CN106904242A - 一种助力车之控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种助力车之控制系统，包含一加速度传感器设置于助力车的车体上并侦测助力车行驶加速度值，且同时侦测踏板的踩踏运转加速度值；及设置于助力车的一主控制器接收加速度传感器所侦测助力车的行驶加速度值，及分辨感应侦测踏板的踩踏运转加速度值，而输出调整讯号于助力马达、电池，藉以控制助力马达与电池的输出，当踏板的运转加速度值大于助力车的行驶加速度值则主控制器判断助力车接受路况或风力的行进阻力增加，并提高助力马达、电池输出，能有效辅助骑乘者不须要费力地踩踏就可轻松克服艰难路况所造成的行驶阻力，有以降低骑乘辛苦与疲劳。

Description

一种助力车之控制系统
技术领域
本发明涉及一种助力车控制辅助动力输出的技术领域，尤其涉及一种助力车之控制系统。
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，但是单纯自行车的机械装置，骑乘者必须以人力克服现实路况中的所有阻力(例如爬坡重力及空气阻力)，对于体能不佳者相对会比较辛苦。
近来，业者纷纷推出具有辅助动力的自行车结构，如中国台湾公告第M520049号之“自行车之传动系统”专利案，该专利如其权利要求1所述：“1.一种自行车之传动系统，其包含：一支撑本体，其可拆卸地悬设于该自行车之一后轮组件；一传动感测模块，其设置于该自行车之一传动组件，该传动感测模块感测该传动组件之转动，以产生复数个传动转动讯号；一驱动模块，其包含：一致动单元，其可拆卸地设置于该支撑本体，该致动单元具有复数个驱动轴件；复数个驱动单元，其分别设置于各该驱动轴件，该复数个驱动单元可转动地接触于该后轮组件；以及一电源模块，其可拆卸地设置于该支撑本体，并电性连接于该驱动模块及该传动感测模块；以及一控制模块，其可拆卸地设置于该支撑本体，并电性连接该传动感测模块、该致动单元及该电源模块，在该控制模块接收该复数个传动转动讯号时，该控制模块则以一模糊逻辑计算出一驱动讯号，并传送该驱动讯号至该致动单元，以使该致动单元据以驱使该复数个驱动轴件带动该复数个驱动单元转动，而使该复数个驱动单元施予该后轮组件之一驱动力。”。
然而，因为上揭习知专利的传动感测模块感测该传动组件之转动，仅为单纯车体内部的传动阻力变化而已，如其说明书所述仅包含扭力讯号与复数个齿盘转速讯号这两个车体内部参数而已。并无法反应出整个车体完整动量变化，包含不同体重的骑乘者坐上车以后所面对不同路况阻力的整体性动量变化。
再者，上揭习知专利透过“在该控制模块接收该复数个传动转动讯号时，该控制模块则以一模糊逻辑计算出一驱动讯号，并传送该驱动讯号至该致动单元，以使该致动单元据以驱使该复数个驱动轴件带动该复数个驱动单元转动，而使该复数个驱动单元施予该后轮组件之一驱动力。”中，所述以一模糊逻辑计算出一”驱动讯号」的计算参数，如其说明书所述仅针对扭力讯号与复数个齿盘转速讯号这两个车体内部参数而已，并无法具体地反应出更无法进一步去反应整个车体完整动量变化中所含盖不同分量变化，包含踩踏施力、马达助力(即上揭习知专利所述的驱动力)，以及不同路况(上坡、下坡、弯道)所形成的不同惯性力等的消长变化，亦即该专利的控制模块在施予该后轮组件之驱动力无法及时反应车体在不同路况中的惯性力变化，也无法依据不同路况对车体所形成的阻力而灵活输出能满足骑乘者所需要的助力，则会造成以下两个缺点：
1、该后轮组件之驱动力无法有效缓解骑乘者的踩踏负荷，面对艰难路况仍必须要费力踩踏(使踏板运转加速度大于助力车加速度)才能克服，造成骑乘者生理上的辛苦与疲劳，是为习知专利结构使用上的缺点一。
2、当车体因路况变化(下坡)而提升的惯性加速力时，若无法及时反应而降低马达助力(即上揭习知专利所述的驱动力)，致使车体形成无谓的加速与剎车，又造成电力的虚耗，是为习知专利结构使用上的缺点二。
