TW201536626A - 一種自行車的中置控制系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭示了一種自行車的中置控制系統，包括；扭力探測器、力矩感測器、第一、二無線收發單元和控制單元；扭力探測器套設在自行車的中軸上，用於檢測中軸上的力矩信號並傳遞至力矩感測器；力矩感測器與扭力探測器固定連接，用於感應傳遞來的力矩信號並通過第一、二無線收發單元將其發送給控制單元，控制單元為用於接收力矩信號進行處理並據此對自行車的電機進行控制；自行車的第一離合器套設在中軸上，與扭力探測器靠近自行車的鏈輪的一端固定連接，且自行車的第一離合器上固定連接有用於安裝自行車鏈條的鏈輪。基於本發明，不論左右腳用力，力矩感測器都會先於鏈輪檢測到力矩信號，因而可以實現零啟動，同時在低速、高速騎行時都能獲得較佳的助力效果。

Description

一種自行車的中置控制系統

本發明涉及助力自行車驅動技術領域，尤其是涉及一種可以實現零啟動的自行車的中置控制系統。

當前的電動自行車絕大多數採用輪轂電機來驅動，輪轂式驅動將電機置於車體前輪或後輪，造成整車重心靠前或靠後，不符合人們的騎行方式，而且行車速度完全依賴轉把控制，存在較大的交通隱患。同時，這種輪轂式的機械結構還使得安裝和檢修的難度增大，無形增大了電動自行車的使用成本和故障率。中置控制系統是指將驅動電機從前後輪解放出來，它不採用輪轂電機而採用高速直流無刷電機，電機被安裝於自行車的中軸。中置控制系統集速度傳感（或力矩傳感）、電機控制於一體，控制整車的正常行駛，是助力自行車的核心部件。中置控制系統的使用可以克服傳統電動自行車的缺陷，具有出色的騎行效果，必將成為電動自行車的發展方向。

此外，目前市場上已有的用於助力自行車的中置系統，絕大多數採用速度感測器，通過回饋速度（即人踩腳踏板的速度）的大小來控制電機的驅動力。電機輸出的驅動力與速度大小成正比，進而實現助力的目的。然而，基於速度檢測的中置系統，在普通路況下有一定的助力效果。但遇到逆風或上坡等高阻力、重負荷的路況時，由於人騎行的車速本身較低，所以電機輸出的驅動力也較小，根本無法達到助力的目的，騎行效果較差，不能被主流市場所接受。因此，最佳的方案應採用力矩感測器，通過回饋人踩腳踏板的力的大小來控制電機驅動力的大小，力矩越大，驅動力越大。

但現有的力矩檢測，具體是基於將人力轉換為角位移，兩個磁環相錯位，並通過霍爾將相對移動的角度檢測出來，從而檢測出人踩腳踏的力矩。而基於磁環、霍爾方案的力矩檢測，其機械結構複雜，且對安裝精度要求很高，後期容易出現由於車輛跌摔而引起的測量誤差等缺點。而且，現有的基於力矩檢測的中置系統也存在以下幾個問題：1、力矩感測器直接設置在中軸上，例如在中國申請號為201010548510.4的專利公開文獻中記載了一種設於自行車中軸的力矩感測系統，該系統在人用力踩踏左邊腳踏板時，力矩的傳遞過程是：左側腳踏板-中軸-力矩感測器-鏈輪，即力矩感測器在鏈輪轉動之前能檢測到力矩，可以及時驅動電機，輔助人力騎行；但當人力是從右邊腳踏板發出時，力矩的傳遞過程是右側腳踏板-中軸-鏈輪，這樣鏈輪已經轉動時，力矩感測器檢測不到力矩，從而無法驅動電機，現有的解決的方法只是在啟動後通過軟體類比出左、右力矩大小，所以現有的該力矩傳遞方式無法實現零啟動，騎行效果較差，且絕大多數人習慣於右腳啟動自行車，這樣，基於上述分析，此種方法更是毫無優勢；2、將電機直接通過減速齒輪機構引出後與鏈輪進行連接，這樣當人踩踏踏板的速度大於電機的速度時，人力會帶動電機進行旋轉，加重了人體的負擔。特別地，當關閉中置系統電源時，人在騎行過程中會承受電機旋轉的負載，從而相比普通自行車騎行起來更吃力；3、現有的中置系統在信號處理方式上，一般只將檢測到的力矩信號等進行簡單的信號處理後，則全部發送給控制器，所以一定程度上提高了中置系統對控制器的依賴性，同時對控制器的功能也提出一定的要求，縮小了控制器的選型範圍，從而使得中置系統的通用性減弱；4、現有的中置系統採用霍爾感測器單一地檢測鏈輪的轉速信號，不能實現對鏈輪轉速和旋轉方向的雙重控制，從而不能很好地輔助電機的控制，甚至有可能出現誤操作、飛車等危險現象的發生。

