TWI676562B - 懸吊行程偵測之動態避震控制系統 - Google Patents

Abstract

一種懸吊行程偵測之動態避震控制系統，包含一避震單元、一控制單元，及一偵測單元。該避震單元包括至少一設置於一自行車之避震模組，及一阻尼調整模組。該避震模組具有一主體，及一軸心。該控制單元包括一控制模組。該控制模組控制該阻尼調整模組。該偵測單元包括一第一偵測模組，及一第二偵測模組。該第一偵測模組偵測該軸心相對於該主體之移動變化。該第二偵測模組偵測該自行車之橫向移動變化。該控制模組依據該偵測單元之偵測資訊判斷該自行車之動態並控制該避震模組之阻尼。

Description

懸吊行程偵測之動態避震控制系統

本發明是有關於一種避震控制系統，尤其是一種懸吊行程偵測之動態避震控制系統。

幾年來，因為環保意識漸漸受到民眾的重視，騎乘自行車的人群大幅度的增加。自行車不僅能夠成為日常交通的代步工具，減少二氧化碳對空氣的排放量，更能夠達到運動紓壓的效果。

因為自行車之動力來自騎士，所以自行車結構簡單，重量輕便，不適合設置重量較重的裝置。其中，設置於自行車上的避震器簡單輕便，可以緩衝路面崎嶇所造成的震動，更可以於行駛中保持車輪與路面的接觸。

以平坦的路面來說，要能夠在騎乘時感到舒適且比較省力，就得選擇較硬的避震器；以佈滿小石子的路面來說，要能夠在騎乘時遇到突起物不會因為震動而感到不舒服，就得選擇較軟的避震器。

但是目前設置於自行車之避震器，如果需要調整阻尼，都需要下車手動調整，甚至還要自備工具，並且在調整後不一定能夠達到理想的避震軟硬，無法帶來最佳的騎乘舒適度。

請參閱台灣專利M567216，一種自行車避震 器調整裝置，主要是利用胎壓之變化來判斷路面的變化，但是胎壓之變化會因為胎壓填充之壓力不同，而有所不同，影響控制器的判斷。

舉例來說，當胎壓超過120PSI時，輪胎表現堅硬，路面狀況的回饋可由胎壓偵測器偵測，取得的訊號會出現許多雜訊，影響控制器的判斷；當胎壓少於60PSI時，輪胎表現具有彈性，路面狀況的回饋會被輪胎吸收，胎壓偵測器無法取得完整的路面變化，也會影響控制器的判斷。

由上述說明可知，雖然習知揭露了自行車避震器調整裝置，但實際使用上仍有下列缺點：

一、必須使用無線傳輸技術：

輪胎會隨著車輛前進而轉動，因此胎壓偵測器必須連接無線傳輸元件，才能將胎壓資訊傳輸至控制器，因此利用胎壓調整避震器之技術必須使用無線資訊傳輸。

二、會被胎壓所影響：

充填於輪胎的空氣壓力會隨著時間減少，不同的胎壓將會影響控制器對於路況的判斷，無法有效判斷自行車行駛的路況。

因此，如何提升路況判斷的精準性，以即時針對不同之路況調整適合的阻尼，是相關技術人員亟需努力的目標。

有鑑於此，本發明之一目的是在提供一種懸 吊行程偵測之動態避震控制系統，用以控制一自行車之避震阻尼，該動態避震控制系統包含一避震單元、一控制單元，及一偵測單元。

該避震單元包括至少一設置於該自行車之避震模組，及一用以調整該避震模組之阻尼的阻尼調整模組，該避震模組具有一主體，及一相對該主體移動之軸心。

該控制單元包括一與該阻尼調整模組連接之控制模組，該控制模組控制該阻尼調整模組。

該偵測單元包括一與該控制模組連接之第一偵測模組，及一與該控制模組連接之第二偵測模組，該第一偵測模組偵測該軸心相對於該主體之移動變化，該第二偵測模組偵測該自行車之橫向移動變化，該控制模組依據該偵測單元之偵測資訊判斷該自行車之動態並控制該避震模組之阻尼。

