专利名称：适用于电动自行车的控制方法
适用于电动自行车的控制方法1所属技术领域本项技术方案涉及的是电动自行车动力模式运行控制方法 及才莫式选择，属简单交通工具范畴。2技术背景电动自行车在采用动力模式运行时，相对于车辆行驶速度包 线范围内不同位置(工况、路况)时的能量所需数值输出量，以 现有技术主流产品的操控方式是由驾乘者凭感觉和经验(人工模 式)来完成。这样就有一个能量的使用效率问题，例如在车辆行 驶速度包线范围内的某一位置(工况、路况)的能量所需数值应 该对应有一个理想化的最佳点，除此之外或是能量所需数值选择 不足而不能满足当时的工况、路况条件，或是能量所需数值选择 过多而超过实际需求形成多余的无益消耗。以现有技术电动自行 车主流产品的操控方式(采用动力模式运行时)由人工模式来控 制到这样理想化的最佳点或相近的区域是非常困难的，或者说在 车辆行驶速度包线范围内的能量使用效率的提高，用人工模式来 操控(采用动力才莫式运行时)是不能解决的问题。
发明内容a本项技术方案要解决的问题电动自行车在动力模式运行时，相对于车辆行驶的速度包线 范围内不同位置(工况、路况)时的能量数值输出量，所对应的 理想化最佳点，以现有技术主流产品的由人工模式来操控到这样 的理想化最佳点或相近区域是非常困难的，而采用信息、微电子、 自动控制等技术在车辆行驶的速度包线范围内提高能量使用效 率是可行的。b技术方案本项技术方案涉及电动自行车的控制方法的基本概念源自于 "临界点，，现象，建立数学模型时可以先命其"临界点，，就是理 想化的最佳点，即电动自行车在采用动力模式运行时，相对于车 辆行驶的速度包线范围内不同位置(工况、路况)时的能量数值 最佳点(临界点)，除此之外或是能量所需数值选择不足而不能 满足当时的工况、路况条件，或是能量所需数值选择过多而超过 实际需求形成多余的无益消耗。工程设计中这样的理想化的最佳 点实际上可以选取一个"临界点"的区域范围，例如对应车辆 行驶速度在8-12Km范围时，是理想化的效率專交高的工作区域， 表达式为鹏J式中」V代表车辆行驶的速度包线内变化量；」N代表车辆行驶 在不同位置(工况、路况)时的能量所需数值，若K的最大值(或 区域)存在，其充要条件是车辆行驶速度包线内变化量对应点的 能量所需数值就是理想化的最佳点(或区域)。显然、以现有技 术主流产品的由人工模式来操控(采用动力模式运行时)到这样 的理想化最佳点或相近区域是非常困难的。
按非机动车定位的普通自行车的运行方式是一种静不平衡而动平衡(陀螺效应)的简单交通工具。
其工作模式是
a.乘驾者的蹬踏状态即人力驱动状态模式；
6.乘驾者的非蹬踏状态即滚动滑行状态；
c.乘驾者的反向蹬踏状态(无意义)及制动。
本项技术方案涉及电动自行车的控制方法的基本模式是实时 采样、数/模转换及数值处理和指令控制能量输出。所谓实时即 上述a.6. c.类工作模式的同步数值(模拟量)采样，经数/模 转换后由控制系统进行数值处理并发出适时的指令。例如当车 辆由s.模式转换6.模式工作方式时，数据处理器锁定a.模式的 末级釆样值(速率)，同时发出指令启动能量控制及驱动机构。此 时数据处理的能量输出指令及能量密度至驱动机构的能量数值 只需克服车辆行驶速度包线范围内不同位置(工况、路况)时的 磨擦阻力和空气阻力即可，并保持a.模式状态的末端速率行驶。 换言之、由a.模式转换为6.模式工作方式的实际物理意义是 乘驾者可以按照自己的习惯或路况条件，选择合适的速度即a.模 式的末端速率，当车辆由<g.模式转换6.模式工作方式的同时控 制系统启动了的驱动机构并按a.模式末端速率开始工作，这时 的能量所需数值输出指令就是"临界点"位置区域，也可以解释 为是数字式的运行工作方式，使整个装置工作在效率较高的区域 内。而实际应用中a. —6. —a.之间可以任意切换，只要乘驾者愿 意或满足自己的行驶习惯，也就是形成了数字式(临界点)运行
