用于助力电动车的扭力检测装置的制作方法

本实用新型属于助力电动车技术领域，具体涉及一种用于助力电动车的扭力检测装置。

背景技术：

助力自行车，是一种新型二轮车辆，属于自行车的一种，以电池作为辅助动力来源，安有电机,并具备动力辅助系统，能实现人力骑行和电机助动一体化的新型交通工具。由于其对通勤方式的适用，目前已在世界范围内拥有了相当高的普及度。

随着助力自行车的兴起，各种为电动助力自行车服务的技术也层出不穷。助力自行车与电动自行车最大的区别是，助力自行车没有控制阀门(普通的加速把手)，而是通过踩踏传感器和中央控制器协作自动完成助力加速过程，也就是助力自行车通过踩踏传感器搜集行驶参数，从而判断骑车人是否需要电机助动以及需要多大助力。

目前市场上的踩踏传感器有两种：一种是扭矩传感器，将其装在中轴或者尾部飞轮，用户踩踏直接获得扭矩，即获得了用户的骑行意图，但扭矩传感器价格极高，其车型价格不菲，少则上万元人民币；一种是踏频传感器，有踏频传感器的时候，虽不知用户的具体踩踏力度，但是可以知道用户的踩踏频率，可以通过加速度模拟计算踩踏力度。由于每踩踏一圈计录一次数据，有一定滞后性，且在上下坡时会出现踏频与意图不相符的情况。对于这些问题，目前还没有较好的解决方案。

如果不使用踩踏传感器，既不知道用户用了多大力，也不知道是否在踩踏。那么当用户用力踩踏时，速度传感器首先测得车辆速度提高，而此时如果提升功率，速度会进一步提高，于是车辆速度进一步提高，功率进一步增大，系统无法收敛。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可以在保证符合用户意图的情况下得到减少助力自行车的成本，能够适配大部分自行车，能够快速感知用户发力，并且兼顾了安装简便和成本低廉的特点的用于助力电动车的扭力检测装置。

本实用新型用于助力电动车的扭力检测装置，包括两个安装在助力电动车曲柄上的脚踏板和中央控制器，每个脚踏板上均设有检测踩踏力度的压力传感器和检测脚踏板与曲柄的相对角度的线性霍尔传感器与环形磁铁配合，脚踏板上还设有电池、单片机一和与中央控制器通信的通讯模块一，单片机一连接压力传感器、电池、线性霍尔传感器和通讯模块一。

优选地，所述脚踏板包括与曲柄固定的支撑轴，支撑轴上转动安装有支撑套，支撑套上固定有电池盒和支撑骨架，压力传感器固定安装在支撑骨架顶部的安装凹槽内，压力传感器顶部固定有压感平面，环形磁铁固定在支撑轴上，线性霍尔传感器设置在环形磁铁的外侧，线性霍尔传感器与电池盒固定，电池、通讯模块一和单片机一固定安装在电池盒内。脚踏板结构简单。

优选地，中央控制器包括保护壳体，保护壳体内固定有单片机二和通讯模块二，单片机二连接通讯模块二，通讯模块二与通讯模块一通过无线通讯。

优选地，脚踏板的外侧固定有防护板，环形磁铁、线性霍尔传感器均处于防护板内侧。保护元器件不受损害。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

通过对角度和踩踏力度的计算得到扭矩，进而得到骑行意图。由于角度和压力都可由非常廉价的传感器获取，因此使用本系统可以在保证符合用户意图的情况下得到减少助力自行车的成本。能够适配大部分自行车，能够快速感知用户发力，并且兼顾了安装简便和成本低廉的特点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中央控制器的结构示意图；

图3为脚踏板上电器件的电路原理图；

图4为中央控制器内电器件的电路原理图；

图中：1、曲柄，2、压感平面，3、压力传感器，4、支撑骨架，5、防护板，6、环形磁铁，7、支撑轴，8、线性霍尔传感器，9、电池盒，10、支撑套，11、单片机一，12、通讯模块一，13、单片机二，14、保护壳体，15、通讯模块二。

具体实施方式

下面对照附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图4所示的用于助力电动车的扭力检测装置，包括两个安装在助力电动车曲柄1上的脚踏板和中央控制器，每个脚踏板上均设有检测踩踏力度的压力传感器3和检测脚踏板与曲柄1的相对角度的线性霍尔传感器8与环形磁铁6，脚踏板上还设有电池、单片机一11和与中央控制器通信的通讯模块一12，单片机一11连接压力传感器3、电池、线性霍尔传感器8和通讯模块一12。

工作时，脚踩在脚踏板上，压力传感器检测踩踏压力，通过线性霍尔传感器和径向二极充磁的环形磁铁，可以得到脚踏板与曲柄的相对角度，压力传感器和线性霍尔传感器检测信号传递给单片机一，由单片机一把信号通过通讯模块一传递给中央控制器，即获得了用户骑行意图，从而控制下部工作。

