一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器及检测方法与流程

1.本发明属于助力车传感器技术领域，具体涉及一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器及检测方法。


背景技术：

2.电动助力车是一种由小型的电动马达辅助骑行的自行车，电动助力车有助于在山区或者强逆风状态下人们的顺利行驶。电动助力车相比较传统自行车具有速度快,省力,骑行距离远的特点。
3.而现有的电机启停介入方式存在反应迟滞输出不及时,有抖动等不利于体验的状态。基于以上问题，行业内常用的加速度反馈计算、速度码表测量等方案具有零件加工精度及安装工艺较复杂，方案成本较高，对工艺要求较严等技术缺陷，实用性较差。基于此现状，本发明发明了一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器。


技术实现要素：

4.为克服上述技术问题，本发明提供了一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器及检测方法，传感器设置可相对转动一定角度的主动套筒和被动套筒，两套筒之间设置弹簧片，脚蹬力越大时，两套筒的相对转角越大，使用霍尔元件对两套筒右端的磁导体的磁场变化进行监测，进而完成对脚蹬力的检测。
5.本发明采用下述技术方案：
6.一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，包括主动套筒、多个弹簧片、被动套筒、侧盖、霍尔元件；所述主动套筒套在被动套筒的外部，所述主动套筒的内壁设置凸起一，所述被动套筒的外壁设置凸起二，所述凸起一和凸起二的数量相等并且插空交替；每个所述凸起一和位于其正转方向前方的凸起二两两成对，所述弹簧片位于每一对的凸起一和凸起二之间，并且将该对的凸起一和凸起二抵紧远离；所述主动套筒正向主动转过角度一时，被动套筒正向被动转过角度二，所述角度一大于角度二；所述主动套筒的右端沿周均匀间隔设置磁导体一，所述被动套筒的右端沿周均匀间隔设置磁导体二，所述磁导体一和磁导体二数量相等且内外对齐；所述主动套筒的右端设置侧盖，所述侧盖内固定设置线路板，所述霍尔元件位于所述线路板的左面，所述霍尔元件分为霍尔元件一和霍尔元件二，所述霍尔元件一与磁导体一水平对应，所述霍尔元件二与磁导体二水平对应。
7.优选的，所述霍尔元件一和霍尔元件二位于侧盖的同一条直径上，且位于圆心的异侧。
8.优选的，所述霍尔元件关于线路板板面的对称位置设置有磁铁。
9.优选的，所述被动套筒的左端超出主动套筒并外螺纹连接棘轮，所述被动套筒通过棘轮正向驱动连接花鼓，所述花鼓外套在主动套筒的左端外周以及棘轮的外周。
10.优选的，所述被动套筒的右端外径加大，所述主动套筒的右端内径相应加大，所述弹簧片所在空间的两端分别被棘轮和被动套筒所封闭。
11.优选的，所述被动套筒的右端内侧、所述棘轮的左端内侧均设置轴承。
12.优选的，所述花鼓与主动套筒之间、所述花鼓与棘轮之间均设置滚珠环。
13.优选的，所述磁导体一的右端和磁导体二的右端均位于同一平面，该平面与主动套筒垂直，所述霍尔元件与该平面的距离恒定。
14.一种电动助力自行车的脚蹬力检测方法，包括以下步骤：
15.s1.骑行中，骑行者脚蹬的力量通过链条驱动主动套筒正向转动，主动套筒上的凸起一按压弹簧片并驱动被动套筒驱动棘轮驱动花鼓旋转，进而后驱使自行车前进，此时弹簧片的形变量较小且稳定，当遇到骑行困难地段，骑行者的脚蹬力增加；
16.s2.凸起一与配合的凸起二压缩弹簧片的形变量增大，即主动套筒与被动套筒的相对转角增大，即磁导体一与磁导体二之间的相对转角增大；
17.s3.磁导体一与磁导体二之间的相对转角的变化引起右端磁场发生变化，霍尔元件一与霍尔元件二产生不同的波形输出；
18.s4.线路板上的单片机根据霍尔元件一与霍尔元件二传回波形的变化情况计算出当前脚蹬力，助力车进一步根据此信息控制电机及时助力骑行。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1.本发明设置主动套筒和被动套筒，主动套筒和被动套筒之间使用多个弹簧片进行弹性传动，在骑行中，当脚蹬力传至主动套筒时，对于不同大小的脚蹬力，主动套筒和被动套筒之间会出现不同大小的相对转角，相对转角越大，证明骑行者当前踩踏的难度越大，利用霍尔元件监测两个套筒右端的磁导体一和磁导体二因相对转动而出现的磁场变化，进而在线路板计算得知踩踏力度，进而调节助力车电机的功率；
