专利名称：智能型多轮独立动力轮的差速控制方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有多独立动力轮车辆的差速控制方法及其装置，特别是涉及一 种能智能地动态更新差速法则的差速控制方法及其装置。
背景技术：
随着环保、节能及安静等要求的提高，电动车辆相较于传统汽柴油车辆更受到 业界的重视。而为了能提升传动效率，愈来愈多电动车辆采用轮内马达αη-wheel hub motor)。轮内马达指的是将马达动力与轮胎整合为一体，完全不需要传动轴、变速器、差动 齿轮或是其它传动组件。如此一来，可避免传动所造成的能量损失。轮内马达(或称动力轮)虽具有上述优点，但因各个动力轮之间的动力及转速输 出为各别独立，故车辆需配置中央控制系统居间调配，以满足车辆的各种行进状态(例如 回转时的差速关系)。电子差速系统可针对多轮独立动力驱动车辆进行转速匹配。其是依 据车辆的尺寸(包括轮距、轴距等重要参数)研发适配的算法则，以获得满足运动学的差速 关系。除此之外，若驱动轮的配置设定改变(例如前驱设定、后驱设定)，亦会造成控制算法 则的适用性问题。因此，「电子差速控制器」相较于「传统机械式差速机构」，具有泛用性不 足的缺点，亦缺乏实用上的方便性。为了能够改善差速精度不足的电子差速系统，业界开发了许多技术。例如中国申 请第201021151号专利、以及台湾公告第1307319号专利。前者公开的差速装置透过左(右)轮比较电路模块，以方向盘的左(右)差速讯 号和踏板加速信号进行比较来决定左(右)轮差速控制信号输出。此种由模拟讯号仿真驱 动轮差速关系的方式，若缺乏与车辆动力学进行严谨的交叉模拟与比对，对于车辆稳控的 效果有限。后者以感测器检测现时载具行驶动态与驾控动作要求，传送讯号送至电子控制单 元。电子控制单元计算、决定载具各车轮匹配于驾控动作要求的旋转速度，根据转速控制讯 号控制以动力驱动单元控制各车轮旋转动态，令载具依驾控动作要求驱动动作，可以降低 过弯时方向盘操控负荷，亦或有效的减少车辆在过弯的过程当中所产生的最大翻滚角，以 及在进入弯道后到结束过弯的过程中也能有效的抑制车身翻滚角，而大幅的降低过弯时车 辆翻覆的可能性。虽然业界提出了上述电子差速系统，除了差速精度不足的缺点仍然存在之外，依 据车辆尺寸研发一适配算法则所费时间相当长。短则半个月，长则数年不等。
发明内容
基于上述现有技术的问题，本发明提出一种智能型多轮独立动力轮的差速控制方 法及其控制装置。此差速控制方法及控制装置能依车辆实际行驶状态，动态地、智能地更新 差速法则，以快速调适出适合该车辆的差速法则。依据一实施例，智能型多轮独立动力轮的差速控制方法适于接收一使用者指令驱动多个动力轮运转，该控制方法包括撷取使用者指令及驱动参数，驱动参数是对应于动力轮；依据使用者指令及驱动参数判断动力轮是否运转于智能模式；若是，则执行差速更新程序；以及若否，则依据使用者指令以及差速法则驱动动力轮运转。
依据一实施例，前述依据使用者指令及驱动参数判断动力轮是否运转于智能模式的步骤包含判断使用者指令的转向角讯号是否大于转向角阂值；若转向角讯号大于转向角阂值，则依据驱动参数判断总合扭矩是否小于扭矩阂值；以及若总合扭矩小于扭矩阂值，则决定动力轮是运转于智能模式。
依据一实施例，前述依据驱动参数判断总合扭矩是否小于扭矩阂值的步骤包含依据驱动参数的驱动电压1驱动电流及转速获得单轮扭矩，单轮扭矩是对应动力轮；加总单轮扭矩获得总合扭矩；以及判断总合扭矩是否小于扭矩阂值。
依据一实施例，前述差速更新程序包含判断驱动参数的转速是否低于转速阂值；以及若是，则依据使用者指令的转向角讯号及转速，更新差速法则。
依据一实施例，智能型多轮独立动力轮的差速控制装置适于接收使用者指令驱动动力轮运转。控制装置包括感测器1马达驱动器1以及差速控制器。感测器用以感测使用者指令。马达驱动器用以驱动动力轮运转并输出对应动力轮的运转参数。差速控制器具有差速法则并依据使用者指令及运转参数来判断动力轮是否运转于智能模式。若动力轮运转于智能模式，差速控制器则执行一差速更新程序。若动力轮非运转于智能模式，差速控制器则依据使用者指令及差速法则控制马达驱动器以驱动动力轮[oo14] 藉由上述差速控制方法及差速控制装置，可以在多独立动力轮的车辆行驶时，判断该车辆是否在智能模式(低速惯性巡弋模式)，若是则进行差速更新程序，将惯性巡弋模式下，各轮之间的差速关系动态更新于差速法则中，以得到最符合该车辆的差速法则，能适用于各型式的独立动力轮的车辆，并有效缩短差速法则的开发与验证时间。[oo15] 有关本发明的特征与实作，现结合[f,t-~!对最佳实施例详细说明如下。
