CN102826160A - 电动自行车智能助力控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动自行车智能助力控制器，包括信号处理与中心控制模块、助力信号采集模块、电机驱动模块；所述助力信号采集模块包括和信号处理与中心控制模块相接的力矩传感器和速度传感器；所述电机驱动模块包括与信号处理与中心控制模块相接的PWM驱动电路以及与PWM驱动电路相接的直流电机。本发明可实现人机合力带动自行车运行，依据人骑车脚踏力的大小及路况阻力的变化来自动提供适当的电动助力能量，节省了电池的开销，有利于延长续航里程，加上人力的共同参与，因而在休闲性和使用性能上得到了明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制器，具体地说是电动自行车助力控制器。
背景技术
众所周知，电动自行车在中国大陆，其主流模式为全电动驱动方式，主要原因是在大陆市场，电动自行车不是休闲品，而是代步工具，用户花两三千元买了一辆户外家电，若要人力蹬踏，消费者觉得不值，全电动模式，手把一扭即走，省事省力。而在国际市场上，欧美都要求脚踏启动，脚停断电，没有转把的电动自行车。日本市场更需要精确比例助力的电动自行车。
目前，我国电动自行车在智能助力系统及控制器的设计上还存在诸多问题，无法满足国外的技术标准，成为了我国产品走出国门的障碍和制约我国电动自行车行业国际化发展的瓶颈。
我国电动自行车控制器多采用电子式、无级变频脉宽调试，该方式智能水平比较低，且骑行效果也欠流畅；而我国出口欧美市场的电动自行车提出的智能控制器实际上只是速度开关型控制或者简单基于速度的控制，把原转把取消，在中轴部分装一霍尔元件和磁钢圆盘，达到一定速度电机就开始启动，启动后就全电动控制了，因此它并无精确比例一说，骑行感觉也较差。
发明内容
发明目的：是针对现有技术存在的不足，提供一种能依据人骑车脚踏力的大小及路况阻力的变化来自动提供适当的电动助力能量的自行车智能助力控制器。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种电动自行车智能助力控制器，包括信号处理与中心控制模块、助力信号采集模块、电机驱动模块；所述助力信号采集模块包括和信号处理与中心控制模块相接的力矩传感器和速度传感器；所述电机驱动模块包括与信号处理与中心控制模块相接的PWM驱动电路以及与PWM驱动电路相接的直流电机。
所述力矩传感器测出人力脚踩的实时扭矩，速度传感器测出实时速度，实时扭矩和实时速度送至信号处理与中心控制模块，通过信号处理与中心控制模块计算出人力脚踏功率P1，同时信号处理与中心控制模块控制电机驱动模块中的PWM驱动电路产生PWM波形，通过PWM波形来控制直流电机输出相应的功率P2，并且要求助力比例α（α=（P2-P1）/P2）≤1。本发明通过上述方案实现了人机合力带动自行车，骑车者可依据骑自行车的脚踏力的大小和路况来自动提供适当的电动助力能力，节省了电池的开支，延长了电池续航的里程，同时骑车的舒适度大大提高。
本发明中还包括安全保护模块，安全保护模块包括和信号处理与中心控制模块相接的欠压保护模块和/或电流过载保护模块。所述欠压保护模块，通过采集实时工作电压值与设定的电压欠压保护值比较，如果工作电压低于设定的欠压保护值，括信号处理与中心控制模块切断直流电机使之停止工作。所述过载保护模块通过采集实时工作电流与设定的过流保护值比较，如果工作电流高于设定的过流保护值，信号处理与中心控制模块可切断直流电机使之停止工作。
本发明中力矩传感器由双应变电桥组成，安装在直流电机的中轴上，当人踩脚踏板时链条拉动后轴，使后轴发生形变，通过应变片测量形变大小并转化为相应的电压信号。
本发明中所述速度传感器是在直流电机的驱动牙盘上安装一个传动比为5的传动轮，在传动轮上安置4个磁钢，每踩一圈，霍尔传感器产生20个脉冲信号。
本发明中还可以设定报警装置，当发生欠压或电流过载时，括信号处理与中心控制模块启动报警装置，通过报警告知用户有危险。
有益效果：本发明具有以下优点：
1、本发明可实现人机合力带动自行车运行，依据人骑车脚踏力的大小及路况阻力的变化来自动提供适当的电动助力能量，节省了电池的开销，有利于延长续航里程；
