TW202136077A - 用於確定減震器壓縮速度的方法、電腦程式、控制單元以及二輪車 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於判定（330）具有驅動電機（103）之二輪車（100）之減震器（120）之壓縮速度Vs的方法，其中該減震器（120）係配置於該二輪車（100）之二輪車框架（111）與後懸架（112）之間，其中該方法包含以下步驟：獲取（300）該二輪車（100）之後輪（110）之角速度ω_rad ；獲取（310）該驅動電機（103）之引擎速度n_M ；以及取決於所獲取之該角速度ω_rad 及所獲取之該電機速度n_M 判定（330）該減震器（120）之該壓縮速度Vs。

Description

用於確定減震器壓縮速度的方法、電腦程式、控制單元以及二輪車

本發明係關於一種用於判定二輪車之減震器之壓縮速度之方法。本發明亦關於一種經調適以進行根據本發明之方法之電腦程式。本發明另外係關於一種經調適以進行根據本發明之方法之控制裝置。本發明進一步係關於一種具有此控制裝置之電動腳踏車。

歐洲專利EP 3 077 261 B1號的說明書揭示用於二輪車中之控制單元，其中該控制單元包含分別配置於第一或第二彈簧裝置上之第一及第二彈簧感測器。

文獻DE 10 2014 209 472 A1揭示懸吊叉總成及用於設定二輪車之懸吊叉之參數之方法。

本發明之目標為改良減震器之彈簧行程或壓縮速度之判定。

根據本發明，本發明目標係根據獨立項1、8、9或10中之一者來實現。

本發明係關於一種用於判定二輪車之減震器之壓縮速度之方法。該二輪車具有驅動單元，其具有驅動電機以用於二輪車之電機驅動或電機支撐驅動。換言之，該二輪車有利地為摩托車或電動腳踏車。

舉例而言，該二輪車為具有驅動單元以用於騎乘者之電機支撐之山地車，其中該驅動單元詳言之包含作為驅動電機之電動機及另外有利地包含具有踏板之曲柄軸。驅動單元之驅動電機與驅動元件之間較佳地提供有固定或可移位齒輪。根據本發明，該二輪車具有減震器，其中該減震器配置於二輪車之框架與二輪車之後懸架之間。換言之，後懸架或後輪有利地藉助於減震器以彈簧方式緊固至二輪車框架，其中後輪上之衝擊載荷相對於二輪車框架起緩衝作用。根據本發明的方法包含獲取二輪車之後輪之角速度或獲取後輪之輪速。有利地，藉助於增量編碼器獲取後輪之角速度。在另一步驟中，獲取驅動電機之電機速度。有利地，電機速度係藉助於驅動電機中用於電換向之感測器或用於轉子位置判定之感測器獲取。接著，在步驟中，取決於後輪之所獲取角速度及所獲取電機速度而判定減震器之壓縮速度。有利地，作為中間步驟，取決於基於後輪之所獲取角速度判定之第一鏈速及基於所獲取電機速度判定之第二鏈速而判定所謂的鏈條回拉或差。此差表示在壓縮減震器時發生之鏈條回拉。

此方法產生精確判定減震器之壓縮速度之優點。此外，其產生以下優點：對於此方法，減震器上或減震器附近未配置或提供額外感測器。替代地，有利地使用在任何情況下均存在之感測器。

較佳地，在後續步驟中，取決於減震器之所判定壓縮速度精確判定減震器之當前彈簧行程及/或減震器之壓縮加速度。此外，可視情況規定，取決於所判定壓縮速度、所判定彈簧行程及/或所判定壓縮加速度而控制二輪車之驅動電機。舉例而言，藉由此控制來調適所產生之電機扭矩。此可產生例如以下優點：在不平坦地形的情況下自動地減小電機扭矩，其中二輪車之速度同樣減小且二輪車之騎行為安全的。此亦可產生例如以下優點：當前輪豎直力經估計。若例如在不平坦地形上，所需的電機扭矩短時間大於當前輪豎直力准許之扭矩，則電機扭矩可短時間減小。因此有利地防止後輪之自旋風險。此具體實例因此有利地在安全性、效率及舒適度方面產生增益。