所述脚踏板包括与曲柄1固定的支撑轴7，支撑轴7上转动安装有支撑套10，支撑套10上固定有电池盒9和支撑骨架4，压力传感器3固定安装在支撑骨架4顶部的安装凹槽内，压力传感器3顶部固定有压感平面2，环形磁铁6固定在支撑轴7上，线性霍尔传感器8设置在环形磁铁6的外侧，线性霍尔传感器8与电池盒9固定，电池、通讯模块一12和单片机一11固定安装在电池盒9内。电池用于供电，压感平面承担用户踩踏，压力传感器用于感知用户踩踏力量，环形磁铁充磁方向为径向二极充磁，线性霍尔传感器与磁铁配合测量脚踏板与曲柄的相对角度。

中央控制器包括保护壳体14，保护壳体14内固定有单片机二13和通讯模块二15，单片机二13连接通讯模块二15，通讯模块二15与通讯模块一12通过无线通讯。保护壳体14为防水外壳，中央控制器可以设置在助力电动车车架上，其使用助力自行车上的电源。

脚踏板的外侧固定有防护板5，环形磁铁6、线性霍尔传感器8均处于防护板5内侧。

原理介绍

通过线性霍尔传感器和径向二极充磁的环形磁铁，可以得到脚踏板与曲柄的相对角度，有了此角度，即可将压力传感器得到的力转化为与曲柄垂直的力，由于曲柄长度一定，即可得到用户踩踏时的扭矩，即获得了用户骑行意图。

综上所述，本实用新型通过角度和踩踏力度得到扭矩，进而得到骑行意图。由于角度和压力都可由非常廉价的传感器获取，因此使用本系统可以在保证符合用户意图的情况下得到减少助力自行车的成本。能够适配大部分自行车，能够快速感知用户发力，并且兼顾了安装简便和成本低廉的特点。

本实用新型也可以将环形磁铁与线性霍尔的组合换成任意可以获得角度值的角度传感器。脚踏板安装形式不一定为完全替换式，也可以卡口式或夹合等的脚踏板配件形式安装。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

技术特征：

1.一种用于助力电动车的扭力检测装置，包括两个安装在助力电动车曲柄(1)上的脚踏板和中央控制器，其特征在于：每个脚踏板上均设有检测踩踏力度的压力传感器(3)和检测脚踏板与曲柄(1)的相对角度的线性霍尔传感器(8)与环形磁铁(6)，脚踏板上还设有电池、单片机一(11)和与中央控制器通信的通讯模块一(12)，单片机一(11)连接压力传感器(3)、电池、线性霍尔传感器(8)和通讯模块一(12)。

2.根据权利要求1所述的用于助力电动车的扭力检测装置，其特征在于：所述脚踏板包括与曲柄(1)固定的支撑轴(7)，支撑轴(7)上转动安装有支撑套(10)，支撑套(10)上固定有电池盒(9)和支撑骨架(4)，压力传感器(3)固定安装在支撑骨架(4)顶部的安装凹槽内，压力传感器(3)顶部固定有压感平面(2)，环形磁铁(6)固定在支撑轴(7)上，线性霍尔传感器(8)设置在环形磁铁(6)的外侧，线性霍尔传感器(8)与电池盒(9)固定，电池、通讯模块一(12)和单片机一(11)固定安装在电池盒(9)内。

3.根据权利要求2所述的用于助力电动车的扭力检测装置，其特征在于：中央控制器包括保护壳体(14)，保护壳体(14)内固定有单片机二(13)和通讯模块二(15)，单片机二(13)连接通讯模块二(15)，通讯模块二(15)与通讯模块一(12)通过无线通讯。

4.根据权利要求3所述的用于助力电动车的扭力检测装置，其特征在于：脚踏板的外侧固定有防护板(5)，环形磁铁(6)、线性霍尔传感器(8)均处于防护板(5)内侧。

技术总结
本实用新型涉及一种用于助力电动车的扭力检测装置，包括两个安装在助力电动车曲柄上的脚踏板和中央控制器，每个脚踏板上均设有检测踩踏力度的压力传感器和检测脚踏板与曲柄的相对角度的线性霍尔传感器与环形磁铁配合，脚踏板上还设有电池、单片机一和与中央控制器通信的通讯模块一，单片机一连接压力传感器、电池、线性霍尔传感器和通讯模块一。本实用新型通过对角度和踩踏力度的计算得到扭矩，进而得到骑行意图。由于角度和压力都可由非常廉价的传感器获取，因此使用本系统可以在保证符合用户意图的情况下得到减少助力自行车的成本。

技术研发人员：季节;郝俊宇;刘舒豪;田荣鑫;范留山;张传栋
受保护的技术使用者：济宁学院
技术研发日：2019.09.27
技术公布日：2020.06.12