本發明的又一技術手段，是在於上述之該第一偵測模組具有一設置於該避震模組之磁鐵，及一設置於該避震模組之霍爾感測器，該霍爾感測器可以偵測該磁鐵與該霍爾感測器間之距離。

本發明的另一技術手段，是在於上述之該控制模組具有一雜訊濾波部，該雜訊濾波部對該第一偵測模組及該第二偵測模組之偵測資訊進行濾波。

本發明的再一技術手段，是在於上述之該控制模組具有一路況分析部，該路況分析部分析該第一偵測模組及該第二偵測模組之偵測資訊，以提供該控制模組判 斷該自行車之動態。

本發明的又一技術手段，是在於上述之該偵測單元更包括一與該控制模組連接之第三偵測模組，該第三偵測模組偵測該自行車剎車的狀況。

本發明的另一技術手段，是在於上述之該第三偵測模組設置於該自行車之煞車手把，該第三偵測模組偵測該自行車之煞車手把之煞車角度。

本發明的再一技術手段，是在於上述之該偵測單元更包括一與該控制模組連接之第四偵測模組，該第四偵測模組偵測該自行車水平的狀態。

本發明的又一技術手段，是在於上述之該阻尼調整模組具有一設置於該主體及該軸心間之調整閥，及一與該調整閥連接之控制馬達，該控制模組控制該控制馬達，以調整該調整閥的位置。

本發明的另一技術手段，是在於上述之該控制模組具有一馬達控制部，以使該控制模組控制該控制馬達。

本發明的再一技術手段，是在於上述之該阻尼調整模組更具有複數設置於該調整閥之流體通孔，該複數流體通孔之口徑不同。

本發明之有益功效在於，該第一偵測模組偵測該避震模組之行程變化，該第二偵測模組偵測該自行車之橫向移動變化，該控制模組分析該第一偵測模組及該第二偵測模組之偵測資訊的波形，以判斷該自行車之騎乘的 路況，再調整該自行車之避震器的阻尼。

3‧‧‧避震單元

31‧‧‧避震模組

311‧‧‧主體

312‧‧‧軸心

32‧‧‧阻尼調整模組

321‧‧‧調整閥

322‧‧‧流體通孔

323‧‧‧流體通孔

324‧‧‧流體通孔

325‧‧‧流體通孔

326‧‧‧控制馬達

4‧‧‧控制單元

41‧‧‧控制模組

411‧‧‧雜訊濾波部

412‧‧‧路況分析部

413‧‧‧馬達控制部

5‧‧‧偵測單元

51‧‧‧第一偵測模組

511‧‧‧磁鐵

512‧‧‧霍爾感測器

52‧‧‧第二偵測模組

53‧‧‧第三偵測模組

54‧‧‧第四偵測模組

圖1是一裝置示意圖，說明本發明懸吊行程偵測之動態避震控制系統之一較佳實施例；圖2是一裝置示意圖，說明該較佳實施例之一調整閥；圖3是一裝置示意圖，說明該較佳實施例之一避震單元；圖4是一示意圖，說明該較佳實施例之一自行車行駛於柏油路之偵測訊號的變化；及圖5是一示意圖，說明該較佳實施例之自行車行駛於密集石子路之偵測訊號的變化。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來做表示。

參閱圖1、2、3，為本發明一種懸吊行程偵測之動態避震控制系統之一較佳實施例，該動態避震控制系統用以控制一自行車(圖式未示出)之避震阻尼，該動態避震控制系統包含一避震單元3、一控制單元4，及一偵測單元5。

該避震單元3包括至少一設置於該自行車之避震模組31，及一用以調整該避震模組31之阻尼的阻尼 調整模組32。一般自行車使用之懸吊系統具有彈簧結構及避震結構，用以緩衝路面的顛簸，並阻止車體的跳動，以使該自行車可以穩定地行駛於路面，由於用於自行車之懸吊技術為習知技術，於此不再詳述。於該較佳實施例中，該自行車之懸吊裝置是使用自行車前叉避震結構進行舉例，實際實施時，可使用於其他種類的避震結構，不應以此為限。

