专利名称：一种改进的电动辅助自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种辅助自行车，特别涉及一种改进的电动辅助自行车。
背景技术：
近年来，随着国际油价的不断上涨，能源不可再生导致的能源危机， 以及全球暖化现象的明显加快和污染日益严重，使各国对汽车、摩托车 等主要能源消耗产品的产量和排放标准进行了严格控制，但即便如此， 仍不能根本解决目前存在的问题。在这样的大背景下，使用人力，或是 电力或是人力、电力相辅助驱动的无排放、无污染的辅助电动自行车、
电动汽车成为未来发展的主流方向。"行"的工具自行车又将重回历 史，从新扮演一个重要的角色，结合现代科技，加上高储能的锂电池及 高效率的辅助动力驱动系统，让自行车又是健身又是实用的个人交通工 具更接近每一个人。
目前电动自行车主要有两大类型。 一种是以电力驱动为主，人骑乘 这类电动车时，无需人力驱动，直接由电力驱动，在电力用完或不足的 情况下，改由人力驱动代替电力驱动。另外一种是电力辅助人力驱动的 辅助动力电动车。该类自行车是以人力骑行为主，电力驱动为辅，人在 骑乘的过程中，通过脚蹬车轮的力量来启动辅助电器驱动装置。该类辅 助动力自行车的原理，是侦测骑乘者的脚踏力量，按使用者选择助力模 式，提供不同的的助力推动方式来轻易达成自行车骑乘者的上坡，快速， 载重等的助力模式，让自行车更能轻易的服务人类对"行"的的需求。
目前，现有的辅助动力自行车感测脚踏力量来启动助力模式的感测 方式主要为以下两种-1、 感测位置位于五通轴心处脚踏力量形成五通轴的弯曲应变量， 脚踏车轮时，利用应变规感测五通轴手里变形的应变量并读取信号后输 入至控制电路中以启动辅助动力装置。
该类方案如国家知识产权局于2008年7月30日公布的、专利申请号 为200710006002.1、名称为"利用中轴支撑件变形的电动车助力传感 器方案"的发明专利申请文件中。该方案公开了一种采用独特的方案设 计的新型助力传感器、特别是一种利用中轴支撑件变形的电动车助力传 感器方案。由五通、中轴、套筒、轴承、牙盘、链条、传感元件等组成。 中轴至少靠链条一侧用轴承支撑在套筒上，套筒紧固在五通上，套筒靠
近链条一侧悬空，套筒上粘贴有应变片作为传感元件，利用链条的拉力 造成套筒变形，由应变片检测出中轴通过牙盘链条传出的力矩。该方案 中，需要在轴承中套设一个套筒，套筒通过轴承支撑，应变片粘贴在套 筒上。这种感测结构不仅复杂，而且安装不方便，长期使用后轴承出现 问题后易于损坏，不便于更换。另外一个缺点则是该类助力传感器无法 通用安装于其他电动车上实现辅助动力功能。感测装置的通用性差。
2、 感测位置位于后轮的轴心处或后轮轮毂马达内的轴心处脚踏力 量传递至链条，链条牵动后轴轴心弯曲产生应力，利用应变规感测读取 应力信号后输入至控制电路中以启动辅助动力装置。
该类方案如国家知识产权局于2005年2月2日公布的、专利申请号为 02820886.2、名称为"具有辅助推进装置的自行车"的发明专利申请文 件中。该方案公开了一种自行车，包括车架、以可以转动的方式通过 轮轴安装与车架上的一个或多个轮子、用于完全或部分的借助于人力通 过传输装置驱动轮子的驱动装置，电源和/或驱动装置的辅助推进形成部 分以尽可能从外部不可视的方式被安装在自行车中或自行车上。在该方 案中，应变线规52设于轮毂电机内部的轮轴51上，利用骑乘者骑乘时， 脚踏力通过链条传递至后轮轴51，使后轮轴51弯曲变形产生应力，应变 线规52采集读取应力信号后传输入信号放大器53进行发大后输入至印刷电路板54实现辅助动力驱动。该方案由于应变线规52设于轮毂电机5的内 部，并位于轮轴51上，结构复杂，应变线规52的安装易十分不便。出现 故障后维修、更换也十分困难。另外，与上面提到的问题一样，该类方 案中感测装置无法安装于其他需要辅助动力驱动的电动车上，通用性差。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种改进的电动 辅助自行车。将应力感测装置安装于车架上，通过采集脚踏力驱动车轮 转动时车架产生相应变形而产生的应力信号，并将该信号进行放大处理 后输入至控制电路，来启动辅助动力驱动。另外，本发明将整个感测装 置设计为与车架可拆卸的结构。不仅安装、更换方便，而且可以应用安
