CN102223119A - 马达多段式坡度感知限电流控制装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种马达多段式坡度感知限电流控制装置及其方法，是透过一坡度传感器以侦测路面坡度的角度大小提供坡度的变化，搭配电流回授讯号与马达转速讯号进行多段式限电流值设定控制，开放不同大小的最大限电流值设定，适时供给马达额外的能量，以应付当下环境坡度的变化，有效降低电能的消耗，以增加续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种马达控制，尤指一种具多段式限电流机制的马达控制与方法，在固定电源量的情况下，使马达能够区分载重大小与坡度变化的差异性，在面临环境变动时，不会因载重变大，而降低载具的爬坡能力，可增加载具的应变能力与使用范围。
背景技术
一般电流驱动型的马达控制为了避免电流过大或尖峰讯号的产生，不但可能对电流效率及成本造成不良影响，也会增加可闻噪音。因此在马达控制装置中都具有一限电流控制装置，控制装置在遇到电流过载的状况下，会开始限制电流输出，使马达维持在最大限制电流以下动作，避免马达线圈以及控制器功率组件被烧毁。
实施上，马达控制装置中设有微控制器来依照驱动输入电压讯号命令(0～100%，电压值定义依照设计不同而有所差异)进行马达运转的驱动控制，当微控制器侦测到输入驱动电压讯号为0%时，马达控制装置不进行输出动作，当微控制器侦测到驱动输入电压讯号为100%时，马达控制装置为全输出状态。
一般拥有限电流机制的马达控制装置是利用电流侦测电路将电流大小讯号回馈给马达控制装置，马达控制装置会依据实际应用条件而设定一个电流保护上限值(On limiting value)，若发现马达的输入电流超过此上限值时，马达控制装置会切断或者减少驱动输出电压讯号，限制电流输出以保护马达线圈以及控制器功率组件避免烧毁。
但是，目前具有限电流机制的无刷马达控制器中，皆只设定单一电流上限值来保护马达与控制装置，控制装置仅能藉由输出电流值的大小得知目前马达上负载的轻重，因此在应用上并无法针对环境的变化，例如：爬坡运行或负载重物状况等。应用上如果电流上限值设定过大，可以使电动车辆的爬坡运行能力提升，但是由于电能消耗大将会造成续航力下降；若是电流上限值设定过小，则可使电动车的续航力会提升，但是如此车辆的爬坡运行能力必然会下降，使得无刷马达应用在电动车辆上时只能依一个电流上限值取得加速性与续航力两要求的平衡，无法在控制装置以及马达的能力范围内进行多段式的限电流值调整，无法满足各种使用环境条件，提供高爬坡运行能力与高续航力的双要求，降低使用上的便利性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供马达多段式坡度感知限电流控制装置及其方法，不但可以侦测输入的驱动输入电压讯号的大小与变化量，也可透过传感器感知路面的坡度，搭配负载电流回授与马达转速讯号进行多段式限制电流值控制，使载具在固定电源量的情况下，使马达运转达到高爬坡运行能力与高续航力的双要求。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种马达多段式坡度感知限电流控制装置，是接入一电源的电流输入，用于控制及驱动一马达，其特点是：所述装置包括：
一驱动电路，该驱动电路的输出端与所述马达连接，提供一电流输出至该马达，用以驱动该马达；一限电流微控制器，该限电流微控制器的输出端与该驱动电路连接，其内有数个高限电流值与正常限电流值的多段限电流值设定，用以在不同情况提供不同大小的限电流设定值的驱动输出讯号给该驱动电路；一坡度传感器，该坡度传感器的输出端与该限电流微控制器连接，用以侦测路面坡度的角度大小提供一坡度讯号，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值。
其中，前述限电流微控制器是由一驱动输入电路接受外界操作控制提供一驱动输入讯号，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值；该马达转速提供一转速讯号给该限电流微控制器，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值；该驱动电路提供一负载电流回授给该限电流微控制器，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值。
本发明的马达多段式坡度感知限电流控制方法，是接入一电源的电流输入，用于控制及驱动一马达，其特点是：该方法包括：透过一坡度传感器以侦测路面坡度的角度大小提供一坡度讯号给一限电流微控制器，且该限电流微控制器内设定数个高限电流值与正常限电流值的多段式限电流值，且依判断参考值而阶段式提供不同大小的限电流设定值的驱动输出讯号给一驱动电路，再由该驱动电路依前述驱动输出讯号的限电流设定值提供一电流输出至该马达，用以驱动该马达。
其中，该坡度讯号包含坡度变化的维持时间，避免路面变化的误判。
