TWI864975B

TWI864975B - 馬達驅動控制裝置和電動輔助車

Info

Publication number: TWI864975B
Application number: TW112131181A
Authority: TW
Inventors: 王聖揚
Original assignee: 達方電子股份有限公司
Priority date: 2023-08-18
Filing date: 2023-08-18
Publication date: 2024-12-01
Also published as: TW202508879A

Abstract

一種馬達驅動控制裝置，用於一電動輔助車，包含有一驅動模組，用來驅動具有一霍耳感測模組的一馬達，該驅動模組具有一第一驅動模式及一第二驅動模式，其中該霍耳感測模組用來感測該馬達的一極性及一轉動角度，該第一驅動模式採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度，該第二驅動模式不採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度；一狀態感測模組，用來感測該電動輔助車的一資訊；以及一控制模組，耦接該狀態感測模組及該驅動模組，該控制模組根據該資訊命令該驅動模組使用該第一驅動模式或該第二驅動模式。

Description

馬達驅動控制裝置和電動輔助車

本發明涉及一種馬達驅動控制裝置和電動輔助車，尤指一種動態改變驅動模式的馬達驅動控制裝置和電動輔助車。

隨著電動輔助車的普及，改善電動輔助車馬達的能源效率變得重要。傳統電動輔助車的馬達配置有霍耳元件，用來感測馬達轉子的極性及轉動角度並產生位置資訊，搭配磁場導向控制技術使馬達正常運作，上述控制技術可以稱為有感測控制技術。然而，霍耳元件的配置會因為不同的製程公差、元件類型和組裝方法，導致感測到的位置資訊產生誤差。在此情形下，有感測控制技術會造成控制器輸出的三相電流不平衡使得馬達整體效率下降且功率消耗增加。

因此，如何改善有感測控制技術，使三相電流平衡輸出，進而提升馬達效率及降低功率消耗，就成為業界所努力的目標之一。

本發明的主要目的之一在於提供一馬達驅動控制裝置和電動輔助車，以解決上述問題。

本發明提供一種馬達驅動控制裝置，用於一電動輔助車，包含有一驅動模組，用來驅動具有一霍耳感測模組的一馬達，該驅動模組具有一第一驅動模式及一第二驅動模式，其中該霍耳感測模組用來感測該馬達的一極性及一轉動角度，該第一驅動模式採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度，該第二驅動模式不採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度；一狀態感測模組，用來感測該電動輔助車的一資訊；以及一控制模組，耦接該狀態感測模組及該驅動模組，該控制模組根據該資訊命令該驅動模組使用該第一驅動模式或該第二驅動模式。

本發明提供一種電動輔助車，包含有一馬達，具有一霍耳感測模組，其中該霍耳感測模組用來感測該馬達的一極性及一轉動角度；一驅動模組，用來驅動該馬達，該驅動模組具有一第一驅動模式及一第二驅動模式，其中該第一驅動模式採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度，該第二驅動模式不採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度；一狀態感測模組，用來感測該電動輔助車的一資訊；以及一控制模組，耦接該狀態感測模組及該驅動模組，該控制模組根據該資訊命令該驅動模組使用該第一驅動模式或該第二驅動模式。

1:電動輔助車

10:馬達驅動控制裝置

100:馬達

101:霍耳感測模組

102:驅動模組

104:狀態感測模組

106:控制模組

2、3:流程

S200、S202、S204、S206、S208、S300、S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307、S308、S309:步驟

第1A圖和第1B圖為本發明一實施例之一馬達驅動控制裝置和一電動輔助車的示意圖。

第2圖為本發明一實施例之一馬達驅動控制方法之流程圖。

第3圖為本發明另一實施例之一馬達驅動控制方法之流程圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的準則。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

第1A圖和第1B圖為本發明一實施例之一馬達驅動控制裝置10和一電動輔助車1的示意圖。馬達驅動控制裝置10包含一馬達100、一驅動模組102、一狀態感測模組104和一控制模組106。馬達驅動控制裝置10可以設置在電動輔助車1的任意一處，舉例來說，馬達100可以是設置在電動輔助車1的前輪花鼓、後輪花鼓或是中軸的前置馬達、後置馬達或是中置馬達，且不限於此。馬達100具有一霍耳感測模組101，其中霍耳感測模組101用來感測馬達100的一極性及一轉動角度。狀態感測模組104用來感測電動輔助車的一資訊。控制模組106耦接驅動模組102和狀態感測模組104，用來根據資訊命令驅動模組102使用各種驅動模式來驅動馬達100。舉例來說，驅動模式可以包含一第一驅動模式或一第二驅動模式，其中第一驅動模式採用馬達100的極性及轉動角度(即有感測控制技術)，第二驅動模式不採用馬達100的極性及轉動角度(即無感測控制技術)。需注意的是，關於無感測控制技術，控制模組106可以估計馬達100的轉子磁鐵的位置(極性和轉動角度)，並據此驅動馬達100，無感測控制技術為本領域所熟知，故不贅述。具體而言，本發明結合有感測控制技術和無感測控制技術來混合控制(hybrid control)並驅動馬達100，當由有感測控制技術切換到無感測控制技術時，可以使三相電流平衡輸出，進而達到馬達100的效率提升及降低功率消耗。

