩踏信号；控制器按时间顺序保存有限个的踩踏信号的数据，并以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考值，根据设定的踩踏信号值的范围，当踩踏信号超过其范围时，这组踩踏信号将作为有效数据保存在控制器中，同时剔除最早前的一组数据；控制器将对保存的有限个的踩踏信号按滤波规则进行计算，并将最后的结果作为控制电机运行的其中一组依据；控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出。通过计算加权平均值滤波的方式提高车辆行驶的平稳性。通过在踩踏力矩变化大时改变电机输出功率，使得助力自行车既具有力矩模式的助力优势，又具有速度模式的骑行舒适性。

Description

一种电助力自行车的电机控制方法
技术领域
本发明涉及自行车领域，尤其涉及一种电助力自行车的电机控制方法。
背景技术
随着技术的发展，自行车也从原本的纯人力转换为纯电力驱动，随着消费理念和环保观念的变化，如今的电动车也开始向人电混动转型，现有的力矩型电动助力车，通常以速度模式或力矩模式控制助力自行车，其中速度模式虽然骑行舒适度较好，但是比较费电，切不能智能的调节助力输出，力矩模式控制的助力自行车，骑行舒适性较低，电机输出功率不够平顺。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种电助力自行车的电机控制方法，包括：
S1，控制器采集车速信号和踩踏信号；
S2，控制器按时间顺序保存有限个的踩踏信号的数据，并以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考值，根据设定的踩踏信号值的范围，当踩踏信号超过其范围时，这组踩踏信号将作为有效数据保存在控制器中，同时剔除最早前的一组数据；
S3，控制器将对保存的有限个的踩踏信号按滤波规则进行计算，并将最后的结果作为控制电机运行的其中一组依据；
S4，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出。
进一步地，步骤S2中，还包括对两次采集信号的时间间隔进行判断，当两次采集信号的时间间隔超过一定值后，这组踩踏将作为有效数据保存在控制器，同时剔除最早前的一组数据。
进一步地，所述踩踏信号至少包过踩踏力矩信号和踩踏速度信号。
进一步地，所述踩踏信号还包括踩踏方向信号。
进一步地，所述踩踏信号的踩踏力矩信号数据记录为每个踩踏周期的最大值。
进一步地，所述滤波规则可以为加权递推均值滤波、均值滤波、中位值滤波或递推平均滤波。
进一步地，所述滤波规则可以为加权递推均值滤波、均值滤波、中位值滤波或递推平均滤波。
进一步地，步骤S4中，所述控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出为，在踩踏信号的踩踏力矩信号不变时，以踩踏速度信号和踩踏方向信号为依据，以恒定功率驱动电机。
进一步地，步骤S2中，以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考，当踩踏的信号超过一定值，这组踩踏将作为有效数据保存在控制器，同时剔除最早前的一组数据，上述过程中，当踩踏的信号未超过一定值时，记录为一次时间刷新，时间间隔进行重新计数。
进一步地，所述控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出为，在车速为0时，控制器逐步提高电机电流，在车速不为0时，控制器即时响应踩踏信号。
本发明的有益效果为：
1)通过计算加权平均值滤波的方式提高车辆行驶的平稳性。
2)通过在踩踏力矩变化大时改变电机输出功率，使得助力自行车既具有力矩模式的助力优势，又具有速度模式的骑行舒适性。
3)通过在0速度启动时，缓慢提高电机电流，提高用户的行驶安全性并提高电机寿命。
附图说明
图1为本发明助力车自动变速装置的组件连接示意图；
图2为实施例1的程序流程示意图；
图3为实施例2的程序流程示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
电助力自行车，其控制系统包括、控制器、仪表、电机、踩踏传感器和速度传感器。其中，该踩踏传感器可独立存在或作为一个组件集成在电机中。
实施例1
一种电助力自行车的电机控制方法，参照图1和2所示，包括：
S1，控制器采集车速信号和踩踏信号；
S2，控制器按时间顺序保存有限个的踩踏信号的数据，并以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考值，根据设定的踩踏信号值的范围，当踩踏信号超过其范围时，这组踩踏信号将作为有效数据保存在控制器中，同时剔除最早前的一组数据；
S3，控制器将对保存的有限个的踩踏信号按滤波规则进行计算，并将最后的结果作为控制电机运行的其中一组依据；
S4，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出。
其中，踩踏信号至少包过踩踏力矩信号和踩踏速度信号，本实施例中，该传感器包括了踩踏力矩信号、踩踏速度信号和踩踏方向信号。
当然，在使用AB双相的编码器作为踩踏速度和踩踏方向判别的传感器中，踩踏速度信号和踩踏方向信号依靠AB两相的输出信号进行判别，并非单独存在。
控制器包含有电机的控制算法，在本实施例中的控制器，该控制算法为：控制器采集车速信号和踩踏信号，其中，控制器按时间顺序保存有限个的踩踏信号的数据，并以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考，控制器采集的踩踏信号包括踩踏力矩信号、踩踏速度信号和踩踏方向信号，特别的是，踩踏力矩信号只保存单个踩踏周期中的力矩信号最大值。