[oo16] 图l为依据本发明的差速控制装置一实施例的电路方块示意图。[oo17] 图2为依据本发明的差速控制方法一实施例的流程示意图。[oo18] 图3为依据本发明的差速控制方法一实施例的步骤$30的流程示意图。[oo19] 图4为依据本发明的差速控制方法一实施例的步骤S34的流程示意图。
图5为依据本发明的差速控制方法一实施例的步骤S40的流程示意图。
附图符号说明
l o差速控制装置
12感测器
14差速控制器
140差速法则
16马达驱动器
90使用者指令
92el，92t，，92(，92(J动力轮
94a，94b，94C，94d 轮内马达
具体实施例方式首先，请参阅「图1」。「图1」为依据本发明的差速控制装置10—实施例的电路方 块示意图。差速控制装置10适于接收使用者指令90以驱动动力轮92a，92b，92c，92d运转。 每个动力轮92a，92b,92c,92d都各自具有一个轮内马达94a，94b，94c，94d。轮内马达94a， 94b,94c,94d运转时即带动动力轮92a，92b，92c，92d转动。从图中可以看出，差速控制装置 10可控制4个动力轮92a，92b,92c,92d运转，但并不以此为限，控制装置10亦可控制2个、 6个或8个动力轮92a，92b，92c，92d运转。动力轮92a，92b，92c，92d在本实施例中为电动 动力轮。前述使用者指令90指的是使用者的驾驶意图。使用者指令90可以是但不限于加 速(或称加速讯号、加速意图、油门开度)、减速(或称刹车讯号、减速意图)、及转向(或称 转向角讯号、转向意图)。从图中可见，差速控制装置10包含感测器12、马达驱动器16、及差速控制器14。 感测器12用以感测使用者指令90并输出对应的讯号。感测器12可包含有转向角感测器、 加速感测器、及减速感测器。其中，转向角感测器用以接收使用者指令90的转向意图并输 出转向角讯号。加速感测器用以接收使用者指令90的加速意图(或是油门踏板的开度) 并输出加速讯号。减速感测器用以接收使用者指令90的减速(刹车踏板的开度)意图并 输出减速讯号。马达驱动器16用以驱动动力轮92a，92b，92c，92d运转并输出对应动力轮92a， 92b，92c，92d的运转参数。运转参数可以是但不限于驱动电压V、驱动电流I、及转速ω (或 可称车轮转速)。转速可以是从马达驱动器16的反电动势(Back Electro-magnetic Field(EMF))而得到的。马达94a，94b，94c，94d被驱动运转后，马达驱动器16上会得到反 电动势。此反电动势可以被检测并以脉冲模式输出。此脉冲所对应的物理量可以是马达 94a，94b，94c，94d 的转速(angular speed 或称 rotational speed)。因此，马达驱动器 16 在驱动动力轮92a，92b，92c，92d运转的同时，可以实时输出驱动电流I、驱动电压V及转速 ω 0上述转速ω是经由反电动势而量测而得的，除此之外，部分马达94a，94b，94c， 94d亦内建霍尔效应感测器(Hall effect sensor)。此时，马达驱动器16可经由霍尔效应 感测器而测得动力轮92a，92b，92c，92d的转速ω。转速ω在本文中虽是以每分钟的回转 速(rpm, rotation per minute)为之，但并不以此为限。差速控制器14具有差速法则140并依据使用者指令90及运转参数V，I，ω来判 断动力轮92a，92b,92c,92d是否运转于智能模式。若动力轮92a，92b,92c,92d运转于智能 模式，差速控制器14则执行差速更新程序。若动力轮92a，92b，92c，92d非运转于智能模 式，差速控制器14则依据使用者指令90及差速法则140控制马达驱动器16以驱动动力轮 92a，92b，92c，92d。前述所谓动力轮92a，92b，92c，92d运转于智能模式是指差速控制器14 判断结果为动力轮92a，92b,92c,92d目前的运转模式属于可进行差速学习的状态(时机)。 在智能模式时，各动力轮92a，92b,92c,92d是处于自由滚动状态，也就是未接受或仅接受 非常低的驱动动力。此时，各动力轮间92a，92b，92c，92d的转速ω关系乃为适配于目前的 转向角的自然现象，故能够分别记录于差速法则(或称数据库)内(容后详述)。
