TWI662981B - 協力車模擬系統 - Google Patents

Abstract

一種協力車模擬系統包括一個第一車本體、至少一個第二車本體、一個充放電單元以及一個控制系統。第一車本體是供主騎乘者騎乘，第二車本體是供副騎乘者騎乘，第一車本體及第二車本體分別包括踏板、飛輪以及馬達。充放電單元連接於第一車本體及第二車本體的馬達，而控制系統則信號連接於第一車本體與第二車本體，以控制馬達對充放電單元充電或取電，從而提供阻力或助力給飛輪。

Description

協力車模擬系統

本發明是有關一種協力車模擬系統，尤其供連線模擬騎乘協力車的協力車模擬系統。

自行車至今不斷演進，衍生出各式各樣不同用途與功能，大多提供省力、休閒、運動或娛樂之各種用途，而協力車更是改變以往自行車的騎乘方式，是由兩個或更多人共同騎乘，不僅可增加騎乘者彼此間的默契，更可增加娛樂趣味。

而協力車可區分為同步協同出力及非同步協同出力的兩種驅動方式，差別在於齒輪組的不同，而產生相異的傳動方式。但是不論何種驅動方式，傳統協力車一般是用使齒輪結構搭配鍊條來連結，且大都是在室外騎乘，即使是可以在室內使用的車種，受限於本身機械式機構的連結，騎乘者們必需一起騎乘同一輛協力車，無法將協力車分解拆開騎乘，使用空間難免受到限制。

另方面，也由於騎乘者們騎乘者們必需一起騎乘同一輛協力車，因此當騎乘者們如果是分散在各個不同地方或位在不同的區域時，根本不可能一起進行協力騎乘，由於習知的協力車受到空間與距離的限制，導致協力騎乘的樂趣大幅降低。

本發明之一目的在提供一種供多人連線模擬騎乘的協力車模擬系統。

本發明之另一目的在提供一種可回饋阻力及助力以模擬騎乘協力車的協力車模擬系統。

本發明之一實施例提出一種協力車模擬系統，是供一個主騎乘者及至少一個副騎乘者模擬騎乘協力車，其中協力車模擬系統包括一個第一車本體、至少一個第二車本體、一個充放電單元以及一個控制系統。第一車本體是供主騎乘者騎乘並包括一組供主騎乘者踩踏的第一踏板、受第一踏板連動並旋轉的一組第一飛輪以及連接於第一飛輪的一個第一馬達。第二車本體是供副騎乘者騎乘並包括一組供副騎乘者踩踏的第二踏板、受第二踏板連動並旋轉的一組第二飛輪以及連接於第二飛輪的一個第二馬達。充放電單元是連接於第一馬達及第二馬達，而控制系統信號連接於第一車本體及第二車本體並連接於充放電單元，以控制第一馬達及第二馬達對充放電單元充電或取電，進而提供阻力或助力給第一飛輪或第二飛輪。

在本發明的一實施例中，控制系統包括一個信號連接於第一車本體的第一控制裝置以及一個信號連接於第二車本體的第二控制裝置。充放電單元包括一個連接於第一馬達及第一控制裝置第一充放電裝置、以及一個連接於第二馬達及第二控制裝置的第二充放電裝置，第一控制裝置控制第一馬達對第一充放電裝置充電或取電以提供阻力或助力給第一飛輪，第二控制裝置控制第二馬達對第二充放電裝置充電或取電以提供阻力或助力給第二飛輪。

在本發明的一實施例中，第一車本體更包括一組第一速度感測器以及一組設置在第一踏板上的第一荷重感測器。第一速度感測器係供感測第一飛輪轉動並產生一個第一轉速值，第一荷重感測器則 是供感測主騎乘者踩踏產生的一個第一施力數值。第二車本體更包括一組第二速度感測器以及一組設置在第二踏板上的第二荷重感測器。第二速度感測器係供感測第二飛輪轉動並產生一個第二轉速值，第二荷重感測器則是供感測副騎乘者踩踏產生的一個第二施力數值。

