CN106809334A - 具控制装置的助力车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具控制装置的助力车，即助力车具有电性联结的助力马达、电池、微控制器、加速度侦测器以及一传输器，配合一体能监控器所测得骑乘者的心律讯号，及一微电脑根据微控制器监控电池输出的电力消耗能量值、加速度侦测器所测得助力车加速度侦测值与该心律讯号进行运算，并产生能具体地反应出由骑乘者真实体能与纯人力加速度表现的一马达输出调整讯号，且传送至微控制器以控制电池输出，达到根据骑乘者的体能变化调整电池对助力马达的输出以改变对助力车骑乘者的动力辅助，有效满足不同骑乘者使用上的差异化需求。

Description

具控制装置的助力车
技术领域
本发明涉及助力车设备的技术领域，尤其涉及一种具控制装置的助力车。
背景技术
目前骑乘自行车或是机车，已经是一般人不可或缺的交通工具，尤其是自行车，更是除了代步，还多了运动、健身之功能，但是自行车的机械装置，无法因应目前电子时代的需求，所以有了电动车(包含电动辅助自行车与电动机车)的发明，不仅可健身、代步并且兼具环保。但是除了电动车之电力设备，使骑乘者能够藉由加速器，达到交通目的，但是目前电动车的加速动力控制大都是由骑乘者以手动控制，配合在仪表有电量显示，让骑乘者能在现有电量之下进行使用；但是缺乏分配规划、控制的使用电力的助力车，一般人在骑乘使用上常常会因为没有节制的使用电池电力，而当电力用尽以后，往往造成必须以辛苦的踩踏来面对后续行程的小困扰，而且，因此影响骑乘的心情及造成使用上感受度不佳。
近来，业者纷纷推出具有控制装置的助力车结构，如中国台湾公告第I464089号之“自行车之踩踏助力提供系统“专利案，该专利如其权利要求1所述：一种自行车之踩踏助力提供系统，系设置于具有变速器的一自行车上，用以提供踩踏时的助力，该自行车之踩踏助力提供系统包含有：一微电脑；一踏速传感器，设于该自行车上且电性连接于该微电脑，用以侦测自行车的踩踏速度并将侦测到的信息转为踏速讯号传送至该微电脑；一车速传感器，设于该自行车上且电性连接于该微电脑，用以侦测自行车的车速并将侦测到的信息转为车速讯号传送至该微电脑；一档位来源，电性连接于该微电脑，用以供该微电脑得知该自行车的目前档位或齿轮比；一助力大小判断数据库，可供该微电脑读取，该助力大小判断数据库至少包含有踏速、车速、目前齿轮比以及助力这几种数据，并定义车速与目前齿轮比的比值来做为第一比较值，以及以踏速做为第二比较值，该第一比较值与第二比较值所对应的助力系形成一助力对照表；一助力辅助装置，电性连接于该微电脑且设于该自行车上，用以对该自行车提供行进的助力；该微电脑系藉由一判断逻辑来判断提供助力的大小，并控制该助力辅助装置依其判断结果来输出所判断大小的助力；其中，该判断逻辑为：(1)在该第一比较值与该第二比较值均为小时，则判断为低速踩踏，此时输出大的助力；(2)在该第一比较值与该第二比较值均为中时，则判断为正常踩踏，此时输出中的助力；(3)在该第一比较值与该第二比较值均为大时，则判断为高速踩踏，此时输出小的助力；(4)上述三种状况以外的状况，均不输出助力；上述的判断逻辑中，该第一比较值的大小，系以自行车所具有的齿轮比以及一般使用者骑乘自行车的正常骑乘速度区间来相比，藉以做为大小的判断依据；而该第二比较值的大小则系以一般使用者骑乘自行车的正常踩踏速度的可能区间来做为大小的判断依据。
然而，第一比较值与该第二比较值仅包含车速与目前齿轮比的比值及踏速三种条件参数，并无法具体地反应出由骑乘者真实体能与纯人力加速度表现，以致于该专利的微电脑在助力提供的控制上往往无法依据不同骑乘者体能上的差异进行较细腻个别化的调控，而无法有效满足不同骑乘者使用上的差异化需求。
所以，如何针对上述前案结构无法真实、具体地反应出由骑乘者真实体能与表现，以致于该专利的微电脑在助力提供的控制上无法依据不同骑乘者体能上的差异进行较细腻个别化的调控等缺点而进行改良创作者，是为本案所欲行解决的困难点所在。
发明内容
