TW200950994A - Electric vehicle and control method thereof - Google Patents

Description

200950994 九、發明說明： * 【發明所Λ之技術領域】 本發明是有關於一種電動車輛及其控制方法，且特別 是有關於一種具有自由輪之電動車輛及其控制方法，可避 免操控性不佳、轉向過度或失控打滑之情形，以達電動車 輛穩控之目的。 【先前技術】 ® 由於電動車輛符合潔能、環保、安靜等訴求，所以電 動車輛的發展受到全球車輛產業之高度重視。基於提升傳 動效率之目的，目前常應用輪内馬達(In-wheel hub motor) 於電動車輛之驅動輪中以作為動力源，將馬達動力與輪胎 整合為一體，則可避免傳統上透過變速與傳動系所造成的. 能量損失，並大幅降低車輛傳動系統之複雜度。然而，由 於各個驅動輪的動力與轉速輸出是彼此獨立，因此必須透· 過控制器進行各驅動輪之間的轉速與動力匹配，以滿足電 ® 動車輛在行進時，每個驅動輪（或是其他車輪)在運動及力 學上的協調。 BAYERISCHE MOTOREN公司於美國專利案 US20080040011A1中揭露一種由四個驅動輪組成之電動車 輛的控制系統，其中控制器透過各驅動輪之轉速，搭配「後 輪滑差率」、「縱向減速度」以及「橫向加速度」此三個 物理量，計算出各前後輪軸所應分配之扭矩，進而控制傳 動離合器（controllable transfer clutch)。此控制系統之重點 在於適當控制前後傳動軸（各配置兩個驅動輪）之扭力匹 200950994 ^ 配，達到穩定車輛動態的目的。然而’此電動車輛之這四 個驅動輪並非是各自獨立的控制系統，且此架構下仍需採 用傳統之傳動元件（如減速機、傳動軸、差速器等），因此 . 難以提升能源使用效率。 HONDA MOTOR CO LTD 於日本專利案 JP2007022301A中揭露一種驅動輪之轉速控制以防止驅動 輪打滑’其中此轉速控制的邏輯非常單純，便是將期望轉 速乘上一個介於0至1之間的修正係數，而成為實際的控 ❹ 制轉速。從動力學的觀點來看，就是降低可能會打滑之驅 動輪的驅動力，以修正係數為0.8為例’即是表示驅動輪 僅產生80%的驅動力或轉速以避免打滑。然而，此轉速控 制方法僅針對犁田農用車在斜坡面上能有特定的效果。對 於複雜的多輪獨立動力之電動車輛而言，其單純之控制邏 輯無法成為具備精確性與全面性的車輛動態控制方案。 TOYOTA MOTOR CO LTD與多家協同車廠於專利合 作條約（Patent Cooperation Treaty，PCT)專利案 ❹ WO2007136122中揭露一種複合動力車及其動力控制，其 中前軸之動力來源為引擎而帶動兩個前驅動輪，而後面兩 -個驅動輪則各自獨立被兩個輪内馬達所驅動，後面兩輪則 • 各自獨立被兩個輪内馬達所驅動，控制器除針對後輪的轉 速與扭矩進行調配，亦負責電動動力與引擎動力之間的能 量匹配管理，使得引擎得以在效率較高的條件下運轉。 然而，此主要目的在於提高引擎的效率，並非提升能 源使用效率，且内容對於控制邏輯則無具體交代。此外， 前軸之架構下仍需採用傳統之傳動元件（如滅速機、傳動 200950994 軸、差速器等），且其並不完全是各自獨立的控制系統。 GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC 於德國專利案 DE1020〇7〇29427Al中揭露可從電子辅助轉向的層面來提 升車輛的駕控穩定性，藉由馬達提供額外的轉向軸扭矩， 達到主動輔助駕控的目的。然而，此對於車輛動力的 則沒有貢獻。 " ❹ 綜前所述’習知技藝仍以傳統的複雜傳動系統來 電動車輛的穩定性’使得沒有完全發揮動力輪各自驅^的 優勢’造成整體的能源使用效率仍無法進一步提升。細# 其因’便在於若是電動車輛之驅動輪都是各個獨立時，抑 制器要計算出每個驅動輪的理論轉速，並分別給予適冬$ 動力。特別是在電動車輛轉彎時，若施予驅動輪的動:過 大或過小，便容易造成打滑、翻轉等失控現象。然而，" 行計算驅動輪理論轉速過於簡化而不夠精確，.特別是在= 算電動車輛轉彎之瞬時迴轉中心過於簡略，往往與實&、 瞬時迴轉中心差異過大，進而造成整體計算上的嚴重誤 圖1為習知之一種電動車輛的示意圖，而圖示僅綠示 車輪間之關係。請參考圖1，習知之電動車輛1〇〇乃為: 個車輪的結構，而此三個車輪分別為兩個左右對稱配置了 驅動輪110a、11 Ob與前方用於轉向之轉向輪12〇 ,且夕、 感測單元130是分別配置於驅動輪ii〇a、ii〇b與轉 120上，並用於感測驅動輪110a、11〇b的轉速以及 °兩 120的轉速與轉向角。 向輪 承接上述，驅動輪110a、110b之動力源分別為獨立之 輪内馬達(In-wheel hub motor) ’而控制器（未繪示）乃用於調 200950994 整輪内馬達的動力輸出以控制驅動輪110a、110b的轉速， 因此控制器可視為是電動車輛100的核心裝置。特別是在 電動車輛100在過彎轉向時，若是控制器無法精確對應調 整驅動輪110a、110b的轉速至合理的範圍，則電動車輛 .· 100便會容易產生操控性不佳、轉向過度或失控打滑之情 形。 詳細而言，駕駛(未繪示）在操控電動車輛1〇〇時，會 轉動方向盤（未繪示）帶動轉向輪120進行轉向，並腳踩踏 ❹ 板（未繪示）以輸入期望車速至控制器。此外，感測單元130 所感測的驅動輪110a、110b的轉速以及轉向輪120的轉速 與轉向角亦會傳送至控制器進行計算。 在車輛直進時，駕駛所輸入之期望車速可對應換算成 驅動輪110a、110b之理論轉速。若驅動輪ll〇a、110b之 理論轉速不等於感測單元130所咸測的驅動輪ll〇a、110b 的轉速時，控制器便會回饋調整輪内馬達的電門量以使驅 動輪110a、110b的轉速逼進驅動輪110a、110b之理論轉 ❹ 速。 然而，當電動車柄100在過彎轉向時，驅動輪11 〇a、 • 110b之理論轉速便複雜許多。一般而言，習知技藝會將轉 -向輪120的轉速對應換算當作電動車輛100的車速，並將 駕駛輸入的期望車速關連此轉向輪120的轉速，以做為回 饋調整電門量之增益值。接著，再藉由瞬時迴轉中心之設 定而以轉向輪120的轉速推算出驅動輪110a、110b之理論 轉速。 以習知技藝而言，瞬時迴轉中心C1是由兩個驅動輪 200950994 110a、110b之間的連線方向D1與轉向輪120轉向之法線 方向D2延伸交會而決定。如此一來，驅動輪ll〇a、110b 之理論轉速、<則可依據如下之公式計算得知：