需注意的是，控制模組106可以包含一微控制單元(microcontroller unit，MCU)和一記憶體，記憶體儲存有一程式碼，用來指示微控制單元執行一馬達驅動控制方法。馬達驅動控制方法可歸納為一流程2，如第2圖所示。流程2包含以下步驟：

步驟S200：開始。

步驟S202：接收霍耳感測模組101感測的馬達100的極性及轉動角度。

步驟S204：接收狀態感測模組104感測的電動輔助車1的資訊。

步驟S206：根據資訊決定驅動模組102使用第一驅動模式或第二驅動模式來驅動馬達100。

步驟S208：結束。

根據流程2，於步驟S202中，當使用者騎乘電動輔助車1時，霍耳感測模組101感測馬達100當前的極性及轉動角度。於步驟S204中，狀態感測模組104感測電動輔助車1的資訊，具體而言，狀態感測模組104可以是一轉矩感測器、一速度感測器或是一周邊感測器，其感測的資訊可以包含電動輔助車的一踩踏頻率、一行車速度或是一行車環境資訊。需注意的是，本領域具通常知識者當可根據所需，適當增加其他種類的狀態感測模組104及其感測的資訊，而不限於此。於步驟S206中，控制模組106根據資訊決定驅動模組102使用第一驅動模式或第二驅動模式以使三相電流平衡輸出，進而達到馬達100的效率提升及降低功率消耗。

在一實施例中，狀態感測模組104感測的資訊可以是電動輔助車1的行車環境資訊，當行車環境資訊指示電動輔助車1行駛於一上坡時，控制模組106命令驅動模組102使用第一驅動模式。另一方面，當行車環境資訊指示電動輔助車1行駛於一平地或一下坡時，控制模組106命令驅動模組102使用第二驅動模式。如此一來，當使用者騎乘電動輔助車1時，透過在第一驅動模式和第二驅動模式之間的動態切換，可以使得電動輔助車1在上坡時維持低速穩定且具有高轉矩，而在平地或下坡時提昇高速巡航的馬達效率，進而降低馬達100的功率消耗。

在另一實施例中，狀態感測模組104可以是周邊感測器，用以擷取行車影像。據此，控制模組106可以執行一影像辨識方法來分析行車影像並產生行車環境資訊，舉例來說，影像辨識方法可以具有行人辨識、車輛辨識、車標辨識、障礙物辨識等功能。需注意的是，影像辨識方法為本領域所熟知，故不贅述。當行車環境資訊指示電動輔助車1行駛於一危險狀態時，控制模組106命令驅動模組102使用第一驅動模式；以及當行車環境資訊指示電動輔助車1行駛於一安全狀態時，控制模組106命令驅動模組102使用第二驅動模式。如此一來，當使用者騎乘電動輔助車1時，透過在第一驅動模式和第二驅動模式之間的動態切換，可以使得電動輔助車1行駛於危險狀態時維持低速穩定且具有高轉矩，而行駛於安全狀態時提昇高速巡航的馬達效率，進而降低馬達100的功率消耗。

在另一實施例中，狀態感測模組104感測的資訊可以是電動輔助車1 的行車速度。當行車速度小於一速度臨界值時，控制模組106命令驅動模組102使用第一驅動模式；以及當行車速度大於或等於速度臨界值時，控制模組106命令驅動模組102使用第二驅動模式。如此一來，當使用者騎乘電動輔助車1時，透過在第一驅動模式和第二驅動模式之間的動態切換，可以使得電動輔助車1的行車速度小於速度臨界值時維持低速穩定且具有高轉矩，而行車速度大於或等於速度臨界值時提昇高速巡航的馬達效率，進而降低馬達100的功率消耗。

在另一實施例中，狀態感測模組104感測的資訊可以是電動輔助車1的踩踏頻率。當踩踏頻率小於一踏頻臨界值時，控制模組106命令驅動模組102使用第一驅動模式；以及當踩踏頻率大於或等於踏頻臨界值時，控制模組106命令驅動模組102使用第二驅動模式。如此一來，當使用者騎乘電動輔助車1時，透過在第一驅動模式和第二驅動模式之間的動態切換，可以使得使用者的踩踏頻率小於踏頻臨界值時維持低速穩定且具有高轉矩，而踩踏頻率大於或等於踏頻臨界值時提昇高速巡航的馬達效率，進而降低馬達100的功率消耗。

