具体实施方式

本发明的核心是提供一种助力自行车的电机控制方法及装置，能够在行驶过程中使骑行者的脚踏力维持在舒适的区间内，提高了骑行的舒适性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种助力自行车的电机控制方法的过程的流程图，该方法包括：

S11：确定助力自行车行驶过程中的当前人力输出功率、当前电机输出功率和目标人力输出功率；

S12：基于当前人力输出功率与当前电机输出功率的和减去目标人力输出功率的差值得到助力系统中的电机的目标电机输出功率；

S13：基于目标电机输出功率得到电机的目标电机扭矩，以基于目标电机扭矩控制电机。

本实施例中，申请人考虑到：助力自行车行驶的过程中，在不同的路况条件下，人力输出的功率也会发生变化。请参照图2，图2为本发明提供的一种整车阻力随时间变化的关系示意图，当道路的平坦度、材质或倾斜角度等因素发生变化时，可能会导致助力自行车与道路表面的摩擦系数增大，整车阻力会因此随着时间而逐渐增大。此时，在助力系统中的电机的输出功率一定的情况下，为了与整车阻力的变化相适应，人力输出的功率也相应的会增加，从而导致此时骑行者的骑行过程相应的更加费力。

基于此，本申请通过确定助力自行车行驶过程中的当前人力输出功率、当前电机输出功率以及目标人力输出功率，进而得到目标电机输出功率，由目标电机输出功率得到目标电机扭矩，进而基于目标电机扭矩控制电机。具体地，请参照图3，图3为本发明提供的一种电机输出与人力输出随时间变化的关系示意图，当前人力输出功率与当前电机输出功率的总和对应着当前路况条件下需要克服整车阻力做功的功率，即整车输出的功率，当路况条件发生变化时，例如当路况条件恶化时，此时整车阻力也会相应的增加，人力输出的功率增大，整车输出的功率也相应增大，为了保持人力输出的相对恒定，此时便需要调节电机输出的功率。在此路况条件下，可根据克服整车阻力做功的功率，即当前人力输出功率与当前电机输出功率的总和以及确定的目标人力输出功率得到目标电机输出功率，具体可参考对应关系：目标电机输出功率＝当前人力输出功率+当前电机输出功率-目标人力输出功率。当然，若需要减小目标电机输出功率的误差，也可在对应关系式的右侧增加误差系数的计算。

得到目标电机输出功率后，根据关系式目标电机输出功率＝目标电机扭矩*电机转速/9.55便可确定目标电机扭矩，进而基于目标电机扭矩控制电机，使电机输出的助力与不同的路况条件相匹配。

可见，采用该方式，基于当前人力输出功率与目标电机输出功率的变化关系得到目标电机扭矩来控制电机，这一过程基于处理器与相关传感器的配合实现对电机输出的助力的自动调节，从而使骑行者的脚踏力维持在舒适的区间内，提高了骑行的舒适性。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，确定助力自行车行驶过程中的当前人力输出功率，包括：

获取助力自行车行驶过程中的曲柄施加在中轴上的当前脚踏扭矩；

获取助力自行车行驶过程中的脚踏的踏频；

计算当前脚踏扭矩及踏频的乘积再除以预设系数，得到当前人力输出功率。

具体地，在助力自行车行驶的过程中，骑行者通过对脚踏踏板施加脚踏力为助力自行车提供人力输出，在骑行者的踩踏脚踏踏板的过程中，自行车的曲柄会在中轴上施加扭矩，本申请将当前路况下骑行的扭矩称为当前脚踏扭矩，可通过在中轴上设置扭矩传感器来检测曲柄施加在中轴上的当前脚踏扭矩，也可通过在脚踏踏板上设置压力传感器测量骑行者对踏板的脚踏力，通过事先测得的曲柄长度由关系式：当前脚踏扭矩＝脚踏力*曲柄长度计算得到当前脚踏扭矩，具体采用哪种方式本申请在此不作特别限定。

另外，可通过踏频传感器测量助力自行车行驶过程中当前骑行者脚踏的踏频，根据关系式：当前人力输出功率＝当前脚踏扭矩*踏频/9.55便可计算得到当前人力输出功率。

可见，采用本实施例的方式，对于曲柄施加在中轴上的当前脚踏扭矩和骑行者当前脚踏的踏频易于获取，能够方便快速的计算出助力自行车在当前路况下人力输出的功率。

作为一种优选地实施例，确定助力自行车行驶过程中的当前电机输出功率，包括：

获取助力自行车行驶过程中的电机的当前电机扭矩；

获取助力自行车行驶过程中的电机的转速；

计算当前电机扭矩及转速的乘积再除以预设系数，得到当前电机输出功率。

具体的，在助力自行车行驶的过程中，助力系统中的电机会根据当前路况为骑行者提供输出助力，此时电机输出的功率称为当前电机输出功率，为获取电机的当前电机输出功率，考虑采用关系式：当前电机输出功率＝当前电机扭矩*电机转速/9.55来计算，通过处理器获取电机的当前电机扭矩与电机的当前转速，进而可计算得到电机当前的输出功率。

