ES2566935T3 - Bicicleta asistida por potencia - Google Patents
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Abstract
Una bicicleta asistida por potencia (1) que tiene un sensor de fuerza de pedaleo (SE3) que detecta la fuerza de pedaleo introducida a los pedales (13L, 13R) y un motor (17) que asiste la fuerza de accionamiento en respuesta a una salida del sensor de fuerza de pedaleo (SE3), incluyendo: una sección de control de motor (16) configurada para controlar el motor (17); y un medio de estimación de pendiente descendente (80) que estima una pendiente descendente de una superficie de la carretera en base a una aceleración (α) del cuerpo de la bicicleta asistida por potencia (1); donde la sección de control de motor (16) controla, cuando el medio de estimación de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente, el motor (17) de manera que funcione como un generador para llevar a cabo generación de potencia regenerativa, y el medio de estimación de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente cuando la aceleración (α) excede de un valor umbral de inicio de regeneración de pendiente descendente (α1) y la fuerza de pedaleo (Q) detectada por el sensor de fuerza de pedaleo (SE3) es inferior a un valor umbral de inicio de asistencia (Q1), caracterizada porque el medio de estimación de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente también en el caso donde un estado en el que la aceleración (α) excede de un valor umbral (α3) que es inferior al valor umbral de inicio de regeneración de pendiente descendente (α1) continúa durante un período de tiempo predeterminado (n) y además la fuerza de pedaleo (Q) detectada por el sensor de fuerza de pedaleo (SE3) es inferior al valor umbral de inicio de asistencia (Q1).
Description
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DESCRIPCION
Bicicleta asistida por potencia
La presente invencion se refiere a una bicicleta asistida por potencia, y en particular a una bicicleta asistida por potencia donde, al frenar o al circular cuesta abajo, un motor puede funcionar como un generador para llevar a cabo generacion de potencia regenerativa.
Convencionalmente, en una bicicleta asistida por potencia donde la fuerza de pedaleo por potencia humana es detectada para asistir la fuerza de accionamiento por un motor, se conoce una configuracion donde, al frenar o al circular cuesta abajo, un motor opera como un generador para llevar a cabo generacion de potencia regenerativa. Una batena es cargada por la potencia electrica generada por la generacion de potencia regenerativa para ampliar la distancia de recorrido de la bicicleta asistida por potencia con una sola carga.
El documento de Patente 1 describe una bicicleta asistida por potencia donde como una condicion de ejecucion para generacion de potencia regenerativa se usa el hecho de que la fuerza de pedaleo sea cero. Ademas, en la bicicleta asistida por potencia, la magnitud de la cantidad de regeneracion se cambia en respuesta a la cantidad de operacion de freno, la cantidad de variacion de la cantidad de operacion de freno y la velocidad del vehnculo.
[Documento de Patente 1]
Patente japonesa numero 3882993
A proposito, en la tecnica descrita en la Patente japonesa numero 3882993, dado que se usa como una condicion de ejecucion para generacion de potencia regenerativa el hecho de que la fuerza de pedaleo sea cero, la generacion de potencia regenerativa no se ejecuta cuando se detecta cierta fuerza de pedaleo. Sin embargo, en la marcha real de la bicicleta asistida por potencia, cuando va cuesta abajo o incluso en un terreno llano, circula frecuentemente con una fuerza de pedaleo comparativamente baja. Por lo tanto, la tecnica descrita en la Patente japonesa numero 3882993 tiene el problema de que la generacion de potencia regenerativa no se ejecuta independientemente de un estado de marcha que sea efectivo para la generacion de potencia regenerativa.
EP-A-0 798 204 describe una bicicleta que tiene las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1.
Un objeto de la presente invencion es resolver el problema de la tecnica convencional descrita anteriormente y proporcionar una bicicleta asistida por potencia donde la generacion de potencia regenerativa puede ser ejecutada tambien en un estado de marcha en el que se aplica una fuerza de pedaleo baja.
[Medios para resolver el problema]
Con el fin de lograr el objeto descrito anteriormente, segun la presente invencion, una bicicleta asistida por potencia (1) que tiene un sensor de fuerza de pedaleo (SE3) que detecta la fuerza de pedaleo introducida a los pedales (13L, 13R) y un motor (17) que asiste la fuerza de accionamiento en respuesta a una salida del sensor de fuerza de pedaleo (SE3), tiene una primera caractenstica que consiste en que el vetnculo asistido por potencia incluye una seccion de control de motor (16) configurada para controlar el motor (17), y un medio de estimacion de pendiente descendente (80) que estima una pendiente descendente de una superficie de la carretera en base a una aceleracion (a) del cuerpo de la bicicleta asistida por potencia (1), donde la seccion de control de motor (16) controla, cuando el medio de estimacion de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente, el motor (17) de manera que funcione como un generador para llevar a cabo generacion de potencia regenerativa, y el medio de estimacion de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente cuando la aceleracion (a) excede de un valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente (a1) y la fuerza de pedaleo (Q) detectada por el sensor de fuerza de pedaleo (SE3) es inferior a un valor umbral de inicio de asistencia (Q1).
Ademas, la bicicleta asistida por potencia tiene una segunda caractenstica que consiste en que el motor (17) esta configurado de tal manera que, tambien en la marcha a rueda libre durante la que los pedales (13L, 13R) no reciben ninguna entrada, el motor (17) es movido en rotacion por la fuerza motriz rotacional que le transmite una rueda motriz (WR), y la aceleracion (a) del cuerpo del vehnculo se calcula en base a una salida de un sensor de velocidad rotacional de motor (SE1) que detecta una velocidad de rotacion del motor (17).
Ademas, la bicicleta asistida por potencia tiene una tercera caractenstica que consiste en que la seccion de control de motor (16) cambia la cantidad de regeneracion de la generacion de potencia regenerativa de modo que la aceleracion (a) del cuerpo del vehnculo se pueda fijar independientemente del grado de la pendiente descendente.
