CN110389549A - 智能电动自行车的自适应踏板辅助***和控制逻辑 - Google Patents

智能电动自行车的自适应踏板辅助***和控制逻辑 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于人工驱动车辆的自适应动力辅助***、操作/构造这种***的方法，以及具有自适应动力辅助***的驾驶员驱动的电动车辆。一种用于调节人工驱动车辆的动力辅助***的方法，包括确定路径规划数据的车辆控制器，该路径规划数据包括从当前车辆位置到期望车辆目的地的预测路线规划。常驻无线通信设备从远程计算节点接收辅助级别动力轨迹以在预测路线规划上运行车辆的牵引电机。车辆控制器接收针对车辆用户的健康水平数据，基于健康水平数据确定动力辅助变化量，并基于该动力辅助变化量修改辅助级别动力轨迹。车辆控制器向牵引电机发送指令信号，以根据修改的辅助级别动力轨迹输出选择性可变扭矩。

Description

智能电动自行车的自适应踏板辅助***和控制逻辑
引言
本公开总体上涉及电机辅助人工驱动车辆。更具体地，本公开的各方面涉及电动自行车的自适应踏板辅助***和附带的控制逻辑。
许多传统上由车辆操作者提供动力的车辆，无论是手动或腿驱动的设计，现在可能最初即配备或改装以包括推动车辆的牵引电机。牵引电机可以采用内燃机(ICE)或电动机的形式，通常以无辅助或辅助的方式推进车辆，即，具有或不具有人工产生的动力。例如，踏板电动自行车(通俗地称为“电动自行车”)配备有车载电动机，用于提供辅助牵引扭矩以辅助或“增强”骑车者踩踏踏板产生的扭矩。牵引电机单独运行或与动力传动装置一起运行，以使得电动自行车的从动构件例如车轮、轮毂或踏板曲柄轮毂转动。来自电机的输出扭矩可以选择性地传递到从动构件，例如，当骑车者沿着行驶路线通过具有明显坡度的路面时。通过这种方式，骑车者在骑电动自行车时感觉到的踩踏板费的力，相对于在缺乏电辅助功能的标准自行车上感觉到的踩踏板费的力有所减少。
发明内容
本公开公开了用于人工驱动车辆的自适应动力辅助***和附带的控制逻辑、操作和构造这种自适应动力辅助***的方法，以及具有自适应动力辅助***的电动的驾驶员驱动的车辆。本公开通过示例，提出了一种在分布式计算网络上运行的自适应踏板辅助协议，该协议利用用户健康信息和类似的行程信息来调节智能电动自行车的电机扭矩输出。自适应踏板辅助***可以从可穿戴电子设备或其他车载感测***接收实时和/或历史用户健康数据，以识别用于电机辅助推进的电辅助变量的增加或减少。此外，或者可替换地，自适应踏板辅助***可以调用或从常驻存储器或远程存储器中检索与该骑车者和/或其他骑车者的类似路线对应的电能轨迹，以沿着给定路线提供电辅助的智能适配。通过使用来自骑车者参与的人群来源数据和来自云端服务的聚合数据，以及实时车辆位置跟踪数据(例如，使用全球定位***(GPS)收发器、蜂窝网络三点定位法、有源射频识别(有源RFID)或其他合适的技术)来提供自适应踏板辅助。
至少一些公开概念的附带好处可以包括聚集并分析用户活动和健康水平数据的能力，以及基于特定用户的个人数据为其制定动力辅助级别的能力。一个或多个公开的***、方法和设备的其他潜在益处可以包括智能地调整踏板辅助的能力，以使用其他用户在相同或相似路线上的能量使用数据主动补偿给定路线沿线的地形变化和环境条件。虽然一些可购得的电动自行车的设计可以基于感测到的坡度变化、车速和其他车辆动态数据来提供可变的电辅助，但是这些设计对单个用户不是自适应的，也不能提供特定路线的调整，例如，补充自动场景规划和路线生成能力。所公开概念的各方面有助于确保自适应动力辅助***以最佳水平运行，因此，在扩展车辆续驶里程的同时使电池/燃料的使用量最小。
本公开的各方面涉及用于操作电动的、由用户驱动的车辆的自适应动力辅助技术和计算机可执行算法。例如，提出了一种用于调节人工驱动车辆中动力辅助***的辅助扭矩输出的方法。人工驱动车辆包括刚性车架，该车架具有可旋转地安装在车架上的一个或多个车轮。动力辅助***包括电动的或基于内燃机的牵引电机，该牵引电机安装在车架上并可操作以驱动车轮中的至少一个。具有无线通信设备的常驻车辆控制器也安装在车架上。具有代表性的方法，其可以以任何顺序并且与任何所公开的特征和选项任意组合，包括：通过常驻车辆控制器确定用于人工驱动车辆的路径规划数据，路径规划数据包括车辆位置、车辆目的地以及从车辆位置到车辆目的地的预测路线规划；通过无线通信设备从远程计算节点接收辅助级别动力轨迹以在预测路线规划上运行牵引电机；通过常驻车辆控制器接收对于人工驱动车辆的当前用户特定的健康水平数据；基于接收到的健康水平数据，经由常驻车辆控制器确定用户的动力辅助变化量；经由常驻车辆控制器基于动力辅助变化量修改辅助级别动力轨迹；以及经由常驻车辆控制器向牵引电机发送指令信号，以根据修改的辅助级别动力轨迹输出选择性可变扭矩。