(2) 其中.為轉向輪120的轉速，而a、、尺分別為轉向 輪120、驅動輪110a、驅動輪110b距離瞬時迴轉中心C1 的間距(迴轉半徑），亦即驅動輪110a之理論轉速等於轉 向輪120之轉速，乘以驅動輪110a與瞬時迴轉中心C1之 間距/?,，再除以驅動輪110a與瞬時迴轉中心C1之間距心； 而驅動輪110b之理論轉速 < 等於轉向輪120之轉速《，乘以 驅動輪110b與瞬時迴轉中心C1之間距尤，再除以驅動輪 110a與瞬時迴轉中心C1之間距心。 如此一來，控制器便可計算出驅動輪110a、11 Ob之理 論轉速<、4，並搭配前述期望車速關連轉向輪120轉速 之增益值，來回饋調整輪内馬達之電門量以控制驅動輪 110a、110b 之轉速。 然而，前述之計算方法需設定許多不符實際情況的假 設，使得計算出的理論轉速仍有很大誤差。首先，習知技 藝乃將轉向輪120之轉速認定為電動車輛100的實際車速 (附帶一提的是，此處所指的車速即為轉向輪120的轉速乘 以轉向輪120的圓周，因此本領域之技術人員通常會將車 輪之轉速等效視作車輪之車速）。然而，由於轉向輪120在 行進時並非自由轉向，而是受到駕駛的操控，因此轉向輪 200950994 120之轉速與電動車輛100的實際車速仍有一定的誤差。 再來，由於驅動輪110a、110b無法轉向，因此習知技 藝僅能簡單將驅動輪110a、110b的連線方向D1與轉向輪 . 120轉向之法線方向D2延伸交會而決定出瞬時迴轉中心 C1。然而，此瞬時迴轉中心C1與電動車輛100實際的瞬 時迴轉中心有很大的誤差，進而造成以此瞬時迴轉中心C1 而計算出的理論轉速亦會有很大的誤差（請參造式（1) 與式(2))。具體而言，瞬時迴轉中心C1其實僅由轉向輪120 ❹ 的狀態這一個參數便可決定，而並未考慮到電動車輛100 的車速或其他狀況。因此在轉向輪120轉向角固定的情況 下，無論電動車輛100的車速多快，瞬時迴轉中心C1仍為 相同的位置而會造成誤差。 更甚者，特別是當轉向輪120的轉向角稍大時，理論 轉速勿、<便會產生過大的誤差，而使得電動車輛100在 過彎時容易打滑，無法達到穩控電動車輛的目地。 ⑩ 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的是提供一種電動車輛及其控 制方法，可避免操控性不佳、轉向過度或失控打滑之情形。 為達上述或是其他目的，本發明提出一種電動車輛， 包括至少兩個驅動輪、轉向輪、自由輪、控制器以及多個 感測單元。此兩個驅動輪分別具有獨立之動力源，而轉向 輪適於依據操控而進行轉向，且自由輪是依據電動車輛之 行進狀態而具有轉速並適於自由轉向。感測單元適於感測 驅動輪之轉速、轉向輪之轉向角、自由輪之轉向角以及自 11 200950994 由輪之轉速，並傳遞至控制器以使控制器調整驅動輪之動 力源。轉向輪之轉向角與自由輪之轉向角決定電動車輛之 瞬時迴轉中心，而控制器透過計算驅動輪之轉速與自由輪 之轉速以調整驅動輪之動力源。 為達上述或是其他目的，本發明另提出一種電動車 輛，包括至少兩個驅動輪、自由輪、控制器以及多個感測 單元。此兩個驅動輪分別具有獨立之動力源，並適於依據 操控而進行轉向，且自由輪是依據該電動車輛之行進狀態 ❹ 而具有轉速並適於轉向。感測單元適於感測驅動輪之轉 速、驅動輪之轉向角、自由輪之轉向角以及自由輪之轉速， 並傳遞至控制器以使控制器調整驅動輪之動力源。驅動輪 之轉向角與自由輪之轉向角決定電動車輛之瞬時迴轉中 心，而控制器透過計算驅動輪之轉速與自由輪之轉速以調 整驅動輪之動力源。 