装于其他需要辅助动力驱动的电动车上。
本发明采用的主要技术方案为 一种改进的电动辅助自行车，包括 车架、与车架连接的车轮、驱动车轮转动的轮毂电机、控制轮毂电机工 作的控制器、电源装置、与车轮相配合的人力驱动构件，还包括应力感 测装置，所述应力感测装置包括信号感测部件、接收信号感测部件输出 的信号并进行处理的信号处理电路、将处理后的信号输出至控制器的信 号输出电路，所述信号感测部件与由人力驱动构件驱动车轮转动而导致 车架压縮产生应力的部位相配合。
本发明还采用如下附属技术方案所述车架包括后轮架，所述信号
感测部件与由人力驱动构件驱动车轮转动而导致后轮架压縮产生应力的
部位相配合；
所述信号感测部件与后轮架中间区域的部位相配合；所述信号感测部件为应变规或霍尔器件，所述应变规粘接于由人力 驱动构件驱动车轮转动而导致后轮架压縮产生应力的部位处，或所述霍 尔器件设于由人力驱动构件驱动车轮转动而导致后轮架压縮产生应力的 部位处；
所述应变规或霍尔器件的数量为一个或一个以上；
所述二个应变规之间相互垂直的粘接于由人力驱动构件驱动车轮转 动而导致后轮架压縮产生应力的部位处；
所述应力感测装置还包括套管、保护罩，所述应变规设于所述套管 的内壁上，所述信号处理电路位于所述保护罩内，所述套管套于所述后 轮架上；
所述人力驱动构件包括与车轮配合的传动部件、以及与传动部件配 合动作带动车轮转动的驱动部件，所述传动部件为链条，所述驱动部件 为驱动齿轮，所述驱动齿轮轴心的两侧各连接有用于脚蹬的驱动连杆；
所述车架还包括前轮架，所述车轮包括与前轮架连接的前轮和与后 轮架连接的后轮，所述轮毂电机与所述后轮相配合驱动后轮转动；
所述信号处理电路对接收的信号进行放大处理。
采用本发明带来的有益效果为(1)本发明将应力感测装置中的应 变规粘贴于车架的后轮架上，骑乘者骑行时通过脚踏力带动链条驱动后 轮转动时，后轮架受力产生弯曲变形而产生应力，应变规采集应力信号 后，将该信号进行放大处理后输入至控制电路，由控制电路来启动轮毂 电机转动实现辅助动力驱动。由于应变规直接粘结与后轮架上，安装、 更换均十分方便。(2)本发明将应力感测装置设计为一带有保护罩的套筒结构，应变规设于套筒的内壁上，信号处理电路位于保护罩内，在安 装时只需将应力感测装置套于后轮架上即可，不仅安装、更换十分方便，
而且满足了在其他电动车上安装使用的需求，通用性更广。(3)本发明 应力感测装置内的应变规可以根据需要设置一个或二个或三个或四个。 当设计二个应变规时，可以大大降低应变规因环境中温度的因素而导致 的检测误差，使信号感测更准确，进一步提高辅助电动车的使用效率。 (4)由于后轮架的长度足够，可以完全满足应变规为了提高感测精度而 加长自身长度的需求。
图l为本发明电动辅助自行车的整体结构图；示出后轮架上安装应力 感测装置的结构；
图2为本发明第一实施例中后轮架的俯视结构图；示出后轮架上安装
应力感测装置的结构；
图3为图2的A-A剖视图；示出位于套筒与后轮架连接的结构； 图4为图3的B-B剖视图；示出应变规与后轮架的连接关系； 图5为本发明第二实施例中后轮架的俯视结构图；示出应力感测装置
带有两个应变规的结构；
图6为本发明第二实施例中应力感测装置套在后轮架上的截面剖视
图7为本发明应力感测装置的整体结构图；
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步的详述如图1至图7所示，为本发明提供的一种改进的电动辅助自行车，包
括车架l、与车架l连接的车轮、驱动车轮转动的轮毂电机2、控制轮毂电 机2工作的控制器、电源装置、与车轮相配合的人力驱动构件，还包括应 力感测装置3，应力感测装置3包括信号感测部件4、接收信号感测部件4 输出的信号并进行处理的信号处理电路5、将处理后的信号输出至控制器 的信号输出电路，信号感测部件4与由人力驱动构件驱动车轮转动而导致 车架l压縮产生应力的部位相配合。
如图1至图4所示，为本发明基于上述总体方案提供的第一实施例。 下面结合附图对本实施例的结构做一详细描述。
