專利名稱：雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，涉及一種應(yīng)用于電動車前、后輪的雙輪圈馬達驅(qū)動，及具有前、后輪馬達輸出功率控制的控制系統(tǒng)。
電動車輛為目前頗為風行的交通代步工具之一，特別是在于環(huán)保觀念普遍深植人心的環(huán)境趨勢下，電動車輛已頗有逐漸取代自行車成為未來輕型代步工具的主流，諸如常見的電動自行車、電動機車及四輪電動車等產(chǎn)品。
然而，在電動車輛結(jié)構(gòu)中，最主要的動力來源為諸如電動馬達的輔助傳動動力源，因此，必需善加控制比一輔助傳動動力源的運轉(zhuǎn)，方可使電動車輛在運轉(zhuǎn)及行駛操作的過程中，達到人車一體的效果，否則只有徒增電力能源耗損及增添人員騎乘操作的安全問題。
習知的電動車輛輔助動力驅(qū)動結(jié)構(gòu)，是將輔助動力馬達裝設(shè)于車體的內(nèi)部或中央部位，如以電動自行車為例，則是將該輔助動力馬達裝設(shè)在腳踏板的位置，如此一來，腳踏板附近的承受重量較大，易造成車身重工業(yè)心嚴重偏移扭曲而致駕駛操作不易，又此種單一輔助動力馬達的結(jié)構(gòu)，其輔助動力的提供，亦僅只于拘限在輔助后輪的動力輸出，且必需透過如鏈條及齒輪等裝置方可輔助后輪驅(qū)動，并且單一個輔助動力馬達在運轉(zhuǎn)的過程中，極易造成前、后動力不一，無法符合實際電動自行車運轉(zhuǎn)狀態(tài)的需求，如在上坡時，電動馬達僅能提供后輪單輪的傳動，對于電動自行車整體爬坡操作實無太大的助益，反而必需耗費較多的電力，對于電池而言將造成深度放電的耗損，況且，由在上坡時單由后輪輔助動力馬達提供瞬間較大的輔助功率，將使該電動自行車產(chǎn)生前、后輪動力失衡振動不平衡現(xiàn)象。
另外，在習知電動車輛的電動輔助傳動動力源(如馬達)的控制方式，是由裝設(shè)在操作把手上的電氣開關(guān)的開或關(guān)作為啟動電動輔助動力源的控制裝置，由騎乘者手指壓按操作來啟動該輔助動力源，經(jīng)由該輔助傳動動力源投入全功率的輔助動力，因此，該輔助動力源的輸出功率并未經(jīng)適當?shù)目刂萍罢{(diào)整，極易造成無謂的電力浪費。舉例而言，例如在電動自行車啟動時，該輔助傳動動力源必需投入較大的扭力，以使輔助電動自行車運轉(zhuǎn)，抑或是在于下坡或平坦路面行駛時，該輔助傳動動力源必需完全切斷不提供輔助動力或投入較小的輔助動力。
除此之外，在相關(guān)的先前專利技術(shù)文獻方面，美國專利第5,749,429號專利案及歐洲專利第0636537A1號公開案，則分別揭示了一種典型單一輔助動力馬達驅(qū)動的習知的電動自行車結(jié)構(gòu)，很明顯地，與上述習知的電動自行車一樣，該電動輔助馬達除了造成電動自行車的重心嚴重偏移扭曲而不利操作外，在運轉(zhuǎn)時仍有單一輔助動力馬達無法配合電動自行車實際行駛路況所帶來的單輪輔助動力輸出控制。
又，在本國專利公報第238811號“電動輪圈馬達”新型專利案及第207219號“超薄輪圈式動力馬達裝置”新型專利案，則分別揭示了兩種可直接裝置在前輪或后輪驅(qū)動的薄式輪圈馬達，雖可稍加改善上述習知的電動自行車裝置馬達于腳踏板所造成重心偏移扭曲的現(xiàn)象，但就整體而言，該馬達亦僅能單獨裝設(shè)于前輪或后輪使用，而無法真正配合電動自行車行駛路況狀態(tài)投給適當輔助功率的需求；而若考慮直接將該輪圈馬達同時裝設(shè)于前輪及后輪之上以增強輸出功率，則由于沒有良好適當?shù)墓β始皠恿敵鲵?qū)動控制系統(tǒng)加以整合調(diào)配，將造成前、后輪輔助動力失控而易釀成意外災(zāi)害，或大量浪費馬達輸出的輔助動力，造成電池電力輸出的效益不彰，因而降低電動自行車的續(xù)行力及運轉(zhuǎn)效率。
本發(fā)明的主要目的，即是提供一種雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，可用來控制裝設(shè)于電動車輛前、后輪的輪圈馬達輸出功率，以視行駛路況投給前、后輪適當大小的輔助動力及扭力，可使電動車于行駛上更加順暢，并且使該輔助動力傳動更具有效率。