有利地，進一步取決於減震器之所判定壓縮速度進行二輪車之減震器之彈簧常數之控制。由此自動地進行減震器之彈簧常數或阻尼常數之控制，其中對於騎乘者騎行更為舒適且安全。

在另一具體實例中，取決於減震器之所判定壓縮速度進行二輪車之路線之地形中坑洞之偵測。接著取決於偵測到之坑洞調適驅動電機之電機扭矩，或取決於偵測到之坑洞控制二輪車之驅動電機。因此，騎行對於騎乘者有利地變得更為舒適且安全。

在本發明之另一具體實例中，取決於減震器之所判定壓縮速度偵測減震器之結束位置阻尼。結束位置阻尼表示經判定彈簧行程，其位於最大可能彈簧行程之區域中。舉例而言，當所判定彈簧行程超過最大可能彈簧行程之80%之臨限值或最大可能彈簧行程之90%之臨限值時，存在結束位置阻尼。接著取決於偵測到之結束位置阻尼將警告給至騎乘者或顯示騎乘者之資訊，及/或取決於偵測到之結束位置阻尼控制二輪車之驅動電機或減震器之彈簧常數。舉例而言，可規定取決於偵測到之結束位置阻尼而以視覺方式、以聲學方式及/或以觸覺方式警告騎乘者。此外，舉例而言，有利地藉由取決於偵測到之結束位置阻尼調整驅動電機之電機扭矩而減小二輪車之速度，及/或取決於偵測到之結束位置阻尼而增大懸吊叉之彈簧常數。在此具體實例中，有利地減小或避免對減震器之機械損壞且二輪車之機械組件亦受保護以防衝擊載荷及/或振動載荷影響。此外，騎乘者可有利地在合適的顯示裝置上獲得用於取決於偵測到之結束位置阻尼而改良式調整減震器之資訊。舉例而言，此資訊包括藉助於調整螺釘而調整空氣彈簧壓力及/或對應阻尼。

在進一步發展中，在判定壓縮速度之後，取決於減震器之所判定壓縮速度進行後輪之抬起之偵測，其中詳言之先行地進行後輪抬起之偵測。換言之，詳言之，偵測到後輪之預期抬起，或在偵測期間有利地預測後輪之抬起。接著取決於後輪之偵測到之抬起將警告給至騎乘者，及/或取決於後輪之偵測到之抬起進行電動機之控制及/或取決於後輪之偵測到之抬起進行二輪車之制動器之控制。因此，有利地偵測到關鍵或危險騎行情形且有利地或視情況自動地警告騎乘者此危險。因此，二輪車之騎行變得安全。此外，在另一視情況選用的步驟中，關於後輪之偵測到之抬起之資訊可有利地顯示給騎乘者，例如偵測到之抬起之經預測高度。因此，可以藉由抬起後輪來支援所需的騎行操作，例如使用山地車騎過非常緊密且狹窄的彎道，這被稱為所謂的急轉彎操作。

在進一步發展中，在額外步驟中，獲取二輪車之懸吊叉之壓縮行程。在此進一步發展中，接著取決於減震器之所判定壓縮速度及懸吊叉之所獲取壓縮行程而判定二輪車之俯仰角。藉助於此進一步發展，可有利地精確判定二輪車之俯仰角及/或二輪車圍繞二輪車之橫向軸線之轉速。有利地，另外，接著亦取決於所判定俯仰角及/或取決於二輪車圍繞其橫向軸線之所判定轉速而控制二輪車之驅動電機，例如藉由該控制調整所產生電機扭矩。因此，將電動腳踏車之控制有利地調整至路線之梯度。舉例而言，支撐電機扭矩對於上坡騎行或在俯仰角高於臨限值之情況下增大，或在存在前輪抬起（後輪支撐）風險之情況下減小。因此，二輪車之驅動有利地變得更高效及/或騎行對於騎乘者變得更為舒適及/或安全。

