一种电助力自行车及其助力控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种电助力自行车及其助力控制系统，属于运行器械领域。

背景技术：

目前，电助力自行车的定义是：带有辅助动力电机的自行车，该电机由电池限能并供电。在任何运行情况下，辅助电机均需要持续的输送它的推动力。这是最常见的电助力骑行方案，但这种模式下，电机成了主驱动力来源，人力成为辅助驱动力，骑行者可以经常甚至可以始终不付出体力，不利于身体健康。另外，这种骑行运行方式还存在如下缺陷：

1，现有的助力功率分档控制的传统电动自行车，每个档位下电机输出功率是恒定的；

2，在上坡、顶风、长途骑行时有可能使人的体力付出过大，也会使人的体力付出需要一会儿大一会儿小；

3，助力功率无级控制的传统电动自行车，需要骑行者扭动把手调节电机输出功率，只有在操作得当的情况下才有可能使人的体力付出趋于平顺，这又没了分档控制的省心和便利；

4，传统电动自行车缺乏与传统自行车看齐的意识，车体轻量化不到位，车体设计与人体工程学基本原理相悖的地方较多(如低矮、笨重、脚踏杆短、电机磁阻力大等等)，致使人力骑行时很难受、很费力，几乎没有人愿意单靠人力骑行，目前电动自行车只占极小的市场份额、普及程度很低，“电动车”成了市场主流车型，原因正在于此；

5，电驱动骑行中，人的双腿和双脚长时间处于静态，长时间或在低温天气下骑行，双腿双脚会发冷发麻，不仅不利于骑行者的健康，还存在巨大的安全隐患，现在很多骑电动车的人已经出现‘老寒腿’症状了，对体重、心脑血管等的不利影响也将是长期而广泛的。在电动自行车和电动车极为普及的中国，这种状况有可能整体拉低国民健康水平。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种自行车助力控制系统，降低现有技术中辅助电机对骑行运行的不利影响。另外，本实用新型还提供了一种使用该助力控制系统的电助力自行车。

为解决上述技术问题，本实用新型中自行车助力控制系统的技术方案如下：

自行车助力控制系统，包括用于驱动自行车的车轮的辅助电机，辅助电机上控制电连接有用于控制启停的控制器，控制器上控制电连接有用于控制控制器开关的骑行动作传感器，骑行动作传感器为用于在脚踏带动主动链轮转动时触发的触发开关；控制器上还控制电连接有用于通过控制器控制辅助电机的输出频率的助力档位选择器、用于向控制器发送车速信号的车速传感器、用于向控制器发送刹车信号的刹车传感器。

档位助力档位选择器具有两个以上的档位及在各档位之间切换的档位开关。

本实用新型中电助力自行车的技术方案如下：

电助力自行车，包括车体及其上设置的脚踏、主动链轮、车把，车体上还设置有助力控制系统，助力控制系统包括用于驱动自行车的车轮的辅助电机，辅助电机上控制电连接有用于控制启停的控制器，控制器上控制电连接有用于控制控制器开关的骑行动作传感器，骑行动作传感器为用于在脚踏带动主动链轮转动时触发的触发开关，骑行动力传感器控制连接在主动链轮上；控制器上还控制电连接有用于通过控制器控制辅助电机的输出频率的助力档位选择器、用于向控制器发送车速信号的车速传感器、用于向控制器发送刹车信号的刹车传感器。

档位助力档位选择器具有两个以上的档位及在各档位之间切换的档位开关。

助力档位选择器处于右侧的车把上。

本实用新型中辅助电机在控制器的控制下启停，并增设了骑行动作控制器，该骑行动作控制器可控制控制器的开关，即在出现骑行动作时，在骑行动作控制器触发后，控制器打开，控制器控制辅助电机启动，实现骑行辅助；在骑行动作停止时，骑行动作控制器控制控制器关闭，对应的控制器控制辅助电机停机，以实现在无骑行动作的情况下，辅助电机不会驱动自行车行走，以避免自行车自行行走而对骑行锻炼带来的不利影响，因而该自行车助力控制系统具有便于骑行运行的优点。另外，脚踏带动主动链轮转动时触发骑行动作传感器，控制器接收到骑行动作信号后启动辅助电机提供助力；骑行动作信号中断或者接收到刹车动作信号时，控制器控制辅助电机停机。在助力档位选择器选择的助力功率区间内，控制器根据接收到的车速数据，动态调节辅助电机输出功率大小。实现的效果是：电机助力与人力骑行随动，有骑行动作时辅助电机才启动，车速快助力大，车速慢助力小。一方面避免纯电力驱动对骑行者健康的不利影响，另一方面有效增加骑行的乐趣和便利，进而可以打造一种“健康、便利、环保”且能被市场认可的通勤车。

附图说明

图1是本实用新型中电助力自行车的助力控制系统的连接框图；

图2是本实用新型中电助力自行车的工作原理流程示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型中电助力自行车的实施例：如图1和图2所示，该电助力自行车包括车体及其上设置的脚踏、主动链轮、主动车轮、车把、助力控制系统，助力控制系统包括与主动车轮传动连接而用于驱动自行车的车轮的辅助电机，辅助电机上控制电连接有用于控制启停的控制器，控制器上控制电连接有用于控制控制器开关的骑行动作传感器，骑行动作传感器为用于在脚踏带动主动链轮转动时触发的触发开关，骑行动力传感器控制连接在主动链轮上。

