CN105857115A - 一种用于电动助力自行车的电机智能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动助力自行车的电机智能控制系统，包括电机（1）、控制器（2）和电池（10），其特征在于：所述的电机（1）内部设置有踩踏传感器（7）；所述的控制器（2）包括单片机（3）、踩踏信号采集电路（4）和电机驱动电路（6），踩踏信号采集电路（4）能够通过踩踏传感器（7）实时获得用户踩踏的转动方向和转动速度并传递给单片机（3）处理获得用户踩踏的加速度；单片机（3）根据用户踩踏的加速度来控制PWM占空比输出并通过电机驱动电路（6）控制电机（1）的电机驱动部分（9）驱动电机轮毂的转速。本发明采集的信号密集、灵敏度高且助力启动角度小、检测用户停止踩踏的时间短，故适宜推广使用。

Description

一种用于电动助力自行车的电机智能控制系统
技术领域
本发明涉及电动助力自行车技术领域，具体地说是一种信号密集、灵敏度高使得起步时助力启动角度小且检测用户停止踩踏的时间短的用于电动助力自行车的电机智能控制系统。
背景技术
电动助力自行车兼具自行车运动休闲以及电动车轻松省力的特点，近年来越来越受市场欢迎。目前，市场上大部分助力控制方案，采用的助力传感器和电动自行车的轮毂电机分别为独立的两个部件。助力传感器一般安装于自行车架中轴处，通过助力传感器测量用户骑行时的踩踏频率，并将该信息转换成数字信号传递给控制器，由控制器调节PWM占空比，最终实现助力。但是该方案缺点较多：⑴、中轴的助力传感器，受限于用户的踩踏频率（一般最大为120转每分钟，一般在50-90转每分钟之间），信号少，灵敏度有限；⑵、起步时要踩踏一定角度（最小24°）才可启动助力；⑶、停止踩踏检测时间长（100毫秒以上）；⑷、助力传感器采集到的踩踏频率信息单一且控制器的控制方式受限；⑸当前主要有两种控制方式，一种控制方式是以踩踏信号作为助力开关，检测到踩踏信号后调节电机达到额定档位速度，另一种控制方式是将踩踏频率换算成一定的PWM占空比值，高踏频输出高电机转速，但其所输出的电机转速并不能很好适配用户踩踏节奏，导致电机转速超前（出现踏空，空踩）或落后于用户的踩踏频率（助力太弱），以上两种的体验并不好；⑹、助力传感器所需配件较多，安装精度高，固定方式复杂，且裸露在外部环境中，可靠性及稳定性差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种信号密集、灵敏度高使得起步时助力启动角度小且检测用户停止踩踏的时间短的用于电动助力自行车的电机智能控制系统。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种用于电动助力自行车的电机智能控制系统，包括电机、控制器和电池，其特征在于：所述的电机内部设置有踩踏传感器；所述的控制器包括单片机、踩踏信号采集电路和电机驱动电路，踩踏信号采集电路能够通过踩踏传感器实时获得用户踩踏的转动方向和转动速度并传递给单片机处理获得用户踩踏的加速度；单片机根据用户踩踏的加速度来控制PWM占空比输出并通过电机驱动电路控制电机的电机驱动部分驱动电机轮毂的转速。
所述的踩踏传感器设置在电机的电机轴上并通过电机的踩踏驱动部分的磁场变化来实时感应用户踩踏的转动方向和转动速度。
所述的单片机根据获得的用户踩踏的转动速度和时间状态得出用户踩踏的加速度。
所述电机的端盖上设有能够实时感应到车轮的转动速度的车轮转动传感器。
所述的车轮转动传感器能够将实时获得车轮的转动速度传递给控制器中的车轮转动信号采集电路并由车轮转动信号采集电路传递给单片机。
所述控制器由电池供电。
所述的踩踏传感器采用能够识别正反转向的一个或多个霍尔元件制成，且车轮转动传感器亦采用霍尔元件制成。
所述的霍尔元件通过引出线与电缆连接至控制器的相应部件上。
所述的霍尔元件为锁存型霍尔或开关型霍尔。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的智能控制系统通过将踩踏传感器设置在电机的内部使得采集的助力传感信号密集、灵敏度高，用户踩踏最小角度5°即可启动助力，控制器检测用户停止踩踏并停止助力输出的时间短至20毫秒；能够根据踩踏速度和加速度等信息智能识别用户加速及减速的意图，提供更加智能的助力体验，控制器驱动电机的电机驱动部分的转速跟随用户踩踏的速度，不会出现电机的电机驱动部分的转速超前或落后于用户踩踏速度的情况；且由于无需再在中轴处安装助力传感器，助力传感信号来源于电机的内部，采集的信息更加稳定可靠，另外通过车轮转动传感器的设置使得助力传感信息更丰富，故适宜推广使用。
附图说明
附图1为本发明的用于电动助力自行车的电机智能控制系统原理框图。
其中：1—电机；2—控制器；3—单片机；4—踩踏信号采集电路；5—车轮转动信号采集电路；6—电机驱动电路；7—踩踏传感器；8—车轮转动传感器；9—电机驱动电路；10—电池。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示：一种用于电动助力自行车的电机智能控制系统，包括电机1、控制器2和给控制器2供电的电池10，在电机1内部设置有踩踏传感器7和车轮转动传感器8，其中踩踏传感器7设置在电机1的电机轴上并通过电机1的踩踏驱动部分的磁场变化来实时感应用户踩踏的转动方向和转动速度，车轮转动传感器8设置在电机1的端盖上使得车轮转动传感器8能够实时感应到车轮的转动速度；控制器2包括单片机3、踩踏信号采集电路4、车轮转动信号采集电路5和电机驱动电路6，踩踏信号采集电路4能够通过踩踏传感器7实时获得用户踩踏的转动方向和转动速度并传递给单片机3，单片机3根据获得的用户踩踏的转动速度和时间状态得出用户踩踏的加速度；单片机3根据用户踩踏的加速度来控制PWM占空比输出并通过电机驱动电路6控制电机1的电机驱动部分9驱动电机轮毂的转速。另外车轮转动传感器8能够将实时获得车轮的转动速度传递给控制器2中的车轮转动信号采集电路5并由车轮转动信号采集电路5传递给单片机3，单片机3能够根据车轮的实时转动速度来对电机驱动部分9驱动电机轮毂的转速进行微调。在上述电机智能控制系统中，踩踏传感器7采用能够识别正反转向的一个或多个霍尔元件制成，且车轮转动传感器8亦采用霍尔元件制成，上述的霍尔元件为锁存型霍尔或开关型霍尔，且霍尔元件分别通过引出线与电缆连接至控制器2的相应部件上。