本公开的其他方面涉及用于由驾驶员操作的车辆的智能动力辅助***。如本文所使用的，术语“车辆”及其变换可包括主要由人工驱动的任何相关电动车辆平台，例如电动自行车、踏板车、滑板、溜冰鞋/旱冰鞋等。在一个示例中，提出了一种用于人工驱动车辆的动力辅助***，其包括牵引电机(ICE、电动、混合动力等)，该牵引电机安装在车辆的车架上并驱动地连接到车辆的至少一个车轮。牵引电机被电子控制以选择性地向该车轮或所有车轮施加可变辅助扭矩。动力辅助***还包括常驻车辆控制器、常驻存储设备和常驻无线通信设备，所有这些都被安装在车架上。无线通信设备与远程计算节点(例如云端服务或数据库服务器计算机)以无线方式通信。
继续上述示例，以有线或无线方式连接到牵引电机和无线通信设备的常驻车辆控制器被配置以执行各种常驻或远程存储器存储的指令。例如，车辆控制器确定人工驱动车辆的路径规划数据，包括当前车辆位置(例如，经由GPS收发器接收)，期望车辆目的地(例如，经由人机接口(HMI)接收)，以及从车辆位置到车辆目的地(例如，从远程计算节点接收)的预测路线规划。常驻车辆控制器通过无线通信设备从远程计算节点接收辅助级别动力轨迹，用于运行牵引电机去完成预测路线规划。常驻车辆控制器还接收人工驱动车辆的当前用户特定的健康水平数据。根据该健康水平数据和其它可选的数据输入，控制器确定用户的动力辅助变化量，并基于该动力辅助变化量相应地增加或减少辅助级别动力轨迹的部分。指令信号从常驻车辆控制器发送向牵引电机，以根据修改的辅助级别动力轨迹输出选择性可变扭矩。
本公开的其他方面涉及具有自适应动力辅助能力的人工驱动车辆。在一个示例中，公开了一种踏板电动自行车，其包括刚性车架、可旋转地安装到车架上的多个车轮以及也可旋转地安装到车架上的曲柄组。曲柄组接收并将人工产生的扭矩传递到车辆的一个或多个车轮。踏板电动自行车还配备有牵引电池组，该电池组具有足够的充电容量来驱动牵引电机。牵引电池组安装在车架上并具有可测量的荷电状态(SOC)。在这点上，控制器操纵的电动机/发电机组(MGU)电连接到电池组，并且可操作以响应于电机控制信号选择性地向至少一个车轮施加电辅助(e-assist)。无线通信设备安装到该车架上并且可操作以通过分布式计算网络与远程计算节点无线通信。
踏板电动自行车还配备有常驻车辆控制器，该常驻车辆控制器安装到车架上并可操作地连接到电动MGU和无线通信装置。常驻车辆控制器可以程序化为：确定踏板电动自行车的路径规划数据，该路径规划数据包括车辆位置和车辆目的地；经由无线通信设备向远程计算节点发送车辆位置、车辆目的地以及对从车辆位置到车辆目的地的预测路线规划的请求；通过无线通信设备从远程计算节点接收预测路线规划和辅助级别动力轨迹以在预测路线规划上运行电动MGU；接收踏板电动自行车用户特有的健康水平数据；根据所接收的健康水平数据、电池组的SOC和用户特有的舒适因子来计算动力辅助变化量；基于动力辅助变化量修改辅助级别动力轨迹；并且将指令信号发送到电动MGU，以根据修改的辅助级别动力轨迹输出选择性可变的扭矩。
对于任何所公开的***、方法和车辆，确定路径规划数据可以包括常驻车辆控制器将人工驱动车辆的当前位置和轨迹发送到远程计算节点，以及从远程计算节点接收地图匹配数据以将人工驱动车辆链接到映射的地理位置。在这种情况下，远程计算节点可以基于车辆的当前位置、轨迹和期望目的地来计算、调用、确定或检索预测路线规划，并且随后经由常驻无线通信设备将预测路线规划发送给车辆控制器。可选地，常驻车辆控制器可以经由电子的用户输入设备从用户接收指示车辆目的地的期望的目的地选择。作为另一种选择，常驻车辆控制器可以从车外位置跟踪***接收指示车辆当前位置的实时位置数据。
对于任何所公开的***、方法和车辆，辅助级别动力轨迹可以基于从一个或多个其他动力辅助的人工驱动车辆接收到的与预测路线规划相同或类似的路线的相应辅助级别数据，通过远程计算节点来生成。此外，或者可替代地，辅助级别动力轨迹可以基于用户对与预测路线规划相同或类似的路线的历史辅助级别数据，通过远程计算节点生成。作为另一种选择，常驻车辆控制器可通过无线通信设备向远程计算节点发送提示，以提供辅助级别动力轨迹。该提示可以包括车辆的当前位置和期望的目的地。远程计算节点可以通过确定并向车辆控制器发送预测路线规划来响应该提示。
对于任何所公开的***、方法和车辆，远程计算节点可以识别与预测路线规划相对应的聚合数据库条目，并且基于与聚合数据库条目相关联地存储的数据报告集合来计算辅助级别动力轨迹。远程计算节点可以同时确定数据报告集合中的数据报告的总数是否大于校准的最小数据报告基线。如果数据报告的总数不大于这个校准的最小值，远程计算节点可以响应地将聚合数据库条目标记为私有。如果数据报告的总数大于这个校准的最小值，远程计算节点可以响应地将聚合数据库条目标记为公共的。
对于任何所公开的***、方法和车辆，常驻车辆控制器可以程序化为：经由电子用户输入设备从车辆用户接收期望的最大活动水平；确定用户在使用人工驱动车辆期间的实时活动水平是否大于期望的最大活动水平；并且响应于用户的实时活动水平大于期望的最大活动水平，增加经由牵引电机输出的选择性可变扭矩。相反，如果用户的实时活动水平小于期望的最大活动水平，则车辆控制器可以响应地减小经由牵引电机输出的选择性可变扭矩。常驻车辆控制器还可以经由无线通信设备向远程计算节点发送一个或多个先前路线的用户的历史辅助级别数据。远程计算节点可以聚集、分析和存储用户的历史辅助级别数据。对于电动自行车的配置，常驻车辆控制器可以确定传递到车辆车轮的踏板产生的扭矩的实时幅度，并基于踏板产生的扭矩的实时幅度来调节通过电动MGU输出的选择性可变扭矩。
