CN110191843A - 用于控制踏板助力自行车的自适应系统和用于驱动自行车的电动马达的相应方法 - Google Patents

Abstract

公开了控制踏板助力自行车(100)的自适应系统(1)。系统(1)包括：电动马达(101)，其被配置为作为马达和作为与自行车(100)的车轮(102)相关联的发电机来操作；可再充电电池(106)，其具有与电动马达(101)的功率交换关系；踏板‑推力组(103)，其由骑自行车的人踩踏；传动装置(104)，其操作地被插在踏板‑推力组(103)和包括自由轮机构(105)的自行车的车轮(102)之间。系统包括：被配置为产生表示自行车的车轮(102)的角速度(ω_轮)的信号的传感器；被配置为产生表示自由轮机构(105)的角速度(ω_自由轮)的信号的传感器；被配置为产生表示电池(106)的充电状态(SoC)的信号的传感器；标称控制模块(2)，其被配置为至少基于表示车轮(102)的角速度(ω_轮)和自由轮机构(105)的角速度(ω_自由轮)的信号来产生马达标称命令信号(I°_马达)，其中马达标称命令信号(I°_马达)或其一部分(i°_{骑自行车的人})由自行车的反转速度(v_限制)定义，在反转速度之下马达(101)向踏板‑推力提供协助，而在反转速度之上马达(101)作为发电机来操作，并且其中当自行车不制动时，所述马达标称命令信号(I°_马达)或其一部分(i°_{骑自行车的人})进一步由最大能量回收值(i_{回收，最小})定义。系统还包括自适应控制模块(3)，其被配置为产生从基于表示电池(106)的充电状态(SoC)的信号校正的马达标称命令信号(I°_马达)确定的马达校正命令信号(I°_{马达，校正})，其被配置为基于表示充电状态(SoC)的信号来修改反转速度(v_限制)和马达标称命令信号(I°_马达)或其一部分(i°_{骑自行车的人})的所述最大能量回收值(i_{回收，最小})。系统还配置成向马达(101)提供基于所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})确定的参考命令信号(I°_参考)。

Description

用于控制踏板助力自行车的自适应系统和用于驱动自行车的 电动马达的相应方法

描述

本发明的技术领域

本发明涉及踏板助力自行车的领域，踏板助力自行车是配备有适合于相对于由骑自行车的人提供的功率供应额外功率的电动马达的特殊类型的自行车。

本发明在所谓的“全在车轮中的(all-in-the-wheel)”踏板助力自行车(即，其中马达、电池、传感器和电子控制器被插在与自行车的车轮相关联的单个壳体中的自行车)的领域中获得特定的但非排他的应用。

特别是，本发明涉及一种用于控制自适应类型的踏板助力自行车(即，能够根据当前条件来修改其控制逻辑的踏板助力自行车)的系统。

现有技术

各种控制算法在踏板助力自行车的领域是已知的，并且它们的主要不同在于它们计划实现的目标方面。例如，一些算法优先考虑骑自行车的人的舒适性胜过电池持续时间，而替代地，其它算法的目的在于增加每次充电的自主性——一种基本上借助于由马达进行的再生制动来实现的结果，马达在这些情况下作为给电池再充电的发电机操作，因而增加骑自行车的人在一些运动阶段中的所需的努力。

还提出了使得踏板助力自行车的电池原理上从不需要由外部电源再充电以及因此使用由骑自行车的人提供的踏板功率来确保理想地无限的充电的算法。

这种类型的算法例如在专利WO 2013/124764 A1中被公开；除了在下坡行驶和制动期间的再生之外，为了给电池充电，该算法还使用骑自行车的人的踩踏板操作，骑自行车的人的努力基于作用在自行车上的阻力而被改变，使得所施加的踏板功率的一部分用于给电池充电。

然而，尽管从电池的持续时间方面来说这是有效的，但是这种算法并不确保骑自行车的人的足够的舒适性。

发明概述

因此，本发明的基础问题是提供一种用于控制踏板助力自行车的系统，该踏板助力自行车允许在没有外部源的帮助的情况下保持电池充电，并且与传统自行车相比减小骑自行车的人的整体努力。

这个和其他目的由根据权利要求1的用于控制踏板助力自行车的自适应控制系统实现。

根据本发明的控制系统优化在骑自行车的人和配备有该控制系统的电动自行车的行为之间的协同作用。

此外，根据本发明的控制系统关于其操作不需要踏板扭矩传感器的存在。

从属权利要求2至8定义了本发明的可能的有利实施例。

如在所附权利要求9中定义的踏板助力自行车也是本发明的目的。

如在所附权利要求10中和在从属权利要求11至14中所公开的优选实施例中所定义的用于借助于可再充电电池来驱动电动踏板助力自行车的电动马达的方法也是本发明的目的。

用于驱动电动马达的方法包括下列步骤：

a1)根据电池的充电状态来计算反转速度的值，所述反转速度指示自行车速度，当移动的自行车在牵引状况中时，在该自行车速度之下电动马达作为马达来操作以向踏板-推力提供协助，而在该自行车速度之上马达作为发电机来操作，在该牵引状况中自行车的车轮的速度基本上等于与车轮相关联的自由轮机构的速度；

a2)根据电池充电状态来计算对应于当踏板-推力组没有牵引时和当自行车不制动时的最大能量回收的最小值；

b)对于在自行车的运动期间与自行车相关联的多个第一状态，根据反转速度和最小值的所计算的值来计算马达标称命令信号的第一部分的多个趋势；

c1)根据车轮的角速度和自由轮机构的角速度的值来识别在自行车的运动期间与自行车相关联的第一当前状态；

c2)从马达标称命令信号的第一部分的多个趋势中选择与所识别的第一当前状态相关联的第一部分的当前趋势；

c3)对于在第一部分中的选定趋势，根据自行车速度的当前值来计算马达标称命令信号的第一部分的当前值；

d)根据第一部分和电池的充电状态来计算马达校正命令信号的当前值；

e)使用马达校正命令信号的所计算的当前值来驱动电动马达；

f)进一步重复步骤a1)、a2)、b)、c1)、c2)、c3)、d)、e)。

优选地，在驱动方法的步骤a1)中，所述反转速度是通过用取决于电池的充电状态的第一系数按比例缩放反转速度值来计算的，其中，对于大于阈值的充电状态的值所述第一系数等于一，以及在充电状态减小时朝着最小值减小直到对于充电状态的小值和零值(null values)其达到最小值为止；此外，在步骤a2)中，最小值是通过用取决于电池的充电状态的第二系数按比例缩放最小值来计算的，其中，对于大于阈值的充电状态的值所述第二系数等于最小值，并且在充电状态减小时朝着值一增加直到对于充电状态的小值和零值其达到值一为止。

优选地，在驱动方法的步骤b)中，所述多个第一状态包括下列状态中的至少两个：

■加速：其对应于静态启动或在自行车的运动阶段期间的突然加速；

■无牵引：其对应于当自行车正移动时自由轮机构的速度低于车轮的速度的状况；

■牵引：其对应于自由轮机构的速度基本上等于自行车车轮的速度的状况；

■制动：其对应于制动状况。

优选地，驱动方法的步骤c1)包括识别牵引状态，并且步骤c2)包括选择与牵引状态相关联的第一部分的趋势，所述趋势包括：

■被包括在自行车的速度的零值和定义值之间的第一部分，其中马达标称命令信号的第一部分从零值逐渐增加到最大值；

■被包括在自行车的速度的所述定义值和反转速度值之间的第二部分，其中，马达标称命令信号的第二部分逐渐减小，直到其达到零值为止；

■被包括在反转速度值和最大速度值之间的第三部分，其中，马达标称命令信号的第三部分是负的，直到其达到所述最小值为止；

■大于最大速度值的第四部分，其中，马达标称命令信号的第四部分基本上等于所述最小值。

优选地，在驱动方法的步骤d)中：

-在其中马达标称命令信号的第一部分的值为正的情况下，通过用取决于电池的充电状态的第三系数按比例缩放马达标称命令信号的第一部分来计算马达校正命令信号的当前值，其中，对于大于阈值的充电状态的值，第三系数等于一，而对于低于阈值的值，其朝着零值减小，直到对于充电状态的小值和零值其变为零为止；

