CN103241320A - 电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车及其控制方法，其中所述电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车至少包括电动机、启动开关、加速装置、控制电路、驱动电路及车轮，其中，电动机与车轮间构成可互为传动作用，牵动机车时具有一牵引模式的微动力辅助以驱动车轮，可轻易操作车辆前进、后退的牵行。

Description

电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动机车，特别是指一种电动机也会被车轮带动转动的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车。

背景技术

目前，电动机车的制造技术已呈持续进步及发展中，引人注意之处仍局限于其相关于电池方面的技术，诸如蓄电、充电方面的技术，然而，与电动机车的外围装置相结合的有关技术中仍大部分以沿用现有机车，也就是现有的以引擎为动力的机车之外围技术为主。

现有的电动机与车轮间可互为传动的电动机车，在进行前进或后退的牵车时，会因车轮的转动而传动电动机被动的转动，该传动或因传动系统间机构的磨擦阻力，或因电动机本身产生的顿转转矩（Coggingtorque）等而使得驾驶者必须耗费较多的力气去进行牵车，十分的不便。

台湾专利号为087207588的专利公开了一种电动车之辅助装置，内容简单的谈到在用人力移动车辆时，能开启辅助动力以极低速驱动的牵引模式。

但是现有的这种方式还是存在不足，主要在于：（1）需要转动油门才能开启辅助动力；（2）当车辆需要后退的时候，需要切换转向开关，才能提供后退方向的辅助动力，操作复杂；（3）必须是驾驶员离座才能启动牵引模式；（4）解除牵引模式的判断条件是驾驶员就座。综上，现有技术还是存在能源浪费和操作复杂、不人性化的弊端。

所以，如何能避免前述缺失，是目前在电动机车的问题上的一个刻不容缓的课题。

发明内容

本发明的主要目的，是在于提供一种处于牵车状态下，能提供些微辅助动力的牵引模式，以减轻车辆牵动的不便。

因此，本发明为达上述目的，是提供一种电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车，该电动机车至少包括一电动机、一启动开关、一加速装置、一控制电路、一驱动电路及车轮；该电动机、启动开关、加速装置和驱动电路与控制电路电性连接，控制电路根据电性连接间传递的信号控制驱动电路以驱动该电动机，以及电动机与转速和转向感测装置连接，该转速和转向感测装置与该控制电路电性连接，当该加速装置的命令为零，该电动机被车轮传动而转动的一实际转速在一预定低转速范围内，则该控制电路自动地控制该驱动电路让电动机进入一牵引模式，以提供辅助动力使车辆前进或后退而易于牵行。

其中，该实际转速小于或大于该预定低转速范围时则取消牵引模式。

其中，若加速装置的命令为零且实际转速大于预定低转速范围者，维持牵引模式，但停止提供辅助动力。

本发明还提供一种控制如上述的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车的进入牵引模式的方法，包括以下步骤：

步骤S301：控制电路被启动；

步骤S302：控制电路侦测加速装置的命令是否为零；

步骤S303：加速装置的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S312：控制电路侦测加速装置的命令为零状态下，且转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速和转向，并传送到控制电路，其中，实际转速即是电动机被车轮带动转动的转速；

步骤S313：控制电路判断加速装置的命令是否为零，及判断电动机的实际转速是否为零；若加速装置的命令不为零则回到步骤S302；若加速装置的命令为零，但电动机的实际转速不为零者，则回到步骤S312；若加速装置的命令为零，且电动机的实际转速为零者则到步骤S314；

步骤S314：转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速及转向，并传送至控制电路；

步骤S315：控制电路判断实际转速是否大于或等于一预定低转速范围的最小值；若实际转速小于预定低转速范围的最小值者，则回到步骤S314；

步骤S316：若实际转速大于或等于预定低转速范围的最小值者，控制电路控制驱动电路进入牵引模式，让电动机以一预定辅助输出力量转动车轮，且辅助力量方向为前次侦测到的转向。

此外，本发明还提供一种控制上述的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车在牵引模式下取消辅助动力的方法，包括以下步骤：

