JP2019218031A - 原動機付自転車の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】原動機付自転車の制御システムを提供する。【解決手段】本発明の原動機付自転車の制御システムは、原動機付自転車の車体上に設置され、原動機付自転車の走行速度値を検出するとともに、ペダルのペダリング運転加速度値を検出する加速度センサと、加速度センサが検出する原動機付自転車の走行の加速度値を受信し、ペダルのペダリング運転加速度値をセンシングして、調整信号を補助モータ、電池に出力し、補助モータ及び電池の出力を制御する原動機付自転車に設置される主制御器と、を含み、ペダルの運転加速度値が原動機付自転車の走行加速度値よりも大きい場合、主制御器が原動機付自転車の受ける道路状況又は風力の進行抵抗力が増加していると判断し、補助モータ、電池の出力を高め、騎乗者が労力を費やしてペダリングする必要なく、困難な道路状況が招く走行抵抗力を軽快に克服できるように有効に補助でき、騎乗者の苦難及び疲労を軽減する。【選択図】図１

Description

本発明は、原動機付自転車の補助動力出力を制御する技術分野に関し、特に、原動機付自転車の制御システムに関する。

最近では、業者は、補助動力を有する自転車構造を開発しており、例えば、中華民国公告第Ｍ５２００４９号の「自転車の伝動システム」特許は、その公知の特許の伝動センサモジュールは、該伝動部材の回転をセンシングし、単に車体内部の伝動抵抗力が変化するだけであり、その明細書の記載のとおり、トルク信号及び複数のギアプレート変速信号の２つの車体内部のパラメータを含むだけであり、車体全体の完全な運動量の変化を反映することができず、異なる体重の騎乗者が乗車した後に異なる道路状況の抵抗力に対する全体的運動量の変化を含むことができない。

更に、上記公知特許は、「該制御モジュールが該複数の電度回転信号を受信する時、該制御モジュールが駆動信号をファジー理論計算で算出し、該駆動信号を該作動ユニットに伝送し、該作動ユニットに該複数の駆動軸部材が該複数の駆動ユニットの回転を連動するように駆動させ、該複数の駆動ユニットに該抗リン部材の駆動力を付与させる。」において、前記ファジー論理計算で「駆動信号」を算出する計算パラメータによって、その明細書に記載のとおり、トルク信号及び複数のギアプレート変速信号の２つの車体内部のパラメータを対象とするのみであり、車体全体の完全な運動量の変化に含まれる異なる成分の変化、ペダリングの施力、モータの助力（即ち、上記公知特許に記載の駆動力）、及び異なる道路状況（登坂、下り坂、カーブ）が形成する異なる慣性力等を含む変化に具体的に反応することはできず、即ち、該特許の制御モジュールが後輪部材に与える駆動力が適時車体の異なる道路状況における慣性力の変化に反応できず、異なる道路状況に基づき車体に形成される抵抗力に基づいて騎乗者が必要な助力を満たすことができず、以下の２つの欠点を招く。

１、該後輪部材の駆動力が騎乗者のペダリングの負荷を有効に軽減することができず、難しい道路状況に向き合う時に依然としてペダリングに労力を要して（ペダルを回転させる加速度が原動機付自転車の加速度よりも大きい）ようやく克服でき、騎乗者の生理上の苦難及び疲労を招き、これは、従来の特許構造の使用上の欠点の１つ目である。
２、車体が道路状況の変化（下り坂）によって上昇した慣性加速力を持つとき、モータの助力（即ち、上記従来の特許に記載の駆動力）を適時低減することができず、車体に無駄な加速及びブレーキングを形成させ、電力の浪費を招き、これは、従来特許の構造使用上の欠点の２つ目である。

