电动助力车中轴力矩检测方法技术

本发明专利技术申请涉及助力自行车驱动技术领域，具体公开了一种电动助力车中轴力矩检测方法，包括以下内容：中轴转动，设置在中轴上的形变桥发生形变，形变桥与中轴的连接部与中轴一起转动，形变桥的悬空部将形变传递给设置在形变桥上的应变片单元；应变片单元检测到形变桥的形变量并将形变量转换成电信号传递给力矩采集电路；中轴转动的同时，磁环和正对磁环的双霍尔组件发生相对运动；双霍尔组件中的两个单极性霍尔元件分别沿着磁环的圆周做相对运动，两个霍尔元件分别感应磁环上连续设置的N极和S极并形成脉冲信号传输给力矩采集电路；力矩采集电路接收应变片单元传递来的电信号并将其逻辑换算成力矩大小。本申请能够精确检测得到力矩。

Detection method for axle moment of electric power assisted vehicle

The application of the invention relates to the technical field of power-assisted bicycle driving, and specifically discloses a method for measuring the center axle torque of an electric power-assisted vehicle, including the following contents: the center axle rotates, the deformation bridge arranged on the center axle deforms, the connection part of the deformation bridge and the middle axle rotates together, and the suspension part of the deformation bridge transfers the deformation to the installation. The strain gauge unit is located on the deformation bridge; the strain gauge unit detects the shape variable of the deformation bridge and transfers the deformation variable to the electric signal to the torque acquisition circuit; the magnetic ring and the double Hall component of the positive magnetic ring move relative to each other while the central axis rotates; the two unipolar Hall components in the double Hall component move along the magnetic ring respectively The two Hall elements induce N poles and S poles set continuously on the magnetic ring to form pulse signals and transmit them to the torque acquisition circuit. The torque acquisition circuit receives the electrical signals transmitted by the strain gauge unit and converts them logically into torque. This application can accurately detect the torque.