步骤S301：控制电路被启动；

步骤S302：控制电路侦测加速装置的命令是否为零；

步骤S303：加速装置的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S312：控制电路侦测加速装置的命令为零状态下，且转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速和转向，并传送到控制电路。其中，实际转速即是电动机被车轮带动转动的转速；

步骤S313：控制电路判断加速装置的命令是否为零，及判断电动机的实际转速是否为零；若加速装置的命令不为零则回到步骤S302；若加速装置的命令为零，但电动机的实际转速不为零者，则回到步骤S312；若加速装置的命令为零，且电动机的实际转速为零者则到步骤S314；

步骤S314：转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速及转向，并传送至控制电路；

步骤S315：控制电路判断实际转速是否大于或等于一预定低转速范围的最小值；若实际转速小于预定低转速范围的最小值者，则回到步骤S314；

步骤S316：若实际转速大于或等于预定低转速范围的最小值者，控制电路控制驱动电路进入牵引模式，让电动机以一预定辅助输出力量转动车轮，且辅助力量方向为前次侦测到的转向；

步骤S317：转速感测装置侦测电动机的实际转速，以及侦测加速装置的命令是否为零，并传送至控制电路；

步骤S318：控制电路判断实际转速是否在一预定的低转速范围内，以及判断加速装置的命令是否为零；若加速装置的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S319：若加速装置的命令为零且实际转速在预定低转速范围内者，则维持原操作(即处于牵引模式并提供辅助动力)，并回到步骤S317；

步骤S320：若加速装置的命令为零且实际转速小于预定低转速范围者，则取消牵引辅助动力，但维持牵引模式的转速和转向侦测并传送到控制电路。

本发明的有益效果是：本发明采用电动机与车轮间可互为传动控制方式，使得车辆在牵引模式下提供可驱动车轮转动的辅助动力，使车辆前进或后退的牵行，轻力即可达成而易于牵车操作。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图；

图2是本发明自动切换于驱动模式与发电模式的流程图；

图3是本发明控制电路提供的渐增式发电值的曲线示意图；

图4是本发明驱动模式优先于发电模式的流程图；

图5是本发明于一牵引模式的流程图；

图6是本发明于发电模式下的PWM与现有的发电PWM的比较图。

主要组件符号说明：

1  电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车

2  电动机

3  启动开关

4  控制电路

5  加速装置

6  驱动电路

7  车轮

8  转速感测装置

9  转向传感器

10 其他输入/输出装置

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参考图1，是表示本发明一实施例的结构示意图；本实施例的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车1，至少包含一电动机2、一启动开关3、一控制电路4、一加速装置5、一驱动电路6及车轮7。

控制电路4与启动开关3（如钥匙开关）、加速装置5、驱动电路6电性连接，更可与其他输入/输出装置10(如刹车回路)连接。控制电路4可依据电性连接间作动的信号控制驱动电路6以驱动该电动机2。

而驱动电路6与电动机2电性连接，且电动机2与车轮7形成可互为传动的连接，比如该车轮7为后轮。另，电动机2连接一转速感测装置8和一转向传感器9，且转速感测装置8和转向传感器9再与控制电路4电性连接，采用转速感测装置8和转向传感器9的设置，以侦测电动机2的转速和转向。

请同时参考图2及图3，其中，图2表示本发明自动切换于驱动模式与发电模式的流程图，图3表示本发明控制电路提供的渐增式发电值的曲线图。本发明电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车1自动切换于驱动模式与发电模式的步骤表述如下：

步骤S11：驱动电路6处于一驱动模式；

步骤S12：控制电路4侦测加速装置5的状态；

步骤S13：控制电路4判断加速装置5的命令是否为零（即电动机2是否为动力输出状态）；若加速装置5的命令不为零（即电动机2为动力输出状态），则回到步骤S12，控制电路4继续侦测；

