TW202434487A - 電動腳踏車之電動機變速的控制系統 - Google Patents

Abstract

一種電動腳踏車之電動機變速的控制系統，包括：一控制模組及一驅動模組。該控制模組至少包含一微處理器、一感測單元及一第一通訊單元。該感測單元與該微處理器電性連結，以安裝於該電動腳踏車的踩踏結構上。該驅動模組包含一第二通訊單元及一調速器。該第二通訊單元係與該第一通訊單元訊號連結。該調速器係與電動腳踏車的電池模組及電動機電性連結。其中，以該感測單元感測該踩踏結構的踩踏力量，經該微處理器分析後，由該第一通訊單元將訊號傳遞至該第二通訊單元接收，並傳至給該調速器以驅動該電動機變速。

Description

電動腳踏車之電動機變速的控制系統

本發明係有關一種電動腳踏車，尤指一種透過感測電動腳踏車之踩踏結構的踩踏力量及音頻訊號來控制電動腳踏車的電動機變速的控制系統。

有關於電動腳踏車(E-Bike)，很多人都會覺得，既然要運動，又何必需要助力。當然，騎自行車(腳踏車)肯定要比騎電動腳踏車對健康更有益。若是拿電動腳踏車和步行相比，騎車又更有訓練的效果。

根據一項的研究報告指出，電動腳踏車能提供至少中等強度的體能活動，比騎乘一般自行車的強度低，但比單純的走路高。尤其對於過去不常騎自行車的人來說，電動腳踏車是一個比較容易的開始，並且能改善缺乏運動者的身體健康(例如心肺功能)。

目前電動腳踏車在騎乘過程中，騎乘的車速或騎乘的模式都是騎乘者預先設定好的模式，在騎乘電動腳踏車時，電動腳踏車的控制器會依設定模式來輔助騎乘者在道路上騎乘，讓騎乘者可以輕鬆的來騎乘電動腳踏車。

由於電動腳踏車的騎乘的設定模式都是固定的配速(速度)，讓騎乘者可以輕鬆騎乘電動腳踏車。但是，在騎乘過程中若是遇到路況較特殊(例如山坡路、路面顛簸、路面起伏大)時，騎乘者就必需改變更換另一種模式設定來應付，因此造成騎乘者在騎乘電動腳踏車時，不易操控電動機的變速。

因此，本發明要解決在騎乘電動腳踏車時，如何讓騎乘者可以隨時控制電動腳踏車的電動機變速，乃是本發明所要解決的課題。

因此，本發明之主要目的，在於提供一種利用感測單元來感測電動腳踏車的踩踏結構的踩踏力量，以透過不同的踩踏力量來控制電動腳踏車的電動機變速。

本發明之另一目的，在於利用音頻訊號來控制電動腳踏車的電動機變速。

為達上述之目的，本發明之一種電動腳踏車之電動機變速的控制系統，以安裝於電動腳踏車上，並與安裝於電動腳踏車上的電池模組及電動機電性連結，該控制系統包括：一控制模組及一驅動模組。該控制模組係與該電池模組電性連結，該控制模組至少包含：一微處理器、一感測單元及一第一通訊單元。該微處理器內部載有訊號運算分析處理及控制的應用程式。該感測單元係與該微處理器電性連結，以安裝於該電動腳踏車的踩踏結構上。該第一通訊單元係與該微處理器電性連結，以傳遞訊號。該驅動模組係與該控制模組訊號連結，該驅動模組包含：一第二通訊單元及一調速器。該第二通訊單元係與該第一通訊單元訊號連結。該調速器係與該電池模組及該電動機電性連結。其中，以該感測單元感測該踩踏結構的踩踏力量，經該微處理器分析後，由該第一通訊單元將訊號傳遞至該第二通訊單元接收，並傳至給該調速器以驅動該電動機變速。

在本發明之一實施例中，該微處理器更包含有一導航應用程式。

在本發明之一實施例中，該感測單元為踏板力感測器，該踏板力感測器係以安裝於該踩踏結構的腳踏板上。

在本發明之一實施例中，該感測單元為三軸力量感測器，該三軸力量感測器可安裝於該踩踏結構內部。

在本發明之一實施例中，該感測單元為水平感應器，該水平感應器以安裝於該電動腳踏車的車架上，用以感應路面上的傾斜坡度，使該微處理器依感應水平角度輸出訊號至該調速器，該調速器將依感應角度自動改變輸出至該電動機的電壓，使該電動機進行變速或產生阻力。