本發(fā)明的再一目的，即是提供一種雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，具有閉回路的反饋控制系統(tǒng)，可使前、后輪的輪圈馬達精確地依實際行駛路況提供平衡適當?shù)妮o助動力，使電動車輛行駛時更加平衡不會振動。
本發(fā)明的又一目的即是在于提供一種雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，可使前、后輪輪圈馬達依電動車輛所需的輔助動力，來分別調(diào)配其輸出扭力及功率，可使電池電力的輸出更具效率，及相對增加電動車輛的續(xù)行力。
為達上述目的，本發(fā)明的雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，包含一第一輪圈馬達及第二輪圈馬達，分設(shè)于電動車輛的前、后輪，以及一中控制單元，設(shè)有若干感測輸入單元及輸出控制單元，該感測輸入單元用以連結(jié)輸入電動車的油門控制訊號及一對設(shè)于前、后輪檢測器的反饋訊號，以使控制器可依據(jù)感測輸入單元的輸入訊號判斷電動車行駛及動力需求狀態(tài)，而分別提供相對適當?shù)那?、后輪?qū)動控制訊號透過輸出控制單元以分別驅(qū)動電動車前、后輪的第一及第二輪圈馬達運轉(zhuǎn)，使該前、后輪的第一及第二輪圈馬達分別提供適當?shù)膭恿敵龉β?，進而達到可作雙輪圈馬達輔助動力控制的效果。
本發(fā)明的特點，在于使用最為簡捷的前、后輪輪圈馬達的輔助動力投入控制方式，使該電動車輛前、后輪輔助動力的投入更有效率及更加省電，并可由前、后輪輪圈馬達輸出功率的適當調(diào)配，而使該電動車輛于各種路況行駛時更加順暢，并隨時符合駕駛者下達的需求功率及扭力命令，使電動車輛可相對輸出最為適合行駛路況及最具效率的前、后輪輔助功率及扭力，而使該電動車輛在操作上可達到人車一體的境界。
本發(fā)明的詳細構(gòu)造，將由以下詳細說明而使之更為明確，同時參閱所附各圖，可使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容更進一步地揭示明了，其中圖式部分

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)電路方塊圖；圖2為本發(fā)明中中央控制單元對第一、第二輪圈馬達的輸出功率控制曲線圖；圖3為本發(fā)明中中央控制單元對第一、第二輪圈馬達的輸出功率另一模式控制曲線圖；圖4為本發(fā)明中的輔助動力功率與電動車行駛速度曲線圖；圖5為本發(fā)明的第一應(yīng)用例圖；圖6為本發(fā)明的第二應(yīng)用例圖；圖7為本發(fā)明的第三應(yīng)用例圖；圖號說明100 驅(qū)動控制系統(tǒng)10 第一輪圈馬達20 第二輪圈馬達30 中央控制單元31 感測輸入單 32 感測輸入單元33 感測輸入單元34 感測輸入單元35 輸出控制單元36 輸出控制單元37 輸出控制單元200 電動腳踏車300 電動滑板車 400 由電兩用電動機車實施例首先請參閱圖1所示，本發(fā)明的雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，在以下稱驅(qū)動控制系統(tǒng)，并于各圖式中以100編號來標示，其中，該驅(qū)動控制系統(tǒng)100包含一第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20，分別裝設(shè)于電動車輛的前、后輪上，以作為電動車輛前后輪的輔助動力驅(qū)動，且該第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20分別裝設(shè)于電動車輛前、后輪上，可使其重心分散均勻，而不致產(chǎn)生偏移扭曲影響電動車輛行駛。
