CN111924037B - 电动助力自行车爬坡补偿处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动助力自行车爬坡补偿处理方法包括如下步骤：(1)滚动摩擦力系数的测定；(2)惯量系数的测定；(3)路面预估；(4)踏频相位锁定；(5)踏力预估；(6)得到补偿后输出值；本发明的方法通过对脚踏速度传感器的脉冲信号，电机输出功率，车速信号进行处理，用处理过的助力信号驱动电机，实现车辆的上坡或载重变化的自适应。

Description

电动助力自行车爬坡补偿处理方法
技术领域
本发明涉及一种自行车爬坡补偿处理方法，具体涉及到一种电动助力自行车爬坡补偿处理方法。
背景技术
现有的大部份电动助力车上，都配备了速度传感器(Speed Sensor)，其功能是根据骑行者脚踏频率的大小来决定电机输出功率的大小。一般情况下，脚踏越快，代表着骑行者需要更快的车速，这时电机输出的功率也应该相应地加大，从而不让骑行者付出太多的能量消耗。反之，脚踏越慢，电机的输出功率也越小。因现有的助力方法是根据踏频算出的助力输出较弱，助力骑行感差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种电动助力自行车爬坡补偿处理方法，得到具有路面坡度补偿和载重补偿的输出值，来驱动电机，实现载重或上坡骑行时自动加大助力。
技术方案：本发明的处理方法，包括如下步骤：、(1)滚动摩擦力系数的测定；(2)惯量系数的测定；(3)路面预估(4)踏频相位锁定(5)踏力预估(6)得到补偿后输出值。详细计算如下：
1、步骤(1)滚动摩擦力系数的测定包括如下步骤：
(1.1)测量出当前的车速V；
(1.2)测量出当前的控制器输出电流I和电压U
(1.3)计算输出功率P＝U*I
(1.4)当车速在限速点，且控制器已经进行限速3秒后，计算滚动摩擦力系数Gf＝P/V；
2、步骤(2)惯量系数的测定包括如下步骤：
(2.1)分别测量出t0和t1时刻的车速V0、V1，t1-t0＝3S；
(2.2)当V0<V1，测量出t0、t1时间内控制器输出的平均功率Pavg；
(2.3)计算出惯量系数Gv＝(Pavg/V-Gf)Dt/Dv；
3、步骤(3)路面预估：
路面系数Gi＝P/V-Gf-GV*Dv/Dt
4、步骤(4)所述的踏频相位锁定：
速度传感器每踏一圈，会产生n个脉冲，n个脉冲内每次输出脉冲时记下电机的电流值I(t)，t∈(0,n)。算出I(t)中的最大值I(t)max和最小值I(t)min。
产生tmax个脉冲时表示图2的270°或90°，产生tmin个脉冲时表示图2的180°或0°。若tmin－tmax的值与n/4接近，则tmin个脉冲时脚踏为0°
5、步骤(5)踏力预估：
根据锁相值跟踪脚踏的相位，控制器测量脚踏在90°和0°时的电流I90°和I0°。
电流波动峰值Im＝I90°-I0°
Im与踏力大小成正比。
6、步骤(6)补偿后输出值(Vref)：
Vref＝Vs+KGi+K1Im
其中，Vs为根据踏频计算出的助力值，K为常量系数根据骑行效果在0到1范围内调节，K1为力矩补偿系数骑行效果在0到1范围内调节。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著效果是：1、加速时助力值会加大，提升加速助力效果；2、在上坡骑行时，助力值会加大，爬坡骑行更省力；3、在载重较大时或载重较轻时，可调整助力值，无太重或太轻的骑行感；4、使配置价格低廉的速度传感器的骑行感接近配置价格昂贵的力矩传感器的骑行感。
附图说明
图1为本发明的脚踏一圈力矩信号波形图；
图2为本发明的曲柄角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
一种电动助力自行车爬坡补偿处理方法，包括如下步骤：
(1)滚动摩擦力系数的测定
滚动摩擦力的大小取决于轮胎的材质，路面的摩擦系数，轮胎的宽度，轮径的大小，对路面的静压等因素。这一系数，不可能是一个定值，随着骑行的变化，随时可能会发生改变。当骑行到限速点时，速度不会再变化，正常认为是平路或下坡骑行。通过车速传感器测出的车速V会在限速点附近波动，平均值为限速点。控制器的母线电流I和母线电压U可通过控制器直接测得。此时控制器的输出功率P＝U*I。持续监控测得的车速V，若3秒内波动较小，计算滚动摩擦力系数Gf＝P/V，若5<Gf<15，则Gf为可用的值，否则需重新检测计算。
(2)惯量系数的测定
每隔3秒记录一次速度的瞬时值，上一时刻为t0，当前时刻为t1。上一时刻的速度记为V0，当前时刻速度记为V1。当V0<V1时，可认为车辆在加速阶段。t0到t1时间段内，功率值可能会波动较大，故需在此时间段内多次计算功率值，得出平均功率Pavg。
计算时间差Dt＝t1-t0；
计算速度差Dv＝V1-V0；
当2<Dv<3时计算惯量系数Gv：
Gv＝(Pavg/V-Gf)Dt/Dv
若Gv>0，则Gv为可用的值。
(3)路面预估
由于单次计算出的Gf和Gv，可能会存在误差，且受测量噪声的影响，其值带有离散性，可采用去极值和一阶低通滤波，对Gf和Gv进行处理。
Gffilter＝Gffilter*kcoeff+(1-kcoeff)*Mid[Gf(n-2),Gf(n-1),Gf(n)]
Gffilter为滤波后的Gf值，kcoeff滤波权重系数，在0到1范围内取值，根据实际骑行感觉进行调整；Mid[]为计算三个输入值的中间值。
Gf(n)表示n时刻单次计算的Gf；
Gvfilter＝Gvfilter*kcoefv+(1-kcoefv)*Mid[Gv(n-2),Gv(n-1),Gv(n)]
Gvfilter为滤波后的Gv值，kcoefv滤波权重系数，在0到1范围内取值，根据实际骑行感觉进行调整；Mid[]为计算三个输入值的中间值。
Gv(n)表示n时刻单次计算的Gv；
Gi＝P/V-Gffilter-Gvfilter*Dv/Dt
Gi为包含路面坡度和载重信息的综合系数值。当坡度越大时Gi越大，当载重越大时Gi越大。
(4)踏频相位锁定为：
速度传感器每踏一圈会产生n个脉冲，n个脉冲内每次输出脉冲时记下电机的电流值I(t)，t∈(0,n)。算出I(t)的最大值I(tmax)和最小值I(tmin)。
产生tmax个脉冲时表示图2的270°或90°，产生tmin个脉冲时表示图2的180°或0°。若tmin－tmax的值与n/4接近，则tmin个脉冲时脚踏为0°。
(5)踏力预估
根据锁相值跟踪脚踏的相位，测量脚踏在90°和0°时的电流I90°和I0°。
电流波动峰值Im＝I90°-I0°
Im与踏力大小成正比。
(6)补偿值
补偿的助力输出可表示为
Vref＝KGi+K1Im
其中，K为常量系数，根据实际骑行效果，在0到1范围内调节；K1为力矩补偿系数，根据实际骑行效果在0到1范围内调节。
处理后的补偿助力输出值Vref可以直接利用PID闭环控制方法控制电机的输出电压占空比，从而在载重或上坡骑行时自动加大助力，使骑行者更加轻松省力。另外，在加速骑行过程中时助力值也会相应增加。

