CN109941390A - 助力自行车智能感应系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种助力自行车智能感应系统，包括：转速传感器，该转速传感器检测助力自行车的中轴的转速而生成转速信号；力矩传感器，该力矩传感器检测骑行者踩踏时产生的力矩而生成与力矩信号；车速传感器，该车速传感器检测助力自行车的车速而生成车速信号；以及电机控制器，该电机控制器从所述转速传感器、所述力矩传感器以及所述车速传感器分别接收转速信号、力矩信号以及车速信号而驱动用于给助力自行车提供助力的电机，其中，所述电机控制器基于从所述车速传感器接收到的车速信号而根据从所述转速传感器接收到的转速信号和从力矩传感器接收到的力矩信号中的某一个信号来向所述电机发送电机驱动信号以驱动所述电机。

Description

助力自行车智能感应系统

技术领域

本发明涉及一种助力自行车智能感应系统。

背景技术

助力自行车属于自行车范畴，是自行车的迭代升级产品，除正常的自行车组件以外集成了电机、控制器、传感器、电池、行车仪表等一系列电子组件，在骑行过程中通过传感器采集骑行者力度、速度、道路坡度等的各种信息后通过恰到好处地释放电辅助动力从而实现人力+电力有机结合的智能化的交通工具。

目前的所有助力自行车的助力方式是通过感应器(即，传感器)采集骑行数据再通过电机控制器向电机发送指令驱动电机提供辅助力实现的。

现有的感应方式通常为转速感应、力矩感应两种方式。这两种方式互有优缺点，因而无法满足骑行过程中让骑行者随心所欲的舒适骑行感觉。

转速感应方式在骑行过程中优势比较明显，诸如动力输出比较平均且平缓，但在从静止启动到行驶过程(几秒)相对费力，遇上坡时也会费力。转速感应方式的上述优缺点是由如下原因造成的。

应用于转速感应方式的转速传感器通常由内置磁钢的磁盘和霍尔元件组成，其助力原理是人力脚踏时，磁盘随中轴旋转，磁盘的旋转被霍尔元件检测之后再通过模块放大、整形就形成了脉冲助力信号。该脉冲助力信号由控制器放大后，就会驱动电机旋转，实现助力控制。在此，通常骑行者在平路上骑行时脚踏的转动是比较匀速的，继而霍尔元件接收到的磁盘的信号也是比较匀速的，从而实现助力输出比较平均且平缓。但是，从静止启动或者上坡时脚踏的转动速度(即，转速)比较慢，导致助力的输出滞后，骑行吃力。总结来看，转速感应是通过采集信号的累加开始驱动电机，当自行车由静止到滑行的过程中信号累加的不够所以助力没有启动，反过来若调整为刚刚接受信号(少量信号)便启动助力的话，不仅会造成安全隐患(例如，会不按骑行者的意图向前穿)，而且对后续正常骑行过程中接收信号输出助力的大小造成难以控制的局面，即对与信号累加而对应的助力比造成困难。

另一方面，力矩感应方式在由静止启动到行驶的过程中优势明显，而且上坡的优势也明显，但正常行驶过程中由于动力输出无法做到平缓、平均，因而助力感觉较弱且有比较明显的顿挫感严重降低骑行感觉。力矩感应方式的上述优缺点是由如下原因造成的。

力矩感应方式是以力矩传感器感知骑行者踩脚踏的力度的大小进行判断，进而理解骑行者的骑行意图，提供相应的动力支持。但是，在通常骑行时骑行者踩踏的力量是不断在变化的，例如，牙盘曲柄转一圈时右脚(假设右脚此时处在最高处)踩踏的力量是从最高到最低慢慢消减的，这时力矩传感器接收到力量的信号后给出的动力支持的力量也同样是递减的，当右脚处于最低位时左脚开始发力，这时力矩传感器突然接收到来自左脚的瞬间力量，从而给出的动力支持的力量也同样的突然且强力。因此，骑行者感受到的助力感觉是一阵一阵的、带有顿挫感的。所以，力矩感应无法做到平缓、平均的助力感觉。

力矩感应方式的优势在起步和上坡时比较明显。这是因为，在这两种情况下骑行者给出的力量比较大，所以动力支持的力量也比较大，从而可以达到轻松起步和轻松爬坡的效果。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够一直给骑行者提供平缓、平均的助力感觉的助力自行车智能感应系统。

