本發(fā)明涉及一種電動自行車助力控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于疲勞度的電動自行車助力控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
自行車行業(yè)作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，具有100多年的歷史，由于環(huán)保以及交通的問題，自行車再度成為世界各國特別是發(fā)達(dá)國家居民喜愛的交通、健身工具。人們的生活水平不斷提高，在追求收入平衡的同時渴望健康，自行車運(yùn)動也成為人們所喜愛和關(guān)注的一項(xiàng)運(yùn)動?，F(xiàn)在，越來越多的人加入了單車旅行的行列，但是僅僅依賴用戶自身掌握良好的騎行技術(shù)和改進(jìn)自行車不能滿足人們對長途自行車旅行的要求，電動自行車應(yīng)運(yùn)而生，電動自行車可認(rèn)為在自行車的基礎(chǔ)加一套電動驅(qū)動機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，主要由蓄電池、電動機(jī)、控制器構(gòu)成?；镜脑硎牵河尚铍姵靥峁╇娔埽刂破黩?qū)動控制電動機(jī)，電動機(jī)驅(qū)動自行車。目前電動自行車的助力大小都是依據(jù)用戶手動選擇檔位決定的，這樣的結(jié)果是用戶失去了體驗(yàn)單車旅行樂趣的初衷，造成資源的浪費(fèi)，且頻繁的充放電使蓄電池的使用壽命變短。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于疲勞度的電動自行車助力控制系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種基于疲勞度的電動自行車助力控制系統(tǒng)，包括生理信號采集模塊和信號控制與處理中心；所述信號控制與處理中心根據(jù)生理信號采集模塊采集到的騎行者的實(shí)時心率、實(shí)時呼吸率和單位時間運(yùn)動量計算出騎行者的疲勞程度；電動機(jī)根據(jù)疲勞程度輸出相應(yīng)的助力q，助力的比例是t＝(q+r)/p<＝1，其中p為騎行者在未疲勞狀態(tài)下的正常騎行速度，r為疲勞狀態(tài)下的騎行速度。
進(jìn)一步，所述生理信號采集模塊包括用于采集騎行者的實(shí)時心率的心率采集模塊、用于采集騎行者實(shí)時呼吸率的運(yùn)動呼吸率采集模塊和用于檢測騎行者單位時間運(yùn)動量的運(yùn)動量計算模塊。
進(jìn)一步，該控制系統(tǒng)還包括電動機(jī)驅(qū)動模塊，所述電動機(jī)驅(qū)動模塊包括與信號控制與處理中心電連接的pwm驅(qū)動電路。
進(jìn)一步，該控制系統(tǒng)還包括安全防護(hù)模塊，所述安全防護(hù)模塊包括報警裝置和剎車裝置。
本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種基于疲勞度的電動自行車助力控制方法，根據(jù)采集到的騎行者的實(shí)時心率、實(shí)時呼吸率和單位時間運(yùn)動量計算出騎行者的疲勞程度；電動機(jī)根據(jù)疲勞程度輸出相應(yīng)的助力q，助力的比例是t＝(q+r)/p<＝1，其中p為騎行者在未疲勞狀態(tài)下的正常騎行速度，r為疲勞狀態(tài)下的騎行速度。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)依據(jù)騎行者在騎行過程的疲勞程度提供適當(dāng)?shù)碾妱又Γ阌谟脩粼跍p輕當(dāng)前的疲勞狀況。
附圖說明
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
一種基于疲勞度的電動自行車助力控制系統(tǒng)，包括生理信號采集模塊、信號控制與處理中心、電動機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊及安全防護(hù)裝置；
其中，所述生理信號采集模塊包括心率采集裝置、運(yùn)動呼吸率采集裝置和運(yùn)動量測量裝置；所述電動機(jī)驅(qū)動模塊包括與信號控制與處理中心相接的pwm驅(qū)動電路以及與pwm驅(qū)動電路相接的電動機(jī)；所述的安全防護(hù)模塊包括報警裝置和剎車裝置。
生理信號采集模塊、電動機(jī)模塊、電源模塊、安全防護(hù)模塊和信號處理與控制中心相連；
生理信號采集模塊中的心率采集模塊監(jiān)測出騎行者的實(shí)時心率，運(yùn)動呼吸率采集模塊測得實(shí)時的呼吸率，運(yùn)動量計算模塊測量出的單位時間的運(yùn)動量，實(shí)時的心率、呼吸率和運(yùn)動量送至信號處理中心，信號處理中心計算出騎行者的疲勞程度s(s1，s2，s3，s4，s5)，騎行者開始不會感覺疲勞，心率較為正常在75次/min左右，呼吸率較為平穩(wěn)，每分鐘16～20次，對應(yīng)的卡路里的消耗也較少為2±0.5kcal/min，隨著騎行者的運(yùn)動，疲勞狀態(tài)累積，心率、呼吸率加快，進(jìn)而疲勞等級升高，具體的疲勞等級的生理參數(shù)詳情可以參見附錄表1。通過控制驅(qū)動電路使電動機(jī)輸出相應(yīng)的助力q(q1，q2，q3，q4，q5)，助力的比例是t＝(q+r)/p<＝1；其中p：騎行者在未疲勞狀態(tài)下的正常騎行速度；r：疲勞狀態(tài)下的騎行速度。
以一個正常成年戶外騎行者的運(yùn)動情況為例，每隔8分鐘作為一個階段，測量在不同的疲勞等級時，騎行者的心率、呼吸率、能耗情況如下表：
表1疲勞等級狀況下生理參數(shù)
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)依據(jù)騎行者在騎行過程的疲勞程度提供適當(dāng)?shù)碾妱又Γ阌谟脩粼跍p輕當(dāng)前的疲勞狀況，同時仍可享受單車旅行的樂趣，提高電動自行車在戶外運(yùn)動過程中的休閑性和實(shí)用性。
電源模塊包括電池和供電保護(hù)裝置，對電流、電壓監(jiān)控、電源電量進(jìn)行管理，以保證自行車的供電系統(tǒng)工作正常。通過對電動自行車實(shí)時工作時的電壓值和電流值的監(jiān)控，若是實(shí)時的電壓值和電流值低于正常工作，則促使信號控制與處理中心關(guān)閉電動機(jī)；若是實(shí)時的電壓和電流超過正常工作電壓，則促使信號控制與處理中心啟動報警器，提醒用戶做出相應(yīng)的預(yù)防工作。
安全防護(hù)模塊包括報警裝置和剎車裝置，報警裝置在電源模塊出現(xiàn)欠電或者電流異常時，發(fā)出警告；剎車裝置是防止在助力加速時車速過快，一旦車速過快，剎車裝置會促使信號處理和控制中心關(guān)閉電動機(jī)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。