可進一步視情況規定取決於減震器之所判定俯仰角及所判定壓縮速度偵測到電動腳踏車之跳躍。在此具體實例中，取決於偵測到之跳躍進行二輪車之減震器之彈簧常數及/或二輪車之懸吊叉之彈簧常數的控制。替代地或另外，取決於偵測到之跳躍而控制二輪車之驅動電機，或取決於偵測到之跳躍而調整電機扭矩。藉助於此具體實例，有利地支援在跳躍之後的著陸。因此，二輪車之跳躍或著陸變得更為舒適且安全。電機扭矩亦可有目的地使用或產生以便主動地藉由改變圍繞車輛橫向軸線之角動量而影響車輛俯仰角。

本發明進一步係關於一種經調適以進行根據本發明之方法之電腦程式。

本發明另外係關於一種經調適以進行根據本發明之方法之控制裝置。該控制裝置有利地具有構件，詳言之經調適以進行根據本發明之方法之處理單元及電氣介面。

本發明進一步亦關於一種具有根據本發明之控制裝置之二輪車，其中該二輪車詳言之為電動腳踏車或摩托車。

圖1a展示例示性具體實例，其中電動腳踏車示意性地展示為二輪車100。該電動腳踏車在曲柄軸101上具有驅動單元102。騎乘者之踏板力藉助於踏板105a及曲柄105b傳輸至每一支腳之曲柄軸101。驅動單元102包含作為驅動電機103之電動機及用於獲取踏板力或騎乘者扭矩之感測器104。藉助於電池模組106為驅動單元102供應電流或電力。在操作期間通常取決於藉助於感測器104獲取以產生電機扭矩之騎乘者之騎乘者扭矩來控制驅動電機103。因此進行後輪110或電動腳踏車之電力輔助驅動。根據本發明，減震器120配置於二輪車框架111與後懸架112之間且經調適以抑制經由後輪113與地形190之接觸引起的後輪113相對於二輪車框架111之衝擊及振動。視情況選用的懸吊叉121配置於二輪車框架111與前輪114之間且經調適以抑制經由前輪114與地形190之接觸引起的前輪114相對於二輪車框架111之衝擊及振動。因此，在每一情況下藉由減震器120及懸吊叉121抑制衝擊及振動，使得舉例而言，使得騎乘者在路線之不平坦地形上較舒適且較安全地騎行。這在電動腳踏車為例如用於下坡騎行之山地車時尤為重要。另外，在下坡騎行期間，山地車之騎乘者可必需能夠抬起電動腳踏車之後輪113，以便能夠繞過狹窄的彎道行進。此外，在下坡騎行期間，山地車之騎乘者亦可必需使用電動腳踏車進行跳躍，以便能夠騎過路線之地形中的壁架及/或溝渠。

圖1b以橫截面展示圖1a之驅動單元102之實例之放大視圖。舉例而言，藉助於空心軸107及傳動裝置116將曲柄軸101連接至電動機103，其中不可旋轉地連接至空心軸107之驅動鏈輪，如驅動單元102之驅動元件108經調適以藉助於作為與電動腳踏車之後輪110之驅動連接元件109以用於驅動電動腳踏車（亦參見圖1a）的傳送帶或鏈條而傳輸驅動單元102之驅動扭矩，其為騎乘者扭矩與電機扭矩之總和。

圖2示意性地展示作為圖1a之二輪車100的電動腳踏車之二輪車框架111之後懸架112之部分區，其在此例示性具體實例中呈三個部分，其中另外展示在電動腳踏車之操作期間出現之角速度或速度。所展示之後輪在z方向上之速度Vz表示後輪在二輪車之豎直軸z方向上相對於二輪車框架或向上之移動。所展示之速度

