TWI726690B

TWI726690B - 用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法

Info

Publication number: TWI726690B
Application number: TW109113190A
Authority: TW
Inventors: 潘冠佑; 甯攸威
Original assignee: 三陽工業股份有限公司
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2021-05-01
Also published as: TW202140299A

Abstract

本發明係有關於一種用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，該電動車輛包括一控制器、一電池以及一馬達，控制器包括一運算裝置、一電流感測器以及一計時器，分別電連接電池以及馬達，馬達裝設有一馬達相位角度偵測裝置，用以回傳馬達角度訊號至控制器。其中，藉由偵測流至馬達之相電流及本發明堵轉邏輯之判斷，可有效防止電動車輛堵轉時因持續的過大電流及溫升造成控制器、馬達或連接線的損壞，並藉由堵轉保護復歸之條件，可排除大電流或前述堵轉問題，可直接進行保護復歸，以利再次進行驅動與騎乘。

Description

用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法

本發明係關於一種用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，尤指一種適用於防輪胎卡死之堵轉判斷與保護方法。

一般電動機車，若因外力或其他原因使前輪或後輪卡住無法前進時，且仍有油門命令使馬達經由傳動系統帶動後輪轉動，當馬達對輪胎施加前進扭矩，但因輪胎卡住無法前進、馬達持續通電出力，此時馬達轉速接近0RPM，處於效率較差的區域，容易使馬達與控制器溫度快速上升，尤其是馬達/控制器之相電流越大時，發熱量越高(因公式功率W=I ²*R)。

常見之習知技術，其做法為計算油門開度、堵轉時間以及馬達轉速資訊來進行堵轉判斷。然而，習知堵轉保護方式為切斷電池與控制器的電力開關，只能重新解鎖送電才能再行駛，故無法以簡易的方式達到堵轉保護復歸之效果，且堵轉保護的門檻較難進行變更，在使用彈性及便利性都受到極大的限制。

發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可以解決上述問題之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，藉由堵轉邏輯之判斷，可防止電動車輛堵轉時因持續的過大電流及溫升造成控制器、馬達或連接線的損壞，並藉由堵轉保護復歸之條件，可排除大電流或前述堵轉問題，可直接進行保護復歸，以利再次進行驅動與騎乘。

為達成上述目的，本發明建構出一種用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，該電動車輛包括有一控制器、一電池以及一馬達，控制器包括一運算裝置、一電流感測器以及一計時器，分別電連接電池以及馬達，馬達裝設有一馬達相位角度偵測裝置，用以回傳馬達角度訊號至控制器，其中，堵轉判斷與保護方法包含下列步驟： (A)電動車輛處於待命狀態，執行步驟(B)； (B)判斷控制器是否接收到油門訊號，若是則執行步驟(C)，若否則重複執行步驟(B)； (C)馬達進入驅動狀態，判斷馬達轉速是否超過一特定轉速，若否則執行步驟(D)，若是則回到步驟(B)； (D)判斷流至馬達之相電流是否超過一高電流設定值，若否則執行步驟(E)，若是則執行步驟(D1)； (D1)運算裝置以一高權重值加計於權重累加計數，並執行步驟(G)； (E)判斷流至馬達之相電流是否超過一中電流設定值，若否則執行步驟(F)，若是則執行步驟(E1)； (E1)運算裝置以一中權重值加計於權重累加計數，並執行步驟(G)； (F)判斷流至馬達之相電流是否超過一低電流設定值，若否則執行步驟(F2)，若是則執行步驟(F1)； (F1)運算裝置以一低權重值加計於權重累加計數，並執行步驟(G)； (F2)將權重累加計數扣除高權重值，並回到步驟(B)； (G)判斷權重累加計數是否超過一特定計數值，若是則執行步驟(H)，若否則回到步驟(B)；以及 (H)進行堵轉保護。

藉由上述設計，本發明用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法可分段偵測馬達電流，使其堵轉時可延長驅動時間，不至於馬上進入堵轉保護，且控制器執行停止驅動進入堵轉保護後，可經堵轉保護復歸判斷再重新驅動，不需增加開關等硬體成本，亦不需重新關電再開電才能再驅動與騎乘。

