TWI712542B - 輔助踏板式電動自行車及用於管理其能量範圍的方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一種管理方法，用於管理輔助踏板式電動自行車(1)的可再充電電池包的能量範圍，電動自行車(1)包括電機器，電機器可受到控制，以根據踏板輔助因子來供應扭矩，該扭矩係加總至騎士透過踩踏而產生的扭矩，管理方法包括以下步驟：a)選擇要由電動自行車(1)行進的路線，該路線從初始位置開始；b)獲得代表所選擇的路線的高度曲線之資料，且以複數個區段來劃分該路線，每一區段的特徵在於個別的高度參數；c)計算作為高度曲線與限制踏板輔助因子K_limit的函數、與在所選擇的路線上的電池包(20)放電的最大百分比相關聯的一值，較佳地，基於與每一區段相關的高度參數，針對每一區段計算作為與每一區段相關的限制輔助因子K_limit的函數、代表在該區段上的電池包(20)放電的百分比之一值；d)檢驗電池包(20)是否在路線的終點處具有剩餘的正充電； 其中，若步驟d)的檢驗決定電池包(20)在路線的終點處不具有剩餘的正充電，則管理方法迭代地重複步驟c)與d)，基於一或更多個調整曲線來修改該限制輔助因子K_limit，每一調整曲線允許獲得作為區段斜率的函數、用於每一區段的新的限制輔助因子。

Description

輔助踏板式電動自行車及用於管理其能量範圍的方法
本發明係關於輔助踏板式電動自行車的領域，且具體地，係關於用於管理踏板輔助式電動自行車的能量範圍的方法。
具體地，本發明係用於管理具有動力傳動單元(動力傳動單元收集電池包的能量)的自行車之方法，根據合適的控制方案來提供輔助至踩踏，該踩踏係騎士在自行車的使用期間透過踩踏而產生。
眾所皆知的，在運輸領域中，電動或混合動力車輛總是較成功地樹立自己的地位。其中，有踏板輔助式電動自行車或EBIKES。
眾所皆知的，那些類型的自行車解決方案的成功的關鍵因素為堅實、輕便、方便、外觀美觀、可靠性、以及低成本。但是，踏板輔助式電動自行車目前仍然有少許的改良極限。
電動自行車包括至少一可再充電電池包，適於供電給電機器，電機器作用為輔助動力傳動系統以產生扭矩，該扭矩係加總至騎士在踩踏期間產生的扭矩。對於可再充電電池包來說，它通常相關於電子系統，電子系統用於監測電池包的充電狀態且用於管理電池包的充電，這些由電池管理系統定義。
但是，在習知技術的踏板輔助式電動自行車中，難以管理與電池的充電狀態相關的自行車的能量範圍，因為使用者通常僅可有與電池的可用剩餘充電狀態相關的資訊，並且可在複數個位準中選擇一種踏板輔助位準（通常有三種：低、中或高），以便能夠試圖保存充電狀態，例如當電池的剩餘充電幾乎用完時，避免選擇高的輔助位準。
因此，本說明書的目的為做出可用的解決方案，適於克服或至少部分減少上述習知技術的限制。
該目的係藉由如同申請專利範圍第1項中大體上界定之用於管理輔助踏板式電動自行車的能量範圍的方法來達成。大體上，這是用於輔助踏板式電動自行車的可再充電電池包的能量範圍之管理方法，輔助踏板式電動自行車包括電機器，電機器可受到控制，以根據踏板輔助因子來供應扭矩，該扭矩係加總至騎士透過踩踏而產生的扭矩。
管理方法包括以下步驟：   A)  選擇要由電動自行車行進的路線，該路線從初始位置開始；   B)  獲得代表所選擇的路線的高度曲線之資料，且以複數個區段來劃分該路線，每一區段的特徵在於個別的高度參數；   C)  計算作為高度曲線與限制踏板輔助因子K_limit的函數、與在所選擇的路線上的電池包放電的最大百分比相關聯的一值，較佳地，基於與每一區段相關的高度參數，針對每一區段計算作為與每一區段相關的限制輔助因子K_limit的函數、代表在該區段上的電池包放電的百分比之一值；   D)  從步驟C）中實行的計算開始，檢驗電池包是否在路線的終點處具有剩餘的正充電； 其中，若步驟D）的檢驗決定電池包在路線的終點處不具有剩餘的正充電，則管理方法迭代地重複步驟C）與D），基於一或更多個調整曲線來修改該限制輔助因子K_limit，每一調整曲線允許獲得作為區段斜率的函數、用於每一區段的新的限制輔助因子。
