CN114604350B - 电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其于控制单元建立代谢当量资料库，并设定代谢当量目标追随控制模式，让使用者于设定模组设定输入所需骑乘强度模式及体重值，以于代谢当量资料库读取对应的代谢当量基本值后乘以体重值，以得到骑乘代谢消耗值，并将骑乘代谢消耗值转换为骑乘消耗功率目标值。控制单元将扭力讯号及踏频讯号转换为踏力扭力值及踏频转数值，再依据计算出使用者的骑乘消耗功率值；当骑乘消耗功率值未达到骑乘消耗功率目标值时，则控制电动机产生补偿功率，能以代谢当量作为控制电动机功率输出的追随控制目标，并能通过所设定代谢当量目标而实现较佳化的运动骑乘效果与体验。

Description

电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法

技术领域

本发明有关一种电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，尤指一种可让使用者以代谢当量作为控制电动机功率输出的追随控制目标而通过所设定代谢当量目标来实现较佳化的运动骑乘效果与体验的电动辅助自行车补助力控制技术。

背景技术

经过多年的发展，在现今使用者的心中，自行车早已不是单纯的交通工具，而是发展成为休闲娱乐与运动竞赛中不可或缺的复合式运动休闲载具。尤其是，加装电动马达的电动辅助自行车确实可以有效减少骑乘者的体能负担，所以电动辅助自行车俨然已经受到广大消费者的青睐与喜爱。一般来说，电动辅助自行车的马达传动机构是安装于自行车的前轮、后轮；或是车架的踩踏心轴等位置，用以提供驱动自行车前进的辅助动力。

依据所知，以电动机的电驱力做为适时动力补助的电动辅助自行车已逐渐普及。有些技术领域业者已然皆竞相研发并分别申请诸如日本公开2004-314753号、中国台湾发明公开第201341260号“自行车用控制装置”及中国台湾发明公开第201341261号“电动辅助自行车”等所示的专利。这些专利的感测参数几乎相同，主要有踏力感测器用来侦测在踏板所产生的踏力(或是曲柄的扭力)，曲柄角感测器用来侦测连结着踏板的曲柄轴的角度及曲柄旋转数感测器用来侦测曲柄轴的旋转数。这些专利的差别仅是在于控制模式的差异而已，该专利无法以代谢当量作为控制自行车电动机功率输出的追随控制目标，以致无法实现较佳化的运动骑乘效果与体验。

另有一种如中国台湾发明第I593391号“运动量测定装置，运动量测定系统以及运动量测定方法”所示的专利。该专利提供从运动者的属性等订定适切运动内容等，显示其运动是否适切，并可正确掌握每个运动种类的运动量的运动量测定装置等。其具有对象者运动量资讯的程度资讯的目标程度资讯、实行目标时间资讯、对象者的属性别目标运动量程度资讯，当对应于对象者的运动量资讯的运动量程度资讯符合属性别目标运动量程度资讯时，将其达成度显示于达成度资讯显示部，此外，具有运动种类特定部，根据运动量计算基础资讯和动作资讯，生成、显示各运动种类的运动量的运动量测定装置。该专利虽然可以由运动中测出运动者的代谢当量资讯；但是，该专利同样无法以代谢当量作为控制自行车电动机功率输出的追随控制目标，以致无法实现较佳化的运动骑乘效果与体验。

有鉴于此，上述习知专利前案与先前技艺于功能性上确实皆未臻完善，因而仍有再改善的必要性；于是，发明人积极努力研发，终于研发出一套有别于上述习知技术与前揭专利的本发明。

发明内容

本发明第一目的，在于提供一种电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，主要是以代谢当量作为控制电动机功率输出的追随控制目标，并能通过所设定代谢当量目标而实现较佳化的运动骑乘效果与体验。达成第一目的的技术手段，是于控制单元建立代谢当量资料库，并设定代谢当量目标追随控制模式，让使用者于设定模组设定输入所需骑乘强度模式及体重值，以于代谢当量资料库读取对应的代谢当量基本值后乘以体重值，以得到骑乘代谢消耗值，并将骑乘代谢消耗值转换为骑乘消耗功率目标值。控制单元将扭力讯号及踏频讯号转换为踏力扭力值及踏频转数值，再依据计算出使用者的骑乘消耗功率值；当骑乘消耗功率值未达到骑乘消耗功率目标值时，则控制电动机产生补偿功率，使补偿功率加上骑乘消耗功率值等于功率骑乘消耗功率目标值。

