TWI774554B - 複合式中置配套性能測試系統 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種複合式中置配套性能測試系統，其包括機台、中置配套組件、性能感測單元及訊號控制單元。中置配套組件包含具五通心軸的中置馬達，可供測試驅動力驅使而運轉。模擬阻力產生單元包含第一伺服減速馬達，第一伺服減速馬達以連動機構與五通心軸一端連動，以對五通心軸提供模擬阻力負載。性能感測單元用以感測中置配套組件的運轉狀態而產性能感測訊號。訊號控制單元用以控制第一伺服減速馬達產生模擬阻力負載，並轉換處理性能感測訊號為運轉狀態數據，以作為中置配套組件的性能評估依據，俾能藉由測試機台、動力耦合驅動及模擬阻力等機制的整合配置，而可針對習知檢測技術無法對於電輔自行車中置配套組件做出性能測試的缺失進行改善，進而做出中置配套組件的相關性能數據評估。

Description

複合式中置配套性能測試系統

本發明係有關一種複合式中置配套性能測試系統，尤指一種可藉由測試機台、動力耦合驅動及模擬阻力等機制的整合配置而做出中置配套組件性能測試的中置配套組件性能測試技術。

按，加裝電動馬達的電動輔助自行車確實可以有效減少騎乘者的體能負擔，所以電動輔助自行車儼然已經受到廣大消費者的青睞與喜愛。一般來說，電動輔助自行車的馬達傳動機構係安裝於自行車的車輪之輪轂(如輪轂馬達)或是車架之五通心軸等位置，用以提供驅動自行車前進的輔助動力。其中，於電動輔助自行車之車架的五通心軸處所設置的馬達，即一般所謂的中置馬達。當騎乘者騎乘至上坡路段時，中置馬達便可依據騎乘者所踩踏曲柄扭矩而適時輸出所需的輔助動力，於是即可讓騎乘者能輕鬆地騎乘電動輔助自行車。

然而，由於大部分用於電動輔助自行車的中置配套組件皆屬封閉系統，所以無法進行測試、瞭解及比較相關性能，習知檢測技術雖然有針對馬達進行相關的性能測試，例如公告第I460450號馬達測試裝置、第I273265號馬達特性測試系統、第201111761號電動自行車性能測試器結構及第201229543號模擬成車負載的馬達動力測試裝置與其方法等專利前案；惟該等專利並無本發明的專屬配置的測試機台、耦合機構及連動機構以分別 將測試驅動力及模擬阻力負載連接至中置馬達五通心軸，以供專屬對於中置馬達做性能之測試，因而造成測試上的不便與困擾的情事產生。

另有一種如新型公告第M609586號『電動自行車的馬達試驗系統』所示的專利，其包含架體、驅動單元及控制單元。驅動單元設於架體並包含有第一馬達，第一馬達連接曲柄軸並能被驅動而以第一輸出轉速與第一輸出扭矩而驅動該曲柄軸轉動。阻力產生單元設於架體並包含有滾輪與第二馬達，該後輪壓抵滾輪，該第二馬達連接該滾輪並能被驅動而以第二輸出轉速與第二輸出扭矩而驅動該滾輪轉動。控制單元控制第一馬達與第二馬達轉動，該控制單元還依據第一與第二輸出轉速與第一與第二輸出扭矩而計算待測馬達的輸出功率。該專利雖然可以測試中置馬達的輸出功率性能；惟，該專利同樣無專屬配置的機台、耦合機構及連動機構等機能建置，致使無法分別將測試驅動力及模擬阻力負載連接至中置馬達五通心軸，以供專屬對於中置馬達做性能之測試，而且由於機台係供整台自行車架設的緣故，所以機台的體積必須加大加上組成構件繁多，因而大幅增加組裝與硬體建置的成本。

有鑑於此，上述習知技術與該等專利前案於功能性上確實皆未臻完善，因而仍有再改善的必要性；緣是，本發明人等乃積極努力研發，終於研發出一套有別於上述習知技術與前揭專利的本發明。

