CN115140231A - 用于电动辅助脚踏车的驱动装置以及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电动辅助脚踏车的驱动装置以及驱动方法。驱动装置包括马达、转速传感器、力矩传感器以及控制器。转速传感器感测曲柄的转速值。力矩传感器获得曲柄对电动辅助脚踏车的齿盘施加的力矩平均值。控制器反应于转速值以及力矩平均值来控制马达的输出。

Description

用于电动辅助脚踏车的驱动装置以及驱动方法

技术领域

本发明涉及一种驱动装置以及驱动方法，尤其涉及一种用于电动辅助脚踏车的驱动装置以及驱动方法。

背景技术

随着环保意识抬头，现在骑乘脚踏车的人日益增加，其中电动辅助脚踏车因为有电力辅助，骑乘上较不费力，因此越来越受欢迎。现行电动辅助脚踏车的驱动方式大致上是依据转速、踩踏力矩以及油门输出的其中一者来驱动电动辅助脚踏车。

然而，目前市场上现有的电动辅助脚踏车仅仅是根据转速、踩踏力矩以及油门输出的其中一者的数值来直接控制马达的输出，并没有将上述的数值更进一步去处理与分析。因此现行电动辅助脚踏车的不容易符合使用者对骑乘的要求，使得骑乘感受并不舒适。

发明内容

本发明提供一种用于电动辅助脚踏车的驱动装置以及驱动方法，能够在不同骑乘情境下的提供更舒适的骑乘感受。

本发明的驱动装置适用于电动辅助脚踏车。驱动装置包括马达、转速传感器、力矩传感器以及控制器。马达提供所述电动辅助脚踏车前进所需的驱动转矩。转速传感器感测电动辅助脚踏车的曲柄以及齿盘的其中一者的转速值。力矩传感器获得曲柄对电动辅助脚踏车的齿盘施加的力矩平均值。控制器耦接于马达、转速传感器以及力矩传感器。控制器反应于转速值以及力矩平均值来控制马达的输出。

本发明的驱动方法适用于电动辅助脚踏车。电动辅助脚踏车的齿盘、曲柄以及马达。驱动方法包括：由转速传感器感测曲柄以及齿盘的其中一者的转速值，并由力矩传感器获得曲柄对齿盘施加的力矩平均值；以及反应于转速值以及力矩平均值来控制马达的输出。

基于上述，本发明的驱动装置以及驱动方法反应于转速值以及力矩平均值来控制马达的输出。因此，本发明的驱动装置以及驱动方法能够在不同骑乘情境下的提供更舒适的骑乘感受。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依据本发明一实施例所示出的驱动装置的示意图；

图2是依据本发明一实施例所示出的曲柄的运动示意图；

图3是依据本发明一实施例所示出的驱动方法流程图；

图4是依据本发明一实施例所示出的另一驱动方法流程图；

图5是依据本发明一实施例所示出的骑乘情境示意图。

附图标记说明

100：驱动装置；

110：马达；

120：转速传感器；

130：力矩传感器；

140：控制器；

150：齿盘；

160：曲柄；

CS：控制信号；

RPMmax：最大转速值；

RPMacc：高速转速值；

RPMidle：闲置转速值；

S110～S120：步骤；

S210～S280：步骤；

SIT01～SIT11：骑乘情境；

TVD：预设力矩值；

V1：转速值；

V2：力矩平均值。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

请参考图1以及图2，图1是依据本发明一实施例所示出的驱动装置的示意图。图2是依据本发明一实施例所示出的曲柄的运动示意图。在本实施例中，驱动装置100适用于电动辅助脚踏车。驱动装置100被设置于电动辅助脚踏车上。驱动装置100包括马达110、转速传感器120、力矩传感器130以及控制器140。马达110用以提供电动辅助脚踏车前进所需的驱动转矩以驱动电动辅助脚踏车的至少一车轮。

在本实施例中，转速传感器120感测曲柄160的转速值V1。力矩传感器130获得曲柄160对电动辅助脚踏车的齿盘150施加的力矩平均值V2。力矩平均值V2关联于使用者的踩踏力道。应注意的是，基于曲柄160的方向以及使用者的施力方式，曲柄160所产生的力矩值并不相同。举例来说，当曲柄160呈垂直时所提供的力矩值会明显小于当曲柄160呈水平时所提供的力矩值。因此，在本实施例中，力矩传感器130会感测曲柄160绕行一周的多个力矩值，并纪录所述多个力矩值。接下来，力矩传感器130会对所述多个力矩值进行平均运算以获得力矩平均值V2。举例来说，在曲柄160绕行一周的过程中，力矩传感器130会纪录曲柄160每旋转90°的多个力矩值。也就是4个力矩值。力矩传感器130会对4个力矩值进行平均运算以获得力矩平均值V2。另举例来说，在曲柄160绕行一周的过程中，力矩传感器130会纪录曲柄160每旋转60°的多个力矩值。也就是6个力矩值。力矩传感器130会对6个力矩值进行平均运算以获得力矩平均值V2。