Ademas, la bicicleta asistida por potencia tiene una cuarta caractenstica que consiste en que el medio de estimacion de pendiente descendente (80) pone al menos una velocidad de vehnculo de lfmite superior segun la aceleracion (a), y la seccion de control de motor (16) cambia la cantidad de regeneracion de la generacion de potencia regenerativa
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de modo que la velocidad de vehnculo de Ifmite superior no pueda ser excedida.
Ademas, la bicicleta asistida por potencia tiene una quinta caractenstica que consiste en que la aceleracion (a) del cuerpo del vehnculo se calcula en base a una salida de un sensor de velocidad de vehnculo (SE2) dispuesto en un eje de una rueda delantera (WF) o una rueda trasera (WR).
Ademas, la bicicleta asistida por potencia tiene una sexta caractenstica que consiste en que, cuando un interruptor de freno (SW) para detectar una operacion de freno de la bicicleta asistida por potencia esta apagado y la aceleracion (a) excede del valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente (a1), la seccion de control de motor (16) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente y ejecuta la generacion de potencia regenerativa como generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente.
Ademas, la bicicleta asistida por potencia tiene una septima caractenstica que consiste en que, cuando el interruptor de freno (SW) esta encendido y la velocidad del vehnculo (V) excede de un valor umbral de inicio de regeneracion de freno (V1), la seccion de control de motor (16) ejecuta generacion de potencia regenerativa de freno cuya cantidad de generacion de potencia es mas grande que la de la generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente.
Ademas, la bicicleta asistida por potencia tiene una octava caractenstica que consiste en que el medio de estimacion de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente tambien en el caso donde un estado en el que la aceleracion (a) excede de un valor umbral (a3) que es inferior al valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente (a1) continua durante un penodo de tiempo predeterminado (n) y ademas la fuerza de pedaleo (Q) detectada por el sensor de fuerza de pedaleo (SE3) es inferior al valor umbral de inicio de asistencia (Q1).
[Efectos de la invencion]
Segun la primera caractenstica, la bicicleta asistida por potencia incluye la seccion de control de motor configurada para controlar el motor y el medio de estimacion de pendiente descendente que estima una pendiente descendente de una superficie de la carretera en base a una aceleracion de de la bicicleta asistida por potencia. Ademas, la seccion de control de motor controla, cuando el medio de estimacion de pendiente descendente estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente, el motor de manera que funcione como un generador para llevar a cabo generacion de potencia regenerativa. Ademas, el medio de estimacion de pendiente descendente estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente cuando la aceleracion excede del valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente y la fuerza de pedaleo detectada por el sensor de fuerza de pedaleo es inferior al valor umbral de inicio de asistencia. Por lo tanto, a partir de una situacion real de marcha de la bicicleta en la que la bicicleta circula frecuentemente mientras que el ciclista acciona los pedales durante la marcha cuesta abajo o en terreno llano en marcha a rueda libre, cuando la fuerza de pedaleo es comparativamente baja, el control de generacion de potencia de regeneracion puede ser ejecutado. En consecuencia, se puede lograr una mejora de la eficiencia energetica.
Segun la segunda caractenstica, el motor esta configurado de tal manera que, tambien en marcha a rueda libre durante la que los pedales no reciben ninguna entrada, el motor es movido en rotacion por la fuerza motriz rotacional que le transmite la rueda motriz, y la aceleracion del cuerpo del vehnculo se calcula en base a una salida del sensor de velocidad rotacional de motor que detecta una velocidad de rotacion del motor. Por lo tanto, el sensor de velocidad rotacional de motor tambien sirve como una funcion del sensor de velocidad de vehnculo, y se puede lograr una reduccion del numero de piezas y una simplificacion de la configuracion.
Segun la tercera caractenstica, la seccion de control de motor cambia la cantidad de regeneracion de la generacion de potencia regenerativa de modo que la aceleracion del cuerpo del vehnculo se puede fijar independientemente del grado de la pendiente descendente. Por lo tanto, la aceleracion en marcha cuesta abajo se puede fijar independientemente del grado de la pendiente descendente usando la resistencia a la rotacion del motor implicada en generacion de potencia regenerativa.
Segun la cuarta caractenstica, el medio de estimacion de pendiente descendente pone al menos una velocidad de vehnculo de lfmite superior segun la aceleracion, y la seccion de control de motor cambia la cantidad de regeneracion de la generacion de potencia regenerativa de modo que la velocidad de vehnculo de lfmite superior no pueda ser excedida. Por lo tanto, se puede realizar marcha cuesta abajo manteniendo al mismo tiempo la velocidad predeterminada del vehnculo independientemente del grado de la pendiente descendente usando la resistencia a la rotacion del motor implicado en la generacion de potencia regenerativa.
Segun la quinta caractenstica, la aceleracion del cuerpo del vehnculo es detectada en base a la salida del sensor de velocidad de vehnculo dispuesto en el eje de la rueda delantera o la rueda trasera. Por lo tanto, la aceleracion del cuerpo del vehnculo puede ser detectada por una configuracion simple.
Segun la sexta caractenstica, cuando el interruptor de freno para detectar una operacion de freno de la bicicleta
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asistida por potencia esta apagado y la aceleracion excede del valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente, la seccion de control de motor estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente y ejecuta la generacion de potencia regenerativa como generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente. Por lo tanto, es posible detectar facilmente un estado de marcha a rueda libre en una pendiente descendente o analogos y ejecutar una generacion de potencia regenerativa apropiada. Ademas, dado que una aceleracion que puede ser captada facilmente por el ciclista se usa como una condicion para generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente, un tiempo de inicio de generacion de potencia regenerativa acorde con la sensacion del ciclista se puede obtener facilmente en comparacion con un caso alternativo en el que la velocidad del vehmulo, que es propensa a cambiar por la aceleracion o la fuerza de pedaleo, se usa como un activador para iniciar la generacion de potencia regenerativa.
