CN106976509A - 一种压力检测型踏板、助力自行车及助力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力检测型踏板、助力自行车及助力控制方法，其中，压力检测型踏板，包括壳体、脚踏力检测装置及与脚踏力检测装置连接的电池；脚踏力检测装置包括至少一个压力传感器和无线发射模块；压力传感器与无线发射模块连接；压力传感器、无线发射模块与电池电性连接。本发明通过脚踏力检测装置实现了对骑行者脚踏力的采集，可以实时准确地反馈骑行信息；踏板作为自行车的必备配件，脚踏力检测装置安装于踏板内，不需要改变传统自行车结构，便于生产，安装简单且方便维修更换，节省了人力和时间；通过脚踏力检测装置检测踏力稳定性高，信号传输安全、方便且使用寿命长、生产成本低，实用性强，可以大力推广。

Description

一种压力检测型踏板、助力自行车及助力控制方法

技术领域

本发明涉及交通工具领域，更具体地说是指一种压力检测型踏板、助力自行车及助力控制方法。

背景技术

自行车是人们日常生活中一种代步交通工具。而助力自行车是一种既拥有自行车的轻巧和便捷性，又能够有效减轻自行车上坡、逆风、载物时的负重感的个人交通工具。它以传统自行车为基础，搭载以力矩传感器为核心的动力系统，配有电机与电池。与电动自行车(电动踏板车)最大的区别在于它不是通过转把来调节动力大小，而是以传感器去感知骑行者踩脚踏的力度，根据人力的大小进行判断，进而理解骑行者的骑行意图，提供相应的动力支持。它无法像电动自行车那样纯电动行驶，而是需要“人力+电力”的混合动力驱动，因此骑这种车的方式与骑自行车没什么区别；电力提供的恰当动力可完美解决骑自行车费力的问题，同时也因为人力的组成，它在搭载不大的电池的条件下就可超越一般电动自行车的续航里程，可达到80-100公里。

助力自行车领域最核心的技术之一是“力矩传感器”，它是自行车电动助力系统理解骑行者意图的核心。高端的电助力自行车均使用目前最具科技含量的“双边力矩传感器”，这种传感器技术长期被德国BOSCH及日本YAMAHA等几家跨国公司垄断，搭载这种传感器的车辆售价一般在2000欧元以上，这也是电助力自行车在中国无法打开市场的一大原因。在自行车创业团队中，轻客独立研发出了以力矩传感器为核心的智慧动力系统，使城市电助力车的整车价格在4000元以下，这个价格有望使这类车在国内得到普及。在中低端电助力车产品中，则广泛使用“单边力矩传感器”(只能感知单只脚踏的力量大小，无法真实理解骑行者力量需求)，这也是目前大多数国产电助力车使用的技术，骑行体验与高端车型有较大差距。在低端电助力车领域，还有一种使用“后轴勾爪传感器”的产品，因为没有技术门槛实现成本低而被广泛采用，但是在实际使用过程中效果欠佳，因此基本只用在低端车款上。

综合上述，市面上现有的感知骑行者脚踩踏力的技术及产品共同特点是：工艺结构复杂，工序多，成本比较高，且容易损坏；一旦自行车在骑行一段时间之后，出现故障时维修难度高，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种压力检测型踏板、助力自行车及助力控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

压力检测型踏板，包括壳体、脚踏力检测装置及与脚踏力检测装置连接的电池；所述脚踏力检测装置包括至少一个压力传感器和无线发射模块；所述压力传感器与所述无线发射模块连接；所述压力传感器、无线发射模块与电池电性连接。

压力检测型踏板，包括壳体，及与壳体旋转联接的转轴；还包括脚踏力检测装置及与脚踏力检测装置连接的电池；所述脚踏力检测装置包括至少一个压力传感器和微控制器；所述压力传感器与所述微控制器连接；所述压力传感器、微控制器与电池电性连接，所述的微控制器通过电刷结构与外部电路电性联接，所述的电刷结构设于转轴与壳体的旋转联接处。

其进一步技术方案为：所述壳体包括下壳，及与下壳上下活动联接的上壳；所述压力传感器设于上壳与下壳之间的相邻处，所述上壳与下壳之间的空腔设有电路板和所述的电池，所述的电路板设有所述的无线发射模块。

其进一步技术方案为：所述的压力检测型踏板还包括用于固定上壳与下壳的固定螺钉，所述固定螺钉与下壳螺纹固定联接时，固定螺钉的头部与下壳的联接底面形成的活动高度大于上壳的螺钉通孔高度，以形成上壳与下壳之间的活动空隙。

