TWI776508B - 電動模型車之煞車控制系統 - Google Patents

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TWI776508B
TWI776508B TW110117359A TW110117359A TWI776508B TW I776508 B TWI776508 B TW I776508B TW 110117359 A TW110117359 A TW 110117359A TW 110117359 A TW110117359 A TW 110117359A TW I776508 B TWI776508 B TW I776508B
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李振興
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崑山科技大學
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  • Braking Systems And Boosters (AREA)
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Abstract

本發明係有關於一種電動模型車之煞車控制系統，其主要係在車體行進過程中，不僅可利用被動式煞車控制該車體停止移動，且同時使用主動式剎車令控制單元對直流馬達輸入反向飽和電壓，直到車體之車輪煞停為止，進而縮短煞停時間及距離，提高煞車效能，讓車體在操控移動過程中更具便利性，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

Description

電動模型車之煞車控制系統
本發明係有關於一種電動模型車之煞車控制系統，尤其是指一種在車體行進過程中，不僅可利用被動式煞車控制該車體停止移動，且同時使用主動式剎車令控制單元對直流馬達輸入反向飽和電壓，直到車體之車輪煞停為止，進而縮短煞停時間及距離，提高煞車效能，讓車體在操控移動過程中更具便利性，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
按，各式的電動模型車、遙控車由於可供人們享受操控性、速度感等，使得其廣為受到人們歡迎，不論是大人或小孩皆熱愛各類型的電動模型車、遙控車，也常可於各種空地、專用場地上見到相關愛好者操控著各式的電動模型車、遙控車進行奔馳、競速。
其中，現有一般之電動模型車、遙控車在結構設計上，其皆係於車體內設有直流馬達，且於該直流馬達之出力軸設置有齒輪組，利用該齒輪組帶動設置在車輪間的輪軸轉動，使得當輸入正向電壓時，車輪即可正向轉動，於當輸入負向電壓時，車輪即會反向轉動，以能控制該電動模型車、遙控車進行前進或後退移動，並於輸入電壓越大時，該直流馬達轉速越快，相對即令該電動模型車、遙控車移動速度更快。
然而，上述各類電動模型車、遙控車等，雖可達到藉由直流馬達控制其前進或後退移動之預期功效，但也在其實際施行操作使用過程中發現，該類電動模型車、遙控車等僅能單純進行轉向控制及加速移動控制，其並無法控制該類電動模型車、遙控車等進行剎車動作，造成其在操控過程中的極大不便，致令其在整體結構設計上仍存在有改進之空間。
緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構及缺失再予以研究改良，提供一種電動模型車之煞車控制系統，以期達到更佳實用價值性之目的者。
本發明之主要目的在於提供一種電動模型車之煞車控制系統，其主要係在車體行進過程中，不僅可利用被動式煞車控制該車體停止移動，且同時使用主動式剎車令控制單元對直流馬達輸入反向飽和電壓，直到車體之車輪煞停為止，進而縮短煞停時間及距離，提高煞車效能，讓車體在操控移動過程中更具便利性，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：
首先，請參閱第一圖本發明之立體結構示意圖及第二圖本發明之側視結構示意圖所示，本發明係包括有車體(1)、控制單元(2)、直流馬達(3)及煞車動力源(4)；其中：
該車體(1)，其於兩側設有相對應之車輪(11)，且於兩該車輪(11)之間以輪軸(12)進行樞設連結，於該輪軸(12)上設有傳動齒輪(121)，另於該輪軸(12)上亦設有置有被動煞車件(13)。
該控制單元(2)，其設置於該車體(1)內，令該控制單元(2)分別與該直流馬達(3)及該煞車動力源(4)電性連接，以讓該控制單元(2)能分別控制該直流馬達(3)及該煞車動力源(4)作動。
該直流馬達(3)，其設置於該車體(1)內，於該直流馬達(3)輸出端對應該輪軸(12)上之該傳動齒輪(121)設有相嚙合之齒輪組(31)，以令該直流馬達(3)透過該齒輪組(31)控制該車體(1)之該輪軸(12)帶動該車輪(11)轉動與否。
該煞車動力源(4)，其設置於該車體(1)內，於該煞車動力源(4)對應該車體(1)之該輪軸(12)上的該被動煞車件(13)設置有煞車壓掣桿(41)，於該煞車壓掣桿(41)表面設置有煞車皮(411)。
如此一來，使得本發明於操作使用上，其係令該控制單元(2)控制該直流馬達(3)作動，以讓該直流馬達(3)透過該齒輪組(31)控制該車體(1)之該輪軸(12)帶動該車輪(11)進行轉動，於當對該直流馬達(3)輸入正向電壓時，該直流馬達(3)即會帶動該車輪(11)正向轉動，令該車體(1)前進移動，於當對該直流馬達(3)輸入負向電壓時，該直流馬達(3)即會帶動該車輪(11)反向轉動，令該車體(1)後退移動。