2、本发明加上人力的共同参与，因而在休闲性和使用舒适度上得到了明显提高；
3、本发明中为了提高安全性能还能实现欠压保护、电源短路、电压过载保护、定速巡航等功能。
附图说明
图1为本发明结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示的一种电动自行车智能助力控制器，包括信号处理与中心控制模块、助力信号采集模块、电机驱动模块、安全保护模块；
其中助力信号采集模块包括力矩传感器和速度传感器，电机驱动模块包括直流电机和PWM驱动电路，安全保护模块包括欠压保护模块、电流过载保护模块和报警装置。
上述各部件的关系如下：
助力信号采集模块、电机驱动模块分别与信号处理与中心控制模块相连；助力信号采集模块中的力矩传感器测出人力脚踩的实时扭矩，速度传感器测出实时速度，实时扭矩和实时速度送至信号处理与中心控制模块，通过信号处理与中心控制模块计算出人力脚踏功率P1，同时信号处理与中心控制模块控制电机驱动模块中的PWM驱动电路产生PWM波形，通过PWM波形来控制直流电机输出相应的功率P2，并且要求助力比例α（α=（P2-P1）/P2 ）≤1；即可实现电动自行车依据人骑车脚踏力的大小及路况阻力的变化来自动提供适当的电动助力能量的目的。
欠压保护模块，通过采集电动自行车的实时工作电压值与设定的电压欠压保护值比较，如果工作电压低于设定的欠压保护值，信号处理与中心控制模块切断直流电机使之停止工作；电流过载保护模块通过采集实时工作电流与设定的过流保护值比较，如果工作电流高于设定的过流保护值，信号处理与中心控制模块切断直流电机使之停止工作；当发生欠压或电流过载时，信号处理与中心控制模块启动报警装置，通过报警告知用户有危险，便于用户做出相应的预防工作。
力矩传感器由双应变电桥组成，安装在直流电机的中轴上，当人踩脚踏板时链条拉动后轴，使后轴发生形变，通过应变片测量形变大小并转化为相应的电压信号，通过机械的方式将力矩的变化转换为位移量的变化，再利用电涡流传感测量原理将位移量的变化转化为与之成正比的电压信号传给信号处理与中心控制模块；
速度传感器是在直流电机的驱动牙盘上安装一个传动比为5的传动轮，在传动轮上安置4个磁钢，每踩一圈，霍尔传感器产生20个脉冲信号，将霍尔传感器采集到的脉冲信号连接在信号处理与中心控制模块的计数器/定时器口，采取定时测脉冲的方法测量脚踩的速度。
本发明还可以设置巡航定速检测，可以确定是否需要定速巡航，如需定速巡航，由括信号处理与中心控制模块根据当前速度输出相应的PWM控制信号，从而实现定速巡航。
Claims (5)
1. 一种电动自行车智能助力控制器，其特征在于：包括信号处理与中心控制模块、助力信号采集模块、电机驱动模块；所述助力信号采集模块包括和信号处理与中心控制模块相接的力矩传感器和速度传感器；所述电机驱动模块包括与信号处理与中心控制模块相接的PWM驱动电路以及与PWM驱动电路相接的直流电机。
2.根据权利要求1所述电动自行车智能助力控制器，其特征在于：所述力矩传感器测出人力脚踩的实时扭矩，速度传感器测出实时速度，实时扭矩和实时速度送至信号处理与中心控制模块，通过括信号处理与中心控制模块计算出人力脚踏功率P1，同时信号处理与中心控制模块控制PWM驱动电路产生PWM波形，通过PWM波形来控制直流电机输出相应的功率P2，并且要求助力比例α=（P2-P1）/P2≤1。
3.根据权利要求1所述电动自行车智能助力控制器，其特征在于：还包括安全保护模块，安全保护模块包括和信号处理与中心控制模块相接的欠压保护模块和/或电流过载保护模块。
4.根据权利要求1所述电动自行车智能助力控制器，其特征在于：所述力矩传感器由双应变电桥组成，安装在直流电机的中轴上，当人踩脚踏板时链条拉动后轴，使后轴发生形变，通过应变片测量形变大小并转化为相应的电压信号。
5.根据权利要求1所述电动自行车智能助力控制器，其特征在于：所述速度传感器是在直流电机的驱动牙盘上安装一个传动比为5的传动轮，在传动轮上安置4个磁钢，每踩一圈，霍尔传感器产生多个脉冲信号。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20121219 |