一种依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置以及方法与流程

本发明涉及一种助力自行车的辅助助力骑行部件，具体涉及一种依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置以及方法。

背景技术：

现有的电动自行车踏力传感器通常有三种类型：一种为中轴式，一种为轮盘式，一种为后勾爪式。这三种结构都无法自带电机控制驱动电路。因为自行车中轴、理论盘和后勾爪的规格款式必须依据自行车的安装要求生产制造，受此限制，电机控制驱动电路智能作为分离器件独立与力矩传感器之外，故此，现有的可用装置均为2-3个独立部件组成，踏力获取机构安装在中轴、轮盘或勾爪上，电机控制驱动电路通过导线连接到外部另寻安装位置。这样造成成本大幅增加；整车装配工艺繁琐复杂；自行车整车外观不能做到简洁精致；各项技术指标和产品的可靠性也不容易达到高要求。

如果将踏力获取装置与电机控制驱动电路集成为一个部件，同时能够符合自行车标准安装尺寸，即可完美解决上述问题。但是，由于受到自行车安装空间的制约，需要寻找更加简洁精确的踩踏力矩获取和测控方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置以及方法，以解决现有技术中的问题。

本发明的第一方面提供一种依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置，其特征在于：所述依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置包括：踩踏力矩获取结构以及后盖式测控器，其中，所述踩踏力矩获取结构包括：

主动盘，所述主动盘的内侧设置有多个第一容置槽，且所述主动盘固定连接有第一齿形编码盘，所述主动盘的转动可以带动所述第一齿形编码盘转动；

从动盘，所述主动盘与所述从动盘同心同轴安装，所述从动盘的外侧设置有多个第二容置槽，所述从动盘的内侧固定设置有第二齿形编码盘，所述从动盘的转动可以带动所述第二齿形编码盘转动；

所述第一容置槽和所述第二容置槽相对设置且数量相等，所述第一容置槽和所述第二容置槽之间形成多个第一空腔；

多个弹簧，所述弹簧设置于所述第一空腔内；

所述后盖式测控器与所述主动盘和所述从动盘同心同轴相对安装。

优选地，所述后盖式测控器设置有环形的凹槽，所述后盖式测控器的环形凹槽与所述从动盘之间形成环形的第二空腔；

所述第二空腔内设置有环形的电路板，所述环形的电路板上径向焊接有第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一齿形编码盘设置于所述第一光电传感器对射槽之间，所述第二齿形编码盘设置于所述第二光电传感器的对射槽之间；

所述环形的电路板上还设置有电机驱动电路，同时还设置有连接电机的防水接线插头和连接电池的防水接线插头。

优选地，所述第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘均呈环状，所述第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘上均设置有多于20个以上的检测点，所述检测点的数量相同并均匀分布于环状的第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘上。

优选地，所述主动盘连接自行车曲柄、从动盘连接自行车轮盘，当主动盘、从动盘同步转动时，后盖式测控器并不转动。

本发明的第二方面提供一种依据人的踩踏力矩调控电机功率的方法，其特征在于，所述依据人的踩踏力矩调控电机功率的方法包括：

步骤1，在所述主动盘未受力状态下转动时，分别测量所述第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘的角速度，得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度至分别为q1和q2，并得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度比f0＝q1/q2；

步骤2，在所述主动盘未受力状态下转动时，所述第一空腔内的弹簧不产生形变，所述第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度相等，即q1＝q2，f0＝q1/q2＝1，规定此时电机输出功率p＝0；

步骤3，在所述主动盘受力状态下转动时，分别测量所述第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘的角速度，得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度至分别为q1和q3，并得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度比fn＝q1/q3；

步骤4，在所述主动盘受力状态下转动时，所述主动盘受力，所述第一空腔内的弹簧产生形变，同时推动所述从动盘转动，此时，所述第一齿形编码盘的角速度大于所述第二齿形编码盘的角速度，即q1﹥q3，fn＝q1/q3﹥1，规定此时电机输出功率p＝mfn，其中m为预设的比例系数。

本发明中，踩踏力矩获取结构以及后盖式测控器构成一个整体，结构非常简单紧凑，主动盘能够与标准的自行车曲柄脚踏连接，从动盘能够与标准的自行车轮盘链条连接。整个装置能够方便的安装在标准的自行车中轴上，使得助力自行车简洁美观。