本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種基於無線力矩檢測的中置系統，可以實現零啟動，騎行效果較佳，同時適用于所有路況，在低速、高速騎行時都能獲得較佳的助力效果的目的。

為實現上述目的，本發明提供一種自行車的中置控制系統，包括扭力探測器、力矩感測器、第一無線收發單元、第二無線收發單元和控制單元；其中，扭力探測器套設在自行車的中軸上，用於檢測中軸上的力矩信號並將中軸兩端上的力矩信號傳遞至力矩感測器，自行車的第一離合器也套設在中軸上，與扭力探測器靠近自行車的鏈輪的一端固定連接，且自行車的第一離合器上固定連接有用於安裝自行車鏈條的鏈輪；力矩感測器與扭力探測器固定連接，用於感應扭力探測器傳遞來的力矩信號並發送至第一無線收發單元；第一無線收發單元與力矩感測器電性連接，用於接收力矩信號併發送給第二無線收發單元；第二無線收發單元用於接收力矩信號發送給控制單元；控制單元用於接收力矩信號進行處理並根據處理後的力矩信號對自行車的電機進行控制。

優選的，扭力探測器遠離鏈輪的一端通過第一花鍵與中軸連接，扭力探測器靠近鏈輪的一端通過第二花鍵與第一離合器連接。

優選的，系統還包括速度方向檢測單元，用於檢測鏈輪的轉速信號及旋轉方向信號並傳遞至第二無線收發單元。

在一特定實例中，第二無線收發單元將轉速信號及旋轉方向信號傳遞至控制單元；控制單元，還用於接收轉速信號及旋轉方向信號進行處理，並根據處理後的力矩信號、處理後的轉速信號及旋轉方向信號對電機進行控制。

優選的，系統還包括一磁環，速度方向檢測單元為霍爾感測器，霍爾感測器包括兩路霍爾晶片和晶片的週邊電路。霍爾感測器用於檢測磁環上的磁場信號，根據磁場信號得到轉速信號後輸出，並根據檢測到的兩路磁場信號的相位差得到鏈輪的旋轉方向信號後輸出。

優選的，系統還包括用於給中軸、扭力探測器、第一離合器供電的無線供電單元，一外圈和一插設在外圈內的且相對外圈轉動的內圈；無線供電單元包括內線圈和外線圈；內圈套設在扭力探測器上並隨扭力探測器一起轉動；內圈的外表面上開設有兩個第一環形槽，外圈的內表面與第一環形槽對應的位置處開設有兩個第二環形槽；內線圈位於一個第一環形槽內，外線圈位於一個對應的第二環形槽內；磁環位於另一個第一環形槽內，速度方向檢測單元位於另一個第二環形槽內。

優選的，系統還包括安裝於自行車的五通管內的第一殼體；扭力探測器、力矩感測器、速度方向檢測單元、第一離合器、第一無線收發單元、內圈、外圈和無線供電單元位於第一殼體內；外圈與第一殼體固定連接，第一無線收發單元固定在內圈的外表面上；中軸的中間段插設在第一殼體內，中軸的兩端外露於第一殼體。

優選的，第一殼體遠離鏈輪的一端設有密封圈，中軸的中間段的遠離鏈輪的一端通過第一軸承與密封圈連接且另一端與鏈輪固定連接。

優選的，系統還包括一傳動機構；傳動機構包括傳動軸和套設在傳動軸上的第二離合器，其中，電機的電機軸與第二離合器上的齒輪形成嚙合，傳動軸的一端插設在設置於電機的外殼上的一軸承內且另一端通過開設在第一殼體上的通孔與第一離合器上的齒輪形成嚙合。

優選的，系統還包括固定連接在第一殼體下方的第二殼體。

優選的，齒輪為塑膠齒輪。

優選的，系統還包括設於第二殼體內的至少一個車聯網介面。

優選的，第一殼體和第二殼體形成一密封的殼體。

優選的，系統還包括一第三無線收發單元以及與該第三無線收發單元電性連接的電池監測與保護單元，該電池監測與保護單元用於將採集的自行車供電電池的電信號參數發送至第三無線收發單元並根據從第三無線收發單元接收的控制指令控制供電電池；第三無線收發單元，還用於將接收的電信號參數發送至第二無線收發單元並將從第二無線收發單元接收的控制指令發送至電機監測與保護單元；第二無線收發單元，還用於將接收的電信號參數發送至控制單元並將從接收的控制指令發送至第三無線收發單元；控制單元，還用於接收電信號參數並根據電信號參數生成相應的控制指令發送至第二無線收發單元。

