專利名稱：一種電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種電動自行車控制技術。
背景技術：
電動車作為無尾氣、無噪音的環保、文明、綠色無公害交通工具和不消耗不可再生資源、 節省公共空間的資源節約型交通工具，正在受到人們的歡迎。除此之外，電動自行車還帶有 一種"助力"擋的"助力"功能，使得人們騎、駕兩便，即滿足了遠途乘行的需要，又滿足 了鍛煉的需要。然而，當前電動自行車的"助力"功能，并非本質的助力，而是一種速度隨 動。它是靠檢測鏈盤轉速來控制電機轉速的，騎駕者的雙腳起的是速度給定的作用，其雙腳 的蹬踏力與車的運行無關。S卩，電動機對于人而言是主力，而不是"助力"。這樣勢必造成兩 種情況 一是因為這種速度隨動忽略了人的負載力感覺，同時人也失去了本身的負載力感和 速度感，從而速度失控，進而造成駕駛失控導致交通事故，特別是高速時造成大電流工作損 害電池；二是因為由前一原因導致的駕駛不便或不習慣，同時電動車的該"助力"功能完全 可以被其主功能("電動"擋)代替，因而該"助力"功能被索性閑置。為此，必須改進這種 "助力"控制模式，使其實現本質的"助力"功能，以期實現人、車之間的力、速協調，人 力、電力互補、互助。而改進這種"助力"控制模式的一個關鍵技術就是獲得騎行者雙腳蹬 踏力矩信號的方法，即騎行者雙腳蹬踏力矩的檢測。
發明內容
為改進當前電動車"助力"功能擋的這種有缺陷技術，使其通過獲得騎行者雙腳蹬踏力 矩信號來實現本質的"助力"功能，本發明提供一種騎行者雙腳蹬踏力矩的檢測方法。艮P， 在自行車后下梁的適當位置，安裝一腳蹬踏力矩檢測器件。通過自行車的傳動鏈條，將騎行
者雙腳蹬踏驅動時的蹬踏力矩，以鏈條的張力信號形式傳感到該器件，該器件通過其應變傳 導結構和應變片電阻，將該張力信號再轉換為電位差信號，經差分放大電路放大，傳送給控 制器。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是在自行車后輪下叉架梁的適當位置，傳動 鏈條上部，安裝一腳蹬踏力矩檢測器件。該器件由彈性應變連接體、受力輪、輪軸組件、連 接座兼安裝卡件(蓋)、安裝卡件(底)組成。在彈性應變連接體的煒彎凸面，制成一凸面應 變片腔室；在彈性應變連接體的煒彎凹面，制成一凹面應變片腔室；兩腔室通過應變電阻引 線孔道溝通。在凸面應變片腔室的彈性應變連接體芯凸面，緊貼一凸面應變片；在凹面應變 片腔室的彈性應變連接體芯凹面，緊貼凹面應變片。凸面應變電阻的引線穿過凸面應變電阻 引線穿越孔道，在凸面應變電阻引線穿越孔道與應變電阻引線孔道交匯處，與凹面應變電阻 的引線連接成電阻橋臂，以三根引線穿過應變電阻引線孔道，引出并連接到控制器，經差分 放大電路將應變電位差信號放大，作為蹬踏力矩信號參與控制。
當電動自行車騎行者的腳踏力矩大于電動機驅動力矩時，傳動鏈條趨于張緊，其張緊程 度正比于腳踏力矩與電動機驅動力矩之差。該張緊程度通過檢測器的受力輪-輪軸組件，使檢 測器的彈性應變連接體發生應變變形；該應變變形分別使其凸面應變片和凹面應變片產生相 反應變，構成應變差；該相反的應變產生相反的應變電阻效應，即應變差電阻效應，該電阻 值的變化打破了電橋的原有平衡，使得電橋兩臂引線電位信號產生與應變差成正比的電位偏 差，該偏差信號即為所需的腳踏力矩信號。本發明的有益效果是能方便、經濟地實現電動自行車騎行者的腳踏力矩信號檢測；所 述器件檢測靈敏度高且構造、接線簡單，適合應用于各種帶有"助力"功能擋的電動自行車 控制器，易于生產和安裝。
下面結合附圖所示的一個實施例對本發明進一步說明。 附圖l是本發明一個實施例的腳蹬踏力矩檢測器件一張力傳感器安裝圖； 附圖2是本發明一個實施例的張力傳感器結構(側向)主視圖； 附圖3是本發明一個實施例的張力傳感器結構左視圖(局部)。 附圖4是本發明一個實施例的雙腳蹬踏力信號引入電路原理在附圖l所示的張力傳感器安裝圖中l.張力傳感器，2.自行車鏈條，3.自行車后輪叉架梁。
