CN107458531A - 一种可变输出功率的共享电单车 - Google Patents

Abstract

本发明提出的变功率共享电单车，包括电源模块、控制模块、驱动模块、压力传感模块、刹车传感模块、车速传感模块、坡度传感模块、踏板转向模块。实现了在单一驱动档位下的功率自动控制，能够识别车辆是否处于上坡状态，并且识别用户是否具有加速的意愿，提高了控制系统的智能化和自动化水平，并且严格控制车速，提高了骑行的安全性。本发明同时提出一种可变输出功率的共享电动车控制方法，所述控制模块接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号，并控制所述第一电池和第二电池单独或共同向驱动模块提供电力。

Description

一种可变输出功率的共享电单车

技术领域

本发明属于共享电单车技术领域，尤其涉及一种变功率的共享电单车。

背景技术

目前电动车已经成为一种常见的交通工具，而对电动车的速度限制也是国家重点管制的技术指标之一。如果电动车最高时速过快，车辆不仅容易翻倒，还难以及时控制，增加了交通事故的可能性。按目前的国家标准，目前市场上的电单车最高时速不得超过20公里/小时（GB17761-1999），整车质量不超过40千克，功率小于240W。目前的市场上的电单车多数具有限速功能，即在限速模式下，电单车行驶速度低于20公里/小时，而在全速情况下，大部分的电单车的时速都超过了24公里/小时，甚至超过40公里/小时。目前大多数的电单车在出厂时，都是设置在限速模式下，但是在出厂销售时，大多数电单车都通过改装和破解限速装置，使得电单车达到全速模式。这种情况一方面为城市交通埋下隐患，另外一方面也反映了市场的需求，因为现有的电单车单一功率输出的驱动模式在特殊地形（例如上坡时）较为吃力，在平地时速为20公里/小时的输出功率在上坡时可能仅能达到6-8公里/小时，遇见较长距离的上坡时（例如超过150米）会出现明显功率不足。

现有的部分电动车采用了速度控制的方式，即电动车的速度达到或超过阈值就切断驱动电力。但是这种在用户骑行过程中切断驱动电力的方式具有一定的危险性，并且由于惯性的作用，也不能完全防止电动车的超速。

为了解决电动车上坡功率不足的问题，现有技术的部分电单车作出了改进。例如中国专利CN104340327A公开了一种自动换档的电动车，其具有自动换档控制器，当用户需要上坡时自动换成输出功率较大的档位，但是对自动换档控制器如何实现识别换档时机以及换档的工作原理并未阐述；CN103661786A公开了一种电单车自动变档系统，能够识别上坡状态进行档位切换。上述现有技术都有一个共同的特点，就是实现电单车的自动换档，而这些多个档位均是向用户开放的，只是实现了用户上坡时自动切换成输出功率较大的档位而无需用户手动切换，但是用户在平地行驶时也可以手动切换到输出功率较大的档位，因此并没有解决电动车超速的问题。

与普通电单车不同，在共享电单车领域，对电动车车速的监管比普通电动车更为严格，因为共享电单车仅有单一的功率输出档位，在平地骑行最高时速限定在20公里/小时，使得用户在骑行共享电单车上坡时没有更高输出功率的档位选择，并且现有共享电单车没有更高输出功率的功率模式，以防止被违规人员改装、破解的方式使得共享电单车突破限速（一般电单车全速模式的破解是依靠拆除限速设备实现），形成交通事故的隐患，因为一旦发生事故，超速的共享电单车会给共享电单车的运营平台造成较大的经济损失和法律责任。因此，目前的共享电单车较小的输出功率在特殊地形的骑行时会感觉明显地吃力。

发明内容

本发明提出一种可变输出功率的共享电单车。所述共享电单车包括电源模块、控制模块、驱动模块、压力传感模块、刹车传感模块、车速传感模块、坡度传感模块、踏板转向模块。所述共享电单车具有人力踏板和手动刹车装置。