優選的，第一無線收發單元包括整流穩壓單元、第一信號處理單元和射頻發射單元；第二無線收發單元包括電源模組和射頻接收單元；整流穩壓單元和第一信號處理單元，用於對接收到的信號處理後發送至射頻發射單元；射頻發射單元，用於將接收到的信號發送至射頻接收單元；射頻接收單元，用於將接收到的信號發送至控制單元。

優選的，控制單元包括電機控制器，用於接收射頻接收單元發送的信號進行處理並根據處理後的信號對電機進行控制；或；控制單元包括電機控制器和主控制器，其中，主控制器，用於接收射頻接收單元發送的信號進行處理並將處理後的信號發送至電機控制器，電機控制器，用於根據處理後的信號對電機進行控制；或；控制單元包括電機控制器和設置於第二無線收發單元內的第二信號處理單元，其中，第二信號處理單元，用於接收射頻接收單元發送的信號進行處理並將處理後的信號發送至電機控制器，電機控制器，用於根據處理後的信號對電機進行控制；或；控制單元包括電機控制器、主控制器和設置於第二無線收發單元的第二信號處理單元，其中，第二信號處理單元，用於接收射頻接收單元發送的信號進行初次處理並將初次處理後的信號發送至主控制器；主控制器，用於接收初次處理後的信號進行二次處理並將二次處理後的信號發送至電機控制器，電機控制器，用於根據二次處理後的信號對電機進行控制。

優選的，系統還包括與控制單元相連的人機交互單元，用於接收使用者輸入的資訊發送至控制單元，並接收控制單元發送的資訊進行顯示。

優選的，扭力探測器為扭力筒，扭力筒套設在中軸上。

本發明的有益效果是：（1）該系統集無線供電、無線傳輸、力矩檢測、鏈輪速度及防線檢測、電機、控制器等設備於一體，集成度高，無須其他配件即可直接安裝在普通自行車上使用，便於加工、安裝和維護；（2）系統中增設扭力探測器，優化了力矩的傳遞方式，左右腳踏都能在鏈輪轉動前檢測到力矩，實現了零啟動功能，無需軟體類比，使得自行車平衡性好、無抖動；（3）該系統設計出兩路信號輸出的霍爾感測器，既能測量鏈輪的轉速，又能測量鏈輪的旋轉方向，有效防止誤操作、防止飛車等現象的發生；（4）系統在傳動機構上設置離合器，通過離合器將電機與鏈輪連接，保證了當電機轉速低於鏈輪的轉速時，電機不會被帶動旋轉，即人力不會帶動電機運轉，減輕了人體負荷；（5）系統在無線接收板上加設信號處理單元，完成主要信號資料的處理，控制器無需額外的資料運算，降低了對控制器的要求，無需匹配特定的控制器，增強了系統的通用性；（6）該系統力矩檢測範圍大，適應性強，適用于所有人群和所有路況，使得騎行者達到真正的、輕鬆騎行的目的。

