CN109305281B - 电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，包括设于五通管内的中轴及安装在中轴上的牙盘和两端曲柄，还包括贴设于中轴上的扭矩应变片及与扭矩应变片电连接的电动自行车控制器，其特征在于所述中轴上藉由花键配合套设有靠近一端曲柄并位于该曲柄内侧的牙盘轴套，牙盘固定在牙盘轴套上，中轴上贴设对应两端曲柄的两个扭矩应变片，且这两个扭矩应变片沿轴向分设于中轴上的花键两侧。该设计中牙盘侧的扭矩应变片能先行检测到曲柄方面直接施加在中轴上的扭矩，而不受牙盘方面的干扰，测定数据更加精准，故缩小了两扭矩应变片的测定差异，提高了中轴两端踏力信号的判断准确性，利于维持信号的连续性从而大大提高骑乘质量。

Description

电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置

技术领域

本发明涉及一种电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置。

背景技术

目前电动自行车的中轴上通常都安装有踏力检测装置用于实时检测踏力信号，并根据踏力信号来准确判定骑乘人员的骑乘状态（轻蹬还是重蹬），以此驱动电机进行功率输出调整。

众所周知，由于自动车的踏板安装在曲柄上，而曲柄又与中轴相连，因此测定踏力最直接的方法就是测定中轴扭矩，而采用的传感元件为扭矩应变片。故较常见的踏力检测现行方案通常都是在中轴上贴附对应检测左右扭矩的两个扭矩应变片，然而在长期的使用实践中这种测定方式的检测精度不高，究其原因在于：

已有的电动自行车上中轴一端曲柄往往与牙盘是一体结构，而牙盘又是通过链条与电动自行车的电机减速驱动机构相连的，这样导致中轴上与牙盘一侧的曲柄对应的扭矩应变片的扭矩测定不准确，因为检测到的这部分扭矩中包含有由链条经牙盘施加至中轴上的扭矩。所以上述测定方案和机构中，因中轴两端的力量传递方式存在差异，即便对两扭矩应变片的相对角位置或轴向位置实施调整，也无法准确判断出该中轴两端的踏力信号，也就无法维持信号的连续性，骑乘质量也就会随之降低。

为了解决上述问题，现有技术中亦有改进措施，例如授权公告号为CN202807025U的中国专利提供的一种“电动自行车的踏力感测机构”，其方案中采用扭矩应变片和弯矩应变片相结合的方式来测定中轴两端踏力信号，测量精度虽然得到了相对提高。但这种感测机构的缺点也很明显，其检测得到的中轴两端踏力，尤其是牙盘侧的踏力实质上是经过处理器内部运算后获得的模拟值，与直接测量方式获取的数值间还是存在差距的。并且从机械装配结构上来说，其依旧没有解决中轴两端力量传递差异的问题，实际检测时牙盘侧依旧会引入干扰因素。此外这套感测机构中对于传感元件的应用较多，也使得生产成本被相应提高。

发明内容

本发明目的是：针对背景技术中涉及的现有技术中的不足而提供一种电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，该装置结构简单，装配便利，对于踏力信号的检测精度更高。

本发明的技术方案是：一种电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，包括设于五通管内的中轴及安装在中轴上的牙盘和两端曲柄，还包括贴设于中轴上的扭矩应变片及与扭矩应变片电连接的电动自行车控制器，其特征在于所述中轴上借由花键配合套设有靠近一端曲柄并位于该曲柄内侧的牙盘轴套，牙盘固定在牙盘轴套上，中轴上贴设对应两端曲柄的两个扭矩应变片，且这两个扭矩应变片沿轴向分设于中轴上的花键两侧。

进一步的，本发明中所述五通管内壁上固定有外支架，外支架上设有外围感应线圈及与外围感应线圈相连的外PCB板，而中轴外壁上设有内支架，内支架上设有与外围感应线圈配合的内侧感应线圈及与内侧感应线圈相连的内PCB板，所述两个扭矩应变片上均接有应变片接线与内PCB板相连，而外PCB板上接有引出线穿过五通管壁上开孔与所述电动自行车控制器相连。

更进一步的，本发明中所述中轴和牙盘轴套上的花键均位于五通管内部，而牙盘轴套具有伸出五通管的部分以套设牙盘，该牙盘轴套外壁上铣有位于五通管内的第一轴套台阶面和位于五通管外的第二轴套台阶面，而牙盘轴套内壁上铣有向内抵于中轴花键端部上的第三轴套台阶面，该第三轴套台阶面位于第一轴套台阶面内侧，五通管内安装有套设在牙盘轴套上的轴承，该轴承向内抵于第一轴套台阶面上以配合前述中轴花键端部轴向定位牙盘轴套；所述牙盘则被夹紧固定在第二轴套台阶面和与牙盘轴套螺纹配合的锁紧螺母之间。

进一步的，本发明中所述内PCB板位于中轴上的花键内侧，而其中一扭矩应变片位于中轴上的花键和外侧的牙盘之间，该扭矩应变片上的应变片接线穿过中轴花键上铣有的走线槽而与内PCB板电连接。走线槽的引入更利于应变片接线的布置和稳固定位，避免走线繁杂。