前述的差速法则140可以是依据转向角度、车辆的轮距、轴距、驱动模式(前驱、后 驱、或四驱)等推导并经验证完成的差速法则140，亦可以是经过验证后的一个查阅表。此 查阅表通常是但不限于以转向角度查询各被驱动的动力轮92a，92b，92c，92d间的速差关 系式或速差值。差速法则140可以内建在差速控制器14内，亦可以在差速控制器14旁侧 配置一存储器，将差速法则140储存于存储器中，由差速控制器14进行存取。关于差速控制器14如何判断动力轮92a，92b,92c,92d是否运转于智能模式，及在 智能模式下如何进行差速更新程序等等，请参考「图2」。其为依据本发明的差速控制方法 一实施例的流程示意图。图中可见，智能型多轮独立动力轮92a，92b，92c，92d的差速控制方法适于接收使 用者指令90驱动动力轮92a，92b，92c，92d运转。差速控制方法包含下述步骤步骤S20 撷取使用者指令90及驱动参数V，I，ω，驱动参数是对应动力轮92a， 92b，92c，92d ；步骤S30 依据使用者指令90及驱动参数V，I，ω判断动力轮92a，92b，92c，92d 是否运转于智能模式；步骤S40 若是，则执行差速更新程序；以及步骤S50 若否，则依据使用者指令90以及差速法则140驱动动力轮92a，92b， 92c，92d 运转。如同前述，步骤S20的使用者指令可以包含转向角、油门踏板开度及刹车踏板开 度。步骤S20的驱动参数包含驱动电压V、驱动电流I及转速ω。驱动参数ν，Ι，ω与动力 轮92a，92b，92c，92d的对应关为每一个动力轮92a，92b，92c，92d均具有一组驱动电压V、驱 动电流I及转速ω。藉此，差速控制器14即可得知车辆的车速、每个动力轮92a，92b，92c， 92d的驱出扭矩等信息。例如，车速可以从所有的动力轮92a，92b，92c，92d的转速ω平均 而得，而每个动力轮92a，92b，92c，92d的扭矩则可以由下述公式(1)计算而得。
权利要求
1.一种智能型多轮独立动力轮的差速控制方法，适于接收一使用者指令驱动多个动力 轮运转，该差速控制方法包括撷取该使用者指令及多个驱动参数，该驱动参数对应该动力轮； 依据该使用者指令及该驱动参数判断该动力轮是否运转于一智能模式； 若是，则执行一差速更新程序；以及若否，则依据该使用者指令以及一差速法则驱动该动力轮运转。
2.如权利要求1所述的差速控制方法，其中该依据该使用者指令及该驱动参数判断该 动力轮是否运转于该智能模式的步骤包含判断该使用者指令的一转向角讯号是否大于一转向角阈值；若该转向角讯号大于该转向角阈值，则依据该驱动参数判断一总合扭矩是否小于一扭 矩阈值；以及若该总合扭矩小于该扭矩阈值，则决定该动力轮是运转于该智能模式。
3.如权利要求2所述的差速控制方法，其中依据该使用者指令及该驱动参数判断该动 力轮是否运转于该智能模式的步骤还包含若该转向角讯号未大于该转向角阈值，则决定 该动力轮非运转于该智能模式。
4.如权利要求2所述的差速控制方法，其中依据该使用者指令及该驱动参数判断该动 力轮是否运转于该智能模式的步骤还包含若该总合扭矩未小于该扭矩阈值，则决定该动 力轮非运转于该智能模式。
5.如权利要求2所述的差速控制方法，其中依据该驱动参数判断该总合扭矩是否小于 该扭矩阈值的步骤包含依据该驱动参数的多个驱动电压、多个驱动电流及多个转速获得多个单轮扭矩，该单 轮扭矩对应于该动力轮；加总该单轮扭矩获得该总合扭矩；以及 判断该总合扭矩是否小于该扭矩阈值。
6.如权利要求2所述的差速控制方法，其中该扭矩阈值为50牛顿/米。
7.如权利要求2所述的差速控制方法，其中该转向角阈值为0.1度。
8.如权利要求1所述的差速控制方法，其中该差速更新程序包含 判断该驱动参数的多个转速是否低于一转速阈值；若是，则依据该使用者指令的一转向角讯号及该转速，更新该差速法则；以及 若否，则结束该差速更新程序。
9.如权利要求8所述的差速控制方法，其中该转速阈值为100转/每分。
10.如权利要求8所述的差速控制方法，其中在该判断该驱动参数的多个转速是否低 于该转速阈值的步骤前包含判断该使用者指令的一减速讯号是否低于一减速阈值；若是，则执行该判断该驱动参数的该转速是否低于该转速阈值的步骤；以及若否，则结束该差速更新程序。
11.如权利要求10所述的差速控制方法，其中该减速阈值为一踏板行程的百分的十。
