CN112623099A - 一种电动自行车动力控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动自行车动力控制***及方法，其中，电动自行车包括车架、中轴、减速齿轮和电机，车架沿水平方向间隔设置有中轴孔和减速齿轮轴孔，中轴通过第一轴承可转动地设置于中轴孔，减速齿轮通过第二轴承可转动的设置于减速齿轮轴孔，电机安装于车架，并通过减速齿轮与中轴传动连接；电动自行车动力控制***包括压力传感器、输出控制装置和动力调节组件；动力调节组件与输出控制装置电连接，并能够调节输出控制装置的动力分配比例；输出控制装置与压力传感器连接，并能够读取分析压力传感器的电信号。本发明的电动自行车动力控制***及方法，能够对电机输出功率进行调控，实现精准的助力输出，而且结构简单，成本低，实用性强。

Description

一种电动自行车动力控制***及方法
技术领域
本发明属于电动自行车技术领域，尤其涉及一种电动自行车动力控制***及方法。
背景技术
电动自行车，是助力自行车的一种，是一种介于自行车与电动车之间的骑行工具，通过电力辅助人力提供给自行车行进中所需要的动能，它是人们追求高效、便捷、健康、环保的生活方式的产物。
为了使电动自行车能够更适当地为骑车人提供助力，会在电动自行车上设置用于控制电机输出功率的动力输出控制***。现有的电动自行车动力输出***，对于电机输出功率的调节十分粗放，无法提供骑车人需求的特定范围数值大小的助力，因此提供的助力往往会因为过大或者过小而给骑车人带来不便，不能起到帮助骑车人省力的作用。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种电动自行车动力控制***及方法，能够实现精准的助力输出，且结构较为简单，成本低，适于推广应用。
为实现上述目的，一方面，本发明提出了一种电动自行车动力控制***，其中，电动自行车包括车架、中轴、减速齿轮和电机，所述车架沿水平方向间隔设置有中轴孔和减速齿轮轴孔，所述中轴通过第一轴承可转动地设置于所述中轴孔，所述减速齿轮通过第二轴承可转动地设置于所述减速齿轮轴孔，所述电机安装于所述车架，并通过所述减速齿轮与所述中轴传动连接；其特征在于，所述电动自行车动力控制***包括压力传感器、输出控制装置和动力调节组件，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述第一轴承与所述中轴孔之间，并能够检测所述第一轴承对所述中轴孔沿径向的第一压力；所述第二压力传感器设置于所述第二轴承与所述减速齿轮轴孔之间，并能够检测所述第二轴承对所述减速齿轮轴孔沿径向的第二压力；所述动力调节组件与所述输出控制装置电连接，并能够调节所述输出控制装置的动力分配比例；所述输出控制装置与所述压力传感器连接，并能够读取分析所述压力传感器的电信号及根据所述动力分配比例控制所述电机运转，以实现对助力功率的控制。
在一个示例中，所述第一压力传感器包括位于所述第一轴承靠近所述电动自行车飞轮一侧的第一有效压力传感器，所述第一有效压力传感器能够检测所述第一轴承对所述中轴孔朝向所述飞轮方向的第一有效压力。
另一方面，本发明还提出了一种电动自行车动力控制方法，其中，电动自行车包括车架、中轴、减速齿轮和电机，所述车架沿水平方向间隔设置有中轴孔和减速齿轮轴孔，所述中轴通过第一轴承可转动地设置于所述中轴孔，所述减速齿轮通过第二轴承可转动地设置于所述减速齿轮轴孔，所述电机安装于所述车架，并通过所述减速齿轮与所述中轴传动连接；其特征在于，所述电动自行车动力控制方法包括以下步骤：检测所述第一轴承对所述中轴孔沿径向的第一压力；检测所述第二轴承对所述减速齿轮轴孔沿径向的第二压力；根据所述第一压力和所述第二压力计算出人力踩踏对后轮输出所占的比例，并根据设定的助力比例，对所述电机的输出功率进行动态控制。
在一个示例中，所述电动自行车还包括同轴设置于所述中轴的牙盘，所述牙盘与所述电动自行车的飞轮传动连接；对所述电机的输出功率进行动态控制具体包括以下步骤：计算所述牙盘的总传动力矩；计算所述减速齿轮传动到所述牙盘的第一分传动力矩；对所述电机的功率进行调节，使所述第一分传动力矩与所述总传动力矩的比值满足设定的助力比例。
在一个示例中，所述电动自行车还包括与所述减速齿轮传动连接的上游传动齿轮，所述减速齿轮轴心与所述牙盘轴心和所述上游传动齿轮轴心连线之间的夹角为第一夹角；计算所述减速齿轮传动到所述牙盘的第一分传动力矩具体包括以下步骤：根据所述第一夹角和所述第二压力计算所述减速齿轮传动到所述牙盘的第一分传动力矩。