为了实现上述目的，根据本发明的助力自行车智能感应系统可包括：转速传感器，该转速传感器检测助力自行车的中轴的转速而生成转速信号；力矩传感器，该力矩传感器检测骑行者踩踏时产生的力矩而生成与力矩信号；车速传感器，该车速传感器检测助力自行车的车速而生成车速信号；以及电机控制器，该电机控制器从所述转速传感器、所述力矩传感器以及所述车速传感器分别接收转速信号、力矩信号以及车速信号而驱动用于给助力自行车提供助力的电机，其中，所述电机控制器基于从所述车速传感器接收到的车速信号而根据从所述转速传感器接收到的转速信号和从力矩传感器接收到的力矩信号中的某一个信号来向所述电机发送电机驱动信号以驱动所述电机。

并且，所述电机控制器可包括基准车速判定单元、传感信号选择单元以及电机主驱动单元，其中，所述基准车速判定单元判断从所述车速传感器接收到的车速信号所对应的车速是否小于预定的基准车速，当所述车速小于预定的基准车速时生成第一判定信号，当所述车速大于或等于预定的基准车速时生成第二判定信号，所述传感信号选择单元接收由所述基准车速判定单元发送的第一判定信号和第二判定信号中的某一个判定信号，当接收到第一判定信号时选择将所述力矩信号传送给电机主驱动单元，当接收到第二判定信号时选择将所述转速信号传送给电机主驱动单元，所述电机主驱动单元根据所接收到的所述力矩信号和所述转速信号中的某一个信号而向所述电机发送电机驱动信号以驱动所述电机。

并且，根据本发明的助力自行车智能感应系统还可包括：坡度传感器、基准坡度判定单元以及电机辅助驱动单元，所述坡度传感器检测助力自行车行驶的地面的坡度而生成坡度信号，所述基准坡度判定单元判断从所述坡度传感器接收到的坡度信号所对应的地面的坡度是否大于预定的基准坡度，当所述地面的坡度大于预定的基准坡度时生成第三判定信号并将该第三判定信号传送给所述电机辅助驱动单元，所述电机辅助驱动单元接收到所述第三判定信号时向所述电机输出电机辅助驱动信号，从而进一步提高所述电机的输出。

并且，根据本发明的助力自行车智能感应系统还可包括：坡度传感器、坡度范围判定单元以及电机辅助驱动单元，所述坡度传感器检测助力自行车行驶的地面的坡度而生成坡度信号，所述坡度范围判定单元中存储有多个坡度范围，所述坡度范围判定单元判断从所述坡度传感器接收到的坡度信号所对应的地面的坡度属于所述多个坡度范围中的哪个坡度范围，并根据所属的坡度范围生成与所属的坡度范围对应的坡度范围信号，所述电机辅助驱动单元接收所述坡度范围信号，并根据所述坡度范围信号向所述电机输出与所述坡度范围信号对应的电机辅助驱动信号，从而进一步提高所述电机的输出。

并且，所述坡度传感器可以是陀螺芯片。

根据本发明的助力自行车智能感应系统，能够一直给骑行者提供平缓、平均的助力感觉。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施例的助力自行车智能感应系统的框图。

图2是示出根据本发明的另一实施例的助力自行车智能感应系统的框图。

附图符号：

100：转速传感器 200：力矩传感器

300：车速传感器 400：电机控制器

410：基准车速判定单元 420：传感信号选择单元

430：电机主驱动单元 500：电机

600：坡度传感器 700：基准坡度判定单元

700′：坡度范围判定单元 800：电机辅助驱动单元

具体实施方式

以下，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。本发明的优点及特征通过参照附图详细描述的实施例将会变得清楚。然而，本发明不限于以下公开的实施例，而是可以以彼此不同的形态实现，本实施例只是为了完整地公开本发明且向本发明所属技术领域中具有通常的知识的技术人员完整地告知本发明的范围而提供的，本发明仅由权利要求书所记载的范围来确定。纵观说明书，相同的标号表示相同的构成要素。

在说明本发明时，如果认为对于相关的公知功能或构成的具体说明有可能混淆本发明的主旨，则省略对其详细的说明。另外，后述的术语是考虑到在本发明中的功能而进行定义的术语，因此这种术语根据用户、运营商的意图或惯例等而可能不同。

图1是示出根据本发明的助力自行车智能感应系统的框图。

参照图1，根据本发明的助力自行车智能感应系统包括：转速传感器100、力矩传感器200、车速传感器300以及电机控制器400。

转速传感器100检测助力自行车的中轴的转速而生成转速信号。力矩传感器200检测骑行者踩踏时产生的力矩而生成力矩信号。车速传感器300检测助力自行车的车速而生成车速信号。电机控制器400从转速传感器100、力矩传感器200以及车速传感器300分别接收转速信号、力矩信号以及车速信号而驱动用于给助力自行车提供助力的电机500。其中，电机控制器400基于从车速传感器300接收到的车速信号而根据从转速传感器100接收到的转速信号和从力矩传感器200接收到的力矩信号中的某一个信号来向电机500发送电机驱动信号以驱动电机500。