所述驱动模块接收控制模块发送的驱动信号，驱动所述共享电单车。

所述电源模块为驱动模块提供电力。优选地，所述电源模块包括第一电池和第二电池。所述电源模块还包括电压测量单元，所述电压测量单元分别测量第一电池和第二电池的电压，并将电压信号传输给控制模块。所述电源模块还包括切换单元，所述切换单元接收控制模块的电压控制信号，分别单独控制所述第一电池和第二电池为驱动模块提供电力。所述第一电池和第二电池可单独或共同向驱动模块提供电力。

所述共享电单车具有人力踏板，所述压力传感模块用于检测用户蹬踏所述人力踏板的压力。优选地，所述压力传感模块包括压电传感器，所述压电传感器设置在人力踏板表面或内层中，将检测到的压力信号传送给控制模块。

所述车速传感模块用于检测所述共享电单车的车速。所述车速传感器包括至少一个霍尔传感器，向所述控制模块发送车速信号，所述控制模块根据所述车速信号计算出车速。

所述踏板转向传感模块用于检测当用户蹬踏人力踏板时人力踏板转动的方向。优选地，所述踏板转向传感模块包括至少三个霍尔传感器，所述三个霍尔传感器以人力踏板转轴为圆心互呈60°等距设置，所述人力踏板上设有磁钢，所述磁钢的位置与霍尔传感器的位置相对应，确保当人力踏板转动时，所述磁钢能够触发所述霍尔传感器发出转动信号给控制模块，控制模块根据所述转动信号的时序计算出人力踏板转动的方向。

所述刹车传感模块用于检测用户是否手动刹车，将刹车信号发送给控制模块。第一方面，所述刹车传感模块包括压电传感器，所述压电传感器设置在手动刹车的把手上，用于检测用户捏刹车把手的压力，并将压力信号发送给控制模块。第二方面，所述刹车传感模块包括压敏贴片，所述压敏贴片设置在刹车丝上，用于检测刹车丝的张力，并将张力信号发送给控制模块。

所述坡度传感模块用于检测共享电单车所处的坡度，并将相应的坡度信号传输给控制模块。优选地，所述坡度传感器模块包括重力传感器或水平仪。

所述控制模块用于接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号，并控制所述第一电池和第二电池单独或共同向驱动模块提供电力。

所述控制模块判断所述共享电单车是否满足上坡加速条件，并判断用户是否具有上坡加速的意愿。仅当所述共享电单车满足上坡加速条件并且用户具有上坡加速的意愿时，所述控制模块允许第一电池和第二电池同时向驱动模块供电，否则，所述控制模块屏蔽第二电池，仅允许第一电池向驱动模块供电。

所述控制模块根据所述坡度信号和所述车速信号判断所述共享电单车是否满足上坡加速的条件，具体地，当控制模块判断所述共享电单车处于上坡状态并且不超速时，所述共享电单车满足上坡加速的条件。

所述控制模块根据所述转动信号、压力信号和刹车信号判断用户是否具有上坡加速的意愿，具体地，当控制模块判断用户未刹车时、用力蹬踏人力踏板并且人力踏板正向转动时，所述用户具有上坡加速的意愿。

本发明提出一种可变输出功率的共享电动车控制方法，所述控制模块接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号，并控制所述第一电池和第二电池单独或共同向驱动模块提供电力。具体地，所述控制方法步骤如下：

步骤1、所述控制模块接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号；

步骤2、控制模块屏蔽第二电池，并判断第一电池是否开启，如果是，执行步骤3。

步骤3、所述控制模块根据所述坡度信号和车速信号判断电单车是否满足均上坡加速的条件，如果是，执行步骤4；

步骤4、所述控制模块根据所述刹车信号、压力信号、转动信号，判断用户是否有加速的意愿，如果是，执行步骤5。

步骤5、所述控制模块激活第二电池，允许第一电池和第二电池同时向驱动模块供电。

步骤6、所述控制模块根据所述坡度信号和车速信号判断电单车是否均满足上坡加速的条件，如果否，屏蔽第二电池，执行步骤3。

本发明提出的变功率共享电单车实现了在单一驱动档位下的功率自动控制，能够识别车辆是否处于上坡状态，并且识别用户是否具有加速的意愿，提高了控制系统的智能化和自动化水平，并且严格控制车速，提高了骑行的安全性。

