智能型多輪獨立動力輪的差速控制方法及其裝置的製作方法
2023-06-22 19:08:51 2
專利名稱：智能型多輪獨立動力輪的差速控制方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有多獨立動力輪車輛的差速控制方法及其裝置，特別是涉及一 種能智能地動態更新差速法則的差速控制方法及其裝置。
背景技術：
隨著環保、節能及安靜等要求的提高，電動車輛相較於傳統汽柴油車輛更受到 業界的重視。而為了能提升傳動效率，愈來愈多電動車輛採用輪內馬達αη-wheel hub motor)。輪內馬達指的是將馬達動力與輪胎整合為一體，完全不需要傳動軸、變速器、差動 齒輪或是其它傳動組件。如此一來，可避免傳動所造成的能量損失。輪內馬達(或稱動力輪)雖具有上述優點，但因各個動力輪之間的動力及轉速輸 出為各別獨立，故車輛需配置中央控制系統居間調配，以滿足車輛的各種行進狀態(例如 迴轉時的差速關係)。電子差速系統可針對多輪獨立動力驅動車輛進行轉速匹配。其是依 據車輛的尺寸(包括輪距、軸距等重要參數)研發適配的算法則，以獲得滿足運動學的差速 關係。除此之外，若驅動輪的配置設定改變(例如前驅設定、後驅設定)，亦會造成控制算法 則的適用性問題。因此，「電子差速控制器」相較於「傳統機械式差速機構」，具有泛用性不 足的缺點，亦缺乏實用上的方便性。為了能夠改善差速精度不足的電子差速系統，業界開發了許多技術。例如中國申 請第201021151號專利、以及臺灣公告第1307319號專利。前者公開的差速裝置透過左(右)輪比較電路模塊，以方向盤的左(右)差速訊 號和踏板加速信號進行比較來決定左(右)輪差速控制信號輸出。此種由模擬訊號仿真驅 動輪差速關係的方式，若缺乏與車輛動力學進行嚴謹的交叉模擬與比對，對於車輛穩控的 效果有限。後者以感測器檢測現時載具行駛動態與駕控動作要求，傳送訊號送至電子控制單 元。電子控制單元計算、決定載具各車輪匹配於駕控動作要求的旋轉速度，根據轉速控制訊 號控制以動力驅動單元控制各車輪旋轉動態，令載具依駕控動作要求驅動動作，可以降低 過彎時方向盤操控負荷，亦或有效的減少車輛在過彎的過程當中所產生的最大翻滾角，以 及在進入彎道後到結束過彎的過程中也能有效的抑制車身翻滾角，而大幅的降低過彎時車 輛翻覆的可能性。雖然業界提出了上述電子差速系統，除了差速精度不足的缺點仍然存在之外，依 據車輛尺寸研發一適配算法則所費時間相當長。短則半個月，長則數年不等。
發明內容
基於上述現有技術的問題，本發明提出一種智能型多輪獨立動力輪的差速控制方 法及其控制裝置。此差速控制方法及控制裝置能依車輛實際行駛狀態，動態地、智能地更新 差速法則，以快速調適出適合該車輛的差速法則。依據一實施例，智能型多輪獨立動力輪的差速控制方法適於接收一使用者指令驅動多個動力輪運轉，該控制方法包括擷取使用者指令及驅動參數，驅動參數是對應於動力輪；依據使用者指令及驅動參數判斷動力輪是否運轉於智能模式；若是，則執行差速更新程序；以及若否，則依據使用者指令以及差速法則驅動動力輪運轉。
依據一實施例，前述依據使用者指令及驅動參數判斷動力輪是否運轉於智能模式的步驟包含判斷使用者指令的轉向角訊號是否大於轉向角閡值；若轉向角訊號大於轉向角閡值，則依據驅動參數判斷總合扭矩是否小於扭矩閡值；以及若總合扭矩小於扭矩閡值，則決定動力輪是運轉於智能模式。
依據一實施例，前述依據驅動參數判斷總合扭矩是否小於扭矩閡值的步驟包含依據驅動參數的驅動電壓1驅動電流及轉速獲得單輪扭矩，單輪扭矩是對應動力輪；加總單輪扭矩獲得總合扭矩；以及判斷總合扭矩是否小於扭矩閡值。
