CN105480369A - 自行车智能动力装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自行车智能动力装置及其工作方法，该装置包括智能盒子，智能盒子内设有智能控制器；并且，自行车智能动力装置还包括检测自行车的链轮曲柄组转动的踏频传感器，当踏频传感器检测到链轮曲柄组转动时向智能控制器输出信号，智能控制器向位置控制器输出控制信号，位置控制器调节电机位置，使电机与自行车轮胎表面接触，且智能控制器驱动电机转动；当踏频传感器检测到链轮曲柄组停止转动时向智能控制器输出信号，智能控制器向位置控制器输出控制信号，位置控制器调节电机位置，使电机与自行车轮胎表面脱离，且智能控制器驱动电机停止转动。本发明还提供上述装置的工作方法。本发明结构简洁、轻巧，能够智能地实现助力的控制，并且能够便捷地安装到普通自行车上，将普通自行车变换为智能助力自行车。

Description

自行车智能动力装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及自行车配件领域，具体地，是涉及安装在自行车上的自行车智能动力装置以及这种装置的工作方法。

背景技术

自行车是常见的交通工具以及运动器械，自行车通常是依赖于人力骑行，人们通过蹬踏脚踏带动自行车的链轮曲柄组转动，从而带动链条转动，链条与自行车后轮的齿轮啮合，通过链条带动齿轮转动，进而带动自行车前行。

当人们在负重较大或者上坡时，通常需要较大的蹬踏力量才能带动自行车前行，但对人们的体力消耗较大。另外，即使在负重较小或者没有上坡的情况下，受限于骑行者的体能，人们通常难以长时间骑行，导致骑行距离不远，影响自行车的使用。

现有一部分自行车安装有电池，通过电池驱动后轮，但是由于电池是固定安装在自行车的后轮上，且电池的重量很大，通常有5公斤甚至10公斤，不但大大增加了自行车的重量，且电池的充电非常不方便，影响自行车的使用。

现有的电动助力车则设有可拆卸的蓄电池，但蓄电池的重量非常大，且蓄电池输出的功率固定，不能根据骑行者的需要调节输出功率，不便于骑行者的使用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种轻巧、简洁、高效并且可以智能地控制的自行车智能动力装置。

本发明的另一目的是提供一种上述自行车智能动力装置的工作方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的自行车智能动力装置包括智能盒子，智能盒子通过安装组件安装在自行车上，智能盒子内设有智能控制器；并且，自行车智能动力装置还包括检测自行车的链轮曲柄组转动的踏频传感器，当踏频传感器检测到链轮曲柄组转动时向智能控制器输出信号，智能控制器向位置控制器输出控制信号，位置控制器调节电机位置，使电机与自行车轮胎表面接触，且智能控制器驱动电机转动，电机带动自行车轮胎转动并驱动自行车前进；当踏频传感器检测到链轮曲柄组停止转动时向智能控制器输出信号，智能控制器向位置控制器输出控制信号，位置控制器调节电机位置，使电机与自行车轮胎表面脱离，且智能控制器驱动电机停止转动。

由上述方案可见，由于自行车智能动力装置可以从自行车上拆卸下来，需要充电时可以将电池拆卸，在需要使用时，将自行车智能动力装置安装到自行车上即可，使用非常方便。并且，通过位置控制器调节电机与自行车轮胎是否接触，当电机与自行车轮胎接触，电机转动并带动自行车轮胎转动，为自行车提供助力；当电机与自行车轮胎脱离，电机不会对自行车产生任何阻力。当人们需要助力时，可开启电源，让自行车智能动力装置运转；当不需要助力时，关闭电源即可。自行车智能动力装置的使用极为方便，满足骑行者负重较大或者远距离骑行时的需求。

一个优选的方案是，自行车智能动力装置还包括向智能控制器输出信号的运动传感器，智能控制器还接收速度与助力等级设定信号，根据速度与助力等级设定信号并结合运动传感器输出的信号调节电机输出的功率。

