专利名称：速度控制式比例助力电动自行车控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种助力电动车电机输出功率控制方式，具体地说是一种利用速度来控制电机输出功率的速度控制式比例助力电动自行车控制系统。
背景技术：
目前，电动自行车在国内外已十分普及。而目前国内的电动自行车大多是全电动驱动的电动车，虽然大部分电动自行车上都配备脚踏，但这种脚踏只有要上陡坡和电池没电时才辅助使用一下，有的人甚至干脆将脚踏下掉。这种驱动方式不仅使骑行车在较长时间骑行中感到枯燥乏味，人体的肌肉得不到锻炼易产生疲劳感，而且对电池的使用寿命和一次充电的续驶里程不利。而人助车动，电助人行，人力电力联动的行驶方法省力又省电。长时间全电动骑行或人力骑行都会感觉到累，最好的办法是比例助力骑行和全电动骑行交替使用，充分发挥各自的优点。在比例助力系统中，如果助力比例合适，腿只是微用力，肌肉不紧张而车快速运转，这种感觉很奇特。首先是人参与了这项运动，休闲的味道渐渐渗透出来了，可以品出一种人车合一的乐趣来。再者在都市实际生活中，由于红绿灯多、上下班高峰期人多、车多，让电动自行车全速前进是不可能的，也是不安全的，而比例助力驱动是最佳的选择。采用比例助力驱动可以避免电池超大电流放电，有利于延长电池和电机寿命。再从节电的角度讲，频繁地全电动启动是最耗电的，用比例助力启动则可达到省电的目的，从而提高电动车的续行里程。因此，人力和电力联动自行车已成为发展趋势，是发达国家首选的车型。
而现有的比例助力电动车均是采用力矩传感器或中轴扭力变形、链条张力、光栅电路等来控制电机的输出功率。这些控制模式均存在结构复杂、加工难度大、成本高、精度难以控制、稳定性差等一系列问题而难以普及，限制了比例助力电动车的发展。
发明内容
本发明的目的是利用自行车的速度与电机输出功率的关系提供一种新的比例助力控制系统。
本发明的技术方案是一种速度控制式比例助力电动自行车控制系统，与电动车原控制器相连，通过电动车原控制器控制电机的输出，电动车具有全电动和电动加人力助动两种工作模式，其特征是在电动自行车的前轮和中轴上安装有速度传感器，前轮和中轴上的速度传感器分别将测得的速度信号送入比例助力控制器中，比例助力控制器将速度信号分析变换后向电动车原控制器输出控制信号，再通过原控制器控制电机的输出功率。
本发明充分利用了现有全电动电动车的原控制结构，基本不改变现有全电动电动车的线路结构，只要在前轮和中轴上各安装一个速度传感器，再将信号传送到比例助力控制器中，而比例助力控制器体积很小，可与现有的电动车原控制器单独连接，也可同时与电动车调速把及电动车原控制器相连，电动车调速把动作，则为全电动工作模式，本发明的比例助力控制器将调速把的信号直接输出到原控制器内。电动车在初始位置保持不同，则为电力加人力助动工作模式，比例助力控制器模块分析当前的前轮与中轴速度，输出一个合适的信号给原控制器，从而控制电机的输出功率。
本发明的比例助力控制器的核心部分是单片机，它可在程序的控制下实现对输入信号的转换、分析和输出控制信号的转换，实现对电动车原控制器输入信号的控制，进而控制电机输出功率。
当前轮或中轴的速度为零时，则切断电机电源；当前轮的速度与中轴速度的比值大于链轮齿数与飞轮齿数之比时，即脚踏踩空时，也切断电机电源，电动自行车靠惯性向前行驶。
比例助力控制器的单片机与电动车原控制器共用同一个单片机，以节约成本和减小控制系统的体积；比例助力控制器与电动车原控制器也可安装在同一控制线路板上，并安装在同一控制盒中，可减少控制系统的体积，减少线路传输损失，提高可靠性。
本发明的有益效果1、结构简单，维修方便。不仅适合于新车的使用，也适用于对已有电动车的改造，而改造费用在100元左右即可。
2、控制精度高、性能稳定，不会产生误动作。
3、制造简单、成本低，速度传感器和单片机均为成熟的电子产品，成本非常低廉。
4、软件编制简单易行，只要根据附图所示的助力比例、速度与人力、电机功率及总功率的关系曲线即可编制出相应的程序，然后输入单片机中即可使用。
图1是现有电动自行车通用的控制系统结构框图。
图2是全电动自行车的行驶速度与电流/功率的对应关系图。
图3是本发明的电气控制原理框图。
图4是图3的等效原理框图。
图5是本发明的比例助力控制器直接与控制器相连而不接调速把手的原理框图。
图6是本发明的助力比为1的助力系统中，速度与人力功率、电机功率及总功率之间的对应关系图。
图7是本发明的助力比为2.5的助力系统中，速度与人力功率、电机功率及总功率之间的对应关系图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种速度控制式比例助力电动自行车控制系统，与电动车原控制器4相连，电动车原控制器4控制电动的输出，电动车具有全电动和电动加人力助动二种工作模式，其特征是在电动自行车的前轮和中轴上安装有速度传感器1、2，前轮和中轴上的速度传感器分别将测得的速度信号送入比例助力控制器中3，比例助力控制器3将速度信号分析变换后向电动车原控制器4输出电压控制信号，原控制器4控制电机的输出功率。
