基于霍尔效应的电动自行车ABS防抱死系统及其工作方法

基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统及其工作方法
技术领域
1.本发明涉及abs技术领域，具体的是，涉及了一种基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法。


背景技术：

2.霍尔效应在应用技术中特别重要。霍尔传感器是利用霍尔效应原理制作的磁电器件。霍尔发现，如果对位于磁场(b)中的导体(d)施加一个电流(iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(uh)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。
3.行车安全一直以来都是社会上关注的重点问题，目前汽车abs防抱死系统装配率已经很高，但在电动自行车上这方面的研究还很少，但安全保障需求却极为紧迫。当下我国已成为全球最大的电动自行车车生产和出口国，市场规模大。但是，现在的电动自行车缺乏abs防抱死系统，导致遇到雨天路滑的情况，在刹车制动时经常发生侧滑，驾驶人员如果控制不好，可能导致人员受伤。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法，该系统能将霍尔传感器输出脉冲电压发送给电动自行车控制器，由电脑控制器计算出电动自行车轮速与加速度。电动自行车控制器综合速度数据，分析电动自行车是否到达侧滑临界状态，并判断是否启动电动自行车控制单元完成车轮防抱死操作。若进入侧滑临界状态，电动自行车控制器会向控制单元发出指令，控制电动自行车的制动、转向和车速。
5.本发明的技术方案是：本发明所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统；包括电动自行车车轮，在所述电动自行车车轮的一端通过有线线路连接有霍尔传感器，在所述霍尔传感器的另一端通过有线线路连接有控制器，在所述控制器的另一端通过有线线路连接有制动执行器，所述制动执行器的另一端电连接在电动自行车车轮上。
6.进一步的，在所述控制器的第三端上通过有线线路连接有显示器。
7.进一步的，所述霍尔传感器安置在电动自行车车轮上，其用于产生与轮速和加速度有关的脉冲电压；所述的霍尔传感器将脉冲电压发送给电动自行车控制器时，控制器会计算出当前电动自行车轮速与加速度并判断是否需要启动制动执行器完成车轮防抱死操作。
8.进一步的，所述的霍尔传感器将脉冲电压发送给控制器时，控制器用于接收脉冲电压数据并计算出当前电动自行车轮速与加速度，判断是否需要启动电动自行车制动执行器完成车轮防抱死操作；
9.所述控制器通过串口将车辆信息传输到显示屏。
10.进一步的，所述的制动执行器用于控制电动自行车的制动和车速。
11.进一步的，基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法，其具体操作步骤如下：
12.步骤(1)、霍尔传感器根据电动自行车轮转动时带动同步转动的齿圈而产生交替改变的磁通量，输出正弦波电压，此电压再经过霍尔集成电路内部放大、整形后转换成标准的脉冲电压输出；
13.步骤(2)、电动自行车控制器接收电压数据，根据脉冲电压间隔和齿轮角度计算出电动自行车轮速与加速度并与预设的防抱死阈值进行比较，判断车轮是否将要抱死；
14.步骤(3)、如果控制器检测到车轮即将抱死，控制器会立即向执行器发送指令，执行器调整刹车压力，防止抱死发生；
15.步骤(4)、控制器通过串口，将处理后的数据发送给显示屏，显示屏显示实时车辆运行情况。
16.本发明的有益效果是：1、该系统能够提高制动效果，根据路面情况和车速等因素实时调整制动力分配比例，避免轮胎因过度制动而失去附着力，从而提高制动效果；2、该系统能够提高行驶稳定性，避免车轮抱死造成的侧滑和失控现象，保持车辆在制动过程中的稳定性，提高行驶安全性；3、该系统能够减少制动距离，避免因车轮抱死而导致制动距离增加，从而提高行驶安全性；4、该系统还能提高驾驶舒适度，避免因制动力不均匀而产生的颤抖和噪音，提高驾驶舒适度；5、该系统通过添加显示屏，显示车辆的运行状态，让骑车人了解车辆的实时运行情况；通过添加显示屏，电动自行车abs防抱死系统的可视化程度和用户友好性都得到了提高，方便用户更好地掌握和管理车辆。
附图说明：
17.图1是本发明的总体结构示意图；
18.图2是本发明的操作流程图。
具体实施方式
19.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
20.如图1所示,本发明所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法,其具体操作步骤:
21.步骤一：霍尔传感器左侧存在磁场，右侧车轴上连接有一个带有多根金属条的齿轮；在车轮转动时，齿轮也随之转动；金属条受磁场影响磁化，于是在霍尔传感器上产生交替改变的磁通量，引起磁感应强度改变。霍尔传感器根据式(1)