步骤S14：若加速装置5的命令为零时（即电动机2无动力输出），则转速感测装置8将电动机2的转速值信号传送到控制电路4记录为一自然转速；

步骤S15：转速感测装置8继续侦测电动机2的一实际转速，该实际转速是指电动机2不再是动力运转下，该电动机被行驶转动的车轮带动运转的转速；该实际转速信号并传送至控制电路4；

步骤S16：控制电路4判断实际转速是否大于自然转速；

步骤S17：若实际转速呈降低现象而小于自然转速，则回到步骤S12；

步骤S18：若实际转速呈增加现象而大于自然转速时，则控制电路4控制驱动电路6进入发电模式，并使驱动电路6让电动机2产生渐增式的发电(如图3所示)；

步骤S19：控制电路4侦测一解除发电模式的条件，如符合，即控制驱动电路6解除发电模式并回到步骤S12。

其中，解除发电模式的条件包括实际转速低于自然转速、加速装置被作动而形成未归零等。另，本发明经测试，在无段变速的传动系统下该自然转速变化为实际转速时，或因组件间的传动因素，该实际转速可能会变化为一较低的转速，因此前述实际转速大于或小于自然转速的比值，即需要以增、减或以百分率计速等一些数值处理，对自然转速或实际转速作数值上的调整（例如将自然转速处理成80％的数值或将实际转速增为120％的数值），然后再将自然转速与实际转速作逻辑上的比对或应用。当然如果是电动机与车轮间为机械刚性连动（如轮壳式马达）即有1：1的比值。

因此，采用上述步骤，可以克服现有技术必须手动切换开关的技术问题，即可自动切换到发电模式(如当在下坡行驶时)，且因为有渐增式的发电，故可避免行车时遇到阻抗突然产生大变化而造成的行车不顺及骑乘的不舒适感。请参考图6，表示本发明于发电模式下的PWM示意图，用以说明透过PWM开关控制，可以控制发电开关ON的时间渐增而有渐增的发电值。当然，此种发电值的控制可以增或减的调变，可以在高转速下进行小电量发电，以满足发电回充时蓄电池对充电电流、充电电压等限制的相关要求。

本发明的其他输入/输出装置10可以是一刹车回路，由刹车信号触发以切换成发电模式，有电动机刹车（即类似引擎刹车）的刹车辅助力下也一并形成发电作用。该刹车回路具一刹车开关，刹车开关可以是手刹车装置内的连动开关，当作动手刹车时刹车开关被开启，该刹车回路即产生一刹车信号，使控制电路4得以控制驱动电路6将电动机2切换成发电模式。但是，这种由刹车信号来切换成发电模式的前提是加速装置5的命令为零的条件下才会进行切换，因此，本发明的刹车切换，必然在加速装置5为零的命令和刹车信号二信号并存下，才会切换成发电模式，该发电也是以渐增式的发电进行。

请参考图4，表示本发明驱动模式优先于发电模式的流程图，此驱动模式必须优先于发电模式的步骤表述如下：

步骤S21：驱动电路6处于发电模式；

步骤S22：控制电路4侦测加速装置5的状态；

步骤S23：控制电路4判断加速装置5的命令是否为零；

步骤S24：若加速装置5的命令为零者，则维持发电模式，并回到步骤S22；

步骤S25：若加速装置5的命令不为零，则控制电路4自动地控制驱动电路6进入驱动模式。

因此，由上述驱动模式必须优先于发电模式的步骤，可以达到操控需求，例如在斜坡起步时需刹车、加速同时操作下，机车应为驱动模式而非发电模式。

请参考图5，表示本发明于一牵车模式的流程图。车辆被牵动时，车轮的转动会带动电动机形成被动转动，该带动或因传动系统间机构的磨擦阻力，或因电动机本身产生的顿转转矩（Cogging torque）等阻力，造成车辆牵行不易且费力，而牵车情形或有要牵离拥挤空间、无法骑乘的牵行等（如弱电或其他机构因素），因此本发明设计一牵引模式，可提供些微的动力辅助，而牵引模式的步骤表述如下：

