助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法技术

本发明专利技术涉及一种助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，包括中轴、弹性件组件、左凸轮套、右凸轮套、扭力连接套、半月键、滚珠、磁环，和条形磁体，以及信号检测处理线路板，采用凸轮传动力，和压缩具有特定结构特征的弹性件微小变形，通过高精度低成本的磁传感器检测位移变换，并通过标定查表方式得到实时扭矩，同时通过旋转磁环检测实时速度。时通过旋转磁环检测实时速度。时通过旋转磁环检测实时速度。

【技术实现步骤摘要】
助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法


[0001]本专利技术涉及助力车
，尤其是一种助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法。

技术介绍

[0002]随着生活水平的提高，助力自行车出行作为一种有氧运动的健身方式，越来越受到广大人们群众的喜爱。
[0003]功率传感器作为助力自行车扭矩和转速的反馈元件，是助力自行车系统的关键性零部件之一，其灵敏度和精度直接影响着骑乘者的骑行体检，是提升助力自行车舒适感的关键性零部件。
[0004]目前市场上已有的助力自行车中轴传感器有踏频转速传感器、模拟扭矩传感器、扭矩传感器和感应式扭矩传感器四种。踏频转速传感器只能反馈转速信号，不能有效的感知骑乘者的意图，骑行体验差；模拟扭矩传感器是在转速传感器的基础上，通过软件处理转速信号来模拟扭矩信息，仍然不能有效的反应使用者的意图；扭矩传感器采用应变片测量扭矩变化，应变片随使用时间的延长，会有严重的疲劳损耗，后期检测精度较难把控，而且制造成本高，普及应用困难；磁场感应式扭矩传感器，感应线圈内穿过感应套，脚踏时感应套收到扭曲微变形，使感性线圈磁场产生变化。但此感应套加工成本极高，对材料要求也极为严格，制造精度和产品一致性很难把控，制造成本比应变片式更高。

