专利名称：一种电动自行车脚蹬踏力矩检测方法
技术领域：
本发明涉及一种电动自行车控制技术。
背景技术：
电动车作为无尾气、无噪音的环保、文明、绿色无公害交通工具和不消耗不可再生资源、 节省公共空间的资源节约型交通工具，正在受到人们的欢迎。除此之外，电动自行车还带有 一种"助力"挡的"助力"功能，使得人们骑、驾两便，即满足了远途乘行的需要，又满足 了锻炼的需要。然而，当前电动自行车的"助力"功能，并非本质的助力，而是一种速度随 动。它是靠检测链盘转速来控制电机转速的，骑驾者的双脚起的是速度给定的作用，其双脚 的蹬踏力与车的运行无关。S卩，电动机对于人而言是主力，而不是"助力"。这样势必造成两 种情况 一是因为这种速度随动忽略了人的负载力感觉，同时人也失去了本身的负载力感和 速度感，从而速度失控，进而造成驾驶失控导致交通事故，特别是高速时造成大电流工作损 害电池；二是因为由前一原因导致的驾驶不便或不习惯，同时电动车的该"助力"功能完全 可以被其主功能("电动"挡)代替，因而该"助力"功能被索性闲置。为此，必须改进这种 "助力"控制模式，使其实现本质的"助力"功能，以期实现人、车之间的力、速协调，人 力、电力互补、互助。而改进这种"助力"控制模式的一个关键技术就是获得骑行者双脚蹬 踏力矩信号的方法，即骑行者双脚蹬踏力矩的检测。
发明内容
为改进当前电动车"助力"功能挡的这种有缺陷技术，使其通过获得骑行者双脚蹬踏力 矩信号来实现本质的"助力"功能，本发明提供一种骑行者双脚蹬踏力矩的检测方法。艮P， 在自行车后下梁的适当位置，安装一脚蹬踏力矩检测器件。通过自行车的传动链条，将骑行
者双脚蹬踏驱动时的蹬踏力矩，以链条的张力信号形式传感到该器件，该器件通过其应变传 导结构和应变片电阻，将该张力信号再转换为电位差信号，经差分放大电路放大，传送给控 制器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在自行车后轮下叉架梁的适当位置，传动 链条上部，安装一脚蹬踏力矩检测器件。该器件由弹性应变连接体、受力轮、轮轴组件、连 接座兼安装卡件(盖)、安装卡件(底)组成。在弹性应变连接体的炜弯凸面，制成一凸面应 变片腔室；在弹性应变连接体的炜弯凹面，制成一凹面应变片腔室；两腔室通过应变电阻引 线孔道沟通。在凸面应变片腔室的弹性应变连接体芯凸面，紧贴一凸面应变片；在凹面应变 片腔室的弹性应变连接体芯凹面，紧贴凹面应变片。凸面应变电阻的引线穿过凸面应变电阻 引线穿越孔道，在凸面应变电阻引线穿越孔道与应变电阻引线孔道交汇处，与凹面应变电阻 的引线连接成电阻桥臂，以三根引线穿过应变电阻引线孔道，引出并连接到控制器，经差分 放大电路将应变电位差信号放大，作为蹬踏力矩信号参与控制。
当电动自行车骑行者的脚踏力矩大于电动机驱动力矩时，传动链条趋于张紧，其张紧程 度正比于脚踏力矩与电动机驱动力矩之差。该张紧程度通过检测器的受力轮-轮轴组件，使检 测器的弹性应变连接体发生应变变形；该应变变形分别使其凸面应变片和凹面应变片产生相 反应变，构成应变差；该相反的应变产生相反的应变电阻效应，即应变差电阻效应，该电阻 值的变化打破了电桥的原有平衡，使得电桥两臂引线电位信号产生与应变差成正比的电位偏 差，该偏差信号即为所需的脚踏力矩信号。本发明的有益效果是能方便、经济地实现电动自行车骑行者的脚踏力矩信号检测；所 述器件检测灵敏度高且构造、接线简单，适合应用于各种带有"助力"功能挡的电动自行车 控制器，易于生产和安装。
下面结合附图所示的一个实施例对本发明进一步说明。 附图l是本发明一个实施例的脚蹬踏力矩检测器件一张力传感器安装图； 附图2是本发明一个实施例的张力传感器结构(侧向)主视图； 附图3是本发明一个实施例的张力传感器结构左视图(局部)。 附图4是本发明一个实施例的双脚蹬踏力信号引入电路原理在附图l所示的张力传感器安装图中l.张力传感器，2.自行车链条，3.自行车后轮叉架梁。