本发明充分利用了现有全电动电动车的控制结构，不改变现有全电动电动车的结构，只要在前轮和中轴上各安装一个速度传感器1、2，再通过线路将信号传动比例助力控制器3中，而比例助力控制器3具有体积小，可与现有的电动车原控制器4直接联接，也可与电动车调速把及电动车原控制器相连4，电动车调速把动作，则为全电动工作模式，本发明的比例助力控制器3将接收到的调速把电压输出到电动车原控制器中。
单片机是本发明的比例助力控制器3的核心部件，它可在程序的控制下实现对输入信号的转换、分析和输出控制信号的转换，实现对电动车原控制器4输入电压的控制，进而控制电机输出功率。单片机可采用台湾ELAN公司生产的EM78P458型，其内部有4K×13位一次性ROM、96×8位片内寄存器(SDRAM)、8位多路AD转换器、2个脉冲宽度调制器(PWM)以及6个中断源。
当前轮或中轴的速度为零时，则切断电机电源；当前轮的速度与中轴速度的比值大于链轮齿数与飞轮齿数之比时，则切断电机电源，也切断电源，正常骑行状态下电力和人力按设定的助力比例同时驱动电机，比例助力控制器根据所测得的速度控制电机的输出功率，从而最终再控制自行车的速度。
比例助力控制器3的核心控制模块——单片机可与电动车原控制器共用同一个单片机，以节约成本和减小控制系统的体积；比例助力控制器3与电动车原控制器4也可安装在同一控制线路板上，并安装在同一控制盒中，可减少控制系统的体积，减少线路传输损失，提高可靠性。
下结合一个具体的例子对本发明的工作原理作进一步介绍。
一般自行车的最高速度为25～30km/h，而在城区自行车的速度一般为15km/h左右，助力比例一般为1∶1或2.5∶1；助力比例可设为连续可调，也可设为分档调节，助力比例的选择可通过控制面板上的相关按钮进行设定，而这在电气上是非常简捷方便的。助力比例的设定可在电动车启动前进行设定，也可在运行过程中进行调节。现以0～15km/h速度区间1∶1比例助力为例加以说明。
假设现车速度为12km/h，在标准条件下，全电动时整车平均电流为4.0A，其中空载电流为0.4A，实际做功电机电流为3.6A。在1∶1助力情况下，电机电流应为1.8A，余下1.8A电流做功则应由人力提供，如图6所示。假如人力达不到相应的功率，速度就会减小，最后达到一个能匀速前进的平衡状态。当然不同车型，不同电机所得到的电流都不同，但对一具体车型而言，则是可以用实验方法检测出来的。余下的就是用数学方法进行软件修正了。此时第一推动力是人力，骑乘者希望快点就要加力蹬踩，此时瞬时速度就会提高，速度一快对应要求的电流就会增加，电机的输出功率就会增加，通过软件循环检测可以保证这一过程周而复始地进行下去。从图6、图7可以看出，电流与速度的关系是一种连续函数关系，而电流与电压又呈一个固定的函数关系，控制电压即可控制电流，故不会出现其它助力比例控制系统经常出现的一旦不踩脚踏就会断电，一踩又会来电，时断时续，骑行过程中出现一冲一冲的不良感觉的现象。得到的是行云流水、张弛有度、随心所欲的效果。骑乘者利用本发明可以几乎不费力地加速到20km/h，放慢踩速，就可以平稳地降低速度，可以在任一个速度点达到平衡状态，此外，原有电动车原控制器的安全措施如刹车断电等功能都不受本发明的任何影响，故整车的安全性能可得到很好的保障。
权利要求
1.一种速度控制式比例助力电动自行车控制系统，与电动车原控制器相连，通过电动车原控制器控制电机的输出，电动车具有全电动和电动加人力助动两种工作模式，其特征是在电动自行车的前轮和中轴上安装有速度传感器，前轮和中轴上的速度传感器分别将测得的速度信号送入比例助力控制器中，比例助力控制器将速度信号分析变换后向电动车原控制器输出控制信号，再通过原控制器控制电机的输出功率。
2.根据权利要求1所述的速度控制式比例助力电动自行车控制系统，其特征是比例助力控制器与电动车调速把及电动车原控制器相连，电动车调速把动作，则为全电动工作模式；电动车在初始位置保持不同，则为电力加人力助动工作模式。
3.根据权利要求1所述的速度控制式比例助力电动自行车控制系统，其特征是比例助力控制器由单片机在程序的控制下实现对输入信号的转换、分析和输出控制信号的转换，实现对电动车原控制器输入电压的控制，进而控制电机输出功率。
4.根据权利要求1所述的速度控制式比例助力电动自行车控制系统，其特征是当前轮或中轴的速度为零时，则切断电机电源；当前轮的速度与中轴速度的比值大于链轮齿数与飞轮齿数之比时，即脚踏踩空时，也切断电机电源，电动自行车靠惯性向前行驶。
5.根据权利要求1或3所述的速度控制式比例助力电动自行车控制系统，其特征是比例助力控制器的单片机与电动车原控制器共用同一个单片机。
6.根据权利要求1或3所述的速度控制式比例助力电动自行车控制系统，其特征是比例助力控制器与电动车原控制器安装在同一控制线路板上。
全文摘要
一种速度控制式比例助力电动自行车控制系统，与电动车原控制器相连，通过电动车原控制器控制电机的输出，电动车具有全电动和电动加人力助动两种工作模式，其特征是在电动自行车的前轮和中轴上安装有速度传感器，前轮和中轴上的速度传感器分别将测得的速度信号送入比例助力控制器中，比例助力控制器将速度信号分析变换后向电动车原控制器输出控制信号，通过控制器控制电机的输出功率。该系统具有结构简单、控制精确、平稳、成本低的优点。
文档编号B62M23/02GK1526604SQ0315826
公开日2004年9月8日 申请日期2003年9月19日 优先权日2003年9月19日
发明者缪华, 缪 华 申请人:缪华, 缪 华