其进一步技术方案为：所述固定螺钉设有螺纹部和直径大于螺纹部的联接部；所述联接部与螺钉通孔间隙式轴孔配合。

其进一步技术方案为：所述下壳的底部设有用于保持所述空腔内外气压平衡的通孔；所述通孔采用防水透气膜密封；所述压力传感器与所述上壳之间设有缓冲硅胶片。

其进一步技术方案为：所述压力传感器为二个以上，设于壳体的上表面；所述的压力检测型踏板还包括设于压力传感器外周的保护壳，所述保护壳与壳体上表面联接。

其进一步技术方案为：所述壳体内还设有微型发电机、及与微型发电机传动联接的转轴，所述微型发电机与所述电池电性连接。

一种助力自行车，包括自行车本体，与自动车本体旋转联接的脚踏曲柄，及与脚踏曲柄外端旋转联接的踏板；所述踏板包括左踏板、右踏板；所述左踏板和/或右踏板为前述的压力检测型踏板；所述自行车本体设有驱动控制器、及与驱动控制器连接的动力电机；所述驱动控制器包括无线接收模块，主控制器、驱动模块及电池；所述无线接收模块、电池、驱动模块与主控制器电性连接。

一种助力自行车的助力控制方法，所述控制方法为无线控制方法或有线控制方法；

所述的无线控制方法包括以下步骤；

步骤一，压力传感器采集骑行者踩踏脚踏板的踏力，传递给无线发射模块；

步骤二，无线发射模块将接收到的信号发送至无线接收模块；

步骤三，无线接收模块将信号传递至主控制器；

步骤四，主控制器判断左踏板或右踏板的踏力值是否大于设定值；如果是大于设定值，则进入下步骤，如果不是大于设定值，则返回步骤一；

步骤五，主控制器输出控制信号至驱动模块，增大动力电机的输出功率，以产生助力；

所述的有线控制方法包括以下步骤：

步骤一，压力传感器采集骑行者踩踏脚踏板的踏力，传递给微控制器；

步骤二，微控制器通过电刷结构将接收到的信号传递至主控制器；

步骤三，主控制器判断左踏板或右踏板的踏力值是否大于设定值；如果是大于设定值，则进入下步骤，如果不是大于设定值，则返回步骤一；

步骤四，主控制器输出控制信号至驱动模块，增大动力电机的输出功率，以产生助力。

本发明与现有技术相比的有益效果是：通过脚踏力检测装置实现了对骑行者脚踏力的采集，可以实时准确地反馈骑行信息；踏板作为自行车的必备配件，脚踏力检测装置安装于踏板内，不需要改变传统自行车结构，便于生产，安装简单且方便维修更换，节省了人力和时间；在踏板内设有微型发电机，即使电池电量耗尽，骑行者只要转动踏板就可以提供所需的电量，同时还可以对电池进行充电；通过脚踏力检测装置检测踏力稳定性高，信号传输安全、方便且使用寿命长、生产成本低，实用性强，可以大力推广。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明中压力检测型踏板的立体图；

图2为压力检测型踏板第一实施例的剖视图；

图3为图1的剖面图；

图4为图1的爆炸图；

图5为压力检测型踏板第二实施例的剖视图；

图6为压力检测型踏板和驱动控制器的电路方框图；

图7为一种助力自行车的助力控制方法中无线控制方法的流程图；

图8为一种助力自行车的助力控制方法中有线控制方法的流程图。

10 壳体 11 下壳

12 上壳 121 螺钉通孔

13 空腔 14 电路板

15 通孔 16 活动空隙

17 密封圈 18 防水透气膜

19 反光片 20 脚踏力检测装置

21 压力传感器 22 无线发射模块

30 电池 40 微控制器

50 轴盖 60 固定螺钉

61 联接部 62 螺纹部

70 缓冲硅胶片 90 转轴

100 驱动控制器 101 无线接收模块

102 主控制器 103 驱动模块

104 电池 110 动力电机

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1到图8所示的具体实施例，其中，本发明第一实施例，压力检测型踏板，包括壳体10、脚踏力检测装置20及与脚踏力检测装置20连接的电池30；脚踏力检测装置20包括至少一个压力传感器21和无线发射模块22；压力传感器21与无线发射模块22连接；压力传感器21、无线发射模块22与电池30电性连接。

具体的，如图1至图4所示的，壳体10包括下壳11，及与下壳11上下活动联接的上壳12；压力传感器21设于上壳12与下壳11之间的相邻处，上壳12与下壳11之间的空腔13设有电路板14和电池30，电路板14上设有无线发射模块22。