由此可见，智能控制还可以接收骑行者通过设备发出的速度与助力等级的设定信号，并且调节电机的输出功率，这样骑行者可以根据实际需要调节骑行速度以及需要的助力等级，满足不同环境下的使用要求。

进一步的方案是，运动传感器至少包括速度传感器、加速度计或者陀螺仪中的一个。

可见，在设定速度与助力等级的情况下，智能控制器还可以根据速度传感器、加速度计或者陀螺仪中输出的当前速度信号、加速度信号以及方向信号来计算出电机所需要的功率，电机输出的功率更为精确。

更进一步的方案是，自行车智能动力装置还包括传输无线信号的无线通信模块，无线通信模块可接收外部的无线信号并将无线信号传输至智能控制器，无线通信模块还可将智能控制器的数据无线传输至外部无线设备。

由此可见，智能控制器可以接收从手机、智能手表等无线设备发出的无线信号，如蓝牙信号、红外信号或者射频信号等，方便骑行者通过智能设备对自行车智能动力装置的控制。智能控制器也可以将自行车当前速度、踏频、电池剩余电量等信息传输至手机、智能手表等无线设备，方便骑行者通过无线设备查看上述信息。

更进一步的方案是，自行车智能动力装置还包括向电机输出电能的电池，电池上设有调节按钮/旋钮，调节按钮/旋钮用于调节向电机输出的功率大小。

可见，骑行者还可以通过调节电池上的调节按钮/旋钮控制电池向电机输出的功率，从而调节电机的转速，满足骑行者对速度以及助力等级的需求。

可选地，自行车智能动力装置还包括接收智能控制器输出的信号的显示装置。

这样，骑行者可以将显示装置安装在自行车的把手上，通过显示装置所显示的数据了解自行车以及自行车智能动力装置的工作状态，如当前速度、当前助力等级、蹬踏频率、电池剩余电量等信息，方便人们根据实际情况调节速度与助力等级。

为实现上述的另一目的，本发明提供的自行车智能动力装置的工作方法，包括当踏频传感器检测到链轮曲柄组转动时向智能控制器输出信号，智能控制器向位置控制器输出控制信号，位置控制器调节电机位置，使电机与自行车轮胎表面接触，且智能控制器驱动电机转动，电机带动自行车轮胎转动并驱动自行车前进；当踏频传感器检测到链轮曲柄组停止转动时向智能控制器输出信号，智能控制器向位置控制器输出控制信号，位置控制器调节电机位置，使电机与自行车轮胎表面脱离，且智能控制器驱动电机停止转动。

由上述方案可见，骑行者在蹬踏脚踏时，链轮曲柄组开始转动，智能控制器控制电机接触自行车的轮胎表面并且开始转动。在骑行者停止蹬踏脚踏时，电机与自行车轮胎表面脱离并且停止转动，不再产生助力，自行车智能动力装置的控制非常方便。并且，自行车智能动力装置体积小，外观简洁，结构轻巧，能够便捷地安装到普通自行车上，将普通自行车变换为智能助力自行车。自行车智能动力装置的使用和充电也非常方便。

附图说明

图1是本发明自行车智能动力装置实施例安装在自行车上的结构示意图。

图2是本发明自行车智能动力装置实施例的电原理框图。

图3是本发明自行车智能动力装置工作方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本发明的自行车智能动力装置可拆卸地安装到自行车上，自行车包括车架10，在车架10的下方安装有前轮13以及后轮14，通常前轮13为转向轮，后轮14为动力轮。车架10的上方设有手柄11以及坐垫12，在车架10的下方还设有链轮曲柄组17，链轮曲柄组17上设有脚踏15，骑行者通过蹬踏脚踏15带动链轮曲柄组17转动，从而带动后轮14上的齿轮转动，进而带动后轮14转动。