本发明的电机智能控制系统在使用时，当用户正向踩踏时，脚踏板依次带动牙盘、卡式飞轮、卡基座、固定环正向转动，此时电机轴上的踩踏传感器7通过电机1的踩踏驱动部分的磁场变化来实时感应用户踩踏的转动方向和转动速度，并将感应到的状况通过数字信号输出给控制器2的踩踏信号采集电路4并由踩踏信号采集电路4传递给单片机3，单片机3识别数字信号根据获得的用户踩踏的转动速度和时间状态得出用户踩踏的加速度，单片机3根据用户踩踏的加速度来控制PWM占空比输出并通过电机驱动电路6来控制电机1的电机驱动部分9驱动电机轮毂的转速；另外由于卡基座通过棘轮棘爪机构单向驱动端盖使得电机轮毂同步转动，设置在端盖上的车轮转动传感器8将车轮的实时转动速度通过车轮转动信号采集电路5传递给单片机3，单片机3能够根据车轮的实时转动速度来对电机驱动部分9驱动电机轮毂的转速进行微调。在上述过程中，控制器2驱动电机1的电机驱动部分9的转速跟随用户踩踏的速度，不会出现电机1的电机驱动部分9的转速超前或落后于用户踩踏速度的情况。当用户在静止起步时，控制器2能够智能识别用户加速意图，并控制电机1的电机驱动部分9提高扭力，配合用户舒适完成起步加速和爬坡；当用户在爬坡时，控制器2根据用户踩踏速度的线性下降幅度和加速度的波动区间，判别用户处于爬坡状态，并控制电机1的电机驱动部分9提高扭力，帮助用户轻松爬坡；当用户停止踩踏或者反向踩踏时，控制器2可识别用户的动作并中止电机1的电机驱动部分9的助力输出，其最快反应时间为20毫秒。
本发明的智能控制系统通过将踩踏传感器7设置在电机1的内部使得采集的助力传感信号密集、灵敏度高，用户踩踏最小角度5°即可启动助力，控制器2检测用户停止踩踏并停止助力输出的时间短至20毫秒；控制器2能够根据踩踏速度和加速度等信息智能识别用户加速及减速的意图，提供更加智能的助力体验，控制器2驱动电机1的电机驱动部分9的转速跟随用户踩踏的速度，不会出现电机1的电机驱动部分9的转速超前或落后于用户踩踏速度的情况；且由于无需再在中轴处安装助力传感器，助力传感信号来源于电机1的内部，采集的信息更加稳定可靠，另外通过车轮转动传感器8的设置使得助力传感信息更丰富，故适宜推广使用。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种用于电动助力自行车的电机智能控制系统，包括电机（1）、控制器（2）和电池（10），其特征在于：所述的电机（1）内部设置有踩踏传感器（7）；所述的控制器（2）包括单片机（3）、踩踏信号采集电路（4）和电机驱动电路（6），踩踏信号采集电路（4）能够通过踩踏传感器（7）实时获得用户踩踏的转动方向和转动速度并传递给单片机（3）处理获得用户踩踏的加速度；单片机（3）根据用户踩踏的加速度来控制PWM占空比输出并通过电机驱动电路（6）控制电机（1）的电机驱动部分（9）驱动电机轮毂的转速。
2.根据权利要求1所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述的踩踏传感器（7）设置在电机（1）的电机轴上并通过电机（1）的踩踏驱动部分的磁场变化来实时感应用户踩踏的转动方向和转动速度。
3.根据权利要求2所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述的单片机（3）根据获得的用户踩踏的转动速度和时间状态得出用户踩踏的加速度。
4.根据权利要求1或2所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述电机（1）的端盖上设有能够实时感应到车轮的转动速度的车轮转动传感器（8）。
5.根据权利要求4所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述的车轮转动传感器（8）能够将实时获得车轮的转动速度传递给控制器（2）中的车轮转动信号采集电路（5）并由车轮转动信号采集电路（5）传递给单片机（3）。
6.根据权利要求1所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述的控制器（2）由电池（10）供电。
7.根据权利要求1所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述的踩踏传感器（7）采用能够识别正反转向的一个或多个霍尔元件制成，且车轮转动传感器（8）亦采用霍尔元件制成。
8.根据权利要求7所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述的霍尔元件通过引出线与电缆连接至控制器（2）的相应部件上。
9.根据权利要求7或8所述的用于电动助力自行车的电机智能控制系统，其特征在于：所述的霍尔元件为锁存型霍尔或开关型霍尔。
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