表示待觀察之驅動連接元件109之回拉或鏈條或傳送帶回拉的速度分量，由於後輪110在二輪車之豎直軸z方向上之移動。考慮到圍繞點MP （MP代表當前樞轉點）之角速度，該點藉由後懸架112中連接至二輪車框架111之兩個個別部分112a及112b之各別支承點之連接線及彼等連接線之相交點給定，則獲得等式（1），此係因為圍繞點MP之旋轉之角速度大致相等。

（等式1）

減震器120之壓縮速度Vs為後輪110在二輪車100之豎直軸z方向上之速度Vz的函數。減震器之壓縮速度Vs之函數或圖表詳言之大致線性地延伸，參見等式（2）。換言之，用於取決於鏈條回拉之速度

判定減震器之壓縮速度Vs的線性函數之梯度可出於幾何原因被視為大致恆定的。

（等式2）

後輪110之角速度ω_rad 或後輪110之速度n_rad 可在後輪110之輪轂處例如藉助於增量編碼器獲取。後輪110之此角速度ω_rad 進一步對應於後輪110之鏈輪115處之角速度ω_rad ，其中齒輪箱之鏈輪叢集之不同大小之複數個鏈輪115有可能配置於後輪110上。後輪110之角速度ω_rad 或鏈輪115之角速度ω_rad 在後輪110向上移動的情況下不受驅動連接元件109之回拉影響，此係因為後輪110處之驅動扭矩支撐於二輪車之路線之地形上。驅動連接元件109之速度Vch為後輪110之角速度ω_rad 之線性函數，參見等式（3）。為驅動連接元件109之速度Vch之函數的梯度b或後輪110之輪轂之半徑可在取決於齒輪箱之所施加傳動比或齒輪配置在後輪110之輪轂處之齒輪箱或配置在後輪110之輪轂處之鏈輪叢集的情況下改變。

（等式3）

將驅動連接元件109之速度Vch及藉由後輪110在二輪車100之豎直軸z方向上之移動的驅動連接元件109之回拉之速度

傳輸至驅動單元102之驅動元件108。在驅動單元102之驅動元件108與驅動電機103或電動機103之間，詳言之存在固定傳動比之傳輸。替代地，可在電動機103與驅動元件108之間提供變數傳輸。驅動連接元件109之回拉之速度

可因此取決於電機速度n_M 及後輪110之角速度ω_rad 根據等式4判定。

（等式4）

自等式（2）與等式（4）之組合，進一步後接等式（5）以用於取決於電機速度n_M 及後輪110之角速度ω_rad ，或輪速n_Rad 判定二輪車100之減震器120之壓縮速度Vs。換言之，二輪車100之減震器120之壓縮速度Vs可取決於電機速度n_M 及後輪110之角速度ω_rad 根據等式（5）判定。