以上概述并非旨在代表本公开的每个实施例或每个方面。相反，前面的概述仅仅提供了这里阐述的一些新颖概念和特征的示例。当结合附图和所附权利要求书来实施本公开时，本公开的上述特征和优点以及其他特征和伴随的优点，将从以下实施本公开的示例和代表性模式的详细描述中变得显而易见。此外，本公开明确包括上述和下文所述元素和特征的任何和所有组合和子组合。
附图说明
图1是根据本公开各方面的具有自适应动力辅助能力的典型的电机辅助、人工驱动车辆的部分示意图。
图2是根据本公开各方面的用于智能踏板电动自行车的具有代表性的自适应踏板辅助***架构的示意图。
图3是用于人工驱动车辆的自动动力辅助协议的流程图，其可以对应于由根据所公开概念各方面的车载或远程控制逻辑电路、可编程电子控制单元或其它基于计算机的设备或设备网络执行的指令。
本公开可具有各种修改和替代形式，并且一些代表性的实施例已经在附图中以示例的方式示出，并且将在此详细描述。然而，应当理解，本公开的新颖性不限于上述附图中所示的特定形式。相反，本公开将覆盖落入所附权利要求所包含的本公开范围内的所有修改、等同物、组合、子组合、置换、分组和替换。
具体实施方式
本公开允许许多不同形式的实施例。本公开代表性实施例在附图中示出并将在此详细描述，但应理解，这些示出的示例是作为所公开原理的示例而提供的，而不是对本公开的广泛方面的限制。就此而言，例如在摘要、导言、概述和详细描述部分中描述但在权利要求中没有明确阐述的元素和限制，不应单独或共同地通过暗示、推断或其他方式并入权利要求中。
出于本详细描述的目的，除非特别声明:单数包括复数，反之亦然；单词“和”和“或”应该是合取的和析取的；“任何”和“所有”都意味着“任何和所有”；词语“包括”和“包含”和“具有”各自表示“包括但不限于”。此外，近似词，例如“约”、“几乎”、“基本上”、“近似”等等，可以在本文中以“在、接近或接近于”或“在0-5％之内”或“在可接受的制造公差范围内”或其任何逻辑组合的意义上使用。最后，方向形容词和副词，例如在前面、在后面、在内侧、在外侧、向右、向左、垂直、水平、向上、向下、前、后、左、右等，可以相对于电动车辆，例如，当车辆可操作地定向在正常驱动表面上时，作为电动自行车的前进方向。
现在参考附图，其中在全部视图中，相同的附图标记表示相同的特征，在图1中示出了具有代表性的用户驱动的电动辅助车辆，总体上以10表示，并且出于讨论的目的，在此被描绘为踏板电动自行车(“电动自行车”)。自适应踏板辅助***14分布在整个车辆10上，例如，封装在车架12上的不同位置，以提供用于推进车辆10的补充扭矩。图1的电动辅助的、用户驱动的车辆10——这里也简称为“人工驱动的车辆”或“车辆”——仅仅是可以实践本公开的各方面和特征的示例性应用。同样，基于电动机的踏板辅助***14的本概念的实现也应该被理解为本文公开的概念和特征的示例性应用。因此，应当理解，本公开的各方面和特征可以应用于其他自适应动力辅助架构，并且可以用于任何逻辑相关类型的人工驱动车辆。最后，这里给出的附图不一定按比例绘制，纯粹是出于指导性目的而提供的。因此，附图中示出的特定和相对尺寸不应被视为限制性尺寸。
图1所示的自适应踏板辅助***14通常由牵引电机18组成，牵引电机18与常驻车辆控制器20通信并由其控制，两者都牢固地安装在刚性车架12上。根据图示的示例，牵引电机18是安装在后部的电动机/发电机单元(MGU)，其由牵引电池组22供电，用于选择性地驱动后轮单元16(例如轮胎、轮辋、辐条、轮毂和车轴)。牵引电机18可以通过合适的安装支架或中心毂19安装到车架12的后叉13上。虽然所示的为直接驱动推进单元，但是牵引电机18可以通过合适的动力传动装置，例如皮带传动装置或链传动装置连接到后轮单元16，用于将动力传递给车辆10。作为代替的动力辅助架构可以将牵引电机18驱动连接到可转向前轮单元24或位于中心的曲柄组26，或者连接到车轮单元16、24和曲柄组26的任何组合，以提供用于推进车辆10的驱动动力。进一步设想，车辆10使用其他原动机进行辅助推进，包括内燃机(ICE)组件或同时使用电动机和内燃机的混合动力***。
继续参考图1，牵引电机18电连接到牵引电池组22并由牵引电池组22供电，以在无辅助(自推进)模式或辅助(补充推进)模式下推进车辆10。常驻车辆控制器20被程序化以接收和处理各种用户输入信号、传感器信号和无线数据交换，并通过一个或多个电机控制信号调制牵引电机18的转＝扭矩输出来响应这些输入。在辅助操作模式期间，牵引电机18以足以增大或“提升”用户产生的扭矩的程度输出“电辅助”扭矩，同时尽可能满足用户11的一个或多个期望的电辅助目标。当在自推进或无辅助操作模式下运行时，牵引电机18输出足以在骑车者不踩踏板的情况下临时推进车辆10的动力扭矩。通过这种方式，常驻车辆控制器20可以实时自动地将电能从牵引电池组22分配给牵引电机18，并因此在车辆10通过行驶路线时实时地保留和优化电辅助功能。
