TWI462847B - Method of Recursive Path Planning for Electric Vehicles - Google Patents

Description

電動車遞迴式路徑規劃方法

本發明係有關於一種電動車充電系統，尤指一種配合電量剩餘里程規劃行駛路徑之電動車遞迴式路徑規劃方法。

按，在環保意識高漲的今日，尋找替代新能源成了刻不容緩的職責，儘管石油仍是目前最主要的動力能源，但在蘊藏量日漸枯竭，且石油及其相關產品對於環境生態造成嚴重污染的狀況下，發展替代新能源自然是大勢所趨，由於各種新能源的開發費用與設備費用難以符合經濟效益，例如風力、太陽能、地熱等替代能源皆仍需要政府的支持與補助，才能持續的投入開發，因此開發新能源的成果顯然是極為有限的，然而，習知汽車是使用汽油於引擎內進行燃燒而產生行駛動力，並會直接排放大量廢氣，是空氣污染與溫室效應的一大主凶，因此利用既有無污染之能源，成了退而求次的選擇，是故，電動車的推廣將是符合環保意識的趨勢，不論電動車之電力係透過何種方式取得，在電動車使用狀態下的污染程度最低為不爭的事實。

但詳觀上述習知結構不難發覺電動車於使用上尚存有些許不足之處，主要原因係歸如下：習知之電動車的行駛里程主要決定於電池之電量，由於電量受限於電池的體積與重量，在無法增加電量之情況下，電動車仍必需沿路尋找與停靠充電站進行充電，又該電量之估算並非如同汽油量呈線性遞減，且動態估算殘電量之準確度偏低，導致無法準確的計算出可行駛的里程，使得電動車最大的困擾是行駛過程中突然沒電，尤其是行駛過程中不知道充電站在何處，就算知道充電站的位置仍無法確定電動車是否能行駛到預定的充電站，將會讓駕駛人產生的嚴重的不安感，令駕駛人不敢選擇電動車為交通工具，此為本發明欲解決之技術問題點者。

有鑑於此，本發明人於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

本發明所欲解決之技術問題在於針對現有技術存在的上述缺失，提供一種電動車遞迴式路徑規劃方法，其方法步驟如下：

a、傳入狀態條件，該狀態條件包括有至少一起始位置、至少一終點位置、一電量剩餘里程及起始位置與終點位置之間的路徑距離；

b、以起始位置與終點位置的經緯度搜尋範圍內全數充電站；

c、逐一計算充電站至起始位置與終點位置之距離；

d、將不符合搜尋條件之充電站逐一過濾移除；

e、整合充電站清單並以最佳路徑條件規劃出至少一電動車行駛路徑；以及

f、當任一狀態條件改變時，執行步驟a至步驟e之迴圈以重新取得電動車行駛路徑。

本發明的主要目的在於，本發明在電動車行駛中能透過遞迴方式逐步串聯路徑上之充電站，並規劃產生多重路徑以提供駕駛選擇，藉此自動輔助尋找充電站，消除駕駛人對於電動車充電問題之不安感，俾以達到拓展電動車行程之目的。

本發明的次要目的在於，該後端監控系統具有更新與整合充電站資訊與車主資訊之功能，並以無線傳輸方式主動更新電動車之儲存資訊，並即時回報範圍內充電站之使用狀態，另由後端監控系統發送地標簡訊至車主手持行動裝置，令車主能直接查看地標簡訊內容或載入至導航系統中，藉此有效掌握即時狀況與同步更新充電站資訊，俾以提高其應用性。