-在其中马达标称命令信号的第一部分的值为负的情况下，通过用取决于电池充电状态的第四系数按比例缩放马达标称命令信号的第一部分来计算马达校正命令信号的当前值，其中，对于低于阈值的充电状态的值，第四系数等于一，而对于大于阈值的值，其朝着零值减小，直到其在满充电值处达到零值为止。

如所附权利要求15中定义的计算机程序也是本发明的目的。

非暂时性计算机可读介质也是本发明的目的，该非暂时性计算机可读介质具有在其上记录的程序，所述介质包括软件代码，当所述程序在至少一个计算机上运行时，所述软件代码适于执行用于驱动电动踏板助力自行车的电动马达的方法的步骤。

附图简述

为了更好地理解本发明并为了认识到其优点，下面将参考附图在本文描述若干非限制性示例实施例，其中：

-图1是踏板助力自行车的示意图；

-图2是根据本发明的可能实施例的用于控制踏板助力自行车的自适应系统的框图；

-图3是根据本发明的可能实施例的用于控制踏板助力自行车的自适应系统的标称控制模块的框图；

-图4a-4f是示出踏板助力自行车的马达标称命令信号的可能趋势的图，所述趋势由根据本发明的可能实施例的自适应控制系统提供；

-图5是根据本发明的可能实施例的用于控制踏板助力自行车的自适应系统的自适应控制模块的框图；

-图6a-6b是示出如由根据本发明的可能实施例的自适应系统的自适应控制模块所确定的校正系数的可能趋势的图；

-图7a-7b是示出如由根据本发明的可能实施例的自适应系统的自适应控制模块所确定的另外的校正系数的可能趋势的图；

-图8a-8c示出了用于驱动电动踏板助力自行车的电动马达的方法的流程图。

本发明的详细描述

图1示意性地示出踏板助力自行车100。

自行车100包括与自行车车轮的一个车轮102(前轮或优选地后轮)相关联的电动马达101。

自行车100还包括踏板-推力组103，骑自行车的人可以借助于踏板-推力组103向自行车提供功率，并且踏板-推力组103借助于传动装置104(例如链条驱动传动装置)连接到车轮之一，优选地连接到与马达101相关联的同一个车轮102。

传动装置104包括自由轮机构105，其可能在下面的情况下使车轮102与踏板-推力组103分离：在前进的状况下、车轮102的角速度大于踏板-推力组103的角速度或者与车轮102相关联的小齿轮的角速度(在小齿轮设置在踏板-推力组103和车轮之间的情况下)。

例如，自由轮机构105实现踏板-推力组103的向后运动或者可能停止踩踏板操作而没有后者干扰车轮的前进运动和因此干扰自行车本身在其运动期间的前进运动。

自行车100还包括以能够与马达交换能量的方式连接到电动马达101的可再充电电池106。电池106可以是由串联连接的一个或多个单体电池组成的。

特别是，当马达作为发电机来操作(能量回收条件)时，电池106可以由电动马达101再充电，并且当马达向踏板-推力提供协助(互锁条件)时，即当它操作马达时，电池106可以向电动马达101提供能量。

电池106可以与马达101分离，或者根据“全合一(all-in-one)”类型的替代配置，其可以被容纳在与电动马达101一起牢固地连接到车轮102的公共封闭体内部。

参考图2，自行车100包括自适应类型的控制系统1，该控制系统1命令电动马达101以便在助力踩踏板中帮助骑自行车的人。

特别是，控制系统1被配置成产生马达参考命令信号I°_参考(特别是电流信号)，马达的驱动或抵抗扭矩取决于该马达参考命令信号I°_参考(特别是电流信号)。

控制系统1包括被配置为输出马达标称命令信号I°_马达(特别是电流信号)的标称控制模块2(即，标称控制器)。

例如借助于用VHDL或Verilog代码实现并在可编程逻辑设备(例如FPGA)中合成的顺序和组合逻辑来实现标称控制模块2。

可选地，用在处理单元(例如微处理器)中执行的软件代码部分(例如使用“C”语言)来实现标称控制模块2。

标称控制模块2基于来自与控制系统1和/或自行车100相关联的传感器的输入来确定马达标称命令信号I°_马达。

特别是，系统1包括用于检测车轮102的角速度ω_轮的传感器，并且其被配置为产生表示车轮102的角速度ω_轮的信号。系统1还包括用于检测与车轮102相关联的自由轮机构105的角速度ω_自由轮的传感器，并且其被配置为产生表示自由轮机构105的角速度ω_自由轮的信号。

此外，系统1可以包括用于测量自行车100正在沿其移动的路线的坡度(即倾斜度)的传感器，其中该传感器被配置成产生表示所测量的坡度的信号；可选地，系统1包括用于估计坡度的模块(即坡度的估计器)，并且其被配置为产生表示所估计的坡度的信号。

在坡度未被直接测量但其被估计的情况下，可以通过使用附加传感器(例如惯性测量单元)和特定的估计算法(例如，见：1)Ivo Boniolo、Stefano Corbetta、SergioSavaresi的“Attitude estimation of a motorcycle in a Kalman filteringframework”，In Advances in Automotive Control，779–784页，2010；2)SergioSavaresi、Ivo Boniolo的“Estimate of the lean angle of motorcycles”，VDM Verlag，2010)来进行这个估计。

马达标称命令信号I°_马达表示马达控制信号，其理想地用于由于通过马达101提供的协助而确保骑自行车的人的足够舒适。

如下面将看到的，用将被描述的过程来修改该马达标称命令信号I°_马达，以便获得马达参考命令信号I°_参考，其考虑到保持电池充电106而不必将它连接到外部能量源的需要。

控制系统1还包括被配置为产生马达校正命令信号I°_{马达，校正}(特别是电流信号)的自适应控制模块3(即，自适应控制器3)，该马达校正命令信号I°_{马达，校正}从基于电池106的充电状态SoC(即，充电水平)校正的马达标称命令信号I°_马达开始被确定。为了这个目的，系统1包括用于检测电池106的充电状态SoC的传感器(例如，电子电路)，并且它被配置为产生表示电池106的充电状态SoC的信号。

例如借助于用VHDL或Verilog代码实现并在可编程逻辑设备(例如FPGA)中合成的顺序和组合逻辑来实现自适应控制模块3。

可选地，用在处理单元(例如微处理器)中执行的软件代码部分(例如使用“C”语言)来实现自适应控制模块3。

根据一个可能的实施例，系统1包括用于使马达校正命令信号I°_{马达，校正}饱和并且被配置成基于对电动马达101和/或电池106的检测到的操作参数来产生马达限制命令信号I°_{马达，限制}(特别是电流信号)的一个或多个饱和模块8’、8”、8”’，该马达限制命令信号I°_{马达，限制}是从减小了被包括在0和1之间的一个或更多个系数η、θ、、σ的马达校正命令信号I°_{马达，校正}开始被获得。

这些模块8’、8”、8”’基本上具有保存系统的部件的功能。

根据可能的实施例，第一饱和模块8’被配置成借助于被包括在0和1之间的系数η来修改马达校正命令信号I°_{马达，校正}，使得在电池106两端之间的电压降保持在可允许的最大V电池_最大和最小V电池_最小限制内。因此，出于防止对电池106的损坏的目的，第一饱和模块8’操作成使得在电池106两端之间的电压降在马达互锁步骤期间不落在最小值V电池_最小之下并且在再充电步骤期间不超过最大值V电池_最大。

根据可能的实施例，第二饱和模块8”被配置成当马达校正命令信号I°_{马达，校正}为负时借助于被包括在0和1之间的系数θ来修改马达校正命令信号I°_{马达，校正}，以便减少回收，即，以便在低自行车速度下增加马达校正命令信号I°_{马达，校正}(即，使马达校正命令信号I°_{马达，校正}变得不太负)，假定在这种条件下马达效率较低并且倾向于作为主动制动器而不是作为再生制动器来操作。