本發明主要目的，在於提供一種複合式中置配套性能測試系統，主要是可以藉由機台配置、動力耦合及模擬阻力等機制的整合設置，而可針對習知檢測技術無法對於電輔自行車中置配套組件做出性能測試的 缺失進行改善，進而做出中置配套組件的相關性能數據評估。達成主要目的之技術手段，係包括機台、中置配套組件、性能感測單元及訊號控制單元。中置配套組件包含具五通心軸的中置馬達，可供測試驅動力驅使而運轉。模擬阻力產生單元包含第一伺服減速馬達，第一伺服減速馬達以連動機構與五通心軸一端連動，以對五通心軸提供模擬阻力負載。性能感測單元用以感測中置配套組件的運轉狀態而產性能感測訊號。訊號控制單元用以控制第一伺服減速馬達產生模擬阻力負載，並轉換處理性能感測訊號為運轉狀態數據，以作為中置配套組件的性能評估依據。

10:機台

11:定位桿

20:中置配套組件

21:中置馬達

210:五通心軸

22:電池

30:模擬阻力產生單元

31:第一伺服減速馬達

40:性能感測單元

41:電壓感測模組

42:電流感測模組

43:溫度感測模組

44:第一扭力感測器

45:第一轉速計

46:第二扭力感測器

47:第二轉速計

48:電力感測模組

49a:第三扭力感測器

49b:第三轉速計

50:訊號控制單元

60:連動機構

70:耦合機構

80:第二伺服減速馬達

81:人力踩踏動力機構

810:勾爪

811:曲柄軸

圖1係本發明第一應用實施立體視角的實施示意圖。

圖2係本發明第一應用實施結合功能方塊控制的實施示意圖。

圖3係本發明第一應用實施側視視角的實施示意圖。

圖4係本發明第二應用實施立體視角的實施示意圖。

圖5係本發明第二應用實施結合功能方塊控制的實施示意圖。

圖6係本發明第三應用實施立體視角的實施示意圖。

圖7係本發明第三應用實施側視視角的實施示意圖。

圖8係本發明第三應用實施結合功能方塊控制的實施示意圖。

為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明：

請配合參看圖1~8所示，為達成本發明主要目之具體實施 例，係包括一機台10、一中置配套組件20(如中置馬達、電池及相關配件的組合)、一模擬阻力產生單元30、性能感測單元40及訊號控制單元50。該中置配套組件20包含一設於機台10上而具有五通心軸210的中置馬達21，該五通心軸210可供一種測試驅動力的驅使而運轉。該模擬阻力產生單元30包含一設於機台10上的第一伺服減速馬達31，該第一伺服減速馬達31以一種連動機構60與五通心軸210一端連動，而可透過連動機構60對五通心軸210提供模擬阻力負載。該性能感測單元40用以感測中置配套組件20的運轉狀態而產生相應的至少一種性能感測訊號。該訊號控制單元50用以控制第一伺服減速馬達31產生所需的模擬阻力負載，並轉換處理性能感測訊號為相應的運轉狀態數據，以作為中置配套組件20的性能評估依據。

具體的，圖2所示的性能感測單元40更包含一用以感測中置馬達21之電壓狀態而產生電壓感測訊號的電壓感測模組41、一用以感測中置馬達21之電流狀態而產生電流感測訊號的電流感測模組42及一用以感測中置馬達21之溫度狀態而產生溫度感測訊號的溫度感測模組43，該訊號控制單元50依序將電壓感測訊號、電流感測訊號及溫度感測訊號依序轉換處理作為中置配套組件20的性能評估依據的電壓值、電流值及溫度值。

具體的，圖2所示的性能感測單元40更包含一用以感測五通心軸210之扭力狀態而產生扭力感測訊號的的第一扭力感測器44、一用以感測五通心軸210之轉速而產生轉速感測訊號的第一轉速計45，該訊號控制單元50依序將第一扭力感測訊號與第一轉速感測訊號依序轉換處理為的第一扭力值及第一轉速值，再做(第一扭力值×第一轉速值)的運算，以求出相當於人騎乘的消耗功率。