[0022][0023]
电压大小u随磁感应强度b变化而变化，并输出一个正弦波电压，此电压再经过霍尔集成电路内部放大、滤波整形后转换成标准的脉冲电压输出；
[0024]
步骤二：电动自行车控制器根据脉冲电压输出间隔δt与齿圈转动角度δθ，由式
(2)
[0025][0026]
计算得出车轮转动角速度ω，再由式(3)
[0027]
v＝ω*r
ꢀꢀꢀ
(3)
[0028]
计算出车辆的线速度；
[0029]
其中，v表示车辆的线速度，单位是米每秒(m/s)；ω表示车轮的角速度，单位是弧度每秒(rad/s)；r表示车轮的半径，单位是米(m)；
[0030]
再根据式(4)
[0031]
a＝(v2-v1)/(t2-t1)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0032]
计算出车辆的加速度；
[0033]
其中，a表示车辆的加速度，单位是米每秒平方(m/s2)，v1和v2分别表示车辆在时间t1和时间t2时的线速度，单位是米每秒(m/s)，t1和t2分别表示两个时间点，单位是秒(s)。
[0034]
根据车辆的动态特性、轮胎的特性以及路面情况等因素，计算出一个适合该车辆的防抱死阈值；本系统采用自适应控制算法，能够根据车辆的动态变化和路面情况，动态调整防抱死阈值，以提高防抱死系统的稳定性和可靠性；控制器将车辆的速度与加速度与防抱死阈值对比，并从而判断是否启动制动执行器完成车轮防抱死操作；
[0035]
步骤三：如果控制器检测到车轮即将抱死，控制器会立即向执行器发送指令，执行器调整刹车压力，防止抱死发生；
[0036]
步骤四：通过确定串口协议，配置串口参数，控制器将车辆运行状态数据传输给显示屏，显示屏实时显示车辆信息。
[0037]
实施例：
[0038]
本实施例阐述了将本专利所提装置配置到某款电动自行车上，提升该款电动自行车的行驶安全性。所述装置具体实施时，主要包括霍尔传感器模块、控制器模块、制动执行器模块与显示器模块。
[0039]
具体实施时，在电动自行车的车轮上安置霍尔传感器。霍尔传感器根据车轮转动时带动同步转动的齿圈产生交替改变的磁通量。霍尔传感器将交替改变的磁通量转换成正弦波电压，并经过内部放大和整形后，转换成标准的脉冲电压输出。控制器通过有线线路连接到霍尔传感器，接收传感器模块发送的脉冲电压数据。控制器根据脉冲电压间隔和齿轮角度计算出当前电动自行车的轮速和加速度。控制器将计算得出的轮速和加速度与预设的防抱死阈值进行比较，判断车轮是否即将抱死。制动执行器通过有线线路连接到控制器。如果控制器检测到车轮即将抱死，它会立即向制动执行器发送指令。制动执行器根据控制器的指令调整刹车压力，防止车轮抱死的发生。显示屏模块通过有线线路连接到控制器的第三端。控制器通过串口与显示屏进行通信，将处理后的车辆信息传输给显示屏。显示屏实时显示车辆的运行情况，包括车速、加速度和防抱死系统的状态。
[0040]
所述基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统在具体实施时应注意传感器模块的配置和数据准确性，防抱死阈值的设定，控制器的稳定性和响应性，显示屏的用户友好性，以及系统的可靠性和安全性。主要专注点在于确保系统能够准确测量车轮速度和加速
度，并根据预设的阈值进行刹车控制，以提供可靠的防抱死保护。
[0041]
所述基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的操作过程中，具体包括如下步骤:
[0042]
步骤a:连接传感器
[0043]
首先，在这款电动自行车的车轮上安装将霍尔传感器。当用户骑行时，车轮的转动使传感器产生电信号。
[0044]
步骤b:设定防抱死参数
[0045]
据这款电动自行车的性能、轮胎和路面情况等因素来确定一个适合的防抱死阈值。这个阈值的设定可以根据骑行的情况和路况的变化来动态调整，以确保系统的稳定性和可靠性。
[0046]
用户也可以调整刹车的敏感度和触发阈值，以确保系统在刹车时能够准确地判断是否出现抱死现象。
[0047]
步骤c:实时监测和控制
[0048]
一旦系统设置完成，控制系统将实时监测车轮的速度和加速度并与防抱死阈值对比。当系统检测到车轮即将抱死时，它将通过控制刹车执行器来调整刹车压力，以避免抱死现象的发生。
[0049]
步骤d:显示屏显示
[0050]
控制系统将通过显示屏向用户展示车辆的运行情况和防抱死系统的工作状态。
[0051]
通过以上实施步骤，该款电动自行车能够准确监测车轮的速度和加速度，并根据预设的防抱死阈值实时进行刹车控制，提高行驶安全性和驾驶舒适度。同时，通过与显示屏的通信，用户能够实时了解车辆的运行情况，更好地掌握和管理车辆。
[0052]
最后，应当理解的是，本发明中所述实施例仅用以说明本发明实施例的原则；其他的变形也可能属于本发明的范围；因此，作为示例而非限制，本发明实施例的替代配置可视为与本发明的教导一致；相应地，本发明的实施例不限于本发明明确介绍和描述的实施例。

