智能电动自行车及其控制方法与流程

本发明涉及能电动自行车的技术领域，特别涉及智能电动自行车及其控制方法。

背景技术：

现有的自行车一般都是由电动或人力驱动的，但是自行车在使用中，由于路况的问题，会存在较多的安全隐患，例如在下坡时自行车速度会加快，造成自行车上使用者的重心发生变化，使用者容易由于速度过快前倾，下坡时的安全性低；由于使用者坐着，在观察前进道路的前方时，视野会有一些局限，有在避让障碍物时候，由于使用者的反应疏忽而造成刹车不及时，另外忽然刹车也容易使得使用者受伤。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能电动自行车及其控制方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

本发明提供一种智能电动自行车，包括车把架和车架，车把架与车架可转动连接，车架底部设有一驱动轮，驱动轮上设有碟刹盘，车把架上设有至少一个刹车把，刹车把与碟刹盘通过第一刹车线连接，车架上设有驱动链轮和从动链轮，驱动链轮和从动链轮通过链条连接，驱动链轮通过扭矩电机驱动，从动链轮固定于驱动轮并带动驱动轮转动，包括：

探测装置，固定于车把架，包括近程探测模块和远程探测模块，用于探测前方是否有障碍物；

第二刹车线，端部与第一刹车线连接；

刹车装置，固定于车架，包括第一舵机，第一舵机的输出端与第二刹车线远离第一刹车线的一端连接，第一舵机用于收卷第二刹车线；

控制装置，固定于车架或车把架，控制装置通过接收探测装置反馈的信号来控制第一舵机；

电源模块，固定于车架，电源模块分别对探测装置、刹车装置、控制装置以及扭矩电机供电；

控制开关，设于机架，控制电源模块是否为扭矩电机供电。

在一些实施方式中，近程探测模块包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，第一超声波传感器与第二超声波传感器并列设置，第二超声波传感器上端面设置的高度不高于第一超声波传感器的上端面，且不低于第一超声波传感器的下端面；

远程探测模块包括红外激光传感器，红外激光传感器设于近程探测模块下方，红外激光传感器可沿水平方向转动，转动的角度范围为0°-150°。

在一些实施方式中，探测装置还包括：

固定件，固定于车把架，固定件内设有上下设置的第一凹槽和第二凹槽；

第一超声波支架，固定于第一凹槽的顶部；

第二超声波支架，与第一超声波支架左右设置，且固定于第一凹槽的底部；

第二舵机，固定于第二凹槽的底部；

红外支架，与第二舵机的输出端固定连接；

其中，第一超声波传感器安装于第一超声波支架，第二超声波传感器安装于第二超声波支架，红外传感器安装于红外支架。

在一些实施方式中，控制装置为单片机。

在一些实施方式中，控制装置与探测装置通过蓝牙通信连接，控制装置与刹车装置通过蓝牙通信连接。

在一些实施方式中，还包括换向滑轮，其中，第二刹车线一端与第一舵机的输出端连接，中间部分绕过换向滑轮，另一端与第一刹车线连接。

在一些实施方式中，还包括报警模块，报警模块固定于车架或车把架，报警模块与控制装置通过无线通信或者电连接。

在一些实施方式中，还包括：

霍尔传感器，设于车架，用于检测智能电动自行车的行驶状态；

陀螺仪，设于车架，用于检测智能电动自行车的行驶状态。

智能电动自行车的控制方法，包括以下步骤：

当近程探测模块检测到障碍物时，控制装置判断检测到的障碍物的数量，如果障碍物的数量多于或等于预设的阈值，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s，之后控制装置控制控制开关切断电源模块对扭矩电机的供电；

当远程探测模块检测到障碍物时，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s。

智能电动自行车的控制方法，包括以下步骤：

当近程探测模块检测到障碍物时，控制装置判断检测到的障碍物的数量，如果障碍物的数量多于或等于预设的阈值，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s，同时控制报警模块报警；之后控制装置控制控制开关切断电源模块对扭矩电机的供电；

当远程探测模块检测到障碍物时，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s，同时控制报警模块报警。

有益效果：本发明实施例的智能电动自行车，可在使用者骑行遇到障碍物时，及时主动介入刹车，提高电动自行车使用时的安全性。且该智能电动自行车通过采用红外传感器搭配超声波传感器搭建的“1+2”障碍物识别系统，具体有效识别距离可达7米。

