CN207389446U - 一种混合动力自行车的新型智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力自行车的新型智能控制系统,包括移动终端、服务器、通信模块、中央控制器、助力感应器、永磁无刷直流电机和蓄电装置；所述移动终端通过无线网络连接所述服务器，所述中央控制器通过所述通信模块与所述服务器进行通信，所述中央控制器的第一输入输出端连接所述永磁无刷直流电机的第一输入输出端，中央控制器的第二输入输出端连接所述助力感应器的输入输出端，所述永磁无刷直流电机的第二输入输出端连接所述蓄电装置的输入输出端；所述蓄电装置分别为所述助力感应器、中央控制器和通信模块供电。

Description

一种混合动力自行车的新型智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及自行车控制领域，特别是一种混合动力自行车的新型智能控制系统。

背景技术

混合动力自行车是一个新的概念。传统的自行车大致分为三类：人力自行车、电动自行车和混合动力自行车。混合动力自行车可以在人力和电力驱动模式间切换。现有的对于混合动力自行车的控制系统还存在一些不足之处：一是没有将人力骑行和电力助力有机的结合起来，使其实现自动智能无缝转换；二是没有考虑人力骑行过程中的冗余人力问题，无法实现逆向的充电循环使用过程。对骑行的体验改观有限，没有做到最大限度的节能环保。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种集电力系统控制和冗余能量存储于一体的智能控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种混合动力自行车的新型智能控制系统,包括移动终端、服务器、通信模块、中央控制器、助力感应器、永磁无刷直流电机和蓄电装置；所述移动终端通过无线网络连接所述服务器，所述中央控制器通过所述通信模块与所述服务器进行通信，所述中央控制器的第一输入输出端连接所述永磁无刷直流电机的第一输入输出端，中央控制器的第二输入输出端连接所述助力感应器的输入输出端，所述永磁无刷直流电机的第二输入输出端连接所述蓄电装置的输入输出端；所述蓄电装置分别为所述助力感应器、中央控制器和通信模块供电。

作为本实用新型的进一步改进，所述通信模块、中央控制器和蓄电装置设于自行车的车体管件内，所述永磁无刷直流电机设于自行车前轮或后轮的轮毂处，所述助力感应器设于自行车中轴与牙盘的连接处。

作为本实用新型的进一步改进，所述移动终端为智能手机、智能手环或者智能手表。

作为本实用新型的进一步改进，所述助力感应器为转速感应器或力矩感应器。

作为本实用新型的进一步改进，所述中央控制器包括整流/逆变MOS管、电压升降元件和控制芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述蓄电装置为蓄电池。

作为本实用新型的进一步改进，所述蓄电装置为超级电容电池。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设计了高度集成智能化的自行车控制系统，利用永磁无刷直流电机作为能量转化装置，蓄电装置作为储能和供能装置，依靠助力感应器和中央控制器对骑行过程中的能量供给关系实施全程监控和骑行状态数据的记录，实现自行车电能的高效利用和冗余人力的有效存储循环使用。

2、中央控制器全程监控骑行的状态和数据，且中央控制器将定时对骑行的状态数据进行分析汇总，并将有效信息通过通信模块发送给服务器，服务器对信息进行大数据分析，结合大数据分析的高度智能化个性化的骑行控制，带来更好的出行体验。

3、由中央控制器的MOS管来实现逆变和整流的功能，不需要外接整流和逆变设备，降低了生产成本。

4、本实用新型最大限度提升了自行车骑行的舒适度，且节能环保。

附图说明

图1为本实用新型实施例控制系统的连接框图；

附图标记：1-移动终端，2-服务器，3-通信模块，4-中央控制器，5-助力感应器，6-永磁无刷直流电机，7-蓄电装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种混合动力自行车的新型智能控制系统,包括移动终端1、服务器2、通信模块3、中央控制器4、助力感应器5、永磁无刷直流电机6和蓄电装置7；所述移动终端1通过无线网络连接所述服务器2，所述中央控制器4通过所述通信模块3与所述服务器2进行通信，所述中央控制器4的第一输入输出端连接所述永磁无刷直流电机6的第一输入输出端，中央控制器4的第二输入输出端连接所述助力感应器5的输入输出端，所述永磁无刷直流电机6的第二输入输出端连接所述蓄电装置7的输入输出端；所述蓄电装置7分别为所述助力感应器5、中央控制器4和通信模块3供电。

本实用新型中，蓄电装置作为永磁无刷直流电机运转的能量来源，同时也是永磁无刷直流电机将冗余人力转换成电能的存储装置，而且在自行车的骑行过程中为助力感应器、中央控制器和通信模块的工作供电。采用永磁无刷直流电机，并通过中央控制器分别智能调节三相线各自的相位转换从而控制发电功率(永磁无刷直流电机的三相线的相位控制对于本领域的技术人员来说，属于现有技术，在此不做过多叙述)，相比常规的三相发电机发电来说，同样的功率输入，发电效率更高，即发电功率相同的情况下，所需要的输入功率降低，达到了能降低电磁阻力的效果，使得骑行负载轻、舒适感好。