所以，如何针对上述习知专利结构无法及时反应车体在不同路况中的惯性力变化，也无法依据不同路况对车体所形成的阻力而灵活输出能满足骑乘者所需要的助力，造成车体形成无谓的加速与剎车，又造成电力的虚耗，及造成使骑乘者必须要费力踩踏的辛苦与疲劳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，在提供一种助力车之控制系统，藉由设置于该助力车的一主控制器，藉以控制助力马达与电池输出的辅助动力，于踏板运转加速度值大于助力车电动力加速度值则判断助力车的推、阻力的增减，主控制器提高助力马达、电池输出的辅助动力，能有效辅助骑乘者不须要过度费力地踩踏，或是马达过度补助动力而消耗过多电量，就可克服艰难路况所造成的行驶阻力，而达到轻松骑乘及降低辛苦与疲劳之使用进步性。
本发明之次一目的，在提供一种助力车之控制系统，能有效及时反应车体因路况变化(下坡)而提升的惯性加速力，而及时降低马达助力，避免车体形成无谓的加速与剎车，有效降低电力与剎车结构的虚耗，兼具增加整体续航力之多重。
为了达成上述之目的与功效，本发明一种助力车之控制系统，包括：一助力车，包括有踩踏驱动的踏板、驱动助力车行驶之助力马达、提供助力马达运作所需之电池。
一加速度传感器设置于助力车并侦测助力车行驶加速度值，且同时侦测踏板的运转加速度值。
一主控制器设置于该助力车，且该主控制器接收加速度传感器所侦测助力车的行驶加速度值，及分辨感应侦测踏板的踩踏运转加速度值，而输出调整讯号于助力马达、电池，藉以控制助力马达与电池的输出，当踏板的运转加速度值大于助力车的行驶加速度值则主控制器判断助力车接受路况或风力的行进阻力增加，并提高助力马达、电池输出，而当踏板的运转加速度值小于助力车的行驶加速度值则判断助力车接受路况或风力的行进阻力减少，主控制器降低助力马达、电池输出。
本发明进一步的技术特征在于，该加速度传感器所侦测踏板的踩踏运转加速度值，能进一步侦测出包含踏板的踩踏加速度在助力车行驶方向的分量与垂直助力车行驶方向的分量，进而以踏板的踩踏加速度在助力车行驶方向的分量与垂直助力车行驶方向的分量之比值再与助力车的行驶加速度值比较，而提供主控制器控制助力马达与电池输出为提高及降低的判别依据。
本发明进一步的技术特征在于，该助力车包括一速度及里程侦测器且与主控制器联结，该速度及里程侦测器侦测助力车的行驶速度值及行驶里程(距离)数值，且该主控制器接收行驶速度值及行驶里程(距离)数值，并于行驶速度值大于时速32公里时停止助力马达、电池输出，以避免车速过快。
本发明进一步的技术特征在于，该助力车包括一显示器且与主控制器联结，该主控制器监控该电池的电量并显示于显示器，该显示器进一步显示速度及里程侦测器所侦测行驶速度值及行驶里程(距离)数值。
本发明进一步的技术特征在于，该显示器与主控制器为无线传输联结。
本发明进一步的技术特征在于，该主控制器包含一马达控制接口且电性链接至该助力马达。
本发明进一步的技术特征在于，该助力车包括电性联结主控制器的一头灯及一尾灯，该头灯包含一光传感器，该光传感器侦测环境光的亮度，且主控制器根据环境光的亮度改变对头灯的电力输出以形成亮度调整。
本发明进一步的技术特征在于，该主控制器包括一蓝牙传输单元，该蓝牙传输单元无线联结一手机用以记录及管理该助力车的骑乘时间、及骑乘速度。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种助力车之控制系统不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明助力车无线联结一手机之平面示意图。
图2是本发明系统方块图。
图3是本发明踏板的踩踏加速度在助力车行驶方向的分量与垂直助力车行驶方向的分量示意图。
图4是本发明控制助力马达的助力输出曲线图。
图5是本发明的光传感器感应环境光，而透过主控制器控制头灯亮度调整示意图一。
图6是本发明的光传感器感应环境光，而透过主控制器控制头灯亮度调整示意图二。
具体实施方式
实施例，参见图1至图6所示，本发明的一种助力车之控制系统，包括：一助力车1，包括有踩踏驱动的踏板11、驱动助力车行驶之助力马达12、提供助力马达运作所需之电池13：
