一種用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，包括電機(jī)（1）、控制器（2）和電池（10），其特征在于：所述的電機(jī)（1）內(nèi)部設(shè)置有踩踏傳感器（7）；所述的控制器（2）包括單片機(jī)（3）、踩踏信號(hào)采集電路（4）和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（6），踩踏信號(hào)采集電路（4）能夠通過(guò)踩踏傳感器（7）實(shí)時(shí)獲得用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度并傳遞給單片機(jī)（3）處理獲得用戶踩踏的加速度；單片機(jī)（3）根據(jù)用戶踩踏的加速度來(lái)控制PWM占空比輸出并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（6）控制電機(jī)（1）的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分（9）驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明采集的信號(hào)密集、靈敏度高且助力啟動(dòng)角度小、檢測(cè)用戶停止踩踏的時(shí)間短，故適宜推廣使用。
【專利說(shuō)明】
一種用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)助力自行車技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種信號(hào)密集、靈敏度高使得起步時(shí)助力啟動(dòng)角度小且檢測(cè)用戶停止踩踏的時(shí)間短的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)助力自行車兼具自行車運(yùn)動(dòng)休閑以及電動(dòng)車輕松省力的特點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越受市場(chǎng)歡迎。目前，市場(chǎng)上大部分助力控制方案，采用的助力傳感器和電動(dòng)自行車的輪轂電機(jī)分別為獨(dú)立的兩個(gè)部件。助力傳感器一般安裝于自行車架中軸處，通過(guò)助力傳感器測(cè)量用戶騎行時(shí)的踩踏頻率，并將該信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給控制器，由控制器調(diào)節(jié)PWM占空比，最終實(shí)現(xiàn)助力。但是該方案缺點(diǎn)較多:(1)、中軸的助力傳感器，受限于用戶的踩踏頻率(一般最大為120轉(zhuǎn)每分鐘，一般在50-90轉(zhuǎn)每分鐘之間)，信號(hào)少，靈敏度有限；⑵、起步時(shí)要踩踏一定角度(最小24°)才可啟動(dòng)助力；⑶、停止踩踏檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)(100毫秒以上)；⑷、助力傳感器采集到的踩踏頻率信息單一且控制器的控制方式受限；(5)當(dāng)前主要有兩種控制方式，一種控制方式是以踩踏信號(hào)作為助力開(kāi)關(guān)，檢測(cè)到踩踏信號(hào)后調(diào)節(jié)電機(jī)達(dá)到額定檔位速度，另一種控制方式是將踩踏頻率換算成一定的PWM占空比值，高踏頻輸出高電機(jī)轉(zhuǎn)速，但其所輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)速并不能很好適配用戶踩踏節(jié)奏，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速超前(出現(xiàn)踏空，空踩)或落后于用戶的踩踏頻率(助力太弱)，以上兩種的體驗(yàn)并不好;(6)、助力傳感器所需配件較多，安裝精度高，固定方式復(fù)雜，且裸露在外部環(huán)境中，可靠性及穩(wěn)定性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種信號(hào)密集、靈敏度高使得起步時(shí)助力啟動(dòng)角度小且檢測(cè)用戶停止踩踏的時(shí)間短的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案解決的:
一種用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，包括電機(jī)、控制器和電池，其特征在于:所述的電機(jī)內(nèi)部設(shè)置有踩踏傳感器;所述的控制器包括單片機(jī)、踩踏信號(hào)采集電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，踩踏信號(hào)采集電路能夠通過(guò)踩踏傳感器實(shí)時(shí)獲得用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度并傳遞給單片機(jī)處理獲得用戶踩踏的加速度;單片機(jī)根據(jù)用戶踩踏的加速度來(lái)控制PffM占空比輸出并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的轉(zhuǎn)速。
[0005]所述的踩踏傳感器設(shè)置在電機(jī)的電機(jī)軸上并通過(guò)電機(jī)的踩踏驅(qū)動(dòng)部分的磁場(chǎng)變化來(lái)實(shí)時(shí)感應(yīng)用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
[0006]所述的單片機(jī)根據(jù)獲得的用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和時(shí)間狀態(tài)得出用戶踩踏的加速度。
[0007]所述電機(jī)的端蓋上設(shè)有能夠?qū)崟r(shí)感應(yīng)到車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器。
[0008]所述的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器能夠?qū)?shí)時(shí)獲得車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳遞給控制器中的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路并由車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路傳遞給單片機(jī)。
[0009]所述控制器由電池供電。
[0010]所述的踩踏傳感器采用能夠識(shí)別正反轉(zhuǎn)向的一個(gè)或多個(gè)霍爾元件制成，且車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器亦采用霍爾元件制成。
[0011]所述的霍爾元件通過(guò)引出線與電纜連接至控制器的相應(yīng)部件上。
[0012]所述的霍爾元件為鎖存型霍爾或開(kāi)關(guān)型霍爾。
