快拆式自行车动力辅助装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种快拆式自行车动力辅助装置及其控制方法，包括壳体和复合动力轮，壳体内部设置有电池和控制器，复合动力轮通过弹力装置紧贴在自行车轮胎侧面，弹力装置有一定的倾斜角度；使得复合动力轮更好贴合自行车轮胎侧面，复合动力轮包括动力轮外壳、无刷电机、超越离合器和胶轮，动力轮外壳转动安装在壳体顶部，无刷电机固定在动力轮外壳上，无刷电机的动力输出端连接超越离合器内轴，胶轮套在超越离合器外轴上，胶轮一侧伸出动力轮外壳与自行车轮胎侧面接触，胶轮上侧安装有测速霍尔传感器和测速磁铁，控制器连接电池、无刷电机、测速霍尔传感器和测速磁铁，壳体通过绑带固定在自行车车身上。

【技术实现步骤摘要】
快拆式自行车动力辅助装置及其控制方法
本专利技术属于自行车
，具体涉及一种快拆式自行车动力辅助装置及其控制方法。
技术介绍
骑行成是大众最为常见的出行方式。但是受人力所限，自行车出行并不省力，很难做到长距离行驶，因此利用电机进行助力是一种常见的方案。目前电动车辅助的驱动技术主要分为两种。一种是轮毂内驱动，即电机装置在轴上，电机外圈套有轮毂，通过电机转动带动车轮转动。这也是成品电动车常见的驱动方式。第二种是轮外驱动，可分为链条式驱动和摩擦式驱动，即电机动力齿轮与自行车链条相连，电机转动带动链条运行，进一步带动车轮转动，或电机动力轮与轮胎接触，通过摩擦方式带动车轮转动。如授权公告号为CN201280208Y的技术专利中公开了一种将电机置于自行车大架下方，通过链条带动车辆中轴的驱动方式，该方式必须对中轴、牙盘进行改装，且不方便拆卸。授权公告号为CN201580521U的技术专利中公开了一种为中轴安装额外的齿轮，用电机带动齿轮，进而带动中轴进行旋转的驱动方式，显然这种方式也必须对车辆进行特定改造。授权公告号为CN202935528U的技术专利中公开了一种将电机驱动部分置于后轮正上方，利用四个连接杆调整位置和压力，通过电机动力轮摩擦带动后轮前行的驱动方法。这种方法不适用于带后座或后挡泥板的车辆，且连接杆调整复杂，馈电或断电时还需要调整连接杆使动力轮离开后轮轮胎，并显然不具备快速拆装和方便携带的特性。授权公告号为CN203844939U的技术专利中公开了一种固定在自行车车座轴后面，压在后轮轮胎上的一种驱动方法。这种方法安装更加方便，是目前市面上最为优雅的改装方案。但此方案仍然不适用于带后座或挡泥板的车辆，而且拆卸时需要先拆下车座，并且馈电后并未有相应的调整装置使车轮与动力轮分离，因此一旦断电骑行阻力将会明显增大，需要下车手动调整整个装置的高度，比较麻烦。通过分析现有的动力辅助装置，我们可总结现有方案的几个缺点：1、仅仅适用于特定外观的车辆，甚至需要对车辆本体进行改装。2、动力辅助设备均无法快速拆装。3、重量大或体积大，随身携带不方便。4、非一体化设计，往往需要另外安装油门、刹车检测装置5、有些装置采用简单的持续助力方法，无法有效感知上下坡和用户刹车行为，骑行时存在安全隐患。随着自行车绿色出行概念的回归，人们日常生活中需要一种能随时拆装、方便携带的动力辅助装置，这样可以在上下班、外出时随时利用路边的共享单车等，实现远距离轻松骑行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快拆式自行车动力辅助装置，该装置能够适用于任意车型、方便拆装、便于携带。本专利技术快拆式自行车动力辅助装置，包括壳体和复合动力轮，壳体内部设置有电池和控制器，复合动力轮通过弹力装置紧贴在自行车轮毂侧面，复合动力轮包括动力轮外壳、无刷电机、超越离合器和胶轮，动力轮外壳转动安装在壳体顶部，其中轴线指向车轮车轴，无刷电机固定在动力轮外壳上，无刷电机的动力输出端连接超越离合器内轴，胶轮套在超越离合器外轴上，胶轮侧面有一定倾斜角度，一侧伸出动力轮外壳与自行车轮毂侧面接触，胶轮上侧安装有测速霍尔传感器和测速磁铁，控制器连接电池、无刷电机、测速霍尔传感器和测速磁铁，壳体通过绑带固定在自行车车身上。