其中，判断参考值系由一驱动输入电路接受外界操作控制提供驱动输入讯号至该限电流微控制器的大小与在一定时间的变化量；由该马达转速提供一转速讯号至该限电流微控制器，判断该马达转速是否已大于一转速值；以及由该驱动电路提供一负载电流回授给该限电流微控制器，判断该驱动电路的电流输出是否在该限电流微控制器的限电流值内。
与现有技术相比，本发明的优点是：透过坡度感知器得知坡度变化，不需要一味的提高控制器输出功率，与换装更高瓦数的马达，造成常态性的耗电量增加，并减低电源(电瓶)有效的续航能力，而是有效利用马达控制装置与马达设计时额外的电流控制预度，提升载具的负载能力。另外由于设有坡度感知器的马达控制装置能够区分载重大小与坡度变化的差异性，在面临环境变动时，不会因载重变大，而降低载具的爬坡能力，可增加载具的应变能力与使用范围。
附图说明：
图1是本发明的***示意图。
图2是本发明的控制流程示意图。
图3是本发明的最大限电流与坡度的坐标示意图。
标号说明：
10：马达 101：转速讯号
20：限电流控制装置 21：驱动输入电路
211：驱动输入讯号 22：坡度传感器
221：坡度讯号 23：限电流微控制器
231：驱动输出讯号 24：驱动电路
241：电流输出 242：负载电流回授
30：电源 31：电流输入
41：检知坡度变化S 42：坡度变化S持续时间>时间限制T
43：限电流值=高限电流值f(S) 44：限电流值=正常限电流值B
具体实施方式：
兹有关本发明的详细说明及技术内容，现配合图式说明如下：
请参阅图1，为本发明的***示意图。本发明为接入一电源30的电流输入31，用于控制及驱动一马达10的限电流控制装置20，该限电流控制装置20包括：一驱动电路24，该驱动电路24用以提供一电流输出241至前述马达10，用以驱动该马达10；一限电流微控制器23，其内有数个高限电流值与正常限电流值的多段限电流值设定，其中该限电流微控制器23内至少有二个高于正常限电流值的高限电流值，不同于已知只具有一个正常限电流值与一个高限电流值，藉此该限电流微控制器23可以在不同情况提供不同大小的限电流设定值的驱动输出讯号231给前述驱动电路24；以及一坡度传感器22，该坡度传感器22是用以侦测路面坡度的角度大小提供一坡度讯号221，供该限电流微控制器23作为驱动输出讯号231的判断参考值。
该限电流微控制器23的驱动输出讯号231的判断参考值也包括由一驱动输入电路21接受外界操作控制提供一驱动输入讯号211、由该马达10转速提供一转速讯号101、及由该驱动电路24提供一负载电流回授242给该限电流微控制器23，供该限电流微控制器23作为驱动输出讯号231的判断参考值。
本发明的马达多段式坡度感知限电流控制方法，是透过限电流微控制器23内设定的多段式限电流值，且依判断参考值而阶段式提供不同大小的限电流设定值的驱动输出讯号231给该驱动电路20。
实施上该些判断参考值是由该驱动输入电路21接受外界操作控制提供驱动输入讯号211 (0～100%，电压讯号值定义依照设计不同而有所差异)至该限电流微控制器23的大小与在一定时间的变化量，判断时间内驱动输入讯号211的变化量。当驱动输入电路21的驱动输入讯号211由0%开始增加时，控制装置内的限电流微控制器23会侦测该驱动输入讯号211在一定时间内的变化量进行判断，当驱动输入讯号211在短时间内的变化过大，超过判定值时，代表此时使用者需要马达10快速提升转速，使用者由外界操作控制驱动输入电路21的驱动输入讯号211的电压值快速变化。
此时限电流微控制器23也会接收由该马达10转速提供的转速讯号101，判断该马达10转速是否已大于一转速值。假设该转速讯号101显示马达10目前的转速为0时，代表马达10此时在停止状态，若使用者需要快速提升马达10转速时，就必需要在克服静态摩擦阻力与惯性阻力的情况下快速提升转速，因此在限电流值的设定可以给予一段时间的高限电流值，此时驱动输入电路21获得较大的电流输入31，再提供较大的电流输出241给马达10，使马达10可以快速提升转速。
请再参阅图2，是本发明的控制流程示意图。本发明不只侦测前述驱动输入讯号211的大小与变化量，及马达10的转速讯号101，另外再透过坡度传感器22感知路面的坡度，搭配前述驱动输入讯号211所提供的电流大小讯号与马达10的转速讯号101进行多段式限制电流值控制。
当坡度传感器22在任意时候侦测到路面坡度有无增加，依照坡度的角度大小提供坡度讯号221，藉由检知坡度变化S(41)供该限电流微控制器23作为驱动输出讯号231的判断参考值，使该限电流微控制器23提供开放不同大小的最大限电流值设定，适时供给马达10额外的能量，以应付当下环境的变化。同时限电流微控制器23避免因为载具遇到碎石路、沙地等恶劣路况下所造成的路面变化，形成误判，因此会设定一个时间限制T，当坡度变化S以后需维持一段时间以后(42)，限电流微控制器23即判定为上下坡路段，开始进行多段式限电流控制，限电流值=高限电流值f(S)(43)；当侦测到路面坡度减缓或为平地时，最大限电流值则同步跟进减小或回复至原始较小的设定，限电流值=正常限电流值B (44)，降低电源30 (电瓶)的能量消耗，以增加续航能力。
