CN108313188A - 一种电动助力自行车控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动助力自行车控制系统，包括传感器、控制器和后台云管家。传感器包括位置传感器和角度传感器，位置传感器设置在牙盘上，用于确定牙盘转动的方向，供所述控制器设定速度；角度传感器设置在座位底下，用于感知路面信息并将所述路面信息反馈给控制器，路面信息作为控制系统速度模型匹配的条件；控制器无线连接后台云管家。后台云管家提供自行车设备在线管理功能、行车模型与行车数据接口。该电动助力自行车感知用户骑行意愿，不依靠档把进行助力骑行，并且可以控制存取车及车速保护，提供后台数据接口，方便自行车生产厂家进一步实现电助力车骑行人工智能，给用户带来更好的骑行感受。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，具体地,尤其涉及一种电动助力自行车控制系统。
背景技术
现行电动自行车标准规定最高车速不超过25km/h，但目前实际使用中部分电动自行车最高车速超过40km/h；这些产品性能上接近或达到电动轻便摩托车，引发的交通安全事故时有发生，造成了大量的人员伤亡。目前电动助力自行车与轻便电动摩托车的区分主要为是否具有脚踏骑行功能。
现有电动助力自行车：较多依靠挡把主动控制，或采用昂贵的力矩传感器自动助力，成本高昂且缺少有效的智能控制。
因此，亟需提供一种电动助力自行车控制系统，以解决现有技术的不足。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种电动助力自行车控制系统，可以使得电动助力自行车可以感知人的骑行意愿，实现智能电助力控制；不依靠档把进行助力骑行，并且可以控制存取车及车速保护。提供后台设备管理、数据接口及行车模型，方便自行车生产厂家进一步实现电助力车骑行人工智能。
本发明采用的技术方案如下：电动助力自行车控制系统，包括传感器、控制器和后台云管家。
所述传感器包括位置传感器和角度传感器，所述位置传感器设置在牙盘上，用于确定牙盘转动的方向，供所述控制器设定速度；所述角度传感器设置在座位底下，用于感知路面信息并将所述路面信息反馈给所述控制器，所述路面信息作为控制系统速度模型匹配的条件。
所述控制器无线连接所述后台云管家，并通过无线网络进行数据传输。
进一步，所述位置传感器包括第一位置传感器和第二位置传感器，所述第一位置传感器固定安装在牙盘外壳上，所述第二位置传感器也是固定设置在牙盘上。
进一步，所述第二位置传感器与牙盘圆心所在的直线且与所述第一位置传感器与牙盘圆心所在的直线的圆心角大于90度。
进一步，所述路面信息包括车身的角度和路况的数据。
进一步，所述控制器包括微处理单元、电机驱动单元、通信单元和GPS定位芯片，所述GPS定位芯片通过所述通信单元和传感器接口接收信息，并传给所述微处理单元，从而驱动所述电机驱动单元运作。
进一步，所述控制器还设置有控制程序，所述控制程序包括存取车控制程序、助力控制程序、紧急安全保护程序和网络通信地理位置确定程序。
进一步，所述后台云管家还设置有远程控制接口、行车数据接口，所述远程控制接口和所述行车数据接口向所述后台云管家进行数据传输和管理，可实现智能实时调整。
进一步，该电动助力自行车还包括显示屏，所述控制器电连接所述显示屏，并显示相关信息。
本发明的有益效果为：实现电动自行车智能助力控制方法和控制系统。具有感知用户骑行意愿，不依靠档把进行助力骑行，并且可以控制存取车及车速保护，提供后台数据接口，方便自行车生产厂家进一步实现电助力车骑行人工智能。
附图说明
图1为电动助力自行车控制系统的原理图；
图2为电动助力自行控制系统的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的，技术方案及技术效果更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。应理解，此处所描述的具体实施例，仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，一种电动助力自行车控制系统，包括传感器、控制器、显示屏，所述传感器包括位置传感器和角度传感器，位置传感器设置在牙盘上，所述传感器把相关信号输入到所述控制器上，所述控制器的相关控制程序执行指令后传达给自行车。
