專(zhuān)利名稱(chēng)：腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)自行車(chē)，特別是一種用于電力和人力雙驅(qū)動(dòng)的腳控智能化電動(dòng) 助力自行車(chē)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)自行車(chē)這種清潔環(huán)保的交通工具，已經(jīng)被越來(lái)越多的人采用。電動(dòng)自行車(chē) 可以認(rèn)為是在自行車(chē)的基礎(chǔ)上加一套直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的，基本原理是由 蓄電池提供電能直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的自行車(chē)。它的電控系統(tǒng)主要包括蓄電池、控制器 和直流電動(dòng)機(jī)。其運(yùn)行過(guò)程是蓄電池經(jīng)過(guò)控制器給直流電動(dòng)機(jī)供電，直流電動(dòng)機(jī) 放在后車(chē)輪中，直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)自行車(chē)的行進(jìn)。電動(dòng)自行車(chē)的控制器連接一 個(gè)調(diào)速手柄，在腳踏中軸上裝有助力傳感器，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速手柄可以讓控制器檢測(cè)到不 同的電壓值，控制器根據(jù)電壓值大小，控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
按驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)自行車(chē)可分為二類(lèi)-
一類(lèi)為電動(dòng)車(chē)，即騎行者不需自己用力，只要接通電源，電動(dòng)自行車(chē)上的直流 電動(dòng)機(jī)即能工作而帶動(dòng)自行車(chē)行駛。這種車(chē)的動(dòng)力完全來(lái)源于蓄電池，而常規(guī)電動(dòng) 自行車(chē)蓄電池一次充電只能行駛30 50公里，頻繁充電使電池的使用壽命一般不到 一年。造成電動(dòng)自行車(chē)在使用時(shí)的不方便，且使用成本較高。
另一類(lèi)為電力和人力腳踏雙驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)助力自行車(chē)，這種車(chē)集人力和電力為一 體，介于電動(dòng)車(chē)和腳踏車(chē)之間，騎行者用力踏車(chē)時(shí)，電動(dòng)機(jī)也提供助力，人力的大 小通過(guò)一力矩傳感器傳給控制器中的電腦芯片，由電腦芯片控制直流電動(dòng)機(jī)的輸出 力矩，助力與人力成正比例，人力越大，助力越大，騎行者不加力，則直流電動(dòng)機(jī) 也不工作。這種車(chē)在騎車(chē)上坡時(shí)有一定的節(jié)能效果，但總的來(lái)說(shuō)，節(jié)能并不顯著。 因?yàn)?，電?dòng)車(chē)在平坦的路面行駛時(shí)，人并不需要較大的附加助力，但直流電動(dòng)機(jī)仍 輸出和人力相應(yīng)的助力，不僅浪費(fèi)蓄電池的能源，而且還可能造成超速行駛的不安 全狀態(tài)。目前亟需一種行駛中能源消耗少、 一次充電行程長(zhǎng)、使用成本低且安全可靠的 電動(dòng)助力自行車(chē)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于電力和人力雙驅(qū)動(dòng)的 腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，該自行車(chē)具有腳控、智能、使用方便、成本低、 一次 充電行程長(zhǎng)和節(jié)能的智能化的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特點(diǎn)是該車(chē)具有數(shù)字化控制系統(tǒng)，包括蓄 電池、數(shù)字傳感器、控制器、直流電動(dòng)機(jī)、腳踏軸裝置和腳踏數(shù)字速度傳感非同步 速控電子開(kāi)關(guān)接入電路
所述的數(shù)字傳感器與所述的直流電動(dòng)機(jī)同軸，該數(shù)字傳感器對(duì)所述的直流電動(dòng) 機(jī)進(jìn)行測(cè)量并向數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路傳遞包含實(shí)時(shí)力矩動(dòng)態(tài)變化信息和速度 信息的動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx;
所述的控制器由數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路、數(shù)字邏輯接口及功放電路和參考 運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器組成；
所述的腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路由非同步速度設(shè)定電 路、腳踏數(shù)字速度傳感器和數(shù)字處理及邏輯接口電路組成，所述的腳踏數(shù)字速度傳 感器與自行車(chē)的腳踏軸裝置同軸，測(cè)量并向所述的數(shù)字處理及邏輯接口電路輸出腳
踏等效速度數(shù)字信號(hào) ，所述的非同步速度信號(hào)設(shè)定電路設(shè)有一系列非同步數(shù)字速
度"，-所述的非同步數(shù)字速度",-△",，其中n,表示一系列由小到大的參考 運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)n卜n2、 n3、……、n卜……、nm之一，nm二20公里/小時(shí)， i=l、 2、 3……、m， m由設(shè)計(jì)確定的正整數(shù)，所述的數(shù)字處理及邏輯接口電路接收 所述的腳踏數(shù)字速度傳感器的腳踏等效速度數(shù)字信號(hào)^和所述的非同步速度信號(hào) 設(shè)定電路的非同步數(shù)字速度",-A巧進(jìn)行數(shù)據(jù)處理當(dāng)ni》 》n, -A",時(shí)，向所述 的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)參量，使該參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信 號(hào)發(fā)生器向所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩處理電路輸出參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni;
