一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統的製作方法
2024-03-11 11:26:15 1
一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元分別連接到邏輯控制單元，邏輯控制單元分別連接到電機驅動單元、助力比調節單元和人機互動界面，電機同時連接電機驅動單元和助力比調節單元，助力比調節單元同時連接人機互動界面；邏輯控制單元與人機互動界面互為反饋調節，人機互動界面與助力比調節單元互為反饋調節。本實用新型，不僅可以通過手動調節人機互動界面的控制按鈕調節電機的助力比，還可以通過坡度感應單元隨時監測道路坡度，根據上坡或下坡，增加或減小電機的助力比，保持騎行者一致處於較舒適的狀態。
【專利說明】—種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，屬於電動助力自打車電機傳感感應控制驅動系統領域。
【背景技術】
[0002]電動助力自行車，在歐盟，美國加拿大，日本等國家，法律規定是不能使用電力直接驅動，不可以在沒有人力啟動的前提下，用開關直接啟動電機，一定先要人力騎行，整車啟動後，然後利用電力輔助騎行，一旦人力停止騎行，電力同樣立刻停止騎行。
[0003]當前，電動助力自行車驅動系統判斷整車是否啟動一般採取兩種模式，一種是採集速度，一種是採集力矩，下面是這兩種方式的說明:
[0004](I)、採集速度，系統通過速度傳感器採集整車的是否啟動，以及騎行速度。然後通過電腦運算，實時驅動電機，推動車前進，從而達到助力騎行的效果。
[0005]該方式的優點是:產品成本低廉，結構可靠。安裝簡單。缺點是，騎行者舒適性不夠。遇到上坡時，車輛無法識別上坡，導致人力騎行在上坡時費力，降低舒適性。
[0006](2)、採集力矩，系統使用力矩傳感器採集人力騎行時騎行者腳踏使用的力度，通過計算機運算，實時驅動電機，使得人力與電力共同作用，達到助力騎行的效果。
[0007]該方式的優點是舒適性好，實時採集人力騎行的力度，實時調整驅動電機的驅動功率，助力扭矩與人力騎行腳踏力度一致。缺點:結構複雜，安裝複雜，安裝兼容性不夠，需要根據力矩傳感器的尺寸定製車架，造價高昂，可靠性不夠，製造要求很高，有特殊車型無法安裝。
【發明內容】
[0008]為了解決上述存在的問題，本實用新型公開了一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，本驅動系統通過坡度感應和踏頻感應裝置，使得系統能夠識別電動助力自行車處在上坡，下坡，還是平路的狀態，然後通過邏輯控制系統，電機驅動系統，使得電機在不同狀態輸出不同的扭矩，最終使騎行者一直處於一種省力舒適的狀態。
[0009]一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，包括剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元，人機互動界面，邏輯控制單元，電機驅動單元，電機和助力比調節單元，所述剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元分別連接到邏輯控制單元，邏輯控制單元分別連接到電機驅動單元、助力比調節單元和人機互動界面，電機同時連接電機驅動單元和助力比調節單元，助力比調節單元同時連接人機互動界面。
[0010]所述人機互動界面與邏輯控制單元互為反饋連接，助力比調節單元與人機互動界面為互反饋連接。
[0011]所述踏頻感應單元安裝固定在車輛的腳踏曲柄，能夠產生踏頻信號，並傳遞給邏輯控制單元。
[0012]所述坡度感應單元採用重力水平傳感裝置，為360° *360°的水平傳感器，可以安裝在車輛任何地方。
[0013]所述邏輯控制單元接受到踏頻感應信號後，同時接受坡度感應單元的信號，判斷車輛是否處於坡道，如果處於平路，通過電機驅動單元，根據騎行速度驅動電機轉速，如果車輛處於坡道上坡，邏輯控制單元算出坡道坡度，通過電機驅動單元，加大電機輸出扭矩，讓車輛爬坡，如果車輛處於下坡，通過電機驅動單元，停止電機扭矩輸出，讓車輛下坡滑行。