在本發明的一實施例中，控制系統是供接收各第一速度感測器及第二速度感測器分別測得的各第一轉速值及第二轉速值及接收各第一荷重感測器及第二荷重感測器分別測得的各第一施力數值及第二施力數值，並依據各第一轉速值及第二轉速值及各第一施力數值及第二施力數值計算出一個自行車速度參考值，再依據自行車速度參考值控制各第一馬達及第二馬達對各第一飛輪及第二飛輪的轉速的控制，使連動的各第一踏板及第二踏板回饋對應阻力或助力至各主騎乘者或副騎乘者。

本發明之一種協力車模擬系統，是透過連線的方式，由控制系統取得每一位騎乘者的相關騎乘信息，再由控制系統進行運算，以獲得自行車速度參考值，並以自行車速度參考值做為參考依據，控制每一個車本體產生對應的連動，使得各騎乘者產生有踏空或踏實的真實模擬騎乘感，由於本案可透過連線的方式進行協力車的模擬騎乘，使得傳統協力車的車本體結構過長導致使用空間受限的問題可以被克服，另方面，即使騎乘者們是分散在各個不同地方或位在不同的區域，仍可透過連線的方式進行協力騎乘，有別於傳統協力車會受到空間與距離的限制問題，使協力騎乘的樂趣大同幅提升。

為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧第一車本體

1a‧‧‧第一車本體

1b‧‧‧第一車本體

11‧‧‧第一踏板

12‧‧‧第一飛輪

13‧‧‧第一速度感測器

14‧‧‧第一荷重感測器

15‧‧‧第一馬達

16‧‧‧生理信號感測器

17‧‧‧無線信號傳輸器

2‧‧‧第二車本體

2a‧‧‧第二車本體

2b‧‧‧第二車本體

21‧‧‧第二踏板

22‧‧‧第二飛輪

23‧‧‧第二速度感測器

24‧‧‧第二荷重感測器

25‧‧‧第二馬達

26‧‧‧生理信號感測器

27‧‧‧無線信號傳輸器

3‧‧‧控制系統

3a‧‧‧控制系統

3b‧‧‧控制系統

31‧‧‧第一控制裝置

32‧‧‧第二控制裝置

33‧‧‧資料庫

4‧‧‧充放電單元

41‧‧‧第一充放電裝置

42‧‧‧第二充放電裝置

圖1是本發明一實施例之協力車模擬系統的方塊圖；圖2是本發明另一實施例之協力車模擬系統的方塊圖；及圖3是本發明又另一實施例之協力車模擬系統的方塊圖。

依照本發明一實施例的一種協力車模擬系統，是供一個主騎乘者及至少一個副騎乘者共同模擬騎乘協力車，所述的主騎乘者是以往騎乘協力車時負責帶領及控制方向的騎乘者，副騎乘者則是在主騎乘者後方提供踩踏施力前進的騎乘者，如圖1所示，本實施例之協力車模擬系統主要包括一個第一車本體1、一個第二車本體2、一個充放電單元4以及一個控制系統3。第一車本體1是供主騎乘者(圖未示出)騎乘並包括一組供主騎乘者踩踏的第一踏板11、受第一踏板11連動並旋轉的一組第一飛輪12以及連接於第一飛輪的一個第一馬達。第二車本體2是供至少一個副騎乘者(圖未示出)騎乘並包括一組供副騎乘者踩踏的第二踏板21、受第二踏板21連動並旋轉的一組第二飛輪22以及連接於第二飛輪22的一個第二馬達25。充放電單元4是連接於第一馬達15及第二馬達25，而控制系統3信號連接於第一車本體1及第二車本體2並連接於充放電單元4，以控制第一馬達15及第二馬達25對充放電單元4充電或取電，進而藉由提供阻力或助力給第一飛輪12或第二飛輪22。

第一車本體1可更包括一組第一速度感測器(Encoder)13及一組第一荷重感測器14。主騎乘者踩踏第一踏板11時，第一飛輪12受第一踏板11連動並旋轉，第一速度感測器13可供感測第一飛輪12轉動並產生一個第一轉速值，第一荷重感測器14可供感測主騎乘者踩 踏而產生一個第一施力數值，而控制系統3可控制第一馬達15調整第一飛輪12的轉速。

相似於第一車本體1，第二車本體2可更包括一組第二速度感測器(Encoder)23及一組第二荷重感測器24。副騎乘者踩踏第二踏板21時，第二飛輪22受第二踏板21連動並旋轉，第二速度感測器23可供感測第二飛輪22轉動並產生一個第二轉速值，第二荷重感測器24可供感測副騎乘者踩踏而產生一個第二施力數值，而控制系統3可控制第二馬達25調整第二飛輪22的轉速。

