TWI823659B

TWI823659B - 電動車的坡度估算系統與方法

Info

Publication number: TWI823659B
Application number: TW111141923A
Authority: TW
Inventors: 林繼謙
Original assignee: 威剛科技股份有限公司
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2023-11-21

Abstract

本發明公開一種電動車的坡度估算系統與方法。該方法包括: 使用踏板位置感測元件來偵測電動車的油門踏板的位置變化量以及配置車速感測元件來偵測電動車的車速，當油門踏板的位置變化量在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的位置變化量的10%時，以及當電動車的車速在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的車速的10%時，控制元件用於進行一重量預估程序來獲得電動車在第n+k秒的車速以及電動車的重量；使用扭力計來偵測電動車的馬達的扭力；以及控制元件用以依據電動車在第n+k秒的車速、扭力以及所估算出的電動車的重量，來進一步估算出電動車所在位置的坡度值。

Description

電動車的坡度估算系統與方法

本發明涉及一種車輛坡度估算系統與方法，特別是涉及一種電動車的坡度估算系統與方法。

現有技術中，對於電動車所在位置的坡度量測方式，主要是利用慣性量測單元(Inertial measurement unit，IMU)來量測。慣性量測單元1可例如由多個加速度感測元件(主要測量車輛行進方向的直線加速度)和多個陀螺儀(主要測量車輛行進方向的角速度)組成，因此能夠進一步計算出車輛的姿態，並藉以得到車輛所在位置的路面坡度資訊。

然而，上述的坡度估量測方式，由於需要在車上安裝慣性量測單元，較不符合成本效益。此外，上述的坡度量測方式在精確度上仍有改善的空間。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電動車的坡度估算系統與方法。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種電動車的坡度估算系統，其包括一扭力計、一踏板位置感測元件、一車速感測元件以及一控制元件。扭力計設置在電動車上，扭力計用於偵測電動車的馬達的扭力。踏板位置感測元件設置在電動車內，踏板位置感測元件用於偵測電動車的油門踏板的位置變化量。車速感測元件設置在電動車上，車速感測元件用於偵測電動車的車速。控制元件具有一儲存單元，控制元件設置在電動車內並且電性連接扭力計、踏板位置感測元件以及車速感測元件，儲存單元儲存一資料庫，資料庫內的資料包括電動車的馬達的扭力、油門踏板的位置變化量、電動車的車速、電動車的重量以及電動車所在位置的坡度值。控制元件用以收集油門踏板的位置變化量以及電動車的車速，當油門踏板的位置變化量在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的位置變化量的10%時，以及當電動車的車速在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的車速的10%時，控制元件依據收集到的油門踏板的位置變化量以及電動車的車速來估算出電動車的重量。控制元件用以將電動車在第n+k秒的車速、電動車的馬達的扭力以及所估算出的電動車的重量與資料庫內的資料比對，以估算出電動車所在位置的坡度值。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種電動車的坡度估算方法，電動車包括一扭力計、一踏板位置感測元件、一車速感測元件以及一控制元件，控制元件電性連接扭力計、踏板位置感測元件以及車速感測元件，坡度估算方法包括以下步驟：使用踏板位置感測元件來偵測電動車的油門踏板的位置變化量以及配置車速感測元件來偵測電動車的車速；當油門踏板的位置變化量在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的位置變化量的10%時，以及當電動車的車速在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的車速的10%時，控制元件用於依據電動車的油門踏板的位置變化量以及電動車的車速進行一重量預估程序，來獲得電動車的重量；使用扭力計來偵測電動車的馬達的扭力；以及控制元件用以依據電動車在第n+k秒的車速、扭力以及所估算出的電動車的重量，來進一步估算出電動車所在位置的坡度值。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電動車的坡度估算系統及方法，其能通過“控制元件用以將電動車在第n+k秒的車速、電動車的馬達的扭力以及所估算出的電動車的重量與資料庫內的資料比對，以估算出電動車所在位置的坡度值”的技術方案，以提升電動車坡度估算的精確度。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

M:電動車

M1:油門踏板

IP:初始位置

EP:終點位置

1:扭力計

2:踏板位置感測元件

3:車速感測元件

4:控制元件

40:儲存單元

A:資料庫

θ:坡度角

S11、S13、S15、S17:步驟

S131、S132、S133:步驟

圖1為本發明的電動車的坡度估算系統的示意圖。

圖2為本發明的電動車的油門踏板的位置變化的示意圖。

圖3為本發明的電動車的坡度估算方法的步驟S11~S17的示意圖。

圖4為本發明的電動車的坡度估算方法的運作流程示意圖。

圖5為本發明的電動車的重量預估程序的步驟S131~S133的示意圖。

圖6為本發明的電動車的重量預估程序的運作流程示意圖。

圖7為本發明的電動車的坡度估算系統的資料庫示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電動車的坡度估算系統與方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件，但這些元件不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[實施例]

參閱圖1所示，圖1為本發明的電動車的坡度估算系統的示意圖。本發明提供一種電動車M的坡度估算系統，其包括：扭力計1、踏板位置感測元件2、車速感測元件3以及控制元件4。