21.2.本发明中，使用弧形的弹簧片作为主动套筒和被动套筒之间传动的介质，弹簧片受力形变量线性较好，磁导体一和磁导体二相对转动也具有较好的线性，复位稳定，使用寿命长，装置生产成本较低，具有较高的实用性。
附图说明
22.图1是本发明整体爆开示意图(除去滚珠环)；
23.图2是本发明整体示意图；
24.图3是本发明整体示意图；
25.图4是主动套筒示意图；
26.图5是被动套筒示意图；
27.图6是整体剖视图。
28.附图标记说明：
29.1侧盖；2轴承；3被动套筒；4主动套筒；5花鼓；6棘轮；8凸起一；9磁导体一；10凸起二；11磁导体二；12弹簧片；13线路板；14霍尔元件一；15霍尔元件二；16磁铁；17滚珠环。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.实施例一
32.一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，包括主动套筒4、多个弹簧片12、被动套筒3、侧盖1、霍尔元件；主动套筒4套在被动套筒3的外部，主动套筒4的内壁设置凸起一8，被动套筒3的外壁设置凸起二10，凸起一8和凸起二10的高度相等、数量相等并且插空交替；每个凸起一8和位于其正转方向前方的凸起二10两两成对，弹簧片12位于每一对的凸起一8和凸起二10之间，并且将该对的凸起一8和凸起二10抵紧远离，弹簧片12采用两层弧形的弹性金属板复合；主动套筒4正向主动转过角度一时，被动套筒3正向被动转过角度二，角度一大于角度二；主动套筒4的右端沿周均匀间隔设置磁导体一9，被动套筒3的右端沿周均匀间隔设置磁导体二11，磁导体一9和磁导体二11数量相等且内外对齐；主动套筒4的右端设置侧盖1，侧盖1内固定设置线路板13，霍尔元件位于线路板13的左面，霍尔元件分为霍尔元件一14和霍尔元件二15，霍尔元件一14与磁导体一9水平对应，霍尔元件二15与磁导体二11水平对应；霍尔元件一14和霍尔元件二15位于侧盖1的同一条直径上，且位于圆心的异侧；霍尔元件关于线路板13板面的对称位置设置有磁铁16，从而形成一个磁场稳态的磁场,当磁导体靠近这个磁场的时候,磁力线集束走向发生改变,进而使霍尔元件的磁通量发生变化，输出电压也随之而变，通过线路板13上的单片机对霍尔元件一14和霍尔元件二15输出波形的相位差分析完成脚蹬力的测量。
33.被动套筒3的左端超出主动套筒4并外螺纹连接棘轮6，被动套筒3通过棘轮6正向驱动连接花鼓5，花鼓5外套在主动套筒4的左端外周以及棘轮6的外周，棘轮6的外周有棘齿，花鼓5内壁对应具有棘齿槽，花鼓5与主动套筒4之间、花鼓5与棘轮6之间均设置滚珠环17，花鼓5被棘轮6和主动套筒4以及两道滚珠环17在左右方向上进行限位；被动套筒3的右端外径加大，主动套筒4的右端内径相应加大，每个弹簧片12所在的横向的细长空间的两端分别被棘轮6和被动套筒3所封闭，使弹簧片12的位置稳定。
34.被动套筒3的右端内侧、棘轮6的左端内侧均设置轴承2，通过两个轴承2连接电机转子，电机转子也穿过侧盖1并与侧盖1固定连接，侧盖1盖住磁导体一9和磁导体二11；磁导体一9的右端和磁导体二11的右端均位于同一平面，该平面与主动套筒4垂直，霍尔元件与该平面的距离恒定。
35.一种电动助力自行车的脚蹬力检测方法，包括以下步骤：
36.s1.骑行中，骑行者脚蹬的力量通过链条驱动主动套筒4正向转动，主动套筒4上的凸起一8按压弹簧片12并驱动被动套筒3驱动棘轮6驱动花鼓5旋转，进而后驱使自行车前进，此时弹簧片12的形变量较小且稳定，当遇到骑行困难地段，骑行者的脚蹬力增加；
37.s2.凸起一8与配合的凸起二10压缩弹簧片12的形变量增大，即主动套筒4与被动套筒3的相对转角增大，即磁导体一9与磁导体二11之间的相对转角增大；
38.s3.磁导体一9与磁导体二11之间的相对转角的变化引起右端磁场发生变化，霍尔元件一14与霍尔元件二15产生不同的波形输出；
39.s4.线路板13上的单片机根据霍尔元件一14与霍尔元件二15传回波形的变化情况计算出当前脚蹬力，助力车进一步根据此信息控制电机及时助力骑行。
40.实施例二：
41.本实施例的传感器结构和检测方法与实施例一同理，区别在于，装置安装在助力车的中轴处，主动套筒4直接由脚蹬中轴进行驱动(跳过链条传动步骤)，花鼓5替换为助力
车链条的前齿轮，棘轮6正向驱动连接前齿轮。
