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原文传递用于控制踏板助力自行车的自适应系统和用于驱动自行车的电动马达的相应方法

专利名称：	用于控制踏板助力自行车的自适应系统和用于驱动自行车的电动马达的相应方法
摘要：	公开了控制踏板助力自行车(100)的自适应系统(1)。系统(1)包括：电动马达(101)，其被配置为作为马达和作为与自行车(100)的车轮(102)相关联的发电机来操作；可再充电电池(106)，其具有与电动马达(101)的功率交换关系；踏板‑推力组(103)，其由骑自行车的人踩踏；传动装置(104)，其操作地被插在踏板‑推力组(103)和包括自由轮机构(105)的自行车的车轮(102)之间。系统包括：被配置为产生表示自行车的车轮(102)的角速度(ω轮)的信号的传感器；被配置为产生表示自由轮机构(105)的角速度(ω自由轮)的信号的传感器；被配置为产生表示电池(106)的充电状态(SoC)的信号的传感器；标称控制模块(2)，其被配置为至少基于表示车轮(102)的角速度(ω轮)和自由轮机构(105)的角速度(ω自由轮)的信号来产生马达标称命令信号(I°马达)，其中马达标称命令信号(I°马达)或其一部分(i°骑自行车的人)由自行车的反转速度(v限制)定义，在反转速度之下马达(101)向踏板‑推力提供协助，而在反转速度之上马达(101)作为发电机来操作，并且其中当自行车不制动时，所述马达标称命令信号(I°马达)或其一部分(i°骑自行车的人)进一步由最大能量回收值(i回收，最小)定义。系统还包括自适应控制模块(3)，其被配置为产生从基于表示电池(106)的充电状态(SoC)的信号校正的马达标称命令信号(I°马达)确定的马达校正命令信号(I°马达，校正)，其被配置为基于表示充电状态(SoC)的信号来修改反转速度(v限制)和马达标称命令信号(I°马达)或其一部分(i°骑自行车的人)的所述最大能量回收值(i回收，最小)。系统还配置成向马达(101)提供基于所述马达校正命令信号(I°马达，校正)确定的参考命令信号(I°参考)。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	意大利;IT
申请人：	泽哈斯股份公司
发明人：	D·百瑞塔;P·利桑蒂;M·塞加图;M·科尔诺;S·M·萨瓦雷斯
专利状态：	有效
申请日期：	2018-01-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201880006577.X
公开号：	CN110191843A
代理机构：	北京安信方达知识产权代理有限公司
代理人：	齐加文;杨明钊
分类号：	B62M6/50(2006.01);B;B62;B62M;B62M6
申请人地址：	意大利米兰
主权项：	1.一种控制踏板助力自行车(100)的自适应系统(1)，所述踏板助力自行车包括：电动马达(101)，其被配置为作为马达和作为与所述自行车(100)的车轮(102)相关联的发电机来操作；可再充电电池(106)，其具有与所述电动马达(101)的功率交换关系；踏板-推力组(103)，其由骑自行车的人踩踏；传动装置(104)，其操作地被插在所述踏板-推力组(103)和包括自由轮机构(105)的所述自行车的车轮(102)之间，所述系统包括： -被配置为产生表示所述自行车的车轮(102)的角速度(ω轮)的信号的传感器； -被配置为产生表示所述自由轮机构(105)的角速度(ω自由轮)的信号的传感器； -被配置为产生表示所述电池(106)的充电状态(SoC)的信号的传感器； -标称控制模块(2)，其被配置为至少基于表示所述车轮(102)的角速度(ω轮)和所述自由轮机构(105)的角速度(ω自由轮)的所述信号来产生马达标称命令信号(I°马达)，其中，当移动的所述自行车在牵引状况中时，所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°骑自行车的人)通过所述自行车的反转速度(v限制)定义，在所述反转速度之下所述马达(101)向所述踏板-推力提供协助，而在所述反转速度之上所述马达(101)作为发电机来操作，在所述牵引状况中所述自行车的车轮(102)的速度基本上等于所述自由轮机构(105)的速度，并且其中，当所述踏板-推力组没有牵引时并且当所述自行车不制动时，所