特開2016-53419号公報

本発明の主な目的は、原動機付自転車の制御システムを提供し、該原動機付自転車に設置する主制御器により、補助モータと電池出力の補助動力を制御し、ペダル回転の加速度値が電動機付自転車の動力加速度より大きくなる場合、原動機付自転車の押し、抵抗力の増減を判断し、主制御器が補助モータ、電池出力の補助動力を高め、騎乗が過度に労力を費やしてペダリングする必要が内容に有効に補助するか、モータが過度な補助動力によって過度の多くの電量を消費することないようにし、難しい道路状況がもたらす駆動抵抗力を克服でき、軽快な騎乗及び苦難及び疲労の低減という使用進歩性を達成することにある。

本発明のもう１つの目的は、車体の道路状況の変化（下り坂）によって上昇する慣性加速力に適時に有効に反応でき、適時モータの助力を低減し、車体が無駄な加速及びブレーキングを形成することを回避し、電力及びブレーキング構造の消耗を有効に低減させ、全体的な持続力を高めるという多重性を兼ね備えることができる原動機付自転車の制御システムを提供することである。

上記の目的及び効果を達成するため、本発明の原動機付自転車の制御システムは、以下を含む。
原動機付自転車であって、ペダリングが駆動するペダルと、原動機付自転車の走行を駆動する補助モータと、補助モータの動作に要する電力を供給する電池と、を含む。

加速度センサであって、原動機付自転車に設置され、原動機付自転車の走行加速度値を検出し、且つペダルの運転加速度値を検出する。

主制御器であって、該原動機付自転車に設置され、補助モータ、電池及び加速度センサに電気接続され、且つ該主制御器は、加速度センサが検出した原動機付自転車の走行加速度値を受信し、調整信号を補助モータ、電池に出力し、補助モータ及び電池の出力を制御し、ペダルの運転加速度値が原動機付自転車の走行加速度値よりも大きい場合、主制御器が原動機付自転車が受ける道路状況又は風力の進行への抵抗力の増加を判断し、補助モータ、電池の出力を向上し、ペダルの運転加速度値が原動機付自転車の走行加速度値よりも小さい場合、原動機付自転車が道路状況又は風力の進行の抵抗力の減少を判断し、主制御器は、補助モータ、電池の出力を低減する。

本発明は、現在の原動機付自転車の補助動力の制御技術の発展において直面する困難及び欠点を確かに改善し、以下の利点を達成する。
１、該原動機付自転車１に設ける主制御器２によって、加速度センサ１５が検出した原動機付自転車１の走行加速度、及びセンシングしたペダル１１のペダリング運転加速度を受信でき、ペダル１１の運転加速度が原動機付自転車１の走行加速度より大きい時、主制御器２が補助モータ１２、電池１３が出力する補助動力を高め、騎乗者が労力を費やしてペダリングして各種難しい道路状況がもたらす走行抵抗力を克服し、軽快な騎乗及び苦難及び疲労の低減の使用進歩性を達成する。
２、主制御器２は、原動機付自転車１が道路状況の変化（下り坂）によって上昇する慣性加速力に有効に適時反応でき、適時モータ補助力を低減し、車体が原動機付自転車１の無駄に加速及びブレーキングを形成することを回避させ、電力及びブレーキング構造の消耗を有効に低減し、全体の持続力を高める多重の進歩性を兼ね備える。
３、主制御器２は、ペダル１１の運転加速度が原動機付自転車１の走行加速度より小さい時、補助モータ１２、電池１３の出力を低減し、電池１３の動作効率及び負荷を低減し、電池１３に原動機付自転車１に対する電力供給の時間効率を引き延ばす。

本発明の原動機付自転車が携帯電話に無線接続する平面説明図である。 本発明のシステムのブロック図である。 本発明のペダルのステッピング加速度の電動機付自転車における走行方向の成分及び原動機付自転車の走行方向の成分の説明図である。 本発明の補助モータを制御する補助出力曲線図である。 本発明の光センサが環境光をセンシングし、主制御器によってヘッドライトの輝度を制御して調整する説明図（一）である。 本発明の光センサが環境光をセンシングし、主制御器によってヘッドライトの輝度を制御して調整する説明図（二）である。

図１、図２を参照し、本発明の原動機付自転車の制御システムは、以下を含む。原動機付自転車であって、ペダリング駆動するペダル１１と、原動機付自転車の走行を駆動する補助モータ１２と、モータ動作が必要な電力を供給する電池１３と、を含む。

