[發(fā)明專(zhuān)利]電動(dòng)自行車(chē)模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410426856.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104163225A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王作彥;張士杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津市弘塔科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B62M6/50
• 分類(lèi)號(hào): B62M6/50
• 代理公司: 天津中環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 12105
• 代理人: 莫琪

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及電動(dòng)自行車(chē)助力傳感技術(shù)，特別涉及電動(dòng)自行車(chē)模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

?電動(dòng)自行車(chē)智能助力傳感技術(shù)是針對(duì)高端助力型自行車(chē)（以山地車(chē)、公路車(chē)型為主）的應(yīng)用，它要解決的任務(wù)是如何將人力和電力結(jié)合，形成動(dòng)力相互傳感。主要功能是提升騎行者的舒適度，同時(shí)減少電機(jī)磨損，提升電機(jī)使用壽命。

以往的助力傳感技術(shù)通常采用的方式包括：

1、以往的助力傳感技術(shù)通常采用的方式，人力（蹬踏）轉(zhuǎn)動(dòng)中軸，中軸輪盤(pán)上的固定磁性體隨中軸輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性體隨中軸輪盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)到與霍爾元件位置重合的位置時(shí)觸發(fā)固定在中軸連接件上的霍爾元件，由霍爾元件導(dǎo)通電機(jī)開(kāi)關(guān)電路，進(jìn)而使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；此種僅由一個(gè)霍爾元件采集觸發(fā)信號(hào)，切換開(kāi)關(guān)方式，電源接通時(shí)的電流無(wú)過(guò)渡過(guò)程，電流從無(wú)到有直接跳變，瞬間接通電源極易造成有齒高速電機(jī)的減速齒輪的齒輪咬合撞擊。而目前電動(dòng)車(chē)專(zhuān)用（小型）永磁直流無(wú)刷有齒高速電機(jī)的減速齒輪，都是采用塑料為原材料的傳動(dòng)齒輪，其壽命和可靠性都較差，因此采用無(wú)過(guò)渡、跳變切換開(kāi)關(guān)方式的助力傳感技術(shù)對(duì)齒高速電機(jī)的使用壽命是一個(gè)不利因素。

2、由于以往的助力傳感技術(shù)在直接切換電路時(shí)會(huì)產(chǎn)生無(wú)瞬間大電流放電，鋰電池在大電流放電的沖擊下，會(huì)縮短電池的壽命和續(xù)行里程。

3、以往的助力傳感技術(shù)，僅有識(shí)別助力開(kāi)關(guān)開(kāi)啟或關(guān)閉信號(hào)的識(shí)別功能，控制器根據(jù)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出指令控制電機(jī)開(kāi)關(guān)，由于磁性體隨中軸輪盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)到與霍爾元件位置重合的位置時(shí)才觸發(fā)一次，因而控制器發(fā)出的開(kāi)關(guān)信號(hào)是時(shí)斷時(shí)續(xù)，電機(jī)亦時(shí)斷時(shí)續(xù)輸出動(dòng)力，因?yàn)橐酝闹鞲屑夹g(shù)不具速度變化識(shí)別能力，不能來(lái)判斷騎行者的騎行（蹬踏中軸輪盤(pán)）狀態(tài)即中軸輪盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，所以控制器也不能根據(jù)中軸輪盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率來(lái)控制電機(jī)輸出功率（動(dòng)力）的大小，不能達(dá)到最佳電機(jī)輸出功率和有效省力的助力狀態(tài)。

4、以往的助力傳感技術(shù)不具有動(dòng)態(tài)坡度識(shí)別能力，使騎行者在上坡時(shí)有勞累感。不能達(dá)到最佳電機(jī)輸出功率和有效省力的助力狀態(tài)。