所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路接收所述的數(shù)字傳感器輸出的動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖 信號(hào)nx和所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni，作位置比較，得到反應(yīng)動(dòng)態(tài)力矩變量矢量的脈寬信號(hào)的脈沖寬度增量，再將 該脈沖寬度增量與該數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路前一次輸出的脈寬信號(hào)的脈沖寬度 反相疊加后向所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路輸出脈寬信號(hào)；該數(shù)字邏輯接口及功 放電路接收該脈寬信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制，控制其功率管輸出相應(yīng)的脈沖寬度驅(qū)動(dòng)所述直 流電動(dòng)機(jī)。
所述的數(shù)字傳感器為位置傳感器。
所述的控制器中還設(shè)有超速抑制電路和超低速保護(hù)電路，用于直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行
的超速抑制和超低速保護(hù)。
所述的超速抑制電路和超低速保護(hù)電路由超速數(shù)字抑制電路、超低速數(shù)字信號(hào) 設(shè)定電路和超低速數(shù)字保護(hù)電路組成。
所述的超速數(shù)字抑制電路接收所述的數(shù)字傳感器發(fā)出的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào) t^和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)Ili，將實(shí) 時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx與參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni進(jìn)行比較，當(dāng)n》rii時(shí)，則 發(fā)出短暫的脈寬抑制信號(hào)給所述數(shù)字邏輯接口和功放電路，減少所述數(shù)字邏輯接口 和功放電路輸出的信號(hào)幅度，使直流直流電動(dòng)機(jī)回到正常的運(yùn)行速度。
所述超速數(shù)字抑制電路設(shè)有單穩(wěn)電路，由該電路不斷發(fā)出一個(gè)短暫的脈寬關(guān)門(mén) 信號(hào)給所述數(shù)字邏輯接口及功放電路。 ，
所述的超低速數(shù)字保護(hù)電路接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器發(fā)出的腳踏等效速 度信號(hào) 和超低數(shù)字速信號(hào)設(shè)定電路發(fā)出的超低速度脈沖信號(hào)nmin，將腳踏等效速
度信號(hào) 與超低速脈沖信號(hào)nmin并進(jìn)行比較，當(dāng) 〈nmin時(shí)，該超低速數(shù)字保護(hù)電
路發(fā)出脈沖關(guān)門(mén)信號(hào)給所述數(shù)字邏輯接口和功放電路，使該電路中的功率管截止， 使直流電動(dòng)機(jī)停止輸出電動(dòng)力矩。 本發(fā)明的原理是
本發(fā)明中的數(shù)字傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)與直流電動(dòng)機(jī)同軸、轉(zhuǎn)動(dòng)一周能發(fā)出多個(gè) 等分脈沖寬度的脈沖頻率信號(hào)(提供位置一時(shí)間信號(hào)和位移信號(hào))的數(shù)字位置傳感 器，它傳遞出包含反映動(dòng)態(tài)力矩變化量一等分空間位置變化信息的等分脈沖頻率信 號(hào)。由該數(shù)字傳感器輸出的這些等分脈沖信號(hào)在信號(hào)處理電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，與參 考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni在同一時(shí)間上 作位置上的比較，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的輪軸上的動(dòng)態(tài)力矩增量為零時(shí)，由該數(shù)字傳感器發(fā)出的等分脈沖信號(hào)與參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)n,之間的相對(duì)位置不變，即相比 較的兩個(gè)脈沖之間的脈沖寬度不變；當(dāng)外力(人力腳踏、重力、風(fēng)力、路阻)施加， 使動(dòng)態(tài)力矩增量不為零時(shí)，由數(shù)字傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)nx與參考運(yùn)行速度數(shù)字脈 沖信號(hào)n,之間的相對(duì)位置產(chǎn)生變化，在此瞬間，由等分脈沖信號(hào)nx與參考運(yùn)行速度 數(shù)字脈沖信號(hào)ni之間的脈沖寬度必然產(chǎn)生一個(gè)變化量，這個(gè)變化量就等值地反應(yīng)了 動(dòng)態(tài)綜合力矩的變化矢量(增量或減量)。數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路將動(dòng)態(tài)綜合力 矩矢量和數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路前一次輸出的控制功率管的脈寬信號(hào)反相疊 加，輸出一個(gè)減去動(dòng)態(tài)綜合力矩矢量寬度的控制功率管的脈寬信號(hào)。顯然，在動(dòng)態(tài) 綜合力矩矢量(增量或減量)產(chǎn)生的瞬間，功率管的導(dǎo)通量作出了相應(yīng)的(減量或 增量)的變化，直流電動(dòng)機(jī)得到的電能減少或增加了。由于慣量及電感的作用，在 動(dòng)態(tài)綜合力矩矢量變化的瞬間，直流電動(dòng)機(jī)的電流不變，速度不變，直流電動(dòng)機(jī)輸 入能量的減少或增加，這必然使輸入直流電動(dòng)機(jī)的電壓的減少或增加，也必然導(dǎo)致 直流電動(dòng)機(jī)輸出力矩的減少或增加。而這個(gè)電動(dòng)力矩的減少或增加量正好與外力矩 的增加或減少量相抵消。這樣，該自行車(chē)的電動(dòng)助力系統(tǒng)又瞬間地處于穩(wěn)定狀態(tài)。
