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原文传递用于控制踏板助力自行车的电动马达的系统

专利名称：	用于控制踏板助力自行车的电动马达的系统
摘要：	公开了一种用于控制踏板助力自行车的电动马达(101)的系统(1)，该踏板助力自行车包括耦合到自行车的车轮(102)的电动马达(101)、连接到自行车的车轮(102)的踏板‑推力组(103)、和被配置成与马达交换能量的电池(105)。控制系统(1)包括被配置为检测骑自行车的人施加在踏板‑推力组(103)上的踏板推力速率并被配置为生成表示踏板推力速率的信号的踏板推力节奏传感器(2)，包括被配置为检测骑自行车的人施加在踏板‑推力组(103)上的扭矩并被配置为生成表示骑自行车的人施加的扭矩的信号的踏板推力扭矩传感器(3)，包括被配置为生成表示自行车的加速度或速度的信号的自行车加速度或速度传感器(4)，包括用于检测马达(101)的功率并被配置为生成表示马达的功率的信号的传感器(5)，包括骑自行车的人施加在踏板‑推力组上的扭矩的闭环控制器(7)，包括在自行车上的阻力扭矩的闭环控制器(9)，以及包括分配模块(11)。骑自行车的人施加的扭矩的闭环控制器(7)被配置为基于参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)和由踏板‑推力扭矩传感器(3)检测到的骑自行车的人施加的有效扭矩(T骑自行车的人)之间的误差生成基于骑自行车的人扭矩的参考马达指令信号(I°骑自行车的人)。阻力扭矩的闭环控制器(9)被配置为基于参考阻力扭矩(T°环境)和有效阻力扭矩(T环境)之间的误差生成基于阻力扭矩的参考马达指令信号(I°环境)，所述有效阻力扭矩(T环境)是至少基于表示马达功率的信号、表示所述踏板‑推力节奏的信号和表示自行车速度或加速度的信号而确定的。分配模块(11)被配置为根据基于所述骑自行车的人扭矩的参考马达指令信号(I°骑自行车的人)、根据基于阻力扭矩的参考马达指令信号(I°环境)、基于有效阻力扭矩(T环境)、和基于参考分配参数(α)生成马达参考指令信号(I°马达)。
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：	P·利桑蒂;D·百瑞塔;M·塞加图
专利状态：	有效
申请日期：	2018-02-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201880010890.0
公开号：	CN110382340A
代理机构：	北京安信方达知识产权代理有限公司
代理人：	李薇;杨明钊
分类号：	B62M6/45(2006.01);B;B62;B62M;B62M6
申请人地址：	意大利米兰
主权项：	1.一种用于控制踏板助力自行车的电动马达(101)的系统(1)，所述系统包括耦合到所述自行车的车轮(102)的所述电动马达(101)、连接到所述自行车的车轮(102)的踏板-推力组(103)、被配置成与所述马达(102)交换能量的电池(105)，所述控制系统(1)包括： -踏板-推力节奏传感器(2)，所述踏板-推力节奏传感器被配置为检测骑自行车的人施加到所述踏板-推力组(103)上的踏板推力速率，并且被配置为生成表示所检测到的踏板-推力速率的信号； -踏板-推力扭矩传感器(3)，所述踏板-推力扭矩传感器被配置为检测所述骑自行车的人施加到所述踏板-推力组(103)上的扭矩，并且被配置为生成表示所述骑自行车的人施加的所述扭矩的信号； -所述自行车的加速度或速度传感器(4)，所述加速度或速度传感器被配置为生成表示所述自行车的加速度和速度的信号； -用于检测所述马达(101)的功率并被配置为生成表示所检测到的所述马达的功率的信号的传感器(5)； -所述骑自行车的人施加在所述踏板-推力组(103)上的所述扭矩的闭环控制器(7)，其被配置为基于参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)和由所述踏板-推力扭矩传感器(3)检测到的所述骑自行车的人施加的有效扭矩(T骑自行车的人)之间的误差生成基于所述骑自行车的人扭矩的参考马达指令信号(I°骑自行车的人)； -所述自行车(100)的阻力扭矩的闭环控制器(9)，其被配置为基于参考阻力扭矩(T°环境)和有效阻力扭矩(T环境)之间的误差生成基于所述阻力扭矩的参考马达指令信号(I°环境)，所述有效阻力扭矩(T环境)是至少基于表示所述马达功率的信号、表示所述踏板-推力节奏的信号、和表示所述自行车的速度或加速度的信号而确定的； -分配模块(11)，所述分配模块被配置为根据基于所述骑自行车的人扭矩的所述参考马达指令信号(I°骑自行车的人)、根据基于所述阻力扭矩的所述参考马达指令信号(I°环境)、基于所述有效阻力扭矩(T环境)、和基于参考分配参数(α)生成马达参考指令信号(I°马达)。 2.根据权利要求1所述的控制系统(1)，包括被配置为改变所述参考分配参数(α)的值的参考生成模块(12)。 3.根据权利要求1或2所述的控制系统(1)，其中，所述分配模块(11)被配置为确定权重(β)，使得所述马达参考指令信号(I°马达)是对基于所述骑自行车的人扭矩的所述参考马达指令信号(I°骑自行车的人)和基于所述阻力扭矩的所述参考马达指令信号(I°环境)通过基于所述权重(β)的加权和来获得的，所述权重(β)是基于所述权重(β)、所述有效阻力扭矩(T环境)和所述参考分配参数(α)之间的预定关系来确定的。 4.根据权利要求3所述的控制系统(1)，其中，所述分配模块(11)被配置为使得所述马达参考指令信号(I°马达)是通过以下关系式获得的： I°马达＝β·I°骑自行车的人+(1-β)·I°环境其中： -I°马达是所述马达参考指令信号； -I°骑自行车的人是基于所述骑自行车的人扭矩的所述参考马达指令信号； -I°环境是基于所述阻力扭矩的所述参考马达指令信号； -β是所述权重，其介于0和1之间。 5.