CN114056481A - 电动摩托车的自动换档系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种电动摩托车的自动换档系统及其方法，该电动摩托车的自动换档系统包含一节流阀位置感知器、一马达控制器、一整车控制器、一档位变换计算单元，该节流阀位置感知器(TPS)感测一油门开度以产生一油门开度讯号，该马达控制器接收代表该马达的一马达实际转速的一马达转速讯号，该整车控制器接收该油门开度讯号及该马达转速讯号，该档位变换计算单元预设有一降档临界曲线及一升档临界曲线，将该油门开度讯号及该马达转速讯号与该降档临界曲线及该升档临界曲线相互比对，以判断是否要输出一换档指令以控制该电动摩托车进行换档。

Description

电动摩托车的自动换档系统及其方法
技术领域
一种自动换档系统及其方法，尤其指一种电动摩托车的自动换档系统及其方法。
背景技术
工业的蓬勃发展使得近代人类的生活品质大幅提升，但发展石化工业，过度消耗非再生能源却也对环境造成影响，随着温室效应及空气污染等议题的发酵，人们逐渐转向开发对环境友善的绿能产业，其中，汽摩托车的制造商亦致力于将电力供应朝可再生能源的方向研发，取代传统油耗摩托车的电动摩托车便由此应运而生。
然而，电动摩托车虽然具有低碳排放量及零排气等优点，但一般电动摩托车仅以固定齿轮比进行动力输出，当遭遇平地行驶、爬坡路段或停车后起步等不同的行车状况时，由于电动摩托车缺乏换档机制，难以应对特殊的行车状况所需的扭力来对应调整动力输出，在不改变马达最大输出功率的条件下，碍于固定齿轮比的限制，当电动摩托车追求加速性能时会使得最大时速上限较低；转而追求最大时速上限时则使得加速性能较差，较高的最大时速上限及较佳的加速性能只能选择其一，难以同时兼顾电动摩托车的加速性能及最大时速。
发明内容
[发明所欲解决的问题]
为克服现有电动摩托车缺乏换档机制，而难以同时兼顾电动摩托车的加速性能及最大时速的缺点，本发明提供一种电动摩托车的自动换档系统，以期为电动摩托车提供换档功能。
[解决问题的技术手段]
依据本发明的较佳技术手段，本发明提供一种电动摩托车的自动换档系统，该电动摩托车包含一马达、一换档马达以及一变速箱，该电动摩托车的自动换档系统包含：
一节流阀位置感知器，感测一油门开度以产生一油门开度讯号；
一马达控制器，接收一马达转速讯号，该马达转速讯号代表该马达的一马达实际转速；
一整车控制器，电连接该节流阀位置感知器及该马达控制器，用以接收该油门开度讯号及该马达转速讯号；
一档位变换计算单元，预设有一降档临界曲线及一升档临界曲线，该降档临界曲线包含以马达转速及油门开度所定义的多个降档临界点，该升档临界曲线包含以马达转速及油门开度所定义的多个升档临界点，该档位变换计算单元根据该油门开度讯号及该马达转速讯号，与该降档临界曲线及该升档临界曲线相互比对以判断是否要输出一换档指令以控制该换档马达。
依据本发明的较佳技术手段，本发明提供一种电动摩托车的自动换档方法，该电动摩托车包含一马达，该电动摩托车的自动换档方法包含有：
感测该电动摩托车的一油门开度及一马达实际转速，以分别产生一油门开度讯号及一马达转速讯号；
预设一降档临界曲线及一升档临界曲线，其中，在该降档临界曲线上包含以马达转速及油门开度所定义出的降档临界点，该升档临界曲线包含以马达转速及油门开度定义出的升档临界点，在相同的该油门开度下，该升档临界曲线上的马达转速大于该降档临界曲线上的马达转速；
根据该油门开度讯号及该马达转速讯号取得该电动摩托车的该油门开度及该马达实际转速，再基于一降档临界曲线及一升档临界曲线判断是否需要换档，并依照判断结果输出一换档指令；
根据该换档指令控制该电动摩托车进行换档。
[发明的功效]
本发明的功效在于：该档位变换计算单元透过该油门开度讯号及该马达转速讯号取得该电动摩托车即时的该油门开度及该马达实际转速，再经由与该降档临界曲线及该升档临界曲线相互比对，以判断该电动摩托车是否需要换档，并依照换档判断结果输出一换档指令，借此克服已知电动摩托车缺乏换档机制的缺点，以应对不同的行车状况及同时兼顾电动摩托车的加速性能及最大时速。