在一个示例中，计算所述牙盘的总传动力矩具体包括以下步骤：检测所述第一轴承对所述中轴孔朝向所述飞轮方向的第一有效压力，并根据所述第一有效压力和所述牙盘的直径，计算所述牙盘的总传动力矩。
通过本发明提出的一种电动自行车动力控制***及方法能够带来如下有益效果：
1、通过设置压力传感器，能够检测电机和人力驱动牙盘时，减速齿轮和牙盘对车架产生的作用力，从而计算出电机和人力对驱动牙盘转动所产生的动力，并通过输出控制器和动力调节组件实现对电机输出功率的调控，能够实现精准的助力输出，而且本发明的电动自行车动力控制***结构较为简单，成本低，适于推广应用，实用性强。
2、通过检测第一有效压力，能够过滤掉其他无关作用力，减少干扰，保证采样数据的精度，提高助力输出的精度。
3、本发明的电动自行车动力控制方法，原理简单，需要使用的元件数量少，容易获得，成本低，易于实现，且所有元件的整体连接结构简单，可靠性强，故障率低，实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的电动自行车动力控制***的压力传感器的装配示意图。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个方案”、“一些方案”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该方案或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个方案或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的方案或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个方案或示例中以合适的方式结合。
如图1所示，电动自行车包括车架、中轴1、减速齿轮2和电机，车架沿水平方向间隔设置有中轴孔11和减速齿轮轴孔21，中轴1通过第一轴承12可转动地设置于中轴孔11，减速齿轮2通过第二轴承22可转动地设置于减速齿轮轴孔21，电机安装于车架，并通过减速齿轮2与中轴1传动连接。
针对上述电动自行车，本发明的实施例提出了一种电动自行车动力控制***，其包括压力传感器3、输出控制装置和动力调节组件，压力传感器3包括第一压力传感器31和第二压力传感器32，第一压力传感器31设置于第一轴承12与中轴孔11之间，并能够检测第一轴承12对中轴孔11沿径向的第一压力；第二压力传感器32设置于第二轴承22与减速齿轮轴孔21之间，并能够检测第二轴承22对减速齿轮轴孔21沿径向的第二压力；动力调节组件与输出控制装置电连接，并能够调节输出控制装置的动力分配比例；输出控制装置与压力传感器3连接，并能够读取分析压力传感器3的电信号及根据动力分配比例控制电机运转，以实现对助力功率的控制。通过设置压力传感器3，能够检测电机和人力驱动牙盘时，减速齿轮和牙盘对车架产生的作用力，从而计算出电机和人力对驱动牙盘转动所产生的动力，并通过输出控制器和动力调节组件实现对电机输出功率的调控，能够实现精准的助力输出，而且本发明的电动自行车动力控制***结构较为简单，成本低，适于推广应用，实用性强。
具体地，第一压力传感器31包括位于第一轴承12靠近电动自行车飞轮一侧的第一有效压力传感器，第一有效压力传感器能够检测第一轴承12对中轴孔11朝向飞轮方向的第一有效压力。通过检测第一有效压力，能够过滤掉其他无关作用力，减少干扰，保证采样数据的精度，提高助力输出的精度。
基于上述电动自行车动力控制***，本发明还提出了一种电动自行车动力控制方法，包括以下步骤：
首先，检测第一轴承12对中轴孔11沿径向的第一压力。
其次，检测第二轴承22对减速齿轮轴孔21沿径向的第二压力。
最后，根据第一压力和第二压力计算出人力踩踏对后轮输出所占的比例，并根据设定的助力比例，对电机的输出功率进行动态控制。
其中，对电机的输出功率进行动态控制具体包括以下步骤：
首先，计算牙盘的总传动力矩。
电动自行车还包括同轴设置于中轴1的牙盘，牙盘与电动自行车的飞轮的传动连接；检测第一轴承12对中轴孔11朝向飞轮方向的第一有效压力，根据第一有效压力和牙盘的直径，计算牙盘的总传动力矩。
其次，计算减速齿轮2传动到牙盘的第一分传动力矩。