附图说明

图1为本发明共享电单车的组成框图；

图2为本发明共享电单车的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明进行详细说明。

在一个实施例中，如图1所示，本发明的共享电单车包括电源模块、控制模块、驱动模块、压力传感模块、刹车传感模块、车速传感模块、坡度传感模块、踏板转向传感模块。所述共享电单车具有人力踏板和手动刹车装置。

所述驱动模块接收控制模块发送的驱动信号，驱动所述共享电单车。所述的驱动方式可以参照现有技术，在此不再赘述。

所述电源模块为驱动模块提供电力。优选地，所述电源模块包括第一电池和第二电池。所述电源模块还包括电压测量单元，所述电压测量单元分别测量第一电池和第二电池的电压，并将电压信号传输给控制模块。所述电源模块还包括切换单元，所述切换单元接收控制模块的电压控制信号，分别单独控制所述第一电池和第二电池为驱动模块提供电力。所述第一电池和第二电池可单独或共同向驱动模块提供电力。

具体地，所述第一电池和第二电池为尺寸、规格上完全一致的两块电池，所述电源模块还包括电压测量单元，所述电压测量单元用于测量所述两块电池的电压，当用户启动驱动模块准备骑行时，所述电源模块选择电压较高的那块电池作为第一电池向驱动模块供电，电压较低的那块电池作为第二电池，当用户切断驱动模块的供电时，电源模块再次根据两块电池的电压选择第一电池。也就是说，两块电池相互切换作为第一电池使用，另一块作为上坡时选择性地启动的第二电池。

在替换的实施例中，两块电池的尺寸、规格不同，第一电池具有更大的电池容量，电源模块始终将具有更大电池容量的电池作为第一电池向驱动模块供电，而电池容量较小的电池作为第二电池，仅在上坡时选择性地启动。

所述共享电单车具有人力踏板，所述压力传感模块用于检测用户蹬踏所述人力踏板的压力。优选地，所述压力传感模块包括压电传感器，所述压电传感器设置在人力踏板表面或内层中，将检测到的压力信号传送给控制模块。所述控制模块将所述压力信号转换成压力值，或者直接用所述压力信号值进行控制。

所述车速传感模块用于检测所述共享电单车的车速。所述车速传感器向所述控制模块发送车速信号，所述控制模块根据所述车速信号计算出车速。优选地，共享电单车的后轮作为驱动轮，所述车速传感器设置的后轮上。所述车速传感器包括至少一个霍尔传感器和至少一个磁钢单元，在具体的设置方式，所述霍尔传感器设置在后轮的固定部件上，而磁钢单元设置在转动部件上，并保证后轮转动时，所述磁钢单元能周期性触发所述霍尔传感器。在第一设置方式上，所述霍尔传感器设置在后轮链条盒内侧，所述磁钢单元设置在辐条对应位置，当后轮转动时，所述磁钢单元能随着后轮转动周期性触发所述霍尔传感器。在第二设置方式上，所述霍尔传感器设置在后轮链条盒内侧，所述磁钢单元设置在转轴上，当后轮转动时，所述磁钢单元能随着后轮转动周期性触发所述霍尔传感器。所述车速传感器还可以采用其他现有的技术实施方式。

所述踏板转向传感模块用于检测当用户蹬踏人力踏板时人力踏板转动的方向。优选地，所述踏板转向传感模块包括至少三个霍尔传感器，所述三个霍尔传感器以人力踏板转轴为圆心互呈60°等距设置，所述人力踏板上设有磁钢，所述磁钢的位置与霍尔传感器的位置相对应，确保当人力踏板转动时，所述磁钢能够触发所述霍尔传感器发出转动信号给控制模块，控制模块根据所述转动信号的时序计算出人力踏板转动的方向。优选地，所述三个霍尔传感器包括霍尔传感器A、霍尔传感器B、霍尔传感器C，所述三个霍尔传感器设置在人力踏板转盘内侧，以踏板转轴为圆心互呈60°等距设置，所述人力踏板上设有磁钢单元，所述磁钢单元的位置与霍尔传感器的位置相对应，保证当踏板转动时，所述磁钢单元能够相继将所述三个霍尔传感器触发，并分别发送转动信号给控制单元，控制单元根据三个霍尔传感器触发的时序判断踏板的转动方向，当用户往前蹬踏人力踏板时，踏板的转向为正方向。