一加速度传感器15设置于助力车1的车体上并侦测助力车1行驶加速度值，且同时侦测踩踏驱动的踏板11运转加速度值。
一主控制器2设置于该助力车1，且该主控制器2接收加速度传感器15所侦测助力车1的行驶加速度值，及感应侦测踏板11的运转加速度值，而输出调整讯号于助力马达12、电池13，藉以控制助力马达12与电池13的输出，于踏板11的运转加速度值大于助力车1的行驶加速度值，则主控制器2判断助力车1接受路况或风力的行进阻力增加，并提高助力马达12、电池13输出，于踏板11的运转加速度值小于助力车1的行驶加速度值，则主控制器2判断助力车1接受路况或风力的行进阻力减少，并降低助力马达12、电池13输出。
于下进一步细述本发明的各组件之特征，在上述图1-3中，该加速度传感器15所侦测踏板11的踩踏运转加速度值，能进一步侦测出包含踏板11的踩踏加速度在助力车1行驶方向的分量与垂直助力车1行驶方向的分量，进而以踏板11的踩踏加速度在助力车1行驶方向的分量与垂直助力车1行驶方向的分量之比值再与助力车1的行驶加速度值比较，而提供主控制器2控制助力马达12与电池13输出为提高及降低的判别依据。其次，该助力车1包括一速度及里程侦测器14且与主控制器2联结，该速度及里程侦测器14侦测助力车1的行驶速度值及行驶里程(距离)数值，且该主控制器2接收行驶速度值及行驶里程(距离)数值，并于行驶速度值大于时速32公里时停止助力马达12、电池13输出，以避免车速过快。再者，该助力车1包括一显示器18且与主控制器2联结，该主控制器2监控该电池12的电量并显示于显示器18，该显示器18进一步显示速度及里程侦测器14所侦测行驶速度值及行驶里程(距离)数值。而且，该显示器18与主控制器1为无线传输联结。又，该主控制器2包含一马达控制接口21且电性连结至该助力马达12。另外，该助力车1包括电性联结主控制器2的一头灯16及一尾灯17，该头灯16包含一光传感器161，该光传感器161侦测环境光的亮度，且该主控制器2根据环境光的亮度改变对头灯16的电力输出以形成亮度调整。最后，该主控制器1包括一蓝牙传输单元22，该蓝牙传输单元22无线联结一手机3用以记录及管理该助力车1的骑乘时间、及骑乘速度。
如上图1-3所示本发明，藉由设置于该助力车1的主控制器2，可接收加速度传感器15所侦测助力车1的行驶加速度值，及感应侦测踏板11的踩踏运转加速度值，而输出调整讯号于助力马达12、电池13，藉以控制助力马达12与电池13的输出。由于根据动能定律，作用于助力车1的施力，使其动能产生变化以克服空气阻力、传动阻力以及爬坡重力，则此力所作的功率P为：P＝F·v，而其中的施力F系包含踩踏施力，惯性力以及马达助力的总和；因此，当由踩踏施力，惯性力以及马达助力的加总作用于助力车1以产生一行驶速度时，其中的踩踏施力与马达助力会形成反比的变化关系。所以，而本发明主控制器2控制助力马达12与电池13输出的判别式为：当于踏板11的踩踏运转加速度值大于助力车1的行驶加速度值，则判断助力车1接受路况的行进阻力例如粗糙路面，上坡，或是逆风等增加，并提高助力马达12、电池13输出；反之，于踏板11的运转加速度值小于助力车1的行驶加速度值，则主控制器2判断助力车1接受路况的行进阻力粗糙路面，上坡，或是逆风等减少，并降低助力马达12、电池13输出。而如图3所示，当骑乘者沿图中箭头方向踩动踏板11而使助力车1沿空心箭头方向(Y轴)产生一行驶加速度值时；而本发明加速度传感器15所侦测踏板11的踩踏运转加速度值，能进一步侦测出包含踏板11的踩踏加速度在助力车1行驶方向的分量(ZY箭头)与垂直助力车1行驶方向的分量(ZX箭头)，进而能以踏板11的踩踏加速度在助力车1行驶方向的分量(ZY箭头)与垂直助力车1行驶方向的分量(ZX箭头)的比值再与助力车1的行驶加速度值比较，而提供主控制器2控制助力马达12与电池13输出为提高及降低的判别依据。