上述步驟(H)後更包括一步驟(I)在電動車輛處於堵轉保護下，判斷控制器是否未接收到油門訊號，若是則執行步驟(J)，若否則重複執行步驟(I)；步驟(J)判斷權重累加計數扣除高權重值是否小於或等於0，若是則執行步驟(K)，若否則回到步驟(I)；以及步驟(K)解除堵轉保護，並回到待命狀態。藉此，本發明可透過堵轉保護復歸之條件判斷，簡易排除上述堵轉問題，以利再次進行驅動與騎乘。

上述堵轉保護可為停止馬達驅動、降低馬達的驅動力或降低馬達的驅動電流。藉此，透過本發明堵轉保護機制可使溫升幅度下降，有效避免控制器或馬達受損，增進電動車輛的使用年限。

上述馬達之相電流之計算方式可將三相電流取絕對值最高的電流、取絕對值相加、取平均值或取最大有效值之方式計算出電流值。藉此，透過上述計算方式可取得堵轉保護所需之偵測電流，以利堵轉邏輯之判斷。

上述特定轉速可為100RPM。藉此，透過特定轉速判斷馬達是否正常運作或處於堵轉狀態，作為是否啟動堵轉保護之初步判斷依據。

上述該高電流設定值可為190A，上述中電流設定值可為120A，上述低電流設定值可為90A。藉此，透過定義出確切之電流門檻值，使在不同的電流設定值下皆有對應之權重累加計數。

上述高權重值可為+5/毫秒，該中權重值可為+3/毫秒，該低權重值可為+2/毫秒。藉此，透過定義出確切之權重累加計數，使在不同的電流設定值下對應至不同計數基準。

上述馬達相位角度偵測裝置可為霍爾感測器、編碼器或截角器。藉此，可偵測當下馬達相位，並將馬達相位資訊送至控制器，進而透過馬達相位差異與時間差計算出馬達的即時轉速。

上述電動車輛可更包括一儀表，電連接控制器；上述控制器可送出一訊號至儀表，該訊號可透過類比訊號或控制器區域網路進行傳遞。藉此，透過儀表的設置，可將堵轉或解除堵轉之訊息由儀表所顯示，提醒使用者須注意以上情況。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

請參閱圖1，係本發明一較佳實施例之電動車輛之系統架構圖。圖中出示一種可使用本發明堵轉判斷與保護方法之電動車輛1，在本實施例中，電動車輛1包括有一控制器2、一電池3、一馬達4以及一儀表5，控制器2包括一運算裝置21、一電流感測器22以及一計時器23，該計時器23亦可設置於運算裝置21中，控制器2分別電連接電池3及馬達4，並可接收來自一油門把手7之油門訊號，作為後述判斷使用者是否進行加速之依據，其中，運算裝置21用以處理整車之控制邏輯與馬達之供電輸出，電流感測器22用以偵測即時的相電流變化，計時器23可統計時間間隔以計算堵轉時間，儀表5電連接控制器2，可接收由控制器2送出之訊號，該訊號可透過類比訊號或控制器區域網路(Controller Area Network, CAN bus)等方式進行傳遞，藉以將堵轉或解除堵轉之訊息由儀表5所顯示，提醒使用者須注意以上情況。此外，馬達4裝設有一馬達相位角度偵測裝置41並將動力傳輸至一車輪6，用以回傳馬達角度訊號至該控制器2，進而透過馬達4的相位差異與時間差計算出馬達4即時轉速。在本實施例中，所述馬達相位角度偵測裝置41係為霍爾感測器、編碼器或截角器，藉以偵測當下馬達4相位，並將馬達4相位資訊送至控制器2，進而透過馬達相位差異與時間差計算出馬達4的即時轉速。

請一併參閱圖2，係本發明一較佳實施例之堵轉判斷與保護方法之流程圖。如圖所示，堵轉判斷與保護方法包含下列步驟：步驟(A)電動車輛1處於待命狀態，執行步驟(B)。步驟(B)判斷控制器2是否接收到油門訊號，若是則執行步驟(C)，若否則重複執行步驟(B)，此步驟係用以判斷使用者是否正操作油門手把7使控制器2對馬達4供電。步驟(C)馬達4進入驅動狀態，判斷馬達4轉速是否超過一特定轉速，若否則執行步驟(D)，若是則回到步驟(B)，此步驟係用以判斷馬達轉速是否如預期上升，若未超過一設計之特定轉速，即開始進入堵轉邏輯之判斷，在本實施例中，所述特定轉速係為100RPM，但不以此為限，亦可為其他的轉速值。