Segun la septima caractenstica, cuando el interruptor de freno esta encendido y la velocidad del vehmulo excede del valor umbral de inicio de regeneracion de freno, la seccion de control de motor ejecuta generacion de potencia regenerativa de freno cuya cantidad de generacion de potencia es mayor que por la generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente. Por lo tanto, es posible ejecutar una generacion de potencia regenerativa de freno mas alta que la generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente en respuesta a la voluntad de deceleracion del ciclista.
Segun la octava caractenstica, el medio de estimacion de pendiente descendente estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente tambien en el caso donde un estado en el que la aceleracion excede del valor umbral que es inferior al valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente continua durante el penodo de tiempo predeterminado y ademas la fuerza de pedaleo detectada por el sensor de fuerza de pedaleo es inferior al valor umbral de inicio de asistencia. Por lo tanto, aunque se detecte una aceleracion inferior al valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente, si este es enviado de forma continua, entonces se puede ejecutar una decision de pendiente descendente
La figura 1 es una vista en alzado lateral izquierdo de una bicicleta asistida por potencia segun una realizacion de la presente invencion.
La figura 2 es una vista en alzado lateral izquierdo que representa una parte esencial de la bicicleta asistida por potencia.
La figura 3 es una vista en alzado lateral derecho que representa parte esencial de la bicicleta asistida por potencia. La figura 4 es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea A-A de la figura 3.
La figura 5 es un diagrama de bloques que representa una configuracion de una seccion de control de motor que ejecuta control de asistencia/regeneracion y componentes asociados.
La figura 6 es un diagrama de transicion de estado que ilustra una configuracion general del control de asistencia/regeneracion.
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento del control de asistencia/regeneracion.
La figura 8 es un grafico que ilustra un flujo de control de salida pleno de par especificado.
A continuacion se describe una realizacion preferida de la presente invencion con detalle con referencia a los dibujos. La figura 1 es una vista en alzado lateral izquierdo de una bicicleta asistida por potencia 1 segun una realizacion de la presente invencion. La figura 2 es una vista en alzado lateral izquierdo que representa una parte esencial de la bicicleta asistida por potencia 1 de la figura 1 y la figura 3 es una vista en alzado lateral derecho de la misma, y la figura 4 es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea AA de la figura 3.
La bicicleta asistida por potencia 1 incluye un tubo delantero 3 colocado en una porcion delantera del cuerpo del vehmulo, un bastidor descendente 2 que se extiende hacia atras y hacia abajo del tubo delantero 3, y un tubo de asiento 6 que se alza desde un extremo trasero del bastidor descendente 2. Una horquilla delantera 5 que se extiende hacia abajo esta conectada para la operacion de direccion al tubo delantero 3, y una rueda delantera WF se soporta para rotacion en un extremo inferior de la horquilla delantera 5. Un manillar 4 esta dispuesto en un extremo superior del tubo delantero 3, y un par de palancas de freno izquierda y derecha 44 para las ruedas delantera y trasera estan montadas en los extremos opuestos del manillar 4. Un interruptor de freno SW para detectar una operacion de frenado esta dispuesto en una porcion de soporte para cada una de las palancas de freno 44.
Una horquilla trasera 11 que se extiende hacia atras esta dispuesta en un extremo trasero del bastidor descendente 2, y una rueda trasera WR se soporta para rotacion en un extremo trasero de la horquilla trasera 11. Ademas, un par de soportes izquierdo y derecho 10 estan dispuestos entre una porcion superior del tubo de asiento 6 y una porcion trasera de la horquilla trasera 11.
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El bastidor descendente 2 y la horquilla trasera 11 soportan una unidad de accionamiento de asistencia 24. En el tubo de asiento 6 se soporta un poste de asiento 8 para poder regular la posicion hacia arriba y hacia abajo de un asiento 7. Una batena 9 para suministrar potencia electrica a la unidad de accionamiento de asistencia 24 esta montada extraiblemente en un soporte 20 del tubo de asiento 6 hacia atras del tubo de asiento 6.
Un ciguenal 14 que se extiende en una direccion a lo ancho del vehuculo esta dispuesto de modo que se extienda a traves de la unidad de accionamiento de asistencia 24 y el pinon 15. Una manivela 12L que tiene un pedal 13L y otra manivela 12R que tiene otro pedal 13R estan fijadas a los lados opuestos del ciguenal 14 de tal manera que, si un ciclista acciona los pedales 13L y 13R, entonces se aplica par rotacional al ciguenal 14. El ciguenal 14 se soporta para rotacion en el lado interior de un elemento tubular hueco 42 a traves de un embrague unidireccional 78 (consultese la figura 4), y el pinon 15 esta fijado al lado periferico exterior del elemento hueco 42. La rotacion del pinon 15 es transmitida a un pinon 23 en el lado de rueda trasera WR a traves de una cadena 22.
La unidad de accionamiento de asistencia 24 incluye, dentro de una caja 26 como su alojamiento, un motor sin escobillas (que a continuacion se puede denominar simplemente motor) 17, un activador de accionamiento 25, un controlador 16, un pinon de accionamiento 35, un eje de potencia de salida 33, y un pinon de potencia de salida 27. El activador de accionamiento 25 mueve el motor 17. El controlador 16 lleva a cabo control PWM del activador de accionamiento 25 en base a un valor de salida de un sensor de fuerza de pedaleo descrito a continuacion. El pinon de accionamiento 35 engrana y gira con un eje de accionamiento 18 del motor 17, y el eje de potencia de salida 33 gira integralmente con el pinon de accionamiento 35. El pinon de potencia de salida 27 engrana y gira con el eje de potencia de salida 33. El pinon de potencia de salida 27 esta fijado al elemento hueco 42 del ciguenal 14 igual que el pinon 15. El eje de potencia de salida 33 es soportado para rotacion por un cojinete 48 fijado a una mitad de carter izquierda 28 y otro cojinete 49 fijado a una mitad de carter derecha 29.