在骑行时，通过脚蹬、曲柄进行人力输入，依次带动中轴、牙盘，助力感应器检测到牙盘转动表示有人力输入，并将感应的信号发送给中央控制器，中央控制器接受到助力感应器的信号后，根据永磁无刷直流电机内的霍尔测速器获取永磁无刷直流电机的转速，由该转速计算当前的自行车行驶速度，最后根据当前的自行车行驶速度来判断永磁无刷直流电机是进行电力驱动模式还是进入发电模式；当非骑行状态或者无人力输入时，助力感应器无感应信号，中央控制器也不会启动永磁无刷直流电机的电力驱动模式。

中央控制器判断永磁无刷直流电机是进行电力驱动模式还是进入发电模式的情况如下：

1、当中央控制器获取人力输入的感应信号并且永磁无刷直流电机内的霍尔测速器检测到自行车的行驶速度小于最佳速度v₀(最佳速度也是最舒适的速度，让骑行者既不踏空、也不费劲)时，中央控制器启动永磁无刷直流电机的电力驱动模式，否则不启动永磁无刷直流电机的电力驱动模式；

2、当中央控制器获取人力输入的感应信号并且永磁无刷直流电机内的霍尔测速器检测到自行车的行驶速度大于等于最佳速度v₀时，中央控制器停止永磁无刷直流电机的电力驱动模式，启动永磁无刷直流电机的发电模式(发电模式是靠人力来驱动同时给永磁无刷直流电机做功发电)；

3、当中央控制器没有获取到人力输入的感应信号并且永磁无刷直流电机内的霍尔测速器检测到自行车的行驶速度小于最佳速度v₀时，中央控制器控制永磁无刷直流电机待机；

4、当中央控制器没有获取到人力输入的感应信号并且永磁无刷直流电机内的霍尔测速器检测到自行车的行驶速度大于等于速度v₀时，即表示自行车处于滑行状态，中央控制器控制永磁无刷直流电机待机或者启动永磁无刷直流电机的发电模式。

在中央控制器中预设有一个最佳速度v₀，在骑行一段时间后，中央控制器会计算骑行的平均速度v，并用平均速度v的值替换最佳速度v₀的值，且平均速度v会持续刷新。

当自行车骑行速度小于v₀或者永磁无刷直流电机正处于电力驱动模式时，不启动永磁无刷直流电机的发电模式。

显然，判断自行车的行驶速度与v₀之间的关系，也可以通过自行车的车轮的转速(即永磁无刷直流电机内的霍尔测速器检测到的永磁无刷直流电机的转速)与最佳速度v₀对应的车轮转速之间的关系得出，当车轮的转速大于等于最佳速度v₀对应的车轮转速，即表示自行车的行驶速度大于等于最佳速度v₀；当车轮的转速小于最佳速度v₀对应的车轮转速，即表示自行车的行驶速度小于最佳速度v₀。

当自行车刚刚起步，或者遇到骑行困难路段时，比如向上倾斜的路面、陡坡、上桥，此时的骑行速度小于最佳速度v₀，中央控制器控制永磁无刷直流电机进行电力驱动，让永磁无刷直流电机驱动自行车在极短的时间内达到最佳速度v₀，当电力助力自行车速度达到最佳速度v₀后，便停止电力驱动，切换进入发电模式，此时依靠人力来长时间做功维持骑行速度并提供动能给永磁无刷直流电机发电，同时起到了锻炼的效果。

假设，自行车的质量为M，重力加速度为g，自行车电力驱动助力达到最佳速度v₀的时间为t，进入发电模式的自行车平均行驶速度为V，行驶时间为T，那么电力驱动助力的能耗e＝fl＝Mg*v₀t/2，发电的电能E＝FL＝Mg*VT*r(r为发电效率)，因为V≥v₀，而为了使发电得到的电能大于电力助力的能耗，即E>e，则必须满足rT>t/2。实际中自行车由电力驱动助力达到最佳速度v₀所需要的时间t非常短，大约为2-3秒，而维持速度V的时间T根据骑行情况(路况)而定，通常时间T约为1-5分钟，是远远大于t的。

从公式e＝fl＝Mg*v₀t/2和公式E＝FL＝Mg*VT*r可以看出，当T＝t时，发电效率r只要高于50％就能满足充放电的电能平衡需求，在T远远大于t的情况下，发电效率r即使是远远低于50％也是能满足发电需求的，而实际情况下永磁无刷直流电机的发电效率r可高达75％-80％。

另外，所述移动终端通过无线网络连接所述服务器，所述中央控制器通过所述通信模块与所述服务器进行通信，中央控制器全程监控骑行的状态和数据，且中央控制器将定时对骑行的状态数据进行分析汇总，并将有效信息通过通信模块发送给服务器，服务器对信息进行大数据分析，为智能骑行服务。而且移动终端可从服务器获取数据，获取骑行状态和效果。