本發(fā)明的驅(qū)動控制系統(tǒng)100則包含至少一中央控制單元30，其形態(tài)不拘，在本發(fā)明所列舉的實施例為內(nèi)部具控制程序的微處理器元件，并設(shè)有若干個感測輸入單元31、32、33、34及輸出控制單元35、36及37，其中，感測輸入單元31、32、33及34是用來分別感測電動車輛的油門、踩踏扭力、儀表板訊號(包含車速、累計里程、馬達溫度、電池電量狀態(tài))、第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的輸出轉(zhuǎn)速、扭力及馬達溫度等狀態(tài)，舉例而言，如以電動車或電動自行車為例，感測輸入單元31則供以輸入油門訊號或腳踏板的踩踏扭力，以反應(yīng)電動車或電動自行車的行駛狀態(tài)，如電動車或電動自行車在上坡過程中，油門急速踩踏訊號或腳踏板緩慢吃力的踩踏扭力訊號將直接反映電動車或電動自行車是處于上坡狀態(tài)，而該感測輸入單元32則是用來反饋(feed back)輸入電動車或電動自行車的儀表訊號，以使中央控制單元30獲得電動車或電動腳踏車的其他狀態(tài)資訊，以精確綜合研判出電動車或電動自行車的正確行駛狀態(tài)及輸出扭力、功率需求，以決定中央控制單元30對第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的各別輸出功率控制模式，而該石油輸入單元33及34則正分別感測反饋該第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的轉(zhuǎn)速、扭力及線圈溫度，以提供中央控制單元30作為控制輸出及預(yù)設(shè)目標值的參考。
上述的輸出控制單元35及36則被分別用來輸出驅(qū)動該第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20，即是受中央控制單元30的輸出驅(qū)動控制訊號及命令，來驅(qū)動控制電池投入第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的電力大小，換言之，即是控制第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20輸出的轉(zhuǎn)速及功率大??；而該輸出控制單元37則是用來輸出儀表訊號，亦即是根據(jù)上述的感測輸入單元32所輸入的儀表訊號，來輸出相對的儀表控制訊號給電動車或電動腳踏車的顯示儀表，以使駕駛?cè)氤浞终莆哲嚊r，而有關(guān)于中央控制單元30如何驅(qū)動上述的輸出控制單元35及36，而對第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的功率輸出控制模式，將在以下中有詳盡的說明，容后陳明。
請再配合圖2及圖3，分別顯示兩種中央控制單元30對第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達的功率控制模式，此二種模式可分別單獨運用或合并運用，并且是以控制軟件程序儲存于中央控制單元30中，其控制軟件程序非本發(fā)明范疇，不予詳述。其中，圖2所顯示的控制模式，分別以Aw(t)及Bw(t)兩個函數(shù)來代替第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的輸出控制函數(shù)，而該總輸出功率及總需求輔助功率則分別以Tw(t)、Nw(t)函數(shù)來表示，并且以Nw(t)函數(shù)為縱向軸，而時間為水平軸，則在任一個Nw(t)函數(shù)上，該Nw(t)＝Tw(t)＝Aw(t)+Bw(t)，即該總輸出功率是由第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的各別輸出功率來決定，在本發(fā)明中是假設(shè)兩者皆呈良好的線性關(guān)系而論，在實際上設(shè)計運用上則可針對不同的電動車輛運轉(zhuǎn)需求及用途予以重新定義設(shè)定該Aw(t)及Bw(t)兩者的函數(shù)關(guān)系，也就是在這種操作模式中，該中央控制單元30前、后輪的轉(zhuǎn)速反饋狀態(tài)、車輛的實際行駛路況及輔助動力及扭力需求命令，來分別對第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的輸出功率作不同的調(diào)配，舉例而言，在上坡路段則是設(shè)計成第二輪圈馬達20(后輪)輸出較大的扭力及功率，而第一輪圈馬達10(前輪)輸出較小的扭力及功率，可使電動車或電動腳踏車順利運轉(zhuǎn)上坡。