在本發明之一實施例中，該控制模組更包含有：一音頻辨識器及一音頻接收器。該音頻辨識器係與該微處理器電性連結。該音頻接收器係與該音頻辨識器電性連結，以接收音頻訊號，由該音頻辨識器進行該音頻訊號辨識，經該微處理器分析變檔位的訊號，由該第一通訊單元將該訊號傳遞至該第二通訊單元接收，並傳至給該調速器以驅動該電動機變速。

在本發明之一實施例中，該調速器為電感式調速器和電子式調速器。

在本發明之一實施例中，該控制模組更包含有一操作單元，該操作單元係與該微處理器電性連結，以輸入操作指令。

在本發明之一實施例中，該控制模組更包含有一顯示單元，該顯示單元係與該微處理器電性連結，以顯示操作畫面、電量、車速、變速或導航路線畫面。

在本發明之一實施例中，該電動機為中置馬達、前輪花鼓馬達、前置馬達、後輪花鼓馬達或後置馬達。

在本發明之一實施例中，該中置馬達內部具有一線圈結構及一受線圈結構驅動的傳動組，該傳動組與該踩踏結構結合在一起。

在本發明之一實施例中，該電池模組包含有：一供電單元、一充電單元及一連接器。該供電單元係與該控制模組及該驅動模組電性連結後，以該供電單元提供該控制模組及該驅動模組所需電力。該充電單元係與該供電單元電性連結。該連接器係與該充電單元電性連結，以該連接器輸入電力，經該充電單元可以對該供電單元進行充電。

在本發明之一實施例中，該供電單元為充電電池。

在本發明之一實施例中，該連接器以插接傳輸線輸入外部電力，或與控制模組連結，以進行充電相關資料的更新或讀取。

在本發明之一實施例中，該連接器為mini USB、Micro USB或TYPE C連接器。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，現在配合圖式說明如下：

請參閱圖1、2，係本發明之電動腳踏車的外觀及電動機變速的控制系統電路方塊示意圖。如圖所示：本發明之電動腳踏車(e-bike)之電動機變速的控制系統，係以安裝於電動腳踏車200上，該控制系統100包括：一控制模組10及一驅動模組20。以該控制模組10及該驅動模組20係與安裝於該電動腳踏車200上的電池模組300及電動機400電性連結，以該控制模組10控制該電動機400進行變速。

該控制模組10，包括：一微處理器11、一感測單元12、一音頻辨識器13、一音頻接收器14、一第一通訊單元15、一操作單元16及一顯示單元17。

該微處理器11，內部載有訊號運算分析處理、控制及導航的應用程式。

該感測單元12，係與該微處理器11電性連結，該感測單元12係以感測踩踏結構201的踩踏力量，並輸出訊號給該微處理器11，由該微處理器11驅動該驅動模組20控制該電動機400變速。在本圖式中，該感測單元12為踏板力感測器、三軸力量感測器或水平感應器。該踏板力感測器係以安裝於該踩踏結構201的腳踏板2011上，該三軸力量感測器可安裝於該踩踏結構201內部。該水平感應器可以安裝於該電動腳踏車200的車架202上，在騎乘該電動腳踏車200時，用以感應路面上的傾斜坡度。

值得一提的事，該電動機400係以安裝於電動腳踏車200上，該電動機400為中置馬達、前輪花鼓馬達(前置馬達)或後輪花鼓馬達(後置馬達)。該中置馬達內部具有一線圈結構(圖中未示)及一受線圈結構驅動的傳動組(圖中未示)，該傳動組與該電動腳踏車200的踩踏結構201(如圖1所示)結合在一起。

該音頻辨識器13，係與該微處理器11電性連結，以進行辨識所接收的音頻訊號，以分辨人聲或環境噪音。

該音頻接收器14，係與該音頻辨識器13電性連結，係以將接收的音頻訊號傳至該音頻辨識器13進行辨識是人聲或環境噪音。在本圖式中，該音頻接收器為麥克風。

該第一通訊單元15，係與該微處理器11電性連結。該第一通訊單元15係以將該微處理器11處理後的訊號傳至該驅動模組20接收，使該驅動模組20能驅動該電動機400轉動或變速。或該第一通訊單元15係與外部的電子裝置(圖中未示))訊號連結，可進行資料更新或轉由外部的電子裝置(手機、行車記錄器、掌上型電腦或平板電腦)操作控制。在本圖式中，該第一通訊單元15為無線模組或有線模組。該無線模組為WIFI模組或藍芽模組；該有線模組為連接器插接傳輸線連結。

該操作單元16，係與該微處理器11電性連結，以輸入操作指令。在本圖式中，該操作單元16為按壓式按鍵或觸摸式按鍵。

該顯示單元17，係與該微處理器11電性連結。該顯示單元17用以顯示操作畫面、電量、車速、變速或導航路線畫面。在本圖式中，顯示單元17為液晶顯示器或觸摸液晶顯示器。