第一馬達15可為雙向馬達，其轉軸可與第一飛輪12的軸心同軸或以皮帶、齒輪等組件連動於第一飛輪12的軸心；同樣地，第二馬達25可為雙向馬達，其轉軸可與第二飛輪22的軸心同軸或以皮帶、齒輪等組件連動於第二飛輪22的軸心。當第一馬達15未啟動時，是連動於第一飛輪12的旋轉而對充放電單元4充電並提供阻力給第一飛輪12，然而若要增加更多阻力時，控制系統3可控制第一馬達15以相反於第一飛輪12的旋轉方向下轉動，此時充放電單元4是提供電力給第一馬達15；同樣地，當第二馬達25未啟動時，是連動於第一飛輪22的旋轉而對充放電單元4充電並提供阻力給第二飛輪22，然而若要增加更多阻力時，控制系統3可控制第二馬達25以相反於第二飛輪22的旋轉方向下轉動，此時充放電單元4是提供電力給第二馬達25。相反地，充放電單元4可提供給第一馬達15電力，而控制系統3可控制第一馬達15以相同於第一飛輪12的旋轉方向下轉動，以提供第一飛輪12助力；充放電單元4亦可提供給第二馬達25電力，而控制系統3可控制第二馬達25以相同於第二飛輪22的旋轉方向下轉動，以提供第二飛輪22助力。

在本實施例中，第一車本體1與第二車本體2可置放於同一空間或相鄰擺放，使得第一馬達15與第二馬達25可連接於同一個充放電單元4，而 充放電單元4可設置於第一車本體1與第二車本體2的外部，然而本發明並不僅限於此。充放電單元4可為鋰電池、鉛酸電池或其他可充放電的電池組。

控制系統3是信號連接至第一車本體1及第二車本體2，連接方式可以是透過一條信號線(CAMbus)連接，並由控制系統3接收第一速度感測器13及第二速度感測器23分別測得的各第一轉速值及第二轉速值，以及接收第一荷重感測器14及第二荷重感測器24分別測得的各第一施力數值及第二施力數值，並依據各第一轉速值、第二轉速值、第一施力數值及第二施力數值計算出一個自行車速度參考值。在本實施例中，控制系統3具有一個非對稱歸屬函數模糊類神經網路，用以模擬實際在外的協力車的操作，在外騎乘的協力車具有參數不確定性、系統非線性、負載變動及外界干擾等性質，因此，當控制系統3接收第一轉速值、第二轉速值、第一施力數值及第二施力數值後，即可進行協力車實際騎乘的模擬，並運算出前述的自行車速度參考值。

接著，控制系統3可依據運算出的自行車速度參考值，分別對第一飛輪12及第二飛輪22的轉速進行控制，使得連動的各第一踏板11及第二踏板21回饋對應阻力或助力至各主騎乘者或副騎乘者，例如，當副騎乘者加速時，受副騎乘者的前進助力影響令主騎乘者產生有踏空的感覺，或者，當主騎乘者減速時，受主騎乘者的減速阻力影響令副騎乘者產生有踏實的感覺，且前進助力及減速阻力可透過非對稱歸屬函數模糊類神經網路進行實際騎乘的模擬，即可模擬出騎乘協力車的實際狀態。

本實施例雖然是一個副騎乘者及一個第二車本體2為例，對於本領域具有通常知識者而言，亦可設計為多個第二車本體2，並分 別由多個副騎乘者騎乘，而控制系統3則可接收所有騎乘者及所有車本體的相關數值，進行多人騎乘的模擬並計算出對應的自行車速度參考值。另方面，騎乘者更可選擇所模擬的協力車為同步協同出力或非同步協同出力，並由控制系統3的非對稱歸屬函數模糊類神經網路依據騎乘者的選擇，分別模擬並計算出對應的同步協同出力或非同步協同出力的自行車速度參考值。

