TWI817835B

TWI817835B - 助力載具

Info

Publication number: TWI817835B
Application number: TW111144219A
Authority: TW
Inventors: 陳榮達
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2023-10-01

Abstract

本發明提供一種助力載具，包括輪鼓、喚醒裝置、電池包模組、馬達及馬達控制器。輪鼓設置有霍爾感測器，其中霍爾感測器反應於輪鼓的轉動而提供第一啟動訊號。喚醒裝置反應於第一啟動訊號而將第一輸入訊號轉換為喚醒訊號。電池包模組反應於喚醒訊號而提供電源訊號。馬達控制器反應於電源訊號而驅動馬達轉動輪鼓。

Description

助力載具

本發明是有關於一種助力載具，且特別是有關於一種具自動喚醒功能的助力載具。

請參照圖1，其是習知助力載具的示意圖。在圖1中，所示的助力載具例如是助力腳踏車，其主要包括：電池包模組1(及其電源保護管理系統(BMS))、人機介面控制器(HMI)2、馬達控制器3、馬達4、霍爾感測器5及踏頻感測器6。

請參照圖2，其是依據圖1繪示的助力載具的功能方塊圖。在圖2中，電池包模組1可安裝於助力腳踏車車架上，並透過接頭與其他零件電氣連接。電池包模組1的外部通常會裝設對應於電池包模組1的實體電源按鍵。當按此實體電源按鍵後，電池包模組1中BMS內的微控制器將會被喚醒，並相應地開啟電池包模組1中的開關，以供電給助力腳踏車中的上述各部件。

此時，除了電池包模組1中的BMS進入工作狀態並開始消耗電池蕊能量之外，助力腳踏車內其他次系統/部件仍然未被啟動。在此情況下，使用者需再按壓設置於HMI 2的實體電源按鍵才會開啟HMI 2中的開關，並輸出電源以啟動助力腳踏車的其他部件(例如HMI 2、馬達控制器3、馬達4、霍爾感測器5及踏頻感測器6)。藉此，可讓助力腳踏車提供助力行駛的功能。

當使用者欲關閉上述助力行駛功能時，使用者可以再次手動按壓HMI 2的實體電源按鍵，或經由HMI 2內建的省電管理系統關閉電池包模組1中的開關。藉此，可令電池包模組1停止提供電源至助力腳踏車的其他部件次系統。

由上可知，使用者需透過手動按壓實體電源按鍵的方式來喚醒或關閉上述助力行駛功能，因此在使用上並不方便。並且，由於電池包模組1將常時性地(無論是否正提供助力行駛功能)提供電源訊號VBAT予其他部件，因此耗電量較高，進而可能降低助力腳踏車的行駛里程。

有鑑於此，本發明提供一種助力載具，其可用於解決上述技術問題。

本發明提供一種助力載具，包括輪鼓、喚醒裝置、電池包模組、馬達及馬達控制器。輪鼓設置有一霍爾感測器，其中霍爾感測器反應於輪鼓的轉動而提供一第一啟動訊號。喚醒裝置耦接於霍爾感測器，並反應於第一啟動訊號而將一第一輸入訊號轉換為一喚醒訊號。電池包模組耦接於喚醒裝置，並反應於喚醒訊號而提供一電源訊號。馬達耦接於輪鼓。馬達控制器耦接於馬達及電池包模組，並反應於電源訊號而驅動馬達轉動輪鼓。

1:電池包模組

11,21,31:控制器

12,22,32:電源調節器

13:二極體

14:實體電源按鍵

15:電池

16:開關

2:HMI

3:馬達控制器

33:閘極驅動器

34:場效電晶體

4:馬達

41:輪鼓

5:霍爾感測器

6:踏頻感測器

700:助力載具

70:喚醒裝置

71:D型正反器

72:電位平移電晶體

73:加法器

D:輸入端

CLK:時脈端

Y,Z,X:輸出端

P:第二端

VDD:電源端

R:電阻器

80:CAN匯流排

S1:第一啟動訊號

S2:第二啟動訊號

S3:第三啟動訊號

I1:第一輸入訊號

I2:第二輸入訊號

WS:喚醒訊號

RS:歸位訊號

OS:關機指令

V+:工作電壓

VCC1,VCC2:電壓訊號

T1~T9:時間點

VBAT:電源訊號

圖1是習知助力載具的示意圖。

圖2是依據圖1繪示的助力載具的功能方塊圖。

圖3是依據本發明之一實施例繪示的助力載具示意圖。

圖4是依據圖3繪示的訊號變化圖。

請參照圖3，其是依據本發明之一實施例繪示的助力載具示意圖。在本發明的實施例中，助力載具700例如是助力腳踏車、助力滑板車或是其他可提供助力行駛的載具，但可不限於此。