在附图2所示的张力传感器结构(侧向)主视图中l丄弹性应变连接体，1.2.受力轮， 1.3.轮轴组件，1.4.连接座兼安装卡件(盖)，1.5.安装卡件(底)。
在附图3所示的张力传感器结构左视图(局部)中l丄l.凸面应变片腔室，l丄2.凹面 应变片腔室，1丄3.凸面应变片，1丄4.凹面应变片，1丄5.凸面应变电阻i o的引线，1丄6.凹 面应变电阻A的引线，1丄7.凸面应变电阻引线孔道，1.1.8.应变电阻引线孔道。
在附图4所示的双脚蹬踏力信号引入电路原理图中Mr为张力传感器(l)内的电路:及/为 凹面应变电阻，i c为凸面应变电阻；A为凸面应变片桥臂平衡电阻，及2为凹面应变片桥臂 平衡电阻；DAr为差分放大电路^r为运算放大器，i 3为浮地电阻，i 4为反馈电阻，及￡为偏
流电阻，TVS为齐纳二极管；a为凸面应变电位信号，6为凹面应变电位信号，r为蹬踏力 矩输出信号，￡为工作电源(电压)，￡/2为浮地(电位)。
具体实施例方式
在附图l所示的张力传感器安装图中张力传感器(1)安装在自行车后轮叉架梁(3)上的适 当位置，安装位置以张力传感器(1)与自行车链条(2)的上部对正啮合为准。
在附图2所示的张力传感器结构(侧向)主视图中在弹性应变连接体(l.l)的上端，通
过轮轴组件(1.3)安装受力轮(1.2),下端固接连接座兼安装卡件(盖)(1.4);连接座兼安装卡 件(盖)(1.4)与安装卡件(底)(1.5)为上下配合的紧固卡件，用于在安装时与自行车后轮叉 架梁(3)(附图1)紧固配合。
在附图3所示的张力传感器结构左视图(局部)中在弹性应变连接体(l.l)的煨弯处， 按凸面和凹面分别制成凸面应变片腔室(1丄1)和凹面应变片腔室(1丄2);在凸面应变片腔室 (l丄l)内的弹性应变连接体(l.l)体芯侧凸面，粘贴凸面应变片(U.3);在凹面应变片腔室(1丄2) 内的弹性应变连接体(l.l)体芯侧凹面，粘贴凹面应变片(1丄4);凸面应变片(1丄3的两端引线，
即凸面应变电阻及0的引线(1丄5)穿越凸面应变电阻引线穿越孔道(1丄7)，与凹面应变片(1丄4)
的两端引线，即凹面应变电阻及/的引线(l丄6)在应变电阻引线孔道(l丄8)内口会合，其中一端
连接成一根引出，另一端分别引出，形成三根引线，共同穿过应变电阻引线孔道(1丄8)引出 至控帝ij器盒。
在附图4所示的双脚蹬踏力信号引入电路原理图中张力传感器(l)内的电路Mr由凹面
应变电阻A和凸面应变电阻及O组成凹面应变电阻A的一端与凸面应变电阻i o的一端连
接并引出张力传感器(l),连接到现行控制器盒中的工作电源五的正极端；凹面应变电阻及/的 另一端和凸面应变电阻i o的另一端分别引出，依次连接到现行控制器盒中设置的凹面应变片 桥臂平衡电阻/ 2和凸面应变片桥臂平衡电阻A的一端。在控制器盒中，.凹面应变片桥臂平
衡电阻及2的另一端与凸面应变片桥臂平衡电阻^的另一端连接，并接地。在控制器盒中，
设置差分放大电路DA"其结构为偏流电阻i^的一端与工作电源五的正极端连接，另一端与浮地电阻/ 3的一端连接，并接浮地￡/2端；浮地电阻及3的另一端连接到运算放大器^r 的"+"输入端；瞬态电压抑制齐纳二极管TVS的正极端接浮地五/2端，负极端接地；反馈 电阻i 4的一端与运算放大器^r的输出端连接，另一端连接到运算放大器^r的"-"输入端; 运算放大器^^的电源正端与工作电源五的正极端连接，电源负端接地。从张力传感器(l)引 入控制器盒的凸面应变电位信号fl信号线和凹面应变电位信号6信号线分别接到运算放大器
4的信号"+"、"-"输入端，经运算放大器^r的放大，作为蹬踏力矩信号r从差分放大电
路DAr的T—￡/2输出端输出，参与控制。
权利要求