依照本發明另一實施例的一種協力車模擬系統，如圖2所示，在本實施例中，控制系統3a包括一個信號連接於第一車本體1a的第一控制裝置31以及一個信號連接於第二車本體2a的第二控制裝置32。第一充放電裝置41連接於第一馬達15及第一控制裝置31，而第二充放電裝置42連接於第二馬達25及第二控制裝置32。第一控制裝置31可控制第一馬達15對第一充放電裝置41充電或取電以提供阻力或助力給第一飛輪12，而第二控制裝置32可控制第二馬達25對第二充放電裝置42充電或取電以提供阻力或助力給第二飛輪22。第一充放電裝置41是整合於第一馬達15而裝設於該第一車本體1a，而第二充放電裝置42是整合於第二馬達25而裝設於第二車本體2a。

本實施例與圖1實施例的差別在於將圖1的充電單元4變化為分別設於第一車本體1a與第二車本體2a的第一充放電裝置41與第二充放電42，而控制系統3a則是包含位於主騎乘者端的第一控制裝置31與位於副騎乘者端的第二控制裝置32，且第一控制裝置31與第二控制裝置32間可藉由線路或無線技術相連，以具有相似於圖1實施例的控制系統3的功能。第一控制裝置31與包含第一馬達15及第一充電裝置41的組件間的連接可整合於第一控制裝置31與第一車本體1a間的信號連接或另外以線路(圖未示出)連接；同樣 地，第二控制裝置32與包含第二馬達25及第二充電裝置42的組件間的連接可整合於第二控制裝置32與第二車本體2a間的信號連接或另外以線路連接。本實施例可適用於在遠端連線下進行的協力車模擬系統。

在本實施例中，第一踏板11、第一荷重感測器14、第一速度感測器13及第一飛輪12的運作機制以及第二踏板21、第二荷重感測器24、第二速度感測器23及第二飛輪22的運作機制可相似於圖1的實施例，在此不再加以敘述。

依照本發明另一實施例的一種協力車模擬系統，如圖3所示，第一車本體1b及第二車本體2b更分別包括有一個生理信號感測器16、26及無線信號傳輸器17、27，其中無線信號傳輸器17、27是供控制系統3b以遠端連線的方式信號連接至第一車本體1b及第二車本體2b，因此，即使主騎乘者與副騎乘者分別是在不同兩地，仍可透過遠端連線進行協力騎乘協力車。而所述的無線信號傳輸器17、27，在本例中，可例示包括一組藍芽，對於本領域具有通常知識者而言，亦可以無線網路傳送單元(WiFi)替代，或者，可由行動通訊單元(智慧型手機)替代。

而生理信號感測器16、26則可以是心跳或肺活量的相關量測器，用以分別量測主騎乘者及副騎乘者的心跳或肺活量，並分別整理成所屬的生理狀態資訊，所述的生理狀態資訊可透過各無線信號傳輸器17、27傳輸至控制系統3b，在本實施例中，控制系統3b包括有一個資料庫33，並可透過資料庫33對各主騎乘者各副騎乘分別所屬的生理狀態資訊進行儲存，以供後續生理狀態的研究參考，或是可再由非對稱歸屬函數模糊類神經網路加以運算，並模擬出騎乘協力車更實際狀態。

