[发明专利]一种智能化电动助力自行车

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动自行车，特别涉及一种电力和人力双驱动的智能化助力电动自行车。

背景技术

电动自行车清洁环保的交通工具，已经被越来越多的人采用。电动自行车可以认为是在自行车的基础上加一套电机驱动机构组成，基本原理是：由蓄电池提供电能，电动机驱动自行车。它的电控系统主要包括蓄电池、控制器和电机。其运行过程为：蓄电池经过一个控制器给一个电机送电，电机放在后车轮中，电机的旋转带动自行车的行进。电动自行车的控制器连接一个调速手柄，在脚踏中轴上装有助力传感器，转动调速手柄可以让控制器检测到不同的电压值，控制器根据电压值大小，模拟调节输送给电机电压的高低，从而控制了电机的转速。

按驱动方式电动自行车可分为二类。一类为电动车，即骑行者不需自己用力，只要接通电源，电动自行车上的电机即能工作而带动自行车行驶。这种车型动力完全来源于蓄电池，而常规电动自行车蓄电池一次充电只能行驶30～50公里，频繁充电使电池的使用寿命一般不到一年。这造成电动车在使用时的不方便，且使用成本较高。

另一类为电力和人力脚踏双驱动的电动助力自行车，这种车集人力和电力为一体，介于电动车和脚踏车之间，骑行者用力踏车时电机提供助力，人力的大小通过一力矩传感器传给控制器中的电脑芯片，由电脑芯片控制电机的输出力矩，助力与人力成正比例，人力越大，助力越大，骑行者不加力则电机不工作。这种车型在骑车上坡时有一定的节能效果，但总的来说，节能并不显著。因为，电动车在平坦的路面行驶时，人并不需要较大的附加助力，但电机仍输出和人力相应的助力，不仅浪费蓄电池的能源，而且还可能造成超速行驶的不安全状态。

目前亟需一种行驶中能源消耗少、一次充电行程长，使用成本低且安全可靠的电动助力自行车。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种使用方便、成本低、一次充电行程长、节能的智能化电动助力自行车。

实现上述发明目的的技术方案是：一种智能化电动助力自行车，电动助力系统包括蓄电池、控制器、数字传感器、直流电机和脚踏，其中，

所述数字传感器，它与电机同轴，用于向数字动态力矩信号处理电路传递包含实时力矩动态变化信息和速度信息的动态数字脉冲信号；

所述控制器中设有：

参考速度数字信号发生器，用于设定所述直流电机的标准数字速度脉冲信号，并将该脉冲信号作为参考数字速度脉冲信号向动态数字力矩信号处理电路输出；

数字动态力矩信号处理电路，用于将所述参考速度脉冲信号和所述动态数字脉冲信号作位置比较，得到动态力矩变量的矢量，再将该动态力矩变量与该数字动态力矩信号处理电路前次输出的脉冲宽度叠加后输出控制功率变换器导通的脉宽信号；

数字逻辑接口和功放电路，用于接收数字动态力矩信号处理电路输出的脉宽信号并进行调制，控制功率管输出相应的脉冲宽度驱动所述直流电机。

本发明的原理是：本发明中的数字传感器实质上是一个与电机同轴、转动一周能发出多个等分脉冲频率信号(提供位置—时间信号和位移信号)的数字位置传感器，它传递出包含反映动态力矩变化量—等分量的空间位置变化信息的等分脉冲频率信号。由传感器传出的这些等分脉冲信号在数字动态力矩信号处理电路中与参考速度数字信号发生器设定的参考脉冲信号在同一时间上作位置上的比较，当电机轮轴上的动态力矩增量为零时，由传感器发出的等分脉冲信号与参考脉冲信号之间的相对位置不变，即相比较的两个脉冲之间的脉冲宽度不变；当外力施加使动态力矩增量不为零时，由传感器发出的等分脉冲信号与参考脉冲信号之间的相对位置产生变化，在此瞬间，由等分脉冲信号与参考脉冲信号之间的脉冲宽度必然产生一个变化量，这个变化量就等值地反应了动态综合力矩的变化矢量(增量或减量)。数字动态力矩信号处理电路将动态综合力矩矢量和数字动态力矩信号处理电路前次输出的控制功率管的脉宽信号反相叠加，输出一个减去动态综合力矩矢量宽度的控制功率管的脉宽信号。显然，在动态综合力矩矢量(增量或减量)产生的瞬间，功率管的导通量作出了相应的(减量或增量)的变化，电动机得到的电能减少或增加了。由于惯量及电感的作用，在动态综合力矩矢量变化的瞬间，电机的电流不变，速度不变，电机输入能量的减少或增加，这必然使输入电机的电压的减少或增加，也必然导致电机输出力矩的减少或增加。而这个电动力矩的减少或增加量正好与外力矩的增加或减少量相抵消。这样，车的电动助力系统又瞬间处于稳定状态。