本实施例中，自行车智能动力装置包括一个安装在车架10上的电池29，且电池29是可拆卸地安装在车架10上。优选地，电池29的体积与普通的自行车车载水壶的体积相当，因此电池29的重量很小，便于携带。对电池29充电时，只需要将电池29取下即可以方便地对电池29进行充电。电池29预留USB接口，可以对手机等USB设备充电。

自行车智能动力装置具有智能盒子20，智能盒子20通过安装组件18可拆卸地安装到自行车的车叉16上。智能盒子20内设有电路板，在电路板上集成有智能控制器21、踏频传感器22、加速度计23、陀螺仪24等，因此智能盒子20需要具有一定的防水、防尘等级，以避免水汽、灰尘进入智能盒子20内。

智能盒子20可以固定在安装组件18上，例如智能盒子20与安装组件18一体成型，智能盒子20也可以是通过螺钉等连接在安装组件18上。安装组件18可以通过螺钉、铆钉或者卡扣等固定在自行车上，从而实现智能盒子20可以从自行车上方便地拆卸。

在车叉16上还设有速度传感器26，用于检测自行车的速度，速度传感器26可以将检测到的自行车的速度信号传输至智能控制器21。并且，加速度计23、陀螺仪24所检测到的加速度信号以及自行车的方向信号也传输至智能控制器21。踏频传感器22用于检测链轮曲柄组17的转动，并且在链轮曲柄组17转动时向智能控制器21输出信号，在链轮曲柄组17停止转动时也向智能控制器21输出信号。

自行车智能动力装置还设有电机28，优选地，电机28为外转子电机，在转子的外表面上包套有摩擦件，如橡胶层，通过摩擦件与自行车的后轮14轮胎的表面接触。当电机28转动时与后轮14轮胎的表面摩擦，由此向后轮14施加驱动力，从而实现助力的效果。

电池29向电机28供电，优选地，电池29上设置有调节按钮或者旋钮，通过调节按钮或者旋钮来调节电池29向电机28输出的功率，从而调节自行车智能动力装置的助力等级。

并且，自行车智能动力装置还设有位置控制器27，位置控制器27接收智能控制器21输出的信号，并且调节电机28的位置。图1所示的状态下，电机28与后轮14轮胎表面接触，此时为工作状态。如自行车智能动力装置处于非工作状态，则电机28与后轮14轮胎的表面脱离，即电机28不与后轮14轮胎的表面接触，也就不向后轮14施加动力。位置控制器27可以是一个可以摆动的机构，其一端铰接在智能盒子20上，电机28固定在摆动机构的另一端。位置控制器27在智能控制器21的控制下摆动，如摆动至如图1所示的位置，也可以从图1所示的位置顺时针摆动，此时电机28与后轮14的表面上脱离。

参见图2，智能控制器21接收踏频传感器22的信号，踏频传感器22用于检测链轮曲柄组17的转动情况，并且在链轮曲柄组17转动时向智能控制器21输出信号，智能控制器21随即向位置控制器27输出控制信号，调节电机28的位置，使电机28与后轮14轮胎的表面接触，如图1所示的状态。此时，智能控制器21还控制电池29向电机28供电，电机28开始转动，向后轮14加载动力。

当踏频传感器22接收到链轮曲柄组17停止转动的信号后，向智能控制器21输出信号，智能控制器21随即向位置传感器27输出信号，调节电机28的位置，使电机28与后轮14轮胎的表面脱离，并且控制电池29停止向电机28供电，电机28停止转动。

在电机28转动过程中，智能控制器21可以接收外部的速度与助力等级的设定信号，速度与助力等级的设定信号可以通过无线通信模块接收。本实施例中，无线通信模块为蓝牙模块30，蓝牙模块30可以接收蓝牙设备发出的蓝牙信号，蓝牙设备可以是智能手机、平板电脑、智能手表等具有蓝牙模块的设备。例如，在智能手机上安装应用程序，并且通过智能手机上的蓝牙模块发射蓝牙信号，蓝牙模块30接收智能手机所发出的蓝牙信号，并将蓝牙信号传输至智能控制器21。这样，骑行者可以通过智能手机等蓝牙设备设定速度以及助力等级的数据，并且通过蓝牙模块发送至自行车智能动力装置上。

