自行车中轴的无线力矩感测系统技术方案

本实用新型专利技术揭示了一种自行车中轴的无线力矩感测系统，包括第一壳体、中轴、牙盘和第二壳体，所述中轴穿过所述第一壳体，所述牙盘通过离合器固定在所述中轴上，所述第二壳体与所述第一壳体固定连接，其中所述第一壳体内包括速度和方向检测装置和力矩传感器，所述第二壳体内设置无线接收装置，所述力矩传感器固定在所述中轴上，所述速度和方向检测装置用于同时检测到牙盘的转速和牙盘的旋转方向。本实用新型专利技术能够得到正确的牙盘转速，辅助对电机的控制，同时又能够及时关闭电机，有效防止由于对方向识别不清引起的误操作、防止飞车现象的发生，保护了骑行者的生命财产安全，降低了交通安全隐患。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
自行车中轴的无线力矩感测系统
本技术涉及助力自行车驱动
，尤其是涉及一种可以实现零启动的自行车中轴的无线力矩感测系统。
技术介绍
助力自行车，又称助力式电动自行车，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。中置系统是助力自行车的核心部件，集力矩检测、控制器、电机驱动于一体，控制整车的正常行驶。目前，助力自行车在国外市场，如德国、日本等较发达国家比较流行。在我国，电动自行车仍占有主要市场，且绝大多数电动自行车采用轮毂式驱动，与采用力矩检测的中置系统相比，具有明显的劣势。轮毂式驱动将电机置于车体前轮或后轮，造成整车重心靠前或靠后，不符合人们的骑行方式。而且行车速度完全依赖转把控制，在逆风、爬坡等重负载情况下驱动能力收到很大限制和影响。同时这种轮毂式的机械结构还使得安装和检修的难度增大，无形中也增大了使用过程中的安全隐患。加之与传统的自行车骑行方式不同且行车速度过快，因此在交通安全方面也存在一定的危险性，很有可能会造成新的交通问题的增多。力矩中置系统的使用，将会克服传统电动自行车的缺陷，具有出色的骑行效果，必将成为电动车发展的一种趋势。目前，市场上已有的用于助力自行车的中置系统，并非基于力矩检测的方案，而是通过测速传感器检测人脚踩踏脚踏板的速度大小，从而由控制器控制电机按比例的输出一定的驱动力。简言之，人力踩踏速度越低，电机输出的驱动力越小；人力踩踏速度越高，电机输出的驱动力就越大，进而实现助力的目的。另外一些公司的中置系统方案其力矩检测是基于将人力转换为角位移，两个磁环相错位，并通过霍尔将相对移动的角度检测出来，从而检测出人踩脚踏的力矩。上述基于速度检测的中置系统，在普通路况下有一定的助力效果。但遇到逆风或上坡等高阻力、重负荷的路况时，由于人骑行的车速本身较低，所以电机输出的驱动力也较小，根本无法达到助力的目的，骑行效果较差，不能被主流市场所接受。而基于磁环、霍尔方案的力矩检测，其机械结构复杂，需要弹簧、一对磁环相互配合，且对安装精度要求很高，后期容易出现由于车辆跌摔而引起的测量误差等缺点。另外，现有的自行车中轴的无线力矩感测系统中也存在以下几个问题:1、将力矩传感器直接设置在中轴上，例如在申请号为201010548510.4的专利公开文献中记载了一种自行车中轴的力矩感测系统及其二次式信号传输方法，该申请中的力矩感测系统包括一设于自行车中轴的力矩传感器、一与力矩传感器电性连接的无线信号发射器和设于自行车车体的临近中轴位置的无线信号接收器，该系统在人用力踩踏左边脚踏板时，力矩的传递过程是:左侧脚踏板-中轴-力矩传感器-牙盘，即力矩传感器在牙盘转动之前能检测到力矩，可以及时驱动电机，辅助人力骑行；但当人力是从右边脚踏板发出时，力矩的传递过程是右侧脚踏板-中轴-牙盘，这样牙盘已经转动时，力矩传感器检测不到力矩，从而无法驱动电机，现有的解决的方法只是在启动后通过软件模拟出左、右力矩大小，所以现有的该力矩传递方式无法实现零启动，骑行效果较差，且绝大多数人习惯于右脚启动自行车，这样，基于上述分析，此种方法更是毫无优势；2、将电机直接通过减速齿轮机构引出后与牙盘进行连接，这样当人踩踏踏板的速度大于电机的速度时，人力会带动电机进行旋转，加重了人体的负担。特别地，当关闭中置系统电源时，人在骑行过程中会承受电机旋转的负载，从而相比普通自行车骑行起来更吃力；3、现有的中置系统在信号处理方式上，一般只将检测到的力矩信号等进行简单的信号处理后，则全部发送给控制器，由控制器对信号进行统一处理和控制，所以一定程度上提高了中置系统对控制器的依赖性，同时对控制器的功能也提出一定的要求，缩小了控制器的选型范围，从而使得中置系统的通用性减弱；4、现有的中置系统采用霍尔传感器单一地检测牙盘的转速信号，即该传感器的设计只有一路信号输出，不能实现对牙盘转速和旋转方向的双重控制，从而不能很好地辅助电机的控制，甚至有可能出现误操作、飞车等危险现象的发生。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种自行车中轴的无线力矩感测系统，可以实现零启动，骑行效果较佳，同时适用于所有路况，在低速、高速骑行时都能获得较佳的助力效果，具有安装、维护方便、工作稳定等优点，能够让使用者达到真正的、轻松骑行的目的。