[0014]所述人機互動界面包括液晶顯示屏和I個以上控制按鈕，液晶顯示可以顯示行車速度，行車裡程，系統輸出電流，電源電量，助力比狀態，系統故障檢測；控制按鈕電路連接助力比調節單元。
[0015]所述電機驅動單元執行邏輯控制單元的指令，將邏輯控制單元的指令轉換為驅動電機的電流或電壓。
[0016]所述助力比調節單元實時採集電機的運行時的狀態，接受人機互動界面傳遞過來的助力比指令信號，根據電機的實時狀態，發送驅動指令給邏輯控制單元，邏輯控制單元通過電機驅動單元驅動電機，做出對應的扭矩輸出。
[0017]本電動助力自行車驅動系統，造價低廉，騎行舒適度好。解決了速度傳感器的無法識別上坡的缺陷，解決了力矩傳感器結構複雜，安裝複雜，造價高昂的缺陷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型控制關係連接圖，
[0019]圖2是本實用新型人機互動界面示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本實用新型。
[0021]結合附圖1可見，本可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，包括剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元，人機互動界面，邏輯控制單元，電機驅動單元，電機和助力比調節單元，所述剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元分別連接到邏輯控制單元，邏輯控制單元分別連接到電機驅動單元、助力比調節單元和人機互動界面，電機同時連接電機驅動單元和助力比調節單元，助力比調節單元同時連接人機互動界面；所述人機互動界面與邏輯控制單元互為反饋連接，助力比調節單元與人機互動界面為互反饋連接。
[0022]剎車控制單元是騎行者需要停車或者需要減速，發生剎車動作後，在剎把上安裝有剎車開關。一旦發生剎車動作，邏輯控制單元立刻收到剎車開關傳遞的信號，此時判斷，騎行者要剎車，此時立刻停止電機輸出，使得電機扭矩輸出為零，不再驅動。
[0023]踏頻感應單元安裝固定在車輛的腳踏曲柄，能夠產生踏頻信號，並傳遞給邏輯控制單元。騎行者一旦用人力騎行電動助力自行車，也就是說，只要騎行者使用腳踩動車輛腳踏曲柄，該裝置即可輸出踏頻信號，邏輯控制單元接受到踏頻信號後，分析出該車輛的是否在騎行，是否停止，以及騎行時的腳踏速度。
[0024]坡度感應單元採用重力水平傳感裝置，為360° *360°的水平傳感器，可以安裝在車輛任何地方。當車輛處於坡道上時，車輛一定處在一個傾斜的狀態，此時使用重力水平傳感裝置，輸出車輛傾斜角度，將傾斜角度信號輸出給邏輯控制單元，其結構簡單、小巧，可以放置在任意大於2cm*2cm的空間中，通過導線連接至邏輯控制單元。[0025]邏輯控制單元接受到踏頻感應單元輸出的信號和坡度感應單元輸出的信號後，首先是判斷，車輛是否騎行，如果接受到踏頻感應信號，得知，車輛通過人力啟動，邏輯控制單元檢測坡度感應信號，此時判斷車輛是否處於坡道，如果處於平路，通過電機驅動單元，根據騎行速度驅動電機轉速；如果車輛出破坡道上坡，算出坡道坡度，通過電機驅動單元，力口大電機輸出扭矩，讓車輛爬坡；如果車輛處於下坡，通過電機驅動單元，停止電機扭矩輸出，讓車輛下坡滑行。
[0026]人機互動界面包括液晶顯示屏和多個控制按鈕，液晶顯示屏可以顯示，行車速度，行車裡程，系統輸出電流(功率)，電源電量，助力比狀態，系統故障檢測，顯示界面如圖2所示，通過邏輯控制單元輸出人機互動界面所需的數據，數據包括:行車速度，裡程，電機輸出功率，電池剩餘電量，各種故障代碼。使得騎行者清晰的知道當前車輛的電氣狀態，騎行者根據自身的體能狀態，可同通過人機互動界面上設置的控制按鈕，調節系統助力比，使得騎行者體能處於很好的狀態，或者希望主要用人力騎行，少量電力輔助，可以調節助力比低檔位，此時人機界面發送指令給助力比調節單元，助力比調節單元根據預先設置好的驅動函數，通過邏輯控制單元輸出對應的驅動模式，依靠電機驅動單元讓電機輸出處於低功耗狀態，可以使整車騎行距離更長。反之，騎行者希望大部分依靠電力助力，自身體能不足，此時可以調節助力比高檔位，此時人機界面發送指令給助力比調節單元，助力比調節單元根據預先設置好的驅動函數，通過邏輯控制單元輸出對應的驅動模式，依靠電機驅動單元讓電機輸出處於高功耗高扭矩狀態，使得騎行者的人力消耗更少。
