智能型電動(dòng)自行車(chē).doc

智能型電動(dòng)自行車(chē)智能型和智能雙控型電動(dòng)自行車(chē)從原理上看基本相同。它們都是由車(chē)體部件、電池、傳動(dòng)部件、微電腦控制器和測(cè)力測(cè)速傳感部件（俗稱(chēng)力矩 傳感器）組成。智能騎行時(shí)，人的腳踏力由傳感部件測(cè)量出來(lái)，經(jīng)過(guò)微電腦處理，電機(jī)輸出相應(yīng)的功率，使人的騎行十分省力。人的腳踏力越大，電機(jī)輸出的功率即電助力也越大，相反亦然。智能騎行的最大優(yōu)點(diǎn)是安全、省電和使用方便。騎智能型電動(dòng)自行車(chē)和騎普通自行車(chē)完全一樣，但由于有電助力，騎行更輕松、省力。歐、美的大部分國(guó)家和日本都需要智能型電動(dòng)自行車(chē)。其中，日本只許智能型電動(dòng)自行車(chē)上路，并對(duì)智能型電動(dòng)自行車(chē)的要求制定了很?chē)?yán)格規(guī)定。具體有：1） 在任何路況情況下，速度小于15km/h時(shí)，人力電助力1，即電助力不允許大于人力，但電助力可接近于人力。2） 在任何路況情況下，速度大于15km/h 時(shí)，速度每增加1km/h，電助力下降1/9。3） 速度24km/h時(shí)，整車(chē)電助動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉。4） 人力蹬踏開(kāi)始后1秒鐘之內(nèi)，電助動(dòng)系統(tǒng)按上述開(kāi)始要求工作；人力蹬踏停止后1秒鐘之內(nèi)，整車(chē)電助動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉。5） 為了節(jié)約電能，智能型電助動(dòng)自行車(chē)停止運(yùn)行一定時(shí)間（一般為3-5分鐘）后，整車(chē)處于休眠狀態(tài)。 6） 必須保證騎行的連續(xù)性，電助力不能有斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)上列要求的智能騎行，智能型電助動(dòng)自行車(chē)必須具有力矩傳感器和微電腦控制器。智能雙控型電動(dòng)自行車(chē)是既可智能騎行、也可手控行駛的一種新的車(chē)種。它和智能型電助動(dòng)自行車(chē)一樣，也需要有力矩傳感器和微電腦控制器。智能騎行時(shí)和純智能型電助動(dòng)自行車(chē)一樣，手控行駛時(shí)和純電動(dòng)型電動(dòng)自行車(chē)一樣。它和智能車(chē)不同之處僅在于微電腦控制器的軟硬件略有不同。智能雙控型電動(dòng)自行車(chē)是十分適合中國(guó)國(guó)情和目前電池不完全過(guò)關(guān)條件下使用的產(chǎn)品。純電動(dòng)和純智能行駛，人都會(huì)有疲勞感，交替使用則很輕松；啟動(dòng)、上坡、頂風(fēng)和加速時(shí)智能行駛，減少了大電流使用狀況，十分省電，這樣既可延長(zhǎng)電池壽命，又可增加續(xù)駛里程；路況較好、人流稀少時(shí)，手控行駛；路況較差、人流稠密時(shí)智能騎行，十分安全。智能雙控這種控制和使用模式如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，實(shí)現(xiàn)智能和手控之間的無(wú)間隙切換，使用十分方便。在中國(guó)的大中城市里如果使用這種電動(dòng)自行車(chē)車(chē)種，是既安全、又省電的好產(chǎn)品。智能型電動(dòng)自行車(chē)和智能雙控型電動(dòng)自行車(chē)的核心部件是力矩傳感部件和微電腦控制器。微電腦控制器的軟硬件設(shè)計(jì)不在本文范圍之內(nèi)，下面介紹力矩傳感器的有關(guān)原理和一些結(jié)構(gòu)。力矩傳感器是智能型和智能雙控型電動(dòng)自行車(chē)中的測(cè)力裝置，它的作用是測(cè)量人的腳踏力。因此它的安裝位置一定要和人的腳踏力相聯(lián)系。在自行車(chē)中，那些地方和人的腳踏力相聯(lián)系呢？力矩傳感器的安裝位置和有關(guān)方案。A、腳蹬：腳蹬式力矩傳感器。在腳蹬上安裝壓力傳感器，人力施加在腳蹬上，壓力傳感器即可輸出隨人力大小而變化的電壓信號(hào)，通過(guò)一套碳刷機(jī)構(gòu)傳到微電腦控制器，實(shí)現(xiàn)人力、電助力的比例輸出。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便宜；缺點(diǎn)：傳輸路線(xiàn)長(zhǎng)，不可靠因素多，不宜采用。B、曲柄：曲柄式力矩傳感器。在曲柄上安裝應(yīng)變片，人力蹬踏時(shí)，曲柄產(chǎn)生微變形，應(yīng)變片輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)。輸出信號(hào)的大小隨人力大小而變化。將輸出信號(hào)傳到微電腦控制器，實(shí)現(xiàn)人力、電助力的比例輸出。優(yōu)缺點(diǎn)同上，不可取。C、鏈輪盤(pán)：鏈輪式力矩傳感器。