也应注意的是，转速值V1以及力矩平均值V2会共同反映出使用者的骑乘状况。

在一些实施例中，转速传感器120感测齿盘150的转速值V1。也就是说，转速传感器120感测曲柄160或齿盘150的转速值V1。

在本实施例中，控制器140耦接于马达110、转速传感器120以及力矩传感器130。控制器140会接收来自于转速传感器120的转速值V1并且接收来自于力矩传感器130的力矩平均值V2。控制器140会反应于转速值V1以及力矩平均值V2来控制马达110的输出。在本实施例中，控制器140会反应于转速值V1以及力矩平均值V2提供控制信号CS。马达110会反应于控制信号CS提供对应的输出。也就是说，基于控制器140的控制，马达110会提供对应于转速值V1以及力矩平均值V2的骑乘状况的输出。

控制器140例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)、可程序化逻辑设备(Programmable Logic Device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，其可加载并执行计算机程序。

在此值得一提的是，驱动装置100反应于转速值V1以及力矩平均值V2来控制马达110的输出。转速值V1以及力矩平均值V2会能够反映出使用者的骑乘状况。因此，驱动装置100能够对用户的骑乘状况对马达110的输出进行控制。如此一来，驱动装置100能够在不同骑乘情境下提供更舒适的骑乘感受。

请同时参考图1以及图3，图3是依据本发明一实施例所示出的驱动方法流程图。本实施例的驱动方法在步骤S110中会感测曲柄160以及齿盘150的其中一者的转速值V1，并获得曲柄160对齿盘150施加的力矩平均值V2。本实施例的驱动方法可适用于驱动装置100。在本实施例中，转速值V1可以经由转速传感器120来获得。力矩平均值V2可以经由力矩传感器130来获得。驱动方法在步骤S120中会反应于转速值V1以及力矩平均值V2来控制马达110的输出。在本实施例中，步骤S120可以由控制器140来执行。步骤S110、S120的实施细节可以至少由图1、图2实施例中获得足够的教示，因此恕不在此重述。

请同时参考图1以及图4，图4是依据本发明一实施例所示出的另一驱动方法流程图。本实施例的驱动方法可适用于驱动装置100。在本实施例中，驱动方法在步骤S210中会经由转速传感器120感测曲柄160以及齿盘150的其中一者的转速值V1，并经由力矩传感器130获得曲柄160对齿盘150施加的力矩平均值V2。在步骤S220中，控制器140会判断转速值V1是否大于闲置转速值。当转速值V1被判断出低于或等于闲置转速值时，控制器140会在步骤S230中对马达110进行控制，以使马达110停止输出。也就是说，马达110在步骤S230中不提供驱动转矩。具体来说，转速值V1低于或等于闲置转速值(例如是10RPM)意味着电动辅助脚踏车的转速值V1极低。马达110会停止输出而不论力矩平均值V2为何。因此，使用者例如在电动辅助脚踏车停止的情况下踩动踏板而产生力矩平均值V2，马达110会停止输出。如此一来，在电动辅助脚踏车停止的情况下，驱动装置100可预防用户踩踏在踏柄上而使马达110突然提供输出所造成的危险。在步骤S230之后，驱动方法会回到步骤S210。在本实施例中，闲置转速值可以依据实际的需求被修改或设定，本发明并不以10RPM为限。

在另一方面，当转速值V1在步骤S220中被判断出高于闲置转速值时，控制器140会在步骤S240中判断转速值V1是否高于高速转速值。当转速值V1被判断出高于高速转速值时，控制器140会在步骤S250中依据转速值V1对马达110进行控制，使得马达110提供高速输出。具体来说，转速值V1高于高速转速值(例如是800RPM，本发明并不以此为限)意味着电动辅助脚踏车的转速值V1很高。因此，马达110会被控制以提供高速输出。在本实施例中，高速转速值可以依据实际的需求被修改或设定，本发明并不以800RPM为限。

在本实施例中，所述的高速输出会与转速值V1呈正相关，并且介于马达110的满载输出与马达110的满载输出的预设百分比(例如约50％，也就是满载输出的一半)之间。在一些实施例中，所述的高速输出会与转速值V1呈正比并介于马达110的满载输出与马达110的满载输出的预设百分比之间。在步骤S250之后，驱动方法会回到步骤S210。在本实施例中，预设百分比可以依据实际的需求被修改或设定，本发明并不以50％为限。

