TWI396641B - Automatic deceleration control device and method for electric scooter - Google Patents

Description

電動代步車下坡自動減速控制裝置及方法

本發明係關於一種電動代步車的煞車控制裝置，尤指一種可判斷電動代步車是否正處於下坡狀態，在下坡時自動減緩電動代步車行駛速度的下坡自動減速控制裝置。

電動代步車在市面上早已推出多年，其設計原意在於針對老年人或行動不便者提供一種簡易的代步交通工具，減低這類人士的身體負擔，例如隨著年齡漸高或是曾經發生意外傷害，人體膝關節可能因退化或傷害而不耐長久行走，為避免因過度運動而使狀況再度惡化，有必要適當降低其活動量，因此開發此電動式的代步工具。

電動代步車的動力來源與一般使用燃油的機車不同，主要是借由電力驅動馬達而帶車輪前進，其行駛速度會較一般機車來得較慢。在平地行駛時，操作者尚可自己掌控車輛的行進速度；但當電動代步車正處於下坡前進時，由於會因重力加速度或坡度過大等關係，導致車體下坡速度越來越快，老年人恐因操控反應較慢而易產生恐懼，且易導致車輛翻覆的危險；更甚者，可能因恐懼慌亂而誤催動電門，使車輛不僅無法減速，反而提高下坡速度，如此更容易發生意外狀況。

由於現有電動代步車在下坡時係缺乏任何減速保護機制，使駕駛者容易因車速過快而產生恐慌甚至發生翻覆等意外狀況，本發明之主要目的係提供一種電動代步車下坡自動減速控制裝置，係於判斷出電動代步車正下坡前進時，自動降低施加在馬達上的電流，使其減緩運轉速度，從而降低電動代步車之下坡速度。

為達到前述目的，本發明電動代步車下坡自動減速控制裝置係包含有：一電門開度檢知器，係檢知電動代步車之電門開度，輸出電門開度資料；一微處理器，連接該電門開度檢知器以接收該電門開度資料，根據該電門開度資料決定一馬達之驅動電壓及驅動電流，該微處理器內係建立有一下坡判斷減速程序；一馬達驅動電路，係連接該微處理器之輸出端，根據微處理器之控制指令而產生驅動電壓及驅動電流，以驅動馬達產生運轉；一回授檢測電路，連接在該馬達驅動電路與微處理器之間，負責感測馬達驅動電路輸出的驅動電壓及驅動電流，並將感測到的資料回授給微處理器；其中，該微處理器係根據回授檢測電路所測得之驅動電壓及驅動電流判斷電動代步車是否處於下坡狀態，於判斷是下坡狀態時，微處理器係降低送出至該馬達驅動電路之脈寬調變信號(PWM)的工作週期，以減緩該馬達之運轉速度。

本發明之另一目的係提供一種電動代步車下坡自動減速控制方法，包含有：讀取電門開度資料，係以一微處理器接收電動代步車之電門開度資料；依電門開度資料輸出驅動電壓，微處理器根據電門開度資料，控制一馬達驅動電路使其產生對應該電門開度資料的驅動電壓，令馬達根據該驅動電壓運轉；判斷馬達的驅動電壓值是否超過一臨界值，該微處理器判斷驅動電壓是否已高於一臨界值，當高於臨界值時，係繼續下一步驟；讀取馬達的驅動電流值，微處理器係讀取馬達目前的驅動電流值大小；判斷驅動電流是否小於一預設值，微處理器判斷馬達的驅動電流是否小於一預設值，當小於該預設值時，執行下一步驟；降低脈寬調變信號之工作週期，該微處理器降低脈寬調變信號的工作週期，令控制馬達之驅動電晶體的導通時間縮小，從而減少通過馬達的電流，降低其轉速。

藉由前述技術，當確定電動代步車正處於下坡前進時，本發明係縮減驅動電晶體之脈寬調變信號的工作週期，令馬達減速，從而減緩電動代步車之下坡速度，藉此防止老年人或行動不便者容易因下坡所產生的恐慌感，避免駕駛人錯誤操作電門，亦可降低電動代步車之翻覆意外。