綜上所述，本發(fā)明中電動(dòng)助力控制系統(tǒng)中采用數(shù)字力矩/電壓閉環(huán)控制，由安裝 在中軸或其它相關(guān)部位的數(shù)字位置傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩動(dòng)態(tài)變化，然后數(shù) 字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)力矩變化信號(hào)與參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)綜 合得到綜合力矩增量信號(hào)，綜合力矩增量信號(hào)與直流電動(dòng)機(jī)的前次輸出力矩輸出信 號(hào)反相疊加，疊加后的脈沖信號(hào)給功率變換器去控制直流電動(dòng)機(jī)的輸出力矩，形成 一個(gè)數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩閉環(huán)電路。此時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的輸出力矩與騎行者的速度、外加力 矩相關(guān)，如果人力施加力矩增加，綜合力矩增量增加，直流電動(dòng)機(jī)的輸出力矩就減 小。
所發(fā)出的電動(dòng)助力自行車(chē)的運(yùn)行的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni，是受腳踏數(shù) 字速度傳感器非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路的控制的。當(dāng)腳踏速度達(dá)到等效速度 (w, -A^)日寸，腳踏數(shù)字速度傳感器非同歩速控電子開(kāi)關(guān)接入電路的數(shù)字處理及 數(shù)字邏輯接口及功放電路發(fā)出一個(gè)電子開(kāi)關(guān)信號(hào)，改變參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào) 發(fā)生器中的相關(guān)參數(shù)，使參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器發(fā)出相應(yīng)的參考運(yùn)行速 度數(shù)字脈沖信號(hào)tii。
我們知道，在直流電動(dòng)機(jī)模擬控制系統(tǒng)的情況下，當(dāng)電動(dòng)自行車(chē)的運(yùn)行速度為 ni時(shí)，若人騎腳踏的等效速度小于ni時(shí)，如速度為"，-A",，人騎腳踏的力矩是加不到系統(tǒng)中去的，即我們所說(shuō)的空踏現(xiàn)象。
在本發(fā)明中，當(dāng)人騎腳踏的等效速度為",-A",時(shí)，由于人騎腳踏的力矩在一周 內(nèi)，只有在不大的角度范圍內(nèi)才有腳踏作用力矩，因而表現(xiàn)出腳踏作用力矩的瞬時(shí) 的不均勻性，在腳踏作用力矩大的瞬間，其瞬時(shí)腳踏等效速度亦要比平均速度 n, -A",大，因此，只要我們選取適當(dāng)?shù)腁w,值，使系統(tǒng)處于ni速度下運(yùn)行，我們?cè)?",-A",腳踏速度下所存在的瞬間腳踏作用力矩，就能夠施加到系統(tǒng)中去，而普通技 術(shù)，只能在腳踏等效速度達(dá)到ni這一點(diǎn)上才能施加上有效作用力矩，因此本發(fā)明的 節(jié)約電能的效果將大大增加。
本發(fā)明，當(dāng)腳踏等效瞬時(shí)速度低于"，-A",時(shí)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)就自動(dòng)轉(zhuǎn)入比 速度n,較低的一檔速度n,—!進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行，當(dāng)腳踏不動(dòng)時(shí)，即腳踏等效速度為零或 腳踏等效速度低于超低速數(shù)字信號(hào)設(shè)定電路所設(shè)定的速度最低速度nmin數(shù)值時(shí)，腳 踏數(shù)字速度傳感器將腳踏數(shù)字速度信號(hào)nD輸出給超低速信號(hào)保護(hù)電路，同超低速數(shù)
字信號(hào)設(shè)定電路所設(shè)定的速度nmm進(jìn)行比較處理，超低速信號(hào)保護(hù)電路向所述的接
口及功放電路發(fā)出一個(gè)脈沖關(guān)門(mén)信號(hào)，使該電路中的功率管截止，不導(dǎo)通，從而保 護(hù)直流電動(dòng)機(jī)。這樣就沒(méi)有電能輸給直流電動(dòng)機(jī)，因此就進(jìn)一步提高了節(jié)約電能的 效果。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明采用數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩變化量作為閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號(hào)，系統(tǒng)不僅能識(shí)別 作用動(dòng)態(tài)力矩的變化大小，而且還能同時(shí)識(shí)別作用力距的方向，如人力、重力力矩 和風(fēng)力力矩的方向變化，使控制器作出相應(yīng)的判斷，適時(shí)調(diào)整電動(dòng)力矩，因而實(shí)現(xiàn) 了電動(dòng)助力自行車(chē)的智能化電動(dòng)助力的控制。
2、 本發(fā)明采用數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩變化量作為閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號(hào)，當(dāng)作用于系統(tǒng)上
的綜合力矩產(chǎn)生變化時(shí)，控制器能瞬時(shí)控制電動(dòng)助力系統(tǒng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)，因此， 本發(fā)明整車(chē)騎行時(shí)，很平穩(wěn)。
3、 本發(fā)明采用數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩變化量作為閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在保持速度
