用于電動車的智能電動輪的耦合器的制造方法
【專利摘要】一車輪組件，里面有連接在一輪轂上的一電動機，以便于在電動機收到一預設的電量時，電動機推動車輪組件圍繞一車軸旋轉(zhuǎn)。配置一電池系統(tǒng)，用于向電動機傳送電力，電池系統(tǒng)被分配圍繞車輪組件旋轉(zhuǎn)。在車輪組件內(nèi)有一傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)提供裝置的速度和方向角相關的數(shù)據(jù)至一控制系統(tǒng)。也公開了一個負載轉(zhuǎn)換快拆裝置以連接車輪組件至一車輪連接架構(gòu)，公開了一校正車輪組件的方法。
【專利說明】用于電動車的智能電動輪的耦合器
[0001] 相關奪叉申請 此申請是一個PCT申請，并且具有如下專利的優(yōu)先權(quán)，S卩，美國專利申請序列號為 13/415, 829, 申請日期:為2012年3月8號，名稱為"電動車的智能電子輪耦合器"，申請?zhí)?為12/989408, 申請日期:為2010年10月22號的美國專利；申請?zhí)枮镻CT/US2010/023424， 申請日期:為2010年2月6號的美國專利；申請?zhí)枮?1/206,909, 申請日期:為2009年2月6 號的美國專利，它的內(nèi)容來自引用這些專利并進行完整的合并。

【技術(shù)領域】
[0002] 本發(fā)明涉及混合動力直行車，并且特別涉及改裝的傳統(tǒng)直行車，通過使用一個特 別的耦合器把它們轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌蟿恿χ毙熊嚒?br>
【背景技術(shù)】
[0003] 當前市場長存在許多電動力的自行車和混合動力的自行車。在這里使用的混合動 力是指使用多種動力源的自行車或車輛。在這里使用的一個混合動力的自行車是指具有一 個電動力源加至少一種其它的動力源的自行車。
[0004] 當前可以使用的裝備可以用于改裝傳統(tǒng)的，人力自行車，為電動的或混合動力的 自行車。這些裝備通常具有電動的輪子或是改變傳統(tǒng)的輪子為電動力的輪子的零件。當前 可用的裝備具有遍布自行車的不同部分的硬件分布。
[0005] -個當前可用的類型的裝備例子是改裝傳統(tǒng)的自行車以創(chuàng)造電動的或混合動力 的自行車，這需要用戶在自行車架的某處裝配電池并且在車把上安裝一些類型的控制器， 因此用戶可以控制電動機上的電力。這些裝置的裝配需要時間，一些客戶對需要的時間不 滿意，也對完成裝配必須的專業(yè)技術(shù)和工具不滿意。
[0006] 不過仍有一些裝配的需求，即改進傳統(tǒng)的自行車以創(chuàng)造混合動力的，或電動的自 行車，而不需要重大的用戶裝配或在自行車的不同地方，分配有許多的零件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 這里描述的實施例討論了一個電動自行車輪的設計和用于控制電動自行車輪的 算法。
[0008] 其它實施例公開了算法和一個電動輪內(nèi)傳感器的組合，電動輪控制供給一電動的 或混合動力的自行車的電力，而無需用戶輸入。
[0009] 另外的實施例公開了一個電動輪，其中用戶可以通過一個外部的控制機制控制至 電動機的電力。
[0010] 還有另外的實施例，討論了 一個電動自行車車輪具有的所有硬件組件，包含一個 前輪裝置。
[0011] 其它在這里描述的實施例，討論了一個電動自行車車輪，它使用了一個加速計以 控制自行車的電力。
[0012] 還有其它的實施例詳述了一個車輪，它為一個單獨裝置，可以用于改裝以創(chuàng)造一 個混合動力自行車。
[0013] 另外的實施例提供了一個電動的前輪裝置，包含改裝一個傳統(tǒng)自行車的所有必需 的硬件以創(chuàng)造一個混合動力自行車，而無需傳統(tǒng)自行車的任何工具，并具有一個快拆叉。
[0014] 還有其它的實施例公開了一種方法，允許一個用戶利用一個速釋系統(tǒng)在一個電子 前輪裝置上手動設置算法的斜率至零。
[0015] 在一個不同的典型實施例中，一個車輪組件包括：一個連接在車輪組件內(nèi)車軸上 的電動機；一個在車輪組件內(nèi)配置用于發(fā)送電力至電動機的電池系統(tǒng)；一個在車輪組件內(nèi) 用于提供速度和輪子取向角相關數(shù)據(jù)的傳感器；一個控制機構(gòu)，用于接收從傳感器系統(tǒng)傳 來的速度和輪子裝置的輪子取向角的相關數(shù)據(jù)，控制機構(gòu)具有至少一個來自電池系統(tǒng)的輸 入，以說明發(fā)送至電動機的電力數(shù)量。
[0016] 在一個不同的典型實施例中，一個負載轉(zhuǎn)移的快拆裝置用于連接一個電動機車輪 組件至一個車輪附加構(gòu)件，包括：一個使車輪組件旋轉(zhuǎn)的中軸；一個連接至中軸末端并以 中軸為中心旋轉(zhuǎn)的杠桿臂，允許它在一個第一位置和一個第二位置間移動，其中第一位置 用于固定車輪組件，第二位置用于從車輪附加構(gòu)件上釋放車輪組件；一個端螺母，可操作的 連接至中軸的另一端，杠桿臂的對面，用于調(diào)整端螺母和杠桿臂間的距離，并固定車輪組件 至車輪附加構(gòu)件；一個和中軸共用同一軸的電機軸；一個連接至電機軸的一個第一端的一 個承載件并本質(zhì)上與其垂直；一個連接承載件并以它為中心旋轉(zhuǎn)的止動桿；和一個連接至 承載件的調(diào)整裝置，用于調(diào)整止動桿的角度，其中止動桿和承載件作用為轉(zhuǎn)化電動機產(chǎn)生 的力矩至一個車輪附加構(gòu)件的非軸部分。
