利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，该踩踏力矩是指自行车的一曲柄受踩踏的力矩。该方法包含有下列步骤：在一预定时间区间内，通过一速度传感器对自行车的一曲柄的踩踏速度进行预定次数的侦测；求取踩踏速度理想波形及踩踏速度实际波形的面积为V0及V1，并求取V0-V1的差作为ΔVi；依据踩踏速度与力矩之间的关系取得一修正量c；依照下述第一公式进行运算：ΔMi/M0＝ΔVi/V0+c；借此得到踩踏力矩的相对变化量ΔMi/M0；其中，M0为产生V0的力矩，M1为产生V1的力矩，两者是经实际实验取得；M0-M1的差值则为ΔMi。
【专利说明】利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法
【技术领域】
[0001]本发明是与自行车有关，特别是指一种利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法。
【背景技术】
[0002]电助力自行车，主要是在骑乘者踩踏时提供一辅助动力，来使得骑乘者得以尽享踩踏骑乘的乐趣，又可以不需要出很多的力气来达到踩踏的结果。因此，电助力自行车已日趋流行。
[0003]在提供辅助动力时，必须对于骑乘者的踩踏力量进行测量，才能对应输出该骑乘者所需要的辅助动力，否则辅助动力过大时反而会造成骑乘者空踩，过小时又会造成骑乘者感受不到助力，提供助力的功能等于无效。目前的踩踏力量(或力矩)的侦测方式是通过在自行车上安装一力矩传感器，在骑乘者踩踏踏板时即可感测踩踏力量或力矩。然而，力矩传感器非常复杂及昂贵，因此，不使用力矩传感器而使用其他方式来取得踩踏力矩的技术，因为可降低成本而受到本领域从业人员的关注。
[0004]中国台湾公开第TW201202090A1号「脚踏曲柄驱动器的力矩的估计方法与装置」发明专利案，即德国102010028656.7号专利案，揭露了一种估计力矩的方法，其主要是利用侦测角速度与时间的关系，求出该角速度的至少一信号性质后，利用该至少一的信号性质与力矩之间的预定相依性来将力矩与该至少一信号性质相关联。此种方式是利用波形的变化来推知踏力，其有很多无法分解及量化的变因，例如其信号性质的取得，其可为(I)角速度的交流成分功率或(2)角速度的交流成分的信号形状与一正弦曲线的偏差，前述的(I)及(2)的技术内容及数值上的差异很大，可证明其最终取得的力矩结果的差异性也会很大，进而可了解其所求得的力矩的误差很大，准确性可能不好。
[0005]此外，上述案件可知，踩踏速度的变化与踩踏力矩的变化是具有相关性的，因此上述案件才会发展出以踩踏速度来估计踩踏力矩的技术。然而，前述的估计方法虽尝试将此相关性予以清楚的计算出来，但其结果除了误差很大之外，在计算上也较为繁复，除了需要求得角速度的至少一信号性质之外，还需要利用信号性质与力矩之间的相依性来求出其关联，因此其计算过程繁复，在执行上需使用较高速的运算单元，此也会使得成本提高。
【发明内容】
[0006]已知的力矩估计方法具有误差大且计算繁复的问题。因此，本发明所提供的一种利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，该踩踏力矩是指自行车的一曲柄受踩踏的力矩，该方法包含有下列步骤:在一预定时间区间内，通过一速度传感器对自行车的一曲柄的踩踏速度进行预定次数的侦测，进而取得该踩踏速度的频率数据及振幅数据，并将前述数据整理形成一踩踏速度实际波形，且再依据前述数据定义一踩踏速度理想波形；求取该踩踏速度理想波形的面积作为Vtl,以及求取该踩踏速度实际波形的面积作为V1，并求取Vtl-V1的差作为AVi，再取得踩踏速度的相对变化量为ΛViZX;依据踩踏速度与力矩之间的关系，取得一修正量c ;依照下述第一公式进行运算:AMiZ^Mci = ΔΥ,/Vo+c ;将踩踏速度的相对变化量Λ Vi/V。加上修正量c，即得到踩踏力矩的相对变化量Λ Μ^Μ。；其中，Mtl为产生V。的力矩，M1为产生V1的力矩，两者是经实际实验取得眞-M1的差值则为AM”
[0007]借此，本发明可达到利用踏速来估计踏力的效果，并且达到简化计算及降低误差的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明第一优选实施例的示意图，显示速度传感器所测得的数据。
[0009]图2是本发明第一优选实施例的波形示意图，显示踩踏速度实际波形。
[0010]图3A是本发明第一优选实施例的波形示意图，显示由踩踏速度实际波形推算出踩踏速度理想波形的状态。
[0011]图3B是本发明第一优选实施例的另一波形示意图，显示由踩踏速度实际波形推算出另一种踩踏速度理想波形的状态。
[0012]图4是本发明第一优选实施例的积分示意图，显示踩踏速度实际波形进行积分运算的状态。
[0013]图5是本发明第一优选实施例的另一积分示意图，显示踩踏速度理想波形进行积分运算的状态。
[0014]图6是本发明第一优选实施例的又一示意图，显示踩踏速度实际波形与踩踏速度理想波形进行积分运算后重叠的状态。
