TWI619638B - Motor drive control device and electric auxiliary vehicle - Google Patents

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TWI619638B
TWI619638B TW103128695A TW103128695A TWI619638B TW I619638 B TWI619638 B TW I619638B TW 103128695 A TW103128695 A TW 103128695A TW 103128695 A TW103128695 A TW 103128695A TW I619638 B TWI619638 B TW I619638B
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Yasuo Hosaka
Kazuo Asanuma
Hirokazu Shirakawa
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

本發明之課題在於以適當之時序省電力化。
本馬達驅動控制裝置包括：(A)控制部，其控制馬達之驅動；及(B)指示部，其判斷踏板輸入轉矩是否超過根據踏板旋轉速度而設定之閾值，若踏板輸入轉矩為閾值以下，則進行使控制部抑制馬達之驅動之指示。較佳為，於踏板旋轉速度較小之情形時使用較小之閾值，於踏板旋轉速度較大之情形時使用較大之閾值。

Description

馬達驅動控制裝置及電動輔助車
本發明係關於一種電動輔助車中之馬達驅動控制技術。
電動輔助自行車等之電動馬達要求以1次充電儘可能地延長行駛距離。因此，若於微小之輸入轉矩之情形時進行不進行馬達驅動之控制則較為有效。因此，存在如下技術，即設置固定閾值，且於小於固定閾值之轉矩輸入持續固定時間以上之情形時停止馬達驅動。
然而，若單純採用上述技術，則即便於發動時或坡道之爬坡時等要求驅動力時，亦因踏板操作之波動，而產生於轉矩輸入變少之時間馬達驅動斷開之情況，從而導致驅動力不足。相對於此，藉由固定閾值採用較小之值而可避免該情況，但馬達驅動停止之時間減少。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平8-230751號公報
因此，本發明之目的在於，根據一形態而提供一種用以能以適當之時序省電力化之技術。
本發明之馬達驅動控制裝置包括：(A)控制部，其控制馬達之驅動；及(B)指示部，其判斷踏板輸入轉矩是否超過根據踏板旋轉速度 而設定之閾值，若踏板輸入轉矩為閾值以下，則進行使控制部抑制馬達之驅動之指示。
如此，若設定與表現於踏板旋轉速度之運轉狀況對應之適當之閾值，則能以適當之時序抑制馬達驅動，實現省電力化。例如，於踏板旋轉速度較小之情形時，若使用較小之閾值則於即便踏板旋轉速度較小亦較佳為存在馬達之輔助之情形時抑制馬達驅動之機會變少。又，於踏板旋轉速度較大之情形時，若使用較大之閾值則於出現某程度之車速之情形時馬達驅動抑制之頻率變高而實現省電力。
再者，亦存在抑制上述馬達之驅動之指示係使馬達之驅動停止之指示之情形。藉此，更加實現省電力化。
又，亦可為如上所述之指示部於踏板輸入轉矩超過閾值之情形時，於該閾值以上之特定範圍，以基於大於零且踏板輸入轉矩以下之轉矩進行馬達之驅動之方式對控制部進行指示。可抑制於踏板輸入轉矩超過閾值而變動時所施加之衝擊。
進而，亦可為如上所述之指示部若踏板旋轉速度未達第1值則使用第1閾值，若踏板旋轉速度大於第2值則使用較第1閾值大之第2閾值，若踏板旋轉速度為第1值以上且第2值以下，則使用對應於踏板旋轉速度與第1值之差之第1閾值與第2閾值之間之第3閾值。藉此，可設定適當之閾值。
又，亦可為如上所述之指示部於踏板輸入轉矩超過閾值之情形時，以基於與踏板輸入轉矩和閾值之差成正比例之踏板輸入轉矩以下之轉矩進行馬達之驅動之方式對控制部進行指示。若如此而行，則可進行與以自然之形式變化之轉矩輸入對應之馬達驅動。