扭力計1設置在電動車M上。舉例來說，扭力計1是連接在電動車M的馬達的輸出軸(圖未示出)。藉此，扭力計1能夠偵測電動車M的馬達的扭力。

踏板位置感測元件2設置在電動車M的內部並且連接油門踏板M1，用於偵測電動車M的油門踏板M1的位置變化量。參閱圖2所示，圖2為本發明的電動車的油門踏板的位置變化示意圖。油門踏板M1的踏板位置包括一初始位置IP與一終點位置EP，初始位置IP表示油門踏板M1完全鬆開的狀態，終點位置EP表示油門踏板M1完全踩下的狀態，而在初始位置IP與終點位置EP之間的角位移即為油門踏板M1的行程，其表示油門踏板M1的踏板操作範圍。

繼續參閱圖1所示，車速感測元件3設置在電動車M上，以用於偵測電動車M的車速資訊。舉例來說，車速感測元件3可為磁感應式的軸轉速感測元件，耦接於電動車M的變速箱的輸出軸(圖未示出)，用以偵測該輸出軸的轉速，而控制元件4接收車速感測元件3輸出的感測訊號而獲得為電動車M的車速。或者，車速感測元件3也可以為一種輪速感測器，可耦接於車輪處(或者耦接於在主減速器或變速器)，用以偵測車輪的轉速。換言之，本發明不以車速感測元件3的類型為限。

控制元件4為整車控制器(Vehicle Control Unit，VCU)，是設置在電動車M的內部，控制元件4用以接收車內各種感測元件所輸出的各種感測信號以獲得車輛資訊，舉例來說，控制元件4電性連接扭力計1、踏板位置感測元件2以及車速感測元件3，藉以與扭力計1、踏板位置感測元件2以及車速感測元件3進行訊號的傳輸，以收集電動車M的馬達的扭力、踏板位置變化量以及車速並且將其儲存於控制元件4內的一儲存單元40。儲存單元40可例如但不限於快閃記憶體(flash memory)。接著，控制元件4可進一步進行讀取及分析再輸出對應的控制訊號至相關元件以命令其作出相對應的動作。

進一步描述本發明的電動車的坡度估算系統的作動機制。參閱圖3與圖4所示，並且一併參閱圖1所示，圖3為本發明的電動車的坡度估算方法的步驟S11~S17的示意圖，圖4為本發明的電動車的坡度估算方法的運作流程示意圖。本發明提供一種電動車M的坡度估算方法，其應用在上述的電動車M的坡度估算系統，所述坡度估算方法至少包括以下步驟：

步驟S11：使用踏板位置感測元件2來偵測電動車M的油門踏板M1的位置變化量以及使用車速感測元件3來偵測電動車M的車速。

步驟S13：當油門踏板M1的位置變化量在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的位置變化量的10%時，以及當電動車M的車速在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的車速的10%時，控制元件4用於依據電動車M的油門踏板M1的位置變化量以及電動車M的當前車速進行一重量預估程序，以估算出獲得電動車M的重量。

須說明的是，電動車M的重量是包括電動車M的車體重量以及電動車M的承載重量。

步驟S15：使用扭力計1來偵測電動車M的馬達的當前扭力。

步驟S17：控制元件4用以依據電動車M的當前車速、電動車M的馬達的當前扭力以及所估算出的電動車M的重量，用以與內建於控制元件4的儲存單元40的資料庫A內的資料進行比對，以估算出電動車M所在位置的坡度值。

舉例來說，若k=1，即踏板位置感測元件2持續在1秒內(即第n秒至第n+1秒的時間區段內)偵測到的位置變化量與第n秒的位置變化量相比，其變動幅度皆小於第n秒的位置變化量的10%，以及電動車M的車速在第n秒至第n+1秒的變動幅度小於在第n秒的車速的10%時，控制元件4依據電動車M的油門踏板M1的位置變化量以及電動車M的當前車速進行一重量預估程序，以估算出獲得電動車M的重量。接著，控制元件4再依據電動車M的當前車速、電動車M的馬達的當前扭力以及所估算出的電動車M的重量，來進一步估算出電動車M所在位置的坡度值。然而須說明的是，本發明並不以k值的大小為限(k可為任何值，但k大於或等於1)，該條件的設定主要用以確定控制元件4在收集電動車M的車速時，電動車M的行駛已保持了一段時間的穩定狀態。

參閱圖5與圖6所示，並且一併參閱圖1所示，圖5為本發明的電動車的重量預估程序的步驟S131~S133的示意圖，圖6為本發明的電動車的重量預估程序的運作流程示意圖。所述重量預估程序至少包括以下步驟：步驟S131：當踏板位置感測元件2偵測到油門踏板M1在第n秒的位置變化量超過油門踏板M1的行程的一半時，控制元件4用於收集油門踏板M1在第n秒的位置變化量；步驟S132：當油門踏板M1的位置變化量在第n秒至第n+k秒的變動幅度小於在第n秒的位置變化量的10%時，控制元件4用以收集電動車M在第n+k秒時的車速；步驟S133：控制元件4依據油門踏板M1在第n秒的位置變化量以及電動車M在第n+k秒的車速，用以與內建於控制元件4的儲存單元40的資料庫內的資料進行比對，以估算出電動車M的重量。