[0027]電機驅動單元為邏輯控制單元的各種指令的執行裝置，將邏輯控制單元的指令轉換為電機的各種物理狀態，如電流，電壓，扭矩等。
[0028]助力比調節單元存儲和調用各種不同的驅動函數，實時採集電機的運行時的狀態，如速度，電壓，電流等，接受人機互動界面傳遞過來的助力比指令信號，然後根據電機的實時狀態，通過驅動函數，發送驅動指令給邏輯控制單元，邏輯控制單元在通過電機驅動單元驅動電機，做出對應的扭矩輸出。
[0029]電機為系統的最終輸出機構，邏輯控制單元採集一切的指令，都通過電機轉換為扭矩。電機接受來自電機驅動單元的關於電流，電壓，轉速的物理量。同時反饋給助力比調節單元實時的電流電壓轉速數據。助力比調節單元採集到電機實時數據後，與自身的驅動函數做對比，再次發出調節指令給邏輯控制單元，邏輯控制單元通過電機驅動單元驅動電機後，助力比調節單元再次採集電機運行參數，直到電機運行參數符合助力比調節單元的助力比要求為止。
[0030]下面具體介紹本實用新型的實施方法。
[0031]在整車啟動前，開啟電源，上電，系統處於等待狀態。
[0032]實施例1:剎車狀態
[0033]邏輯控制單元，同時檢測剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元，分別是否有信號。如果檢測到剎車控制單元有剎車信號，無論踏頻感應單元和坡度感應單元是否有信號，都將輸出停止指令給電機驅動單元，電機不能有任何轉動。
[0034]實施例2:靜止狀態
[0035]邏輯控制單元檢測剎車控制單元，沒有剎車信號，踏頻感應單元沒有速度信號，那麼無論坡度感應單元是否有信號，邏輯控制單元都將車輛視為沒有啟動意願，此時邏輯控制單元都將輸出停止指令給電機驅動單元，電機不能有任何轉動。
[0036]實施例3:平路騎行
[0037]邏輯控制單元檢測到踏頻感應單元，有信號，剎車控制單元沒有信號，坡度感應單元有信號，通過邏輯控制單元計算得出無坡度，說明車輛已經通過人力啟動，在平路上行駛，此時邏輯控制單元，調用默認標準驅動函數，通過電機驅動單元驅動電機，產生扭矩，使整車處於助力騎行。電機通過邏輯控制單元實時採集踏頻感應單元發出的踏頻信號，判斷電機所需要的驅動參數；同時電機的實時狀態由助力比調節單元，反饋給邏輯控制單元，來判斷電機的狀態是否達到所需要的狀態。
[0038]實施例4:上坡騎行
[0039]在騎行過程中，邏輯控制單元，實時監測踏頻感應單元。坡度感應單元和剎車控制單元的信號變化，如果踏頻感應單元有信號，坡度感應單元有信號，說明車輛在騎行過程中，道路的坡度發生變化，繼而判斷是上坡還是下坡，如果是上坡，通過標準驅動函數計算出上坡時，電機輸出扭矩的增量，邏輯控制單元通過電機驅動單元驅動電機，進行調整扭矩增量。助力比調節單元實時採集電機的狀態，採集後，與標準驅動函數的參數進行對比，判斷是否達到指定參數，如果沒有達到，邏輯控制單元發送指令給電機驅動單元進行微量調整，助力比調節單元再次實施採集電機的狀態，形成電機的狀態反饋機制，實時調整，使得騎行者感覺助力舒適。
[0040]實施例5:下坡騎行
[0041]在騎行過程中，邏輯控制單元實時監測踏頻感應單元、坡度感應單元和剎車控制單元的信號變化，如果踏頻感應單元有信號，坡度感應單元有信號，說明車輛在騎行過程中，道路的坡度發生變化，繼而判斷是上坡還是下坡，如果是下坡，通過標準驅動函數得知，下坡時系統關閉電機，讓車輛處於滑行狀態。
[0042]實施例6:人機互動的應用