[0017] 在一個不同的典型實施例中，一種校正快拆裝置的方法包含如下步驟：在一個車 輪附加構(gòu)件上安裝一個車輪組件；插入一個快拆裝置的中軸，經(jīng)過車輪組件的電機軸；在 一個中軸的末端安裝一個快拆裝置的杠桿臂；在電機軸上安裝一個快拆裝置的承載件和止 動桿；移動一個快拆裝置的調(diào)整功能至最小的位置；旋轉(zhuǎn)快拆裝置的車輪組件軸直到止動 桿接觸了一個車輪附加構(gòu)件的非軸部分；安裝一個端螺母至中軸；交替的調(diào)整端螺母和從 一個釋放位置移動杠桿至一個固定位置，以便于提供一個在車輪附加構(gòu)件上車輪組件最佳 的松緊度；移動杠桿臂至一個釋放位置；移動調(diào)整功能直到一個水平指示器顯示為水平； 移動杠桿臂至一個固定位置。
[0018] 在一個不同的典型實施例中，一個負載轉(zhuǎn)移的快拆裝置用于連接一個電動機車輪 組件至一個車輪附加構(gòu)件，包括：可以使車輪旋轉(zhuǎn)的工具；固定車輪組件至車輪附加構(gòu)件 的工具；承載連接一個固定工具的末端并本質(zhì)上與其垂直的工具；從承載工具轉(zhuǎn)移力矩的 工具，連接承載工具，并以它為中心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)移力矩的工具；調(diào)整至少一個轉(zhuǎn)移力矩工具的 位置和角度的工具，其特征在于轉(zhuǎn)移力矩工具的一個末端接觸車輪附加構(gòu)件的一個非軸的 部分。
[0019] 額外的實施例提供了一個快拆系統(tǒng)，用于一個負載轉(zhuǎn)移快拆裝置，裝置減少了位 于車軸的由過度應力和疲勞導致的金屬破壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 不同的實施例可以在參考以下附圖的時候得到更好的理解。那些技術(shù)人員會理解 以下描述的附圖只用于說明的目的，而非意圖在任何方面限制本教學的范圍。因此，除了當 前的實施例外，可以使用其它的實施例，或使用其它的實施例替代當前的實施例，而不背離 本發(fā)明的精神和范圍。當不同附圖中出現(xiàn)相同的數(shù)字時，一般是指相同的類似的組件或步 驟。
[0021] 根據(jù)一個本發(fā)明實施例，圖1為一個橫切的，電動車車輪的透視圖。
[0022] 根據(jù)一個本發(fā)明實施例，圖2為應用于車輪電動機的判定輸出電壓的原理框圖。
[0023] 根據(jù)一個本發(fā)明實施例，圖3為圖1中顯示的電動自行車車輪運轉(zhuǎn)的流程圖。
[0024] 根據(jù)一個本發(fā)明實施例，圖4為圖1中顯示的電動自行車速度估算的流程圖。
[0025] 根據(jù)一個本發(fā)明實施例，圖5為圖1中顯示的電動自行車角度估算的流程圖。
[0026] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖6為安裝在一個電動自行車車輪上的電動自行 車車輪連接裝置。
[0027] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖7為電動自行車車輪連接裝置的透視圖。
[0028] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖8為電動自行車車輪連接裝置的部件分解圖。
[0029] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖9為電動自行車車輪連接裝置的前視圖。
[0030] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖10為電動自行車車輪連接裝置的左側(cè)俯視圖。
[0031] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖11A為電動自行車車輪連接裝置的承載件的透 視圖。
[0032] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖lib為電動自行車車輪電機軸的透視圖。
[0033] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖12為電動自行車車輪連接裝置的安裝于一個 車架上的左側(cè)俯視圖。
[0034] 圖13為一個流程圖，用于手動設置算法的初始斜率為零。
[0035] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖14為電動自行車車輪連接裝置的透視圖。
[0036] 根據(jù)一個本發(fā)明典型的實施例，圖15為電動自行車車輪連接裝置的左側(cè)俯視圖。 具體實施例
[0037] 圖1為一個自行車前輪裝置10的實施例的說明，裝置10只為包含在它內(nèi)部的元 件提供電力。車輪組件10由安裝在中心車軸8上的電動機12提供電力。車輪組件具有輪 胎4和覆蓋層2。覆蓋層2存在于車輪組件10的兩端，但是從圖上被移除了，以便讓車輪組 件10的內(nèi)部部分可見。
[0038] 車輪組件10圍繞車軸8旋轉(zhuǎn)。一個可以使用的電動機的實例為，車輪組件10內(nèi) 的電動機裝置12是由Jia-Yu制造的24伏，250瓦的電動機。
[0039] 在一個實施例中，在車輪組件10之外提供一個控制裝置，以允許一個用戶增加或 供給由車輪組件10提供的電力。用戶將會使用控制裝置控制電力流向電動機12。
