自行车的驱动系统和包括其的自行车的制作方法

本发明属于自行车技术领域，具体涉及一种自行车的驱动系统和包括该驱动系统的自行车。

背景技术：

电动自行车是指以蓄电池作为辅助能源在普通自行车的基础上，安装有电机、电机控制器、蓄电池、转把和闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。

现有电动自行车存在的问题是：第一，电动自行车需要手动转动转把来调整该电动自行车的行驶速度；第二，大部分电动自行车无需使用者做功就能顺畅行驶，导致使用者无法达到锻炼身体的目的。

技术实现要素：

为了解决上述全部或部分的问题，本发明的目的在于提供一种自行车的驱动系统和包括该驱动系统的自行车，该驱动系统无需手动转动转把就能够自动调整自行车的行驶速度，而且还可以辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动，以保证使用者能够做功进而达到锻炼身体的目的。

根据本发明的第一方面，提供了一种自行车的驱动系统，其包括：车载电源；用于驱动所述自行车的车轮的电机；检测组件，所述检测组件能够检测行驶状态下的所述自行车的牙盘或链条的转速和转矩；具有至少一个助力模式的控制单元，分别与所述车载电源、电机和检测组件相连。其中，所述控制单元构造成当启动一个所述助力模式时，能够基于所述检测组件检测的转速和转矩来调整所述电机的实时输出功率，使得所述电机能够辅助使用者对所述自行车进行驱动。

进一步地，所述助力模式具有恒比例助力模式和/或恒速助力模式。所述控制单元启用恒比例助力模式时，能够基于所述检测组件检测的转速和转矩来获知使用者的实时输出功率，并维持使用者的实时输出功率与所述电机的实时输出功率的比值恒定；所述控制单元启用恒速助力模式时，能够基于所述检测组件检测的转速和转矩来获知使用者的实时输出功率，并通过使用者的实时输出功率实时调整所述电机的实时输出功率，以使所述自行车的行驶速度提升到或维持于预设范围。

进一步地，所述驱动系统还包括与所述控制单元相连的坡度传感器，其中，所述助力模式还具有上坡助力模式和平路助力模式，当所述控制单元通过所述坡度传感器获知所述自行车正行驶在平路时，所述控制单元启用平路助力模式，当所述控制单元通过所述坡度传感器获知所述自行车正行驶在坡路上时，所述控制单元启用上坡助力模式，在所述自行车的行驶速度相同的条件下，所述电机在上坡助力模式下的实时输出功率比其在平路助力模式下的实时输出功率高。

更进一步地，在平路助力模式下，所述控制单元能够基于所述检测组件检测的转速和转矩来获知使用者的实时输出功率，并维持使用者的实时输出功率与所述电机的实时输出功率的比值恒定。

更进一步地，在上坡助力模式下，所述控制单元通过所述坡度传感器来获知所述自行车所处的坡度，并调整所述电机的实时输出功率，以使所述电机的实时输出功率随着所述坡度的增加而增加。

更进一步地，所述助理模式还具有高速行驶模式，所述控制单元启用高速行驶模式时，将所述电机的实时输出功率调整到所述电机的最大输出功率。

更进一步地，所述控制单元包括能够选择并开启恒比例助力模式、恒速助力模式、上坡助力模式、平路助力模式和高速行驶模式五者之一的切换开关。

进一步地，所述检测组件包括用于检测所述自行车的牙盘或链条的转速的转速传感器，以及用于检测所述自行车的牙盘或链条的转矩的转矩传感器。

进一步地，所述坡度传感器为陀螺仪。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据本发明的第一方面所述的驱动系统的自行车。

本发明的自行车的驱动系统及本发明的包括该驱动系统的自行车均通过检测组件和具有助力模式的控制单元来辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动，使得驱动系统不仅无需手动转动转把就能够自动控制该自行车的行驶速度，而且还可以辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动，以保证使用者能够对自行车进行做功，进而达到锻炼身体的目的。