附图说明

图1为本发明一实施方式中一种智能电动自行车的结构示意图；

图2为本发明一实施方式中一种智能电动自行车的原理图；

图3为本发明一实施方式中一种智能电动自行车近程探测模块的探测范围；

图4为本发明一实施方式中一种智能电动自行车探测装置的探测范围；

图5为本发明一实施方式中一种智能电动自行车探测装置的结构示意图；

图6为本发明一实施方式中一种智能电动自行车远程探测模块的工作原理图；

图7为本发明一实施方式中一种智能电动自行车近程探测模块的工作原理图；

图8为本发明一实施方式中一种智能电动自行车刹车装置的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

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。

如图1和2所示，

智能电动自行车，包括车把架10和车架20，车把架10与车架20可转动连接，车架20底部设有一驱动轮21，驱动轮21上设有碟刹盘22，车把架10上设有至少一个刹车把11，刹车把11与碟刹盘22通过第一刹车线12连接，车架20上设有驱动链轮23和从动链轮24，驱动链轮23和从动链轮24通过链条25连接，驱动链轮23通过扭矩电机26驱动，从动链轮24固定于驱动轮21并带动驱动轮21转动，包括：

探测装置30，固定于车把架10，包括近程探测模块和远程探测模块，用于探测前方是否有障碍物；

第二刹车线40，端部与第一刹车线12连接；

刹车装置50，固定于车架20，包括第一舵机51，第一舵机51的输出端与第二刹车线40远离第一刹车线12的一端连接，第一舵机51用于收卷第二刹车线40；

控制装置60，固定于车架20或车把架10，控制装置60通过接收探测装置30反馈的信号来控制第一舵机51；

电源模块70，固定于车架20，电源模块70分别对探测装置30、刹车装置50、控制装置60以及扭矩电机26供电；

控制开关，设于机架20，控制电源模块70是否为扭矩电机26供电。

其中，扭矩电机26驱动驱动链轮23旋转，从而带动从动链轮24以及驱动轮21转动，以驱动电动自行车向前行驶。刹车把11通过第一刹车线12手动控制碟刹盘22，以控制电动自行车的刹车减速。

而第二刹车线40由第一舵机51控制，控制装置60接收探测装置30反馈的信号，控制装置60通过算法判断是否控制第一舵机51转动，控制装置60可通过控制第一舵机51转动1-2s，收卷第二刹车线40，时间亦为1-2s，以达到辅助刹车的效果，刹车时间优选为1.5s。同时，可根据情况判断是否需要切断电源模块70为扭矩电机26供电，将电动自行车的模式改为人力自行车的模式。

具体的，近程探测模块包括第一超声波传感器31和第二超声波传感器32，第一超声波传感器31与第二超声波传感器32并列设置，第二超声波传感器32上端面设置的高度不高第一超声波传感器31的上端面，且不低于第一超声波传感器31的下端面；

远程探测模块包括红外激光传感器33，红外激光传感器33设于近程探测模块下方，红外激光传感器33可沿水平方向转动，转动的角度范围为0°-150°。

近程探测模块由超声波传感器进行实现，测控距离为0-4米；远程探测模块由红外传感器进行实现，测控距离为3-7米。

其中，红外传感器的型号为tfmini红外激光传感器，主要负责远距离7米左右范围内障碍物识别。

第一超声波传感器和第二超声波传感器，对称式分布于激光传感器上方，主要应对于短距离内的检测。第一超声波传感器和第二超声波传感器型号为us-100，其自带温度补偿电路，可在一定范围内解决温度对传感器的影响，提高检测精度。

第一超声波传感器31与第二超声波传感器32的安装位置可以从水平并列到上下错置，不同的安装位置则导致不同的增益效果，从水平放置可增强近距离探测装置的灵敏度，但在上下位置的探测距离会适当减小；当传感器上下错置的时候，增加了上下的探测距离，但减小了近距离的探测灵敏度。同时考虑到双传感器的组合工作，对探测装置的抗干扰性提出了要求，因此本装置的安装位置可从水平位置直到上下相切。

经过测试，第一超声波传感器31与第二超声波传感器32上下错置0.5cm探测效果最好。

红外传感器通过转到，可做-75°到75°度范围的横扫，实现一个二维坐标系的检测范围。

而单个超声波传感器辐射范围为15°角，两者搭配形成的检测范围如图3。在红外传感器工作同时，在车体前方三米内通过超声波进一步判断危险等级，一方面弥补激光传感器的死角范围，另一方面，根据超声波传感器能量耗散的特性，一定距离只有障碍物达到一定面积才有效，因此，也对障碍物的密集程度进行了检测，适用于人数多的场合。

整个探测装置的探测范围如下所示4，利用红外传感器搭配两个超声波传感器，可有效探测车体行驶时前方7米内的障碍物的位置以及密集程度，有效的保证行驶时的安全系数。另外，两个超声波传感器的交错式分布，也可有效的解决传感器存在的检测死区问题，提高检测精度以及工作的可靠性。