於欲進行煞車時，若該直流馬達(3)帶動該車輪(11)正向轉動時，該控制單元(2)即會控制對該直流馬達(3)輸入反向電壓［請再一併參閱第三圖本發明之直流馬達輸入反向電壓狀態示意圖所示］，此時請再一併參閱第四圖本發明之直流馬達等效電路示意圖所示，令
Figure 02_image001
代表直流馬達的端電壓、
Figure 02_image003
代表端電流、
Figure 02_image005
代表轉子電樞［armature］的電阻、
Figure 02_image007
代表電樞的漏電感、
Figure 02_image009
代表轉子轉動切割定子［永久磁鐵］磁場所產生的反電動勢［back emf］、
Figure 02_image011
代表轉子的角位移、
Figure 02_image013
代表轉子的角速度、
Figure 02_image015
代表轉子的慣量、
Figure 02_image017
代表轉動的動磨擦係數［viscous-friction coefficient］。
根據柯西荷夫電壓定律［KVL、閉回路壓升等於壓降］，則
Figure 02_image019
(1)
而馬達的反電動勢與轉子角速度成正比，因此
Figure 02_image021
(2)
(2)式中的常數
Figure 02_image023
稱為反電動勢常數［back-emf constant］；根據牛頓第二運動定律，則
Figure 02_image025
(3)
(3)式中的
Figure 02_image027
代表電樞電流
Figure 02_image029
所形成的轉矩［torque］，其大小與電樞電流成正比，正比例常數
Figure 02_image030
稱為轉矩常數［torque constant］，(3)式中的
Figure 02_image032
代表負載的轉矩，下標
Figure 02_image034
是負載 (Load) 的縮寫。
Figure 02_image036
，
Figure 02_image038
，
若
Figure 02_image007
電樞的漏電感極小，可以忽略不計，則
Figure 02_image040
Figure 02_image042
，
整理後可以得到以下一階微分方程式
Figure 02_image044
(4)
初始條件為直流馬達的初始角速度為
Figure 02_image046
且
Figure 02_image048
使用反向電壓輸入
Figure 02_image050
，即是停止。
讓直流馬達減速到零，即是停止。
一階微分方程式(4)的解為
Figure 02_image052
，
則
Figure 02_image054
的解為
Figure 02_image056
。
同時該控制單元(2)亦會控制該煞車動力源(4)作動，讓該煞車動力源(4)之該煞車壓掣桿(41)往該輪軸(12)上的該被動煞車件(13)壓掣，令該煞車壓掣桿(41)表面之該煞車皮(411)與該被動煞車件(13)進行磨擦［請再一併參閱第五圖本發明之煞車狀態示意圖所示］；使得本發明不僅可藉由該煞車動力源(4)之該煞車壓掣桿(41)表面的該煞車皮(411)與該被動煞車件(13)產生磨擦進行被動式煞車，且同時亦令該控制單元(2)對該直流馬達(3)輸入反向飽和電壓(-V)，直到該車體(1)之該車輪(11)煞停為止。
另，請再一併參閱第六圖本發明之另一實施例立體結構示意圖及第七圖本發明之另一實施例端視結構示意圖所示，該煞車動力源(4)亦可對應該車體(1)之該輪軸(12)上的該被動煞車件(13)設置有煞車夾具(42)；於欲進行煞車時，同樣可令該控制單元(2)控制該煞車動力源(4)作動，讓該煞車動力源(4)之該煞車夾具(42)對該被動煞車件(13)產生夾掣進行被動式煞車［請再一併參閱第八圖本發明之另一實施煞車狀態示意圖所示］，同時亦令該控制單元(2)對該直流馬達(3)輸入反向飽和電壓(-V)，直到該車體(1)之該車輪(11)煞停為止。
藉由以上所述，本發明之使用實施說明可知，本發明與現有技術手段相較之下，本發明主要係在車體行進過程中，不僅可利用被動式煞車控制該車體停止移動，且同時使用主動式剎車令控制單元對直流馬達輸入反向飽和電壓，直到車體之車輪煞停為止，進而縮短煞停時間及距離，提高煞車效能，讓車體在操控移動過程中更具便利性，在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
1:車體
11:車輪
12:輪軸
121:傳動齒輪
13:被動煞車件
2:控制單元
3:直流馬達
31:齒輪組
4:煞車動力源
41:煞車壓掣桿
411:煞車皮
42:煞車夾具
第一圖：本發明之立體結構示意圖
第二圖：本發明之側視結構示意圖
第三圖：本發明之直流馬達輸入反向電壓狀態示意圖
第四圖：本發明之直流馬達等效電路示意圖
第五圖：本發明之煞車狀態示意圖
第六圖：本發明之另一實施例立體結構示意圖
第七圖：本發明之另一實施例端視結構示意圖
第八圖：本發明之另一實施煞車狀態示意圖
1:車體
11:車輪
12:輪軸
121:傳動齒輪
13:被動煞車件
2:控制單元
3:直流馬達
31:齒輪組
4:煞車動力源
41:煞車壓掣桿
411:煞車皮