為達上述或是其他目的，本發明另提出一種電動車輛 的控制方法，適於控制電動車輛，而電動車輛具有兩個驅 ❹ 動輪、轉向輪、自由輪以及控制器，此電動車輛的控制方 法包括下列步驟：輸入期望車速至控制器；感測轉向輪之 - 轉向角、驅動輪之轉速以及自由輪之轉向角與轉速；以轉 -向輪之轉向角與自由輪之轉向角決定電動車輛之瞬時迴轉 中心；計算驅動輪之理論轉速；回饋調整驅動輪之動力源 以控制驅動輪之轉速。 為達上述或是其他目的，本發明另提出一種電動車輛 的控制方法，適於控制電動車輛，而電動車輛具有兩個驅 動輪、自由輪以及控制器，此電動車輛的控制方法包括下 12 200950994 . 列步驟：輸入期望車速至控制器；感測驅動輪之轉向角與 轉速以及自由輪之轉向角與轉速；以驅動輪之平均轉向角 與自由輪之轉向角決定電動車輛之瞬時迴轉中心；計算驅 .動輪之理論轉速；回饋調整驅動輪之動力源以控制驅動輪 之轉速。 綜上所述，在本發明之電動車輛及其控制方法中，藉 由設置可自由轉向的自由輪，可以搭配轉向輪（或是具有轉 向功能之驅動輪）而精確決定出瞬時迴轉中心的位置，進而 © 控制器可計算出驅動輪的理論轉速以適當調整驅動輪的動 力源。此外，由於自由輪可以自由轉向，因此自由輪之轉 速可以準確反應成電動車輛之車速。如此一來，控制器便 可針對獨立之驅動輪分別調整至最適轉速，藉此可避免操 控性不佳、轉向過度或失控打滑之情形，以達電動車輛穩 控之目的。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 圖2A為依據本發明一實施例之電動車輛的示意圖， 而為求清楚表示本發明之特點，圖示僅繪示車輪間之關 係。請參考圖2A，本發明之電動車輛200包括兩個驅動輪 210a、210b、轉向輪220、自由輪230、控制器（未繪示）以 及多個感測單元240。由於本發明的特徵是架構在具有多 個獨立控制車輪之電動車輛上，因此本發明之電動車輛200 13 200950994 至少需包括兩個分別具有獨立動力源之驅動輪21〇a、 21〇b。在本實施例中，電動車輛2〇〇之驅動輪21〇a、21〇b 的數量恰為兩個’不過本發明並不限制驅動輪的數量，特 • 別是在大型的電動車輛中，驅動輪的數量可為三個以上， • 並可依據本發明之概念而輕易實現。 承接上述，各自獨立之驅動輪21〇a、210b的動力源例 如為輪内馬達(In-wheel hub motor)，且其動力源是分別由 控制器所控制，藉此以調整驅動輪21〇a、210b的轉速。由 ® 於本發明並未配置如傳動軸之傳統傳動元件，因此可提升 整體的能源使用效率。附帶一提的是，本發明並不限制驅 動輪210a、21〇b動力源之種類，舉例而言，其動力源亦可 為獨立馬達或其他合適之機構，並藉由皮帶或鍊條帶動驅 動輪，而熟悉此項技藝者當可輕易理解。 轉向輪220是依據駕駛（未繪示)操控而進行轉向，通 常駕駛會左右轉動方向盤（未繪示）而以機械連動寒置帶動 轉向輪220轉向’不過本發明並不限定是以何種機構操控 ❹ 轉向輪220進行轉向。此外，自由輪230乃為惰輪，並依 據外界運動情況具有對應的轉速與轉向角。換句話說，當 電動車輛200在行進或轉向時，自由輪230便依據電動車 輛200之行進狀態而具有對應之轉速與轉向角。 以本實施例而言，轉向輪220是向左轉向約30度而使 電動車輛2〇〇得以左轉過彎，且自由輪23〇是被電動車輛 200帶動而『自由』向右轉向約45度。當電動車輪2〇〇不 同的速度或是角度過彎時，自由輪23〇亦會對應具有不同 的轉速與轉向角。 200950994 . 