TWI762976B - 電動機車的自動換檔系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種電動機車的自動換檔系統及其方法，該電動機車的自動換檔系統包含一節流閥位置感知器、一馬達控制器、一整車控制器、一檔位變換計算單元，該節流閥位置感知器(TPS)感測一油門開度以產生一油門開度訊號，該馬達控制器接收代表該馬達的一馬達實際轉速的一馬達轉速訊號，該整車控制器接收該油門開度訊號及該馬達轉速訊號，該檔位變換計算單元預設有一降檔臨界曲線及一升檔臨界曲線，將該油門開度訊號及該馬達轉速訊號與該降檔臨界曲線及該升檔臨界曲線相互比對，以判斷是否要輸出一換檔指令以控制該電動機車進行換檔。
Description
一種自動換檔系統及其方法，尤指一種電動機車的自動換檔系統及其方法。
工業的蓬勃發展使得近代人類的生活品質大幅提升，但發展石化工業，過度消耗非再生能源卻也對環境造成影響，隨著溫室效應及空氣汙染等議題的發酵，人們逐漸轉向開發對環境友善的綠能產業，其中，汽機車的製造商亦致力於將電力供應朝可再生能源的方向研發，取代傳統油耗機車的電動機車便由此應運而生。
然而，電動機車雖然具有低碳排放量及零排氣等優點，但一般電動機車僅以固定齒輪比進行動力輸出，當遭遇平地行駛、爬坡路段或停車後起步等不同的行車狀況時，由於電動機車缺乏換檔機制，難以應對特殊的行車狀況所需的扭力來對應調整動力輸出，在不改變馬達最大輸出功率的條件下，礙於固定齒輪比的限制，當電動機車追求加速性能時會使得最大時速上限較低；轉而追求最大時速上限時則使得加速性能較差，較高的最大時速上限及較佳的加速性能只能選擇其一，難以同時兼顧電動機車的加速性能及最大時速。
[發明所欲解決之問題]
為克服現有電動機車缺乏換檔機制，而難以同時兼顧電動機車的加速性能及最大時速的缺點，本發明提供一種電動機車的自動換檔系統，以期為電動機車提供換檔功能。
[解決問題之技術手段]
依據本發明之較佳技術手段，本發明提供一種電動機車的自動換檔系統，該電動機車包含一馬達、一換檔馬達以及一變速箱，該電動機車的自動換檔系統包含：
一節流閥位置感知器，感測一油門開度以產生一油門開度訊號；
一馬達控制器，接收一馬達轉速訊號，該馬達轉速訊號代表該馬達的一馬達實際轉速；
一整車控制器，電連接該節流閥位置感知器及該馬達控制器，用以接收該油門開度訊號及該馬達轉速訊號；
一檔位變換計算單元，預設有一降檔臨界曲線及一升檔臨界曲線，該降檔臨界曲線包含以馬達轉速及油門開度所定義的複數降檔臨界點，該升檔臨界曲線包含以馬達轉速及油門開度所定義的複數升檔臨界點，該檔位變換計算單元根據該油門開度訊號及該馬達轉速訊號，與該降檔臨界曲線及該升檔臨界曲線相互比對以判斷是否要輸出一換檔指令以控制該換檔馬達。
依據本發明之較佳技術手段，本發明提供一種電動機車的自動換檔方法，該電動機車包含一馬達，該電動機車的自動換檔方法包含有：
感測該電動機車的一油門開度及一馬達實際轉速，以分別產生一油門開度訊號及一馬達轉速訊號；
預設一降檔臨界曲線及一升檔臨界曲線，其中，在該降檔臨界曲線上包含以馬達轉速及油門開度所定義出的降檔臨界點，該升檔臨界曲線包含以馬達轉速及油門開度定義出的升檔臨界點，在相同的該油門開度下，該升檔臨界曲線上的馬達轉速大於該降檔臨界曲線上的馬達轉速；
根據該油門開度訊號及該馬達轉速訊號取得該電動機車的該油門開度及該馬達實際轉速，再基於一降檔臨界曲線及一升檔臨界曲線判斷是否需要換檔，並依照判斷結果輸出一換檔指令；
根據該換檔指令控制該電動機車進行換檔。
[發明之功效]
本發明之功效在於：該檔位變換計算單元透過該油門開度訊號及該馬達轉速訊號取得該電動機車即時的該油門開度及該馬達實際轉速，再經由與該降檔臨界曲線及該升檔臨界曲線相互比對，以判斷該電動機車是否需要換檔，並依照換檔判斷結果輸出一換檔指令，藉此克服習知電動機車缺乏換檔機制的缺點，以應對不同的行車狀況及同時兼顧電動機車的加速性能及最大時速。