进一步的，本发明中所述外PCB板上设有测踏频霍尔传感器，而中轴上固定有与测踏频霍尔传感器配合的测踏频磁环。

更进一步的，本发明中所述内、外PCB板均与中轴平行布置。

进一步的，本发明中所述两个扭矩应变片在中轴圆周上间隔角度为0。

本发明的使用原理如下：

同常规技术一样，两侧曲柄用于安装脚踏，人骑行时人施加至脚踏上的踏力经由曲柄传递至中轴上，并由贴设于中轴上的两个扭矩应变片分别检测获取后输出给电动自行车控制器，由控制器运算后转换为踏力信号，并根据踏力信号来准确判定骑乘人员的骑乘状态（轻蹬还是重蹬），以此驱动电机进行功率输出调整。

由于本发明中在中轴上设置牙盘轴套来固定牙盘，相当于割断了牙盘与同侧曲柄的直接联系，使得牙盘方面传递过来的力量首先是由牙盘轴套和中轴之间的花键配合所承受并消解而不会施加至同侧的曲柄上，同时又将两扭矩应变片贴附于中轴上的花键两侧，这样当人骑行踩踏时，牙盘一侧的扭矩应变片先行检测到曲柄方面直接施加在中轴上的扭矩，而不受牙盘方面的干扰，测定数据更加精准，从而进一步缩小了中轴两端的扭矩应变片测定差异，确保电动自行车控制器能够更准确的判断出中轴两端的踏力信号。

本发明的优点是：

1．本发明通过在中轴上设置牙盘轴套来固定牙盘，相当于割断了牙盘与同侧曲柄的直接联系，使得牙盘方面传递过来的力量首先是由牙盘轴套和中轴之间的花键配合所承受并消解而不会施加至同侧的曲柄上，同时又将两扭矩应变片贴附于中轴上的花键两侧，这样当人骑行踩踏时，牙盘一侧的扭矩应变片先行检测到曲柄方面直接施加在中轴上的扭矩，而不受牙盘方面的干扰，测定数据更加精准，从而进一步缩小了中轴两端的扭矩应变片测定差异，确保电动自行车控制器能够更准确的判断出中轴两端的踏力信号，从而维持信号的连续性，大大提高骑乘质量。

2.本发明相比现有技术仅仅是通过机械结构上的改进来提升最终信号检测准确性，而没有增加额外的用电传感单元及复杂线路设计，从而节约了生产成本。

3.本发明的整体结构简单，机械部件之间，尤其是中轴、牙盘轴套和牙盘之间的设计装配便利，易于生产组装和拆卸维修。

4.本发明内部各部件配合设计紧密，充分利用空间，使得整体结构紧凑且装配的稳定性高。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

其中：1、五通管；2、中轴；3、牙盘；4、曲柄；5、扭矩应变片；6、花键；6a、走线槽；7、牙盘轴套；7a、第一轴套台阶面；7b、第二轴套台阶面；7c、第三轴套台阶面；8、外支架；9、外围感应线圈；10、外PCB板；11、内支架；12、内侧感应线圈；13、内PCB板；14、应变片接线；15、引出线；16、开孔；17、轴承；18、锁紧螺母；19、测踏频霍尔传感器；20、测踏频磁环。

具体实施方式

实施例：下面结合图1所示对本发明提供的这种电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置进行详细说明如下：

同常规技术一样，其具有设于五通管1内的中轴2及安装在中轴2上的牙盘3和两端曲柄4，还具有贴设于中轴2上的扭矩应变片5及与扭矩应变片5电连接的电动自行车控制器（图中未表示）。本发明的改进核心为：所述中轴2上借由花键6配合套设有靠近一端曲柄4并位于该曲柄4内侧的牙盘轴套7，牙盘3固定在牙盘轴套7上，中轴2上贴设对应两端曲柄4的两个扭矩应变片5，且这两个扭矩应变片5沿轴向分设于中轴2上的花键6两侧。

具体结合图1所示，本实施例中所述五通管1内壁上固定有外支架8，外支架8上设有外围感应线圈9及与外围感应线圈9相连的外PCB板10，而中轴2外壁上设有内支架11，内支架11上设有与外围感应线圈9配合的内侧感应线圈12及与内侧感应线圈12相连的内PCB板13，所述两个扭矩应变片5上均接有应变片接线14与内PCB板13相连，而外PCB板10上接有引出线15穿过五通管1壁上开孔16与所述电动自行车控制器相连。

依旧如图1所示，所述中轴2和牙盘轴套7上的花键6均位于五通管1内部，而牙盘轴套7具有伸出五通管1的部分以套设牙盘3，该牙盘轴套7外壁上铣有位于五通管1内的第一轴套台阶面7a和位于五通管外的第二轴套台阶面7b，而牙盘轴套7内壁上铣有向内抵于中轴2花键6端部上的第三轴套台阶面7c，该第三轴套台阶面7c位于第一轴套台阶面7a内侧，五通管1内安装有套设在牙盘轴套7上的轴承17，该轴承17向内抵于第一轴套台阶面7a上以配合前述中轴2花键6端部轴向定位牙盘轴套7；所述牙盘3则被夹紧固定在第二轴套台阶面7b和与牙盘轴套7螺纹配合的锁紧螺母18之间。