如图l、图2所示，车架l包括后轮架ll，信号感测部件4与由人力驱 动构件驱动车轮转动而导致后轮架ll压縮产生应力的部位相配合。具体 的安装位置是如图l、图2中所示的，信号感测部件4与后轮架11中间区 域的部位相配合。
如图1所示，车架1还包括前轮架12，车轮包括与前轮架12连接的前 轮9和与后轮架11连接的后轮10，轮毂电机2与后轮10相配合驱动后轮10 转动。人力驱动构件包括与车轮配合的传动部件、以及与传动部件配合 动作带动车轮转动的驱动部件，传动部件为链条6，驱动部件为驱动齿轮 7，驱动齿轮7轴心的两侧各连接有用于脚蹬的驱动连杆8。
在本实施例中，信号感测部件4为应变规。此外，也可采用霍尔器件 或是电阻检测元件。应变规4粘接于由人力驱动构件驱动车轮转动而导致 后轮架ll压縮产生应力的部位处。在本实施例中，应变规4粘接于后轮架 ll的架体上。如果采用霍尔器件，则霍尔器件设于由人力驱动构件驱动车轮转动而导致后轮架ll压縮产生应力的部位处。在实际安装霍尔器件 时，需要在后轮架ll上设置一个可对后轮架ll的变形量进行放大的支架 或套管，霍尔器件设置于该支架或套管上，由此来实现驱动后轮10转动 时应力的检测。
应变规4或霍尔器件的数量为一个或二个或三个或四个。本实施例中 应变规4的数量为一个。
如图2、图3、图7所示，应力感测装置3还包括套管31、保护罩32， 应变规4设于套管31的内壁上，信号处理电路5位于保护罩32内，套管31 套于后轮架ll上。
如图3所示的，套管31为具有弹性卡口311的套管。在安装应力感测 装置3时，将套管31通过卡口311卡入后轮架11的架上即可。如图4所示， 位于套管31内壁上的应变规4通过软制胶片层312与套管31连接，后轮架 11的表面设置一层背胶贴纸314，在背胶贴纸314上在涂敷一层黏着剂 313。套管31在套入后轮架11的架上后，应变规4的表面即与黏着剂313相 粘接，由此完成了整个应力感测装置3在后轮架11上的安装。整个安装过 程方便、快速。拆卸易十分方便。安装好后将信号输出电路5与控制器相 连接，将采集到的应力信号输入至控制器，由控制器控制轮毂电机工作。
在现有助力电动车中，有的助力电动车上的控制器仅有l个。在该类 助力电动车中，本发明所说的控制器即为该单独的一个控制器，而信号 输出电路也相应的为信号处理电路5中设置的与该单独的控制器的信号 接收端连接实现信号传输的电路。在本实施例中，信号输出电路为信号处理电路5中的信号输出端51，它与控制器的信号接收端连接将信号输入 至控制器中。
而有的助力电动车上控制器设计为2个部分， 一个为设于车把手上的
上部控制器，另一个为设于车架下部靠近电源装置附近的下部控制器。 在该类助力电动车中，上部控制器主要完成助力动力的相关参数设置、 显示等功能，下部控制器则主要根据上部控制器输出的控制命令、指令
来相应的控制轮毂电机2的工作。对于该类型的助力电动车而言，本发明 中所说的控制器为直接控制轮毂电机2工作的控制电路部分。信号输出电 路为经由信号处理电路5输入处理后的信号，并将该信号输出至上部控制 器中再经由上部控制器进行相关控制、处理并输出指令信号、控制信号 至下部控制电路中的控制器来控制轮毂电机2工作的整个过程所组成的
由于控制器部分属于现有电动车成熟技术，并且也不是本发明的改 进点所在，故这里不再对控制器内部的电路结构、连接关系进行赘述。
本发明的应力感测装置3安装好后。人在骑行时，脚踏驱动连杆8带 动驱动齿轮7转动，驱动齿轮7通过与其相啮合的链条6驱动后轮10转动。 在这个过程中链条6拉动与其啮合的后轮10产生的拉力会使后轮架11受 力变形继而产生应力，应力感测装置3中的应变规4安装于后轮架11上的 位置即可检测到该应力信号，并将信号输入给信号处理电路5。信号处理 电路5对接收到的信号进行放大处理后输出给信号输出电路，再由信号输 出电路将处理后的信号输入给控制器，由控制器来控制轮毂电机2转动。至此，整个过程即完成，实现电力辅助人力骑行。当人停止脚踏时，应 力消失，电力辅助也相应停止。
如图5、图6所示，为本发明提供的第二实施例中在该实施例中其 他部分与第一实施例均相同。不同之处在于应力感测装置3设置了两个应
变规4。 二个应变规4之间相互垂直的粘接于由人力驱动构件驱动车轮转