所述壳体内置有陀螺仪、气压传感器、电流传感器和电压传感器，电流传感器测量电池输出电流，电压传感器测量电池输出电压，陀螺仪、气压传感器、电流传感器和电压传感器均与控制器连接。所述无刷电机与超越离合器之间设置有风扇叶轮，风扇叶轮与无刷电机的动力输出端固定。所述弹力装置包括弹力轴和强力扭簧，动力轮外壳通过弹力轴转动安装在壳体顶部，强力扭簧套在弹力轴上，强力扭簧一端卡在壳体上，另一端卡在动力轮外壳上。所述动力轮外壳远离自行车轮毂一侧设置有限位件，壳体上部远离自行车轮毂一侧转动安装有搭扣二，搭扣二前端转动安装有卡环二，搭扣二上的卡环二与动力轮外壳上的限位件接触，来起到回拉动力轮外壳。所述绑带一端固定有动夹板，动夹板另一端与壳体铰接，动夹板一侧设置有定夹板，定夹板与壳体固定，绑带另一端固定有长行程的卡槽，壳体另一侧转动安装有搭扣一，搭扣一前端转动安装有与卡槽配合的卡环二，壳体上设置有耳板，搭扣一的后端设置有可以卡在耳板上的卡孔；动夹板和定夹板内侧有防滑胶垫。一种快拆式自行车动力辅助装置的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：(1)、测速磁铁、测速霍尔传感器配合实时检测车轮线速度，当车轮线速度大于阈值r时，计算用户期望功率Pu，控制器控制电机启动，使电机输出功率稳定于Pu，带动车辆前行。车轮线速度小于r时，控制器控制电机自动停止工作。(2)、当用户刹车时，此时测速霍尔传感器测得胶轮的速度下降，参考路面坡度可计算得出负值期望瞬时加速度αu，如果加速度低于一个阈值，电机停止工作一段时间，待加速度稳定于阈值以上时，控制器继续控制电机加速。所述步骤(1)中用户期望功率Pu用以下公式计算：Pu＝V(mαu+F)，其中m为车辆和用户的重量，F为车辆骑行时的摩擦阻力，αu为期望瞬时加速度，V为车辆行驶速度。所述期望瞬时加速度αu用以下公式计算：αu＝α-αg；其中α为车辆行驶加速度，车辆行驶加速度计算公式为Δtv为胶轮(20)转动一圈的时间间隔，即测速磁铁(15)经过霍尔传感器时两次电脉冲的间隔，l为胶轮周长，αg为车辆受重力影响的加速度，计算公式为αg＝g×sinγ，其中γ为车辆真实的俯仰角度，计算公式为：γt+1＝filter(γt,Δθ,β)；其中filter是对γ进行滤波，β为路面坡度，计算公式为其中Δh是时间Δth内的海拔高度变化，Δs是时间Δth内车辆行驶的距离，Δth为气压传感器两次变化的时间间隔；Δh和Δs的计算公式分别为：Δs＝V×Δth；其中Δp为气压传感器两次变化差值，V为车辆行驶速度，计算公式为：V＝filter(V,v)，其中Δtv测速磁铁(15)经过霍尔传感器时两次电脉冲的间隔，l为胶轮周长；其中Δθ为陀螺仪姿态角度变化，计算公式为Δθ＝θt+n-θt，θt+1＝filter(θt,θα,θg)，其中θα是加速度传感器测得的夹角，θg是对角速度传感器数值求积分获得的旋转角度；将上面的公式用原始物理量代替，得到Pu的计算方法为：所述步骤(2)中还设置有基于时序神经网络的异常检测机制，利用神经网络判断用户是否刹车；当期望瞬时加速度αu过低或者神经网络判断为刹车都会使电机断电。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：免除了用户在车辆上增加油门把手和刹车检测开关，从而将所有功能集成在单一的设备上，方便用户快速拆装。轮胎侧面摩擦使得本装置不受自行车前后挡泥板、车筐、后车座的限制。电机使用轻薄型的无刷电机，重量不超过60g，整个设备重量不超过800g，体积约为普通矿泉水大小，方便携带，从而满足用户随时随地为自行车增加动力的需求。