上述管理方法的較佳的與有利的實施例係界定在所附申請專利範圍附屬項中。
參見附圖，藉由非限制性範例的方式，從特定實施例的以下詳細敘述將較佳地理解本發明，附圖綜合地敘述在下面的段落中。
參見第1圖，在第1圖中繪示車輛1，車輛1在特定的實施例中敘述為電動自行車或較佳地，踏板輔助式自行車（EPAC, pedal-assist bicycle）。
自行車1包括車架2、前輪3與後輪4，前輪3與後輪4係樞軸式樞接至車架2。以本質上熟知的方式，前輪3係樞軸式樞接至自行車1的操控前叉9，前叉9係樞軸式緊固至車架2。自行車1包括手把12，手把12係樞軸式樞接至車架2並且與前輪3一體地旋轉。
自行車1包括動力傳動單元5，動力傳動單元5包括緊固至車架2的底盤7、緊固至曲柄軸的一對踏板6、與電機器60。在所示的範例中，動力傳動單元5藉由車鏈傳動系統8而操作性連接至後輪4。在本說明書中，也可把電機器60稱為馬達或電動馬達。
自行車1也包括可再充電電池包20，可再充電電池包20包括底架，底架緊固定自行車1的車架2，較佳地係藉由機械緊固系統15而可移除地且可緊固地緊固至車架2，機械緊固系統15例如為鎖與鑰匙。在本說明書中，可再充電電池包20也將用術語電池來表示。
根據一實施例，動力傳動組5的電機器60從可再充電電池包20收集能量，在範例中是為了協助踩踏，因此作用為輔助動力傳動。
電機器60例如為具有永久磁鐵的同步三相電動馬達，包括轉子與定子。定子包括定子繞組，定子繞組例如可供應有三個交流電流I_u、I_v、I_w，以使轉子16轉動。較佳地，定子繞組為星形繞組。
在第3圖中繪示了包括在自行車1中的內建電子系統的可能實施例。內建電子系統包括DC/AC轉換器52，適於供電給電機器60與DC/AC轉換器52的電子控制單元50。例如，DC/AC轉換器52提供三個交流電流 I_u、I_v、I_w 至電機器12。較佳地，電子控制單元50包括微控制器。較佳地，自行車1的內建電子系統包括踩踏感測器55，例如設置有至少一磁鐵與至少一霍爾感測器，踩踏感測器55連接至電子控制單元50。踩踏感測器55操作性連接至電子控制單元50，並且允許量測踩踏的速度及/或頻率，並且將這些量測提供給電子控制單元50。根據一實施例，踩踏感測器55也允許量測騎士在踩踏期間施加至踏板6的扭矩。
電子控制單元50例如藉由控制線54所提供的PWM控制信號來控制DC/AC轉換器52，使得DC/AC轉換器52以交流電流 I_u、I_v、I_w供應至定子繞組。
根據一實施例，電子控制單元50例如藉由合適的電壓調節器的中介而連接至可再充電電池包20，除了受到供電之外，也偵測可再充電電池包20的充電狀態。
根據一實施例，自行車1的內建電子系統包括無線電通訊介面53，例如，Wi-Fi或藍牙通訊介面，允許連接內建電子系統至行動個人通訊裝置，像是例如提供有資料連接的智慧型手機或平板電腦。參見第1圖與第2圖，在此實施例中，自行車1可包括用於智慧型手機或平板電腦的支撐與緊固支架11，固定至手把12。
額外地或替代地，內建電子系統包括無線電通訊介面，例如，GSM或UMTS、或4G或LTE介面，適於連接內建電子系統至遠距操作者的行動無線電網路。