附图说明

图1是本发明的依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置的结构示意图；

图2是本发明的踩踏力矩获取结构的结构示意图；

图3是本发明的主动盘的内侧结构示意图；

图4是本发明的第一编码盘的两侧的结构示意图；

图5是本发明的从动盘的外侧结构示意图；

图6是本发明的从动盘的内侧结构示意图；

图7是本发明的后盖式测控器的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述。

本发明的第一方面提供一种依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置，所述依据人的踩踏力矩调控电机功率的装置包括：踩踏力矩获取结构以及后盖式测控器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图1和图2所示，所述踩踏力矩获取结构包括：主动盘11、从动盘12以及多个弹簧13。

进一步地，如图3所示，所述主动盘11的内侧设置有多个第一容置槽111，且所述主动盘11固定连接有第一齿形编码盘16，所述主动盘11的转动可以带动所述第一齿形编码盘16转动。

进一步地，如图3和图4所示，所述主动盘11上设置有多个第一安装孔112，所述第一编码盘16设置有与所述第一安装孔112相对应的第二安装孔161，所述主动盘11与所述第一编码盘16通过所述第一安装孔112和第二安装孔161固定连接。

进一步地，如图5、图6和图7所示，所述从动盘12的外侧设置有多个第二容置槽121，所述从动盘12的内侧固定设置有第二编码盘17，所述第一容置槽111和所述第二容置槽121相对设置且数量相等，所述第一容置槽111和所述第二容置槽121之间形成多个第一空腔18。

进一步地，所述弹簧13设置于所述第一空腔18内。

进一步地，所述主动盘11与自行车曲柄14连接，所述从动盘12与标准的自行车轮盘15连接。

所述主动盘11、从动盘12以及弹簧13组成踩踏力矩获取结构1，外界踩踏力作用于与所述主动盘11连接的自行车曲柄14上，所述主动盘11与所述自行车曲柄14固定连接，作用于所述自行车曲柄14上的踩踏力传递给所述主动盘11，所述主动盘11和所述从动盘12同心同轴安装，所述主动盘11通过设置于所述主动盘11和所述从动盘12之间的弹簧13推动所述从动盘12转动，所述主动盘11上固定设置有第一齿形编码盘16，所述主动盘11的转动，带动所述第一齿形编码盘16跟随所述主动盘11一起转动，所述从动盘12的转动也会带动设置于所述从动盘12上的第二齿形编码盘17一起转动。

当踩踏力作用于所述主动盘11时，所述主动盘11在所述踩踏力的驱动下旋转，与所述主动盘11固定连接的第一齿形编码盘16跟着所述主动盘11一起旋转，此时所述主动盘11和所述第一齿形编码盘16会产生一个角速度；同时，设置于所述第一空腔18内的弹簧13受到所述主动盘11的推动，产生形变，从而推动所述从动盘12跟随所述主动盘11一起旋转，此时，所述从动盘12和所述第二齿形编码盘17也会产生一个角速度。

所述踩踏力矩获取结构将作用于所述自行车曲柄14上的踩踏力转换成所述第一齿形编码盘16和所述第二齿形编码盘17的两个不同的角速度。

进一步地，如图1和图7所示，所述后盖式测控器2设置有环形的凹槽21，所述后盖式测控器2的环形凹槽21与所述从动盘12之间形成环形的第二空腔19。

所述第二空腔19内设置有环形的电路板10，所述环形的电路板10上径向焊接有第一光电传感器101和第二光电传感器102，所述第一齿形编码16盘设置于所述第一光电传感器101对射槽之间，所述第二齿形编码盘17设置于所述第二光电传感器102的对射槽之间。

进一步地，所述后盖式测控器2与所述主动盘11和所述从动盘12同心同轴相对安装，以保证所述第一齿形编码16盘设置于所述第一光电传感器101对射槽之间，所述第二齿形编码盘17设置于所述第二光电传感器102的对射槽之间。当主动盘11、从动盘12同步转动时，后盖式测控器2并不转动，故此，可分别读取所述两个角速度的值。

