[发明专利]电动助力自行车系统

说明书

本发明提供了一种电动助力自行车系统，该系统包括：生命体征监测装置，用于监测骑行者骑行时的生命体征数据；控制装置，与生命体征监测装置连接，用于根据骑行者骑行时的生命体征数据，将电动助力自行车电机的输出功率调节为匹配骑行者骑行时生理状态的输出功率。本发明提供的技术方案可以根据骑行者骑行时的实时生命体征数据，自动调节电动助力自行车电机的输出功率为匹配骑行者的实时生理状态的输出功率，提高了骑行者的骑行体验和人体舒适度，以及安全性。

技术领域

本发明涉及电动助力技术领域，特别涉及一种电动助力自行车系统。

背景技术

PAS(Power Assist System动力辅助系统)，即“电动助力自行车系统”，欧洲称作“Pedelec”，也就是拥有踏板的带有“Power Assist System动力辅助系统”的自行车。PAS(Power Assist System动力辅助系统)一般包括电机、控制器、传感器、电池和人机界面(仪表)这五部分。真正意义上的电动助力自行车(Pedelec)，它是只允许以助力模式运行的，即必须是“人力+电力”的混合动力输出方式，而没有纯电动模式的。因为助力驱动模式有效地保证了骑行的安全性和可靠性，在符合交通安全法规的同时，既大幅增加了一次充电的续航里程，也有效避免了整车重量的增加，还起到代步和健身的双重效果，让人们可以在保留骑行体验的同时骑得轻松，并骑得更远。“自行车的电动助力化”在欧洲及日本已经普及，电动助力自行车可以在不改变传统骑行方式的基础上，让骑行变得更为轻松，解决了骑自行车费力的问题，又保留了骑自行车的乐趣，让普通人可以轻松地骑得更远，让体能不佳的人同样可以体验骑行的快乐。

目前最典型的自行车的电动助力化技术为基于“力矩传感器”检测并采集骑行者在蹬踏骑行过程中的力量大小，依据路况不同(如平坦路面骑行和爬坡路面的区别)以及骑行人期望车速快慢的主观意愿，再通过单片机智能调节电动车驱动电机的输出功率，使之达到与骑行者输出的蹬踏功率成一定比例，从而提供堪称完美的骑行体验。下面对基于“力矩传感器”的电动助力自行车系统进行介绍。

在电动助力自行车(Pedelec)领域，“力矩传感器”(Torque sensor)是最为核心的技术，因为研发门槛高，德国BOSCH及日本YAMAHA等少数国际公司形成了明显的技术壁垒，这是使用“力矩传感器”的电动助力自行车售价昂贵的主要原因。

“力矩传感器”技术实现的原理是：探测的是人眼所不可见的金属表面微观形变，所以“力矩传感器”的测量精度非常高，同时它也会非常敏感，可以测量极小的受力。因为力矩传感器敏感且精度高，因此使用力矩传感的电动助力自行车在踩脚踏的同时，几乎瞬时就会有助力输出，而其它类型会有明显的助力迟滞感。“力矩传感器”的测量是每时每刻都在进行的，因此非常线性，所以输出的助力总是可以恰到好处的满足骑行需求。

基于“力矩传感器”的电动助力自行车的控制器，是车辆的核心电控装置，基于控制器中的主控单片机，搭建直流无刷电机驱动的控制器硬件平台，通过采用汇编和C语言混合编程方式的系统控制软件，由“力矩传感器”实时采集骑行者在骑行过程中双脚蹬踏力量，将采集到的数据信号传输到控制器，随后由控制器运行高频数字信号和模拟信号的处理，匹配相应的电控软件算法，来实现对直流无刷电机的电流调节和控制，从而控制电机输出功率、转速和扭矩。

随着日本及欧美对于自行车作为个人交通工具的推崇，“力矩传感器”最终被应用到了电助力自行车上。“双边力矩传感器”可以测量两只脚踏的力量，双边力矩传感器主要被安装在曲柄和牙盘之间，也就是五通的外侧，有些则直接安装在中轴上。世界上没有绝对的刚体，因此中轴在受力时就会产生极为细微的扭力形变，通过测量中轴表面的细微形变信号即可得出当前踩踏的力矩的大小，力矩传感器的精度理论上要求很高，因为是由扭力测量力矩，所以力矩传感器也被称为“扭矩传感器”。