該驅動模組20，係與該控制模組10訊號連結。該驅動模組20包含有：一第二通訊單元21及一調速器22。該第二通訊單元21係以將接收控制模組10傳來的訊號，使該調速器22驅動該電動機400轉動或變速。或該第二通訊單元21係與外部的電子裝置(圖中未示)訊號連結，可進行資料更新或轉由外部的電子裝置(手機、行車記錄器、掌上型電腦或平板電腦)操作控制。在本圖式中，該第二通訊單元22為無線模組或有線模組。該無線模組為WIFI模組或藍芽模組；該有線模組為連接器插接傳輸線連結。

該調速器22，係與該第二通訊單元21、該電池模組300及電動機400電性連結。該調速器22以接收第二訊單元21的訊號後，即可控制該電動機400轉動或變速。

更值得一提的事，該調速器22有電感式調速器和電子式調速器。電感式調速器就是一個可調電感串接在電動機400中，用以改變電動機400上的電壓降(依感測單元12感測不同的踩踏力量，有不同的電壓降)，達到分檔調整轉速的目的。電子式調速器是由一個電位器調整器，該電位調整器依感測單元12感測不同的踩踏力量來改變電阻值，藉以改變電位(電壓)來改變電動機400的電壓，達到無級調整轉速的目的

該電池模組300，係與該控制模組10及該驅動模組20電性連結。該電池模組300包含有：一供電單元301、一充電單元302及一連接器303。該供電單元301係與該控制模組10及該驅動模組20電性連結後，以該供電單元301提供該控制模組10及該驅動模組20所需電力。在本圖式中，供電單元301為充電電池。

該充電單元302係與該供電單元301及該連接器303電性連結，透過該連接器303輸入外部電力，經該充電單元302可以對該供電單元301進行充電。

該連接器303，係與該充電單元302電性連結，以插接傳輸線輸入外部電力，或與控制模組10連結，以進行充電相關資料的更新或讀取。在本圖式中，該連接器303為mini USB、Micro USB或TYPE C連接器。

在上述的電動腳踏車200在騎乘時，騎乘者將雙腳踩踏於該踩踏結構201上，同時該控制模組10以無線傳輸方式控制該驅動模組20，使該電池模組300輸出電力驅動該電動機400轉動。

當控制模組10的該感測單元12感測到不同的踩踏力量，便將此訊號傳給該微處理器11，該微處理器11將進行分析判斷踩踏的力量為多少時，若是判斷達到第一檔位或第二檔位或更高檔位的力量時，該微處理器11將該檔位的訊號透過該第一通訊單元15發射出去，在該驅動模組20的第二通訊單元21接收後並傳至給該調速器22，該調速器22將依該微處理器11判斷的檔位來改變電壓降或電位，以達到控制該電動機400的變速。

當騎乘者發出語音聲響，如1檔、2檔…或4檔，此時在音頻接收器14接收此音頻訊號後，將此音頻訊號傳給該音頻辨識器13進行辨識是人所發出的音頻訊號，此訊號在微處理器11判斷若為2檔時，透過該第一通訊單元15將2檔的訊號傳給驅動模組20，在該驅動模組20的第二通訊單元21接收後，在傳給該調速器22，該調速器22依該2檔位訊號改變輸出至電動機400的電壓降或電位，以達控制該電動機400變速。

或者，在騎乘該電動腳踏車200時，該水平感應器用以感應面傾斜坡度(路面凸起或凹陷，或爬波或下坡)，該微處理器11判斷分析該水平感應器所感應的水平角度在設定的正角度值(爬坡)範圍内時，該微處理器11判斷分析後的訊號，透過該第一通訊單元15將分析後的訊號傳給驅動模組20，在該驅動模組20的第二通訊單元21接收後，再傳給該調速器22，該調速器22將依感應水平角度自動改變輸出至電動機400的電壓，以達控制該電動機400變速，以輔助騎乘者輕鬆的騎乘該電動腳踏車200。若是，該微處理器11判斷分析該水平感應器所感應的水平角度在設定的負角度值(下坡)範圍內時，透過該第一通訊單元15將分析後的訊號傳給驅動模組20，在該驅動模組20的第二通訊單元21接收後，再傳給該調速器22，該調速器22將依感應水平角度自動改變輸出至電動機400的電壓，以達控制該電動機400產生阻力，此阻力可以當做電動腳踏車200的煞車動力，以提高騎乘下坡行車安全。在本圖式中，該水平感應器所感應的正角度值約1˚(度)至45˚(度)，該水平感應器所感應的負角度值為-1˚(度)至-45˚(度)。