【技术实现步骤摘要】
电动助力车中轴力矩检测方法
本专利技术涉及助力自行车驱动
，具体涉及一种助力自行车中轴力矩检测系统。
技术介绍
助力自行车，又称助力式电动自行车，是一种介于自行车与电动车之间的骑行工具，通过电力辅助人力提供给自行车行进中所需要的动能，它是人们追求高效、便捷、健康、环保的生活方式的产物。中轴是指助力自行车上用来连接两个脚踏板，并带动卡爪和卡爪上的链条转动的结构，中轴是助力自行车的核心部件，用来驱动、控制整车正常行驶。骑车人在骑行时，需要通过蹬踏脚踏板来带动中轴转动，进而带动与中轴连接的卡爪转动，卡爪带动链条转动，链条带动轮胎转动。当施加给助力自行车的功率大于阻力的功率时，助力自行车能够被驱动向前运动。为了减轻骑车人的做功负担，使骑车人能够轻松省力地骑行，需要对人的输出功率进行检测确定，然后计算出助力自行车应该提供的输出功率，使助力自行车和骑车人一起产生的功率克服掉阻力产生的功率。而人的输出功率正比于力矩和蹬踏频率的乘积。这里的力矩指的是中轴的扭力力矩，蹬踏频率指的是骑车人踩踏脚踏板时的频率。为了准确检测出当前人的输出功率，需要设置中轴力矩检测系统。现在主要有以下几种中轴力矩系检测统：(一)采用速度型假助力传感器，只检测到的助力自行车的实际速度并没有检测中轴的力矩，致使助力自行车提供的助力与实际需要的助力相差较远，精度低、效果差。(二)在中轴与牙盘间或电机与飞轮间装上一套弹性元件，利用弹性元件受力变形后的转差位移，推动相应机械动作，将与静态传感器件间产生磁场、光量等物理量变化转换为电量，以此来检测出骑车人的脚蹬力；弹性元件在形变后推动做机械动作，必然会遭遇阻力而使形变和机械动作的幅度都受到限制，将本就不强的检测信号进一步降低，使检测灵敏度低，一致性和稳定性差；此外，弹性元件用久之后会产生不可恢复的形变，导致检测精度进一步降低。(三)在中轴与牙盘间或电机与飞轮间装上一套弹性元件，并在弹性元件两端，分别装上脉冲发生装置，利用弹性元件受力变形后的转差位移，使两个脉冲串间产生相位差，经鉴相电路转换，检测出骑车蹬力；因为不同的蹬踏频率会产生不同的脉冲频率，导致同样的力对应不同的相位差，算法复杂并且一致性差。(四)在转动的中轴与链轮支架间设变形体，直接粘贴应变片，并设置放大电路，与外界用滑环、电刷连接；这种检测系统中的传感器一直在转动，滑环和电刷在转动过程中会产生不可恢复的损耗，导致传感器寿命短、耐久性差。(五)在转动的中轴与链轮支架间设变形体，在其上粘贴特殊材料，使其在受力后产生磁导变化，引起与其配套、不跟其转动的线圈组电感变化，通过检测电感或藕合系数转换为相应电量；这种检测系统的缺点是工艺复杂，成本高。(六)在链条主回路上装上一活动压轮，检测压轮在链条张力下产生的位移，与静态传感器件间产生磁场、光量等物理量变化，并转换为电量，经线性化换算检测出骑车人的蹬力；这种检测系统的通用性和一致性差，需要车架专门配合才可以达到效果，有些车型无法使用。综上，现有的中轴力矩检测系统都不能够精确采集中轴的扭力力矩，进而无法准确检测出骑车人的输出功率，使助力自行车无法精确地提供助力，最终导致助力自行车的使用效果较差。
技术实现思路
本专利技术意在提供一种能精确检测力矩的电动助力车中轴力矩检测方法。为达到以上目的，提供如下方法：方法一：电动助力车中轴力矩检测方法，包括以下内容：中轴转动，设置在中轴上的形变桥发生形变，形变桥与中轴的连接部与中轴一起转动，形变桥的悬空部将形变传递给设置在形变桥上的应变片单元；应变片单元检测到形变桥的形变量并将形变量转换成电信号传递给力矩采集电路；中轴转动的同时，磁环和正对磁环的双霍尔组件发生相对运动；双霍尔组件中的两个单极性霍尔元件分别沿着磁环的圆周做相对运动，两个霍尔元件分别感应磁环上连续设置的N极和S极并形成脉冲信号传输给力矩采集电路；力矩采集电路接收应变片单元传递来的电信号并将其逻辑换算成力矩大小，力矩采集单元接收两个霍尔元件传输来的脉冲信号并换算成蹬踏频率和中轴的转动方向，并将这些电信号发送给力矩处理控制电路。本专利技术的工作原理及优点在于：磁环和双霍尔元件组更随着中轴的转动而同步产生相对运动，使双霍尔元件组中的两个霍尔元件能够通过感应S极和N极得到蹬踏频率和中轴的转动方向。蹬踏频率为单位时间内霍尔元件感应到的S极或者N极的个数除以蹬踏一次霍尔元件感应到的S极或者N极的个数。中轴的转动方向通过两个霍尔元件感应到的N极和S极的相位差得到。同时，通过形变桥将中轴转动产生的扭力传递给应变片，通过应变片检测中轴的扭力力矩大小。将检测到的扭力力矩大小乘以转动方向就得到扭力力矩。本专利技术中轴力矩检测系统，巧妙设置磁环和双霍尔元件组，使双霍尔元件组能够检测到蹬踏频率和中轴转动方向，为得到中轴力矩和人的输出功率检测到必要的参数。相比于现有技术中运用的磁钢，磁环是一个整体不仅安装方便，也有利于使霍尔元件更加精确灵敏地感应磁极。磁环和双霍尔元件组的相对运动与中轴的转动同步，结构简单却精确度高，再加上应变片检测到的扭力力矩大小，能够真正地检测到扭力力矩，且形变桥的一端是固定连接在中轴上的，能够精准地感应并传递扭力力矩大小，使最后得到的扭力力矩与实际的扭力力矩十分接近，使整个中轴力矩检测系统具有较高精度。方法二：在方法一的基础上进一步，所述磁环设置在安装套上，所述双霍尔元件组设置在中轴上，中轴转动时，双霍尔元件跟随中轴同步转动。双霍尔元件组随着中轴转动，磁环静止，双霍尔元件组位于磁环的包围内。方法三：在方法一的基础上进一步，所述磁环设置在中轴上，所述双霍尔元件组设置在安装套上，中轴转动时，磁环跟随中轴同步转动。双霍尔元件组静止，磁环随着中轴转动，双霍尔元件组位于磁环外。方法四：在方法一的基础上进一步，所述力矩采集电路，用来从应变片单元接收扭力信号；所述力矩处理控制电路，从所述力矩采集电路接收扭力信号，从双霍尔组件接收蹬踏频率和方向信号并计算出力矩信号。双霍尔组件连接在力矩处理控制电路中，力矩采集电路只从应变片单元中采集信号。方法五：在方法一的基础上进一步，所述力矩采集电路，用来从应变片单元接收扭力信号，从双霍尔组件接收蹬踏频率和方向信号；所述力矩处理控制电路，从所述力矩采集电路接收扭力信号、蹬踏频率和方向信号并计算出力矩信号。双霍尔元件组连接在力矩采集电路中，力矩采集电路同时采集到扭力力矩大小、蹬踏频率和转动方向，力矩处理控制电路只是用来计算力矩的。方法六：在方法四或五的基础上进一步，所述力矩采集电路设置在中轴上；力矩处理控制电路设置在中轴或安装套上。力矩采集电路应为要与应变片单元连接，所以设置在转轴上，力矩处理控制电路则可以随便设置在中轴或者安装套上均可。若力矩处理控制电路设置在安装套上，则两个电路之间采用无线连接。方法七：在方法一的基础上进一步，套筒还包括与中轴相对运动的防尘套与中轴同步运动的隔磁套；所述防尘套和隔磁套之间设置有无线供电接收线圈和无线供电发射线圈；无线供电接收线圈和无线供电发射线圈通过电磁感应为力矩采集电路和力矩处理控制电路供电；无线供电发射线圈与防尘套之间以及无线供电接收线圈与隔磁套之间均通过设置隔磁套隔离干扰。通过隔磁套，能够将无线供电发射线圈和无线供电接收线圈与助力自行车的其他金属结构，如车架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电动助力车中轴力矩检测方法，其特征在于：包括以下内容：中轴转动，设置在中轴上的形变桥发生形变，形变桥与中轴的连接部与中轴一起转动，形变桥的悬空部将形变传递给设置在形变桥上的应变片单元；应变片单元检测到形变桥的形变量并将形变量转换成电信号传递给力矩采集电路；中轴转动的同时，磁环和正对磁环的双霍尔组件发生相对运动；双霍尔组件中的两个单极性霍尔元件分别沿着磁环的圆周做相对运动，两个霍尔元件分别感应磁环上连续设置的N极和S极并形成脉冲信号传输给力矩采集电路；力矩采集电路接收应变片单元传递来的电信号并将其逻辑换算成力矩大小，力矩采集单元接收两个霍尔元件传输来的脉冲信号并换算成蹬踏频率和中轴的转动方向，并将这些电信号发送给力矩处理控制电路。