如此一來’本發明便可依據轉向輪220之轉向負择齡 自由輪230之轉向角以決定出電動車輛2〇〇之瞬時迪轉^ 心C2。在本實施例中，瞬時迴轉中心C2可由自由輪2% • 轉向之法線方向D3與轉向輪220轉向之法線方向D2延神 • 交會而得出。由於本發明增設可反應電動車輛200實除車 況之自由輪230 ’藉此以搭配轉向輪220而決定瞬時迴轉 中心C2的位置’所以瞬時迴轉中心C2遠比習知技藝之濟 時迴轉中心C1(如圖1所示）來得精確，且更符合電動車鞒 ❹ 200在過彎時的實際狀況。 此外’相較於前述之習知技藝是將轉向輪120之轉速 對應認定為電動車輛1〇()的實際車速(如圖1所示）’本發 明是將自由輪230之轉速對應認定為電動車輛200的實際 車速。由於自由輪230之轉速與轉向均可對應電動車輛2〇〇 實際車況而自由即時調整，因此自由輪23〇之轉速更能精 確對應為電·動車輛2〇〇的實際車速。 如此一來，藉由瞬時迴轉中心C2搭配自由輪230的轉 ❹ 速進行計算，本發明便可得出驅動輪210a、210b的理論轉 速（其誤差遠低於習知技藝之理論轉速），以更精確反應電 動車輛200的實際車況，而避免操控性不佳、轉向過度或 失控打滑之情形。 為使控制器能依據前述之參數進行計算，本發明乃藉 由感測單元240來感測驅動輪21〇a、210b之轉速、轉向輪 220之轉向角、自由輪230之轉向角以及自由輪230之轉 速’並將這些參數傳遞至控制器進行計算，其中這些感測 單元240可分別配置於驅動輪21〇a、21〇b、轉向輪12〇與 15 200950994 . 自由輪230上。 類似前述，駕駛除了操控轉向輪220進行轉向外，並 曰輸入期望車速至控制器。本發明會將自由輪的轉速 • 職換算當作電動車輛2GG的車速’並將駕㈣入的期望 - 車，關連此自由輪230的轉速，以做為回饋調整電門量之 增盈值。接著，藉由瞬時迴轉中心C2之設定而以自由輪 230的的轉速推算出驅動輪210a、210b之理論轉速後，搭 配4述期望車速關連自由輪230轉速之增益值以及驅動輪 ❹210a、210b之轉速（此由感測單元240感測得知），控制器 便可回饋調整輪内馬達之電門量以控制驅動輪21〇a、21〇b 之轉速。熟悉此項技藝者當可輕易理解，於此便不再贅述， 而以下將針對如何求出驅動輪2i〇a、210b之理論轉速進行 詳細的解說。 為求圖示清楚，圖2B乃以圖2A為基礎而標示多條辅 助線與角度’並略去部分標號。請同時參考圖2A〜2B，在 本實施例中’為求對照習知技藝之電動車輛1〇〇說明，驅 ❹ 動輪210a、210b與轉向輪220的配置位置乃與圖1之電動 車輛100相似，而自由輪230是配置在電動車輛200中心 '線後方處。不過本發明並不限定這些車輪配置的相對位 置，熟悉此項技藝者當可依據說明而稍加更動配置位置， 惟其仍屬本發明之範疇内。 依據前述，感測單元240會回傳驅動輪210a、210b之 轉速、轉向輪220之轉向角&、自由輪230之轉向角心以 及自由輪230之轉速％這些參數至控制器，因此這些參數 可視為已知。此外’兩個驅動輪210a、210b之間的間距w、 16 200950994 自由輪230至兩個驅動輪210a、210b中心位置之間的間距 6以及自由輪230至任一驅動輪210a、210b之間的間距《均 亦可視為已知，其中n =」(w/2)2+b2。 由於瞬時迴轉中心C2是由自由輪230轉向之法線方向 D3與轉向輪220轉向之法線方向D2延伸交會而得，因此 當轉向輪220之轉向角&與自由輪230之轉向角&為已知 後，便可依據幾何關係而分別求出轉向輪220與自由輪230 距離瞬時迴轉中心C2的間距&如下：