Claims (1)

1.一种电动助力自行车爬坡补偿处理方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)滚动摩擦力系数的测定；(2)惯量系数的测定；(3)路面预估；(4)踏频相位锁定；(5)踏力预估；(6)得到补偿后输出值；
其中，步骤(1)所述的滚动摩擦力系数的测定包括如下步骤：
(1.1)测量出当前的车速V；
(1.2)测量出当前的控制器输出电流I和电压U；
(1.3)计算输出功率P＝U*I；
(1.4)当车速在限速点，且控制器已经进行限速3s(秒)后，计算滚动摩擦力系数Gf＝P/V；
步骤(2)所述的惯量系数的测定包括如下步骤：
(2.1)分别测量出t0和t1时刻的车速V0、V1，t1-t0＝3s；
(2.2)当V0<V1，测量出t0至t1时间内控制器输出的平均功率Pavg；
(2.3)计算出惯量系数Gv＝(Pavg/V-Gf)Dt/Dv，其中Dv＝V1-V0，Dt＝t1-t0；
步骤(3)所述的路面预估为：路面系数Gi＝P/V-Gf -GV*Dv/Dt；
步骤(4)所述的踏频相位锁定为：
速度传感器每踏一圈，会产生n个脉冲，n个脉冲内每次输出脉冲时记下电机的电流值I(t)，t∈(0,n)；算出I(t)中的最大值I(t)max和最小值I(t)min；
产生tmax个脉冲时脚踏为270°或90°，产生tmin个脉冲时脚踏为180°或0°；若tmin-tmax的值与n/4接近，则tmin个脉冲时脚踏为0°；
步骤(5)所述的踏力预估为：
根据锁相值跟踪脚踏的相位，控制器测量脚踏在90°和0°时的为电流I90°和I0°，电流波动峰值Im＝I90°-I0°；Im与踏力大小成正比；
步骤(6)所述的补偿后输出值Vref为：
Vref＝Vs+KGi+K1Im
Vs为根据踏频计算出的助力值，K为常量系数根据骑行效果在0到1范围内调节；K1为力矩补偿系数骑行效果在0到1范围内调节；
处理后的补偿助力输出值Vref利用PID闭环控制方法控制电机的输出电压占空比，从而在载重或上坡骑行时自动加大助力。
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