CN117794624A - 轮滑装置的电动辅助件 - Google Patents

Abstract

一种带有电动辅助的轮滑装置（400），包括至少两个轮子（104），所述装置还包括：用于测量代表轮式装置运动的物理量的值的机构（13、14）；检测推进事件的机构（15），该事件随所测量的代表运动的物理量的值的函数变化，此事件与使用者对所述装置的脚部推进动作相对应；电机（105），可在检测到脚部推进事件后，在被称为脉冲持续时间的预定义时间段内驱动至少一个所述轮子旋转。

Description

轮滑装置的电动辅助件

技术领域

本发明涉及一种电动辅助轮滑装置、一种带有电动辅助的轮滑装置的模块和一种轮滑装置的电动辅助方法。它尤其适用于轮滑装置，如滑板、直排轮滑鞋、双排四轮旱冰鞋和滑板车。

背景技术

目前有几种类型的电动推进装置。特别是滑板车、滑板，例如带有电动推进的“长板”或“长滑板”类型的数量有所增加。然而，由于电动推进轮式装置的使用者只需操作一个控制器，就能向前移动，无需付出丝毫体力就能实现推进，因此他失去了对最初练习的运动的所有感觉能力。

已知有电动辅助自行车，除了使用者提供的力气以外，电动辅助自行车可通过电机对轮子的作用来帮助使用者保持目标速度。然而，电动辅助自行车通常会考虑大齿盘的转速和/或施加在踏板上的压力，从而推算出电机提供的能量。此外，考虑到需要移动的自行车重量和轮子尺寸，电动辅助自行车上使用的装置非常笨重，需要施加很大的扭矩。

悬浮滑板采用陀螺测试仪，电动滑板采用遥控器（有时采用压力传感器），滑板车则利用车把上的触发器或油门来确定需要提供的电能量，从而达到一定的速度。

已知US 2019/184 265号专利申请，公开了利用加速度传感器检测使用者运动的电动辅助直排轮滑鞋。

还已知US 2013/282 216号专利申请，公开了利用负载传感器或运动检测来确定使用者正在进行推进运动的电动辅助直排轮滑鞋。

由于需要利用积分和各种滤波器来处理信号，因此这两种方法在计算方面要求较高。此外，由于必须加装一个或多个专门的传感器，例如加速度计或惯性单元、负载传感器或使用者脚部和手腕上的传感器，因此这种方法的成本也较为高昂，操作繁琐。

发明内容

本发明旨在弥补上述全部或部分缺点。

为此，根据第一方面，本发明设想了一种用于包括至少两个轮子的带有电动辅助的轮滑装置的模块，所述模块包括：

- 机构，用于测量三相电机至少一相代表轮式装置运动的电压；

- 三相电机，可在检测到脚部推进事件后，在称为“脉冲持续时间”的预定义时间段内驱动至少一个所述轮子旋转；以及

- 检测推进事件的机构，该事件随三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值的函数变化，此事件与使用者对所述装置的脚部推进相对应。

有了这些设置，使用者就可以保留使用与进行滑行运动（例如滑直排轮滑、滑旱冰、滑滑板或滑滑板车）相关的那只脚进行推动的感觉，同时在用脚推动时还可以偶尔得到电动辅助，以便爬坡或以很小的力气滑行更远的距离。

此外，由于三相电机具有控制速度的机构，因此也具有测量至少一个电压的机构，所以没有必要加装昂贵的传感器。此模块可省去加速度计，只需处理发电机各相之间的电压，即可确定是否需要加速。在某些实施例中，所述检测机构将电机各相与地面之间的每个反电动势与至少一个预定义电压限值进行比较。