請參看圖1所示，為電動機車的自動換檔系統的第一實施例，本發明為一種電動機車的自動換檔方法，可透過圖1所示的該電動機車的自動換檔系統執行。於第一實施例中，該電動機車的自動換檔系統包含有：一節流閥位置感知器10、一馬達控制器20、一整車控制器30以及一檔位變換計算單元40；該電動機車可包含有一換檔馬達50、一變速箱60、一油門把手70以及一馬達80。
該節流閥位置感知器10(Throttle Position Sensor, TPS, 或稱油門開度感知器)感測該電動機車的一油門開度，並根據該油門開度輸出一油門開度訊號T，其中，該電動機車的該油門開度可由與該節流閥位置感知器10電連接的該油門把手70控制，該油門把手70的轉動幅度與該油門開度為正相關，當駕駛者轉動該油門把手70的幅度越大，該油門開度的百分比越高。
該馬達控制器20與該電動機車的該馬達80電連接，以接收一馬達轉速訊號M，該馬達轉速訊號M代表該馬達80的一馬達實際轉速。該馬達80用於提供整車的動力來源，在該馬達80上設置有一霍爾感知器81，該霍爾感知器81感測該馬達80的該馬達實際轉速，再根據該馬達實際轉速產生該馬達轉速訊號M。
該整車控制器30(ECU)電連接該節流閥位置感知器10及該馬達控制器20，以接收該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M，並將該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M向後端傳輸。
配合參看圖4所示，該檔位變換計算單元40接收該整車控制器30所傳輸的該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M，根據該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M取得該電動機車的該油門開度及該馬達實際轉速，再根據該油門開度及該馬達實際轉速與預設的一降檔臨界曲線41及一升檔臨界曲線42相互比較，以判斷是否需要變換檔位，並根據換檔判斷結果輸出一換檔指令。於圖1所示的第一實施例中，該檔位變換計算單元40設置於一換檔控制器90中，該換檔控制器90與該整車控制器30電連接，接收該整車控制器30傳輸的該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M。
該換檔馬達50與該檔位變換計算單元40電連接，以接收該換檔指令並根據該換檔指令控制該變速箱60進行換檔，使該電動機車可於一檔及二檔之間交替切換檔位。於第一實施例中，該換檔馬達50與該換檔控制器90連接，以接收該換檔指令。
該變速箱60中可包含有一作動桿61、一離合器62及一齒輪組63。當該換檔馬達50接收到該換檔指令時，該換檔馬達50帶動一纜繩而牽動該作動桿61，透過該作動桿61控制該離合器62，再由該離合器62帶動該齒輪組63切換為不同的齒輪比以進行換檔作業，其中，當該離合器62鬆開時該電動機車處於一檔狀態，當該離合器62夾緊時該電動機車處於二檔狀態。
請參看圖2所示，為本發明的第二實施例，第二實施例與第一實施例的差別在於該檔位變換計算單元40設置的位置不同，第二實施例中該檔位變換計算單元40整合於該整車控制器30中，且該整車控制器30與該換檔馬達50連接，當該整車控制器30分別由該節流閥位置感知器10及該馬達控制器20接收該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M時，直接將該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M傳輸至內部的該檔位變換計算單元40。
請參看圖3所示，本發明電動機車的自動換檔方法係透過該電動機車的自動換檔系統執行，其流程包含有：
S101：該節流閥位置感知器10感測該油門開度，並根據該油門開度輸出一油門開度訊號T，該馬達控制器20則接收根據該馬達80的一馬達實際轉速產生的一馬達轉速訊號M。