另外，本发明的自行车的驱动系统的结构简单，加工方便，使用安全可靠，便于实施推广应用。本发明的包括该驱动系统的自行车的结构简单，加工方便，使用安全可靠，便于实施推广应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为根据本发明实施例一的自行车的驱动系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例二的自行车的驱动系统的结构示意图。

在附图中相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1为根据本发明实施例一的自行车的驱动系统10。如图1所示，该驱动系统10包括车载电源1和用于驱动自行车的车轮的电机2。其中，车载电源1是一种可拆卸安装在自行车上的储能较多的蓄电池，一般可选为铅酸蓄电池、胶体蓄电池、镍氢蓄电池或锂离子电池等。优选地，电机2选为常规的轮毂电机，以缩减自行车的整体体积。

根据本发明实施例的自行车的驱动系统10还包括能够检测自行车的牙盘或链条的转速和转矩的检测组件3，以及与车载电源1、电机2和检测组件3均相连控制单元5。在图2所示的优选实施例中，该检测组件3包括用于检测自行车的牙盘或链条的转速的转速传感器31以及用于检测自行车的牙盘或链条的转矩的转矩传感器32。此外，该检测组件3也可是其他类型的且能够检测牙盘或链条的转速和转矩的传感器，例如基于转速和转矩来核算功率的功率计。

在图2所示的优选实施例中，控制单元5主要包括能够调整电机1的实时输出功率的电机控制器51，以及与该电机控制器51和检测组件3均相连的运算型控制器52。其中，运算型控制器52用于接收转速传感器31的检测信号，并基于测信号来实时控制电机控制器51为电机1的供电量，以达到调整电机1的实时输出功率的目的。该运算型控制器52主要包括可编程逻辑控制元件(如PLC或PLC等)、与可编程控制元件相连的存储器和其他电子元件等，这属于本领域技术人员熟知的，在此不再详述。此外，电机控制器51属于本领域的常规产品，在此不再赘述。

该控制单元构5具有至少一个助力模式，该控制单元构5启动一个助力模式时，能够基于检测组件3检测的转速和转矩来调整电机2的实时输出功率，使得电机1能够辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动。其中，所谓的电机1辅助使用者来驱动自行车是指，电机1能够在使用者骑行过程中帮助使用者驱动自行车，既可以电机1和使用者一同驱动自行车，也可是电机1和使用者交替地驱动自行车。

根据本发明实施例的自行车的驱动系统10通过检测组件3和具有助力模式的控制单元5来辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动，使得驱动系统10不仅无需手动转动转把就能够自动控制该自行车的行驶速度，而且还可以辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动，以保证使用者能够对自行车进行做功，进而达到锻炼身体的目的。

在第一个实施例中，助力模式具有恒比例助力模式。当控制单元5启用恒比例助力模式时，控制单元5能够基于检测组件3检测的转速和转矩来获知使用者的实时输出功率，并维持使用者的实时输出功率与电机1的实时输出功率的比值恒定。在恒比例助力模式下，只要使用者存在对自行车的实时输出功率，电动1便输出对应的实时输出功率，从而辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动。其中，使用者的实时输出功率P2可由检测组件3检测的转速n和转矩T来计算，属于本领域技术人员熟知的；而电机1的实时输出功率P1等于输入电压U1与输入电流I1的乘积，即P1＝U1×I1。使用者的实时输出功率与电机1的实时输出功率之间的比值可根据具体需要而定，例如选为1:(0.5～2)。

