專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)自行車(chē)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車(chē)作為無(wú)尾氣、無(wú)噪音的環(huán)保、文明、綠色無(wú)公害交通工具和不消耗不可再生資源、 節(jié)省公共空間的資源節(jié)約型交通工具，正在受到人們的歡迎。除此之外，電動(dòng)自行車(chē)還帶有 一種"助力"擋的"助力"功能，使得人們騎、駕兩便，即滿(mǎn)足了遠(yuǎn)途乘行的需要，又滿(mǎn)足 了鍛煉的需要。然而，當(dāng)前電動(dòng)自行車(chē)的"助力"功能，并非本質(zhì)的助力，而是一種速度隨 動(dòng)。它是靠檢測(cè)鏈盤(pán)轉(zhuǎn)速來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的，騎駕者的雙腳起的是速度給定的作用，其雙腳 的蹬踏力與車(chē)的運(yùn)行無(wú)關(guān)。S卩，電動(dòng)機(jī)對(duì)于人而言是主力，而不是"助力"。這樣勢(shì)必造成兩 種情況 一是因?yàn)檫@種速度隨動(dòng)忽略了人的負(fù)載力感覺(jué)，同時(shí)人也失去了本身的負(fù)載力感和 速度感，從而速度失控，進(jìn)而造成駕駛失控導(dǎo)致交通事故，特別是高速時(shí)造成大電流工作損 害電池；二是因?yàn)橛汕耙辉驅(qū)е碌鸟{駛不便或不習(xí)慣，同時(shí)電動(dòng)車(chē)的該"助力"功能完全 可以被其主功能("電動(dòng)"擋)代替，因而該"助力"功能被索性閑置。為此，必須改進(jìn)這種 "助力"控制模式，使其實(shí)現(xiàn)本質(zhì)的"助力"功能，以期實(shí)現(xiàn)人、車(chē)之間的力、速協(xié)調(diào)，人 力、電力互補(bǔ)、互助。而改進(jìn)這種"助力"控制模式的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是獲得騎行者雙腳蹬 踏力矩信號(hào)的方法，即騎行者雙腳蹬踏力矩的檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
為改進(jìn)當(dāng)前電動(dòng)車(chē)"助力"功能擋的這種有缺陷技術(shù)，使其通過(guò)獲得騎行者雙腳蹬踏力 矩信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)的"助力"功能，本發(fā)明提供一種騎行者雙腳蹬踏力矩的檢測(cè)方法。艮P， 在自行車(chē)后下梁的適當(dāng)位置，安裝一腳蹬踏力矩檢測(cè)器件。通過(guò)自行車(chē)的傳動(dòng)鏈條，將騎行
者雙腳蹬踏驅(qū)動(dòng)時(shí)的蹬踏力矩，以鏈條的張力信號(hào)形式傳感到該器件，該器件通過(guò)其應(yīng)變傳 導(dǎo)結(jié)構(gòu)和應(yīng)變片電阻，將該張力信號(hào)再轉(zhuǎn)換為電位差信號(hào)，經(jīng)差分放大電路放大，傳送給控 制器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在自行車(chē)后輪下叉架梁的適當(dāng)位置，傳動(dòng) 鏈條上部，安裝一腳蹬踏力矩檢測(cè)器件。該器件由彈性應(yīng)變連接體、受力輪、輪軸組件、連 接座兼安裝卡件(蓋)、安裝卡件(底)組成。在彈性應(yīng)變連接體的煒彎凸面，制成一凸面應(yīng) 變片腔室；在彈性應(yīng)變連接體的煒彎凹面，制成一凹面應(yīng)變片腔室；兩腔室通過(guò)應(yīng)變電阻引 線(xiàn)孔道溝通。在凸面應(yīng)變片腔室的彈性應(yīng)變連接體芯凸面，緊貼一凸面應(yīng)變片；在凹面應(yīng)變 片腔室的彈性應(yīng)變連接體芯凹面，緊貼凹面應(yīng)變片。凸面應(yīng)變電阻的引線(xiàn)穿過(guò)凸面應(yīng)變電阻 引線(xiàn)穿越孔道，在凸面應(yīng)變電阻引線(xiàn)穿越孔道與應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔道交匯處，與凹面應(yīng)變電阻 的引線(xiàn)連接成電阻橋臂，以三根引線(xiàn)穿過(guò)應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔道，引出并連接到控制器，經(jīng)差分 放大電路將應(yīng)變電位差信號(hào)放大，作為蹬踏力矩信號(hào)參與控制。