本实施例中所述内PCB板13位于中轴2上的花键6内侧，而其右侧的扭矩应变片5位于中轴2上的花键6和外侧的牙盘3之间，该扭矩应变片5上的应变片接线14穿过中轴2花键6上铣有的走线槽6a而与内PCB板13电连接。

同时，本实施例中所述外PCB板10上设有测踏频霍尔传感器19，而中轴2上固定有与测踏频霍尔传感器19配合的测踏频磁环20。

本实施例中所述内、外PCB板13、10均与中轴2平行布置。并且所述两个扭矩应变片5在中轴2圆周上间隔角度为0。

本发明的使用原理如下：

同常规技术一样，两侧曲柄4用于安装脚踏，人骑行时人施加至脚踏上的踏力经由曲柄4传递至中轴2上，并由贴设于中轴2上的两个扭矩应变片5分别检测获取后输出给电动自行车控制器，由控制器运算后转换为踏力信号，并根据踏力信号来准确判定骑乘人员的骑乘状态（轻蹬还是重蹬），以此驱动电机进行功率输出调整。

由于本发明中在中轴2上设置牙盘轴套7来固定牙盘3，相当于割断了牙盘3与右侧曲柄4的直接联系，使得牙盘3方面传递过来的力量首先是由牙盘轴套7和中轴2之间的花键配合所承受并消解而不会施加至该侧曲柄4上，同时又将两扭矩应变片5贴附于中轴2上的花键6两侧，这样当人骑行踩踏时，牙盘3一侧的扭矩应变片5（本实施例中位于右侧）先行检测到曲柄4方面直接施加在中轴2上的扭矩，而不受牙盘3方面的干扰，测定数据更加精准，从而进一步缩小了中轴2两端的扭矩应变片5的测定差异，确保电动自行车控制器能够更准确的判断出中轴2两端的踏力信号。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，包括设于五通管（1）内的中轴（2）及安装在中轴（2）上的牙盘（3）和两端曲柄（4），还包括贴设于中轴（2）上的扭矩应变片（5）及与扭矩应变片（5）电连接的电动自行车控制器，其特征在于所述中轴（2）上借由花键（6）配合套设有靠近一端曲柄（4）并位于该曲柄（4）内侧的牙盘轴套（7），牙盘（3）固定在牙盘轴套（7）上，中轴（2）上贴设对应两端曲柄（4）的两个扭矩应变片（5），且这两个扭矩应变片（5）沿轴向分设于中轴（2）上的花键（6）两侧；

所述五通管（1）内壁上固定有外支架（8），外支架（8）上设有外围感应线圈（9）及与外围感应线圈（9）相连的外PCB板（10），而中轴（2）外壁上设有内支架（11），内支架（11）上设有与外围感应线圈（9）配合的内侧感应线圈（12）及与内侧感应线圈（12）相连的内PCB板（13），所述两个扭矩应变片（5）上均接有应变片接线（14）与内PCB板（13）相连，而外PCB板（10）上接有引出线（15）穿过五通管（1）壁上开孔（16）与所述电动自行车控制器相连；

所述中轴（2）和牙盘轴套（7）上的花键（6）均位于五通管（1）内部，而牙盘轴套（7）具有伸出五通管（1）的部分以套设牙盘（3），该牙盘轴套（7）外壁上铣有位于五通管（1）内的第一轴套台阶面（7a）和位于五通管外的第二轴套台阶面（7b），而牙盘轴套（7）内壁上铣有向内抵于中轴（2）花键（6）端部上的第三轴套台阶面（7c），该第三轴套台阶面（7c）位于第一轴套台阶面（7a）内侧，五通管（1）内安装有套设在牙盘轴套（7）上的轴承（17），该轴承（17）向内抵于第一轴套台阶面（7a）上以配合前述中轴（2）花键（6）端部轴向定位牙盘轴套（7）；所述牙盘（3）则被夹紧固定在第二轴套台阶面（7b）和与牙盘轴套（7）螺纹配合的锁紧螺母（18）之间。

2.根据权利要求1所述的电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，其特征在于所述内PCB板（13）位于中轴（2）上的花键（6）内侧，而其中一扭矩应变片（5）位于中轴（2）上的花键（6）和外侧的牙盘（3）之间，该扭矩应变片（5）上的应变片接线（14）穿过中轴（2）花键（6）上铣有的走线槽（6a）而与内PCB板（13）电连接。

3.根据权利要求1或2所述的电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，其特征在于所述外PCB板（10）上设有测踏频霍尔传感器（19），而中轴（2）上固定有与测踏频霍尔传感器（19）配合的测踏频磁环（20）。

4.根据权利要求1所述的电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，其特征在于所述内PCB板（13）、外PCB板（10）均与中轴（2）平行布置。

5.根据权利要求1所述的电动自行车中轴双侧踏力高精度检测装置，其特征在于所述两个扭矩应变片（5）在中轴（2）圆周上间隔角度为0度。