还包括后台云管家，所述控制器无线连接所述后台云管家，并通过无线网络进行数据传输。
进一步，所述传感器通过控制板连接，用于反馈信号给控制器，并由控制器中的控制系统经过信号换算，从而建立相关模型。所述位置传感器包括第一位置传感器和第二位置传感器，所述第一位置传感器固定安装在牙盘外壳上，由牙盘转动触发，连续触发后形成脉冲型号，供控制器计算当前用户想要达到的速度、加速度。所述第二位置传感器也是固定设置在牙盘外壳上。且所述第二位置传感器与牙盘圆心所在的直线且与所述第一位置传感器与牙盘圆心所在的直线的圆心角大于90度。由牙盘转动触发，与第一位置传感器一起，用来确定牙盘转动的方向，供控制器触发设定的速度控制模型。优选地，第一传感器与第二传感器安装在牙盘的边缘处。
进一步，所述角度传感器设置在座位底下，用于感知车身的角度和判断路况的数据。与控制器中GPS定位芯片一起或独立工作，反馈给控制系统路面信息，作为控制系统速度模型匹配的条件。
进一步，所述控制器包括微处理单元、电机驱动单元、通信单元和GPS定位芯片，所述GPS定位芯片通过所述通信单元和传感器接口接收信息，并传给所述微处理单元，从而驱动所述电机驱动单元运作。
控制器提供控制系统运行的硬件环境，提供链接外部传感器及网络通信接口。微处理单元运行嵌入式操作系统，规划电机控制，通过传感器信号、电机反馈信号等实现电机速度或位置控制方法，发送控制指令给电机驱动单元。电机驱控单元接收控制指令、按规划值控制电机运转。控制器上的传感器接口连接参与控制计算的外部传感器，除本系统包含的两个位置传感器、一个角度传感器及电机反馈信号等，还包括车体本身的行车速度传感器等。GPS定位芯片可以为2G、3G、4G网络通信，可以精准定位，并且接入互联网中。
进一步，所述控制器还包括控制程序，所述控制程序可实现存取车控制程序、助力控制程序、紧急安全保护程序和网络通信地理位置确定程序。
控制器的控制程序可实现以下功能：电助力自行车控制系统通过微控制器、传感器反馈实现行车逻辑控制、运动控制，实现用车、行车过程的全自动化控制模型。
存取车控制是指接收存取车控制指令，解锁电机行车，锁电机锁车。接收到存车信号后控制电机锁定，通知电源管理系统，进入锁车模式。接收到取车信号后控制电机解锁，通知电源管理系统，进入骑行准备模式。
助力行车控制是通过位置传感器信号计算骑行用户想达到的速度、加速度，根据车身行车速度传感器获取当前车速，通过角度(结合GPS地理位置数据)获取路面信息，控制电机运转助力，实现助力行车模型。
助力行车系统包括加速助力实现方法和速度抑制反向助力实现方法。
加速助力的实现为：位置传感器(采用光电位置传感器，实现原理不限定采用何种位置传感器)固定在牙盘外框上，当牙盘转动，牙盘上的透光孔经过位置传感器时，触发位置信号，连续转动触发形成脉冲信号，根据采集的脉冲信号频率、车身行车速度传感器，计算用户想达到的速度及期望的加速度；辅以角度传感器、地理位置数据等建立路况模型(缓坡、陡坡等)，反向控制电机进行速度跟随，达到自动助力的效果。
速度抑制反向助力的实现为：第一位置传感器与第二位置传感器成一定角度安装，通过脉冲信号的先后顺序可判断牙盘在正转或反转，当连续反转大于两圈，激活速度抑制功能，用于下陡坡、长坡控制模型；速度抑制在达到限定速度(国标规定的助力自行车行驶速度)时自动触发。而且速度抑制不影响正常制动系统。
普通模型：路面平直，电机助力平稳、速度跟随且扭矩略小、主动动态调整，电助力小于人力。
缓坡模型：小于20度的缓坡，电机助力平稳、速度跟随且扭矩适中、主动动态调整，电助力与人力持平。
陡坡模型：大于20度的陡坡，速度跟随且扭矩放大，主动动态调整，电助力大于人力。
急弯模型：主动解除助力，制动解除助力，助力激活由角度值恢复与连续牙轮转动判断介入。