（等式5）

圖3以方塊圖形式示意性地展示方法之流程圖。該方法開始於步驟300處，獲取二輪車100之後輪110之角速度ω_rad 。在步驟310中，獲取驅動電機103或電動機之電機速度n_M 。視情況，可另外提供二輪車100之懸吊叉121之壓縮行程之獲取320。在步驟330中，取決於後輪110之所獲取角速度ω_rad 及所獲取電機速度n_M 進行減震器120之壓縮速度Vs之判定。視情況，可在步驟340中取決於減震器120之所判定壓縮速度Vs，例如藉助於電動致動器控制二輪車100之減震器120之彈簧常數。在另一視情況選用的具體實例中，可在步驟350a中取決於減震器120之所判定壓縮速度Vs偵測二輪車100之路線之地形190中的坑洞且接著取決於偵測到之坑洞進行二輪車100之驅動電機103之視情況選用的控制350b。在視情況選用的步驟350b中，當在地形190中偵測到坑洞時，電機扭矩較佳地減小，以便減小二輪車之速度。在另一具體實例中，在視情況選用的步驟360a中，在減震器120之壓縮速度Vs之判定330之後，取決於減震器120之所判定壓縮速度Vs偵測到減震器120之結束位置阻尼。接著，在視情況選用的步驟360b中，取決於偵測到之結束位置阻尼以聲學方式、以視覺方式及/或以觸覺方式警告騎乘者，及/或在視情況選用的步驟360b中，取決於偵測到之結束位置阻尼進行二輪車100之驅動電機103之控制360c。偵測到之結束位置阻尼表示在例如最大彈簧行程之80至90%至最大彈簧行程之臨限值範圍內的彈簧行程中減震器之過去或當前壓縮，或減震器120在其結束位置處之停止。在另一視情況選用的步驟370a中，取決於減震器120之所判定壓縮速度Vs進行後輪110之抬起之偵測。另外或替代地，在步驟370a中，可取決於後輪110之所判定振動（亦即詳言之不存在振動）偵測到後輪110之抬起。此等振動視情況在步驟370a中取決於減震器120之所判定壓縮速度Vs詳言之判定為不存在。詳言之先行地進行後輪抬起之視情況選用的偵測370a，例如取決於壓縮加速度a_s ，其中可取決於壓縮速度Vs判定壓縮加速度a_s 。舉例而言，在步驟370a中，當減震器120在z軸方向上之經判定壓縮加速度a_s 超過臨限值時，偵測到後輪110抬起。接著，在視情況選用的步驟370b中，可取決於後輪110之偵測到之抬起而將聲學、視覺及/或觸覺警告給至騎乘者，及/或在視情況選用的步驟370c中，可取決於後輪110之偵測到之抬起進行二輪車100之電動機103及/或制動器之控制。在進一步發展中，在步驟380a中，取決於減震器120之所判定壓縮速度進行二輪車100之俯仰角之判定。可規定另外在步驟380a中取決於二輪車之所獲取加速度信號，詳言之藉助於慣性量測單元而判定二輪車100之俯仰角。替代地或另外，另外在步驟380a中取決於懸吊叉121之所獲取壓縮行程而判定二輪車100之俯仰角。該俯仰角表示二輪車100圍繞二輪車100之橫向軸線之旋轉，其在圖2中指向沿y方向。在路線之水平地形190上，舉例而言，俯仰角為零。在路線之地形190之斜坡上，舉例而言在坡道上，俯仰角例如上坡為10°或下坡為-10°，取決於行進方向。在另一視情況選用的步驟380b中，可取決於所判定俯仰角控制二輪車100之驅動電機103或電動機。在本發明之進一步發展中，取決於減震器120之所判定壓縮速度Vs進行電動腳踏車之跳躍之視情況選用的偵測390a。可另外在步驟390a中取決於在步驟380a中所判定之俯仰角、在步驟370a中偵測到之後輪100之抬起及/或取決於二輪車之速度及/或取決於懸吊叉121之所獲取彈簧行程而判定跳躍。接著，在另一視情況選用的步驟390b中，取決於偵測到之跳躍控制減震器120之彈簧常數及/或二輪車100之懸吊叉121之彈簧常數。此外，替代地或另外，在此進一步發展中，提供取決於偵測到之跳躍對二輪車100之驅動電機之視情況選用的控制390c。藉助於步驟390b及390c，較佳地準備好二輪車在跳躍之後之著陸，以便使得二輪車100在跳躍之後之著陸對於騎乘者儘可能舒適且安全。

100:二輪車 101:曲柄軸 102:驅動單元 103:驅動電機/電動機 104:感測器 105a:踏板 105b:曲柄 106:電池模組 107:空心軸 108:驅動元件 109:驅動連接元件 110:後輪 111:二輪車框架 112:後懸架 112a:部分 112b:部分 112c:部分 113:後輪 114:前輪 115:鏈輪 116:傳動裝置 120:減震器 121:懸吊叉 190:地形 300:步驟 310:步驟 320:步驟 330:步驟 340:步驟 350a:步驟 350b:步驟 360a:步驟 360b:步驟 360c:步驟 370a:步驟 370b:步驟 370c:步驟 380a:步驟 380b:步驟 390a:步驟 390b:步驟 390c:步驟