根據一實施例，自行車1包括可移除式控制板10，邏輯地配對至內建電子系統，並且例如，適於提供有認證碼的信號至內建電子系統。上述的可移除式控制板10例如為可移除地緊固至手把12，例如在緊固至手把12的專用錨固臺上。控制板10的移除會導致認證信號的失去，且因此發出信號至電子控制單元50，通知自行車處於停車狀態。從該狀態開始，控制板10至自行車1的耦接（並未邏輯地配對至內建電子系統）不會導致偵測從停車狀態至認證使用狀態的切換，而是一直在停車狀態中，或者偵測至另一狀態的切換，例如至警報狀態，代表有偷竊意圖。替代地，或除了可移除式控制板10以外，可以設想到，有認證碼的上述信號係由可攜式個人通訊裝置提供，像是例如邏輯配對至內建電子系統的智慧型手機或平板電腦。
在操作期間，電子控制單元50控制DC/AC轉換器52，使得DC/AC轉換器52提供電源電流至電機器60，這允許電機器60傳送對應於所需輔助位準的扭矩。較佳地，上述的控制為無感測器的類型，亦即，不需要轉子位置感測器，且例如，為封閉迴路控制，基於從電機器60的電源電流 I_u、I_v、I_w開始的反電動勢評估。
現在，將敘述用於管理例如上述類型的電動自行車1的電池的能量範圍之方法。該管理方法可藉由內建設置在自行車1上的機構來專門地執行，例如藉由控制板10且藉由電子控制單元50，及/或部分藉由內建設置在自行車1上的機構且部分藉由外部的機構，像是例如藉由可操作性連接至自行車1的內建電子系統之智慧型手機或平板電腦。在這種情況中，智慧型手機或平板電腦內建的應用程式（或APP）介接於電子控制單元50，例如藉由無線電通訊介面53。
藉由基於路線的高度曲線來最佳化電池20的放電曲線，上述的管理方法允許保證電池20沿著路線的理想放電曲線。利用電動馬達60提供的踏板輔助的即時管理，可確保達成對於騎士的出力的感知有最小影響之目的。
管理方法包括此步驟：選擇從給定位置開始、自行車1要行進的路線，給定位置係定義為初始位置。基於上述，可理解到，該選擇可由騎士藉由控制板10（控制板10例如設有顯示器，顯示器具有觸控介面，或者藉由鍵盤），及/或藉由智慧型手機或平板電腦（例如藉由上述類型的應用程式（或APP））來實行。在此種選擇步驟中，例如可設定一些中間點，自動具有計算「巡迴旅行」的可能性。
管理方法也包括此步驟：以給定的解析度（例如等於100m或200m），獲得代表所選擇的路線（在本文中也稱為旅程）的高度曲線之資料，以將該路線劃分為複數個區段，每一區段的特徵在於高度參數（像是例如平均高度，或初始高度與最終高度等），且例如將所獲得的資料儲存在一陣列中，該陣列使每一區段（例如，由離初始位置的初始距離與最終距離來識別）相關聯於相關的高度參數。代表高度曲線的資料可例如從遠端伺服器獲得，或者可從裝載在智慧型手機或平板電腦上或自行車1的內建電子系統上的地圖獲得。
管理方法也包括此步驟：根據以下的公式，計算每一區段i的斜率，例如每一區段i的平均百分比斜率：
Figure 02_image001
其中S為沿著旅程所計算之每一點離初始位置的距離，且H為每一點的高度。較佳地，必須藉由差異性來計算，最後的點將沒有斜率，但是不會顯著影響計算，如同以下所示。
定義最大放電曲線為斜率的函數，判定自行車1對於電池包20的最大消耗。該曲線可由陣列
Figure 02_image003
（
Figure 02_image005
表示，具有某個數量的值（例如6）插入在斷點上，且參考的演變等於或類似於或類比於第4圖中所示的。例如，最大放電曲線（例如定義為每公里的最大百分比放電，為百分比斜率的函數）為參考曲線，可經驗上估計：藉由將電池包20行進每公里的百分比放電相關聯作為斜率的函數。