應注意的是，雖然圖3是以圖1為基礎下繪製，然而本實施例亦 可應用於圖2的實施例或其他基於本發明精神的協力車模擬系統中。

本發明之一種協力車模擬系統，是透過連線的方式，由控制系統取得每一位騎乘者的相關騎乘信息，再由控制系統透過非對稱歸屬函數模糊類神經網路進行運算，以獲得自行車速度參考值，並以自行車速度參考值做為參考依據，控制每一個車本體產生對應的連動，使得各騎乘者產生有踏空或踏實的真實模擬騎乘感，由於本案可透過連線的方式進行協力車的模擬騎乘，騎乘者可分散在空間各處進行乘騎，可克服習知協力車的長度過長而無法在有限的空間進行騎乘的問題。另方面，即使騎乘者們是分散在各個不同地方或位在不同的區域，仍可透過連線的方式進行遠端模擬進行協力騎乘，有別於傳統協力車會受到空間與距離的限制問題。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明精神和範圍內，當可作些許更動與潤飾，因此本發明保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種協力車模擬系統，係供一個主騎乘者及至少一個副騎乘者模擬騎乘協力車，其中該協力車模擬系統包括： 一個第一車本體，係供該主騎乘者騎乘，該第一車本體包括： 一組第一踏板，係供該主騎乘者踩踏； 一組第一飛輪，係受該第一踏板連動並旋轉； 一個第一馬達，連接於該第一飛輪以調整該第一飛輪的轉速； 至少一個第二車本體，係供該副騎乘者騎乘，該第二車本體包括： 一組第二踏板，係供該副騎乘者踩踏； 一組第二飛輪，係受該第二踏板連動並旋轉； 一個第二馬達，連接於該第二飛輪以調整該第二飛輪的轉速； 一個充放電單元，連接於該第一馬達及該第二馬達；以及 一個控制系統，信號連接於該第一車本體及該第二車本體並連接於該充放電單元，以控制該第一馬達及該第二馬達對該充放電單元充電或取電，進而提供阻力或助力給該第一飛輪或該第二飛輪。
2. 如請求項1所述的協力車模擬系統，其中該控制系統包括一個信號連接於該第一車本體的第一控制裝置以及一個信號連接於該第二車本體的第二控制裝置；該充放電單元包括一個連接於該第一馬達及該第一控制裝置的第一充放電裝置、以及一個連接於該第二馬達及該第二控制裝置的第二充放電裝置，該第一控制裝置控制該第一馬達對該第一充放電裝置充電或取電以提供阻力或助力給該第一飛輪，該第二控制裝置控制該第二馬達對該第二充放電裝置充電或取電以提供阻力或助力給該第二飛輪。
3. 如請求項2所述的協力車模擬系統，其中該第一控制裝置與該第二控制裝置間是以線路或無線技術做信號連接。
4. 如請求項2所述的協力車模擬系統，其中該第一充放電裝置是整合於該第一馬達而裝設於該第一車本體，而該第二充放電裝置是整合於該第二馬達而裝設於該第二車本體。
5. 如請求項1-4任一項所述的協力車模擬系統，其中該第一車本體更包括： 一組第一速度感測器，係供感測該第一飛輪轉動並產生一個第一轉速值；以及 一組第一荷重感測器，係設置在該第一踏板上，供感測該主騎乘者踩踏產生的一個第一施力數值； 其中該第二車本體更包括： 一組第二速度感測器，係供感測該第二飛輪轉動並產生一個第二轉速值；以及 一組第一荷重感測器，係設置在該第一踏板上，供感測各該副騎乘者踩踏產生的一個第二施力數值； 該控制系統係接收各該第一速度感測器及第二速度感測器分別測得的各該第一轉速值及第二轉速值及接收各該第一荷重感測器及第二荷重感測器分別測得的各該第一施力數值及第二施力數值，並依據各該第一轉速值及第二轉速值及各該第一施力數值及第二施力數值計算出一個自行車速度參考值，再依據該自行車速度參考值控制各該第一馬達及第二馬達對各該第一飛輪及第二飛輪的轉速的控制，使連動的各該第一踏板及第二踏板回饋對應阻力或助力至各該主騎乘者或該些副騎乘者。
6. 如請求項5的所述的協力車模擬系統，其中各該第一車本體及第二車本體分別更包括一個無線信號傳輸器，該控制系統係透過各該無線信號傳輸器信號連接至該第一車本體及該些第二車本體。
7. 如請求項6的所述的協力車模擬系統，其中各該第一車本體及第二車本體分別更包括一個生理信號感測器，各該生理信號感測器係供感測各該主騎乘者及各該些副騎乘的生理狀態資訊，並透過該無線信號傳輸器將該生理狀態資訊傳送到該控制系統。
8. 如請求項6的所述的協力車模擬系統，其中該無線信號傳輸器包括一組藍芽、無線網路傳輸單元或行動通訊單元。
9. 如請求項1所述的協力車模擬系統，其中該充放電單元包括鋰電池裝置或鉛酸電池裝置。
10. 如請求項1所述的協力車模擬系統，當該第一或第二馬達提供阻力給該第一或第二飛輪時，該第一馬達被該第一飛輪帶動或該第二馬達被該第二飛輪帶動而對該充放電單元充電，或該控制系統控制該第一馬達或該第二馬達對該充放電單元取用電力但以相反於該第一或第二飛輪的旋轉方向轉動；當該第一或第二馬達提供助力給該第一或第二飛輪時，該控制系統控制該第一或第二馬達以相同於該第一或第二飛輪的旋轉方向轉動。