加速度センサ１５であって、原動機付自転車１に設置され、原動機付自転車１の走行加速度値を検出し、且つペダル駆動するペダル１１の運転加速度値を検出する。

主制御器２であって、該原動機付自転車１に設置され、補助モータ１２、電池１３及び加速度センサ１５に電気接続され、且つ該主制御器２は、加速度センサ１５が検出した原動機付自転車１の走行加速度値を受信し、調整信号を補助モータ１２、電池１３に出力し、補助モータ１２及び電池１３の出力を制御し、ペダル１１の運転加速度値が原動機付自転車１の走行加速度値よりも大きい場合、主制御器２が原動機付自転車１の受ける道路状況又は風力の進行への抵抗力の増加を判断し、補助モータ１２、電池１３の出力を向上し、ペダル１１の運転加速度値が原動機付自転車１の走行加速度値よりも小さい場合、原動機付自転車１の受ける道路状況又は風力の進行の抵抗力の減少を判断し、主制御器は、補助モータ１２、電池１３の出力を低減する。

本発明の各部材の特徴を更に詳細に、上記図１〜図３において、該加速度センサ１５が検出したペダル１１のペダリング運転加速度値は、ペダル１１のペダル加速度の原動機付自転車１の走行方向の成分及び原動機付自転車１の走行方向と垂直な成分を含み、ペダル１１のペダリング加速により原動機付自転車１の走行歩行の成分と原動機付自転車１の走行方向と垂直な成分との比を、更に原動機付自転車１の走行加速度値と比較し、主制御器２に補助モータ１２及び電池１３の出力の上昇、低減の判別の根拠を提供する。次に、該原動機付自転車１は、速度及び距離検出器１４を含み、且つ制御器１４と接続し、該速度及び距離検出器１４は、原動機付自転車１の走行速度値及び走行距離の数値を検出し、且つ該主制御器２は、走行速度値及び走行距離の数値を受信し、走行速度値が時速３２ｋｍより大きい時、補助モータ１２、電池１３の出力を停止し、車速が過度に速くなることを回避する。更に、該原動機付自転車１は、表示器１８を含み、且つ主制御器２と接続し、該主制御器２が該電池１３の電量をモニタリングし、表示器１８に表示し、該表示器１８は、更に表示速度及び距離検出器１４が検出した走行速度値及び走行距離の数値をさらに表示する。且つ、該表示器１８及び主制御器２は、無線伝送接続する。また、主制御器２は、モータ制御インタフェース２１を含み、且つ該補助モータ１２に電気接続する。また、該原動機付自転車１は、主制御器２に電気接続するヘッドランプ１６及びテールランプ１７を含み、該ヘッドランプ１６は、光センサ１６１を含み、該光センサ１６１は、環境光の輝度を検出し、且つ該主制御器２は、環境光の輝度に基づいて、ヘッドランプ１６に対する電力出力を変化させ、輝度の調整を形成する。最後に、該主制御器２は、ブルートゥース伝送ユニット２２を含み、該ブルートゥース伝送ユニットは、携帯電話３に無線接続し、該原動機付自転車１の騎乗時間、及び騎乗速度を記録、管理することに用いられる。

