一種基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法與裝置，它對現(xiàn)有自行車在爬坡時無助力而影響其使用舒適性與能源效率等缺陷提供一種無源助力方法，本發(fā)明利用電機(jī)/發(fā)電機(jī)、適當(dāng)容量的儲能元件、相關(guān)傳感器、控制器和一定的控制策略構(gòu)成的系統(tǒng)，高效率地回收自行車騎行時制動與超速時的能量；在上坡時，該系統(tǒng)將回收的能量通過電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)釋放出來，輔助驅(qū)動自行車。本方案能夠在沒有外界充電系統(tǒng)的前提下，保留自行車的設(shè)計初衷：鍛煉身體和短途出行功能，同時可以提高騎行者的騎行能源效率以及減少騎行者的體力過度消耗，相對于傳統(tǒng)的自行車，其操縱系統(tǒng)無需增設(shè)復(fù)雜的操縱裝置以及操縱方式，實(shí)施成本低廉。
【專利說明】一種基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在公知的【技術(shù)領(lǐng)域】，自行車不但是人們鍛煉身體和短途出行的有效工具，而且是減少城市交通擁堵與車輛排氣污染的有效途徑，但它存在著許多問題，制約著它的使用，其中最主要的原因是它沒有全自動控制的助力系統(tǒng)，更沒有無源全自動的助力系統(tǒng)，使得人們爬坡時需要較大的體力消耗，浪費(fèi)寶貴的體能，降低了騎行的舒適性以及可騎行的距離。
[0003]目前，市場上有一些電動助力自行車，它能夠提供騎車時的助力，但它需要外接能量輸入系統(tǒng)(充電系統(tǒng))，以便補(bǔ)充系統(tǒng)的能源消耗，并且該系統(tǒng)幾乎按照電動自行車的系統(tǒng)設(shè)計，保有很大的能量儲存，以便騎行者能夠利用它驅(qū)動很長的路程，這導(dǎo)致系統(tǒng)成本比較高，并且騎行者依賴它驅(qū)動，而不是自己騎行，使自行車喪失了它的鍛煉身體功能，并且，它還需要一些特別的操縱裝置來實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作來實(shí)現(xiàn)相關(guān)助力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，已經(jīng)違背了自行車設(shè)計的初衷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服上述問題，提供一種能夠提高騎行舒適度、適當(dāng)降低人體騎行時爬坡所消耗的體力、增加騎行距離的基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法與裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法，包括電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置、適當(dāng)容量的儲能元件、踏板扭矩傳感器和控制系統(tǒng)，其控制策略為:
當(dāng)騎車者在平路上起步時，控制系統(tǒng)通過踏板扭矩傳感器測量其起步和騎行時的踏板扭矩，為助力獲取助力基本參數(shù)；
當(dāng)騎車者在坡道上騎行時，控制系統(tǒng)通過踏板扭矩傳感器測量其踏板扭矩，并將之與騎車者在平路騎行時獲取的起步和騎行踏板扭矩進(jìn)行對比，根據(jù)它們之間的扭矩差隨時提供恰當(dāng)?shù)尿?qū)動助力，以使該扭矩差為零，實(shí)現(xiàn)坡道助力；
當(dāng)自行車在平路上騎行，出現(xiàn)超過預(yù)設(shè)速度或者騎車者剎車制動時，電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置為發(fā)電狀態(tài)，其發(fā)電量依據(jù)超速或者剎車強(qiáng)度而自動調(diào)整，并且將此部分的能量轉(zhuǎn)換為電能，儲存于儲能元件中。
[0006]當(dāng)自行車在坡道上騎行，出現(xiàn)超過預(yù)設(shè)速度或者騎車者剎車制動時，電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置停止提供驅(qū)動助力，轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，其發(fā)電量依據(jù)超速或者剎車強(qiáng)度而自動調(diào)整，并且將此部分的能量轉(zhuǎn)換為電能，儲存于儲能元件中。
[0007]—種應(yīng)用上述方法的裝置，所述控制系統(tǒng)包括總控制器以及所采集信號均傳輸至總控制器的坡道傳感器、剎車強(qiáng)度傳感器、自行車速傳感器、踏板轉(zhuǎn)速傳感器、踏板扭矩傳感器、儲能元件參數(shù)傳感器，所述控制系統(tǒng)還具有電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置、儲能元件、系統(tǒng)工作狀態(tài)指示電路和自行車驅(qū)動輪，所述儲能元件給整個控制系統(tǒng)供電并通過電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置回收自行車超速、制動時的能量，對儲能元件進(jìn)行充電，所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置由總控制器和一定的控制策略控制驅(qū)動自行車驅(qū)動輪，其能源來自儲能元件。