依據一實施例，前述差速更新程序包含判斷驅動參數的轉速是否低於轉速閡值；以及若是，則依據使用者指令的轉向角訊號及轉速，更新差速法則。
依據一實施例，智能型多輪獨立動力輪的差速控制裝置適於接收使用者指令驅動動力輪運轉。控制裝置包括感測器1馬達驅動器1以及差速控制器。感測器用以感測使用者指令。馬達驅動器用以驅動動力輪運轉並輸出對應動力輪的運轉參數。差速控制器具有差速法則並依據使用者指令及運轉參數來判斷動力輪是否運轉於智能模式。若動力輪運轉於智能模式，差速控制器則執行一差速更新程序。若動力輪非運轉於智能模式，差速控制器則依據使用者指令及差速法則控制馬達驅動器以驅動動力輪[oo14] 藉由上述差速控制方法及差速控制裝置，可以在多獨立動力輪的車輛行駛時，判斷該車輛是否在智能模式(低速慣性巡弋模式)，若是則進行差速更新程序，將慣性巡弋模式下，各輪之間的差速關係動態更新於差速法則中，以得到最符合該車輛的差速法則，能適用於各型式的獨立動力輪的車輛，並有效縮短差速法則的開發與驗證時間。[oo15] 有關本發明的特徵與實作，現結合[f,t-~!對最佳實施例詳細說明如下。
[oo16] 圖l為依據本發明的差速控制裝置一實施例的電路方塊示意圖。[oo17] 圖2為依據本發明的差速控制方法一實施例的流程示意圖。[oo18] 圖3為依據本發明的差速控制方法一實施例的步驟$30的流程示意圖。[oo19] 圖4為依據本發明的差速控制方法一實施例的步驟S34的流程示意圖。
圖5為依據本發明的差速控制方法一實施例的步驟S40的流程示意圖。
附圖符號說明
l o差速控制裝置
12感測器
14差速控制器
140差速法則
16馬達驅動器
90使用者指令
92el，92t，，92(，92(J動力輪
94a，94b，94C，94d 輪內馬達
具體實施例方式首先，請參閱「圖1」。「圖1」為依據本發明的差速控制裝置10—實施例的電路方 塊示意圖。差速控制裝置10適於接收使用者指令90以驅動動力輪92a，92b，92c，92d運轉。 每個動力輪92a，92b,92c,92d都各自具有一個輪內馬達94a，94b，94c，94d。輪內馬達94a， 94b,94c,94d運轉時即帶動動力輪92a，92b，92c，92d轉動。從圖中可以看出，差速控制裝置 10可控制4個動力輪92a，92b,92c,92d運轉，但並不以此為限，控制裝置10亦可控制2個、 6個或8個動力輪92a，92b，92c，92d運轉。動力輪92a，92b，92c，92d在本實施例中為電動 動力輪。前述使用者指令90指的是使用者的駕駛意圖。使用者指令90可以是但不限於加 速(或稱加速訊號、加速意圖、油門開度)、減速(或稱剎車訊號、減速意圖)、及轉向(或稱 轉向角訊號、轉向意圖)。從圖中可見，差速控制裝置10包含感測器12、馬達驅動器16、及差速控制器14。 感測器12用以感測使用者指令90並輸出對應的訊號。感測器12可包含有轉向角感測器、 加速感測器、及減速感測器。其中，轉向角感測器用以接收使用者指令90的轉向意圖並輸 出轉向角訊號。加速感測器用以接收使用者指令90的加速意圖(或是油門踏板的開度) 並輸出加速訊號。減速感測器用以接收使用者指令90的減速(剎車踏板的開度)意圖並 輸出減速訊號。馬達驅動器16用以驅動動力輪92a，92b，92c，92d運轉並輸出對應動力輪92a， 92b，92c，92d的運轉參數。運轉參數可以是但不限於驅動電壓V、驅動電流I、及轉速ω (或 可稱車輪轉速)。轉速可以是從馬達驅動器16的反電動勢(Back Electro-magnetic Field(EMF))而得到的。