速度保持：行车速度在一定区间，连续牙盘反转两圈以上激活，保持匀速行驶，制动介入，速度保持解除。长下坡、陡坡路况为速度抑制。
紧急安全保护是电助力自行车以安全行车为第一保障，紧急安全保护可处理突发事件，控制电动力分离、超速控制、危险预警显示等。当收到制动信号，解除电机助力。当车身速度传感器值达到限速临界点，进行危险提示，并进行电机反向助力，辅助控制车速。当电机电流、电压达到过载临近点或电池温度过高，电助力解除，防止过度放电引起的电机、电池损坏。通过获取控制器与电池的连接状态，进行电池防盗保护，预警。通过位置传感器、地理位置信息、角度传感器判断车辆是否处于静止状态，达到一定时间，自动锁车。
显示系统把行车状态显示、电量显示(与电源管理通讯，电源管理不在本发明范畴)、预警提示等显示在显示屏上。
网络通讯及地理位置定位是云管家后台互联网接入、地理位置数据。
进一步，所述后台云管家还设置有远程控制接口、行车数据接口，所述远程控制接口和所述行车数据接口向所述后台云管家进行数据传输和管理。可实现智能实时调整。云管家用来提供车辆互联网接入，完成车辆设备基本管理功能，并提供远程控制接口、行车数据接口用于用户端程序的实现(一般为自行车厂家或运维方提供的移动端手机App)、提供人工智能助力模型。
后台管理中可实现车辆注册、控制系统升级、车辆实时状态查询等。
远程控制接口可实现远程存取车指令、远程维护和故障诊断指令、消息推送接口。
行车数据接口包含当前的地理位置信息、实时车速、实时助力模式、电池状态，比如温度、电量和电池的充放电情况。
智能实时调整以当前形车数据为基础，结合骑行用户数据产生的控制模型，供用户调用，实现精准实时控制，使骑行过程更加符合用户意愿和习惯。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种电动助力自行车控制系统，其特征在于，包括传感器、控制器和后台云管家；
所述传感器包括位置传感器和角度传感器，所述位置传感器设置在牙盘上，用于确定牙盘转动的方向，供所述控制器设定速度；所述角度传感器设置在座位底下，用于感知路面信息并将所述路面信息反馈给所述控制器，所述路面信息作为控制系统速度模型匹配的条件；
所述控制器无线连接所述后台云管家，并通过无线网络进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的电动助力自行车控制系统，其特征在于，所述位置传感器包括第一位置传感器和第二位置传感器，所述第一位置传感器、所述第二位置传感器均固定安置在牙盘上。
3.根据权利要求2所述的电动助力自行车控制系统，其特征在于，所述第二位置传感器与所述牙盘圆心连接的直线与所述第一位置传感器与所述牙盘圆心连接的直线的圆心角大于90度。
4.根据权利要求1所述的电动助力自行车控制系统，其特征在于，所述路面信息包括车身的角度和路况的数据。
5.根据权利要求1所述的电动助力自行车控制系统，其特征在于，所述控制器包括微处理器单元、电机驱动单元、通信单元和GPS定位芯片，所述GPS定位芯片通过所述通信单元和传感器接口接收信息，并传给所述微处理单元，从而驱动所述电机驱动单元运作。
6.根据权利要求1或4所述的电动助力自行车控制系统，其特征在于，所述控制器还设置有控制程序，所述控制程序包括存取车控制程序、助力控制程序、紧急安全保护程序和网络通信地理位置确定程序。
7.根据权利要求1所述的电动助力自行车控制系统，其特征在于，所述后台云管家还设置有设备管理模块、远程控制接口、行车数据接口与行车模型，所述设备管理模块提供自行车基础信息管理；所述远程控制接口和所述行车数据接口向所述后台云管家进行数据传输和管理，供用户二次开发调用；所述行车模型提供人工智能行车参数供控制系统使用。
8.根据权利要求1所述的电动助力自行车控制系统，其特征在于，还包括显示屏，所述控制器电连接所述显示屏，并显示相关信息。
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