DE10296661T5

DE10296661T5 - Antriebssteuerung

Info

Publication number: DE10296661T5
Application number: DE10296661T
Authority: DE
Inventors: Kesatoshi Takeuchi; Yoshiyuki Inaba
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2004-08-05
Also published as: US20030010545A1; US6885160B2; KR100499904B1; WO2002087066A1; JPWO2002087066A1; JP4178955B2; US20030020342A1; JP4193496B2; US6988570B2; KR20030018005A; WO2002085663A1; KR20030020891A; JPWO2002085663A1; KR100508636B1; DE10296667T5

Abstract

Antriebssteuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Rotationsaktuators, der die Antriebsvorrichtung bewegt, umfassend:
eine Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung;
eine Erfassungsschaltung zum Erfassen der Geschwindigkeit des Aktuators und deren Ausgabe als Erfassungssignal;
eine Geschwindigkeitswahlschaltung des Aktuators;
eine Rotationssteuerschaltung des Aktuators; und
eine Phasenvergleichsschaltung zum Vergleichen der Phase des Referenzvergleichssignals und der Phase des Erfassungssignals und zum Ausgeben des Vergleichsergebnisses an die Rotationssteuerschaltung;
wobei die Rotationssteuerschaltung die Geschwindigkeit des Aktuators auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs so steuert, dass sie mit der Geschwindigkeitswahl übereinstimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Technologie der Antriebssteuerung, die bei Antriebsvorrichtungen eingesetzt wird, die eine elektrische Antriebseinheit umfassen. Solche Antriebsvorrichtungen sind beispielsweise elektrische Reisefahrzeuge wie beispielsweise ein Elektroauto, ein elektrischer Rollstuhl oder ein elektrischer Karren etc., die insbesondere einen Aktuator als den Elektromotor enthalten. Die Technologie der Antriebssteuerung der vorliegenden Erfindung kann auch bei Antriebsvorrichtungen eingesetzt werden, die u.a. in elektrischen Baumaschinen, elektrischen Wohlfahrtseinrichtungen, elektrischen Robotern, elektrischen Spielzeugen, Elektroflugzeugen und elektro-optischen Vorrichtungen wie beispielsweise Kameras und Projektoren vorgesehen sind. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auch bei elektrischen Hausgeräten wie beispielsweise Klimaanlagen, Gebläsemotoren, Öfen und ähnlichem eingesetzt werden.
2. Technischer Hintergrund
Ein elektrisches Reisefahrzeug bewegt sich, indem die Antriebssteueranordnung die Rotation des Elektromotors steuert. Die Antriebssteueranordnung stellt die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs durch Einstellen der Geschwindigkeit (Drehzahl) dieses Elektromotors ein. Die Geschwindigkeit wird eingestellt, indem die an den Elektromotor gelieferte Speisespannung variabel gemacht und die Stromversorgung für den Elektromotor gemindert wird. Wenn beispielsweise der Fahrer das Beschleunigungspedal oder den Beschleunigungshebel betätigt und die Beschleunigung auf der Basis dieser manipulierten Variable in der Antriebssteueranordnung eingestellt wird, bewegt sich das Elektrofahrzeug mit der eingestellten Beschleunigung. Wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht und der Fahrer das Beschleunigungspedal oder den Beschleunigungshebel auf eine vorbestimmtes Niveau zurückbringt, wird die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs auf einem vorbestimmten Wert beibehalten.
Wenn das Fahrzeug abgebremst wird, stellt der Fahrer das Beschleunigungspedal oder den Beschleunigungshebel auf eine Position zum Abbremsen des Fahrzeugs. Die Antriebssteueranordnung führt dadurch eine Bremssteuerung zum Abbremsen des Elektromotors auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit aus. Wenn der Betriebszustand des Beschleunigungspedals oder Beschleunigungshebels beibehalten wird, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem vorbestimmten Wert beibehalten.
Da jedoch die Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht durch die Antriebsvorrichtung ausgeführt wird, wäre die Fahrzeuggeschwindigkeit unter bestimmten Reisewegbedingungen wie beispielsweise Neigungen und Oberflächenreibwerten des Reisewegs nicht konstant, und der Fahrer hätte keine andere Wahl, als häufig Beschleunigungsvorgänge auszuführen, um die Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen.
In Anbetracht des Obigen wird eine Technologie vorgesehen, die als Tempomat bezeichnet wird. Diese Technologie behält die Fahrzeuggeschwindigkeit bei der gewählten Geschwindigkeit selbst dann bei, wenn Störungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit auftreten.
In Fällen von Elektromotoren wie beispielsweise einem Schrittmotor mit einer sehr präzisen Steuerung der Drehzahl kann eine vorteilhafte Geschwindigkeitssteuerung realisiert werden. Bei Standard-Wechselstrommotoren oder -Gleichstrommotoren kann jedoch nur eine grobe Rotationssteuerung wie beispielsweise Rotieren, wenn der Strom eingeschaltet ist, und Stoppen, wenn der Strom ausgeschaltet ist, ausgeführt werden, und bisher wurde noch keine Technologie entwickelt, die in der Lage wäre, die Drehzahl von Motoren fein und präzise zu steuern.
Wenn eine Getriebeanordnung wie beispielsweise ein stufenloses Automatikgetriebe eingesetzt wird, würde, obwohl die Umdrehungszahl der Endräder selbst dann präzise geändert werden könnte, wenn die Drehzahl des Motors als konstant eingestellt wird, die Anzahl an Komponenten zunehmen, und das Gewicht würde sehr groß werden. Somit ist dies bei leichtgewichtigen kompakten Elektrofahrzeugen, elektrischen Rollstühlen und elektrischen Personenwagen ungünstig, die enge Wendekreise erfordern.
Die Antriebssteueranordnung ist überdies aus einem Mikrocomputer gebildet, und wenn sich der Elektromotor in einem Zustand sehr hoher Umdrehungszahlen befindet, ist die Frequenz des Erfassungssignals aus dem Elektromotor hoch, und die Verarbeitung der Antriebssteuerung innerhalb des Computers erfolgt nicht rechtzeitig. Somit besteht das Problem, dass eine feine und schnelle Steuerung bei einem sehr schnell drehenden Elektromotor nicht ausreichend implementiert werden kann.
Darüber hinaus war, da die Verluste der Leistungssteuerung als Wärme abgegeben werden, die Umwandlungseffizienz beim Umwandeln der Speiseleistung in Antriebsleistung der elektrischen Antriebsvorrichtung gering.
Im Lichte des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technologie der Antriebssteuerung zu schaffen, die eine Steuerung implementieren kann, die ausreichend schnell auf diese schnellen Bewegungen einer elektrischen Antriebseinheit reagiert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technologie der Antriebssteuerung zu schaffen, die eine exakte Betätigung des Aktuators unter einem gewünschten Betriebszustand ermöglicht. Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technologie der Antriebssteuerung zu schaffen, welche die Bremskraft effektiv nutzen kann, die während der Bremssteuerung des Aktuators erzeugt wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine PLL- Regelung als die vorstehende Technologie der Antriebssteuerung zu verwenden. Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technologie der Antriebssteuerung zu schaffen, welche die Leistung der elektrischen Antriebseinheit auf der Basis des Betriebszustands der elektrischen Antriebseinheit zusätzlich zu der vorstehenden PLL-Regelung steuern kann. Noch eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bewegung der elektrischen Antriebseinheit durch Ändern der Einschaltdauer der Speisespannung für die elektrische Antriebseinheit oder durch Ändern der Spannung zu steuern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bremscharakteristik des Aktuators durch Steuern der Bremskraft zu ändern. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebssteuervorrichtung und ein Antriebssteuerverfahren zu schaffen, die diese Technologie der Antriebssteuerung beinhalten. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung, insbesondere ein Elektrofahrzeug, zu schaffen, die mit dieser Technologie der Antriebssteuerung gesteuert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Antriebssteuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Rotationsaktuators, der die Antriebsvorrichtung bewegt, umfassend: eine Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung; eine Erfassungsschaltung zum Erfassen der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Aktuators und deren Ausgabe als Erfassungssignal; eine Geschwindigkeitswahlschaltung des Aktuators; eine Rotationssteuerschaltung des Aktuators; und eine Phasenvergleichsschaltung zum Vergleichen der Phase des Referenzvergleichssignals und der Phase des Erfassungssignals und zum Ausgeben des Vergleichsergebnisses an die Rotationssteuerschaltung; wobei die Rotationssteuerschaltung die Geschwindigkeit des Aktuators auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs so steuert, dass sie mit der Geschwindigkeitswahl übereinstimmt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Antriebssteuervorrichtung wie folgt ausgebildet. Die Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung, die Erfassungsschaltung und die Phasenvergleichsschaltung bilden einen PLL-Regelblock. Die Phasenvergleichsschaltung gibt das Phasendifferenzsignal an die Rotationssteuerschaltung aus, und diese Rotationssteuerschaltung gibt das Phasendifferenzsignal an den Aktuator aus.
Die Rotationssteuerschaltung unterscheidet anhand des Phasendifferenzsignals, ob sich der Aktuator in einem Beschleunigungsantriebszustand oder einem Abbremsungsantriebszustand befindet, und steuert den Betrieb des Aktuators auf der Basis des Ergebnisses hiervon.
Die Rotationssteuerschaltung ist aus einer Antriebssteuerschaltung zum Beschleunigen des Aktuators und einer Bremssteuerschaltung zum Abbremsen des Aktuators gebildet. Die Rotationssteuerschaltung umfasst eine Charakteristikänderungsanordnung zum Ändern der Leistungscharakteristika des Aktuators. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert die Einschaltdauer der Aktuatorleistung. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert den Schwellenwert der Aktuatorlei stung. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert die Einschaltdauer der Aktuatorleistung nach Maßgabe der Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals.