需注意的是，上述實施例為本發明的不同實施例。本領域具通識者當可據以組合、修改和/或變更，而不限於此。例如，馬達驅動控制方法可以透過上述實施例的組合來實現，歸納為一流程3，如第3圖所示。流程3包含以下步驟：

步驟S300：開始。

步驟S301：接收狀態感測模組104感測的電動輔助車1的資訊。

步驟S302：判斷使用者是否開始踩踏電動輔助車1。若是，進行步驟S303；若否，進行步驟S309。

步驟S303：判斷電動輔助車1是否行駛於危險狀態。若是，進行步驟 S304；若否，進行步驟S308。

步驟S304：判斷電動輔助車1是否行駛於平地或下坡狀態。若是，進行步驟S305；若否，進行步驟S308。

步驟S305：判斷電動輔助車1的行車速度是否大於臨界值。若是，進行步驟S306；若否，進行步驟S308。

步驟S306：判斷使用者是否穩定踩踏電動輔助車1。若是，進行步驟S307；若否，進行步驟S308。

步驟S307：使用第二驅動模式。

步驟S308：使用第一驅動模式。

步驟S309：結束。

簡言之，當滿足行駛於危險狀態、平地或下坡、行車速度大於臨界值以及使用者穩定踩踏電動輔助車1的條件時，控制模組106命令驅動模組102使用第二驅動模式來驅動馬達100，其他狀況則命令驅動模組102使用第一驅動模式來驅動馬達100。關於流程3的詳細說明及其衍生變化可參考前述說明，在此不贅述。

綜上所述，相較於傳統技術中有感測控制技術會造成控制器輸出的三相電流不平衡使得馬達整體效率下降且功率消耗增加。本發明之馬達驅動控制裝置及方法結合有感測控制技術和無感測控制技術來混合控制(hybrid control)並驅動馬達，可在使用者騎乘電動輔助車的各種場景中動態切換控制技術，因此本發明具備有感測控制技術的低速高轉矩及快速啟動以及無感測控制技術使三相電流平衡輸出之優勢，進而達到馬達的效率提升及降低功率消耗。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

2:流程

S200、S202、S204、S206、S208:步驟

Claims

一種馬達驅動控制裝置，用於一電動輔助車，包含有：一驅動模組，用來驅動具有一霍耳感測模組的一馬達，該驅動模組具有一第一驅動模式及一第二驅動模式，其中該霍耳感測模組用來感測該馬達的一極性及一轉動角度，該第一驅動模式採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度，該第二驅動模式不採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度；一狀態感測模組，用來感測該電動輔助車的一資訊；以及一控制模組，耦接該狀態感測模組及該驅動模組，該控制模組根據該資訊命令該驅動模組使用該第一驅動模式或該第二驅動模式。
如請求項1所述之馬達驅動控制裝置，其中該資訊包含該電動輔助車的一行車環境資訊。
如請求項2所述之馬達驅動控制裝置，其中當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一上坡時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一平地或一下坡時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。
如請求項2所述之馬達驅動控制裝置，其中當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一危險狀態時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一安全狀態時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。
如請求項1所述之馬達驅動控制裝置，其中該資訊包含該電動輔助車的一行車速度或踩踏頻率。
如請求項5所述之馬達驅動控制裝置，其中當該行車速度小於一速度臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該行車速度大於或等於該速度臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。
如請求項5所述之馬達驅動控制裝置，其中當該踩踏頻率小於一踏頻臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該踩踏頻率大於或等於該踏頻臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。
一種電動輔助車，包含有：一馬達，具有一霍耳感測模組，其中該霍耳感測模組用來感測該馬達的一極性及一轉動角度；一驅動模組，用來驅動該馬達，該驅動模組具有一第一驅動模式及一第二驅動模式，其中該第一驅動模式採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度，該第二驅動模式不採用該霍耳感測模組感測的該極性及該轉動角度；一狀態感測模組，用來感測該電動輔助車的一資訊；以及一控制模組，耦接該狀態感測模組及該驅動模組，該控制模組根據該資訊命令該驅動模組使用該第一驅動模式或該第二驅動模式。
如請求項8所述之電動輔助車，其中該該資訊包含該電動輔助車的一行車環境資訊。
如請求項9所述之電動輔助車，其中當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一上坡時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一平地或一下坡時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。
如請求項9所述之電動輔助車，其中當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一危險狀態時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該行車環境資訊指示該電動輔助車行駛於一安全狀態時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。
如請求項8所述之電動輔助車，其中該資訊包含該電動輔助車的一行車速度或踩踏頻率。
如請求項12所述之電動輔助車，其中當該行車速度小於一速度臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該行車速度大於或等於該速度臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。
如請求項12所述之電動輔助車，其中當該踩踏頻率小於一踏頻臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第一驅動模式；以及當該踩踏頻率大於或等於該踏頻臨界值時，該控制模組命令該驅動模組使用第二驅動模式。