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°骑自行车的人)进一步由最大能量回收值(i回收，最小)定义； -自适应控制模块(3)，其被配置为： ●产生从基于表示所述电池(106)的充电状态(SoC)的所述信号校正的所述马达标称命令信号(I°马达)确定的马达校正命令信号(I°马达，校正)； ●基于表示所述充电状态(SoC)的信号来修改所述反转速度(v限制)和所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°骑自行车的人)的所述最大能量回收值(i回收，最小)；其中，所述自适应控制系统(1)还被配置为向所述马达(101)提供基于所述马达校正命令信号(I°马达，校正)确定的参考命令信号(I°参考)。 2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述自适应控制模块(3)包括用于校正所述标称控制模块(2)的参数的模块(10)，所述模块(10)被配置为基于表示所述充电状态(SoC)的信号来修改所述反转速度(v限制)和所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°骑自行车的人)的所述最大能量回收值(i回收，最小)，使得当所述充电状态减小时，所述反转速度(v限制)减小，以及所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°骑自行车的人)的所述最大能量回收值(i回收，最小)在绝对值上增加，以及当所述充电状态增加时，所述反转速度(v限制)增加，以及所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°骑自行车的人)的所述最大能量回收值(i回收，最小)在绝对值上减小。 3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述自适应控制模块(3)包括用于校正所述标称命令信号的模块(9)，所述模块(9)被配置为基于表示所述电池的充电状态(SoC)的所述信号来调制所述马达标称命令信号(I°马达)，使得所述马达标称命令信号(I°马达)当为正的时候随着所述电池的充电状态减小而减小，以及当为负的时候随着所述电池的充电状态增加而在绝对值上减小。 4.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其中，所述标称控制模块(2)包括第一有限状态机(6)，所述第一有限状态机(6)被配置为输出所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号(I°马达)的第一部分(i°骑自行车的人)，所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号(I°马达)的第一部分(i°骑自行车的人)基于根据至少表示所述车轮角速度(ω轮)的信号和表示所述自由轮机构的角速度(ω自由轮)的信号计算的状态来确定，其中，所述第一有限状态机(6)被配置成检测下列状态中的至少两个： -加速状态：其对应于静态启动或在所述自行车的运动阶段期间的突然加速，所述状态具有基于踏板-推力旋转的次数能够确定的或在超过所述自行车的预定阈值速度之后的有限持续时间； -无牵引状态：其对应于其中当所述自行车正移动时所述自由轮机构的速度低于所述车轮的速度的状况； -牵引状态：其对应于其中除了容限所述自由轮机构的速度等于所述自行车轮的速度的状况； -制动状态：其对应于所述自行车的制动状况，其中，所述自行车反转速度(v限制)和没有制动的所述最大能量回收值(i回收，最小)定义在所述牵引状态中的所述马达标称命令信号(I°马达)或所述马达标称命令信号的第一部分(i°骑自行车的人)。 5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，还包括被配置成产生表示自行车路线的坡度的信号的传感器，其中，所述标称控制模块(2)还包括被配置为产生所述马达标称命令信号(I°马达)的第二部分(i°坡度)的第二有限状态机(7)，所述第二部分(i°坡度)基于根据表示所述坡度的信号计算的状态来确定，其中，所述马达标称命令信号(I°马达)等于由所述第一有限状态机(6)产生的所述第一部分(i°骑自行车的人)和由所述第二有限状态机(7)产生的所述第二部分(i°坡度)的总和，以及其中，所述第二有限状态机(7)被配置成检测下列状态中的至少两个： -下坡：其对应于其中所述自行车沿着下坡路线移动的状况； -水平：其对应于其中所述自行车沿着基本上水平的路线移动的状况； -上坡：其对应于其中所述自行车沿着上坡路线移动的状况。 