Die Charakteristikänderungsanordnung stellt das Schwellenwertänderungsverhältnis der Einschaltdauer ein. Als die Last der Bremssteuerschaltung ist eine Speichereinheit vorgesehen, welche die Bremsleistung des Aktuators speichern kann. Die Bremssteuerschaltung steuert intermittierend die Speichereinheit und den Aktuator auf der Basis des Phasendifferenzsignals. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert die Einschaltdauer der Lastleistung des Aktuators.
Die Charakteristikänderungsanordnung ändert den Leistungsschwellenwert der Lastleistung des Aktuators. Die Charakteristikänderungsanordnung die Einschaltdauer der Stromversorgung des Aktuators ändert. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert den Schwellenwert der Stromversorgung des Aktuators. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert die Einschaltdauer der Aktuatorleistung und deren Schwellenwert. Die Antriebssteuerschaltung steuert intermittierend die an den Aktuator gelieferte Treiberspannung auf der Basis der Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals. Die Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung teilt die Grundfrequenz und gibt das Referenzvergleichssignal aus, und die Rotationssteuerschaltung ändert das Teilungsverhältnis nach Maßgabe des gewählten Werts der Geschwindigkeitswahlschaltung.
Die Erfassungsschaltung teilt den erfassten Wert aus dem Rotationssensor des Aktuators und gibt dies als das Erfassungssignal aus, und die Rotationssteuerschaltung ändert das Teilungsverhältnis nach Maßgabe des gewählten Werts der Geschwindigkeitswahlschaltung. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert die Leistungscharakteristik nach Maßgabe des Betriebszustands des Aktuators. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert die Leistungscharakteristik nach Maßgabe des Betriebszustands der Antriebsvorrichtung. Die Charakteristikänderungsanordnung ändert die Leistungscharakteristik, wenn sich der Aktuator im Übergangsbereich der Beschleunigung oder Abbremsung befindet.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem eine Antriebsvorrichtung, umfassend die Antriebssteuervorrichtung und eine elektrische Antriebseinheit, deren Antrieb mit dieser Antriebssteuervorrichtung gesteuert ist. Die vorliegende Erfindung schafft darüber hinaus ein elektrisches Reisefahrzeug, umfassend die Antriebssteuervorrichtung und eine elektrische Antriebseinheit, deren Antrieb mit dieser Antriebssteuervorrichtung gesteuert ist.
Das Antriebssteuerverfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebssteuerverfahren zum Steuern eines elektrischen Rotationsaktuators, der die Antriebssteuervorrichtung bewegt, umfassend: einen Schritt der Erzeugung eines Referenzvergleichssignals; einen Erfassungsschritt zum Erfassen der Geschwindigkeit des Aktuators und deren Ausgabe als Erfassungssignal; einen Schritt der Geschwindigkeitswahl des Aktuators; einen Schritt der Rotationssteuerung des Aktuators; und einen Schritt des Phasenvergleichs zum Vergleichen der Phase des Referenzvergleichssignals und der Phase des Erfassungssignals und zum Ausgeben des Vergleichsergebnisses an die Rotationssteuerschaltung; wobei die Geschwindigkeit des Aktuators auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs so gesteuert wird, dass sie mit der Geschwindigkeitswahl übereinstimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht auf das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
2 ist ein Blockschaltbild der automatischen Geschwindigkeitssteuerung, welche die PLL-Schaltung bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet;
3 ist eine Vorderansicht der Instrumententafel des Fahrzeugs;
4 ist ein Flussdiagramm der Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung bei einer PLL-Regelung in Bezug auf die vorliegende Ausführungsform;
5 ist ein Zeitlagediagramm zum Darstellen des Zustands der Geschwindigkeitsänderung bei einer PLL-Regelung im Falle der Änderung der Sollgeschwindigkeit;
6 ist ein Blockschaltbild zum Ausführen der Vorabsteuerung des Antriebsrads (Hinterrads);
7 ist ein Blockschaltbild zum Ändern der Einschaltdauer des aus der Phasenvergleichseinheit ausgegebenen Phasendifferenzsignals;
8(1) ist die erste Ausführungsform der Motortreiberspannungs-Anlegeschaltung der Antriebssteuerschaltung, und 8(2) ist deren zweite Ausführungsform;
9 ist ein Zeitlagediagramm der Steuerung des Anlegens der Treiberspannung;
10 ist ein Blockschaltbild der Bremssteuerschaltung und deren Steuercharakteristik;
11 ist ein Zeitlagediagramm der Phasendifferenzsteuerung beim Ausführen der Antriebssteuerung und der Bremssteuerung;
12 ist ein Wellenformdiagramm der Zeitlage der Motorantriebs-/-bremssteuerung;
13 ist ein Zeitlagediagramm zum Erläutern der Einschaltdauersteuerung beim Ausführen der Motorantriebssteuerung;
14 ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen der Beschleunigung und dem Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis des Fahrzeugs (Motors) zeigt;
15 ist ein Zeitlagediagramm zum Erläutern der Einschaltdauersteuerung beim Ausführen der Motorbremssteuerung;
16 ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis und der Abbremsung zeigt;
17 ist ein Zeitlagediagramm beim Steuern des Schwellenwertspannungsverhältnisses der an den Motor angelegten Treiberspannung;
18 ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Schwellenwertspannungsverhältnis und dem Fahrzeug (Motor) zeigt;
19 ist ein Zeitlagediagramm beim Steuern des Bremslastschwellenwertspannungsverhältnisses der Motorlastspannung;
20 ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Bremslastspannungsverhältnis und dem Fahrzeug (Motor) zeigt;
21 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Referenzvergleichsfrequenzcharakteristik zeigt;
22 ist ein Zeitlagediagramm der Beschleunigung/Abbremsung des Motors beim Ändern der Referenzvergleichsfrequenz;
23 ist ein Musterdiagramm der Steuercharakteristik beim Steuern der Aktuatorleistung mit der Kombination der vorstehenden Einschaltdauer- und Spannungssteuerung; und
24 ist ein Diagramm, das im Detail eine andere Ausführungsform für einen Teil des in 6 dargestellten Blockschaltbilds zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt das Elektrofahrzeug 10. Die obere Seite der Darstellung ist die Vorderseite des Elektrofahrzeugs. Dieses Fahrzeug 10 wird durch einen Elektromotor (Schrittmotor 12) angetrieben. Die Fahrzeugkarosserie ist an ihrer Vorderseite und ihrer Rückseite mit einem Paar Rädern 16 versehen. Die Bezugszahl 16A zeigt die zwei Vorderräder, und die Bezugszahl 16B zeigt die zwei Hinterräder. Diese vier Räder 16 tragen und halten das Fahrzeug 10 auf der Straßenoberfläche.
Die Vorderräder 16A sind die durch den Fahrer gesteuerten gelenkten Räder, und bei der vorliegenden Ausführungsform können die Vorderräder 16A mit der Lenksteuereinheit 18 auf der Grundlage des Lenkvorgangs des Fahrers nach links und rechts gedreht werden. Außerdem kann die Drehung der Vorderräder mittels eines Motors oder dergl. elektrisch gesteuert werden, oder die Lenkbetätigung des Fahrers kann mechanisch auf die Vorderräder übertragen werden. Des Weiteren kann das Fahrzeug durch Ändern der Drehzahl der jeweiligen Hinterräder (Antriebsräder) gesteuert werden.
Jedes der Hinterräder 16B ist mit dem Motorantriebsmechanismus 20 verbunden. Dieser Antriebsmechanismus wird durch den ersten Motorantriebssteuerblock 22 (vgl. 2) gesteuert. Der Motorantriebsmechanismus 20 umfasst einen zweiten Steuerblock 24 zum Steuern des Antriebs des Schrittmotors 12 und einen Getriebemechanismus 26 zum Übertragen der Antriebskraft des Motors auf die Achse 16B. Der Antriebsmechanismus versetzt den Schrittmotor 12 auf der Basis des Steuersignals des Steuerblocks 22 in Drehung.
2 zeigt das mechanische Diagramm des Steuerblocks 22. Der Steuerblock 22 verwendet die PLL-Regelung, um die Phase des Referenzvergleichsfrequenzsignals und die Phase des erfassten Frequenzsignals des Elektromotors zu vergleichen, und steuert dadurch den Betrieb des Elektromotors 12.
Die Bezugszahl 28 ist die Referenzgeschwindigkeits-Einstelleinheit 28 und umfasst einen Kristalloszillator 30. Ein Referenzvergleichsfrequenzsignal kann durch Dividieren des Grundfrequenzsignals gewonnen werden, das durch Schwingung im Kristalloszillator erzeugt wird. Die Referenzgeschwindigkeits-Einstelleinheit 28 teilt das vorstehende Grundfrequenzsignal, um das Vergleichssignal zu bilden. Das Teilungsverhältnis (Rate) wird durch die Sollgeschwindigkeit des Motors geändert. Das hierdurch gewonnene Referenzfrequenzsignal M wird in die Phasenvergleichseinheit 32 eingegeben, die einen Teil des PLL-Regelblocks bildet. Die Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Motors) wird in der später beschriebenen Geschwindigkeitswahleinheit eingestellt.
Ein Frequenzsignal N von der Wahlgeschwindigkeits-Einstelleinheit 34 wird in die Phasenvergleichseinheit 32 eingegeben, und die Phasenvergleichseinheit 32 vergleicht das Frequenzsignal M mit dem Frequenzsignal N und gibt deren Phasenunterschied als das Phasendifferenzsignal an das LPF (Tiefpassfilter) 36 aus.