12.如权利要求8所述的差速控制方法，其中在该更新该差速法则的步骤包含 依据该转向角判断该转速是否落于一合理范围；若是，则将该转向角及该转速更新至该差速法则；以及若否，则结束该差速更新程序的步骤。
13.如权利要求1所述的差速控制方法，其中该使用者指令包含一车轮转向角、一油门 踏板的开度、及一刹车踏板的开度。
14.如权利要求1所述的差速控制方法，其中该依据该使用者指令及该驱动参数判断 该动力轮是否运转于该智能模式的步骤包含判断该使用者指令的一转向角讯号是否大于一转向角阈值；若该转向角讯号大于该转向角阈值，则依据该驱动参数判断一驱动电流是否小于一电 流阈值；以及若该驱动电流小于该电流阈值，则决定该动力轮是运转于该智能模式。
15.如权利要求14所述的差速控制方法，其中该电流阈值为10安培。
16.如权利要求1所述的差速控制方法，其中该依据该使用者指令及该驱动参数判断 该动力轮是否运转于该智能模式的步骤包含判断该使用者指令的一转向角讯号是否大于一转向角阈值；若该转向角讯号大于该转向角阈值，则依据该驱动参数判断一驱动功率是否小于一功 率阈值；以及若该驱动功率小于该功率阈值，则决定该动力轮是运转于该智能模式。
17.如权利要求16所述的差速控制方法，其中该功率阈值为50瓦特。
18.一种智能型多轮独立动力轮的差速控制装置，适于接收一使用者指令驱动多个动 力轮运转，该差速控制装置包括多个感测器，用以感测该使用者指令；一马达驱动器，用以驱动该动力轮运转并输出对应该动力轮的多个运转参数；以及一差速控制器，具有一差速法则，该差速控制器是依据该使用者指令及该运转参数来 判断该动力轮是否运转于一智能模式，若该动力轮运转于该智能模式，该差速控制器则执 行一差速更新程序，若该动力轮非运转于该智能模式，该差速控制器则依据该使用者指令 及该差速法则控制该马达驱动器以驱动该动力轮。
19.如权利要求18所述的差速控制装置，其中该感测器包含一转向角感测器，该转向 角感测器用以接收该使用者指令并输出一转向角讯号，该差速控制器依据该运转参数获得 一总合扭矩，该差速控制器是于该转向角讯号大于一转向角阈值且该总合扭矩小于一扭矩 阈值时，判断该动力轮运转于该智能模式。
20.如权利要求19所述的差速控制装置，其中该运转参数包含多个驱动电压、多个驱 动电流、及多个转速，该总合扭矩符合下述关系式TUall / Ji-λCO1其中，该Tall为该总合扭矩，η为该动力轮的个数，Ii为第i个动力轮对应的该驱动电 流，Vi为第i个动力轮对应的该驱动电压，Qi为该第i个动力轮对应的该转速。
21.如权利要求18所述的差速控制装置，其中该感测器包含一转向角感测器，用以接收该使用者指令并输出一转向角讯号；一加速感测器，用以接收该使用者指令并输出一加速讯号；以及 一减速感测器，用以接收该使用者指令并输出一减速讯号。
22.如权利要求21所述的差速控制装置，其中该差速控制器是于该动力轮非运转于该 智能模式时，依据该转向角讯号、该加速讯号、该减速讯号及该差速法则控制该马达驱动器 以驱动该动力轮。
23.如权利要求18所述的差速控制装置，其中该差速更新程序包含 判断该驱动参数的多个转速是否低于一转速阈值；以及若是，则依据该使用者指令的一转向角讯号及该转速，更新该差速法则。
24.如权利要求23所述的差速控制装置，其中在该判断该驱动参数的多个转速是否低 于该转速阈值的步骤前包含判断该使用者指令的一减速讯号是否低于一减速阈值；以及 若否，则结束该差速更新程序。
25.如权利要求23所述的差速控制装置，其中该更新该差速法则的步骤包含 依据该转向角讯号判断该转速是否落于一合理范围；以及若是，则将该转向角讯号及该转速更新至该差速法则。
全文摘要
一种智能型多轮独立动力轮的差速控制方法及其装置，适于接收一使用者指令驱动多个动力轮运转。该控制装置包含感测器、马达驱动器、及差速控制器。感测器用以感测使用者指令。马达驱动器用以驱动动力轮运转并输出对应动力轮的运转参数。差速控制器具有差速法则并依据使用者指令及运转参数来判断动力轮是否运转于智能模式。若动力轮运转于智能模式，差速控制器则执行一差速更新程序。若动力轮非运转于智能模式，差速控制器则依据使用者指令及差速法则控制马达驱动器以驱动动力轮。
文档编号B60L15/38GK102092308SQ200910261459
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者刘柏圣, 李承和, 简金品 申请人:财团法人工业技术研究院