一种自行车智能abs系统及其控制方法
阅读说明：本技术 一种自行车智能abs系统及其控制方法 (Intelligent ABS system of bicycle and control method thereof ) 是由 唐旺 于 2020-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自行车智能ABS系统及其控制方法,本发明的系统包括主控制器、第一测速传感器、第二测速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一控制阀和第二控制阀。本发明在自行车制动时,系统被激活。主控制器根据前后两个车轮速度传感器传来的速度信号,当后轮与前轮的速度差达到一个区间的时候。系统可以判断出车轮的抱死状态,开始高速通断抱死车轮刹车上面的控制刹车线的电磁阀,让制动力度下降,防止了因制动力过大而将车轮完全抱死,提高行车安全性。(The invention discloses an intelligent ABS system of a bicycle and a control method thereof. The system is activated when the bicycle is braked. The main controller is used for controlling the speed difference between the front wheel and the rear wheel to reach an interval according to speed signals transmitted by the speed sensors of the front wheel and the rear wheel. The system can judge the locking state of the wheel, starts to switch on and off the electromagnetic valve for controlling the brake cable on the wheel brake at a high speed, reduces the braking force, prevents the wheel from being completely locked due to overlarge braking force, and improves the driving safety.)
技术领域
本发明涉及自行车控制技术领域，具体涉及一种自行车智能ABS系统及其控制方法。
背景技术
ABS（Antilock Brake System）是制动防抱死系统的简称，可以防止紧急刹车时车轮忽然抱死，从而失去摩擦力和牵引力，最终酿成事故。
传统的自行车的刹车装置安装在前后车轮上，其控制端分别在车把手的左右位置，左侧手刹控制后轮制动，右侧手刹控制前轮制动。自行车只有前后两个车轮，如果有其中任何一个车轮抱死，车身都会产生侧滑。自行车车轮和地面接触面积非常小（为减小骑行阻力），车轮在不同路面产生的摩擦力大不相同，骑车人凭经验来控制车轮的制动就非常困难，刹车力度大了，车轮容易抱死，刹车力度小了，车辆会滑行较长的距离才能停住。
因此当前自行车在实际的骑行中，在车速极高或者下坡或者遇到突发状况时，忽然制动会让后轮和地面由滚动摩擦转为滑动摩擦，从而失去抓地力牵引力，这种情况如果发生在前轮，就会更加的危险，如果控制不好刹车力度就会很容易造成翻转摔车。尤其是在雨天路滑的状况，车轮的抓地能力明显下降，轻微刹车都容易导致车轮抱死，人和车一起产生侧滑，十分危险。
所以亟需为自行车提供一种智能化的制动防抱死系统以提高刹车性能和安全性。
发明内容
为了克服现有的自行车刹车技术（特别是在雨天、快速行驶或者下坡等情况下）存在安全隐患的技术问题，本发明提供了一种自行车智能ABS系统。
本发明通过下述技术方案实现：
一种自行车智能ABS系统，该系统包括主控制器、第一测速传感器、第二测速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一控制阀和第二控制阀；
第一测速传感器和第二测速传感器分别安装在自行车的前车轮和后车轮上，用于测量车轮的速度；
第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在自行车左右手闸上，用于测量手闸的受力情况；
第一控制阀安装在自行车的前车轮刹车线上任意位置，第二控制阀安装在自行车的后车轮刹车线上任意位置；
第一控制阀和第二控制阀在未工作状态下，给对应的刹车线施加张紧力；第一控制阀和第二控制阀在工作状态下，不给刹车线施加张紧力；
第第一压力传感器和第二压力传感器均与主控制器通信连接，用于启动主控制器进行自行车的刹车模式；
主控制器根据第一测速传感器和第二测速传感器的检测信号来控制第一控制阀或第二控制阀的工作状态，自动实现自行车刹车模式。
本发明利用ABS防抱死原理，即通过检测车轮是否锁死，一旦锁死就强行松开，然后再继续锁死，再强行松开，以此循环，这样能让车轮始终处于锁死和未锁死之间的临界状态，保持车轮转动，不会产生侧滑，又提供了最大制动力。启动ABS的前提条件是检测车轮是否锁死，也就是说系统要先进行判断，而不是以一个固定的刹车力度来制动。
本发明的工作原理：自行车前后车轮分别通过刹车线（钢丝）与手闸相连接，拉动手闸，手闸带动刹车线使刹车闸抱紧车轮，继而减缓车轮行驶速度。通过在两条刹车线上任意位置分别设置一个控制阀，控制阀在未导通状态（即不工作状态）时，该控制阀自然伸长，其对刹车线施加一定的张紧力，使得刹车线部分处于弯曲状态，通电导通（即工作状态）后，控制阀处于收缩状态，不对刹车线施加张紧力，使得刹车线处于正常拉伸状态；当拉动手闸时，处于弯曲状态的刹车线将车轮抱死，启动控制阀后，刹车线被控制阀松开，降低刹车闸对车轮的抱紧力（摩擦力）；且本发明通过检测自行车前后车轮的速度差以实现控制阀的通断控制。
可选的，本发明用于启动主控制器具体为：
当主控制器检测到第一压力传感器或第二压力传感器的压力信号时，则开始执行自行车的刹车模式。