図１〜図３に示すように、本発明は、該原動機付自転車１に設置される主制御器２により、加速度センサ１５が検出した原動機付自転車１の走行加速度値を受け取り、ペダル１１のペダリング運転加速度値をセンシングし、調整信号を補助モータ１２、電池１３に出力し、補助モータ１２及び電池１３の出力を制御する。運動エネルギーの法則に基づき、原動機付自転車１に作用する施力により、運動エネルギーに変化を発生させて空気抵抗力、伝動抵抗力及びクライミング重力を克服させる場合、この力が行うパワーＰは、Ｐ＝F?ｖであり、そのうちの施力Ｆは、ペダリング施力、慣性力及びモータ補助力の操作を含む。従って、ペダリング施特、慣性力及びモータ補助力の総合が原動機付自転車１に作用し、走行速度を発生する時、そのうちのペダリング施力及びモータ補助力は、半比例の変化関係を形成する。従って、本発明の主制御器２は、補助力モータ１２及び電池１３の出力を制御する判別式は、ペダル１１のペダリング運転加速度値が原動機付自転車１の走行加速度値より大きい場合、原動機付自転車１が道路状況の進行抵抗力（例えば、粗路面、登り坂、又は逆風等）の増加を判断し、補助モータ１２、電池１３の出力を高める。図３に示すように、騎乗者が、図中の矢印の方向でペダル１１をペダリングし、原動機付自転車１を中空の矢印の方向（Ｙ軸）に沿って走行加速度値を発生する時、本発明の加速度センサ１５が検出するペダル１１のペダリング運転加速度値は、ペダル１１のペダリング加速度の原動機付自転車１の走行方向の成分（ＺＹ矢印）及び原動機付自転車１の走行方向に垂直な成分（ＺＸ矢印）を含み、ペダル１１のペダリング加速度で原動機付自転車１の走行方向の成分（ＺＹ矢印）及び原動機付自転車１の走行方向に垂直な成分（ＺＸ矢印）の比値で原動機付自転車１の走行加速度値と比較し、主制御器２に補助モータ１２及び電池１３の出力の上昇、低減を制御する判別の根拠を提供する。

また、本発明の加速度センサ１５が検出した原動機付自転車１の走行の加速度は、車体全体の完全な運動量の変化を含むことができ、異なる体重の騎乗者が騎乗した後、異なる道路状況の抵抗力の全体的運動量の変化を含む。故に、主制御器２が補助モータ１２、電池１３の出力を高める時、騎乗者のペダルの負荷を有効に軽減し、騎乗者が労力を費やしてペダリングする必要がなく、難しい道路状況が招く走行抵抗力を軽やかに克服できるように補助し、騎乗の苦難及び疲労を有効に低減する。

ペダル１１の運転加速度値が原動機付自転車１の走行加速度より小さい場合、主制御器２は、原動機付自転車１が受ける道路状況の抵抗力の現象を判断し、補助モータ１２、電池１３の出力を低減し、全体の電力の総出力を平衡させ、電池１３に原動機付自転車１に対する電力供給時間を延長させる。従って、原動機付自転車１の騎乗者が下り坂の途中で慣性によって速度が上昇して自然にペダリング力を低減する時、該加速度センサ１５が適時慣性速度上昇の変化を検出し、モータの補助力を適時低減し、車体に無駄な加速及びブレーキングを形成することを回避し、電力及びブレーキング構造の消耗を有効に低減し、全体の持続力を増加する多重の使用進歩性を兼ね備える。

前段に記載したのは、本発明の補助モータ１２、電池１３の出力を制御するメカニズムであり、本発明は、主制御器２が接続する速度及び距離検出器１４により、且つ該速度及び距離検出器１４は、接続するセンサケーブル１４１を有し、原動機付自転車１の前輪１９に連結し、原動機付自転車１の走行速度値及び走行距離の数値を検出することに用い、且つ該主制御器２は、走行速度値及び走行距離の数値を受信し、走行速度値が時速３２ｋｍより大きい時、補助モータ１２、電池１３の出力を停止し、車速が速くなり過ぎることを回避する。