1‧‧‧扭力探測器

2‧‧‧力矩感測器

3‧‧‧第一無線收發單元

4‧‧‧第二無線收發單元

41‧‧‧第二信號處理單元

5‧‧‧控制單元

51‧‧‧電機控制器

52‧‧‧主控制器

6‧‧‧電機

61‧‧‧電機軸

7‧‧‧速度方向檢測單元

8‧‧‧電池監測與保護單元

9‧‧‧車聯網介面

10‧‧‧人機交互單元

12‧‧‧中軸

122‧‧‧中間段

121、123‧‧‧兩端

13‧‧‧鏈輪

15‧‧‧第一殼體

16‧‧‧第二殼體

17‧‧‧第三殼體

18‧‧‧第一離合器

181‧‧‧齒輪

182‧‧‧第三軸承

19‧‧‧磁環

191‧‧‧第一花鍵

192‧‧‧第二花鍵

20‧‧‧無線供電單元

201‧‧‧內線圈

202‧‧‧外線圈

21‧‧‧內圈

211‧‧‧第一環形槽

221‧‧‧第二環形槽

22‧‧‧外圈

222‧‧‧鈑金固定套

223‧‧‧粉末冶金

23‧‧‧密封圈

241‧‧‧第一軸承

242‧‧‧第二軸承

25‧‧‧傳動機構

251‧‧‧傳動軸

252‧‧‧第二離合器

2521‧‧‧齒輪

31‧‧‧第三無線收發單元

圖1是本發明系統的整體結構示意圖。

圖2是本發明系統帶有殼體時的整體結構示意圖。

圖3是圖2中第一殼體的剖視結構示意圖。

圖4是圖2中第二殼體的剖視結構示意圖。

圖5是第一殼體和第二殼體內部分元件的爆炸結構示意圖。

圖6為本發明的力矩傳遞過程的流程示意圖。

茲有關本發明的詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

下面將結合本發明的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整的描述。

本發明中的方位描述按照圖1-6中的方位進行具體描述，即圖1-6中的上下左右方向即為本發明中描述的上下左右方向。

如圖1-6所示，本發明公開了一種自行車的中置控制系統，該系統包括扭力探測器1、力矩感測器2、第一無線收發單元3、第二無線收發單元4和控制單元5。　

其中，扭力探測器1套設在自行車的中軸12上，且與中軸12之間存在一定的間隙。用於檢測中軸12上的力矩信號並傳遞至力矩感測器2。該中軸12的兩端用於連接自行車左右腳踏。

力矩感測器2與扭力探測器1固定連接，用於感應扭力探測器1傳遞來的該力矩信號並發送至第一無線收發單元3。本發明中，力矩感測器2可採用一種由多個應變片所組成的應變橋式力矩感測器。

第一無線收發單元3與力矩感測器2電性連接，用於接收力矩信號併發送給第二無線收發單元4。

第二無線收發單元4，其能夠接收力矩信號併發送給控制單元5。

控制單元5，用於接收力矩信號進行處理並根據處理後的力矩信號對自行車的電機6進行控制。本發明的電機6安裝於中軸12下方。

自行車的第一離合器18套設在中軸12上，與扭力探測器1的靠近鏈輪13的一端固定連接，且自行車的第一離合器18上固定連接有用於安裝自行車鏈條的鏈輪13。該第一離合器18可選用超越離合器。

如圖3所示，扭力探測器1遠離鏈輪13的一端通過第一花鍵191與中軸12連接，扭力探測器1靠近鏈輪13的一端通過第二花鍵192與第一離合器18固定連接。

與傳統的將力矩感測器2直接設置中軸12上不同，本發明在中軸12上增設扭力探測器1，因此使得力矩的傳遞過程也不相同。具體地，如圖6所示，當左側腳踏受力時，力矩的傳遞過程為：左側腳踏-中軸12-扭力探測器1-力矩感測器2-第一離合器18-鏈輪13；當右側腳踏受力時，力矩的傳遞過程為：右側腳踏-中軸12-扭力探測器1-力矩感測器2-第一離合器18-鏈輪13。

可見，無論左腳用力還是右腳用力，其力矩的傳遞過程一樣，力矩感測器2都會先於鏈輪13檢測到力矩信號，從而控制單元5都能夠及時驅動電機6，輔助車體啟動與行駛，實現了零啟動過程，使啟動更加輕鬆、省力。同時，在騎行過程中，左右平衡感更好，無踩空、抖動的現象發生。

如圖1所示，本發明的中置控制系統還包括速度方向檢測單元7，用於同時檢測自行車鏈輪13的轉速和旋轉方向，並將檢測到的轉速信號和旋轉方向信號傳遞至第二無線收發單元4，進而通過第二無線收發單元4將信號傳遞至控制單元5。

此時控制單元5可對轉速信號及旋轉方向信號進行處理，並結合之前的力矩信號對電機6進行控制。

因為速度方向檢測單元7能同時檢測到轉速信號和旋轉方向信號，因而使得控制單元5在判斷到鏈輪13正轉時，結合轉速信號和力矩信號對電機6進行控制，在判斷到鏈輪13反轉時，關閉電機6，以幫助騎行者遇到緊急刹車情況，或其他想要停止電機輸出情況，立刻停止電機助力。

速度方向檢測單元7具體可採用霍爾感測器，通過檢測對因位置處的磁環19上的磁場信號獲得轉速信號和旋轉方向信號。為同時檢測轉速信號和旋轉方向信號，本發明中霍爾感測器包括兩路霍爾晶片和一週邊電路。晶片通過將檢測到的兩路磁場信號做相位差即可得到鏈輪13的旋轉方向信號。通過其中一路磁場信號或是將兩路磁場信號做與運算即可得到鏈輪13的轉速信號，該轉速信號為數位脈衝信號。當然本發明也可通過其他結構實現轉速信號和旋轉方向信號的同時檢測，本發明不做具體限制。