再者，可製成用以使微處理器實施如上所述之處理之程式，該程式儲存於例如軟碟、CD-ROM(compact disc read only memory，緊密光碟-唯讀記憶體)等光碟、磁光碟、半導體記憶體(例如ROM(read only memory，唯讀記憶體))、硬碟等電腦可讀取之記憶媒體或記憶裝置。再者，關於處理中途之資料暫時保存於RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等記憶裝置。
根據一形態，以適當之時序實現省電力化。
1‧‧‧具有馬達之自行車
101‧‧‧二次電池
102‧‧‧馬達驅動控制器
103‧‧‧轉矩感測器
104‧‧‧踏板旋轉感測器
105‧‧‧馬達
106‧‧‧操作面板
1020‧‧‧控制器
1021‧‧‧運算部
1022‧‧‧踏板旋轉輸入部
1024‧‧‧車速輸入部
1025‧‧‧可變延遲電路
1026‧‧‧馬達驅動時序產生部
1027‧‧‧轉矩輸入部
1029‧‧‧AD輸入部
1030‧‧‧FET電橋
1201‧‧‧踏板旋轉速度計算部
1202‧‧‧指示部
1203‧‧‧輔助轉矩運算部
1204‧‧‧PWM編碼產生部
4501‧‧‧RAM
4503‧‧‧處理器
4507‧‧‧ROM
4515‧‧‧感測器群
4519‧‧‧匯流排
10211‧‧‧記憶體
圖1係表示具有馬達之自行車之外觀之圖。
圖2係馬達驅動控制器之功能方塊圖。
圖3係運算部之功能方塊圖。
圖4係表示踏板輸入轉矩與去除後轉矩之關係之一例之圖。
圖5係表示踏板輸入轉矩之閾值設定之圖。
圖6係表示踏板輸入轉矩與去除後轉矩之關係之另一例之圖。
圖7係表示指示部之處理內容之圖。
圖8係表示指示部之處理內容之圖。
圖9係表示利用微處理器實施之情形時之功能方塊圖。
圖1係表示本實施形態中之電動輔助車即具有馬達之自行車之一例之外觀圖。該具有馬達之自行車1搭載有馬達驅動裝置。馬達驅動裝置具有二次電池101、馬達驅動控制器102、轉矩感測器103、踏板旋轉感測器104、馬達105、及操作面板106。
二次電池101係例如供給最大電壓(滿充電時之電壓)為24V之鋰離子二次電池，但亦可為其他種類之電池，例如為鋰離子聚合物二次電池、鎳氫蓄電池等。
轉矩感測器103設置於安裝於曲柄軸之輪盤，檢測駕駛者之踏板踏力，並將該檢測結果輸出至馬達驅動控制器102。又，踏板旋轉感測器104與轉矩感測器103相同地設置於安裝於曲柄軸之輪盤，將與旋 轉對應之信號輸出至馬達驅動控制器102。
馬達105係例如眾所周知之三相直流無刷馬達，例如安裝於具有馬達之自行車1之前輪。馬達105使前輪旋轉，並且以轉子根據前輪之旋轉而旋轉之方式將轉子連結於前輪。進而，馬達105具備霍耳元件等旋轉感測器而將轉子之旋轉資訊(即霍耳信號)輸出至馬達驅動控制器102。
操作面板106例如自使用者受理與輔助之有無相關之指示輸入等，並將該指示輸入輸出至馬達驅動控制器102。又，亦存在操作面板106以外之機構將表示變速器之變速比(亦稱為齒輪比)之信號輸出至馬達驅動控制器102之情形。
圖2表示與該具有馬達之自行車1之馬達驅動控制器102相關聯之構成。馬達驅動控制器102具有控制器1020、及FET(Field Effect Transistor，場效電晶體)電橋1030。FET電橋1030包含：進行關於馬達105之U相之開關之高壓側FET(Suh)及低壓側FET(Sul)；進行關於馬達105之V相之開關之高壓側FET(Svh)及低壓側FET(Svl)；以及進行關於馬達105之W相之開關之高壓側FET(Swh)及低壓側FET(Swl)。該FET電橋1030構成互補型開關放大器之一部分。
又，控制器1020具有運算部1021、踏板旋轉輸入部1022、車速輸入部1024、可變延遲電路1025、馬達驅動時序產生部1026、轉矩輸入部1027、及AD(Analog Digital，類比數位)輸入部1029。