Se ha previsto un sensor de velocidad rotacional de motor SE1 para detectar la velocidad de rotacion del motor 17 para el eje de accionamiento 18 del motor 17. Mientras tanto, se ha previsto un sensor de velocidad de vehuculo SE2 para un eje de la rueda delantera WF, y se ha previsto un sensor de fuerza de pedaleo SE3 para detectar la fuerza de pedaleo ejercida por el ciclista para el ciguenal 14. El sensor de velocidad rotacional de motor SE1 esta configurado a partir de un iman dispuesto en una porcion circunferencial exterior del eje de accionamiento 18 del motor 17, y un CI Hall. Mientras tanto, el sensor de fuerza de pedaleo SE3 esta configurado a partir de un sensor de par 37 (consultese la figura 4) del tipo magnetoestrictivo dispuesto en una porcion circunferencial exterior del ciguenal 14. Se ha de indicar que el sensor de velocidad rotacional de motor SE1 se puede facilitar de otro modo para la rueda trasera WR o analogos.
El controlador 16 como una seccion de control de motor calcula la fuerza con la que el ciclista acciona los pedales 13L y 13R en la direccion vertical a partir de un valor de par rotacional detectado por el sensor de par 37. Entonces, el controlador 16 PWM controla el activador de accionamiento 25 del motor 17 de modo que se pueda generar el par de asistencia definido por la fuerza de pedaleo y una relacion de asistencia correspondiente a la velocidad del vehuculo de la bicicleta asistida por potencia 1.
El activador de accionamiento 25 tiene elementos de conmutacion para tres fases de una fase U, una fase V y una fase W. El encendido/apagado del controlador 16 controla los elementos de conmutacion con respecto a las fases U, V y W en una relacion de trabajo predeterminada para controlar en PWM el activador de accionamiento 25. El activador de accionamiento 25 convierte la potencia electrica cc de la batena 9 a potencia ca trifasica por el control PWM y suministra la potencia ca trifasica a bobinas de estator del motor 17 para las fases U, V y W.
El par de asistencia generado por el motor 17 es transmitido al eje de potencia de salida 33 a traves del eje de accionamiento 18 y el pinon de accionamiento 35. El par de asistencia transmitido al eje de potencia de salida 33 es transmitido al elemento hueco 42 del ciguenal 14 a traves del pinon de potencia de salida 27. En consecuencia, la fuerza combinada del par rotacional aplicado al ciguenal 14 por el ciclista y el par de asistencia proporcionado por el motor 17 es transmitida al pinon 23 del lado de rueda trasera a traves de la cadena 22.
El motor 17 incluye un rotor 32 que tiene, por ejemplo, ocho imanes permanentes de los polos N y S dispuestos alternativamente en una direccion circunferencial. El motor 17 incluye ademas, por ejemplo, doce estatores 30 que tienen devanados de estator de tres fases para generar un campo magnetico rotativo para girar el rotor 32. El eje de accionamiento 18 esta fijado al rotor 32 y gira integralmente con el.
La unidad de accionamiento de asistencia 24 tiene un mecanismo que gira el pinon 15 cuando los pedales 13L y 13R son accionados en una direccion de avance (direccion hacia delante), pero no gira el pinon 15 cuando los pedales 13L y 13R son accionados en la direccion inversa por la accion del embrague unidireccional 78.
El embrague unidireccional 78 esta dispuesto entre el ciguenal 14 y el elemento hueco 42 montado en una circunferencia exterior del ciguenal 14. El ciguenal 14 se soporta en su lado de extremo trasero en la figura para rotacion en la mitad de carter derecha 29 del carter 26 por un cojinete 38. El elemento hueco 42 se soporta en su lado de extremo izquierdo en la figura en la mitad de carter izquierda 28 del carter 26 por un cojinete 43. En una
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periferia exterior del elemento hueco 42 en el lado de extremo izquierdo se han formado acanaladuras para fijar el pinon 15.
Si los pedales 13L y 13R son accionados en la direccion hacia delante, entonces el ciguenal 14 gira y el embrague unidireccional 78 se pone en enganche para girar el elemento hueco 42. Por otra parte, si los pedales 13L y 13R son accionados en la direccion opuesta a la direccion hacia delante, entonces, aunque el ciguenal 14 gire, el embrague unidireccional 78 gira loco y el elemento hueco 42 no gira. Ademas, si el pinon 15 es movido por la rotacion de la rueda trasera WR, entonces, aunque el motor 17 gire, la potencia de la rotacion no se transmite a los pedales 13L y 13R.
El sensor de par 37 se soporta en una porcion periferica exterior del elemento hueco 42 por un elemento de soporte 36, y una pelfcula magnetica 41 esta dispuesta en el elemento hueco 42. El elemento de soporte 36 se soporta de tal manera que el sensor de par 37 este enfrente de la pelfcula magnetica 41 y pueda girar con relacion al elemento hueco 42. El sensor de par 37 convierte una variacion en inductancia de las bobinas de deteccion 39 y 40 producida por magnetoestrictivo generado por rotacion del elemento hueco 42 a un voltaje y envfa el voltaje al controlador 16. El sensor de par 37 detecta un valor de par rotacional a intervalos de tiempo predeterminados.
El sensor de velocidad rotacional de motor SE1 para detectar la velocidad rotacional del motor 17 esta configurado a partir de un iman fijado al eje de accionamiento 18 del motor 17, y un CI Hall que detecta un estado de paso del iman. Una cubierta 60 que cubre el motor 17 esta montada en el carter 26 con una pluralidad de pernos 34 dispuestos a lo largo de una circunferencia exterior del motor 17. El eje de accionamiento 18 del motor 17 es soportado para rotacion por un cojinete 38 fijado a la cubierta 60 y otro cojinete 50 fijado a la mitad de carter derecha 29 en posiciones hacia la izquierda y hacia la derecha del rotor 32.
El motor 17 esta alojado y dispuesto en un espacio dividido del sensor de par 37 hacia delante y hacia abajo del ciguenal 14 con respecto al cuerpo del vetuculo. El activador de accionamiento 25 y el controlador 16 estan fijados a una cara de pared del carter 26 hacia abajo del sensor de par 37 con respecto al cuerpo del vetuculo.
