TW201815620A - 用於電動腳踏車的推動輔助的控制方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於調節一電動腳踏車之電動馬達以用於對該電動腳踏車提供推動輔助之控制方法。該控制方法包含偵測由騎腳踏車者對該推動輔助之啟動。在偵測到啟動時，由該電動馬達產生作為推動輔助的用於驅動該電動腳踏車之一扭力。隨後，藉助於一第一感測器感測該電動腳踏車在該電動腳踏車之縱向軸線之方向上的加速度，其中該加速度係由該騎腳踏車者之一手動推動力或制動力引起。在一另外步驟中比較該經感測加速度與一加速度臨限值，其中若超過該加速度臨限值，則依據該經感測加速度之一改變來調節該電動馬達，以便調適該扭力。

Description

用於電動腳踏車的推動輔助的控制方法及裝置
本發明係關於一種用於調節電動腳踏車之電動馬達之控制方法，且係關於一種經組態以實行該控制方法之控制單元。本發明亦關於具有該控制單元之電動腳踏車。
文件EP 2 829 464 A1描述具有電動輔助驅動之腳踏車可具有推動輔助部件。推動輔助部件准許馬達驅動高達例如6km/h之最大速度。因此，舉例而言，腳踏車可容易被自地下車庫向上推動。為了啟動推動輔助，經常有必要壓住旋鈕，從而引起腳踏車之操縱能力受到限定。在文件EP 2 829 464 A1中，運用電動操控干預來避免在推動模式期間之不良移動。
在未公開的文件DE 10 2016 209 570 A1中，描述一種用於調節用於電動腳踏車之推動輔助之電動馬達的控制方法。控制方法依據經感測速度來測定齒輪變速之嚙合傳動比。依據經測定傳動比來調節電動馬達。運用感測器，例如運用雷德(Reed)感測器來進行速度之感測。替代地，感測器可為加速度感測器。
在未公開的文件DE 10 2016 209 560 A1中，描述一種用於調節用於電動腳踏車之推動輔助之電動馬達的控制方法。控制方法依據電動腳踏車圍繞其橫向軸線之經感測俯仰角來調節電動馬達。
本發明係關於一種用於調節一電動腳踏車之電動馬達以用於對該電動腳踏車提供推動輔助之控制方法。該控制方法包含偵測由騎腳踏車者對該推動輔助之啟動。在偵測到啟動時，該電動馬達產生作為推動輔助的用於驅動該電動腳踏車之一扭力。隨後，藉助於一第一感測器感測該電動腳踏車在該電動腳踏車之縱向軸線之方向上的加速度，其中該加速度係由該騎腳踏車者之一手動推動力或制動力引起。在一另外步驟中比較該經感測加速度與一加速度臨限值，其中若超過該加速度臨限值，則依據該經感測加速度之一改變來調節該電動馬達，以便調適該扭力。
若一騎腳踏車者在該推動輔助被啟動之情況下推動該電動腳踏車，換言之，運用一額外手動推動力，尤其是短暫地藉助於一手動力脈衝而在該縱向方向上推動該電動腳踏車，則該騎腳踏車者使該電動腳踏車正加速。根據本發明，此會引起該電動腳踏車之該推動輔助之速度增加。然而，該控制方法未超過例如6km/h的該推動輔助之一最大速度。與此對比，若該騎腳踏車者在該推動輔助被啟動之情況下且運用與該電動腳踏車之該縱向方向相反的一手動力，尤其是短暫地藉助於一手動力脈衝來制動該電動腳踏車，則該電動腳踏車經歷與該縱向方向相反之加速度。因此，該控制方法縮減該電動馬達之該扭力且因此縮減該電動腳踏車之該推動輔助之該速度。
因此，該電動腳踏車之推動，尤其是在該推動輔助期間的該電動腳踏車之該速度之控制對於該騎腳踏車者而言非常直觀且方便。相較於藉助於例如把手上之一開關的該推動輔助之一可調整速度，運用該控制方法的該速度之該調適係獨立於該騎腳踏車者之一抓持位置而進行，亦即，該騎腳踏車者可例如在把手上、在車座上及/或在行李架上抓持該電動腳踏車。
在一種較佳改進中，在一另外步驟中測定該電動腳踏車之速度。亦比較該經測定速度與一速度臨限值。在本發明之此改進中，僅在該經測定速度超過該速度臨限值時才調節該電動馬達。因此，在一延遲之後且若該電動腳踏車之加速度可歸因於該騎腳踏車者在該縱向軸線之方向上之一手動推動力，則開始根據本發明之調節。