在附圖2所示的張力傳感器結構(側向)主視圖中l丄彈性應變連接體，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構左視圖(局部)中l丄l.凸面應變片腔室，l丄2.凹面 應變片腔室，1丄3.凸面應變片，1丄4.凹面應變片，1丄5.凸面應變電阻i o的引線，1丄6.凹 面應變電阻A的引線，1丄7.凸面應變電阻引線孔道，1.1.8.應變電阻引線孔道。
在附圖4所示的雙腳蹬踏力信號引入電路原理圖中Mr為張力傳感器(l)內的電路:及/為 凹面應變電阻，i c為凸面應變電阻；A為凸面應變片橋臂平衡電阻，及2為凹面應變片橋臂 平衡電阻；DAr為差分放大電路^r為運算放大器，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為凸面應變電位信號，6為凹面應變電位信號，r為蹬踏力 矩輸出信號，￡為工作電源(電壓)，￡/2為浮地(電位)。
具體實施例方式
在附圖l所示的張力傳感器安裝圖中張力傳感器(1)安裝在自行車后輪叉架梁(3)上的適 當位置，安裝位置以張力傳感器(1)與自行車鏈條(2)的上部對正嚙合為準。
在附圖2所示的張力傳感器結構(側向)主視圖中在彈性應變連接體(l.l)的上端，通
過輪軸組件(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，用于在安裝時與自行車后輪叉 架梁(3)(附圖1)緊固配合。
在附圖3所示的張力傳感器結構左視圖(局部)中在彈性應變連接體(l.l)的煨彎處， 按凸面和凹面分別制成凸面應變片腔室(1丄1)和凹面應變片腔室(1丄2);在凸面應變片腔室 (l丄l)內的彈性應變連接體(l.l)體芯側凸面，粘貼凸面應變片(U.3);在凹面應變片腔室(1丄2) 內的彈性應變連接體(l.l)體芯側凹面，粘貼凹面應變片(1丄4);凸面應變片(1丄3的兩端引線，
即凸面應變電阻及0的引線(1丄5)穿越凸面應變電阻引線穿越孔道(1丄7)，與凹面應變片(1丄4)
的兩端引線，即凹面應變電阻及/的引線(l丄6)在應變電阻引線孔道(l丄8)內口會合，其中一端
連接成一根引出，另一端分別引出，形成三根引線，共同穿過應變電阻引線孔道(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引入電路原理圖中張力傳感器(l)內的電路Mr由凹面
應變電阻A和凸面應變電阻及O組成凹面應變電阻A的一端與凸面應變電阻i o的一端連
接并引出張力傳感器(l),連接到現行控制器盒中的工作電源五的正極端；凹面應變電阻及/的 另一端和凸面應變電阻i o的另一端分別引出，依次連接到現行控制器盒中設置的凹面應變片 橋臂平衡電阻/ 2和凸面應變片橋臂平衡電阻A的一端。在控制器盒中，.凹面應變片橋臂平
衡電阻及2的另一端與凸面應變片橋臂平衡電阻^的另一端連接，并接地。在控制器盒中，
設置差分放大電路DA"其結構為偏流電阻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的另一端連接到運算放大器^r 的"+"輸入端；瞬態電壓抑制齊納二極管TVS的正極端接浮地五/2端，負極端接地；反饋 電阻i 4的一端與運算放大器^r的輸出端連接，另一端連接到運算放大器^r的"-"輸入端; 運算放大器^^的電源正端與工作電源五的正極端連接，電源負端接地。從張力傳感器(l)引 入控制器盒的凸面應變電位信號fl信號線和凹面應變電位信號6信號線分別接到運算放大器
4的信號"+"、"-"輸入端，經運算放大器^r的放大，作為蹬踏力矩信號r從差分放大電
路DAr的T—￡/2輸出端輸出，參與控制。
權利要求
1.一種電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法，其特征是將張力傳感器(1)安裝在自行車后輪叉架梁(3)上的適當位置，使得張力傳感器(1)與自行車鏈條(2)的上部對正嚙合。