當(dāng)電動(dòng)自行車(chē)騎行者的腳踏力矩大于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩時(shí)，傳動(dòng)鏈條趨于張緊，其張緊程 度正比于腳踏力矩與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩之差。該張緊程度通過(guò)檢測(cè)器的受力輪-輪軸組件，使檢 測(cè)器的彈性應(yīng)變連接體發(fā)生應(yīng)變變形；該應(yīng)變變形分別使其凸面應(yīng)變片和凹面應(yīng)變片產(chǎn)生相 反應(yīng)變，構(gòu)成應(yīng)變差；該相反的應(yīng)變產(chǎn)生相反的應(yīng)變電阻效應(yīng)，即應(yīng)變差電阻效應(yīng)，該電阻 值的變化打破了電橋的原有平衡，使得電橋兩臂引線(xiàn)電位信號(hào)產(chǎn)生與應(yīng)變差成正比的電位偏 差，該偏差信號(hào)即為所需的腳踏力矩信號(hào)。本發(fā)明的有益效果是能方便、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車(chē)騎行者的腳踏力矩信號(hào)檢測(cè)；所 述器件檢測(cè)靈敏度高且構(gòu)造、接線(xiàn)簡(jiǎn)單，適合應(yīng)用于各種帶有"助力"功能擋的電動(dòng)自行車(chē) 控制器，易于生產(chǎn)和安裝。


下面結(jié)合附圖所示的一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。 附圖l是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的腳蹬踏力矩檢測(cè)器件一張力傳感器安裝圖； 附圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的張力傳感器結(jié)構(gòu)(側(cè)向)主視圖； 附圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的張力傳感器結(jié)構(gòu)左視圖(局部)。 附圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙腳蹬踏力信號(hào)引入電路原理在附圖l所示的張力傳感器安裝圖中l(wèi).張力傳感器，2.自行車(chē)鏈條，3.自行車(chē)后輪叉架梁。
在附圖2所示的張力傳感器結(jié)構(gòu)(側(cè)向)主視圖中l(wèi)丄彈性應(yīng)變連接體，1.2.受力輪， 1.3.輪軸組件，1.4.連接座兼安裝卡件(蓋)，1.5.安裝卡件(底)。
在附圖3所示的張力傳感器結(jié)構(gòu)左視圖(局部)中l(wèi)丄l.凸面應(yīng)變片腔室，l丄2.凹面 應(yīng)變片腔室，1丄3.凸面應(yīng)變片，1丄4.凹面應(yīng)變片，1丄5.凸面應(yīng)變電阻i o的引線(xiàn)，1丄6.凹 面應(yīng)變電阻A的引線(xiàn)，1丄7.凸面應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔道，1.1.8.應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔道。
在附圖4所示的雙腳蹬踏力信號(hào)引入電路原理圖中Mr為張力傳感器(l)內(nèi)的電路:及/為 凹面應(yīng)變電阻，i c為凸面應(yīng)變電阻；A為凸面應(yīng)變片橋臂平衡電阻，及2為凹面應(yīng)變片橋臂 平衡電阻；DAr為差分放大電路^r為運(yùn)算放大器，i 3為浮地電阻，i 4為反饋電阻，及￡為偏
流電阻，TVS為齊納二極管；a為凸面應(yīng)變電位信號(hào)，6為凹面應(yīng)變電位信號(hào)，r為蹬踏力 矩輸出信號(hào)，￡為工作電源(電壓)，￡/2為浮地(電位)。
具體實(shí)施例方式
在附圖l所示的張力傳感器安裝圖中張力傳感器(1)安裝在自行車(chē)后輪叉架梁(3)上的適 當(dāng)位置，安裝位置以張力傳感器(1)與自行車(chē)鏈條(2)的上部對(duì)正嚙合為準(zhǔn)。
在附圖2所示的張力傳感器結(jié)構(gòu)(側(cè)向)主視圖中在彈性應(yīng)變連接體(l.l)的上端，通