El eje de accionamiento 18 y el eje de potencia de salida 33 del motor 17 estan configurados de tal manera que se transmita potencia normalmente entre ellos, y cuando la rueda trasera WR es movida en rotacion, tambien el motor 17 gira. En consecuencia, al frenar, en marcha a rueda libre en una cuesta abajo o una superficie plana de la carretera o en un caso analogo, es posible hacer que el motor 17 opere como un generador realizando generacion de potencia regenerativa.
La figura 5 es un diagrama de bloques que representa una configuracion de la seccion de control de motor que ejecuta control de asistencia/regeneracion y elementos asociados. Al controlador (controlador) 16 se introduce informacion de sensor procedente del sensor de velocidad rotacional de motor SE1 (CI Hall e iman), el sensor de velocidad de vehfculo SE2 y el sensor de fuerza de pedaleo SE3 (sensor de par 37) e informacion procedente del interruptor de freno SW. En base a la informacion introducida, el controlador 16 mueve el motor 17 como un dispositivo motor para proporcionar par de asistencia y mueve el motor 17 como un dispositivo motor para generar potencia regenerativa de tal manera que pueda ejecutar control para cargar la batena 9 mediante la generacion de potencia.
El controlador 16 incluye un medio de estimacion de pendiente descendente 80, un medio de decision de estado 81 y un temporizador 82. El medio de estimacion de pendiente descendente 80 tiene una funcion de estimar, en base a la informacion del sensor, si la superficie de la carretera en la que circula la bicicleta asistida por potencia 1 tiene o no una pendiente cuesta abajo o el grado de la pendiente si la superficie de la carretera tiene una pendiente cuesta abajo. Ademas, el medio de decision de estado 81 tiene la funcion de decidir un estado de control del motor 17 en base a la informacion del sensor e informacion de freno. El temporizador 82 mide varios tipos de tiempo y, por ejemplo, puede adquirir informacion de tiempo para calcular la velocidad de rotacion del motor 17 en base a informacion de senal de pulso enviada desde el CI Hall que configura el sensor de velocidad rotacional de motor SE1.
La figura 6 es un diagrama de transicion de estado que ilustra una configuracion general del control de asistencia/regeneracion. El estado de control del motor 17, clasificado de forma aproximada, es una region de asistencia A y una region de regeneracion B. La region de asistencia A incluye un estado de asistencia A1. El estado de asistencia A1 es un estado de control en el que se realiza asistencia de fuerza de accionamiento segun la fuerza de pedaleo.
Mientras tanto, la region de regeneracion B incluye un estado de espera B1, un estado de regeneracion de freno B2 y un estado de regeneracion de pendiente descendente B3. El estado de espera B1 corresponde a un estado en el que no se ejecuta ni asistencia de fuerza de accionamiento ni generacion de potencia regenerativa. Mientras tanto, el estado de regeneracion de freno B2 corresponde a un estado de control de generacion de potencia regenerativa que se ejecuta usandolo como un activador de que el interruptor de freno SW se encienda. Ademas, el estado de regeneracion de pendiente descendente B3 corresponde a un estado de control de generacion de potencia regenerativa que se ejecuta en marcha cuesta abajo o en marcha a rueda libre que no implica una operacion de
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freno.
En primer lugar, cuando se enciende el suministro de potencia a la bicicleta asistida por potencia 1, el estado de control del motor 17 es el estado de espera B1. En este estado de espera B1, si el interruptor de freno SW esta apagado y el valor de par de sensor Q detectado por el sensor de fuerza de pedaleo SE3 es igual o mas alto que un valor umbral de inicio de asistencia Q1 determinado con anterioridad, el estado de control cambia al estado de asistencia A1 y se inicia el control de asistencia de fuerza de accionamiento. Se ha de indicar que el cambio al estado de asistencia A1 se lleva a cabo en las mismas condiciones en todo el estado incluyendo no solamente el estado de espera B1, sino tambien el estado de regeneracion de freno B2 y el estado de regeneracion de pendiente descendente B3, a saber, en la region de regeneracion B. Entonces, si, en el estado de asistencia A1, el interruptor de freno SW esta encendido o el valor de par de sensor Q es inferior al valor umbral de inicio de asistencia q1, el estado de control vuelve al estado de espera B1 y se termina el control de asistencia de fuerza de accionamiento.
Entonces, si, en el estado de espera B1, el interruptor de freno SW esta encendido y la velocidad del vetnculo V excede de un valor umbral de inicio de regeneracion de freno V1, el estado de control cambia el estado de regeneracion de freno B2 y se inicia el control de generacion de potencia regenerativa. Incluyendo el encendido del interruptor de freno SW en las condiciones de cambio del estado de espera B1 al estado de regeneracion de freno B2, es posible llevar a cabo generacion de potencia regenerativa de freno mas alta que la generacion de potencia de pendiente descendente en respuesta a una voluntad de deceleracion del ciclista. Entonces, si, en el estado de regeneracion de freno B2, el interruptor de freno SW esta apagado o la velocidad del vetnculo V es igual o inferior a un valor umbral de terminacion de regeneracion de freno V2, el estado de control vuelve al estado de espera B1 y se termina el control de generacion de potencia regenerativa. Se ha de indicar que los valores umbral V1 y V2 se ponen con el fin de obtener una relacion de V1 > V2.
Ademas, si, en el estado de espera B1, el interruptor de freno SW esta apagado y la aceleracion a excede de un valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente a1, el estado de control cambia al estado de regeneracion de pendiente descendente B3 y se inicia la generacion de potencia regenerativa. En otros terminos, si el suministro de potencia a la bicicleta asistida por potencia 1 esta encendido, entonces si, en el estado en el que el valor de par de sensor Q detectado por el sensor de fuerza de pedaleo SE3 es inferior al valor umbral de inicio de asistencia Q1, el interruptor de freno SW esta apagado y la aceleracion a es mas alta que el valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente a1, entonces la seccion de control de motor 16 estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente. En respuesta a la estimacion, la seccion de control de motor 16 ejecuta generacion de potencia regenerativa. Esta generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente se pone como generacion de potencia de regeneracion en la que la cantidad de generacion de potencia y la cantidad de freno de regeneracion son pequenas en comparacion con las de la generacion de potencia regenerativa de freno.