其中，下壳11的底部设有用于保持空腔13内外气压平衡的通孔15；通孔15采用防水透气膜18密封；还可以起到防水和防尘的作用。压力传感器21与上壳12之间设有缓冲硅胶片70，缓冲硅胶片70的邵氏硬度小于50。在壳体10的两侧设有反光片19，使得在夜间骑行时，能够反光，有利于保护骑行者的安全。在上壳12与下壳11之间设有密封圈17，起到密封效果。

具体的，如图3至图4所示，压力检测型踏板还包括用于固定上壳12与下壳11的固定螺钉60，固定螺钉60与下壳11螺纹固定联接时，固定螺钉60的头部与下壳11的联接底面形成的活动高度大于上壳12的螺钉通孔121高度，以形成上壳12与下壳11之间的活动空隙16。

其中，固定螺钉60设有螺纹部62和直径大于螺纹部62的联接部61；联接部61与螺钉通孔121采用间隙式轴孔配合。

进一步地，壳体10内还设有微型发电机80、及与微型发电机80传动联接的转轴90，微型发电机80与电池30电性连接，在壳体10外侧设有用于保护微型发电机80的轴盖50。微型发电机80可以随着踏板转动进行发电，提供所需用电及电池30充电。只要骑行者转动踏板，就会产生电能提供所需电量，并且可以将多余的电量给电池30充电，当电池30的电力被消耗完之后既无需充电也无需拆卸替换，非常的简单方便。由于该踏板中的电子元器件工作时的功耗非常低(<0.1w)，因此微型发电机80的体积可以做得很小，容易安装于踏板内，而且小功率的微型发电机80不会显著增加骑行者的阻力，亦不会影响骑行体验。

其中，电池30为可充电锂电池，充电接口(图中未示出)设置在踏板的外表面。当电池30的电力被消耗完之后，直接插上电源进行充电即可，无需将电池30拆下替换。

具体的，如图5所示的，第二实施例，压力检测型踏板，包括壳体10，及与壳体10旋转联接的转轴90；还包括脚踏力检测装置20及与脚踏力检测装置20连接的电池30；脚踏力检测装置20包括至少一个压力传感器21和微控制器40；压力传感器21与微控制器40连接；压力传感器21、微控制器40与电池30电性连接，微控制器40通过电刷结构(图中未示出)与外部电路进行电性联接，电刷结构设于转轴90与壳体10的旋转联接处。

具体的，如图6所示，本发明还公开了一种助力自行车，包括自行车本体，与自动车本体旋转联接的脚踏曲柄，及与脚踏曲柄外端旋转联接的踏板；踏板包括左踏板、右踏板；左踏板和/或右踏板为前述的压力检测型踏板；自行车本体设有驱动控制器100、及与驱动控制器100连接的动力电机110；驱动控制器100包括无线接收模块101，主控制器102、驱动模块103及电池104；无线接收模块101、电池104、驱动模块103与主控制器102电性连接。

具体的，如图7至图8所示，本发明还公开了一种助力自行车的助力控制方法，控制方法为无线控制方法或有线控制方法；

如图7所示，无线控制方法包括以下步骤；

步骤一，压力传感器采集骑行者踩踏脚踏板的踏力，传递给无线发射模块；

步骤二，无线发射模块将接收到的信号发送至无线接收模块；

步骤三，无线接收模块将信号传递至主控制器；

步骤四，主控制器判断左踏板或右踏板的踏力值是否大于设定值；如果是大于设定值，则进入下步骤，如果不是大于设定值，则返回步骤一；

步骤五，主控制器输出控制信号至驱动模块，增大动力电机的输出功率，以产生助力；

如图8所示，有线控制方法包括以下步骤：

步骤一，压力传感器采集骑行者踩踏脚踏板的踏力，传递给微控制器；

步骤二，微控制器通过电刷结构将接收到的信号传递至主控制器；

步骤三，主控制器判断左踏板或右踏板的踏力值是否大于设定值；如果是大于设定值，则进入下步骤，如果不是大于设定值，则返回步骤一；

步骤四，主控制器输出控制信号至驱动模块，增大动力电机的输出功率，以产生助力。

其中，在无线控制方法的步骤一中，压力传感器在骑行者踩踏脚踏板时，产生一个电阻变化，随着踩踏力的增大而电阻减小，踩踏力减小则电阻增大；这个电阻变化通过电路转换为电信号再通过无线发射模块传递给无线接收模块。

于其他实施例中，压力传感器为二个以上，设于壳体的上表面；压力检测型踏板还包括设于压力传感器外周的保护壳，保护壳与壳体上表面联接。

于其他实施例中，驱动控制器还可以根据当前骑行的状态(如骑行的速度，踩左踏板与踩右踏板力的差值大小等)来判断，动力电机是否增大的功率输出，以产生助力，从而使骑行者骑行时更省力。