【技术特征摘要】
1.电动助力车中轴力矩检测方法，其特征在于：包括以下内容：中轴转动，设置在中轴上的形变桥发生形变，形变桥与中轴的连接部与中轴一起转动，形变桥的悬空部将形变传递给设置在形变桥上的应变片单元；应变片单元检测到形变桥的形变量并将形变量转换成电信号传递给力矩采集电路；中轴转动的同时，磁环和正对磁环的双霍尔组件发生相对运动；双霍尔组件中的两个单极性霍尔元件分别沿着磁环的圆周做相对运动，两个霍尔元件分别感应磁环上连续设置的N极和S极并形成脉冲信号传输给力矩采集电路；力矩采集电路接收应变片单元传递来的电信号并将其逻辑换算成力矩大小，力矩采集单元接收两个霍尔元件传输来的脉冲信号并换算成蹬踏频率和中轴的转动方向，并将这些电信号发送给力矩处理控制电路。2.根据权利要求1所述的电动助力车中轴力矩检测方法，其特征在于：所述磁环设置在安装套上，所述双霍尔元件组设置在中轴上，中轴转动时，双霍尔元件跟随中轴同步转动。3.根据权利要求1所述的电动助力车中轴力矩检测方法，其特征在于：所述磁环设置在中轴上，所述双霍尔元件组设置在安装套上，中轴转动时，磁环跟随中轴同步转动。4.根据权利要求1所述的电动助力车中轴力矩检测方法，其特征在于：所述力矩采集电路，用来从应变片单元接收扭力信号；所述力矩处理控制电路，从所述力矩采集电路接收扭力信号，从双霍尔组件接收蹬踏频率和方向信号并计算出力矩信号。5.根据权利要求1所述的电动助...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏静满，胡江勇，李家成，
申请(专利权)人：重庆三叶花科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50