[0008]進(jìn)一步的，作為一種具體的實(shí)施方式，本發(fā)明中所述控制系統(tǒng)采用的儲能元件可以為鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池和超級電容等任何可以儲存電能的裝置。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明針對現(xiàn)有自行車的在爬坡時的缺陷提供一種助力方法，本方案能夠在沒有外界充電系統(tǒng)的前提下，保留自行車的設(shè)計初衷:鍛煉身體和短途出行功能，同時可以提高騎行者的騎行能源效率以及減少騎行者的體力過度消耗，同時，它的操縱系統(tǒng)和傳統(tǒng)的自行車基本保持一致，無需增設(shè)復(fù)雜的操縱裝置以及操縱方式，能夠按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行自動工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖。
[0012]圖中:1.總控制器，2.坡道傳感器，3.剎車強(qiáng)度傳感器，4.自行車速傳感器，5.踏板轉(zhuǎn)速傳感器，6.踏板扭矩傳感器，7.儲能元件參數(shù)傳感器，8.電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置，9.儲能元件，10.系統(tǒng)狀態(tài)電路，11.自行車驅(qū)動輪。
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0014]本發(fā)明一種基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法的優(yōu)選實(shí)施例如下，包括電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置8、適當(dāng)容量的儲能元件9、踏板扭矩傳感器和控制系統(tǒng)，其控制策略為:
當(dāng)騎車者在平路上起步時，控制系統(tǒng)通過踏板扭矩傳感器測量其起步和騎行時的踏板扭矩，為助力獲取助力基本參數(shù)；
當(dāng)騎車者在坡道上騎行時，控制系統(tǒng)通過踏板扭矩傳感器測量其踏板扭矩，并將之與騎車者在平路騎行時獲取的起步和騎行踏板扭矩進(jìn)行對比，根據(jù)它們之間的扭矩差隨時提供恰當(dāng)?shù)尿?qū)動助力，以使該扭矩差為零，實(shí)現(xiàn)坡道助力；
當(dāng)自行車在平路上騎行，出現(xiàn)超過預(yù)設(shè)速度或者騎車者剎車制動時，電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置8為發(fā)電狀態(tài)，其發(fā)電量依據(jù)超速或者剎車強(qiáng)度而自動調(diào)整，并且將此部分的能量轉(zhuǎn)換為電能，儲存于儲能元件9中。
[0015]當(dāng)自行車在坡道上騎行，出現(xiàn)超過預(yù)設(shè)速度或者騎車者剎車制動時，電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置8停止提供驅(qū)動助力，轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，其發(fā)電量依據(jù)超速或者剎車強(qiáng)度而自動調(diào)整，并且將此部分的能量轉(zhuǎn)換為電能，儲存于儲能元件9中。
[0016]如圖1所示的一種應(yīng)用上述方法的裝置，所述控制系統(tǒng)包括總控制器I以及所采集信號均傳輸至總控制器I的坡道傳感器2、剎車強(qiáng)度傳感器3、自行車速傳感器4、踏板轉(zhuǎn)速傳感器5、踏板扭矩傳感器6、儲能元件參數(shù)傳感器7，所述控制系統(tǒng)還具有電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置8、儲能元件9、系統(tǒng)工作狀態(tài)指示電路10和自行車驅(qū)動輪11，所述儲能元件9給整個控制系統(tǒng)供電并通過電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置8回收自行車超速、制動時的能量，對儲能元件進(jìn)行充電，所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置8由總控制器I和一定的控制策略控制驅(qū)動自行車驅(qū)動輪11，其能源來自儲能元件，所述控制系統(tǒng)采用的儲能元件可以為鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池和超級電容等任何可以儲存電能的裝置。