智能控制器21还可以实时接收加速度计23输出的加速度信号，并且接收陀螺仪24输出的方向信号，还接收速度传感器26输出的速度信号。智能控制器21接收到速度与助力等级的设定信息后，结合当前自行车的速度、加速度、前进的俯仰角度等计算出合适的功率，并控制电池29向电机28输出合适的功率。

当然，自行车上还可以设置显示装置，如显示屏等，显示装置可以固定安装在自行车的把手11上，智能控制器21可以通过蓝牙模块30将自行车当前速度、加速度、助力等级、电池剩余电量等信息传输至显示屏，显示屏显示上述信息。当然，蓝牙模块30也可以将自行车当前速度、踏频、电池剩余电量等信息传输至智能手机等蓝牙设备，骑行者直接通过蓝牙设备查看上述的信息。

助力等级的设定不一定通过蓝牙设备输入，由于在电池29上设置调节按钮或者旋钮，可以通过调节按钮或者旋钮来调节电池29向电机28输出的功率，从而调节助力等级。或者，在自行车的把手11上设置按钮或者旋钮，通过调节按钮或者旋钮来调节助力等级。

下面结合图3介绍自行车智能动力装置的工作流程。首先，踏频传感器检测链轮曲柄组是否转动，即执行步骤S1，如链轮曲柄组开始转动，则执行步骤S2，智能控制器向位置控制器输出控制信号，调节电机的位置，使电机与后轮轮胎的表面接触，并且驱动电机转动。此时，电机以默认的速度开始转动，助力等级为默认的助力等级。

在电机转动过程中，智能控制器判断速度、加速度、方位是否变化，以及速度、助力等级设定是否变化，即执行步骤S3。速度、加速度、方位信号分别由速度传感器、加速度计和陀螺仪传送给智能控制器。速度或助力等级的设定信号可以是通过蓝牙模块等无线通信模块接收，与可以是通过电池、把手上的按钮或者旋钮等方式设定。

智能控制器接收到速度、加速度、方位变化或者速度、助力等级设定变化后，执行步骤S4，根据当前自行车的速度、加速度、俯仰角度，以及速度、助力等级设定计算出合适的功率，并且调节向电机的输出功率。

电机转动过程中，智能控制器判断是否接收到踏频传感器检测的链轮曲柄组停止转动的信号，即执行步骤S5。如踏频传感器检测到链轮曲柄组停止转动，则执行步骤S6，调节电机的位置，使电机与后轮的表面脱离，并且停止驱动电机转动。如果步骤S5中，踏频传感器检测到链轮曲柄组没有停止转动，则返回执行步骤S3。

由于自行车智能动力装置是可拆卸地安装到自行车的车架上，且电池也是很容易地从自行车上拆卸，结构简洁、轻巧，不会较大地增加自行车的重量。并且，通过踏频传感器检测链轮曲柄组的转动来调节电机的位置并且驱动电机的转动与停止，而且还可以接收设定速度与助力等级的信号，结合自行车当前的速度、加速度以及俯仰角度等计算出合适的驱动功率，实现智能控制。自行车智能动力装置能够便捷地将普通自行车变换为智能助力自行车。

本发明的自行车智能动力装置还可以通过智能手机等蓝牙设备或者通过把手上的按钮设定，在踏频传感器检测到链轮曲柄组停止转动后，让电机仍然继续转动，这样，自行车便以纯电动模式运转。

当然，上述的方案只是本发明优选的实施方案，实际应用是还可以有更多的变化，例如，自行车智能动力装置安装在后轮的上方，或者前轮的上方等；或者，无线通信模块不仅仅是蓝牙模块，还可以是红外模块、WiFi模块或者无线射频模块、GPRS模块等；或者，速度传感器、加速度计以及陀螺仪构成本发明的运动传感器，实际应用时，运动传感器可以是速度传感器、加速度计以及陀螺仪三个中的至少一个，并不一定三个均设置，上述的改变均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.自行车智能动力装置，包括：

