专利名称：用于脚踏助力电动自行车的传感器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感系统，特别是一种用于脚踏助力电动自行车的传感器系统。
背景技术：
“脚踏助力电动自行车”的定义了带有一个辅助动力电机的自行车，该电机由电池限能并供电。在任何运行情况下辅助电机可以输送它的推动力只有在骑车人以常规和典型方式作用在踏板上或在类似的装置上，传送肌肉力量，使得，因此，所谓辅助动力实现，和在特定的脚踏车，实现脚踏助力的功能。
所述辅助电机可被置于后轮的轴皮上。这也是最常用的方案，电机也可以置于前轮的轴皮上，但是这是比较少见的解决方案。另外，也存在其他不将电机置于轴皮上的电机安置方法。
为了避免作为带发动机的车辆而被依法认证，所述脚踏助力电动自行车电动自行车应准确遵守特定的标准和要求，如下a)限制电机输出的最大功率。
b)强制限制速度；当达到此限制时，输送到电机的能量必须停止。
c)只有在骑车人开始转动脚蹬时，才允许辅助电机开始输出动力。
d)一旦骑车人中止转动脚蹬，在预设的行驶距离范围内，电力输出应该停止。
另外，出于安全原因，要求e)电动自行车刹车制动时，电机应当立即停止运转。
为符合上述法律要求，可以使用一个电子控制器，对于全部或只是b)，c)，d)和e)点要求，电子控制器由可以由感应电动自行车的使用条件的适当的传感器来控制。
在要求a)并非由电子控制器主动控制时，对功率的限制是由电机本身固有的特性决定的。
d)点要求，只要相应传感器感应到刹车制动，就会执行。
目前有很多系统，使用严格或不太严格的方式来遵守b)，c)和e)的要求，基本上是基于脚蹬转速和/或脚蹬力矩传感器，或链条转速和/或链条压力传感器的信号。对于e)点要求，通常是通过刹车命令，启动制动装置来满足的。
上述系统，尤其是那些感应脚蹬力矩或链条压力，而不是简单地感应脚蹬转速的系统，对偶发的校准偏差是十分灵敏和敏感的。另外，只感应脚蹬转速的系统，又由于必须识别脚蹬的旋转方向是否和骑车人的蹬骑意愿一致，有一种不能及时允许电机启动的趋势。
这些系统只有在脚蹬旋转速度和后轮转速之比是固定时，才能满足要求并以此保证电机操作的重复性。
发明内容
本发明的目的就是解决上述的局限和不便。本发明通过一个模式化和根据对控制的要求和其复杂程度可扩展的传感器系统，提供出不同的解决方案，最终达到解决上述系统问题的目的。
该系统是模式化的，可以使用一个或多个有相同特性的传感器；根据需要又是可扩展的，可以同时使用多个传感器，来提供更精密的控制。
本传感器系统可以有效并方便地使用在前面提到过的任何一种电机安放模式上。
即便是该系统最简单的一种实施方式，只有一个传感器，也可保证电机以同样及时的方式来启动，无需使用变速箱。
所有传感器可使用同一种制造工艺，但并不仅限于此，在一个方案中是由一个霍尔效应感应器，和其对面的带有永久性磁铁的磁钢盘构成。
发明关键是在于传感器恰当和独创的安置方法。
根据安置位置不同，下面的内容描述了各个传感器和传感器之间组合的优点
I)一个第一传感器与飞轮一体，霍尔感应器固定在车架上，其对面是磁钢盘，相对于自行车后轴旋转。第一传感器只有在飞轮转动时感应信号，并通过对信号的适当解码，识别出旋转方向。只有骑车人转动脚蹬才能使飞轮旋转。这样，不仅能识别出骑车人蹬骑的动作，以及要求的自行车行进方向的一致性，还可以感应蹬骑的连续性，或是立刻感应到可能的蹬骑中止。通过这样的方式，根据法规c)和d)的要求，系统提供给电子控制器单一标准，来开始，维持或中止电机输送动力。
上述的传感器的安装位置，使其具有蹬骑方向识别能力，在自行车行驶距离方面，始终如一，而与带脚蹬的链轮和飞轮之间的传动速比没有关联。这与平时常见的，使用一个传感器来感应脚蹬旋转的情况，正好相反。
仅使用这个传感器，无论是法规允许的最高速度的控制，还是法规规定的最大输出功率的控制，都是由电机的功能特性的固有限值来实现的。另外，当骑车人停止蹬骑之后，电机的功率输出应该在一定的时间内中止，从而不使行驶距离超出法律强制规定的范围。
II)安装在一个车轮上的第二传感器，霍尔感应器固定在车架上，对面是安装在同一车轮上的磁钢盘，既能够感应行驶距离，也能够感应电动自行车的实际车速，及当时的推进系统只是人工的，或是电动与人工混合型的。
特别是，组合利用来自第一和第二传感器的信号，可以根据飞轮传感器I)和车轮传感器II)信号允许的变差，设置电机输出的控制策略。更广泛地说，组合利用第一和第二传感器的信号，可以既根据自行车的速度又根据行程，用任意方式恰当地将电机的干预模式化。因此，在接近法规限速的时候，可以将电机的输出功率逐渐减低，直到到达速度限值时，中止电机功率的输出；另外也保证在蹬骑停止后，在预设的、并由传感器II)直接测量的行驶距离内，中止功率的输出，因此，与链轮/飞轮之间的传动速比没有关系。同时使用第一和第二两个传感器，利用恰当的处理逻辑，也能够保证对带手动变速、多极传动速比的脚踏助力电动自行车的广泛和最佳的控制。
使用第二传感器传来的速度信息，再结合电子控制器内储存的，根据速度和耗电电流形成的电机特性映射图，可以对电机的输出进行主动规划，并在法规允许的范围内，最大限度地对其进行利用。
III)中轴传感器(第三传感器)，霍尔感应器固定在车架上，对面是与脚蹬中轴一体旋转的磁钢盘，能够感应脚蹬的旋转速度，利用的是链轮/飞轮之间的可变传动速比，而不是依托飞轮的转速。有效利用脚蹬旋转速度准则，可以通过利用市场上可以找到的自动变速技术，将蹬骑速度维持在舒适的范围内，甚至可能遵从主观选择，通过适当的、现有的工具在电子控制器内进行设定。