6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，还包括所述马达校正命令信号(I°马达，校正)的一个或多个饱和模块(8’，8”，8”’)，所述一个或更多个饱和模块被配置为产生马达限制命令信号(I°马达，限制)，所述马达限制命令信号是从基于所述电动马达(101)和/或电池(106)的检测到的操作参数的在绝对值上减小的所述马达校正命令信号(I°马达，校正)获得的，其中，所述马达校正命令信号(I°马达，校正)的所述一个或多个饱和模块(8’，8”，8”’)包括： -第一饱和模块(8’)，其被配置为在绝对值上减小所述马达校正命令信号(I°马达，校正)，使得所述电池(106)的电压保持在被包括在最大限制值(V电池最大)和最小限制值(V电池最小)之间的范围内； -第二饱和模块(8”)，其被配置为基于表示所述车轮(102)的角速度(ω轮)的信号在绝对值上减小所述马达校正命令信号(I°马达，校正)，所述系统还包括被配置为产生表示所述马达的温度(T)的信号的传感器，其中，所述马达校正命令信号(I°马达，校正)的所述一个或多个饱和模块(8’，8”，8”’)包括第三饱和模块(8”’)，所述第三饱和模块被配置为当所述马达校正命令信号(I°马达，校正)为正时基于表示所述马达(101)的温度(T)的所述信号来减小所述马达校正命令信号(I°马达，校正)。 7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，包括滤波器(4)，所述滤波器被配置为对所述马达校正命令信号(I°马达，校正)或所述马达限制命令信号(I°马达，限制)进行滤波并输出马达滤波命令信号(I°马达，滤波)，其中，所述参考命令信号(I°参考)与所述马达滤波命令信号(I°马达，滤波)一致。 8.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，包括故障检测模块(5)，所述故障检测模块被配置为在所述系统(1)中存在检测到的故障时停用所述马达(101)或调制所述马达参考命令信号(I°参考)。 9.一种电动踏板助力自行车(100)，所述自行车包括： -可再充电电池(106)： -电动马达(101)，其被配置为作为由电池(106)供电的马达或者作为用于对所述电池(106)再充电的发电机来操作； -根据前述权利要求中的任一项所述的自适应控制系统(1)。 10.一种借助于可再充电电池(106)来驱动电动踏板助力自行车(100)的电动马达(101)的方法(200)，所述电动马达被配置为作为由所述电池供电的马达或作为用于给所述电池充电的发电机来操作，所述自行车包括与所述自行车的车轮(102)相关联的自由轮机构(105)，所述方法包括下列步骤： a1)根据所述电池(106)的充电状态(SoC)来计算(202)反转速度(v限制)的值，所述反转速度指示自行车速度，当移动的所述自行车在牵引状况中时，在所述自行车速度之下所述电动马达作为马达来操作以向踏板-推力提供协助，而在所述自行车速度之上所述马达作为发电机来操作，在所述牵引状况中所述自行车的车轮(102)的速度基本上等于自由轮机构(105)的速度； a2)根据所述电池(106)的充电状态(SoC)来计算(202)对应于当踏板-推力组没有牵引时和当所述自行车不制动时的最大能量回收的最小值(i回收，最小)； b)对于在所述自行车的运动期间与所述自行车(100)相关联的多个第一状态，根据所述反转速度(v限制)和所述最小值(i回收，最小)的所计算的值来计算(203)马达标称命令信号(I°马达)的第一部分(i°骑自行车的人)的多个趋势； c1)根据所述车轮的角速度(ω轮)和所述自由轮机构的角速度(ω自由轮)的值来识别(204)在所述自行车的运动期间与所述自行车(100)相关联的第一当前状态； c2)从所述马达标称命令信号(I°马达)的所述第一部分(i°骑自行车的人)的所述多个趋势中选择(204)与所识别的第一当前状态相关联的所述第一部分(i°骑自行车的人)的当前趋势； c3)对于所述第一部分(i°骑自行车的人)的选定趋势，根据所述自行车速度(v)的当前值来计算所述马达标称命令信号(I°马达)的所述第一部分(i°骑自行车的人)的当前值； d)根据所述第一部分(i°骑自行车的人)和所述电池的充电状态(SoC)来计算(208，209，210)马达校正命令信号(I°马达，校正)的当前值； e)使用所述马达校正命令信号(I°马达，校正)的所计算的当前值来驱动(214)所述电动马达(101)； f)进一步重复步骤a1)、a2)、b)、c1)、c2)、c3)、d)、e)。 