S102：該整車控制器30接收該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M，並傳輸至該檔位變換計算單元40。
S103：該檔位變換計算單元40由該油門開度訊號T及該馬達轉速訊號M取得該電動機車的該油門開度及該馬達實際轉速，再透過一降檔臨界曲線41及一升檔臨界曲線42判斷是否需要換檔。
S104：若該檔位變換計算單元40判斷該電動機車需要升檔或降檔，則依照判斷結果輸出一換檔指令至該換檔馬達50。
S105：若該檔位變換計算單元40判斷該電動機車不需換檔，則不輸出該換檔指令。
S106：當該換檔馬達50接收該換檔指令後，根據該換檔指令控制該變速箱60進行換檔。
請參看圖4所示，以下詳細說明步驟S103中該檔位變換計算單元40如何判斷該電動機車是否需要換檔。該檔位變換計算單元40中根據該降檔臨界曲線41及該升檔臨界曲線42判斷是否需要換檔，該降檔臨界曲線41可包含以馬達轉速及油門開度所定義的複數降檔臨界點，且該降檔臨界曲線41由各組相鄰的兩個該降檔臨界點以等差法求得；同樣地，該升檔臨界曲線42可包含以馬達轉速及油門開度所定義的複數升檔臨界點，且該升檔臨界曲線42由各組相鄰的兩個該升檔臨界點以等差法求得，其中，該油門開度以百分比為單位，該馬達轉速以每分鐘轉速(rpm)為單位，且該檔位變換計算單元40可設定及更新該複數降檔臨界點及該複數升檔臨界點的參數值，根據不同的電動機車型號及性能調整該降檔臨界曲線41及該升檔臨界曲線42。
圖4中將油門開度以100%、70%、30%及0%定義為分界點，將馬達轉速以500rpm、2000rpm、3000rpm及4000rpm為分界點，該降檔臨界曲線41以油門開度的分界點及馬達轉速的分界點組合出四個該降檔臨界點，即(500rpm,0%)、(500rpm,30%)、(3000rpm,70%)及(3000rpm,100%)，該升檔臨界曲線42同樣具有四個該升檔臨界點，即(2000rpm,0%)、(2000rpm,30%)、(4000rpm,70%)及(4000rpm,100%)。當該電動機車的該油門開度及該馬達實際轉速數值位於該升檔臨界曲線42的右側區域時，該電動機車處於二檔狀態，當該電動機車的該油門開度及該馬達實際轉速數值位於該降檔臨界曲線41的左側區域時，該電動機車處於一檔狀態，而該升檔臨界曲線42及該降檔臨界曲線41之間的區域為一緩衝區A，當該電動機車的該油門開度及該馬達實際轉速的數值落於該緩衝區A內時，該電動機車維持在其原本的檔位狀態。在該油門開度數值相同的條件下，該升檔臨界曲線42的該馬達轉速大於該降檔臨界曲線41的該馬達轉速，例如油門開度均為30%，該升檔臨界曲線42的該馬達轉速為2000rpm，係大於該降檔臨界曲線41的該馬達轉速500rpm。
以下分別針對降檔及升檔的電路動作分別說明。
升檔操作：
當該電動機車目前位於一檔，例如當下該油門開度及該馬達實際轉速的數值分別為40%及500rpm(即第一狀態S
1)，隨著使用者操作該電動機車令該油門開度及該馬達實際轉速分別提高至80%及4050rpm(即第二狀態S
2)，該檔位變換計算單元40根據當下的該油門開度80%換算出在該升檔臨界曲線42上對應的馬達轉速分界點為4000rpm，該檔位變換計算單元40判斷出該馬達實際轉速4050rpm大於該馬達轉速分界點4000rpm (4050rpm＞4000rpm)，因此發出一換檔指令至該換檔馬達50，控制該電動機車從一檔變換至二檔。
另一方面，若當該電動機車位於一檔，而當下該油門開度及該馬達實際轉速的數值仍分別為40%及500rpm(即第一狀態S
1)，隨著使用者操作該電動機車令該油門開度及該馬達實際轉速分別提高至60%及2500rpm(即第三狀態S
3)，該檔位變換計算單元40根據當下的該油門開度60%換算出在該升檔臨界曲線42上對應的馬達轉速分界點為3500rpm，該檔位變換計算單元40判斷出該馬達實際轉速2500rpm未大於該馬達轉速分界點3500rpm (2500rpm＜3500rpm)，該電動機車的狀態處於該緩衝區A，因此該檔位變換計算單元40判定該電動機車不需要進行升檔，即不會輸出一換檔指令至該換檔馬達50。