组合使用上述三个传感器，可以在现行法律的范围内，保证电机的最优化管理，同时具备个性使用的最大的灵活性和舒适性，另外还开辟了一个全新的创新性的控制逻辑领域。
通过参考附图，可以更好地理解发明的特性和目的。图纸表示的是组成传感系统的各个传感器的推荐设置方案图1是与飞轮一体的第一传感器的安装位置示意图，飞轮带动后轮，传感器位于有键槽的后轴上；图2是后轴皮在飞轮对面的视图，可以看到第二传感器可能的安装位置，该传感器与后轴皮一体，和后轴皮一起旋转；图3是第三传感器的安装位置示意图，与脚蹬一体，和脚蹬一起旋转。
最佳实施方式图1表示的是自行车的已知的运动机构部分，带有飞轮4；且只有当图3中链轮6的脚蹬5被传动链条8拉动并旋转时，飞轮4才使图1中的一体化磁钢盘1旋转，使得磁钢盘上小的永久性磁铁3，顺序通过图1中的霍尔感应器2前，霍尔感应器捕获磁铁通过的信号，即飞轮的运动。请注意飞轮4只有在脚蹬运动时才旋转，脚蹬停止时飞轮也停止旋转。图1还显示了与后轴皮一体的电机7，电子控制器根据对系统传感器信号的处理来驱动电机。
图2表示的是系统的第二传感器，带磁钢盘1，磁钢盘1与后轴皮连成一体，和后轮一起转动。图2中的霍尔感应器2感应永久性磁铁3的通过情况，向电子控制器输送单一的行驶距离信号和行进速度信号。由图示可以知，此传感器可以由图1中的第一传感器的同样的制造元件来构成。
图3表示的第三传感器，可以与前两个传感器是同一个，图3所示的磁钢盘1，与脚蹬5和链轮6连成一体，在本系统内，从霍尔感应器2提供给电子控制器蹬骑的节奏标准，与图3中的链轮6和图1中的飞轮4之问的传动速比没有关联。
上述描述，对照不同的配置和功能参数，如与前轴皮合为一体的前置电机；或是设置在电动自行车上的其他电机，通过电子控制器和上述传感器起到对自行车的驱动作用；或是第二传感器的安装位置不同，只要其和两只轮子(前轮或后轮)之中的任何一个合在一起运动等，都仅仅是一个制造的范例，且不仅限于此。
权利要求
1.一种用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于包括至少一个与飞轮一体的传感器，用来感应脚蹬通过链条输送给飞轮的旋转，或是由于停止蹬骑而导致的飞轮停转，并据此向电子控制器提供信息标准，以便启动、维持或放弃辅助电机的动力输出。
2.如权利要求1所述的用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于包括一个与脚蹬一体的可以改变链轮和后轮的轴上的多级飞轮之间的传动速比的手动控制装置。
3.一种用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于有一个第二传感器感应自行车两个车轮之一的旋转，并与同飞轮一体并感应飞轮运动状态的第一传感器的输出信号结合，形成电动自行车的控制逻辑的信息标准。
4.如权利要求3所述的用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于传感器的输出信号构成电子控制器使用的信息，根据置有第一传感器的飞轮和置有第二传感器的车轮的速度之间角速度的偏差或差值，形成控制逻辑。
5.如权利要求3所述的用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于传感器的输出信号，在预设范围内控制电机功率的输出。
6.如权利要求5所述的用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于传感器的输出信号，在预设范围内结合电子控制器内部直接可查的其它参数控制电机功率的输出。
7.如权利要求5所述的用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于传感器的输出信号，在预设范围内根据电子控制器内部储存的特征，控制电机功率的输出。
8.如权利要求5所述的用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于传感器的输出信号，在预设范围内根据电子控制器内部储存的特征，结合控制器内部直接可查的其它参数主动控制电机功率的输出。
9.如权利要求3所述的用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，其特征在于设有第三传感器，用于感应脚蹬转速，与后轴上飞轮信号和自行车轮信号结合，使得电子控制器控制一个电子变速装置，将脚蹬行程自动维持在一个合理的较小预设节奏范围。
全文摘要
一种用于脚踏助力电动自行车的传感器系统，该系统是模式化的而且根据对自行车控制的要求和复杂程度的不同是可以扩展的，其包括至少由一个与飞轮一体的传感器，所述传感器感应脚蹬通过链条输送给飞轮的旋转，或是由于停止蹬骑而导致的飞轮停转，并以此方式向电子控制器提供信息标准，来启动、维持或放弃辅助电机的动力输出。
文档编号B62M6/00GK1836971SQ20061000079
公开日2006年9月27日 申请日期2006年1月11日 优先权日2005年1月11日
发明者莫里齐奥·德·康希尼 申请人:康希尼有限公司下属泰克诺卡巴简易股份有限公司