有了这些设置，由于电机的两个相位可以同时为零，因此就可以在每个瞬间识别与大于预定义电压限值的电机的至少一个相位的反电动势相对应的推进事件。

在某些实施例中，所述检测机构还包括用于根据三相电机至少一相的电压值与若干预定义电压限值之间的比较结果检测使用者步速的机构，每个预定义电压限值代表使用者的步速。

有了这些设置，就可以根据单个电压测量值确定使用者的移动步速（即移动速度）。

在某些实施例中，所述检测机构还包括用于控制随所确定的步速函数变化的为三相电机提供电能的电信号的循环比的机构。

有了这些设置，就可以在检测到推进事件时，调整提供给电机的功率，为使用者提供辅助。

在某些实施例中，作为本发明主题的模块还包括用于控制随所确定的步速函数变化的脉冲持续时间的机构。

有了这些设置，就可以根据使用者的步速来调整脉冲持续时间。这是因为在推进事件期间，速度快的使用者脚着地的时间较短，因此必须对推进时间做出相应调整。

在某些实施例中，所述检测机构可检测随三相电机至少一相的电压导数值和至少一个预定义负限值（称为“预定义导数限值”）的函数变化的制动事件。

在某些实施例中，所述模块包括用于当三相电机至少一相的电压导数值小于预定义导数限值时启动电机制动器的机构。

有了这些设置，就可以启动电机制动器，辅助使用者进行制动操作。

在某些实施例中，作为本发明主题的模块包括：

- 用于测量物理量（代表运动）的值的第二机构，包括角度变化测量机构，所述角度变化测量机构可测量代表装置倾斜度的物理量的值，

其中，

- 所述检测机构包括用于识别所测量的倾斜度的增加或减少的测定机构；以及

- 此装置包括用于抑制随所测量的倾斜度的值的函数变化的电机的机构。

有了这些设置，当使用者下坡时，电动辅助就会停用，从而避免使用者以不安全、过快的速度下坡。

在某些实施例中，所述装置是直排轮滑鞋或双排四轮旱冰鞋，它还包括：

- 用于计算至少一个角度差的机构；

- 用于检测制动事件（代表使用者制动）的机构，包括用于将角度差与预定义角度限值进行比较的机构，当角度变化大于预定义角度限值时检测到制动事件。

有了这些设置，就可以根据使用者的运动来调整电机的动作。

在某些实施例中，当检测到制动事件时，所述电机的驱动速度会降低。

有了这些设置，所述电机就能为使用者提供制动辅助。

在某些实施例中，作为本发明主题的装置包括可为电机供电的自主电源，所述电机包括至少一个可产生电能的发电机，所述自主电源通过产生的电能充电。

有了这些设置，在下坡时就能为电源充电。对于直排轮滑鞋和双排四轮旱冰鞋，当穿在使用者另一只脚上的双排四轮旱冰鞋或直排轮滑鞋与地面接触时，可为穿在使用者一只脚上的双排四轮旱冰鞋或直排轮滑鞋上设置的电源充电。

在某些实施例中，所述脉冲持续时间不到两秒，优选不到一秒。

有了这些设置，电动辅助就可以帮助移动，但并不能帮助持续推进。

根据第二方面，本发明设想了一种带有电动辅助的轮滑装置，包括至少两个轮子和本发明主题的模块。

作为本发明主题的装置的特定目的、优点和特征与作为本发明主题的模块相似，所以这里不再赘述。

在某些实施例中，本发明设想了成对的装置，所述成对的装置是本发明的主题，其中，每个装置都是直排轮滑鞋或双排四轮旱冰鞋，当所测量的电压大于这对装置中单独一个装置上的预定义电压限值时，检测到推进事件。

有了这些设置，就可以避免在下坡等情况下，将推进与双脚保持着地相混淆。

在某些实施例中，每个装置包括用于与另一装置通信的机构，可传输由包括通信机构的所述装置测量的电压，和/或当由包括通信机构的所述装置测量的电压大于预定义电压限值时与另一装置通信。

有了这些设置，这对装置中单独一个装置就可以包括比较机构，或者仅在所测量的电压大于预定义电压限值时进行通信，以减少能量使用。

在某些实施例中，装置的至少一个检测机构可检测随以下参数函数变化的一对装置中每个装置的下坡或惯性滑行事件：

- 三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值；以及

- 三相电机该相电压的导数的符号。

有了这些设置，就可以始终根据单个电压测量值来确定使用者是在下坡还是在惯性滑行，而无需另外使用传感器。

在某些实施例中，检测机构15可在该相电压的导数值小于“预定义导数限值”时检测到惯性滑行事件。

有了这些设置，就可以确定使用者是在制动还是在惯性滑行，而无需另外使用传感器。

根据第三方面，本发明设想了一种包括至少两个轮子的轮滑装置的电动辅助方法，所述方法包括：

- 测量步骤，测量代表轮式装置运动的三相电机至少一相的电压；

- 机动化步骤，可在检测到脚部推进事件后，在称为“脉冲持续时间”的预定义时间段内驱动至少一个所述轮子旋转；以及

- 检测步骤，检测随三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值函数变化的推进事件，此事件与使用者对所述装置的脚部推进相对应。

作为本发明主题的方法的特定目的、优点和特征与作为本发明主题的装置相似，所以这里不再赘述。

附图说明

参照附件中包括的附图，从下面对作为本发明主题的装置、模块和方法的至少一个特定实施例的非限制性描述中，本发明的其他优点、目的和具体特征将变得显而易见，其中：

- 图1示意性地显示了作为本发明主题的装置的第一特定实施例；

- 图2示意性地显示了作为本发明主题的装置沿运动轴的加速度随时间函数变化的曲线；

- 图3示意性地显示了作为本发明主题的直排轮滑鞋或双排四轮旱冰鞋沿横向轴的加速度随时间函数变化的曲线；

- 图4示意性地显示了与不带电动辅助的装置的速度和电动推进装置的速度相比，作为本发明主题的装置的速度随时间函数变化的曲线；

- 图5示意性地显示了随检测到的事件函数变化的电机供电模式；

- 图6示意性地用透视法显示了作为本发明主题的双排四轮旱冰鞋的第一特定实施例；

- 图7示意性地用透视法显示了作为本发明主题的滑板的第一特定实施例；

- 图8示意性地用透视法显示了作为本发明主题的滑板车的第一特定实施例；

- 图9示意性地显示了作为本发明主题的一对直排轮滑鞋和便携式通信终端的第一特定实施例；

- 图10示意性地显示了电机的一个相与地面之间产生的电流电压随时间函数变化的曲线；

- 图11示意性地以逻辑图的形式显示了作为本发明主题的方法的一个特定实施例的一系列步骤；

- 图12示意性地显示了作为本发明主题的装置的第二特定实施例。

具体实施方式

本说明书以非限制性方式给出，其中一个实施例的每个特性都可以以有利的方式与任何其他实施例的任何其他特性相结合。

在说明书的其余部分，以下术语具有以下定义：

- “前”或“前部”：在图1中位于左侧，在图6和图8中位于右侧；

- “后”或“后部”：在图1中位于右侧，在图6和图8中位于左侧；

- “左”：在图1中位于前景，在图6和图8中位于背景；

- “右”：在图1中位于背景，在图6和图8中位于前景；

- “横向”或“侧面”：位于右侧，也可位于左侧。

这些方位与使用者在图1、图6和图8所示装置上的使用位置相对应。

术语“脚部推进”是指使用者用脚部做出姿势，使装置向给定方向（称为“运动轴”）移动。例如，对于滑板或滑板车，脚部推进是一只脚踩在地面上，向给定方向推动并移动，另一只脚则踩在滑板车或滑板上。