本發明的中軸12、扭力探測器1以及第一離合器18等在運行過程中都需要電能。如圖3所示，本發明系統還包括用於給上述部件供電的無線供電單元20。該無線供電單元20具體包括內線圈201和外線圈202。對應該無線供電單元20，本發明還設有一內圈21和外圈22。其中內圈21套設在扭力探測器1上與扭力探測器1緊密相貼，並隨扭力探測器1一起轉動，外圈22套設在內圈21上。外圈22與內圈21之間具有一定的空隙，其內圈21可相對外圈22轉動。內圈21的外表面和外圈22的內表面在相應位置處分別開設有第一環形槽211和第二環形槽221。其中第一環形槽211內設置有內線圈201，第二環形槽221內設置有外線圈202。內線圈201和外線圈202之間通過電磁感應產生系統所需的電源。本發明採用無線供電方式的優點在於：可以有效避免採用滑環等有線傳輸時的磨損、發熱、接觸不良等現象，同時這種雙線圈的形式，方案簡單，電壓大小與車速無關，任何情況下都能提供穩定的電源需求。

需要說明的是，上述內圈21和外圈22在對應位置處可分別另行開設一第一環形槽211和第二環形槽221。上述的速度方向檢測單元7和磁環19可分別位於該另行開設的第一環形槽211和第二環形槽221內。

為及時發現自行車供電電池的故障，防止電池過充電或過放電，延長電池壽命，如圖1所示，本發明還設置了與第三無線收發單元31電性連接的電池監測與保護單元8，用於採集自行車電池的電參數，如電壓、電流、溫度、功率因素等，並將採集的電信號參數發送至第三無線收發單元31，進而通過該第三無線收發單元31和第二無線收發單元4將採集的電信號參數發送至控制單元5。該控制單元5根據上述電信號參數可以生成相應的控制指令並通過第二無線收發單元4和第三無線收發單元31發送至電池監測與保護單元8，進而對自行車電池執行相應的操作。

當然，本發明中電池監測與保護單元8可以通過第三無線收發單元31與上位機進行通信，接收上位機的管理命令。

電池監測與保護單元8可具體包括鋰電池保護單元、電壓測量單元、電流測量單元、溫度測量單元及A/D轉換單元，電壓測量單元、電流測量單元、溫度測量單元用於對自行車的鋰離子/鋰聚合物電池組進行參數檢測，並通過A/D轉換單元對獲得的信號進行轉換後發送至第三無線收發單元31，進而將信號發送至上位元機或控制單元5。鋰電池保護單元用於通過IIC匯流排接收第三無線收發單元31從上位機或控制單元5接收的控制指令，並據此對鋰離子/鋰聚合物電池組進行控制。

當然，本發明中還可以設置車聯網介面9，如藍牙、3G、GPS等介面，可以用於後續擴展相應的功能。

本發明實施例中，第一無線收發單元3 可具體包括整流穩壓單元、第一信號處理單元和射頻發射單元，第二無線收發單元4可具體包括電源模組和射頻接收單元。

其中整流穩壓單元和第一信號處理單元，用於對接收到的信號處理後發送至射頻發射單元；射頻發射單元，用於將接收到的信號發送至射頻接收單元。

射頻接收單元，用於將接收到的信號發送出去。

本發明優選實施例中，第二無線收發單元4還包括第二信號處理單元41，用於對接收的信號進行處理後發送出去。此時，該第二信號處理單元41是作為控制單元5的一部分存在。

本發明中的控制單元5可以有以下幾種方式：

第一種，控制單元5只包括電機控制器51，用於接收射頻接收單元發送的信號進行處理並根據處理後的信號對電機6進行控制。

第二種，控制單元5包括電機控制器51和主控制器52，其中，主控制器52，用於接收射頻接收單元發送的信號進行處理並將處理後的信號發送至電機控制器51，電機控制器51，用於根據處理後的信號對電機6進行控制。

第三種，控制單元5包括電機控制器51和上述第二信號處理單元41，其中，第二信號處理單元41，用於接收射頻接收單元發送的信號進行處理並將處理後的信號發送至電機控制器51，電機控制器51，用於根據處理後的信號對電機6進行控制。