該避震模組31具有一主體311，及一相對該主體311移動之軸心312。其中，該避震模組31之主體311為具有容置空間的殼體，可以容置一避震流體，該避震流體可以使用避震油或空氣，該避震模組31之軸心312穿設於該主體311，該主體311與該軸心312間設有活塞。

該阻尼調整模組32具有一設置於該主體311及該軸心312間之調整閥321、複數設置於該調整閥321之流體通孔322、323、324、325，及一與該調整閥321連接之控制馬達326。

較佳地，該調整閥321設置於該軸心312中，該複數流體通孔322、323、324、325之口徑不同，用以調整避震流體的流量，進一步調整該避震模組31之阻尼。該控制模組41可以控制該控制馬達326，以調整該調整閥321的位置，並決定使用其中之一流體通孔322、323、324、325提供該避震流體通過，以決定該避震模組31的阻尼，或者不使用流體通孔322、323、324、325讓避震模組31不提供避震效果。

於該較佳實施例，該流體通孔322為該調整閥321之外部通孔，該複數流體通孔323、324、325為該調整閥321之內部通孔。其中，該流體通孔323之口徑較細，該流體通孔324之口徑中等，該流體通孔325之口徑較粗，控制該調整閥321之位置即可控制該避震流體的走向，進一步控制該避震模組31的阻尼，由於避震器阻尼控制技術繁多，本較佳實施例只是使用其中之一避震阻尼調整的技術，實際實施時，可以使用其他的避震控制技術，不應以此為限。

該控制單元4包括一與該阻尼調整模組32連接之控制模組41。該控制模組41具有一雜訊濾波部411、一路況分析部412，及一馬達控制部413。

該偵測單元5包括一與該控制模組41連接之第一偵測模組51、一與該控制模組41連接之第二偵測模組52、一與該控制模組41連接之第三偵測模組53，及一與該控制模組41連接之第四偵測模組54。

該第一偵測模組51偵測該軸心312相對於該主體311之移動變化，也就是該避震模組31之行程變化。於該較佳實施例，該第一偵測模組51具有一設置於該避震模組31之主體311的磁鐵511，及一設置於該避震模組31之軸心312的霍爾感測器512，該霍爾感測器512可以偵測該磁鐵511之磁力，以提供該霍爾感測器512與該磁鐵511間之距離，以使該控制模組41取得該軸心312相對於該主體311之移動變化，並使該控制模組41判斷該 自行車行駛的路況，該磁鐵511離該霍爾感測器512越近，該霍爾感測器512偵測之磁力越大，該磁鐵511離該霍爾感測器512越遠，該霍爾感測器512偵測之磁力越小，因此離該霍爾感測器512可以用於距離的偵測。

該第二偵測模組52偵測該自行車之橫向移動變化，較佳地，該第二偵測模組52可以使用g-sensor，以取得該自行車起步、剎車等橫向移動的狀況。

該第三偵測模組53偵測該自行車剎車的狀況，其中，該第三偵測模組53為設置於該自行車之煞車手把之另一磁鐵511及另一霍爾感測器512，用以取得該自行車之煞車手把的煞車角度，以提供該控制模組41判斷該自行車是否警急剎車，實際實施時，該第三偵測模組53也可以利用其他偵測該自行車之煞車手把的元件，不應以此為限。

該第四偵測模組54偵測該自行車水平的狀態，該第四偵測模組54是一種內建霍爾電路的水平偵測元件，可以偵測該自行車水平的狀態，以提供該控制模組41判斷該自行車為上坡或下坡之狀態。

該雜訊濾波部411對該第一偵測模組51、該第二偵測模組52、該第三偵測模組53及該第四偵測模組54之偵測資訊進行濾波。較佳地，該雜訊濾波部411是使用離散式小波轉換電路進行濾波，以濾掉高頻或低頻的雜訊，實際實施時，可以使用其他濾波電路，不應以此為限。