[0015]图7是本发明第一优选实施例的方块示意图，显示自行车的相关元件。
[0016]图8是本发明第一优选实施例的另一方块示意图，显示实验自行车的相关元件。
[0017]【符号说明】
[0018]10-自行车；
[0019]11-速度传感器；
[0020]13-存储器；
[0021]15-微电脑；
[0022]10’-实验自行车；
[0023]11’-速度传感器；
[0024]17’ -力矩传感器；
[0025]tpd-预定时间区间；
[0026]V0-踩踏速度理想波形的面积；
[0027]V1-踩踏速度实际波形的面积。
【具体实施方式】
[0028]如图1至图7所示，本发明第一优选实施例所提供的一种利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，该踩踏力矩是指自行车的一曲柄受踩踏的力矩，该方法包含有下列步骤:
[0029]如图1所示，在一预定时间区间tpd内，通过一速度传感器11对一自行车10的一曲柄(图中未示)的踩踏速度进行预定次数(图中是以20次为例)的侦测，进而取得该踩踏速度的频率数据及振幅数据。并将前述数据整理形成一踩踏速度实际波形，如图2所示。且再依据前述数据定义一踩踏速度理想波形，如图3A或图3B所示。由图3A可知，虚线所示的踩踏速度实际波形与实线所示的踩踏速度理想波形相比之下，踩踏速度实际波形在前半周的振幅较大且周期较短，后半周则振幅相同但周期较长，由此可知踩踏速度理想波形的振幅是参考踩踏速度实际波形的后半周而得。再由图3B可知，虚线所示的踩踏速度实际波形与实线所示的踩踏速度理想波形相比之下，踩踏速度实际波形在前半周的振幅相同但周期较短，后半周则振幅较小且周期较长，由此可知踩踏速度理想波形的振幅是参考踩踏速度实际波形的前半周而得。在本实施例中，踩踏速度理想波形是以图3A所示者为例。由前述可知，踩踏速度理想波形的振幅可参考踩踏速度实际波形的某个周期的振幅，事实上，也可参考前半周及后半周的振幅的平均值，或由使用者自定义振幅。在实施上，该踩踏速度的频率数据及振幅数据存储于一存储器13中。并且，通过一微电脑15来提供运算及处理的功能。而该速度传感器11也安装于该自行车10上，其连接的示意图显示于图7。
[0030]如图4及图5所示，通过积分运算，来求取该踩踏速度理想波形的面积作为Vtl,以及求取该踩踏速度实际波形的面积作为V1 ;并求取Vtl-V1的差作为AVi,再取得踩踏速度的相对变化量为叫\。
[0031]依据踩踏速度与力矩之间的关系，取得一修正量C。
[0032]依照下述第一公式进行运算:
[0033]Δ Mi/M0 = Δ Vj/Vo+c....................................(第一公式)
[0034]将踩踏速度的相对变化量叫\加上修正量C，即得到踩踏力矩的相对变化量AMiZM0 ;其中，Mtl为产生V。的力矩,M1为产生V1的力矩，两者是经实际实验取得Wtl-M1的差值则为AMit5通过该踩踏力矩的相对变化量AMi/M。即可得出实际踩踏力矩M115其中，该修正量c的取得，是通过预先进行实际踩踏实验来取得踩踏速度的相对变化量叫\以及踩踏力矩的相对变化量AMiZ^Mci，再将两者相减即取得该修正量C。而此处所指的实际踩踏实验，是备置一实验自行车10’，在该实验自行车10’上通过一速度传感器11’来感测踩踏速度，并外接一力矩传感器17’来感测踩踏力矩。该实验自行车10’的连接示意图显示于图
8。在实施上，取得该修正量c后，可以依照实际踩踏实验中得到的数值来定义其表现形态，若在不同踩踏速度下，其数值均差不多(例如误差范围在±100%以内)，则取其平均值定义为修正量c，此时该修正量c即为一常数；若在实际踩踏实验中在不同踩踏速度下所得到的数值相差很大(例如误差范围大于100% )，则以对照表的方式记录，并将该对照表定义为修正量C，而在依照该第一公式进行运算时对该修正量c以该对照表来取得对应的数值以进行运算，此时该修正量c为一对照表，由于对照表为现有技术，因此容许不再以附图表
/Jn ο
[0035]上述步骤中，踩踏速度的相对变化量Λ ViA0是由VcrV1的差Λ Vi与踩踏速度理想波形的面积Vtl相除而得，因此踩踏速度的相对变化量叫\即为不具有单位的数值，因此可以在不考虑单位的情况下来进行运算，该第一公式也即是因此而可通过修正量C与踩踏速度的相对变化量△ ViZiVtl来计算出踩踏力矩的相对变化量AMiZiMtl的。同样的，踩踏力矩的相对变化量AMiZiMtl也是不具有单位的数值。在不需考虑单位的情况下，其计算得以更为简化。而由于修正量c是由实验自行车10’进行实体上速度传感器11’所感测到的结果与力矩传感器17’所感测到的结果所取得，因此其会真实的对应实际踩踏的状况，也因此具有极佳的准确性，进而可使得本案所估计得到的实际踩踏力矩M1更为准确，误差更为降低。
[0036]借此，本发明第一实施例可以不需要在自行车上安装力矩传感器，而仅需安装速度传感器，在骑乘过程进行踩踏速度的感测，并依照本发明第一实施例的技术加以处理及运算后，即可比现有技术更为准确地估计出实际踩踏力矩札。
[0037]综上可知，本发明第一实施例可以由踩踏速度估计出实际踩踏力矩M1，并且达到简化计算及降低误差的效果。
