助力自行车、受力补偿装置及受力补偿方法与流程

本发明涉及代步工具的技术领域，特别是涉及一种助力自行车、受力补偿装置及受力补偿方法。

背景技术

目前随着低碳、环保出行的号召，助力自行车的发展越来越快。助力自行车将驱动组件通过链条与车轮实现转动连接。当助力自行车两侧的踏板向驱动组件提供动力时，由于与驱动组件同侧的踏板距离链条较近，且与驱动组件同侧的踏板施加在中轴杆上的作用力方向与链条传动方向不一致。从而导致驱动组件同侧的踏板相较于驱动组件对侧的踏板需要克服更大的阻力。而助力自行车的受力传感器并不能有效地处理阻力带来的误差影响，导致其中一侧的踏板需要施加更大的作用力，从而使得助力自行车在骑行时受力不平衡，影响了助力自行车的骑行。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种助力自行车、受力补偿装置及受力补偿方法，能够采集助力自行车在骑行过程中产生的受力误差信息。

其技术方案如下：

一种受力补偿装置，包括：磁感环与中轴杆，所述中轴杆用于与助力自行车的踏板连接，所述磁感环设置在所述中轴杆上，且所述磁感环上还设有用于的凸起件；套体与感应器件，所述感应器件设置在所述套体上，所述套体套设在所述磁感环的外部，所述感应器件与所述凸起件间隔设置，且所述中轴杆与所述套体转动配合；信息处理器，所述感应器件与所述信息处理器电性连接，所述信息处理器用于采集施加在中轴杆上的受力值以及采集磁感环的磁场强度。

下面进一步对技术方案进行说明：

所述磁感环通过充磁形成第一磁感环与第二磁感环，所述第一磁感环与所述第二磁感环的极性相反，且所述第一磁感环套设在所述第二磁感环上。

所述磁感环通过充磁形成多个第一磁块与多个第二磁块，所述第一磁块与所述第二磁块的极性相反，且所述第一磁块与所述第二磁块交替设置。

受力补偿装置还包括第一线路控制板与第二线路控制板，所述信息处理器包括受力信息处理器与角度信息处理器，所述第一线路控制板与所述受力信息处理器均设置在所述中轴杆上，所述角度信息处理器与所述第二线路控制板设置在所述套体上。

第一限位部与第二限位部，所述第一限位部装设在所述套体的一端，所述第二限位部装设在所述套体的另一端，所述第一限位部上开设有用于中轴杆其中一端穿过的第一开口，所述第二限位部上开设有用于中轴杆另一端穿过的第二开口。

受力补偿装置还包括第一缓冲环与第二缓冲环，所述第一缓冲环装设在所述第一限位部上，所述第二缓冲环装设在所述第二限位部上，所述第一缓冲环与所述第二缓冲环均用于与所述中轴杆抵触配合。

一种助力自行车，包括上述受力补偿装置、第一踏板、第二踏板、连通管及驱动电机，所述受力补偿装置套设在所述连通管内部，所述驱动电机与所述受力补偿装置相连，且所述驱动电机与车轮相连，所述第一踏板与所述中轴杆的其中一端相连，所述第二踏板与所述中轴杆的另一端相连。

助力自行车还包括连接件，所述连接件的内部开设有通道，所述信号处理器的信号线能够穿过所述通道与驱动电机电性连接，所述连接件用于连接所述连通管与所述套体，所述连通管上开设有用于所述连接件穿过的第一开孔，所述套体上开设有用于所述连接件穿过的第二开孔。

助力自行车还包括出线管塞，所述出线管塞套设在所述通道内部并与所述通道的侧壁相互抵触。

上述助力自行车及受力补偿装置使用时，助力自行车通过踏板向中轴杆施加作用力以此克服车轮与地面接触时产生的阻力，以及助力自行车在加速时所产生的阻力。中轴杆在作用力的压迫下会发生倾斜，此时，磁感环会跟随中轴杆一同倾斜。将感应器件设置在套体上，凸起件设置在磁感环的表面，通过中轴杆相对于套体进行转动。同时，感应器件根据凸起件能够感应磁感环与感应器件之间的距离变化，从而感应出中轴杆在不同倾斜情况下的磁场强度。感应器件会将磁感环倾斜后的磁场强度传输至信息处理器。从而使得中轴杆在倾斜时所克服的阻力能够与磁场变化的信息同时向信息处理器反馈。最终，信息处理器根据中轴杆上的受力信息以及磁场的变化信息进行处理，并最终得到实际的补正受力值。

