CN108844671A - 电动助力车力矩测量装置、测量方法及电动助力车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动助力车力矩测量装置、测量方法及电动助力车，电动助力车力矩测量装置，包括：基座、安装于基座上的变形部件、以及，安装于变形部件上并用以感测变形部件形变程度的应变片，电动助力车的后轮轮轴安装于基座上，基座在相应位置开设有通孔，变形部件也位于所述通孔内，且处于轮轴的前方。本发明结构简单巧妙，变形部件变形精准，应变片感测灵敏，助力高效。

Description

电动助力车力矩测量装置、测量方法及电动助力车

技术领域

本发明涉及一种电动助力车力矩测量装置、测量方法及电动助力车。

背景技术

现今流行的电动助力自行车具有自动检测踏板踏力、感知骑行者的骑行意图，实现智能调节助力的功能，从而提供一种全新的骑行体验。力矩传感器作为电动助力自行车的最核心的技术，其技术方案直接影响助力自行车的性能，成本以及生产加工效率。后轴勾爪式力矩测量方案是一种综合性能较好的力矩测量方案，其具优点是原理简单，结构不复杂，性能较好，成本较为低廉。目前，后轴勾爪式传感器主要由固定座和磁性件（霍尔传感器）组成，其通过磁性件测量固定座的变形进行测量；但磁性件结构复杂，占用空间大，易损坏，且这种测量方式对加工固定座的材料及加工精度要求高，传感器生产价格高，加工工艺复杂生产效率低；受材料性能的限制，固定座容易产生永久形变，从而大大影响测量精度，用户的后期维护成本高。因此，有必要提供一种性能较好，成本低廉，加工工艺简单，易于维护的新的力矩测量传感器。

发明内容

本发明涉及电动助力车力矩测量装置、测量方法及电动助力车，能够准确地测出电动助力车车轮后轴对基座上变形部件产生的形变程度，以给电动助力车相应的助力信号。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电动助力车力矩测量装置，包括基座、设置于基座上的变形部件、以及，安装于变形部件上并用以感测变形部件形变程度的应变片，电动助力车的后轮轮轴安装于基座上。

通过采用上述技术方案，力矩测量装置结构简单巧妙，应变片可感测变形部件的形变程度，进而将这种形变量转换为电信号，以对电动助力车产生相应的助力，便于骑行。变形部件处于轮轴的前方，更有利于轮轴对变形部件产生形变。

作为本发明的进一步改进，基座上，在变形部件的安装位置，开设有用于容纳变形部件产生形变的形变空间。通过采用上述技术方案，形变空间的设置有利于变形部件产生变形，及变形后恢复至初始状态，由于应变片贴装于变形部件上，也有利于应变片对变形部件进行感测。

作为本发明的进一步改进，所述轮轴处于所述形变空间内，变形部件处于轮轴的前方，并与变形部件直接接触或通过一传导件间接接触。通过采用上述技术方案，轮轴受力后直接作用或通过一传导件作用于变形部件，利于变形部件产生形变，也利于应变片对变形部件的形变程度进行感测。

作为本发明的进一步改进，所述传导件的上下两端均向内开设有用于卡配在基座上的凹槽三；传导件的前端面向外凸出有凸起部，凸起部抵靠于变形部件上。通过采用上述技术方案，凹槽的设置有利于使得传导件沿基座在通孔范围内移动。凸起部的设置有利于传导件的力的传导，使变形部件更易产生形变。

作为本发明的进一步改进，所述形变空间为一贯穿基座的通槽一，所述变形部件呈竖直状布置，变形部件的上端连接于通槽一的上侧壁，变形部件的下端连接于通槽一的下侧壁，变形部件的前/后表面均与通槽一的前/后侧壁保持有间隙。通过采用上述技术方案，因车轮轮轴受力方向为横向，竖向设置的变形部件有利于变形，也有利于应变片感测此形变量。