工作方式的电动自行车采用动力模式运行时的基本运行方式，由 此在系列产品的工程设计中衍生的节能模式、运动模式、安全模 式等运行模式则由比较电路内固化的只读程序处理后得以实现，以满足不同适用条件者自行选择，诸如上班一族、学生一族、 长者一族等等。在电动自行车采用动力模式和骑行模式组合运行时有一个速 率同步问题(转速同步，力矩不一定同步)，只有在动力源的作 功输出速率同步跟迹于骑行模式力矩传输的速率数值，组合运行 模式才有意义。在组合运行模式时，动力模式力矩传输速率大于 骑行模式力矩传输途径速率时，逻辑解释是没有意义；动力模式力矩传输途径速率小于骑行才莫式力矩传输途径速率时，系统采用 的逻辑状态为闭锁动力模式力矩传输途径及能量输出，其物理意 义是能量不足或没电(源)。涉及本项技术设计方案控制系统(方 法)的实时采样、数/模转换及数值处理包括了对于组合运行时 速率同步问题的数值处理和指令。c有益效果本项"适用于电动自行车的控制方法"采用的运行方式和 控制方法是电动自行车在采用动力模式运行时，相对于车辆行驶 的速度包线范围内不同位置(工况、路况)时要确定的输出能量 数值点(最佳点)，除此之外或是能量所需数值选择不足而不能满足当时的工况、路况条件；或是能量所需数值选择过多而超过 实际需求形成多余的无益消耗，这是现有技术主流产品的由人工 模式来操控到这样的理想化最佳点或相近区域的方式无法实现 的。"适用于电动自行车的控制方法"釆用的运行方式是电动自 行车在采用动力模式运行时的能量输出至驱动机构的数值(最佳 点)只需克服车辆行驶速度包线范围内不同位置(工况、路况) 时的磨擦阻力和空气阻力即可，并保持乘驾者自己的行驶习惯状 态的速率行驶。
电动自行车的数字式(临界点)运行方式和控制方法的数学 模型和逻辑图。参阅图1、其中io--速度模拟量(实际数值是取微小电压变化量」U、或者是 微小电流变化量」A)电磁式传感器件，安装于电动自行 车的驱动链轮中轴和车架的相对位置。CIo—电路中常用的"光电"隔离模块，信息源"单向"特性(典 型电路)。
CL一数/模转换通用(典型电路)模块，将实时采样读取的微小 电压变化量z1U、或者是孩史小电流变化量z1A这^f的模拟 量(速度)转换为与其对应的数字量。CI2 —数据处理及实时采样、读取数值变化量消失时要记载未端 数值并保持和送往下一程序。CI3—事件判别处理。CI4 —动力模式、骑行模式组合运行方式时的同步跟迹运行问题 处理。
Cl5 —能量管理模快单元。 CI6 —驱动、开关出口电路。5具体实施方案"适用于电动自行车的控制方法"的数字式(临界点)运行 方式和控制方法的数学模型和逻辑图，参阅图1 (相对于电动自行车的动力运行才莫式)。io是速度模拟量(实际数值是取微小电压变化量JU、或者 是^f敖小电流变化量」A )传感器件，安装于电动自行车的驱动链 轮中轴和车架的相对位置，实时采样读取a.模式状态的行驶速率。CIo是电路中常用的"光电"隔离模块，这里我们需要的是 它的信息源"单向"特性。CIi是数/模转换通用模块，将实时采样读取的微小电压变化 量」U、或者是^:小电流变化量JA这样的模拟量(速度)转 换为与其对应的数字量。CI2的功能是对读取的对应数字量作初步处理，当车速大于 20千米/小时(按照非机动车定义的国家标准)，由不同车型(轮 径)行驶速度对应的实时采样读取的转换数字量，系统处理模式 为中断运行指令，也可以选择小于5千米/小时系统处理才莫式为 中断运行指令(节能模式)。CI2的功能还有实时采样读取的数值 未端自保持，也就是在5-20千米/小时范围内实时釆样读取的数 值消失时要记载未端数值并保持和送往下 一程序。Cl3是事件判别处理程序。当Cl2的信息源连续变化时，Cl3 系统处理模式为中断能量管理系统运行指令(没有能量输出)， 当Cl2的信息源不连续变化时，Cl3系统处理模式为启动能量管理 系统运行指令(有能量输出)。实际的物理意义就是车辆由S.模 式转换6.模式工作方式时，数据处理器锁定a.模式的末级采样 值(速率)，发出指令启动能量控制及驱动机构。对应于动力模式、 骑行模式组合运行方式时，程序设计作为运动模式事件处理，将 上述"当Cl2的信息源连续变化时，Cl3系统处理^^莫式为中断能量 管理系统运行指令(没有能量输出)"改为"当Cl2的信息源连 续变化时，Cl3系统处理模式为启动能量管理系统运行指令(有 能量输出)"，同时增加(发出)控制电路的同步跟迹运行指令。C14的逻辑意义是动力模式、骑行模式組合运行方式时的同 步跟迹运行问题(转速同步，力矩不一定同步)处理，即动力模 式力矩传输途径的速度要跟迹骑行模式力矩传输途径的速度。在 动力模式力矩传输途径的转动速率相当于骑行模式力矩传输途 径转动速率时，动力模式、骑行模式组合运行方式的模式才有意 义。在动力模式、骑行模式组合运行方式的模式运行中，动力才莫 式力矩传输途径速率大于骑行才莫式力矩传输途径速率时，逻辑解释是没有意义；在动力模式力矩传输途径速率小于骑行模式力矩 传输途径速率中，系统采用的逻辑状态为闭锁动力^t式力矩传输 途径模式方式(能量不足或没电)运行指令。Cl5能量管理模快单元。由io速度模拟量实际读取的微小电