在第二个实施例中，助力模式具有恒速助力模式。当控制单元5启用恒速助力模式时，控制单元5能够基于检测组件3检测的转速和转矩来获知使用者的实时输出功率，并通过使用者的实时输出功率实时调整电机1的实时输出功率，以使自行车的行驶速度提升到或维持于预设范围。也就是说，恒速助力模式能够对当前行驶速度低于或落入预设范围的自行车进行调整，当前行驶速度低于预设范围时，控制单元5将增加电机1的实时输出功率，以使自行车的当前行驶速度提升到预设范围；而当前行驶速度落入预设范围时，控制单元5互补式调整电机1的实时输出功率，以使自行车的当前行驶速度维持于预设范围。所谓互补式调整是指，当前行驶速度即将低于预设范围时，提升电机1的实时输出功率以防止当前行驶速度低于预设范围，而当前行驶速度即将高于预设范围时，降低电机1的实时输出功率以防止当前行驶速度高于预设范围。所谓预设范围是本领域技术人员根据具体需要进行人为设定的，既可是点式范围，也可是线式范围，例如可是20km/h或18～22km/h。

在第三个实施例中，第三个实施例是第一个实施例和第二个实施例二者的组合，即助力模式可同时具有上述恒比例助力模式和上述恒速助力模式。因此，第三个实施例具有第一个实施例和第二个实施例所记载的技术方案。

在第四个实施例中，该第四个实施例是在第一个、第二个或第三个实施例基础上做得进一步的改进，即该驱动系统10还包括与控制单元5相连的坡度传感器7，而上述助力模式还具有上坡助力模式和平路助力模式。当控制单元5通过坡度传感器7获知自行车正行驶在平路时，控制单元5启用平路助力模式，当控制单元5通过坡度传感器7获知自行车正行驶在坡路上时，控制单元5启用上坡助力模式。在自行车的行驶速度相同的条件下，电机1在上坡助力模式下的实时输出功率比其在平路助力模式下的实时输出功率高。其中所述的坡度传感器优选为陀螺仪，容易理解是其也可以选为其他能够检测坡度的传感器，如摄像头等。

进一步地，在平路助力模式下，控制单元5能够基于检测组件3检测的转速和转矩来获知使用者的实时输出功率，并维持使用者的实时输出功率与电机1实时输出功率的比值恒定。也就是说，平路助力模式与恒比例助力模式大致相同，为节约篇幅起见不再详述。

进一步地，在上坡助力模式下，控制单元5通过坡度传感器7获知所述自行车所处的坡度，并调整电机的实时输出功率，以使电机1的实时输出功率随着坡度的增加而增加。对于电机1的实时输出功率随着坡度的增加而增加的幅度或关系，本领域技术人员可根据具体实验获得。比如，在保证车速恒定且使用者无输出的情形下，电机1的实时输出功率就是自行车在保持当前行驶速度所需的功率，获得自行车在保持当前行驶速度所需的功率与自行车所处的坡度之间的比例关系，然后基于比例关系和自行车所处的坡度获得自行车在保持当前行驶速度所需的功率，并用其减去使用者的实时输出功率就可获得电机1的实时输出功率。

在第五个实施例中，该第五个实施例是在第四个实施例基础上做得进一步的改进，即助力模式还具有高速行驶模式，控制单元5启用高速行驶模式时，将电机1的实时输出功率调整到电机1的最大输出功率。在高速行驶模式下，若使用者的实时输出功率大于零，自行车将有更高的速度。优选地，控制单元5包括能够选择并开启恒比例助力模式、恒速助力模式、上坡助力模式、平路助力模式和高速行驶模式五者之一的切换开关。除此之外，该控制单元5可根据声控方式进行各个模式间的切换，例如当使用者说出“平路助力模式”，控制单元5将关闭当前进行模式，并开启平路助力模式。容易理解的是，以上两种切换方式均适用于上述任一个实施例中的各个模式之间的切换。

综上所述，根据本发明实施例的自行车的驱动系统10通过检测组件3和具有助力模式的控制单元5来辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动，使得驱动系统10不仅无需手动转动转把就能够自动控制该自行车的行驶速度，而且还可以辅助使用者对行驶中的自行车进行驱动，以保证使用者能够对自行车进行做功，进而达到锻炼身体的目的。

以上借助具体实时例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实时例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。