本實(shí)用新型涉及一種電助力自行車及其助力控制系統(tǒng)，屬于運(yùn)行器械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，電助力自行車的定義是：帶有輔助動(dòng)力電機(jī)的自行車，該電機(jī)由電池限能并供電。在任何運(yùn)行情況下，輔助電機(jī)均需要持續(xù)的輸送它的推動(dòng)力。這是最常見(jiàn)的電助力騎行方案，但這種模式下，電機(jī)成了主驅(qū)動(dòng)力來(lái)源，人力成為輔助驅(qū)動(dòng)力，騎行者可以經(jīng)常甚至可以始終不付出體力，不利于身體健康。另外，這種騎行運(yùn)行方式還存在如下缺陷：

1，現(xiàn)有的助力功率分檔控制的傳統(tǒng)電動(dòng)自行車，每個(gè)檔位下電機(jī)輸出功率是恒定的；

2，在上坡、頂風(fēng)、長(zhǎng)途騎行時(shí)有可能使人的體力付出過(guò)大，也會(huì)使人的體力付出需要一會(huì)兒大一會(huì)兒?。?/p>

3，助力功率無(wú)級(jí)控制的傳統(tǒng)電動(dòng)自行車，需要騎行者扭動(dòng)把手調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率，只有在操作得當(dāng)?shù)那闆r下才有可能使人的體力付出趨于平順，這又沒(méi)了分檔控制的省心和便利；

4，傳統(tǒng)電動(dòng)自行車缺乏與傳統(tǒng)自行車看齊的意識(shí)，車體輕量化不到位，車體設(shè)計(jì)與人體工程學(xué)基本原理相悖的地方較多(如低矮、笨重、腳踏桿短、電機(jī)磁阻力大等等)，致使人力騎行時(shí)很難受、很費(fèi)力，幾乎沒(méi)有人愿意單靠人力騎行，目前電動(dòng)自行車只占極小的市場(chǎng)份額、普及程度很低，“電動(dòng)車”成了市場(chǎng)主流車型，原因正在于此；

5，電驅(qū)動(dòng)騎行中，人的雙腿和雙腳長(zhǎng)時(shí)間處于靜態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間或在低溫天氣下騎行，雙腿雙腳會(huì)發(fā)冷發(fā)麻，不僅不利于騎行者的健康，還存在巨大的安全隱患，現(xiàn)在很多騎電動(dòng)車的人已經(jīng)出現(xiàn)‘老寒腿’癥狀了，對(duì)體重、心腦血管等的不利影響也將是長(zhǎng)期而廣泛的。在電動(dòng)自行車和電動(dòng)車極為普及的中國(guó)，這種狀況有可能整體拉低國(guó)民健康水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種自行車助力控制系統(tǒng)，降低現(xiàn)有技術(shù)中輔助電機(jī)對(duì)騎行運(yùn)行的不利影響。另外，本實(shí)用新型還提供了一種使用該助力控制系統(tǒng)的電助力自行車。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型中自行車助力控制系統(tǒng)的技術(shù)方案如下：

自行車助力控制系統(tǒng)，包括用于驅(qū)動(dòng)自行車的車輪的輔助電機(jī)，輔助電機(jī)上控制電連接有用于控制啟停的控制器，控制器上控制電連接有用于控制控制器開(kāi)關(guān)的騎行動(dòng)作傳感器，騎行動(dòng)作傳感器為用于在腳踏帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)觸發(fā)的觸發(fā)開(kāi)關(guān)；控制器上還控制電連接有用于通過(guò)控制器控制輔助電機(jī)的輸出頻率的助力檔位選擇器、用于向控制器發(fā)送車速信號(hào)的車速傳感器、用于向控制器發(fā)送剎車信號(hào)的剎車傳感器。