更具體的，圖2所示的性能感測單元40更包含一用以感測第 一伺服減速馬達31之扭力狀態而產生第二扭力感測訊號的第二扭力感測器46、一用以感測第一伺服減速馬達31之轉速而產生第二轉速感測訊號的第二轉速計47，該訊號控制單元50依序將第二扭力感測訊號與第二轉速感測訊號依序轉換處理為第二扭力值及第二轉速值，再做輸出功率的運算，以求出相當於自行車後輪的整體動力輸出的輸出功率。

圖2所示的中置配套組件20更包含一用以供應中置馬達21所需電源的電池22，該性能感測單元40更包含一用以感測電池22之電力狀態而產生電力感測訊號的的電力感測模組48，該訊號控制單元50依序將電力感測訊號轉換處理為相應的電力數據，並配合中置馬達21的扭力輸出狀態而評估電池22的電力數據變化動態，以作為電池22性能評估的依據。

請參看圖1~3所示，為本發明的第一應用實施例，該測試驅動力係由訊號控制單元50控制中置馬達21做自主運轉而產生。本應用實施例係屬型態一的自主驅動測試，係包括下列所述的測試項目：

1.輸入：配套中之控制器自主控制動力輸入之大小係由訊號控制單元50內建的動力方程式加以控制。

2.模擬阻力負載所提供的阻力，可由訊號控制單元50內建的動力方程式來計算提供控制阻力或設定定扭力負載。

3.第一扭力感測器44與第一轉速計45用以偵測中置馬達21之五通心軸210的扭力(Nm)及轉速(rpm)。

4.第二扭力感測器46與第二轉速計47用以偵測第一伺服減速馬達31(模擬阻力負載輸入)之扭力(Nm)及轉速(rpm)，相當於自行車後輪的總輸出，包含人與配套的動力輸出。

5.電力：量測電池22的電壓、電流，放電電流(A)與馬達輸出的扭力可相 對應，電流值的變化值為觀測指標。

6.測試1：最大負載持續測試，1組電池22電量。

7.測試2：觀測開始騎乘、騎行、止踩踏、再踩踏輔助情況。

8.測試3：路況測試。

9測試4：耐久測試。

10測試5：續航力測試。

請參看圖4~5所示，為本發明的第二應用實施例，本實施例更包含一1：1齒比的耦合機構70(可由圖3、4的視角顯示出，中置馬達與第一伺服減速馬達分別具有1：1齒比而可透過皮帶或鍊條連動的大齒盤)及一可受訊號控制單元50之控制而產生上述測試驅動力的第二伺服減速馬達80，該耦合機構70用以連動五通心軸210與第二伺服減速馬達80，使第二伺服減速馬達80產生之測試驅動力可經由1：1齒比的耦合機構70而施加予五通心軸210，以驅動中置馬達21的五通心軸210運轉。本應用實施例係屬型態二的外部驅動輸入測試，係包括下列所述的測試項目：

1.控制第二伺服減速馬達80：主要是模擬輸入動力(如騎乘動力)，第二伺服減速馬達80的控制可進行速度、扭力的控制輸入可由訊號控制單元50內建的動力方程式實現。

2.模擬阻力負載所提供的阻力，可由訊號控制單元50內建的動力方程式來計算提供控制阻力或設定定扭力負載。

3.第一扭力感測器與第一轉速計45用以偵測中置馬達21之五通心軸210的扭力(Nm)及轉速(rpm)。

4.第二扭力感測器與第二轉速計47用以偵測第一伺服減速馬達31(模擬阻力負載輸入)之扭力(Nm)及轉速(rpm)，相當於自行車後輪的總輸出，包含人 與配套的動力輸出。

5.電力：量測電池22的電壓、電流，放電電流(A)與馬達輸出的扭力可相對應，電流值的變化值為觀測指標。

請參看圖6~8所示，為本發明的第三應用實施例中，本實施例更包含一1：1齒比的耦合機構70及一可受人力踩踏驅動而產生測試驅動力的人力踩踏動力機構81，該耦合機構70用以連動五通心軸210與人力踩踏動力機構81的動力輸入部，使人力踩踏動力機構81產生之測試驅動力可經由1：1齒比的耦合機構70而施加予五通心軸210，以驅使中置馬達21的五通心軸210運轉。本應用實施例屬於型態三，人騎乘驅動輸入測試，包括下列所述的測試項目：