一种受力补偿方法，包括如下步骤：采集施加在中轴杆上靠近链条一端的受力值；采集中轴杆在套体内部的角度偏移信号；根据受力值与角度偏移信号得出修正受力值；接收修正受力值，并向车轮输出扭力。

上述受力补偿方法根据作用在中轴杆上的受力情况设定中轴杆在作用力压迫下的角度偏移范围。信息处理器采集第一踏板或第二踏板施加在中轴杆上的受力值，然后感应器件将中轴杆倾斜后所产生的角度偏移以磁场信号的形式传输至信息处理器。信息处理器再将磁场信号转化为角度偏移数值，根据此角度偏移数值对应测出实际受力比值。最后，信息处理器将作用在中轴杆上靠近链条一端的受力值与实际受力比值相乘得出修正受力值，驱动电机根据补正受力值向助力自行车的车轮提供扭力，从而实现了助力自行车在骑行过程中的受力平衡。

附图说明

图1为一实施例所述的受力补偿装置的结构示意图；

图2为另一实施例所述的受力补偿装置的结构示意图；

图3为图2所示a部分的局部放大图；

图4为一实施例所述的受力补偿装置的局部结构示意图；

图5为一实施例所述受力补偿方法的流程图。

附图标记说明：

100、中轴杆，110、磁感环，111、凸起件，112、第一磁感环，113、第二磁感环，114、第一磁块，115、第二磁块，200、套体，210、感应器件，220、第一限位部，221、第一开口，222、第一缓冲环，230、第二限位部，231、第二开口，232、第二缓冲环，240、保护套，300、信息处理器，310受力信息处理器，311、第一线路控制板，320、角度信息处理器，321、第二线路控制板，400、连通管，401、连接件，402、第一开孔，403、第二开孔，404、出线管塞。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1和图3所示，在一个实施例中，一种动力传感装置，包括：磁感环110、中轴杆100、套体200、感应器件210与信息处理器300。所述中轴杆100用于与助力自行车的踏板连接，所述磁感环110设置在所述中轴杆100上，且所述磁感环110上还设有凸起件111。所述感应器件210设置在所述套体200上，所述套体200套设在所述磁感环110的外部，所述感应器件210与所述凸起件111间隔设置，且所述中轴杆100与所述套体200转动配合。具体地，所述套体200还包括保护套240，所述保护套240用于防止外部污渍或灰尘进入套体200内部。所述感应器件210与所述信息处理器300电性连接，所述信息处理器300用于采集施加在中轴杆100上的受力值以及采集磁感环110的磁场强度。所述磁感环110整体套设在所述中轴杆100上，所述凸起件111为凸轮或凸块。所述感应器件210包括角度信息处理器与线性霍尔原件(霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁场有关的场合中使用)。具体地，在本实施例中，所述凸起件111为金属凸轮。所述信息处理器300设置在所述中轴杆100上，所述感应器件210与所述信息处理器300电性连接。所述信息处理器300的这种设计方式能够大大缩小感应器件210与信息处理器300之间的传输距离，降低了传递信号在传输过程中产生的误差。

在另一个实施例中，当磁感环110跟随中轴杆100转动时，凸轮的凸起部位能够改变磁感环110与感应器件210之间的磁感线距离，从而将中轴杆100在受力情况下的磁场变化信息传输至感应器件210。更具体地，通过凸轮套设在中轴杆100上提高了凸轮与中轴杆100的整体性，同时，也能够更加精确的传递中轴杆100在受力倾斜情况下的磁场强度。所述凸轮的凸起部分为半球形，当凸起部分跟随中轴杆100转动时所受到的阻力较小，进而减小了凸起部分向感应器件传递信号时所产生的误差。除此之外，例如还可以在磁感环110上设置凸块(或者是凸块与磁感环110一体成型)，凸块跟随磁感环110转动进而实现了对于磁感环110与感应器件210之间磁感线的距离变化。此时，磁感环110与感应器件210之间无任何介质，从而使得磁感环110无需穿过介质即可放射磁感线，提高了磁感环110与感应器件210之间的磁场强度。这仅仅是其中一个实施例，例如，还可以采用电磁感应原理，即将磁感环110变为磁线圈，然后将感应器件210与磁线圈电性连接形成闭合回路，通过中轴杆100受力倾斜切割磁感线产生感应电动势。感应器件210将此电动势转化为电流值，最终传输至信息处理器300进行处理。