降檔操作：
當該電動機車目前位於二檔，例如當下該油門開度及該馬達實際轉速的數值分別為80%及4050rpm(即第二狀態S
2)，隨著使用者操作該電動機車令該油門開度及該馬達實際轉速分別降低至40%及500rpm(即第一狀態S
1)，該檔位變換計算單元40根據當下的該油門開度40%換算出在降檔臨界曲線41上對應的馬達轉速分界點為1125rpm，該檔位變換計算單元40判斷出該馬達實際轉速500rpm小於該馬達轉速分界點1125rpm (500rpm＜1125rpm)，因此發出一換檔指令至該換檔馬達50，控制該電動機車從二檔變換至一檔。
但是，若當該電動機車位於二檔，而當下該油門開度及該馬達實際轉速的數值仍分別為80%及4050rpm(即第二狀態S
2)，隨著使用者操作該電動機車令該油門開度及該馬達實際轉速分別降低至60%及2500rpm(即第三狀態S
3)，該檔位變換計算單元40根據當下的該油門開度60%換算出在該降檔臨界曲線41上對應的馬達轉速分界點為2375rpm，該檔位變換計算單元40判斷出該馬達實際轉速2500rpm未小於該馬達轉速分界點2375rpm (2500rpm＞2375rpm)，該電動機車的狀態處於該緩衝區A，因此該檔位變換計算單元40判定該電動機車不需要進行降檔，即不會輸出一換檔指令至該換檔馬達50。
總的來說，當該電動機車處於二檔，且該油門開度及該馬達實際轉速的數值變化為由降檔臨界曲線41的右側經過該降檔臨界曲線41移至該降檔臨界曲線41的左側時，意即，以該電動機車當下的該油門開度為基準，在相同的該油門開度下，將該降檔臨界曲線41上的該馬達轉速與該電動機車當下的該馬達實際轉速相比，若該電動機車當下的該馬達實際轉速小於該降檔臨界曲線41上的該馬達轉速，該檔位變換計算單元40即判斷該電動機車需要進行降檔；當該電動機車處於一檔，且該油門開度及該馬達實際轉速的數值變化為由升檔臨界曲線42的左側經過該升檔臨界曲線42移至該升檔臨界曲線42的右側時，意即，以該電動機車當下的該油門開度為基準，在相同的該油門開度下，將該升檔臨界曲線42上的該馬達轉速與該電動機車當下的該馬達實際轉速相比，若該電動機車當下的該馬達轉速大於該升檔臨界曲線42上的該馬達轉速，該檔位變換計算單元40即判斷該電動機車需要進行升檔。
本發明藉由該檔位變換計算單元40為該電動機車提供自動換檔功能，在低速或高速行駛時自動切換為不同的齒輪比，讓電動機車於同樣的輸出功率下，在追求加速性能的同時能提升該電動機車的最大時速上限，而在追求最大時速上限的同時亦能提升該電動機車的加速性能，改善習知電動機車無法兼顧加速性能及最大時速上限的問題。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
10:節流閥位置感知器
20:馬達控制器
30:整車控制器
40:檔位變換計算單元
41:降檔臨界曲線
42:升檔臨界曲線
50:換檔馬達
60:變速箱
61:作動桿
62:離合器
63:齒輪組
70:油門把手
80:馬達
81:霍爾感知器
90:換檔控制器
A:緩衝區
T:油門開度訊號
M:馬達轉速訊號
S
1:第一狀態
S
2:第二狀態
S
3:第三狀態
圖1：本發明電動機車的自動換檔系統其第一實施例的方塊示意圖。
圖2：本發明電動機車的自動換檔系統其第二實施例的方塊示意圖。
圖3：本發明電動機車的自動換檔方法的步驟流程圖。
圖4：本發明的檔位變換計算單元中降檔臨界曲線及升檔臨界曲線的示意圖。
10:節流閥位置感知器
20:馬達控制器
30:整車控制器
40:檔位變換計算單元
50:換檔馬達
60:變速箱
61:作動桿
62:離合器
63:齒輪組
70:油門把手
80:馬達
81:霍爾感知器
90:換檔控制器
T:油門開度訊號
M:馬達轉速訊號
Claims (12)