对于直排轮滑鞋或双排四轮旱冰鞋，脚部推进与在一只直排轮滑鞋或双排四轮旱冰鞋上运动相对应，与运动轴的夹角小于90°，然后与在另一只直排轮滑鞋或双排四轮旱冰鞋上运动相对应。双脚以本领域技术人员熟知的方式形成“V”字形。

在轮式装置上用脚推进直排轮滑鞋移动的方法是本领域技术人员熟知的方法。这些方法利用了脚部推进，即在地面上通过脚部推动。

定义了一个坐标空间，包括运动轴100、垂直于运动轴并平行于轮子旋转轴的轴线（称为“横向轴”）101以及垂直于运动轴和横向轴的轴线（称为“纵向轴”）102。这里需要指出的是，无论轮式装置的轮子数量和排列如何，轮子的旋转轴都平行。无论装置类型如何，轴线都相同。因此，参考空间如图1、图6、图7和图8所示。

请注意，轮滑装置是一种装有轮子可以进行滑动运动的装置。轮滑装置是指滑板车、滑板、直排轮滑鞋、双排四轮旱冰鞋。自行车和越野摩托车（缩写为“BMX”）不属于滑动装置。轮滑装置的轮子直径一般在80 mm-200 mm之间。

请注意，这些附图并非按比例绘制。

图1（并非按比例绘制）显示了作为本发明主题的电动辅助轮滑装置20一个实施例的示意图。

装置20是直排轮滑鞋。直排轮滑鞋20包括至少两个轮子104、21和/或22，其旋转轴平行且不同。在所示实施例中，直排轮滑鞋20包括三个轮子104、21和/或22，其旋转轴平行且等距。轮子以本领域技术人员熟知的方式沿平行于运动轴的轴线排列。在某些变体（未显示）中，直排轮滑鞋20包括四个轮子。

直排轮滑鞋20包括框架23，轮子104、21和/或22固定在框架23上。框架23还包括用于承托使用者鞋子或脚部的板，以及用于紧固使用者鞋子或脚部的机构24、25、26、27和/或28。

优选地，紧固机构24、25、26、27和/或28包括两个部分24和25，其中至少一个部分可沿运动轴100相对于框架23平移。部分25可定位在与鞋跟或脚后跟接触的位置，因此称为“后部”；部分24可定位在脚趾或包含脚趾的鞋端部位置，因此称为“前部”。这些实施例使直排轮滑鞋适用于所有尺寸的鞋和脚。例如，至少有一个部分24或25通过轴线与运动轴平行的滑动连杆固定在框架上，这种滑动连杆的实施例是本领域技术人员所熟知的。优选地，后部25可相对于框架23移动。

优选地，紧固机构的两个部分24和25通过回位弹簧（未显示）连接，回位弹簧可使部分24和25在滑动连杆的轴线上靠得更近。因此，使用者可以将鞋或脚放在这两个部分之间，弹簧会拉近每个部分24和25的距离，首先与脚跟接触，其次与脚趾端部或鞋子包含脚趾端部的部分接触。

优选地，前部24包括位于沿滑动连杆轴线距离后部最远的一端的限位器，后部25包括位于沿滑动连杆轴线距离前部最远的一端的限位器，这些限位器可确保通过紧固机构的两个部分24和25像钳子一样将鞋和/或脚固定到位。

在某些实施例中，前部24包括沿着与轮子相对的方向延伸的紧固件27，可环绕使用者的鞋或脚。例如，紧固件27包括固定在前部24一侧的条带，所述条带以本领域技术人员熟知的方式插入连接在前部24另一侧的锁扣中。

在某些实施例中，后部25包括沿着与轮子相对的方向延伸的紧固件28，可至少部分环绕使用者的脚跟。例如，紧固件28包括固定在后部25一侧的条带，所述条带以本领域技术人员熟知的方式插入连接在后部25另一侧的锁扣中。

优选地，后部25包括可承托使用者脚跟的支撑件26。紧固件28优选与支撑件26相对设置，以包围使用者的脚跟。这些实施例可以避免在摔倒等情况下对脚跟造成伤害。

直排轮滑鞋20包括电动辅助模块103，所述电动辅助模块103包括：

- 用于测量物理量（代表带有轮子104、21和/或22的装置20运动）的值的机构13或14，

- 三相电机（105），可在检测到脚部推进事件后，在称为“脉冲持续时间”的预定义时间段内驱动至少一个所述轮子104旋转；以及

- 用于检测随三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值函数变化的推进事件的机构15，此事件与使用者对装置20的脚部推进相对应。

在某些实施例中，模块103可以拆卸。换言之，模块103可与装置20、60、70和/或80分开销售。模块103可以是套件的一部分，套件还包括自主电源19，以及将自主电源19紧固至装置20、400、60、70和/或80的机构。

优选地，模块103安装在轮子104中。

优选地，如图12所示，电机105安装在轮子104中，其他机构403通过电缆与电机105连接。其他机构403是不与上文或下文所述模块103的电机或轮子19结合的任何机构。这些其他机构403和自主电源19可装入包中。由于自主电源是远程的，因此这些实施例可以提高装置的紧凑性，减轻每个装置的重量。在这些实施例中，模块103作为套件出售，包括至少一个轮子104、自主电源19和所述其他机构，特别是测量机构13和检测机构15，每个轮子104配备一根连接电缆。