馬達94a，94b，94c，94d被驅動運轉後，馬達驅動器16上會得到反 電動勢。此反電動勢可以被檢測並以脈衝模式輸出。此脈衝所對應的物理量可以是馬達 94a，94b，94c，94d 的轉速(angular speed 或稱 rotational speed)。因此，馬達驅動器 16 在驅動動力輪92a，92b，92c，92d運轉的同時，可以實時輸出驅動電流I、驅動電壓V及轉速 ω 0上述轉速ω是經由反電動勢而量測而得的，除此之外，部分馬達94a，94b，94c， 94d亦內建霍爾效應感測器(Hall effect sensor)。此時，馬達驅動器16可經由霍爾效應 感測器而測得動力輪92a，92b，92c，92d的轉速ω。轉速ω在本文中雖是以每分鐘的迴轉 速(rpm, rotation per minute)為之，但並不以此為限。差速控制器14具有差速法則140並依據使用者指令90及運轉參數V，I，ω來判 斷動力輪92a，92b,92c,92d是否運轉於智能模式。若動力輪92a，92b,92c,92d運轉於智能 模式，差速控制器14則執行差速更新程序。若動力輪92a，92b，92c，92d非運轉於智能模 式，差速控制器14則依據使用者指令90及差速法則140控制馬達驅動器16以驅動動力輪 92a，92b，92c，92d。前述所謂動力輪92a，92b，92c，92d運轉於智能模式是指差速控制器14 判斷結果為動力輪92a，92b,92c,92d目前的運轉模式屬於可進行差速學習的狀態(時機)。 在智能模式時，各動力輪92a，92b,92c,92d是處於自由滾動狀態，也就是未接受或僅接受 非常低的驅動動力。此時，各動力輪間92a，92b，92c，92d的轉速ω關係乃為適配於目前的 轉向角的自然現象，故能夠分別記錄於差速法則(或稱資料庫)內(容後詳述)。
前述的差速法則140可以是依據轉向角度、車輛的輪距、軸距、驅動模式(前驅、後 驅、或四驅)等推導並經驗證完成的差速法則140，亦可以是經過驗證後的一個查閱表。此 查閱表通常是但不限於以轉向角度查詢各被驅動的動力輪92a，92b，92c，92d間的速差關 系式或速差值。差速法則140可以內建在差速控制器14內，亦可以在差速控制器14旁側 配置一存儲器，將差速法則140儲存於存儲器中，由差速控制器14進行存取。關於差速控制器14如何判斷動力輪92a，92b,92c,92d是否運轉於智能模式，及在 智能模式下如何進行差速更新程序等等，請參考「圖2」。其為依據本發明的差速控制方法 一實施例的流程示意圖。圖中可見，智能型多輪獨立動力輪92a，92b，92c，92d的差速控制方法適於接收使 用者指令90驅動動力輪92a，92b，92c，92d運轉。差速控制方法包含下述步驟步驟S20 擷取使用者指令90及驅動參數V，I，ω，驅動參數是對應動力輪92a， 92b，92c，92d ；步驟S30 依據使用者指令90及驅動參數V，I，ω判斷動力輪92a，92b，92c，92d 是否運轉於智能模式；步驟S40 若是，則執行差速更新程序；以及步驟S50 若否，則依據使用者指令90以及差速法則140驅動動力輪92a，92b， 92c，92d 運轉。如同前述，步驟S20的使用者指令可以包含轉向角、油門踏板開度及剎車踏板開 度。步驟S20的驅動參數包含驅動電壓V、驅動電流I及轉速ω。驅動參數ν，Ι，ω與動力 輪92a，92b，92c，92d的對應關為每一個動力輪92a，92b，92c，92d均具有一組驅動電壓V、驅 動電流I及轉速ω。藉此，差速控制器14即可得知車輛的車速、每個動力輪92a，92b，92c， 92d的驅出扭矩等信息。例如，車速可以從所有的動力輪92a，92b，92c，92d的轉速ω平均 而得，而每個動力輪92a，92b，92c，92d的扭矩則可以由下述公式(1)計算而得。