可选的，本发明的主控制器根据第一测速传感器和第二测速传感器的检测信号来控制第一控制阀或第二控制阀的工作状态，实现自行车的辅助刹车具体为：
主控制器用于实时采集第一测速传感器的检测信号和第二测速传感器的检测信号并计算两个检测信号的差值；
主控制器根据差值的符号以及差值的绝对值
当为正，且阈值，则进行后车轮辅助刹车，由主控制器发出控制命令给第二控制阀，以预设时间间隔控制第二控制阀通断，使得后车轮处于转动和被锁的临界状态；
当为负，且
否则，由主控制器发出控制命令关闭第一控制阀和第二控制阀，进行普通的制动状态。
可选的，本发明的预设时间间隔小于0.1s。
可选的，本发明的第一测速传感器和第二测速传感器均采用编码器，用于测量车轮的转速。
可选的，本发明的第一控制阀和第二控制阀均采用电磁阀。
可选的，本发明的主控制器采用单片机。
另一方面，本发明还提出了上述的一种自行车智能ABS系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、当主控制器检测到第一压力传感器或第二压力传感器的压力信号时，则开始执行步骤二和步骤三；
步骤二、主控制器实时采集第一测速传感器的检测值
步骤三、主控制器根据差值
可选的，本发明的步骤三的具体控制过程如下：
当
当为负，且
否则，由主控制器发出控制命令关闭第一控制阀和第二控制阀，进行普通的制动状态。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明利用ABS原理，实现了对自行车的自动辅助刹车，能够解决自行车车轮在抱死状态下存在安全隐患的技术问题，特别适用于自行车在快速行驶、下坡、下雨或者遭遇突发事件等情况下。
2、本发明的系统结构简答，易于实现。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的控制阀工作原理示意图。其中，（a）为控制阀未工作（未通电）状态下；（b）为控制阀工作（通电）状态下。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
相较于传统的自行车的刹车装置存在安全隐患的问题，本实施例利用ABS原理，提出了一种自行车智能ABS系统。
本实施例的系统主体为主控制器，两个安装在刹车线上的电磁阀，两个安装车轮上的测速传感器以及安装在刹车闸上的压力传感器。系统原理为在自行车制动时，系统被激活。主控制器根据前后两个车轮速度传感器传来的速度信号，当后轮与前轮的速度差达到一个区间的时候。系统可以判断出车轮的抱死状态，开始高速通断抱死车轮刹车上面的控制刹车线的电磁阀，让制动力度下降，防止了因制动力过大而将车轮完全抱死。在让制动状态始终处于最佳点，达到相对较好的制动效果，保证行车安全。自行车减速后，一旦系统单片机检测到车轮抱死状态消失（前后轮转速差距小于设定区间）或者刹车闸从压倒底的状态被松开，它就会让电磁阀关闭，从而使系统转入普通的制动状态下进行工作。
具体如图1所示，本实施例的系统包括：主控制器、第一测速传感器、第二测速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一控制阀和第二控制阀；
第一测速传感器和第二测速传感器分别安装在自行车的前车轮和后车轮上，用于测量车轮的速度；
第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在自行车左右手闸上，用于测量手闸的受力情况；
第一控制阀安装在自行车的前车轮刹车线上任意位置，第二控制阀安装在自行车的后车轮刹车线上任意位置；
第一控制阀和第二控制阀在未工作状态下，给对应的刹车线施加张紧力；第一控制阀和第二控制阀在工作状态下，不给刹车线施加张紧力；
第一压力传感器或第二压力传感器的检测信号用于启动主控制器进行自行车的辅助刹车；
主控制器根据第一测速传感器和第二测速传感器的检测信号来控制第一控制阀或第二控制阀的工作状态，自动实现自行车刹车模式。
本实施例通过在两条刹车线上任意位置分别设置一个控制阀，本实施例的控制阀均采用电磁阀。
如图2所示，以其中一条刹车线上的控制阀为例对其工作原理进行描述：控制阀2在未导通状态（即不工作状态）时，如图2（a）所示，该控制阀2自然伸长，其对刹车线1施加一定的张紧力，使得刹车线1部分处于弯曲状态；通电导通（即工作状态）后，如图2（b）所示，控制阀2处于收缩状态，不对刹车线1施加张紧力，使得刹车线1处于正常拉伸状态；当拉动手闸时，处于弯曲状态的刹车线1将车轮抱死，启动控制阀2后，刹车线1被控制阀2松开，降低刹车闸对车轮的抱紧力（摩擦力）。另一条刹车线上的控制阀工作原理与上述控制阀的工作原理相同。
本实施例具体采用编码器作为测速传感器，来测量车轮的转速。
当主控制器检测到第一压力传感器或者第二压力传感器的压力信号时，则启动刹车模式，即主控制器执行如下操作：
主控制器实时获取自行车前车轮上的编码器输出值
主控制器根据差值的符号以及差值
当
当
否则，由主控制器发出控制命令关闭第一控制阀和第二控制阀，进行普通的制动状态。
本实施例的主控制器可以采用但不限于单片机、可编程逻辑器件、DSP器件实现。
本实施例通过上述控制过程即可实现自行车的自动刹车，能够保证提供最大制动力的同时不会抱死车轮，避免出现安全隐患。
本实施例的系统的控制过程如下：
1、当主控制器检测到第一压力传感器或第二压力传感器的压力信号时，则开始执行自行车制动过程，如下述过程2和3；
2、主控制器实时采集第一测速传感器的检测值和第二测速传感器的检测值，并计算两者之间的差值；
3、主控制器根据差值的符号以及差值的绝对值
当为正，且阈值，则进行后车轮辅助刹车，由主控制器发出控制命令给第二控制阀，以预设时间间隔控制第二控制阀通断，使得后车轮处于转动和被锁的临界状态；
当
否则，由主控制器发出控制命令关闭第一控制阀和第二控制阀，进行普通的制动状态。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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