在图12所示的某些实施例中，装置400是直排轮滑鞋，包括电机105的轮子104固定在板402上，板402可与直排轮滑鞋400任何类型的鞋401兼容。

电机105可在检测到脚部推进事件后，在称为“脉冲持续时间”的预定义时间段内启动。优选地，所述脉冲持续时间不到两秒，甚至更优选不到一秒。例如，脉冲持续时间为500 ms。所述脉冲持续时间可存储在存储器中。

在某些实施例中，在应用机器学习算法或模块103发出调整命令后调整所述脉冲持续时间。在某些变体中，模块103通过通信机构接收调整命令。

优选地，三相电机105是无刷电机，又称为“自控式永磁同步电机”。这种电机没有旋转换向器，因此也没有电刷。相反，控制机构则对定子绕组中的电流进行换向。优选地，控制机构以本领域技术人员熟知的方式安装在电机中。

在此需要指出，三相电机是包括三块永久磁铁的电机，因此由三相电流提供动力。

还需要注意，任何电机都会产生电动势（缩写为“EMF”）。EMF是指旋转电机产生的电压。由于此电压倾向于“反推”向电机绕组供电的电路，因此为了确定电机转速，该电压的测量值称为反电动势（缩写为“BEMF”）。

电机将电能转化为机械能。相反，发电机获取机械能并将机械能转化为电能。只需让电机运转，大多数电机即可成为发电机。

发明人已经注意到，利用电机也是发电机这一概念，可以利用反电动势的测量值来控制电机的运动。电机运转时观测到的电压与其转速和电机的物理特性成正比。因此，无需光学编码器或其他形式的主动反馈，即可计算出电机的转速。

同时作为发电机运行的电机105可具有两种运行模式：

- 电机：通过利用脉宽调制施加电压来消耗电能；

- 发电机：产生电能，在其相位之间以及每个相位与地面之间产生电压；此电压称为反电动势（缩写为“BEMF”）。

如图10所示，当使用者滑轮滑时，在发电机105的终端产生反电动势201。在使用者滑轮滑之前，电机处于惯性滑行模式，不受控制地运转。一旦使用者滑轮滑，电机就会切换至发电机模式，并产生电压201。

在三相电机105中，可以首先测量各相终端处的电压，其次测量地面终端处的电压。因此，可以检测到各相的BEMF。

在某些实施例中，测量机构13测量至少一个代表电压的值，检测机构15包括用于将所测量的电压201与预定义电压限值202进行比较的机构16，当所测量的电压201大于至少一个预定义电压限值202时，将会检测到推进事件。

当电压201超过预定义电压限值202时，电机105受到控制并在脉冲持续时间内以预定义速度运转。在某些实施例中，速度与施加在电机终端上的电压成比例。

电机不能无限期运转，这是电动辅助原理，而非电动推进原理。三相电机105仅在用力阶段获得电能，以支持使用者并帮助其减少加速所需的力气。因此，一旦达到所需的速度或步速，电机就不再需要以电机模式运行。然后，在脉冲持续时间结束时，电机切换至惯性滑行模式。

优选地，与预定义电压限值202相比，电压201是电机各相与地面之间的BEMF。

在电机105采用无刷电机的实施例中，在电机各相与地面之间计算得出BEMF。需注意，无刷电机包括至少三个相位。由于电机105的旋转，各相与地面之间的电压不会同时为零，这种现象称为“零点交叉”。相位与地面之间的电位差从正值到负值，因此通过零值。电机转速控制机构检测到达到零值，然后进行处理，以选择必须在哪个相位上施加电压。多个相位可同时出现零电压。由于各相交替达到零值，因此利用各相产生的电压，可以避免在尚未进行推进运动时检测到推进事件。换言之，可以确定电机转子的位置，当此位置不断变化时，各相与地面之间的电压交替达到零值。

图10显示了X轴上的时间长度，以及Y轴上发电机产生的电压。

从图中可以看出，电压超过两伏特就可以识别加速度。在图10中，预定义电压限值202等于两伏特。在图10中，检测到四次推进事件。

在某些实施例中，所述装置包括一对装置，其中每个装置都是直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60，当所测量的电压201大于这对装置中单独一个装置上的预定义电压限值202时，检测到推进事件。

使用者滑得越多，轮子104以及轮子内的三相电机105的转动速度就越快。电机产生的电压与其转速成比例。因此，发明人发现，无需加装传感器，通过测量电机相位与地面之间的电压，特别是通过检测异常现象，就可以准确地检测到使用者的加速/减速运动。

优选地，用于检测推进事件的机构15将三相电机至少一相的电压值与多个预定义电压限值进行比较，每个预定义电压限值代表使用者的步速。

例如，通过设置按递增顺序组织的多个不同的预定义电压限值，可以定义与起步、慢速、短步、大步等步速相对应的限值。每当BEMF超过比前一个预定义电压限值更高的预定义电压限值时，就可以理解为使用者想要滑得更快，并向电机发送相应的运行命令。

推进力与电机输出的功率有关，而电机输出的功率与提供给三相电机105的电功率成正比。

无论所测量的物理量如何，当电机105在电机模式下运行时，它都会利用脉宽调制（缩写为“PWM”）施加电压来消耗电能。脉冲宽度调制是本领域技术人员所熟知的技术，以选择的循环比，施加离散状态的快速循环，只需考虑信号的平均值，即可获得任何中间值。

