助力自行车的助力提供系统.pdf

一种助力自行车的助力提供系统，设于一助力自行车，该助力自行车具有用来提供助力的一助力马达，该助力提供系统包含有：一微电脑，是电性连接于该助力马达；该微电脑是储存有一体重数值、一车重数值以及一轮胎阻尼系数，并计算得到一轮胎阻力数值；以及一马达电流传感器，电性连接于该微电脑；其中，该微电脑是依据该马达电流传感器所感测到的电流回馈来计算该助力马达所输出的助力数值；其中，该微电脑是控制该助力马达所输出的助力数值，使该助力数值为该轮胎阻力数值的一第一预定比例。

1.  一种助力自行车的助力提供系统，设于一助力自行车，该助力自行车具有用来提供助力的一助力马达，该助力提供系统包含有：
一微电脑，电性连接于该助力马达，用以控制该助力马达的输出助力；该微电脑储存有骑乘者的一体重数值、该助力自行车的一车重数值以及轮胎对地面的一轮胎阻尼系数，该微电脑并且储存有通过该体重数值与该车重数值对该轮胎阻尼系数所计算而得的一轮胎阻力数值；以及
一马达电流传感器，电性连接于该微电脑，用以感测该助力马达的电流回馈；
其中，该微电脑依据该马达电流传感器所感测到的电流回馈来计算该助力马达所输出的助力数值；
其中，该微电脑控制该助力马达所输出的助力数值，使该助力数值为该轮胎阻力数值的一第一预定比例。

2.  依据权利要求1所述的助力自行车的助力提供系统，其中：还包含有一坡度传感器，电性连接于该微电脑，用以感测目前的路面坡度。

3.  依据权利要求2所述的助力自行车的助力提供系统，其中：该微电脑通过该体重数值与该车重数值相加后，再与该坡度传感器所感应到的坡度相运算，而得到一坡度阻力数值。

4.  依据权利要求3所述的助力自行车的助力提供系统，其中：定义一总阻力数值，而为该轮胎阻力数值与该坡度阻力数值的总和；其中，该微电脑控制该助力马达所输出的助力数值，使该助力数值为该总阻力数值的一第二预定比例。

5.  依据权利要求4所述的助力自行车的助力提供系统，其中：该第二预定比例为50％-85％。

6.  依据权利要求4所述的助力自行车的助力提供系统，其中：还包含有一车速传感器，电性连接于该微电脑，用以感测该助力自行车的车速；并定义一目前总耗损功率，由该微电脑将该总阻力数值与目前车速进行运 算所得的结果；其中，该微电脑不控制该助力马达的助力，而改为控制该助力马达所输出的功率，使该助力马达输出功率为该目前总耗损功率与该第二预定比例的乘积。

7.  依据权利要求2所述的助力自行车的助力提供系统，其中：该微电脑每隔一预定时间即通过该坡度传感器感测目前的路面坡度。

8.  依据权利要求1所述的助力自行车的助力提供系统，其中：该第一预定比例为50％-85％。

9.  依据权利要求1所述的助力自行车的助力提供系统，其中：还包含有一车速传感器，电性连接于该微电脑，用以感测该助力自行车的车速；并且更定义一目前耗损功率，由该微电脑将该轮胎阻力数值与目前车速进行运算所得的结果；其中，该微电脑不控制该助力马达的助力，而改为控制该助力马达所输出的功率，并使该助力马达输出功率为该目前耗损功率与该第一预定比例的乘积。

