一种助力自行车的扭矩与坡度感应系统的制作方法

本发明涉及智能助力自行车技术领域，尤其是一种助力自行车的扭矩与坡度感应系统。

背景技术：

在给自行车增加电动助力系统后，骑行者可以骑行的更轻松和省力。电动助力系统可以感知骑行者的踩踏力度和骑行意图，这个助力系统主要是通过扭矩测量方式（TMM）来实现对骑行者骑行力度大小的实时监测进而来调节动力输出大小来实现骑行助力的目的的。

目前市场上存在两种主流的扭矩监测方式。一种是后轴钩爪传感器方式，另外一种是扭矩传感器方式。后轴钩爪传感器方式的主要缺点是力矩测量不精准且有时间延迟，这种方式将传感器内置于后下叉和后上叉连接处的金属构件内，这个位置处于后轴支撑的关键部位，受力大且复杂，对精度和寿命都有不良影响；另外踩踏力度从脚踏传递到后叉，路径比较长，弹性刚体的存在导致后轴钩爪传感器在响应时间和准确度方面都存在劣势。

另外一种扭矩传感器方式是把传感器植入曲柄或者中轴，通过测量金属表面细微的变形来感知当前踩踏力度的大小，这种方式响应快，精度高，但是成本过高，导致该方式无法大范围普及。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高精度低成本的力矩感应方式，这种方式不仅可以以较高精度快速监测骑行者的踩踏力矩，还可以同时感应自行车的骑行坡度进而根据坡度的大小来进一步调节动力输出的大小，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种助力自行车的扭矩与坡度感应系统，包括吊杆式五通、车架、转轴和压力传感器，所述吊杆式五通与车架通过转轴铰接并在重力作用下垂直向下，在吊杆式五通和车架对应处分别设有铰接孔，所述铰接孔内设有转轴，所述吊杆式五通和车架通过转轴铰链连接，吊杆式五通设有曲柄和牙盘，牙盘通过链条与助力电机连接，牙盘通过曲柄带动，所述车架上固定有压力传感器和动力模块，压力传感器通过传感线缆电性连接于动力模块，所述动力模块通过动力传输线缆电性连接于助力电机。

作为本发明进一步的方案：所述压力传感器通过传感线缆与动力模块连接并传递压力信息，动力模块通过动力传输线缆与助力电机连接并根据接受到的压力信息调整对于助力电机的动力供应。

作为本发明进一步的方案：所述吊杆式五通在对应于压力传感器的位置设置了传感器挡块，挡块在吊杆式五通产生微小旋转时会压紧压力传感器。

与现有技术相比，本发明有益效果：

本助力自行车的扭矩与坡度感应系统当骑行者踩踏时，曲柄带动牙盘通过链条驱动后轮，链条产生的张紧力向后拉动吊杆式五通并对传感器产生压力，压力传感器通过传感线缆连接动力模块，动力模块通过传感线缆收集到压力信号后调整输出动力并通过动力传送电缆提供动力给助力电机，达到辅助骑行者骑行减轻骑行负担的作用；踩踏力响应路径短，系统反馈时间短，监测精度高；系统结构简单，可靠，成本低；系统可同时实现对于坡度的自动响应。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的安装了压力传感器的车架局部结构示意图；

图3为本发明的吊杆式五通的结构示意图；

图4为本发明的传感器挡块结构示意图；

图5为本发明的安装了曲柄和牙盘的五通结构在车架上的形态示意图；

图6为本发明的坡度情况下踩踏力的分解情况示意图；

图7为本发明的系统在整车中的存在形态。

图中：1-吊杆式五通、101- 铰接孔、2-车架、3-转轴、4-压力传感器、41-传感器挡块、5-传感线缆、6-动力模块、7-动力传输线缆、8-助力电机、9-曲柄、10-牙盘、11-链条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明实施例中，一种助力自行车的扭矩与坡度感应系统， 包括吊杆式五通1、车架2、转轴3和压力传感器4，所述吊杆式五通1与车架2通过转轴3铰接并在重力作用下垂直向下，在吊杆式五通1上开设有铰接孔101，转轴3通过铰接孔101与吊杆式五通1连接，并铰接在车架2上;在车架2上固定有压力传感器4以及在在吊杆式五通1上设置牙盘10，吊杆式五通1在对应于压力传感器4的位置设置了传感器挡块41，传感器挡块41在吊杆式五通产生微小旋转时会压紧压力传感器；在车架2后端上设置助力电机8，牙盘10通过链条11与助力电机8连接，进而实现对于后轮的驱动，所述车架2上设置有动力模块6，车架2内腔贯穿传感线缆5并电性连接于压力传感器4上，所述动力模块6通过动力传输线缆7电性连接于助力电机8；压力传感器4通过传感线缆5与动力模块6连接并传递压力信息，动力模块6通过动力传输线缆7与助力电机8连接并根据接受到的压力信息调整对于助力电机8的动力供应。

吊杆式五通1在链条11的张紧力的作用下会形成相对于转轴3的旋转进而对压力传感器4产生压力，吊杆式五通1可以相对于车架2在一定范围内产生微小转动，在车架2上固定有压力传感器4，在吊杆式五通底部设有凸台结构抵在压力传感器4上。当骑行者踩踏自行车时，曲柄9带动牙盘10对链条11产生链条张力，链条张力拉动吊杆式五通1旋转并产生对于压力传感器4的压力，踩踏力越大，压力传感器受到的压力越大；当自行车处于上坡状态时，吊杆式五通1在骑行者踩踏力的作用下形成对于压力传感器4的分力，坡度越大，分力越大。

综上所述：当骑行者踩踏时，曲柄9带动牙盘10通过链条11驱动后轮，链条11产生的张紧力向后拉动吊杆式五通1并对传感器4产生压力，压力传感器4通过传感线缆5连接动力模块6，动力模块6通过传感线缆5收集到压力信号后调整输出动力并通过动力传送电缆7提供动力给助力电机8，达到辅助骑行者骑行减轻骑行负担的作用。另外当自行车处于上坡状态时，骑行者向下的踩踏力会产生额外的作用于传感器4的分力参考图6，因此在踩踏力不变的情况下使传感器4所承受的压力变大，进而可以通过动力模块6进一步调整对于助力电机的动力输出，达到自行车对于坡度产生响应的目的。

在本例具体实施方式中，助力电机安装在后轮上，当助力电机安装在前轮或者其它位置时本发明方案仍具有相同效果。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。