該路況分析部412儲存複數路況比對參數， 用以比對該偵測單元5之偵測資訊，並判斷該自行車是於平穩、顛簸、上坡、下坡、起步、剎車、緊急剎車，或騰空等狀態中。其中，該路況分析部412是以自我組織映射圖像網路來分析該偵測模組的偵測資訊，實際實施時，該路況分析部412可利用其他分析電路來分析該偵測模組的偵測資訊，不應以此為限。

當該控制模組41之路況分析部412判斷該自行車之路況後，即可利用該馬達控制部413對該控制馬達326輸出控制資訊，以控制該避震模組31之阻尼。其中，該馬達控制部413是一種馬達控制電路，可以輸出PWM訊號，以控制該控制馬達326的轉動位置。

參閱圖4、為該自行車行駛於柏油路時，該第一偵測模組51之偵測訊號，其中，橫軸為時間變化，縱軸為該第一偵測模組51之偵測訊號的變化。由圖4可以看出該自行車行駛於柏油路時，訊號幾乎呈現水平直線，表示該自行車震動幅度較小，此時懸吊系統不需緩衝路面的力量，該控制模組41可將該避震模組31之阻尼調整至硬，以避免騎士踩踏的力量被懸吊系統所吸收。

參閱圖5，為該自行車行駛於密集石子路時，該第一偵測模組51之偵測訊號，其中，橫軸為時間變化，縱軸為該第一偵測模組51之偵測訊號的變化。由圖5可以看出該自行車行駛於密集石子路時，訊號震幅較大，表示該自行車震動幅度較大，此時懸吊系統需要緩衝路面的力量，該控制模組41可將該避震模組31之阻尼調整至軟， 以使懸吊系統吸收路面的力量。

該第三偵測模組53可以偵測該自行車之煞車手把的轉動角度，以使該控制模組41分辨剎車是否為緊急剎車。當該自行車發生緊急剎車時，該控制模組41控制該避震模組31之阻尼改變成最硬，以避免該自行車剎車時重心向前，造成前避震器行程縮短而發生翻車的狀況。

該第四偵測模組54可以偵測該自行車之狀態是否處於上坡或下坡，較佳地，會於該路況分析部412儲存上坡或下坡的上限值，當該自行車之角度大於該上坡或下坡的上限值時，判斷該自行車處於上坡或下坡，並且該控制模組41控制該避震模組31之阻尼改變成最硬，以提供該自行車上坡時騎士踩踏的力量可以完整地傳輸至輪子的轉動，下坡可以防止懸吊所造成的重心向前，以避免發生翻車事故，實際實施時，該第四偵測模組54可以使用卡爾曼對該第二偵測模組52進行濾波，以取得該自行車之傾斜角度。

當該第一偵測模組51之偵測資訊於短時間發生劇烈變化，甚至該第一偵測模組51偵測到該避震模組31之主體311及軸心312達到最遠狀況，或是該軸心312遠離該主體311之速度超過該控制模組41中設定之一騰空門檻參數，表示該自行車處於騰空狀態，該控制模組41控制該避震模組31之阻尼改變成最軟狀態，以使該避震模組31吸收下撞擊的衝力。

當該第一偵測模組51及該第二偵測模組52 之偵測資訊沒有變化，表示該自行車為靜止狀態，或是該第一偵測模組51偵測有一明顯的波形，表示該自行車為起步狀態，該控制模組41控制該避震模組31之阻尼改變成最硬，以使騎士踩踏的力量用於該自行車起步上。

該較佳實施例是利用該控制模組41、該第一偵測模組51、該第二偵測模組52，及該阻尼調整模組32作為主要的元件，該自行車於路面不佳的路面行駛時，該第一偵測模組51之偵測資訊透過該雜訊濾波部411將雜訊濾掉，該路況分析部412分析路面的類型，同步以該馬達控制部413控制該控制馬達326，將該避震模組31之阻尼調整成為適合該路面的狀況，以提供該自行車之騎士可以於不同路面以不同的阻尼騎乘該自行車。