10.  依据权利要求1所述的助力自行车的助力提供系统，其中：还包含有一踏速传感器，电性连接于该微电脑，用以感测骑乘者的踩踏速度及踩踏方向。

助力自行车的助力提供系统
技术领域
本发明是与助力自行车有关，特别是指一种助力自行车的助力提供系统。
背景技术
现有的助力自行车，大多是利用侦测骑乘者的踩踏力矩，进而判断目前提供的助力是否符合骑乘者的需要。在骑乘者踏力大时，代表需要的助力高，因此提供较高的助力，在踏力小时，即代表需要的助力小，因此提供较低的助力或不提供助力。
然而，由于力矩传感器的成本非常高，因此，虽然有上述技术，但受限于力矩传感器的成本极高，使得助力自行车的价格居高不下，进而使得助力自行车的普及性受到限制。
中国台湾公告第583116号专利，揭露了一种“马达辅助自行车的控制单元”其是依方程式Ra＝f(Pw、ΔV、V)来计算出助力自行车的实际行驶阻力。其中Ra是助力自行车的实际行驶阻力，Pw是指总驱动力，ΔV是指车轮速率改变量，而V是指车轮速率。另外，还揭露了一般自行车的行驶阻力Rr，是由标准运行阻力计算(依据车轮速率V的测量图取得)，因此可以得出马达助力等于电动自行车的实际行驶阻力(Ra)减去一般自行车的行驶阻力(Rr)。通过这个技术可让骑乘者骑乘助力车时会有如同骑乘一般自行车的感受。另外，该案也揭露了可以通过助力自行车的实际行驶阻力(Ra)与助力自行车的平面运行阻力(R1)相比较，来判断目前坡度或路面状况，以调整马达动力的输出。
上述专利的实际行驶阻力Ra必须通过踏力Ta来计算，因此，虽然可以计算出行驶中的实际行驶阻力，然而欲侦测踏力则需使用到高成本的力 矩传感器，此仍会有成本居高不下的问题。
日本特开平11-29086号专利，揭露了在助力自行车上侦测行驶中的阻力状态来调整马达助力输出的技术，其是通过侦测行驶状态的车速及坡度，进而判断行驶中阻力的变化，进而控制马达的助力输出，调整整体推进力来维持骑乘者踏力的固定输出，亦即，可保持骑乘者的定量踩踏力矩，骑乘者可以轻松骑乘。
上述专利虽是依据行驶阻力来调整马达助力输出，然而，其仅用于让骑乘者踏力输出维持安定，在遭遇上坡或路面不平整的外在阻力突然增加的状况时，仍由马达来输出额外的助力以克服增加的阴力，骑乘者的踏力不需增加。亦即，骑乘者无论遭遇到什么样的路面，其踏力均只需要维持在固定即可。这样的架构，由于不论路面如何变化，骑乘者都以相同力量踩踏，如此将容易让骑乘者觉得骑乘的过程较为呆板，不像在骑乘自行车。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种助力自行车的助力提供系统，其可使提供的助力与行车阻力呈一定比例，由此可在提供骑乘助力的余，还能让骑乘者感到骑乘过程中的阻力而对应的反应在踩踏力量上，使得骑乘助力自行车时仍有骑乘自行车的乐趣。
本发明的再一目的在于提供一种助力自行车的助力提供系统，其不使用力矩传感器而仍可提供所需的助力，相较于已知技术可大幅降低成本。
本发明所提供的一种助力自行车的助力提供系统，设于一助力自行车，该助力自行车具有用来提供助力的一助力马达，该助力提供系统包含有：一微电脑，是电性连接于该助力马达，用以控制该助力马达的输出助力；该微电脑是储存有骑乘者的一体重数值、该助力自行车的一车重数值以及轮胎对地面的一轮胎阻尼系数，该微电脑并且储存有通过该体重数值与该车重数值对该轮胎阻尼系数所计算而得的一轮胎阻力数值；以及一马达电流传感器，电性连接于该微电脑，用以感测该助力马达的电流回馈；其中，该微电脑是依据该马达电流传感器所感测到的电流回馈来计算该助力马达所输出的助力数值；其中，该微电脑是控制该助力马达所输出的助力数值，使该助力数值为该轮胎阻力数值的一第一预定比例。