作为本发明的进一步改进，所述基座上还开设有条形通槽，所述条形通槽连通所述形变空间，所述条形通槽将所述基座分隔为固定部和位移部；所述条形通槽包括横线段通槽和竖弯段通槽，所述勾爪式力矩传感器装横线段通槽的前端连通所述形变空间，所述横线段通槽的后端连通所述竖弯段通槽的上端。通过采用上述技术方案，条形通槽的设置有利于基座在受到轮轴的作用力时产生形变，而条形通槽的具体结构，一方面有利于被条形通槽分为割成的两部分产生相对位移和形变，另一方面也有利于基座的恢复。竖弯段通槽向轮轴所在的下方方向开设。

作为本发明的进一步改进，所述横线段通槽中间具有一向下凹陷的凹陷段通槽，所述基座在相应位置具有一向下设置的限位凸起部，限位凸起部陷于凹陷段通槽内。通过采用上述技术方案，限位凸起部与凹陷段通槽的设置，便于对基座产生形变后进行限位，不致于基座产生过大形变。

作为本发明的进一步改进，所述竖弯段通槽向轮轴所处的一侧开设，竖弯段通槽的下端为一圆弧形通槽。通过采用上述技术方案，圆弧形通槽的设置有利于基座产生形变。

作为本发明的进一步改进，所述变形部件为扁平状，变形部件的后侧表面为平面，用于贴装所述应变片；变形部件的前侧表面具有向后侧表面凹陷的弧形凹槽，应变片位于弧形凹槽相对位置。通过采用上述技术方案，变形部件的具体结构，一方面有利于应变片的安装，另一方面有利于变形，弧形凹槽的设置有利于变形部件产生变形及应变片对该变形部件产生的形变量进行感测。

电动助力车，包括上述任一项技术方案所述的电动助力车力矩测量装置，还具有车架和控制器，基座上开设固定孔以安装于车架上，应变片连接至所述控制器。通过采用上述技术方案，电动助力车采用这种力矩测量装置，能够很好地实现助力。基座的安装位置以及控制器的设置，有利于应变片对变形部件的形变量进行测量后反馈给控制器，进而电动助力车相应的控制信号，以完成助力。

电动助力车力矩测量方法，采用上述任一项技术方案所述的电动助力车力矩测量装置及电动助力车，包括如下步骤：

A. 当脚踩于电动助力车脚踏板上向前蹬时，对链条产生一个向前的作用力，链条通过链轮作用于轮轴上，轮轴产生横向位移，因轮轴安装于基座上，基座内的变形部件产生形变；

B.贴装在变形部件上的应变片感测到变形部件的形变程度，应变片将此形变程度以变化的电信号反馈给控制器；

C.控制器通过分析处理应变片的电信号，向电机给出相应的电动助力输出。通过采用上述技术方案，测量方法简单高效，能很好地测出轮轮轮轴的受力情况，直接表现为变形部件的变形程度，也即应变片的变形程度，给控制器相应的信号，以完成助力。

根据本发明电动助力车力矩测量装置，采用应变片作为变形测量单元，对固定基座的加工精度要求低，具有结构更简单，基座加工工艺简单（基座加工精度要求低），成本低廉，受材料因长期使用产生永久变形的影响小，后期维护简单等特点，具有更好稳定性，更长使用寿命，更高生产效率，更低生产成本，更易维护的特点。本发明电动助力车结构简单，助力高效；力矩测量方法便于采集轮轴的位移，即变形部件的形变程度。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置的整体结构示意图。