請參考圖1所示，本發明電動代步車下坡自動減速控制裝置係包含有：一電門開度檢知器10，係檢知電動代步車之電門開度，輸出電門開度資料；一微處理器20，其一輸入端連接該電門開度檢知器10以接收電門開度資料，根據該電門開度資料決定馬達40之驅動電壓及驅動電流值，馬達之驅動電壓值係可決定電動代步車之行駛速度，該微處理器20內係建立有一下坡判斷減速程序；一馬達驅動電路30，係連接該微處理器20之輸出端，根據微處理器20之控制指令而產生驅動電壓及驅動電流，以驅動馬達40產生運轉；一回授檢測電路50，係連接於該馬達驅動電路30與微處理器20之間，負責感測馬達驅動電路30所輸出的驅動電壓及通過馬達40的電流，並將感測到的資料回授給微處理器20，供微處理器20判斷是否需啟動下坡減速。

請參考圖2所示，為前述馬達驅動電路30之詳細電路圖，本實施例係採用具有對稱架構的H橋式驅動電路，包含有第一至第四驅動電晶體31~34，詳細連接方式如下：第一驅動電晶體31的一端連接一直流電壓，另一端連接至第一輸出接點35；第二驅動電晶體31的一端連接該直流電壓，另一端連接至第二輸出接點36；第三驅動電晶體33的一端連接該第一輸出接點35，另一端連接至接地；第三驅動電晶體34的一端連接該第二輸出接點36，另一端連接至接地。

其中，前述馬達40係連接在第一輸出接點35及第二輸出接點36之間；各驅動電晶體31~34係根據微處理器20所送當第一、第四驅動電晶體31、34導通時，正轉電流係通過馬達40而驅使其產生正轉，此時電動代步車可前進；相反的，當第二、第三驅動電晶體32、33導通時，反轉電流係通過馬達40而驅使其產生逆轉，此時電動代步車可後退。各驅動電晶體31~34的導通/關閉動作是以微處理器20所產生的脈寬調變信號(PWM)所控制，各脈寬調變信號的工作週期(duty cycle)決定驅動電晶體31~34的導通時間，亦同時決定應供給多少驅動電流至馬達40。

請參考圖3，為本發明回授檢測電路50一較佳實施例之詳細電路圖，該回授檢測電路50包含有：一第一電阻501，其一端連接至一電壓源，另一端串聯一第一齊納二極體Z1，該第一齊納二極體Z1之正極接地；一第二電阻502，其一端連接到該第一電阻501與第一齊納二極體Z1的串聯節點，另一端作為輸出端；一第三電阻503，其一端連接到該第一電阻501與第一齊納二極體Z1的串聯節點，另一端作為輸出端並同時連接一第一電容C1，第一電容C1的另一端接地；一第四電阻504，其一端連接到該第一電阻501與第一齊納二極體Z1的串聯節點，另一端連接至馬達40的一端；一第五電阻505，其一端連接至該電壓源，另一端串聯一第二齊納二極體Z2，該第二齊納二極體Z2之正極接地；一第六電阻506，其一端連接到該第五電阻505與第二齊納二極體Z2的串聯節點，另一端作為輸出端；一第七電阻507，其一端連接到該第五電阻505與第二齊納二極體Z2的串聯節點，另一端作為輸出端並同時連接一第二電容C2，第一電容C2的另一端接地；一第八電阻508，其一端連接到該第五電阻505與第二齊納二極體Z2的串聯節點，另一端連接至馬達40的另一端。

在馬達40無論是正轉或反轉時，均會有電流通過馬達40，在各電阻501~508上均會產生電壓，因此，藉由偵測第二、三、六、七電阻502、503、506、507輸出端上的電壓值，即可反推出目前通過馬達40上的電流大小，以提供給微處理器20判斷電動代步車是否下坡。

請參考圖4所示，為利用脈寬調變信號(PWM)控制馬達40轉速之示意圖，圖中顯示有兩種不同工作週期的脈寬調變信號PWM1、PWM2，其中一脈寬調變信號PWM1的工作週期為50%，另一脈寬調變信號PWM2的工作週期為30%。當工作週期越大，馬達40獲得較多能量故轉速越高；工作週期越小，馬達40獲得較少能量故轉速較慢。