本发明之主要目的，在提供一种具控制装置的助力车，其具有电性联结的助力马达、电池、微控制器、加速度侦测器以及一传输器，配合一微电脑根据微控制器监控电池输出的电力消耗能量值以及加速度侦器所测得助力车加速度侦测值进行运算，并产生能具体地反应出由骑乘者真实体能与纯人力加速度表现的一马达输出调整讯号，并提供微控制器据以控制电池对助力马达的输出，达到根据骑乘者的体能变化调整助力马达的输出，以改变对助力车骑乘者的动力辅助，有效满足不同骑乘者使用上的差异化需求。
为了达成上述之目的与功效，本发明具控制装置的助力车，包括一助力车具有一助力马达、一电池、一微控制器、一加速度侦测器以及一传输器且互相电性联结，该微控制器控制该电池供应助力马达的电力以辅助助力车的行进，且该微控制器监控该电池输出的电流并定义一电力消耗能量值，该加速度侦测器侦测该助力车行进的加速度并产生一加速度侦测值，该传输器传送该电力消耗能量值及加速度侦测值至一微电脑。
该微电脑具有一无线收发单元及一助力调整单元，该无线收发单元接收该电力消耗能量值及加速度侦测值，该助力调整单元计算该电力消耗能量值及加速度侦测值并产生一马达输出调整讯号，该无线收发单元、传输器传送该马达输出调整讯号至助力车的微控制器，该微控制器调整电池对助力马达的输出以改变对助力车骑乘者的动力辅助。
本发明进一步的技术特征在于，进一步包括一体能监控器，该体能监控器提供该助力车骑乘者穿戴并监控该助力车骑乘者的体能并产生一心律讯号，且体能监控器将心律讯号无线传送至该微电脑；该助力调整单元计算该电力消耗能量值、加速度侦测值及该心律讯号并产生该马达输出调整讯号，该无线收发单元、传输器传送该马达输出调整讯号至助力车的微控制器，该微控制器调整电池对助力马达的输出以改变对助力车骑乘者的动力辅助。
本发明进一步的技术特征在于，该微电脑为手机或平板之其中一种，其包含有一GPS导航芯片、一触控显示器、一记忆单元及一设定单元，该GPS导航芯片透过卫星讯号取得目前地点的海拔高度数据，该设定单元用以设定骑乘的行程路径，该触控显示器显示所设定的行程路径以及行程中的所在位置，该记忆单元从设定路径的起点开始记录该无线收发单元接收的电力消耗能量值、加速度侦测值、心律讯号，该助力调整单元计算GPS导航芯片所取得的海拔高度数且计算设定路径的坡度，并计算该记忆单元所记录电力消耗能量值、加速度侦测值、心律讯号以产生该马达输出调整讯号。
本发明具有以下优点：微电脑根据该电力消耗能量值、加速度侦测值及心律讯号，该助力调整单元据以运算而产生一能具体地反应出由骑乘者真实体能与纯人力加速度表现的马达输出调整讯号，并传送至微控制器且控制电池输出，达到根据骑乘者的体能变化调整电池对助力马达的输出，以改变对助力车骑乘者的动力辅助，有效满足不同骑乘者使用上的差异化需求。
微电脑进一步提供设定骑乘的行程路径，并根据所设定路径及取得的海拔高度数据计算设定路径的坡度，并计算该记忆单元所记录电力消耗能量值、加速度侦测值、心律讯号及目前骑乘时间与骑乘哩程之数据以产生该马达输出调整讯号时；而能根据设定路径的坡度而分配整个行程的电力输出，以确保助力车电池的电力使用可以支撑骑乘者骑到行程的终点。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种具控制装置的助力车不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的平面结构示意图。
图2是本发明的结构连接的方块示意图。
图3是本发明骑乘使用的实施例示意图。
【主要组件符号说明】助力车1，助力马达11，电池12，电力消耗能量值121，电源线122，控制器13，加速度侦测器14，加速度侦测值141，传输器15，体能监控器2，心律讯号21，微电脑3，无线收发单元31，助力调整单元32，马达输出调整讯号321，GPS导航芯片33，触控显示器34，记忆单元35，设定单元36，骑乘者4
具体实施方式
实施例，请参阅图1-3所示本发明一种具控制装置的助力车，包括：一助力车1具有一助力马达11、一电池12、一微控制器13、一加速度侦测器14以及一传输器15且互相电性联结，该微控制器13控制该电池12供应助力马达11的电力以辅助助力车1的行进，且该微控制器13监控该电池12输出的电流并定义一电力消耗能量值121，该加速度侦测器14侦测该助力车1行进的加速度并产生一加速度侦测值141，该传输器15传送该电力消耗能量值121及加速度侦测值141至一微电脑3。