动而导致后轮架ll压縮产生应力的部位处。这样设置的目的可以很好的
避免应变规4受周围环境温度影响而产生误检测，使应力感测更准确。确 保电动自行车助力推动的效率。该方案是参照现有应变规4进行信号检测 的方案改进的。在现有应变规4的信号检测技术中，惠斯通电桥中4个电 阻器件中的一个由应变规4代替， 一旦应变规4的阻值发生变化即产生信 号。如果使用两个应变规4代替惠斯通电桥中的2个电阻时，当环境温度 变化使2个应变规4同时变化时，它们之间会相互抵消，因而避免了环境
温度带来的影响。
除此以外，应变规4也可设置3个或4个或多个。使检测信号的精度更 高。同样，如果采用霍尔器件或是电阻检测元件，其数量也可根据需要 增加。
权利要求
1、一种改进的电动辅助自行车，包括车架(1)、与车架(1)连接的车轮、驱动车轮转动的轮毂电机(2)、控制轮毂电机(2)工作的控制器、电源装置、与车轮相配合的人力驱动构件，其特征在于还包括应力感测装置(3)，所述应力感测装置(3)包括信号感测部件(4)、接收信号感测部件(4)输出的信号并进行处理的信号处理电路(5)、将处理后的信号输出至控制器的信号输出电路，所述信号感测部件(4)与由人力驱动构件驱动车轮转动而导致车架(1)压缩产生应力的部位相配合。
2、 根据权利要求l所述的电动辅助自行车，其特征在于所述车架 (1)包括后轮架(11)，所述信号感测部件(4)与由人力驱动构件驱动车轮转动而导致后轮架(11)压縮产生应力的部位相配合。
3、 根据权利要求2所述的电动辅助自行车，其特征在于所述信号 感测部件(4)与后轮架(11)中间区域的部位相配合。
4、 根据权利要求2所述的电动辅助自行车，其特征在于所述信号 感测部件(4)为应变规或霍尔器件，所述应变规(4)粘接于由人力驱 动构件驱动车轮转动而导致后轮架(11)压縮产生应力的部位处，或所 述霍尔器件设于由人力驱动构件驱动车轮转动而导致后轮架(11)压縮 产生应力的部位处。
5、 根据权利要求4所述的电动辅助自行车，其特征在于所述应变 规或霍尔器件的数量为一个或一个以上。
6、 根据权利要求5所述的电动辅助自行车，其特征在于所述二个应变规之间相互垂直的粘接于由人力驱动构件驱动车轮转动而导致后轮 架(11)压縮产生应力的部位处。
7、 根据权利要求4或5或6所述的电动辅助自行车，其特征在于所 述应力感测装置(3)还包括套管(31)、保护罩(32)，所述应变规(4) 设于所述套管(31)的内壁上，所述信号处理电路(5)位于所述保护罩(32)内，所述套管(31)套于所述后轮架(11)上。
8、 根据权利要求7所述的电动辅助自行车，其特征在于所述人力 驱动构件包括与车轮配合的传动部件、以及与传动部件配合动作带动车轮转动的驱动部件，所述传动部件为链条(6)，所述驱动部件为驱动齿 轮(7)，所述驱动齿轮(7)轴心的两侧各连接有用于脚蹬的驱动连杆 (8)。
9、 根据权利要求l所述的电动辅助自行车，其特征在于所述车架 (1)还包括前轮架(12),所述车轮包括与前轮架(12)连接的前轮(9)和与后轮架(11)连接的后轮(10)，所述轮毂电机(2)与所述后轮(10) 相配合驱动后轮(10)转动。
10、 根据权利要求l所述的电动辅助自行车，其特征在于所述信号 处理电路(5)对接收的信号进行放大处理。
全文摘要
本发明涉及一种改进的电动辅助自行车，包括车架、车轮、轮毂电机、控制器、电源装置、与车轮相配合的人力驱动构件，还包括应力感测装置，应力感测装置包括信号感测部件、信号处理电路、信号输出电路，信号感测部件与由人力驱动构件驱动车轮转动而导致车架压缩产生应力的部位相配合。本发明提供的一种改进的电动辅助自行车，将应力感测装置安装于车架上，通过采集脚踏力驱动车轮转动时车架产生相应变形而产生的应力信号，并将该信号进行放大处理后输入至控制电路，来启动辅助动力驱动。另外，本发明将整个感测装置设计为与车架可拆卸的结构。不仅安装、更换方便，而且可以应用安装于其他需要辅助动力驱动的电动车上，通用性好。
文档编号B62M9/00GK101683882SQ20081016882
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者许源芳 申请人:美尔顿车业(东莞)有限公司