在圖3中，助力載具700包括電池包模組1(及其BMS)、HMI 2、馬達控制器3、馬達4、輪鼓41、霍爾感測器5、踏頻感測器6及喚醒裝置70。

電池包模組1包括控制器11、電源調節器12、二極體13、實體電源按鍵14(可選的)、電池15、開關16及數個電阻。HMI 2包括控制器21及連接於開關16的電源調節器22。

馬達控制器3包括控制器31、耦接於開關16的電源調節器32、閘極驅動器33及場效電晶體34。馬達4連接於輪鼓41，而輪鼓41上設置有霍爾感測器5。

在一實施例中，電池15可常時提供恆常電壓(例如+5V)至喚醒裝置70、電源調節器12及霍爾感測器5。

在本發明的實施例中，當助力載具700處於關機狀態(即，不提供助力行駛的狀態)時，使用者可透過例如牽行助力載具700的方式令輪鼓41轉動，從而驅動喚醒裝置70喚醒電池包模組1，再由電池包模組1相應地供電給助力載具700的其他部件。藉此，可讓使用者在不需按壓任何實體電源按鍵的情況下喚醒助力載具700以提供助力行駛的功能。以下將作進一步說明。

在一實施例中，當助力載具700為靜止且關機狀態時，使用者可透過例如牽行的方式令輪鼓41轉動。在此情況下，霍爾感測器5可相應地感測到磁場變化而提供第一啟動訊號S1至喚醒裝置70。在一實施例中，第一啟動訊號S1例如是第一時脈訊號，但可不限於此。

之後，耦接於霍爾感測器5的喚醒裝置70可反應於第一啟動訊號S1而將第一輸入訊號I1(其例如是低電位訊號)轉換為喚醒訊號WS，並將此喚醒訊號WS提供至電池包模組1。

接著，電池包模組1可反應於喚醒訊號WS而提供電源訊號VBAT至馬達控制器3(的電源調節器32及場效電晶體34)、HMI 2(的電源調節器22)。

在一實施例中，喚醒訊號WS例如是一低電位訊號，其可讓二極體13導通，從而達到讓控制器11接地的效果。在此情況下，控制器11可在接地後開啟開關16，從而令開關16將電池15 提供的工作電壓V+作為電源訊號VBAT而提供至助力載具700的其他部件。

在一實施例中，耦接於馬達4及電池包模組1的馬達控制器3可反應於電源訊號VBAT而驅動連接於輪鼓41的馬達4，以令馬達4轉動輪鼓41。在圖3中，電源調節器32可反應於電源訊號VBAT而提供電壓訊號VCC2至控制器31，而控制器31可相應地控制閘極驅動器33而令場效電晶體34導通，從而讓電源訊號VBAT流至馬達4以驅動馬達4，但可不限於此。藉此，可令助力載具700提供助力行駛的功能。

在一實施例中，踏頻感測器6耦接於馬達控制器3，並受控於馬達控制器3而偵測踏頻(例如是助力載具700的使用者踩踏踏板的頻率)。另外，耦接於該電池包模組的HMI 2可反應於電源訊號VBAT而提供人機互動介面。例如，電源調節器22可因應於電源訊號VBAT而提供電壓訊號VCC1予HMI 2中的其他元件，以提供上述人機互動介面，但可不限於此。

在本發明的實施例中，控制器21或31可作為助力載具700的主控制器使用，並可用於控制喚醒裝置70的運作方式。為便於說明，圖3中係假設控制器31為助力載具700的主控制器，但可不限於此。

在圖3中，控制器31(即，主控制器)耦接於喚醒裝置70、電池包模組1及霍爾感測器5，並反應於電源訊號VBAT及第一啟動訊號S1而提供第二啟動訊號S2(其例如是第二時脈訊號) 及第二輸入訊號I2(其例如是高電位訊號)至喚醒裝置70。在一實施例中，控制器31(即，主控制器)可在已持續接收電源訊號VBAT及第一啟動訊號S1一段時間(其可理解為使用者已牽行助力載具700達一段時間)後再提供第二啟動訊號S2及第二輸入訊號I2至喚醒裝置70，但可不限於此。