管理方法也包括此步驟：計算作為高度曲線與限制踏板輔助因子K_limit的函數、與在所選擇的路線上的電池包20的最大放電百分比（像是例如，在旅程終點處的充電的最小剩餘值或最大放電百分比，或最大放電的最小百分比值）相關聯的一值，例如藉由：基於平均百分比斜率，較佳地基於下面例示的公式，針對每一區段計算作為與每一區段相關的限制輔助因子K_limit的函數、代表電池包20的放電百分比（例如，放電百分比）之一值。限制輔助因子K_limit例如為騎士選擇的輸入值或系統預設值，固定的或變化作為每一區段的斜率的函數。管理方法的目的為在初始設定步驟期間找出限制輔助因子並且對該因子進行一或更多個修正，但是較佳地，也在踩踏期間進行即時調整，這允許根據電池的充電狀態來行進路線。
例如，針對每一區段i，管理方法基於下述公式來計算區段上的最大放電百分比：
Figure 02_image007
其中W為騎士的質量，以kg表示，且Wbike為自行車質量，以kg表示（相乘係數（W+Wbike）/（75+Wbike）用於調適在標準條件下（特定使用情況下75kg的參考騎士）偵測到的曲線），以基於下述公式來計算在路線終點處的充電狀態的最小百分比值：
Figure 02_image009
其中SOCinit 代表電池包20的初始充電狀態，例如，由電子控制單元50量測的。
管理方法也包括此步驟：驗證與路線上的電池包20的最大放電百分比相關聯的該值（像是例如上述在旅程的終點處的最大放電的最小百分比值）是否為正值或負值，或者大體上評估電池包20是否在旅程的終點處具有正的剩餘充電。
若該值為正的，則可假設該管理方法同意基於與每一區段相關的限制輔助因子K_limit來實行踏板輔助，可是要沿著整個旅程週期性地且即時地迭代實行上述的驗證步驟。
相反地，若該值為負的，則管理方法再次執行上述的驗證步驟，基於一或更多個修正曲線來修改該限制輔助因子K_limit，每一修正曲線允許獲得作為區段斜率的函數、用於每一區段i的新的限制輔助因子。較佳地，那些曲線為雙線性的曲線，朝著增加斜率值而具有飽和。例如，一組可能的修正曲線係繪示在第5圖中。例如，那些修正曲線由以下的表達式定義 ：
Figure 02_image011
其中K_GIA例如為修正係數，基於給定的解析度（例如0.1），可從最小值（例如0）變化至最大值（例如10）。第5圖中的箭頭繪示出修正曲線如何變化作為係數K_GIA的遞增值的函數。
根據一實施例，管理方法係迭代地改變修正曲線，例如藉由改變修正係數K_GIA，直到上述的驗證步驟允許確立：電池包20在選擇的路線的終點處具有正的剩餘充電。
在下文中，將敘述較佳的與非限制性的策略，這允許進一步改良上述管理方法的性能。
根據一實施例，為了能夠計算放電曲線作為施加在限制輔助因子K_limit上的限制之函數，在減少電動馬達60供應的扭矩的情況中（相對於最大輔助的情況），假設可決定關於騎士的行為。
在第6圖中報告了：根據騎士關於踩踏管理的兩種可能反應，取決於輔助因子K_limit的變化，相對於參考的消耗曲線（1=無減少或較低的減少-曲線63；0.5=減半的消耗或較高的減少–曲線61）之消耗減少的第一係數「Cons. gain」或「SOC_gain」的演變： 1-騎士藉由增加他/她的配額來補償馬達60供應的電性扭矩的減少，以保持系統供應的總功率為恆定； 2-騎士藉由保持他/她的能量消耗而不改變他/她的工作狀況，因此降低了自行車的性能。
實際上，可預見到，騎士可採取兩種行為，取決於多接近他/她的身體極限：藉由在最困難的爬坡期間移動朝向情況2），以及在平坦騎乘期間朝向情況1）。
因為不可能在設定步驟中決定普遍的演變會是什麼，所以認為合適的是上述兩種曲線之間的平均（曲線62），其中任何的差異將在騎乘期間由管理方法補償。
第6圖中有畫底線的方程式分析地表示了平均曲線（曲線62），用於估計能量消耗相對於最大值的減少，亦即，所謂的消耗減少的第一係數SOC_GAIN，作為正在使用的準時輔助因子K_limit的函數：
Figure 02_image013