而在圖3所示的控制模式中，則加以定義該中央控制單元30所計算而得電動車或電動腳踏車所需的總需求輔助功率為Nw(t)函數(shù)，且該第一輪圈馬達10及二輪圈馬達20的各別輸出控制函數(shù)Aw(t)及Bw(t)的極大值分別為150瓦及200瓦時，則與總輸出功率Tw(t)間的關(guān)系則如下所示 而此種控制模式，是將電動車或電動腳踏車的總需求輔助功率Nw(t)作合理的工作范圍區(qū)分，即在于常用的總需求輔助功率Nw(t)小于及等于150瓦的低功率運轉(zhuǎn)需求情形下，僅需由第一輪圈馬達10單獨驅(qū)動運轉(zhuǎn)提供予輔助動力即可，而當緊急或不經(jīng)常使用的總需求如靜止再起動或爬坡時其輔助功率Nw(t)大于150瓦的高功率需求情形下，則使第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20同時運轉(zhuǎn)投入適當功率，如此一來，可使電動車或電動腳踏車在低功率運轉(zhuǎn)的情形下，得以減小及改善因兩個馬達同時啟動的高啟動電流消耗，可改善電池電力大量耗損問題，可進一步使電力的控管更加周密完善，并使該第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的運轉(zhuǎn)效率大幅提升，并進而相對增加電動車或電動腳踏車的續(xù)行力。
請再參閱圖4所示，為本發(fā)明進一步使第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20啟動運轉(zhuǎn)更有效率，如在電動滑板車及電動自行車的運轉(zhuǎn)操控上，使其運轉(zhuǎn)更具效率的作法，也就是除了上述由圖2及圖3所示以功率函數(shù)設(shè)定方式來控制該第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的輸出功率外，可再由電動滑板車或電動自行車的實際轉(zhuǎn)速函數(shù)V(t)來決定第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20的總輸出功率Tw(t)大小。
因此，以速度函數(shù)V(t)為水平軸而總輸出功率Tw(t)為縱向軸來標示其于圖4中，其中，則舉例車速在0～23km/h(公里/小時)間的輸出功率變化情形，即當車速小于4km/h的初期低速起步時，該第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20均不投給任何的輔助動力，可由腳力先行滑動車子以防止在起步階段駕駛者未完全穩(wěn)控車輛而形成的失控暴沖現(xiàn)象，而在車速大于4km/h小于16km/h的中期起步及加速階段，則該總輸出功率Tw(t)與速度函數(shù)V(t)間的關(guān)系是呈正斜率的線性遞增關(guān)系，也就是逐步增加第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20所投入的輔助功率；而當車速大于16km/h而小于23km/h間的后期高速行駛狀態(tài)下，則該總輸出功率Tw(t)與速度函數(shù)V(t)間的關(guān)系是呈負斜率的線性遞減關(guān)系，也就是逐步降低第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20所投入的輔助功率，而車速在超過23km/h后的超高速行駛時，則第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20則關(guān)閉完全不投給任何的輔助動力，可進一步確保駕駛者的行駛操作穩(wěn)定度及安全，而以上圖4所列舉的速度函數(shù)V(t)的各個速限函數(shù)轉(zhuǎn)換點，為便于說明而列舉較佳實施例，并不因而拘限本發(fā)明的范疇，且經(jīng)由圖4的速度---功率的控制模式介入下，更可使本發(fā)明的控制效果及前、后輪的輔助動力驅(qū)動控制效率更好更省電。以計算得知電動車輛行駛狀況及輸出功率及扭力需求給中央控制器作為驅(qū)動控制第一輪圈馬達及第二輪圈馬達參考。