在圖3中，控制器31可理解為對應於電源訊號VBAT的電壓訊號VCC2及第一啟動訊號S1而提供第二啟動訊號S2及第二輸入訊號I2至喚醒裝置70。在一實施例中，喚醒裝置70反應於第三啟動訊號S3而將第二輸入訊號轉換為歸位訊號RS(其例如是高電位訊號)，並將歸位訊號RS發送至電池包模組1，其中第三啟動訊號S3為第一啟動訊號S1及第二啟動訊號S2的結合。

在一實施例中，反應於判定已未收到第一啟動訊號S1達時間閾值(即，輪鼓41已停止轉動達此時間閾值)，控制器31(即，主控制器)可發送關機指令OS至電池包模組1，其中電池包模組1反應於關機指令OS而停止提供電源訊號VBAT至馬達控制器3，其中馬達控制器3相應地停止驅動馬達4轉動輪鼓41。

在一實施例中，控制器11、21、31彼此之間可透過控制器區域網路(Controller Area Network，CAN)匯流排80連接，且控制器31可透過CAN匯流排80發送關機指令OS至電池包模組1的控制器11。之後，控制器11例如可透過關閉開關16的方式來停止提供電源訊號VBAT至馬達控制器3(及助力載具700中的其他部件)。由於馬達4無法透過場效電晶體34取得電源訊號 VBAT，故馬達4將相應地停止轉動輪鼓41，從而令助力載具700停止提供助力行駛的功能。

之後，控制器31可提供第一輸入訊號I1至喚醒裝置70，而喚醒裝置70可待下一次收到第一啟動訊號S1時，再相應地將第一輸入訊號I1轉換為喚醒訊號WS，並依據先前的教示而控制電池包模組1提供電源訊號VBAT。

在一實施例中，喚醒裝置70可包括D型正反器71、電位平移電晶體72、加法器73及耦接於接地端及D型正反器71的輸入端D之間的電阻器R。D型正反器71包括輸入端D、時脈端CLK、輸出端Y及電源端VDD。在圖3中，D型正反器71透過輸入端D從控制器31(即，主控制器)的輸出端Z接收第一輸入訊號I1、透過時脈端CLK從霍爾感測器5接收第一啟動訊號S1，並因應於第一啟動訊號S1將第一輸入訊號I1閂鎖為喚醒訊號WS，並將喚醒訊號WS發送至電池包模組1。

在一實施例中，第一輸入訊號I1例如是一低電位訊號，進而使得自閂鎖第一輸入訊號I1而得的喚醒訊號WS亦為低電位訊號。

此外，在一實施例中，D型正反器71更透過輸入端D從主控制器(例如控制器31)接收第二輸入訊號I2，以及透過時脈端CLK接收第三啟動訊號S3，並因應於第三啟動訊號S3將第二輸入訊號I2閂鎖為歸位訊號RS。之後，D型正反器71可再將歸位訊號RS發送至電池包模組1。

此外，電源端VDD例如可從電池包模組1(的電源調節器12)接收恆常電壓(例如+5V)，但可不限於此。

電位平移電晶體72具有第一端、第二端P及控制端，其中電位平移電晶體72的第一端耦接D型正反器71的輸出端Y，電位平移電晶體72的第二端P耦接電池包模組1(的二極體13的負極)，控制端耦接上述恆常電壓。

在一實施例中，當D型正反器71因應於第一啟動訊號S1將第一輸入訊號I1閂鎖為喚醒訊號WS(例如，低電位訊號)時，將相應地令電位平移電晶體72的第二端P呈現為低電位，進而令控制器11開啟開關16以提供電源訊號VBAT。

在圖3中，加法器73其包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端。加法器73的第一輸入端耦接霍爾感測器5，並從霍爾感測器5接收第一啟動訊號S1。加法器73的第二輸入端耦接控制器31(即，主控制器)的輸出端X，並從控制器31的輸出端X接收第二啟動訊號S2。加法器73的輸出端耦接D型正反器71的時脈端CLK，且加法器73結合第一啟動訊號S1及第二啟動訊號S2而透過輸出端輸出第三啟動訊號S3至D型正反器的時脈端CLK。

為使本發明概念更易於理解，以下將另輔以圖4作進一步說明，其中圖4是依據圖3繪示的訊號變化圖。

在圖4中，假設助力載具700在時間點T1之前處於靜止且關機的狀態。因此，在時間點T1之前，控制器31的輸出端Z可提供第一輸入訊號I1(例如是低電位訊號)至D型正反器71的輸入端D。