在本發明之一種特別較佳改進中，另外藉助於一第二感測器感測一感測器變數，其中該經感測感測器變數表示該電動腳踏車圍繞其橫向軸線之俯仰角。詳言之，感測一當前旋轉速率作為一感測器變數，或測定該電動腳踏車圍繞其橫向軸線之該當前俯仰角之一度量。替代地，可藉助於該第二感測器感測在垂直軸線之方向上之一加速度作為一感測器變數，亦即，由該第一感測器及該第二感測器感測表示該俯仰角之二維加速度。在此改進中，另外依據藉助於該第二感測器感測之該感測器變數來調節該電動馬達。舉例而言，在變得愈來愈陡峭之一路段上，藉助於該第二感測器感測該電動腳踏車圍繞該橫向軸線之該旋轉速率。依據該橫向速率來進行該調節，例如僅在該旋轉速率為零時才進行該調節。該控制方法藉此在一路段上之一斜坡上保持直觀且方便。
本發明亦關於經組態以實行該控制方法之控制單元。該控制單元包含一計算單元，其偵測由該騎腳踏車者對該推動輔助之啟動，且依據該啟動來產生用於該電動馬達之一控制信號。該計算單元另外感測該電動腳踏車在該縱向軸線之方向上之加速度。取決於超過該加速度臨限值，隨後由該計算單元依據該電動馬達在該縱向方向上之該經感測加速度來調適該經產生控制信號。此處，較佳地僅在該推動輔助之該啟動之後的一延遲之後及/或另外僅在該電動腳踏車之該速度超過一速度臨限值之後才進行用於該電動馬達之該控制信號之該調節。
該計算單元亦較佳地感測表示該電動腳踏車之俯仰角的一當前感測器變數。舉例而言，該感測器變數為該電動腳踏車圍繞其橫向軸線之俯仰角或旋轉速率或該電動腳踏車在該垂直軸線之方向上之加速度。在此改進中，該計算單元另外依據表示該電動腳踏車之該俯仰角的該經感測感測器變數來調適該控制信號。
根據本發明之電動腳踏車至少包含該電動馬達、用於感測該電動腳踏車在該縱向方向上之一加速度之一第一感測器，及該控制單元。該第一感測器較佳地為一加速度感測器。替代地，該第一感測器亦可為一扭力感測器，其尤其感測馬達扭力且間接感測該電動腳踏車在該電動腳踏車之縱向軸線之方向上之加速度。該電動腳踏車視情況包含用於感測該速度之一速度感測器。在一種較佳改進中，該電動腳踏車亦包含用於感測表示該電動腳踏車圍繞其橫向軸線之該俯仰角之一感測變數的一第二感測器。該第一感測器以及該第二感測器較佳地配置於該電動腳踏車上之一慣性量測單元中。
下文將基於較佳實施方式及隨附圖式來闡釋本發明，在圖式中：圖1：展示電動腳踏車，圖2：展示控制單元之區塊電路圖，圖3：展示控制方法之流程圖，且圖4：展示加速度量變曲線及速度量變曲線之圖解。
圖1說明根據本發明之電動腳踏車100。電動腳踏車100包含電動馬達110、用於感測電動腳踏車100在縱向方向190上之加速度a之第一感測器130，及用於調節電動馬達110之控制單元120。電動腳踏車100視情況具有第二感測器140，其中藉助於第二感測器140感測表示電動腳踏車100圍繞其橫向軸線之俯仰角之感測器變數。電動腳踏車100較佳地具有包含第一感測器130及第二感測器140之慣性量測單元。此外，用於由騎腳踏車者對推動輔助之啟動之開關150較佳地配置於電動腳踏車100上，尤其是配置於把手上。此外，速度感測器145可配置於電動腳踏車100上。
第一感測器130較佳地為加速度感測器，其感測電動腳踏車100至少在電動腳踏車100之縱向方向190上之加速度a，且因此亦直接且極精確地感測加速度a之改變。第一感測器130可替代地為扭力感測器，其中扭力感測器配置於電動馬達110之輪軸180上且感測電動馬達110之馬達扭力或驅動扭力。電動馬達110之輪軸180上之扭力感測器亦間接感測由騎腳踏車者之手動力引起之加速度a，此係因為：由於騎腳踏車者之力，電動馬達110在輪軸180處之驅動扭力相較於電動馬達110先前產生 之扭力M會縮減或增加。在本發明之替代改進中，第一感測器130為力感測器。舉例而言，力感測器可配置於電動腳踏車100之把手上或配置於電動腳踏車100之前部上。由力感測器感測騎腳踏車者在縱向方向上施加至電動腳踏車100之手動推動力或制動力，且測定電動腳踏車100之所得加速度a。