????由于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，以及用戶(hù)對(duì)電動(dòng)自行車(chē)性能的更高需要，電動(dòng)車(chē)助力傳感技術(shù)仍有很大的提升空間，目前需要解決的問(wèn)題包括：1、?對(duì)有齒高速電機(jī)能有效避免齒輪咬合撞擊打齒，2、實(shí)現(xiàn)人工助力系統(tǒng)無(wú)瞬間大電流放電，避免鋰電池大電流放電的沖擊，3、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)具有速度變化識(shí)別能力、動(dòng)態(tài)坡度識(shí)別能力，能夠判斷騎行者的騎行（蹬踏中軸輪盤(pán)）狀態(tài)，電動(dòng)車(chē)坡度狀態(tài)，來(lái)控制控制電機(jī)輸出功率（動(dòng)力）的大小，達(dá)到最佳電機(jī)輸出功率和有效省力的助力狀態(tài)，使騎行者在上坡時(shí)也如同平路一樣舒適無(wú)勞累感。4、對(duì)于山地車(chē)、公路車(chē)而言，在變速時(shí)，實(shí)現(xiàn)人工助力可以多檔配合，達(dá)到最佳電機(jī)輸出功率和有效省力的助力狀態(tài)。?

????而目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)能達(dá)到上述要求的電動(dòng)自行車(chē)智能助力傳感系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)，也沒(méi)有相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)道，因此，需要研制一種采用新技術(shù)的用于電動(dòng)自行車(chē)智能助力的模擬力矩控制系統(tǒng)，從根本上解決以往的助力傳感技術(shù)存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是，提供一種電動(dòng)自行車(chē)模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法的技術(shù)解決方案，采用包括有環(huán)行矩陣排列的若干磁性體的助力動(dòng)態(tài)采集裝置，磁性體環(huán)行矩陣與多個(gè)霍爾元件作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁性體按規(guī)定的時(shí)序觸發(fā)多個(gè)霍爾元件，多個(gè)霍爾元件產(chǎn)生觸發(fā)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)與中軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)應(yīng)，由單片機(jī)（CPU）對(duì)采集到的脈沖信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、處理，由此判斷腳踏（中軸轉(zhuǎn)動(dòng)）的實(shí)時(shí)速度，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算給出電機(jī)的輸出動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)助力傳感的智能化；系統(tǒng)在騎行時(shí)通過(guò)采集腳踏的實(shí)時(shí)速度，并通過(guò)采用整合3?軸陀螺儀、3?軸加速器的姿態(tài)模塊為坡度識(shí)別器?，坡度識(shí)別器檢測(cè)動(dòng)態(tài)運(yùn)行中的路面坡度給出相應(yīng)增加的電機(jī)輸出動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)助力傳感的智能化。

?????為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采用這樣的方案實(shí)現(xiàn)的：電動(dòng)自行車(chē)模擬力矩助力傳感控制系統(tǒng)，包括液晶屏顯示儀表模塊、功能選擇按鍵模塊、剎車(chē)信號(hào)輸入模塊、模擬力矩助力動(dòng)態(tài)采集器和電機(jī)控制器，其特征在于，模擬力矩助力動(dòng)態(tài)采集器采用三顆霍爾傳感器與環(huán)形磁鋼陣列組成的速度檢測(cè)結(jié)構(gòu)，用于腳踏方向及速度的監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集；系統(tǒng)通過(guò)模擬力矩助力動(dòng)態(tài)采集器對(duì)腳踏板速度、加速度監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)控制無(wú)刷電機(jī)控制器對(duì)電機(jī)功率的輸出，從而實(shí)現(xiàn)模擬力矩助力傳感的效果，模擬力矩助力動(dòng)態(tài)采集器采用同時(shí)集成了9軸陀螺儀的MPU6050姿態(tài)模塊，用以對(duì)騎行車(chē)輛的姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)路面坡度情況對(duì)電機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)整，從而獲得更好的用戶(hù)體驗(yàn)；

所述模擬力矩助力動(dòng)態(tài)采集器由助力盤(pán)結(jié)構(gòu)件和模擬力矩助力動(dòng)態(tài)采集電路板構(gòu)成；