本发明第二目的，在于提供一种具备坡度功率补偿子模式输出坡度补偿功率的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法。达成前述第二目的的技术手段，是于控制单元建立代谢当量资料库，并设定代谢当量目标追随控制模式，让使用者于设定模组设定输入所需骑乘强度模式及体重值，以于代谢当量资料库读取对应的代谢当量基本值后乘以体重值，以得到骑乘代谢消耗值，并将骑乘代谢消耗值转换为骑乘消耗功率目标值。控制单元将扭力讯号及踏频讯号转换为踏力扭力值及踏频转数值，再依据计算出使用者的骑乘消耗功率值；当骑乘消耗功率值未达到骑乘消耗功率目标值时，则控制电动机产生补偿功率，使补偿功率加上骑乘消耗功率值等于功率骑乘消耗功率目标值。其中，该感测单元更包含一用以感测坡度状态而产生坡度讯号的坡度计，该控制单元将该坡度讯号转换处理为对应的坡度值；该代谢当量目标追随控制模式包含一可供该使用者选择设定的坡度功率补偿子模式，于该坡度功率补偿子模式时，该控制单元设定有按照由低而高的坡度分布的坡度预设值，当该坡度值达到其中一个该坡度预设值时，该控制单元则控制该电动机额外输出至少一增量的坡度补偿功率，使该电动机实际输出的该补助力等于该至少一增量的该坡度补偿功率加上该补偿功率；当该坡度越高，所输出的该坡度补偿功率的该增量则愈多。

本发明第三目的，在于提供一种具备强制运动模式以增加运动锻炼效果的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法。达成前述第三目的的技术手段，是于控制单元建立代谢当量资料库，并设定代谢当量目标追随控制模式，让使用者于设定模组设定输入所需骑乘强度模式及体重值，以于代谢当量资料库读取对应的代谢当量基本值后乘以体重值，以得到骑乘代谢消耗值，并将骑乘代谢消耗值转换为骑乘消耗功率目标值。控制单元将扭力讯号及踏频讯号转换为踏力扭力值及踏频转数值，再依据计算出使用者的骑乘消耗功率值；当骑乘消耗功率值未达到骑乘消耗功率目标值时，则控制电动机产生补偿功率，使补偿功率加上骑乘消耗功率值等于功率骑乘消耗功率目标值。其中，该代谢当量目标追随控制模式更包含一可供该使用者选择设定的强制运动子模式，于该强制运动子模式时，该控制单元设定一功率输出额定值，当该骑乘消耗功率值达到该骑乘消耗功率目标值时，则依据该功率输出额定值控制该电动机产生一第二补偿功率，使该第二补偿功率加上该骑乘消耗功率目标值等于该功率输出额定值；当该骑乘消耗功率值未达到该骑乘消耗功率目标值时，该电动机则无该补偿功率的输出。

附图说明

图1是本发明具体实施架构的功能方块示意图。

图2是本发明具于自行车上安装的实施示意图。

图3是本发明于代谢当量目标追随控制模式下的补助力输出示意图。

图4是本发明于强制运动子模式下的补助力输出实施示意图。

图5是本发明控制单元具体的连结控制实施示意图。

具体实施方式

为让审查员能进一步了解本发明整体的技术特征与达成本发明目的的技术手段，兹以具体实施例并配合附图加以详细说明：

请配合参看图1～3及图5所示，为达成本发明第一目的的第一实施例，包括下列步骤：

(a)步骤，提供一自行车10、一用以对自行车10于骑乘时提供补助力的电动机20、一感测单元30、一控制单元40及一用以供应所需电源的供电模组50等技术特征。其中，该控制单元40包含一供使用者设定操作的设定模组41。

(b)步骤，于控制单元40建立一代谢当量资料库42，该控制单元40设定有一代谢当量目标追随控制模式，该代谢当量资料库42设定有复数与多种骑乘强度模式对应的代谢当量基本值。

(c)步骤，于代谢当量目标追随控制模式时，该使用者于设定模组41设定输入所需骑乘强度模式及体重值，使控制单元40于代谢当量资料库42读取出与骑乘强度模式对应的代谢当量基本值后乘以使用者自身的体重值，以得到对应的骑乘代谢消耗值，并将骑乘代谢消耗值转换为一种骑乘消耗功率目标值。