圖2說明控制單元120。控制單元120包含計算單元121。計算單元121藉助於第一感測器130感測由騎腳踏車者200對推動輔助之啟動及電動腳踏車100在縱向方向上之加速度a。計算單元121視情況藉助於第二感測器140感測一感測器變數，該感測器變數表示電動腳踏車100圍繞其橫向軸線之俯仰角。計算單元121可另外藉助於速度感測器145感測電動腳踏車100之速度v。計算單元121依據推動輔助之啟動來產生用於電動腳踏車110之控制信號。若經感測加速度a超過加速度臨限值SWa，則由計算單元121依據經感測加速度a之改變來調適控制信號。控制信號之調適可在推動輔助之啟動之後的延遲之後進行，尤其是在1s、2s、4s或8s之後或在已超過速度臨限值SWV之後進行。視情況，另外由計算單元121依據表示電動腳踏車100之俯仰角的經感測感測器變數來調適控制信號。
圖3說明用於對電動腳踏車100提供推動輔助的根據本發明之控制方法的流程圖。控制方法包含由騎腳踏車者對推動輔助之啟動之偵測310，舉例而言，騎腳踏車者200出於啟動之目的而按壓配置於把手上之開關150。替代地，可藉助於由配置於電動腳踏車100上之麥克風感測到的騎腳踏車者200之聲命令實行推動輔助之啟動310。在未偵測到啟動時，不 實行控制方法之另外步驟。若偵測到啟動310，則在步驟320中藉助於電動馬達110產生用於驅動電動腳踏車100之扭力M。隨後，在另外步驟330中藉助於第一感測器130在縱向軸線190之方向上感測電動腳踏車100之加速度a。在後續步驟340中比較經感測加速度a與加速度臨限值SWa。若電動腳踏車100在縱向方向190上之加速度a超過加速度臨限值SWa，則在後繼步驟380中依據經感測加速度a之改變來調節電動馬達110。在調節程序380之後，控制方法可反覆地運行，其中控制方法接著開始於步驟320。
騎腳踏車者因此必須向電動腳踏車100施加由加速度臨限值SWa預定之至少一個力，尤其是推動力脈衝或制動力脈衝，使得藉由調節程序380來調適電動馬達110之扭力M。
在本發明之另外改進中，加速度臨限值為零，其結果為電動馬達獨立於加速度之位準被調節。
在替代改進中，在扭力M之產生320之後，電動車輛100在縱向軸線之方向上之加速度a之感測330及/或電動馬達110之調節程序380在推動輔助之啟動310之後的時間段期滿之後進行，例如在1s、2s、4s或8s之後進行。詳言之，時間段被選擇為使得電動馬達110之調節程序380直至已在步驟320中藉助於經產生扭力M將電動腳踏車100加速至第一速度v1之後才進行，且該第一速度保持恆定達短暫的時間段。
在另外改進中，在扭力M之產生320之後及在調節程序380之前，在步驟350中運用任選速度感測器145來感測電動腳踏車100之速度v。在後續步驟360中，比較經感測速度v與速度臨限值SWv。若速度v超過速度臨限值SWv，則在此改進中進行電動馬達110之調節程序380。若 速度v未超過速度臨限值SWv，則電動馬達110根據步驟320來繼續產生例如恆定扭力M。因此，電動馬達110之調節程序380直至在已達到第一速度v1之後或在騎腳踏車者200之手動推動力或制動力之後才實行。
在電動馬達之調節程序380之前的任選步驟370中，藉助於第二感測器140感測表示電動腳踏車100之俯仰角的當前感測器變數。另外，在此改進中依據經感測感測器變數來進行電動馬達110之調節程序380。
舉例而言，在步驟370中感測電動腳踏車100圍繞其橫向軸線之當前旋轉速率作為感測器變數。在此實例中，電動馬達110之調節程序380僅在圍繞其橫向軸線之旋轉速率為零或小於臨限值SW時，亦即，在電動腳踏車100並不圍繞其橫向軸線俯仰時才進行。
在替代實例中，在步驟370中藉助於第二感測器140感測電動腳踏車100在垂直軸線之方向上之加速度az作為感測器變數。依據電動腳踏車之二維加速度，亦即，依據在縱向軸線190之方向上之經感測加速度a及在垂直軸線之方向上之經感測加速度az，可測定電動腳踏車100圍繞橫向軸線之俯仰角或旋轉速率。在此實例中，電動馬達110之調節程序380亦僅在依據二維加速度而測定的圍繞其橫向軸線之旋轉速率為零或小於臨限值SW時，亦即，在電動腳踏車100並不圍繞其橫向軸線俯仰時才進行。
在另外替代實例中，在步驟370中依據藉助於第二感測器140對感測器變數之感測來測定俯仰角θ，且依據俯仰角θ來測定下坡的電動腳踏車100因固有重量而在縱向方向190上產生之加速度。隨後，在藉助於第一感測器130在縱向方向上感測到之當前加速度與基於固有重量的 電動腳踏車之經測定加速度之間產生差異。在此實例中，電動馬達之調節程序380係依據經測定加速度差異，亦即，依據表示電動腳踏車之俯仰角的感測器變數而進行。