Ademas, en la presente realizacion, como una condicion para el cambio del estado de espera B1 al estado de regeneracion de pendiente descendente B3, se puede anadir que “transcurre un penodo de tiempo predeterminado n en un estado en el que el interruptor de freno SW esta apagado y la aceleracion a excede de un valor umbral a3 que es igual o inferior al valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente a1”. Mediante la adicion, la condicion para cambio del estado de espera B1 al estado de regeneracion de pendiente descendente B3 es que “el interruptor de freno SW este apagado y la aceleracion a sea mas alta que el valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente a1” o que “el penodo de tiempo predeterminado n transcurra en un estado en el que el interruptor de freno SW este apagado y la aceleracion a sea mas alta que el valor umbral a3 que es igual o inferior al valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente a1”.
La decision en la que se pone el valor umbral a3 y el penodo de tiempo predeterminado n (por ejemplo, cinco segundos) medido por el temporizador 82 (consultese la figura 5) tiene la finalidad de elevar la exactitud de una decision de pendiente descendente. En particular, incluso en un caso donde se detecta una aceleracion igual o inferior al valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente a1, es posible llevar a la practica condicionalmente una decision de pendiente descendente y se puede evitar que se realice una decision de pendiente descendente cada vez que el ciclista deje de pedalear durante la marcha en terreno llano o analogos.
Que una decision de pendiente descendente se lleva a cabo cada vez que el ciclista deja de pedalear durante la marcha en terreno llano o analogos surge de una estructura de la unidad de accionamiento de asistencia 24 segun la presente realizacion. Como se ha descrito anteriormente, la unidad de accionamiento de asistencia 24 esta configurada de tal manera que, a traves de una accion del embrague unidireccional 78, el pinon 15 gire cuando los pedales 13L y 13R sean accionados en la direccion de avance (direccion hacia delante), pero el pinon 15 no gira cuando los pedales 13L y 13R son accionados en la direccion inversa. Ademas, cuando el pinon 15 gira por la rotacion de la rueda trasera WR, aunque el motor 17 se mueva, la potencia por la rotacion del motor 17 no es transmitida a los pedales 13L y 13R permitiendo por ello la generacion de potencia regenerativa. Por otra parte, la velocidad del vetnculo de la bicicleta asistida por potencia 1 se pone de manera que se calcule en base a la velocidad de rotacion del motor 17.
En la unidad de accionamiento de asistencia 24 que tiene la configuracion descrita anteriormente, si el ciclista deja
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de pedalear durante la marcha en terreno llano o analogos, entonces la asistencia de motor se cambia de forma instantanea de encendido a apagado. Ademas, dado que hay cierta holgura entre el eje motor y el sistema de accionamiento, surge cierto retardo de tiempo despues del eje motor se para hasta que la holgura disminuye por la rotacion del sistema de accionamiento y se inicia la corrotacion del eje motor. En otros terminos, dado que se genera aceleracion en el eje motor cuando el eje motor entra en un estado de corrotacion a partir de un estado de parada, si la condicion para la decision de pendiente descendente implica solamente decision de presencia o ausencia de fuerza de pedaleo y aumento de la aceleracion, entonces existe la posibilidad de que se pueda hacer una decision de pendiente descendente a partir de la aceleracion.
Por lo tanto, en la presente realizacion, como una condicion para el cambio del estado de espera B1 al estado de regeneracion de pendiente descendente B3, se anade que “el penodo de tiempo predeterminado n transcurre en el estado en el que el interruptor de freno SW esta apagado y la aceleracion a es mas alta que el valor umbral a3” de modo que se evite hacer una decision de pendiente descendente porque el pedaleo se ha parado. Aqm, se pone el valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente al superior al valor umbral a3, el valor umbral a3 se pone a un valor igual o menor que una aceleracion que posiblemente puede ser detectada cuando el ciclista deja de pedalear durante la marcha en terreno llano o analogos. En consecuencia, se puede evitar una decision de pendiente descendente en base a la aceleracion instantanea p que surge de la holgura del sistema de accionamiento, y aunque el valor umbral a3 sea igual o inferior a la aceleracion p, si esta se envfa de forma continua, se puede hacer una decision de pendiente descendente.
Segun lo anterior, la unidad de accionamiento de asistencia segun la presente realizacion puede detectar facilmente un estado de rueda libre en una pendiente descendente o analogos y ejecutar una generacion de potencia regenerativa apropiada. Ademas, como una condicion para la generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente sr usa una aceleracion que puede ser captada facilmente por los sentidos del ciclista. Consiguientemente, un tiempo de inicio de generacion de potencia regenerativa que satisfaga la sensacion del ciclista se puede obtener facilmente en comparacion con un caso alternativo en el que la velocidad del vetuculo, que es propensa a cambio por la aceleracion o la fuerza de pedaleo, se usa como una condicion para iniciar la generacion de potencia regenerativa.
Entonces, si, en el estado de regeneracion de pendiente descendente B3, el interruptor de freno SW esta apagado y la aceleracion a es igual o inferior a un valor umbral de terminacion de regeneracion de pendiente descendente a2, entonces el estado de control vuelve al estado de espera B1 y se termina el control de generacion de potencia regenerativa. Se ha de indicar que los valores umbral al y a2 se ponen con el fin de cumplir la relacion de al > a2.