智能盒子，所述智能盒子通过安装组件可拆卸地安装在自行车上，所述智能盒子内设有智能控制器；

其特征在于：

所述自行车智能动力装置还包括检测自行车的链轮曲柄组转动的踏频传感器，当所述踏频传感器检测到所述链轮曲柄组转动时向所述智能控制器输出信号，所述智能控制器向位置控制器输出控制信号，所述位置控制器调节电机位置，使所述电机与自行车轮胎表面接触，且所述智能控制器驱动所述电机转动，所述电机带动自行车轮胎转动并驱动自行车前进；

当所述踏频传感器检测到所述链轮曲柄组停止转动时向所述智能控制器输出信号，所述智能控制器向所述位置控制器输出控制信号，所述位置控制器调节电机位置，使所述电机与自行车轮胎表面脱离，且所述智能控制器驱动所述电机停止转动。

2.根据权利要求1所述的自行车智能动力装置，其特征在于：

所述自行车智能动力装置还包括向所述智能控制器输出信号的运动传感器，所述智能控制器还接收速度与助力等级设定信号，根据所述速度与助力等级设定信号并结合所述运动传感器输出的信号调节所述电机输出的功率。

3.根据权利要求2所述的自行车智能动力装置，其特征在于：

所述运动传感器至少包括速度传感器、加速度计或者陀螺仪中的一个。

4.根据权利要求1至3任一项所述的自行车智能动力装置，其特征在于：

所述自行车智能动力装置还包括传输无线信号的无线通信模块，所述无线通信模块可接收外部的无线信号并将所述无线信号传输至所述智能控制器，所述无线通信模块还可将智能控制器的数据无线传输至外部无线设备。

5.根据权利要求4所述的自行车智能动力装置，其特征在于：

所述无线通信模块至少包括蓝牙模块或者红外线模块或者射频模块或者GPRS模块中的一个。

6.根据权利要求1至3任一项所述的自行车智能动力装置，其特征在于：

所述自行车智能动力装置还包括向所述电机输出电能的电池，所述电池上设有调节按钮/旋钮，所述调节按钮/旋钮用于调节向所述电机输出的功率大小。

7.根据权利要求1至3任一项所述的自行车智能动力装置，其特征在于：

所述自行车智能动力装置还包括接收所述智能控制器输出的信号的显示装置。

8.自行车智能动力装置的工作方法，自行车智能动力装置包括智能盒子，所述智能盒子通过安装组件可拆卸地安装在自行车上，所述智能盒子内设有智能控制器，且所述自行车智能动力装置还包括检测自行车的链轮曲柄组转动的踏频传感器；

其特征在于，该方法包括：

当所述踏频传感器检测到所述链轮曲柄组转动时向所述智能控制器输出信号，所述智能控制器向位置控制器输出控制信号，所述位置控制器调节电机位置，使所述电机与自行车轮胎表面接触，且所述智能控制器驱动所述电机转动；

当所述踏频传感器检测到所述链轮曲柄组停止转动时向所述智能控制器输出信号，所述智能控制器向所述位置控制器输出控制信号，所述位置控制器调节电机位置，使所述电机与自行车轮胎表面脱离，且所述智能控制器驱动所述电机停止转动。

9.根据权利要求8所述的自行车智能动力装置的工作方法，其特征在于：

所述智能控制器接收外部输入的速度与助力等级设定信号，根据所述速度与助力等级设定信号并结合运动传感器输出的信号调节所述电机输出的功率；或者通过调节电池上的按钮/旋钮调节所述电机输出的功率。

10.根据权利要求9所述的自行车智能动力装置的工作方法，其特征在于：

所述智能控制器可通过无线通信模块以无线方式接收外部输入的所述速度与助力等级设定信号。