其他目的、優點和本發明的新穎特性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。

為使　貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如后：先請由第1、2、3圖配合第4圖所示觀之，一種電動車遞迴式路徑規劃方法，其方法如下：步驟(a)、傳入狀態條件，該狀態條件包括有至少一起始位置(11)、至少一終點位置(12)、一電量剩餘里程(13)及起始位置(11)與終點位置(12)之間的路徑距離(14)，該起始位置(11)、終點位置(12)及路徑距離(14)皆為可改變座標(隨駕駛人設定與行駛位置而改變)，該起始位置(11)、終點位置(12)及起始位置(11)與終點位置(12)之間的路徑距離(14)係由全球衛星定位系統(Global Positioning System；GPS)所計算而得，該電量剩餘里程(13)是利用修正型剩餘里程估算法(21)取得；步驟(b)、以起始位置(11)與終點位置(12)的經緯度搜尋範圍內全數充電站(全數充電站包含A點至I點)；步驟(c)、逐一計算各充電站(A-I)至起始位置(11)與終點位置(12)之距離；步驟(d)、將不符合搜尋條件之充電站(A-I)逐一過濾移除，該搜尋條件係為充電站(A-I)與起始位置(11)之間距離超過電量剩餘里程(13)，進一步由第5圖說明，圖中充電站(I)至起始位置(11)的距離遠大於起始位置(11)至終點位置(12)間之距離，使得電量剩餘里程(13)無法支持電動車直接到達充電站(I)位置，因此為不適當之充電站(I)，由搜尋條件將其排除於充電站清單外，又該另一搜尋條件為充電站(A-I)與終點位置(12)距離較大於起始位置(11)與終點位置(12)間之距離，再請由第6圖所示，圖中充電站(F)與終點位置(12)距離係遠超過該起始位置(11)與終點位置(12)距離，使得電量剩餘里程(13)無法支持電動車由充電站(F)位置直接開至終點位置(12)，因此為不適當之充電站(F)，由搜尋條件將其排除於充電站清單外；步驟(e)、整合充電站清單並以最佳路徑條件規劃出至少一電動車行駛路徑，該最佳路徑條件係可為行程最短時間優先、行程最短距離優先、最少充電次數優先、最短充電時間優先及行車方向優先之其中一者進行選擇；以及步驟(f)、當任一狀態條件改變時，執行步驟a至步驟e之迴圈以重新取得電動車行駛路徑，另請參閱第7圖所示，當電動車行駛至充電站(A)時，由於起始位置(11)變更為充電站(A)位置，且路徑距離(14)隨著起始位置(11)進行更改，使本系統重新執行上述步驟a至步驟e，進而規劃出新起始位置(11)之最佳行駛路徑，同理，當終點位置(12)改變，亦或電量剩餘里程(13)因路況、車況、電池性能改變時，本系統亦會重新規劃適當之行駛路徑，即能透過遞迴方式逐步串聯路徑上之充電站(A-I)，並規劃產生多重路徑以提供駕駛選擇，藉此自動輔助尋找充電站(A-I)，消除駕駛人對於電動車充電問題之不安感，俾以達到拓展電動車行程之目的。

再進一步說明，復請由第3圖所示觀之，該修正型剩餘里程估算法(21)依據電池殘餘電量(SOC%)與已行駛距離所計算而得，並隨著電池殘餘電量(SOC%)之遞減持續進行修正，該修正型剩餘里程估算法(21)首先將已行駛距離(km)除以已行駛距離之電量消耗比例(%)，而取得單位距離耗電量(km/%)，最後由單位距離耗電量(km/%)乘於電池殘餘電量(SOC%)，而取得電量剩餘里程(13)(km)，其中，電量剩餘里程(km)即為殘餘電量(SOC%)可行駛之剩餘里程的簡稱，再進一步說明修正型剩餘里程估算法(21)之估算方式，請配合表一所示，為利用修正型剩餘里程估算法(21)以實際數據進行估算之舉例：

註：以此例而言，電動車消耗50%電量實際共行駛了95km，反之以一般剩餘里程方式估算，將得到50%電量可行駛125km的結果(50%乘以2.5km/%等於125km)。

再請參閱第8圖所示，該電池殘餘電量(SOC%)於電動車(31)啟動狀態時，利用庫倫檢測法(32)取得電池殘餘電量(33)，另於關閉狀態時，利用開路電壓估測法(34)取得電池修正電量(35)，並於滿足修正條件下使用電池修正電量(35)修正電池殘餘電量(33)，第一修正條件為電池充電中，第二修正條件為電池靜置適當時間，第三修正條件為該電池殘餘電量(33)不等於電池修正電量(35)，即透過開路電壓估測法(34)修正產生累積誤差之庫倫檢測法(32)，俾以提高庫倫檢測法(32)於動態量測之準確度，讓修正型剩餘里程估算法(21)利用電池殘餘電量(33)計算取得電量剩餘里程(13)，達到有效規劃行駛路徑之實用效果。

續請由第4圖所示觀之，本發明更包含有一預警系統(圖未標示)，於無設定終點位置(12)之情況下，當電量剩餘里程(13)(配合第3圖所示)小於預警門檻里程時，由預警系統主動提供所在位置範圍內之充電站(A-I)清單。

另請由第9圖所示觀之，本發明更包含有一後端監控系統(41)，該後端監控系統(41)具有更新與整合充電站資訊與車主資訊之功能，並以無線傳輸(42)方式主動更新電動車之儲存資訊，並即時回報範圍內充電站之使用狀態，又該後端監控系統(41)由車主資訊取得電動車所在位置與電量剩餘里程(13)(配合第3圖所示)，並透過充電站資料庫分析取得最短距離之充電站座標，進而由後端監控系統(41)將該充電站座標以地標簡訊(43)(GeoSMS)方式發送至車主之一手持行動裝置(44)，或供載入至一導航系統中，其中，該手持行動裝置(44)可為一智慧型手機、一PDA行動裝置；藉此可有效掌握即時狀況與同步更新充電站資訊，俾以提高其應用性。