[0040] 在另一個實施例中，沒有用戶控制裝置，并且車輪組件具有足夠的智能以便在沒 有用戶控制或輸入的情況下運轉(zhuǎn)。電動車輪組件10設計了足夠的智能以便于不需要用戶 的輸入。相應的，在車把或自行車的任何地方，都不需要用戶控制裝置。車輪組件10內(nèi)的 電子系統(tǒng)根據(jù)提供至電動機的電量做出決定。
[0041] 在那些不需要用戶輸入或控制的實施例中，車輪組件10內(nèi)的算法和組合的傳感 器被用于控制使用在電動機上的電壓。
[0042] 在另一個實施例中，車輪組件10是一個傳統(tǒng)自行車前輪的替代品。車輪組件10是 一個智能的電動車輪設計，它在一個傳統(tǒng)自行車上依靠車輪組件10進行了簡單的改裝。在 這個實施例中，智能電動車輪組件10包含所有必需的硬件以提供驅(qū)動一個自行車的動力。 車輪組件10內(nèi)包括的組件有電池，控制器，線纜。只需簡單的把傳統(tǒng)自行車的前輪替換成 車輪組件10就能使用。用車輪組件10改裝的傳統(tǒng)自行車就成為了一個混合動力自行車， 它可以以傳統(tǒng)的方式提供動力和通過車輪組件10以電動的方式提供動力。
[0043] 在一個實施例中，電動車輪組件10可以包括多種類型的傳感器。這些傳感器類型 可以包括加速計，編碼器或相關電動機12用于測量電動機12與地面的角位置的工具，和在 一個或多個輻條24上的應變計。
[0044] 電池裝置22為電動機12提供動力。電池裝置22是一個包含多個電池連接的裝 置。在一個實施例中，電池裝置可以圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)。圖1中列舉的電池裝置22包 含圓形散布在車軸8周圍的電池，以便于電池裝置22可以圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)。控制器 6根據(jù)電動機12應當從電池裝置22接收的電量，從主電路板16上接收信號。并配置了一 個DC電源連接（未顯示）以便為電池裝置22充電。
[0045] 一個電池裝置22的實施例使用了 20個D尺寸的，可充電的電池。一個可充電電 池例子是來自NEXccll?的D尺寸的，可充電的電池。應當注意的是在電池裝置22內(nèi)可以 使用很多類型的電池，并且電池裝置可以由多于或少于20個電池組成。應當注意的是提供 電池電源的額外裝置是可期待的，它們不包含圓形散布在車軸8周圍的電池，或者不圍繞 車輪組件10旋轉(zhuǎn)。
[0046] 圖1中說明的車輪組件10可以使用不同的傳感器。一個可以使用的傳感器類型為 一個加速計14,它提供車輪組件移動的傳感數(shù)據(jù)。一個滿意的加速計14例子為Freescale 的KIT3376MMA7341L傳感器，它提供了三軸的模擬輸出。加速計14連接在一個輻條24上， 并圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)。從加速計14上獲得的模擬傳感器數(shù)據(jù)被輸入到主電路板16。從 加速計14上獲得的模擬傳感器數(shù)據(jù)可以在主電路板16上轉(zhuǎn)換為數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。雖然加 速計14圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)，然而在具有加速計的可預期的實施例中，加速計并不圍繞車 輪組件10旋轉(zhuǎn)而停留在一個相對車軸8固定的位置。
[0047] 雖然已描述了模擬信息的使用，但應當理解一個普通的技術(shù)人員可以容易的修改 這些典型的實施例以使用數(shù)字信息。如果必需的話，這些修改并不背離本發(fā)明的精神和范 圍。
[0048] 一個可用的電路板的例子為，可以使用RABBIT BL4S200或類似的產(chǎn)品作為主電路 板16,以提供必需的功能。在一個使用RABBIT BL4S200的實施例中，上面包括的處理器可 以對從加速計14中獲得的數(shù)字傳感數(shù)據(jù)執(zhí)行一個快速傅里葉變換（FFT)。在實施例中，處 理器實時對從加速計14中獲得的數(shù)字傳感數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)學運算。RABBIT BL4S200上的處理 器可以以足夠快的速度實時執(zhí)行這些運算。
[0049] 在其它可執(zhí)行的實施例中，位于一個內(nèi)存內(nèi)的查閱表（LUT)包含于主電路板16 內(nèi)。RABBIT BL4S200包含可以提供查閱表功能的閃存。加速計14中獲得的傳感器數(shù)據(jù)可 以通過一個快速傅里葉變換從時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)，并放置在一個查閱表內(nèi)?？梢宰x 取查閱表以提供一個車輪組件10當前存在的角度。
[0050] 車輪組件10內(nèi)使用的另一個傳感器是一個編碼器18,它提供了車輪組件10線速 度的相關數(shù)據(jù)。編碼器18可以是一個旋轉(zhuǎn)的編碼器，它具有一個不圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn) 的部分和另一個圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)的部分。測量圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)的部分的與不圍 繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)的部分的相對移動，以決定圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)的線速度。如此的一 個編碼器的實例為Avago HEDS-9701。