技术特征：
1.基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统，其特征在于：包括电动自行车车轮，在所述电动自行车车轮的一端通过有线线路连接有霍尔传感器，在所述霍尔传感器的另一端通过有线线路连接有控制器，在所述控制器的另一端通过有线线路连接有制动执行器，所述制动执行器的另一端电连接在电动自行车车轮上。2.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统，其特征在于：在所述控制器的第三端上通过有线线路连接有显示器。3.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统，其特征在于：所述霍尔传感器安置在电动自行车车轮上，其用于产生与轮速和加速度有关的脉冲电压。4.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统，其特征在于：所述的霍尔传感器将脉冲电压发送给控制器时，控制器用于接收脉冲电压数据并计算出当前电动自行车轮速与加速度，判断是否需要启动电动自行车制动执行器完成车轮防抱死操作；所述控制器通过串口将车辆信息传输到显示屏。5.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统，其特征在于：所述的制动执行器用于控制电动自行车的制动和车速。6.如权利要求1-5任意一项所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法，其特征在于：其具体操作步骤如下：步骤(1)、霍尔传感器产生交替改变的磁通量，输出正弦波电压，经过霍尔集成电路内部放大、整形后转换成标准的脉冲电压输出；步骤(2)、控制器接收脉冲电压数据，计算出电动自行车轮速与加速度并与预设的防抱死阈值进行比较，判断车轮是否将要抱死；步骤(3)、如控制器检测到车轮即将抱死，控制器控制制动执行器调整刹车压力，防止抱死发生；步骤(4)、控制器将车辆信息发送给显示屏，显示屏显示实时车辆运行情况。7.根据权利要求6所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法，其特征在于；所述步骤(1)具体过程是指：霍尔传感器根据电动自行车轮转动时带动同步转动的齿圈而产生交替改变的磁通量，输出正弦波电压，此电压再经过霍尔集成电路内部放大、整形后转换成标准的脉冲电压输出。8.根据权利要求6所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法，其特征在于；所述步骤(2)具体过程是指：控制器接收电压数据，根据脉冲电压间隔和齿轮角度计算出电动自行车轮速与加速度，并与预设的防抱死阈值进行比较，判断车轮是否将要抱死。9.根据权利要求6所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法，其特征在于；所述步骤(3)具体过程是指：如果控制器检测到车轮即将抱死，控制器会立即向执行器发送指令，执行器调整刹车压力，防止抱死发生。10.根据权利要求6所述的基于霍尔效应的电动自行车abs防抱死系统的工作方法，其
特征在于；所述步骤(4)具体过程是指：控制器通过串口，将处理后的数据发送给显示屏，显示屏显示实时车辆运行情况。

技术总结
本发明公开了一种基于霍尔效应的电动自行车ABS防抱死系统及其工作方法。属于ABS技术领域，其操作步骤：霍尔传感器根据齿圈而产生交替改变的磁通量，输出脉冲信号和正弦波电压；控制器接收电压数据，并计算出电动自行车轮速与加速度并与预设的防抱死阈值进行比较；如车轮即将抱死，控制器向执行器发送指令；控制器将车辆运行信息传输给显示屏。本发明根据路面情况和车速等因素调整制动力分配比例；避免车轮抱死造成的侧滑和失控现象；该系统能够减少制动距离，提高了行驶安全性；还能提高驾驶舒适度；另外，其通过添加显示屏，电动自行车ABS防抱死系统的可视化程度和用户友好性都得到了提高，方便用户更好地掌握和管理车辆。方便用户更好地掌握和管理车辆。方便用户更好地掌握和管理车辆。


技术研发人员：程任翔 张靖晨
受保护的技术使用者：金陵科技学院
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/10/20