其他優點自參考圖式之例示性具體實例之以下描述將變得顯而易見。 [圖1a]：作為具有減震器之二輪車之電動腳踏車 [圖1b]：圖1a之電動腳踏車之驅動單元之細節視圖 [圖2]：角速度對減震器之作用的影響 [圖3]：方法之流程圖

100:二輪車

106:電池模組

108:驅動元件

111:二輪車框架

112:後懸架

112a:部分

112b:部分

112c:部分

115:鏈輪

120:減震器

Claims (10)

1. 一種用於判定（330）具有驅動電機（103）之二輪車（100）之減震器（120）之壓縮速度Vs的方法，其中該減震器（120）係配置於該二輪車（100）之二輪車框架（111）與後懸架（112）之間，其中該方法包含以下步驟： 獲取（300）該二輪車（100）之後輪（110）之一角速度ω_rad ； 獲取（310）該驅動電機（103）之一引擎速度n_M ；以及 取決於所獲取之該角速度ω_rad 及所獲取之該電機速度n_M 以判定（330）該減震器（120）之該壓縮速度Vs。
2. 如請求項1之方法，其中，在該壓縮速度Vs之該判定（330）之後，進行以下步驟： 取決於該減震器（120）之所判定之該壓縮速度而控制（340）該二輪車（100）之該減震器（120）之彈簧常數。
3. 如請求項1或2之方法，其中，在該壓縮速度Vs之該判定（330）之後，進行以下步驟： 取決於該減震器（120）之所判定之該壓縮速度Vs而偵測（350a）該二輪車（100）之路線之地形（190）中之坑洞，及 取決於經識別之該坑洞而控制（350b）該二輪車（100）之該驅動電機（103）。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中，在該壓縮速度Vs之該判定（330）之後，進行以下步驟： 取決於該減震器（120）之所判定之該壓縮速度Vs而偵測（360a）該減震器（120）之結束位置阻尼，及 取決於偵測到之該結束位置阻尼警告（360b）騎乘者，及/或 取決於偵測到之該結束位置阻尼而控制（360c）該二輪車（100）之該驅動電機（103）。
5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中，在該壓縮速度Vs之該判定（330）之後，進行以下步驟： 取決於該減震器（120）之所判定之該壓縮速度Vs而偵測（370a）該後輪（110）之抬起，其中詳言之先行地進行後輪抬起之該偵測，及 取決於該後輪（110）之偵測到之該抬起而警告（370b）該騎乘者，及/或 取決於該後輪（110）之偵測到之該抬起而控制（370c）該二輪車（100）之該驅動電機（103）及/或制動器。
6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中進行以下步驟： 獲取（320）該二輪車（100）之懸吊叉（121）之壓縮行程，及 取決於該減震器（120）之所判定之該壓縮速度而判定（380a）該二輪車（100）之俯仰角。
7. 如請求項6之方法，其中，在該俯仰角之該判定之後，進行以下步驟： 取決於該減震器（100）之所判定之該俯仰角及所判定之該壓縮速度而偵測（390a）該二輪車（100）之跳躍，及 取決於偵測到之該跳躍而控制（390b）該二輪車（100）之該減震器（120）之彈簧常數及/或該二輪車（100）之該懸吊叉（121）之彈簧常數，及/或 取決於偵測到之該跳躍而控制（390c）該二輪車（100）之該驅動電機（103）。
8. 一種電腦程式，其經調適以進行如請求項1至7中任一項之一方法。
9. 一種控制裝置，其中該控制裝置經調適以進行如請求項1至7中任一項之一方法。
10. 一種二輪車（100），其包含如請求項9之控制裝置。

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