請配合圖5、圖6及圖7所示，為本性明年數(shù)個較佳的應(yīng)用例，其中，如圖5是應(yīng)用在電動腳踏車200狀態(tài)，即該第一輪圈馬達10及第二輪圈馬達20分別裝設(shè)于前、后輪的狀態(tài)；同理，圖6所示，則是應(yīng)用于電動滑板車300狀態(tài)；圖7則是應(yīng)用于油電兩用電動機車400上狀態(tài)，而無論何種應(yīng)用狀態(tài)，皆可利用上述本發(fā)明的控制原理及裝置來達到前、后輪重心平衡不偏移扭曲，并達到最佳及最有效率的輔助動力投入控制的實質(zhì)功效及產(chǎn)業(yè)利用價值，進而益增本發(fā)明的應(yīng)用范圍及功效。
以上圖1～圖7所示本發(fā)明的雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其中所揭示的相關(guān)說明及圖式，為便于說明技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)手段，所列舉的較佳實施例，并不因此限制其范疇，并且，例如第一輪圈馬達10與第二輪圈馬達20可泛指后輪驅(qū)動的任一種形式的馬達，舉凡一切針對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及技術(shù)手段細部修飾及變更，或者是元件的等效置換、替代，當不脫本發(fā)明的發(fā)明精神及范疇，其范圍將由申請專利保護范圍來界定。
權(quán)利要求
1.一種雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于它包含a.一第一輪圈馬達及第二輪圈馬達，分別裝設(shè)于電動車輛的前、后輪作為電動車輛行駛前、后輪輔助動力；b.至少一中央控制單元，設(shè)有若干個輸出控制單元，而以不同的控制模式及函數(shù)，由該輸出控制單元分別驅(qū)動控制第一輪圈馬達及第二輪圈馬達作相對輔助功率輸出，以輔助電動車輛前、后輪運轉(zhuǎn)。
2.按照權(quán)利要求1所述雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于該中央控制單元為單晶片微處理器構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于該中央控制單元中的其中一個輸出控制單元為輸出儀表訊號至電動車輛的儀表上。
4.按照權(quán)利要求1所述雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于第二輪圈馬達可為任一足以驅(qū)動后輪的任一形式馬達。
5.按照權(quán)利要求1所述雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于所說的中央控制單元連接有若干個感測輸入單元及輸出控制單元，該感測輸入單元分別接感測電動車輛的油門、扭力需求命令、儀表訊號及第一、第二輪圈馬達的輸出轉(zhuǎn)速、扭力反饋訊號。
全文摘要
一種雙輪圈馬達驅(qū)動控制系統(tǒng),包含第一輪圈馬達及第二輪圈馬達,分別裝設(shè)于上述電動車輛的前、后輪圈上,以分別提供前、后輪運轉(zhuǎn)時的輔助動力;一中央控制單元,設(shè)有若干感測輸入單元及輸出控制單元,依據(jù)感測輸入單元輸入訊號判斷電動車的行駛及動力需求狀態(tài),提供前、后輪驅(qū)動控制訊號分別驅(qū)動電動車前、后輪的輪圈馬達運轉(zhuǎn),使該前、后輪的第一及第二輪圈馬達提供適當動力輸出功率,以輔助電動車配合路況作最佳的運轉(zhuǎn)控制。
文檔編號B60L3/12GK1377794SQ01113809
公開日2002年11月6日 申請日期2001年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者李書賢 申請人:李書賢