在圖4中，假設輪鼓41在時間點T1因故而被轉動，使得霍爾感測器5在時間點T1開始提供第一啟動訊號S1(例如是第一時脈訊號)至D型正反器71的時脈端CLK。在此情況下，D型正反器71將反應於第一啟動訊號S1而將第一輸入訊號I1閂鎖為例如是低電位訊號的喚醒訊號WS(即，輸出端Y為低電位)。在此情況下，電位平移電晶體72的第二端P將相應地呈現為低電位，進而令控制器11開啟開關16。

在圖4中，假設控制器11在時間點T2時開啟開關16以提供電源訊號VBAT，進而使得HMI 2在時間點T3因應於電源訊號VBAT而開啟。

在一實施例中，假設輪鼓41持續轉動至時間點T4(即，霍爾感測器5仍持續提供第一啟動訊號S1)。在此情況下，控制器31可反應於電源訊號VBAT及第一啟動訊號S1而在時間點T4透過輸出端Z提供第二輸入訊號I2(例如是高電位訊號)至D型正反器71的輸入端D。並且，控制器31可在時間點T5透過輸出端X提供第二啟動訊號S2至加法器73，藉以讓加法器73提供第三啟動訊號S3至D型正反器的時脈端CLK。

基此，在時間點T5時，D型正反器71可反應於第三啟動訊號S3而將第二輸入訊號I2閂鎖為例如是高電位訊號的歸位訊號RS(即，輸出端Y為高電位)，並將歸位訊號RS發送至該電池包模組。在此情況下，電位平移電晶體72的第二端P將相應地呈現為高電位，進而令二極體13斷開。

在一實施例中，歸位訊號RS可理解為形同使用者按壓實體電源按鍵14並將其釋放後所產生的訊號。換言之，對於電池包模組1而言，即便使用者並未實際按壓實體電源按鍵14，電池包模組1仍會在接收到歸位訊號RS判定使用者意圖觸發助力載具700提供助力行駛的功能。

基此，在時間點T5之後，控制器11例如可透過CAN匯流排80控制控制器31依先前教示依序觸發閘極驅動器33及場效電晶體34，以令電源訊號VBAT可透過場效電晶體34流至馬達4。藉此，可令馬達4驅動輪鼓41轉動，從而提供助力行駛的功能。

在一實施例中，假設助力載具700在時間點T6時停止移動，進而使得霍爾感測器5因輪鼓41停止轉動而停止提供第一啟動訊號S1。在此情況下，控制器31可累計霍爾感測器5停止提供第一啟動訊號S1的時間長度，並判斷此時間長度是否超過時間閾值。

在一實施例中，假設控制器31在時間點T7時判定霍爾感測器5停止提供第一啟動訊號S1的時間長度已超過時間閾值(即，助力載具700靜止的時間已超過時間閾值)。在此情況下，控制器31可透過CAN匯流排80發送關機指令OS至控制器11(及控制器21)，以要求控制器11停止提供電源訊號VBAT。

在一實施例中，假設控制器11反應於關機指令OS而在時間點T8關閉開關16以停止提供電源訊號VBAT。在此情況下，可相應地令HMI 2在時間點T9停止運作。此外，控制器31還可透過輸出端Z在時間點T9提供第一輸入訊號I1至D型正反器71的輸入端D，以讓輸入端D呈現為低電位。

此時，可理解為助力載具700回到時間點T1之前的靜止且關機的狀態。在此情況下，助力載具700可待下一次霍爾感測器5因輪鼓41轉動而提供第一啟動訊號S1時，再次依上述教示而提供助力行駛功能。

此外，從圖4可看出，當助力載具700呈現靜止且關機的狀態時，喚醒裝置70及霍爾感測器5僅需依據少量的恆常電壓(例如+5V)即可提供喚醒電池包模組1的功能。藉此，可減少助力載具700在靜止且關機的狀態下的耗電量，進而增加助力載具700的行車里程。並且，由於電池包模組1在助力載具700呈現靜止且關機的狀態時處於關閉狀態，因此亦可降低助力載具700的各系統部件在待機狀態時因發生故障所衍生的安全隱患。

此外，雖以上實施例皆假設主控制器為控制器31，但在其他實施例中，主控制器亦可以是控制器21(即，輸出端X、Z設置於控制器21中)，而其運作的方式可參照上述控制器31的運作方式，於此不另贅述。

綜上所述，本發明的助力載具可讓使用者透過例如牽行助力載具的方式喚醒電池包模組，以提供電源訊號至其他部件，從而讓助力載具提供助力行駛的功能。由於上述喚醒機制在助力載具呈現為待機狀態時僅需少量的恆常電壓即可運作，因此可降低助力載具的耗電量，從而提升助力載具行駛的里程。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。