附图说明
图1：本发明电动摩托车的自动换档系统其第一实施例的方块示意图。
图2：本发明电动摩托车的自动换档系统其第二实施例的方块示意图。
图3：本发明电动摩托车的自动换档方法的步骤流程图。
图4：本发明的档位变换计算单元中降档临界曲线及升档临界曲线的示意图。
附图标记列表
10:节流阀位置感知器
20:马达控制器
30:整车控制器
40:档位变换计算单元
41:降档临界曲线
42:升档临界曲线
50:换档马达
60:变速箱
61:作动杆
62:离合器
63:齿轮组
70:油门把手
80:马达
81:霍尔感知器
90:换档控制器
A:缓冲区
T:油门开度讯号
M:马达转速讯号
S1:第一状态
S2:第二状态
S3:第三状态。
具体实施方式
请参看图1所示，为电动摩托车的自动换档系统的第一实施例，本发明为一种电动摩托车的自动换档方法，可透过图1所示的该电动摩托车的自动换档系统执行。于第一实施例中，该电动摩托车的自动换档系统包含有：一节流阀位置感知器10、一马达控制器20、一整车控制器30以及一档位变换计算单元40；该电动摩托车可包含有一换档马达50、一变速箱60、一油门把手70以及一马达80。
该节流阀位置感知器10(Throttle Position Sensor,TPS,或称油门开度感知器)感测该电动摩托车的一油门开度，并根据该油门开度输出一油门开度讯号T，其中，该电动摩托车的该油门开度可由与该节流阀位置感知器10电连接的该油门把手70控制，该油门把手70的转动幅度与该油门开度为正相关，当驾驶者转动该油门把手70的幅度越大，该油门开度的百分比越高。
该马达控制器20与该电动摩托车的该马达80电连接，以接收一马达转速讯号M，该马达转速讯号M代表该马达80的一马达实际转速。该马达80用于提供整车的动力来源，在该马达80上设置有一霍尔感知器81，该霍尔感知器81感测该马达80的该马达实际转速，再根据该马达实际转速产生该马达转速讯号M。
该整车控制器30(ECU)电连接该节流阀位置感知器10及该马达控制器20，以接收该油门开度讯号T及该马达转速讯号M，并将该油门开度讯号T及该马达转速讯号M向后端传输。
配合参看图4所示，该档位变换计算单元40接收该整车控制器30所传输的该油门开度讯号T及该马达转速讯号M，根据该油门开度讯号T及该马达转速讯号M取得该电动摩托车的该油门开度及该马达实际转速，再根据该油门开度及该马达实际转速与预设的一降档临界曲线41及一升档临界曲线42相互比较，以判断是否需要变换档位，并根据换档判断结果输出一换档指令。于图1所示的第一实施例中，该档位变换计算单元40设置于一换档控制器90中，该换档控制器90与该整车控制器30电连接，接收该整车控制器30传输的该油门开度讯号T及该马达转速讯号M。
该换档马达50与该档位变换计算单元40电连接，以接收该换档指令并根据该换档指令控制该变速箱60进行换档，使该电动摩托车可于一档及二档之间交替切换档位。于第一实施例中，该换档马达50与该换档控制器90连接，以接收该换档指令。
该变速箱60中可包含有一作动杆61、一离合器62及一齿轮组63。当该换档马达50接收到该换档指令时，该换档马达50带动一缆绳而牵动该作动杆61，透过该作动杆61控制该离合器62，再由该离合器62带动该齿轮组63切换为不同的齿轮比以进行换档作业，其中，当该离合器62松开时该电动摩托车处于一档状态，当该离合器62夹紧时该电动摩托车处于二档状态。
请参看图2所示，为本发明的第二实施例，第二实施例与第一实施例的差别在于该档位变换计算单元40设置的位置不同，第二实施例中该档位变换计算单元40整合于该整车控制器30中，且该整车控制器30与该换档马达50连接，当该整车控制器30分别由该节流阀位置感知器10及该马达控制器20接收该油门开度讯号T及该马达转速讯号M时，直接将该油门开度讯号T及该马达转速讯号M传输至内部的该档位变换计算单元40。
请参看图3所示，本发明电动摩托车的自动换档方法系透过该电动摩托车的自动换档系统执行，其流程包含有：
S101：该节流阀位置感知器10感测该油门开度，并根据该油门开度输出一油门开度讯号T，该马达控制器20则接收根据该马达80的一马达实际转速产生的一马达转速讯号M。
