一种基于能量回收技术的无源电助力自行车方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于能量回收技术的无源电助力自行车方法与装置，它对现有自行车在爬坡时无助力而影响其使用舒适性与能源效率等缺陷提供一种无源助力方法，本发明利用电机/发电机、适当容量的储能元件、相关传感器、控制器和一定的控制策略构成的系统，高效率地回收自行车骑行时制动与超速时的能量；在上坡时，该系统将回收的能量通过电机驱动系统释放出来，辅助驱动自行车。本方案能够在没有外界充电系统的前提下，保留自行车的设计初衷：锻炼身体和短途出行功能，同时可以提高骑行者的骑行能源效率以及减少骑行者的体力过度消耗，相对于传统的自行车，其操纵系统无需增设复杂的操纵装置以及操纵方式，实施成本低廉。
【专利说明】一种基于能量回收技术的无源电助力自行车方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于能量回收技术的无源电助力自行车方法与装置。
【背景技术】
[0002]在公知的【技术领域】，自行车不但是人们锻炼身体和短途出行的有效工具，而且是减少城市交通拥堵与车辆排气污染的有效途径，但它存在着许多问题，制约着它的使用，其中最主要的原因是它没有全自动控制的助力系统，更没有无源全自动的助力系统，使得人们爬坡时需要较大的体力消耗，浪费宝贵的体能，降低了骑行的舒适性以及可骑行的距离。
[0003]目前，市场上有一些电动助力自行车，它能够提供骑车时的助力，但它需要外接能量输入系统(充电系统)，以便补充系统的能源消耗，并且该系统几乎按照电动自行车的系统设计，保有很大的能量储存，以便骑行者能够利用它驱动很长的路程，这导致系统成本比较高，并且骑行者依赖它驱动，而不是自己骑行，使自行车丧失了它的锻炼身体功能，并且，它还需要一些特别的操纵装置来实现相关操作来实现相关助力，结构复杂，已经违背了自行车设计的初衷。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服上述问题，提供一种能够提高骑行舒适度、适当降低人体骑行时爬坡所消耗的体力、增加骑行距离的基于能量回收技术的无源电助力自行车方法与装置。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于能量回收技术的无源电助力自行车方法，包括电机/发电机装置、适当容量的储能元件、踏板扭矩传感器和控制系统，其控制策略为:
当骑车者在平路上起步时，控制系统通过踏板扭矩传感器测量其起步和骑行时的踏板扭矩，为助力获取助力基本参数；
当骑车者在坡道上骑行时，控制系统通过踏板扭矩传感器测量其踏板扭矩，并将之与骑车者在平路骑行时获取的起步和骑行踏板扭矩进行对比，根据它们之间的扭矩差随时提供恰当的驱动助力，以使该扭矩差为零，实现坡道助力；
当自行车在平路上骑行，出现超过预设速度或者骑车者刹车制动时，电机/发电机装置为发电状态，其发电量依据超速或者刹车强度而自动调整，并且将此部分的能量转换为电能，储存于储能元件中。
[0006]当自行车在坡道上骑行，出现超过预设速度或者骑车者刹车制动时，电机/发电机装置停止提供驱动助力，转为发电状态，其发电量依据超速或者刹车强度而自动调整，并且将此部分的能量转换为电能，储存于储能元件中。
[0007]—种应用上述方法的装置，所述控制系统包括总控制器以及所采集信号均传输至总控制器的坡道传感器、刹车强度传感器、自行车速传感器、踏板转速传感器、踏板扭矩传感器、储能元件参数传感器，所述控制系统还具有电机/发电机装置、储能元件、系统工作状态指示电路和自行车驱动轮，所述储能元件给整个控制系统供电并通过电机/发电机装置回收自行车超速、制动时的能量，对储能元件进行充电，所述电机/发电机装置由总控制器和一定的控制策略控制驱动自行车驱动轮，其能源来自储能元件。
[0008]进一步的，作为一种具体的实施方式，本发明中所述控制系统采用的储能元件可以为铅酸电池、镍氢电池、锂电池和超级电容等任何可以储存电能的装置。
[0009]本发明的有益效果是:本发明针对现有自行车的在爬坡时的缺陷提供一种助力方法，本方案能够在没有外界充电系统的前提下，保留自行车的设计初衷:锻炼身体和短途出行功能，同时可以提高骑行者的骑行能源效率以及减少骑行者的体力过度消耗，同时，它的操纵系统和传统的自行车基本保持一致，无需增设复杂的操纵装置以及操纵方式，能够按照预先设定的参数指标进行自动工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0011]图1是本发明的系统原理示意图。
[0012]图中:1.总控制器，2.坡道传感器，3.刹车强度传感器，4.自行车速传感器，5.踏板转速传感器，6.踏板扭矩传感器，7.储能元件参数传感器，8.电机/发电机装置，9.储能元件，10.系统状态电路，11.自行车驱动轮。
【具体实施方式】