因此，根据执行脉宽调制时选择的循环比，可以选择电机的运行功率，此功率与施加在其终端上的电压平均值成正比。

施加在每相与地面之间的电压具有相同的交替施加的循环比。

优选地，所述循环比等于0.5。

请注意，可由使用者调整所述循环比和脉冲持续时间，例如通过使便携式终端91与装置20、60、70和/或80通信来进行调整。

在某些实施例中，根据存储在存储器中的数据，通过机器学习确定所述循环比和脉冲持续时间。

优选地，三相电机105包括用于调制脉冲宽度的机构（未显示），可调整信号（代表提供给三相电机105的电流）的循环比。

优选地，每个预定义电压限值（例如2V、3V、4V、5V）都与循环比值（例如20%、40%、60%、95%）相关联，以便电机传送与使用者的上述传送步速相对应的功率水平。因此，如果电机功率在整个使用过程中保持不变，则电机可能会由于电机的运行速度慢于使用者推进的轮子而使使用者在超过一定速度时减速，或者相反，在起步时突然推动使用者。

换言之，检测机构15包括：

- 用于根据三相电机105至少一相的电压值与若干预定义电压限值之间的比较结果检测使用者步速的机构152，每个预定义电压限值代表使用者的步速；

- 用于控制随所确定的步速函数变化的为三相电机105提供电能的电信号的循环比的机构151。

在某些实施例中，控制机构151可控制随所确定的步速函数变化的脉冲持续时间。

优选地，步速越快，即三相电机105至少一相的电压值超出预定义电压限值越多，脉冲持续时间越短。换言之，脉冲持续时间是步速的递减函数。这尤其可以避免妨碍使用者的运动。使用者行进的速度越快，脚部在地面上用于推进的时间就越短。如果电机在使用者不再移动时继续运行，使用者就有可能受到阻碍，甚至摔倒。

发明人还注意到，BEMF可用于确定何时启动电机制动器。因此，检测机构15可检测随三相电机至少一相的电压导数值与至少一个预定义负限值（称为“预定义导数限值”）函数变化的制动事件。

电压导数代表BEMF的增大或减小。因此，可以检测到至少一个BEMF突然降低，例如，BEMF值在不到200 ms的时间内由3 V降至0 V，代表制动部件。换言之，当三相电机至少一相的电压导数值小于预定义负限值（称为“预定义导数限值”）时，就会检测到机械制动事件，电机切换至电机制动模式，以支持使用者。

优选地，与预定义电压限值202相比，电压201的导数值是电机各相与地面之间BEMF的导数值。

在此需要指出，对于三相电机105，为了激活电机制动器，控制机构151可向电机供电，以便施加与先前施加的扭矩方向相反的扭矩。

在某些实施例中，两个直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60组合成一双鞋，穿在使用者双脚上，这双鞋的每只鞋都包括三相电机105，每相产生一个BEMF。

优选地，直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60包括通信机构，并可使用如下所述的通信机构进行通信。

当两个装置20或60进行通信时，不仅可以检测到滑冰者的步速和制动情况，还可以确定使用者是处于静止状态、惯性滑行还是正在下坡。

使用者的轮滑运动是往复式运动，即滑行的一只脚的BEMF 201大于预定义电压限值202，而不滑行的另一只脚的每个BEMF仍然小于每个预定义电压限值202。

如果使用者决定停止滑行，但继续将鞋放在地面上，则每只鞋上都会产生一个BEMF。BEMF可大于预定义电压限值202，使用者无需进行推进运动。因此，如果这对装置中的每个装置都产生了非零BEMF，则电机不得投入运行，而必须保持发电机模式。

优选地，每个装置包括用于与另一装置通信的机构，可在包括通信机构的所述装置测量的电压和/或所测量的电压大于预定义电压限值时进行通信。

当所测量的电压201大于这对装置上的预定义电压限值202时，就会检测到使用者正在下坡或不想被推进的事实，每个电机105就会切换至发电机模式，换言之就是切换至“惯性滑行模式”。这样无需陀螺仪或任何其他用于确定角度变化的机构，即可检测到使用者正在下坡。然而，陀螺仪可以实现更高的准确度，特别是在检测到使用者身体上升时。

同时，当每只脚的BEMF大于至少预定义电压限值时，这意味着：

- 要么是使用者正在下坡，由于重力的作用而持续加速，而非他想要加速。因此，电动辅助停用，电机切换至发电机模式，为电池充电；

- 或者，使用者正在惯性滑行，但由于已经达到希望的步速而停止滑行。电机切换至惯性滑行模式。

当使用者下坡时，与BEMF相对应的电压导数大于预定义电压限值时为正值。当使用者惯性滑行时，与BEMF相对应的电压导数大于预定义电压限值时为负值。

因此，一对装置的一个装置20或60的检测机构15可检测随以下参数函数变化的这对装置中每个装置的下坡或惯性滑行事件：

- 三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值；以及

- 三相电机该相电压的导数的符号。

优选地，检测机构15能区分惯性滑行事件（一方面）和制动事件（另一方面）。当该相电压的导数值小于“预定义导数限值”的值时，检测机构15可检测到惯性滑行事件。

电机105可包括发电机，所述发电机可产生电能。例如，当电机处于惯性滑行模式时，轮子104的旋转会在电机105的磁铁位置产生磁场，然后将产生的磁场转换为电能。

对于直排轮滑鞋和双排四轮旱冰鞋，这种情况尤其有利，这是因为一旦用一只脚进行了推进，另一只脚就会着地，第一只脚的轮子就会处于惯性滑行模式，因此可以回收一部分用于推进的能量。