控制器上还控制电连接有助力档位选择器、车速传感器、刹车传感器。助力档位选择器用于通过控制器控制辅助电机的输出频率，助力档位选择器处于右侧的车把上，档位助力档位选择器具有两个以上的档位及在各档位之间切换的档位开关。车速传感器用于向控制器发送车速信号。刹车传感器用于向控制器发送刹车信号的刹车传感器。

本实施例中骑行动作传感器安装于脚踏主动齿轮上，用于感应人力骑行的动作，主动链轮每转动一圈，通过导线向控制器发送一个特定信号，该骑行动作传感器可在已广泛应用的车速传感器的基础上稍加改造即成。助力档位选择器可按照既有的习惯安装在的右车把上，设“微助力”、“中助力”、“高助力”三个档位，分别向控制器发送三种指令信号，对应着控制器中的“助力功率参数系列1”、“助力功率参数系列2”、“助力功率参数系列3”。车速传感器采用已广泛应用的车速传感器，向控制器发送车速信号。刹车传感器前后轮刹车装置上均设置感应器，向控制器提供刹车动作信号。辅助电机采用传统的直流有磁阻电机。若采用三项异步电机(变频电机)或者无磁阻电机，做相应的简化调整即可。

本实施例中助力控制系统的工作原理是：

设置一：没有接收到骑行动作信号，不启动辅助电机。在接收到骑行动作信号后，无论有无车速信号，即向辅助电机供电，供电量(电流、电压)以消除辅助电机磁阻为限。

设置二：测定、设置助力功率参数系列

测定辅助电机“基准功率”。车身用材、构造全部确定后，在完全由辅助电机驱动、标准体重人操作、水平路面上、无风的条件下，测量不同行驶速度对应的辅助电机输出功率。在1km/h至最高限速区间内测定，步幅(step)以不高于1km/h为宜。示例：最高限速25km/h、步幅1km/h，测定的数据如表一：

表一：与车速对应的基准输出功率

依据测定的数据，设置三种供执行的与车速对应的助力功率参数系列，存储(固化)到控制器中。其中，助力功率参数系列1对应“微助力”档位，提供基准功率20％的助力功率；助力功率参数系列2对应“中助力”档位，提供基准功率50％的助力功率；助力功率参数系列3对应“高助力”档位，提供基准功率80％的助力功率。助力功率参数系列示例见表二、表三、表四：

表二：与车速对应的助力功率参数系列1

表三：与车速对应的助力功率参数系列2

表四：与车速对应的助力功率参数系列3

设置三：通过理论计算和实际测定，设置不同的助力功率所需要的输入电流和电压参数，存入控制器。

设置四：在3秒内连续接收到两次骑行动作信号时，依次接收档位信号选择助力功率参数系列，接收车速信号选择助力功率，调控输入功率，使辅助电机输出特定功率的助力。

设置五：骑行动作信号中断3秒，或者接收到刹车动作信号，停止向辅助电机输入功率，使辅助电机停止助力，但保持向辅助电机供电以消除磁阻。此项设置的意图有三：延时3秒是要避免骑行者不流畅的骑行动作导致辅助电机频繁启停；辅助电机通电消磁阻是为了适应骑行者滑行前进或者滑行减速；整体可使“电助自行车”更接近于普通自行车的骑行特点。如避免辅助电机频繁启停可防止骑行的顿挫感；骑行动作信号中断或者有刹车动作信号而辅助电机不断电，可防止辅助电机突然产生磁阻力导致非骑行者主导的猛然减速，避免骑行者不适感。

设置六：车速信号中断3秒，切断辅助电机电源。

该助力控制系统具有如下优点：

1.可采用该助力系统改造普通自行车

需要对“电助自行车”进行轻量化改造，原有的生产山地自行车、旅行自行车、生活用自行车的厂家已经具有了这方面的优势。在助力控制系统的整体设想下，将原有的自行车进行加固处理后打造“电助自行车”，车体技术的基础可能更强，并且可以很快形成“电助自行车”的不同车体的系列。但其机电技术可能会产生制约。

2.用助力控制系统技术改造电动自行车

原有生产电动自行车的厂家在机电技术和车体技术两个方面可能都有较雄厚的基础，应用助力控制系统技术和对车体进行进一步改造会更高效。特别是对原有电动自行车产品已经形成系列的厂家，助力控制系统技术在开发新的“电助自行车”产品和开拓新的市场方面最为适用。

3.用助力控制系统技术改造电动车

电动车不可能退出市场，但“电助自行车”会对电动车市场产生巨大的冲击。原有单纯生产电动车的厂家最迫切需要开发“电助自行车”产品。这类厂家最大优势在于机电技术，其具体应用助力控制系统技术有较强优势，但其车体研发和制造技术则是开发“电助自行车”系列产品最大的制约因素。这类厂家能不能有效应用助力控制系统技术，要看其经营战略和低起点研发车体的决心了。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明助力控制系统的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对助力控制系统进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离助力控制系统各实施例技术方案的精神和范围。