また、本発明の補助モータ１２、電池１３の出力を制御するもう１つの制御メカニズムとして、本発明の該主制御器２は、車体重量数値を含む原動機付自転車１の基本演算データを内蔵した演算ユニット２３を含み、該演算ユニット２３は、ペダル１１の運転加速度、原動機付自転車１の走行加速度、速度及び距離検出器１４が検出した走行距離の数値及び内蔵する車体重量数値を計算し、ペダリング施力値２３１を生成する。エネルギー保存の法則に基づき、騎乗者のペダリング施力が原動機付自転車１に作用し、その運動エネルギーがＥ_K0からＥ_Kに増える場合、この力がなす効果は、Ｗ＝ΔＥ_K＝Ｅ_K−Ｅ_K0＝Ｆdであり、原動機付自転車１に対して均一変速直線運動の状況において、以下の式のように導出できる。
そのうち、
であり、
であり、ｍは原動機付自転車１の加速度であり、ｄは、原動機付自転車１の走行距離であり、そのうち、Ｆは、本発明が求めようとする施力値２３１である。上記式によって、ペダル１１の運転加速度、原動機付自転車１の走行加速度、速度及び距離検出器１４が検出した走行距離の数値及び内蔵の車体重量の数値を計算でき、ペダリング施力値２３１を算出でき、該ペダリング施力値２３１が２５Ｎｍより大きい時、原動機付自転車１が受ける道路状況の抵抗力が増加していると判断し、主制御器２が補助モータ１２、電池１３の出力を向上する。本発明に該補助モータ１２を制御させた補助出力は、図４に示すようであり、平坦な道の直線の道路状況において、ペダリング施力値２３１が２５Ｎｍより大きい時、即ち、図４上側の補助出力曲線に示すように、徐々に幅が広くなるように補助モータ１２の出力を高め、且つ車速を時速２５〜３２ｋｍの間に維持させる。登り坂の道路状況でペダリング施力値２３１が２５Ｎｍより大きい場合は、図４の中間の補助出力曲線に示すとおりであり、分段式で補助モータ１２の出力を高め、且つ車速を時速２５〜３２ｋｍの間に維持する。下り坂の道路状況時、原動機付自転車１自身の重力作用の関係によってペダリングを必要としない状況で走行速度を加速させることができ、この時、主制御品２が受信する走行速度値及び走行距離の数値が３２ｋｍより大きければ、補助モータ１２、電池１３の出力を停止し、速度が過度に速くなることを回避し、出力曲線が直線に近い僅かな振動状態を呈し、図４の下側の補助出力曲線のとおりである。

図５、図６は、本発明の光センサが環境光をセンシングし、主制御器によってヘッドランプの輝度を制御して調整する説明図であり、本発明の該原動機付自転車１は、主制御器２のヘッドランプ１６及びテールランプ１７にでき接続し、図２に示すように、該ヘッドランプ１６が設ける光センサ１６１により、該光センサ１６１は、環境光の輝度を検出し、且つ該主制御器２が環境光の輝度に基づきヘッドランプ１６の電力出力を変化させ、輝度調整を形成し、本発明の光センサ１６１は、環境光（図に示す街灯）の輝度が小さくなったことを検出した時、主制御器２がヘッドランプ１６の輝度を拡大し（図５参照）、本発明の光センサ１６１が環境光の比較的大きな輝度の光源（街灯）を検出する時、主制御器２は、ヘッドランプ１６の輝度を縮小する（図６参照）。各種異なる使用環境に柔軟に対応することに基づいて電力の使用出力を制御し、電池１３の動作電力及び負荷を低減し、電池１３の原動機付自転車１に対する電力供給の時間効率及び持続力を更に引き延ばす。

また、本発明は、該主制御器２は、ブルートゥース伝送ユニット２２を含み、該ブルートゥース伝送ユニット２２は、携帯電話３に無線接続し、該原動機付自転車１の騎乗時間及び騎乗速度を記録、管理する。また、携帯電話がダウンロードした各種運動管理ソフトウェアによって、更に騎乗者の体重、年齢等の生理条件を入力し、生理体力の管理を達成する。