步骤S301：控制电路4被启动；

步骤S302：控制电路4侦测加速装置5的命令是否为零；

步骤S303：加速装置5的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S312：控制电路4侦测加速装置5的命令为零状态下，且转速感测装置8和转向传感器9侦测电动机2的实际转速和转向，并传送到控制电路4。其中，实际转速即是电动机2被车轮带动转动的转速；

步骤S313：控制电路4判断加速装置5的命令是否为零，及判断电动机2的实际转速是否为零；若加速装置5的命令不为零则回到步骤S302；若加速装置5的命令为零，但电动机2的实际转速不为零者，则回到步骤S312；若加速装置5的命令为零，且电动机2的实际转速为零者则到步骤S314；

步骤S314：转速感测装置8和转向传感器9侦测电动机2的实际转速及转向，并传送至控制电路4；

步骤S315：控制电路4判断实际转速是否大于或等于一预定低转速范围的最小值；若实际转速小于预定低转速范围的最小值者，则回到步骤S314；

步骤S316：若实际转速大于或等于预定低转速范围的最小值者，控制电路4控制驱动电路6进入牵引模式，让电动机2以一预定辅助输出力量转动车轮7，且辅助力量方向为前次侦测到的转向(可为步骤S314或步骤S320侦测到的转向)；

步骤S317：转速感测装置8侦测电动机2的实际转速，以及侦测加速装置5的命令是否为零，并传送至控制电路4；

步骤S318：控制电路4判断实际转速是否在一预定的低转速范围内，以及判断加速装置5的命令是否为零；若加速装置5的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S319：若加速装置5的命令为零且实际转速在预定低转速范围内者，则维持原操作(即处于牵引模式并提供辅助动力)，并回到步骤S317；

步骤S320：若加速装置5的命令为零且实际转速小于预定低转速范围者，则取消牵引辅助动力，但维持牵引模式的转速和转向侦测并传送到控制电路4；

步骤S330：控制电路4判断实际转速是否在一预定的低转速范围内，以及判断加速装置5的命令是否为零；若加速装置5的命令不为零则回到步骤S302；若实际转速大于0但小于预定低转速范围的最小值者，则回到步骤S320；若实际转速大于或等于预定低转速范围的最小值者，则回到步骤S316，此时辅助力量方向为前次步骤S320侦测到转向；

步骤S321：若加速装置5的命令为零且实际转速大于预定低转速范围者，则维持牵引模式，但停止提供辅助动力；

步骤S322：转速感测装置8和转向传感器9侦测电动机2的实际转速和转向以及加速装置5的命令是否为零，并传送至控制电路4；

步骤S323：控制电路4判断实际转速是否大于预定低转速范围的最大值，以及加速装置5的命令是否为零；若实际转速大于预定低转速范围的最大值者，则回到步骤S321；若加速装置5的命令不为零时则回到步骤S302；

步骤S324：若实际转速小于或等于预定低转速范围的最大值者，则维持牵引模式并恢复辅助动力，再回到步骤S317。

其中，优选地，用于无段变速系统的预定低转速范围可设定在250RPM到1500RPM之间，但并不以此为限，可依需求设定，以及驱动车轮转动的辅助动力也可依需求设定。另，前述判断电动机2的实际转速是否为零的判断方式为最佳，但也可以采用零至小于该预定低转速范围最小值间的任一转速或该区间转速作为判断值，或将零、任一转速、区间转速等放弃判断，也无碍牵引模式的实施，但可能会增加一些不必要的辅助动力输出，因而造成电力浪费。前述实际转速小于或大于预定低转速范围者，有维持牵引模式但停止提供辅助动力的判断，此判断也可以采用取消牵引模式的方式取代，也无碍牵引模式的实施。

因此，藉由上述电动机2与车轮7间可互为传动控制，而有驱动模式、发电模式间的切换，并以驱动模式优先于发电模式的控制，于发电模式时为渐增式的发电，可避免行车不顺、骑乘不舒适等，以及，一可产生刹车信号的刹车回路，在一定条件下的刹车可切换为发电模式，有电动机刹车（即类似引擎刹车）的刹车辅助力也一并形成发电作用；另，牵引模式下所提供可驱动车轮转动的辅助动力，使车辆前进或后退的牵行，轻力即可达成而易于牵车操作。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车，该电动机车至少包括一电动机、一启动开关、一加速装置、一控制电路、一驱动电路及车轮；该电动机、启动开关、加速装置和驱动电路与控制电路电性连接，控制电路根据电性连接间传递的信号控制驱动电路以驱动该电动机，以及电动机与转速和转向感测装置连接，其特征在于：