Lcos & (3) sin(^^ +δτ) LcosST (4) sin^ + δτ) 接著運用運動學上的瞬心方法，便可從自由輪230之 轉速叫分別推出驅動輪210a、210b之理論轉速如下：

=(〇T-^cosa0 (6) 其中i?,、圪分別為驅動輪210a、210b距離瞬時迴轉中 心C2的間距，而α,、κ分別為驅動輪210a、210b之瞬心切 線方向與電動車輛直進方向之夾角。亦即驅動輪210a之理 論轉速<等於自由輪230之轉速％乘以驅動輪210a與瞬時 迴轉中心C2之間距式，再除以自由輪230與瞬時迴轉中心 C2之間距奂，再乘以驅動輪210a瞬心切線方向D4與電動 車輛200直進方向D6之夾角α,的餘弦值；類似地，驅動輪 210b之理論轉速 < 等於自由輪230之轉速％乘以驅動輪 17 200950994 21 Ob與瞬時迴韓φ、、 ρ5 瞬時迴轉中心C2夕 1千再除以自由輪230與 方向D5 m ㈤距〜，再乘以驅動輪21Gb瞬心切線 在式車輛2〇0直進方向^之爽角4餘孫值。 打_ H (6)中，，口為爽角^、乃是依據幾 何關係轉導如下，於紐科&㈣。 R·