所述环形的电路板10上还设置有电机驱动电路以及主控电路，所述第一光电传感器101、所述第二光电传感器102和所述电机驱动电路分别与所述主控电路形成电连接。所述环形电路板10上同时还设置有连接电机防水接线插头104和连接电池防水接线插头105，所述电机驱动电路103通过所述连接电机防水接线插头104连接电机，所述电机连接有霍尔车速传感器，所述霍尔车速传感器与所述主控电路连接，用于检测车速。所述后盖式测控器2通过所述连接电池防水接线插头105连接车载电池包，所述车载电池包用于为所述电机供电。

所述霍尔车速传感器用于检测车速，并将检测到的车速值传输给所述主控电路，所述主控电路根据接收到的车速值，优化所述电机的工作性能。

进一步地，所述第一齿形编码盘16和所述第二齿形编码盘17均呈环状，所述第一齿形编码盘16和所述第二齿形编码盘17上均设置有多于20个以上的检测点，所述检测点的数量相同并均匀分布于环状的第一齿形编码盘16和所述第二齿形编码盘17上。

所述主动盘在未受力的状态下转动时，所述第一空腔内的弹簧不产生形变，所述从动盘随同转动，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器分别读取第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度数据，并规定此状态下电机的输出功率为0。

所述主动盘在受力的状态下转动时，带动所述第一齿形编码盘转动；第一空腔内的弹簧受力产生形变，并同时推动所述从动盘转动，所述从动盘的转动带动设置于所述从动盘上的第二齿形编码盘转动，致使设置于所述从动盘上的第二齿形编码盘的角速度发生变化。根据角速度变化值的大小，对应计算出踩踏力的大小，并以踩踏力的大小为参数，按比例控制电机输出功率的大小。

本发明中，踩踏力矩获取结构以及后盖式测控器构成一个整体，结构非常简单紧凑，主动盘能够与标准的自行车曲柄脚踏连接，从动盘能够与标准的自行车轮盘链条连接。整个装置能够方便的安装在标准的自行侧中轴上，是的助力自行车简洁美观。

本发明的第二方面提供一种依据人的踩踏力矩调控电机功率的方法，包括：

步骤1，所述主动盘在未受力状态下转动时，分别测量所述第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘的角速度，得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度至分别为q1和q2，并得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度比f0＝q1/q2；

步骤2，所述主动盘在未受力状态下转动时，所述第一空腔内的弹簧不产生形变，所述第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度相等，即q1＝q2，f0＝q1/q2＝1，规定此时电机输出功率的大小p＝0；

步骤3，所述主动盘在受力状态下转动时，分别测量所述第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘的角速度，得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度至分别为q1和q3，并得到第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度比fn＝q1/q3；

步骤4，所述主动盘在受力状态下转动时，所述主动盘受力，所述第一空腔内的弹簧产生形变，同时推动所述从动盘转动，此时，所述第一齿形编码盘的角速度大于所述第二齿形编码盘的角速度，即q1﹥q3，fn＝q1/q3﹥1，规定此时电机输出功率的大小p＝mfn，其中m为预设的比例系数。

当所述主动盘受力越大时，所述第一齿形编码盘与所述第二齿形编码盘的角速度差值越大，第一齿形编码盘和第二齿形编码盘的角速度比fn＝q1/q3越大，对应的电机输出功率越大。

在本发明的一个实施例中，预设比例系数为1/2。

在本实施例中，所述主动盘在受力状态下转动时，所述主动盘受力，所述第一空腔内的弹簧产生形变，同时推动所述从动盘转动，此时，所述第一齿形编码盘的角速度大于所述第二齿形编码盘的角速度，即q1﹥q3，fn＝q1/q3﹥1，且作用于所述主动盘上的作用力越大，所述第一齿形编码盘与所述第二齿形编码盘的角速度差越大，即fn＝q1/q3越大，电机的输出功率越大p＝mfn。电机作用于自行车，减轻人力施加于所述主动盘上的作用力，此时的fn，减小，所述电机的输出功率减小。这是一个循环的工作过程，所述第一齿形编码盘和所述第二齿形编码盘上设置有多个检测点，不间断的检测作用于所述主动盘上的作用力的大小，并根据次作用力的大小，改变电机的输出功率的大小。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。