1.一种电动自行车脚蹬踏力矩检测方法，其特征是将张力传感器(1)安装在自行车后轮叉架梁(3)上的适当位置，使得张力传感器(1)与自行车链条(2)的上部对正啮合。
2. 根据权利要求1所述的电动自行车脚蹬踏力矩检测方法，其特征是张力传感器(l由.弹性应变连接体(l.l)、受力轮(1.2)、轮轴组件(1.3)、连接座兼安装卡件(盖)(1.4)、安装卡 件(底)(1.5)构成。在弹性应变连接体(l.l)的上端，通过轮轴组件(1.3)安装受力轮(1.2)，下 端固接连接座兼安装卡件(盖)(1.4);连接座兼安装卡件(盖)(1.4)与安装卡件(底)(1.5) 上下配合，用于在安装时与自行车后轮叉架梁(3)紧固配合。
3. 根据权利要求1和权利要求2所述的电动自行车脚蹬踏力矩检测方法，其特征是在弹 性应变连接体(l.l)的煨弯处，按凸面和凹面分别制成凸面应变片腔室(l丄l)和凹面应变片腔室(l丄2);在凸面应变片腔室(l丄l)内的弹性应变连接体(l.l)体芯凸面，粘贴凸面应变片(1丄3); 在凹面应变片腔室(1丄2)内的弹性应变连接体(1.1)体芯凹面，粘贴凹面应变片(1丄4);凸面应变片(1丄3的两端引线，即凸面应变电阻/ o的引线(l丄5)穿越凸面应变电阻引线穿越孔道 (l丄7)，与凹面应变片(1丄4)的两端引线，即凹面应变电阻及/的引线(l丄6)在应变电阻引线孔 道(1丄8)内口会合，其中一端连接成一根引出，另一端分别引出，形成三根引线，共同穿过 应变电阻引线孔道(1丄8)引出至控制器盒。
4. 根据权利要求1和权利要求3所述的电动自行车脚蹬踏力矩检测方法，其特征是张力 传感器(l内的电路Mr由凹面应变电阻i /和凸面应变电阻及o组成凹面应变电阻及/的一端与凸 面应变电阻i o的一端连接并引出张力传感器(l),连接到现行控制器盒中的工作电源五的正极 端；凹面应变电阻及/的另一端和凸面应变电阻及o的另一端分别引出，依次连接到现行控制器 盒中设置的凹面应变片桥臂平衡电阻i 2和凸面应变片桥臂平衡电阻A的一端。
5. 根据权利要求1和权利要求4所述的电动自行车脚蹬踏力矩检测方法，其特征是在控 制器盒中，凹面应变片桥臂平衡电阻i 2另一端与凸面应变片桥臂平衡电阻A的另一端连接，并接地。
6. 根据权利要求1和权利要求4所述的电动自行车脚蹬踏力矩检测方法，其特征是在控 制器盒中，设置差分放大电路DAr，其结构为偏流电阻/ ￡的一端与工作电源￡的正极端连接， 另一端与浮地电阻i 3的一端连接，并接浮地五/2端；浮地电阻i 3的另一端连接到运算放大器^r的"+"输入端；瞬态电压抑制齐纳二极管TVS的正极端接浮地五/2端，负极端接地；反馈电 阻i 4的一端与运算放大器A的输出端连接，另一端连接到运算放大器A的"-"输入端；运算 放大器^r的电源正端与工作电源5的正极端连接，电源负端接地。
7. 根据权利要求1和权利要求4所述的电动自行车脚蹬踏力矩检测方法，其特征是从张 力传感器(l)引入控制器盒的凸面应变电位信号a信号线和凹面应变电位信号M言号线分别接到运算放大器^^的信号"+"、"-"输入端，经运算放大器JF的放大，作为蹬踏力矩信号r从差分放大电路DAr的r-^五/2输出端输出，参与控制。
全文摘要
一种骑行者双脚蹬踏力矩的检测方法。即它是在自行车后下梁的适当位置，安装一脚蹬踏力矩检测器件，在器件的凸面应变片腔室弹性应变连接体体芯侧壁，紧贴一凸面应变片；在其凹面应变片腔室的弹性应变连接体体芯侧壁，紧贴凹面应变片。通过自行车的传动链条，将骑行者双脚蹬踏驱动时的蹬踏力矩，以张力信号形式传感到该器件，该器件通过其弹性应变连接体传导结构和凸凹应变片，将该张力信号再转换为电信号，经差分放大器放大，传送给控制器。
文档编号G01L3/00GK101539466SQ20091013346
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者屈百达 申请人:江南大学