Das LPF 36 gibt das Steuerspannungssignal, das durch Eliminieren hochfrequenter Komponenten wie beispielsweise Rauschen beim Integrieren des Phasendifferenzsignals gewonnen wird, an den VCO (spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung) 38 aus. Das Taktsignal (Frequenzsignal) von dem VCO 38 wird an den Schrittmotorantriebstreiber 40 des Steuerblocks 24 ausgegeben. Somit wird der Schrittmotor 12 nach Maßgabe der Phasendifferenz der Phasenvergleichseinheit 32 angetrieben.
Der Schrittmotor 12 ist mit einem Drehzahl-Codierer 42 (Drehzahldetektor) versehen. Dieser Drehzahl-Codierer 42 gibt ein Impulssignal mit einer Frequenz entsprechend der Drehung der jeweiligen Hinterräder aus. Dieses codierte Signal wird als das Frequenzsignal S des Hinterradantriebsmotors in der Istwertmess-Einstelleinheit 44 gespeichert.
Dieses Frequenzsignal S wird in die Vergleichseinheit 46 eingegeben. In der Vergleichseinheit 46 werden das Frequenzsignal entsprechend der gewünschten Drehzahl des Hinterrads und das Istwertmessfrequenzsignal S verglichen, um die Differenz zwischen den beiden zu berechnen, und es wird ermittelt, ob die Rotation der Hinterräder erhöht oder erniedrigt werden soll, und mit welcher Beschleunigung die Rotation erhöht oder erniedrigt werden soll, um den Wert N (Teilungswert) zu ermitteln.
Die Vergleichseinheit 46 oder die Wahlgeschwindigkeits-Einstelleinheit 34 teilt das Frequenzsignal durch N und stellt dies als das Wahlgeschwindigkeitsfrequenzsignal in der Wahlgeschwindigkeits-Einstelleinheit 34 ein. Das Wahlgeschwindigkeitsfrequenzsignal N wird aus der Wahlgeschwindigkeits-Einstelleinheit 34 an die Phasenvergleichseinheit 32 ausgegeben.
Daher wird in vorstehender Weise eine Regelung implementiert, bei der die Phase des Frequenzsignals M und die Phase des Frequenzsignals N zusammenfallen, und die Rotation der Hinterräder wird so gesteuert, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Sollgeschwindigkeit hin konvergierend gesteuert wird. Bei der vorstehenden Steueranordnung ist die Steuerung der Drehzahl der Hinterräder mit dem PLL-Regelsystem genau, und sie wird in einfacher und schneller Weise ausgeführt.
3 zeigt eine Instrumententafel 50, die am Fahrersitz vorgesehen ist, in den der Fahrer des Fahrzeugs 10 sich setzt. Ein Zündschloss 52 ist bei dieser Instrumententafel 50 vorgesehen, und die Steuerung dieses Antriebssystems wird von dem Fahrer dadurch begonnen, dass er den Schlüssel in das Zündschloss 52 steckt und den Schlüssel in die EIN-Position dreht.
Des Weiteren sind an der Instrumententafel 50 eine Wahlgeschwindigkeits-Anzeigeeinheit 54 zum Anzeigen der Wahlgeschwindigkeit des Motors und eine Momentangeschwindigkeitsanzeigeeinheit 56 zum Anzeigen der Momentangeschwindigkeit vorgesehen. Der Fahrer ist dadurch in der Lage, die auf der Wahlgeschwindigkeits-Anzeigeeinheit 54 angezeigte Wahlgeschwindigkeit und die auf der Momentangeschwindigkeitsanzeigeeinheit 56 angezeigte Momentangeschwindigkeit zu vergleichen. Im übrigen kann, obwohl die Anzeigeeinheiten 54 und 56 in 3 jeweils als 7-Segment-Anzeige dargestellt sind, die Darstellung eine Punktmatrixanzeige oder eine Analoganzeige sein.
Außerdem ist die Instrumententafel 50 mit einer Geschwindigkeitsbestimmungseinheit 48 zum Bestimmen der Geschwindigkeit versehen. Diese Geschwindigkeitsbestimmungseinheit 48 ist in eine Beschleunigungstaste 58, eine Abbremstaste 60 und eine Stopptaste 62 unterteilt. Durch kontinuierliches Betätigen der Beschleunigungstaste 58 kann die Zielwahlgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit einer festen Rate erhöht werden, und die Ergebnisse hiervon werden nachfolgend auf der Wahlgeschwindigkeits-Anzeigeeinheit 54 angezeigt.
Des Weiteren kann durch kontinuierliches Betätigen der Abbremstaste 60 die Zielwahlgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit einer festen Rate erniedrigt werden, und die Ergebnisse hiervon werden nachfolgend auf der Wahlgeschwindigkeits-Anzeigeeinheit 54 angezeigt. Die Stopptaste 62 ist dafür vorgesehen, die Fahrzeugzielgeschwindigkeit sofort zu Null zu machen, und bei der Betätigung der Stopptaste 62 wird das Fahrzeug mit einer vorbestimmten Beschleunigung abgebremst und dadurch gestoppt. Außerdem kann eine gesonderte Taste oder ein gesondertes Pedal zum Stoppen des Fahrzeugs gesondert vorgesehen sein, insbesondere für den Zweck einer Notfallbremsung. Elemente, die mit den in den 1 und 2 dargestellten Bezugszahlen 28 und 30 bezeichnet sind, entsprechen der Referenzvergleichsignalerzeugungsschaltung, die jeweiligen Elemente, die mit den Bezugszahlen 42, 44, 46 und 34 dargestellt sind, entsprechen der Erfassungsschaltung, das durch die Bezugszahl 48 repräsentierte Element entspricht der Drehzahlwahlschaltung, und die durch die Bezugszahlen 32, 36 und 38 bezeichneten jeweiligen Elemente entsprechen der Phasenvergleichsschaltung. Außerdem wird die Antriebssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem nicht gezeigten Mikrocomputer gesteuert.
Der Ablauf der Motorantriebssteuerung wird nachstehend unter Bezug auf das Flussdiagramm von 4 und das Zeitlagediagramm von 5 beschrieben.
Zuerst wird bei Schritt 100 der in 4(A) gezeigten Geschwindigkeitsregelroutine ermittelt, ob der Schlüssel in das Zündschloss 52 eingeführt worden ist, um das Fahrzeug in den EIN-Zustand zu versetzen, und wenn dies der Fall ist, geht die Routine zu Schritt 102 weiter.
Bei Schritt 102 wird ermittelt, ob die Sollgeschwindigkeit 0 ist, und wenn dies der Fall ist, kehrt die Routine zu Schritt 100 zurück, da die Sollgeschwindigkeit 0 ist. Außerdem geht die Routine, wenn dies in diesem Schritt 102 nicht der Fall ist, zu Schritt 104 weiter, da ermittelt worden ist, dass eine Geschwindigkeitswahl vorhanden ist.
Bei Schritt 104 wird die Drehzahl der Hinterräder mit dem Drehzahl-Codierer 42 gemessen, und dessen Istwertmessung S wird gelesen. Beim nachfolgenden Schritt 106 werden die Sollgeschwindigkeit und die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Motors) verglichen, und wenn ein Geschwindigkeitsunterschied zwischen diesen beiden vorhanden ist, wird, da eine Anpassung der Geschwindigkeit erforderlich ist, in Schritt 108 ermittelt, ob eine Geschwindigkeitsanpassung erforderlich ist.
Bei Schritt 108 wird, wenn ermittelt wird, dass eine Geschwindigkeitsanpassung nicht erforderlich ist (negative Ermittlung), festgelegt, dass die Istgeschwindigkeit stabil bei der Sollgeschwindigkeit liegt, und die Routine kehrt zu Schritt 100 zurück. Außerdem geht, wenn bei Schritt 108 ermittelt wird, dass eine Geschwindigkeitsanpassung erforderlich ist, die Routine zu Schritt 110 weiter, um eine Geschwindigkeitssteuerung mit der PLL-Regelung auszuführen. Bei Schritt 110 wird in oben beschriebener Weise die Frequenzsignalphase in der Phasenvergleichseinheit 32 verglichen, und der Antrieb der Antriebsräder (Hinterräder) wird auf der Grundlage der Phasendifferenz gesteuert. In anderen Worten wird, wie in Schritt 112 dargestellt, die Frequenz M, die zur Referenz werden soll, an die PLL-Schaltung geliefert, um den Antrieb des Elektromotors 12 der entsprechenden Antriebsräder so zu steuern, dass die Istdrehzahl der Hinterräder zur Frequenz N der gewünschten Drehzahl wird.
Bei dem nachfolgenden Schritt 114 wird ermittelt, ob die Sollgeschwindigkeit geändert worden ist. In anderen Worten wird ermittelt, ob die Wahleinheit 48 der Instrumententafel 50 betätigt worden ist oder nicht, und wenn die Sollgeschwindigkeit nicht geändert worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 110 zurück, und die Bewegung des Fahrzeugs 10 wird mit der aktuellen Sollgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung gesteuert.
Wenn die Sollgeschwindigkeit hier bei Schritt 114 geändert worden ist, geht die Routine, da sich das Vergleichsergebnis des Geschwindigkeitsunterschieds bei der Vergleichseinheit 46 ändert, zu Schritt 116 weiter, um das Frequenzsignal N entsprechend der Sollgeschwindigkeit einzustellen, und danach wird die Geschwindigkeit mit dem Frequenzsignal N nach dessen Änderung gesteuert.
Wenn während der oben beschriebenen Steuerroutine die Stopptaste 62 betätigt wird, wird die in 4(B) gezeigte Bremsunterbrechungsroutine aktiviert, und zusätzlich zu der bei Schritt 120 abgelesenen Istwertmessung S der Motordrehzahl wird bei Schritt 122 eine Abbremsung mit einer vorbestimmten Beschleunigung (negativ) auf der Basis der Istwertmessung S begonnen. Als Folge wird das Fahrzeug 10 anhalten, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit gegen Null konvergiert ist.
