專利名稱：適用于電動自行車的控制方法
適用于電動自行車的控制方法1所屬技術領域本項技術方案涉及的是電動自行車動力模式運行控制方法 及才莫式選擇，屬簡單交通工具范疇。2技術背景電動自行車在采用動力模式運行時，相對于車輛行駛速度包 線范圍內(nèi)不同位置(工況、路況)時的能量所需數(shù)值輸出量，以 現(xiàn)有技術主流產(chǎn)品的操控方式是由駕乘者憑感覺和經(jīng)驗(人工模 式)來完成。這樣就有一個能量的使用效率問題，例如在車輛行 駛速度包線范圍內(nèi)的某一位置(工況、路況)的能量所需數(shù)值應 該對應有一個理想化的最佳點，除此之外或是能量所需數(shù)值選擇 不足而不能滿足當時的工況、路況條件，或是能量所需數(shù)值選擇 過多而超過實際需求形成多余的無益消耗。以現(xiàn)有技術電動自行 車主流產(chǎn)品的操控方式(采用動力模式運行時)由人工模式來控 制到這樣理想化的最佳點或相近的區(qū)域是非常困難的，或者說在 車輛行駛速度包線范圍內(nèi)的能量使用效率的提高，用人工模式來 操控(采用動力才莫式運行時)是不能解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容a本項技術方案要解決的問題電動自行車在動力模式運行時，相對于車輛行駛的速度包線 范圍內(nèi)不同位置(工況、路況)時的能量數(shù)值輸出量，所對應的 理想化最佳點，以現(xiàn)有技術主流產(chǎn)品的由人工模式來操控到這樣 的理想化最佳點或相近區(qū)域是非常困難的，而采用信息、微電子、 自動控制等技術在車輛行駛的速度包線范圍內(nèi)提高能量使用效 率是可行的。b技術方案本項技術方案涉及電動自行車的控制方法的基本概念源自于 "臨界點，，現(xiàn)象，建立數(shù)學模型時可以先命其"臨界點，，就是理 想化的最佳點，即電動自行車在采用動力模式運行時，相對于車 輛行駛的速度包線范圍內(nèi)不同位置(工況、路況)時的能量數(shù)值 最佳點(臨界點)，除此之外或是能量所需數(shù)值選擇不足而不能 滿足當時的工況、路況條件，或是能量所需數(shù)值選擇過多而超過 實際需求形成多余的無益消耗。工程設計中這樣的理想化的最佳 點實際上可以選取一個"臨界點"的區(qū)域范圍，例如對應車輛 行駛速度在8-12Km范圍時，是理想化的效率專交高的工作區(qū)域， 表達式為鵬J式中」V代表車輛行駛的速度包線內(nèi)變化量；」N代表車輛行駛 在不同位置(工況、路況)時的能量所需數(shù)值，若K的最大值(或 區(qū)域)存在，其充要條件是車輛行駛速度包線內(nèi)變化量對應點的 能量所需數(shù)值就是理想化的最佳點(或區(qū)域)。顯然、以現(xiàn)有技 術主流產(chǎn)品的由人工模式來操控(采用動力模式運行時)到這樣 的理想化最佳點或相近區(qū)域是非常困難的。
按非機動車定位的普通自行車的運行方式是一種靜不平衡而動平衡(陀螺效應)的簡單交通工具。
其工作模式是
a.乘駕者的蹬踏狀態(tài)即人力驅(qū)動狀態(tài)模式；
6.乘駕者的非蹬踏狀態(tài)即滾動滑行狀態(tài)；
c.乘駕者的反向蹬踏狀態(tài)(無意義)及制動。
本項技術方案涉及電動自行車的控制方法的基本模式是實時 采樣、數(shù)/模轉(zhuǎn)換及數(shù)值處理和指令控制能量輸出。所謂實時即 上述a.6. c.類工作模式的同步數(shù)值(模擬量)采樣，經(jīng)數(shù)/模 轉(zhuǎn)換后由控制系統(tǒng)進行數(shù)值處理并發(fā)出適時的指令。例如當車 輛由s.模式轉(zhuǎn)換6.模式工作方式時，數(shù)據(jù)處理器鎖定a.模式的 末級釆樣值(速率)，同時發(fā)出指令啟動能量控制及驅(qū)動機構(gòu)。