动态式电动驱动控制的制作方法

本发明主张2016年3月3日申请的美国62/302,945号临时申请案的优先权，前述申请全数在此一并引用。

本发明是关于电动车辆，尤其是指对于电动车辆电机的有效控制。

背景技术

已知的轻型电动车(levs)为二轮、三轮或四轮的车辆，相比于全尺寸电动车或卡车，其通常具有较低的速度及较少的负载能力。轻型电动车包括电动自行车、摩托车、三轮车以及设计供非高速公路用途的小型四轮车。由于已知的电池具有给定的有限能量密度，对于这类车辆而言，从车辆的推进系统得到最大效率是重要的。同样的，由于这些车辆在市场上的已知的本质，其所有零件对于价格的敏感性都相当高。

多数的轻型电动车采用轮内轮毂电机或是藉由皮带或链条将电机连接至一或多个车轮。这样的电机的限制在于，当电机处于低的回转数(rpm)时，其展现出差的效率曲线。永磁直流(pmdc)电机的扭力、功率及效率曲线显示于图1。因此，当在一个宽的回转数的操控范围下操控轻型电动车，有相当的时间在低效率被消耗。

此外，多数的轻型电动车的电机控制器被设定，使得当使用者增加阀(throttle)设定时，控制器会提供较高的电压值而因此增加电机的速度。然而，当负载也增加时，控制器会提供较多的电流值直到其达到系统元件所提供的最大电流值，因此电流值可成为一个限制因子。在重负载下(货物、斜率或风阻)，唯一实际的选择是低效率地推动电流到系统中。不幸的是，增加电流值会产生热量而耗费能量。虽然有可能增加电机或电池的额定功率以调节在负载下的低效率，然而有些司法管辖区对于轻型电动车的驱动系统的额定功率有特定限制。

并且，不同类型的电机提供了与轻型电动车的性能相关的不同强度。举例来说，“齿轮驱动的”电机以较高的回转数运转，且使用变速箱而减速至适当的回转数以匹配车辆速度。齿轮驱动的电机通常可以较好地传递启动扭力。然而，齿轮驱动的电机在低速的效率与应用所需的高速的效率达成妥协。无齿轮“直接驱动”电机以与轻型电动车的速度更为相容的回转数高效率地运转，但提供较少的启动扭力。创造单一电机而提供低速度扭力及高速度效率是不可能或者昂贵的。

市场尝试了许多解决这些问题的方法。有在车辆使用中将效率曲线于回转数的范围“滑移”的电动方法。也有系统添加多速传动器至电机以及将电机运转于如自行车变速器的习用传动器的其他部件。这些方法增加了成本、复杂程度、失效模式，并且在其应用下受有特定的限制。

增加额外的电机已经在轻型电动车产业中被广泛的尝试。一般来说，前及后轮毂电机被使用来平衡牵引力以及在其中一电机被限制在功率上限时用来增加功率。尽管这样提供了“后牵引作用”，其最终倍增了单一电机的低效率。

技术实现要素：

本发明藉由提供一种轻型电动车(lev)而解决上述及其他需求，其包含二电机以及各电机的独立控制。此二电机具有不同的传动比例(例如，齿轮比)或不同的效率回转数曲线，并且在任何给定的车辆速度下独立地被控制而在较单一电机或者二个具有相同效率的电机可能还宽的速度范围内提供高效率的操作。因此本发明在电动车辆领域具有产业利用性。

根据本发明的一个面向，提供一种轻型电动车，其具有多个不同物理齿轮比的电机(也就是说，这些电机的效率曲线在不同的车辆速度时具有峰值)。在许多情况下，不同类型的电机被混合，而各电机被指定去达成其最擅长的任务。如此改善了初始扭力的性能。然而，系统仍然缺乏真实世界所需的动态调控性。举例来说，在每小时20英里的车辆上，二个500瓦的电机可以被齿轮驱动使得一号电机提供动力给车辆至每小时13英里，而二号电机则从每小时13英里处接手并驱动轻型电动车至每小时20英里。这样的组态可以在四度的斜率上运作的非常好。然而，若斜率增加或是重负载时，二号电机将仅具有足够动力以维持在每小时14英里，而一号电机则被低度运用。在这个情况下，已知的电机控制器持续增加电流值至二号电机，导致能量的大量耗损。

根据本发明的另一个面向，提供一种轻型电动车，其藉由阀及煞车位置(throttleandbrakeposition)以及其各别变化速率量测驾驶者意图(亦即，当阀位在100％的位置时，驾驶者希望继续尽可能地快速加速到尽可能的高速。当阀调回较低设定时，驾驶者希望维持现在速度或可能降低速度)。驾驶者意图被用来作为控制电机的输入值。

根据本发明的另一个面向，提供一种轻型电动车，其散布动力至电机之间以于整体系统的效率最佳化时完美地符合驾驶者意图。举例来说，当爬陡坡时，驾驶者可能位于满阀(fullthrottle)。然而，由于电机的尺寸以及动力供应的能力限制，持续的加速可能不平衡地影响效率或甚至伤害车辆零件。这需要持续量测各电机的状态而估计其运作效率。

根据本发明的另一个面向，提供一种轻型电动车，其提供动力的动态分配。尽管车辆有能力维持在较高的速度，动力的动态分配允许车辆速度被向下调整。同时，可提供超驰选项(overrideoption)。

根据本发明的又一个面向，提供一种轻型电动车，其在处于重负载时动态地重叠电机的使用，效率相较于其他类型的机械传动的轻型电动车为佳。其他轻型电动车的方式包括单一速度电机、或者馈入至可以在一时间点被设定给一齿轮比的传动器的电机。在具有不同电机性能特性的电机之间动态地分散动力能够对道路的特定状况持续地调整车辆动力的使用，因此最大化系统效率。