[0051] Avago HEDS-9701包含一個發(fā)光二級管（LED)，它具有在一個光線路徑上通過一個 準直透鏡發(fā)射一束平行光的能力。在LED的對面為一套光檢測器，它與信號處理電路相連 以產(chǎn)生一個從LED上接收的光的數(shù)字波形。在一個實施例中，LED，準直透鏡，光檢測器和信 號處理電路圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)，并且編碼盤與車軸8之間留有一個固定的空間。
[0052] 編碼盤配置于LED和光檢測器之間。編碼盤沒有圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)。因而，編 碼盤和LED及編碼盤和光檢測器的相對運動引起了編碼盤上的光束被空間格柵的圖案所 攔截。這些二極管檢測到投射到圖案上的這些攔截。這些光檢測器被隔開以便于一對光檢 測器的一個亮周期對應于一對光檢測器的一個暗周期。光檢測器的輸出被輸入至信號處理 電路內(nèi)的比較器，信號處理電路產(chǎn)生通道A和通道B的最終輸出。通道A和通道B的輸出 是相差90度相位或處于其它據(jù)稱的正交狀態(tài)的數(shù)字信號。旋轉(zhuǎn)的編碼盤的相數(shù)的計數(shù)決 定了車輪組件10的速度。這些通道A和通道B的輸出信號輸入至主電路板16。通道A和 通道B的輸出可以被放置在一個查閱表內(nèi)，這將會被進一步的詳細的討論。在其它的實施 例中，可以直接以數(shù)學計算的方法使用通道A和通道B的輸出，而不是以在主電路板16內(nèi) 使用一個查閱表或把輸出放置在主電路板16內(nèi)的內(nèi)存里。
[0053] 之前描述的旋轉(zhuǎn)的編碼器是一個旋轉(zhuǎn)的編碼器特定類型的實例，并且對那些技術(shù) 人員來說，使用其它旋轉(zhuǎn)的編碼器是顯而易見的。此外，可以使用其它類型的編碼器而非旋 轉(zhuǎn)的編碼器，以決定一輛安裝車輪組件10的自行車的速度。
[0054] 在一個實施例中，一個傳感器的配置使用了一個編碼器和一個加速計。
[0055] 可以配置加速計14圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)以測量加速度的強度。加速度的值可以 由電子系統(tǒng)連同解碼器18共同讀出。當車輪在一個平面上時，解碼器18的讀數(shù)可以人工 的初始設置為零。一旦初始化開始后，電子系統(tǒng)記錄編碼器的位置和加速計的讀數(shù)。在一 個實施例中，解碼器18的位置和加速計14讀數(shù)可以被主電路板16上的處理器所用，以分 別計算速度和位置?？梢杂嬎慵铀儆嫷南辔唤嵌纫蕴峁┮粋€斜率的測量。電子系統(tǒng)也可以 計算解碼器18的位置變化的時間單位，這用來測量自行車的速度。斜率和速度的兩個值可 以通過在主電路板16上的處理器進行實時比較，以提供可以產(chǎn)生的相應的電壓信息，這些 電壓是電動機補償傾斜和補償由于速度而產(chǎn)生的阻力所必需的。
[0056] 如上所述，算法需要斜率初始化為零。
[0057] 因此，用戶不得不在一個平面上校正單元。在這種類型的實施例中，當自行車啟動 (并假設它位于水平地面上）時，初始化的斜率被被測算，并被存儲，并且被從初始化之后 計算的相位角中減去。或者，一個初始的重設裝置可以被裝入車輪組件10以允許一個用戶 指出一個出發(fā)點。
[0058] 在一個實施例中，公開了一種方法，即手動的校正算法的初始斜率為零。然而，通 過與一個或多個應變計傳感器28的合作，這些初始化步驟是可以被消除的。
[0059] 在一個實施例中，一個或多個應變計傳感器28位于輻條24上。在一個使用位于 輻條24上的應變計傳感器28的實施例時，一旦靠近輪胎的輻條的末端靠近地面導致輻條 24產(chǎn)生了最大張力，源于應變計傳感器28上的輸出達到了一個最大值。應變計的快速傅里 葉變換的結(jié)果連同加速計的快速傅里葉變換的結(jié)果一起給出沒有任何校正的斜率大小。
[0060] 在使用一個單個應變計傳感器28的實施例中，與應變計傳感器28相關的電子系 統(tǒng)可以計算一個應力值的幾何中心，以識別車輪組件的放置角度。
[0061] 在一個實施例中，每個應變計傳感器28都與一個單臂電橋放大器相連。在其它的 實施例中，多個應變計傳感器28將會提供在一個單臂電橋放大器內(nèi)的多個電阻值。
[0062] 圖2說明了一個車輪組件10的實施例的原理框圖。圖2內(nèi)顯示的實施例是一個 車輪組件10,車輪組件10可以在無需任何用戶控制的情況下運轉(zhuǎn)，因而不需要用戶界面。 圖2內(nèi)的實施例中，車輪組件提供了電子系統(tǒng)，以允許用戶簡單的啟動或剎車。車輪組件10 也具有多個傳感器，以提供足夠的智能讀取自行車的斜率和速度。
[0063] 圖2中說明的車輪組件10的實施例的傳感器包括一個或多個應變計28。應變計 28為車輪組件10提供一個簡單和有效的初始值。每個應變計28可以有一個相連的單臂電 橋放大器電路（完全的，一半的或四分之一的）以提供一個指示說明應變計的電阻值已經(jīng) 改變。可以使用一個應變計放大器25以提供一個單臂電橋放大器電路的激勵并且用于放 大應變計的讀數(shù)。