优选地，一旦脉冲持续时间结束，电机105就处于惯性滑行模式，即不获得电能供应。

优选地，电机105包括比例-积分-微分（缩写为“PID”）调节器，以确保无论受到何种干扰，电机105在输出上的输出速度（即轮子104的速度）始终保持相同。

在某些实施例中，模块103包括自主电源19，自主电源19可为电机105供电。在电机105包括发电机的实施例中，通过产生的电能为自主电源19充电。

自主电源19是电池。

在某些实施例中，自主电源19包括用于连接至电网为自主电源19充电的机构。

在一些与基于测量电机端子处的一个或多个电压的实施例兼容的实施例中，测量机构13是加速度计，所述加速度计可检测固定有模块103的装置——如图1中的直排轮滑鞋20、图6中的双排四轮旱冰鞋60、图7中的滑板70和图8中的滑板车80——沿至少运动轴100以及可能情况下横向轴101和纵向轴102的加速度。

沿运动轴100的加速度表示使用者利用装置20、60、70和/或80移动时的运动。沿横向轴101的加速度可表示转弯或使用者选择的方向，也可表示使用者在突然加速的情况下摔倒。例如，沿垂直轴102的加速度表示装置20、60、70和/或80正在下坡；同样，沿垂直轴102的加速度下降表示装置正在上坡。沿垂直轴102的突然加速可表示摔倒。

在某些实施例中，模块103包括角度变化测量机构14，例如陀螺仪或惯性单元，所述装置14可测量代表装置20、60、70和/或80倾斜度的物理量的值。优选地，角度变化测量机构可形成冗余，并提供与沿垂直轴102的加速度测量相关的精度。

优选地，将加速度计13和角度变化测量机构14测量的值记录在存储器（未显示）中。

图2显示了代表加速度计13沿运动轴100加速度的信号30的示例。在一个坐标空间中显示了信号30，其中X轴31代表时间，Y轴代表加速度计13沿运动轴测得的加速度的瞬时值。可以看到两个事件33和34，它们与脚部推进相对应，在这两个事件中加速度突然增加。

检测机构15又称为“检测器”，优选地，所述检测机构是可执行逻辑动作的机构，例如执行专用程序的微处理器。

检测机构15可检测随代表所测量的运动的值函数变化的推进事件，此事件与使用者对装置20、60、70和/或80的脚部推进相对应。

检测机构15包括比较机构16。比较机构16可连接至存储器（未显示），存储器中记录了至少一个预定义限值。

比较机构16又称为“比较器”，可将沿运动轴100的加速度与预定义加速度限值进行比较。当沿运动轴100的加速度大于预定义加速度限值时，检测机构15检测到推进事件。例如，预定义加速度限值为5 m/s²。

在某些实施例中，检测机构15包括用于对代表测量值的至少一个信号进行过滤的机构。例如，对于角度变化测量机构所测量的每个信号可采用卡尔曼滤波器，对于加速度计13发出的代表加速度的每个信号可采用数字模拟滤波器。在这些实施例中，与预定义加速度限值相比较的值就是滤波值。

图3显示了代表直排轮滑鞋20沿运动轴倾斜度的信号35。在一个坐标空间中显示了此信号，其中X轴38代表时间，Y轴39代表角度。当使用者进行直排轮滑或滑旱冰时，每只脚交替进行摆动运动。因此，信号35具有周期性。

在图3所示的图形中，还可看到两个信号36和37，表示信号35采用了滤波器。信号37表示信号35采用了卡尔曼滤波器。信号36表示信号35采用了指数滤波器（低通滤波器）。

显然，模块103可包括用于测量加速度值的机构和/或测量电压值的机构。上述和下文所述的实施例并非互不兼容。

在某些实施例中，模块103包括至少一个用于测量物理量（代表至少一个轮子104的旋转速度）的值的装置29。

在某些实施例中，用于测量物理量（代表至少一个轮子104的旋转速度）的值的机构29是加速度计13和/或用于测量电压的机构13，沿运动轴测量的值使计算沿运动轴的速度成为可能，从而计算出轮子的旋转速度。

在已经检测到推进事件之后，电机105可在脉冲持续时间内驱动至少一个轮子104以大于等于所测量的旋转速度和/或小于等于所测量的旋转速度的150%的速度旋转。

在某些实施例中，所测量的旋转速度与检测到推进事件时的瞬时速度相对应。

图4显示了与不带电动辅助的装置的速度41和电动推进装置的速度42相比，作为本发明主题的装置的速度40随时间函数变化的曲线；在一个坐标空间中显示了不同的曲线，其中X轴代表时间，Y轴代表速度。

需注意，代表电动推进装置42的速度的曲线是一条恒定曲线，所述恒定曲线取决于使用者指定的目标值。需注意，代表不带电动辅助的装置41和带有电动辅助的装置40的速度的曲线表现出振荡，每个局部最大值都在脚部推进事件之后出现。因此，电动辅助模块103使用者的感觉与不使用电动辅助模块103时的推动感觉相同，但由于较少需要用脚推动，因此用力较小。

优选地，模块10包括用于抑制电机105的机构17，可使轮子104以惯性滑行模式运行，即电机既不产生制动也不产生加速。

在某些实施例中，检测机构15包括用于识别所测量的倾斜度的增加或减少的测定机构18。测定机构18可以对所测量的倾斜度的值进行比较，也可以测量包括运动轴100和垂直轴102的平面内的角度。