過(guò)輪軸組件(1.3)安裝受力輪(1.2),下端固接連接座兼安裝卡件(蓋)(1.4);連接座兼安裝卡 件(蓋)(1.4)與安裝卡件(底)(1.5)為上下配合的緊固卡件，用于在安裝時(shí)與自行車(chē)后輪叉 架梁(3)(附圖1)緊固配合。
在附圖3所示的張力傳感器結(jié)構(gòu)左視圖(局部)中在彈性應(yīng)變連接體(l.l)的煨彎處， 按凸面和凹面分別制成凸面應(yīng)變片腔室(1丄1)和凹面應(yīng)變片腔室(1丄2);在凸面應(yīng)變片腔室 (l丄l)內(nèi)的彈性應(yīng)變連接體(l.l)體芯側(cè)凸面，粘貼凸面應(yīng)變片(U.3);在凹面應(yīng)變片腔室(1丄2) 內(nèi)的彈性應(yīng)變連接體(l.l)體芯側(cè)凹面，粘貼凹面應(yīng)變片(1丄4);凸面應(yīng)變片(1丄3的兩端引線(xiàn)，
即凸面應(yīng)變電阻及0的引線(xiàn)(1丄5)穿越凸面應(yīng)變電阻引線(xiàn)穿越孔道(1丄7)，與凹面應(yīng)變片(1丄4)
的兩端引線(xiàn)，即凹面應(yīng)變電阻及/的引線(xiàn)(l丄6)在應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔道(l丄8)內(nèi)口會(huì)合，其中一端
連接成一根引出，另一端分別引出，形成三根引線(xiàn)，共同穿過(guò)應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔道(1丄8)引出 至控帝ij器盒。
在附圖4所示的雙腳蹬踏力信號(hào)引入電路原理圖中張力傳感器(l)內(nèi)的電路Mr由凹面
應(yīng)變電阻A和凸面應(yīng)變電阻及O組成凹面應(yīng)變電阻A的一端與凸面應(yīng)變電阻i o的一端連
接并引出張力傳感器(l),連接到現(xiàn)行控制器盒中的工作電源五的正極端；凹面應(yīng)變電阻及/的 另一端和凸面應(yīng)變電阻i o的另一端分別引出，依次連接到現(xiàn)行控制器盒中設(shè)置的凹面應(yīng)變片 橋臂平衡電阻/ 2和凸面應(yīng)變片橋臂平衡電阻A的一端。在控制器盒中，.凹面應(yīng)變片橋臂平
衡電阻及2的另一端與凸面應(yīng)變片橋臂平衡電阻^的另一端連接，并接地。在控制器盒中，
設(shè)置差分放大電路DA"其結(jié)構(gòu)為偏流電阻i^的一端與工作電源五的正極端連接，另一端與浮地電阻/ 3的一端連接，并接浮地￡/2端；浮地電阻及3的另一端連接到運(yùn)算放大器^r 的"+"輸入端；瞬態(tài)電壓抑制齊納二極管TVS的正極端接浮地五/2端，負(fù)極端接地；反饋 電阻i 4的一端與運(yùn)算放大器^r的輸出端連接，另一端連接到運(yùn)算放大器^r的"-"輸入端; 運(yùn)算放大器^^的電源正端與工作電源五的正極端連接，電源負(fù)端接地。從張力傳感器(l)引 入控制器盒的凸面應(yīng)變電位信號(hào)fl信號(hào)線(xiàn)和凹面應(yīng)變電位信號(hào)6信號(hào)線(xiàn)分別接到運(yùn)算放大器
4的信號(hào)"+"、"-"輸入端，經(jīng)運(yùn)算放大器^r的放大，作為蹬踏力矩信號(hào)r從差分放大電
路DAr的T—￡/2輸出端輸出，參與控制。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法，其特征是將張力傳感器(1)安裝在自行車(chē)后輪叉架梁(3)上的適當(dāng)位置，使得張力傳感器(1)與自行車(chē)鏈條(2)的上部對(duì)正嚙合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法，其特征是張力傳感器(l由.彈性應(yīng)變連接體(l.l)、受力輪(1.2)、輪軸組件(1.3)、連接座兼安裝卡件(蓋)(1.4)、安裝卡 件(底)(1.5)構(gòu)成。在彈性應(yīng)變連接體(l.l)的上端，通過(guò)輪軸組件(1.3)安裝受力輪(1.2)，下 端固接連接座兼安裝卡件(蓋)(1.4);連接座兼安裝卡件(蓋)(1.4)與安裝卡件(底)(1.5) 上下配合，用于在安裝時(shí)與自行車(chē)后輪叉架梁(3)緊固配合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法，其特征是在彈 性應(yīng)變連接體(l.l)的煨彎處，按凸面和凹面分別制成凸面應(yīng)變片腔室(l丄l)和凹面應(yīng)變片腔室(l丄2);在凸面應(yīng)變片腔室(l丄l)內(nèi)的彈性應(yīng)變連接體(l.l)體芯凸面，粘貼凸面應(yīng)變片(1丄3); 