S102：该整车控制器30接收该油门开度讯号T及该马达转速讯号M，并传输至该档位变换计算单元40。
S103：该档位变换计算单元40由该油门开度讯号T及该马达转速讯号M取得该电动摩托车的该油门开度及该马达实际转速，再透过一降档临界曲线41及一升档临界曲线42判断是否需要换档。
S104：若该档位变换计算单元40判断该电动摩托车需要升档或降档，则依照判断结果输出一换档指令至该换档马达50。
S105：若该档位变换计算单元40判断该电动摩托车不需换档，则不输出该换档指令。
S106：当该换档马达50接收该换档指令后，根据该换档指令控制该变速箱60进行换档。
请参看图4所示，以下详细说明步骤S103中该档位变换计算单元40如何判断该电动摩托车是否需要换档。该档位变换计算单元40中根据该降档临界曲线41及该升档临界曲线42判断是否需要换档，该降档临界曲线41可包含以马达转速及油门开度所定义的多个降档临界点，且该降档临界曲线41由各组相邻的两个该降档临界点以等差法求得；同样地，该升档临界曲线42可包含以马达转速及油门开度所定义的多个升档临界点，且该升档临界曲线42由各组相邻的两个该升档临界点以等差法求得，其中，该油门开度以百分比为单位，该马达转速以每分钟转速(rpm)为单位，且该档位变换计算单元40可设定及更新该多个降档临界点及该多个升档临界点的参数值，根据不同的电动摩托车型号及性能调整该降档临界曲线41及该升档临界曲线42。
图4中将油门开度以100％、70％、30％及0％定义为分界点，将马达转速以500rpm、2000rpm、3000rpm及4000rpm为分界点，该降档临界曲线41以油门开度的分界点及马达转速的分界点组合出四个该降档临界点，即(500rpm,0％)、(500rpm,30％)、(3000rpm,70％)及(3000rpm,100％)，该升档临界曲线42同样具有四个该升档临界点，即(2000rpm,0％)、(2000rpm,30％)、(4000rpm,70％)及(4000rpm,100％)。当该电动摩托车的该油门开度及该马达实际转速数值位于该升档临界曲线42的右侧区域时，该电动摩托车处于二档状态，当该电动摩托车的该油门开度及该马达实际转速数值位于该降档临界曲线41的左侧区域时，该电动摩托车处于一档状态，而该升档临界曲线42及该降档临界曲线41之间的区域为一缓冲区A，当该电动摩托车的该油门开度及该马达实际转速的数值落于该缓冲区A内时，该电动摩托车维持在其原本的档位状态。在该油门开度数值相同的条件下，该升档临界曲线42的该马达转速大于该降档临界曲线41的该马达转速，例如油门开度均为30％，该升档临界曲线42的该马达转速为2000rpm，系大于该降档临界曲线41的该马达转速500rpm。
以下分别针对降档及升档的电路动作分别说明。
升档操作：
当该电动摩托车目前位于一档，例如当下该油门开度及该马达实际转速的数值分别为40％及500rpm(即第一状态S1)，随着使用者操作该电动摩托车令该油门开度及该马达实际转速分别提高至80％及4050rpm(即第二状态S2)，该档位变换计算单元40根据当下的该油门开度80％换算出在该升档临界曲线42上对应的马达转速分界点为4000rpm，该档位变换计算单元40判断出该马达实际转速4050rpm大于该马达转速分界点4000rpm(4050rpm>4000rpm)，因此发出一换档指令至该换档马达50，控制该电动摩托车从一档变换至二档。
另一方面，若当该电动摩托车位于一档，而当下该油门开度及该马达实际转速的数值仍分别为40％及500rpm(即第一状态S1)，随着使用者操作该电动摩托车令该油门开度及该马达实际转速分别提高至60％及2500rpm(即第三状态S3)，该档位变换计算单元40根据当下的该油门开度60％换算出在该升档临界曲线42上对应的马达转速分界点为3500rpm，该档位变换计算单元40判断出该马达实际转速2500rpm未大于该马达转速分界点3500rpm(2500rpm<3500rpm)，该电动摩托车的状态处于该缓冲区A，因此该档位变换计算单元40判定该电动摩托车不需要进行升档，即不会输出一换档指令至该换档马达50。