因此，在管理方法的執行期間每一區段的估計能量消耗以及在路線的終點處的充電狀態可分別由以下方程式表示：
Figure 02_image015
Figure 02_image017
藉由迭代地修改因子K_GIA，管理方法（在一定的公差內）可找到最高值，保證在所選擇的路線的終點處的充電狀態SOC％_GIA_FINAL大於零。較佳地，為了保證最小的性能水平，K_GIA不能採用小於0.4的值；在該值不能保證完成設定的旅程的情況中，管理方法包括此步驟：在電池包20完全放電之前，用訊息來警告騎士，該訊息顯示可能的最大公里數（具有最小的建議輔助位準）。
根據一個有利的實施例，從在迭代處理期間識別的值開始，騎士可藉由作用於連續的滑塊（連續的滑塊可修改輔助位準（MAX-MIN））來進一步定制性能目標，例如藉由正在智慧型手機或平板電腦上執行的應用程式來完成。在滑塊上的動作可管理因子「K_GIA」，且管理方法藉此計算出對應的SOC％_GIA_FINAL。
較後的值較佳地係轉換成剩餘範圍（RANGE_GIA_FINAL）的公里數，藉由將其乘以沿著所選擇的路線的估計平均消耗，且此剩餘範圍係顯示在選擇滑塊的旁邊，其中剩餘範圍係由下式表示為距離（km）：
Figure 02_image019
根據一實施例，可設想到，上述的管理方法以一般的設定步驟來執行上述的步驟，在步驟結束時，管理方法包括儲存步驟，以儲存： - 值K_GIA，將使用作為即時管理方法的設定； - 放電曲線SOC％_GIA[N]，其元素代表電池的理想充電狀態，作為旅程前進的函數。
根據一實施例，可設想到，在上述一般的設定步驟之後，在自行車1的即時騎乘期間，管理方法執行以下的子步驟（操作）： -   以1.5來初始化輔助因子K_limit； 且從第二次迭代開始： -   積分由自行車1發送的速度信號，以獲得位移S； -   藉由讀取但不插入在設定步驟中識別的陣列ΔH％（S），識別出估計斜率ΔH％； -   計算踏板輔助因子K_limit的參考值（可定義為扭矩相乘因子），踏板輔助因子K_limit為K_GIA與ΔH％的函數，且施加第一階低通濾波器（具有0.1Hz附近的截止頻率），以獲得變數K_limit_filt； -   藉由插入陣列SOC％_GIA（S），來識別對應於實際位移的理想充電狀態； -   計算電池20的有效充電狀態與理想充電狀態之間的差（SOC％err = SOC％-SOC％_GIA（S））； -   計算扭矩相乘因子，以傳送至根據以下公式的馬達控制K_rt：
Figure 02_image021
其中ΔK_rt_filt代表變數ΔK_rt的低通濾波器（具有0.05Hz處的象徵截止）的結果，變數ΔK_rt係計算為
Figure 02_image023
其中K_rtold 顯然是先前的計算步驟的扭矩相乘因子，且Gain調整誤差的恢復速度，藉由控制且採用例如針對特定情況的象徵值（0.3與0.5之間），且其中Sat_low（v）反而是飽和函數，保證作為速度的函數之最小輔助位準，以免損害自行車1的突然加速行進步驟太多，同時也避免該策略所施加的高的減少係數（在第7圖中報告了一種可能的演變）。 -   傳送針對K_rt所計算的值至電子控制單元50，電子控制單元50使用此計算值根據內部邏輯來適當地增加騎士所需的扭矩值，該內部邏輯總是以優先的地位保持所有的安全性並且限制策略，相對於上述的管理方法所要求的策略來說。
根據一實施例，為了進一步改良上述的管理方法的功效，可引入另外的增加因子，或踏板輔助因子（或扭矩相乘因子）的第二減少係數，相對於第一係數SOC_GAIN成系列，第一係數SOC_GAIN可藉由踏板6上的平均扭矩或自行車1的瞬時能量消耗的遞減函數來識別。以此方式，可達成在偵測到高的身體出力的步驟期間儘可能少地損害騎士之目的。