仔細來說，在駕駛人在行駛電動車M時會踩踏油門踏板M1，當踏板位置感測元件2偵測到油門踏板M1在第n秒的位置變化量超過油門踏板M1的行程(初始位置IP與終點位置EP之間的距離，見圖2)的一半(即超過50%的行程)，控制元件4將記錄下油門踏板M1在第n秒的位置變化量，並且收集油門踏板M1在第n秒的位置變化量並且儲存至儲存單元40。

接著，駕駛人踩下油門踏板M1而持續驅車前進，踏板位置感測元件2持續偵測電動車M的油門踏板M1的位置變化量，且同時間車速感測元件3將偵測電動車M的車速。當踏板位置感測元件2持續在k秒內(即第n秒至第n+k秒的時間區間內，k大於或等於1)偵測到的位置變化量與第n秒的位置變化量相比，其變動幅度皆小於第n秒的位置變化量的10%，控制元件4進一步收集電動車M在第n+k秒時的車速。

舉例來說，若k=1，即踏板位置感測元件2持續在1秒內(即第n秒至第n+1秒的時間區段內)偵測到的位置變化量與第n秒的位置變化量相比，其變動幅度皆小於第n秒的位置變化量的10%，控制元件4進一步收集電動車M在第n+1秒時的車速。相似地，該條件的設定主要用以確定控制元件4在收集電動車M的車速時，電動車M的油門已保持了一段時間的穩定狀態。

接著，控制元件4收集到油門踏板M1在第n秒的位置變化量，以及電動車M在第n+k秒時的車速之後，將該些資訊與內建於儲存單元40的資料庫(Database)A內的資料進行比對。須說明的是，在估算出電動車M的重量時，電動車M所在位置的坡度值預設為0。

資料庫A的基本架構可參見圖7所示，其包含了電動車M所在位置的坡度、油門踏板的位置變化量、電動車的車速、電動車的重量以及電動車M的馬達的扭力。具體來說，資料庫A中所儲存的資料主要包括經過多次實地測試所得到的各項參數之間的對應關係表。換言之，資料庫A是由一群相關資料(電動車M所在位置的坡度資訊、油門踏板M1的位置變化量、電動車M的車速資訊、電動車M的重量以及電動車M的馬達的扭力)的集合體，讓控制元件4可以透過檢索、排序、計算、查詢等方法來得到所需的結果。

舉例來說，控制元件4可由資料庫A獲得下表一所示的的對應關係表：

表一為資料庫A中所儲存的對應關係表的其中一種實施型態，其主要表示在油門踏板M1的位置變化量為100%(即油門踏板M1位於終點位置EP的完全踩下狀態)且持續一秒(k=1)的條件下，不同的電動車M 的重量(車重為300kg、500kg、700kg)對應到的車速資訊。須說明的是，在估算出電動車M的重量時，電動車M所在位置的坡度值預設為0，也就是假設電動車M所在的地面為平坦無傾斜。舉例來說，若控制元件4在油門踏板M1的位置變化量為100%且持續一秒的條件下所量測到的車速為18.8KPH，控制元件4可由表一得知所估算出的車重為300kg。然而，上述所舉的例子只是其中一可行的實施例而並非用以限定本發明，資料庫A還包括了不同的條件下(例如，油門踏板M1的位置變化量為50%、60%、70%、80%、90%..等等)的對應關係表。

控制元件4收集到電動車M的當前車速、當前扭力以及所估算出的電動車M的重量之後，將該些資訊與內建於儲存單元40的資料庫(Database)A內的資料進行比對。

進一步來說，控制元件4還可由資料庫A獲得下表二至表五所示的對應關係表：

表二為電動車M在不同重量、不同車速於坡度值0%之穩態扭力(單位Nm)，表三為電動車M在不同重量、不同車速於坡度值5%之穩態扭力(單位Nm)，表四為電動車M在不同重量、不同車速於坡度值10%之穩態扭力(單位Nm)，表五為電動車M在不同重量、不同車速於坡度值15%之穩態扭力(單位Nm)。坡度值0%、5%、10%、15%分別表示電動車M所在位置的坡面的坡度角θ為0度、5度、10度、15度(見圖1)。

因此，控制元件4可藉由收集到的電動車M的當前車速與當前扭力以及所估算出的電動車M的重量，來確認電動車M所在位置的坡度。例如，當控制元件4收集到電動車M的當前車速為10KPH以及當前扭力為26.2Nm，而所估算出的車重為500kg，控制元件4可由表四而估算出此時電動車M所在位置的坡度為15%。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電動車的坡度估算系統及方法，其能通過“控制元件4用以將電動車M在第n+k秒的車速、電動車M的馬達的扭力以及所估算出的電動車M的重量與資料庫A內的資料比對，以估算出電動車M所在位置的坡度值”的技術方案，以提升電動車坡度估算的精確度。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。