在本实施例中，当转速值V1在步骤S240中被判断出高于闲置转速值并且低于或等于高速转速值时，控制器140会在步骤S260中进一步判断力矩平均值V2是否高于预设力矩值。当力矩平均值V2在步骤S260中被判断出高于预设力矩值时，控制器140会在步骤S270中对马达110进行控制，以使马达110提供对应于力矩平均值V2的输出。也就是说，当转速值V1高于闲置转速值并且低于或等于高速转速值，并且力矩平均值V2高于预设力矩值时，马达110会在步骤S270中被控制以提供对应于力矩平均值V2的输出。举例来说，在步骤S270中，马达110的输出会与力矩平均值V2呈正相关。另举例来说，在步骤S270中，马达110的输出会与力矩平均值V2呈正比。在步骤S270之后，驱动方法会回到步骤S210。在本实施例中，预设力矩值可以依据实际的需求被修改或设定。

在另一方面，当力矩平均值V2在步骤S260中被判断出小于或等于预设力矩值时，控制器140会在步骤S280中对马达110进行控制，以使马达110提供预设输出。也就是说，当转速值V1高于闲置转速值并且低于或等于高速转速值，并且力矩平均值V2小于或等于预设力矩值时，马达110会在步骤S280中被控制以提供预设输出。举例来说，预设输出大致上是马达110的满载输出的预设百分比。在步骤S280之后，驱动方法会回到步骤S210。

接下来举例说明驱动装置在不同的骑乘情境下的实施细节。请同时参考图1、图4以及图5，图5是依据本发明一实施例所示出的骑乘情境示意图。图5示出了骑乘情境SIT01～SIT11。首先，在骑乘情境SIT01中，例如是电动辅助脚踏车处于刹车状态中，转速值V1小于闲置转速值RPMidle。因此，控制器140会控制马达110停止输出(步骤S230)而不论力矩平均值V2为何。

在骑乘情境SIT01的后期，使用者开始踩踏电动辅助脚踏车的踏柄，使得转速值V1被增加。在骑乘情境SIT02中，转速值V1大于闲置转速值RPMidle并且小于或等于高速转速值RPMacc。此外力矩平均值V2大于预设力矩值TVD。因此，控制器140会控制马达110提供对应于力矩平均值V2的输出(步骤S270)。

在骑乘情境SIT03中，电动辅助脚踏车行驶于上坡路段，转速值V1降低，但仍大于闲置转速值RPMidle并且小于或等于高速转速值RPMacc。此外，力矩平均值V2增加，但仍大于预设力矩值TVD。因此，马达110仍会提供对应于力矩平均值V2的输出(步骤S270)。骑乘情境SIT02、SIT03中，马达110所提供的输出会对应于使用者的踩踏力道。

在骑乘情境SIT04中，电动辅助脚踏车行驶于平面路段，使用者降低了踩踏力道，使得力矩平均值V2小于预设力矩值TVD但转速值仍大于闲置转速值RPMidle。因此，控制器140会控制马达110提供预设输出(步骤S280)。预设输出可例如是马达110的满载输出的预设百分比。

在骑乘情境SIT05的前段，使用者使电动辅助脚踏车停止。转速值V1小于闲置转速值RPMidle。力矩平均值V2小于预设力矩值TVD。因此，控制器140会使马达110停止输出(步骤S230)。在骑乘情境SIT05的后段，使用者轻轻踩踏踏柄，虽然力矩平均值V2小于预设力矩值TVD，但转速值V1大于闲置转速值RPMidle并且小于或等于高速转速值RPMacc。因此，控制器140会控制马达110提供预设输出(步骤S280)。

在骑乘情境SIT06的前段，马达110仍会提供预设输出(步骤S280)。在骑乘情境SIT06的后段，转速值V1大于高速转速值RPMacc。因此，马达110会提供高速输出(步骤S250)。也就是说，不论力矩平均值V2是否高于预设力矩值TVD(图中以力矩平均值V2小于预设力矩值TVD为例)，马达110都会提供高速输出。高速输出会与转速值V1呈正相关，并且介于马达110的满载输出与马达110的满载输出的预设百分比之间。在本实施例中，马达110的满载输出可例如是对应到电动辅助脚踏车的最大转速值RPMmax。在一些实施例中，马达110的满载输出可例如是对应到电动辅助脚踏车的额定车速的输出。在一些实施例中，对应于额定车速的输出对应到最大转速值RPMmax。

在骑乘情境SIT07中，电动辅助脚踏车行驶于上坡路段。转速值V1大于闲置转速值RPMidle并且小于等于高速转速值RPMacc。使用者大幅提高了踩踏力道，使得力矩平均值V2大于预设力矩值TVD。因此，控制器140会控制马达110提供对应于力矩平均值V2的输出(步骤S270)。