Als nächstes wird die Steuerung von der Phasenvergleichseinheit 32 über den VCO 38 zum Antrieb 40 unter Bezug auf das in 5 dargestellte Zeitlagediagramm in einem Fall erläutert, in dem das Fahrzeug 10 tatsächlich durch Wiederholen von Beschleunigung und Abbremsung angetrieben wird. Außerdem sind in 5 der Geschwindigkeitswahlwert, das eingestellte Frequenzsignal N, das PLL-Steuerfrequenzsignal M und ein die Frequenzzunahme/abnahme repräsentierender Vektorwert als die Steuerparameter erläutert.
Obwohl das Beispiel einen Modus zeigt, in dem sich das Fahrzeug 10 direkt nach vorn bewegt, wenn das Fahrzeug gesteuert wird, wird jedes der Hinterräder mit einem anderen Geschwindigkeitswahlwert gesteuert, um einen Drehzahlunterschied in den jeweiligen Rädern 16B zu erzeugen. Als Beispiel dargestellt ist die Änderung des Geschwindigkeitswahlwerts gegen die Zeitachse, und die Richtung nach oben auf der vertikalen Achse repräsentiert hohe Geschwindigkeit, und die Richtung nach unten repräsentiert niedrige Geschwindigkeit. Des Weiteren impliziert die Vektoranzeige entsprechend der Frequenzzunahme/abnahme, dass die Frequenz des eingestellten Frequenzsignals N gerade erhöht (beschleunigt) wird, um die Drehzahl des Motors zu erhöhen, wenn der Vektor in die Richtung nach oben im Diagramm zeigt, und sie impliziert im Gegensatz dazu, dass die Frequenz gerade erniedrigt (abgebremst) wird, wenn er in die Richtung nach unten zeigt. Außerdem impliziert, wenn der Vektor parallel zur Zeitachse ist, ein solcher Abschnitt, dass das Fahrzeug gerade in einem konstanten Geschwindigkeitszustand gehalten wird, indem die Frequenz des eingestellten Frequenzsignals N konstant gehalten wird.
Wenn der Geschwindigkeitswahlwert angehoben wird, wird die eingestellte Frequenz N zuerst entsprechend hiermit höher, und danach wird die PLL-Steuerfrequenz M höher (Bereich, in dem der Frequenzvektor nach oben zeigt). Wenn der Geschwindigkeitswahlwert des Fahrzeugs gesenkt wird, wird zuerst die eingestellte Frequenz N entsprechend hiermit niedriger, und danach wird die PLL-Steuerfrequenz M niedriger (Bereich, in dem der Frequenzvektor nach unten zeigt). Wenn die Geschwindigkeit beibehalten wird, fallen die eingestellte Frequenz N und die PLL-Steuerfrequenz M zusammen (Bereich, in dem der Frequenzvektor horizontal ist). Die vorgenannte Steuerung wird mit dem PLL-Regelsystem auf der Basis der Phasendifferenz zwischen den Frequenzsignalen N und M realisiert.
Wie oben beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Frequenzphasenvergleichssteuerung mit der PLL-Schaltung bei der Geschwindigkeitssteuerung des Fahrzeugs 10 eingesetzt, und da die PLL-Schaltung zur Steuerung des Antriebsstatus des Schrittmotors 12 verwendet wird, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch auf die zuvor gewählte Geschwindigkeit erhöht oder erniedrigt. Außerdem kann, da sich das Fahrzeug bei dieser Geschwindigkeit gleichmäßig bewegt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die Sollgeschwindigkeit erreicht, die Belastung des Fahrers reduziert werden. Diese Art von Geschwindigkeitssteuerung ist optimal für die Steuerung von elektrischen Rollstühlen. Ferner kann bei der vorstehenden Geschwindigkeitssteuerung, da der Fahrer die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht unnötig erhöhen muss, der Stromverbrauch des Elektromotors auf ein Minimum beschränkt werden, und dies ist optimal bei Fahrzeugen, bei denen die verfügbare Energie begrenzt ist, beispielsweise bei zukünftigen Solarautos und ähnlichem.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Drehzahl-Codierer 42 als die Geschwindigkeitserfassungsanordnung eingesetzt, und durch Überwachen der Umdrehung des Schrittmotors 12 wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 gewonnen. Die Geschwindigkeit kann jedoch auch durch Verwendung eines kontaktlosen Sensors erfasst werden, der einen Laserstrahl oder einen Infrarotstrahl aus einem Lichtemissionselement zur Straßenoberfläche aussendet, dessen Reflexion erfasst und die Wechselstromkomponente analysiert.
Von dieser Art von kontaktlosem Geschwindigkeitsfühler können jene in großem Umfang verwendet werden, die sehr gut bekannt sind und bei einer Technologie zum Erfassen der Bewegungsgeschwindigkeit von Mäusen von PCs oder der Geschwindigkeit eines Baseballs oder eines Golfballs eingesetzt werden (vgl. beispielsweise die japanische Offenlegungsschrift H6-313749 oder die japanische Offenlegungsschrift H7-134139).
Als Folge der Verwendung dieser Art von kontaktlosem Sensor ist es beispielsweise möglich, eine fehlerhafte Geschwindigkeitserfassung während des Leerlaufs in einem Fall zu vermeiden, in dem der Drehzahl-Codierer 42 bei dem Aktuator (Schrittmotor 12) vorgesehen ist, wie bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Ferner wird beim Anordnen des Drehzahl-Codierers 42 in einem Rad, das nicht angetrieben wird, beispielsweise einem Zusatzrad, die Blockierdrehzahl bei dem Blockieren des Zusatzrads in Folge eines äußeren Gegenstands erfasst. Diese Art von Nachteil kann ebenfalls durch Verwendung eines kontaktlosen Sensors überwunden werden.
Als Nächstes wird eine weitere Ausführungsform der Antriebssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6 ist ein Blockschaltbild zum Ausführen der Vorab- oder Vorlaufsteuerung der Antriebsräder (Hinterräder). 6(1) ist ein Steuerblockschaltbild für den Fall des Beschleunigens des Motors, und 6(2) ist ein Blockschaltbild für den Fall des Ausführens einer Bremssteuerung für den Motor. Die Bezugszahl 60A repräsentiert einen Mikrocomputer, der die Gesamtsteuerung ausführt. Verschiedene Daten zum Antreiben des Fahrzeugs werden in diesen Mikrocomputer eingegeben; beispielsweise der erfasste Wert oder der gewünschte Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Drehzahlsensor 42 der Antriebsräder, oder der Getriebestatus (der eingestellte Gang) in der Vorwärts- oder der Rückwärtsrichtung.
Die Bezugszahl 62A ist ein Kristalloszillator zum Erzeugen der Grundfrequenz. Die Grundschwin gungsfrequenz wird in die aus dem M-Dividierer oder der PLL-Schaltung gebildete Referenzvergleichsfrequenzsignalbildungsschaltung 64 eingegeben und erzeugt ein vorbestimmtes Referenzvergleichsfrequenzsignal 66, das danach dividiert wird. Das Referenzvergleichsfrequenzsignal wird in die Phasenvergleichsschaltung 68 eingegeben. Der Mikrocomputer 60A sendet das Steuersignal zum Ändern der Teilungscharakteristika (Teilungsverhältnis) zum Dividieren der Grundfrequenz durch den Betriebszustand (Geschwindigkeit) des Aktuators, an die Referenzvergleichsfrequenzsignalbildungsschaltung 64.
Das Erfassungssignal aus dem Drehzahlsensor 42, der einen Impuls nach Maßgabe der Rotation des Elektromotors M (Gleichstrommotor) erzeugt, wird erneut in die Phasenvergleichsschaltung 68 eingegeben. Die Bezugszahl 70 ist der N-Dividierer, der dieses Erfassungssignal durch N dividiert. Das durch N dividierte Erfassungssignal wird in die Phasenvergleichseinheit 68 eingegeben, und die Phasen der zwei Frequenzsignale werden in der Phasenvergleichseinheit verglichen.
Die Bezugszahl 72 ist eine Antriebssteuerschaltung zum Anlegen einer Treiberspannung zum Betreiben des Motors und Liefern des Treiberstroms (I-up) an den Motor. Die Antriebssteuerschaltung schaltet die Polarität des Treiberstroms (Spannung) entsprechend der Vorwärtsbewegung oder der Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs um. Die Bezugszahl 74 ist eine Bremssteuerschaltung zum Abbremsen des Motors.
Die Bezugszahl 76 ist die Last (Speichereinheit), die mit der Bremssteuerschaltung verbunden ist. I-down (vgl. 6(2)) ist der in der Bremssteuerschaltung fließende Bremsstrom. Während des Abbremsens des Motors wird der Motor von der Stromquelle getrennt, um als Stromgenerator (G) zu dienen, und das Bremsen erfolgt bei dem Motor dadurch, dass der Bremsstrom zur Bremssteuerschaltung fließt. Auf der Grundlage des Ergebnisses des Phasenvergleichs in der Phasenvergleichseinheit 68 werden die Antriebssteuerschaltung 72 und die Bremssteuerschaltung 74 umgeschaltet und mit dem Motor verbunden.
Wenn die Drehrichtung des Motors in einer Richtung ist, die das Fahrzeug rückwärts antreibt, ist dies dem in 6 dargestellten Steuerblock mit der Ausnahme des Unterschieds der Polarität des Treiberstroms und des Bremsstroms ähnlich.