2. 根據權利要求1所述的電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法，其特征是張力傳感器(l由.彈性應變連接體(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)構成。在彈性應變連接體(l.l)的上端，通過輪軸組件(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，用于在安裝時與自行車后輪叉架梁(3)緊固配合。
3. 根據權利要求1和權利要求2所述的電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法，其特征是在彈 性應變連接體(l.l)的煨彎處，按凸面和凹面分別制成凸面應變片腔室(l丄l)和凹面應變片腔室(l丄2);在凸面應變片腔室(l丄l)內的彈性應變連接體(l.l)體芯凸面，粘貼凸面應變片(1丄3); 在凹面應變片腔室(1丄2)內的彈性應變連接體(1.1)體芯凹面，粘貼凹面應變片(1丄4);凸面應變片(1丄3的兩端引線，即凸面應變電阻/ o的引線(l丄5)穿越凸面應變電阻引線穿越孔道 (l丄7)，與凹面應變片(1丄4)的兩端引線，即凹面應變電阻及/的引線(l丄6)在應變電阻引線孔 道(1丄8)內口會合，其中一端連接成一根引出，另一端分別引出，形成三根引線，共同穿過 應變電阻引線孔道(1丄8)引出至控制器盒。
4. 根據權利要求1和權利要求3所述的電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法，其特征是張力 傳感器(l內的電路Mr由凹面應變電阻i /和凸面應變電阻及o組成凹面應變電阻及/的一端與凸 面應變電阻i o的一端連接并引出張力傳感器(l),連接到現行控制器盒中的工作電源五的正極 端；凹面應變電阻及/的另一端和凸面應變電阻及o的另一端分別引出，依次連接到現行控制器 盒中設置的凹面應變片橋臂平衡電阻i 2和凸面應變片橋臂平衡電阻A的一端。
5. 根據權利要求1和權利要求4所述的電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法，其特征是在控 制器盒中，凹面應變片橋臂平衡電阻i 2另一端與凸面應變片橋臂平衡電阻A的另一端連接，并接地。
6. 根據權利要求1和權利要求4所述的電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法，其特征是在控 制器盒中，設置差分放大電路DAr，其結構為偏流電阻/ ￡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的另一端連接到運算放大器^r的"+"輸入端；瞬態電壓抑制齊納二極管TVS的正極端接浮地五/2端，負極端接地；反饋電 阻i 4的一端與運算放大器A的輸出端連接，另一端連接到運算放大器A的"-"輸入端；運算 放大器^r的電源正端與工作電源5的正極端連接，電源負端接地。
7. 根據權利要求1和權利要求4所述的電動自行車腳蹬踏力矩檢測方法，其特征是從張 力傳感器(l)引入控制器盒的凸面應變電位信號a信號線和凹面應變電位信號M言號線分別接到運算放大器^^的信號"+"、"-"輸入端，經運算放大器JF的放大，作為蹬踏力矩信號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方法。即它是在自行車后下梁的適當位置，安裝一腳蹬踏力矩檢測器件，在器件的凸面應變片腔室彈性應變連接體體芯側壁，緊貼一凸面應變片；在其凹面應變片腔室的彈性應變連接體體芯側壁，緊貼凹面應變片。通過自行車的傳動鏈條，將騎行者雙腳蹬踏驅動時的蹬踏力矩，以張力信號形式傳感到該器件，該器件通過其彈性應變連接體傳導結構和凸凹應變片，將該張力信號再轉換為電信號，經差分放大器放大，傳送給控制器。
文檔編號G01L3/00GK101539466SQ20091013346
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者屈百達 申請人:江南大學