该微电脑3具有一无线收发单元31及一助力调整单元32，该无线收发单元31接收该电力消耗能量值121及加速度侦测值141，该助力调整单元32计算该电力消耗能量值121及加速度侦测值141并产生一马达输出调整讯号321，该无线收发单元31、传输器15传送该马达输出调整讯号321至助力车1的微控制器13，该微控制器13调整电池12对助力马达11的输出以改变对助力车1骑乘者4的动力辅助。
于下进一步细述本发明的各组件之特征，在上述图1-3中，该进一步包括一体能监控器2，该体能监控器2提供该助力车1骑乘者4穿戴并监控该助力车1骑乘者4的体能并产生一心律讯号21，且体能监控器2将心律讯号21无线传送至该微电脑3；该助力调整单元32计算该电力消耗能量值121、加速度侦测值141及心律讯号21并产生一马达输出调整讯号321，该无线收发单元31、传输器15传送该马达输出调整讯号321至助力车1的微控制器13，该微控制器13调整电池12对助力马达11的输出以改变对助力车1骑乘者4的动力辅助。其次，该加速度侦测器14为陀螺仪，该体能监控器2为能支持无线输的运动手环或心律带，而该一电池12具有连接助力马达11的电源线122。而且，该微电脑3为手机或平板之其中一种，其包含有一GPS导航芯片33、一触控显示器34、一记忆单元35及一设定单元36，该GPS导航芯片33透过卫星讯号取得目前地点的海拔高度数据，该设定单元36用以设定骑乘的行程路径，该触控显示器34显示所设定的行程路径以及行程中的所在位置，该记忆单元35从设定路径的起点开始记录该无线收发单元31接收的电力消耗能量值121、加速度侦测值141、心律讯号21，该助力调整单元32计算GPS导航芯片33所取得的海拔高度数且计算设定路径的坡度，并计算该记忆单元35所记录电力消耗能量值121、加速度侦测值141、心律讯号21以产生该马达输出调整讯号321。
如图1-3所示，上述本发明助力车1的骑乘者4使用本创作之前必须先对传输器15、体能监控器2及无线收发单元31进行无线传输配对，接着透过GPS导航芯片33、设定单元36设定骑乘的行程路径，该触控显示器34显示所设定的行程路径以及行程中的所在位置，该无线收发单元31从设定行程路径的起点开始接收该电力消耗能量值121、加速度侦测值141及心律讯号21，该记忆单元35从设定路径的起点开始记录前述接收之讯号以及目前骑乘时间与骑乘哩程。如前所述，由于该GPS导航芯片33透过卫星讯号取得目前地点的海拔高度数据，该助力调整单元32计算GPS导航芯片33所取得的海拔高度数且计算设定路径的坡度，并计算该记忆单元35所记录电力消耗能量值121、加速度侦测值141、心律讯号21及目前骑乘时间与骑乘哩程之数据以产生该马达输出调整讯号321；而该无线收发单元31、传输器15传送该马达输出调整讯号321至助力车1的微控制器13，该微控制器13调整电池12对助力马达11的输出以改变对助力车1骑乘者4的动力辅助，达到根据骑乘者4的体能变化调整电池12对助力马达11的输出以改变对助力车1骑乘者4的动力辅助。
如上所述，该助力调整单元32计算马达输出调整讯号321系由骑乘过程中的人力输出能量与马达输出能量的消长变化的运算所得，其运算推导如下：
根据动能定律，若一个外力作用于一个物体，使其动能由εKO增至EK则此力所作的功为：W＝ΔEK＝EK-EKO＝Fd，对于均变速直线运动情形，推导如下式：
其中
m为质量，v1与v2分别为质点的初速度与末速度，a为加速度。一般情况下的推导则如下式：
在本发明中的a＝车体上之加速度侦测器13，陀螺仪所感侧Y轴的加速度，其应用如下式：a＝hpa+mpa。其中的mpa为由助力马达11提供之马达输出能量Motor Power，而hpa(HumanPower)则为人力输出能量·即hpa-a-mpa。由于骑乘者真实体能最终的反应即为车体的加速度，所以本发明采用车体上之加速度侦测器13，陀螺仪所感侧Y轴的加速度为计算参数，即能具体地反应出由骑乘者真实体能与纯人力的加速度表现。
如上所述，本发明微电脑3的助力调整单元32将hpa|mpa数据以特定图形或曲线型态表现，并在过程中根据hpa增减人力体能的疲劳状态，适时施以适当的马达动力辅助，即在mpa数据形成的马达输出曲线上进行调控，而据以产生能具体地反应出由骑乘者真实体能与纯人力加速度表现的该马达输出调整讯号321；并据以提供助力车1的微控制器13调整电池12对助力马达11的输出以改变对助力车1骑乘者4的动力辅助。