上記のように、本発明は、現在の原動機付自転車の補助動力の制御技術の発展において直面する困難及び欠点を確かに改善し、以下の利点を達成する。
１、該原動機付自転車１に設ける主制御器２によって、加速度センサ１５が検出した原動機付自転車１の走行加速度、及びセンシングしたペダル１１のペダリング運転加速度を受信でき、ペダル１１の運転加速度が原動機付自転車１の走行加速度より大きい時、主制御器２が補助モータ１２、電池１３が出力する補助動力を高め、騎乗者が労力を費やしてペダリングして各種難しい道路状況がもたらす走行抵抗力を克服し、軽快な騎乗及び苦難及び疲労の低減の使用進歩性を達成する。
２、主制御器２は、原動機付自転車１が道路状況の変化（下り坂）によって上昇する慣性加速力に有効に適時反応でき、適時モータ補助力を低減し、車体が原動機付自転車１の無駄に加速及びブレーキングを形成することを回避させ、電力及びブレーキング構造の消耗を有効に低減し、全体の持続力を高める多重の進歩性を兼ね備える。
３、主制御器２は、ペダル１１の運転加速度が原動機付自転車１の走行加速度より小さい時、補助モータ１２、電池１３の出力を低減し、電池１３の動作効率及び負荷を低減し、電池１３に原動機付自転車１に対する電力供給の時間効率を引き延ばす。

なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。

１ 原動機付自転車
２ 主制御器
３ 携帯電話
１１ ペダル
１２ 補助モータ
１３ 電池
１４ 速度及び距離検出器
１４１ センサケーブル
１５ 加速度センサ
１６ ヘッドランプ
１６１ 光センサ
１７ テールランプ
１８ 表示器
２１ モータ制御インタフェース
２２ ブルートゥース伝送ユニット
２３ 演算ユニット
２３１ ペダリング施力値

Claims (5)

1. ペダリング駆動するペダルと、原動機付自転車の走行を駆動する補助モータと、補助モータが要する電力を提供する電池と、を含む原動機付自転車と、
   原動機付自転車の車体上に設置され、原動機付自転車の走行加速度値を検出し、且つ同時にペダルのペダリング運転加速度値を検出する加速度センサと、
   該原動機付自転車に設置され、補助モータ、電池及び加速度センサに電気接続する主制御器と、
   を含み、該主制御器は、加速度センサが検出する原動機付自転車の走行加速度値を受信し、ペダルのペダリング施力値をセンシングし、調整信号を補助モータ、電池に出力し、補助モータと電池の出力を制御し、ペダルの運転加速度値が原動機付自転車の走行加速度値よりも大きい場合、主制御器が原動機付自転車の受ける道路状況又は風力の進行抵抗力が増加していると判断し、補助モータ、電池の出力を高め、ペダルの運転加速度値が原動機付自転車の走行加速度値よりも小さい場合、原動機付自転車が受ける道路状況又は風力の進行抵抗力が減少していると判断し、主制御器が補助モータ、電池の出力を低減する、原動機付自転車の制御システム。
2. 前記加速度センサが検出するペダルの運転加速度値は、ペダルのペダリング加速度が原動機付自転車の走行方向の成分及び原動機付自転車の走行方向と垂直な成分を検出することを含み、ペダルのペダリング加速度の原動機付自転車の走行方向の成分及び原動機付自転車の走行方向と垂直な成分の比値を原動機付自転車の走行加速度値と比較し、主制御器が補助モータ及び電池の出力を高めるか、低減させる判別の根拠を提供する請求項１に記載の原動機付自転車の制御システム。
3. 前記原動機付自転車は、速度及び距離検出器を含み、且つ主制御器と接続し、該速度及び距離検出器が原動機付自転車の走行速度値及び走行距離の数値を検出し、且つ該主制御器が走行速度値及び走行距離の数値を受信し、走行速度値が時速３２ｋｍより大きい時、補助モータ、電池の出力を停止し、車速が過度に速くなることを回避する請求項１に記載の原動機付自転車の制御システム。
4. 前記原動機付自転車は、表示器を含み、且つ主制御器と接続し、該主制御器は、該電池の電量をモニタリングし、表示器に表示し、該表示器は、更に速度及び距離検出器が検出する走行速度値及び走行距離の数値を表示する請求項３に記載の原動機付自転車の制御システム。
5. 原動機付自転車は、主制御器に電気接続するヘッドランプ及びテールランプを含み、該ヘッドランプは、光センサを含み、該光センサは、環境光の輝度を検出し、且つ主制御器が環境光の輝度に基づいてヘッドランプに対する電力出力を変化させ、輝度の調整を形成する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の原動機付自転車の制御システム。