(d)步骤，以感测单元30侦测由使用者踩踏自行车10的踏板11而驱使曲柄12旋转的扭力而产扭力讯号及驱使曲柄12旋转的频率而产生踏频讯号，该控制单元40将扭力讯号及踏频讯号转换为相应的踏力扭力值及踏频转数值。

(e)步骤，该控制单元40依据踏力扭力值及踏频转数值计算出使用者的骑乘消耗功率值Pn；当骑乘消耗功率值Pn未达到骑乘消耗功率目标值时，则依据骑乘消耗功率目标值控制电动机20产生一作为补助力的补偿功率Pm，使补偿功率Pm加上骑乘消耗功率值Pn等于骑乘消耗功率目标值；当骑乘消耗功率值Pn达到骑乘消耗功率目标值时，该电动机20则无补偿功率Pm的输出，如图3所示。

再由图3得知，骑乘消耗功率值Pn1已达到骑乘消耗功率目标值，所以电动机20并无补偿功率Pm的输出。骑乘消耗功率值Pn2是超过骑乘消耗功率目标值，所以电动机20同样无补偿功率Pm的输出。骑乘消耗功率值Pn3未达到骑乘消耗功率目标值，所以电动机20则产生较低的补偿功率Pm1输出。骑乘消耗功率值Pn4低于骑乘消耗功率值Pn3，同样未达到骑乘消耗功率目标值，所以动机20则产生次高的补偿功率Pm2输出。骑乘消耗功率值Pn5远低于骑乘消耗功率值Pn4，因而同样未达到骑乘消耗功率目标值，所以电动机20则产生最高的补偿功率Pm3输出。

本发明的一种具体实施例中，该骑乘消耗功率值Pn＝踏力扭力值(T)×踏频转数值(ω)。

具体的，该骑乘代谢消耗值＝骑乘强度模式的代谢当量基本值×体重值＝卡(Kcal)/时间(hr)。

表一为骑乘强度模式对应的代谢当量基本值的对照示意。其中，由表一得知，在平路及混合路段时，速度自9km～31km所对应的代谢当量基本值分别为8.5～15.8METs。另外，在越野路段中，所对应的代谢当量基本值分别为3.5～16METs。假设使用者设定的骑乘强度模式为休闲娱乐模式，而速度为9km/h，若使用者的体重为70kg，该骑乘代谢消耗值(即代谢当量)＝骑乘强度模式的代谢当量基本值×体重值＝卡(Kcal)/时间(hr)，3.5METs×70kg＝245卡/时；亦即，每小时消耗的代谢当量约为245卡。

表一：

本发明的一种具体实施例中，该控制单元40建立一转换资料库43，该转换资料库43设定有一对照表(如于实验中持续记录及修正功率与代谢当量的对照数据，以得到更为符合二者之间实际的对应关系)，该对照表定义有各骑乘代谢消耗值(即各代谢当量)与各骑乘消耗功率值Pn的对应关系，以将即时得到的骑乘代谢消耗值转换为对应符合的骑乘消耗功率目标值，以作为骑乘消耗功率值Pn是否达到骑乘消耗功率目标值的判断比对依据。

本发明的一种具体实施例中，该感测单元30包含一用产生扭力讯号的踩踏扭力感测模组31及一用以产生踏频讯号的踩踏频率感测模组32。

请配合参看图1～3所示，为达成本发明第二目的的第二实施例，本实施例除了包括上述第一实施例的整体技术特征之外，该感测单元30更包含一用以感测坡度状态而产生坡度讯号的坡度计33，该控制单元40将坡度讯号转换处理为对应的坡度值。该代谢当量目标追随控制模式包含一可供使用者选择设定的坡度功率补偿子模式，于坡度功率补偿子模式时，该控制单元40设定有复数按照由低而高的坡度分布的坡度预设值，当坡度值达到其中一个坡度预设值时，该控制单元40则控制电动机20额外输出至少一增量的坡度补偿功率，使电动机20实际输出的补助力等于至少一增量的坡度补偿功率加上补偿功率Pm，当坡度越高，所输出的坡度补偿功率的增量则愈多。