在凹面應(yīng)變片腔室(1丄2)內(nèi)的彈性應(yīng)變連接體(1.1)體芯凹面，粘貼凹面應(yīng)變片(1丄4);凸面應(yīng)變片(1丄3的兩端引線(xiàn)，即凸面應(yīng)變電阻/ o的引線(xiàn)(l丄5)穿越凸面應(yīng)變電阻引線(xiàn)穿越孔道 (l丄7)，與凹面應(yīng)變片(1丄4)的兩端引線(xiàn)，即凹面應(yīng)變電阻及/的引線(xiàn)(l丄6)在應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔 道(1丄8)內(nèi)口會(huì)合，其中一端連接成一根引出，另一端分別引出，形成三根引線(xiàn)，共同穿過(guò) 應(yīng)變電阻引線(xiàn)孔道(1丄8)引出至控制器盒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求3所述的電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法，其特征是張力 傳感器(l內(nèi)的電路Mr由凹面應(yīng)變電阻i /和凸面應(yīng)變電阻及o組成凹面應(yīng)變電阻及/的一端與凸 面應(yīng)變電阻i o的一端連接并引出張力傳感器(l),連接到現(xiàn)行控制器盒中的工作電源五的正極 端；凹面應(yīng)變電阻及/的另一端和凸面應(yīng)變電阻及o的另一端分別引出，依次連接到現(xiàn)行控制器 盒中設(shè)置的凹面應(yīng)變片橋臂平衡電阻i 2和凸面應(yīng)變片橋臂平衡電阻A的一端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求4所述的電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法，其特征是在控 制器盒中，凹面應(yīng)變片橋臂平衡電阻i 2另一端與凸面應(yīng)變片橋臂平衡電阻A的另一端連接，并接地。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求4所述的電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法，其特征是在控 制器盒中，設(shè)置差分放大電路DAr，其結(jié)構(gòu)為偏流電阻/ ￡的一端與工作電源￡的正極端連接， 另一端與浮地電阻i 3的一端連接，并接浮地五/2端；浮地電阻i 3的另一端連接到運(yùn)算放大器^r的"+"輸入端；瞬態(tài)電壓抑制齊納二極管TVS的正極端接浮地五/2端，負(fù)極端接地；反饋電 阻i 4的一端與運(yùn)算放大器A的輸出端連接，另一端連接到運(yùn)算放大器A的"-"輸入端；運(yùn)算 放大器^r的電源正端與工作電源5的正極端連接，電源負(fù)端接地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求4所述的電動(dòng)自行車(chē)腳蹬踏力矩檢測(cè)方法，其特征是從張 力傳感器(l)引入控制器盒的凸面應(yīng)變電位信號(hào)a信號(hào)線(xiàn)和凹面應(yīng)變電位信號(hào)M言號(hào)線(xiàn)分別接到運(yùn)算放大器^^的信號(hào)"+"、"-"輸入端，經(jīng)運(yùn)算放大器JF的放大，作為蹬踏力矩信號(hào)r從差分放大電路DAr的r-^五/2輸出端輸出，參與控制。
全文摘要
一種騎行者雙腳蹬踏力矩的檢測(cè)方法。即它是在自行車(chē)后下梁的適當(dāng)位置，安裝一腳蹬踏力矩檢測(cè)器件，在器件的凸面應(yīng)變片腔室彈性應(yīng)變連接體體芯側(cè)壁，緊貼一凸面應(yīng)變片；在其凹面應(yīng)變片腔室的彈性應(yīng)變連接體體芯側(cè)壁，緊貼凹面應(yīng)變片。通過(guò)自行車(chē)的傳動(dòng)鏈條，將騎行者雙腳蹬踏驅(qū)動(dòng)時(shí)的蹬踏力矩，以張力信號(hào)形式傳感到該器件，該器件通過(guò)其彈性應(yīng)變連接體傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和凸凹應(yīng)變片，將該張力信號(hào)再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)差分放大器放大，傳送給控制器。
文檔編號(hào)G01L3/00GK101539466SQ20091013346
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者屈百達(dá) 申請(qǐng)人:江南大學(xué)