運算部1021使用來自操作面板106之輸入(例如接通/斷開等)、來自車速輸入部1024之輸入、來自踏板旋轉輸入部1022之輸入、來自轉矩輸入部1027之輸入、來自AD輸入部1029之輸入而進行以下所述之運算，並對馬達驅動時序產生部1026及可變延遲電路1025進行輸出。再者，運算部1021具有記憶體10211，記憶體10211儲存用於運算之各種資料及處理中途之資料等。進而，亦存在運算部1021係藉由處理器 執行程式而實現之情形，於該情形時亦存在該程式記錄於記憶體10211之情形。
車速輸入部1024根據馬達105所輸出之霍耳信號而計算當前車速，並輸出至運算部1021。踏板旋轉輸入部1022將來自踏板旋轉感測器104之表示踏板旋轉相位角等之信號數位化並輸出至運算部1021。轉矩輸入部1027將相當於來自轉矩感測器103之踏力之信號數位化並輸出至運算部1021。AD(Analog-Digital)輸入部1029將來自二次電池101之輸出電壓數位化並輸出至運算部1021。又，亦存在記憶體10211與運算部1021分開設置之情形。
運算部1021將進角值作為運算結果輸出至可變延遲電路1025。可變延遲電路1025基於自運算部1021接收之進角值而調整霍耳信號之相位並輸出至馬達驅動時序產生部1026。運算部1021將例如相當於PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)之占空比之PWM編碼作為運算結果輸出至馬達驅動時序產生部1026。馬達驅動時序產生部1026基於來自可變延遲電路1025之調整後之霍耳信號與來自運算部1021之PWM編碼，而產生對於包含於FET電橋1030之各FET之開關信號並輸出。
再者，關於馬達驅動之基本動作，記載於國際公開第WO2012/086459號說明書等，由於並非為本實施形態之主要部分，故而此處省略說明。
其次，圖3表示運算部1021之功能方塊圖。運算部1021具有踏板旋轉速度計算部1201、指示部1202、輔助轉矩運算部1203、及PWM編碼產生部1204。輔助轉矩運算部1203與PWM編碼產生部1204作為馬達驅動之控制部而動作。
踏板旋轉速度計算部1201根據來自踏板旋轉輸入部1022之踏板旋轉相位角等資料而計算踏板旋轉速度。再者，踏板旋轉速度計算部 1201為應對踏板操作之波動，亦可輸出藉由低通濾波器等濾波器而進行了平滑化之踏板旋轉速度。
指示部1202藉由根據踏板旋轉速度進行以下所述之處理而將停止指示、或進行相對於踏板輸入轉矩之低轉矩去除處理之結果即去除後轉矩輸出至輔助轉矩運算部1203。
輔助轉矩運算部1203根據來自指示部1202之停止指示，而對PWM編碼產生部1204輸出使馬達驅動停止之指示。PWM編碼產生部1204當自輔助轉矩運算部1203受理使馬達驅動停止之指示時，對馬達驅動時序產生部1026等輸出用以使馬達停止之信號。再者，輔助轉矩運算部1203亦可直接輸出使馬達停止之指示。
另一方面，當輔助轉矩運算部1203自指示部1202受理去除後轉矩時，基於例如去除後轉矩及來自車速輸入部1204之車速等而進行特定之運算，將與PWM之占空比相關之占空編碼輸出至PWM編碼產生部1204。關於該輔助轉矩運算部1203之運算，係如例如國際公開WO2012/086458號說明書等中詳細敍述之運算。若簡單敍述，則將踏板輸入轉矩按照特定之規則轉換為相當於占空比之第1占空編碼，將車速按照特定之規則轉換為相當於占空比之第2占空編碼，將第1及第2占空編碼相加，藉此計算應輸出至PWM編碼產生部1204之占空編碼。
其次，使用圖4至圖8對指示部1202等之處理內容進行說明。
首先，使用圖4至圖6對處理之概要進行說明。本實施形態中，於踏板旋轉速度為低速之情形時，亦存在為發動時或坡道之爬坡時之狀態之情形，故而即便於踏板輸入轉矩顯示較小之值之情形時，亦進行與該踏板輸入轉矩對應之馬達驅動，輔助發動或爬坡。即，無視踏板輸入轉矩而將用以使馬達驅動停止之閾值設定得較小。另一方面，於踏板旋轉速度為高速之情形時，車速亦充分上升，故而於踏板輸入 轉矩為較小之值之情形時無視該情況並使馬達驅動停止，藉此抑制電力消耗。