[0013]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0014]本发明一种基于能量回收技术的无源电助力自行车方法的优选实施例如下，包括电机/发电机装置8、适当容量的储能元件9、踏板扭矩传感器和控制系统，其控制策略为:
当骑车者在平路上起步时，控制系统通过踏板扭矩传感器测量其起步和骑行时的踏板扭矩，为助力获取助力基本参数；
当骑车者在坡道上骑行时，控制系统通过踏板扭矩传感器测量其踏板扭矩，并将之与骑车者在平路骑行时获取的起步和骑行踏板扭矩进行对比，根据它们之间的扭矩差随时提供恰当的驱动助力，以使该扭矩差为零，实现坡道助力；
当自行车在平路上骑行，出现超过预设速度或者骑车者刹车制动时，电机/发电机装置8为发电状态，其发电量依据超速或者刹车强度而自动调整，并且将此部分的能量转换为电能，储存于储能元件9中。
[0015]当自行车在坡道上骑行，出现超过预设速度或者骑车者刹车制动时，电机/发电机装置8停止提供驱动助力，转为发电状态，其发电量依据超速或者刹车强度而自动调整，并且将此部分的能量转换为电能，储存于储能元件9中。
[0016]如图1所示的一种应用上述方法的装置，所述控制系统包括总控制器I以及所采集信号均传输至总控制器I的坡道传感器2、刹车强度传感器3、自行车速传感器4、踏板转速传感器5、踏板扭矩传感器6、储能元件参数传感器7，所述控制系统还具有电机/发电机装置8、储能元件9、系统工作状态指示电路10和自行车驱动轮11，所述储能元件9给整个控制系统供电并通过电机/发电机装置8回收自行车超速、制动时的能量，对储能元件进行充电，所述电机/发电机装置8由总控制器I和一定的控制策略控制驱动自行车驱动轮11，其能源来自储能元件，所述控制系统采用的储能元件可以为铅酸电池、镍氢电池、锂电池和超级电容等任何可以储存电能的装置。
[0017]驱动力根据骑行者的脚踏扭矩配给相应大小的助动力矩。在平路骑行时，系统不辅助助力，自行车全靠骑行者的体力驱动自行车；在上坡时，总控制器I依据坡道传感器2和骑行者施加在踏板上的扭矩等信号进行参考计算，并使电机/发电机装置8输出适当的驱动扭矩，使骑车者在一定坡道距离内(可设定为30%的坡道、50米的坡道距离，甚至更远的距离，其具体助力距离取决于储能元件的容量和回收的能量)如同在平路上骑行。
[0018]其助力驱动能源来自自行车行驶时的超速和刹车能量回收，使系统不需要外接充电系统以对储能元件9进行充电，实现了系统能源自给自足。
[0019]本发明针对现有自行车的在爬坡时的缺陷提供一种助力方法，本方案能够在没有外界充电系统的前提下，保留自行车的设计初衷:锻炼身体和短途出行功能，同时可以提高骑行者的骑行能源效率以及减少骑行者的体力过度消耗，同时，它的操纵系统和传统的自行车基本保持一致，无需增设复杂的操纵装置以及操纵方式，能够按照预先设定的参数指标进行自动工作。
[0020]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.一种基于能量回收技术的无源电助力自行车方法，其特征在于:包括电机/发电机装置(8)、适当容量的储能元件(9)、踏板扭矩传感器和控制系统，其控制策略为: 当骑车者在平路上起步时，控制系统通过踏板扭矩传感器测量其起步和骑行时的踏板扭矩，为助力获取助力基本参数； 当骑车者在坡道上骑行时，控制系统通过踏板扭矩传感器测量其踏板扭矩，并将之与骑车者在平路骑行时获取的起步和骑行踏板扭矩进行对比，根据它们之间的扭矩差随时提供恰当的驱动助力，以使该扭矩差为零，实现坡道助力； 当自行车在平路上骑行，出现超过预设速度或者骑车者刹车制动时，电机/发电机装置(8)为发电状态，其发电量依据超速或者刹车强度而自动调整，并且将此部分的能量转换为电能，储存于储能元件(9)中。
2.当自行车在坡道上骑行，出现超过预设速度或者骑车者刹车制动时，电机/发电机装置(8)停止提供驱动助力，转为发电状态，其发电量依据超速或者刹车强度而自动调整，并且将此部分的能量转换为电能，储存于储能元件(9)中。
3.一种应用权利要求1所述方法的装置，其特征在于:所述控制系统包括总控制器(I)以及所采集信号均传输至总控制器(I)的坡道传感器(2)、刹车强度传感器(3)、自行车速传感器(4)、踏板转速传感器(5)、踏板扭矩传感器(6)、储能元件参数传感器(7)，所述控制系统还具有电机/发电机装置(8)、储能元件(9)、系统工作状态指示电路(10)和自行车驱动轮(11)，所述储能元件(9)给整个控制系统供电并通过电机/发电机装置(8)回收自行车超速、制动时的能量，对储能元件进行充电，所述电机/发电机装置(8)由总控制器(I)和一定的控制策略控制驱动自行车驱动轮(11)，其能源来自储能元件。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于:所述控制系统采用的储能元件可以为铅酸电池、镍氢电池、锂电池和超级电容等任一一种可以储存电能的装置。
【文档编号】B62M6/45GK103661770SQ201310663235
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】杨靖, 袁翔 申请人:袁翔, 杨靖