图1的踏板电动自行车10可以采用任何合适的自行车配置，包括独轮车、自行车、三轮车、四轮车等，并且可以结合男性、女性或男女通用的车架结构。所示的具有代表性的车架12配备有可调节的座椅组件15，其用于在其上支撑骑车者(或“用户”)11，以及车把组17或其他转向机构，其允许骑车者11手动控制车辆10的航向和方向变化。车轮单元16和24(为了简单起见，这里也称为“车轮”或仅称为“轮子”)通过相应的后叉13和前叉21可旋转地安装到车架12上。这些车轮单元16和24与表面滚动摩擦接触，该表面在图1中由四个相邻的、明显倾斜的路段RS1-RS4表示。利用他/她的脚的周期性旋转运动，骑车者11对踏板28施加踩踏旋转，以产生推进车辆10的动力。这些力被传递给互连曲柄组26的部件，即刚性固定到一个或多个链轮上的相对曲柄臂。当骑车者11转动曲柄组26时，由此产生的转动将人力踩踏板产生的扭矩传递给后轮16。扭矩通过驱动机构30传递，例如自行车链条的闭环。在后轮驱动自行车的构造中，驱动机构30例如通过互补的从动链轮(未示出)机械连接到中心轮毂19。因此，骑车者11施加给踏板28的人工踏力最终使得后车轮16转动，从而沿箭头A的方向推动车辆10通过路面。
在至少一些应用中，车辆10可以可选地配备有再生充电能力，其使得牵引电池组22能够在车辆10运行期间进行再充电。例如，当车辆10在下坡的自行车道上时，车轮16和24可以正常自由转动，而重力暂时提供推动车辆10的原动力。或者，常驻车辆控制器20可以将牵引电机18从电动机驱动模式切换到发电机模式，从而允许电机18产生电能，例如通过电机转子和定子产生电磁感应。在车辆10的这种再生充电实施例中，牵引电机18可以配备有任何必要的功率调节设备，例如功率逆变器、DC-DC转换器、链路电容器和/或其他功率滤波部件等。
响应于来自常驻车辆控制器20的电动机控制信号，牵引电机18可以选择性地提供电辅助能力。可以通过安装在车辆10的车把套17上的图形用户界面32来促进骑车者11与常驻车辆控制器20的实时接口。图1中所描绘的作为可穿戴电子设备34的健康***装置被配置为监测骑车者11的心率、卡路里消耗、出汗、踏板速度或任何其他这样健康相关和活动相关的参数。作为另一种选择，骑车者11可以使用支持蜂窝的智能手机设备36来向常驻车辆控制器20提供附加输入，例如实时车辆位置跟踪、用户偏好和重要事件、历史辅助级数据等。常驻车辆控制器20、可穿戴电子设备34和/或智能电话设备36可以彼此以无线方式通信并且与一个或多个远程计算节点无线通信，其被示意性地描绘为云端服务38和后端数据库服务器计算机40。与远程、车外联网设备的通信能力可以通过蜂窝技术芯片组/组件、无线调制解调器、导航和定位芯片组/组件(例如GPS收发器)、短程无线通信设备(例如蓝牙单元或近场通信(NFC)收发器)、双天线或其他合适的无线通信手段来提供。
如上所述，通过构造常驻车辆控制器20并编入程序来控制牵引电机18的运行。控制模块、模块、控制器、控制单元、电子控制单元、处理器及其任何组合可以定义为指一个或多个逻辑电路、专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如微处理器)和相关联的内存和存储器(例如只读、可编程只读、随机存取、硬盘、有形等)，无论是常驻的、远程的还是两者的组合以用来执行一个或多个软件或固件程序或例程，以及组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、适当的信号调节和缓冲电路，以及提供该功能的其他组件中的任何一个或各种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语可以定义为指包括校准和查找表的任何控制器可执行的指令集。控制器可以设计成具有一组可执行的控制例程以提供所需的功能。控制例程例如通过中央处理单元执行，并且可操作以监视来自传感设备和其他联网控制模块的输入，并执行控制和诊断例程以控制设备和致动器的运行。例程可以在车辆的使用或运行过程中实时地、连续地、***地、偶发地和/或定期执行，例如，每100微秒、3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒等。或者，可以响应于车辆10运行期间事件的发生来执行例程。
图2是用于向智能踏板电动自行车110提供自适应踏板辅助能力的分布式计算网络100的示意图。虽然外观不同，但是可以想象，上面参照图1的电动的、由驾驶员驱动的车辆10中公开的任何特征、选项和替代方案可以单独或以任何组合结合到图2的踏板电动自行车110中，反之亦然。与图1的人工驱动车辆10类似，例如，图2的踏板电动自行车110具有刚性车架112、具有牵引电机118和常驻车辆控制器120的自适应踏板辅助***114以及在自适应踏板辅助***114的运行期间从牵引电机118接收补充扭矩的后轮单元116。常驻车辆控制器120与图形用户界面(GUI)132(例如，电动自行车远程信息处理模块)、可佩戴电子设备134和智能手机136(低功耗蓝牙(BLE)连接的智能手机)进行通信，并将指令信号发送到牵引电机118，其中牵引电机118电连接到牵引电池组122。常驻车辆控制器120可以包括主或辅助存储设备123，其用于执行自适应踏板辅助协议(例如，图3的方法200)的处理器可执行指令，以及无线通信设备125，其可以使得控制器120调解无线数据交换。