例如，可以从表示车轮102的角速度ω_轮的信号开始借助于关系v＝ω_轮R来确定自行车速度v，其中R是车轮102的半径。

根据可能的实施例，第三饱和模块8”’被配置成当马达校正命令信号I°_{马达，校正}为正时借助于被包括在0和1之间的系数σ来修改马达校正命令信号I°_{马达，校正}，以便在马达的温度升高时减小互锁。这防止温度超过可允许的限制，温度超过可允许的限制将导致对马达的可能损坏。

出于这个目的，系统1有利地包括被配置为检测马达101的温度T并产生表示温度T的信号的传感器。

根据可能的实施例，系统1包括具有对马达限制命令信号I°_{马达，限制}进行滤波并输出马达滤波命令信号I°_{马达，滤波}(特别是电流信号)的功能的滤波器4(优选地，低通滤波器)。

根据该实施例，马达参考命令信号I°_参考对应于马达滤波命令信号I°_马达，滤波。

注意，在饱和模块8’、8”、8”’不存在的情况下，马达限制命令信号I°_{马达，限制}与由滤波器4滤波的马达校正命令信号I°_{马达，校正}一致。

还要注意的是，同样，在滤波器4也不存在的情况下，马达参考命令信号I°_参考对应于马达校正命令I°_{马达，校正}。

根据可能的实施例，系统1包括被配置为在系统1中存在检测到的故障时停用马达101或调制马达参考命令信号I°_参考的故障检测模块5(即，故障传感器)。

现在将详细描述标称控制模块2和自适应控制模块3。

参考图3，示出了根据本发明的可能实施例的标称控制模块2的框图。

标称控制模块2包括第一有限状态机6并且优选地包括第二有限状态机7。

第一有限状态机6被配置为产生马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}以及第二有限状态机7被配置为产生马达标称命令信号I°_马达的第二部分i°_坡度，使得马达标称命令信号I°_马达由马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}和第二部分i°_坡度的总和给出。

例如，第一部分i°_{骑自行车的人}和第二部分i°_坡度是电流的信号。

参考第一有限状态机6，该第一有限状态机6被配置为基于在表示车轮的角速度ω_轮的信号的基础上和在表示角速度ω_自由轮的信号的基础上以及可能地在表示制动状态(“制动”)的附加信号的基础上确定的状态来产生马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}。

参照后者，注意，根据可能的实施例，自行车可以包括可以用手柄启动的机械制动器，手柄的启动被转换成表示制动状态的所述信号。

可选地或附加地，自行车可以没有机械制动器，并且制动动作可以由充当发电机的电动马达101来确保，其产生抵抗扭矩，以便使自行车制动。在这种情况下，可以通过在踏板-推力组上向后踩踏板来启动制动动作。可以基于表示车轮的角速度ω_轮的信号和表示角速度ω_自由轮的信号来检测这个情况，角速度ω_轮和角速度ω_自由轮在当自行车在运动时向后踩踏板的情况下将分别是正的和负的。

例如，第一有限状态机6可以被配置成检测下面的状态：

-加速：对应于静态启动或在自行车的运动阶段期间的突然加速。这个状态优选地具有有限持续时间，其可以例如根据踏板旋转的次数来建立，或者它可以持续直到自行车达到预定速度为止。

-无牵引：对应于在自行车正移动的情况下自由轮机构的速度低于车轮的速度的状况。例如，这个状况出现在自行车在没有踩踏板的情况下向下移动时；

-牵引：对应于自由轮机构的速度减去容限等于自行车轮的速度的状况；这个状态例如对应于在踩踏板时在近似恒定的自行车速度下巡航的状况。

-制动：根据所述过程对应于使自行车制动的状况。

图3报告了可能的标准，第一有限状态机6根据所述标准从一种状态转到另一种状态，假设从自行车停止的状况开始并且在没有进行踩踏板操作(ω_轮＝0和ω_自由轮＝0)的情况下，在启动时，机器被带入“加速”状态。

注意在图3中，k指示预定义的常数，以及φ踏板_启动指示踏板-推力组103在启动时的旋转角度，并且该旋转角度可以直接借助于特定的传感器或者间接地例如根据表示自由轮机构的角速度ω_自由轮的信号开始来进行确定。

与制动相关的术语“开”和“关”分别指示主动制动和无制动的状况。

特别是：

-当在车轮的角速度ω_轮的值和自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值之间的差的绝对值低于常数k的值时，并且另外在自行车100上的制动器未被激活，即，条件(|ω_轮-ω_自由轮|<k)AND制动＝关)被遵守，机器从“加速”状态转到“无牵引”状态；

-当在车轮的角速度ω_轮的值和自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值之间的差的绝对值低于常数k的值时，并且另外旋转角度φ踏板_启动的值大于2π，也就是说，条件(|ω_轮-ω_自由轮|<k ANDφ踏板_启动>2π)被遵守，机器从“加速”状态进入“牵引”状态。换句话说，涉及踏板位置的条件在静态启动中用于确定何时从“加速”状态转到“牵引”状态，如果涉及角速度的条件被满足则向踏板-推力提供协助；然后，在踏板的一次旋转后，机器转到“牵引”状态；

-当在自行车100上的制动器被激活并且此外车轮的角速度ω_轮的值大于0时，也就是说，条件(制动器＝开AND(ω_轮>0))被遵循，机器从“加速”状态转到“制动”状态；

-只要在自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值和车轮的角速度ω_轮的值之间的差的绝对值大于或等于常数k的值，即条件(|ω_自由轮-ω_轮|≥k)被遵守，机器就保持在“加速”状态中；

-当车轮的角速度ω_轮的值小于或等于0并且此外自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值等于0，即条件(ω_轮≤0ANDω_自由轮＝0)被遵守时，机器从“无牵引”状态返回到“加速”状态；

-当在自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值和车轮的角速度ω_轮的值之间的差的绝对值低于常数k的值，即条件(|ω_自由轮-ω_轮|<k)被遵守时，机器从“无牵引”状态转到“牵引”状态；

-当在自行车100上的制动器被激活并且此外车轮的角速度ω_轮的值大于0，即条件(制动器＝开AND(ω_轮>0))被遵守时，机器从“无牵引”状态转到“制动”状态；

-只要在车轮的角速度ω_轮的值和自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值之间的差的绝对值大于或等于常数k的值并且另外在自行车100上的制动器没有被激活，即，条件(|ω_轮-ω_自由轮|>k)AND制动器＝关)被遵守，机器就保持在“无牵引”状态中；

-当车轮的角速度ω_轮的值小于或等于0并且此外自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值小于或等于0，即条件(ω_轮≤0ANDω_自由轮<0)被遵守时，机器从“牵引”状态转到“加速”状态；

-当在自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值和车轮的角速度ω_轮的值之间的差的绝对值大于常数k的值并且另外在自行车100上的制动器未被激活，即条件(|ω_自由轮-ω_轮|>k)AND制动器＝关)被遵守时，机器从“牵引”状态转到“无牵引”状态；

-当在自行车100上的制动器被激活并且此外车轮的角速度ω_轮的值大于0，即条件(制动器＝开AND(ω_轮>0))被遵守时，机器从“牵引”状态转到“制动”状态；

-只要车轮的角速度ω_轮的值大于0或者自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值大于0并且另外在自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值和车轮的角速度ω_轮的值之间的差的绝对值低于或等于常数k的值以及此外在自行车100上的制动器没有被激活，即条件(ω_轮>0ORω_自由轮>0)AND(|ω_自由轮-ω_轮|≥k)AND制动器＝关)被遵守，机器就保持在“牵引”状态中；

-当车轮的角速度ω_轮的值小于或等于0且此外自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值小于或等于0以及此外在自行车100上的制动器未被激活，即条件(ω_轮≤0ANDω_自由轮<0AND制动器＝关)被遵守时，机器从“制动”状态转到“加速”状态；