电动自行车还包括与减速齿轮2传动连接的上游传动齿轮4，减速齿轮2轴心与牙盘轴心和上游传动齿轮4轴心连线之间的夹角为第一夹角α；根据第一夹角α和第二压力计算减速齿轮2传动到牙盘的第一分传动力矩。
最后，对电机的输出功率进行动态控制，使第一分传动力矩与总传动力矩的比值满足设定的助力比例。
本发明的电动自行车动力控制方法，原理简单，需要使用的元件数量少，容易获得，成本低，易于实现，且所有元件的整体连接结构简单，可靠性强，故障率低，实用性强。
本发明的电动车助力控制***在工作时，包括以下步骤：
第一压力传感器检测中轴1对中轴孔11沿朝向于飞轮方向的第一有效压力F1；
通过第一有效压力F1和牙盘的直径D计算出牙盘的总传动力矩M＝F1*D；
第二压力传感器检测第二轴承22对减速齿轮轴孔21沿径向的第二压力F2；
通过第一夹角α和第二压力F2，计算出减速齿轮2传动到牙盘的第一分传动力矩M1＝F2*cos(α/2)*D；
根据动力调节组件设置的的动力分配比例a，输出控制器动态控制第二压力F2＝F1*a/cos(α/2)，以使M1/M＝a，实现对助力动力比例的控制。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种电动自行车动力控制***，电动自行车包括车架、中轴、减速齿轮和电机，所述车架沿水平方向间隔设置有中轴孔和减速齿轮轴孔，所述中轴通过第一轴承可转动地设置于所述中轴孔，所述减速齿轮通过第二轴承可转动地设置于所述减速齿轮轴孔，所述电机安装于所述车架，并通过所述减速齿轮与所述中轴传动连接；其特征在于，所述电动自行车动力控制***包括压力传感器、输出控制装置和动力调节组件，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述第一轴承与所述中轴孔之间，并能够检测所述第一轴承对所述中轴孔沿径向的第一压力；所述第二压力传感器设置于所述第二轴承与所述减速齿轮轴孔之间，并能够检测所述第二轴承对所述减速齿轮轴孔沿径向的第二压力；所述动力调节组件与所述输出控制装置电连接，并能够调节所述输出控制装置的动力分配比例；所述输出控制装置与所述压力传感器连接，并能够读取分析所述压力传感器的电信号及根据所述动力分配比例控制所述电机运转，以实现对助力功率的控制。
2.根据权利要求1所述的一种电动自行车动力控制***，其特征在于，所述第一压力传感器包括位于所述第一轴承靠近所述电动自行车飞轮一侧的第一有效压力传感器，所述第一有效压力传感器能够检测所述第一轴承对所述中轴孔朝向所述飞轮方向的第一有效压力。
3.一种电动自行车动力控制方法，电动自行车包括车架、中轴、减速齿轮和电机，所述车架沿水平方向间隔设置有中轴孔和减速齿轮轴孔，所述中轴通过第一轴承可转动地设置于所述中轴孔，所述减速齿轮通过第二轴承可转动地设置于所述减速齿轮轴孔，所述电机安装于所述车架，并通过所述减速齿轮与所述中轴传动连接；其特征在于，
所述电动自行车动力控制方法包括以下步骤：检测所述第一轴承对所述中轴孔沿径向的第一压力；检测所述第二轴承对所述减速齿轮轴孔沿径向的第二压力；根据所述第一压力和所述第二压力计算出人力踩踏对后轮输出所占的比例，并根据设定的助力比例，对所述电机的输出功率进行动态控制。
4.根据权利要求3所述的一种电动自行车动力控制方法，其特征在于，所述电动自行车还包括同轴设置于所述中轴的牙盘，所述牙盘与所述电动自行车的飞轮传动连接；
对所述电机的输出功率进行动态控制具体包括以下步骤：计算所述牙盘的总传动力矩；计算所述减速齿轮传动到所述牙盘的第一分传动力矩；对所述电机的功率进行调节，使所述第一分传动力矩与所述总传动力矩的比值满足设定的助力比例。
5.根据权利要求4所述的一种电动自行车动力控制方法，其特征在于，所述电动自行车还包括与所述减速齿轮传动连接的上游传动齿轮，所述减速齿轮轴心与所述牙盘轴心和所述上游传动齿轮轴心连线之间的夹角为第一夹角；
计算所述减速齿轮传动到所述牙盘的第一分传动力矩具体包括以下步骤：根据所述第一夹角和所述第二压力计算所述减速齿轮传动到所述牙盘的第一分传动力矩。
6.根据权利要求4所述的一种电动自行车动力控制方法，其特征在于，计算所述牙盘的总传动力矩具体包括以下步骤：检测所述第一轴承对所述中轴孔朝向所述飞轮方向的第一有效压力，并根据所述第一有效压力和所述牙盘的直径，计算所述牙盘的总传动力矩。
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