Segun los parametros descritos anteriormente, incluso cuando el ciclista mueve los pedales en marcha a rueda libre en una cuesta abajo o terreno llano, si la potencia de pedaleo es inferior al valor umbral de inicio de asistencia Q1, entonces es posible llevar a cabo una decision de pendiente cuesta abajo en base a la aceleracion a para llevar a cabo generacion de potencia regenerativa. En particular, el medio de estimacion de pendiente descendente 80 representado en la figura 5 estima, cuando la aceleracion a excede del valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente a1, que la superficie de la carretera tiene una pendiente cuesta abajo. Entonces, aunque el valor de par de sensor Q sea enviado porque el ciclista mueve los pedales, si el valor de par de sensor Q es inferior al valor umbral de inicio de asistencia Q1, entonces el medio de estimacion de pendiente descendente 80 decide que la superficie de la carretera tiene una pendiente cuesta abajo y ejecuta control de generacion de potencia regenerativa.
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento del control de asistencia/regeneracion. En el paso S1, un proceso de decision de estado del estado de control es ejecutado por el medio de decision de estado 81 (consultese la figura 5). En el paso S2, se decide si el estado de control es o no el estado de espera B1. Si se hace una decision afirmativa, entonces el procesado avanza al paso S3, en el que se ejecuta una operacion aritmetica de par de espera. El par de espera se puede poner, por ejemplo, a cero o sustancialmente a cero.
Si se hace una decision negativa en el paso S2, en otros terminos, si el estado de control no es el estado de espera B1, entonces el procesado avanza al paso S7, en el que el estado de control es el estado de asistencia A1. Sin embargo, si se hace una decision afirmativa, entonces el procesado avanza al paso S8, en el que se ejecuta una operacion aritmetica de par de asistencia. La operacion aritmetica de par de asistencia se puede llevar a cabo usando una tabla de datos establecida con anterioridad. El par de asistencia se pone de tal manera que, por ejemplo, aumente en respuesta al aumento de la fuerza de pedaleo.
Por otra parte, si se hace una decision negativa en el paso S7, entonces el procesado avanza al paso S9, en el que se decide que el estado de control es el estado de regeneracion de freno B2. Si se hace una decision afirmativa, entonces el procesado avanza al paso S10, en el que se ejecuta una operacion aritmetica de par de regeneracion de freno. La operacion aritmetica de par de regeneracion de freno se puede llevar a cabo usando una tabla de datos establecida con anterioridad. El par de regeneracion de freno se pone de tal manera que, por ejemplo, aumente en respuesta al aumento de la velocidad del vehfculo y ademas incrementa a medida que aumenta la cantidad de operacion de freno.
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Por otra parte, si se hace una decision negativa en el paso S9, entonces el procesado avanza al paso S11, en el que se decide si el estado de control es o no el estado de regeneracion de pendiente descendente B3. Si se hace una decision afirmativa, entonces el procesado avanza al paso S12, en el que se realiza una operacion aritmetica del par de regeneracion de pendiente descendente. La operacion aritmetica del par de regeneracion de pendiente descendente se puede llevar a cabo usando una tabla de datos establecida con anterioridad. El par de regeneracion de pendiente descendente se puede poner de tal manera que, por ejemplo, aumente cuando aumente la aceleracion o cuando aumente la velocidad de vehnculo. Ademas, el par de regeneracion de pendiente descendente se puede determinar de tal manera que la aceleracion en una pendiente descendente se pueda fijar o se mantenga una velocidad de vehnculo de lfmite superior establecida en respuesta a la aceleracion. Tal control puede ser ejecutado por control de realimentacion en base a una salida del sensor de velocidad rotacional de motor SE1 o el sensor de velocidad de vehnculo SE2. Ademas, se puede facilitar una tabla de datos en la que el valor umbral de inicio de asistencia Q1 de la fuerza de pedaleo se incrementa o disminuye en respuesta a la aceleracion o la velocidad del vehnculo. Se ha de indicar que, si se hace una decision negativa en el paso S11, entonces se determina que el proceso de decision de estado no se ha realizado todavfa, y el procesado avanza al paso S4.
Con referencia de nuevo al diagrama de flujo, en el paso S4, se decide que el estado de control es el estado de asistencia A1. Si se hace una decision afirmativa, entonces se ejecuta un proceso limitador de filtro que consiste en aplicar una restriccion de valor lfmite superior del par de asistencia o analogos, para finalizar por ello la serie de controles. Por otra parte, si se hace una decision negativa en el paso S4, entonces se ejecuta un proceso limitador de filtro que consiste en aplicar restriccion de valor de lfmite superior al par de regeneracion, para finalidad por ello la serie de controles. Se ha de indicar que la restriccion de valor lfmite superior al par de asistencia y el par de regeneracion se puede poner, por ejemplo, de conformidad con las leyes y normas de los pafses individuales.
La figura 8 es un grafico que ilustra un flujo de control de salida de par especificado. Como una tecnica para la asistencia de fuerza de accionamiento de la bicicleta asistida por potencia 1, se puede aplicar control de salida pleno de par especificado. esta es una tecnica de control que aplica restriccion a la potencia de salida de una unidad de accionamiento de asistencia de modo que, cuando todo el par de asistencia que se haya de enviar originalmente no pueda ser enviado, una porcion del par de asistencia que se refiere a la restriccion de potencia de salida sea distribuida hacia delante y hacia atras de modo que la reduccion de la carga en el ciclista se pueda ampliar con una caractenstica de salida natural.
En este grafico, el par de manivela Qc generado por el ciclista que mueve los pedales se indica con una lmea continua, y el par de asistencia Qa enviado en respuesta al par de manivela Qc se indica con una lmea continua gruesa. El par de manivela Qc se genera de tal forma que su vertice que aparece en el tiempo t1, t3 y t6 sea gradualmente mas alto, y tambien el par de asistencia Qa aumenta consiguientemente.
Sin embargo, en el ejemplo de este grafico, dado que se facilita el lfmite de salida Qs para el par de asistencia Qa, el par de asistencia Qa que supere dicho lfmite de salida Qs no puede ser enviado, y la potencia de salida dentro de un penodo T1 desde el tiempo t2 al tiempo t4. El control de salida pleno de par especificado distribuye una carga de trabajo W1, que se debera enviar originalmente dentro de este penodo de restriccion de salida, al par de manivela Qc dentro de un penodo desde el tiempo t4 al tiempo t5 de manera que se anada al par de manivela Qc para compensar por ello el par de asistencia.