因此，以成為如圖4所示之踏板輸入轉矩與去除後轉矩之關係之方式進行控制。於圖4中，橫軸表示踏板輸入轉矩，縱軸表示去除後轉矩。於踏板旋轉速度為低速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T1。而且，如細線L1所示，於閾值T1以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動(此處為方便起見而設為去除後轉矩「0」)，於超過閾值T1之情形時，例如設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。再者，亦可並非使馬達驅動停止，而是變得較現狀之驅動量少。
於踏板旋轉速度為第1中速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T11。而且，如中線L2所示，於閾值T11以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動，於超過閾值T11之情形時，例如設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。
進而，於踏板旋轉速度為第2中速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T12。而且，如粗線L3所示，於閾值T12以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動，於超過閾值T12之情形時，例如設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。
而且，於踏板旋轉速度為高速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T2。而且，如極粗線L4所示，於閾值T2以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動，於超過閾值T2之情形時，例如設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。
閾值之設定例如以如圖5所示之形式進行。圖5之橫軸表示踏板旋轉速度，縱軸表示閾值。根據圖5可知，若踏板旋轉速度小於P1，則閾值固定為T1。另一方面，於踏板旋轉速度大於P2之情形時，閾值固定為T2。於踏板旋轉速度為P1以上且P2以下之範圍中，採用以 下所示之閾值。
閾值T=T1+(T2-T1)×(踏板旋轉速度-P1)/(P2-P1)
如此，關於踏板旋轉速度P1至P2之間，以與踏板旋轉速度-P1成正比例之形式決定閾值。
再者，圖4係用以說明閾值之變化、與踏板輸入轉矩及去除後轉矩之關係之圖，存在不佳之情形。即，若踏板輸入轉矩於閾值附近變動，則存在如下情形：頻繁切換馬達之停止與對應於踏板輸入轉矩之馬達驅動，或進行如對騎乘者施加衝擊之動作。因此，如圖6所示，若超過此時之閾值則並非立刻設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩，而是以根據踏板輸入轉矩之增加慢慢成為與踏板輸入轉矩相同之值之方式增加。
即，於踏板旋轉速度為低速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T1。而且，如細線R1所示，於閾值T1以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動(此處為方便起見而設為去除後轉矩「0」)，於超過閾值T1之情形時，與踏板輸入轉矩-T1成正比例而使去除後轉矩增加，若成為去除後轉矩=踏板輸入轉矩，則設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。