如图3所示，在一个实施例中，所述磁感环110通过内外充磁形成第一磁感环112与第二磁感环113，所述第一磁感环112与所述第二磁感环113的极性相反，且所述第一磁感环112套设在所述第二磁感环113上。具体地，所述第一磁感环112的极性为n极，所述第二磁感环113的极性为s极(或者所述第一磁感环的极性为s极，所述第二磁感环的极性为n极)。

如图4所示，在另一个实施例中，所述磁感环110通过充磁形成多个第一磁块114与多个第二磁块115，所述第一磁块114与所述第二磁块115的极性相反，且所述第一磁块114与所述第二磁块115交替设置。具体地，将所述磁感环110放置在有直流电通过的线圈所形成的磁场里，然后通过改变直流电流的电流方向实现对磁感环110两种不同极性的充磁。充磁后的磁感环在跟随中轴杆100转动时，感应器件210会接收到交替设置的多个第一磁块114与第二磁块115传来的磁场信号，此时，感应器会根据第一磁块114与第二磁块115磁场强度的交替变化并将其转化成相对应的开信号与关信号，即感应器件210读取第一磁块114的磁场信息后会将其转换为开信号，感应器件210读取第二磁块115的磁场强度后会将其转换为关信号。最终感应器件210将中轴杆100受力倾斜时的角度偏移以开信号与关信号的交替频率传输至信息处理器300进行补正处理。这仅仅是其中一个实施例，例如：还可以采用光学光栅原理。感应器件210为光栅传感器。将磁感环110用玻璃环代替，并在玻璃环上开设出多条平行的刻痕，刻痕在玻璃环上的刻线密度为10线/毫米～100线/毫米。相邻两条刻痕之间能够透光。从而使得玻璃环在跟随中轴杆100转动的时候，在光线照射下玻璃环会呈现出不同的折射角度。即当中轴杆100受力倾斜后，光栅传感器会接收与其对应的光折射信息。然后光栅传感器通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出至信息处理器300。此时，信息处理器300能够直接显示出中轴杆100倾斜的位移量。

如图1和图2所示，在一个实施例中，动力传感装置还包括第一线路控制板311与第二线路控制板321，所述信息处理器300包括受力信息处理器310与角度信息处理器320，所述第一线路控制板311与所述受力信息处理器310均设置在所述中轴杆100上，所述角度信息处理器320与所述第二线路控制板321设置在所述套体200上。具体地，所述信息处理器300包括受力信息处理器310与角度信息处理器320。所述受力信息处理器310与第一线路控制板311设置在所述中轴杆100上，所述受力信息处理器310用于采集施加在中轴杆100上的受力信号。所述角度信息处理器320与所述感应器件210及第二线路控制板321电性连接。所述角度信息处理器320用于采集感应器件210传输的角度偏移信号。所述第一线路控制板311与所述第二线路控制板321采用无线连接的方式进行电性连接。信息处理器300将受力信号与角度偏移信号整合处理好向驱动电机输出相应的受力补偿值。

在另一个实施例中，动力传感装置还包括第一限位部220与第二限位部230。所述第一限位部220装设在所述套体200的一端，所述第二限位部230装设在所述套体200的另一端。所述第一限位部220上开设有用于中轴杆100其中一端穿过的第一开口221，所述第二限位部230上开设有用于中轴杆100另一端穿过的第二开口231。动力传感装置还包括第一缓冲环222与第二缓冲环232。所述第一缓冲环222装设在所述第一限位部220上，所述第二缓冲环232装设在所述第二限位部230上，所述第一缓冲环222与所述第二缓冲环232均用于与所述中轴杆100抵触配合。所述第一限位部220与所述第二限位部230为端盖或卡扣，具体地，所述第一限位部220为第一端盖(未标出)，所述第一开口221开设在所述第一端盖的中部，所述第一端盖的外部设有第一外螺纹，所述套体200的一端设有与所述第一外螺纹对应的第一内螺纹，从而实现了所述第一端盖与所述套体200的可拆卸连接。所述第二限位部230为第二端盖(未标出)，所述第二开口231开设在所述第二端盖的中部，所述第一端盖的外部设有第二外螺纹，所述套体200的另一端设有与所述第二外螺纹对应的第二内螺纹，从而实现了所述第一端盖与所述套体200的可拆卸连接。即所述中轴杆100的一端能够穿过所述第一开口221与第一端盖抵触，所述中轴杆100的另一端能够穿过所述第二开口231与第二端盖抵触。进一步地，所述第一缓冲环222与第二缓冲环232为轴承。即当中轴杆100受力发生倾斜时，一部分作用力会在轴承的作用下转变为轴向的转动力，从而大大减小了中轴杆100偏移的角度。