图2为本发明一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置的爆炸示意图。

图3为本发明一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置的侧视示意图。

图4为本发明另一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置的整体结构示意图。

图5为本发明另一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置的爆炸示意图。

图6为本发明另一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置的侧视示意图。

图7为本发明一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置应用于助力自行车的示意图。

图8为本发明一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置的安装位置结构示意图。

图9为本发明一个实施例提供的电动助力车力矩测量装置产生形变示意图。

图10为本发明一个实施例提供的力矩传感器装置的整体结构示意图。

图11为本发明一个实施例提供的力矩传感器装置的爆炸示意图。

图12为本发明一个实施例提供的力矩传感器装置的主视示意图。

图13为本发明另一个实施例提供的力矩传感器装置的整体结构示意图。

图14为本发明另一个实施例提供的力矩传感器装置的爆炸示意图。

图15为本发明一个实施例提供的力矩传感器装置的安装位置结构示意图。

图中：基座1、应变片2、变形部件3、轮轴4、车架5、链条6、飞轮7、传导件8、脚踏板9、牙盘10、曲柄11、轴承12、固定孔102、容纳槽103、凹槽一110、通孔122、信号线201、凸起部801、凹槽三802、支撑桥一101、固定孔102、容纳槽103、通槽一104、限位凸起部105、凹陷段通槽106、支撑桥二107、竖弯段通槽108、凹槽109、凹槽一110、信号线201、弧形凹槽301、圆弧形通槽1081。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下扣合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书中的前、后仅是为了更清楚地说明各技术特征的位置关系，不表示对本发明保护范围唯一的限定。本发明中的“前”方/侧/端，指的是靠近电动助力车正常行进的方向，也可理解为说明书附图中箭头所指的方向。后方则与前方相对，即远离电动助力车正常行的方向。

实施例1

电动助力车力矩测量装置，应用于电动助力车（具体可为电动助力自行车，滑板车等），包括，基座1、应变片2、变形部件3，基座1安装于自行车车架5上，基座1在相应位置开设有固定孔102，自行车后轮的轮轴4安装于基座1上，基座1在相应位置开设有通孔122，变形部件3安装于基座1上，基座1在相应位置开设有用于容纳变形部件3发生形变的形变空间，通孔122与形变空间相连通。应片2贴装于变形部件3的前侧面，轮轴4位于变形部件3的后侧面。具体地，请参阅图1、图11、图3，固定孔102位于基座1的前部上方，通孔122与形变空间位于基座1的中下部。

应变片，可以是电阻式应变片或光学应变片。按材料分：金属式体型，包括丝式、箔式、薄膜型；半导体式体型，包括薄膜型、扩散型、外延型、PN结型；按结构分：单片、双片、特殊形状；按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下。

基座1的前端面为竖直状，基座1的下端面为水平状，前端面与下端面在连接的位置具有倒角，基座1的上端面和后端面呈现弧形过渡；基座1在开设固定孔102的位置向前端面凸出，形成一弧状的安装耳。

变形部件3呈扁平状，且竖直安装于基座1上，基座1上开设有凹槽一110用于变形部件3的安装。

应变片2的信号线201从基座1的前端引出，基座1上在相应位置开设有容纳槽103。

工作原理：

应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即：

= K×ε

其中，R：应变片原电阻值Ω（欧姆）；

ΔR：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω（欧姆）；

K：应变片的灵敏系数（常量）；

ε：应变。

具体地，请参阅图7至图9，当脚踩于自行车脚踏板9上向前及向下蹬时，对脚踏板产生力的作用，如F踏，脚踏板9通过与之连接的曲柄11，将力传导给牙盘10，再经链条6传导给飞轮7，飞轮7经轴承12作用于车轮的轮轴4，从而对车轮轮轴4产生一个向前的横向作用力，如F后轮轴，轮轴4发生一个位移即S后轮轴，轮轴4作用于变形部件3上，使变形部件3产生形变或位移，由于应变片2贴装在变形部件3上，则应变片2可感测到变形部件3的形变程度，即应变片2的电阻发生相应变化，应变片2的信号线与控制器数据接收端口相连。自行车控制器通过分析处理应变片2的电阻变化信号，向电机给出相应的电动助力输出，从而达到智能输出助力大小的效果，便于骑行。