[0064] 對于使用車輪組件10的輻條上的多個應變計的實施例，地面施加的力量對于輻 條上的最靠近地面的應變計28會創(chuàng)造一個最大讀數(shù)。在這些實施例中，可以在每個輻條上 放置一個應變計28以創(chuàng)造一些智能，以允許主電路板上的處理器23 了解車輪組件的位置。
[0065] 在一個實施例中，可以使用一個單個應變計28測量關于重力的斜角。應變計28 可以用于測量多個方向的壓力。壓力的幾何中心可以隨后用于對車輪組件10的定位。在 一個實施例中，可以使用一個單個應變計28以一種方式，即通知在主電路板上的處理器23 車輪組件10的位置，來決定應力水平的幾何中心。
[0066] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D) 19轉(zhuǎn)換應變計的數(shù)據(jù)為數(shù)字格式，它放置在母線A上。隨后應 變計的數(shù)據(jù)可以為處理器23所用。
[0067] 編碼器18提供正交的信號以指出車輪組件10圍繞車軸8移動的軌跡。在一個實 施例中，源于編碼器18信號可以是數(shù)字信號。因而，模數(shù)轉(zhuǎn)換不是必需的。這些正交信號 放置在總線A上并被為處理器23使用以計算車輪組件10移動時的線性速度。
[0068] 在另一個實施例中，正交信號可以放置在主電路板16的內(nèi)存中，并由處理器讀出 以計算速度。一個通過總線A的查閱表（LUT) 27a也可以用于此目的。
[0069] 加速計14可以測量通過車輪組件10的移動產(chǎn)生的力，也可以測量地面施加的力。 加速計14將會對應于施加在加速計14上的力的大小產(chǎn)生電壓輸出。這些電壓輸出是一些 接收的數(shù)據(jù)，并且它們通過A/D26被轉(zhuǎn)化成數(shù)字格式。這些加速計數(shù)據(jù)的數(shù)字化版本隨后 被放置在數(shù)組21上的總線A使用。數(shù)組18上的數(shù)據(jù)可以被處理器23周期性的讀出，并可 以使用FFT 20進行一個快速傅里葉變換。
[0070] 在另一個實施例中，源于加速計14上的數(shù)據(jù)經(jīng)快速傅里葉變換后通過總線A放置 在查閱表（LUT) 27b內(nèi)。位于查閱表27b內(nèi)的數(shù)據(jù)可以為處理器所用。
[0071] 數(shù)組21和FFT 20可以放置在主電路板16上的內(nèi)存中。數(shù)組21用于存儲目的的 內(nèi)存分配。除了數(shù)組21可以用于一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如一個鏈表也可以被使 用。FFT20是一個程序，它貯存在主電路板16上的內(nèi)存里。
[0072] 在使用查閱表27a，查閱表27b的實施例中，它們可以放置在主電路板16上的閃存 中。
[0073] 源于加速計的數(shù)據(jù)的快速傅里葉變換代表了一個斜率。在初始化過程中，從加速 計的相位角中減去應變計的相位角（如Φ A-cpS)給出了車輪組件10存在的傾斜角。
[0074] 在一個實施例中，電子系統(tǒng)可以使用查閱表（LUT)。這些查閱表27a和查閱表27b 可以根據(jù)斜角和源于應變計的數(shù)據(jù)包含加速計的數(shù)據(jù)。
[0075] 在一個實施例中，計算機依據(jù)傳感器的值讀出兩個查閱表27a和查閱表27b，并綜 合查閱表27a和查閱表27b的值以產(chǎn)生一個輸出電壓的值，輸出電壓的值用于電池裝置22 對電動機12的輸出。如此主電路板16上的處理器可以補償傾斜和由于自行車速度引起的 阻力，以使自行車可以更容易的和更令人愉快的騎行。
[0076] 在其它的實施例中，可以直接從傳感器進行計算而并不需要使用查閱表。
[0077] 圖3為一個流程圖，顯示了計算斜率，速度和相位角的基本功能。一旦車輪組件10 開始使用，流程就被輸入了。用于車輪組件的系統(tǒng)通過一個初始化過程32,其中獲取了所需 的系統(tǒng)資源并且不同的部分被初始化了。速度檢測33在車輪組件中讀取任何傳感器數(shù)據(jù) 之前會等待足夠的移動距離。如此當自行車位于靜止位置時電動機為0V電壓。一旦速度 被檢測到，并聯(lián)電路啟動。收集速度數(shù)據(jù)34同圖4內(nèi)的流程圖相似，而收集加速計數(shù)據(jù)同 圖5內(nèi)的流程圖相似，它們可以并行執(zhí)行。
[0078] 車輪組件10內(nèi)的線性速度由收集速度數(shù)據(jù)34決定。加速計數(shù)據(jù)的相位角由執(zhí)行 FFT36決定。從加速計的相位角38中減去速度相位角得到的計算斜率給出了一個傾斜角， 傾斜角有助于決定應當由控制器6從電池裝置22發(fā)送至電動機12的輸出電壓。
[0079] 圖3的流程隨后返回后初始化狀態(tài)并再次重新開始流程。
[0080] 在一個實施例中，一個角度計算可以決定當自行車在騎行時任何時間點從電池裝 置22提供給電動機12需要的輸出電壓。在自行車爬山是輸出電壓應當更高一些，在平地 或下山騎行時輸出電壓可以更低一些。
[0081] 此外，在自行車以更高速度騎行時，輸出電壓應當更高是基于如下的兩個理由： (1)為了克服提速時的機械阻力；（2)為了克服電動機在轉(zhuǎn)的更快時產(chǎn)生的反電動勢。
[0082] 所需的輸出電壓可以由計算等式1所得出： 等式1:輸出電壓=[(角度*Cl) + (速度*C2)]+C3 其中，角度是自行車騎行的平面角度。
[0083] 速度是自行車的線性速度，C1是角度的增量，C2是速度的增量，C3是整個計算式 的補償。