[0017]驅(qū)動力根據(jù)騎行者的腳踏扭矩配給相應(yīng)大小的助動力矩。在平路騎行時，系統(tǒng)不輔助助力，自行車全靠騎行者的體力驅(qū)動自行車；在上坡時，總控制器I依據(jù)坡道傳感器2和騎行者施加在踏板上的扭矩等信號進(jìn)行參考計算，并使電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置8輸出適當(dāng)?shù)尿?qū)動扭矩，使騎車者在一定坡道距離內(nèi)(可設(shè)定為30%的坡道、50米的坡道距離，甚至更遠(yuǎn)的距離，其具體助力距離取決于儲能元件的容量和回收的能量)如同在平路上騎行。
[0018]其助力驅(qū)動能源來自自行車行駛時的超速和剎車能量回收，使系統(tǒng)不需要外接充電系統(tǒng)以對儲能元件9進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能源自給自足。
[0019]本發(fā)明針對現(xiàn)有自行車的在爬坡時的缺陷提供一種助力方法，本方案能夠在沒有外界充電系統(tǒng)的前提下，保留自行車的設(shè)計初衷:鍛煉身體和短途出行功能，同時可以提高騎行者的騎行能源效率以及減少騎行者的體力過度消耗，同時，它的操縱系統(tǒng)和傳統(tǒng)的自行車基本保持一致，無需增設(shè)復(fù)雜的操縱裝置以及操縱方式，能夠按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行自動工作。
[0020]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于能量回收技術(shù)的無源電助力自行車方法，其特征在于:包括電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置(8)、適當(dāng)容量的儲能元件(9)、踏板扭矩傳感器和控制系統(tǒng)，其控制策略為: 當(dāng)騎車者在平路上起步時，控制系統(tǒng)通過踏板扭矩傳感器測量其起步和騎行時的踏板扭矩，為助力獲取助力基本參數(shù)； 當(dāng)騎車者在坡道上騎行時，控制系統(tǒng)通過踏板扭矩傳感器測量其踏板扭矩，并將之與騎車者在平路騎行時獲取的起步和騎行踏板扭矩進(jìn)行對比，根據(jù)它們之間的扭矩差隨時提供恰當(dāng)?shù)尿?qū)動助力，以使該扭矩差為零，實(shí)現(xiàn)坡道助力； 當(dāng)自行車在平路上騎行，出現(xiàn)超過預(yù)設(shè)速度或者騎車者剎車制動時，電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置(8)為發(fā)電狀態(tài)，其發(fā)電量依據(jù)超速或者剎車強(qiáng)度而自動調(diào)整，并且將此部分的能量轉(zhuǎn)換為電能，儲存于儲能元件(9)中。
2.當(dāng)自行車在坡道上騎行，出現(xiàn)超過預(yù)設(shè)速度或者騎車者剎車制動時，電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置(8)停止提供驅(qū)動助力，轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，其發(fā)電量依據(jù)超速或者剎車強(qiáng)度而自動調(diào)整，并且將此部分的能量轉(zhuǎn)換為電能，儲存于儲能元件(9)中。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括總控制器(I)以及所采集信號均傳輸至總控制器(I)的坡道傳感器(2)、剎車強(qiáng)度傳感器(3)、自行車速傳感器(4)、踏板轉(zhuǎn)速傳感器(5)、踏板扭矩傳感器(6)、儲能元件參數(shù)傳感器(7)，所述控制系統(tǒng)還具有電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置(8)、儲能元件(9)、系統(tǒng)工作狀態(tài)指示電路(10)和自行車驅(qū)動輪(11)，所述儲能元件(9)給整個控制系統(tǒng)供電并通過電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置(8)回收自行車超速、制動時的能量，對儲能元件進(jìn)行充電，所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置(8)由總控制器(I)和一定的控制策略控制驅(qū)動自行車驅(qū)動輪(11)，其能源來自儲能元件。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)采用的儲能元件可以為鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池和超級電容等任一一種可以儲存電能的裝置。
【文檔編號】B62M6/45GK103661770SQ201310663235
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】楊靖, 袁翔 申請人:袁翔, 楊靖