-当在自行车100上的制动器未被激活并且另外在自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值和车轮的角速度ω_轮的值之间的差的绝对值低于常数k的值，即条件(制动器＝关AND(|ω_自由轮-ω_轮|<k))被遵守时，机器从“制动”状态转到“牵引”状态；

-当在自行车100上的制动器未被激活并且另外在自由轮机构105的角速度ω_自由轮的值和车轮的角速度ω_轮的值之间的差的绝对值大于常数k的值，即条件(制动器＝关AND(|ω_自由轮-ω_轮|>k))被遵守时，机器从“制动”状态转到“无牵引”状态。

图4a-4d示出了马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}在第一有限状态机6的不同状态中的可能趋势。

在“加速”状态(图4a)中，当踏板-推力组的旋转角度φ_踏板启动达到预定值φ_加速最大(其优选地小于2π)时，即，在踏板-推力组103已执行完整的旋转之前，信号i°_{骑自行车的人}从零开始逐渐例如线性地达到最大值i_{加速，最大}。

在“牵引”状态(图4b)中，当自行车的速度v(其可以借助于关系v＝ω_轮*R来确定，其中R是车轮102的半径)被包括在零和预定值v_curr，_最大之间时，信号i°_{骑自行车的人}从零开始逐渐例如线性地达到最大值i_{加速，最大}。

在速度值v_{curr，最大}和反转速度值v_限制之间，信号i°_{骑自行车的人}逐渐例如线性地减小，保持为正，直到其达到零值为止。当自行车的速度v增加而超过反转速度值v_限制时，信号i°_{骑自行车的人}变为负的，直到它在最大速度v_{rech，最大}下达到对应于最大能量回收条件的最小值i_{回收，最小}为止。

上文说明了下面的事实：由马达做出的协助在低速下更大，随着速度的增加而减小，直到其在反转速度v_限制下变为零为止。当后一速度被超过时，马达开始作为发电机来操作，也就是说，其不再提供额外的扭矩，而是其迫使骑自行车的人提供用来给电池106充电的额外的功率。

注意，在速度v_{rech，最大}下需要骑自行车的人的最大努力，该速度v_{rech，最大}优选地被选择成对应于大约70转数/分钟的踩踏板节奏，在该转速下已经证实最大效率由骑自行车的人获得。

在“制动”(图4c)和“无牵引”(图4d)状态中，信号i°_{骑自行车的人}从零开始逐渐例如线性地减小，从零从激活的回收的最小速度v_gen，最小开始，直到其在最大速度v_gen，最大下分别达到最小值i_{制动，最小}和i_{回收，最小}为止。

对于高于该最大速度v_gen，最大的速度，信号i°_{骑自行车的人}保持恒定且分别等于i_{制动，最小}和i_{回收，最小}。

注意，值i_{回收，最小}对应于当踏板-推力组没有牵引时和当自行车没有制动时的最大能量回收。

i_{回收，最小}的值被选择成以便当骑自行车的人在这个条件中踩踏板时不过度影响由骑自行车的人所经历的感知。

现在参考第二有限状态机7，其可以被配置为检测下面的状态：

-“下坡”：这种状态对应于自行车沿着下坡路线移动的状况；

-“水平”：这种状态对应于自行车沿着基本上水平的路线移动的状况；

-“上坡”：这种状态对应于自行车沿着上坡路线移动的状况。

图3示出了可能的标准，第二有限状态机7根据所述标准从一种状态转到另一种状态。

注意，在图3中，h和c指示预定义的常数，并指示所测量或估计的坡度。

常数h和c被选择成以便在有滞后的情况下获得操作：

-当坡度在零值左右波动(即在“水平”状态中)时，第二有限状态机等待直到坡度超过h和c之和的绝对值即条件被遵守为止，以便改变状态，；

-在“下坡”和“上坡”状态中，状态机在返回到“水平”状态之前等待直到坡度低于在h和c之间的差的绝对值为止，也就是说，只要条件被遵守，它保持在“下坡”和“上坡”状态中。

以这种方式，只有当确定坡度与自行车控制系统实际上被发现的情况一致时，状态的改变才被进行。

特别是：

-当坡度的值大于值(-h+c)、即条件被遵守时，状态机从“下坡”状态转到“水平”状态，；

-只要坡度的值大于或等于在h和c之间的差的绝对值，即条件被遵守，状态机保持在“下坡”状态中；

-当坡度的值低于值(-h-c)时，即条件被遵守时，状态机从“水平”状态返回到“下坡”状态，；

-当坡度的值大于(+h+c)时，即当条件被遵守时，状态机从“水平”状态转到“上坡”状态；

-只要坡度的值低于或等于h和c之和的绝对值，即条件被遵守，状态机就保持在“水平”状态中；

-当坡度的值低于(+h+c)时，即条件被遵守时，状态机从“上坡”状态返回到“水平”状态；

-只要坡度的值大于或等于在h和c之间的差异的绝对值，即条件被遵守，状态机就保持“上坡”状态中。

图4e-4f报告了马达标称命令信号I°_马达的第二部分i°_坡度在第二有限状态机7的不同状态中的可能趋势。

在“水平”状态中，第二有限状态机7对马达标称命令信号I°_马达的贡献为零。

在“上坡”状态(图4e)中，当所估计或测量的坡度增加时，信号i°_坡度逐渐例如线性地从零开始增加，直到其达到最大值i_最大为止。因此，由马达做出的协助随着坡度的增加而增加。

在“下坡”状态(图4f)中，当所估计或测量的坡度减小(即，随着下降的坡度的增大)，信号i°_坡度逐渐例如线性地从零开始减小，直到其达到最小值或者从绝对值方面来说达到最大值为止。因此，由马达进行的回收随着下降的坡度的增加而增加，一直到最大回收值。

现在参考图5，示出了根据本发明的可能实施例的自适应控制模块3的框图。

自适应控制模块3包括用于校正标称命令信号的校正模块9(即，命令校正器)和用于校正标称控制模块2、特别是第一有限状态机6的参数的校正模块10(即，参数校正器)。

参考用于校正标称命令信号的校正模块9，该模块接收马达标称命令信号I°_马达和表示电池106的充电状态SoC的信号作为输入，并且根据充电状态SoC，根据马达标称命令信号I°_马达分别是正还是负来将马达标称命令信号I°_马达按比例缩放系数μ⁺或系数μ^-。

系数μ⁺和μ^-可以基于预定义的法则根据充电状态SoC而变化，且其可能的趋势在图6a和6b中被示出。

特别是，对于超过阈值SoC°的充电值，系数μ⁺(图6a)等于一，以及其在充电状态减少时减小，直到其对于充电的小值和零值变为零为止。

对于低于阈值SoC°的充电值，系数μ^-(图6b)等于1，并且其在充电增加时减小，直到它在满充电值处达到零值为止。

以这种方式，在电池106的低电平的情况下互锁被限制，而在电池106的高充电电平的情况下再充电被限制。

返回到图5，用于校正标称控制模块2的参数的校正模块10接收表示电池106的充电状态SoC的信号作为输入，并且其将反转速度v_限制和信号i°_{骑自行车的人}的最小值i_{回收，最小}分别按比例缩放了系数χ和系数ξ。

系数χ和ξ可以根据预定的法则根据充电状态SoC而变化，且其可能的趋势在图7a和图7b中被示出。

特别是，对于超过阈值SoC°的充电值，系数χ(图7a)等于1，以及其在充电减少时减小，直到对于充电的小值和零值其达到最小常数值为止。

对于低于阈值SoC°的充电值，系数ξ(图7b)等于1，并且其在充电增加时减小，直到其对于几乎满或满充电值达到最小常数值为止。

以这种方式，对于低充电值，反转速度v_限制减小，且因此在“牵引”状态中的能量回收从自行车的低速开始发生，并且另外对踏板-推力的协助也仅针对低速发生，总体上从而促进充电过程。

此外，在这些条件下，存在最大的能量回收，假定信号i°_{骑自行车的人}的值i_{回收，最小}是最小值或从绝对值方面来说是最大值。

相反，对于高充电值，反转速度v_限制保持在标称值处，且因此在“牵引”状态中的能量回收从较高的自行车速度开始，且此外协助发生在速度的较宽范围内，因此优先考虑互锁胜过电池充电。