«•COS 2~δτ~Φ. (7)

R〇 = JR-t +n2 ~2RT cos

~^-δΤ+Φ ⑻ R, (9) 6 sin (10) ST - sin' Ι~δτ+Φ X ’― 其中 0 Man-10/26；)。 ❹ 附帶一提的是，在本實施例中.，自由輪23〇與驅動輪 210a、210b是具有相同的輪徑。不過，若自由輪230與驅 動輪210a、210b具有不同的輪徑時，式（5)與式(6)之修正 方式亦僅需再乘以自由輪230輪徑與驅動輪210a、210b輪 徑的比值即可，且熟悉此項技藝者當可輕易理解。 此外，本實施例之轉向輪220並不具備動力源。不過 在其他實施例中，轉向輪220更可具有獨立的動力源，並 類似驅動輪210a、210b而以控制器調整轉向輪22〇之動力 源（輪内馬達）。在此架構下，感測單元240更可感測轉向 輪220之轉速並傳遞至控制器，而控制器可計算出轉向輪 220之理論轉速％後，並搭配前述期望車速關連自由輪230

1S 200950994 .轉速之增益值以及轉向輪220之轉速（此由感測單元240感 測得知），藉此以回饋調整輪内馬達之電門量以控制轉向輪 220之轉速。 • 當然，轉向輪220之理論轉速咚仍可以瞬心方法求出 而如下所示： 0)1 r (11) 前述實施例中主要是以習知三輪的電動車輛增設自由 ❹ 輪而進行說明，且本發明之主要精神之一便是以轉向輪之 轉向搭配自由輪的轉向而精確決定出電動車輛之瞬時迴轉 中心，並以自由輪的轉速（可精準反應電動車輛的車速）為 基礎推算出驅動輪的理論轉速，藉此以使控制器回饋調整 驅動輪的動力源。熟悉此項技藝者當可從習知其他種類型 式的電動車輛（四輪、五輪或更多車輪架構），利用本發明 之概念而增設自由輪，惟其仍屬本發明之範疇内。 承接上述，本發明可更進一步將轉向輪之轉向功能結 ❹ 合至驅動輪，藉此以省略設置轉向輪。以下將再另舉實施 例並搭配圖示說明。然而為求方便起見，相同功能的構件 仍會沿用相同的標號。 圖3A為依據本發明另一實施例之電動車輛的示意 圖，而圖3B乃以圖3A為基礎而標示多條輔助線與角度， 並略去部分標號。請同時參考圖3A〜3B，本實施例之電動 車輛包括300包括兩個驅動輪310a、310b、自由輪230、 控制器（未繪示）以及多個感測單元240。本實施例之電動車 輛300與前述實施例之電動車輛200(如圖2A〜2B所示）類 19 200950994 .似，其差別僅在於省略轉向輪220的設置，而驅動輪3i〇a、 310b適於依據駕駛的操控而進行轉向，且感測單元240會 感測驅動輪310a、310b的轉向角$、&並傳送至控制器。 - 在車輛動力學中，若相對位置的兩個車輪在轉向時， 這兩個車輪的轉向角通常不會相同以維持車輛的平衡，因 此若將這兩個車輪視作一體時，其位置通常會選在兩個車 輪的中心點，且會將兩個車輪的轉向角平均作為平均轉向 角。 ❹ 故乂本實施例而言’驅動輪310a、31 Ob的中心位置a 便可做為鵰動輪31〇a、310b共同的代表位置，且驅動輪 31Ga、31%的平均轉向角t便可代表驅動輪31〇a、31〇b 的共同轉向，其中U4)/2。 通^則述’本實施例便是以自由輪230的轉向搭配驅 動輪31〇a、310b的轉向角而決定瞬時迴轉中心C3。詳細 而5 ’從％動輪3i〇a、310b的中心位置A處以驅動輪 310a' 31%平均轉向之法線方向d?延伸’當與自由輪23〇 ❹ 轉向之法緩方向D3延伸交會時便決定出瞬時迴轉中心 C3。 由於礅測單元240會感測驅動輪310a、310b的轉向角 、驅動輪31〇a、31〇b的轉速、自由輪23〇的轉向角心以 及自由輪23〇的轉速叫，因此這些參數均可視為已知。此 外’’兩侗驅動輪210a、210b之間的間距w、自由輪230 至中心位薏A點之間的間距6亦可視為已知。 由於瞬時迴轉中心C3是由自由輪230轉向之法線方向 D3與驅動輪310a、310b平均轉向之法線方向D7延伸交會 20 200950994 而得，因此當驅動輪310a、310b之平均轉向角ι與自由輪 230之轉向角~為已知後，便可依據幾何關係而求出自由輪 230距離瞬時迴轉中心C3的間距尽如下：

Rr coXS(cotS.-1) + -] (12) 2 π/2 2 類似前述，接著運用運動學上的瞬心方法便可從自由 輪230之轉速叫分別推出驅動輪310a、310b之理論轉速 ω;、ω:如下： ® ω\ =ωτγ~ (13) Κγ