在第8圖與第9圖中報告了兩個係數的演變的可能範例（一個使用作為另一個的替代）。
在第10圖中報告了相對於參考曲線（曲線70）的放電曲線，針對相對於在設定步驟中所設想到的（錯誤的斜率估計、使用者所需的較大扭矩、消耗曲線的定義中的誤差等），在發生能量消耗的踩踏顯著變化期間沒有即時輔助的管理方法。如同可預測的，充電狀態與預期的狀態非常不同，並且導致在使用者所決定的路線的一半時電池中的能量就已經為零了。
相反地，使用輔助因子的準時管理，例如如同段落[0060]中所敘述的，允許（第11圖）逐漸地但有效地補償不可避免的變化，嘗試儘可能地限制對於使用者的感知的影響。
上述的管理方法可定義為根據自動操作模式的管理方法。該操作模式例如可為騎士可選擇的複數個不同操作模式的一者。
其中，可提供例如稱為「標準」的操作模式。在該操作模式中，電機器60所需的踏板輔助因子「K」為常數，且在此稱做Kstandard ，且較佳地，Kstandard 僅取決於操作期間的任何固有限制（過溫、過度放電、限速器）。Kstandard 例如表示為下面的關係式，作為所需的輔助位準（Level）的函數： Kstandard =0.25*Level 其中Level代表範圍從1到10的正數，可由騎士以所需的解析度來選擇，解析度例如等於1或0.5。
在上述的操作模式中，除了「標準」操作模式之外或替代「標準」操作模式，例如，可提供稱為「城市」的操作模式，「城市」操作模式係打算用於都市路線的主要用途。在城市操作模式中，實施在本文稱為Kcity 的輔助因子，此輔助因子在低車速時為高，且當接近限速時，逐漸減小，限速像是例如目前監管限制所定義的速度25km/h。
使用用於變數Level的先前情況的相同概念，輔助因子Kcity 可表示為下面的公式，作為車速Speed（km/h）的函數 ：
Figure 02_image025
作為速度與變數Level的函數之踏板輔助因子Kcity 的可能演變的範例係繪示於第12圖中。
在上述的操作模式中，除了「標準」操作模式及/或「城市」操作模式之外或者替代「標準」操作模式及/或「城市」操作模式，例如，可提供稱為「斜坡輔助」的操作模式，「斜坡輔助」操作模式係打算用於具有高度變化的路線的主要用途，例如在斜坡路線上。配置了操作模式「斜坡輔助」，以保證有一直增加的輔助作為騎士所施加的踏板扭矩的函數，以強調在最嚴峻的狀況下的性能（衝刺、斜坡、重新啟動）。
相對輔助因子，在此稱為Khill ，可分析地表示如下：
Figure 02_image027
其中Tpedal 為踏板扭矩（例如有適當的濾波），以牛頓.米（Nm）表示。
作為速度與變數Level的函數之踏板輔助因子Khill 的可能演變的幾個範例係繪示於第13圖中。
另外，在上述的操作模式中，除了操作模式「標準」及/或操作模式「城市」及/或操作模式「斜坡輔助」之外或者替代操作模式「標準」及/或操作模式「城市」及/或操作模式「斜坡輔助」，例如可提供稱為「健身」的模式。
在該操作模式中，例如，使用者在任何時間可藉由滑塊來選擇目標功率Ptarget 的值，例如藉由APP（可能分散在預設的位準上）。
管理方法，例如藉由上述的APP，執行以下的操作，以嘗試保持施加至踏板的功率儘可能接近選定的值： -   計算使用者提供的瞬時功率（瓦特），瞬時功率為踏板扭矩（Nm）與踩踏節奏（rpm）之間的乘積：
Figure 02_image029
-   施加合適的第一階低通濾波器（截止頻率在0.5Hz附近）至Puser ，以獲得變數Puser_filt ； -   作為Ptarget 的函數，根據下列公式計算參考輔助因子Kfeed ：
Figure 02_image031