於踏板旋轉速度為第1中速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T11。而且，如中線R2所示，於閾值T11以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動，於超過閾值T11之情形時，與踏板輸入轉矩-T11成正比例而使去除後轉矩增加，若成為去除後轉矩=踏板輸入轉矩，則設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。
進而，於踏板旋轉速度為第2中速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T12。而且，如粗線R3所示，於閾值T12以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動，與踏板輸入轉矩-T12成正比例而使去除後轉矩增加，若成為去除後轉矩=踏板輸入轉矩，則設為去除後轉矩 =踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。
而且，於踏板旋轉速度為高速之情形時，採用踏板輸入轉矩之閾值T2。而且，如極粗線R4所示，於閾值T2以下之踏板輸入轉矩之情形時，停止馬達驅動，於超過閾值T2之情形時，與踏板輸入轉矩-T2成正比例而使去除後轉矩增加，若成為去除後轉矩=踏板輸入轉矩，則設為去除後轉矩=踏板輸入轉矩並將去除後轉矩輸出。
若踏板輸入轉矩為閾值以上，則表示為去除後轉矩=min{踏板輸入轉矩，(踏板輸入轉矩-閾值)×比例係數}。min{A，B}表示輸出A與B中較小者之函數。
再者，亦可並非計算與(踏板輸入轉矩-閾值)成正比例之去除後轉矩，而是採用其他形狀之曲線。
其次，使用圖7及圖8對指示部1202之處理內容進行說明。
指示部1202判斷踏板輸入轉矩是否超過0(步驟S1)。於踏板輸入轉矩為0之情形時，本實施形態中使馬達驅動停止，處理經由端子A轉移至圖8之處理。
另一方面，於踏板輸入轉矩超過0之情形時，判斷踏板旋轉速度是否小於踏板旋轉速度之閾值P1(步驟S3)。於踏板旋轉速度小於閾值P1之情形時，指示部1202將踏板輸入轉矩之閾值設定為預先規定之閾值之下限值T1(步驟S5)。然後，處理轉移至步驟S13。
另一方面，若踏板旋轉速度為P1以上，則指示部1202判斷踏板旋轉速度是否大於P2(步驟S7)。於踏板旋轉速度大於P2之情形時，指示部1202將踏板輸入轉矩之閾值設定為預先規定之閾值之上限值T2(步驟S9)。然後，處理轉移至步驟S13。
另一方面，若踏板旋轉速度為P2以下，則指示部1202根據踏板旋轉速度而設定踏板輸入轉矩之閾值(步驟S11)。上述之例中如圖5所示。然後，處理轉移至步驟S13。
然後，指示部1202判斷踏板輸入轉矩是否大於閾值(步驟S13)。若踏板輸入轉矩為閾值以下，則處理經由端子A轉移至圖8之處理。另一方面，於踏板輸入轉矩大於閾值之情形時，處理經由端子B轉移至圖8之處理。
於端子A之後，指示部1202將馬達驅動之停止輸出至輔助轉矩運算部1203(步驟S19)。再者，亦存在指示並非馬達驅動之停止而為馬達驅動之抑制之情形。此係因為若可削減馬達驅動量則實現省電力化。然後，處理轉移至步驟S21。
又，於端子B之後，指示部1202根據踏板輸入轉矩而計算去除後轉矩(步驟S15)。如圖4所示，亦可為去除後轉矩=踏板輸入轉矩。但，亦可對踏板輸入轉矩乘以係數或進行相加運算。又，如圖6所示，於閾值以上之特定範圍，計算大於零且踏板輸入轉矩以下之與(踏板輸入轉矩-閾值)對應之去除後轉矩。特定之範圍根據所使用之函數而決定。圖6之例中，不僅與(踏板輸入轉矩-閾值)成正比例，亦可為其他函數。進而，即便於使用比例係數之情形時，例如亦可根據(踏板輸入轉矩-閾值)使用比例係數。
然後，輔助轉矩運算部1203基於來自指示部1202之去除後轉矩及車速等而進行特定之運算，將與PWM之占空比相關之占空編碼輸出至PWM編碼產生部1204。又，PWM編碼產生部1204對占空編碼乘以來自AD輸入部1029之電池電壓/基準電壓(例如24V)而產生PWM編碼，輸出至馬達驅動時序產生部1026。如此一來，控制馬達驅動(步驟S17)。