降档操作：
当该电动摩托车目前位于二档，例如当下该油门开度及该马达实际转速的数值分别为80％及4050rpm(即第二状态S2)，随着使用者操作该电动摩托车令该油门开度及该马达实际转速分别降低至40％及500rpm(即第一状态S1)，该档位变换计算单元40根据当下的该油门开度40％换算出在降档临界曲线41上对应的马达转速分界点为1125rpm，该档位变换计算单元40判断出该马达实际转速500rpm小于该马达转速分界点1125rpm(500rpm<1125rpm)，因此发出一换档指令至该换档马达50，控制该电动摩托车从二档变换至一档。
但是，若当该电动摩托车位于二档，而当下该油门开度及该马达实际转速的数值仍分别为80％及4050rpm(即第二状态S2)，随着使用者操作该电动摩托车令该油门开度及该马达实际转速分别降低至60％及2500rpm(即第三状态S3)，该档位变换计算单元40根据当下的该油门开度60％换算出在该降档临界曲线41上对应的马达转速分界点为2375rpm，该档位变换计算单元40判断出该马达实际转速2500rpm未小于该马达转速分界点2375rpm(2500rpm>2375rpm)，该电动摩托车的状态处于该缓冲区A，因此该档位变换计算单元40判定该电动摩托车不需要进行降档，即不会输出一换档指令至该换档马达50。
总的来说，当该电动摩托车处于二档，且该油门开度及该马达实际转速的数值变化为由降档临界曲线41的右侧经过该降档临界曲线41移至该降档临界曲线41的左侧时，意即，以该电动摩托车当下的该油门开度为基准，在相同的该油门开度下，将该降档临界曲线41上的该马达转速与该电动摩托车当下的该马达实际转速相比，若该电动摩托车当下的该马达实际转速小于该降档临界曲线41上的该马达转速，该档位变换计算单元40即判断该电动摩托车需要进行降档；当该电动摩托车处于一档，且该油门开度及该马达实际转速的数值变化为由升档临界曲线42的左侧经过该升档临界曲线42移至该升档临界曲线42的右侧时，意即，以该电动摩托车当下的该油门开度为基准，在相同的该油门开度下，将该升档临界曲线42上的该马达转速与该电动摩托车当下的该马达实际转速相比，若该电动摩托车当下的该马达转速大于该升档临界曲线42上的该马达转速，该档位变换计算单元40即判断该电动摩托车需要进行升档。
本发明借由该档位变换计算单元40为该电动摩托车提供自动换档功能，在低速或高速行驶时自动切换为不同的齿轮比，让电动摩托车于同样的输出功率下，在追求加速性能的同时能提升该电动摩托车的最大时速上限，而在追求最大时速上限的同时亦能提升该电动摩托车的加速性能，改善已知电动摩托车无法兼顾加速性能及最大时速上限的问题。
综上所述，乃仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利权利要求书相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (12)

1.一种电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，所述电动摩托车包含一马达、一换档马达以及一变速箱，所述电动摩托车的自动换档系统包含：
一节流阀位置感知器，感测一油门开度以产生一油门开度讯号；
一马达控制器，接收一马达转速讯号，所述马达转速讯号代表所述马达的一马达实际转速；
一整车控制器，电连接所述节流阀位置感知器及所述马达控制器，用以接收所述油门开度讯号及所述马达转速讯号；
一档位变换计算单元，预设有一降档临界曲线及一升档临界曲线，所述降档临界曲线包含以马达转速及油门开度所定义的多个降档临界点，所述升档临界曲线包含以马达转速及油门开度所定义的多个升档临界点，所述档位变换计算单元根据所述油门开度讯号及所述马达转速讯号，与所述降档临界曲线及所述升档临界曲线相互比对以判断是否要输出一换档指令以控制所述换档马达。
2.根据权利要求1所述的电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，所述变速箱连接所述换档马达，所述换档马达根据所述换档指令控制所述变速箱进行换档，使所述电动摩托车于一档及二档之间交替切换档位。