不變的前提下，雙動(dòng)力輸出的互動(dòng)和平衡，使人力和電力能夠互助，減少了電能消 耗，蓄電池一次充電后的行程大大延長(zhǎng)，蓄電池的使用壽命也因此延長(zhǎng)。
4、 本發(fā)明的力矩/電壓閉環(huán)控制回路中，全部采用數(shù)字電路，沒(méi)有積分環(huán)節(jié)，
控制更加快速和穩(wěn)定，成本更低。5、本發(fā)明的運(yùn)行速度由腳踏智能化控制，當(dāng)腳踏等效速度降低(如人騎行于 lii速度下，有點(diǎn)累時(shí))到所對(duì)應(yīng)的設(shè)定值w, -An,以下時(shí)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)就自動(dòng) 轉(zhuǎn)入比速度ni較低的一檔速度riiM進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行，從而保障這時(shí)，人騎腳踏力還能 同樣加到系統(tǒng)中去，保證較好的節(jié)能效果，當(dāng)腳踏不動(dòng)時(shí)，即腳踏等效速度為零或 腳踏等效速度低于超低速數(shù)字信號(hào)設(shè)定電路所設(shè)定的速度最低速度nmin數(shù)值時(shí)，系 統(tǒng)就自動(dòng)地關(guān)閉，停止向直流電動(dòng)機(jī)供給電能。從而進(jìn)一步提高了節(jié)約電能的效果， 提高了蓄電池的使用壽命和一次充電的騎行里程數(shù)。


圖1是本發(fā)明腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)實(shí)施例1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 圖2是本發(fā)明腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)實(shí)施例2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
實(shí)施例1
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)實(shí)施例1控制系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖，由圖可見(jiàn)，本實(shí)施例腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，具有數(shù)字化控制系統(tǒng)， 包括蓄電池(圖中未示)、數(shù)字傳感器1、控制器2、直流電動(dòng)機(jī)3、腳踏軸裝置4 和腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路6:
所述的數(shù)字傳感器1與所述的直流電動(dòng)機(jī)3同軸；
所述的控制器2由數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21、數(shù)字邏輯接口及功放電路22 和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23組成；
所述的腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路6由非同步速度設(shè)定電 路61、腳踏數(shù)字速度傳感器62和數(shù)字處理及邏輯接口電路63組成，所述的腳踏數(shù) 字速度傳感器62與自行車(chē)的腳踏軸裝置4同軸；
所述的數(shù)字傳感器1對(duì)所述的直流電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行測(cè)量并向所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩 信號(hào)處理電路21傳遞包含實(shí)時(shí)力矩動(dòng)態(tài)變化信息和速度信息的動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào) nx;所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62對(duì)所述的腳踏軸裝置4進(jìn)行測(cè)量并向所述的數(shù)字處理及邏輯接口電路63輸出腳踏等效速度數(shù)字信號(hào) ，所述的非同步速度信號(hào)設(shè) 定電路61設(shè)有一系列非同步數(shù)字速度w, -其中i二l、 2、 3……、m, m由設(shè) 計(jì)確定的正整數(shù)，ni表示一系列由小到大的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)m、 n2、 n3、……、n,、……、nm之一，nm=20公里/小時(shí)；所述的數(shù)字處理及邏輯接口電 路63接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62的腳踏等效速度數(shù)字信號(hào) 和所述的非同 步速度信號(hào)設(shè)定電路61的非同步數(shù)字速度",-A",進(jìn)行數(shù)據(jù)處理當(dāng)ni》"D》 n, -Aw,時(shí)，所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路63向所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信 號(hào)發(fā)生器(23)輸出一個(gè)參量，使所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23向所 述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩處理電路21輸出一參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni;
所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21接收所述的數(shù)字傳感器1輸出的動(dòng)態(tài)數(shù)字 脈沖信號(hào) 和所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23輸出的參考運(yùn)行數(shù)字速 度ni，作位置比較，得到反映動(dòng)態(tài)力矩變量矢量的脈寬信號(hào)的脈沖寬度增量，再將 該脈沖寬度增量與該數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21前一次輸出的脈寬信號(hào)的脈沖 寬度反相疊加后向所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路22輸出脈寬信號(hào)；該數(shù)字邏輯接 口及功放電路22接收該脈寬信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制，控制其功率管輸出相應(yīng)的脈沖寬度驅(qū) 動(dòng)所述直流電動(dòng)機(jī)3。
