自行车的智能辅助动力系统的制作方法

本发明为一种自行车的智能辅助动力系统的技术领域，尤其指一种依据骑乘者的出力、车速与车姿态，智能式调整辅助动力输出的设计。

背景技术：

自行车为一种利用人力驱动的交通工具，兼具运动及缩短往返时间的效果，不会有空气污染的问题，在环保意识高涨的时代，广泛地被人们所接受，作为短程路途的辅助交通工具，或者是休假长途旅行的骑乘工具。

电动自行车是改装电动马达于车体结构中，由电力驱动该电动马达运转使自行车前进，骑乘者藉由输入单元(如加速把手)控制输出电量，使电动马达随着输出电量大小而改变转速，或是由触动一个控制开关而启动该电动马达运转，节省使用者脚踏施力，如此一来，已丧失自行车由脚踏驱动的原始设计。

都市与乡间的道路具有各种不同的路况(如平地或山坡路)，自行车骑乘者可藉由变速器调整不同的转速及转矩，改变车速的快、慢，于各种路况中维持适当速度前进，但有时也也会造成骑乘者的负担。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种自行车的智能辅助动力系统，主要精神为骑乘者协同出力下，辅助动力会智能地依状况输出，因此安装本发明智能辅助动力系统于自行车中，能保有原踏脚才能驱动的自行车精神，在骑乘过程中该系统将依据车姿态、前进动量、转速及转矩等信息，智能地调整适当辅助动力驱动自行车前进，让骑乘者保有脚踏驱动的自行车乐趣，且也不会持续过度施力，减少负担。

为达上述的目的，本发明包括一电动马达、一电力辅助驱动模块Eelectric Auxiliary Power Device(E-AUX)、以及一储能装置，该电动马达安装于自行车车轮的轮鼓；该电力辅助驱动模块包括惯性传感器、电能回收装置、处理器 及马达驱动装置，该处理器接收由该惯性传感器所得的该自行车的前进动量及车姿态等信息，经运算得该电动马达的转速及转矩等信息，该处理器根据所得各信息，经控制算法运算后，通过该马达驱动模块驱动该电动马达，或是藉由该电能回收装置将电动马达所发电能对储能装置充电。该储能装置是由该电力辅助驱动模块耦接于该电动马达。

再者，该惯性传感器包括有加速度计、陀螺仪、及磁力计，该惯性传感器安装于车体，得以侦测自行车行进中的车姿态与前进动量。该车姿态包括车体的侧翻角度、俯仰角度及偏航角度。前进动量则包括重力加速度、旋转角速度等。

再者，本发明储能装置为电池，其可采外露方式安装于自行车车体，运用此方式，本发明智能辅助动力系统安装于自行车中，自行车构件就不需大幅更改或修改原自行车的架构。但是也可采用另一种安装方式，即将电池隐藏安装于车体骨架内，例如安装于中空的骨架钢管内，此设计能使外型更为精实，减少电线外露的情形，防水性佳，安全高，也使小偷无法窃取高单价的电池。

以下配合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细说明，俾使熟习该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。

附图说明

图1为本发明的方块图；

图2为本发明安装于自行车的第一实施例示意图；

图3为本发明安装于自行车的第二实施例示意图；

图4为本发明在各模式的操作示意图。

[主要附图标记说明]

1：电动马达，2：储能装置，3：电子辅助驱动模块，31：惯性传感器，

32：电能回收装置，33：处理器，34：马达驱动装置，4：自行车，

41：前轮，42：后轮，43：骨架钢管，44：骨架钢管，45：骨架钢管，

46：充电底座。

具体实施方式

如图1及图2所示，为本发明的方块图及安装于自行车车体的示意图。本发明自行车的智能辅助动力系统包括：电动马达1、储能装置2、以及电子辅助驱动模块3。

该电动马达1为一轮鼓式电动马达，在本实施例中是安装于自行车4的前轮41轮鼓，此实施例最能简化车体的换装作业，当然也可安装于后轮42的轮鼓。另外该电动马达1内部还具有霍尔组件能输出马达转轴位置至该电子辅助驱动模块3的处理器33，由该处理器33计算马达转速，也即为自行车的速度。

该储能装置2为电池，是经由该电子辅助驱动模块3耦接于该电动马达1。以电力驱动该电动马达1转动，或将回收该电动马达1所产生的电力对该储能装置2进行充电。

如图3所示，为本发明安装于自行车的另一实施例示意图，在本实施例中该储能装置2是隐藏安装于车体中空的骨架内，例如安装于中空的骨架钢管43、44、45内，而座垫下方另具有隐藏式充电底座46，此设计能使外露电线以最短距离与该电动马达1相接，安全性高，外型上更为简洁，该储能装置2电池的防水性佳、提升安全性，也让小偷无法窃取高单价的电池。

该电子辅助驱动模块3是依据自行车的车姿态、前进动量、马达转速及转矩等信息，经控制算法运算后，智能地控制输出电流大小，依不同路况及模式适时驱动该电动马达1；另外也能适时回收该电动马达的电力至该储能装置2。该电子辅助驱动模块3可为纯电子组件模块，为减少外露接线，该电子辅助驱动模块3可选择内嵌于该自行车4前轮41电动马达安装处，或是与该储能装置2安装在一起。