根据权利要求3或权利要求4所述的控制系统(1)，其中，所述分配模块(11)被配置成使得所述权重(β)具有使得当所述有效阻力扭矩(T环境)是驱动扭矩的负扭矩时所述马达参考指令信号(I°马达)等于基于所述阻力扭矩的所述参考马达指令信号(I°环境)的值，因此，对于所述参考阻力扭矩(T°环境)的正值的情况，所述马达参考指令信号(I°马达)使得所述马达(101)通过在所述自行车(100)上施加自动制动动作而充当发电机，所述自动制动动作随着所述参考阻力扭矩(T°环境)和所述有效阻力扭矩(T环境)之间的误差增加而增加。 6.根据权利要求3至5中任一项所述的控制系统(1)，其中，所述分配模块(11)被配置成使得所述权重(β)的取值使得当所述有效阻力扭矩(T环境)为正时： -当所述有效阻力扭矩(T环境)小于阻力扭矩阈值(T环境)时，所述马达参考指令信号(I°马达)等于基于所述骑自行车的人扭矩的所述参考马达指令信号(I°骑自行车的人)； -当所述有效阻力扭矩(T环境)大于所述阻力扭矩阈值(T环境)时，随着所述有效阻力扭矩(T环境)的值相对于所述阻力扭矩阈值(T环境)增加，基于所述阻力扭矩的所述参考马达指令信号(I°环境)对所述马达参考指令信号(I°马达)的贡献增加，其中，所述阻力扭矩阈值(T环境)是根据所述参考分配参数(α)可变的。 7.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(1)，其中，所述骑自行车的人施加在所述踏板-推力组(103)上的所述扭矩的所述闭环控制器(7)包括由所述踏板-推力扭矩传感器(3)提供的所述骑自行车的人扭矩信号的滤波器(8)，所述骑自行车的人扭矩信号的滤波器(8)被配置为生成由所述踏板-推力扭矩传感器(3)提供的所述骑自行车的人扭矩信号的峰值的输出值。 8.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(1)，其中，在所述自行车(100)上的所述阻力扭矩的所述闭环控制器(9)包括阻力扭矩估计模块(10)，所述阻力扭矩估计模块(10)被配置为基于以下关系式计算阻力功率(P阻力)： P阻力＝P马达+P骑自行车的人·η传动装置-P冲刺其中： -P马达是所述马达的由检测所述马达功率的所述传感器(5)检测到的功率； -P骑自行车的人是由于所述踏板-推力的作用而由所述骑自行车的人提供的、根据表示所述踏板-推力扭矩的所述信号和表示所述踏板-推力速度的所述信号确定的功率； -η传动装置是布置在所述踏板-推力组(103)和所述自行车的车轮(102)之间的传动装置(104)的效率； -P冲刺是由于惯性力而产生的、根据表示所述自行车的加速度或速度的所述信号确定的功率。 9.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(1)，其中，所述参考生成模块(12)被配置为自动地基于表示所述踏板-推力节奏的f所述信号、和/或基于表示所述踏板-推力扭矩的所述信号、和/或基于表示所述自行车的加速度或速度的所述信号、和/或基于表示所述马达功率的所述信号来确定所述参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)、所述参考阻力扭矩(T°环境)和所述参考分配参数(α)。 10.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(1)，包括参考生成模块(12)，所述参考生成模块(12)被配置为生成所述参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)、所述参考阻力扭矩(T°环境)和所述参考分配参数(α)。 11.根据权利要求10所述的控制系统(1)，其中，所述参考生成模块(12)被连接到所述骑自行车的人可控制的外部设备(106)，并且被配置为生成骑自行车的人指令信号，其中，所述参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)、所述参考阻力扭矩(T°环境)和所述参考分配参数(α)是由所述参考生成模块(12)基于由所述外部设备(106)提供的所述骑自行车的人指令信号来确定的。 12.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(1)，包括用于估计所述电池(105)的充电状态并且被配置为生成表示该估计的信号的模块，其中，所述参考生成模块(12)被配置为自动地基于表示所述电池(105)的充电状态的所述信号来确定所述参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)、所述参考阻力扭矩(T°环境)和所述参考分配参数(α)。 13.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(1)，包括用于估计设置在所述踏板-推力组(103)和所述自行车的车轮(102)之间的传动装置(104)的传动比的模块，其中，所述参考生成模块(12)被配置为自动地基于表示所述传动装置(104)的传动比的所述信号来确定所述参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)、所述参考阻力扭矩(T°环境)和所述参考分配参数(α)。 14.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(1)，包括用于检测所述骑自行车的人的生物特征参数、适用于生成表示所述生物特征参数的信号的一个或更多个传感器，其中，所述参考生成模块(12)被配置为自动地基于表示所述骑自行车的人的生物特征参数的所述信号来确定所述参考骑自行车的人扭矩(T°骑自行车的人)、所述参考阻力扭矩(T°环境)和所述参考分配参数(α)，所述系统还包括被配置为基于所述马达参考指令信号(I°马达)执行所述马达(101)的电流反馈控制的闭环控制器(6)，其中，所述马达有效电流(I马达)是由用于检测所述马达功率(101)的所述传感器(5)提供的。 15.一种踏板助力自行车，所述踏板助力自行车包括耦合到车轮(102)的电动马达(101)、连接到车轮(102)的踏板-推力组(103)、能够与所述电动马达(102)交换能量的可充电电池(105)、以及根据前述权利要求中任一项所述的电动马达的控制系统(1)。
所属类别：	发明专利