值得一題的是，雖然該自行車之輪胎的胎壓會隨著時間而減少，或是因為充氣而突然增加，也不會影響該第一偵測模組51的偵測資訊，該第一偵測模組51確實偵測該避震模組31之行程，該控制模組41分析該第一偵測模組51之偵測資訊，並控制該避震模組31的阻尼。

由上述說明可知，本發明懸吊行程偵測之動態避震控制系統確實具有下列功效：

一、可精準偵測路面：

該第一偵測模組51可以偵測該避震模組31之主體311與軸心312的相對移動變化，以提供該控制模組41分析及判斷路面的狀況。

二、不需要無線資訊傳輸的元件：

該第一偵測模組51、該第二偵測模組52、該第三偵測模組53，及該第四偵測模組54可以整合成一體，並安裝於該避震模組31上，資訊的傳輸不需要使用無線資訊傳輸的元件。

三、可以調整不同的阻尼：

設置於該調整閥321之複數流體通孔322、323、324、325寬度不一致，該控制馬達326可以控制使用其中之一流體通孔322、323、324、325，以使該控制模組41調整該避震模組31呈現不同阻尼。

綜上所述，該第一偵測模組51可以偵測該避震模組31的行程變化，該第二偵測模組52可以偵測該自行車橫向移動的變化，該控制模組41可以分析該第一偵測模組51及該第二偵測模組52的偵測資訊，並判斷路面的狀況，該第三偵測模組53可以輔助該控制模組41判斷該自行車是否發生緊急剎車，該第四偵測模組54可以輔助該控制模組41判斷該自行車是否處於上坡或下坡，該控制模組41依據不同的偵測資訊調整該避震模組31的阻尼，故確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (9)

1. 一種懸吊行程偵測之動態避震控制系統，用以控制一自行車之避震阻尼，其包含：一避震單元，包括至少一設置於該自行車之避震模組，及一用以調整該避震模組之阻尼的阻尼調整模組，該避震模組具有一主體，及一相對該主體移動之軸心；一控制單元，包括一與該阻尼調整模組連接之控制模組，該控制模組控制該阻尼調整模組；及一偵測單元，包括一與該控制模組連接之第一偵測模組，及一與該控制模組連接之第二偵測模組，該第一偵測模組具有一設置於該避震模組之磁鐵，及一設置於該避震模組之霍爾感測器，該霍爾感測器可以偵測該磁鐵的磁力，以取得該霍爾感測器與該磁鐵間之距離，並使該控制模組取得該第一偵測模組偵測該軸心相對於該主體之移動變化，該第二偵測模組偵測該自行車之橫向移動變化，該控制模組依據該偵測單元之偵測資訊判斷該自行車之動態並控制該避震模組之阻尼。
2. 依據申請專利範圍第1項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該控制模組具有一雜訊濾波部，該雜訊濾波部對該第一偵測模組及該第二偵測模組之偵測資訊進行濾波。
3. 依據申請專利範圍第1項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該控制模組具有一路況分析部，該路況分析部分析該第一偵測模組及該第二偵測模組之偵測資訊，以提供該控制模組判斷該自行車之動態。
4. 依據申請專利範圍第1項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該偵測單元更包括一與該控制模組連接之第三偵測模組，該第三偵測模組偵測該自行車剎車的狀況。
5. 依據申請專利範圍第4項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該第三偵測模組設置於該自行車之煞車手把，該第三偵測模組偵測該自行車之煞車手把之煞車角度。
6. 依據申請專利範圍第1項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該偵測單元更包括一與該控制模組連接之第四偵測模組，該第四偵測模組偵測該自行車水平的狀態。
7. 依據申請專利範圍第1項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該阻尼調整模組具有一設置於該主體及該軸心間之調整閥，及一與該調整閥連接之控制馬達，該控制模組控制該控制馬達，以調整該調整閥的位置。
8. 依據申請專利範圍第7項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該控制模組具有一馬達控制部，以使該控制模組控制該控制馬達。
9. 依據申請專利範圍第7項所述懸吊行程偵測之動態避震控制系統，其中，該阻尼調整模組更具有複數設置於該調整閥之流體通孔，該複數流體通孔之口徑不同。