此外，在这些条件下，根据由标称逻辑提供的回收，存在最小回收，因为信号i°_{骑自行车的人}的值i_{回收，最小}是最大值(即，它是不太负的)。

注意，在本说明书中和在所附权利要求中，自适应控制系统1以及由术语“模块”指示的元件可以借助于硬件设备(例如，控制单元)、借助于软件或者借助于硬件和软件的组合来实现。

为了满足偶然的和特定的需要，本领域中的技术人员可以在用于踏板助力自行车的自适应控制的系统的所公开的实施例中引入元件的许多添加、修改或用其他功能等同元件对元件的代替，然而却不偏离所附权利要求的范围。

图8a-c示出了用于驱动电动踏板助力自行车的电动马达101的方法200的流程图。

电动马达101具有第一操作模式和第二操作模式。

在第一操作模式(前面被指示为“互锁条件”)中，电动马达作为由电池106供电的马达来操作，也就是说，它将由电池106提供的电功率转换成用于使电动马达开始旋转的机械功率，且因而有助于自行车的运动，为骑自行车的人提供对踏板-推力的协助。

在第二操作模式(前面被指示为“能量回收条件”)中，电动马达作为发电机来操作，以便给电池106充电。

驱动方法200以步骤201开始，并包括例如以10毫秒的周期循环地重复的步骤202-214。

下面在本文示出了第一操作循环，其中步骤202-214被执行。

步骤201后面是步骤202，其中根据电池106的充电状态SoC来计算反转速度值v_限制。

特别是，在步骤202中，根据电池106的充电状态SoC来将反转速度v_限制的标称值按比例缩放(即，乘以)具有被包括在0和1之间的值的系数χ，因而获得v_限制的新值。

例如，反转速度v_限制的标称值等于在配置阶段中定义的值，或者它用默认值被初始化。例如，反转速度v_限制的标称值被选择成使得在受控条件下，考虑到闭合路径，单单标称控制逻辑使维持电池106的充电状态成为可能。

更具体地，如图7a所示，系数χ具有作为电池106的充电状态SoC的函数的趋势，其中对于大于阈值SoC°的充电状态SoC值系数χ等于1，而它在充电状态SoC减小时朝着最小值(例如，等于0.7)减小，直到对于充电状态SoC的小值和零值它达到最小值为止。以这种方式，对于电池106的充电状态SoC的小值，反转速度值v_限制减小，而对于电池106的充电状态SoC的高值，反转速度值v_限制保持基本上等于标称值。

此外，在步骤202中，根据电池106的充电状态SoC来计算最小值i_{回收，最小}，所述最小值i_{回收，最小}对应于当踏板-推力组没有牵引时并且当自行车未制动时的最大能量回收。

特别是，在步骤202中，根据电池106的充电状态SoC来将标称值i_{回收，最小}按比例缩放(即，乘以)具有被包括在0和1之间的值的系数ξ，因而获得新的最小值i_{回收，最小}。

例如，标称值i_{回收，最小}等于在配置阶段中定义的值，或者它用预定义的值进行初始化。例如，标称值i_{回收，最小}被选择成使得在受控条件下，考虑到闭合路径，单单标称控制逻辑使维持电池106的充电状态成为可能。

更具体地，如图7b所示，系数ξ具有作为电池106的充电状态SoC的函数的趋势，其中对于大于阈值SoC°的充电状态SoC值，系数ξ等于最小值(例如等于0.4)，而在充电状态SoC减小时朝着值1增加，直到对于充电状态SoC的小值和零值它达到值1为止。以这种方式，值i_{回收，最小}对于电池106的充电状态Soc的小值增加，而值i_{回收，最小}对于电池106的充电状态SoC的高值减小。

步骤202后面是步骤203，其中对于在自行车100的运动期间与自行车100相关联的多个第一状态，根据反转速度v_限制和最小值i_{回收，最小}的所计算的值(即，按比例缩放)来计算马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}的多个趋势。

与自行车100相关联的所述多个第一状态被预先定义(例如，它们是预定义的或者它们由骑自行车的人配置)，并且例如它们是先前在图3中的第一状态机的描述中示出的“加速”、“牵引”、“制动”和“无牵引”状态。

更具体地，在步骤203中，针对分别在图4a、4b、4c和4d中所示的“加速”、“牵引”、“制动”和“无牵引”状态来计算(马达标称命令信号I°_马达的)第一部分i°_{骑自行车的人}的趋势。

步骤203后面是步骤204，其中，根据表示车轮102的角速度ω_轮的信号的值和表示与车轮102相关联的自由轮机构105的角速度ω_自由轮的信号的值来识别在自行车100的运动期间的与自行车100相关联的第一当前状态。

此外，在步骤204中，与自行车100的所识别的第一当前状态相关联的第一部分i°_{骑自行车的人}的当前趋势选自马达标称命令信号I°_马达的第一部分I°_{骑自行车的人}的多个趋势。

总之，在步骤204中，对于第一部分i°_{骑自行车的人}的选定趋势，根据自行车的速度v的当前值来计算马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}的当前值。例如借助于关系v＝ω_轮*R，根据车轮102的角速度ω_轮的当前值来计算自行车100的速度v，其中R是车轮102的半径。

例如：

-在步骤204中，识别出自行车100在第一“牵引”状态中，然后选择图4b所示的第一部分i°_{骑自行车的人}的趋势，并根据自行车100的速度v的当前值来为第一部分计算值i°_{骑自行车的人}；或者

-在步骤204中，识别出自行车100在第一“加速”状态中，然后选择图4a中所示的第一部分i°_{骑自行车的人}的趋势，并根据自行车100的速度v的当前值来为第一部分计算值i°_{骑自行车的人}；或者

-在步骤204中，识别出自行车100在第一“无牵引”状态中，然后选择图4d中所示的第一部分i°_{骑自行车的人}的趋势，并根据自行车100的速度v的当前值来为第一部分计算值i°_{骑自行车的人}；或者

-在步骤204中，识别出自行车100在第一“制动”状态中，然后选择图4c所示的第一部分i°_{骑自行车的人}的趋势，并根据自行车100的速度v的当前值来为第一部分计算值i°_{骑自行车的人}。

步骤204后面是步骤205，其中根据表示自行车100正在行进在其上的道路的坡度的信号的值来识别在自行车100的运动期间与自行车100相关联的多个第二状态中的第二当前状态。

此外，在步骤205中，与自行车100的所识别的第二状态相关联的第二部分i°_坡度的当前趋势选自马达标称命令信号I°_马达的第二部分i°_坡度的多个趋势。

所述多个第二状态例如是先前在图3中的对第二状态机的描述中示出的“下坡”、“水平”和“上坡”状态。

步骤205后面是步骤206，其中对于第二部分i°_坡度的选定趋势，根据道路的坡度的当前值来计算马达标称命令信号I°_马达的第二部分i°_坡度的当前值。

例如：

-在步骤206中，识别出自行车100在第二“上坡”状态中，然后选择图4e中所示的第二部分i°_坡度的趋势，并根据道路的坡度的当前值来为第二部分计算值i°_坡度；或者

-在步骤206中，识别出自行车100在第二“下坡”状态中，然后选择图4f所示的第二部分i°_坡度的趋势，并根据道路的坡度的当前值来为第二部分计算值i°_坡度。

步骤206后面是步骤207，其中，根据第一部分i°_{骑自行车的人}和第二部分i°_坡度的和来计算马达标称命令信号I°_马达。

注意，步骤205和206是可选的，也就是说，循环可以直接从步骤204进行到步骤207。在这种情况下，马达标称命令信号I°_马达仅包括第一部分i°_{骑自行车的人}的贡献。