实施例2

请参阅图4至图6，变形部件3和轮轴4之间还设置有传导件8，传导件8的上下两端均向内开设有凹槽三802，用于卡配在基座1上，传导件8的后端面抵靠于轮轴4，传导件8的前端面向外凸出有凸起部801，凸起部801抵靠于变形部件3上，轮轴4受到向前的横向作用力时，传导件8向前移动，进而对变形部件3进行作用，使变形部件3产生形变或位移，应变片2可感测到变形部件3的形变程度/位移程度，即应变片2的电阻发生相应变化，自行车控制器通过分析处理应变片2的电阻变化信号，向电机给出相应的电动助力输出，从而达到智能输出助力大小的效果，便于骑行。其他技术特征与实施例1中技术特征一致，不再赘述。

实施例3

一种力矩传感器装置，应用于电动助力车（具体可为电动助力自行车，滑板车等），请参阅图10、图12 和图15，包括基座1、应变片2和变形部件3，基座1安装于电动助力自行车的车架5上，基座1在相应位置开设有固定孔102，自行车后轮的轮轴4安装于基座1上，基座1在相应位置开设有凹槽109，变形部件3安装于基座1上，且处于轮轴4的前方，变形部件3与轮轴4不直接接触，应变片安装于变形部件3上，具体地，请参阅图10、图12，固定孔102位于基座1的前部上方，凹槽109位于基座的下部，变形部件3位于固定孔102和凹槽109位置之间，基座1上，在变形部件3的安装位置，开设有用于变形部件3发生形变的形变空间，即通槽一104。

请参阅图11，变形部件3呈竖直状布置，基座1安装变形部件3的上下部位均开设有凹槽一110，凹槽一110与通槽一104连通，变形部件3的后侧面为平面，前侧面上具有向后侧面凹陷的弧形凹槽301，应变片贴装在变形部件的后侧面，与弧形凹槽301相对，变形部件3的前/后表面均与通槽一104的前/后侧壁保持有间隙。

请参阅图11图12，基座1的中部开设有条形通槽，条形通槽与通槽一104连通，条形通槽包括第一横线段通槽，凹陷段通槽106，第二横线段通槽，以及竖弯段通槽108，第一横线段通槽连通通槽一104，凹陷段通槽向下方凹陷，基座1在相应位置向下具有限位凸起部105，限位凸起部105陷于凹陷段通槽106内，凹陷段通槽106的前端连通第一横线段通槽，后端连通第二横线段通槽，第二横线段通槽的后端连通竖弯段通槽108，竖弯段通槽108的上半段呈竖直状，下半段呈向前作弧形弯曲，竖弯段通槽向轮轴4所处的下方开设，竖弯段通槽108的最下端具有一圆弧形通槽1081。

基座1的后部上方呈弧形状。基座1的后部，在竖弯段通槽108的后方，具有支撑桥二107；基座1的前部，在通槽一104的前方，具有支撑桥一101。

基座1上还开设有用于容纳应变片2的信号线201的容纳槽103，容纳槽103包括一竖直段和一水平段，竖直段的下端连通通槽一104，上端连通水平段的后端，水平段的前端通向基座的前端，信号线201连接于应变片2上，可埋藏在容纳槽103内以引出。

具体地，请参阅图10、图12和图15，电动助力车，可为电动助力自行车，安装有力矩传感器装置，且具有车架5、车轮、链条、链轮、牙盘、脚踏板、曲柄和控制器，两脚踏板安装于曲柄上，曲柄转动固定穿设于牙盘上，链轮与车的后轮同轴，链条装于牙盘与链轮上，牙盘转动设置于车架上，应变片的信号线201连接至控制器，基座1上通过开设固定孔102安装于车架5上，车轮的轮轴4的一端安装于基座1上，变形部件3的设置位置处于轮轴4的安装位置与固定孔102的位置之间。

当脚踩于自行车脚踏板上向前蹬时，对链条6产生一个向前的作用力F，链条6通过链轮7作用于轮轴4上，轮轴4作用于基座1的凹槽109上，使安装于基座1内的变形部件3产生形变，由于应变片2贴装在变形部件3上，则应变片2可感测到变形部件3的形变程度，即应变片2的电阻发生相应变化，应变片2的信号线与控制器数据接收端口相连。自行车控制器通过分析处理应变片2的电阻变化信号，向电机给出相应的电动助力输出，从而达到智能输出助力大小的效果，便于骑行。