为实现上述目的，本技术提出如下技术方案:一种自行车中轴的无线力矩感测系统，包括中轴、力矩传感器、无线发射装置、速度和方向检测装置、无线接收装置、控制器，其中，所述力矩传感器固定在所述中轴上，用于感应从中轴上传递过来的力矩信号；所述无线发射装置与所述力矩传感器电性连接，用于接收所述力矩传感器所发出的力矩信号，并以无线方式将所述力矩信号发送给所述无线接收装置；所述速度和方向检测装置用于同时检测转速信号及旋转方向信号；所述无线接收装置与所述无线发射装置之间无线通信连接，将所述力矩信号接收并处理后发送给所述控制器。优选地，该系统还包括牙盘，所述牙盘通过第一离合器与所述中轴相连，用于安装自行车的链条，所述速度和方向检测装置同时检测牙盘的转速信号及旋转方向信号。所述速度和方向检测装置为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括两路霍尔的芯片及其外围电路，所述霍尔传感器一路输出数字脉冲信号，用于检测牙盘转速；另一路输出方向信号，用于判断牙盘的旋转方向。该系统还包括塑料内圈和塑料外圈，所述塑料内圈套设在所述中轴上，并随着所述中轴一起转动；所述塑料外圈套设在所述塑料内圈上，并与所述塑料内圈之间存在间隙，所述塑料外圈为固定不动的，所述塑料内圈和塑料外圈一侧表面的相应位置上开设有第一环形槽和第二环形槽。该系统还包括无线供电装置，所述无线供电装置包括内线圈和外线圈，所述内线圈缠绕在所述塑料内圈的第二环形槽内，所述外线圈缠绕在所述塑料外圈的第二环形槽内。所述塑料内圈的第一环形槽内安装有磁环，所述速度和方向检测装置通过检测磁环上的磁场信号，从而得到牙盘的转速及旋转方向。该系统还包括安装于自行车五通管内的第一壳体，所述中轴穿过所述第一壳体，且所述塑料内圈、塑料外圈、第一离合器、力矩传感器、速度和方向检测装置、无线发射装置均设置在所述第一壳体内。该系统还包括与所述第一壳体固定连接的第二壳体，所述第二壳体内包括电机、传动机构和容置空间，所述传动机构包括第二离合器和传动轴，所述传动机构通过所述第二离合器与所述电机相连，所述无线接收装置和所述控制器安装在所述容置空间内。所述无线发射装置包括整流稳压单元、第一信号处理单元、射频发射模块，所述整流稳压单元、第一信号处理单元对接收到的力矩信号处理后由所述射频发射模块发出。所述无线接收装置包括电源模块、第二信号处理单元、射频接收模块，所述射频接收模块接收到力矩信号后，经所述第二信号处理单元处理后发送给所述控制器。所述速度和方向检测装置安装在所述塑料外圈的第一环形槽内。本技术的有益效果是:(I)该系统集无线供电、无线传输、力矩检测、牙盘速度及防线检测、电机、控制器等设备于一体，集成度高，无须其他配件即可直接安装在普通自行车上使用，便于加工、安装和维护；(2)系统中增设扭力筒，优化了力矩的传递方式，左右脚踏都能在牙盘转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自行车中轴的无线力矩感测系统，其特征在于，包括中轴、力矩传感器、无线发射装置、速度和方向检测装置、无线接收装置及控制器，其中，所述力矩传感器固定在所述中轴上，用于感应从中轴上传递过来的力矩信号；所述无线发射装置与所述力矩传感器电性连接，用于接收所述力矩传感器所发出的力矩信号，并以无线方式将所述力矩信号发送给所述无线接收装置；所述速度和方向检测装置用于同时检测转速信号及旋转方向信号；所述无线接收装置与所述无线发射装置之间无线通信连接，将所述力矩信号接收并处理后发送给所述控制器。

【技术特征摘要】
1.一种自行车中轴的无线力矩感测系统，其特征在于，包括中轴、力矩传感器、无线发射装置、速度和方向检测装置、无线接收装置及控制器，其中， 所述力矩传感器固定在所述中轴上，用于感应从中轴上传递过来的力矩信号； 所述无线发射装置与所述力矩传感器电性连接，用于接收所述力矩传感器所发出的力矩信号，并以无线方式将所述力矩信号发送给所述无线接收装置； 所述速度和方向检测装置用于同时检测转速信号及旋转方向信号； 所述无线接收装置与所述无线发射装置之间无线通信连接，将所述力矩信号接收并处理后发送给所述控制器。2.根据权利要求1所述的自行车中轴的无线力矩感测系统，其特征在于，该系统还包括牙盘，所述牙盘通过第一离合器与所述中轴相连，用于安装自行车的链条，所述速度和方向检测装置同时检测牙盘的转速信号及旋转方向信号。3.根据权利要求1或2所述的自行车中轴的无线力矩感测系统，其特征在于，所述速度和方向检测装置为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括两路霍尔的芯片及其外围电路，所述霍尔传感器一路输出数字脉冲信号，用于检测牙盘转速；另一路输出方向信号，用于判断牙盘的旋转方向。4.根据权利要求1所述的自行车中轴的无线力矩感测系统，其特征在于，该系统还包括塑料内圈和塑料外圈，所述塑料内圈套设在所述中轴上，并随着所述中轴一起转动；所述塑料外圈套设在所述塑料内圈上，并与所述塑料内圈之间存在间隙，所述塑料外圈为固定不动的，所述塑料内圈和塑料外圈一侧表面的相应位置上开设有第一环形槽和第二环形槽。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄福明，李云飞，黄俊宁，蔡华林，张强，
申请(专利权)人：苏州德佳物联科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32