第四種，控制單元5包括電機控制器51、主控制器52和設上述第二信號處理單元41，其中，

第二信號處理單元41，用於接收射頻接收單元發送的信號進行初次處理並將初次處理後的信號發送至主控制器52。

主控制器52，用於接收初次處理後的信號進行二次處理並將二次處理後的信號發送至電機控制器51，電機控制器51，用於根據二次處理後的信號對電機6進行控制。

上述第三種和第四種方式都用到了第二信號處理單元41，第二信號處理單元41的使用，大大減少了主控制器52或電機控制器51的負擔，具體表現在，第二信號處理單元41分析並處理由速度方向檢測單元7輸出的鏈輪轉速和鏈輪旋轉方向信號，同時還負責處理力矩信號，在此基礎上，主控制器52或電機控制器51還會將電機6的轉速信號發送給第二信號處理單元41，第二信號處理單元41對所接收的資料進行分析、計算，最後只輸出一力矩類比信號到電機控制器51或主控制器52，電機控制器51或主控制器52只需對該類比信號進行處理，就能合理的對電機6進行控制。以上過程對電機控制器51或主控制器52的依賴性較低，所以不必適配特定的控制器，使得控制器的選型範圍更大，系統通用性更強。

為方便人機交互，如圖1所示，本發明系統還設置有與控制單元5連接的人機交互單元10，用於顯示控制單元5的資料或接受使用者輸入的資訊發送至控制單元5。

由於自行車多用於戶外，為延長中置控制系統的使用壽命，並避免系統的部件對使用者造成損傷，本發明優選實施例中，還將上述部件分別置於不同的殼體中。

如圖2所示，其包括裝於自行車的五通管（圖中未示出）內的第一殼體15、第二殼體16和第三殼體17。其中，第二殼體16懸掛於第一殼體15下方且與第一殼體15固定連接。具體的兩者可以通過上下蓋的方式組成一密封的大殼體。

圖3示出了第一殼體15內的結構，其中扭力探測器1、力矩感測器2、速度方向檢測單元7、第一離合器18、第一無線收發單元3、內圈21、外圈22和無線供電單元20均位於第一殼體15內。

中軸12的中間段122插設在第一殼體15內，用於保證中軸12轉動時軸心一致、不偏離。中軸12的兩端121和123外露於第一殼體15。中軸12遠離鏈輪13的一端即121與中間段122相接的位置處設有密封圈23，用於在第一殼體15穿過五通管後，對其進行緊固、密封，起到固定、防水、防塵的作用。中軸的中間段122靠近121的一端通過第一軸承241與密封圈23連接，中軸的中間段122靠近123的一端則通過第二軸承242與鏈輪13固定連接。

上述外圈22可以固定在該第一殼體15上，具體的可通過鈑金固定套222固定，鈑金固定套222套設在外圈22上，並通過一止動銷（圖未示）將外圈22固定在第一殼體15上，其左端通過粉末冶金223與扭力探測器1光滑連接。鈑金固定套222保證了外圈22與內圈21之間存在一定的間隙，起到兩者相互隔離的目的。

第一無線收發單元3可固定在內圈21的表面上，與力矩感測器2之間電性連接。第一離合器18上開設有齒輪181，齒輪181一端通過第三軸承182固定到第一殼體15上。

圖4示出了第二殼體16內的結構，其中電機6、第二無線收發單元4和主控制器52位於第二殼體內16。另外，第二殼體16內還設有傳動機構25。如圖5所示，該傳動機構25包括傳動軸251和套設在傳動軸251上的第二離合器252，其中，電機6的電機軸61與第二離合器252上的齒輪2521形成嚙合，傳動軸251的一端插設在電機6上且另一端通過開設在第一殼體15上的通孔與第一離合器18上的齒輪181形成嚙合。本發明所採用的傳送機構25不同于現有的直接將電機6與減速齒輪機構連接，而是在傳動軸251上增加了第二離合器252。其意義在於：當人踩踏踏板的速度大於電機6的速度時，電機6會與傳動軸251分離，因此，人力不會帶動電機6旋轉，減輕了人體負擔。特別的，當關閉系統電源時，人騎行時不會像普通電動車那樣承受電機6旋轉的負載，從而可像普通自行車一樣輕鬆騎行。第二離合器252同樣可使用超越離合器。

上述齒輪2521優選塑膠齒輪。

第三殼體17與第一殼體15和第二殼體16分離，有兩種實施方法。一是將電池監測和保護單元8與電池一起安裝在鋰電池盒內部，共用一個殼體；二是將第三殼體17固定在鋰電池盒外殼上，通過電池引出線採集相關資料。第三殼體17內的部件包括：電池監測和保護單元8以及第三無線收發單元31。

上述扭力探測器具體可以為扭力筒，扭力筒套設在中軸上。

本發明所揭示的一種自行車的中置控制系統，主要用於助力自行車上，通過電力輔助人力的驅動方式提供給自行車行進中所需要的動能。可以實現零啟動，騎行效果出色；同時適用于所有路況，在低速、高速騎行時都能獲得較佳的助力效果，具有安裝、維護方便、工作穩定等優點，能夠讓使用者達到真正的輕鬆騎行的目的。