其中，单个踩踏周期依据传感器种类的不同可定义为1圈、半圈或多圈。在本方案使用的具有双边力矩的踩踏传感器中，单个踩踏周期定义为传感器旋转半圈。
以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考值，根据设定的踩踏信号值的范围，当踩踏信号超过其范围时，这组踩踏信号将作为有效数据保存在控制器中，同时剔除最早前的一组数据；该过程中，踩踏信号超过其范围为当采集到的力矩信号大于或小于当前力矩信号的平均值并超过一定范围，或踩踏方向变化，该踩踏数据将作为有效数据保存。
控制器将对保存的有限个的踩踏信号按滤波规则进行计算，并将最后的结果作为控制电机运行的其中一组依据，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出。
特别的，本方案中，采用的滤波方式为加权递推均值滤波。为了实现该滤波算法。控制器保存的有限个的踩踏信号的数量至少为3个。
作为一个较佳的实施例，控制器保存的有限个的踩踏信号的数量为10-12个，且最新获得的数据具有更大的权重值。
当然，上述实施例中的加权递推均值滤波的滤波规则可以选择均值滤波、中位值滤波或递推平均滤波等其他滤波方式，以获得期望的平滑输出。
本实施例中，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出为，在车速为0时，控制器逐步提高电机电流，降低齿轮冲击保护，并提高用户的骑行安全性，在车速不为0时，控制器即时响应踩踏信号，上述的即使响应踩踏信号为，当前的控制值比之前的控制值有改变时，电机的电流变化率将比0速度启动时的变化率更高，电机的响应速度缩短为0速度启动时的20％以内或小于200ms。
特别的，本实施例中，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出，在踩踏信号的踩踏力矩信号不变或变化不大时，此时的由于踩踏信号的改变小于一定值，这些数据将不会被记录，控制器对踩踏信号的计算结果将保持不变，此时，控制器将以踩踏速度信号和踩踏方向信号为依据，以速度控制方式进行控制，以恒定功率驱动电机。
当踩踏传感器输出值变化较大时，此时控制器将响应力矩变化，改变电机的助力输出，使得电机的助力比例输出与人骑行力度一致，本方案集成了力矩助力方式和速度助力方式两者的优点，相比纯速度控制的助力自行车，车辆的行驶感受将更为“跟脚”且比纯力矩控制的助力自行车具更好的舒适性。
实施例2
一种电助力自行车的电机控制方法，参照图1和3所示，包括：
S1，控制器采集车速信号和踩踏信号；
S2，控制器按时间顺序保存有限个的踩踏信号的数据，并以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考值，根据设定的踩踏信号值的范围，当踩踏信号超过其范围和/或两次采集信号的时间间隔超过一定值后时，这组踩踏信号将作为有效数据保存在控制器中，同时剔除最早前的一组数据；
S3，控制器将对保存的有限个的踩踏信号按滤波规则进行计算，并将最后的结果作为控制电机运行的其中一组依据；
S4，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出。
其中，踩踏信号至少包过踩踏力矩信号和踩踏速度信号，本实施例中，该传感器包括了踩踏力矩信号、踩踏速度信号和踩踏方向信号。
当然，在使用AB双相的编码器作为踩踏速度和踩踏方向判别的传感器中，踩踏速度信号和踩踏方向信号依靠AB两相的输出信号进行判别，并非单独存在。
控制器包含有电机的控制算法，在本实施例中的控制器，该控制算法为：控制器采集车速信号和踩踏信号，其中，控制器按时间顺序保存有限个的踩踏信号的数据，并以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考，控制器采集的踩踏信号包括踩踏力矩信号、踩踏速度信号和踩踏方向信号，特别的是，踩踏力矩信号只保存单个踩踏周期中的力矩信号最大值。
其中，单个踩踏周期依据传感器种类的不同可定义为1圈、半圈或多圈。在本方案使用的具有双边力矩的踩踏传感器中，单个踩踏周期定义为传感器旋转半圈。
以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考值，根据设定的踩踏信号值的范围，当踩踏信号超过其范围和/或两次采集信号的时间间隔超过一定值时，这组踩踏信号将作为有效数据保存在控制器中，同时剔除最早前的一组数据；该过程中，踩踏信号超过其范围为当采集到的力矩信号大于或小于当前力矩信号的平均值并超过一定范围，或踩踏方向变化，或当前踩踏频率超过之前踩踏频率的一定范围后，该踩踏数据将作为有效数据保存。
特别的，由于以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考，当踩踏的信号超过一定范围和/或两次采集信号的时间间隔超过一定值后，这组踩踏将作为有效数据保存在控制器，同时剔除最早前的一组数据，上述过程中，由于当踩踏的信号未超过一定值时，时间计数有溢出的可能，为此，当踩踏方式变化幅度较小时，当存在骑行踩踏，控制器将以踩踏速度信号为依据，每捕获一次踩踏速度信号，控制器将记录为一次时间刷新，同时重置时间，对时间间隔进行重新计数。避免时间溢出后获得错误的踩踏数据。导致车辆骑行舒适度下降。或助力功率与人踩踏不一致。