请配合参看图1～3所示，为达成本发明第二目的的第三实施例，本实施例除了包括上述第一实施例的整体技术特征之外，该控制单元40是依据踏力扭力值及踏频转数值的相对关系而计算出对应的坡度值，当坡度愈高时，该踏力扭力值则愈高，该踏频转数值则相对较低，甚至为零；当坡度愈低时，该踏力扭力值则愈低，该踏频转数值则相对较高。该代谢当量目标追随控制模式包含一可供使用者选择设定的坡度功率补偿子模式，于坡度功率补偿子模式时，该控制单元40设定有按照由低而高的坡度分布的坡度预设值，当坡度值达到其中一个坡度预设值时，该控制单元40则控制电动机20额外输出至少一增量的坡度补偿功率，使电动机20实际输出的补助力等于至少一增量的坡度补偿功率加上补偿功率Pm，当坡度越高，所输出的坡度补偿功率的增量则愈多。

请配合参看图1、2、4及图5所示，为达成本发明第三目的的第四实施例，本实施例除了包括上述第一实施例的整体技术特征之外，该代谢当量目标追随控制模式更包含一可供使用者选择设定的强制运动子模式，于强制运动子模式时，该控制单元40设定一功率输出额定值，当骑乘消耗功率值Pn达到骑乘消耗功率目标值时，则依据功率输出额定值控制电动机20产生一第二补偿功率Po，使第二补偿功率Po加上骑乘消耗功率目标值等于功率输出额定值，当骑乘消耗功率值Pn未达到骑乘消耗功率目标值时，该电动机20则无第二补偿功率Po的输出，于此即可强制骑乘者持续做自行车10的踩踏运动，直到符合骑乘消耗功率目标值为止。

再由图4得知，骑乘消耗功率值Pn1达到骑乘消耗功率目标值，电动机20产生第二补偿功率Po1输出。骑乘消耗功率值Pn2超过骑乘消耗功率目标值，电动机20产生较少的第二补偿功率Po2输出。骑乘消耗功率值Pn3远超过骑乘消耗功率目标值，电动机20产生最低的第二补偿功率Po3输出。骑乘消耗功率值Pn4、Pn5皆未达到骑乘消耗功率目标值，所以电动机20未产生第二补偿功率Po输出。

因此，经由上述具体实施例的详细说明后，本发明确实具有下列所述的特点：

1.本发明确实是以代谢当量作为控制电动机功率输出的追随控制目标，并能通过所设定代谢当量目标而实现较佳化的运动骑乘效果与体验。

2.本发明确实是一种具备坡度功率补偿子模式输出坡度补偿功率的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法。

3.本发明确实是一种具备强制运动模式以增加运动锻炼效果的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法。

以上所述，仅为本发明一种较为可行的实施例，并非用以限定本发明的专利范围，凡举依据下列权利要求所述的内容、特征以及其精神而为的其他变化的等效实施，皆应包含于本发明的专利范围内。本发明所具体界定于权利要求的结构特征，未见于同类物品，且具实用性与进步性，已符合发明专利要件，爰依法具文提出申请。

Claims (9)

1.一种电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，其包括：

提供一自行车、一用以对该自行车于骑乘时提供补助力的电动机、一感测单元、一控制单元及一用以供应所需电源的供电模组；其中，该控制单元包含一供使用者设定操作的设定模组；

于该控制单元建立一代谢当量资料库，并于该控制单元设定一代谢当量目标追随控制模式，该代谢当量资料库设定有复数与多种骑乘强度模式对应的代谢当量基本值；

于该代谢当量目标追随控制模式时，该使用者于该设定模组设定输入所需骑乘强度模式及体重值，使该控制单元于该代谢当量资料库读取出与该骑乘强度模式对应的该代谢当量基本值后乘以该体重值，以得到对应的骑乘代谢消耗值，并将该骑乘代谢消耗值转换为相应的一骑乘消耗功率目标值；

以该感测单元侦测由该使用者踩踏该自行车的踏板而驱使曲柄旋转的扭力而产扭力讯号及驱使该曲柄旋转的频率而产生踏频讯号，该控制单元将该扭力讯号及该踏频讯号转换为相应的踏力扭力值及踏频转数值；及

该控制单元依据该踏力扭力值及该踏频转数值计算出该使用者的骑乘消耗功率值；当该骑乘消耗功率值未达到该骑乘消耗功率目标值时，则依据该骑乘消耗功率目标值控制该电动机产生一作为该补助力的补偿功率，使该补偿功率加上该骑乘消耗功率值等于该骑乘消耗功率目标值；当该骑乘消耗功率值达到该骑乘消耗功率目标值时，该电动机则无该补偿功率的输出。

2.如权利要求1所述的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，该骑乘消耗功率值＝踏力扭力值T×踏频转数值ω。

