[发明专利]基于疲劳度的电动自行车助力控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动自行车助力控制系统，尤其涉及一种基于疲劳度的电动自行车助力控制系统及方法。

背景技术

自行车行业作为传统产业，具有100多年的历史，由于环保以及交通的问题，自行车再度成为世界各国特别是发达国家居民喜爱的交通、健身工具。人们的生活水平不断提高，在追求收入平衡的同时渴望健康，自行车运动也成为人们所喜爱和关注的一项运动。现在，越来越多的人加入了单车旅行的行列，但是仅仅依赖用户自身掌握良好的骑行技术和改进自行车不能满足人们对长途自行车旅行的要求，电动自行车应运而生，电动自行车可认为在自行车的基础加一套电动驱动机系统构成，主要由蓄电池、电动机、控制器构成。基本的原理是：由蓄电池提供电能，控制器驱动控制电动机，电动机驱动自行车。目前电动自行车的助力大小都是依据用户手动选择档位决定的，这样的结果是用户失去了体验单车旅行乐趣的初衷，造成资源的浪费，且频繁的充放电使蓄电池的使用寿命变短。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于疲劳度的电动自行车助力控制系统及方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，一种基于疲劳度的电动自行车助力控制系统，包括生理信号采集模块和信号控制与处理中心；所述信号控制与处理中心根据生理信号采集模块采集到的骑行者的实时心率、实时呼吸率和单位时间运动量计算出骑行者的疲劳程度；电动机根据疲劳程度输出相应的助力Q，助力的比例是T＝(Q+R)/P<＝1，其中P为骑行者在未疲劳状态下的正常骑行速度，R为疲劳状态下的骑行速度。

进一步，所述生理信号采集模块包括用于采集骑行者的实时心率的心率采集模块、用于采集骑行者实时呼吸率的运动呼吸率采集模块和用于检测骑行者单位时间运动量的运动量计算模块。

进一步，该控制系统还包括电动机驱动模块，所述电动机驱动模块包括与信号控制与处理中心电连接的PWM驱动电路。

进一步，该控制系统还包括安全防护模块，所述安全防护模块包括报警装置和刹车装置。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，一种基于疲劳度的电动自行车助力控制方法，根据采集到的骑行者的实时心率、实时呼吸率和单位时间运动量计算出骑行者的疲劳程度；电动机根据疲劳程度输出相应的助力Q，助力的比例是T＝(Q+R)/P<＝1，其中P为骑行者在未疲劳状态下的正常骑行速度，R为疲劳状态下的骑行速度。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明可实现依据骑行者在骑行过程的疲劳程度提供适当的电动助力，便于用户在减轻当前的疲劳状况。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明结构框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种基于疲劳度的电动自行车助力控制系统，包括生理信号采集模块、信号控制与处理中心、电动机驱动模块、电源模块及安全防护装置；

其中，所述生理信号采集模块包括心率采集装置、运动呼吸率采集装置和运动量测量装置；所述电动机驱动模块包括与信号控制与处理中心相接的PWM驱动电路以及与PWM驱动电路相接的电动机；所述的安全防护模块包括报警装置和刹车装置。

生理信号采集模块、电动机模块、电源模块、安全防护模块和信号处理与控制中心相连；

生理信号采集模块中的心率采集模块监测出骑行者的实时心率，运动呼吸率采集模块测得实时的呼吸率，运动量计算模块测量出的单位时间的运动量，实时的心率、呼吸率和运动量送至信号处理中心，信号处理中心计算出骑行者的疲劳程度S(S1，S2，S3，S4，S5)，骑行者开始不会感觉疲劳，心率较为正常在75次/min左右，呼吸率较为平稳，每分钟16～20次，对应的卡路里的消耗也较少为2±0.5Kcal/min，随着骑行者的运动，疲劳状态累积，心率、呼吸率加快，进而疲劳等级升高，具体的疲劳等级的生理参数详情可以参见附录表1。通过控制驱动电路使电动机输出相应的助力Q(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)，助力的比例是T＝(Q+R)/P<＝1；其中P：骑行者在未疲劳状态下的正常骑行速度；R：疲劳状态下的骑行速度。

以一个正常成年户外骑行者的运动情况为例，每隔8分钟作为一个阶段，测量在不同的疲劳等级时，骑行者的心率、呼吸率、能耗情况如下表：