该电子辅助驱动模块3包括惯性传感器31、电能回收装置32、处理器33及马达驱动装置34。该惯性传感器31耦接于该处理器33，为3D空间传感器，经该处理器运算后，可得知自行车的车姿态及前进动量等信息。该惯性传感器31包括加速度计、陀螺仪及磁力计等。该加速度计是侦测三维空间笛卡尔坐标x,y,z各分量重力加速度。该陀螺仪是侦测三维空间笛卡尔坐标x,y,z各分量旋转角速度。结合该加速度计与该陀螺仪信息经计算可得知目前自行车的车姿态及前进动量。该前进动量包括重力加速度及旋转角速度等。该车姿态包 括车体的侧翻角度、俯仰角度及偏航角度。该磁力计是因该陀螺仪本身会产生漂移造成角度量测累积误差，需用磁力计消除此误差。

该处理器33另电性连接至该马达驱动装置34与该电动马达1相连的线路，量测线路的电流大小，数字化后回传该处理器33，经运算得出相对于该电动马达1的输出转矩。再者，如前述内容，该处理器33经由与该电动马达1内霍尔组件相连的线路，经运算可得该电动马达1的转速。综合以上所述，该处理器33是由该惯性传感器31取得自行车的车姿态与前进动量等信息，加上该电动马达1的转速及转矩等信息，经控制算法运算，自适应性地依据不同的状态，经由该马达驱动装置34输出功率驱动该电动马达1或是回收电力对该储能装置2充电。

本发明是由自行车运行中所得的车姿态、前进动量、转速及转矩等信息，由该电子辅助驱动模块3依据前述信息而得各模式，依由该处理器33依控制算法，自适应性地切换至各模式，作不同的功率输出，即驱动该电动马达1输出动力，各模式及动力输出状态与相对应的信息，说明如下：

1.平路模式，稳定动力输出：骑乘者需踩踏运动自行车后，辅助动力才会输出。所得的信息状态为转速渐、前进动量渐增、车姿态并非倾斜状态。

2.减缓模式，减缓或停止动力输出：骑乘者停止踩踏运动自行车，辅助动力放缓或停止输出，最终自行车停止。所得信息状态为转矩渐增、车姿态无变化。

3.爬坡模式，增量动力输出：所得信息状态为转矩渐增、前进动量渐减、车姿态为仰角状态。

4.下坡模式，停止动力输出或进行充电作业：所得信息状态为转矩渐减、车姿态为俯角状态。

5.过弯模式，递减动力输出：所得信息状态为车姿态的侧翻角或偏航角，超过预设临界值。

6.刹车模式，停止动力输出或进行充电作业：所得信息状态为转速骤减、前进动量骤减(例如骑乘者刹车)、或转速超过默认值。

请参阅图3，接着就实际路况中各模式的切换与运作模式作一说明：

刹车模式具有最高优先权，此时车轮转速骤减，该惯性传感器侦测到自行车前进动量骤减、或是车轮转速超过安全速限，则进入刹车模式，停止动力输出。

刹车解除，骑乘者若持续需踩踏运动自行车，转速增加，该惯性传感器侦测到自行车前进动量渐增及车姿态(非倾斜模式)，即进入平路模式，稳定输出动力。

若骑乘者停止脚踏动作，未协同出力，自行车为维持转速，马达耗电量逐渐增加，相对输出转矩渐增，该惯性传感器持续侦测到自行车的车姿态未变化，即进入减缓模式，减缓或停止动力输出，最后至自行车停止；若骑乘者重新持续脚踏施力，则再切换至该平路模式。

由平路进入上坡，该惯性传感器自行车侦测到车姿态为仰角形态，前进动量渐减，自行车为维持转速，马达耗电量逐渐增加，相对输出转矩渐增，则进入爬坡模式，增量动力输出，分担骑乘者的施力。

离开上坡进入平路，马达的耗电流逐渐减少，相对输出转矩渐减，该惯性传感器侦测到自行车姿态变化为水平形态，则回至该平路模式。

由平路进入下坡，该惯性传感器侦测到自行车姿态变化为俯角形态，马达转距持续降低，马达的耗电流逐渐减少，进入下坡模式，停止动力输出或进行充电作业。

离开下坡进入平路，马达的耗电流逐渐增高，相对输出转矩渐增，该惯性传感器侦测到自行车姿态变化为水平形态，若骑乘者停止脚踏动作则进入减缓模式，若骑乘者持续需踩踏运动自行车，转速增加，则进入平路模式。

过弯模式，为平行发生于平路、下坡、爬坡模式，当惯性传感器侦测到车姿态侧翻角大于预设临界值(自行车倾斜)，或是车姿态偏航角大于预设临界值(自行车转弯)，则进入过弯模式，递减动力输出。

综合以上所述，将本发明智能辅助动力系统安装于自行车中，该处理器依所得的信息，负责实现自适应性辅助动力控制算法，自适应性辅助动力输出，让使用者在轻松骑乘下，仍能保有自行车踩踏的乐趣。此外在刹车与下坡状态此系统也提供环保发电回充电。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施例的 范围。即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化及修饰，皆为本发明的专利范围所涵盖。