實(shí)施例2
參閱圖2,圖2是本發(fā)明腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)實(shí)施例2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 框圖，由圖可見(jiàn)，本實(shí)施例腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特點(diǎn)是該自行車(chē)具有數(shù) 字化控制系統(tǒng)，包括蓄電池、數(shù)字傳感器I、控制器2、直流電動(dòng)機(jī)3、腳踏軸裝置 4、超速抑制電路和超低速保護(hù)電路5、腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入 電路6:
所述的數(shù)字傳感器1與所述的直流電動(dòng)機(jī)3同軸；
所述的控制器2由數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21、數(shù)字邏輯接口及功放電路22 和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23組成；
所述的腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路6由非同步速度設(shè)定電 路61、腳踏數(shù)字速度傳感器62和數(shù)字處理及邏輯接口電路63組成，所述的腳踏數(shù) 字速度傳感器62與自行車(chē)的腳踏軸裝置4的腳踏軸同軸；所述的數(shù)字傳感器1對(duì)所述的直流電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行測(cè)量并向所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩 信號(hào)處理電路21傳遞包含實(shí)時(shí)力矩動(dòng)態(tài)變化信息和速度信息的動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào) nx;所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62對(duì)所述的自行車(chē)的腳踏軸裝置4進(jìn)行測(cè)量并向所 述的數(shù)字處理及邏輯接口電路63輸出腳踏等效速度數(shù)字信號(hào)"。，所述的非同步速 度信號(hào)設(shè)定電路61設(shè)有一系列非同步數(shù)字速度"，-△",，其中i二l、 2、 3……、m， m由設(shè)計(jì)確定的正整數(shù)，ni表示一系列由小到大的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)m、 n2、 n3、……、rii、……、n巾之一，nm=20公里/小時(shí)；所述的數(shù)字處理及邏輯接口 電路63接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62的腳踏等效速度數(shù)字信號(hào) 和所述的非 同步速度信號(hào)設(shè)定電路61的非同歩數(shù)字速度w, -Aw,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理當(dāng)ni》《D》 ",-A",.時(shí)，所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路63向所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信 號(hào)發(fā)生器(23)輸出一個(gè)參量，使所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23向所 述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩處理電路21輸出一參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni;
所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21接收所述的數(shù)字傳感器1輸出的動(dòng)態(tài)數(shù)字 脈沖信號(hào) 和所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23輸出的參考運(yùn)行數(shù)字速 度ni，作位置比較，得到反映動(dòng)態(tài)力矩變量矢量的脈寬信號(hào)的脈沖寬度增量，再將 該脈沖寬度增量與該數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21前一次輸出的脈寬信號(hào)的脈沖 寬度反相疊加后向所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路22輸出脈寬信號(hào)；該數(shù)字邏輯接 口及功放電路22接收該脈寬信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制，控制其功率管輸出相應(yīng)的脈沖寬度驅(qū) 動(dòng)所述直流電動(dòng)機(jī)3。
所述的超速抑制電路和超低速保護(hù)電路5由超速數(shù)字抑制電路51、超低速數(shù)字 信號(hào)設(shè)定電路52和超低速數(shù)字保護(hù)電路53組成。該超速數(shù)字抑制電路51接收所述 的數(shù)字傳感器1發(fā)出的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生 器23發(fā)出的參考運(yùn)行速度脈沖信號(hào)ni，將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx與預(yù)設(shè)的參考運(yùn) 行速度脈沖信號(hào)ni進(jìn)行比較，當(dāng)&>化時(shí)，由該電路不斷發(fā)出一個(gè)短暫的脈寬關(guān)門(mén)信 號(hào)給所述數(shù)字邏輯接口及功放電路22，減少所述數(shù)字邏輯接口和功放電路22輸出 的信號(hào)的脈寬，減少輸給直流電動(dòng)機(jī)3的能量，使直流電動(dòng)機(jī)3回到正常的運(yùn)行速 度。