[0084] 在一個實施例中，C1的角度增量為37,其中角度以弧度表示。C2的速度增量為 0.42,其中速度以m/sec表示。C3,對于整個計算式的補償為0. 75V。應當注意不同的實施 例可以使用不同的增量C1，增量C2和補償C3,并且前述事項只是幾個可能的實施例之一。
[0085] 在一個實施例中，一旦輪子旋轉(zhuǎn)一圈，角度就被更新了。角度的更新可以根據(jù)不同 的實施例以更多或更少的頻率來執(zhí)行。
[0086] 在另一個實施例中，速度被更新為車輪旋轉(zhuǎn)每圈的N倍。速度的更新可以根據(jù)不 同的實施例以更多或更少的頻率來執(zhí)行。在一個實施例中，N值為90。速度更新的頻率可 以根據(jù)不同的實施例有巨大的改變。
[0087] 在一個實施例中，每次速度被更新，加速計14采集的數(shù)據(jù)可以更新和存儲在主板 16上的內(nèi)存中的數(shù)組里。車輪組件10每運行一圈，數(shù)組內(nèi)的加速計數(shù)據(jù)可以被讀出并被用 于計算加速計的相位偏移。
[0088] 可以使用主電路板16上的處理器23完成計算。
[0089] 數(shù)據(jù)來源： 計算速度和角度的數(shù)據(jù)可以從兩個地方獲得：（1)加速器14 ;和（2)雙通道數(shù)字旋轉(zhuǎn) 編碼器18,它具有一個相對車軸8靜止的部分，和另一個圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)的部分。
[0090] 速度計算： 圖4是一個用于計算車輪組件10的實施例的流程圖。設置i = 041初始化了一個下 標變量。中斷接收43等待一個主電路板16上的處理器的中斷。編碼器18在車輪組件10 旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生正弦脈沖，以用于中斷一個主電路板16上的處理器。編碼器18產(chǎn)生車輪組件 10旋轉(zhuǎn)每圈N倍的正弦脈沖。因而，主電路板16上的處理器被中斷N倍于編碼器18每圈 形成的脈沖，每次中斷觸發(fā)一個中斷服務程序（ISR)。在一個實施例中，N為90;然而，這個 數(shù)字可以根據(jù)不同的實施例有巨大的改變。
[0091] 每次中斷服務程序被觸發(fā)，讀取計時器43讀取一個時間值，它位于主電路板16 上。計算最近中斷的時間45存儲了最近中斷的時間值。最近中斷計算出的距離是一個已知 值，它編碼器脈沖中保持不變。使用這個計時器讀數(shù)和已知的距離速度=(經(jīng)過的距離）/ 計時器讀數(shù)47距離可以由等式2中顯示的關系獲得： 等式2 :速度=編碼器脈沖/計時器計數(shù)之間經(jīng)過的距離 每次編碼器18提供的在主電路板16上中斷處理的脈沖發(fā)生時，上次來自編碼器18的 脈沖時間長度被獲知了（從上次中斷開始）。在一個實施例中，計時器具有每秒10000次計 數(shù)的解析率。其它的實施例具有不同的計時器解析率，或著更多的每秒計數(shù)次數(shù)，或著更少 的每秒計數(shù)次數(shù)。在每個編碼器脈沖中暗示一個確定的距離已經(jīng)在每個脈沖間被覆蓋。這 個距離是一個常量，是速度的計算成為一項簡單的任務。
[0092] 一旦速度計算完畢，重置計時器48重置計時器為0。設置i = i+Ι增加了下標變 量i，i用于N值的計數(shù)。一旦i = N，i〈N 42存在于圖4的流程中，因為一個車輪組件16 完全的一圈已經(jīng)是完整的并且車輪組件10的速度已計算完畢。
[0093] 輸出電壓的速度依賴部分因而被更新了。
[0094] 在一個實施例中，流程并未從圖4中退出但再次返回到入口點A并開始車輪組件 10的下一圈的速度計算。
[0095] 角度計算： 在一個實施例中，角度計算可以從多個數(shù)據(jù)源中獲得。這些數(shù)據(jù)源可以為一個旋轉(zhuǎn)解 碼器和/或一個加速計。
[0096] 在一個實施例中，角度計算由車輪每旋轉(zhuǎn)一圈更新一次。因此，在這樣的一個實施 例中，以下如圖5所述的數(shù)據(jù)的采集和運算將會與以上如圖4所述的數(shù)據(jù)的采集和運算并 行工作。
[0097] 在一個實施例中，角度計算包括兩個部分： 在角度計算的第一部分中，加速計14圍繞車輪組件10旋轉(zhuǎn)。因此，如果自行車以恒速 之一個平滑表面上轉(zhuǎn)動，重力所引起的加速計14的輸出為一個正弦波。模數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換在來自加速計N倍于每圈旋轉(zhuǎn)的信號。這些值存儲于主電路板16上的內(nèi)存中，作為一 個數(shù)組或鏈表。當一圈旋轉(zhuǎn)完成后，來自加速計14的數(shù)據(jù)存儲于內(nèi)存中，并被用來計算信 號的相位偏移。
[0098] 參考圖5,處理器在主電路板16執(zhí)行的角度計算程序有一個入口點B。如上面參 考圖4所述，SET i=0初始化了一個下標變量，它用于索引傳感器的讀數(shù)。讀取數(shù)字化的 加速計數(shù)據(jù)53從加速計14獲得傳感器數(shù)據(jù)。在數(shù)組中存儲加速計數(shù)據(jù)54從加速計14中 放置獲得的傳感器數(shù)據(jù)進入主電路板16中的內(nèi)存，以便于它可以作為一個數(shù)組來進入。應 當注意的是，加速計數(shù)據(jù)存儲讀取的每次重復的一個鏈表可以在一個數(shù)組中創(chuàng)建。此外，任 何允許存儲于內(nèi)存中的加速計數(shù)據(jù)接入多次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是可行的。Set i = i+l 55增加 了下標變量i。決定區(qū)塊i〈n 56檢查了下標變量i的值。圖5中的流程將會回環(huán)至讀取數(shù) 字化加速計數(shù)據(jù)53傳感器直到下標變量i的值等于N。