其中π,、凡分別為驅動輪310a、310b距離瞬時迴轉中 心C3的間距。亦即驅動輪310a之理論轉速<等於自由輪 230之轉速叫乘以驅動輪310a與瞬時迴轉中心C3之間距 苹，再除以自由輪230與瞬時迴轉中心C3之間距a ;類似 地，驅動輪310b之理論轉速 < 等於自由輪230之轉速％，乘 以驅動輪310b與瞬時迴轉中心C3之間距尤，再除以自由 輪230與瞬時迴轉中心C3之間距/?7,。 在式（13)與式（14)中，間距a、尤乃是依據幾何關係而 推導如下： R, ~ b -sin & π/2 vsin^ (15) R〜b sm& -ST , b n/2ys\n50 -f) (16) 值得注意的是，儘管驅動輪310a、310b朝向瞬時迴轉 21 200950994 中心C3的方向D8、D9並不完全垂直於驅動輪310a的瞬 心切線方向D10、D11，不過方向D8、D9實際上是幾乎分 別垂直於方向D10、D11，因此在式（13)與式（14)中便略去 . 餘弦值的影響(請比對式（5)與式(6))。熟悉此項技藝者若欲 更精確計算驅動輪310a、310b之理論轉速<、<，當可依 據前述說明而考慮計算餘弦值的影響。 在前述說明電動車輛結構的過程中，均有一併說明電 動車輛的控制方法。然為使熟悉此項技藝者能更清楚前述 ❹ 之說明，圖4A另繪示出本發明之一實施例之電動車輛之 控制方法的流程示意圖，其中此控制方法乃對應圖2A之 電動車輛。請參考圖4A與2A，如步驟S11所示，首先駕 駛會輸入期望車速至控制器，其中駕駛可藉由踏踩油門的 方式輸入期望車速之控制器。接著如步驟S12所示，感測 器240會感測轉向輪220之轉向角、驅動輪210a、210b之 轉速以及自由輪230之轉向角與轉速，並將這些參數傳送 至控制器。 ® 承接上述而如步驟S13、S14所示，控制器會以轉向輪 220之轉向角與自由輪230之轉向角決定瞬時迴轉中心 C2，並以瞬心方法計算驅動輪210a、210b之理論轉速。詳 細而言，瞬時迴轉中心是由自由輪轉向之法線方向與轉向 輪轉向之法線方向延伸交會得出。 再來，如步驟S15所示，控制器便會回饋調整驅動輪 210a、210b之動力源以控制驅動輪210a、210b之轉速。若 是電動車輛持續保持在行進狀態下，則完成步驟15後，便 接著又會循環回到步驟11。 22 200950994 另外，圖4B亦緣示出本發明另一實施例之電動車輛之 控制方法的流程示意圖，其中此控制方法乃對應圖3A之 電動車輛。請參考圖4B與3A，如步驟S21、S22所示， . 首先駕駛會輸入期望車速至控制器，而感測器240會感測 驅動輪310a、310b之轉向角與轉速以及自由輪230之轉向 角與轉速，並將這些參數傳送至控制器。 承接上述而如步驟S23、S24所示，控制器會以驅動輪 310a、31 Ob之平均轉向角與自由輪230之轉向角決定瞬時 ❹ 迴轉中心C3，並以瞬心方法計算驅動輪310a、310b之理 論轉速。詳細而言，瞬時迴轉中心C3是由驅動輪310a、 310b平均轉向之法線方向與自由輪230轉向之法線方向延 伸交會得出。 再來，如步驟S25所示，控制器便會回饋調整驅動輪 310a、310b之動力源以控制驅動輪310a、310b之轉速。若 是電動車輛持續保持在行進狀態下，則完成步驟25後，便 接著又會循環回到步驟21。 〇 綜上所述，本發明之電動車輛與及其控制方法至少具 有下列優點： 一、 藉由設置可自由轉向的自由輪，可以搭配轉向輪 (或是具有轉向功能之驅動輪）而精確決定出瞬時迴轉中心 的位置，進而控制器可計算出驅動輪的理論轉速以適當調 整驅動輪的動力源。 二、 由於自由輪可以自由轉向，因此自由輪之轉速可 以準確反應成電動車輛之車速。如此一來，控制器便可針 對獨立之驅動輪分別調整至最適轉速，藉此可避免操控性 23 200950994 .不佳、轉向過度或失控打滑之情形，以達電動車輛穩控之 目的。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 . 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 © 圖1為習知之一種電動車輛的示意圖。 圖2A〜2B為依據本發明一實施例之電動車輛的示意 圖。 圖3A〜3B為依據本發明一實施例之電動車輛的示意 圖。 圖4A為依據本發明一實施例之電動車輛之控制法法 的流程示意圖.。 圖4B為依據本發明另一實施例之電動車輛之控制法 ❹ 法的流程示意圖。 【主要元件符號說明】 100 :電動車輛 110a、110b :驅動輪 120 :轉向輪 130:感測單元 200、300 :電動車輛 210a、210b、310a、310b :驅動輪 24 200950994 220 :轉向輪 230 :自由輪 240 :感測單元 A :中心位置

Cl、C2、C3 :瞬時迴轉中心

D1 〜D11 : 方向 S11 〜S15、 S21〜S25 :步驟 ' ω\ :理論轉速 ωτ · 轉速 Rf、 R, ' R〇 、R ,r、b、η、w ·· δ0 、心、υ轉向角 α,、 :夹角

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Claims (1)