在進入堵轉邏輯之判斷下，將持續對馬達4之相電流進行偵測，計時器23開始計算堵轉狀態之累加時間，其中，馬達4之相電流之計算方式係將三相電流取絕對值最高的電流、取絕對值相加、取平均值或取最大有效值之方式計算出電流值，藉以取得堵轉保護所需之偵測電流，作為堵轉邏輯之判斷依據。

步驟(D)判斷流至馬達4之相電流是否超過一高電流設定值，若否則執行步驟(E)，若是則執行步驟(D1)，在本實施例中，高電流設定值係為190A，但不以此為限，亦可為其他的電流值。步驟(D1)運算裝置21以一高權重值加計於一權重累加計數，並執行步驟(G)，在本實施例中，高權重值係為+5/毫秒。步驟(E)判斷流至馬達4之相電流是否超過一中電流設定值，若否則執行步驟(F)，若是則執行步驟(E1)，在本實施例中，中電流設定值係為120A，但不以此為限，亦可為其他的電流值。步驟(E1)運算裝置21以一中權重值加計於一權重累加計數，並執行步驟(G)，在本實施例中，中權重值係為+3/毫秒。步驟(F)判斷流至馬達4之相電流是否超過一低電流設定值，若否則執行步驟(F2)，若是則執行步驟(F1)，在本實施例中，低電流設定值係為90A，但不以此為限，亦可為其他的電流值。步驟(F1)運算裝置21以一低權重值加計於一權重累加計數，並執行步驟(G)，在本實施例中，低權重值係為+2/毫秒。步驟(F2)將權重累加計數扣除高權重值，並回到步驟(B)。其中，所述電流設定值並不以上述三種(高電流設定值、中電流設定值及低電流設定值)為限，若有多種相電流設定值則以此類推，可調整所需之判斷步驟。

接著，步驟(G)判斷該權重累加計數是否超過一特定計數值，若是則執行步驟(H)，若否則回到步驟(B)；步驟(H)進行堵轉保護。在本實施例中，所述特定計數值係為30000，但不以此為限，亦可為其他的特定計數值。因此，當馬達之相電流持續超過高電流設定值，使權重累加計數=5×6000=30000時，亦即當權重累加計數經過6秒達到特定計數值後，將進行堵轉保護；當馬達之相電流持續超過中電流設定值且未超過高電流設定值，使權重累加計數=3×10000=30000時，亦即當權重累加計數經過10秒達到特定計數值後，將進行堵轉保護；當馬達之相電流持續超過低電流設定值且未超過中電流設定值，使權重累加計數=2×150000=30000時，亦即當權重累加計數經過15秒達到特定計數值後，將進行堵轉保護。或者，所述馬達之相電流亦可呈現浮動狀態，權重累加計數係為經高權重值、中權重值或低權重值計算後之加總。例如，當馬達之相電流超過高電流設定值3.4秒，使部分權重累加計數=5×3400=17000，且馬達之相電流超過中電流設定值且未超過高電流設定值1秒，使部分權重累加計數=3×1000=3000，且馬達之相電流超過低電流設定值且未超過中電流設定值5秒，使部分權重累加計數=2×5000=10000。亦即，在上述情況下權重累加計數總共經過9.4秒達到特定計數值17000+3000+10000=30000後，將進行堵轉保護，其中，所述堵轉保護係為停止馬達4驅動、降低馬達4的驅動力或降低馬達4的驅動電流。藉此，透過本發明堵轉保護機制可使溫升幅度下降，有效避免控制器或馬達受損，增進電動車輛的使用年限。綜上所述，本發明可依照不同電流大小產生不同發熱量來進行保護，並可使控制器操作於小電流的堵轉保護時間延長，避免使用者操作於輕負載時(發熱量不高)太容易進入堵轉保護，但輕負載的堵轉時間若過久，累積發熱量升高仍要進行堵轉保護。