步骤207后面是步骤208，其中验证马达标称命令信号I°_马达的所计算的值是否大于0：

-在正的情况下(即I°_马达>0)，步骤208后面是步骤209；

-在负的情况下(即I°_马达<0)，步骤208后面是步骤210。

在步骤209中，根据电池106的充电状态SoC来计算马达校正命令信号I°_{马达，校正}的当前值。

特别是，在步骤209中，根据电池106的充电状态SoC来将马达校正命令信号I°_{马达，校正}按比例缩放(即，乘以)具有在0和1之间的值的系数μ⁺，因而获得马达校正命令信号I°_{马达，校正}的新值。

更具体地，系数μ⁺具有作为电池106的充电状态SoC的函数的趋势，如图6a所示，其中对于大于阈值SoC°的充电状态SoC值，系数μ⁺等于1，而它对于低于阈值SoC°的值朝着值0减小，直到它对于充电状态SoC的小值和零值变为零为止。以这种方式，在电池106的低充电状态SoC的情况下，提供给骑自行车的人的帮助减少，直到它被消除为止，以便防止电池106完全放电。

在步骤210中，根据电池106的充电状态SoC来计算马达校正命令信号I°_{马达，校正}的当前值。

特别是，在步骤210中，根据电池106的充电状态SoC来将马达校正命令信号I°_{马达，校正}按比例缩放(即，乘以)具有被包括在0和1之间的值的系数，因而获得马达校正命令信号I°_{马达，校正}的新值。

更具体地，如图6b所示，系数μ^-具有作为电池106的充电状态SoC的函数的趋势，其中对于低于阈值SoC°的充电状态SoC值，系数μ⁺等于1，而它对于大于阈值SoC°的值朝着值0减小，直到它在满充电值处达到零值为止。以这种方式，在电池106的高充电状态的情况下，再充电被减少，从而避免骑自行车的人的无用疲劳。

从步骤209和210，循环继续进行到步骤211，其中根据马达校正命令信号I°_{马达，校正}的值并通过考虑下列值中的一个或更多个来计算马达限制命令信号I°_{马达，限制}的值：在电池106两端之间的电压的最大值V电池_最大、在电池106两端之间的电压的最小值V电池_最小、自行车100的速度v的当前值和电动马达101的温度的当前值。

特别是，通过将马达限制命令信号I°_{马达，限制}按比例缩放(即，乘以)先前在图2中所示的饱和模块8’、8”、8”’的描述中示出的系数η、θ、σ中的一个或更多个来执行对马达限制命令信号I°_{马达，限制}的计算。

步骤211后面是步骤212，其中，根据马达限制命令信号I°_{马达，限制}的当前值来计算马达滤波命令信号I°_{马达，滤波}的当前值。

注意，步骤211的存在是可选的，也就是说，可能直接从步骤209、210转到步骤212。在这种情况下，马达滤波命令信号I°_{马达，滤波}的当前值与马达校正命令信号I°_{马达，校正}的所计算的当前值一致。

步骤212后面是步骤213，其中，根据马达滤波命令信号I°_{马达，滤波}的当前值并根据对马达101的故障的检测来计算马达参考命令信号I°_参考的当前值。

步骤213后面是步骤214，其中使用马达参考命令信号I°_参考的所计算的当前值来驱动电动马达101。

该循环从步骤214返回到步骤202，且然后第二循环被执行，其中步骤202-214如上所示被重复。

特别是，在第二循环期间，在步骤202中根据电池106的充电状态SoC的当前值，例如通过用系数χ按比例缩放在第一循环中的反转速度v_限制的所计算的值并获得反转速度v_限制的新值来重新计算反转速度v_限制的值。同样，在第二循环期间，在步骤202中根据电池106的当前充电状态SoC，例如通过用系数ξ按比例缩放在第一循环中计算的最小值i_{回收，最小}并获得新的最小值i_{回收，最小}来重新计算最小值i_{回收，最小}。

从而，在第二循环期间，在步骤203中根据反转速度v_限制和最小值i_{回收，最小}的重新计算的值来重新计算马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}的多个趋势。

此外，在第二循环期间，在步骤209和210中根据电池106的充电状态SoC的当前值，例如通过用系数μ⁺或用系数μ^-按比例缩放在第一循环中计算的值来重新计算马达校正命令信号I°_{马达，校正}的当前值。

注意，步骤213的存在是可选的，也就是说，可能直接从步骤212转到步骤214。在这种情况下，马达参考命令信号I°_参考的当前值与马达滤波命令信号I°_{马达，滤波}的所计算的当前值一致。

同样，步骤211、212和213的存在是可选的。在这种情况下，马达参考命令信号I°_参考的当前值与马达校正命令信号I°_{马达，校正}的当前值一致。

借助于可再充电电池106来驱动电动踏板助力自行车100的电动马达101的电子控制系统1也是本发明的目的，其中，电动马达被配置为作为由电池106供电的马达或者作为用于给电池106再充电的发电机来操作。

电子控制系统1包括处理单元，该处理单元借助于合适的软件代码和/或硬件部件来实现标称控制模块2和自适应控制模块3，这两个模块都在上文中被描述。

处理单元例如是微处理器、微控制器、可编程逻辑设备或专用电路。

电子控制系统1还包括测量电路以测量电池106的充电状态SoC，并且它电连接到电池106和处理单元。

电子控制系统1还包括电流管理电路，其电连接到电池106和电动马达101，并且它电连接到处理单元。电流管理电路具有控制在电池106和电动马达101之间的电流的方向的功能，使得电动马达101可以作为马达或作为发电机来操作。

处理单元、用于测量充电状态SoC的测量电路和电流管理电路位于自行车100的后轮102的轮毂内部。

处理单元被配置为：

-根据电池106的充电状态SoC来计算反转速度v_限制的值，所述反转速度指示自行车的速度，当移动的自行车在牵引状况中时，在该速度之下电动马达作为马达来操作以向踏板-推力提供协助，而在该速度之上马达作为发电机来操作，在该牵引状况中，自行车的车轮102的速度基本上等于自由轮机构105的速度；

-根据电池106的充电状态SoC来计算最小值i_{回收，最小}，所述最小值i_{回收，最小}对应于当踏板-推力组没有牵引时和当自行车不制动时的最大能量回收；

-对于在自行车100的运动期间与自行车100相关联的多个第一状态，根据反转速度v_限制和最小值i_{回收，最小}的所计算的值来计算马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}的多个趋势；

-根据表示车轮的角速度ω_轮的信号的值和表示自由轮机构105的角速度ω_自由轮的信号的值来识别在自行车100的运动期间与自行车100相关联的第一当前状态。

-从马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}的多个趋势中选择第一部分i°_{骑自行车的人}的当前趋势，所述当前趋势与所识别的第一当前状态相关联；

-对于第一部分i°_{骑自行车的人}的选定趋势，根据自行车速度v的当前值来计算马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}的当前值；

-根据第一部分i°_{骑自行车的人}和电池106的充电状态SoC来计算马达校正命令信号I°_{马达，校正}的当前值；

-使用马达校正命令信号I°_{马达，校正}的所计算的当前值来驱动电动马达101；

-进一步重复对反转速度v_限制的值的计算、对最小值i_{回收，最小}的计算、对马达标称命令信号i°_{骑自行车的人}的第一部分i°_{骑自行车的人}的多个趋势的计算、在自行车100的运动期间与自行车100相关联的第一当前状态的识别、与所识别的第一当前状态相关联的第一部分i°_{骑自行车的人}的当前趋势的选择、马达标称命令信号I°_马达的第一部分i°_{骑自行车的人}的当前值的计算、马达校正命令信号I°_{马达，校正}的当前值的计算、以及使用马达校正命令信号I°_{马达，校正}的所计算的当前值驱动电动马达101。

优选地，处理单元被配置为通过用取决于电池的充电状态的第一系数χ按比例缩放反转速度v_限制的值来计算反转速度，其中，对于大于阈值SoC°的充电状态SoC的值，所述第一系数χ等于一，并且在充电状态SoC降低时它朝着最小值减小，直到对于充电状态的小值和零值它达到最小值为止；此外，处理单元被配置为通过用取决于电池的充电状态的第二系数ξ按比例缩放最小值i_{回收，最小}来计算最小值i_{回收，最小}，其中，对于大于阈值SoC°的充电状态SOC的值，所述第二系数ξ等于最小值，并且在充电状态降低时它朝着值一增加，直到对于充电状态的小值和零值它达到值一为止。