技术实现思路

[0005]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，能同时满足检测扭矩和转速信号的助力自行车功率传感器，同时成本合理，应用前景广泛。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，包括中轴，所述中轴上套设有传动组件，传动组件包括：
[0008]弹性件，套设在中轴上，被中轴的轴肩限位；
[0009]凸轮组件，套设在中轴上，一端与弹性件相抵触；
[0010]导向件，轴向落在中轴外圆表面上，凸轮组件遮盖在导向件上；
[0011]扭力连接套，套设在中轴上，与凸轮组件背离弹性件的一端相接，扭力连接套、凸轮组件之间设有连接键；
[0012]信号检测处理线路板，套设在凸轮组件外；
[0013]条形磁铁，嵌设在信号检测处理线路板上；
[0014]直线磁敏组件，分布在条形磁铁上；
[0015]磁环，套设在中轴上，且与信号检测处理线路板相连；
[0016]圆周磁敏组件，分布在磁环上；
[0017]直线磁敏组件和圆周磁敏组件所发出的信号由外界编码器接收存储。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进：
[0019]所述凸轮组件包括：
[0020]左凸轮套，套设在中轴上，一端抵触在弹性件背离轴肩一侧的端面上；
[0021]右凸轮套，套设在中轴上，与左凸轮套之间曲面相接。
[0022]所述左凸轮套、右凸轮套均设置为中空筒体，左凸轮套、右凸轮套相对的端面设置为相互配合的波浪面；波浪面的弧线弯折角度范围为30
°
～60
°
。
[0023]所述导向件设有多组，环形阵列在中轴的外圆表面上。
[0024]扭力连接套、凸轮组件之间的键连接具体结构为：右凸轮套背离左凸轮套的一端设有花键，花键环形阵列在右凸轮套端部的外表面上。
[0025]所述弹性件设有多组，每一组弹性件包括两片夹角设置的簧片，两簧片相接处、簧片相背的顶角处均设置为垂直于中轴的平面。
[0026]传动组件的两端面封有铝碗；两端铝碗内壁安装有轴承，通过轴承与中轴、扭力连接套相连。
[0027]一种安装助力车用位移式功率传感器的方法，包括如下步骤：
[0028]以中轴为基准，在中轴的轴肩处套设弹性件，
[0029]在中轴上的凹槽中嵌入滚珠，套上左凸轮套、右凸轮套，左凸轮套和右凸轮套的端面曲面相互贴合，
[0030]在中轴上套设连接键，在右凸轮套上套设扭力连接套，
[0031]在信号检测处理线路板上预安装磁环和条形磁铁，并对应安装圆周磁敏组件和直线磁敏组件，再将信号检测处理线路板套在弹性件、凸轮组件外，
[0032]在上述半成品的两端扣合铝碗，铝碗内壁预安装轴承，得到位移式功率传感器成品，成品垂直安装在两侧脚踏之间。
[0033]一种利用权利要求1所述的助理车用位移式功率传感器的信号处理方法，包括如下步骤：
[0034]通过脚踏施力，脚踏上的力传递至中轴两端，
[0035]中轴通过连接键带动右凸轮套转动，右凸轮套带动左凸轮套转动，
[0036]左凸轮套带动扭力连接套转动，扭力连接套上安装牙盘，牙盘作用于外界助力车的轮毂上，
[0037]调整作用在右凸轮套上的外力，引起右凸轮套与左凸轮套之间的接触面的相对位移，此时左凸轮套轴向运动，压缩弹性件，将脚踏上的外力扭矩转化为弹性件的轴向形变量，
[0038]中轴保持转动，带动磁环产生旋转磁场信号，传输至外界编码器处。
[0039]作为上述技术方案的进一步改进：
[0040]磁场信号的生成过程具体如下：
[0041]圆周磁敏组件检测磁环旋转的磁场变化，直线磁敏组件检测条形磁铁的直线位移磁场变化，
[0042]圆周磁环采用若干个磁条拼接形成，对圆周磁环径向NS充磁，圆周磁敏组件在磁环径向侧面分布，
[0043]当磁环旋转时，产生若干个正弦磁场，信号检测处理线路板上的角度传感器检测到磁场变化，生成采样电压信号，经由信号检测处理线路板上的AD转换输出角度信号，输出形式包括SPI或AB正交脉冲，
[0044]直线磁条产生正弦磁场信号，直线磁敏组件，具体可以包括离轴式角度传感器等芯片，在磁条上方，检测磁场变化，通过AD转换输出角度信号，输出形式包括SPI或AB正交脉冲，
[0045]信号检测处理线路板上设有微处理器，通过实时输入圆周磁芯片输出的角度信号和直线磁敏元件输出的角度信号、通过实时输入圆周角度传感器的角度变化速率和方向，获得功率传感器的转速Sp和方向信号，通过直线角度传感器的角度变化，获得弹性件的水平位移，
[0046]通过标定数据查表得到实时扭矩T，根据上述所得出的角度，以及角度变化率，计算旋转速度n，基于P＝η﹒T﹒n/9.55计算出实时脚踏功率，
[0047]式中，P为串口协议实时输出功率，T为所测得的扭矩，n为转速。
[0048]本专利技术的有益效果如下：
[0049]本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，通过左右两个凸轮套的受力传递和压缩弹性件运动产生相对位移，通过设置在左凸轮套上的条形磁体轴向直线移动产生磁场变化，设置在信号检测处理线路板上直线磁敏组件检测变化磁场输出电压信号，根据模拟转换和角度计算，以及查表得出当前实时扭矩；中轴带动磁环旋转，设置在信号检测处理线路板上的圆周磁敏组件检测变化磁场输出电压信号，根据模拟转换和角度计算，得出当前实时速度；通过速度和扭矩计算当前实时功率。
[0050]本专利技术结构简洁，生产工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，包括中轴(1)，其特征在于：所述中轴(1)上套设有传动组件，传动组件包括：弹性件(6)，套设在中轴(1)上，被中轴(1)的轴肩限位；凸轮组件，套设在中轴(1)上，一端与弹性件(6)相抵触；导向件(7)，轴向设置在中轴(1)的外圆表面上，凸轮组件遮盖在导向件(7)上；扭力连接套(11)，套设在中轴(1)上，与凸轮组件背离弹性件(6)的一端相接，扭力连接套(11)、凸轮组件之间设有连接键；信号检测处理线路板(5)，套设在凸轮组件外；条形磁铁(4)，嵌设在信号检测处理线路板(5)上；直线磁敏组件(14)，分布在条形磁铁(4)上；磁环(3)，套设在中轴(1)上，且与信号检测处理线路板(5)相连；圆周磁敏组件(13)，分布在磁环(3)上；直线磁敏组件(14)和圆周磁敏组件(13)所发出的信号由外界编码器接收存储。2.如权利要求1所述的助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，其特征在于：所述凸轮组件包括：左凸轮套(8)，套设在中轴(1)上，一端抵触在弹性件(6)背离轴肩一侧的端面上；右凸轮套(9)，套设在中轴(1)上，与左凸轮套(8)之间曲面相接。3.如权利要求2所述的助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，其特征在于：所述左凸轮套(8)、右凸轮套(9)均设置为中空筒体，左凸轮套(8)、右凸轮套(9)相对的端面设置为相互配合的波浪面；波浪面的弧线弯折角度范围为30
°
～60
°
。4.如权利要求1所述的助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，其特征在于：所述导向件(7)设有多组，环形阵列在中轴(1)的外圆表面上。5.如权利要求2所述的助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，其特征在于：扭力连接套(11)、凸轮组件之间的键连接具体结构为：右凸轮套(9)背离左凸轮套(8)的一端设有花键，花键环形阵列在右凸轮套(9)端部的外表面上。6.如权利要求1所述的助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，其特征在于：所述弹性件(6)设有多组，每一组弹性件(6)包括两片夹角设置的簧片，两簧片相接处、簧片相背的顶角处均设置为垂直于中轴(1)的平面。7.如权利要求1所述的助力车用位移式功率传感器及其信号处理方法，其特征在于：传动组件的两端面封有铝碗；两端铝碗内壁安装有轴承，通过轴承与中轴(1)、扭力连接套(11)相连。8.一种安装助力车用位移式功率传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：以中轴(1)为基准，在中轴(1)的轴肩处套设弹性件(6)，在中轴(1)上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘豪杰，高超，
申请(专利权)人：浙江雅迪机车有限公司，
类型：发明
国别省市：