所述刹车传感模块用于检测用户是否手动刹车，将刹车信号发送给控制模块。第一方面，所述刹车传感模块包括压电传感器，所述压电传感器设置在手动刹车的把手上，用于检测用户捏刹车把手的压力，并将压力信号发送给控制模块。第二方面，所述刹车传感模块包括压敏贴片，所述压敏贴片设置在刹车丝上，用于检测刹车丝的张力，并将张力信号发送给控制模块。所述控制单元根据所述压力信号或者张力信号判断用户是否捏手刹。

所述坡度传感模块用于检测共享电单车所处的坡度，并将相应的坡度信号传输给控制模块。优选地，所述坡度传感器模块包括重力传感器或水平仪。所述控制单元根据所述坡度信号计算出当前电单车所处的坡度斜率，并判断是否处于上坡状态。

所述控制模块用于接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的转动信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号，并控制所述第一电池和第二电池单独或共同向驱动模块提供电力。具体地，所述控制模块首先判断车辆是否处于上坡状态，并确定车辆并没有处于超速状态，判断电单车具有加速的条件，再判断用户是否有加速的意愿，判断的方式是通过判断用户并没有捏手刹，同时蹬踏人力踏板使得人力踏板正向旋转，当三个条件同时满足时，控制模块判断用户具有加速的意愿，控制模块允许所述第一电池和第二电池同时向驱动单元提供电力。

本发明提出一种可变输出功率的共享电动车控制方法，所述控制模块接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号，并控制所述第一电池和第二电池单独或共同向驱动模块提供电力。具体地，如图2所示，所述控制方法步骤如下：

步骤1、所述控制模块接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号；

步骤2、控制模块屏蔽第二电池，并判断第一电池是否开启，如果是，执行步骤3，用户处于正常骑行的状态。在此状态下，当用户在普通道路上骑行时，所述电单车仅能通过第一电池的供电驱动前行，第二电池处于未激活状态，用户也无法通过主动调整档位、切换开关等操作激活第二电池，以避免电单车超速。

步骤3、所述控制模块根据所述坡度信号和车速信号判断电单车是否满足均上坡加速的条件，如果是，执行步骤4；在实际操作中，部分上坡道路的坡度较缓，对电单车的速度影响较小，控制模块设定坡度阈值，当检测的上坡的坡度值（斜率值）大于所述坡度阈值，则满足上坡加速的条件，所述坡度阈值可以设置为0-5°。而在电单车上坡之初，虽然坡度传感器检测到处于上坡状态，但是车辆动能较大，速度仍然较高，如果坡道很快结束，这时候如果加速会导致车辆超速，因此在实际操作中，所述控制单元设置第一车速阈值，当车速传感器检测到的车速低于所述第一车速阈值时，才满足上坡加速的条件，所述第一车速阈值可以设置为最高限速（20km/h）的50%。仅当这两个条件同时具备时，才满足本发明上坡加速的条件。

步骤4、所述控制模块根据所述刹车信号、压力信号、转动信号，判断用户是否有加速的意愿，如果是，执行步骤5。具体地，控制单元判断用户处于松开手刹的状态、用户用力蹬踏人力踏板以及人力踏板的转动方向是正向同时满足，控制单元判断用户具有加速的意愿。当电单车满足上坡加速的条件时，控制模块还需要判断用户是否具有上坡加速的意愿，因为道路的条件是瞬息万变的，如果这时候用户发现道路有障碍或者离前面的车辆很近，而这时电单车仅仅满足了上坡加速的条件就贸然加速会带来交通危险。在控制模块判断用户是否具有上坡加速的意愿时，首先判断用户处于松开手刹的状态，其次用户在上坡感觉车速不足并希望增加车速时会用力蹬踏人力踏板，同时人力踏板的转动方向是正向，只有同时满足了这三个条件，控制单元才判断用户具有上坡加速的意愿。在踏板压力的检测过程中，控制模块可以设立压力阈值，当用户蹬踏人力踏板的压力超过所述压力阈值时，控制单元判断用户在用力蹬踏人力踏板并希望加速，所述压力阈值可以设定为常数，也可以为变量。优选地，由于不同的人蹬踏人力踏板的压力是不同的，所述压力阈值可以设置为前一时刻（例如5-10秒之前）人力踏板感受到的踏板压力的1.5倍。