[0043]在車輛的實時騎行狀態中，騎行者的體能狀態時刻在變化，騎行者需要能夠調節系統驅動模式，來適應騎行者的體能變化。本實用新型提供一種標準驅動函數，適應大部分人在正常狀態下的騎行感受。當騎行者感覺很疲倦的時候，希望電機給提供更多的扭矩，付出更少的人力，通過人機互動界面上的控制按鈕發出指令，助力比調節單元接受到調節調節指令後，和標準驅動函數對比，發出增強或者減弱的驅動的指令，發給邏輯控制單元，然後不停的實時監測電機是否達到要調節的目標，將微量的調增指令發送或反饋給邏輯控制單元，進行閉環控制。
[0044]人機互動界面同時接受來自邏輯控制單元的實時信息，包括車輛時速，騎行裡程，實時功耗，故障檢測代碼，系統剩餘電量等，供騎行者實時查看。
[0045]人機互動界面同時還可以對邏輯控制單元發送關機指令，當騎行者不需要電動助力系統的助力，可以通過人機界面上的控制按鈕發出關機指令，邏輯控制單元接受到人機互動界面發出的關機指令時，整個助力系統關閉，節約能耗。
[0046]本實用新型方案所公開的技術手段不僅限於上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特徵任意組合所組成的技術方案。
【權利要求】
1.一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是包括剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元，人機互動界面，邏輯控制單元，電機驅動單元，電機和助力比調節單元，所述剎車控制單元，踏頻感應單元，坡度感應單元分別連接到邏輯控制單元，邏輯控制單元分別連接到電機驅動單元、助力比調節單元和人機互動界面，電機同時連接電機驅動單元和助力比調節單元，助力比調節單元同時連接人機互動界面。
2.根據權利要求1所述的一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是所述人機互動界面與邏輯控制單元互為反饋連接，助力比調節單元與人機互動界面為互反饋連接。
3.根據權利要求1所述的一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是所述踏頻感應單元安裝固定在車輛的腳踏曲柄，能夠產生踏頻信號，並傳遞給邏輯控制單元。
4.根據權利要求1所述的一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是所述坡度感應單元採用重力水平傳感裝置為360° *360°的水平傳感器，可以安裝在車輛任意地方。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是所述邏輯控制單元接受到踏頻感應信號後，同時接受坡度感應單元的信號，判斷車輛是否處於坡道，如果處於平路，通過電機驅動單元，根據騎行速度驅動電機轉速，如果車輛處於坡道上坡，邏輯控制單元算出坡道坡度，通過電機驅動單元，加大電機輸出扭矩，讓車輛爬坡，如果車輛處於下坡，通過電機驅動單元，停止電機扭矩輸出，讓車輛下坡滑行。
6.根據權利要求5所述的一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是所述人機互動界面包括液晶顯示屏和I個以上控制按鈕，液晶顯示可以顯示行車速度，行車裡程，系統輸出電流，電源電量，助力比狀態，系統故障檢測；控制按鈕電路連接助力比調節單元。
7.根據權利要求5所述的一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是所述電機驅動單元執行邏輯控制單元的指令，將邏輯控制單元的指令轉換為驅動電機的電流或電壓。
8.根據權利要求7所述的一種可以識別路面狀態的電動助力自行車驅動系統，其特徵是所述助力比調節單元實時採集電機的運行時的狀態，接受人機互動界面傳遞過來的助力比指令信號，根據電機的實時狀態，發送驅動指令給邏輯控制單元，邏輯控制單元通過電機驅動單元驅動電機，做出對應的扭矩輸出。
【文檔編號】B62M6/50GK203528738SQ201320535677
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】朱旭平, 孫敏, 丁強 申請人:孫敏