Wenn die Phasendifferenz der zwei Frequenzsignale in der Phasenvergleichsschaltung 68 ermittelt wird und der Motor beschleunigt wird, weil die Istgeschwindigkeit des Motors geringer als die Sollgeschwindigkeit ist, wie in 6(1) gezeigt, wird das Steuersignal (UP) an die Antriebssteuerschaltung 72 geschickt, und der Motor M und die Antriebssteuerschaltung 72 werden so verbunden, dass eine Treiberspannung an den Motor M angelegt wird. Hier ist die Bremssteuerschaltung 74 nicht mit dem Motor M verbunden. Wenn der Motor gebremst wird, wie in 6(2) gezeigt, wird das Steuersignal (DOWN) zum Abbremsen des Motors an die Bremssteuerschaltung 74 geschickt, und außerdem wird der Motor zusätzlich zum Trennen des Motors G (in diesem Fall ein Stromgenerator) von der Antriebsstromversorgung mit der Last (Speichereinheit 76) verbunden. Hier ist der Motor G nicht mit der Antriebssteuerschaltung 72 verbunden.
Wie oben beschrieben, steuert der Computer 60A die ganze Antriebssteuervorrichtung gemäß 6 und steuert die Referenzvergleichsfrequenzbildungsschaltung 64, die Phasenvergleichsschaltung 68, die Antriebssteuerschaltung 72, den N-Dividierer 70 und die Bremssteuerschaltung 74. Der Mikrocomputer erfasst den Betriebszustand wie beispielsweise die Drehzahl des Motors M (G) und den Fahrzeugzustand mit einem Sensor, ermittelt den Betriebszustand des Motors und des Fahrzeugs und steuert den Betriebszustand des Motors durch Ändern des Charakteristikwerts des Antriebsstroms und des Bremsstroms des Motors auf der Basis von deren Erfassungsergebnissen.
Ein Verfahren der Änderung des Stromcharakteristikwerts besteht darin, den Schwellenwert gegen die Einschaltdauer des aus der Phasenvergleichsschaltung 68 ausgegebenen Phasendifferenzsignals (UP/DOWN) einzustellen, um die Einschaltdauer des Antriebsstroms und des Bremsstroms (Verhältnis von ON/OFF-Zeit pro Zeiteinheit) einzustellen. Beispielsweise impliziert ein Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis von 100%, dass die Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals unverändert an die Antriebssteuerschaltung 42 oder die Bremssteuerschaltung 74 ausgegeben wird. Ein Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis von 50% impliziert, dass die Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals auf 50% oder weniger begrenzt ist. In anderen Worten ist, wenn das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis X% ist, die Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals auf X/100 hiervon begrenzt. Daher sind, um die gleiche Geschwindigkeitssteuerung (Beschleunigung/Abbremsung-Steuerung) des Motors mit der gleichen Quantität zu erzielen, wie wenn die Einschaltdauer 100% wäre, (100/X) multipliziert mit der Zeit erforderlich. Somit wird die Geschwindigkeitsänderung des Motors umso gradueller, je stärker das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis gesenkt wird.
7 ist ein Blockschaltbild für das Ändern der Einschaltdauer des aus der Phasenvergleichseinheit 68 ausgegebenen Phasendifferenzsignals. Der Mikrocomputer 60A stellt das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis in dem Betriebszustand des Fahrzeugs oder Motors in geeigneter Weise in der Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis-Einstelleinheit 61 ein. Die Phasenvergleichsschaltung 68 ändert die Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals unter Bezugnahme auf dieses eingestellte Einschaltdauerverhältnis beim Ausgeben des Phasendifferenzsignals.
8(1) zeigt die erste Ausführungsform der Motorantriebsspannungsanlegeschaltung der Antriebssteuerschaltung 72, und 8(2) zeigt deren zweite Ausführungsform. Die in 8(1) dargestellte Schaltung umfasst eine Gleichstromausgangsspannungs-Einstelleinheit (Schaltung) 82 zum Umsetzen des Steuersignals aus dem Computer 60A in ein analoges Signal und zum Einstellen der Gleichstromausgangsspannung, einen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer (Schaltung) 84 zum Absenken der Gleichstromausgangsspannung, und eine Polaritätssteuereinheit (Schaltung) 86 zum Ändern der Polarität der Gleichstromspannung. Der Mikrocomputer 60A ermittelt, ob der Elektromotor M sich in einem Betriebszustand der Vorwärtsbewegung oder in einem Betriebszustand der Rückwärtsbewegung befindet, und gibt an die Polaritätssteuereinheit 86 das Steuersignal zum Umschalten, wie oben beschrieben, der Polarität der von der Polaritätssteuereinheit 86 an den Motor M anzulegenden Antriebsspannung aus.
Das Phasendifferenzsignal (UP) wird aus der Phasenvergleichsschaltung 68 in die Polaritätssteuer einheit 86 eingegeben. Wie oben beschrieben, ist, wenn das Phasendifferenzsignal (UP) an die Antriebssteuerschaltung 72 ausgegeben wird, die Antriebssteuerschaltung 72 mit dem Motor verbunden. Wenn der H-Pegel (Einschaltzeitdauer) des Phasendifferenzsignals (UP) in die Polaritätssteuereinheit 86 eingegeben wird, wird die Motorantriebsspannung an den Motor M angelegt.
Der Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 84 ist hauptsächlich aus einem sogenannten Wechselrichter aufgebaut und weist die Funktion des Umsetzens des Gleichstroms in einen Wechselstrom und des Umsetzens dieses Wechselstroms in einen Gleichstrom auf. In anderen Worten wird, wenn eine Gleichspannung mit einem bestimmten Wert eingegeben wird, auf der Basis dieser Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt. Die Frequenz der Wechselspannung wird auf der Basis der in dem Spannungsdetektor erfassten Spannung geändert, die an den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer geliefert wird. Die Änderung der Frequenz wird zur Änderung des Istwerts der Wechselspannung. Der Wechselstrom, dessen Frequenz geändert worden ist (Spannungsänderung), wird in einen Gleichstrom zurückverwandelt und aus der Ausgabeeinheit des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers ausgegeben. Da die Treiberspannung der Polaritätssteuereinheit 86 zu dem Spannungsdetektor des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers zurückgekoppelt wird, wird eine Antriebsspannung mit einer stabilen Spannung aus dem Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer an die Polaritätssteuereinheit ausgegeben.
Der Mikrocomputer 60A stellt ein Steuersignal zum Ändern der Spannung der an den Motor zu liefernden Antriebsspannung in der Gleichstromausgangsspannungs-Einstelleinheit 82 ein. Diese Spannungsänderung entspricht der vorgenannten zweiten Ausführungsform zum Ändern der Leistungscharakteristika des Aktuators. Der Modus der Spannungsänderung wird als das Verhältnis der Spannung nach der Änderung zur Spannung vor der Änderung eingestellt. Beispielsweise impliziert ein Schwellenwertspannungsverhältnis von 50%, dass die Spannung bis auf 50% des Maximalwerts der Spannung erniedrigt wird. Je niedriger das Schwellenwertspannungsverhältnis, desto kleiner die Beschleunigung/Abbremsung des Motors, und die Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs wird hierdurch gemindert.
8(2) ist ein zweites Beispiel der Treiberspannungssteuerschaltung. Diese Steuerschaltung umfasst einen Dividierer 72A zum Dividieren des erfassten Frequenzsignals aus dem Rotationssensor 42 des Motors, eine Phasenvergleichseinheit 72B, in die das aus dem vorstehenden M-Dividierer oder PLL-Einheit 64 ausgegebene Referenzvergleichsfrequenzsignal eingegeben wird, ein Tiefpassfilter 72C, in das das Phasendifferenzsignal der Phasenvergleichseinheit eingegeben wird, einen Verstärker 72D zum Umsetzen des Ausgangssignals aus dem Tiefpassfilter in ein analoges Signal und dessen Verstärkung, einen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 84 und eine Polaritätssteuereinheit 86 zum Steuern der Polarität des aus diesem Umsetzer ausgegebenen Spannungssignals.
Das in dem Dividierer 72A dividierte Erfassungssignal von dem Rotationssensor wird in die Phasenvergleichseinheit 72B eingegeben, und das Phasendifferenzsignal der zwei Signale wird an das Tiefpassfilter 72C ausgegeben. Das Erfassungssignal aus dem Rotationssensor 42 wird in die Phasenvergleichseinheit 72B eingegeben, um ein Phasendifferenzsignal zu bilden, und da das an den Motor anzulegende Spannungssignal auf der Basis dieses Phasendifferenzsignals gebildet wird, besteht der Vorteil, dass der Umdrehungszustand des Motors unmittelbar in der Änderung des Spannungssignals widergespiegelt wird. Somit ergibt dies einen Effekt der Stabilisierung des an den Motor anzulegenden Treiberspannungswerts.
Die Bezugszahl 72E bezeichnet eine Schwellenwertspannungsverhältnis-Einstelleinheit, die das Schwellenwertspannungsverhältnis des Spannungssignals einstellen kann, das mit dem Verstärker 72D mit dem Steuersignal von dem Mikrocomputer 60A verstärkt wird. Wenn die Geschwindigkeit des Motors geändert wird, wählt der Mikrocomputer den geeigneten Teilungswert aus der Drehzahl des Motors oder der Sollgeschwindigkeit für den Motor aus und stellt dies bei dem M-Dividierer oder der PLL-Schaltung 64 bzw. dem N-Dividierer 72A ein.
9 ist ein Zeitlagediagramm der in 8(2) erläuterten Steuerung des Anlegens der Antriebsspannung. 9(1) ist die Wellenform des Grundfrequenzsignals aus dem Kristalloszillator. 9(2) ist die Wellenform des Ausgangsimpulses aus dem Rotationssensor 42. 9(3) ist die Wellenform des Vergleichsfrequenzsignals, das durch Dividieren des Grundfrequenzsignals durch M erhalten wird. 9(4) ist die Wellenform des erfassten Frequenzsignals, das durch Dividieren des Impulssignals aus dem Rotationssensor durch N erhalten wird. 9(5) ist die Wellenform des auf der Phasendifferenz der zwei erfassten Frequenzsignale basierenden Phasendifferenzsignals, das als Ergebnis des Phasenvergleichs in der Phasenvergleichseinheit 72B ausgegeben wird. 9(6) ist die Charakteristik des Spannungssignals, bei dem das Phasendifferenzsignal in einen analogen Wert umgesetzt und verstärkt worden ist. Wie in 9(5) gezeigt, wird, wenn eine Phasendifferenz bei den zwei Signalen auftritt, der in 9(6) gezeigte Schwellenwertspannungswert gewonnen, und dieser wird in dem Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 84 verstärkt und dann an die Polaritätssteuereinheit 88 geliefert. In 9(6) ist die Differenz zwischen dem maximalen Spannungswert und dem Schwellenwertspannungswert das Schwellenwertspannungsverhältnis.