该转速和转向感测装置与该控制电路电性连接，当该加速装置的命令为零，该电动机被车轮传动而转动的一实际转速在一预定低转速范围内，则该控制电路自动地控制该驱动电路让电动机进入一牵引模式，以提供辅助动力使车辆前进或后退而易于牵行。

2.根据权利要求1所述的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车，其特征在于：该实际转速小于或大于该预定低转速范围时则取消牵引模式。

3.根据权利要求1所述的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车，其特征在于：若加速装置的命令为零且实际转速大于预定低转速范围者，维持牵引模式，但停止提供辅助动力。

4.一种控制如权利要求1所述的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车的进入牵引模式的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S301：控制电路被启动；

步骤S302：控制电路侦测加速装置的命令是否为零；

步骤S303：加速装置的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S312：控制电路侦测加速装置的命令为零状态下，且转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速和转向，并传送到控制电路，其中，实际转速即是电动机被车轮带动转动的转速；

步骤S313：控制电路判断加速装置的命令是否为零，及判断电动机的实际转速是否为零；若加速装置的命令不为零则回到步骤S302；若加速装置的命令为零，但电动机的实际转速不为零者，则回到步骤S312；若加速装置的命令为零，且电动机的实际转速为零者则到步骤S314；

步骤S314：转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速及转向，并传送至控制电路；

步骤S315：控制电路判断实际转速是否大于或等于一预定低转速范围的最小值；若实际转速小于预定低转速范围的最小值者，则回到步骤S314；

步骤S316：若实际转速大于或等于预定低转速范围的最小值者，控制电路控制驱动电路进入牵引模式，让电动机以一预定辅助输出力量转动车轮，且辅助力量方向为前次侦测到的转向。

5.一种控制如权利要求1所述的电动机与车轮间可互为传动控制的电动机车在牵引模式下取消辅助动力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S301：控制电路被启动；

步骤S302：控制电路侦测加速装置的命令是否为零；

步骤S303：加速装置的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S312：控制电路侦测加速装置的命令为零状态下，且转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速和转向，并传送到控制电路。其中，实际转速即是电动机被车轮带动转动的转速；

步骤S313：控制电路判断加速装置的命令是否为零，及判断电动机的实际转速是否为零；若加速装置的命令不为零则回到步骤S302；若加速装置的命令为零，但电动机的实际转速不为零者，则回到步骤S312；若加速装置的命令为零，且电动机的实际转速为零者则到步骤S314；

步骤S314：转速感测装置和转向传感器侦测电动机的实际转速及转向，并传送至控制电路；

步骤S315：控制电路判断实际转速是否大于或等于一预定低转速范围的最小值；若实际转速小于预定低转速范围的最小值者，则回到步骤S314；

步骤S316：若实际转速大于或等于预定低转速范围的最小值者，控制电路控制驱动电路进入牵引模式，让电动机以一预定辅助输出力量转动车轮，且辅助力量方向为前次侦测到的转向；

步骤S317：转速感测装置侦测电动机的实际转速，以及侦测加速装置的命令是否为零，并传送至控制电路；

步骤S318：控制电路判断实际转速是否在一预定的低转速范围内，以及判断加速装置的命令是否为零；若加速装置的命令不为零则回到步骤S302；

步骤S319：若加速装置的命令为零且实际转速在预定低转速范围内者，则维持原操作(即处于牵引模式并提供辅助动力)，并回到步骤S317；

步骤S320：若加速装置的命令为零且实际转速小于预定低转速范围者，则取消牵引辅助动力，但维持牵引模式的转速和转向侦测并传送到控制电路。

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