因此可以识别是下坡还是上坡。

在某些实施例中，当识别到下坡运动时，电机105以惯性滑行模式运行。当电机105配备有发电机时，电机105可储存下坡时轮子104旋转产生的能量。

在其他实施例中，下坡时轮子104旋转产生的能量会立即用于对电机进行制动。这些实施例允许使用者继续控制装置20、60、70和/或80。

当检测到上坡事件时，电机105会提供更大的扭矩，使用者可以少用力气。例如，施加在电机105端子上的循环比可以自动增加，从而使扭矩更大。

在图2和图6所示的代表直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60的实施例中，角度变化测量机构可测量代表倾斜度的物理量的值。例如，在包括运动轴100和垂直轴102的平面上出现倾斜度。

直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60还包括用于检测制动事件（代表使用者制动）的机构15，包括用于计算至少一个角度差的机构16，以及用于将角度差与预定义角度限值进行比较的机构16，当角度变化大于预定义角度限值时检测到制动事件。

当检测到制动事件时，电机的驱动速度降低，因此轮子104减速。

优选地，将两个直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60组合成一双鞋，穿在使用者双脚上。在某些实施例中，根据这双轮滑鞋中检测角度变化的装置，可以检测到机械制动或电动制动。

在某些实施例中，所述计算机构可计算：

- 两个直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60中一个鞋的倾斜度与这双鞋中的另一个直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60的倾斜度之间的角度差；和/或

- 一个瞬间的倾斜度与稍后一个瞬间（例如500 ms后）的倾斜度之间的角度差。

在某些实施例（未显示）中，每个直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60均包括压力传感器、用于将捕捉到的压力与预定义压力限值进行比较的机构，当捕捉到的压力小于这双直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60中任何一个的预定义压力限值，并且这双直排轮滑鞋20或双排四轮旱冰鞋60上测得的电压基本相等时，就会检测到制动事件。这是因为抬起脚的一部分来施加或模拟机械制动时，压力会改变。根据脚的抬起程度来施加机械制动或电动制动。

因此，使用者可在机械制动和电动制动之间进行选择。例如，机械制动采用了本领域技术人员熟知的硅或橡胶制成的塑料垫，它通过与地面摩擦进行制动。对于直排轮滑鞋20，机械制动器通常设置在直排轮滑鞋20的后部。对于双排四轮旱冰鞋60，机械制动器通常设置在双排四轮旱冰鞋60的前部。

例如：

- 启动机械制动器时，只需抬起位于右脚上的直排轮滑鞋20的前部，通常抬起的垫会与地面摩擦；

- 启动电动制动器时，使用者抬起位于左脚上的直排轮滑鞋20的前部，通过施加与运动旋转相反的电机扭矩，即可启动电机制动器；以及

- 当检测到这双直排轮滑鞋20上的角度变化值基本相同时，可认为使用者正在上坡。

图5显示了电机105的不同运行模式。图5显示了装置20、60、70和/或80的速度随时间函数变化的曲线50。在一个坐标空间中显示了曲线50，其中X轴51代表时间，Y轴52代表速度值。

垂直虚线53-57表示检测到的事件。标签显示了电机的运行模式与检测到的事件的函数关系。

按时间顺序，这些事件是：

- 检测到脚部推进，53；

- 在事件结束的脉冲持续时间内让电机运行，54；

- 确定下坡运动，55；

- 检测到制动事件，56；以及

- 检测到摔倒，57。

在事件53和54之间的时间段内，启动电机105并为使用者提供辅助。然后，脉冲持续时间结束，电机105进入惯性滑行模式。陀螺仪检测到装置20、60、70和/或80正在下坡，55，电机105在发电机模式下运行。使用者制动，56，因此速度降低。最后，检测到使用者摔倒，57，因此电机受到抑制并在惯性滑行模式下运行。

在某些实施例（未显示）中，所述模块包括用于激活或停用模块的开关。

在某些实施例（未显示）中，所述模块包括无线通信机构，例如蓝牙（注册商标）标准或IEEE 802.11标准，又名“Wi-Fi”。这项技术的实现手段是一根天线，所述天线连接至微处理器，所述微处理器可控制天线的运行。

图9显示了一双直排轮滑鞋20-1和20-2和/或400-1和400-2，即本发明的主题。每个直排轮滑鞋20-1、20-2、400-1和/或400-2都配有无线通信机构。

直排轮滑鞋20-1和20-2和/或400-1和400-2上的电机速度无需同步。可以识别三种场景示例，直排轮滑鞋20-1和20-2和/或400-1和400-2可在这三种场景下进行通信：

- 下坡时，检查两个直排轮滑鞋上是否检测到相同的负角度，或电压201何时大于两个直排轮滑鞋20-1和20-2和/或400-1和400-2上的预定义电压限值202；

- 制动时，检查是机械制动还是电动制动；

- 用于将统计数据（如每个直排轮滑鞋20-1和20-2和/或400-1和400-2的行进距离和自主性）传送至便携式通信终端91。将其中一个直排轮滑鞋20-1和/或400-1上收集到的信息传输至另一个直排轮滑鞋20-2和/或400-2，后者将其与收集到的信息进行核对，并将核对后的信息传送至便携式通信终端91。