[0099] 在一個實施例中，上面描述的循環(huán)同圖4中描述的速度計算并行使用。來自編碼 器18的每個脈沖中斷了主電路板16上的處理器，加速計數(shù)據(jù)被獲得并存儲于一個數(shù)組。這 個過程中車輪組件10的一個完整圈中持續(xù)，隨后再次開始。當一個轉(zhuǎn)圈結(jié)束后，從加速計 14中采集的數(shù)據(jù)被存儲如內(nèi)存中，并被用于計算信號的相位偏移。
[0100] 在一個實施例中，一個Matlab程序被用于從存儲的加速計數(shù)據(jù)中計算相位偏移 信號。這個Matlab程序如下所示： function[angl, ang2] = angle_calc(yl, N) %給出一個輸入信號，yl將會返回信號的相位偏移。
[0101] %假設yl比N的例子大1Hz。
[0102] % yl 是搖擺信號=AI*cos (2*pi*x+angl); % N = 90 ； x = (0:N-1)/N ； basis_pendulum_cos(x) = cos (2氺pi氺x)； basis_pendulum_sin(x) = sin(2氺pi氺x)； al = 0 ； bl = 0 ； for i = 1: N, al = al+yl(i)*basis_pendulum_cos(i)； 1 = bl+yl(i)*basis_pendulum_sin(i)； end al = al/N ； bl = bl/N ； a2 = a2/N ； b2 = b2/N ； Al = 2*sqrt(al Λ 2+bl Λ 2); angl = atan2(_bl, al) · 在另一個實施例中，之前由Matlab程序執(zhí)行的計算進行了 一個快速傅里葉變換 (FFT)。FFT可以在C++的程序中編譯，或其它能由之前提到的Matlab程序執(zhí)行的相同數(shù)學 計算的高級程序。
[0103] 在角度計算的第二部分中，加速計14用于測量所有的加速度力，并非僅為重力。 自行車的線性加速形成了加速計測量的總體加速度的一個組成部分。在這個應用中，由于 自行車的線性加速形成的角度部分不是一個想要的成分。為了彌補這個成分，線性加速的 線性平均值從速度數(shù)據(jù)中計算，這與等式3的關系一致。
[0104] 參考圖5,計算加速計57的相位偏移在一個轉(zhuǎn)圈的終點執(zhí)行，此過程可以通過使 用一個FFT的Matlab程序進行，也可以通過使用其它程序方案進行。
[0105] 根據(jù)線性加速度計算角度58執(zhí)行的計算會在如下所述。首先根據(jù)等式3進行一 個平均線性計算： 等式3 :平均線性加速度=[(每圈末端的速度）-(每圈開始的速度）V(每圈花費的 時間） 等式3的結(jié)果會乘以一個常量，以把它放在一個9. 81m/s2的重力單位下。
[0106] 根據(jù)線性加速度得出的角度部分隨后根據(jù)等式4的關系計算： 等式4 :Apparent_angle = atan (平均線性加速度） 從相位偏移中減去角度59從角度計算的部分1充減去Apparent_angle，這得出了用于 計算輸出電壓的角度。
[0107] 在一個實施例中，如果最終計算的角度在+/-7度的范圍之外，它會使用系統(tǒng)軟件 在邏輯上把它截取為+/_7度，程序如下： If (angle>7degrees) { Angle = 7degrees } If (angle<-7degrees) { Angle = -7degrees } 更多的計算： 為了減少干擾源的影響，一個連續(xù)的平均值被用于角度計算，如下面的等式4所示： 等式4 :Angle applied for this revolution = Average of the angles calculated for the previous n revolutions (n的最優(yōu)值仍在決定中，但這里可寫作，n = 4) 在之前的角度和當前的角度間可使用一個線性插值法，這導致了一個完整轉(zhuǎn)圈在兩個 角度中的改變。這確保了在車輪旋轉(zhuǎn)的邊界上沒有電壓的突變。
[0108] 一個插值法的實例： 假設新的角度已如之前描述的計算出來，并且之前的角度已知： 假設以下的值： angle(rev n_l) = 1 degree angle (rev η) = 2 degrees 假設每次轉(zhuǎn)圈分解為90步。在每一步，車輪上有相差1/90的不同的角度。在此實例 中，不同的角度是 2 degrees-1 degree = 1 degree。1 度的 1/90 = 0.011。
[0109] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一車輪組件，包括： 一連接在所述車輪組件內(nèi)的一車軸上的電動機，； 一在所述車輪組件內(nèi)的電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)用于向所述電動機傳送電力； 一在所述車輪組件內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)提供所述車輪組件的關于速度和 方向角度的數(shù)據(jù)；以及 一控制裝置，用于從所述傳感器系統(tǒng)接收所述車輪組件的速度和方向角相關的數(shù)據(jù)， 所述控制裝置具有至少一個源自所述電池系統(tǒng)輸入以說明發(fā)送至電動機的電量。