可见，采用本实施例的方式，对于电机当前输出功率的获取简单方便。

作为一种优选地实施例，确定助力自行车行驶过程中的目标人力输出功率，包括：

确定目标脚踏扭矩；

获取助力自行车行驶过程中的脚踏的踏频；

计算目标脚踏扭矩、踏频的乘积再除以预设系数，得到目标人力输出功率。

本实施例中，为了使骑行者的人力输出功率在不同的路况下也能保持相对恒定，即此时需要我们先确定目标人力输出功率，此时需要调节助力系统中电机的输出功率，即调节电机的输出助力，以保证骑行者的脚踏力能够维持在一个舒适的区间内，从而提高骑行者骑行过程中的体验。对于目标人力输出功率同样可由关系式：目标人力输出功率＝目标脚踏扭矩*踏频*预设系数计算得到，对于目标脚踏扭矩的确定，在骑行者脚踏力舒适区间范围内，可采用固定的脚踏扭矩值作为目标脚踏扭矩，也可根据助力自行车行驶过程中受到的整车阻力以正相关的关系确定，本申请在此不作特别限定。这里的预设系数为一系列固定数据的乘积，其值为9.549或四舍五入后得到的9.55。

可见，采用本实施例的方法，可以通过设置不同的目标脚踏扭矩来确定不同的目标人力输出功率，从而可以获得不同的骑行体验，丰富了骑行者骑行过程中选择的多样性。

作为一种优选地实施例，确定目标脚踏扭矩，包括：

确定固定的脚踏扭矩值作为目标脚踏扭矩；

所述固定的脚踏扭矩值在[A*助力自行车的曲柄的长度，B*助力自行车的曲柄的长度]之间，A为预设脚踏力舒适下限值，B为预设脚踏力舒适上限值。

本实施例中，为了维持目标人力输出功率的相对恒定，可将目标脚踏扭矩设置为固定值，因此便可将固定的脚踏扭矩值作为目标脚踏扭矩，因为脚踏扭矩由脚踏力与助力自行车曲柄的长度的乘积得到，而考虑到脚踏力需要在用户的舒适区间内选取，因此，固定的脚踏扭矩值也应在[A*助力自行车的曲柄的长度，B*助力自行车的曲柄的长度]之间，A为预设脚踏力舒适下限值，B为预设脚踏力舒适上限值。这里的脚踏力舒适下限值与脚踏力舒适上限值可以是预设的固定值，也可以由骑行者根据自身状况自己设置，本申请在此不作特别限定。

本实施通过设定固定的脚踏扭矩值作为目标脚踏扭矩值，可以保证目标人力输出功率的相对恒定，从而保证骑行者的脚踏力维持在舒适的区间。

作为一种优选的实施例，确定目标脚踏扭矩，包括：

确定助力自行车行驶过程中的整车阻力；

基于整车阻力确定目标脚踏扭矩；

目标脚踏扭矩与整车阻力呈正相关，目标脚踏扭矩在[A*助力自行车的曲柄的长度，B*助力自行车的曲柄的长度]之间，A为预设脚踏力舒适下限值，B为预设脚踏力舒适上限值。

本实施例中，考虑到骑行者骑行的过程中，为了使骑行者的目标人力输出功率在相对恒定的同时，使骑行者同样能够对于整车阻力的提升有所感知，因此，可以在脚踏力的舒适区间的范围内，使目标脚踏扭矩与整车阻力呈正相关的关系，此时骑行者的脚踏力也会在脚踏力舒适区间的范围内有所上升，即此时目标人力输出功率也会在骑行者脚踏力保持在舒适区间的范围内有所增加，通过对助力自行车行驶过程中整车阻力的确定，便可基于整车阻力以正相关的关系确定目标脚踏扭矩，具体可参照图3所示。

可见，采用本实施例的方式，将目标脚踏扭矩与整车阻力呈正相关进行设定，可以使骑行者的脚踏力在骑行的舒适区间范围内，随着整车阻力的提升而提高，使得骑行者的骑行感受更加真实，同时也不会过分增加骑行者的负担。

当然，这里还可以采用上述提到的其他方式，本申请在此不作特别限定。

作为一种优选地实施例，确定助力自行车行驶过程中的整车阻力，包括：

获取助力自行车行驶过程中的车速；

根据整车阻力关系式、当前人力输出功率、当前电机输出功率及车速得到助力自行车行驶过程中受到的整车阻力；

整车阻力关系式为整车阻力＝(当前人力输出功率+当前电机输出功率)/预设系数/车速。

具体地，对于整车阻力的获取，可以考虑通过物理关系：功率等于力与速度的乘积获得，通过上述实施例我们可以知道，助力自行车行驶过程中整车阻力做功的功率等于当前人力输出功率与当前电机输出功率之和，因此，只需获取助力自行车行驶过程中的车速，便可基于上述物理关系得到助力自行车行驶过程中受到的整车阻力。具体的整车阻力关系式为整车阻力＝(当前人力输出功率+当前电机输出功率)/预设系数/车速，这里的预设系数为一系列固定数据的乘积，其值为9.549或四舍五入后得到的9.55。