- 一種電動機車的自動換檔系統，該電動機車包含一馬達、一換檔馬達以及一變速箱，該電動機車的自動換檔系統包含： 一節流閥位置感知器，感測一油門開度以產生一油門開度訊號； 一馬達控制器，接收一馬達轉速訊號，該馬達轉速訊號代表該馬達的一馬達實際轉速； 一整車控制器，電連接該節流閥位置感知器及該馬達控制器，用以接收該油門開度訊號及該馬達轉速訊號； 一檔位變換計算單元，預設有一降檔臨界曲線及一升檔臨界曲線，該降檔臨界曲線包含以馬達轉速及油門開度所定義的複數降檔臨界點，該升檔臨界曲線包含以馬達轉速及油門開度所定義的複數升檔臨界點，該檔位變換計算單元根據該油門開度訊號及該馬達轉速訊號，與該降檔臨界曲線及該升檔臨界曲線相互比對以判斷是否要輸出一換檔指令以控制該換檔馬達。
- 如請求項1所述之電動機車的自動換檔系統，該變速箱連接該換檔馬達，該換檔馬達根據該換檔指令控制該變速箱進行換檔，使該電動機車於一檔及二檔之間交替切換檔位。
- 如請求項1所述之電動機車的自動換檔系統，該檔位變換計算單元設置於該整車控制器中。
- 如請求項1所述之電動機車的自動換檔系統，該檔位變換計算單元設置於一換檔控制器中，該換檔控制器分別連接該整車控制器及該換檔馬達。
- 如請求項1所述之電動機車的自動換檔系統，該變速箱包含有至少一離合器及至少一齒輪組。
- 如請求項1所述之電動機車的自動換檔系統，該馬達設置有一霍爾感知器，該霍爾感知器感測該馬達實際轉速以輸出該馬達轉速訊號。
- 如請求項1所述之電動機車的自動換檔系統，在相同的該油門開度下，該升檔臨界曲線上的馬達轉速大於該降檔臨界曲線上的馬達轉速，該升檔臨界曲線與該降檔臨界曲線之間有一緩衝區。
- 如請求項2所述之電動機車的自動換檔系統，其中，當該電動機車處於二檔，該檔位變換計算單元以該電動機車當下的該油門開度為基準，在該降檔臨界曲線上對應該油門開度的馬達轉速與當下的該馬達實際轉速相比，若該馬達實際轉速小於該降檔臨界曲線上對應的該馬達轉速，該檔位變換計算單元即輸出該換檔指令以控制該電動機車降檔； 當該電動機車處於一檔，該檔位變換計算單元以該電動機車當下的該油門開度為基準，在該升檔臨界曲線上對應該油門開度的馬達轉速與當下的該馬達實際轉速相比，若該馬達實際轉速大於該升檔臨界曲線上對應的該馬達轉速，該檔位變換計算單元即輸出該換檔指令以控制該電動機車升檔。
- 一種電動機車的自動換檔方法，該電動機車包含一馬達，該電動機車的自動換檔方法包含有： 感測該電動機車的一油門開度及一馬達實際轉速，以分別產生一油門開度訊號及一馬達轉速訊號； 預設一降檔臨界曲線及一升檔臨界曲線，其中，在該降檔臨界曲線上包含以馬達轉速及油門開度所定義出的降檔臨界點，該升檔臨界曲線包含以馬達轉速及油門開度定義出的升檔臨界點，在相同的該油門開度下，該升檔臨界曲線上的馬達轉速大於該降檔臨界曲線上的馬達轉速； 根據該油門開度訊號及該馬達轉速訊號取得該電動機車的該油門開度及該馬達實際轉速，再基於一降檔臨界曲線及一升檔臨界曲線判斷是否需要換檔，並依照判斷結果輸出一換檔指令； 根據該換檔指令控制該電動機車進行換檔。
- 如請求項9所述之電動機車的自動換檔方法，該降檔臨界曲線由各組相鄰的兩個該降檔臨界點以等差法求得；該升檔臨界曲線由各組相鄰的兩個該升檔臨界點以等差法求得。
- 如請求項9所述之電動機車的自動換檔方法，該升檔臨界曲線與該降檔臨界曲線之間有一緩衝區。
- 如請求項9所述之電動機車的自動換檔方法，當該電動機車處於二檔，以該電動機車當下的該油門開度為基準，在該降檔臨界曲線上對應該油門開度的馬達轉速與當下的該馬達實際轉速相比，若該馬達實際轉速小於該降檔臨界曲線上對應的該馬達轉速，即輸出該換檔指令以控制該電動機車降檔； 當該電動機車處於一檔，以該電動機車當下的該油門開度為基準，在該升檔臨界曲線上對應該油門開度的馬達轉速與當下的該馬達實際轉速相比，若該馬達實際轉速大於該升檔臨界曲線上對應的該馬達轉速，即輸出該換檔指令以控制該電動機車升檔。
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