在一个实施例中，一种助力自行车，包括上述动力传感装置、第一踏板(未标出)、第二踏板(未标出)、连通管400及驱动电机(未标出)。所述动力传感装置套设在所述连通管400内部，所述驱动电机与所述动力传感装置电性连接，且所述驱动电机与车轮相连，所述第一踏板与所述中轴杆100的其中一端相连，所述第二踏板与所述中轴杆100的另一端相连。具体地，所述连通管400为五通管。所述动力传感装置装设在连通管400后，所述中轴杆100凸出于连通管400的两端分别用于与助力自行车的第一踏板与第二踏板相连。在本实施例中，助力自行车还包括连接件401。所述连接件401的内部开设有通道，所述信号处理器的信号线能够穿过所述通道与驱动电机电性连接。所述连接件401用于连接所述连通管400与所述套体200，所述连通管400上开设有用于所述连接件401穿过的第一开孔402，所述套体200上开设有用于所述连接件401穿过的第二开孔403。助力自行车还包括出线管塞404。所述出线管塞404套设在所述通道内部并与所述通道的侧壁相互抵触。所述信号处理器与所述驱动电机通过信号线连接，所述信号线外部包裹有防水层。进一步地，所述连接件401为螺栓或螺丝。所述套体200与所述连通管400通过连接件401连接固定，从而避免了套体200在连通管400内部移动。更进一步地，信号线穿过所述通道与设置在连通管400外部的驱动电机电性连接，此时，出线管塞404能够对连接件401与信号线之间的间隙进行补偿，避免了水源或污渍从所述通道进入连通管400内部。

上述助力自行车及受力补偿装置使用时，助力自行车通过踏板向中轴杆100施加作用力以此克服车轮与地面接触时产生的阻力，以及助力自行车在加速时所产生的阻力。中轴杆100在作用力的压迫下会发生倾斜，此时，磁感环110会跟随中轴杆100一同倾斜。将感应器件210设置在套体200上，凸起件111设置在磁感环110的表面，通过中轴杆100相对于套体200进行转动。同时，感应器件210根据凸起件111能够感应磁感环110与感应器件210之间的距离变化，从而感应出中轴杆100在不同倾斜情况下的磁场强度。感应器件210会将磁感环110倾斜后的磁场强度传输至信息处理器300。从而使得中轴杆100在倾斜时所克服的阻力能够与磁场变化的信息同时向信息处理器300反馈。最终，信息处理器300根据中轴杆100上的受力信息以及磁场的变化信息进行处理，并最终得到实际的补正受力值。

如图5所示，一种受力补偿方法，包括如下步骤：采集施加在中轴杆100上靠近链条一端的受力值；采集中轴杆100在套体200内部的角度偏移信号；根据受力值与角度偏移信号得出修正受力值；接收修正受力值，并向车轮输出扭力。

在一个实施例中，研发人员根据多次试验，将中轴杆100在受力情况下所偏移的不同角度以及作用在中轴杆100上的两个作用力进行计算得出受力比值。然后将该不同倾斜角度以及与不同倾斜角度对应的不同受力比值导入信息处理器300中。从而使得不同型号的助力自行车在骑行时，信息处理器300只需根据中轴杆100相对于套体200产生的角度偏移值以及作用在中轴杆100上靠近链条一端的受力值即可得到一个修正受力值，驱动电机接收修正受力值对助力自行车的车轮施加相应的扭力。进而使得自行车在骑行过程中实现了受力平衡。

上述受力补偿方法根据作用在中轴杆100上的受力情况设定中轴杆100在作用力压迫下的角度偏移范围。信息处理器300采集第一踏板或第二踏板施加在中轴杆100上的受力值，然后感应器件210将中轴杆100倾斜后所产生的角度偏移以磁场信号的形式传输至信息处理器300。信息处理器300再将磁场信号转化为角度偏移数值，根据此角度偏移数值对应测出实际受力比值。最后，信息处理器300将作用在中轴杆100上靠近链条一端的受力值与实际受力比值相乘得出修正受力值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。