其中Pref 代表自行車1在平坦道路上的參考前進功率，根據下式，作為速度與質量的函數：
Figure 02_image033
其中V為自行車的前進速度（km/h），Mass代表車輛加上騎士的質量（kg）（例如藉由APP來設定），且fw 與fs 為實驗上確定的應當相乘係數（參考值可分別為0.07與0.4）。 -   有效輔助值Kfit 等於Kfeed 與一項的代數加總，該項正比於誤差Puser_filt -Pref ，正比因子為Gainfit ，可藉由具有象徵截止頻率在0.2Hz附近的低通濾波器來進一步濾波。 -   為了避免過度的限制，至少在加速行進的步驟期間，Kfit 具有至最小值的較低飽和，類似於管理方法在自動模式中所決定的，參見第7圖的較低飽和曲線（其利用馬達可管理的最大輔助因子來保留一般的較高限制，在特定情況中等於2.5）。 -   不失一般性，功率目標Ptarget 可方便地由類似的目標（心跳Htarget ）取代，以每分鐘的跳動數表示。在這種情況中，先前所示的相同通路可適用於預防措施：以類似者Huser_filt 取代變數Puser_filt ，Huser_filt 係計算為騎士的瞬時心跳的低通濾波，藉由低通濾波器來製作。此外，在此特定的應用中（基於騎士的心跳來自動調節馬達的輔助），較佳地設定值Kfeed 等於零，因為無法決定參考功率，這適於初始化控制系統。
允許的實驗結果驗證了所提出的管理方法可允許完全達到預期的目的：在克服習知技術的缺點方面。
給定的本發明的原理，相對於藉由非限制性範例的方式已經敘述與繪示的，實施例與實現細節可廣泛地變化，而無需為此偏離所附申請專利範圍中界定的本發明的範圍。
1‧‧‧自行車2‧‧‧車架3‧‧‧前輪4‧‧‧後輪5‧‧‧動力傳動單元6‧‧‧踏板7‧‧‧底盤8‧‧‧車鏈傳動系統9‧‧‧前叉10‧‧‧控制板11‧‧‧支撐與緊固支架12‧‧‧手把15‧‧‧機械緊固系統16‧‧‧轉子20‧‧‧電池包50‧‧‧電子控制單元52‧‧‧DC/AC轉換器54‧‧‧控制線55‧‧‧踩踏感測器60‧‧‧電機器(馬達)61、62、63‧‧‧曲線70‧‧‧曲線
第1圖繪示輔助踏板式電動自行車的可能實施例的側視圖。
第2圖繪示三維視圖，來自第1圖的自行車的前側。
第3圖繪示第1圖的自行車的內建電子系統的功能方塊圖。
第4圖繪示曲線圖，追蹤作為斜率的函數之電池每公里的最大百分比放電（SOC％/km）的曲線的演變。
第5圖繪示曲線圖，追蹤作為斜率的函數之踏板輔助因子的複數個修正曲線。
第6圖繪示曲線圖，追蹤作為踏板輔助因子K_limit的函數之消耗減少的第一係數，且因此為輔助因子的減少。
第7圖繪示曲線圖，追蹤作為車速的函數之保證的最小輔助因子K_min的演變。
第8圖繪示曲線圖，追蹤作為自行車電池的能量消耗的函數之消耗減少的第二係數，且因此為輔助因子的減少。
第9圖繪示曲線圖，追蹤作為施加至踏板的平均扭矩的函數之消耗減少的第三係數，且因此為輔助因子的減少。
第10圖繪示兩曲線，對應於理論放電曲線與有效放電曲線。
第11圖繪示兩條另外的曲線，對應於理論放電曲線與有效放電曲線。
第12圖繪示，在稱為「城市」的一操作模式中，作為係數位準的函數且作為速度的函數之踏板輔助因子的曲線。
第13圖繪示，在稱為「斜坡輔助」的一操作模式中，作為係數位準的函數且作為扭矩的函數之踏板輔助因子的曲線。
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1:自行車
2:車架
3:前輪
4:後輪
5:動力傳動單元
6:踏板
7:底盤
8:車鏈傳動系統
9:前叉
10:控制板
11:支撐與緊固支架
12:手把
15:機械緊固系統
20:電池包

Claims (8)