本实施例中，通过获取车速的方式来计算整车阻力，可直接采用前面已经获得的数据，即当前人力输出功率与当前电机输出功率，除车速外，需要另外获取的数据量较少，计算方便快捷。另外，对于获取的车速，还可通过通信模块将其发送至仪表进行显示，在骑行过程中，骑行者可以方便直观的查看当前骑行的车速，有利于骑行者对助力自行车当前的行驶状态进行综合性的评判。

作为一种优选地实施例，基于目标电机输出功率得到电机的目标电机扭矩之后，还包括：

获取助力自行车行驶过程中的车速；

判断车速是否大于车速调整阈值；

若是，则根据车速调整目标电机扭矩，并进入基于调整后的目标电机扭矩控制电机的步骤；目标电机扭矩与车速呈负相关；

若否，进入基于目标电机扭矩控制电机的步骤。

本实施例中，申请人考虑到助力自行车行驶过程中的车速过快时，可能会引发安全问题，因此，可以考虑在获取助力自行车行驶过程中的车速后，基于车速调整电机的输出。具体地，应事先设定车速安全阈值，在车速安全阈值范围内认为助力自行车的行驶是安全的，对于车速安全阈值，可以是预先设定的固定的速度值，也可以由骑行者根据当前路况自行设定，本申请在此不作特别限定。同时，设定车速调整阈值，车速调整阈值应小于车速安全阈值，当助力自行车行驶的车速达到车速调整阈值时，说明此时车速已经接近车速安全阈值，须根据车速的值调整电机的输出，即调整目标电机扭矩，且随着车速逐渐增大至车速安全阈值时，目标电机扭矩逐渐减小至零，此时电机停止工作，输出功率为零。需要说明的是，对于车速调整阈值的设定，可以根据车速安全阈值以百分比的方式设定，也可以是车速安全阈值与固定值的差值，对于如何设定车速调整阈值本申请在此不作特别限定。

可见，本实施例中，通过获取助力自行车行驶过程中的车速并判断车速是否大于车速调整阈值，当车速大于车速调整阈值时，电机的目标电机扭矩与车速成负相关，从而使得当车速达到车速安全阈值时，助力系统中的电机停止工作，以防车速进一步增大，增加了骑行者骑行的安全性。

作为一种优选地实施例，根据车速调整目标电机扭矩，包括：

计算调整系数及目标电机扭矩的乘积，得到调整后的目标电机扭矩；

调整系数的数值范围在[0,1]之间，且当车速的范围在车速调整阈值与车速安全阈值范围内时，调整系数与车速成负相关，车速调整阈值小于车速安全阈值。

本实施例中，可以考虑设置调整系数的方式，来根据车速调整目标电机扭矩。具体地，在车速超出安全阈值时，需要降低目标电机扭矩以降低电机的输出，调整后的目标电机扭矩由调整系数与目标电机扭矩相乘得到，且调整系数的数值范围在[0,1]之间，其上限值与车速调整阈值对应，其下限值与车速安全阈对应，且调整系数与车速成负相关，当车速由车速调整阈值逐渐增加至车速安全阈值时，调整系数的数值从1逐渐减为0，目标电机扭矩也随着调整系数的减小而减小，直至减为零。因此，通过设置调整系数的方式实现了对目标电机扭矩的调整。

请参照图4，图4为本发明提供的一种助力自行车的电机控制装置的结构示意图，包括：

存储器41，用于存储计算机程序；

处理器42，用于执行所述计算机程序时实现上述任一项助力自行车的电机控制方法的步骤。

具体地，这里的存储器41可以但不仅限为Flash(FlashMemory,快闪存储器)，这里的处理器42可以但不仅限为MCU(Microcontroller Uint,微控制单元)。

请参照图5，图5为本发明提供的一种助力自行车的结构示意图。该助力自行车包括助力自行车本体，还包括如上所述的助力自行车的电机控制装置。

作为一种优选地实施例，助力自行车的电机控制装置还包括：

与处理器连接的扭矩传感器51，用于检测助力自行车的曲柄施加在中轴上的扭矩大小；

与处理器连接的踏频传感器，用于检测助力自行车的脚踏踏板转动的角度及旋转的快慢，并输出电平信号至处理器42，以便于处理器42基于电平信号得到助力自行车行驶过程中脚踏的踏频；

与处理器连接的车速传感器，用于检测助力自行车行驶过程中的车速；

与处理器连接的电机52，用于在助力自行车行驶过程中为骑行者输出助力；

与处理器连接的通信模块，用于传输助力自行车行驶过程中的车速；

与通信模块连接的仪表53，用于接收并显示通信模块传输的车速；

电池54，用于向上述装置中各个器件供电。

具体地，这里的通信模块可以但不仅限为UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)。

对于本发明提供的助力自行车的电机控制装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

对于本发明提供的助力自行车的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。