一种电动助力自行车用的自适应路况智能力矩传感系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及助力自行车技术领域，特别是涉及一种能够根据外界路况智能调节电动自行车助力大小的电动助力自行车用的自适应路况智能力矩传感系统。
【背景技术】
[0002]目前市场上的电动助力自行车一般安装有力矩传感器，用于将骑行者施加到脚踏上的力转换成电动自行车控制器能够识别的电信号，以控制电机的输出功率，实现助力效果O
[0003]市场上常见的力矩传感器以磁电式为主，其最关键的部分为磁条和能够与磁条感应的霍尔元件，电动助力自行车骑行过程中，磁条与霍尔元件产生相对位移，使得附加在霍尔元件上的磁场发生变化，从而使霍尔元件产生的电信号发生变化，控制器再根据该电信号的变化控制电机输出功率的大小，但这种力矩传感器也受到自身性能的局限，无法根据实际环境与路况对其输出的力矩信号进行相应的调整，而人体肌肉产生的力是一个离散的物理量，因此这种力矩传感器检测到的力矩信号也是不连续的，最终导致骑行效果不理想，骑行感觉不舒适。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:根据现有力矩传感器所检测输出的力矩信号为不连续的不足，解决其对实际环境与路况不能自适应的问题，最终目的是改善骑行效果，提高骑行舒适感。从而提供一种能根据人骑行时的踩踏力、外界环境与实际路况自动调节产生相适应的连续力矩信号的智能力矩传感系统。
[0005]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0006]一种电动助力自行车用的自适应路况智能力矩传感系统，包括磁弹性中轴、信号采集模块、以及信号处理模块；其中:
[0007]所述磁弹性中轴包括弹性中轴、以及安装于弹性中轴外侧的磁条；
[0008]所述信号采集模块包括霍尔元件、正反转和角频率检测电路；所述正反转和角频率检测电路由一个触发器芯片、一个门电路芯片、用于检测中轴转动频率的霍尔元件(Hl)和霍尔元件(H2)组成；其中:上述霍尔元件(Hl)和霍尔元件(H2)的信号输出端分别连接触发器芯片的两个信号输入端，上述霍尔元件(H2)的信号输出端与触发器芯片的信号输出端连接到门电路芯片的两个输入端；
[0009]所述信号处理模块包括中央处理单元、串口通信单元、信号反馈单元、信号输出单元;
[0010]所述门电路芯片的信号输出端子通过串口通信单元与中央处理单元的I/O端子连接；所述中央处理单元通过数据线分别与信号反馈单元、信号输出单元连接。
[0011]进一步:所述弹性中轴(I)上安装有左端盖(2)、左轴承(3)、右轴承(11)、以及右端盖(10);在所述弹性中轴(I)上套接有挡(4);在左轴承(3)和右轴承(11)之间的弹性中轴(I)外壁套接有内合金套(9);在所述内合金套(9)的外壁沿径向均匀嵌有多块磁条
(8);在所述内合金套(9)的外侧设置有外合金套(5)，所述外合金套(5)的两端分别与左轴承(3)和右轴承(11)固定连接；所述霍尔元件(7)固定于所述磁条(8)外侧的外合金套
(5)上。
[0012]本发明具有的优点和积极效果是:
[0013]1、实时性强。力矩信号参与数学模型建立与数学计算，通过智能算法对电机输出扭矩进行实时调节，使其扭矩输出变得连续。
[0014]2、跟随性强。电机响应与脚踏同步，踏力大，电机输出扭矩大；踏力小，电机输出扭矩小。骑行者的骑行感舒适，不会出现踏空感，跟随性强，既省力又感觉舒适。
[0015]3、自适应性强。能根据实际路况(包括坡道、泥泞、沙土等路况)，判断外界阻力(包括风阻、摩擦阻力、重力分量阻力等)，再以智能算法根据外界阻力对车体驱动力进行调节，以达到节省人力的目的。
[0016]4、节能性强。使用这种系统的助力自行车，同样一块电池，续航能力可以增加40% -100% (根据实际路况而定)。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的结构框图；
[0018]图2是本发明正反转和角频率检测电路的电路；
[0019]图3是本发明磁弹性中轴的轴剖视图；
[0020]图4是本发明磁弹性中轴的端面剖视图。
[0021]其中:1、弹性中轴；2、左端盖；3、左轴承；4、挡；5、外合金套；6、柔性电路板；7、集成霍尔元件；8、磁条；9、内合金套；10、右端盖；11、右轴承。
【具体实施方式】
[0022]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0023]请参阅图1，一种电动助力自行车用的自适应路况智能力矩传感系统，包括磁弹性中轴、信号采集模块、以及信号处理模块；其中:
[0024]所述磁弹性中轴包括弹性中轴、以及安装于弹性中轴外侧的磁条；
[0025]所述信号采集模块包括霍尔元件、正反转和角频率检测电路；请参阅图2，所述正反转和角频率检测电路由一个触发器芯片、一个门电路芯片、用于检测中轴转动频率的霍尔元件Hl和霍尔元件H2组成；其中:上述霍尔元件Hl和霍尔元件H2的信号输出端分别连接触发器芯片的两个信号输入端，上述霍尔元件H2的信号输出端与触发器芯片的信号输出端连接到门电路芯片的两个输入端；