把鏈輪盤(pán)設(shè)計(jì)成主、從動(dòng)雙鏈輪。主動(dòng)輪與曲柄固定在一起，從動(dòng)輪帶動(dòng)鏈條。主、從動(dòng)輪之間用彈簧連接。人力蹬踏時(shí)，主動(dòng)輪通過(guò)彈簧帶動(dòng)從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)。這時(shí)主、從輪之間將產(chǎn)生角位移。測(cè)量出這個(gè)角位移，通過(guò)微電腦控制器處理角位移信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人力、電助力之間的的比例輸出。這個(gè)方案是一個(gè)完全實(shí)用、可行的方案。D、中軸：中軸式力矩傳感器。中軸傳感是很多廠家安放力矩傳感器的地方。以日本YAMAHA、臺(tái)灣的捷安特、美利達(dá)為代表的方案在此不另敘述。下面具體、詳細(xì)介紹一種中軸力矩傳感方案。下圖是清華1995年通過(guò)日本國(guó)家安全委員會(huì)檢測(cè)并頒發(fā)認(rèn)定證書(shū)的智能型電動(dòng)自行車(chē)中使偏心軸套用的偏心式中軸力矩傳感器原中軸套理示意圖。騎行時(shí)，中軸在腳中軸蹬、曲柄的作用下，在中軸套內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)中軸和中軸套受圖三：中軸力矩傳感器示意圖到一個(gè)向下的力f，這個(gè)力將作用在偏心軸套上。偏心軸套安裝在五通管內(nèi)。由于中軸和中軸套與偏心軸套不同心，在這個(gè)力f的作用下，偏心軸套將會(huì)在五通管內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，形成角位移。人力停止蹬踏時(shí)，在另外一個(gè)彈性元件的作用下，偏心軸套復(fù)位。偏心軸套的角位移的大小隨人的蹬踏力大小而變化。測(cè)量出這個(gè)不停變化的角位移，并以電壓信號(hào)傳輸給微電腦控制器，即可實(shí)現(xiàn)智能騎行。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，只有一個(gè)大五通中軸即可實(shí)現(xiàn)智能傳感。缺點(diǎn)：偏心軸套加工比較復(fù)雜，有一定的精度要求；此外有六個(gè)大小不同的軸承使其成本偏高，但這僅是小缺點(diǎn)，這個(gè)方案的最大缺點(diǎn)是由于偏心軸套的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鏈輪盤(pán)產(chǎn)生前后微量位移，這個(gè)位移會(huì)引起鏈條產(chǎn)生松緊變化。E、鏈條：壓鏈?zhǔn)搅貍鞲衅鳌ｆ溳啽P(pán)杠桿機(jī)構(gòu)壓鏈?zhǔn)搅貍鞲衅魇瞧讲鎸?dǎo)向輪一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、性能可靠、重量輕、使用價(jià)值很高的傳感方案。搞好了實(shí)屬價(jià)廉物美之產(chǎn)品。位移測(cè)量裝置鏈條飛輪具體方案大家一目了然，圖四：壓鏈?zhǔn)搅貍鞲衅魇疽鈭D在此不再多說(shuō)。這里僅將設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的一點(diǎn)提醒大家：現(xiàn)在有些廠家也設(shè)計(jì)了壓鏈?zhǔn)搅貍鞲衅?，但使用中由于鏈條在行駛過(guò)程中的抖動(dòng)產(chǎn)生位移，從而引起力矩傳感器的誤識(shí)別。圖示方案采用杠桿原理，使導(dǎo)向輪在力的作用下，上下移動(dòng)的范圍控制在23mm之內(nèi)，通過(guò)杠桿原理放大，位移傳感裝置接受到的位移量將在1015mm左右。這樣就可有效地克服鏈條抖動(dòng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。壓鏈?zhǔn)搅貍鞲衅骷夹g(shù)成熟，有應(yīng)用前景。F、飛輪、后軸、輪轂：后置式力矩傳感器。將力矩傳感器置于飛輪、后軸、輪轂處的方案可統(tǒng)稱(chēng)為后置式力矩傳感器。后置式力矩傳感器的大體都采用主、從動(dòng)輪方案。主動(dòng)輪與飛輪相聯(lián)，從動(dòng)輪與后輪相聯(lián)，中間用彈性元件連接，原理與鏈輪式力矩傳感器基本相同。后置式力矩傳感器安放在輪轂內(nèi)部時(shí)，主動(dòng)輪與飛輪連接，從動(dòng)輪與輪轂外轉(zhuǎn)子連接，中間是彈性元件。日本三洋和北京清華都已研制、生產(chǎn)了含內(nèi)置式力矩傳感器的電機(jī)輪轂，已申報(bào)了相關(guān)專(zhuān)利。上面簡(jiǎn)單介紹了力矩傳感器的基本原理。具體應(yīng)用須看整車(chē)的具體布局和質(zhì)量、價(jià)位和對(duì)測(cè)力的要求來(lái)選擇何種方案最合適，不能生搬硬套。總之，了解一些力矩傳感的知識(shí)是非常必須的?，F(xiàn)在有些廠家自稱(chēng)掌握了智能型電動(dòng)自行車(chē)的技術(shù)，但是不懂力矩傳感方面的知識(shí)