10(1) zeigt ein Blockschaltbild der Bremssteuerschaltung 74. Die Bremssteuerschaltung umfasst, als Last, eine Speicherzelle 100A, die den Bremsstrom des Motors (G) laden kann, und eine Ladesteuerschaltung 101. Die Bezugszahl 102A ist eine Umschaltanordnung, die den Motor (Stromgenerator) und die Ladesteuerschaltung intermittiert. Wenn der Motor nicht mit der Ladeschaltung verbunden ist, tritt der Motor in einen Nicht-Last-Zustand ein und beginnt einen Leerlauf. Wenn der Motor mit der Ladesteuerschaltung verbunden ist, dient der Motor als dynamische Bremseinheit, da der Bremsstrom in dem Motor fließt.
Das vorstehende DOWN-Signal wird aus der Phasenvergleichsschaltung 68 in die Umschaltanordnung 102A eingegeben. Wenn der N-Pegel von DOWN angelegt wird, sind der Motor und die Ladesteuerschaltung verbunden. Die Bezugszahl 102B ist eine Wechselstrom/Gleichstrom-Umwandlungsschaltung. Die Bezugszahl 102C ist die Leistungsumwandlungsschaltung entsprechend dem Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer. Die Bezugszahl 102D ist eine Ladeleistungssteuerschaltung zum Steuern der Ladespannung zum Laden der Speicherzelle. Die Ladeleistungssteuerschaltung 102D überwacht die Spannung der Speicherzelle 100A, gibt ein vorbestimmtes Spannungssignal (T) an die Leistungsumwandlungsschaltung 102C aus und steuert die Ausgangsspannung der Leistungsumwandlungsschaltung 102C oberhalb der Ladespannung.
10(2) ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen der Motorumdrehung und der mit der Leistungsumwandlungseinheit erzeugten Leistung zeigt. Der Leistungsausgangswert der Leistungsumwandlungseinheit steigt mit einer Zunahme der Drehzahl des Motors an. 10(3) ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen der Motorumdrehung und dem Ausgangsspannungswert der Leistungsumwandlungseinheit zeigt, und mit einer Zunahme der Drehzahl des Motors erhöht die Ladeleistungssteuereinheit 102D den Ausgang aus der Leistungsumwandlungseinheit 102C so, dass er über der gespeicherten Spannung liegt.
Die Leistungscharakteristik der Lastleistung (Bremsleistung) der Bremssteuerschaltung kann durch Ändern der Einschaltdauer der Lastleistung oder durch Ändern der Spannung (Ladespannung) der Lastleistung geändert werden. Die Einschaltdauer der Lastleistung wird nach Maßgabe der Einschaltdauer des an die Umschaltanordnung 102A gelieferten Phasendifferenzsignals (DOWN) geändert. Außerdem kann der Bremsstromwert durch Ändern des Spannungswerts der Lastleistung geändert werden. Wie oben beschrieben, wird das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis in der Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis-Einstellschaltung 61 eingestellt. Der Schwellenwertspannungswert wird durch den Mikrocomputer 60A gewonnen, der das Ladespannungsänderungssteuerungssignal T an die Ladeleistungssteuereinheit 102D ausgibt.
11 ist ein Zeitlagediagramm der Phasendifferenzsteuerung beim Ausführen der Antriebssteuerung und der Bremssteuerung. 11(A) ist ein Referenzfrequenzsignal, das durch Oszillation von der Grundfrequenzschwingungsschaltung 62A erzeugt wird, 11(B) ist ein aus dem Rotationssensor 42 ausgegebenes Erfassungssignal, 11(C) ist ein aus der Referenzvergleichssignalbildungsschaltung 64 ausgegebenes Referenzvergleichssignal, und 11(D) ist ein aus dem N-Dividierer 70 ausgegebenes Abtastsignal. 11(E) ist die Phasendifferenz des Abtastsignals von (D) und dem Referenzvergleichssignal und zeigt einen Fall, in dem die Phase des Referenzvergleichssignals dem Abtastsignal vorauseilt. Hier wird das Phasendifferenzsignal (UP) zum Treiben des Motors aus der Antriebssteuerschaltung 72 ausgegeben. 11(F) zeigt einen Fall, in dem die Phase des Referenzvergleichssignals dem Abtastsignal nacheilt. Hier wird das Phasendifferenzsignal (DOWN) zum Abbremsen des Motors an die Bremssteuerschaltung 74 ausgegeben.
11(G) ist die Zeitlage der Spannung (Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs), die von der Antriebssteuerschaltung an den Motor anzulegen ist, und 11(H) ist die Zeitlage der Spannung (Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs), die von der Antriebssteuerschaltung an den Motor anzulegen ist.
12(1) ist ein Wellenformdiagramm der Zeitlage der Motorantriebssteuerung zur weiteren Erläuterung von 11, und 12(2) ist ein Wellenformdiagramm der Zeitlage der Bremssteuerung. 12(1) zeigt die in der Phasenvergleichsschaltung 68 verglichenen Phasen des Referenzvergleichsignals und des Erfassungssignals, und wenn eine Phasendifferenz auf der Seite der Erhöhung der Motorgeschwindigkeit vorhanden ist, wird das Phasendifferenzsignal (UP) über die ganze Periode, in der eine solche Phasendifferenz vorhanden ist, an die Antriebssteuerschaltung 72 geliefert. Die Antriebssteuerschaltung 72 implementiert die Antriebssteuerung zum Liefern einer Treiberspannung an den Motor, während das Phasendifferenzsignal UP ausgegeben wird.
Im Übergangsbereich (Beschleunigungsperiode), in dem die Beschleunigung des Motors beginnt und der Motor versucht, die gewählte Geschwindigkeit zu erreichen, wird das Phasendifferenzsignal über eine lange Zeitspanne ausgegeben, die Periode der Ausgabe des Phasendifferenzsignals beginnt in dem Stadium abzunehmen, in dem die Istgeschwindigkeit des Motors die Sollgeschwindigkeit erreicht, und der Motor erreicht die Sollgeschwindigkeit bei der Ankunft in der Periode stabiler Beschleunigung. Wenn die Motorgeschwindigkeit die Sollgeschwindigkeit während der Periode stabiler Beschleunigung übersteigt, wird das Phasendifferenzsignal (DOWN) an die Bremssteuerschaltung 74 geliefert, und die Motorgeschwindigkeit wird so abgebremst, dass sie zur Sollgeschwindigkeit wird.
12(2) unterscheidet sich von 12(1) insofern, als die Wahl einer Abbremsung an den Motor geliefert wird. Die Abbremsungsperiode ist eine Periode des Abbremsens des Motors bis zur Sollgeschwindigkeit, und das Phasendifferenzsignal (DOWN) in der Abbremsungsrichtung des Motors wird während dieser Periode an die Bremssteuerschaltung 74 geliefert. Die Periode der Ausgabe des Phasendifferenzsignals nimmt während der Periode stabiler Abbremsung ab, und es gibt Fälle, in denen das Phasendifferenzsignal (UP) an die den Motor beschleunigende Seite ausgegeben wird.
13 ist ein Zeitlagediagramm zum Erläutern der Steuerung der Einschaltdauer beim Ausführen der Motorantriebssteuerung. 13(A) ist eine Wellenform, bei der das in der Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis-Einstelleinheit 61 eingestellte Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis 100% beträgt, 13(B) ist eine Wellenform, bei der das eingestellte Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis 70% beträgt, und 13(C) ist ein Wellenformdiagramm, bei dem das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis 50% beträgt. Die Einschaltdauer des aus der Phasenvergleichsschaltung 68 ausgegebenen Phasendifferenzsignals ist gemäß Darstellung in (B) und (C) begrenzt, und es wird in die Polaritätssteuerschaltung 86 eingegeben. Somit wird in der Polaritätssteuerschaltung die Treiberspannung entsprechend der Einschaltdauer intermittiert, und die Einschaltdauer der Treiberspannung wird 70%, wie in (B) gezeigt, und die Einschaltdauer der Treiberspannung wird 50%, wie in (C) gezeigt.
14 zeigt die Beziehung zwischen der Fahrzeugbeschleunigung (Motorbeschleunigung) und dem Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis, und die Beschleunigung nimmt ab, wenn das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis abnimmt. Wenn in anderen Worten die Einschaltdauer der Treiberspannung 50% ist, wie in (C) gezeigt, beträgt die Beschleunigung etwa die Hälfte im Vergleich zu derjenigen bei einem Einschaltdauerverhältnis von 100%, und im Fall von (B) ist die Zeitspanne, die erforderlich ist, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit (Drehzahl des Motors) die Sollgeschwindigkeit erreicht, im Vergleich zu (A) etwa das Doppelte.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Fahrzeugs (Aktuators) und dem Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis erläutert. Zum ersten gibt es einen Modus mit hohem Einschaltdauerverhältnis. Dieser wäre ein Zustand, in dem eine schnelle Beschleunigung des Motors erlaubt ist; beispielsweise (1) wenn sich das Elektrofahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit bewegt, (2) wenn sich das Elektrofahrzeug geradeaus bewegt, (3) wenn das Elektrofahrzeug auf einer öffentlichen Straße läuft, (4) wenn die Straßenoberfläche gute Reibungswerte aufweist, usw. Hier wird die Einschaltdauer (Treiberspannung) mit einem Wert, bei dem ein hohes Einschaltdauerverhältnis mit der Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals der Phasenvergleichseinheit multipliziert wird, an die Treiberschaltung ausgegeben. Als Folge wird die Wahl der Beschleunigung für den Motor in etwa so an den Motor weitergegeben, wie sie ist.