[0013]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的智能控制系統(tǒng)通過(guò)將踩踏傳感器設(shè)置在電機(jī)的內(nèi)部使得采集的助力傳感信號(hào)密集、靈敏度高，用戶踩踏最小角度5°即可啟動(dòng)助力，控制器檢測(cè)用戶停止踩踏并停止助力輸出的時(shí)間短至20毫秒;能夠根據(jù)踩踏速度和加速度等信息智能識(shí)別用戶加速及減速的意圖，提供更加智能的助力體驗(yàn)，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速跟隨用戶踩踏的速度，不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速超前或落后于用戶踩踏速度的情況;且由于無(wú)需再在中軸處安裝助力傳感器，助力傳感信號(hào)來(lái)源于電機(jī)的內(nèi)部，采集的信息更加穩(wěn)定可靠，另外通過(guò)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器的設(shè)置使得助力傳感信息更豐富，故適宜推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖1為本發(fā)明的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)原理框圖。
[00?5]其中:I一電機(jī);2—控制器;3—單片機(jī);4一踩踏彳目號(hào)米集電路;5—車輪轉(zhuǎn)動(dòng)彳目號(hào)米集電路;6 一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路;7 一踩踏傳感器;8 一車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器;9 一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；10 一電池。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017]如圖1所示:一種用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，包括電機(jī)1、控制器2和給控制器2供電的電池10，在電機(jī)I內(nèi)部設(shè)置有踩踏傳感器7和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器8，其中踩踏傳感器7設(shè)置在電機(jī)I的電機(jī)軸上并通過(guò)電機(jī)I的踩踏驅(qū)動(dòng)部分的磁場(chǎng)變化來(lái)實(shí)時(shí)感應(yīng)用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器8設(shè)置在電機(jī)I的端蓋上使得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器8能夠?qū)崟r(shí)感應(yīng)到車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度;控制器2包括單片機(jī)3、踩踏信號(hào)采集電路4、車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路5和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6，踩踏信號(hào)采集電路4能夠通過(guò)踩踏傳感器7實(shí)時(shí)獲得用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度并傳遞給單片機(jī)3，單片機(jī)3根據(jù)獲得的用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和時(shí)間狀態(tài)得出用戶踩踏的加速度;單片機(jī)3根據(jù)用戶踩踏的加速度來(lái)控制PffM占空比輸出并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6控制電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的轉(zhuǎn)速。另外車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器8能夠?qū)?shí)時(shí)獲得車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳遞給控制器2中的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路5并由車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路5傳遞給單片機(jī)3，單片機(jī)3能夠根據(jù)車輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的轉(zhuǎn)速進(jìn)行微調(diào)。在上述電機(jī)智能控制系統(tǒng)中，踩踏傳感器7采用能夠識(shí)別正反轉(zhuǎn)向的一個(gè)或多個(gè)霍爾元件制成，且車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器8亦采用霍爾元件制成，上述的霍爾元件為鎖存型霍爾或開(kāi)關(guān)型霍爾，且霍爾元件分別通過(guò)引出線與電纜連接至控制器2的相應(yīng)部件上。
[0018]本發(fā)明的電機(jī)智能控制系統(tǒng)在使用時(shí)，當(dāng)用戶正向踩踏時(shí)，腳踏板依次帶動(dòng)牙盤、卡式飛輪、卡基座、固定環(huán)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電機(jī)軸上的踩踏傳感器7通過(guò)電機(jī)I的踩踏驅(qū)動(dòng)部分的磁場(chǎng)變化來(lái)實(shí)時(shí)感應(yīng)用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并將感應(yīng)到的狀況通過(guò)數(shù)字信號(hào)輸出給控制器2的踩踏信號(hào)采集電路4并由踩踏信號(hào)采集電路4傳遞給單片機(jī)3，單片機(jī)3識(shí)別數(shù)字信號(hào)根據(jù)獲得的用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和時(shí)間狀態(tài)得出用戶踩踏的加速度，單片機(jī)3根據(jù)用戶踩踏的加速度來(lái)控制PffM占空比輸出并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6來(lái)控制電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的轉(zhuǎn)速；另外由于卡基座通過(guò)棘輪棘爪機(jī)構(gòu)單向驅(qū)動(dòng)端蓋使得電機(jī)輪轂同步轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置在端蓋上的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器8將車輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度通過(guò)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路5傳遞給單片機(jī)3，單片機(jī)3能夠根據(jù)車輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的轉(zhuǎn)速進(jìn)行微調(diào)。