所述的超低速數(shù)字保護(hù)電路53接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62發(fā)出的腳踏 等效速度信號(hào) 和超低數(shù)字速信號(hào)設(shè)定電路52發(fā)出的超低速度脈沖信號(hào)nmin，將腳踏等效速度信號(hào) 與超低速脈沖信號(hào)nmin進(jìn)行比較，而且僅當(dāng)"。<11^時(shí)，該超低
速數(shù)字保護(hù)電路53發(fā)出脈沖關(guān)門(mén)信號(hào)給所述數(shù)字邏輯接口和功放電路22,使該電 路中的功率管截止，從而使直流電動(dòng)機(jī)3停止輸出電動(dòng)力矩。
本實(shí)施例簡(jiǎn)單的工作過(guò)程如下-
1、 開(kāi)始騎行時(shí)，所述的數(shù)字傳感器1和腳踏數(shù)字速度傳感器62即開(kāi)始工作， 所述的數(shù)字傳感器1輸出實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx,所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62 發(fā)出腳踏等效速度信號(hào)^;
2、 所述的超低速數(shù)字保護(hù)電路53接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62發(fā)出的腳 踏等效速度信號(hào) 和超低數(shù)字速信號(hào)設(shè)定電路52發(fā)出的超低速度脈沖信號(hào)nmin，將
腳踏等效速度信號(hào) 與超低速脈沖信號(hào)Ilmm并進(jìn)行比較，當(dāng)且僅當(dāng)"D〈Ilmin時(shí)，該
超低速數(shù)字保護(hù)電路53發(fā)出關(guān)門(mén)信號(hào)給所述數(shù)字邏輯接口和功放電路22，使該電
路中的功率管截止，直流直流電動(dòng)機(jī)3沒(méi)有驅(qū)動(dòng)力輸出；當(dāng) 〉nm,n時(shí)，超低速數(shù)字
保護(hù)電路53發(fā)出信號(hào)，由關(guān)門(mén)信號(hào)變?yōu)殚_(kāi)門(mén)信號(hào)，所述數(shù)字邏輯接口和功放電路 22的功率管接受導(dǎo)通信號(hào)，控制系統(tǒng)運(yùn)行，直流直流電動(dòng)機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)。
3、 所述的數(shù)字處理及邏輯接口電路63接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器62的腳 踏等效速度數(shù)字信號(hào) 和所述的非同步速度信號(hào)設(shè)定電路61的非同步數(shù)字速度 n, -An,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理當(dāng)n,^ 》n, -An,時(shí)，所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路63 向所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器(23)輸出一個(gè)參量，使所述的參考運(yùn) 行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23向所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩處理電路21輸出一參考運(yùn)行 速度數(shù)字脈沖信號(hào)n,;
4、 所述的數(shù)據(jù)處理電路21接收所述的數(shù)字傳感器1輸出的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖 信號(hào)nx和所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23輸出的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈 沖信號(hào)ni，將所述參考運(yùn)行速度脈沖信號(hào)和所述動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)作位置比較，得 到動(dòng)態(tài)力矩變量的矢量，再將該動(dòng)態(tài)力矩矢量與該數(shù)字處理電路前一次輸出的脈寬 信號(hào)反相疊加后，作為控制功率變換器導(dǎo)通的脈寬信號(hào)輸出給數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯接 口和功放電路22，控制功放電路中的功率管輸出相應(yīng)的脈沖寬度驅(qū)動(dòng)所述直流直流 電動(dòng)機(jī)3。使系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行在參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni的等效速度上。
本實(shí)施例中的電動(dòng)助力控制系統(tǒng)是這樣運(yùn)行的當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)輪軸上的動(dòng)態(tài)力 矩增量AM^為零時(shí)，由數(shù)字傳感器1發(fā)出的等分脈沖信號(hào)與參考脈沖信號(hào)發(fā)生器21產(chǎn)生的參考脈沖信號(hào)ni之間的相對(duì)位置不變，即相比較的兩個(gè)脈沖之間的脈沖寬 度不變，數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21也輸出一個(gè)不變的脈寬信號(hào)，通過(guò)數(shù)字邏輯 接口及功放電路22控制功率管輸出相應(yīng)的脈沖寬度，提供電能給直流直流電動(dòng)機(jī)3， 維持其原穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；當(dāng)外力施加使動(dòng)態(tài)力矩增量不為零時(shí)，例如，人施加于腳踏軸 裝置4的力矩加大，在人力力矩加大的瞬時(shí)，由于系統(tǒng)的慣量的作用，輪軸的運(yùn)行 速度未變，由數(shù)字傳感器1發(fā)出的未變的速度信號(hào)和空間位置變化了 AM^的等分脈 沖信號(hào)，在數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路21中將空間位置變化了 AM^的等分脈沖信 號(hào)和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器23產(chǎn)生的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行 比較和綜合，得到由等分脈沖信號(hào)和參考脈沖信號(hào)ni之間的脈沖寬度在這一瞬間的 大小和方向變化量，將這個(gè)變化量再疊加、綜合在原穩(wěn)態(tài)時(shí)數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理 電路21輸出的脈沖寬度上，得到一個(gè)比前次輸出脈沖寬度減小的脈沖寬度作為控制 功率管的導(dǎo)通信號(hào)。