在这里，电机控制器400根据转速信号驱动用于给助力自行车提供助力的电机的操作(即，背景技术部分中提到的转速感应方式的工作)以及根据力矩信号驱动用于给助力自行车提供助力的电机的操作(即，背景技术部分中提到的力矩感应方式的工作)已被本领域技术人员所熟知，因而可通过本领域公知的技术来实现，在此不进行详细说明。

作为一个示例，根据本发明的助力自行车智能感应系统中，电机控制器400包括基准车速判定单元410、传感信号选择单元420以及电机主驱动单元430。

具体地，基准车速判定单元410判断从车速传感器300接收到的车速信号所对应的车速是否小于预定的基准车速Y1，当所述车速小于预定的基准车速Y1时生成第一判定信号，当所述车速大于或等于预定的基准车速Y1时生成第二判定信号。如上所述可知，第一判定信号是表示所述车速小于预定的基准车速Y1的情形的信号，第二判定信号是表示所述车速大于或等于预定的基准车速Y1的信号。

并且，传感信号选择单元420接收由基准车速判定单元410发送的第一判定信号和第二判定信号中的某一个判定信号，当接收到第一判定信号时将由力矩传感器200生成的力矩信号传送给电机主驱动单元430，当接收到第二判定信号时将由转速传感器100生成的转速信号传送给电机主驱动单元430。电机主驱动单元430根据所接收到的力矩信号和转速信号中的某一个信号而向电机500发送电机驱动信号以驱动电机500。

在此，作为一个示例，所述基准车速Y1可以为5km/h。但是，本发明并不限于此，所述基准车速Y1可根据制造商的意图而设定为不同。在这里，作为一个示例设定基准车速Y1为5km/h是因为，小于5km/h车速时被认为是刚起步状态的状态，因而应当以力矩感应方式提供助力，这样能够发挥力矩感应方式的由静止启动到行驶的过程中的优势；而在大于或等于5km/h车速时，被认为是已处于稳定的骑行状态而不是刚起步的状态，因而应当以转速感应方式提供助力，这样能够发挥转速感应方式的骑行过程中的优势。

如此，本发明的助力自行车智能感应系统可使助力自行车在速度较低的起步时以力矩感应方式工作，即启动力矩传感器而使力矩传感器对助力自行车的助力发挥作用，而在达到预定车速之后(即，车速大于或等于基准车速之后)，以速度感应方式工作，即启动转速传感器而使转速传感器对助力自行车的助力发挥作用。据此，可以使得骑行者感受到平缓、平均的助力感觉，而不是一阵一阵的、带有顿挫感的助力感觉，同时，在起步时或上坡时也不会感到骑行吃力。

此外，根据本发明的助力自行车智能感应系统还可以包括坡度传感器600、基准坡度判定单元700以及电机辅助驱动单元800。

所述坡度传感器600检测助力自行车行驶的地面的坡度而生成对应于所述坡度的坡度信号。所述基准坡度判定单元700判断从所述坡度传感器接收到的坡度信号所对应的地面的坡度是否大于预定的基准坡度P1，当地面的坡度大于预定的基准坡度P1时生成第三判定信号并将该第三判定信号传送给所述电机辅助驱动单元。所述电机辅助驱动单元800接收到所述第三判定信号时向所述电机500输出电机辅助驱动信号，从而进一步提高所述电机的输出。当地面的坡度小于或等于预定的基准坡度P1时，所述基准坡度判定单元700不会生成任何信号发送至所述电机辅助驱动单元800。

在这里，预定的基准坡度P1可以为5度，但本发明并不局限于此。

在这里，所谓的“进一步提高所述电机的输出”是指电机500被电机主驱动单元驱动时的输出的基础上再进一步增加输出的输出。

据此，即便是上坡骑行，骑行者也可以感觉到近乎于平地骑行的感觉。

以下，对本发明的另一实施例进行详细说明。

图2是示出根据本发明的另一实施例的助力自行车智能感应系统的框图。图2所示的本发明的另一实施例的转速传感器100、力矩传感器200、车速传感器300、电机控制器400以及电机500与图1所示的本发明的一实施例相同。以下，仅对与图1所示的本发明的一实施例不同的构成进行详细说明。