在踏板电动自行车110的运行期间，常驻车辆控制器120与一个或多个远程计算节点无线通信，例如预测导航云服务138A、能量使用数据库云服务138B和地图数据库云服务138C。可以设想，三个节点138A-138C可以组合成单个云端服务或单个后端服务器***。作为另一种选择，由三个节点138A-138C执行的许多功能可以通过常驻车辆控制器120在本地执行；同样地，由车辆控制器120执行的许多操作可以脱离到远程计算节点，例如，以最小化计算负荷、能量消耗和本地存储器要求。预测导航云服务138A可以存储旅程起点数据、旅程终点数据、路段标识以及每个实例的总数。可选地，服务138A还可以维护用于推断可能的目的地或下一条道路连接的时间信息，例如星期几的数据、一天的时刻数据等。能量使用数据库云服务138B可以存储人群来源的踏板辅助级别数据，其被处理以生成按每个路段存储的电能使用轨迹(例如，以千瓦小时为单位)。地图数据库云服务138C可以维护各种路径的地理的、地貌的地形和几何数据。另外，服务138C可以配备有支持路线规划和预测导航的路由引擎。
根据所公开概念的各方面，图2的踏板电动自行车110的自适应踏板辅助***114可以使用从当前用户和/或其他参与用户(例如，在人群来源背景下)收集的针对相同路线或类似路线的历史踏板辅助数据来自动识别和设置最佳辅助级别(例如，在自动辅助模式中)。整个预测路线计划中的电辅助级别可以基于收集的数据进行管理。名义上的辅助级别可以上下调整，以根据特定用户的特定需求和期望定制电辅助；辅助级别也可以由用户手动选择或由常驻控制器实时修改。在这样做时，自适应踏板辅助***114可以例如在达到最大心率阈值之前有助于保持期望的舒适度，例如不需要心率数据或连续的用户输入而有助于保持期望的舒适度，并且例如不需要骑车者的连续反馈和/或调节，从而有助于在整个指定行程中设置最优的辅助级别。
继续参考图2，自适应踏板辅助***114检索由其他参与车辆产生的踏板辅助级别信息，以确定并自动设置单个骑车者的最佳踏板辅助级别。作为非限制性示例，踏板电动自行车110会沿着如预测导航云服务138A确定的路径行进，并且会遇到如地图数据库云服务138C识别的山丘或其他崎岖地形。用户的最佳辅助级别可由能量使用数据库云服务138B确定，并由常驻车辆控制器120基于其他骑车者如何设置辅助级别以在相同的山/地形或类似的艰苦的山丘/地形中保持整体舒适性来自动设置。这种方法可以使得可选的“无汗”模式(例如，根据用户当前心率设置的辅助级别)和可选的“节能模式”设置(例如，平衡辅助级别和电池容量的能量管理协议)互补。来自踏板电动自行车110和其他人群来源的电动自行车的辅助级别信息可以被发送到能量使用数据库云服务138B并由该云服务聚合。踏板电动自行车110可由地图数据库云服务138C与道路、路线或地形进行地图匹配。如果对于该地理位置有足够的辅助级别数据，则可以根据该数据确定用于电辅助的电能轨迹，并且踏板辅助可以自动设置为与该电能轨迹一致。
如下面将进一步详细描述的，自适应踏板辅助***114可以至少部分地基于当前用户的历史活动水平(例如，用户每日平均步数与人群来源的每日平均步数；用户每天的平均活动强度与人群来源的每天的平均活动强度；等等)来表征动力辅助变化量。利用该动力辅助变化量，常驻车辆控制器120可以执行辅助级别调节。自适应踏板辅助***114还可以通过预测用户期望的舒适度来表征舒适度变量，例如，作为函数f(活动持续时间、活动强度等)的舒适因子(Fc)。***114可以监测各种用户健康参数，例如心率、氧气消耗、出汗等，并确定其如何随活动变化，例如，作为函数f(当前心率、天气、活动持续时间和强度)的心率变量(dHr)。自适应踏板辅助***114可以连续地监测电池荷电状态(SOC)或指示电池荷电水平的其他参数，以帮助预测未来的电存储需求。踏板辅助变化量可以被确定为踏板辅助变化量(dPa)，其是函数f(舒适因子(Fc)、心率变化量(dHr)、电池水平等)。
为了支持用户期望并改善用户体验，踏板电动自行车110的当前位置和行驶路径用于生成预测路线规划。根据路线规划，自适应踏板辅助***114能够在路线的持续时间内预测在当前踏板辅助级别下的心率增加/减少和用户舒适度。如果预期心率超过给定阈值/目标，则自适应踏板辅助***114可提供更高级别的踏板辅助。相反，如果预期心率预期低于阈值/目标，则自适应踏板辅助***114可选择提供较低级别的踏板辅助，例如，以帮助节省能量并延长续驶里程。然而，如果***114确定预测的心率相对没有变化，则它将继续提供当前或默认级别的踏板辅助。可用于调整踏板辅助级别的其它信息包括交通信号信息(例如，相位、剩余时间、到停车栏的距离等)、停车标志信息、铁路道口数据、天气和环境温度数据、季节信息、自行车信息(例如，品牌、型号、选项等)。
