TWI330600B - Electric vehicle and control method thereof - Google Patents

Description

1330600 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 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。 φ 【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 6 1330600 孤，運到穩定車輛㈣的目的動料 個驅動輪並非疋各自獨立的控制系統，且此架構下 用傳統之傳動元件(如減速機、傳動軸、差速器等) 難以提升能源使用效率。 HONDA MOTOR c〇 LTD於日本專利

JP2_223G1A中揭露—種驅動輪之祕控制以防止驅動 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 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°/〇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 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面的條件下運轉。 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， 前轴之架構下仍需採用傳統之傳動元件（如減速機、傳動 7 1330600 轴、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 . DE102007029427A1中揭露可從電子輔助轉向的層面來提 升車輛的駕控穩定性，藉由馬達提供額外的轉向轴扭矩， 達到主動輔助駕控的目的。然而，此對於車辅動力的控制 則沒有貢獻。 综前所述，習知技藝仍以傳統的複雜傳動系統來控制 電動車輛的穩定性，使得沒有完全發揮動力輪各自驅動的 • 優勢，造成整體的能源使用效率仍無法進一步提升。細究 其因，便在於若是電動車輛之驅動輪都是各個獨立時，控 制器要計算出每個驅動輪的理論轉速，並分別給予適當的 動力。特別是在電動車輛轉彎時，若施予驅動輪的動力過 大或過小，便容易造成打滑、翻轉等失控現象。然而，現 行計算驅動輪理論轉速過於簡化而不夠精確，特別是在估 算電動車輛轉彎之瞬時迴轉中心過於簡略，往往與實際的 瞬時迴轉中心差異過大，進而造成整體計算上的嚴重誤差。 Φ 圖1為習知之一種電動車輛的示意圖，而圖示僅繪示 車輪間之關係。請參考圖〗，習知之電動車輛1〇〇乃為三 個車輪的結構，而此三個車輪分別為兩個左右對稱配置的 驅動輪ll〇a、110b與前方用於轉向之轉向輪120，且多個 感測單元130是分別配置於驅動輪110a、· 11 Ob與轉向輪 120上，並用於感測驅動輪110a、110b的轉速以及轉向輪 120的轉速與轉向角。 承接上述，驅動輪]l〇a、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 8 1330600 整輪内馬達的動力輸出以控制驅動輪ll〇a、110b的轉速， • 因此控制器可視為是電動車輛1〇〇的核心裝置。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100時，會 轉動方向盤（未繪示）帶動轉向輪120進行轉向，並腳踩踏 • 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11 、11 Ob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ll〇a、110b之理論轉速。若驅動輪110a、110b之 理論轉速不等於感測單元130所感測的驅動輪110a、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 鲁 速。 然而，當電動車輛1〇〇在過彎轉向時，驅動輪110a、 ' 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 9 1330600 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110a、110b 之理論轉速則可依據如下之公式計算得知： A Rr (1) K Rf (2) 其中叫為轉向輪120的轉速，而心、及、圪分別為轉向 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A，再除以驅動輪ll〇a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&，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、110b之理 論轉速《;、<，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，而是受到駕驶的操控，因此轉向輪 1330600 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、11 Ob無法轉向，因此習知技 . 藝僅能簡單將驅動輪ll〇a、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ββ亦會有很大的誤差（請參造式（】) 與式(2))。具體而言，瞬時迴轉中心C1其實僅由轉向輪120 • 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CM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ω;、<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。 • 【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 1330600 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 瞬時迴射心’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。 