本發明的技術內容及技術特徵已揭示如上，然而熟悉本領域的技術人員仍可能基於本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾，因此，本發明保護範圍應不限於實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，並為本專利申請權利要求所涵蓋。

 

1‧‧‧扭力探測器

2‧‧‧力矩感測器

3‧‧‧第一無線收發單元

4‧‧‧第二無線收發單元

41‧‧‧第二信號處理單元

5‧‧‧控制單元

51‧‧‧電機控制器

52‧‧‧主控制器

6‧‧‧電機

7‧‧‧速度方向檢測單元

8‧‧‧電池監測與保護單元

9‧‧‧車聯網介面

10‧‧‧人機交互單元

31‧‧‧第三無線收發單元

Claims (22)

1. 【第1項】

   
   一種自行車的中置控制系統，其包括一扭力探測器、一力矩感測器、一第一無線收發單元、一第二無線收發單元和一控制單元；
   該扭力探測器套設在一自行車的一中軸上，用於檢測該中軸上的力矩信號並傳遞至該力矩感測器；
   該力矩感測器與該扭力探測器固定連接，用於感應該扭力探測器傳遞來的該力矩信號並發送至該第一無線收發單元；
   該第一無線收發單元與該力矩感測器電性連接，用於接收該力矩信號併發送給該第二無線收發單元；
   該第二無線收發單元，用於接收該力矩信號發送給該控制單元；
   該控制單元，用於接收該力矩信號進行處理並根據處理後的該力矩信號對該自行車的一電機進行控制；
   該自行車的一第一離合器套設在該中軸上，與該扭力探測器靠近該鏈輪的一端固定連接，且該自行車的該第一離合器上固定連接有用於安裝一自行車鏈條的一鏈輪。
2. 【第2項】

   
   如申請專利範圍第1項所述的中置控制系統，其中該扭力探測器遠離該鏈輪的一端通過一第一花鍵與該中軸連接，該扭力探測器靠近該鏈輪的一端通過一第二花鍵與該第一離合器連接。
3. 【第3項】

   
   如申請專利範圍第1項所述的中置控制系統，其中該系統還包括用於給該中軸、該扭力探測器、該第一離合器供電的一無線供電單元，該無線供電單元包括一內線圈和一外線圈；該內線圈位於該外線圈內側並與該外線圈之間存在間隙，該外線圈與該內線圈之間通過電磁感應產生供電電源。
4. 【第4項】

   
   如申請專利範圍第3項所述的中置控制系統，其中還包括一外圈和一插設在該外圈內的相對該外圈轉動的內圈，該內圈套設在該扭力探測器上並隨該扭力探測器一起轉動，該內圈的外表面上開設有二第一環形槽，該外圈的內表面與該第一環形槽對應的位置處開設有二第二環形槽，該內線圈位於一個該第一環形槽內，該外線圈位於一個對應的該第二環形槽內。
5. 【第5項】

   
   如申請專利範圍第4項所述的中置控制系統，其中該系統還包括一速度方向檢測單元，用於檢測該鏈輪的轉速信號及旋轉方向信號並傳遞至該第二無線收發單元，該第二無線收發單元將轉速信號及旋轉方向信號傳遞至該控制單元，該控制單元接收該轉速信號及旋轉方向信號後進行處理，並根據處理後的力矩信號、處理後的轉速信號及旋轉方向信號對該電機進行控制。
6. 【第6項】

   
   如申請專利範圍第5項所述的中置控制系統，其中該系統還包括一磁環，該速度方向檢測單元為一霍爾感測器，該霍爾感測器包括兩路霍爾晶片和該晶片的週邊電路，該霍爾感測器用於檢測該磁環上的磁場信號，根據該磁場信號得到該轉速信號後輸出，並根據檢測到的兩路磁場信號的相位差得到該鏈輪的旋轉方向信號後輸出，該磁環位於另一個該第一環形槽內，該速度方向檢測單元位於另一個該第二環形槽內。
7. 【第7項】

   
   如申請專利範圍第5項所述的中置控制系統，其中該系統還包括安裝於該自行車的一五通管內的一第一殼體；
   該扭力探測器、該力矩感測器、該速度方向檢測單元、該第一離合器、該第一無線收發單元、該內圈、該外圈和該無線供電單元位於該第一殼體內；
   該外圈與該第一殼體固定連接，該第一無線收發單元固定在該內圈的外表面上；
   該中軸的一中間段插設在該第一殼體內，該中軸的兩端外露於該第一殼體。
8. 【第8項】