然後，指示部1202判斷是否已指示電源斷開等處理結束(步驟S21)。於未指示處理結束之情形時，處理經由端子C返回至步驟S1。另一方面，若指示處理結束，則結束處理。
藉由執行如此之處理，而於踏板旋轉速度為低速之情形時將踏 板輸入轉矩之閾值抑制得較低，即便於在發動時或坡道之爬坡時之狀態下踏板輸入轉矩顯示較小之值之情形時，亦進行與該踏板輸入轉矩對應之馬達驅動，可輔助發動或爬坡。
另一方面，於踏板旋轉速度為高速之情形時，車速亦充分上升，故而於踏板輸入轉矩為較小之值之情形時無視該情況而使馬達驅動停止，藉此可抑制電力消耗。
以上對本發明之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於此。例如，上述之功能方塊圖係為了方便說明而進行功能方塊劃分，實際之電路構成亦存在不同之情形，於以程式實現之情形時，亦存在與程式模組構成不一致之情形。進而，實現上述功能之具體性的運算方法存在複數種，亦可採用任一者。
又，既存在馬達驅動控制器102之一部分或全部以專用之電路實現之情形，亦存在藉由微處理器執行程式而實現如上所述之功能之情形。
於該情形時，馬達驅動控制器102如圖9所示，利用匯流排4519將RAM(Random Access Memory)4501、處理器4503、ROM(Read Only Memory)4507及感測器群4515連接。用以實施本實施形態中之處理之程式及於存在之情形時操作系統(OS：Operating System)儲存於ROM4507，於藉由處理器4503而執行時自ROM4507讀出至RAM4501。再者，ROM4507亦記錄閾值以外之參數，如此之參數亦被讀出。處理器4503控制上述感測器群4515而取得測定值。又，關於處理中途之資料，儲存於RAM4501。再者，處理器4503亦存在包含ROM4507之情形，進而，亦存在包含RAM4501之情形。本技術之實施形態中，亦存在用以實施上述處理之控制程式儲存於電腦可讀取之可移式磁碟並發佈，且藉由ROM寫入器而寫入至ROM4507之情形。如此之電腦裝置藉由上述處理器4503、RAM4501、ROM4507等之硬 體與程式(根據情形亦為OS)有機地協動，而實現如上所述之各種功能。

Claims (7)

  1. 一種馬達驅動控制裝置，其包括：控制部，其控制馬達之驅動；及指示部，其判斷踏板輸入轉矩是否超過根據踏板旋轉速度而設定之閾值，若上述踏板輸入轉矩為上述閾值以下，則進行使上述控制部抑制上述馬達之驅動之指示。
  2. 如請求項1之馬達驅動控制裝置，其中抑制上述馬達之驅動之指示係使上述馬達之驅動停止之指示。
  3. 如請求項1或2之馬達驅動控制裝置，其中上述指示部，於上述踏板輸入轉矩超過上述閾值之情形時，於該閾值以上之特定範圍，以基於大於零且上述踏板輸入轉矩以下之轉矩進行上述馬達之驅動之方式對上述控制部進行指示。
  4. 如請求項1或2之馬達驅動控制裝置，其中上述指示部，若上述踏板旋轉速度未達第1值則使用第1閾值，若上述踏板旋轉速度大於第2值則使用大於上述第1閾值之第2閾值，若上述踏板旋轉速度為上述第1值以上且上述第2值以下，則使用對應於上述踏板旋轉速度與上述第1值之差之上述第1閾值與上述第2閾值之間之第3閾值。
  5. 如請求項3之馬達驅動控制裝置，其中上述指示部，若上述踏板旋轉速度未達第1值則使用第1閾值，若上述踏板旋轉速度大於第2值則使用大於上述第1閾值之第2閾值，若上述踏板旋轉速度為上述第1值以上且上述第2值以下，則使用對應於上述踏板旋轉速度與上述第1值之差之上述第1閾值 與上述第2閾值之間之第3閾值。
  6. 如請求項3之馬達驅動控制裝置，其中上述指示部，於上述踏板輸入轉矩超過上述閾值之情形時，以基於與上述踏板輸入轉矩和上述閾值之差成正比例之上述踏板輸入轉矩以下之轉矩進行上述馬達之驅動之方式對上述控制部進行指示。
  7. 一種電動輔助車，其具有如請求項1至6中任一項之馬達驅動控制裝置。
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