1. 200950994 十、申請專利範圍： 1. 一種電動車輛，包括： 二驅動輪，分別具有獨立之動力源； .一轉向輪，適於依據操控而進行轉向； 一自由輪，依據該電動車輛之行進狀態而具有轉速並 適於自由轉向； 一控制器，適於調整該些驅動輪之動力源；以及 多個感測單元，適於感測該些驅動輪之轉速、該轉向 © 輪之轉向角、該自由輪之轉向角以及該自由輪之轉速，並 傳遞至該控制器；其中 該轉向輪之轉向角與該自由輪之轉向角決定該電動車 輛之一瞬時迴轉中心，而該控制器透過計算該些驅動輪之 轉速與該自由輪之轉速以調整該些驅動輪之動力源。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輛，其中該些 驅動輪之動力源為輪内馬達。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輛，其中該自 © 由輪轉向之法線方向與該轉向輪轉向之法線方向延伸交會 出該瞬時迴轉中心。 4. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輛，其中該控 制器是以瞬心方法計算出該些驅動輪之理論轉速，並回饋 調整該些驅動輪之動力源。 5. 如申請專利範圍第4項所述之電動車輛，其中該驅 動輪之理論轉速等於該自由輪之轉速乘以該驅動輪與該瞬 時迴轉中心之間距，再除以該自由輪與該瞬時迴轉中心之 間距，再乘以該驅動輪瞬心切線方向與該電動車輛直進方 26 200950994 向之夾角的餘弦值。 r 6_如申請專利範圍第1項所述之電動車輛，其中該轉 向輪更具有獨立之動力源，而該些感測單元更適於感測該 . 轉向輪之轉速，且該控制器透過計算該轉向輪之轉速與該 自由輪之轉速以調整該轉向輪之動力源，並以瞬心方法計 算出該轉向輪之理論轉速，而回饋調整該轉向輪之動力源。 7.如申請專利範圍第6項所述之電動車輛，其中該轉 向輪之動力源為輪内馬達。 〇 8.如申請專利範圍第6項所述之電動車輛，其中該轉 向輪之理論轉速等於該自由輪之轉速乘以該轉向輪與該瞬 時迴轉中心之間距，再除以該自由輪與該瞬時迴轉中心之 間距。 9. 一種電動車輛，包括： 二驅動輪，分別具有獨立之動力源，並適於依據操控 而進行轉向； 一自由輪，依據該電動車輛之行進狀態而具有轉速並 〇 適於轉向； 一控制器，適於調整該些驅動輪之動力源；以及 多個感測單元，適於感測該些驅動輪之轉速、該些驅 動輪之轉向角、該自由輪之轉向角以及該自由輪之轉速， 並傳遞至該控制器；其中 該些驅動輪之平均轉向角與該自由輪之轉向角決定該 電動車輛之一瞬時迴轉中心，而該控制器透過計算該些驅 動輪之轉速與該自由輪之轉速以調整該些驅動輪之動力 源0 27 200950994 10. 如申請專利範圍第9項所述之電動車輛，其中該些 驅動輪之動力源為輪内馬達。 11. 如申請專利範圍第9項所述之電動車輛，其中該些 . 驅動輪平均轉向之法線方向與該自由輪轉向之法線方向延 伸交會出該瞬時迴轉中心。 12. 如申請專利範圍第9項所述之電動車輛，其中該控 制器是以瞬心方法計算出該些驅動輪之理論轉速，並回饋 調整該些驅動輪之動力源。 〇 13.如申請專利範圍第12項所述之電動車輛，其中該 驅動輪之理論轉速等於該自由輪之轉速乘以該驅動輪與該 瞬時迴轉中心之間距，再除以該自由輪與該瞬時迴轉中心 之間距。 14. 一種電動車輛的控制方法，適於控制一電動車輛， 而該電動車輛具有二驅動輪、一轉向輪、一自由輪以及一 控制器，該電動車輛的控制方法包括： 輸入一期望車速至該控制器； ❹ 感測該轉向輪之轉向角、該些驅動輪之轉速以及該自 由輪之轉向角與轉速； •以該轉向輪之轉向角與該自由輪之轉向角決定該電動 車輛之一瞬時迴轉中心； 計算該些驅動輪之理論轉速；以及 回饋調整該些驅動輪之動力源以控制該些驅動輪之轉 速。 15. 如申請專利範圍第14項所述之電動車輛的控制方 法，其中該自由輪轉向之法線方向與該轉向輪轉向之法線 28 200950994 方向延伸交會出該瞬時迴轉中心。 16. 如申請專利範圍第14項所述之電動車輛的控制方 法，其中該控制器是以瞬心方法計算出該些驅動輪之理論 . 轉速，而該驅動輪之理論轉速等於該自由輪之轉速乘以該 驅動輪與該瞬時迴轉中心之間距，再除以該自由輪與該瞬 時迴轉中心之間距，再乘以該驅動輪瞬心切線方向與該電 動車輛直進方向之夾角的餘弦值。 17. —種電動車輛的控制方法，適於控制一電動車輛， ❹ 而該電動車輛具有二驅動輪、一自由輪以及一控制器，該 電動車輛的控制方法包括： 輸入一期望車速至該控制器； 感測該些驅動輪之轉向角與轉速以及該自由輪之轉向 角與轉速； 以該些驅動輪之平均轉向角與該自由輪之轉向角決定 該電動車輛之一瞬時迴轉中心； 計算該些驅動輪之理論轉速；以及 〇 回饋調整該些驅動輪之動力源以控制該些驅動輪之轉 速。 18. 如申請專利範圍第17項所述之電動車輛，其中該 些驅動輪平均轉向之法線方向與該自由輪轉向之法線方向 延伸交會出該瞬時迴轉中心。 19. 如申請專利範圍第17項所述之電動車輛，其中該 控制器是以瞬心方法計算出該些驅動輪之理論轉速，而該 驅動輪之理論轉速等於該自由輪之轉速乘以該驅動輪與該 瞬時迴轉中心之間距，再除以該自由輪與該瞬時迴轉中心 29 200950994 之間距。

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