在上述過(guò)程中，控制器2驅(qū)動(dòng)電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9的轉(zhuǎn)速跟隨用戶踩踏的速度，不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9的轉(zhuǎn)速超前或落后于用戶踩踏速度的情況。當(dāng)用戶在靜止起步時(shí)，控制器2能夠智能識(shí)別用戶加速意圖，并控制電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9提高扭力，配合用戶舒適完成起步加速和爬坡;當(dāng)用戶在爬坡時(shí)，控制器2根據(jù)用戶踩踏速度的線性下降幅度和加速度的波動(dòng)區(qū)間，判別用戶處于爬坡?tīng)顟B(tài)，并控制電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9提高扭力，幫助用戶輕松爬坡;當(dāng)用戶停止踩踏或者反向踩踏時(shí)，控制器2可識(shí)別用戶的動(dòng)作并中止電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9的助力輸出，其最快反應(yīng)時(shí)間為20毫秒。
[0019]本發(fā)明的智能控制系統(tǒng)通過(guò)將踩踏傳感器7設(shè)置在電機(jī)I的內(nèi)部使得采集的助力傳感信號(hào)密集、靈敏度高，用戶踩踏最小角度5°即可啟動(dòng)助力，控制器2檢測(cè)用戶停止踩踏并停止助力輸出的時(shí)間短至20毫秒;控制器2能夠根據(jù)踩踏速度和加速度等信息智能識(shí)別用戶加速及減速的意圖，提供更加智能的助力體驗(yàn)，控制器2驅(qū)動(dòng)電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9的轉(zhuǎn)速跟隨用戶踩踏的速度，不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分9的轉(zhuǎn)速超前或落后于用戶踩踏速度的情況;且由于無(wú)需再在中軸處安裝助力傳感器，助力傳感信號(hào)來(lái)源于電機(jī)I的內(nèi)部，采集的信息更加穩(wěn)定可靠，另外通過(guò)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器8的設(shè)置使得助力傳感信息更豐富，故適宜推廣使用。
[0020]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)；本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，包括電機(jī)(I)、控制器(2)和電池(10)，其特征在于:所述的電機(jī)(I)內(nèi)部設(shè)置有踩踏傳感器(7);所述的控制器(2)包括單片機(jī)(3)、踩踏信號(hào)采集電路(4)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(6)，踩踏信號(hào)采集電路(4)能夠通過(guò)踩踏傳感器(7)實(shí)時(shí)獲得用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度并傳遞給單片機(jī)(3)處理獲得用戶踩踏的加速度;單片機(jī)(3)根據(jù)用戶踩踏的加速度來(lái)控制PWM占空比輸出并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(6)控制電機(jī)(I)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分(9)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的轉(zhuǎn)速。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的踩踏傳感器(7)設(shè)置在電機(jī)(I)的電機(jī)軸上并通過(guò)電機(jī)(I)的踩踏驅(qū)動(dòng)部分的磁場(chǎng)變化來(lái)實(shí)時(shí)感應(yīng)用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的單片機(jī)(3)根據(jù)獲得的用戶踩踏的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和時(shí)間狀態(tài)得出用戶踩踏的加速度。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)(I)的端蓋上設(shè)有能夠?qū)崟r(shí)感應(yīng)到車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器(8)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器(8)能夠?qū)?shí)時(shí)獲得車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳遞給控制器(2)中的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路(5)并由車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集電路(5)傳遞給單片機(jī)(3)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器(2)由電池(10)供電。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的踩踏傳感器(7)采用能夠識(shí)別正反轉(zhuǎn)向的一個(gè)或多個(gè)霍爾元件制成，且車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器(8)亦米用霍爾兀件制成。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的霍爾元件通過(guò)引出線與電纜連接至控制器(2)的相應(yīng)部件上。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于電動(dòng)助力自行車的電機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的霍爾元件為鎖存型霍爾或開(kāi)關(guān)型霍爾。
【文檔編號(hào)】B62M6/45GK105857115SQ201610406439
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】吳森泉
【申請(qǐng)人】南京壹佰克智能科技有限公司