附图说明图1为本专利技术立体结构示意图；图2为本专利技术中复合动力轮的结构示意图；图3为本专利技术俯视结构示意图；图4为本专利技术的左视结构示意图；图5为本专利技术的安装使用结构示意图；图6为本专利技术的控制流程图；图7为多层神经网络实现结构示意图；图中，1、复合动力轮，2、卡环二，3、搭扣一，4、耳板，5、控制器，6、卡环一，7、卡槽，8、壳体，9、绑带，10、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快拆式自行车动力辅助装置，包括壳体(8)和复合动力轮(1)，壳体(8)内部设置有电池和控制器(5)，其特征在于：复合动力轮(1)通过弹力装置(11)紧贴在自行车轮毂(24)侧面，复合动力轮(1)包括动力轮外壳(12)、无刷电机(18)、超越离合器和胶轮(20)，动力轮外壳(12)转动安装在壳体(8)顶部，无刷电机(18)固定在动力轮外壳(12)上，无刷电机(18)的动力输出端连接超越离合器内轴(13)，胶轮(20)套在超越离合器外轴(16)上，胶轮(20)侧面有一定倾斜角度，一侧伸出动力轮外壳(12)与自行车轮毂(24)侧面接触，胶轮(20)上侧安装有测速霍尔传感器(14)和测速磁铁(15)，控制器(5)连接电池、无刷电机(18)、测速霍尔传感器(14)和测速磁铁(15)，壳体(8)通过绑带(9)固定在自行车车身上。

【技术特征摘要】
1.一种快拆式自行车动力辅助装置，包括壳体(8)和复合动力轮(1)，壳体(8)内部设置有电池和控制器(5)，其特征在于：复合动力轮(1)通过弹力装置(11)紧贴在自行车轮毂(24)侧面，复合动力轮(1)包括动力轮外壳(12)、无刷电机(18)、超越离合器和胶轮(20)，动力轮外壳(12)转动安装在壳体(8)顶部，无刷电机(18)固定在动力轮外壳(12)上，无刷电机(18)的动力输出端连接超越离合器内轴(13)，胶轮(20)套在超越离合器外轴(16)上，胶轮(20)侧面有一定倾斜角度，一侧伸出动力轮外壳(12)与自行车轮毂(24)侧面接触，胶轮(20)上侧安装有测速霍尔传感器(14)和测速磁铁(15)，控制器(5)连接电池、无刷电机(18)、测速霍尔传感器(14)和测速磁铁(15)，壳体(8)通过绑带(9)固定在自行车车身上。2.根据权利要求1所述的快拆式自行车动力辅助装置，其特征在于：所述壳体(8)内置有陀螺仪、气压传感器、电流传感器和电压传感器，电流传感器测量电池输出电流，电压传感器测量电池输出电压，陀螺仪、气压传感器、电流传感器和电压传感器均与控制器(5)连接。3.根据权利要求1或2所述的快拆式自行车动力辅助装置，其特征在于：所述无刷电机(18)与超越离合器之间设置有风扇叶轮(19)，风扇叶轮(19)与无刷电机(18)的动力输出端固定。4.根据权利要求3所述的快拆式自行车动力辅助装置，其特征在于：所述弹力装置(11)包括弹力轴和强力扭簧(17)，动力轮外壳(12)通过弹力轴转动安装在壳体(8)顶部，强力扭簧(17)套在弹力轴上，强力扭簧(17)一端卡在壳体(8)上，另一端卡在动力轮外壳(12)上。5.根据权利要求1所述的快拆式自行车动力辅助装置，其特征在于：所述动力轮外壳(8)远离自行车轮毂(24)一侧设置有限位件(21)，壳体(8)上部远离自行车轮毂(24)一侧转动安装有搭扣二(25)，搭扣二(25)前端转动安装有卡环二(2)，搭扣二(25)上的卡环二(2)与动力轮外壳(8)上的限位件(21)接触，来起到回拉动力轮外壳(8)。6.根据权利要求1所述的快拆式自行车动力辅助装置，其特征在于：所述绑带(9)一端固定有动夹板(26)，动夹板(26)另一端与壳体(8)铰接，动夹板(26)一侧设置有定夹板(10)，定夹板(10)与壳体(8)固定，绑带(9)另一端固定有长行程的卡槽(7)，壳体(8)另一侧转动安装有搭扣一(3)，搭扣一(3)前端转动安装有与卡槽(7)配合的卡环一(6)，壳体(8)上设置有耳板(4)，搭扣一(3)的后端设置有可以卡在耳板(4)上的卡孔；动夹板(26)和定夹板(10)内侧有防滑胶垫(27)。7.一种快拆式自行车动力辅助装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：(1)、测速磁铁(15)、测速霍尔传感器(14)配合实时检测车轮线速度，当车轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：季节，杨丰源，高腾骏，刘帆，李浩，亓璐，王琦，史波，王云飞，刘舒豪，
申请(专利权)人：济宁学院，
类型：发明
国别省市：山东,37