Zum zweiten gibt es einen Modus mit mittlerem Einschaltdauerverhältnis. Dies ist ein Modus, bei dem es erforderlich ist, die Wahl der Beschleunigung für den Motor zu begrenzen; beispielsweise (1) wenn eine Kurve mit einem relativ großen R gefahren wird, (2) wenn sich das Elektrofahrzeug in einem Bereich mit Geschwindigkeitsbegrenzung bewegt, (3) wenn sich die Straßenoberfläche in einem leicht feuchten Zustand befindet, usw.
Zum dritten gibt es einen Modus mit niedrigem Einschaltdauerverhältnis. Dies ist ein Modus, bei dem es erforderlich ist, die Wahl der Beschleunigung für den Motor stark zu begrenzen; beispielsweise (1) wenn sich das Elektrofahrzeug mit hoher Geschwindigkeit bewegt, (2) wenn das Elektrofahrzeug eine Kurve mit relativ kleinem R fährt, (3) wenn sich das Elektrofahrzeug innerhalb eines Gebäudes bewegt, (4) wenn sich die Straßenoberfläche in nassem Zustand befindet, usw.
Das Einschaltdauerverhältnis kann von dem Fahrer eingestellt werden, oder der Mikrocomputer 60A kann das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis auf der Basis des Erfassungssignals von den verschiedenen Sensoren auswählen und dies in der Einstellschaltung 61 einstellen. Obwohl das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis bei der vorstehenden Erläuterung während der Beschleunigungsperiode beibehalten wurde, kann der Schwellenwert während der Beschleunigungsperiode nach und nach geändert werden. Die charakteristische Beziehung zwischen dem Fahrzeug (Aktuator) und der Einschaltdauer wird in dem vorbestimmten Bereich des Speichers des Mikrocomputers im Format einer Speichertabelle gespeichert.
15 ist ein Zeitlagediagramm zum Erläutern der Steuerung der Einschaltdauer beim Ausführen der Aktuatorbremssteuerung. Beim Ausführen der Bremssteuerung beim Aktuator wird ein Phasendifferenzsignal (DOWN) in der Richtung zum Abbremsens des Motors von der Phasenvergleichsschaltung 68 an die Bremssteuerschaltung 74 ausgegeben. 15(A) zeigt einen Fall, bei dem das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis 100% beträgt, 15(B) zeigt einen Fall, bei dem das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis 70% beträgt, und 15(C) zeigt einen Fall, bei dem das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis 50% beträgt. Wie in 16 gezeigt, nimmt die Abbremsung ab, wenn das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis abnimmt. Dies ist so, weil die Bremssteuerschaltung 74 entsprechend der Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals intermittierend für den Motor wird, und in dem Motor wird eine Bremskraft nur während der Periode erzeugt, während der der Motor mit der Bremssteuerschaltung 74 verbunden ist. Somit ist, wenn das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis 50% beträgt, die zum Abbremsen auf die vorbestimmte Geschwindigkeit erforderliche Zeit das Doppelte.
Es sei angenommen, dass der Betriebsaufbau des Elektrofahrzeugs wie folgt ausgebildet ist. Wenn der Fahrer seinen/ihren Fuß vom Beschleunigungspedal nimmt, beurteilt der Computer dies als die Wahl einer Abbremsung und ermittelt eine vorbestimmte gewünschte Abbremsungsgeschwindigkeit. Als Nächstes wird das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis in der Einstellschaltung eingestellt. Hier wird das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis niedrig innerhalb eines Bereichs eingestellt, in dem der Fahrer keinerlei Unannehmlichkeiten bei der Abbremsung des Elektrofahrzeugs spürt. Danach wird das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis nach Maßgabe der Abbremsung des Fahrzeugs erhöht. Bei diesem Prozess nimmt die Beschleunigung auf der Abbremsungsseite des Fahrzeugs nach Maßgabe der verstrichenen Zeit zu, nachdem der Fuß des Fahrers von dem Beschleunigungspedal genommen worden ist. Während dieser Zeit wird das Phasendifferenzsignal zum Anlegen an die Bremssteuerschaltung 74 geladen.
Auch ein Bremspedal ist in dem Fahrzeug vorgesehen. Wenn der Fahrer das Bremspedal drückt, beurteilt der Computer dies als Bremszustand des Fahrzeugs entsprechend dem Niederdrücken des Bremspedals. Im Fall eines plötzlichen Abbremsens wird ein großes Einschaltdauerverhältnis eingestellt. Eine Trommelbremse oder eine Scheibenbremse können gleichzeitig verwendet werden, und wenn das Niederdrücken der Bremse stark ist, können diese mechanischen Bremsen aktiviert werden, um die elektrische Bremse zu unterstützen.
Als Nächstes wird die Steuerung des Schwellenwertspannungsverhältnisses erläutert. 17 ist ein Zeitlagediagramm eines Falles der Steuerung des Schwellenwertspannungsverhältnisses der an den Motor anzulegenden Treiberspannung. Der Mikrocomputer 60A stellt das Schwellenwertspannungsverhältnis in der Gleichstromausgangsspannungs-Einstellschaltung 82 oder der Schwellenwertspannungs-Einstellschaltung 72E ein. Wenn dieses Schwellenwertspannungsverhältnis eingestellt ist, ist das im Motor von der Polaritätssteuereinheit 86 der Antriebssteuerschaltung 72 eingestellte Spannungsverhältnis der Treiberspannung nach Maßgabe des Schwellenwertspannungsverhältnisses begrenzt. 17(A) zeigt einen Fall, in dem das Schwellenwertspannungsverhältnis 100% ist, 17(B) zeigt einen Fall, in dem das Schwellenwertspannungsverhältnis 70% ist, und 17(C) zeigt einen Fall, in dem das Schwellenwertspannungsverhältnis 50% ist. Im Fall von (B) und (C) nimmt, da die an den Motor gelieferte Antriebsleistung begrenzt ist, die Antriebsbeschleunigung des Motors ab. 18 ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung des Schwellenwertspannungsverhältnisses und des Fahrzeugs (Motors) zeigt. Da die Antriebsbeschleunigung des Motors abnimmt, wird die zum Erreichen der vorbestimmten Reisegeschwindigkeit erforderliche Beschleunigungsperiode entsprechend länger.
19 ist ein Zeitlagediagramm im Fall des Steuerns des Bremslast-Schwellenwertspannungsverhältnisses der Lastspannung des Motors. Wie oben beschrieben, wird die Änderung der Lastspannung mit der Spannungssteuerung der Leistungsumwandlungseinheit nach Maßgabe der Ladeleistungssteuereinheit 102D erzielt. 19(A) zeigt einen Fall, in dem das Schwetlenwertspannungsverhältnis 100% beträgt, 19(B) zeigt einen Fall, in dem das Schwellenwertspannungsverhältnis 70% beträgt, und 19(C) zeigt einen Fall, in dem das Bremsschwellenwertspannungsverhältnis 50% beträgt. Nach Maßgabe der Abnahme des Schwellenwertspannungsverhältnisses nimmt die Lastspannung ab, wird der Bremsstrom klein und wird die Bremskraft des Motors reduziert. 20 ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Bremslastspannungsverhättnis und der Abbremsung des Fahrzeugs (Motors) zeigt.
21 zeigt die Beziehung der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Charakteristik der Referenzvergleichsfrequenz. Bei Zunahme der Geschwindigkeit nimmt die Referenzvergleichsfrequenz zu. Eine Zunahme der Referenzvergleichsfrequenz wird beispielsweise durch Ändern des M-Werts des M-Dividierers ermöglicht. Wenn die Frequenz des Referenzvergleichssignals groß wird, wird das Auftreten der Phasendifferenz bei dem Erfassungssignal hoch, und die Geschwindigkeitssteuerung im Bereich hoher Geschwindigkeit kann mit größerer Präzision ausgeführt werden.
22(1) ist ein Wellenformdiagramm für den Fall des Ausführens einer Beschleunigungssteuerung bei dem Motor, und es zeigt, dass die Referenzvergleichsfrequenz bei Zunahme der Drehzahl des Motors groß wird. 22(B) ist das aus der Antriebssteuerschaltung 72 ausgegebene Phasendifferenzsignal, und 22(C) ist ein an die Bremssteuerschaltung 74 ausgegebenes Phasendifferenzsignal. 22(D) zeigt, dass eine Treiberspannung während der Beschleunigungsperiode an den Motor angelegt wird und dass während der Periode stabiler Beschleunigung ein Antriebsstrom oder ein Bremsstrom an den Motor angelegt wird. 22(2) ist ein Wellenformdiagramm für den Fall des Abbremsens des Motors, und es zeigt, dass das Referenzvergleichssignal bei der Abbremsung des Motors klein wird.