而且，本发明加速度传感器15所侦测助力车1的行驶加速度，能含盖整个车体完整动量变化，包含不同体重的骑乘者坐上车以后所面对不同路况阻力的整体性动量变化；故于主控制器2提高助力马达12、电池13输出时能有效缓解骑乘者的踩踏负荷，及辅助骑乘者不须要费力地踩踏就可轻松克服艰难路况所造成的行驶阻力，有以降低骑乘辛苦与疲劳。
而当于踏板11的运转加速度小于助力车1的行驶加速度，则主控制器2判断助力车1接受路况的阻力减少，并降低助力马达12、电池13输出，藉以平衡整体电力的总输出，使电池13得以延长对助力车1的电力供应时效。因此，当助力车1的骑乘者在下坡路段中因惯性速度提升而自然降低踩踏力时，藉该加速度传感器15及时侦测惯性速度提升的变化，而及时降低马达助力，避免车体形成无谓的加速与剎车，有效降低电力与剎车结构的虚耗，兼具增加整体续航力之多重使用进步达成。
前段所述为本发明控制助力马达12、电池13输出的机制，而本发明藉由主控制器2联结的速度及里程侦测器14，且该速度及里程侦测器14具有连接的感应线141连结至助力车1的前轮19，用以侦测助力车1的行驶速度值及行驶里程(距离)数值，且该主控制器2接收行驶速度值及行驶里程(距离)数值，并于行驶速度值大于时速32公里时停止助力马达12、电池13输出，以避免车速过快。
另外，本发明控制助力马达12、电池13输出的另一控制机制，即本发明该主控制器2包含一运算单元23内建有助力车1基本运算数据包含有车重数值，该运算单元23计算踏板11的运转加速度、助力车1的行驶加速度、速度及里程侦测器14侦测的行驶里程(距离)数值及内建的车重数值，以产生踩踏施力值231。根据动能定律，若骑乘者踩踏施力作用于助力车1，使其动能由EKO增至EK则此力所作的功为：W＝ΔEK＝EK-EKO＝Fd，而其中对于助力车1均变速直线运动的情形，系可推导如下式：
其中
m为助力车1质量(车重)，v1与v2分别为助力车1的初速度与末速度，a为助力车1加速度，d为助力车1行驶距离，而其中的F即为本发明所要求得的踩踏施力值231。透过上式，即可由计算踏板11的运转加速度、助力车1的行驶加速度、速度及里程侦测器14侦测的行驶里程距离数值及内建的车重数值，以计算产生一踩踏施力值231，并于该踩踏施力值231大于25牛米Nm时判断助力车1接受路况的阻力增加，则主控制器2提高助力马达12、电池13输出。而使本发明控制该助力马达12的助力输出呈现如图4所示，在平路直线的路况下当踩踏施力值231大于25牛米Nm时，即如图4上侧的助力输出曲线所示，以渐进的幅度提高助力马达12输出，且使车速维持在时速25至32公里之间；而在上坡路况下当踩踏施力值231大于25牛米Nm时，则如图4中间的助力输出曲线所示，以分段式提高助力马达12输出，且使车速维持在时速25至32公里之间；而在下坡路况时，因为助力车1本身重力作用的关系而在不需踩踏情形下就可使速度行车速度加快，此时该主控制器2于接收行驶速度值及行驶里程(距离)数值大于时速32公里时，将停止助力马达12、电池13输出以避免速度过快，而使输出曲线呈现接近直线的牛皮振荡状态，如图4下侧的助力输出曲线所示。
如图5、图6为本发明的光传感器感应环境光，而透过主控制器控制头灯亮度调整示意图，即本发明该助力车1电性联结主控制器2的一头灯16及一尾灯17，配合图2所示，藉由该头灯16所设一光传感器161，该光传感器161侦测环境光的亮度，且该主控制器2根据环境光的亮度改变对头灯16的电力输出以形成亮度调整，即当本发明光传感器161感测到环境光如图中所示的路灯的亮度变小时，则主控制器2会放大头灯16的亮度(如图5所示)，而当本发明光传感器161感测到环境光有较大亮度的光源路灯时，则主控制器2会缩小头灯16的亮度(如图6所示)；据以灵活因应各种不同使用环境而控制电力使用输出，降低电池13的运作功率与负载，并进一步延长电池13对助力车1电力供应的时效与续航力。
另外，本发明藉由该主控制器2包括一蓝牙传输单元22，该蓝牙传输单元22无线联结一手机3用以记录及管理该助力车1的骑乘时间、及骑乘速度；而且，可进一步透过手机下载各种的运动管理软件，进一步输入骑乘者的体重、年纪等生理条件，而达到生理体能上的管理。