压变化量」U、或者是纟敖小电流变化量」A经过ClH的数值处理和逻辑运算后，在Cl5能量管理模快换算成为与微小电压变化量JU、或者是^f效小电流变化量」A线性比例变化的能量输出 运行指令，其变化量对应于微小电压变化量」U、或者是孩t小电 流变化量」A,而线性比例系数可以实际计算和试验确定。例如 某车型(实验电动自行车样车)的动力模式运行方式时行驶速度 为12千米/小时需要的工作电流和电压为4. 35a/18v是电动自 行车的理想化的最佳点，即某车型(实验电动自行车样车)在采用动力模式运行时，相对于车辆行驶速度的能量数值最佳点，除 此之外或是能量所需数值选择不足而不能满足当时的工况、路况 条件，或是能量所需数值选择过多而超过实际需求形成多余的无 益消肆毛。而这时的电流和电压(4. 35a/18v)与对应的孩t小电压 变化量」U、或者是^L小电流变化量」A的比例数值系数即理 想数值K鹏x, CI5能量管理模快这样的数值处理方式也是现代孩i 电子、信息和自动控制逻辑电路和技术在电动自行车项目上的实 际应用。Cl6驱动(无刷无传感器直流电动机)及开关出口电路。驱 动电路是直流电流转换为三相方波供无刷直流电动机正常工 作(典型电路和技术、省略)，开关出口电路是将CL-5信息和能 量输出至驱动电动机，可根据市场需求和成本，加装保护、监控 等附加功能模快(电力系统的典型电路和技术、省略)。安全优先中断理念对于自行车这样简单交通工具的使用有着
重要的意义。安全优先中断理念应用于电单车有两层含义首先 是优先中断车辆行驶中的不安全因素，例如超速行驶，转弯时 加速等等。其工作模式是断开驱动能源及驱动机构。优先中断理 念的另一层意义是对于装置本身的"自4全"及保护程序，包括驱 动机构、能源、控制系统等各个组件。这些在系统的"软件"设 计中增加其相关内容是十分容易的事情。由于实时采样、数字处理、事件判别、能量管理等数控系统 的多样性、可靠性和诸多功能，i。， Cl0-6也是现代微电子、信息、 自动控制等技术的典型电路和模快在电动自行车项目上的实际 应用，使得实现数字式智能、才莫糊运行方式和控制方法成为可能 和简单。
权利要求
1. 适用于电动自行车的控制方法的技术方案涉及的运行方式 和控制方法是电动自行车在采用动力模式运行时，车辆行驶速度包线范围内不同位置时能量输出数值最佳点的选取，其特征是 实时采样、数/4莫转换、状态判别及能量管理模块换算成为与实 际(工况、路况)条件的能量需求输出数值(临界点)最佳点， 并传输至驱动源机构的运行模式及车辆由骑行模式转换为非蹬 踏状态即滚动滑行状态模式时，数据处理器锁定骑行模式的末级 采样值(速率)，并保持末级釆样值(速率)运行。
2. 根据权利要求1所述，适用于电动自行车的控制方法的技术 方案涉及的运行方式和控制方法是电动自行车在采用动力模式 运行时，其特征是动力模式、骑行模式组合运行方式时的同步 跟迹运行，即动力模式力矩传输途径的速度要跟迹骑行模式力矩 传输途径的速度及控制方法。
全文摘要
适用于电动自行车的控制方法是电动自行车在采用动力模式运行时，相对于车辆行驶的速度包线范围内不同的工况、路况时要确定的输出能量数值最佳点。除此之外或是能量所需数值选择不足而不能满足当时的工况、路况条件；或是能量所需数值选择过多而超过实际需求形成多余的无益消耗，这是现有技术主流产品的由人工模式来操控到这样的理想化最佳点或相近区域的方式无法实现的。适用于电动自行车的控制方法采用的运行方式是电动自行车在采用动力模式运行时的能量输出至驱动机构的数值(最佳点)只需克服车辆行驶速度包线范围内不同位置(工况、路况)时的摩擦阻力和空气阻力即可，并保持乘驾者自己的行驶习惯状态的速率行驶。
文档编号H01M10/44GK101121385SQ20071013081
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者飞 姚 申请人:飞 姚