所以，当本发明进一步于微电脑3设定骑乘的行程路径，该助力调整单元32根据设定路径及取得的海拔高度数据计算设定路径的坡度，并计算该记忆单元35所记录电力消耗能量值121、加速度侦测值141、心律讯号21及目前骑乘时间与骑乘哩程之数据以产生该马达输出调整讯号321时；能进一步根据设定路径的坡度而分配整个行程的电力输出，以确保助力车1电池12的电力使用可以支撑骑乘者4骑到行程的终点。
而且，该微电脑3也可以进一步根据记忆单元35所记录目前骑乘时间与骑乘哩程之数据，与目前实际路况的骑乘速度来比对目前骑乘者的体适能状态。
如上所述本发明能确实突破目前助力车在助力马达输出控制的技术发展上面临的困境及缺点，而达到以下优点：
1、本发明微电脑3根据该电力消耗能量值121、加速度侦测值141及心律讯号21，该助力调整单元32据以运算而产生一能具体地反应出由骑乘者真实体能与纯人力加速度表现的马达输出调整讯号321，并传送至微控制器13且控制电池输出，达到根据骑乘者4的体能变化调整电池12对助力马达11的输出，以改变对助力车1骑乘者4的动力辅助，有效满足不同骑乘者4使用上的差异化需求。
2、微电脑3进一步提供设定骑乘的行程路径，并根据所设定路径及取得的海拔高度数据计算设定路径的坡度，并计算该记忆单元35所记录电力消耗能量值121、加速度侦测值141、心律讯号21及目前骑乘时间与骑乘哩程之数据以产生该马达输出调整讯号321时；而能根据设定路径的坡度而分配整个行程的电力输出，以确保助力车1电池12的电力使用可以支撑骑乘者4骑到行程的终点。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种具控制装置的助力车，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具控制装置的助力车，包括：
一助力车具有一助力马达、一电池、一微控制器、一加速度侦测器以及一传输器且互相电性联结，该微控制器控制该电池供应助力马达的电力以辅助助力车的行进，且该微控制器监控该电池输出的电流并定义一电力消耗能量值，该加速度侦测器侦测该助力车行进的加速度并产生一加速度侦测值，该传输器传送该电力消耗能量值及加速度侦测值至一微电脑；
该微电脑具有一无线收发单元及一助力调整单元，该无线收发单元接收该电力消耗能量值及加速度侦测值，该助力调整单元计算该电力消耗能量值及加速度侦测值并产生一马达输出调整讯号，该无线收发单元、传输器传送该马达输出调整讯号至助力车的微控制器，该微控制器调整电池对助力马达的输出以改变对助力车骑乘者的动力辅助。
2.如权利要求1所述之具控制装置的助力车，其特征在于：进一步包括一体能监控器，该体能监控器提供该助力车骑乘者穿戴并监控该助力车骑乘者的体能并产生一心律讯号，且体能监控器将心律讯号无线传送至该微电脑；该助力调整单元计算该电力消耗能量值、加速度侦测值及该心律讯号并产生该马达输出调整讯号，该无线收发单元、传输器传送该马达输出调整讯号至助力车的微控制器，该微控制器调整电池对助力马达的输出以改变对助力车骑乘者的动力辅助。
3.如权利要求2所述之具控制装置的助力车，其特征在于：该微电脑为手机或平板之其中一种，其包含有一GPS导航芯片、一触控显示器、一记忆单元及一设定单元，该GPS导航芯片透过卫星讯号取得目前地点的海拔高度数据，该设定单元用以设定骑乘的行程路径，该触控显示器显示所设定的行程路径以及行程中的所在位置，该记忆单元从设定路径的起点开始记录该无线收发单元接收的电力消耗能量值、加速度侦测值、心律讯号，该助力调整单元计算GPS导航芯片所取得的海拔高度数且计算设定路径的坡度，并计算该记忆单元所记录电力消耗能量值、加速度侦测值、心律讯号以产生该马达输出调整讯号。
4.如权利要求1所述之具控制装置的助力车，其特征在于：该加速度侦测器为陀螺仪。
5.如权利要求2所述之具控制装置的助力车，其特征在于：该体能监控器为能支持无线输的运动手环或心律带。
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