42.本领域技术人员可以理解，这意味着本发明既可以做成后轮轮毂电机驱动方式的塔基型扭矩传感器，也可以用在中轴处实现对脚踏力的传感，弹簧片换成扭簧也能实现相同的效果，只要用到两个霍尔借助弹性元件进行相位差检测进而计算扭矩的形式就落入本技术方案的保护范围。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对以上实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，包括主动套筒、多个弹簧片、被动套筒、侧盖、霍尔元件；所述主动套筒套在被动套筒的外部，所述主动套筒的内壁设置凸起一，所述被动套筒的外壁设置凸起二，所述凸起一和凸起二的数量相等并且插空交替；每个所述凸起一和位于其正转方向前方的凸起二两两成对，所述弹簧片位于每一对的凸起一和凸起二之间，并且将该对的凸起一和凸起二抵紧远离；所述主动套筒正向主动转过角度一时，被动套筒正向被动转过角度二，所述角度一大于角度二；所述主动套筒的右端沿周均匀间隔设置磁导体一，所述被动套筒的右端沿周均匀间隔设置磁导体二，所述磁导体一和磁导体二数量相等且内外对齐；所述主动套筒的右端设置侧盖，所述侧盖内固定设置线路板，所述霍尔元件位于所述线路板的左面，所述霍尔元件分为霍尔元件一和霍尔元件二，所述霍尔元件一与磁导体一水平对应，所述霍尔元件二与磁导体二水平对应。2.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，所述霍尔元件一和霍尔元件二位于侧盖的同一条直径上，且位于圆心的异侧。3.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，所述霍尔元件关于线路板板面的对称位置设置有磁铁。4.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，所述被动套筒的左端超出主动套筒并外螺纹连接棘轮，所述被动套筒通过棘轮正向驱动连接花鼓，所述花鼓外套在主动套筒的左端外周以及棘轮的外周。5.根据权利要求4所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，所述被动套筒的右端外径加大，所述主动套筒的右端内径相应加大，所述弹簧片所在空间的两端分别被棘轮和被动套筒所封闭。6.根据权利要求5所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，所述被动套筒的右端内侧、所述棘轮的左端内侧均设置轴承。7.根据权利要求6所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，所述花鼓与主动套筒之间、所述花鼓与棘轮之间均设置滚珠环。8.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，其特征在于，所述磁导体一的右端和磁导体二的右端均位于同一平面，该平面与主动套筒垂直，所述霍尔元件与该平面的距离恒定。9.一种电动助力自行车的脚蹬力检测方法，其特征在于，采用权利要求所述的一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器，包括以下步骤：s1.骑行中，骑行者脚蹬的力量通过链条驱动主动套筒正向转动，主动套筒上的凸起一按压弹簧片并驱动被动套筒驱动棘轮驱动花鼓旋转，进而后驱使自行车前进，此时弹簧片的形变量较小且稳定，当遇到骑行困难地段，骑行者的脚蹬力增加；s2.凸起一与配合的凸起二压缩弹簧片的形变量增大，即主动套筒与被动套筒的相对转角增大，即磁导体一与磁导体二之间的相对转角增大；s3.磁导体一与磁导体二之间的相对转角的变化引起右端磁场发生变化，霍尔元件一与霍尔元件二产生不同的波形输出；
s4.线路板上的单片机根据霍尔元件一与霍尔元件二传回波形的变化情况计算出当前脚蹬力，助力车进一步根据此信息控制电机及时助力骑行。

技术总结
本发明属于助力车传感器技术领域，公开了一种电动助力自行车的脚蹬力检测传感器及检测方法，传感器包括主动套筒、多个弹簧片、被动套筒、侧盖、霍尔元件；主动套筒套在被动套筒的外部，主动套筒的内壁设置凸起一，被动套筒的外壁设置凸起二，凸起一和凸起二的数量相等并且插空交替；每个凸起一和位于其正转方向前方的凸起二两两成对，弹簧片位于每一对的凸起一和凸起二之间，主动套筒的右端沿周均匀间隔设置磁导体一，被动套筒的右端沿周均匀间隔设置磁导体二；主动套筒的右端设置侧盖，侧盖内固定设置线路板，霍尔元件位于线路板的左面并与磁导体配合，本发明结构简单合理，能够快捷地感知骑行者的脚蹬力度，具有较好的实用性。具有较好的实用性。具有较好的实用性。


技术研发人员：钟涛 谢浩军 陈龙 曾桢 徐成河 李有为
受保护的技术使用者：上海文涛电子有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/17