第二感測器140較佳地為感測電動腳踏車100圍繞其橫向軸線之旋轉速率的旋轉速率感測器。替代地，第二感測器為感測電動腳踏車100在電動腳踏車100之垂直軸線之方向上之加速度的加速度感測器。第一感測器130及第二感測器140可一起配置於一慣性量測裝置中。
圖4說明電動腳踏車100之時間相依加速度a及電動腳踏車100根據加速度行為之時間速度量變曲線v的圖解。在時間t0，由騎腳踏車者啟動推動輔助。控制方法偵測啟動310且隨後藉助於電動馬達110產生扭力M，由此，電動腳踏車100以恆定加速度a1在縱向方向上加速。電動腳踏車100在步驟320期間因扭力M而引起之加速度a之時間量變曲線可被不同地組態。在用於提供推動輔助之控制方法的此初始階段中，較佳地在縱向軸線190之方向上不發生依據電動腳踏車100之經感測加速度a而進行的扭力M之調節程序380。參看圖4，在電動腳踏車100在時間t1達到例如3km/h之第一速度v1之後，電動腳踏車最初在縱向方向上不存在另外加速度a。第一速度v1保持恆定直至時間t2，此係因為：由於騎腳踏車者之手動推動力或制動力或力脈衝，電動腳踏車100在縱向方向上不發生加速度a。在時間t2與時間t3之間，騎腳踏車者藉助於手動力而使電動腳踏車100在縱向方向上正加速。感測電動腳踏車100在縱向方向上之正加速度a，且實行電動馬達110之調節程序380以用於增加扭力M，其結果為電動腳踏車100之速度v在時間t2與時間t3之間增加。此會引起第二速度v2。 第二速度v2在時間t3與時間t4之間保持恆定。在時間t4與時間t5之間，騎腳踏車者使電動腳踏車100負加速，亦即，與縱向方向相反。騎腳踏車者200因此運用手動力來制動電動腳踏車100。在步驟330中藉由控制方法來感測電動腳踏車100與縱向方向相反之加速度a，且實行電動馬達110之調節程序380，由此，電動馬達110之扭力M會減小，其結果為電動腳踏車100之速度在時間t4與時間t5之間縮減。最後，藉助於電動馬達110而由扭力M產生推動輔助之第三速度v3。以此方式，騎腳踏車者可藉由將對應手動推動力或制動力施加至腳踏車來設定推動輔助之較佳速度。
騎腳踏車者200因此可在步行或推動時藉助於控制方法而例如藉助於手動力脈衝直觀且方便地調適電動腳踏車100之推動輔助之速度v。
在路段或推動距離之梯度改變之狀況下，固有重量引起電動腳踏車100在縱向方向上之加速度a，該加速度a係由第一感測器130感測。在本發明之較佳改進中，若騎腳踏車者並不在縱向方向上將對應推動力或制動力施加至電動腳踏車100，則電動腳踏車100之推動輔助的藉助於根據本發明之控制方法而設定或調節的速度v即使在路段或推動距離之梯度改變的情況下亦不會改變。在此較佳改進中，藉由藉助於額外速度感測器145來感測電動腳踏車之速度v或例如依據電動腳踏車在縱向方向上之經感測加速度a來測定速度v而在路段之梯度改變與手動推動力或制動力之間實行加速度原因之辨別。若儘管電動馬達110之扭力恆定而仍感測到電動腳踏車100之速度v縮減，且在與電動腳踏車之縱向方向相反的方向上未感測到高於加速度臨限值SWa之加速度a，則高機率係存在路段之正梯度。在 此狀況下，電動馬達110之扭力依據速度而增加，直至在梯度改變之前再次達到原始速度。另一方面，若儘管電動馬達110之扭力恆定而仍感測到電動腳踏車100之速度v增加，且在電動腳踏車之縱向方向上未感測到高於加速度臨限值SWa之加速度a，則高機率係存在路段之負梯度。在此狀況下，電動馬達110之扭力依據速度而縮減，直至在梯度改變之前再次達到原始速度。