   
   如申請專利範圍第7項所述的中置控制系統，其中該第一殼體遠離該鏈輪的一端設有一密封圈，該中軸的該中間段的遠離該鏈輪的一端通過一第一軸承與該密封圈連接且另一端與該鏈輪固定連接。
9. 【第9項】

   
   如申請專利範圍第7項所述的中置控制系統，其中該系統還包括一傳動機構；
   該傳動機構包括一傳動軸和套設在該傳動軸上的一第二離合器，該第二離合器上具有一齒輪與該電機的一電機軸而形成嚙合，該傳動軸的一端插設在設置於該電機上且另一端通過開設在該第一殼體上的一通孔與該第一離合器上的一齒輪形成嚙合。
10. 【第10項】

    
    如申請專利範圍第9項所述的中置控制系統，其中該系統還包括固定連接在該第一殼體下方的一第二殼體，該第二殼體懸掛於該第一殼體下方且與該第一殼體固定連接。
11. 【第11項】

    
    如申請專利範圍第9項所述的中置控制系統，其中該第一離合器上的齒輪為塑膠齒輪。
12. 【第12項】

    
    如申請專利範圍第10項所述的中置控制系統，其中該系統還包括設於該第二殼體內的至少一個車聯網介面。
13. 【第13項】

    
    如申請專利範圍第10項所述的中置控制系統，其中該第一殼體和該第二殼體形成密封的殼體。
14. 【第14項】

    
    如申請專利範圍第13項所述的中置控制系統，其中該系統還包括一第三無線收發單元、與該第三無線收發單元電性連接的一電池監測與保護單元，該電池監測與保護單元用於將採集的一自行車供電電池的電信號參數發送至該第三無線收發單元並根據從該第三無線收發單元接收的控制指令控制該自行車供電電池。
15. 【第15項】

    
    如申請專利範圍第14項所述的中置控制系統，其中該系統還包括內部設有該自行車供電電池、該電池監測保護模組和該第三無線收發單元的一第三殼體，該第三殼體與該自行車供電電池的一電池盒固定連接。
16. 【第16項】

    
    如申請專利範圍第1項所述的中置控制系統，其中該第一無線收發單元包括一整流穩壓單元、一第一信號處理單元和一射頻發射單元，該第二無線收發單元包括一電源模組和一射頻接收單元；該整流穩壓單元和該第一信號處理單元，用於對接收到的信號處理後發送至該射頻發射單元；該射頻發射單元，用於將接收到的信號發送至該射頻接收單元；該射頻接收單元，用於將接收到的信號發送至該控制單元。
17. 【第17項】

    
    如申請專利範圍第16項所述的中置控制系統，其中該控制單元包括一電機控制器，用於接收該射頻接收單元發送的信號進行處理並根據處理後的信號對該電機進行控制。
18. 【第18項】

    
    如申請專利範圍第16項所述的中置控制系統，其中該控制單元包括一電機控制器和一主控制器，其中，該主控制器用於接收該射頻接收單元發送的信號進行處理並將處理後的信號發送至該電機控制器，該電機控制器用於根據該處理後的信號對該電機進行控制。
19. 【第19項】

    
    如申請專利範圍第16項所述的中置控制系統，其中該控制單元包括一電機控制器和設置於該第二無線收發單元內的一第二信號處理單元，其中，該第二信號處理單元，用於接收該射頻接收單元發送的信號進行處理並將處理後的信號發送至該電機控制器，該電機控制器，用於根據該處理後的信號對該電機進行控制。
20. 【第20項】

    
    如申請專利範圍第16項所述的中置控制系統，其中該控制單元包括一電機控制器、一主控制器和設置於該第二無線收發單元的一第二信號處理單元，其中，該第二信號處理單元，用於接收該射頻接收單元發送的信號進行初次處理並將初次處理後的信號發送至該主控制器；該主控制器，用於接收初次處理後的信號進行二次處理並將二次處理後的信號發送至該電機控制器，該電機控制器，用於根據該二次處理後的信號對該電機進行控制。
21. 【第21項】

    
    如申請專利範圍第1項所述的中置控制系統，其中該系統還包括與該控制單元相連的一人機交互單元，用於接收使用者輸入的資訊發送至該控制單元，並接收該控制單元發送的資訊進行顯示。
22. 【第22項】

    
    如申請專利範圍第1項所述的中置控制系統，其中該扭力探測器為一扭力筒，該扭力筒套設在該中軸上。