优选地，所述多个第一状态包括下列状态中的至少两个：

■加速：其对应于静态启动或在自行车的运动阶段期间的突然加速；

■无牵引：其对应于当自行车正移动时自由轮机构的速度低于车轮的速度的状况；

■牵引：对应于自由轮机构的速度基本上等于自行车车轮的速度的状况；

■制动：其对应于制动状况。

优选地，处理单元被配置成：

-识别牵引状态；

-选择与牵引状态相关联的第一部分的趋势，所述趋势包括：

■被包括在自行车的速度的零值和定义值v_{curr，最大}之间的第一部分，其中，马达标称命令信号的第一部分i°_{骑自行车的人}从零值逐渐增加到最大值i_{加速，最大}；

■被包括在自行车的速度的所述定义值v_{curr，最大}和反转速度值v_限制之间的第二部分，其中，马达标称命令信号的第二部分i°_{骑自行车的人}逐渐减小，直到其达到零值为止；

■被包括在反转速度值v_限制和最大速度值v_{rech，最大}之间的第三部分，其中马达标称命令信号的第三部分i°_{骑自行车的人}是负的，直到其达到所述最小值i_{回收，最小}为止；

-大于最大速度值v_{rech，最大}的第四部分，其中马达标称命令信号的第四部分i°_{骑自行车的人}基本上等于所述最小值i_{回收，最小}。

优选地，处理单元被配置为计算马达校正命令信号I°_{马达，校正}的当前值：

-在马达标称命令信号的第一部分i°_{骑自行车的人}的值为正的情况下，通过用取决于电池的充电状态的第三系数μ⁺按比例缩放马达的标称命令信号的第一部分i°_{骑自行车的人}，其中第三系数μ⁺对于大于阈值SoC°的充电状态的值等于1，而其对于低于阈值SoC°的值朝着零值减小，直到其对于充电状态的小值和零值变为零为止；

-在马达标称命令信号的第一部分i°_{骑自行车的人}的值为负的情况下，通过用取决于电池充电状态的第四系数μ^-按比例缩放马达标称命令信号的第一部分i°_{骑自行车的人}，其中第四系数μ^-对于低于阈值SoC°的充电状态的值等于1，而其对于大于阈值SoC°的值朝着零值减小，直到其在满充电值处达到零值为止。

电动踏板助力自行车100也是本发明的目的，电动踏板助力自行车100包括：

-可再充电电池106；

-电动马达101，其被配置为作为由电池106供电的马达或者作为用于对电池106再充电的发电机来操作；

-如在上文中所示的电子控制系统1。

Claims (15)

1.一种控制踏板助力自行车(100)的自适应系统(1)，所述踏板助力自行车包括：电动马达(101)，其被配置为作为马达和作为与所述自行车(100)的车轮(102)相关联的发电机来操作；可再充电电池(106)，其具有与所述电动马达(101)的功率交换关系；踏板-推力组(103)，其由骑自行车的人踩踏；传动装置(104)，其操作地被插在所述踏板-推力组(103)和包括自由轮机构(105)的所述自行车的车轮(102)之间，所述系统包括：

-被配置为产生表示所述自行车的车轮(102)的角速度(ω_轮)的信号的传感器；

-被配置为产生表示所述自由轮机构(105)的角速度(ω_自由轮)的信号的传感器；

-被配置为产生表示所述电池(106)的充电状态(SoC)的信号的传感器；

-标称控制模块(2)，其被配置为至少基于表示所述车轮(102)的角速度(ω_轮)和所述自由轮机构(105)的角速度(ω_自由轮)的所述信号来产生马达标称命令信号(I°_马达)，其中，当移动的所述自行车在牵引状况中时，所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°_{骑自行车的人})通过所述自行车的反转速度(v_限制)定义，在所述反转速度之下所述马达(101)向所述踏板-推力提供协助，而在所述反转速度之上所述马达(101)作为发电机来操作，在所述牵引状况中所述自行车的车轮(102)的速度基本上等于所述自由轮机构(105)的速度，并且其中，当所述踏板-推力组没有牵引时并且当所述自行车不制动时，所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°_{骑自行车的人})进一步由最大能量回收值(i_{回收，最小})定义；

-自适应控制模块(3)，其被配置为：

●产生从基于表示所述电池(106)的充电状态(SoC)的所述信号校正的所述马达标称命令信号(I°_马达)确定的马达校正命令信号(I°_{马达，校正})；

●基于表示所述充电状态(SoC)的信号来修改所述反转速度(v_限制)和所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°_{骑自行车的人})的所述最大能量回收值(i_{回收，最小})；

其中，所述自适应控制系统(1)还被配置为向所述马达(101)提供基于所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})确定的参考命令信号(I°_参考)。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述自适应控制模块(3)包括用于校正所述标称控制模块(2)的参数的模块(10)，所述模块(10)被配置为基于表示所述充电状态(SoC)的信号来修改所述反转速度(v_限制)和所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°_{骑自行车的人})的所述最大能量回收值(i_{回收，最小})，使得当所述充电状态减小时，所述反转速度(v_限制)减小，以及所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°_{骑自行车的人})的所述最大能量回收值(i_{回收，最小})在绝对值上增加，

以及当所述充电状态增加时，所述反转速度(v_限制)增加，以及所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号的一部分(i°_{骑自行车的人})的所述最大能量回收值(i_{回收，最小})在绝对值上减小。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述自适应控制模块(3)包括用于校正所述标称命令信号的模块(9)，所述模块(9)被配置为基于表示所述电池的充电状态(SoC)的所述信号来调制所述马达标称命令信号(I°_马达)，使得所述马达标称命令信号(I°_马达)当为正的时候随着所述电池的充电状态减小而减小，以及当为负的时候随着所述电池的充电状态增加而在绝对值上减小。

4.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其中，所述标称控制模块(2)包括第一有限状态机(6)，所述第一有限状态机(6)被配置为输出所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号(I°_马达)的第一部分(i°_{骑自行车的人})，所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号(I°_马达)的第一部分(i°_{骑自行车的人})基于根据至少表示所述车轮角速度(ω_轮)的信号和表示所述自由轮机构的角速度(ω_自由轮)的信号计算的状态来确定，

其中，所述第一有限状态机(6)被配置成检测下列状态中的至少两个：

-加速状态：其对应于静态启动或在所述自行车的运动阶段期间的突然加速，所述状态具有基于踏板-推力旋转的次数能够确定的或在超过所述自行车的预定阈值速度之后的有限持续时间；

-无牵引状态：其对应于其中当所述自行车正移动时所述自由轮机构的速度低于所述车轮的速度的状况；

-牵引状态：其对应于其中除了容限所述自由轮机构的速度等于所述自行车轮的速度的状况；

-制动状态：其对应于所述自行车的制动状况，

其中，所述自行车反转速度(v_限制)和没有制动的所述最大能量回收值(i_{回收，最小})定义在所述牵引状态中的所述马达标称命令信号(I°_马达)或所述马达标称命令信号的第一部分(i°_{骑自行车的人})。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，还包括被配置成产生表示自行车路线的坡度的信号的传感器，

其中，所述标称控制模块(2)还包括被配置为产生所述马达标称命令信号(I°_马达)的第二部分(i°_坡度)的第二有限状态机(7)，所述第二部分(i°_坡度)基于根据表示所述坡度的信号计算的状态来确定，

其中，所述马达标称命令信号(I°_马达)等于由所述第一有限状态机(6)产生的所述第一部分(i°_{骑自行车的人})和由所述第二有限状态机(7)产生的所述第二部分(i°_坡度)的总和，