如图5所示，探测装置还包括：

固定件34，固定于车把架10，固定件34内设有上下设置的第一凹槽341和第二凹槽342；

第一超声波支架311，固定于第一凹槽341的顶部；

第二超声波支架321，与第一超声波支架311左右设置，且固定于第一凹槽31的底部；

第二舵机35，固定于第二凹槽342的底部；

红外支架36，与第二舵机35的输出端固定连接；

其中，第一超声波传感器31安装于第一超声波支架311，第二超声波传感器32安装于第二超声波支架321，红外传感器33安装于红外支架36。

具体的，

固定件34为盒体状，盒体内上下设有第一凹槽341和第二凹槽342，固定件34背部设有螺栓孔，便于将固定件通过螺栓固定于车把架10上。第一凹槽341内通过螺栓固定有第一超声波支架311和第二超声波支架321，第二凹槽342内通过螺栓固定有第二舵机35。

红外传感器33安置于红外支架36内，红外支架36通过3d打印获得，其和第二舵机35之间由平键与槽进行过盈配合，红外传感器33由第二舵机35机带动进行频扫，以此实现150°范围内的距离探测，可满足正常骑行情况的检测需求。

进一步的，控制装置60为单片机。控制装置优选为stm32单片机，由内置电池负责供电。

进一步的，控制装置60与探测装置30通过蓝牙通信连接，控制装置60与刹车装置50通过蓝牙通信连接。

进一步的，还包括换向滑轮80，其中，第二刹车线40一端与第一舵机51的输出端连接，中间部分绕过换向滑轮80，另一端与第一刹车线12连接。

进一步的，还包括报警模块，报警模块固定于车架20或车把架10，报警模块与控制装置60通过无线通信或者电连接。

其中，报警模块为蜂鸣器。在第二刹车线40进行辅助刹车时，蜂鸣器报警以提醒使用者前方有障碍物，使得使用者能提前进行判断，是否需要通过第一刹车线12进行刹车。

进一步的，还包括：

霍尔传感器90，设于车架20，用于检测智能电动自行车的行驶状态；

陀螺仪，设于车架20，用于检测智能电动自行车的行驶状态。

其中，霍尔传感器90用于检测智能电动自行车的行驶速度，陀螺仪用于检测智能电动自行车行驶的加速度，以及行驶道路的坡度。

智能电动自行车的控制方法，包括以下步骤：

当近程探测模块检测到障碍物时，控制装置判断检测到的障碍物的数量，如果障碍物的数量多于或等于预设的阈值，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s，之后控制装置控制控制开关切断电源模块对扭矩电机的供电；

当远程探测模块检测到障碍物时，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s。

智能电动自行车的控制方法，包括以下步骤：

当近程探测模块检测到障碍物时，控制装置判断检测到的障碍物的数量，如果障碍物的数量多于或等于预设的阈值，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s，同时控制报警模块报警；之后控制装置控制控制开关切断电源模块对扭矩电机的供电；

当远程探测模块检测到障碍物时，控制装置控制第一舵机转动，以收卷第二刹车线，并保持1-2s，同时控制报警模块报警。

具体的，远程探测模块的工作原理如图6，红外传感器在舵机的带动下不重复地频扫，当红外传感器未探测到障碍物时，红外传感器在舵机的带动下继续扫描；当红外传感器探测到障碍物时，通过蓝牙反馈给控制装置，控制装置通过蓝牙调用刹车装置的刹车模块，此时第一舵机转动，收卷第二刹车线并开启蜂鸣器报警，1.5s后，第一舵机复位，刹车模块的具体工作原理如图8。

近程探测模块的工作原理如图7，第一超声波传感器和第二超声波传感器组成热补偿和抗干扰装置，其开机进行扫描，当第一超声波传感器和第二超声波传感器未探测到障碍物时，第一超声波传感器和第二超声波传感器继续扫描；当第一超声波传感器和第二超声波传感器探测到障碍物时，通过蓝牙反馈给控制装置，控制装置通过算法判断，障碍物的数量是否多于预设的阈值，如果障碍物的数量是否少于预设的阈值，第一超声波传感器和第二超声波传感器继续扫描；障碍物的数量多于或等于预设的阈值，控制装置通过蓝牙调用刹车装置的刹车模块，此时第一舵机转动，收卷第二刹车线并开启蜂鸣器报警，1.5s后，第一舵机复位；之后，通过控制开关切断电源模块70为扭矩电机26供电，将电动自行车的模式改为人力自行车的模式。

本发明提供的实施方案中的智能电动自行车，可在使用者骑行遇到障碍物时，及时主动介入刹车，提高电动自行车使用时的安全性。且智能电动自行车通过采用红外传感器搭配超声波传感器搭建的“1+2”障碍物识别系统，具体有效识别距离可达7米。

以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。