参考图3的流程图，根据本公开的各方面，在200处总体描述了用于向人工驱动车辆(例如图1的车辆10或图2的踏板电动自行车110)提供自适应动力辅助能力的改进方法或控制策略。图3中所示的并在下面进一步详细描述的一些或所有操作可以表示对应于处理器可执行指令的算法，该处理器可执行指令可以存储在例如主或辅助或远程存储器中，并且例如由车载或远程控制器、处理单元、控制逻辑电路或其他模块或设备执行，以便实现与所公开的概念相关联的任何或所有上述或下述功能。应理解，所示操作框的执行顺序可以改变，可以添加附加框，并且可以修改、组合或消除所描述的一些框。
方法200从输入/输出框201开始，并带有用于可编程控制器或控制模块的处理器可执行指令以从远程源接收用户特定的健康水平数据。在图1的代表性架构中，例如，人工驱动车辆10可以与下列设备进行无线通信：(1)可穿戴电子设备34，以接收实时心率、血压、出汗、体温、强度和/或持续时间信息；(2)智能手机设备36，以接收最近的活动水平数据，例如给定时间段(例如，过去七天)内的平均步数、平均活动强度和/或平均活动持续时间；以及(3)后端数据库服务器计算机40，以检索用户的历史健康信息，例如用户呼吸***、循环***、肌肉组织、代谢紊乱等的已知病史。可以预见，车辆10可以聚集来自任何数量的源的其他类型的信息，无论是常驻在车辆10上还是远离车辆10。例如，常驻车辆控制器20可以连续地、***地或间歇地监控通过曲柄组26接收的骑车者产生的扭矩。
方法200利用在输入/输出框201检索、访问或收集(统称为“接收”)的数据，在过程框203中计算、调用、估计或检索(统称“确定”)与所述接收到的数据相关的针对特定用户的动力辅助变化量。作为示例但不限于此，常驻车辆控制器20可以聚合所接收的健康水平数据，处理聚合数据以计算健康分数(例如，0-100)，并使用所计算的健康分数将当前用户分配到特定的健康水平类别(例如，0-15＝久坐不动；16-35＝一般不活跃；36-65＝普通；66-85＝一般活跃，86-100＝活跃)。可以针对每个类别校准相应的动力辅助变化量(例如，久坐不动对应ΔSD＝+20％；一般不活跃对应ΔGI＝+10％；普通对应ΔAG＝0％；一般活跃对应ΔGI＝-10％；以及活跃对应ΔDY＝-20％)。在这种情况下，常驻车辆控制器20检索的动力辅助变化量与当前用户被分配到的健康水平类别相对应。动力辅助变化量可以是用于增强电辅助的增大的正乘数或增大的百分比，或用于减少电辅助的减小的乘数或减小的百分比。采用替代技术来确处理框203处的动力辅助变化量是可以预想到的。同样地，动力辅助变化量可包括多个变化量，每个变化量对应于特定事件(例如，User1_PowerΔ＝PowerΔ1(道路，平坦)，PowerΔ2(道路，小倾斜)，PowerΔ3(道路，轻度倾斜)，PowerΔ4(道路，主要倾斜)，PowerΔ5(道路，主要下降)，PowerΔ6(道路，轻微下降)，PowerΔ7(野外，基本)，PowerΔ8(野外，困难)，PowerΔ9(野外，困难)，PowerΔ10(市区))。
继续参考图3，方法200以处理器可执行指令继续进行到处理框205，该处理器可执行指令用于确定由人工驱动车辆完成给定路线的路径规划数据。路径规划数据可以包括例如当前车辆位置、期望的车辆目的地以及从车辆位置到车辆目的地的预测路线规划。根据图2中呈现的示例，用户(例如，图1的骑车者11)可以使用GUI 132选择期望的车辆目的地，GUI132同时向电动自行车110的常驻车辆控制器120发送指示其的相应信号。用户选择的同时，常驻车辆控制器120可以提示智能手机136产生指示车辆当前位置的实时轨迹数据和位置数据。然后常驻车辆控制器120经由无线通信设备125向地图数据库云服务138C发送带有位置、轨迹和目的地数据的提示。当接收到提示数据包时，地图数据库云服务138C将生成地图匹配数据，以将电动自行车110链接到映射的地理位置。预测导航云服务138A计算节点可以基于电动自行车110的当前位置和轨迹同时预测用于到达期望的车辆目的地的预测路线规划(例如，建议的路线)。一旦确定了预测路线规划，地图数据库云服务138C和预测导航云服务138A就通过无线通信设备125将地图匹配数据和预测路线规划发送到常驻车辆控制器120。
方法200继续到输入/输出框207，具有检测定义预测路线规划的各种相邻表面段的能量使用细节的指令。例如，当与预测导航云服务138A合作采用主动或预测导航时，图2的自适应踏板辅助***114可以从能量使用数据库云服务138B接收辅助级别动力轨迹，用于在预测路线规划的过程中运行牵引电机118。在一个示例中，无线通信设备125从常驻车辆控制器120向云服务138B发送提示，以提供与给定路线相对应的辅助级别动力轨迹。该提示可以包括上面讨论的任何路径规划数据。能量使用数据库云服务138B可以通过至少部分地根据从其它动力辅助人工驱动车辆接收的辅助级别数据和/或用户对与预测路线相同或类似的路线的历史辅助级别数据来产生或检索辅助级别动力轨迹以响应该提示。在至少一些实现方式中，该操作可能需要能量使用数据库云服务138B识别与预测路线计划相对应的聚合数据库条目，并且使用与该聚合数据库条目相关联存储的数据报告的集合来计算辅助级别动力轨迹。可替换地，数据库云服务138B可以识别与预测路线规划相对应的适当的聚合数据库条目，收集和压缩相关联的数据报告集合，并将该数据发送给最终负责确定辅助级别动力轨迹的常驻车辆控制器120。