综上所述，本发明通过脚踏力检测装置实现了对骑行者脚踏力的采集，可以实时准确地反馈骑行信息；踏板作为自行车的必备配件，脚踏力检测装置安装于踏板内，不需要改变传统自行车结构，便于生产，安装简单且方便维修更换，节省了人力和时间；在踏板内设有微型发电机，即使电池电量耗尽，骑行者只要转动踏板就可以提供所需的电量，同时还可以对电池进行充电；通过脚踏力检测装置检测踏力稳定性高，信号传输安全、方便且使用寿命长、生产成本低，实用性强，可以大力推广。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.压力检测型踏板，其特征在于，包括壳体、脚踏力检测装置及与脚踏力检测装置连接的电池；所述脚踏力检测装置包括至少一个压力传感器和无线发射模块；所述压力传感器与所述无线发射模块连接；所述压力传感器、无线发射模块与电池电性连接。

2.压力检测型踏板，包括壳体，及与壳体旋转联接的转轴；其特征在于，还包括脚踏力检测装置及与脚踏力检测装置连接的电池；所述脚踏力检测装置包括至少一个压力传感器和微控制器；所述压力传感器与所述微控制器连接；所述压力传感器、微控制器与电池电性连接，所述的微控制器通过电刷结构与外部电路电性联接，所述的电刷结构设于转轴与壳体的旋转联接处。

3.根据权利要求1或2所述的压力检测型踏板，其特征在于，所述壳体包括下壳，及与下壳上下活动联接的上壳；所述压力传感器设于上壳与下壳之间的相邻处，所述上壳与下壳之间的空腔设有电路板和所述的电池，所述的电路板设有所述的无线发射模块。

4.根据权利要求3所述的压力检测型踏板，其特征在于，所述的压力检测型踏板还包括用于固定上壳与下壳的固定螺钉，所述固定螺钉与下壳螺纹固定联接时，固定螺钉的头部与下壳的联接底面形成的活动高度大于上壳的螺钉通孔高度，以形成上壳与下壳之间的活动空隙。

5.根据权利要求4所述的压力检测型踏板，其特征在于，所述固定螺钉设有螺纹部和直径大于螺纹部的联接部；所述联接部与螺钉通孔间隙式轴孔配合。

6.根据权利要求3所述的压力检测型踏板，其特征在于，所述下壳的底部设有用于保持所述空腔内外气压平衡的通孔；所述通孔采用防水透气膜密封；所述压力传感器与所述上壳之间设有缓冲硅胶片。

7.根据权利要求1或2所述的压力检测型踏板，其特征在于，所述压力传感器为二个以上，设于壳体的上表面；所述的压力检测型踏板还包括设于压力传感器外周的保护壳，所述保护壳与壳体上表面联接。

8.根据权利要求1所述的压力检测型踏板，其特征在于，所述壳体内还设有微型发电机、及与微型发电机传动联接的转轴，所述微型发电机与所述电池电性连接。

9.一种助力自行车，其特征在于，包括自行车本体，与自动车本体旋转联接的脚踏曲柄，及与脚踏曲柄外端旋转联接的踏板；所述踏板包括左踏板、右踏板；所述左踏板和/或右踏板为权利要求1所述的压力检测型踏板；所述自行车本体设有驱动控制器、及与驱动控制器连接的动力电机；所述驱动控制器包括无线接收模块，主控制器、驱动模块及电池；所述无线接收模块、电池、驱动模块与主控制器电性连接。

10.一种助力自行车的助力控制方法，其特征在于，所述控制方法为无线控制方法或有线控制方法；

所述的无线控制方法包括以下步骤；

步骤一，压力传感器采集骑行者踩踏脚踏板的踏力，传递给无线发射模块；

步骤二，无线发射模块将接收到的信号发送至无线接收模块；

步骤三，无线接收模块将信号传递至主控制器；

步骤四，主控制器判断左踏板或右踏板的踏力值是否大于设定值；如果是大于设定值，则进入下步骤，如果不是大于设定值，则返回步骤一；

步骤五，主控制器输出控制信号至驱动模块，增大动力电机的输出功率，以产生助力；

所述的有线控制方法包括以下步骤：

步骤一，压力传感器采集骑行者踩踏脚踏板的踏力，传递给微控制器；

步骤二，微控制器通过电刷结构将接收到的信号传递至主控制器；

步骤三，主控制器判断左踏板或右踏板的踏力值是否大于设定值；如果是大于设定值，则进入下步骤，如果不是大于设定值，则返回步骤一；

步骤四，主控制器输出控制信号至驱动模块，增大动力电机的输出功率，以产生助力。