由此，本发明可使提供的助力与行车阻力呈一定比例，由此可在提供骑乘助力的余，还能让骑乘者感到骑乘过程中的阻力而对应的反应在踩踏力量上，使得骑乘助力自行车时仍有骑乘自行车的乐趣。此外，本发明还可达到不使用力矩传感器而仍可提供所需的助力的效果，相较于已知技术可大幅降低成本。
附图说明
为了详细说明本发明的技术特点所在，以下结合较佳实施例并配合附图说明如后，其中：
图1是本发明第一较佳实施例的结构示意图。
图2是本发明第一较佳实施例的推导过程示意图。
图3是本发明第一较佳实施例的操作比例示意图，显示骑乘时的骑乘者踏力与马达助力的关系。
图4是本发明第一较佳实施例的另一操作比例示意图。
图5是本发明第二较佳实施例的结构示意图。
图6是本发明第二较佳实施例的推导过程示意图。
图7是本发明第二较佳实施例的局部组件示意图，显示车速传感器的结构。
图8是本发明第二较佳实施例的波形示意图，显示踏速传感器所感测到的正踩及反踩波形。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种助力自行车的助力提供系统10，是设于一助力自行车91，该助力自行车91具有用来提供助力的一助力马达92，该助力提供系统10主要由一微电脑11以及一马达电流传感器21所组成，其中：
该微电脑11，是电性连接于该助力马达92，用以控制该助力马达92的输出助力。该微电脑11是储存有骑乘者的一体重数值12、该助力自行车91的一车重数值14以及轮胎对地面的一轮胎阻尼系数16。该微电脑11并且储存有通过该体重数值12与该车重数值14对该轮胎阻尼系数16 所计算而得的一轮胎阻力数值17，其推导过程如图2所示。其中，该体重数值12、车重数值14以及该轮胎阻尼系数16均可通过已知技术中的输入方式(例如按键)来输入至该微电脑11加以储存，又，亦可以另外储存于一个与该微电脑11电性连接的内存(图中未示)。
该马达电流传感器21，电性连接于该微电脑11，用以感测该助力马达92的电流回馈。于本实施例中，该马达电流传感器21是可为一种相电流传感器，而可供该微电脑11采用电流回馈扭力控制的方式来控制该助力马达92。
其中，该微电脑11是依据该马达电流传感器21所感测到的电流回馈来计算该助力马达92所输出的助力数值93。
其中，该微电脑11是控制该助力马达92所输出的助力数值93，使该助力数值93为该轮胎阻力数值17的一第一预定比例。于本实施例中，该第一预定比例是为50％～85％。在该助力数值93为该轮胎阻力数值17的50％时，即代表骑乘者的踏力需要为该轮胎阻力数值17的50％，这样才能完全克服轮胎阻力数值17，此时该助力自行车91才能有向前维持等速的动力。而在该助力数值93为该轮胎阻力数值17的85％时，即代表骑乘者的踏力需要为该轮胎阻力数值17的15％，才能维持该助力自行车91向前维持等速的动力，在此时骑乘者会感到骑乘上极为省力，并且该助力自行车91仍然会因为骑乘者的踩踏动作而反应，因此仍能感到骑乘的乐趣。而若骑乘者的踏力大于其克服轮胎阻力所需力量时，则该助力自行车91即会增加速度。
以上说明了本第一实施例的架构，接下来说明本第一实施例的动作状态。
如图3所示，在正常骑乘状态时，该微电脑11是可供骑乘者设定助力比例，以本第一实施例而言是为50％-85％。在设定助力比例为50％时，即代表该助力数值93为该轮胎阻力数值17的50％，此时骑乘者的踏力需要为该轮胎阻力数值17的50％，因此骑乘者会感到有助力的协助，但仍需要出点力量。在设定助力比例更高时，例如75％或甚至85％，则骑乘者的踏力需求即降低至25％甚至15％，因此骑乘者会感到大幅度的助力协助，骑乘的感觉更为省力。