顯然，在人力力矩增加的瞬間，功率管的導(dǎo)通量減小了，直流 電動(dòng)機(jī)得到的電能減少。由于慣量及電感的作用，在動(dòng)態(tài)綜合力矩矢量變化的瞬間， 直流電動(dòng)機(jī)的電流不變，速度不變，直流電動(dòng)機(jī)輸入能量的減少，這必然使輸入直 流電動(dòng)機(jī)的電壓的減少或增加，也必然導(dǎo)致直流電動(dòng)機(jī)輸出力矩的減少或增加，而 這個(gè)電動(dòng)力矩的減少正好與人力力矩的增加量相抵消。這樣，該車(chē)的電動(dòng)助力系統(tǒng) 又瞬間處于穩(wěn)定狀態(tài)。
當(dāng)人施加于腳踏的力矩減少時(shí)，地面阻力或風(fēng)力阻力增大時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)因同樣 的工作原理，瞬間調(diào)整增大電動(dòng)力矩，使電動(dòng)助力系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定。
所述的超速數(shù)字抑制電路51接收數(shù)字傳感器1發(fā)出的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào) 和參考速度信號(hào)發(fā)生器23發(fā)出的參考運(yùn)行速度脈沖信號(hào)ni，將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖 信號(hào)nx與預(yù)設(shè)的參考運(yùn)行速度脈沖信號(hào)ni進(jìn)行比較，當(dāng)n^ni時(shí)，通過(guò)其中的單穩(wěn) 電路不斷發(fā)出一個(gè)短暫的脈寬抑制信號(hào)給所述數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯接口和功放電路 22，從而抑制超速現(xiàn)象，使直流電動(dòng)機(jī)3回到正常的運(yùn)行速度上；超低速數(shù)字信號(hào) 設(shè)定電路52預(yù)設(shè)超低速度數(shù)字脈沖信號(hào)nmin;超低速數(shù)字保護(hù)電路53接收腳踏數(shù) 字速度傳感器62發(fā)出的腳踏等效速度信號(hào) 和超低數(shù)字速信號(hào)設(shè)定電路52發(fā)出的 超低速度數(shù)字脈沖信號(hào)nmin，將腳踏等效速度信號(hào)"。與超低速數(shù)字脈沖信號(hào)nmin進(jìn) 行比較，當(dāng)"?！磍lmin時(shí)，超低速數(shù)字保護(hù)電路53發(fā)出脈沖關(guān)門(mén)信號(hào)給所述數(shù)字邏輯 接口和功放電路22，使功率管不導(dǎo)通，從而保護(hù)直流電動(dòng)機(jī)3在啟動(dòng)、超低速狀態(tài)
運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的沖擊電流，當(dāng) 〉Ilmin時(shí)，超低速數(shù)字保護(hù)電路53發(fā)出脈沖開(kāi)門(mén)信號(hào)給數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯接口和功放電路22，使數(shù)字邏輯接口和功放電路22 正常工作。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析表明，本發(fā)明使電動(dòng)助力自行車(chē)具有腳控、智能、使用方便、 成本低、 一次充電行程長(zhǎng)和節(jié)能的特點(diǎn)。節(jié)能效果較好， 一般來(lái)說(shuō)，在24伏14安 時(shí)電池下， 一次充電，具有本發(fā)明控制系統(tǒng)的電動(dòng)助力自行車(chē)，平地騎行的里程數(shù) 可達(dá)150公里。
權(quán)利要求
1、一種腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特征在于該車(chē)具有數(shù)字化控制系統(tǒng)，包括蓄電池、數(shù)字傳感器(1)、控制器(2)、直流電動(dòng)機(jī)(3)、腳踏軸裝置(4)和腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路(6)所述的數(shù)字傳感器(1)與所述的直流電動(dòng)機(jī)(3)同軸；所述的控制器(2)由數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路(21)、數(shù)字邏輯接口及功放電路(22)和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器(23)組成；所述的腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路(6)由非同步速度設(shè)定電路(61)、腳踏數(shù)字速度傳感器(62)和數(shù)字處理及邏輯接口電路(63)組成，所述的腳踏數(shù)字速度傳感器(62)與自行車(chē)的腳踏軸裝置(4)的腳踏軸同軸；所述的數(shù)字傳感器(1)對(duì)所述的直流電動(dòng)機(jī)(3)進(jìn)行測(cè)量并向所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路(21)傳遞包含實(shí)時(shí)力矩動(dòng)態(tài)變化信息和速度信息的動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx；所述的腳踏數(shù)字速度傳感器(62)對(duì)所述的的腳踏軸裝置(4)的腳踏軸進(jìn)行測(cè)量并向所述的數(shù)字處理及邏輯接口電路(63)輸出腳踏等效速度數(shù)字信號(hào)nD，所述的非同步速度信號(hào)設(shè)定電路(61)設(shè)有一系列非同步數(shù)字速度ni-Δni，其中ni表示一系列由小到大的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)n1、n2、n3、……、ni、……、nm之一，nm＝20公