凹陷段通槽106与限位凸起部105设置，有利于对基座1的形变程度进行限制，不致于产生程度过大的形变，而不利于基座上变形部件3的恢复。

通槽108的设置给变形部件3提供了一定的形变空间，条形通槽的设置，便于使基座1在受力后其下半部分产生形变，进而使变形部件3产生形变。

实施例4

请参阅图13和图14，变形部件3和基座1一体成型，以条形通槽的横线段通槽为界，基座1的上部厚度比基座1的下部厚度较厚，在基座1的上部与下部连接位置具有一台阶112。其他技术特征与实施例1中技术特征一致，不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种电动助力车力矩测量装置，其特征在于，包括：基座（1）、设置于基座（1）上的变形部件（3）、以及，安装于变形部件（3）上并用以感测变形部件（3）形变程度的应变片（2），电动助力车的后轮轮轴（4）安装于基座（1）上。

2.如权利要求1所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，基座（1）上，在变形部件（3）的安装位置，开设有用于容纳变形部件（3）产生形变的形变空间。

3.如权利要求2所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，所述轮轴（4）处于所述形变空间内，变形部件（3）处于轮轴（4）的前方，并与变形部件（3）直接接触或通过一传导件（8）间接接触。

4.如权利要求3所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，所述传导件（8）的上下两端均向内开设有用于卡配在基座（1）上的凹槽三（802）；传导件（8）的前端面向外凸出有凸起部（801），凸起部（801）抵靠于变形部件（3）上。

5.如权利要求2所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，所述形变空间为一贯穿基座（1）的通槽一（104），所述变形部件（3）呈竖直状布置，变形部件（3）的上端连接于通槽一（104）的上侧壁，变形部件（3）的下端连接于通槽一（104）的下侧壁，变形部件（3）的前/后表面均与通槽一（104）的前/后侧壁保持有间隙。

6.如权利要求5所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，所述基座（1）上还开设有条形通槽，所述条形通槽连通所述形变空间，所述条形通槽将所述基座分隔为固定部和位移部；所述条形通槽包括横线段通槽和竖弯段通槽（108），所述勾爪式力矩传感器装横线段通槽的前端连通所述形变空间，所述横线段通槽的后端连通所述竖弯段通槽的上端。

7.如权利要求6所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，所述横线段通槽中间具有一向下凹陷的凹陷段通槽（106），所述基座（1）在相应位置具有一向下设置的限位凸起部（105），限位凸起部（105）陷于凹陷段通槽（106）内。

8.如权利要求6或7所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，所述竖弯段通槽向轮轴（4）所处的一侧开设，竖弯段通槽（108）的下端为一圆弧形通槽（1081）。

9.如权利要求5所述的电动助力车力矩测量装置，其特征在于，所述变形部件（3）为扁平状，变形部件（3）的后侧表面为平面，用于贴装所述应变片（2）；变形部件（3）的前侧表面具有向后侧表面凹陷的弧形凹槽（301），应变片（2）位于弧形凹槽（301）相对位置，或者，变形部件（3）的前侧表面也为平面。

10.电动助力车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电动助力车力矩测量装置，还具有车架（5）和控制器，基座（1）上开设固定孔（102）以安装于车架（5）上，应变片（2）连接至所述控制器。

11.电动助力车力矩测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的电动助力车力矩测量装置，权利要求10所述的电动助力车，包括如下步骤：

A. 当脚踩于电动助力车脚踏板上向前蹬时，对链条产生一个向前的作用力，链条通过链轮作用于轮轴（4）上，轮轴（4）产生横向位移，因轮轴安装于基座（1）上，基座（1）内的变形部件（3）产生形变；

B.贴装在变形部件（3）上的应变片（2）感测到变形部件（3）的形变程度，应变片（2）将此形变程度以变化的电信号反馈给控制器；

C.控制器通过分析处理应变片（2）的电信号，向电机给出相应的电动助力输出。