步骤5、所述控制模块激活第二电池，允许第一电池和第二电池同时向驱动模块供电。在此状态下，控制单元仅仅是激活第二电池，而不是直接将第二电池接入驱动电路中，是否加速的主动权仍然依靠用户自我的判断，由于共享电单车仅有一个驱动档位，当用户选择驱动模块驱动车辆前行时，这个时候第一电池和第二电池会同时向驱动模块供电，以增加车辆上坡的驱动力。

步骤6、所述控制模块根据所述坡度信号和车速信号判断电单车是否均满足上坡加速的条件，如果否，屏蔽第二电池，执行步骤3。在骑行的过程中，控制模块需要随时监控上坡加速的条件是否满足，即车辆是否处于上坡状态，并且车速是否超速，如果车辆不再上坡，或者车辆速度较高，都不再满足上坡加速的条件，控制模块随时停止第二电池对驱动模块的供电，并重新屏蔽第二电池，除非车辆再次满足上坡加速的条件以及用户具有上坡加速的意愿。在实际操作中，控制模块必须提前防止车辆超速的情况，优选地，所述控制模块设立第二车速阈值，所述第二车速阈值可以与第一车速阈值相同，也可以大于第一车速阈值，例如设置为车辆最高车速（20km/h）的90%。如果车速超过了第二车速阈值，控制模块判断车辆不再满足上坡加速的条件。

本发明提出的变功率共享电单车实现了在单一驱动档位下的功率自动控制，能够识别车辆是否处于上坡状态，并且识别用户是否具有加速的意愿，提高了控制系统的智能化和自动化水平，并且严格控制车速，提高了骑行的安全性。

Claims (4)

1.一种可变输出功率的共享电单车，所述共享电单车具有人力踏板和手动刹车装置，其特征在于，所述共享电单车还包括电源模块、控制模块、驱动模块、压力传感模块、刹车传感模块、车速传感模块、坡度传感模块、踏板转向传感模块；所述电源模块包括第一电池和第二电池，所述控制模块用于接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号，并控制所述第一电池和第二电池单独或共同向驱动模块提供电力；所述控制模块判断所述共享电单车是否满足上坡加速条件，并判断用户是否具有上坡加速的意愿，仅当所述共享电单车满足上坡加速条件并且用户具有上坡加速的意愿时，所述控制模块允许第一电池和第二电池同时向驱动模块供电，否则，所述控制模块屏蔽第二电池，仅允许第一电池向驱动模块供电。

2.如权利要求1所述的共享电单车，其特征在于，所述控制模块根据所述坡度信号和所述车速信号判断所述共享电单车是否满足上坡加速的条件。

3.如权利要求1所述的共享电单车，其特征在于，所述控制模块根据所述转动信号、压力信号和刹车信号判断用户是否具有上坡加速的意愿。

4.一种可变输出功率的共享电单车的控制方法，其基于权利要求1-3之一所述的共享电单车，其特征在于，所述控制方法包括：

步骤1、所述控制模块接收所述压力传感模块传输的压力信号、车速传感模块传输的车速信号、刹车传感模块的刹车信号、坡度传感模块的坡度信号、踏板转向传感模块的转动信号；

步骤2、控制模块屏蔽第二电池，并判断第一电池是否开启，如果是，执行步骤3；

步骤3、所述控制模块根据所述坡度信号和车速信号判断电单车是否满足均上坡加速的条件，如果是，执行步骤4；

步骤4、所述控制模块根据所述刹车信号、压力信号、转动信号，判断用户是否有加速的意愿，如果是，执行步骤5；

步骤5、所述控制模块激活第二电池，允许第一电池和第二电池同时向驱动模块供电；

步骤6、所述控制模块根据所述坡度信号和车速信号判断电单车是否均满足上坡加速的条件，如果否，屏蔽第二电池，执行步骤3。