檔位助力檔位選擇器具有兩個(gè)以上的檔位及在各檔位之間切換的檔位開(kāi)關(guān)。

本實(shí)用新型中電助力自行車的技術(shù)方案如下：

電助力自行車，包括車體及其上設(shè)置的腳踏、主動(dòng)鏈輪、車把，車體上還設(shè)置有助力控制系統(tǒng)，助力控制系統(tǒng)包括用于驅(qū)動(dòng)自行車的車輪的輔助電機(jī)，輔助電機(jī)上控制電連接有用于控制啟停的控制器，控制器上控制電連接有用于控制控制器開(kāi)關(guān)的騎行動(dòng)作傳感器，騎行動(dòng)作傳感器為用于在腳踏帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)觸發(fā)的觸發(fā)開(kāi)關(guān)，騎行動(dòng)力傳感器控制連接在主動(dòng)鏈輪上；控制器上還控制電連接有用于通過(guò)控制器控制輔助電機(jī)的輸出頻率的助力檔位選擇器、用于向控制器發(fā)送車速信號(hào)的車速傳感器、用于向控制器發(fā)送剎車信號(hào)的剎車傳感器。

檔位助力檔位選擇器具有兩個(gè)以上的檔位及在各檔位之間切換的檔位開(kāi)關(guān)。

助力檔位選擇器處于右側(cè)的車把上。

本實(shí)用新型中輔助電機(jī)在控制器的控制下啟停，并增設(shè)了騎行動(dòng)作控制器，該騎行動(dòng)作控制器可控制控制器的開(kāi)關(guān)，即在出現(xiàn)騎行動(dòng)作時(shí)，在騎行動(dòng)作控制器觸發(fā)后，控制器打開(kāi)，控制器控制輔助電機(jī)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)騎行輔助；在騎行動(dòng)作停止時(shí)，騎行動(dòng)作控制器控制控制器關(guān)閉，對(duì)應(yīng)的控制器控制輔助電機(jī)停機(jī)，以實(shí)現(xiàn)在無(wú)騎行動(dòng)作的情況下，輔助電機(jī)不會(huì)驅(qū)動(dòng)自行車行走，以避免自行車自行行走而對(duì)騎行鍛煉帶來(lái)的不利影響，因而該自行車助力控制系統(tǒng)具有便于騎行運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。另外，腳踏帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)觸發(fā)騎行動(dòng)作傳感器，控制器接收到騎行動(dòng)作信號(hào)后啟動(dòng)輔助電機(jī)提供助力；騎行動(dòng)作信號(hào)中斷或者接收到剎車動(dòng)作信號(hào)時(shí)，控制器控制輔助電機(jī)停機(jī)。在助力檔位選擇器選擇的助力功率區(qū)間內(nèi)，控制器根據(jù)接收到的車速數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輔助電機(jī)輸出功率大小。實(shí)現(xiàn)的效果是：電機(jī)助力與人力騎行隨動(dòng)，有騎行動(dòng)作時(shí)輔助電機(jī)才啟動(dòng)，車速快助力大，車速慢助力小。一方面避免純電力驅(qū)動(dòng)對(duì)騎行者健康的不利影響，另一方面有效增加騎行的樂(lè)趣和便利，進(jìn)而可以打造一種“健康、便利、環(huán)保”且能被市場(chǎng)認(rèn)可的通勤車。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型中電助力自行車的助力控制系統(tǒng)的連接框圖；

圖2是本實(shí)用新型中電助力自行車的工作原理流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

本實(shí)用新型中電助力自行車的實(shí)施例：如圖1和圖2所示，該電助力自行車包括車體及其上設(shè)置的腳踏、主動(dòng)鏈輪、主動(dòng)車輪、車把、助力控制系統(tǒng)，助力控制系統(tǒng)包括與主動(dòng)車輪傳動(dòng)連接而用于驅(qū)動(dòng)自行車的車輪的輔助電機(jī)，輔助電機(jī)上控制電連接有用于控制啟停的控制器，控制器上控制電連接有用于控制控制器開(kāi)關(guān)的騎行動(dòng)作傳感器，騎行動(dòng)作傳感器為用于在腳踏帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)觸發(fā)的觸發(fā)開(kāi)關(guān)，騎行動(dòng)力傳感器控制連接在主動(dòng)鏈輪上。