如上所述本发明，能确实突破目前在助力车的辅助动力控制技术发展上面临的困境及缺点，而达到以下优点：
1、藉由设置于该助力车1的一主控制器2，可接收加速度传感器15所侦测助力车1的行驶加速度，及感应侦测踏板11的踩踏运转加速度，于踏板11的运转加速度大于助力车1的行驶加速度时，主控制器2提高助力马达12、电池13输出的辅助动力，能有效辅助骑乘者不须要费力地踩踏克服各种艰难路况所造成的行驶阻力，而达到轻松骑乘及降低辛苦与疲劳之使用进步性。
2、主控制器2能有效及时反应助力车1因路况变化下坡而提升的惯性加速力，而及时降低马达助力，避免车体形成助力车1无谓的加速与剎车，有效降低电力与剎车结构的虚耗，兼具增加整体续航力之多重进步性。
3、主控制器2进一步于踏板11的运转加速度小于助力车1的行驶加速度时，降低助力马达12、电池13输出，及降低电池13的运作功率与负载，使电池13得以延长对助力车1的电力供应时效。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种助力车之控制系统，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 (8)

1.一种助力车之控制系统，包括：
一助力车，包括有踩踏驱动的踏板、驱动助力车行驶之助力马达、提供助力马达运作所需之电池；
一加速度传感器设置于助力车的车体上并侦测助力车行驶加速度值，且同时侦测踏板的踩踏运转加速度值；
一主控制器设置于该助力车，且该主控制器接收加速度传感器所侦测助力车的行驶加速度值，及分辨感应侦测踏板的踩踏运转加速度值，而输出调整讯号于助力马达、电池，藉以控制助力马达与电池的输出，当踏板的运转加速度值大于助力车的行驶加速度值则主控制器判断助力车接受路况或风力的行进阻力增加，并提高助力马达、电池输出，而当踏板的运转加速度值小于助力车的行驶加速度值则判断助力车接受路况或风力的行进阻力减少，主控制器降低助力马达、电池输出。
2.根据权利要求1所述的助力车之控制系统，其特征在于：该加速度传感器所侦测踏板的踩踏运转加速度值，能进一步侦测出包含踏板的踩踏加速度在助力车行驶方向的分量与垂直助力车行驶方向的分量，进而以踏板的踩踏加速度在助力车行驶方向的分量与垂直助力车行驶方向的分量之比值再与助力车的行驶加速度值比较，而提供主控制器控制助力马达与电池输出为提高及降低的判别依据。
3.根据权利要求1所述的助力车之控制系统，其特征在于：该助力车包括一速度及里程侦测器且与主控制器联结，该速度及里程侦测器侦测助力车的行驶速度值及行驶里程(距离)数值，且该主控制器接收行驶速度值及行驶里程(距离)数值，并于行驶速度值大于时速32公里时停止助力马达、电池输出，以避免车速过快。
4.根据权利要求3所述的助力车之控制系统，其特征在于：该助力车包括一显示器且与主控制器联结，该主控制器监控该电池的电量并显示于显示器，该显示器进一步显示速度及里程侦测器所侦测行驶速度值及行驶里程(距离)数值。
5.根据权利要求4所述的助力车之控制系统，其特征在于：该显示器与主控制器为无线传输联结。
6.根据权利要求1所述的助力车之控制系统，其特征在于：该主控制器包含一马达控制接口且电性链接至该助力马达。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的助力车之控制系统，其特征在于：该助力车包括电性联结主控制器的一头灯及一尾灯，该头灯包含一光传感器，该光传感器侦测环境光的亮度，且主控制器根据环境光的亮度改变对头灯的电力输出以形成亮度调整。
8.根据权利要求7所述的助力车之控制系统，其特征在于：该主控制器包括一蓝牙传输单元，该蓝牙传输单元无线联结一手机用以记录及管理该助力车的骑乘时间、及骑乘速度。
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