更值得一提的事，該控制模組10可以內建可充電式的電源供應單元(圖中未示)，以提供該控制模組10所需的電力，在不需要電池模組300的供電下，可以單獨作業。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書或圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

100:控制系統 10:控制模組 11:微處理器 12:感測單元 13:音頻辨識器 14:音頻接收器 15:第一通訊單元 16:操作單元 17:顯示單元 20:驅動模組 21:第二通訊單元 22:調速器 200:電動腳踏車 201:踩踏結構 202:車架 300:電池模組 301:供電單元 302:充電單元 303:連接器 400:電動機

圖1，係本發明之電動腳踏車的外觀示意圖；

圖2，係本發明之電動腳踏車之電動機變速的控制系統電路方塊圖示意圖。

100:控制系統

10:控制模組

11:微處理器

12:感測單元

13:音頻辨識器

14:音頻接收器

15:第一通訊單元

16:操作單元

17:顯示單元

20:驅動模組

21:第二通訊單元

22:調速器

200:電動腳踏車

201:踩踏結構

300:電池模組

301:供電單元

302:充電單元

303:連接器

400:電動機

Claims (15)

1. 一種電動腳踏車之電動機變速的控制系統，以安裝於電動腳踏車上，並與安裝於該電動腳踏車上的電池模組及電動機電性連結，該控制系統包括： 一控制模組，係與該電池模組電性連結，該控制模組至少包含：一微處理器，內部載有訊號運算分析處理及控制的應用程式； 一感測單元，係與該微處理器電性連結，以安裝於該電動腳踏車的踩踏結構上； 一第一通訊單元，係與該微處理器電性連結，以傳遞訊號； 一驅動模組，係與該控制模組訊號連結，該驅動模組包含： 一第二通訊單元，係與該第一通訊單元訊號連結； 一調速器，係與該電池模組及該電動機電性連結； 其中，以該感測單元感測該踩踏結構的踩踏力量，經該微處理器分析後，由該第一通訊單元將訊號傳遞至該第二通訊單元接收，並傳至給該調速器以驅動該電動機變速。
2. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該微處理器更包含有一導航應用程式。
3. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該感測單元為踏板力感測器，該踏板力感測器係以安裝於該踩踏結構的腳踏板上。
4. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該感測單元為三軸力量感測器，該三軸力量感測器可安裝於該踩踏結構內部。
5. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該感測單元為水平感應器，該水平感應器以安裝於該電動腳踏車的車架上，用以感應路面的傾斜坡度，使該微處理器依感應水平角度輸出訊號至該調速器，該調速器將依感應角度自動改變輸出至該電動機的電壓，使該電動機進行變速或產生阻力。
6. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該控制模組更包含有： 一音頻辨識器，係與該微處理器電性連結； 一音頻接收器，係與該音頻辨識器電性連結，以接收音頻訊號，由該音頻辨識器進行該音頻訊號辨識，經該微處理器分析變檔位的訊號，由該第一通訊單元將該訊號傳遞至該第二通訊單元接收，並傳至給該調速器以驅動該電動機變速。
7. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該調速器為電感式調速器和電子式調速器。
8. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該控制模組更包含有一操作單元，該操作單元係與該微處理器電性連結，以輸入操作指令。
9. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該控制模組更包含有一顯示單元，該顯示單元係與該微處理器電性連結，以顯示操作畫面、電量、車速、變速或導航路線畫面。
10. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該電動機為中置馬達、前輪花鼓馬達、前置馬達、後輪花鼓馬達或後置馬達。
11. 如請求項10所述之電動機變速的控制系統，其中，該中置馬達內部具有一線圈結構及一受線圈結構驅動的傳動組，該傳動組與該踩踏結構結合在一起。
12. 如請求項1所述之電動機變速的控制系統，其中，該電池模組包含有： 一供電單元，係與該控制模組及該驅動模組電性連結後，以該供電單元提供該控制模組及該驅動模組所需電力； 一充電單元，係與該供電單元電性連結； 一連接器，係與該充電單元電性連結，以該連接器輸入電力，經該充電單元可以對該供電單元進行充電。
13. 如請求項12所述之電動機變速的控制系統，其中，該供電單元為充電電池。
14. 如請求項12所述之電動機變速的控制系統，其中，該連接器電性連結，以插接傳輸線輸入外部電力，或與控制模組連結，以進行充電相關資料的更新或讀取。
15. 如請求項14所述之電動機變速的控制系統，其中，該連接器為mini USB、Micro USB或TYPE C連接器。

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