Claims (3)

  1. 一種電動模型車之煞車控制系統，其主要係包括有車體、控制單元、直流馬達及煞車動力源；其中： 該車體，其於兩側設有相對應之車輪，且於兩該車輪之間以輪軸進行樞設連結，於該輪軸上設有傳動齒輪，另於該輪軸上亦設有置有被動煞車件； 該控制單元，其設置於該車體內，令該控制單元分別與該直流馬達及該煞車動力源電性連接，以讓該控制單元能分別控制該直流馬達及該煞車動力源作動； 該直流馬達，其設置於該車體內，於該直流馬達輸出端對應該輪軸上之該傳動齒輪設有相嚙合之齒輪組，以令該直流馬達透過該齒輪組控制該車體之該輪軸帶動該車輪轉動與否； 該煞車動力源，其設置於該車體內，於該煞車動力源對應該車體之該輪軸上的該被動煞車件設置有煞車壓掣桿，於該煞車壓掣桿表面設置有煞車皮； 藉此，不僅藉由該控制單元控制該煞車動力源之該煞車壓掣桿表面的該煞車皮與該被動煞車件產生磨擦進行被動式煞車，且同時亦令該控制單元對該直流馬達輸入反向飽和電壓，直到該車體之該車輪煞停為止。
  2. 一種電動模型車之煞車控制系統，其主要係包括有車體、控制單元、直流馬達及煞車動力源；其中： 該車體，其於兩側設有相對應之車輪，且於兩該車輪之間以輪軸進行樞設連結，於該輪軸上設有傳動齒輪，另於該輪軸上亦設有置有被動煞車件； 該控制單元，其設置於該車體內，令該控制單元分別與該直流馬達及該煞車動力源電性連接，以讓該控制單元能分別控制該直流馬達及該煞車動力源作動； 該直流馬達，其設置於該車體內，於該直流馬達輸出端對應該輪軸上之該傳動齒輪設有相嚙合之齒輪組，以令該直流馬達透過該齒輪組控制該車體之該輪軸帶動該車輪轉動與否； 該煞車動力源，其設置於該車體內，於該煞車動力源對應該車體之該輪軸上的該被動煞車件設置有煞車夾具； 藉此，不僅藉由該控制單元控制該煞車動力源之該煞車夾具對該被動煞車件產生夾掣進行被動式煞車，且同時亦令該控制單元對該直流馬達輸入反向飽和電壓，直到該車體之該車輪煞停為止。
  3. 如請求項1或2所述電動模型車之煞車控制系統，其中，令
    Figure 03_image001
    代表直流馬達的端電壓、
    Figure 03_image003
    代表端電流、
    Figure 03_image005
    代表轉子電樞［armature］的電阻、
    Figure 03_image007
    代表電樞的漏電感、
    Figure 03_image009
    代表轉子轉動切割定子［永久磁鐵］磁場所產生的反電動勢［back emf］、
    Figure 03_image011
    代表轉子的角位移、
    Figure 03_image013
    代表轉子的角速度、
    Figure 03_image015
    代表轉子的慣量、
    Figure 03_image017
    代表轉動的動磨擦係數［viscous-friction coefficient］； 根據柯西荷夫電壓定律［KVL、閉回路壓升等於壓降］，則
    Figure 03_image019
    (1) 而馬達的反電動勢與轉子角速度成正比，因此
    Figure 03_image021
    (2) (2)式中的常數
    Figure 03_image023
    稱為反電動勢常數［back-emf constant］；根據牛頓第二運動定律，則
    Figure 03_image025
    (3) (3)式中的
    Figure 03_image027
    代表電樞電流
    Figure 03_image029
    所形成的轉矩［torque］，其大小與電樞電流成正比，正比例常數
    Figure 03_image030
    稱為轉矩常數［torque constant］，(3)式中的
    Figure 03_image032
    代表負載的轉矩，下標
    Figure 03_image034
    是負載 (Load) 的縮寫；
    Figure 03_image036
    ，
    Figure 03_image038
    ， 若
    Figure 03_image007
    電樞的漏電感極小，可以忽略不計，則
    Figure 03_image040
    Figure 03_image042
    ， 整理後可以得到以下一階微分方程式
    Figure 03_image044
    (4) 初始條件為直流馬達的初始角速度為
    Figure 03_image046
    且
    Figure 03_image048
    ， 使用反向電壓輸入
    Figure 03_image050
    ，讓直流馬達減速到零，即是停止； 一階微分方程式(4)的解為
    Figure 03_image052
    ， 則
    Figure 03_image054
    的解為
    Figure 03_image056
    。
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