控制器上還控制電連接有助力檔位選擇器、車速傳感器、剎車傳感器。助力檔位選擇器用于通過(guò)控制器控制輔助電機(jī)的輸出頻率，助力檔位選擇器處于右側(cè)的車把上，檔位助力檔位選擇器具有兩個(gè)以上的檔位及在各檔位之間切換的檔位開(kāi)關(guān)。車速傳感器用于向控制器發(fā)送車速信號(hào)。剎車傳感器用于向控制器發(fā)送剎車信號(hào)的剎車傳感器。

本實(shí)施例中騎行動(dòng)作傳感器安裝于腳踏主動(dòng)齒輪上，用于感應(yīng)人力騎行的動(dòng)作，主動(dòng)鏈輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，通過(guò)導(dǎo)線向控制器發(fā)送一個(gè)特定信號(hào)，該騎行動(dòng)作傳感器可在已廣泛應(yīng)用的車速傳感器的基礎(chǔ)上稍加改造即成。助力檔位選擇器可按照既有的習(xí)慣安裝在的右車把上，設(shè)“微助力”、“中助力”、“高助力”三個(gè)檔位，分別向控制器發(fā)送三種指令信號(hào)，對(duì)應(yīng)著控制器中的“助力功率參數(shù)系列1”、“助力功率參數(shù)系列2”、“助力功率參數(shù)系列3”。車速傳感器采用已廣泛應(yīng)用的車速傳感器，向控制器發(fā)送車速信號(hào)。剎車傳感器前后輪剎車裝置上均設(shè)置感應(yīng)器，向控制器提供剎車動(dòng)作信號(hào)。輔助電機(jī)采用傳統(tǒng)的直流有磁阻電機(jī)。若采用三項(xiàng)異步電機(jī)(變頻電機(jī))或者無(wú)磁阻電機(jī)，做相應(yīng)的簡(jiǎn)化調(diào)整即可。

本實(shí)施例中助力控制系統(tǒng)的工作原理是：

設(shè)置一：沒(méi)有接收到騎行動(dòng)作信號(hào)，不啟動(dòng)輔助電機(jī)。在接收到騎行動(dòng)作信號(hào)后，無(wú)論有無(wú)車速信號(hào)，即向輔助電機(jī)供電，供電量(電流、電壓)以消除輔助電機(jī)磁阻為限。

設(shè)置二：測(cè)定、設(shè)置助力功率參數(shù)系列

測(cè)定輔助電機(jī)“基準(zhǔn)功率”。車身用材、構(gòu)造全部確定后，在完全由輔助電機(jī)驅(qū)動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)體重人操作、水平路面上、無(wú)風(fēng)的條件下，測(cè)量不同行駛速度對(duì)應(yīng)的輔助電機(jī)輸出功率。在1km/h至最高限速區(qū)間內(nèi)測(cè)定，步幅(step)以不高于1km/h為宜。示例：最高限速25km/h、步幅1km/h，測(cè)定的數(shù)據(jù)如表一：

表一：與車速對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)輸出功率

依據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)，設(shè)置三種供執(zhí)行的與車速對(duì)應(yīng)的助力功率參數(shù)系列，存儲(chǔ)(固化)到控制器中。其中，助力功率參數(shù)系列1對(duì)應(yīng)“微助力”檔位，提供基準(zhǔn)功率20％的助力功率；助力功率參數(shù)系列2對(duì)應(yīng)“中助力”檔位，提供基準(zhǔn)功率50％的助力功率；助力功率參數(shù)系列3對(duì)應(yīng)“高助力”檔位，提供基準(zhǔn)功率80％的助力功率。助力功率參數(shù)系列示例見(jiàn)表二、表三、表四：

表二：與車速對(duì)應(yīng)的助力功率參數(shù)系列1

表三：與車速對(duì)應(yīng)的助力功率參數(shù)系列2

表四：與車速對(duì)應(yīng)的助力功率參數(shù)系列3

設(shè)置三：通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)定，設(shè)置不同的助力功率所需要的輸入電流和電壓參數(shù)，存入控制器。