此 時數(shù)據(jù)處理的能量輸出指令及能量密度至驅(qū)動機構(gòu)的能量數(shù)值 只需克服車輛行駛速度包線范圍內(nèi)不同位置(工況、路況)時的 磨擦阻力和空氣阻力即可，并保持a.模式狀態(tài)的末端速率行駛。 換言之、由a.模式轉(zhuǎn)換為6.模式工作方式的實際物理意義是 乘駕者可以按照自己的習慣或路況條件，選擇合適的速度即a.模 式的末端速率，當車輛由<g.模式轉(zhuǎn)換6.模式工作方式的同時控 制系統(tǒng)啟動了的驅(qū)動機構(gòu)并按a.模式末端速率開始工作，這時 的能量所需數(shù)值輸出指令就是"臨界點"位置區(qū)域，也可以解釋 為是數(shù)字式的運行工作方式，使整個裝置工作在效率較高的區(qū)域 內(nèi)。而實際應用中a. —6. —a.之間可以任意切換，只要乘駕者愿 意或滿足自己的行駛習慣，也就是形成了數(shù)字式(臨界點)運行
工作方式的電動自行車采用動力模式運行時的基本運行方式，由 此在系列產(chǎn)品的工程設計中衍生的節(jié)能模式、運動模式、安全模 式等運行模式則由比較電路內(nèi)固化的只讀程序處理后得以實現(xiàn)，以滿足不同適用條件者自行選擇，諸如上班一族、學生一族、 長者一族等等。在電動自行車采用動力模式和騎行模式組合運行時有一個速 率同步問題(轉(zhuǎn)速同步，力矩不一定同步)，只有在動力源的作 功輸出速率同步跟跡于騎行模式力矩傳輸?shù)乃俾蕯?shù)值，組合運行 模式才有意義。在組合運行模式時，動力模式力矩傳輸速率大于 騎行模式力矩傳輸途徑速率時，邏輯解釋是沒有意義；動力模式力矩傳輸途徑速率小于騎行才莫式力矩傳輸途徑速率時，系統(tǒng)采用 的邏輯狀態(tài)為閉鎖動力模式力矩傳輸途徑及能量輸出，其物理意 義是能量不足或沒電(源)。涉及本項技術設計方案控制系統(tǒng)(方 法)的實時采樣、數(shù)/模轉(zhuǎn)換及數(shù)值處理包括了對于組合運行時 速率同步問題的數(shù)值處理和指令。c有益效果本項"適用于電動自行車的控制方法"采用的運行方式和 控制方法是電動自行車在采用動力模式運行時，相對于車輛行駛 的速度包線范圍內(nèi)不同位置(工況、路況)時要確定的輸出能量 數(shù)值點(最佳點)，除此之外或是能量所需數(shù)值選擇不足而不能滿足當時的工況、路況條件；或是能量所需數(shù)值選擇過多而超過 實際需求形成多余的無益消耗，這是現(xiàn)有技術主流產(chǎn)品的由人工 模式來操控到這樣的理想化最佳點或相近區(qū)域的方式無法實現(xiàn) 的。"適用于電動自行車的控制方法"釆用的運行方式是電動自 行車在采用動力模式運行時的能量輸出至驅(qū)動機構(gòu)的數(shù)值(最佳 點)只需克服車輛行駛速度包線范圍內(nèi)不同位置(工況、路況) 時的磨擦阻力和空氣阻力即可，并保持乘駕者自己的行駛習慣狀 態(tài)的速率行駛。


電動自行車的數(shù)字式(臨界點)運行方式和控制方法的數(shù)學 模型和邏輯圖。參閱圖1、其中io--速度模擬量(實際數(shù)值是取微小電壓變化量」U、或者是 微小電流變化量」A)電磁式傳感器件，安裝于電動自行 車的驅(qū)動鏈輪中軸和車架的相對位置。CIo—電路中常用的"光電"隔離模塊，信息源"單向"特性(典 型電路)。
CL一數(shù)/模轉(zhuǎn)換通用(典型電路)模塊，將實時采樣讀取的微小 電壓變化量z1U、或者是孩史小電流變化量z1A這^f的模擬 量(速度)轉(zhuǎn)換為與其對應的數(shù)字量。CI2 —數(shù)據(jù)處理及實時采樣、讀取數(shù)值變化量消失時要記載未端 數(shù)值并保持和送往下一程序。CI3—事件判別處理。CI4 —動力模式、騎行模式組合運行方式時的同步跟跡運行問題 處理。