在处理框209处，方法200计算经调整或修改的辅助级别，其由在处理框203处识别的功率辅助变化量抵消。如上所述，单个变化量可以应用于辅助级别动力轨迹，以共同增加/减少整个辅助级别动力轨迹。或者，给定用户的计算偏移可以包含一系列动力辅助变化量(无论是增加的、减少的还是两者的组合)，以通过相应的变化量来调整轨迹的各个分段。一旦计算出来，常驻车辆控制器120将在过程框211处向牵引电机118发送相应的指令信号或一组信号，以根据修改的辅助级别动力轨迹输出选择性可变的扭矩。
在判断框213处，方法200将评估是否已经达到预定活动水平转折点。作为非限制性示例，图1的骑车者11可以通过任何合适的用户输入设备，包括图形用户界面32、可佩戴电子设备34和/或智能手机设备36输入期望的最大活动水平。该期望的最大活动水平可以随后被转换成用户产生的极限扭矩水平。常驻车辆控制器20在发送指令信号以运行牵引电机18的同时，可以实时确定用户的当前活动水平(例如，通过曲柄组26接收的骑车者产生的扭矩)是否大于期望的最大活动水平(例如，用户产生的极限扭矩水平)。如果已经达到或超过活动水平转折点(例如，用户的实时活动水平大于期望的最大活动水平)(框213＝是)，则方法200可以响应以返回到处理框203，以确定新的动力辅助变化量，该变化量将增加由牵引电机输出的选择性可变扭矩，并因此减少任何必要的骑车者产生的扭矩。相反，如果活动水平转折点没有被满足(例如，用户的实时活动水平小于期望的最大活动水平)(框213＝否)，则方法200可以响应以返回到处理框205并维持(或降低)电辅助级别。
继续参考图3，处理框215包括为电动自行车的给定用户检索特定地理位置/路线的辅助级别数据。例如，常驻车辆控制器120可以在映射路线的持续时间内监视和跟踪牵引电机118的活动。检索到的辅助级别数据可以包括牵引电机118的动力输出设定值(例如，1-10)，或者可以包括牵引电机118的详细动力(电压或电流)轨迹。在检索该数据之前、同时或之后，方法200可以在判断框217处确定是否有足够数量的数据已经发布给远程计算节点。常驻车辆控制器120可以发送指令使得能量使用数据库云服务138B以查看其文件，并确定对于给定路线是否已经存在聚合数据库条目，如果存在，是否有足够的数据报告用于该条目。如果特定位置/路线的数据量不足(框217＝否)，则检索到的辅助级别数据可以从电动自行车110传输到图2的能量使用数据库云服务138B，用于收集、处理和存储，如处理框219所示。数据库138B将检查传输的数据并将其附加到适当的路段条目。如果已经存在用于特定位置/路线的足够量的数据(框217＝是)，则方法200可以响应地返回到处理框215，或者可以中断经框215、217和219的循环。
继续以上对框215、217和219的讨论，图3的处理框221包括例如经由能量使用数据库云服务138B从常驻车辆控制器120接收辅助级别数据和位置数据，以及创建新的聚合数据库条目或者用接收的数据补充现有的聚合数据库条目的指令。在判断框223中，能量使用数据库云服务138B可以确定与该新的/现有的聚合数据库条目相关联的数据报告集合中的数据报告总数是否大于校准的最小数据报告数量。如果数据报告的总数实际上不大于校准的最小值(框223＝否)，则能量使用数据库云服务138B可以响应地在处理框225处将该聚合数据库条目标记为私有，并且因此使得该数据不可用于传播供公众使用。相反，响应于数据报告的总数大于校准的最小数据报告数(框223＝是)，能量使用数据库云服务138B可以在处理框227将聚合数据库条目标记为公共的，从而使数据可用于传播。
在一些实施例中，本公开的各方面可以通过计算机可执行指令程序来实现，例如程序模块，通常被称为由车载计算机或常驻和远程计算设备的分布式网络执行的软件应用或应用程序。在非限制性示例中，软件可以包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件和数据结构。该软件可以形成界面，以允许计算机根据输入源做出反应。该软件还可以与其他代码段协作来发起各种任务，以与接收数据的源共同响应于接收的数据。软件可以存储在各种存储介质上，例如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器和半导体存储器(例如各种类型的RAM或ROM)。
此外，本公开的各方面可以利用包括多处理器***、基于微处理器或用户可编程消费电子设备、小型计算机、大型计算机等的各种计算机***和计算机网络配置来实施。另外，本公开的各方面可以在分布式计算环境中实施，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括内存存储设备的本地和远程计算机存储介质中。因此，本公开的各方面可以结合计算机***或其他处理***中的各种硬件、软件或其组合来实现。