設(shè)置四：在3秒內(nèi)連續(xù)接收到兩次騎行動(dòng)作信號(hào)時(shí)，依次接收檔位信號(hào)選擇助力功率參數(shù)系列，接收車速信號(hào)選擇助力功率，調(diào)控輸入功率，使輔助電機(jī)輸出特定功率的助力。

設(shè)置五：騎行動(dòng)作信號(hào)中斷3秒，或者接收到剎車動(dòng)作信號(hào)，停止向輔助電機(jī)輸入功率，使輔助電機(jī)停止助力，但保持向輔助電機(jī)供電以消除磁阻。此項(xiàng)設(shè)置的意圖有三：延時(shí)3秒是要避免騎行者不流暢的騎行動(dòng)作導(dǎo)致輔助電機(jī)頻繁啟停；輔助電機(jī)通電消磁阻是為了適應(yīng)騎行者滑行前進(jìn)或者滑行減速；整體可使“電助自行車”更接近于普通自行車的騎行特點(diǎn)。如避免輔助電機(jī)頻繁啟?？煞乐跪T行的頓挫感；騎行動(dòng)作信號(hào)中斷或者有剎車動(dòng)作信號(hào)而輔助電機(jī)不斷電，可防止輔助電機(jī)突然產(chǎn)生磁阻力導(dǎo)致非騎行者主導(dǎo)的猛然減速，避免騎行者不適感。

設(shè)置六：車速信號(hào)中斷3秒，切斷輔助電機(jī)電源。

該助力控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.可采用該助力系統(tǒng)改造普通自行車

需要對(duì)“電助自行車”進(jìn)行輕量化改造，原有的生產(chǎn)山地自行車、旅行自行車、生活用自行車的廠家已經(jīng)具有了這方面的優(yōu)勢(shì)。在助力控制系統(tǒng)的整體設(shè)想下，將原有的自行車進(jìn)行加固處理后打造“電助自行車”，車體技術(shù)的基礎(chǔ)可能更強(qiáng)，并且可以很快形成“電助自行車”的不同車體的系列。但其機(jī)電技術(shù)可能會(huì)產(chǎn)生制約。

2.用助力控制系統(tǒng)技術(shù)改造電動(dòng)自行車

原有生產(chǎn)電動(dòng)自行車的廠家在機(jī)電技術(shù)和車體技術(shù)兩個(gè)方面可能都有較雄厚的基礎(chǔ)，應(yīng)用助力控制系統(tǒng)技術(shù)和對(duì)車體進(jìn)行進(jìn)一步改造會(huì)更高效。特別是對(duì)原有電動(dòng)自行車產(chǎn)品已經(jīng)形成系列的廠家，助力控制系統(tǒng)技術(shù)在開(kāi)發(fā)新的“電助自行車”產(chǎn)品和開(kāi)拓新的市場(chǎng)方面最為適用。

3.用助力控制系統(tǒng)技術(shù)改造電動(dòng)車

電動(dòng)車不可能退出市場(chǎng)，但“電助自行車”會(huì)對(duì)電動(dòng)車市場(chǎng)產(chǎn)生巨大的沖擊。原有單純生產(chǎn)電動(dòng)車的廠家最迫切需要開(kāi)發(fā)“電助自行車”產(chǎn)品。這類廠家最大優(yōu)勢(shì)在于機(jī)電技術(shù)，其具體應(yīng)用助力控制系統(tǒng)技術(shù)有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，但其車體研發(fā)和制造技術(shù)則是開(kāi)發(fā)“電助自行車”系列產(chǎn)品最大的制約因素。這類廠家能不能有效應(yīng)用助力控制系統(tǒng)技術(shù)，要看其經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略和低起點(diǎn)研發(fā)車體的決心了。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明助力控制系統(tǒng)的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)助力控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離助力控制系統(tǒng)各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。