[发明专利]一种模块化自行车智能助力系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化自行车智能助力系统，属于机械与控制领域。

背景技术

随着社会的发展，机动车的保有量持续增长，城市道路也越来越拥挤，大气污染也愈发严重，自行车出行以其“绿色、健康”的优点成为一种新时尚。而当路程较远，或在地势不平坦的情况下，骑车出行对大多数出行者来说都显得力不从心。近年来，我国电动车市场呈现迅猛发展的势头，但电动自行车大多体积较大，存在充电时间长、续航能力差等诸多问题，尽管大多数电动车也可以脚动踩踏控制，但由于车身笨重，非常不便于骑行。加之近年来电动车“限速令”、“超标淘汰令”的颁布，越来越多的厂商把目光投向小型电动助力自行车的研究与开发。

时下绿色出行蔚然成风，自行车、电动车成为人们的重要交通工具。自行车轻便但上坡时却很费力，电动车速度虽快但身材笨重，我们的项目目的就是将两者优势进行结合，并且配合智能控制，从而让自行车更加智能。在骑行时，安装在车身横梁上的陀螺仪和加速度计检测到自行车的速度，加速度以及车身角度，并将数据传给单片机，单片机对输入数据进行分析，输出PWM波控制无刷电机的输出速度与转矩，从而给自行车提供助力，让骑行更加舒适。

目前大多数的自行车助力系统由电机、电池、控制主板构成。电机普遍采用永磁直流式电机，其中绝大多数为有刷电机，根据电机安装位置的不同还可分为电机前置型、电机中置型和电机后置型。

我国天津振华集团研发的菲恩快意马牌电动自行车采用铅酸电池,电池电压不得下降到21V，为了确保电池使用寿命就得进行充电；采用有刷电机，要求定期打开电机侧盖除去碳刷碳粉并更换碳刷。

日本本田拉库恩电动助力自行车采用采用Ni-Cd电池、有刷电机、中轴驱动助力。动力通过链条和后轴变速塔形齿轮传给后轮，控制器根据骑车者的脚踏力和车速自动调节助力强度。

日本松下电器产业研发的电动助力自行车，具有蓄电池等蓄电器和由该蓄电器供电的电动机，通过扭矩传感器等踏力检测器检测施加在踏板上的踏力，通过在踏力的人力驱动力上追加上述电动机的辅助驱动力，使得在上坡可轻松行驶。

上述现有的电动助力自行车，在蓄电池充电方面都有地点上的限制，只有在找到电动车充电站或将蓄电池拆卸下来，找到插座才能充电，使用起来非常不方便。其次，由于多数采用的都是有刷电机，存在噪声大、效率低、电刷磨损等缺陷，在使用上会造成不便。此外，上述电动助力自行车还存在无法针对提速、上坡、平路行驶等不同的行驶状态为自行车提供智能化的助力的问题。

发明内容

本发明提供一种模块化自行车智能助力系统，旨在解决在骑自行车过程中由于上坡等种种因素造成的不适感，改善骑行者的骑行体验，助力健康绿色出行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模块化自行车智能助力系统，包括自行车本体，其上安装有前车轮和后车轮，前车轮和后车轮均通过辐条进行支撑，包括安装在自行车本体上的电能系统和控制系统，电能系统产生并储存电能，其为控制系统提供电力来源，控制系统控制整个系统并获取自行车在行驶过程中的运行信息；

所述的电能系统包括多个风力涡轮叶片、无刷电机、摩擦轮和蓄电池，多个风力涡轮叶片均匀安装布设在后车轮辐条上，无刷电机安装在自行车本体的立管上，摩擦轮安装在无刷电机转子转轴顶端，其与车轮相接触，无刷电机通过控制电路与蓄电池相连通，后车轮运转时，摩擦轮与后车轮进行摩擦传动，产生的电能通过控制电路传送至蓄电池处；

所述的控制系统包括单片机最小系统模块、电机调速驱动模块、加速度计传感器、陀螺仪传感器、链条张力传感器和编码器，其中，单片机最小系统模块、电机调速驱动模块、加速度计传感器和陀螺仪传感器均布设在控制系统的电路板上，编码器安装在前车轮上叉处，编码器转子与自行车前轮相接触，电路板安装在蓄电池顶部，链条张力传感器安装在自行车本体的链条上，加速度计传感器、陀螺仪传感器、链条张力传感器和编码器均与单片机最小系统模块的一端相连通，单片机最小系统模块的另一端分别与控制电路、电机调速驱动模块相连通，电机调速驱动模块同时与无刷电机相连通；

作为本发明的进一步优选，所述的风力涡轮叶片布设有五片，五片均匀安装在后车轮辐条上，选用的型号为对称型NACA 2305型风力机叶片，其叶片扭角为0度；

作为本发明的进一步优选，蓄电池采用锂电池，其安装在自行车本体的立管一侧，无刷电机安装在立管靠近后车轮的另一侧；

作为本发明的进一步优选，链条张力传感器的一端固定在自行车本体的后车轮上叉处，另一端固定在链条上；