1.模擬阻力負載所提供的阻力，可由訊號控制單元50內建的動力方程式來計算提供控制阻力或設定定扭力負載。

2.第一扭力感測器與第一轉速計45用以偵測中置馬達21之五通心軸210的扭力(Nm)及轉速(rpm)。

3.第二扭力感測器與第二轉速計47用以偵測第一伺服減速馬達31(模擬阻力負載輸入)之扭力(Nm)及轉速(rpm)，相當於自行車後輪的總輸出，包含人與配套的動力輸出。

4.第三扭力感測器49a與第三轉速計49b用以量測人力踩踏動力機構81之曲柄軸811的扭力(Nm)及轉速(rpm)。

5.電力：量測電池22的電壓、電流，放電電流(A)與馬達輸出的扭力可相對應，電流值的變化值為觀測指標。

6.測試1：路況測試產出，設定騎乘條件對應路況，操作：規劃路況，人騎乘輸入動力，模擬阻力負載依路況及騎乘速度提供阻力，量測輸出、入 動力，紀錄人之騎乘感。

7.測試2：觀測開始騎乘、騎行、停止踩踏、再踩踏輔助情況產出：得到人騎乘之扭力、電流、踏頻對應時間之資料，觀測馬達於開始騎乘、騎行、停止踩踏、再踩踏之動力進入情況，騎乘的加速性參考。

8.操作：設定第一伺服減速馬達31之速度變化節點，模擬阻力負載提供阻力，阻力大小即時由動力方程式計算提供，量測輸入扭力、電流、踏頻對應時間之資料。

繼而如圖6所示的人力踩踏動力機構81係為卸下後輪的自行車組件，該機台10前端平行並置二縱向延伸的定位桿11，該二定位桿11頂端可供自行車組件之車架後端的二勾爪810鎖設固定。

本發明測試系統主要可量測之參數分別為扭力、踏頻、電壓、電流及溫度。其次，"模擬阻力產生單元30"即為"可控阻力裝置"，主要是由電壓、電流、轉速、扭力(是由訊號控制單元50提供)等參數來計算阻力。本發明中置配套組件20測試系統可由三種方式輸入為人力、伺服馬達、中置馬達21自主驅動等三種模式，此測試系統主要為驗證第一、第二伺服馬達或中置馬達21是否實際上能提供和規格上相同的性能，此外也可測試耐久性。

再者，上述中置馬達21的性能檢測項目可以是模擬多種路況所施以負載阻力下所進行運轉之中置馬達21的輸出扭力、輸出功率及馬達效率等項目。至於馬達效率是馬達的輸出功率/輸入功率E=Pout/Pin，而輸入功率為Pin=I×V(I：流經馬達電流，V：流經電達電壓)輸出功率為Pout=τ×ω(τ-扭矩，單位為(N‧m))，ω-角速度，單位為弧度/秒)(rad/s))假如馬達速度rpm/m已知，扭矩則可用利用下面公式計算出角速度ω=rpm×2 π/60(ω：角速度，rpm：轉速/一分鐘，π為固定值，因此，可以綜合上面的公式可得輸出功率為Pout=Pin×E。

因此，經由上述具體實施例的詳細說明后，本發明確實可以藉由機台配置、動力耦合及模擬阻力等機制的整合設置，而可針對習知檢測技術無法對於電輔自行車中置配套組件做出性能測試的缺失進行改善，進而做出中置配套組件的相關性能數據評估。

以上所述，僅為本發明一種較為可行的實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10:機台

20:中置配套組件

21:中置馬達

210:五通心軸

30:模擬阻力產生單元

31:第一伺服減速馬達

60:連動機構

Claims (9)