请再参阅图3，为最大限电流与坡度的坐标示意图，实施上限电流值的高限电流值f(S)为坡度变化S的函数值，在坡度越陡时，分别会给予较高的高限电流值f(S)，此时驱动电路24由电源30获得较大的电流输入31，驱动电路24也会有较大的电流输出241。此时由该驱动电路24也会有负载电流回授242给该限电流微控制器23，用来判断该电流输出241是否在该限电流微控制器23的现行的限电流值设内。
透过多段式限电流机制的限电流微控制器23侦测输入的驱动输入讯号211的大小与变化量，搭配坡度传感器22侦测路面坡度、驱动电路24提供的电流大小讯号，与该马达10的转速讯号101进行多段式限电流值设定控制，可以在保护***的功率组件以及马达10线圈的状态下，让使用者可以在需要马达10快速提升转速的情况下迅速提升马达10转速，达到爬坡力强的优点；而在马达10非快速提升转速的使用状态下，可以减少电能的消耗。
在一般电动车辆上通常都是使用电瓶为电源30，使用多段式坡度感知限电流控制机制的限电流微控制器23，不需要一味的提高驱动电路24的输出功率，与换装更高瓦数的马达10，造成常态性的耗电量增加，并减低电瓶有效的续航能力，而是有效利用限电流微控制器23与马达10设计时额外的电流控制预度，提升载具的负载能力。也由于使用多段式坡度感知限电流控制机制的限电流微控制器23能够区分载重大小与坡度变化的差异性，在面临环境变动时，不会因载重变大，而降低载具的爬坡能力，可增加载具的应变能力与使用范围，除了可以达到车辆爬坡能力提升的优点外，亦可以减少电瓶的能量消耗，使续航力提升。
Claims (11)
1.一种马达多段式坡度感知限电流控制装置，是接入一电源的电流输入，用于控制及驱动一马达，其特征在于：所述装置包括：
一驱动电路，该驱动电路的输出端与所述马达连接，提供一电流输出至该马达，用以驱动该马达；
一限电流微控制器，该限电流微控制器的输出端与该驱动电路连接，其内有数个高限电流值与正常限电流值的多段限电流值设定，用以在不同情况提供不同大小的限电流设定值的驱动输出讯号给该驱动电路；
一坡度传感器，该坡度传感器的输出端与该限电流微控制器连接，用以侦测路面坡度的角度大小提供一坡度讯号，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值。
2.如权利要求1所述的马达多段式坡度感知限电流控制装置，其特征在于：所述限电流微控制器内至少有二个高于正常限电流值的高限电流值。
3.如权利要求1所述的马达多段式坡度感知限电流控制装置，其特征在于：所述限电流微控制器与一驱动输入电路连接，由该驱动输入电路接受外界操作控制提供一驱动输入讯号，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值。
4.如权利要求1所述的马达多段式坡度感知限电流控制装置，其特征在于：所述马达的输出端与该限电流微控制器连接，以提供一转速讯号给该限电流微控制器，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值。
5.如权利要求1所述的马达多段式坡度感知限电流控制装置，其特征在于：所述驱动电路提供一负载电流回授给该限电流微控制器，供该限电流微控制器作为驱动输出讯号的判断参考值。
6.一种马达多段式坡度感知限电流控制方法，是接入一电源的电流输入，用于控制及驱动一马达，其特征在于：该方法包括：
透过一坡度传感器以侦测路面坡度的角度大小提供一坡度讯号给一限电流微控制器，且该限电流微控制器内设定数个高限电流值与正常限电流值的多段式限电流值，且依判断参考值而阶段式提供不同大小的限电流设定值的驱动输出讯号给一驱动电路，再由该驱动电路依前述驱动输出讯号的限电流设定值提供一电流输出至该马达，用以驱动该马达。
7.如权利要求6所述的马达多段式坡度感知限电流控制方法，其特征在于：所述坡度讯号包含坡度变化的维持时间，避免路面变化的误判。
8.如权利要求6所述的马达多段式坡度感知限电流控制方法，其特征在于：所述限电流微控制器内至少有二个高于正常限电流值的高限电流值。
9.如权利要求6所述的马达多段式坡度感知限电流控制方法，其特征在于：所述判断参考值包含由一驱动输入电路接受外界操作控制提供驱动输入讯号至该限电流微控制器的大小与在一定时间的变化量。
10.如权利要求6所述的马达多段式坡度感知限电流控制方法，其特征在于：所述判断参考值包含由该马达转速提供一转速讯号至该限电流微控制器，判断该马达转速是否已大于一转速值。
11.如权利要求6所述的马达多段式坡度感知限电流控制方法，其特征在于：所述判断参考值包含由该驱动电路提供一负载电流回授给该限电流微控制器，判断该驱动电路的电流输出是否在该限电流微控制器的限电流值内。
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