里/小時(shí)，i＝1、2、3……、m，m由設(shè)計(jì)確定的正整數(shù)，所述的數(shù)字處理及邏輯接口電路(63)接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器(62)的腳踏等效速度數(shù)字信號(hào)nD和所述的非同步速度信號(hào)設(shè)定電路(61)的非同步數(shù)字速度ni-Δni進(jìn)行數(shù)據(jù)處理當(dāng)ni≥nD≥ni-Δni時(shí)，所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路(63)向所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器(23)輸出一個(gè)參量，使所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器(23)向所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩處理電路(21)輸出參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)ni；所述的數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路(21)接收所述的數(shù)字傳感器(1)輸出的動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx和所述的參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器(23)輸出的參考運(yùn)行數(shù)字速度ni，作比較，得到反映動(dòng)態(tài)力矩變量矢量的脈寬信號(hào)的脈沖寬度增量，再將該脈沖寬度增量與該數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路(21)前一次輸出的脈寬信號(hào)的脈沖寬度反相疊加后向所述的數(shù)字邏輯接口及功放電路(22)輸出脈寬信號(hào)；該數(shù)字邏輯接口及功放電路(22)接收該脈寬信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制，控制其功率管輸出相應(yīng)的脈沖寬度驅(qū)動(dòng)所述直流電動(dòng)機(jī)(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特征在于所述的數(shù)字 傳感器(1)為位置傳感器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特征在于所述的控制 器(2)中還設(shè)有超速抑制電路和超低速保護(hù)電路(5)，用于直流電動(dòng)機(jī)(3)運(yùn)行的超速抑制和超低速保護(hù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特征在于所述的超速 抑制電路和超低速保護(hù)電路(5)由超速數(shù)字抑制電路(51)、超低速數(shù)字信號(hào)設(shè)定 電路(52)和超低速數(shù)字保護(hù)電路(53)組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特征在于所述的超速 數(shù)字抑制電路(51)接收所述的數(shù)字傳感器(1)發(fā)出的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx 和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器(23)發(fā)出的參考運(yùn)行速度脈沖信號(hào)ni，將實(shí) 時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字脈沖信號(hào)nx與預(yù)設(shè)的參考運(yùn)行速度脈沖信號(hào)n,進(jìn)行比較，當(dāng)n^n,時(shí)， 則發(fā)出短暫的脈寬抑制信號(hào)給所述數(shù)字邏輯接口和功放電路(22)，減少所述數(shù)字邏 輯接口和功放電路(22)輸出的信號(hào)幅度，使直流直流電動(dòng)機(jī)(3)回到正常的運(yùn)行 速度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特征在于所述超速數(shù) 字抑制電路(51)設(shè)有單穩(wěn)電路，由該電路不斷發(fā)出一個(gè)短暫的脈寬關(guān)門(mén)信號(hào)給所 述數(shù)字邏輯接口及功放電路(22)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，其特征在于所述的超低 速數(shù)字保護(hù)電路(53)接收所述的腳踏數(shù)字速度傳感器(62)發(fā)出的腳踏等效速度 信號(hào)^和超低數(shù)字速信號(hào)設(shè)定電路(52)發(fā)出的超低速度脈沖信號(hào)nmin，并進(jìn)行比 較，當(dāng)"?；痬in時(shí)，該超低速數(shù)字保護(hù)電路(53)發(fā)出脈沖關(guān)門(mén)信號(hào)給所述數(shù)字邏輯 接口和功放電路(22)，使該電路中的功率管截止，使直流電動(dòng)機(jī)(3)停止輸出電 動(dòng)力矩。
全文摘要
一種用于電力和人力雙驅(qū)動(dòng)的腳控智能化電動(dòng)助力自行車(chē)，具有數(shù)字化控制系統(tǒng)，包括蓄電池、數(shù)字傳感器、控制器、直流電動(dòng)機(jī)、腳踏軸裝置和腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路，所述的控制器由數(shù)字動(dòng)態(tài)力矩信號(hào)處理電路、數(shù)字邏輯接口及功放電路和參考運(yùn)行速度數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)生器組成，所述的腳踏數(shù)字速度傳感非同步速控電子開(kāi)關(guān)接入電路由非同步速度設(shè)定電路、腳踏數(shù)字速度傳感器和數(shù)字處理及邏輯接口電路組成，還有超速抑制電路和超低速保護(hù)電路。本發(fā)明電動(dòng)助力自行車(chē)具有腳控、智能、使用方便、成本低、一次充電行程長(zhǎng)和節(jié)能的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P7/06GK101306715SQ20081003651
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者汪鴻洲 申請(qǐng)人:汪鴻洲