在实际控制上，亦有使用控制功率的手段，亦即，控制该助力马达92输出功率的方式。如图4所示，此种状况下需配合一车速传感器23电性连接于该微电脑11，以感测该助力自行车91的车速；并且定义一目前耗损功率19，是由该微电脑11将该轮胎阻力数值17与目前车速进行运算所得的结果；其中，该微电脑11即不控制该助力马达92的助力，而改为控制该助力马达92的输出功率94，并使该助力马达92的输出功率94为该目前耗损功率19与该第一预定比例的乘积，骑乘者仅需施力踩踏至其踩踏功率补足其余的部分即可满足该目前耗损功率19。其中，该微电脑11是依据该马达电流传感器21所感测到的电流回馈来计算该助力马达92的输出功率94。
由上可知，本第一实施例可使该助力马达92所提供的助力与行车阻力呈一定比例，由此可在提供骑乘助力之余，还能让骑乘者感到骑乘过程中的阻力而对应的反应在踩踏力量上，使得骑乘助力自行车91时仍有骑乘自行车的乐趣。此外，本第一实施例不需使用高成本的力矩传感器，而是直接通过计算轮胎与地面的磨擦阻力来提供所需的助力，相较于已知技术可大幅降低成本。
请再参阅图5至图8，本发明第二较佳实施例所提供的一种助力自行车的助力提供系统30，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：
还包含有一坡度传感器42、一车速传感器43以及一踏速传感器44。
该坡度传感器42，电性连接于该微电脑31，用以感测目前的路面坡度。该微电脑31是通过该体重数值32与该车重数值34相加后，再与该坡度传感器42所感应到的坡度相运算(例如三角函数中的正弦运算)，而得到一坡度阻力数值421，其推导过程如图6所示。并且，在本第二实施例中是定义一总阻力数值39，而为该轮胎阻力数值37与该坡度阻力数值421的总和；其中，该微电脑31是控制该助力马达92所输出的助力数值93，使该助力数值93为该总阻力数值39的一第二预定比例，而该第二预定比例是以50％-80％为例。而由于骑乘过程中路面的坡度是随时变化的，因此实施时即建议每隔一段预定时间即通过该坡度传感器42来感测目前的路面坡度。
该车速传感器43，电性连接于该微电脑31，用以感测该助力自行车 91的车速。并且，在本第二实施例中定义一目前总耗损功率49，是由该微电脑31将该总阻力数值39与目前车速进行运算后所得的结果；其中，该微电脑31是不同于第一实施例的控制该助力马达92的助力，而改为控制该助力马达92的输出功率94，使该助力马达92的输出功率94为该目前总耗损功率49与该第二预定比例的乘积。于本实施例中，如图7所示，该车速传感器43是为一种多极(例如8极)的磁铁传感器，而可在小角度(8极即为45度)内即量测到转速。
该踏速传感器44，电性连接于该微电脑31，用以感测骑乘者的踩踏速度及踩踏方向。由于该助力马达92提供助力的时机，必须在骑乘者是真正向前踩踏至所需速度的时间点，而不是在反踩或不踩的状况下，因此，该微电脑31是通过该踏速传感器44来感应目前的踩踏状况，以判断是否控制该助力马达92提供助力。于本实施例中，该踏速传感器44是为一种多极(例如32极磁环)转速传感器(RPM sensor)配合二个或二个以上的霍尔组件，安装于自行车的BB轴中，通过其多极的特性可以在极小的角度量测到踩踏速度，并且可以通过该等霍尔组件感测的输出波形超前或落后来判断正踩或反踩，其波形如图8所示。
本第二实施例在操作时，由于加入了坡度的考虑，因此可以真实反应实际路面，而所得到的总阻力数值39所对应的助力数值93，即更为准确的代表骑乘者目前所需求的助力，因此可以较第一实施例所提供的助力更为准确。
此外，本第二实施例，在控制该助力马达92的输出时，是可控制该助力马达92输出的助力数值93，而为总阻力数值39的50％-85％(即第二预定比例)。亦可控制该助力马达92的输出功率94，而为目前总耗损功率49的50％-85％(即第二预定比例)。
本第二实施例的其余结构及所能达成的功效是概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。