本發明之微處理器20即利用脈寬調變信號之工作週期大小來控制馬達，使電動代步車在下坡時能自動減緩速度，請參考圖5，微處理器20所執行之下坡判斷減速程序包含有下列步驟：讀取電門開度資料(501)，微處理器20係接收電門開度檢知器10所感測出的電門開度資料；依電門開度資料輸出驅動電壓(502)，微處理器20根據電門開度資料控制該馬達驅動電路30，使馬達驅動電路30能產生對應該電門開度資料的驅動電壓，馬達40接收該驅動電壓而轉動；判斷馬達的驅動電壓值是否超過一臨界值(503)，該微處理器20判斷目前的驅動電壓是否已高於一臨界值，該臨界值可設定為馬達40全速運轉時之驅動電壓的70%，例如馬達40全速運轉時之驅動電壓為V_max ，則臨界值即可定為V_max ×70%；當低於臨界值時，則回到步驟(501)以持續讀取電門開度資料，當高於臨界值時，代表馬達40的轉速相當快速，電動代步車有可能正在下坡前進，故繼續下一步驟以判斷是否為下坡；讀取通過馬達的電流值(504)，微處理器20係透過該回授檢測電路50檢知目前通過馬達40的電流大小；判斷電流是否小於一預設值(505)，微處理器20係判斷通過馬達40的電流是否小於一預設值(例如2安培)，當電流小於該預設值時，即表示電動代步車確實正在下坡前進，故將執行下一步驟；反之，若電流未小於該預設值，則電動代步車並未下坡，此時回歸到步驟(401)，持續讀取電門開度資料；降低脈寬調變信號之工作週期(506)，當判斷電動代步車正在下坡前進時，該微處理器20係刻意輸出低工作週期的脈寬調變信號至馬達驅動電路30，降低驅動電晶體31~34之導通時間，從而減少通過馬達40的電流；當流經馬達40的電流減小時，馬達40轉速即自然降低，故能達到電動代步車自動下坡減速之目的。

綜上所述，本發明於判斷電動代步車目前的行駛速度較快時，進一步判斷通過馬達之電流值是否小於一預設值，當電流低於該預設值時，即確定電動代步車正處於下坡前進的狀態，此時係特地減少驅動電晶體之脈寬調變信號的工作週期，令馬達減速，從而減緩電動代步車之下坡速度，藉此防止老年人或行動不便者因下坡所產生的恐慌感，避免錯誤操作電門，降低電動代步車之翻覆意外。

10．．．電門開度檢知器

20．．．微處理器

30．．．馬達驅動電路

31．．．第一驅動電晶體

32．．．第二驅動電晶體

33．．．第三驅動電晶體

34．．．第四驅動電晶體

35．．．第一輸出接點

36．．．第二輸出接點

40．．．馬達

50．．．回授檢測電路

501．．．第一電阻

502．．．第二電阻

503．．．第三電阻

504．．．第四電阻

505．．．第五電阻

506．．．第六電阻

507．．．第七電阻

508．．．第八電阻

Z1．．．第一齊納二極體

Z2．．．第二齊納二極體

PWM1、PWM2．．．脈寬調變信號

圖1：本發明之電路方塊圖。

圖2：本發明馬達驅動電路之詳細電路圖。

圖3：本發明回授檢測電路之詳細電路圖。

圖4：本發明以脈寬調變信號(PWM)控制馬達轉速之原理示意圖。

圖5：本發明之方法流程圖。

10．．．電門開度檢知器

20．．．微處理器

30．．．馬達驅動電路

40．．．馬達

50．．．回授檢測電路

Claims (9)