權利要求
1.一種智能型多輪獨立動力輪的差速控制方法，適於接收一使用者指令驅動多個動力 輪運轉，該差速控制方法包括擷取該使用者指令及多個驅動參數，該驅動參數對應該動力輪； 依據該使用者指令及該驅動參數判斷該動力輪是否運轉於一智能模式； 若是，則執行一差速更新程序；以及若否，則依據該使用者指令以及一差速法則驅動該動力輪運轉。
2.如權利要求1所述的差速控制方法，其中該依據該使用者指令及該驅動參數判斷該 動力輪是否運轉於該智能模式的步驟包含判斷該使用者指令的一轉向角訊號是否大於一轉向角閾值；若該轉向角訊號大於該轉向角閾值，則依據該驅動參數判斷一總合扭矩是否小於一扭 矩閾值；以及若該總合扭矩小於該扭矩閾值，則決定該動力輪是運轉於該智能模式。
3.如權利要求2所述的差速控制方法，其中依據該使用者指令及該驅動參數判斷該動 力輪是否運轉於該智能模式的步驟還包含若該轉向角訊號未大於該轉向角閾值，則決定 該動力輪非運轉於該智能模式。
4.如權利要求2所述的差速控制方法，其中依據該使用者指令及該驅動參數判斷該動 力輪是否運轉於該智能模式的步驟還包含若該總合扭矩未小於該扭矩閾值，則決定該動 力輪非運轉於該智能模式。
5.如權利要求2所述的差速控制方法，其中依據該驅動參數判斷該總合扭矩是否小於 該扭矩閾值的步驟包含依據該驅動參數的多個驅動電壓、多個驅動電流及多個轉速獲得多個單輪扭矩，該單 輪扭矩對應於該動力輪；加總該單輪扭矩獲得該總合扭矩；以及 判斷該總合扭矩是否小於該扭矩閾值。
6.如權利要求2所述的差速控制方法，其中該扭矩閾值為50牛頓/米。
7.如權利要求2所述的差速控制方法，其中該轉向角閾值為0.1度。
8.如權利要求1所述的差速控制方法，其中該差速更新程序包含 判斷該驅動參數的多個轉速是否低於一轉速閾值；若是，則依據該使用者指令的一轉向角訊號及該轉速，更新該差速法則；以及 若否，則結束該差速更新程序。
9.如權利要求8所述的差速控制方法，其中該轉速閾值為100轉/每分。
10.如權利要求8所述的差速控制方法，其中在該判斷該驅動參數的多個轉速是否低 於該轉速閾值的步驟前包含判斷該使用者指令的一減速訊號是否低於一減速閾值；若是，則執行該判斷該驅動參數的該轉速是否低於該轉速閾值的步驟；以及若否，則結束該差速更新程序。
11.如權利要求10所述的差速控制方法，其中該減速閾值為一踏板行程的百分的十。
12.如權利要求8所述的差速控制方法，其中在該更新該差速法則的步驟包含 依據該轉向角判斷該轉速是否落於一合理範圍；若是，則將該轉向角及該轉速更新至該差速法則；以及若否，則結束該差速更新程序的步驟。
13.如權利要求1所述的差速控制方法，其中該使用者指令包含一車輪轉向角、一油門 踏板的開度、及一剎車踏板的開度。
14.如權利要求1所述的差速控制方法，其中該依據該使用者指令及該驅動參數判斷 該動力輪是否運轉於該智能模式的步驟包含判斷該使用者指令的一轉向角訊號是否大於一轉向角閾值；若該轉向角訊號大於該轉向角閾值，則依據該驅動參數判斷一驅動電流是否小於一電 流閾值；以及若該驅動電流小於該電流閾值，則決定該動力輪是運轉於該智能模式。
15.如權利要求14所述的差速控制方法，其中該電流閾值為10安培。