  1. 一種用於管理一輔助踏板式電動自行車(1)的一可再充電電池包(20)的一能量範圍的管理方法，該電動自行車(1)包括一電機器(60)，該電機器(60)可受到控制，以根據一踏板輔助因子來供應一扭矩，該扭矩係加總至一騎士透過該踩踏而產生的扭矩，該管理方法包括以下步驟：a)選擇要由該電動自行車(1)行進的一路線，該路線從一初始位置開始；b)獲得代表該所選擇的路線的該高度曲線之資料，且以複數個區段來劃分該路線，每一區段的特徵在於個別的高度參數；c)計算作為該高度曲線及作為一限制踏板輔助因子K_limit的一函數而與在所選擇的路線上的電池包(20)放電的該最大百分比相關聯的一值，較佳地，基於與每一區段相關的該高度參數，針對每一區段計算作為與每一區段相關的一限制輔助因子K_limit的一函數來代表在該區段上的電池包(20)放電的該百分比之一值；d)從步驟c)中所實行的該計算開始，檢驗該電池包(20)是否在該路線的該終點處具有一剩餘的正充電； 其中，若步驟d)的檢驗決定該電池包(20)在該路線的該終點處不具有一剩餘的正充電，則該管理方法迭代地重複該等步驟c)與d)，基於一或更多個調整曲線來修改該限制輔助因子K_limit，每一調整曲線允許獲得作為該區段斜率的一函數、用於每一區段的一新的限制輔助因子。
  2. 如請求項1所述之管理方法，其中該等調整曲線係雙線性曲線，朝著增加斜率值而具有一飽和。
  3. 如請求項2所述之管理方法，其中該等調整曲線係由以下表達式定義K_limit=MAX(0；MIN(2.5；IF(△H%≧0；0.3003*△H%+0.5；0.07*△H%+0.5)*K_GIA))其中K_GIA為一調整係數，可從一最小值變化至一最大值，且△H%為一區段的該百分比斜率。
  4. 如請求項1至3之任一項所述之管理方法，其中該步驟c)係藉由一經驗估計參考曲線來實行，該經驗估計參考曲線係將每行進一公里的電池包(20)放電的一百分比相關聯作為該斜率的一函數。
  5. 如請求項1所述之管理方法，其中若該檢驗步驟決定該電池包(20)在該路線的該終點處具有一剩餘的正充電，則該管理方法提供一許可，以基於與每一區段相關的該限制輔助因子K_limit來實行該 輔助，若需要的話，沿著所有該路線即時地且週期性地迭代實行上述該等計算與檢驗步驟，施加調整係數，該等調整係數適於儘可能地保證沿著該路線的該放電曲線遵守在一初始規劃步驟中藉由實行上述該等步驟a)、b)、c)、d)所計算出一曲線。
  6. 如請求項1所述之管理方法，其中用於管理該能量範圍的該管理方法為一輔助踏板式電動自行車(1)的該等操作模式的一管理方法的部分，且該等操作模式的該管理方法允許實行稱為自動的一管理模式，該等操作模式的該管理方法也包括一或更多個不同的操作模式，可選擇來建立一踏板輔助因子，作為騎士想要執行的該活動類型的一函數，像是例如一第一操作模式，其中該踏板輔助因子為常數，及/或一第二操作模式，其中該踏板輔助因子可變化作為該自行車速度的一函數，及/或一第三操作模式，其中該踏板輔助因子可變化作為該騎士施加至該等踏板的該扭矩的一函數，及/或一第四操作模式，其中該輔助因子可變化，以嘗試儘可能地保持該騎士施加至該等踏板的該功率或該騎士的心跳常數的該平均值。
  7. 一種輔助踏板式電動自行車(1)，包括一內建的電子系統，該電子系統適於且配置來實行根據請求項1至6的任一項之一管理方法。
  8. 一種輔助踏板式電動自行車部件的系統，包括根據請求項7的一輔助踏板式電動自行車(1)與一應用程式，該應用程式可下載且可安裝內建於一行動個人通訊裝置並且適於運行來實施根據請求項1至6的任一項的一管理方法。
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