Cl5 —能量管理?？靻卧?。 CI6 —驅(qū)動、開關出口電路。5具體實施方案"適用于電動自行車的控制方法"的數(shù)字式(臨界點)運行 方式和控制方法的數(shù)學模型和邏輯圖，參閱圖1 (相對于電動自行車的動力運行才莫式)。io是速度模擬量(實際數(shù)值是取微小電壓變化量JU、或者 是^f敖小電流變化量」A )傳感器件，安裝于電動自行車的驅(qū)動鏈 輪中軸和車架的相對位置，實時采樣讀取a.模式狀態(tài)的行駛速率。CIo是電路中常用的"光電"隔離模塊，這里我們需要的是 它的信息源"單向"特性。CIi是數(shù)/模轉(zhuǎn)換通用模塊，將實時采樣讀取的微小電壓變化 量」U、或者是^:小電流變化量JA這樣的模擬量(速度)轉(zhuǎn) 換為與其對應的數(shù)字量。CI2的功能是對讀取的對應數(shù)字量作初步處理，當車速大于 20千米/小時(按照非機動車定義的國家標準)，由不同車型(輪 徑)行駛速度對應的實時采樣讀取的轉(zhuǎn)換數(shù)字量，系統(tǒng)處理模式 為中斷運行指令，也可以選擇小于5千米/小時系統(tǒng)處理才莫式為 中斷運行指令(節(jié)能模式)。CI2的功能還有實時采樣讀取的數(shù)值 未端自保持，也就是在5-20千米/小時范圍內(nèi)實時釆樣讀取的數(shù) 值消失時要記載未端數(shù)值并保持和送往下 一程序。Cl3是事件判別處理程序。當Cl2的信息源連續(xù)變化時，Cl3 系統(tǒng)處理模式為中斷能量管理系統(tǒng)運行指令(沒有能量輸出)， 當Cl2的信息源不連續(xù)變化時，Cl3系統(tǒng)處理模式為啟動能量管理 系統(tǒng)運行指令(有能量輸出)。實際的物理意義就是車輛由S.模 式轉(zhuǎn)換6.模式工作方式時，數(shù)據(jù)處理器鎖定a.模式的末級采樣 值(速率)，發(fā)出指令啟動能量控制及驅(qū)動機構(gòu)。對應于動力模式、 騎行模式組合運行方式時，程序設計作為運動模式事件處理，將 上述"當Cl2的信息源連續(xù)變化時，Cl3系統(tǒng)處理^^莫式為中斷能量 管理系統(tǒng)運行指令(沒有能量輸出)"改為"當Cl2的信息源連 續(xù)變化時，Cl3系統(tǒng)處理模式為啟動能量管理系統(tǒng)運行指令(有 能量輸出)"，同時增加(發(fā)出)控制電路的同步跟跡運行指令。C14的邏輯意義是動力模式、騎行模式組合運行方式時的同 步跟跡運行問題(轉(zhuǎn)速同步，力矩不一定同步)處理，即動力模 式力矩傳輸途徑的速度要跟跡騎行模式力矩傳輸途徑的速度。在 動力模式力矩傳輸途徑的轉(zhuǎn)動速率相當于騎行模式力矩傳輸途 徑轉(zhuǎn)動速率時，動力模式、騎行模式組合運行方式的模式才有意 義。在動力模式、騎行模式組合運行方式的模式運行中，動力才莫 式力矩傳輸途徑速率大于騎行才莫式力矩傳輸途徑速率時，邏輯解釋是沒有意義；在動力模式力矩傳輸途徑速率小于騎行模式力矩 傳輸途徑速率中，系統(tǒng)采用的邏輯狀態(tài)為閉鎖動力^t式力矩傳輸 途徑模式方式(能量不足或沒電)運行指令。Cl5能量管理模快單元。由io速度模擬量實際讀取的微小電
壓變化量」U、或者是纟敖小電流變化量」A經(jīng)過ClH的數(shù)值處理和邏輯運算后，在Cl5能量管理模快換算成為與微小電壓變化量JU、或者是^f效小電流變化量」A線性比例變化的能量輸出 運行指令，其變化量對應于微小電壓變化量」U、或者是孩t小電 流變化量」A,而線性比例系數(shù)可以實際計算和試驗確定。例如 某車型(實驗電動自行車樣車)的動力模式運行方式時行駛速度 為12千米/小時需要的工作電流和電壓為4. 35a/18v是電動自 行車的理想化的最佳點，即某車型(實驗電動自行車樣車)在采用動力模式運行時，相對于車輛行駛速度的能量數(shù)值最佳點，除 此之外或是能量所需數(shù)值選擇不足而不能滿足當時的工況、路況 條件，或是能量所需數(shù)值選擇過多而超過實際需求形成多余的無 益消肆毛。