09 馮運上述或疋其他目的，本發明另提出一種電動車 ，，包括至少兩個驅動輪、自由輪、控制器以及多個感測 早兀。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*輪是依據該電動車輛之行進狀能 而具有轉速並適於轉向。感測單元適於感測驅動輪之： 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 :，而控制器透過計算驅動輪之轉速與自由輪之轉速以調 產驅動輪之動力源。 =達上述或是其他目的，本發明另提出—種電動車輛 叙二制方法，適於㈣電動車輛，而電動車減有兩個驅 轉向輪、自由輪以及控㈣，此電動車輛的控制方 下列步驟：輸人期望車速至控制器；感測轉向輪之 二、驅動輪之轉速以及自由輪之轉向角與轉速；以轉 η 向角與自由輪之轉向角決定電動車輛之瞬時迴轉 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。 ^上述或是其他目的’本發明另提出—種電動車輛 =制^法’適於控制電動車輛，而電動輕具有兩她 動輪、自由輪以及㈣n ’此電動車_控财法包括下 1330600 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5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 Φ 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 1330600 至少需包括兩個分別具有獨立動力源之驅動輪210a ' 210b。在本實施例中，電動車輛200之驅動輪210a、21Gb 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210a、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210a、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、210b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 常駕駛胃左右轉動方向盤（未綠示）而以機械連動裝 置帶動 μ 轉向’不過本發明並報定是以何種機構操控 。两G進行轉向。此外，自由輪⑽乃為惰輪並依 番I· 2動情况具有對應的轉速與轉向角。換句話說，當 輛2〇〇之^在ί進或轉向時’自由輪230便依據電動車 仃〃狀態而具有對應之轉速與轉向角。 電動：輛而言，轉向輪220是向左轉向約30度而使 電動車輛2〇〇得以左轉過蠻 200帶動而『“：二：且自由輪230疋被電動車輛 j择+、θ』 轉向約45度。當電動車輛2⑽不 同的速度或疋角度過彎時， 的轉速與轉向角。 自由輪⑽亦會對應具有不同 1330600 如此一來，本發明便可依據轉向輪220之轉向角搭配 • 自由輪230之轉向角以決定出電動車輛200之瞬時迴轉中 、 心C2。在本實施例中，瞬時迴轉中心C2可由自由輪230 轉向之法線方向D3與轉向輪220轉向之法線方向D2延伸 ,· 交會而得出。由於本發明增設可反應電動車輛200實際車 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遠比習知技藝之瞬 時迴轉中心C1(如圖1所示）來得精確，且更符合電動車輛 • 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之轉运 對應認定為電動車輛100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稀200 實際車況而自由即時調整，因此自由輪230之轉速更能精 確對應為電動車輛200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 • 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210a、21 Ob之轉速、轉向輪 220之轉向角、自由輪230之轉向角以及自由輪23 ϋ之轉 速，並將這些參數傳遞至控制器進行計算，其中這些感洌 單元240可分別配置於驅動輪210a、210b、轉向輪ί20與 15 1330600 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 . 會輸入期望車速至控制器。本發明會將自由輪230的轉速 對應換算當作電動車輛200的車速，並將駕駛輸入的期望 • 車速關連此自由輪230的轉速，以做為回饋調整電門量之 增益值。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 配前述期望車速關連自由輪230轉速之增益值以及驅動輪 • 210a、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210a、21Gb 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210a、210b之理論轉速進行 詳細的解說。 為求圖示清楚，圖2B乃以圖2 A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2A〜2B，在 本實施例中，為求對照習知技藝之電動車輛100說明，驅 • 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&.以 及自由輪230之轉速ω7.這些參數至控制器，因此這坚參數 可視為已知。此外，兩個驅動輪210a、21 Ob之間的間距w、 16 1330600 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η均 亦可視為已知，其中n = yl(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的間距心、/?7.如下： RT= L(C〇sSf、 (3) sin(i5r + δΊ·) R LcosS, ⑷ sin(^y + 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、21 Ob之理論轉速如下： R, —^cosa, R.丨' (5) -JLcosan Rr (6)