2. 權(quán)利要求1所述的車輪組件，其特征在于：所述控制裝置位于所述車輪組件外部。
3. 權(quán)利要求2所述的車輪組件，其特征在于：所述控制裝置的輸出可以被用戶調(diào)整以 控制發(fā)送至電動機的電量。
4. 一負載轉(zhuǎn)換的快拆裝置，用于連接一電動機車輪組件至一車輪連接構(gòu)件，包括： 一中軸，所述車輪組件可以圍繞所述中軸旋轉(zhuǎn)； 一杠桿臂，所述杠桿臂連接至中軸末端并以中軸為中心旋轉(zhuǎn)，以允許在一第一位置和 一第二位置間移動，其中所述第一位置用于固定所述車輪組件，所述第二位置用于從所述 車輪附加構(gòu)件上釋放所述車輪組件； 一端螺母，可操作的連接至所述中軸的另一端，所述杠桿臂的對面，用于調(diào)整所述端螺 母和所述杠桿臂間的距離，并固定所述車輪組件至所述車輪附加構(gòu)件； 一電機軸，所述電機軸和所述中軸共用同一車軸； 一承載件，所述承載件連接至所述電機軸的一第一端并本質(zhì)上與其垂直； 一止動桿，所述止動桿連接所述承載件并以所述承載件為中心旋轉(zhuǎn)；和 一調(diào)整裝置，所述調(diào)整裝置連接至所述承載件，用于調(diào)整所述止動桿的角度，其特征在 于，所述止動桿和所述承載件的作用為轉(zhuǎn)化電動機產(chǎn)生的力矩至所述車輪附加構(gòu)件的一非 軸部分。
5. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，其特征在于：所述電機軸連接所述車輪附加構(gòu)件。
6. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，進一步包括一水平指示器，所述水平指示器連接所述 承載件。
7. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，進一步包括一預設的電機軸末端幾何結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述承載件根據(jù)所述電機軸末端幾何結(jié)構(gòu)只可以以一個方向的角度平滑的插入所述電 機軸。
8. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，其特征在于：所述承載件具有一第一成員和一第二成 員，所述第一成員可連接至所述電機軸，所述第二成員可支撐所述止動桿。
9. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，進一步包括一彈簧，所述彈簧可操作的連接至所述止 動桿和所述承載件，以確保所述止動桿與所述調(diào)整裝置保持接觸。
10. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，其特征在于：所述止動桿以從一車輪旋轉(zhuǎn)的軸線的輻 射距離接觸所述車輪附加構(gòu)件。
11. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，進一步包括一水平儀，所述水平儀連接所述承載件的 所述第一成員和所述第二成員中的至少一個。
12. 權(quán)利要求4所述的快拆裝置，其特征在于：所述杠桿臂可用于調(diào)整所述端螺母和所 述杠桿臂間的距離。
13. -用于校正快拆裝置的方法，包括如下步驟： 在一車輪附加構(gòu)件上安裝一車輪組件； 經(jīng)過所述車輪組件一電機軸，插入一快拆裝置的中軸； 在一中軸的末端安裝所述快拆裝置的一杠桿臂； 在所述電機軸上安裝所述快拆裝置的一承載件和一止動桿； 移動所述快拆裝置的一調(diào)整功能至一最小的位置； 使所述快拆裝置圍繞所述車輪組件軸旋轉(zhuǎn)直到止動桿接觸了所述車輪附加構(gòu)件的一 非軸部分； 安裝一端螺母至所述中軸； 交替的調(diào)整所述端螺母和從一釋放位置移動所述杠桿至一固定位置，以便于提供一在 所述車輪附加構(gòu)件上所述車輪組件最佳的松緊度； 移動所述杠桿臂至一釋放位置； 移動所述調(diào)整功能直到一水平指示器顯示為水平； 移動所述杠桿臂至一固定位置。
14. 權(quán)利要求13所述的校正方法，其特征在于：一初始斜率，用于一車輪組件的控制方 法，所述初始斜率被設置為零。
15. -負載轉(zhuǎn)換的快拆裝置，用于連接一電動機車輪組件至一車輪連接構(gòu)件，包括： 使所述車輪組件旋轉(zhuǎn)的方法； 使所述車輪組件固定在所述車輪連接附件上的方法； 使承載連接至所述固定方法的一末端并本質(zhì)上與其垂直； 從承載方法轉(zhuǎn)移扭矩的方法，連接承載方法并圍繞承載方法旋轉(zhuǎn)用以轉(zhuǎn)移扭矩的方 法；和 調(diào)整至少轉(zhuǎn)移扭矩方法的位置和角度之一的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移扭矩方法的 一末端接觸所述車輪附加構(gòu)件的一非軸部分。
【文檔編號】B60K17/30GK104302522SQ201380013311
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月8日
【發(fā)明者】K-Y·陸, 陳信志, 胡安·保蒂斯塔·貝隆 申請人:貝隆工程股份有限公司