1. 一種複合式中置配套性能測試系統，其包括：

   一機台；

   一中置配套組件，其包含一設於該機台上而具有一五通心軸的中置馬達，該五通心軸可供一測試驅動力的驅使而運轉；

   一模擬阻力產生單元，其包含一設於該機台上的第一伺服減速馬達，該第一伺服減速馬達以一連動機構與該五通心軸一端連動，而可透過該連動機構對該五通心軸提供一模擬阻力負載；

   一性能感測單元，其用以感測該中置配套組件的運轉狀態而產生相應的至少一種性能感測訊號；及

   一訊號控制單元，其用以控制該第一伺服減速馬達產生所需的該模擬阻力負載，並轉換處理該性能感測訊號為相應的運轉狀態數據，以作為該中置配套組件的性能評估依據。
2. 如請求項1所述之複合式中置配套性能測試系統，其中，該測試驅動力係由該訊號控制單元控制該中置馬達做自主運轉而產生。
3. 如請求項1所述之複合式中置配套性能測試系統，其更包含一1：1齒比的耦合機構及一可受該訊號控制單元之控制而產生該測試驅動力的第二伺服減速馬達，該耦合機構用以連動該五通心軸與該第二伺服減速馬達，使該第二伺服減速馬達產生之該測試驅動力可經由1：1齒比的該耦合機構而施加予該五通心軸，以驅動該中置馬達的該五通心軸運轉。
4. 如請求項1所述之複合式中置配套性能測試系統，其中，其更包含一1：1齒比的耦合機構及一可受人力踩踏驅動而產生該測試驅動力的人力踩踏動力機構，該耦合機構用以連動該五通心軸與該人力踩踏動力機構的一 動力輸入部，使該人力踩踏動力機構產生之該測試驅動力可經由1：1齒比的該耦合機構而施加予該五通心軸，以驅使該中置馬達的該五通心軸運轉。
5. 如請求項4所述之複合式中置配套性能測試系統，其中，該人力踩踏動力機構係為卸下後輪的自行車組件，該機台前端平行並置二縱向延伸的定位桿，該二定位桿頂端可供該自行車組件之一車架後端的二勾爪鎖設固定。
6. 如請求項1所述之複合式中置配套性能測試系統，其中，該性能感測單元更包含一用以感測該中置馬達之電壓狀態而產生電壓感測訊號的電壓感測模組、一用以感測該中置馬達之電流狀態而產生電流感測訊號的電流感測模組及一用以感測該中置馬達之溫度狀態而產生溫度感測訊號的溫度感測模組，該訊號控制單元依序將該電壓感測訊號、該電流感測訊號及該溫度感測訊號依序轉換處理作為該中置配套組件的性能評估依據的電壓值、電流值及溫度值。
7. 如請求項1所述之複合式中置配套性能測試系統，其中，該性能感測單元更包含一用以感測該五通心軸之扭力狀態而產生扭力感測訊號的第一扭力感測器、一用以感測該五通心軸之轉速而產生轉速感測訊號的第一轉速計，該訊號控制單元依序將該扭力感測訊號與該轉速感測訊號依序轉換處理為第一扭力值及第一轉速值，再做(第一扭力值×第一轉速值)的運算，以求出相當於人騎乘的消耗功率。
8. 如請求項1所述之複合式中置配套性能測試系統，其中，該性能感測單元更包含一用以感測該第一伺服減速馬達之扭力狀態而產生第二扭力感測訊號的第二扭力感測器、一用以感測該第一伺服減速馬達之轉速而產生第二轉速感測訊號的第二轉速計，該訊號控制單元依序將該第二扭力感 測訊號與該第二轉速感測訊號依序轉換處理為第二扭力值及第二轉速值，再做輸出功率的運算，以求出相當於自行車後輪的整體動力輸出的輸出功率。
9. 如請求項1所述之複合式中置配套性能測試系統，其中，該中置配套組件更包含一用以供應該中置馬達所需電源的電池，該性能感測單元更包含一用以感測該電池之電力狀態而產生電力感測訊號的的電力感測模組，該訊號控制單元依序將該電力感測訊號轉換處理為相應的電力數據，並配合該中置馬達的扭力輸出狀態而評估該電池的電力數據變化動態，以作為該電池性能評估的依據。

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