其中、尤分別為驅動輪210a、210b距離瞬時迴轉中 心C2的間距，而分別為驅動輪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 論轉速叫'等於自由輪230之轉速叫乘以驅動輪210a與瞬時 迴轉中心C2之間距，再除以自由輪230與瞬時迴轉中心 C2之間距/?.,，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之夾角的餘弦值；類似地，驅動斡 210b之理論轉速 < 等於自由輪230之轉速％乘以驅動輪 1330600 210b與瞬時迴轉中心C2之間距/?„，再除以自由輪230與 瞬時迴轉中心C2之間距尽，再乘以驅動輪210b瞬心切線 方向D5與電動車輛200直進方向D6之夾角的餘弦值。 在式（5)與式（6)中，間距/?,、尤與夾角《,、乃是依據幾 何關係而推導如下，於此便不再多做解說。

Ri — JR-γ + — 2.R-I ·η·cos ——8γ — φ\ (7) R„

Ry- -vrr - 2RT */?*cos r \ --0f + Φ 2 / ⑻

6 sin --δτ at = δτ - sin" (9) a,t δτ - sin" R. 6sin

R; (10) 其中沴= tan_l(w/26)。 附帶一提的是，在本實施例中，自由輪230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220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 18 1330600 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<仍可以瞬心方法求出 而如下所示：

前述實施例中主要是以習知三輪的電動車輛增設自由 φ 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 φ 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為基礎而標示多條辅助線與角度， 並略去部分標號。請同時參考圖3A〜3B，本實施例之電動 車輕包括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輔200(如圖2A〜2B所示）類 19 1330600 似，其差別僅在於省略轉向輪220的設置，而驅動輪310a、 - 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4、&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。 • 故以本實施例而言，驅動輪310a、31 Ob的中心位置A 便可做為驅動輪310a、310b共同的代表位置，且驅動輪 310a、310b的平均轉向角^便可代表驅動輪310a、310b 的共同轉向，其中（=(4 +4)/2。 類似前述，本實施例便是以自由輪230的轉向搭配驅 動輪310a、31 Ob的轉向角而決定瞬時迴轉中心C3。詳細 而言，從驅動輪310a、310b的中心位置A處以驅動輪 310a、310b平均轉向之法線方向D7延伸，當與自由輪230 # 轉向之法線方向D3延伸交會時便決定出瞬時迴轉中心 C3。 由於感測單元240會感測驅動輪310a、31 Ob的轉向角 4、驅動輪310a、310b的轉速、自由輪230的轉向角&以 及自由輪230的轉速叫，因此這些參數均可視為已知。此 外，，兩個驅動輪210a、210b之間的間距w、自由輪230 至中心位置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 1330600 而得，因此當驅動輪310a、31 Ob之平均轉向角t與自由輪 230之轉向角七為已知後，便可依據幾何關係而求出自由輪 230距離瞬時迴轉中心C3的間距如下： RT =b- cotS,+y [b · (cot^ 7-1) + y ] (12) 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％.分別推出驅動輪310a、310b之理論轉速 <y,'、< 如下：

A (13) R丨 R.r (14) 其中/?,、/?„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％乘以驅動輪310a與瞬時迴轉中心C3之間距 /?,，再除以自由輪230與瞬時迴轉中心C3之間距i?7.;類似 地，驅動輪310b之理論轉速等於自由輪230之轉速叫乘 以驅動輪310b與瞬時迴轉中心C3之間距圪，再除以自由 輪230與瞬時迴轉中心C3之間距/?,。 在式（13)與式（14)中，間距/?,、/?„乃是依據幾何關係而 推導如下：

Ri = sin^( .δτ ( b w π/2 sin $ 2 (15) ϋ„=」一 sin& δ! ( b 、 π/2 sin 2 (16) 值得注意的是，儘管驅動輪310a、31 Ob朝向瞬時迴轉 1330600 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 • 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。 φ 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、21 Ob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 1330600 另外，圖4B亦繪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、31 Ob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 • 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。 • 综上所述，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 1330600 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 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 1330600 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;、<、ω丨：理論轉速 ω7..轉速 、ft、rt、w :間距 心、4、么、心、t :轉向角 α,、:夾角

25

Claims (1)

1330600 _ 、 年7月la修正替換頁 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，依據該電動車韩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 0 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 1330600 97年7月 >曰修正替換頁 向之夾角的餘弦值。 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。

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 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。 27 1330600 _ ' 年7月> 曰修正替換頁 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。

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； 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 1330600 _ • 年7月'u日修正替換頁 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 動車輛直進方向之爽角的餘弦值。

Π.—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 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項所述之電動車輛的控制方 法，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t心。 19. 如申請專利範圍第17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 29 1330600 ^年7月曰修正替換頁 時迴轉中心之間距。