綜上所述，本發明確實已達突破性之結構設計，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上之利用性與進步性，且本發明未見於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法相關法條之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

唯以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

本發明部份：

(a)~(f)．．．步驟

(11)．．．起始位置

(12)．．．終點位置

(13)．．．電量剩餘里程

(14)．．．路徑距離

(21)．．．修正型剩餘里程估算法

(31)．．．電動車

(32)．．．庫倫檢測法

(33)．．．電池殘餘電量

(34)．．．開路電壓估測法

(35)．．．電池修正電量

(41)．．．後端監控系統

(42)．．．無線傳輸

(43)．．．發送地標簡訊

(44)．．．手持行動裝置

第1圖：係本發明之規劃行駛路徑之流程圖。

第2圖：係本發明以搜尋條件移除充電站之流程圖。

第3圖：係本發明之修正型剩餘里程估算法之流程圖。

第4圖：係本發明之過濾範圍內全數充電站之示意圖。

第5圖：係本發明以搜尋條件移除充電站之示意圖(一)。

第6圖：係本發明以搜尋條件移除充電站之示意圖(二)。

第7圖：係本發明以新的起始位置更新行駛路徑之示意圖。

第8圖：係本發明之電池殘餘電量估算之流程圖。

第9圖：係本發明之後端監控系統之使用狀態流程圖。

(a)~(f)．．．步驟

Claims (8)

1. 一種電動車遞迴式路徑規劃方法，其方法如下：a、傳入狀態條件，該狀態條件包括有至少一起始位置、至少一終點位置、一電量剩餘里程及起始位置與終點位置之間的路徑距離，該電量剩餘里程是利用修正型剩餘里程估算法取得，又該修正型剩餘里程估算法係依據電池殘餘電量(SOC%)與已行駛距離所計算而得，並隨著電池殘餘電量(SOC%)之遞減持續進行修正，該修正型剩餘里程估算法首先將已行駛距離(km)除以已行駛距離之電量消耗比例(%)而取得單位距離耗電量(km/%)，最後由單位距離耗電量(km/%)乘於電池殘餘電量(SOC%)而取得電量剩餘里程(km)；b、以起始位置與終點位置的經緯度搜尋範圍內全數充電站；c、逐一計算各充電站至起始位置與終點位置之距離；d、將不符合搜尋條件之充電站逐一過濾移除；e、整合充電站清單並以最佳路徑條件規劃出至少一電動車行駛路徑；以及f、當任一狀態條件改變時，執行步驟a至步驟e之迴圈以重新取得電動車行駛路徑，即能透過遞迴方式逐步串聯路徑上之充電站，並規劃產生多重路徑以提供駕駛選擇，俾以達到拓展電動車行程之目的。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之電動車遞迴式路徑規劃方法，其中，該起始位置、終點位置及起始位置與終點位置之間 的路徑距離係由全球衛星定位系統(Global Positioning System；GPS)所計算而得。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之電動車遞迴式路徑規劃方法，其中，該電池殘餘電量(SOC%)於電動車啟動狀態時利用庫倫檢測法取得電池殘餘電量，另於關閉狀態時利用開路電壓估測法取得電池修正電量，並於滿足修正條件下使用電池修正電量修正電池殘餘電量，第一修正條件為電池充電中，第二修正條件為電池靜置適當時間，第三修正條件為該電池殘餘電量不等於電池修正電量，即透過開路電壓估測法修正產生累積誤差之庫倫檢測法。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之電動車遞迴式路徑規劃方法，其中，該搜尋條件為充電站與起始位置之間距離超過電量剩餘里程，以及充電站與終點位置距離較大於起始位置與終點位置間之距離者。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之電動車遞迴式路徑規劃方法，其中，該最佳路徑條件係由行程最短時間優先、行程最短距離優先、最少充電次數優先、最短充電時間優先及行車方向優之其中一者先進行選擇。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之電動車遞迴式路徑規劃方法，其中更包含有一預警系統，於無設定終點位置之情況下，當電量剩餘里程小於一預警門檻里程時，由預警系統主動提供所在位置範圍內之充電站清單。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之電動車遞迴式路徑規劃方法，其中更包含有一後端監控系統，該後端監控系統具有更新與整合充電站資訊與車主資訊之功能，並以無線傳輸方式主動更新電動車之儲存資訊，並即時回報範圍內充電站之使用狀態。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之電動車遞迴式路徑規劃方法，其中，該後端監控系統由車主資訊取得電動車所在位置與電量剩餘里程，並透過充電站資料庫分析取得最短距離之充電站座標，以由後端監控系統將該充電站座標以地標簡訊(GeoSMS)方式發送至車主之一手持行動裝置，或供載入至一導航系統中。