本文描述的任何方法可以包括由以下设备：(a)处理器，(b)控制器，和/或(c)任何其他合适的处理设备来执行的机器可读指令。本公开公开的任何算法软件或方法可以通过存储在有形介质上的软件来实现，例如闪存、CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字通用盘(DVD)或者其他存储器设备，但是本领域普通技术人员将容易理解，整个算法和/或其部分可以替代地由除控制器之外的设备执行和/或以可用方式嵌入在固件或专用硬件中(例如，它可以由专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程逻辑器件(FPLD)、离散逻辑等实现)。此外，尽管特定算法是参照本公开示出的流程图进行描述的，但是本领域普通技术人员将容易理解，可以替代地使用许多其他方法来实现示例的机器可读指令。
参考所示实施例详细已描述了本公开的各方面；然而，本领域技术人员应认识到，在不脱离本公开范围的情况下，可以对其进行许多修改。本公开不限于在此所公开的精确结构和组成；从上述描述中显而易见的任何和所有修改、改变和变化都在由所附权利要求限定的本公开的范围内。此外，本概念明确地包括前述元件和特征的任何和所有组合和子组合。

Claims (10)

1.一种用于调节人工驱动车辆的动力辅助***的方法，所述人工驱动车辆包括车架，所述车架具有可旋转地安装到所述车架的一个或多个车轮，所述动力辅助***包括安装到所述车架并且可操作以驱动所述车轮中的至少一个的牵引电机，以及安装在所述车架上具有无线通信设备的常驻车辆控制器，所述方法包括：
通过所述常驻车辆控制器确定用于所述人工驱动车辆的路径规划数据，所述路径规划数据包括车辆位置、车辆目的地以及从所述车辆位置到所述车辆目的地的预测路线规划；
通过所述无线通信设备从远程计算节点接收辅助级别动力轨迹以在所述预测路线规划上运行所述牵引电机；
通过所述常驻车辆控制器接收所述人工驱动车辆的针对用户的健康水平数据；
基于所述接收到的健康水平数据，通过所述常驻车辆控制器确定所述用户的动力辅助变化量；
基于所述动力辅助变化量通过所述常驻车辆控制器修改所述辅助级别动力轨迹；以及
通过所述常驻车辆控制器向所述牵引电机发送指令信号，以根据所述修改的辅助级别动力轨迹输出选择性可变扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述路径规划数据包括：
经由所述无线通信设备向所述远程计算节点发送所述人工驱动车辆的所述车辆位置和轨迹；以及
经由所述无线通信设备从所述远程计算节点接收地图匹配数据，所述地图匹配数据将所述人工驱动车辆链接到映射的地理位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述远程计算节点基于所述车辆位置、所述轨迹和所述车辆目的地确定所述预测路线规划，并将所述预测路线规划发送到所述无线通信设备。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括经由所述常驻车辆控制器从用户输入设备接收指示所述车辆目的地的所述用户的期望目的地选择。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述常驻车辆控制器从车外位置跟踪***接收指示所述车辆位置的实时位置数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据从一个或多个其他动力辅助的人工驱动车辆接收到的与所述预测路线规划相同或类似的路线的相应辅助级别数据，通过所述远程计算节点来生成所述辅助级别动力轨迹。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述用户对与所述预测路线计划相同或类似的路线的历史辅助级别数据，通过所述远程计算节点来生成所述辅助级别动力轨迹。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述无线通信设备向所述远程计算节点发送提示以提供所述辅助级别动力轨迹，所述提示包括所述车辆位置和车辆目的地；以及
通过所述远程计算节点确定所述预测路线规划。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过所述远程计算节点识别与所述确定的预测路线规划相对应的聚合数据库条目；以及
基于与所述聚合数据库条目一起存储的数据报告集合，通过所述远程计算节点计算所述辅助级别动力轨迹。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
通过所述远程计算节点确定所述数据报告集合中的数据报告的总数是否大于校准的最小数据报告基线；以及
响应于所述数据报告的总数不大于所述校准的最小数据报告基线，将所述聚合数据库条目标记为私有；以及
响应于所述数据报告的总数大于所述校准的最小数据报告基线，将所述聚合数据库条目标记为公开。
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