16.如權利要求1所述的差速控制方法，其中該依據該使用者指令及該驅動參數判斷 該動力輪是否運轉於該智能模式的步驟包含判斷該使用者指令的一轉向角訊號是否大於一轉向角閾值；若該轉向角訊號大於該轉向角閾值，則依據該驅動參數判斷一驅動功率是否小於一功 率閾值；以及若該驅動功率小於該功率閾值，則決定該動力輪是運轉於該智能模式。
17.如權利要求16所述的差速控制方法，其中該功率閾值為50瓦特。
18.一種智能型多輪獨立動力輪的差速控制裝置，適於接收一使用者指令驅動多個動 力輪運轉，該差速控制裝置包括多個感測器，用以感測該使用者指令；一馬達驅動器，用以驅動該動力輪運轉並輸出對應該動力輪的多個運轉參數；以及一差速控制器，具有一差速法則，該差速控制器是依據該使用者指令及該運轉參數來 判斷該動力輪是否運轉於一智能模式，若該動力輪運轉於該智能模式，該差速控制器則執 行一差速更新程序，若該動力輪非運轉於該智能模式，該差速控制器則依據該使用者指令 及該差速法則控制該馬達驅動器以驅動該動力輪。
19.如權利要求18所述的差速控制裝置，其中該感測器包含一轉向角感測器，該轉向 角感測器用以接收該使用者指令並輸出一轉向角訊號，該差速控制器依據該運轉參數獲得 一總合扭矩，該差速控制器是於該轉向角訊號大於一轉向角閾值且該總合扭矩小於一扭矩 閾值時，判斷該動力輪運轉於該智能模式。
20.如權利要求19所述的差速控制裝置，其中該運轉參數包含多個驅動電壓、多個驅 動電流、及多個轉速，該總合扭矩符合下述關係式TUall / Ji-λCO1其中，該Tall為該總合扭矩，η為該動力輪的個數，Ii為第i個動力輪對應的該驅動電 流，Vi為第i個動力輪對應的該驅動電壓，Qi為該第i個動力輪對應的該轉速。
21.如權利要求18所述的差速控制裝置，其中該感測器包含一轉向角感測器，用以接收該使用者指令並輸出一轉向角訊號；一加速感測器，用以接收該使用者指令並輸出一加速訊號；以及 一減速感測器，用以接收該使用者指令並輸出一減速訊號。
22.如權利要求21所述的差速控制裝置，其中該差速控制器是於該動力輪非運轉於該 智能模式時，依據該轉向角訊號、該加速訊號、該減速訊號及該差速法則控制該馬達驅動器 以驅動該動力輪。
23.如權利要求18所述的差速控制裝置，其中該差速更新程序包含 判斷該驅動參數的多個轉速是否低於一轉速閾值；以及若是，則依據該使用者指令的一轉向角訊號及該轉速，更新該差速法則。
24.如權利要求23所述的差速控制裝置，其中在該判斷該驅動參數的多個轉速是否低 於該轉速閾值的步驟前包含判斷該使用者指令的一減速訊號是否低於一減速閾值；以及 若否，則結束該差速更新程序。
25.如權利要求23所述的差速控制裝置，其中該更新該差速法則的步驟包含 依據該轉向角訊號判斷該轉速是否落於一合理範圍；以及若是，則將該轉向角訊號及該轉速更新至該差速法則。
全文摘要
一種智能型多輪獨立動力輪的差速控制方法及其裝置，適於接收一使用者指令驅動多個動力輪運轉。該控制裝置包含感測器、馬達驅動器、及差速控制器。感測器用以感測使用者指令。馬達驅動器用以驅動動力輪運轉並輸出對應動力輪的運轉參數。差速控制器具有差速法則並依據使用者指令及運轉參數來判斷動力輪是否運轉於智能模式。若動力輪運轉於智能模式，差速控制器則執行一差速更新程序。若動力輪非運轉於智能模式，差速控制器則依據使用者指令及差速法則控制馬達驅動器以驅動動力輪。
文檔編號B60L15/38GK102092308SQ200910261459
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者劉柏聖, 李承和, 簡金品 申請人:財團法人工業技術研究院