1. 一種電動代步車下坡自動減速控制裝置，包含有：一電門開度檢知器，係檢知電動代步車之電門開度，輸出電門開度資料；一微處理器，連接該電門開度檢知器以接收該電門開度資料，根據該電門開度資料決定一馬達之驅動電壓及驅動電流，該微處理器內係建立有一下坡判斷減速程序；一馬達驅動電路，係連接該微處理器之輸出端，根據微處理器之控制指令而產生驅動電壓及驅動電流，利用該驅動電壓及驅動電流而控制馬達產生運轉；一回授檢測電路，連接在該馬達驅動電路與微處理器之間，負責感測馬達驅動電路輸出的驅動電壓及通過馬達的電流值，並將感測到的資料回授給微處理器；其中，該微處理器係根據回授檢測電路所測得之驅動電壓及電流值判斷電動代步車是否處於下坡狀態，於判斷是下坡狀態時，該微處理器係降低送出至馬達驅動電路之脈寬調變信號(PWM)的工作週期，以減緩馬達之運轉速度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動代步車下坡自動減速控制裝置，該微處理器判斷馬達之驅動電壓是否高於一臨界值，若高於臨界值，係進一步判斷通過馬達之電流是否小於一預設值，若低於該預設值，即判斷電動代步車正處於下坡狀態。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電動代步車下坡自動減速控制裝置，該臨界值係為馬達全速運轉時之驅動電壓的70%。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電動代步車下坡自動減速控制裝置，該預設值為2安培。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電動代步車下坡自動減速控制裝置，該馬達驅動電路為一H橋式驅動電路，包含有：第一驅動電晶體，其一端連接一直流電壓，另一端連接至一第一輸出接點；第二驅動電晶體，其一端連接該直流電壓，另一端連接至一第二輸出接點；第三驅動電晶體，其一端連接該第一輸出接點，另一端連接至接地；第三驅動電晶體，其一端連接該第二輸出接點，另一端連接至接地；其中，第一輸出接點及第二輸出接點係供馬達連接；各驅動電晶體的導通及關閉動作是以微處理器所產生的脈寬調變信號所控制。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之電動代步車下坡自動減速控制裝置，該回授檢測電路包含：一第一電阻，其一端連接至一電壓源，另一端串聯一第一齊納二極體，該第一齊納二極體的正極接地；一第二電阻，其一端連接到該第一電阻與第一齊納二極體的串聯節點，另一端作為輸出端；一第三電阻，其一端連接到該第一電阻與第一齊納二極體的串聯節點，另一端作為輸出端並同時連接一第一電容，第一電容的另一端接地； 一第四電阻，其一端連接到該第一電阻與第一齊納二極體的串聯節點，另一端連接至馬達的一端；一第五電阻，其一端連接至該電壓源，另一端串聯一第二齊納二極體，該第二齊納二極體之正極接地；一第六電阻，其一端連接到該第五電阻與第二齊納二極體的串聯節點，另一端作為輸出端；一第七電阻，其一端連接到該第五電阻與第二齊納二極體的串聯節點，另一端作為輸出端並同時連接一第二電容，第一電容的另一端接地；一第八電阻，其一端連接到該第五電阻與第二齊納二極體的串聯節點，另一端連接至馬達的另一端。
7. 一種電動代步車下坡自動減速控制方法，包含有：讀取電門開度資料，係以一微處理器接收電動代步車之電門開度資料；依電門開度資料輸出驅動電壓，微處理器根據電門開度資料，控制一馬達驅動電路使其產生對應該電門開度資料的驅動電壓，令馬達根據該驅動電壓運轉；判斷馬達的驅動電壓值是否超過一臨界值，該微處理器判斷驅動電壓是否已高於一臨界值，當高於臨界值時，係繼續下一步驟；讀取通過馬達的電流值，微處理器係讀取目前通過馬達的電流；判斷電流是否小於一預設值，微處理器判斷通過馬達的電流是否小於一預設值，當小於該預設值時，執行下一步驟； 降低脈寬調變信號之工作週期，該微處理器降低脈寬調變信號的工作週期，令控制馬達之驅動電晶體的導通時間縮小，從而減少通過馬達的電流，降低其轉速。
8. 如申請專利範圍第7項所述電動代步車下坡自動減速控制方法，該臨界值係為馬達全速運轉時之驅動電壓的70%。
9. 如申請專利範圍第7項所述電動代步車下坡自動減速控制方法，該預設值為2安培。