根据本发明的还一个面向，提供一种轻型电动车，其精准地控制至少二电机的动力等级。藉由精准地控制电机的动力等级与分布，在达成较佳的功能时，零件可以符合司法管辖区域的法规要求。

根据本发明的再一个面向，提供一种控制车辆的方法，车辆具有至少二个不同齿轮比及/或不同电机性能特性的电机。此方法包括监测阀位置以决定预期性能、监测车辆速度以及加减速度率以决定量测性能、基于速度及/或引出电流及/或温度而监测各电机的运转效率以及效率变化率、以速度与负载的函数比较前述二或多个电机的效率以决定出效率比、藉由比较效率比及电机性能特性而推估全车效率、藉由比较阀位置与相对于全车效率的量测性能而推估车辆负载、为效率比设定一效率变数，其中最小设定优先为效率并且最大优先为车辆速度、依据车辆负载以及效率变数，使用控制选项以动态地调整效率比至最准确符合车辆驱动的全车效率及变数设定的预期性能、以及依据调整后的效率比，控制器持续地量测并调整提供至各电机的电压与电流。

附图简要说明

通过结合参考附图阅读的以下的详细说明，将明白本发明的这些和其它方面、特性和优点，其中：

图1显示典型永磁直流驱动(pmdc)电机的动力及效率对每分钟回转数。

图2显示根据本发明的具有二个电机的自行车。

图3显示根据本发明的具有二个电机的三或四轮车。

图4显示根据本发明的方法。

在上述各附图中是以对应的参考符号来指示对应的组件。

实施发明的最佳实施例

以下详细说明包括目前预期所能实现本发明的最佳实施例。此详细说明仅是用于说明本发明一或多个最佳实施例的目的，不应视为本发明的限制。本发明的范围应当由取决于权利要求书。

以“约”(about)或“通常地”(generally)用语关联于本发明某组件，是要说明某特征在人眼下的显露方式，而非指精确的度量。齿轮比或滑轮/链轮尺寸差异是参照到传动比，并且本发明的方法同等地可应用藉由齿轮、皮带或链条而耦接到车辆车轮的电机。

第一实施例

图2显示自行车10具有10电机12a及12b(举例来说，轮毂电机)，第一电机12a驱动前车轮12a，第二电机12b独立地驱动后车轮12b。二电机12a及12b允许后电机12b被齿轮驱动而有较大的扭力与较低的速度(产生“第一齿轮”)以及允许前电机12a被齿轮驱动而有较高的速度以及较佳的效率(产生“第二齿轮”)。处理器(或控制器)16监测驾驶者输入值(例如，阀位置、踏板扭力、煞车使用等)以及车辆数据(例如，电机效率以及车辆的速度与加速度)并决定如何最有效地利用提供电流与电压至电机12a及12b的电池18以带动自行车10。控制器可进一步具有被储存的电机12a及12b的效率回转数数据。以不同应用的初级动力(电流与电压)分配重叠电机12a及12b的使用让自行车10可以维持在最大效率，无论其所需克服的负载或斜率为何。这个组态的额外好处是可以被安装在习知的自行车框架设计而不需任何客制化程序。

第二实施例

可替代地，电机可以通过齿轮、链条或皮带而连接到车轮或轴。当不同的电机提供扭力至三或四轮车的左右轮时，附加的软体功能被併入以在启动时混合动力，使得低速车轮在开始驱动车辆时不接收那麽多的动力。

第三实施例

图3显示三或四轮车20的前视或后视图，三或四轮车20具有座椅36、前车轮22a、以及二个电机24a及24b个别驱动二独立车轮22b及22c。电机24a通过齿轮26驱动车轮22b而电机24b通过链条或皮带28驱动车轮22c。超越(或单向)离合器(sprague(oroneway)clutches)30可以分别位于电机24a及24b之间以及轴34a及34b之间而断开与未提供扭力至车轮22b及22c的电机的连接。电机24a及24b可以图2所描述的方式控制以最佳化效率。

因为使用于车辆20的电机类型通常更有效率地产生低转速扭力，组态的混合可能被使用。因此，某些实施例可能具有藉由链条或皮带带动的“第一齿轮”以及藉由轮毂电机带动的“第二齿轮”。

此外，对于较进一步的应用面，各车轮可能具有自己的完整驱动。也就是说，一车轮可能由一轮毂电机驱动而此轮毂电机具有藉由链条或皮带与其连接的一辅助电机。这在单一元件失效时提供了备源驱动的好处。

根据本发明的方法显示于图4。此方法包括在步骤100提供具有至少二个不同齿轮比及/或不同电机性能特性的电机的车辆、在步骤102监测阀位置以决定预期性能、在步骤104监测车辆速度及加减速度率以决定量测性能、在步骤106依据速度及/或引出电流及/或温度而监测各电机的运转效率以及效率变化率、在步骤108以速度与负载的函数比较前述二或多个电机的效率以决定效率比、在步骤110藉由比较效率比及电机性能特性而推估全车效率、在步骤112藉由比较阀位置与相对于全车效率的量测性能全车效率而推估车辆负载、在步骤114为效率比设定一效率变数，其中最小设定优先为效率并且最大优先为车辆速度、在步骤116依据车辆负载以及效率变数，使用控制选项以动态地调整效率比至最准确符合车辆驱动的全车效率及变数设定的预期性能、以及在步骤118依据调整后的效率比，控制器持续地量测并调整提供至各电机的电压与电流。

虽然本发明已以特定实施例及应用公开如上，任何本领技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，当可作更动与润饰。