以及其中，所述第二有限状态机(7)被配置成检测下列状态中的至少两个：

-下坡：其对应于其中所述自行车沿着下坡路线移动的状况；

-水平：其对应于其中所述自行车沿着基本上水平的路线移动的状况；

-上坡：其对应于其中所述自行车沿着上坡路线移动的状况。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，还包括所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})的一个或多个饱和模块(8’，8”，8”’)，所述一个或更多个饱和模块被配置为产生马达限制命令信号(I°_{马达，限制})，所述马达限制命令信号是从基于所述电动马达(101)和/或电池(106)的检测到的操作参数的在绝对值上减小的所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})获得的，

其中，所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})的所述一个或多个饱和模块(8’，8”，8”’)包括：

-第一饱和模块(8’)，其被配置为在绝对值上减小所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})，使得所述电池(106)的电压保持在被包括在最大限制值(V电池_最大)和最小限制值(V电池_最小)之间的范围内；

-第二饱和模块(8”)，其被配置为基于表示所述车轮(102)的角速度(ω_轮)的信号在绝对值上减小所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})，

所述系统还包括被配置为产生表示所述马达的温度(T)的信号的传感器，其中，所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})的所述一个或多个饱和模块(8’，8”，8”’)包括第三饱和模块(8”’)，所述第三饱和模块被配置为当所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})为正时基于表示所述马达(101)的温度(T)的所述信号来减小所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，包括滤波器(4)，所述滤波器被配置为对所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})或所述马达限制命令信号(I°_{马达，限制})进行滤波并输出马达滤波命令信号(I°_{马达，滤波})，其中，所述参考命令信号(I°_参考)与所述马达滤波命令信号(I°_{马达，滤波})一致。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统(1)，包括故障检测模块(5)，所述故障检测模块被配置为在所述系统(1)中存在检测到的故障时停用所述马达(101)或调制所述马达参考命令信号(I°_参考)。

9.一种电动踏板助力自行车(100)，所述自行车包括：

-可再充电电池(106)：

-电动马达(101)，其被配置为作为由电池(106)供电的马达或者作为用于对所述电池(106)再充电的发电机来操作；

-根据前述权利要求中的任一项所述的自适应控制系统(1)。

10.一种借助于可再充电电池(106)来驱动电动踏板助力自行车(100)的电动马达(101)的方法(200)，所述电动马达被配置为作为由所述电池供电的马达或作为用于给所述电池充电的发电机来操作，所述自行车包括与所述自行车的车轮(102)相关联的自由轮机构(105)，所述方法包括下列步骤：

a1)根据所述电池(106)的充电状态(SoC)来计算(202)反转速度(v_限制)的值，所述反转速度指示自行车速度，当移动的所述自行车在牵引状况中时，在所述自行车速度之下所述电动马达作为马达来操作以向踏板-推力提供协助，而在所述自行车速度之上所述马达作为发电机来操作，在所述牵引状况中所述自行车的车轮(102)的速度基本上等于自由轮机构(105)的速度；

a2)根据所述电池(106)的充电状态(SoC)来计算(202)对应于当踏板-推力组没有牵引时和当所述自行车不制动时的最大能量回收的最小值(i_{回收，最小})；

b)对于在所述自行车的运动期间与所述自行车(100)相关联的多个第一状态，根据所述反转速度(v_限制)和所述最小值(i_{回收，最小})的所计算的值来计算(203)马达标称命令信号(I°_马达)的第一部分(i°_{骑自行车的人})的多个趋势；

c1)根据所述车轮的角速度(ω_轮)和所述自由轮机构的角速度(ω_自由轮)的值来识别(204)在所述自行车的运动期间与所述自行车(100)相关联的第一当前状态；

c2)从所述马达标称命令信号(I°_马达)的所述第一部分(i°_{骑自行车的人})的所述多个趋势中选择(204)与所识别的第一当前状态相关联的所述第一部分(i°_{骑自行车的人})的当前趋势；

c3)对于所述第一部分(i°_{骑自行车的人})的选定趋势，根据所述自行车速度(v)的当前值来计算所述马达标称命令信号(I°_马达)的所述第一部分(i°_{骑自行车的人})的当前值；

d)根据所述第一部分(i°_{骑自行车的人})和所述电池的充电状态(SoC)来计算(208，209，210)马达校正命令信号(I°_{马达，校正})的当前值；

e)使用所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})的所计算的当前值来驱动(214)所述电动马达(101)；

f)进一步重复步骤a1)、a2)、b)、c1)、c2)、c3)、d)、e)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤a1)中，通过用取决于所述电池的充电状态的第一系数(χ)按比例缩放反转速度值(v_限制)来计算所述反转速度，其中，对于大于阈值(SoC°)的所述充电状态(SoC)的值，所述第一系数(χ)等于一，以及在所述充电状态(SoC)降低时所述第一系数(χ)朝着最小值降低，直到对于所述充电状态的小值和零值所述第一系数达到所述最小值为止；

以及在步骤a2)中，通过用取决于所述电池的充电状态的第二系数(ξ)按比例缩放所述最小值(i_{回收，最小})来计算所述最小值(i_{回收，最小})，其中，对于大于所述阈值(SoC°)的所述充电状态(SoC)的值，所述第二系数(ξ)等于最小值，以及在所述充电状态减小时所述第二系数朝着值一增加，直到对于所述充电状态的小值和零值所述第二系数达到值一为止。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，在步骤b)中，所述多个第一状态包括下列状态中的至少两个：

■加速：其对应于静态启动或在所述自行车的运动阶段期间的突然加速；

■无牵引：其对应于其中当所述自行车正在移动时所述自由轮机构的速度低于所述车轮的速度的状况；

■牵引：其对应于其中所述自由轮机构的速度基本上等于所述自行车车轮的速度的状况；

■制动：其对应于制动状况。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

-步骤c1)包括识别所述牵引状态；

-步骤c2)包括选择与所述牵引状态相关联的第一部分的趋势，所述趋势包括：

■被包括在所述自行车的速度的零值和定义值(v_{curr，最大})之间的第一部分，其中，所述马达标称命令信号的第一部分(i°_{骑自行车的人})从零值逐渐增加到最大值(i_{加速，最大})；

■被包括在所述自行车的速度的所述定义值(v_{curr，最大})和所述反转速度值(v_限制)之间的第二部分，其中，所述马达标称命令信号的第一部分(i°_{骑自行车的人})逐渐减小，直到所述马达标称命令信号的所述第一部分达到零值为止；

■被包括在所述反转速度值(v_限制)和最大速度值(v_{rech，最大})之间的第三部分，其中，所述马达标称命令信号的第三部分是负的，直到所述马达标称命令信号的所述第三部分达到所述最小值(i_{回收，最小})为止；

■大于所述最大速度值(v_{rech，最大})的第四部分，其中，所述马达标称命令信号的第四部分(i°_{骑自行车的人})基本上等于所述最小值(i_{回收，最小})。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中，在步骤d)中：

-在其中所述马达标称命令信号的所述第一部分(i°_{骑自行车的人})的值为正的情况下，通过用取决于所述电池的充电状态的第三系数(μ⁺)按比例缩放所述马达标称命令信号的第一部分(i°_{骑自行车的人})来计算所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})的当前值，其中，对于大于所述阈值(SoC°)的所述充电状态的值，所述第三系数(μ⁺)等于一，而对于低于所述阈值(SoC°)的值，所述第三系数朝着零值减小，直到对于所述充电状态的小值和零值所述第三系数变为零为止；

-在其中所述马达标称命令信号的所述第一部分(i°_{骑自行车的人})的值为负的情况下，通过用取决于所述电池的充电状态的第四系数(μ^-)按比例缩放所述马达标称命令信号的所述第一部分(i°_{骑自行车的人})来计算所述马达校正命令信号(I°_{马达，校正})的当前值，其中，所述第四系数(μ^-)对于低于所述阈值(SoC°)的所述充电状态的值等于一，而对于大于所述阈值(SoC°)的值所述第四系数朝着零值减小，直到所述第四系数在满充电值处达到零值为止。

15.一种包括软件代码部分的计算机程序，当所述程序在至少一个计算机上运行时，所述软件代码部分适于执行根据权利要求10至14中的任一项所述的方法的步骤。