本实用新型设计了高度集成智能化的自行车控制系统，利用永磁无刷直流电机作为能量转化装置，蓄电装置作为储能和供能装置，依靠助力感应器和中央控制器对骑行过程中的能量供给关系实施全程监控和骑行状态数据的记录，实现自行车电能的高效利用和冗余人力的有效存储循环使用。

在另外一个实施例中，所述通信模块3、中央控制器4和蓄电装置7设于自行车的车体管件内，所述永磁无刷直流电机6设于自行车前轮或后轮的轮毂处，所述路面传感器5设于自行车中轴与牙盘的连接处。

通信模块、中央控制器和蓄电装置设于自行车的车体管件内，以防被盗、水、火、空气侵蚀以及外力破坏；助力感应器设于自行车中轴与牙盘的连接处，永磁无刷直流电机设于自行车前轮或后轮的轮毂处，助力感应器通过感知永磁无刷直流电机的运转状态，可以感知骑行过程中的难易程度。

在另外一个实施例中，所述移动终端1为智能手机。

在另外一个实施例中，所述移动终端1为智能手环。

在另外一个实施例中，所述移动终端1为智能手表。

如今智能设备的普及率非常高，通过智能设备获取骑行状态数据很便捷。

在另外一个实施例中，所述助力感应器5为转速感应器。

转速感应器可以作为中央控制器分析路面骑行状态的依据：当转速较小时，中央控制器判断为骑行困难、舒适度低，需要助力，此时中央控制器控制控制永磁无刷直流电机处于电动机工作模式；当转速较大时，中央控制器判断为骑行容易，较为舒适，不需要助力，有冗余人力输入的时候中央控制器控制永磁无刷直流电机处于发电机模式，将冗余人力转换为的电能储存在蓄电装置中。

在另外一个实施例中，所述助力感应器5为力矩感应器。

力矩感应器可以作为中央控制器分析路面骑行状态的依据：当转速较小或力矩较大时，中央控制器判断为骑行困难、舒适度低，需要助力，此时中央控制器控制控制永磁无刷直流电机处于电动机工作模式；当转速较大或力矩较小时，中央控制器判断为骑行容易，较为舒适，不需要助力，有冗余人力输入的时候中央控制器控制永磁无刷直流电机处于发电机模式，将冗余人力转换为的电能储存在蓄电装置中。

在另外一个实施例中，所述中央控制器4包括整流/逆变MOS管、电压升降元件和控制芯片。

当启动电力驱动的时候，直流电流从蓄电装置中流出，经过中央控制器的逆变MOS管将直流电逆变成交流电供给永磁无刷直流电机进行电力驱动；反之，当启动发电模式的时候，交流电流从永磁无刷直流电机中流出，经过中央控制器的整流MOS管将交流电整流成直流电供给蓄电装置蓄电。

由中央控制器的MOS管实现逆变或整流功能，不需要外接逆变或整流设备，降低了生产成本，而电压升降元件用于将电压适配至适合永磁无刷直流电机或蓄电装置的电压范围，控制芯片用于处理所需数据计算以及逻辑计算。

在另外一个实施例中，所述蓄电装置为蓄电池。

在另外一个实施例中，所述蓄电装置为超级电容电池。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种混合动力自行车的新型智能控制系统,其特征在于，包括移动终端、服务器、通信模块、中央控制器、助力感应器、永磁无刷直流电机和蓄电装置；所述移动终端通过无线网络连接所述服务器，所述中央控制器通过所述通信模块与所述服务器进行通信，所述中央控制器的第一输入输出端连接所述永磁无刷直流电机的第一输入输出端，中央控制器的第二输入输出端连接所述助力感应器的输入输出端，所述永磁无刷直流电机的第二输入输出端连接所述蓄电装置的输入输出端；所述蓄电装置分别为所述助力感应器、中央控制器和通信模块供电。

2.根据权利要求1所述混合动力自行车的新型智能控制系统,其特征在于，所述通信模块、中央控制器和蓄电装置设于自行车的车体管件内，所述永磁无刷直流电机设于自行车前轮或后轮的轮毂处，所述助力感应器设于自行车中轴与牙盘的连接处。

3.根据权利要求1所述混合动力自行车的新型智能控制系统,其特征在于，所述移动终端为智能手机、智能手环或者智能手表。

4.根据权利要求1或2所述混合动力自行车的新型智能控制系统,其特征在于，所述助力感应器为转速感应器或力矩感应器。

5.根据权利要求1所述混合动力自行车的新型智能控制系统,其特征在于，所述中央控制器包括整流/逆变MOS管、电压升降元件和控制芯片。

6.根据权利要求1所述混合动力自行车的新型智能控制系统,其特征在于，所述蓄电装置为蓄电池。

7.根据权利要求1所述混合动力自行车的新型智能控制系统,其特征在于，所述蓄电装置为超级电容电池。