[0026]所述信号处理模块包括中央处理单元、串口通信单元、信号反馈单元、信号输出单元;
[0027]所述门电路芯片的信号输出端子通过串口通信单元与中央处理单元的I/O端子连接；所述中央处理单元通过数据线分别与信号反馈单元、信号输出单元连接。
[0028]所述弹性中轴I上安装有左端盖2、左轴承3、右轴承11、以及右端盖10 ;在所述弹性中轴I上套接有挡4 ;在左轴承3和右轴承11之间的弹性中轴I外壁套接有内合金套9 ;在所述内合金套9的外壁沿径向均匀嵌有多块磁条8 ;在所述内合金套9的外侧设置有外合金套5，所述外合金套5的两端分别与左轴承3和右轴承11固定连接；所述霍尔元件7固定于所述磁条8外侧的外合金套5上。
[0029]磁弹性中轴与信号采集模块为非接触连接，磁弹性中轴与信号采集模块同步安装在自行车五通管内部，当外加作用力(骑行者对踏板的踩踏力)加在弹性中轴I上时，使其受迫转动，磁条8随之转动，从而使磁场产生变化。信号采集模块中的霍尔元件7感应到磁场的变化，由正反转和踏频检测电路对磁场变化情况做出计算，判断出弹性中轴I的转动方向，并可生成一组电信号，同时将此组电信号通过串口或总线发送至智能力矩信号处理模块，由该模块中的通信单元接收后传输给中央处理单元进行计算。
[0030]信号处理模块外接电动助力自行车控制器，其中的中央处理单元内嵌外界环境与实际路况的数学模型，该数学模型可将外接控制器的电压、电流反馈信号与前述信号采集模块采集到的电信号进行比对计算，通过计算结果判断出现有外界环境与实际路况信息，最终生成一种与外界环境和实时路况相适应的连续力矩信号(自适应力矩信号)，此力矩信号视接口可为模拟信号或数字信号两种，由智能力矩信号处理模块中的信号输出单元传输至电动助力自行车控制器，完成对电动助力自行车的智能控制。
[0031]请参阅图3和图4，内合金套9套设于弹性中轴I上并与弹性中轴I配合固定，左轴承3套设于弹性中轴I左端并配合固定，右轴承11套设于弹性中轴I右端并配合固定，外合金套5套设于弹性中轴1、左轴承3与右轴承11外端，外合金套5上开孔，集成霍尔元件7的柔性电路板6贴于外合金套5上，并使霍尔元件7从外合金套5的开孔处穿过，左端盖2与外合金套5左端动配合套接，右端盖10与外合金套5右端紧配合套接。
[0032]以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种电动助力自行车用的自适应路况智能力矩传感系统，其特征在于:包括磁弹性中轴、信号采集模块、以及信号处理模块；其中: 所述磁弹性中轴包括弹性中轴、以及安装于弹性中轴外侧的磁条； 所述信号采集模块包括霍尔元件、正反转和角频率检测电路；所述正反转和角频率检测电路由一个触发器芯片、一个门电路芯片、用于检测中轴转动频率的霍尔元件(Hl)和霍尔元件(H2)组成；其中:上述霍尔元件(Hl)和霍尔元件(H2)的信号输出端分别连接触发器芯片的两个信号输入端，上述霍尔元件(H2)的信号输出端与触发器芯片的信号输出端连接到门电路芯片的两个输入端； 所述信号处理模块包括中央处理单元、串口通信单元、信号反馈单元、信号输出单元；所述门电路芯片的信号输出端子通过串口通信单元与中央处理单元的I/O端子连接；所述中央处理单元通过数据线分别与信号反馈单元、信号输出单元连接。2.根据权利要求1所述电动助力自行车用的自适应路况智能力矩传感系统，其特征在于:所述弹性中轴(I)上安装有左端盖(2)、左轴承(3)、右轴承(11)、以及右端盖(10);在所述弹性中轴⑴上套接有挡⑷；在左轴承⑶和右轴承(11)之间的弹性中轴⑴外壁套接有内合金套(9);在所述内合金套(9)的外壁沿径向均匀嵌有多块磁条(8);在所述内合金套(9)的外侧设置有外合金套(5)，所述外合金套(5)的两端分别与左轴承(3)和右轴承(11)固定连接；所述霍尔元件(7)固定于所述磁条(8)外侧的外合金套(5)上。
【专利摘要】本发明公开了一种电动助力自行车用的自适应路况智能力矩传感系统，涉及助力自行车技术领域，其特征在于：包括磁弹性中轴、信号采集模块、以及信号处理模块；其中：磁弹性中轴包括弹性中轴、以及安装于弹性中轴外侧的磁条；信号采集模块包括霍尔元件、正反转和角频率检测电路；正反转和角频率检测电路由一个触发器芯片、一个门电路芯片、用于检测中轴转动频率的两个霍尔元件组成；所述中央处理单元通过数据线分别与信号反馈单元、信号输出单元连接。通过采用上述技术方案，本发明根据人骑行时的踩踏力、外界环境与实际路况自动调节产生相适应的连续力矩信号。
【IPC分类】B62M6/50
【公开号】CN104890801
【申请号】CN201510346299
【发明人】邵帅, 贺东梅, 张绍忠, 何明强
【申请人】邵帅
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日