Segun este metodo de control, la carga de trabajo (W1, W2) que excede del lfmite superior y se corta se puede anadir como par H1, H2 en la direccion del eje de tiempo a lo largo del par de manivela Qc. Por lo tanto, el par de asistencia que ha de ser enviado originalmente puede ser utilizado efectivamente.
Se ha de indicar que el establecimiento del valor umbral de inicio de asistencia Q1 para la fuerza de pedaleo al que la asistencia de fuerza de accionamiento se ha de iniciar y el establecimiento del valor umbral de inicio de regeneracion de freno V1, el valor umbral de terminacion de regeneracion de freno V2, el valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente al y el valor umbral de terminacion de regeneracion de pendiente descendente a2, etc, no se limitan a los de la realizacion, sino que se pueden cambiar de varias maneras. La tecnica de control para una bicicleta asistida por potencia segun la presente invencion se puede aplicar a un aparato de asistencia de fuerza de accionamiento que se aplica a varios vehnculos como un triciclo.
1: bicicleta asistida por potencia, 9: batena, 13L, 13R: pedal, 14: ciguenal, 16: controlador (seccion de control de motor), 17: motor, 24: unidad de accionamiento de asistencia, 26: carter, 80: medio de estimacion de pendiente descendente, 81: medio de decision de estado, 82: temporizador, SE1: sensor de velocidad rotacional de motor (CI Hall e iman), SE2: sensor de velocidad de vetnculo, SE3: sensor de fuerza de pedaleo (sensor de par 37), SW: interruptor de freno, WF: rueda delantera, WR: rueda trasera, A: region de asistencia, A1: estado de asistencia, B: region de regeneracion, B1: estado de espera, B2: estado de regeneracion de freno, B3: estado de regeneracion de pendiente descendente, a1: valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente, a3: valor umbral, Q1: valor umbral de inicio de asistencia.
Claims (7)
- 510152025303540455055REIVINDICACIONES1. Una bicicleta asistida por potencia (1) que tiene un sensor de fuerza de pedaleo (SE3) que detecta la fuerza de pedaleo introducida a los pedales (13L, 13R) y un motor (17) que asiste la fuerza de accionamiento en respuesta a una salida del sensor de fuerza de pedaleo (SE3), incluyendo:una seccion de control de motor (16) configurada para controlar el motor (17); yun medio de estimacion de pendiente descendente (80) que estima una pendiente descendente de una superficie de la carretera en base a una aceleracion (a) del cuerpo de la bicicleta asistida por potencia (1); dondela seccion de control de motor (16) controla, cuando el medio de estimacion de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente, el motor (17) de manera que funcione como un generador para llevar a cabo generacion de potencia regenerativa, yel medio de estimacion de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente cuando la aceleracion (a) excede de un valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente (a1) y la fuerza de pedaleo (Q) detectada por el sensor de fuerza de pedaleo (SE3) es inferior a un valor umbral de inicio de asistencia (Q1),caracterizada porqueel medio de estimacion de pendiente descendente (80) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente tambien en el caso donde un estado en el que la aceleracion (a) excede de un valor umbral (a3) que es inferior al valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente (a1) continua durante un penodo de tiempo predeterminado (n) y ademas la fuerza de pedaleo (Q) detectada por el sensor de fuerza de pedaleo (SE3) es inferior al valor umbral de inicio de asistencia (Q1).
- 2. La bicicleta asistida por potencia segun la reivindicacion 1, donde el motor (17) esta configurado de tal manera que, tambien a la marcha a rueda libre durante la que los pedales (13L, 13R) no reciben ninguna entrada, el motor (17) es movido en rotacion por la fuerza motriz rotacional que le transmite una rueda motriz (WR), y la aceleracion (a) del cuerpo del vefnculo se calcula en base a una salida de un sensor de velocidad rotacional de motor (SE1) que detecta una velocidad de rotacion del motor (17).
- 3. La bicicleta asistida por potencia segun la reivindicacion 1 o 2, donde la seccion de control de motor (16) cambia la cantidad de regeneracion de la generacion de potencia regenerativa de modo que la aceleracion (a) del cuerpo del vefnculo se pueda fijar independientemente del grado de la pendiente descendente.
- 4. La bicicleta asistida por potencia segun alguna de las reivindicaciones 1 a 3, donde el medio de estimacion de pendiente descendente (80) pone al menos una velocidad de vefnculo de lfmite superior segun la aceleracion (a), y la seccion de control de motor (16) cambia la cantidad de regeneracion de la generacion de potencia regenerativa de modo que la velocidad de vefnculo de lfmite superior no pueda ser excedida.
- 5. La bicicleta asistida por potencia segun la reivindicacion 1, donde la aceleracion (a) del cuerpo del vefnculo se calcula en base a una salida de un sensor de velocidad de vefnculo (SE2) dispuesto en un eje de una rueda delantera (WF) o una rueda trasera (WR).
- 6. La bicicleta asistida por potencia segun la reivindicacion 1, donde, cuando un interruptor de freno (SW) para detectar una operacion de freno de la bicicleta asistida por potencia esta apagado y la aceleracion (a) excede del valor umbral de inicio de regeneracion de pendiente descendente (a1), la seccion de control de motor (16) estima que la superficie de la carretera tiene una pendiente descendente y ejecuta la generacion de potencia regenerativa como generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente.
- 7. La bicicleta asistida por potencia segun la reivindicacion 6, donde, cuando el interruptor de freno (SW) esta encendido y una velocidad del vefnculo (V) excede de un valor umbral de inicio de regeneracion de freno (V1), la seccion de control de motor (16) ejecuta generacion de potencia regenerativa de freno cuya cantidad de generacion de potencia es mayor que por la generacion de potencia regenerativa de pendiente descendente.
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