11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤a1)中，通过用取决于所述电池的充电状态的第一系数(χ)按比例缩放反转速度值(v限制)来计算所述反转速度，其中，对于大于阈值(SoC°)的所述充电状态(SoC)的值，所述第一系数(χ)等于一，以及在所述充电状态(SoC)降低时所述第一系数(χ)朝着最小值降低，直到对于所述充电状态的小值和零值所述第一系数达到所述最小值为止；以及在步骤a2)中，通过用取决于所述电池的充电状态的第二系数(ξ)按比例缩放所述最小值(i回收，最小)来计算所述最小值(i回收，最小)，其中，对于大于所述阈值(SoC°)的所述充电状态(SoC)的值，所述第二系数(ξ)等于最小值，以及在所述充电状态减小时所述第二系数朝着值一增加，直到对于所述充电状态的小值和零值所述第二系数达到值一为止。 12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，在步骤b)中，所述多个第一状态包括下列状态中的至少两个： ■加速：其对应于静态启动或在所述自行车的运动阶段期间的突然加速； ■无牵引：其对应于其中当所述自行车正在移动时所述自由轮机构的速度低于所述车轮的速度的状况； ■牵引：其对应于其中所述自由轮机构的速度基本上等于所述自行车车轮的速度的状况； ■制动：其对应于制动状况。 13.根据权利要求12所述的方法，其中： -步骤c1)包括识别所述牵引状态； -步骤c2)包括选择与所述牵引状态相关联的第一部分的趋势，所述趋势包括： ■被包括在所述自行车的速度的零值和定义值(vcurr，最大)之间的第一部分，其中，所述马达标称命令信号的第一部分(i°骑自行车的人)从零值逐渐增加到最大值(i加速，最大)； ■被包括在所述自行车的速度的所述定义值(vcurr，最大)和所述反转速度值(v限制)之间的第二部分，其中，所述马达标称命令信号的第一部分(i°骑自行车的人)逐渐减小，直到所述马达标称命令信号的所述第一部分达到零值为止； ■被包括在所述反转速度值(v限制)和最大速度值(vrech，最大)之间的第三部分，其中，所述马达标称命令信号的第三部分是负的，直到所述马达标称命令信号的所述第三部分达到所述最小值(i回收，最小)为止； ■大于所述最大速度值(vrech，最大)的第四部分，其中，所述马达标称命令信号的第四部分(i°骑自行车的人)基本上等于所述最小值(i回收，最小)。 14.根据权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中，在步骤d)中： -在其中所述马达标称命令信号的所述第一部分(i°骑自行车的人)的值为正的情况下，通过用取决于所述电池的充电状态的第三系数(μ+)按比例缩放所述马达标称命令信号的第一部分(i°骑自行车的人)来计算所述马达校正命令信号(I°马达，校正)的当前值，其中，对于大于所述阈值(SoC°)的所述充电状态的值，所述第三系数(μ+)等于一，而对于低于所述阈值(SoC°)的值，所述第三系数朝着零值减小，直到对于所述充电状态的小值和零值所述第三系数变为零为止； -在其中所述马达标称命令信号的所述第一部分(i°骑自行车的人)的值为负的情况下，通过用取决于所述电池的充电状态的第四系数(μ-)按比例缩放所述马达标称命令信号的所述第一部分(i°骑自行车的人)来计算所述马达校正命令信号(I°马达，校正)的当前值，其中，所述第四系数(μ-)对于低于所述阈值(SoC°)的所述充电状态的值等于一，而对于大于所述阈值(SoC°)的值所述第四系数朝着零值减小，直到所述第四系数在满充电值处达到零值为止。 15.一种包括软件代码部分的计算机程序，当所述程序在至少一个计算机上运行时，所述软件代码部分适于执行根据权利要求10至14中的任一项所述的方法的步骤。
所属类别：	发明专利