在骑乘情境SIT08中，电动辅助脚踏车行驶于平面路段。使用者降低了踩踏力道，但力矩平均值V2还是大于预设力矩值TVD。因此，控制器140会控制马达110提供对应于力矩平均值V2的输出(步骤S270)。

在骑乘情境SIT09中，电动辅助脚踏车行驶于下坡路段。电动辅助脚踏车开始滑行。使用者不踩踏踏柄，使得转速值V1小于闲置转速值RPMidle并且力矩平均值V2小于预设力矩值TVD。因此，控制器140会控制马达110停止输出(步骤S230)。

在骑乘情境SIT10中，电动辅助脚踏车行驶于平面路段。骑乘情境SIT10相似于骑乘情境SIT02的范例。控制器140会控制马达110提供对应于力矩平均值V2的输出(步骤S270)。

在骑乘情境SIT11中，使用者使电动辅助脚踏车停止。因此，控制器140会使马达110停止输出(步骤S230)。

由此可知，驱动装置100能够在骑乘情境SIT01～SIT11下配合使用者的操作来控制马达110的输出。由于转速值V1以及力矩平均值V2会反应出使用者在不同骑乘情境的骑乘操作。因此，驱动装置100能够提供更舒适的骑乘感受。

综上所述，本发明的驱动装置以及驱动方法反应于齿盘或曲柄的转速值以及力矩平均值来控制马达的输出。由于转速值以及力矩平均值会反应出使用者在不同骑乘情境的骑乘操作。如此一来，本发明的驱动装置以及驱动方法能够在不同骑乘情境下满足使用者的骑乘要求，从而提供更舒适的骑乘感受。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种用于电动辅助脚踏车的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括：

马达，经配置以提供所述电动辅助脚踏车前进所需的驱动转矩；

转速传感器，经配置以感测所述电动辅助脚踏车的曲柄以及齿盘的其中一者的转速值；

力矩传感器，经配置以获得所述曲柄对所述电动辅助脚踏车的所述齿盘施加的力矩平均值；以及

控制器，耦接于所述马达、所述转速传感器以及所述力矩传感器，经配置以反应于所述转速值以及所述力矩平均值来控制所述马达的输出。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当所述转速值低于或等于闲置转速值时，所述控制器控制所述马达以停止提供所述马达的输出。

3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当所述转速值高于高速转速值时，所述控制器依据所述转速值控制所述马达以提供高速输出。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述高速输出与所述转速值呈正相关，并且介于所述马达的满载输出与所述马达的满载输出的预设百分比之间。

5.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当所述转速值高于闲置转速值并且低于或等于高速转速值，并且所述力矩平均值大于预设力矩值时，所述控制器控制所述马达以提供对应于所述力矩平均值的输出。

6.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当所述转速值高于闲置转速值并且低于或等于高速转速值，并且所述力矩平均值小于或等于预设力矩值时，所述控制器控制所述马达以提供预设输出。

7.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述力矩传感器感测所述曲柄绕行一周的多个力矩值，并对所述多个力矩值进行平均运算以获得所述力矩平均值。

8.一种用于电动辅助脚踏车的驱动方法，其特征在于，所述电动辅助脚踏车的齿盘、曲柄以及马达，其中所述驱动方法包括：

由转速传感器感测所述曲柄以及所述齿盘的其中一者的转速值，并由力矩传感器获得所述曲柄对所述齿盘施加的力矩平均值；以及

反应于所述转速值以及所述力矩平均值来控制所述马达的输出。

9.根据权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法还包括：

当所述转速值低于或等于闲置转速值时，控制所述马达以停止提供所述马达的输出而不论所述力矩平均值为何。

10.根据权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法还包括：

当所述转速值高于高速转速值时，依据所述转速值控制所述马达以提供高速输出。

11.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，所述高速输出与所述转速值呈正相关，并且介于所述马达的满载输出与所述马达的满载输出的预设百分比之间。

12.根据权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，反应于所述转速值以及所述力矩平均值来控制所述马达的输出的步骤包括：

当所述转速值高于闲置转速值并且低于或等于高速转速值，并且所述力矩平均值大于预设力矩值时，控制所述马达以提供对应于所述力矩平均值的输出。

13.根据权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，反应于所述转速值以及所述力矩平均值来控制所述马达的输出的步骤包括：

当所述转速值高于闲置转速值并且低于或等于高速转速值，并且所述力矩平均值小于或等于预设力矩值时，控制所述马达以提供预设输出。

14.根据权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，获得所述曲柄对所述齿盘施加的所述力矩平均值的步骤包括：

感测所述曲柄绕行一周的多个力矩值；以及

对所述多个力矩值进行平均运算以获得所述力矩平均值。

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