[0038]本发明第二优选实施例所提供的一种利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，主要内容与前述第一实施例大致相同，不同之处在于:
[0039]该第一公式进一步修正为一第二公式:
[0040]Δ Mj/Mo = t ( Λ ViA0) +c..................................(第二公式)
[0041]其中，t为扣除掉修正量c之后，AMiZM0与Λ ViZiVtl之间的倍数修正量。
[0042]此外，其中，倍数修正量t的取得，是通过预先进行实际踩踏实验来取得踩踏速度的相对变化量叫\以及踩踏力矩的相对变化量Λ，并依照实验的线性关系取得修正量c及倍数修正量t。此外，如同前述第一实施例所述，本发明第二实施例的实际踩踏实验，同样是备置一实验自行车10’，在该实验自行车10’上通过速度传感器11’来感测踩踏速度，并通过力矩传感器17’来感测踩踏力矩。
[0043]借此，本发明第二实施例可提供更为精准的第二公式，可使得所估计出来的实际踩踏力矩M1更为准确。
[0044]本发明第二实施例的其余技术特征及所能达成的功效均与前述第一实施例大致相同，容不赘述。
[0045]通过本案的技术，其是利用了对波形进行积分运算的技术，由于积分运算本身即具有平均效应，因此此种方式可以将波形中非线性的小噪声在积分的过程中予以消除，因此，本案还因此而具有可消除噪声的功能。
【权利要求】
1.一种利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其特征在于，该踩踏力矩是指自行车的一曲柄受踩踏的力矩，该方法包含有下列步骤: 在一预定时间区间内，通过一速度传感器对自行车的一曲柄的踩踏速度进行预定次数的侦测，进而取得该踩踏速度的频率数据及振幅数据，并将前述数据整理形成一踩踏速度实际波形，且再依据前述数据定义一踩踏速度理想波形； 求取该踩踏速度理想波形的面积作为Vtl,以及求取该踩踏速度实际波形的面积作为V1，并求取Vtl-V1的差作为Λ Vi，再取得踩踏速度的相对变化量为叫 依据踩踏速度与力矩之间的关系，取得一修正量c ； 依照下述第一公式进行运算:
Δ MiZM0 = AVi/Vo+c 将踩踏速度的相对变化量叫\加上修正量C，即得到踩踏力矩的相对变化量Λ Mi/M0 ;其中，Mtl为产生V。的力矩，M1为产生V1的力矩，两者是经实际实验取得Wtl-M1的差值则为AM”
2.根据权利要求1所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:该修正量c的取得，是通过预先进行实际踩踏实验来取得踩踏速度的相对变化量叫\以及踩踏力矩的相对变化量ΛMiZiMtl，再将两者相减即取得该修正量C。
3.根据权利要求2所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:在该预先进行的实际踩踏实验中，是备置一实验自行车，在该实验自行车上通过速度传感器来感测踩踏速度，并通过力矩传感器来感测踩踏力矩。
4.根据权利要求1所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:在求取该踩踏速度理想波形的面积或求取该踩踏速度实际波形的面积时，是通过对该波形进行积分运算而得。
5.根据权利要求1所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:该第一公式进一步修正为一第二公式:AMiZiMtl = t (Λ ViZiVtl)+c，其中t为扣除掉修正量c之后，AMiZM0与Λ ViA0之间的倍数修正量。
6.根据权利要求5所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:该倍数修正量t的取得，是通过预先进行实际踩踏实验来取得踩踏速度的相对变化量叫\以及踩踏力矩的相对变化量AMiZiMtl,并依照实验的线性关系取得修正量c及倍数修正量t。
7.根据权利要求6所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:在该预先进行的实际踩踏实验中，是备置一实验自行车，在该实验自行车上通过速度传感器来感测踩踏速度，并通过力矩传感器来感测踩踏力矩。
8.根据权利要求1所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:该踩踏速度的频率数据及振幅数据存储于一存储器中，该实际踩踏力矩的频率数据及振幅数据存储于该存储器中；此外，通过一微电脑提供运算及处理的功能。
9.根据权利要求1所述的利用自行车踏速来估计踩踏力矩的方法，其中:该修正量c为一常数或为一对照表。
【文档编号】G01L3/00GK104236771SQ201310241253
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】李元奎, 徐世伟 申请人:久鼎金属实业股份有限公司