3.根据权利要求1所述的电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，所述档位变换计算单元设置于所述整车控制器中。
4.根据权利要求1所述的电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，所述档位变换计算单元设置于一换档控制器中，所述换档控制器分别连接所述整车控制器及所述换档马达。
5.根据权利要求1所述的电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，所述变速箱包含有至少一离合器及至少一齿轮组。
6.根据权利要求1所述的电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，所述马达设置有一霍尔感知器，所述霍尔感知器感测所述马达实际转速以输出所述马达转速讯号。
7.根据权利要求1所述的电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，在相同的所述油门开度下，所述升档临界曲线上的马达转速大于所述降档临界曲线上的马达转速，所述升档临界曲线与所述降档临界曲线之间有一缓冲区。
8.根据权利要求2所述的电动摩托车的自动换档系统，其特征在于，当所述电动摩托车处于二档，所述档位变换计算单元以所述电动摩托车当下的所述油门开度为基准，在所述降档临界曲线上对应所述油门开度的马达转速与当下的所述马达实际转速相比，若所述马达实际转速小于所述降档临界曲线上对应的所述马达转速，所述档位变换计算单元即输出所述换档指令以控制所述电动摩托车降档；
当所述电动摩托车处于一档，所述档位变换计算单元以所述电动摩托车当下的所述油门开度为基准，在所述升档临界曲线上对应所述油门开度的马达转速与当下的所述马达实际转速相比，若所述马达实际转速大于所述升档临界曲线上对应的所述马达转速，所述档位变换计算单元即输出所述换档指令以控制所述电动摩托车升档。
9.一种电动摩托车的自动换档方法，其特征在于，所述电动摩托车包含一马达，所述电动摩托车的自动换档方法包含有：
感测所述电动摩托车的一油门开度及一马达实际转速，以分别产生一油门开度讯号及一马达转速讯号；
预设一降档临界曲线及一升档临界曲线，其中，在所述降档临界曲线上包含以马达转速及油门开度所定义出的降档临界点，所述升档临界曲线包含以马达转速及油门开度定义出的升档临界点，在相同的所述油门开度下，所述升档临界曲线上的马达转速大于所述降档临界曲线上的马达转速；
根据所述油门开度讯号及所述马达转速讯号取得所述电动摩托车的所述油门开度及所述马达实际转速，再基于一降档临界曲线及一升档临界曲线判断是否需要换档，并依照判断结果输出一换档指令；
根据所述换档指令控制所述电动摩托车进行换档。
10.根据权利要求9所述的电动摩托车的自动换档方法，其特征在于，所述降档临界曲线由各组相邻的两个所述降档临界点以等差法求得；所述升档临界曲线由各组相邻的两个所述升档临界点以等差法求得。
11.根据权利要求9所述的电动摩托车的自动换档方法，其特征在于，所述升档临界曲线与所述降档临界曲线之间有一缓冲区。
12.根据权利要求9所述的电动摩托车的自动换档方法，其特征在于，当所述电动摩托车处于二档，以所述电动摩托车当下的所述油门开度为基准，在所述降档临界曲线上对应所述油门开度的马达转速与当下的所述马达实际转速相比，若所述马达实际转速小于所述降档临界曲线上对应的所述马达转速，即输出所述换档指令以控制所述电动摩托车降档；
当所述电动摩托车处于一档，以所述电动摩托车当下的所述油门开度为基准，在所述升档临界曲线上对应所述油门开度的马达转速与当下的所述马达实际转速相比，若所述马达实际转速大于所述升档临界曲线上对应的所述马达转速，即输出所述换档指令以控制所述电动摩托车升档。
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