3.如权利要求1所述的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，该骑乘代谢消耗值＝骑乘强度模式的代谢当量基本值×该体重值＝卡Kcal/时间hr。

4.如权利要求1所述的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，该控制单元建立一转换资料库，该转换资料库设定有一对照表，该对照表定义有各该骑乘代谢消耗值与各该骑乘消耗功率值的对应关系，以将即时得到的该骑乘代谢消耗值转换为对应符合的该骑乘消耗功率目标值，以作为该骑乘消耗功率值是否达到该骑乘消耗功率目标值的判断依据。

5.如权利要求1所述的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，该感测单元包含一用产生该扭力讯号的踩踏扭力感测模组及一用以产生该踏频讯号的踩踏频率感测模组。

6.如权利要求1所述的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，该感测单元更包含一用以感测坡度状态而产生坡度讯号的坡度计，该控制单元将该坡度讯号转换处理为对应的坡度值；该代谢当量目标追随控制模式包含一可供该使用者选择设定的坡度功率补偿子模式，于该坡度功率补偿子模式时，该控制单元设定有按照由低而高的坡度分布的坡度预设值，当该坡度值达到其中一个该坡度预设值时，该控制单元则控制该电动机额外输出至少一增量的坡度补偿功率，使该电动机实际输出的该补助力等于该至少一增量的该坡度补偿功率加上该补偿功率；当该坡度越高，所输出的该坡度补偿功率的该增量则愈多。

7.如权利要求1所述的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，该控制单元是依据该踏力扭力值及该踏频转数值的相对关系而计算出对应的坡度值，当坡度愈高时，该踏力扭力值则愈高，该踏频转数值则相对较低，甚至为零；当坡度愈低时，该踏力扭力值则愈低，该踏频转数值则相对较高；该代谢当量目标追随控制模式包含一可供该使用者选择设定的坡度功率补偿子模式，于该坡度功率补偿子模式时，该控制单元设定有按照由低而高的坡度分布的坡度预设值，当该坡度值达到其中一个该坡度预设值时，该控制单元则控制该电动机额外输出至少一增量的坡度补偿功率，使该电动机实际输出的该补助力等于该至少一增量的该坡度补偿功率加上该补偿功率；当该坡度越高，所输出的该坡度补偿功率的该增量则愈多。

8.如权利要求1所述的电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制方法，其特征在于，该代谢当量目标追随控制模式更包含一可供该使用者选择设定的强制运动子模式，于该强制运动子模式时，该控制单元设定一功率输出额定值，当该骑乘消耗功率值达到该骑乘消耗功率目标值时，则依据该功率输出额定值控制该电动机产生一第二补偿功率，使该第二补偿功率加上该骑乘消耗功率目标值等于该功率输出额定值；当该骑乘消耗功率值未达到该骑乘消耗功率目标值时，该电动机则无该补偿功率的输出。

9.一种电动自行车以代谢当量为控制目标追随的补助力控制系统，其特征在于，其包括：

一自行车；

一电动机，其设于该自行车，用以对该自行车于骑乘时提供补助力；

一感测单元，其用以侦测由该使用者踩踏该自行车的踏板而驱使曲柄旋转的扭力而产扭力讯号及驱使该曲柄旋转的频率而产生踏频讯号；

一控制单元，其包含一供使用者设定操作的设定模组，并将该扭力讯号及该踏频讯号转换处理为相应的踏力扭力值及踏频转数值；该控制单元建立有一代谢当量资料库，该控制单元设定有一代谢当量目标追随控制模式，该代谢当量资料库设定有复数与多种骑乘强度模式对应的代谢当量基本值；于该代谢当量目标追随控制模式时，该使用者于该设定模组设定所需骑乘强度模式及体重值，使该控制单元于该代谢当量资料库读取出与该骑乘强度模式对应的该代谢当量基本值后乘以该体重值，以得到对应的骑乘代谢消耗值，并将该骑乘代谢消耗值转换为一骑乘消耗功率目标值，当该骑乘消耗功率值未达到该骑乘消耗功率目标值时，则依据该骑乘消耗功率目标值控制该电动机产生一补偿功率，使该补偿功率加上该骑乘消耗功率值等于该骑乘消耗功率目标值，以驱使该电动机依该补偿功率值输出该补助力；当该骑乘消耗功率值达到该骑乘消耗功率目标值时，该电动机则无该补助力的输出；及

一供电模组，其用以供应所需的电源。

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