而這時的電流和電壓(4. 35a/18v)與對應的孩t小電壓 變化量」U、或者是^L小電流變化量」A的比例數(shù)值系數(shù)即理 想數(shù)值K鵬x, CI5能量管理模快這樣的數(shù)值處理方式也是現(xiàn)代孩i 電子、信息和自動控制邏輯電路和技術在電動自行車項目上的實 際應用。Cl6驅(qū)動(無刷無傳感器直流電動機)及開關出口電路。驅(qū) 動電路是直流電流轉(zhuǎn)換為三相方波供無刷直流電動機正常工 作(典型電路和技術、省略)，開關出口電路是將CL-5信息和能 量輸出至驅(qū)動電動機，可根據(jù)市場需求和成本，加裝保護、監(jiān)控 等附加功能模快(電力系統(tǒng)的典型電路和技術、省略)。安全優(yōu)先中斷理念對于自行車這樣簡單交通工具的使用有著
重要的意義。安全優(yōu)先中斷理念應用于電單車有兩層含義首先 是優(yōu)先中斷車輛行駛中的不安全因素，例如超速行駛，轉(zhuǎn)彎時 加速等等。其工作模式是斷開驅(qū)動能源及驅(qū)動機構(gòu)。優(yōu)先中斷理 念的另一層意義是對于裝置本身的"自4全"及保護程序，包括驅(qū) 動機構(gòu)、能源、控制系統(tǒng)等各個組件。這些在系統(tǒng)的"軟件"設 計中增加其相關內(nèi)容是十分容易的事情。由于實時采樣、數(shù)字處理、事件判別、能量管理等數(shù)控系統(tǒng) 的多樣性、可靠性和諸多功能，i。， Cl0-6也是現(xiàn)代微電子、信息、 自動控制等技術的典型電路和?？煸陔妱幼孕熊図椖可系膶嶋H 應用，使得實現(xiàn)數(shù)字式智能、才莫糊運行方式和控制方法成為可能 和簡單。
權利要求
1. 適用于電動自行車的控制方法的技術方案涉及的運行方式 和控制方法是電動自行車在采用動力模式運行時，車輛行駛速度包線范圍內(nèi)不同位置時能量輸出數(shù)值最佳點的選取，其特征是 實時采樣、數(shù)/4莫轉(zhuǎn)換、狀態(tài)判別及能量管理模塊換算成為與實 際(工況、路況)條件的能量需求輸出數(shù)值(臨界點)最佳點， 并傳輸至驅(qū)動源機構(gòu)的運行模式及車輛由騎行模式轉(zhuǎn)換為非蹬 踏狀態(tài)即滾動滑行狀態(tài)模式時，數(shù)據(jù)處理器鎖定騎行模式的末級 采樣值(速率)，并保持末級釆樣值(速率)運行。
2. 根據(jù)權利要求1所述，適用于電動自行車的控制方法的技術 方案涉及的運行方式和控制方法是電動自行車在采用動力模式 運行時，其特征是動力模式、騎行模式組合運行方式時的同步 跟跡運行，即動力模式力矩傳輸途徑的速度要跟跡騎行模式力矩 傳輸途徑的速度及控制方法。
全文摘要
適用于電動自行車的控制方法是電動自行車在采用動力模式運行時，相對于車輛行駛的速度包線范圍內(nèi)不同的工況、路況時要確定的輸出能量數(shù)值最佳點。除此之外或是能量所需數(shù)值選擇不足而不能滿足當時的工況、路況條件；或是能量所需數(shù)值選擇過多而超過實際需求形成多余的無益消耗，這是現(xiàn)有技術主流產(chǎn)品的由人工模式來操控到這樣的理想化最佳點或相近區(qū)域的方式無法實現(xiàn)的。適用于電動自行車的控制方法采用的運行方式是電動自行車在采用動力模式運行時的能量輸出至驅(qū)動機構(gòu)的數(shù)值(最佳點)只需克服車輛行駛速度包線范圍內(nèi)不同位置(工況、路況)時的摩擦阻力和空氣阻力即可，并保持乘駕者自己的行駛習慣狀態(tài)的速率行駛。
文檔編號H01M10/44GK101121385SQ20071013081
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權日2007年8月21日
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