其中，两次采集信号的时间间隔具体为：在接收一次踩踏信号后，时间刷新，以重新计时，当到达预设刷新时间的最大值仍未接收到信号，则以0最为有效数据保存在控制器中，同时时间计数进行刷新；当然，控制器中也会预设有效值时间间隔最大值，当收到下一次踩踏信号之间的时间间隔超过有效值时间间隔最大值时，该踩踏信号作为有效数值保存在控制器中，同时时间计数进行刷新。
控制器将对保存的有限个的踩踏信号按滤波规则进行计算，并将最后的结果作为控制电机运行的其中一组依据，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出。
特别的，本方案中，采用的滤波方式为加权递推均值滤波。为了实现该滤波算法。控制器保存的有限个的踩踏信号的数量至少为3个。
作为一个较佳的实施例，控制器保存的有限个的踩踏信号的数量为10-12个，且最新获得的数据具有更大的权重值。
当然，上述实施例中的加权递推均值滤波的滤波规则可以选择均值滤波、中位值滤波或递推平均滤波等其他滤波方式，以获得期望的平滑输出。
本实施例中，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出为，在车速为0时，控制器逐步提高电机电流，降低齿轮冲击保护，并提高用户的骑行安全性，在车速不为0时，控制器即时响应踩踏信号，上述的即使响应踩踏信号为，当前的控制值比之前的控制值有改变时，电机的电流变化率将比0速度启动时的变化率更高，电机的响应速度缩短为0速度启动时的20％以内或小于200ms。
特别的，本实施例中，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出，在踩踏信号的踩踏力矩信号不变或变化不大时，此时的由于踩踏信号的改变小于一定值，这些数据将不会被记录，控制器对踩踏信号的计算结果将保持不变，此时，控制器将以踩踏速度信号和踩踏方向信号为依据，以速度控制方式进行控制，以恒定功率驱动电机。
当踩踏传感器输出值变化较大时，此时控制器将响应力矩变化，改变电机的助力输出，使得电机的助力比例输出与人骑行力度一致，本方案集成了力矩助力方式和速度助力方式两者的优点，相比纯速度控制的助力自行车，车辆的行驶感受将更为“跟脚”且比纯力矩控制的助力自行车具更好的舒适性。
本发明一种电助力自行车的控制方法的有益效果为：
1)通过切换工作模式，使得力矩型电助力自行可工作在速度模式或纯电动模式下。
2)通过算法，实现对损坏功能的屏蔽，降级使用，避免车辆中途趴窝，影响用户体验。
3)设置有切换开关和油门转把，可手动切换车辆工作模式，给用户更多选择。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，包括：
S1，控制器采集车速信号和踩踏信号；
S2，控制器按时间顺序保存有限个的踩踏信号的数据，并以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考值，根据设定的踩踏信号值的范围，当踩踏信号超过其范围时，这组踩踏信号将作为有效数据保存在控制器中，同时剔除最早前的一组数据；
S3，控制器将对保存的有限个的踩踏信号按滤波规则进行计算，并将最后的结果作为控制电机运行的其中一组依据；
S4，控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出。
2.根据权利要求1所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，步骤S2中，还包括对两次采集信号的时间间隔进行判断，当两次采集信号的时间间隔超过一定值后，这组踩踏将作为有效数据保存在控制器，同时剔除最早前的一组数据。
3.根据权利要求1所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，所述踩踏信号至少包过踩踏力矩信号和踩踏速度信号。
4.根据权利要求3所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，所述踩踏信号还包括踩踏方向信号。
5.根据权利要求3所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，所述踩踏信号的踩踏力矩信号数据记录为每个踩踏周期的最大值。
6.根据权利要求1所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，所述滤波规则可以为加权递推均值滤波、均值滤波、中位值滤波或递推平均滤波。
7.根据权利要求1所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，所述滤波规则可以为加权递推均值滤波、均值滤波、中位值滤波或递推平均滤波。
8.根据权利要求1所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出为，在踩踏信号的踩踏力矩信号不变时，以踩踏速度信号和踩踏方向信号为依据，以恒定功率驱动电机。
9.根据权利要求1所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，步骤S2中，以当前的有限个的踩踏信号数据的平均值作为参考，当踩踏的信号超过一定值，这组踩踏将作为有效数据保存在控制器，同时剔除最早前的一组数据，上述过程中，当踩踏的信号未超过一定值时，记录为一次时间刷新，时间间隔进行重新计数。
10.根据权利要求1所述的一种电助力自行车的电机控制方法，其特征在于，所述控制器根据车速和踩踏信号控制电机输出为，在车速为0时，控制器逐步提高电机电流，在车速不为0时，控制器即时响应踩踏信号。
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