再者，請參閱圖3，係本發明一較佳實施例之堵轉判斷與保護方法之解除堵轉保護步驟之流程圖。如圖所示，當電動車輛已進入步驟(H)進行堵轉保護時，可根據下列步驟進行堵轉保護之復歸：步驟(I)在電動車輛處於堵轉保護下，判斷控制器2是否未接收到油門訊號，若是則執行步驟(J)，若否則重複執行步驟(I)，若要解除堵轉保護之首要條件是：使用者是否已不再操作油門把手，使控制器2未接收到油門訊號。接著，步驟(J)判斷該權重累加計數扣除高權重值是否小於或等於0，若是則執行步驟(K)，若否則回到步驟(I)。步驟(K)解除堵轉保護，並回到待命狀態。其中，所述已累積的權重累加計數將減去高權重值，當權重累加計數減到0為止，或最終結果為負數時，使之視為0，即可解除保護，並解除控制器2傳送至儀表的通知堵轉訊號，重新再加油門使馬達驅動。此外，堵轉保護復歸的條件亦可簡單設定一時間計數，當控制器2未接收到油門訊號經過一特定時間後，即可解除保護，重新再加油門使馬達驅動。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1:電動車輛 2:控制器 21:運算裝置 22:電流感測器 23:計時器 3:電池 4:馬達 41:馬達相位角度偵測裝置 5:儀表 6:車輪 7:油門把手 A-K:步驟

圖1係本發明一較佳實施例之電動車輛之系統架構圖。圖2係本發明一較佳實施例之堵轉判斷與保護方法之流程圖。圖3係本發明一較佳實施例之堵轉判斷與保護方法之解除堵轉保護步驟之流程圖。

A-H:步驟

Claims

一種用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，該電動車輛包括有一控制器、一電池以及一馬達，該控制器包括一運算裝置、一電流感測器以及一計時器，分別電連接該電池以及該馬達，該馬達裝設有一馬達相位角度偵測裝置，用以回傳馬達角度訊號至該控制器，其中，該堵轉判斷與保護方法包含下列步驟：(A)該電動車輛處於待命狀態，執行步驟(B)；(B)判斷該控制器是否接收到油門訊號，若是則執行步驟(C)，若否則重複執行步驟(B)；(C)該馬達進入驅動狀態，判斷該馬達轉速是否超過一特定轉速，若否則執行步驟(D)，若是則回到步驟(B)；(D)判斷流至該馬達之相電流是否超過一高電流設定值，若否則執行步驟(E)，若是則執行步驟(D1)；(D1)該運算裝置以一高權重值加計於一權重累加計數，並執行步驟(G)；(E)判斷流至該馬達之相電流是否超過一中電流設定值，若否則執行步驟(F)，若是則執行步驟(E1)；(E1)該運算裝置以一中權重值加計於一權重累加計數，並執行步驟(G)；(F)判斷流至該馬達之相電流是否超過一低電流設定值，若否則執行步驟(F2)，若是則執行步驟(F1)；(F1)該運算裝置以一低權重值加計於權重累加計數，並執行步驟(G)；(F2)將該權重累加計數扣除該高權重值，並回到步驟(B)； (G)判斷該權重累加計數是否超過一特定計數值，若是則執行步驟(H)，若否則回到步驟(B)；(H)進行堵轉保護；(I)在該電動車輛處於堵轉保護下，判斷該控制器是否未接收到油門訊號，若是則執行步驟(J)，若否則重複執行步驟(I)；(J)判斷該權重累加計數扣除該高權重值是否小於或等於0，若是則執行步驟(K)，若否則回到步驟(I)；以及(K)解除堵轉保護，並回到待命狀態。
如請求項1所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該堵轉保護係為停止該馬達驅動、降低該馬達的驅動力或降低該馬達的驅動電流。
如請求項1所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該馬達之相電流之計算方式係將三相電流取絕對值最高的電流、取絕對值相加、取平均值或取最大有效值之方式計算出電流值。
如請求項1所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該特定轉速係為100RPM。
如請求項1所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該高電流設定值係為190A，該中電流設定值係為120A，該低電流設定值係為90A。
如請求項1所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該高權重值係為+5/毫秒，該中權重值係為+3/毫秒，該低權重值係為+2/毫秒。
如請求項1所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該馬達相位角度偵測裝置係為霍爾感測器、編碼器或截角器。
如請求項1所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該電動車輛更包括一儀表，電連接該控制器。
如請求項8所述之用於電動車輛之堵轉判斷與保護方法，其中，該控制器係送出一訊號至該儀表，該訊號係透過類比訊號或控制器區域網路進行傳遞。