在某些实施例中，每个装置20、60、70和/或80可包括与便携式通信终端91通信的机构。

例如，便携式通信终端91可以是智能手机、数字平板电脑或联网手表。

在某些实施例中，便携式通信终端91可包括用于控制模块的机构。例如，便携式通信终端91可包括以下控制功能：

- 控制施加在电机105端子上的电压的循环比，用于修改所施加的扭矩，从而修改推进力；

- 控制每个预定义限值，用于修改装置的灵敏度，以检测推进、制动、摔倒、下坡或上坡事件；和/或

- 控制脉冲持续时间，以便使用者提供更多或更少的力气。

在某些实施例中，对于每个预定义限值，施加在电机105端子上的电压的循环比和脉冲持续时间都会根据机器学习接收到的与情况相对应的数据进行调整。

图11显示了包括至少两个轮子104、21和/或22的轮滑装置20、60、70和/或80的电动辅助方法300的特定实施例的一系列步骤，所述方法包括：

- 测量步骤301，测量代表轮式装置运动的三相电机至少一相的电压；

- 机动化步骤302，可在检测到脚部推进事件后，在称为“脉冲持续时间”的预定义时间段内驱动至少一个所述轮子旋转；以及

- 检测步骤304，检测随三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值函数变化的推进事件，此事件与使用者对所述装置的脚部推进相对应。

优选地，装置20、60、70和/或80的机构可实现上述方法300的步骤及其实施例，可通过装置20、60、70和/或80的机构实现方法300及其不同实施例。

优选地，由计算机程序执行方法300的步骤，所述程序包括一组由微处理器执行的指令。

Claims (17)

1.一种带有电动辅助的轮滑装置（20、60、70、80）的模块（103），包括至少两个轮子（104），所述模块包括：

机构（13、14），用于测量三相电机至少一相代表轮式装置运动的电压；

三相电机（105），可在检测到脚部推进事件后，在被称为脉冲持续时间的预定义时间段内驱动至少一个所述轮子旋转；以及

检测推进事件的机构（15），该事件随三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值的函数变化，此事件与使用者对所述装置的脚部推进相对应。

2.根据权利要求1所述的模块（103），其特征在于，所述检测机构（15）将电机各相与地面之间的每个反电动势与至少一个预定义电压限值进行比较。

3.根据权利要求1或2所述的模块（103），其特征在于，所述检测机构（15）还包括机构（152），用于根据三相电机（105）至少一相的电压值与若干预定电压限值之间的比较结果检测使用者步速，每个预定电压限值代表使用者的步速。

4.根据权利要求3所述的模块（103），其特征在于，所述检测机构（15）还包括用于控制循环比的机构（151），该循环比随所确定的步速函数变化为三相电机（105）提供电能的电信号。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的模块（103），其特征在于，包括用于控制随所确定的步速函数变化的脉冲持续时间的机构。

6.根据权利要求1-5中任一项或2所述的模块（103），其特征在于，所述检测机构（15）检测制动事件，该事件随三相电机至少一相的电压导数值和至少一个被称为预定义导数限值的预定义负限值的函数变化。

7.根据权利要求6所述的模块（103），其特征在于，包括用于当三相电机至少一相的电压导数值小于预定义导数限值时启动电机制动器的机构。

8.根据权利要求1-7中任一项或2所述的模块（103），包括：

用于测量代表运动的物理量的值的第二机构，包括角度变化测量机构（14），所述角度变化测量机构（14）测量代表装置倾斜度的物理量的值，

其特征在于，

所述检测机构（15）包括用于识别所测量的倾斜度的增加或减少的测定机构；以及

此装置包括用于抑制随所测量的倾斜度的值的函数变化的电机的机构（17）。

9.根据权利要求8所述的模块（103），其特征在于，所述装置是直排轮滑鞋（20）或双排四轮旱冰鞋（60），所述装置还包括：

用于计算至少一个角度差的机构；

用于检测代表使用者制动的制动事件的机构（15），包括用于将角度差与预定义角度限值进行比较的机构（16），当角度变化大于预定义角度限值时检测到制动事件。

10.根据权利要求9所述的模块（103），其特征在于，当检测到制动事件时，所述电机（105）的驱动速度会降低。

11.根据权利要求1-10中任一项或2所述的模块（103），其特征在于，所述脉冲持续时间小于两秒，优选小于一秒。

12.电动辅助轮滑装置（20、400、60、70、80），包括至少两个轮子（104），所述装置包括根据权利要求1-11中任一项所述的模块。

13.成对的装置（20、40、60），每个装置根据权利要求12所述，其特征在于，每个装置都是直排轮滑鞋（20）或双排四轮旱冰鞋（60），当所测量的电压大于这对装置中单独一个装置上的预定义电压限值时，检测到推进事件。

14.根据权利要求13所述的成对的装置（20、400、60），其特征在于，每个装置（20-1、20-2、400-1、400-2）包括用于与另一装置通信的机构，该机构传输由包括通信机构的所述装置测量的电压，和/或当由包括通信机构的所述装置测量的电压大于预定义电压限值时与另一装置通信。

15.根据权利要求13或14所述的成对的装置（20、400、60），其特征在于，装置的至少一个检测机构（15）检测随以下参数函数变化的一对装置中每个装置的下坡或惯性滑行事件：

三相电机（105）至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值；以及

三相电机该相电压的导数的符号。

16.根据权利要求15所述的成对的装置（20、400、60），每个装置包括根据权利要求6或7中任一项所述的模块，其特征在于，所述检测机构（15）在该相电压的导数值小于预定义导数限值时检测到惯性滑行事件。

17.包括至少两个轮子（104）的轮滑装置（20、60、70、80）的电动辅助方法（300），其特征在于，所述方法包括：

测量步骤（301），测量代表轮式装置运动的三相电机至少一相的电压；

机动化步骤（302），在检测到脚部推进事件后，在被称为脉冲持续时间的预定义时间段内驱动至少一个所述轮子旋转；以及

检测步骤（304），检测随三相电机至少一相的电压值和至少一个预定义电压限值函数变化的推进事件，此事件与使用者对所述装置的脚部推进相对应。