替代地，在另外改進中，在步驟370中運用第二感測器140來感測表示電動腳踏車100圍繞其橫向軸線之俯仰角的感測器變數。在此改進中，依據第二感測器140之經感測感測器變數來進行電動馬達110之調節程序380以用於調適扭力M或速度v。第二感測器140感測例如電動腳踏車100圍繞橫向軸線之旋轉速率作為感測器變數，亦即，第二感測器140為旋轉速率感測器。藉由感測旋轉速率來偵測路段之梯度改變。在此改進中，在感測到旋轉速率時，不實行調節程序380，或依據圍繞橫向軸線之經感測旋轉速率來調適加速度臨限值SWa，其中在電動腳踏車100之俯仰角向前之狀況下，加速度臨限值SWa在與縱向方向相反之方向上縮減及/或加速度臨限值SWa在縱向方向上增加，直至再次達到在路段之梯度改變之前的原始速度。在電動腳踏車100之俯仰角向後之狀況下，與此對比，加速度臨限值SWa在與縱向方向相反之方向上增加及/或加速度臨限值SWa在縱向方向上縮減，直至再次達到在路段之梯度改變之前的原始速度。

Claims (8)

  1. 一種用於調節一電動腳踏車(100)之電動馬達(110)之控制方法，其包含至少以下步驟：偵測(310)由騎腳踏車者對推動輔助之啟動，及依據該經偵測啟動而藉助於該電動馬達(110)產生(320)一扭力以驅動該電動腳踏車(100)，其特徵在於實行以下步驟：藉助於一第一感測器(130)感測(330)該電動腳踏車(100)在縱向軸線之方向上之一加速度(a)，及比較(340)該加速度與一加速度臨限值(SW a)，其中依據超過該加速度臨限值(SW a)來實行以下步驟：依據該經感測加速度(a)之一改變來調節(380)該電動馬達(110)。
  2. 如申請專利範圍第1項之控制方法，其特徵在於實行以下步驟：測定(350)該電動腳踏車(100)之一速度(v)，及比較(360)該經感測速度(v)與一速度臨限值(SW v)，其中依據超過該速度臨限值(SW v)來進行該電動馬達(110)之該調節(380)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項中任一項之控制方法，其特徵在於藉助於一第二感測器(140)進行一感測器變數之感測(370)，該感測器變數表示該電動腳踏車(100)圍繞其橫向軸線之俯仰角，尤其是該電動腳踏車(100)圍繞該橫向軸線之一旋轉速率( )，其中另外依據該經感測感測器變數來進行該電動馬達(110)之該調節(380)。
  4. 一種控制單元(120)，其建構成實行如申請專利範圍第1項至第3項 中任一項之控制方法，該控制單元(120)包含一計算單元(121)，該計算單元(121)進行以下操作：偵測由該騎腳踏車者對該推動輔助之啟動，依據該推動輔助之該啟動來產生用於一電動馬達(110)之一控制信號，及感測該電動腳踏車(100)在該縱向方向上之加速度(a)，其中，取決於超過一加速度臨限值(SW a)，該計算單元(121)進行以下操作：依據該經感測加速度(a)之一改變來調適該控制信號。
  5. 如申請專利範圍第4項之控制單元，其特徵在於該計算單元(121)測定該電動腳踏車(100)之一當前速度(v)，其中該計算單元(121)依據超過一速度臨限值(SW v)來調適該控制信號。
  6. 如申請專利範圍第4項或第5項中任一項之控制單元，其特徵在於該計算單元(121)感測一感測器變數，該感測器變數表示該電動腳踏車(100)圍繞其橫向軸線之俯仰角，尤其是該電動腳踏車(100)圍繞該橫向軸線之一旋轉速率( )，其中該計算單元(121)另外依據該經感測感測器變數來調適該控制信號。
  7. 一種電動腳踏車(100)，其包含：一電動馬達(110)，一第一感測器(130)，其用於感測該電動腳踏車(100)在縱向方向上之一加速度(a)，及 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項之一控制單元(120)。
  8. 如申請專利範圍第7項之電動腳踏車，其特徵在於該電動腳踏車具有一第二感測器(140)，其中該第二感測器(140)感測一感測器變數，該感測器變數表示該電動腳踏車之俯仰角，詳言之，該電動腳踏車具有以下各者作為第二感測器(140)：一加速度感測器，其感測該電動腳踏車(100)在該垂直軸線之該方向上之該加速度(a z)，及/或一旋轉速率感測器，其感測該電動腳踏車(100)圍繞該橫向軸線之該旋轉速率( )。
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