根据本发明的另一实施例的助力自行车智能感应系统还包括坡度传感器600、坡度范围判定单元700′以及电机辅助驱动单元800。

所述坡度传感器600检测所述助力自行车所行驶的地面的坡度而生成对应于所述坡度的坡度信号。所述坡度范围判定单元700′中存储有多个坡度范围(例如，5度至小于10度的第一坡度范围、10度至小于15的第二坡度范围、15度至小于20度的第三坡度范围等，依次类推)，所述坡度范围判定单元判断从所述坡度传感器600接收到的坡度信号所对应的地面的坡度属于上述多个坡度范围中的哪个坡度范围，并根据所属的坡度范围生成与所属的坡度范围对应的坡度范围信号。所述电机辅助驱动单元接收所述坡度范围信号，并根据所述坡度范围信号向所述电机输出与所述坡度范围信号对应的电机辅助驱动信号，从而进一步提高所述电机的输出。在此，坡度越大，进一步提高电机的输出的程度越大。

因此，根据本发明的另一实施例的助力自行车智能感应系统，可应对不同的地面的坡度来进一步提高电机的输出，因此，不同坡度的上坡骑行时也能够实现近乎于平地骑行的感觉。

并且，本发明的助力自行车智能感应系统中，所述坡度传感器可以是内置于电机控制器的陀螺芯片。

如上所述的本发明的自行车智能感应系统中，诸如转速传感器、力矩传感器、车速传感器、电机控制器、基准车速判定单元、传感信号选择单元、电机主驱动单元、坡度传感器、基准坡度判定单元以及坡度范围判定单元等各构成要素的功能，本领域技术人员可根据以上的说明而通过本领域的公知技术来实现。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种助力自行车智能感应系统，其特征在于，包括：

转速传感器，该转速传感器检测助力自行车的中轴的转速而生成转速信号；

力矩传感器，该力矩传感器检测骑行者踩踏时产生的力矩而生成与力矩信号；

车速传感器，该车速传感器检测助力自行车的车速而生成车速信号；以及

电机控制器，该电机控制器从所述转速传感器、所述力矩传感器以及所述车速传感器分别接收转速信号、力矩信号以及车速信号而驱动用于给助力自行车提供助力的电机，

其中，所述电机控制器基于从所述车速传感器接收到的车速信号而根据从所述转速传感器接收到的转速信号和从力矩传感器接收到的力矩信号中的某一个信号来向所述电机发送电机驱动信号以驱动所述电机。

2.如权利要求1所述的助力自行车智能感应系统，其特征在于，

所述电机控制器包括基准车速判定单元、传感信号选择单元以及电机主驱动单元，

其中，所述基准车速判定单元判断从所述车速传感器接收到的车速信号所对应的车速是否小于预定的基准车速，当所述车速小于预定的基准车速时生成第一判定信号，当所述车速大于或等于预定的基准车速时生成第二判定信号，

所述传感信号选择单元接收由所述基准车速判定单元发送的第一判定信号和第二判定信号中的某一个判定信号，当接收到第一判定信号时选择将所述力矩信号传送给电机主驱动单元，当接收到第二判定信号时选择将所述转速信号传送给电机主驱动单元，

所述电机主驱动单元根据所接收到的所述力矩信号和所述转速信号中的某一个信号而向所述电机发送电机驱动信号以驱动所述电机。

3.如权利要求2所述的助力自行车智能感应系统，其特征在于，还包括：坡度传感器、基准坡度判定单元以及电机辅助驱动单元，

所述坡度传感器检测助力自行车行驶的地面的坡度而生成坡度信号，

所述基准坡度判定单元判断从所述坡度传感器接收到的坡度信号所对应的地面的坡度是否大于预定的基准坡度，当所述地面的坡度大于预定的基准坡度时生成第三判定信号并将该第三判定信号传送给所述电机辅助驱动单元，

所述电机辅助驱动单元接收到所述第三判定信号时向所述电机输出电机辅助驱动信号，从而进一步提高所述电机的输出。

4.如权利要求2所述的助力自行车智能感应系统，其特征在于，还包括：坡度传感器、坡度范围判定单元以及电机辅助驱动单元，

所述坡度传感器检测助力自行车行驶的地面的坡度而生成坡度信号，

所述坡度范围判定单元中存储有多个坡度范围，所述坡度范围判定单元判断从所述坡度传感器接收到的坡度信号所对应的地面的坡度属于所述多个坡度范围中的哪个坡度范围，并根据所属的坡度范围生成与所属的坡度范围对应的坡度范围信号，

所述电机辅助驱动单元接收所述坡度范围信号，并根据所述坡度范围信号向所述电机输出与所述坡度范围信号对应的电机辅助驱动信号，从而进一步提高所述电机的输出。

5.如权利要求3或4所述的助力自行车智能感应系统，其特征在于，

所述坡度传感器是陀螺芯片。