23 zeigt ein Musterdiagramm der Steuercharakteristik im Fall des Steuerns der Aktuatorleistung mit der vorbestimmten Kombination aus der Steuerung von Einschaltdauer und Spannung. 23(1) zeigt einen Fall des Ausführens einer Beschleunigungssteuerung bei dem Motor, und wenn ein vorbestimmter Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Sollgeschwindigkeit und der Istgeschwindigkeit des Motors vorhanden ist, gelangen das Schwellenwerteinschaltdauerverhältnis und das Schwellenwertbeschleunigungsverhältnis in einen Bereich, der eine plötzliche Beschleunigung erlaubt, wenn sie beide 50% oder mehr betragen, gelangen in einen Bereich, der eine mittlere Beschleunigung erlaubt, wenn einer weniger als 50% beträgt, und gelangen in einen Bereich, der eine niedrige Beschleunigung erlaubt, wenn sie beide kleiner als 50% sind. AC können durch Ändern des Schwellenwerteinschaltdauerverhältnisses und des Beschleunigungsspannungsverhältnisses entsprechend der in dem Diagramm dargestellten Änderungscharakteristik den Motor (Fahrzeug) in die Spanne des Bereichs niedriger Beschleunigung – des Bereichs mittlerer Beschleunigung – des Bereichs hoher Beschleunigung bringen. D ist ein Modus der Sicherung des Schwellenwerteinschaltdauerverhältnisses auf 100% und der Änderung des Beschleunigungsschwellenwertspannungsverhältnisses hierdurch, und E ist ein Modus des Einstellens des virtuellen Schwellenwertspannungsverhältnisses auf 100% und der Änderung des Beschleunigungsschwellenwerteinschaltdauerverhältnisses hierdurch. 23(2) zeigt die Charakteristik beim Abbremsen des Motors.
24 zeigt die Einzelheiten einer anderen Ausführungsform in Bezug auf einen Teil des in 6 dargestellten Blockschaltbilds. Dargestellt sind ausführliche Diagramme eines Steuerblocks von der Kristalloszillationsschaltung 62A über die Referenzvergleichsfrequenzbildungsschaltung 64 zur Phasenvergleichseinheit 68 und eines Steuerblocks von dem Rotationssensor 42 zur Phasenvergleichseinheit 68.
Das Signal aus dem Drehzahlsensor 42 wird in ein Abtastsignal umgesetzt, das mit dem später bei der PLL-Regelschaltung 714 beschriebenen Referenzfrequenzsignal zu vergleichen ist. In anderen Worten wird das Signal des Drehzahl-Codierers 42 in die Phasenvergleichseinheit 716 eingegeben, und das Frequenzsignal aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 718 wird mit der Phase des im Dividierer 720 mit 1/Fr geteilten Frequenzsignals N verglichen. Das Phasendifferenzerfassungssignal aus der Phasenvergleichseinheit 716 wird über das Tiefpassfilter 717 an den vorstehenden spannungsgesteuerten Oszillator 718 geliefert. Das Frequenzsignal aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 718 wird in dem N-Dividierer 70 dividiert. Als Ergebnis wird ein Abtastfrequenzsignal, das mit dem später beschriebenen Referenzfrequenzsignal zu vergleichen ist, aus dem Abtastsignal von dem Drehzahl-Codierer gebildet.
Die Schwingungsfrequenz aus dem Kristalloszillator 62A wird in dem M-Dividierer 722 1/M-dividiert und an die Phasenvergleichseinheit 724 geliefert sowie danach über das Tiefpassfilter 726, den spannungsgesteuerten Oszillator 728 und den N-Dividierer 730 an die Phasenvergleichseinheit 724 zurückgegeben. Das Referenzfrequenzsignal, dessen Frequenz mit der PLL-Regelschaltung 732 konstant gehalten wurde, wird an die Phasenvergleichseinheit 734 geliefert.
Die Phasendifferenz des Abtastsignals F1 und des Referenzfrequenzsignals F2 des vorstehenden Drehzahl-Codierers wird mit der Phasenvergleichseinheit 734 verglichen, und es wird ein Steuersignal an die Antriebssteuerungsvorrichtung (Beschleunigungs-/Abbremsungs-Steuervorrichtung) des Schrittmotors 12 zum Antreiben der Hinterräder auf der Basis dieser Phasendifferenz geliefert.
Der Mikrocomputer 60A stellt den M-Wert des M-Dividierers 722 und den N-Wert des N-Dividierers 70, 720 aus den Werten ein, welche die verschiedenen Betriebszustände wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Drehzahl der Antriebsräder repräsentieren. In anderen Worten werden bei den jeweiligen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs beispielsweise ein M-Wert und ein N-Wert entsprechend der Referenzfrequenz, der Abtastfrequenz und der Phase vorab simuliert und als Speichertabelle in einem bestimmten Bereich des Speichers des Mikrocomputers gespeichert. Dann werden solche M- und N-Werte aus der Fahrzeuggeschwindigkeit (Zielgeschwindigkeit, erfasste Geschwindigkeit etc.) abgelesen und als der M- oder N-Wert der Dividierer 70, 720, 722, 730 der PLL-Schaltung gewählt. Bei dieser Ausführungsform wird die erfasste Frequenz des Drehzahl-Codierers bei 720 dividiert und verstärkt und mit dem PLL-Block 714 stabilisiert. Das Phasendifferenzsignal kann dadurch präzise gewonnen werden, um diese Frequenz an die Phasenvergleichseinheit 68 zu liefern.
Die PLL (Phase Locked Loop)-Schaltung ist eine Regelungsschaltung zum Synchronisieren der Phasen, und sie wird dazu verwendet, die Ausgangsphase so zu regeln, dass das Signal mit einer Frequenz eines Impuls- oder Wechselstromsignals die gleiche Phase annimmt wie das Referenzsignal. Diese Technologie wird oft bei Spindelmotoren zum Drehen der Festplatte von Informationsverarbeitungsgeräten, bei Motoren zum Drehen der Köpfe von Videorecordern, bei Motoren zum Drehen des Polygonspiegels zum Ausführen von Abtastungen mittels Laser etc. eingesetzt, und der zu steuernde Motor war in den meisten Fällen ein Schrittmotor oder Ähnliches. Bei der vorlie genden Erfindung kann die Drehzahl des Motors durch Ausführen einer Wechselrichtersteuerung selbst bei Wechselstrommotoren und Gleichstrommotoren, die unter einer konstanten Spannung zu betreiben sind, gesteuert werden, und durch weitere Verwendung von PLL-Technologie wird eine sehr präzise Steuerung des Drehwinkels ermöglicht. Insbesondere in einem Fall, wenn sich beispielsweise die Last gegen die Bewegung der angetriebenen Platte ändert, wird eine Steuerung des Drehmoments erforderlich. Dennoch wird durch Messen der Istgeschwindigkeit der angetriebenen Platte eine Geschwindigkeitssteuerung in einem Zustand des Hinzufügens der Drehmomentlast ermöglicht.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuerung der Drehzahl von Motoren, die nur mit einer EIN/AUS-Steuerung betrieben werden konnten, ermöglicht, und der Antrieb kann auf die Sollgeschwindigkeit korrigiert werden. Außerdem wird die Geschwindigkeitsregelung mit der PLL-Schaltung realisiert, und hierdurch wird eine stabile Beschleunigung und Abbremsung ermöglicht.
Darüber hinaus ist es möglich, da die Frequenz aus dem Kristalloszillator 62A auch an die PLL-Schaltung ausgegeben wird, die Grundfrequenz des Kristalloszillators zu erhöhen und eine stabile Frequenz zu erzeugen.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung ist eine Antriebssteuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Rotationsaktuators, der die Antriebsvorrichtung bewegt, umfassend: eine Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung; eine Erfassungsschaltung zum Erfassen der Drehzahl des Aktuators und deren Ausgabe als Erfassungssignal; eine Geschwindigkeitswahlschaltung des Aktuators; eine Rotationssteuerschaltung des Aktuators; und eine Phasenvergleichsschaltung zum Vergleichen der Phase des Referenzvergleichssignals und der Phase des Erfassungssignals und zum Ausgeben des Vergleichsergebnisses an die Rotationssteuerschaltung; wobei die Rotationssteuerschaltung die Drehzahl des Aktuators so steuert, dass sie mit der Geschwindigkeitswahl auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs übereinstimmt.

Claims

Antriebssteuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Rotationsaktuators, der die Antriebsvorrichtung bewegt, umfassend: eine Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung; eine Erfassungsschaltung zum Erfassen der Geschwindigkeit des Aktuators und deren Ausgabe als Erfassungssignal; eine Geschwindigkeitswahlschaltung des Aktuators; eine Rotationssteuerschaltung des Aktuators; und eine Phasenvergleichsschaltung zum Vergleichen der Phase des Referenzvergleichssignals und der Phase des Erfassungssignals und zum Ausgeben des Vergleichsergebnisses an die Rotationssteuerschaltung; wobei die Rotationssteuerschaltung die Geschwindigkeit des Aktuators auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs so steuert, dass sie mit der Geschwindigkeitswahl übereinstimmt.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung, die Erfassungsschaltung und die Phasenvergleichsschaltung einen PLL-Regelblock bilden.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Phasenvergieichsschaltung das Phasendifferenzsignal an die Rotationssteuerschaltung ausgibt und diese Rotationssteuerschaltung das Phasendifferenzsignal an den Aktuator ausgibt.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Rotationssteuerschaltung anhand des Phasendifferenzsignals unterscheidet, ob sich der Aktuator in einem Beschleunigungsantriebszustand oder einem Abbremsungsantriebszustand befindet, und den Betrieb des Aktuators auf der Basis des Ergebnisses hiervon steuert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Rotationssteuerschaltung aus einer Antriebssteuerschaltung zum Beschleunigen des Aktuators und einer Bremssteuerschaltung zum Abbremsen des Aktuators gebildet ist.
Antriebssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Rotationssteuerschaltung eine Charakteristikänderungsanordnung zum Ändern der Leistungscharakteristika des Aktuators umfasst.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Einschaltdauer der Aktuatorleistung ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Charakteristikänderungsanordnung den Schwellenwert der Aktuatorleistung ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Einschaltdauer der Aktuatorleistung nach Maßgabe der Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Charakteristikänderungsanordnung das Schwellenwertänderungsverhältnis der Einschaltdauer einstellt.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 5, bei der als die Last der Bremssteuerschaltung eine Speichereinheit vorgesehen ist, welche die Bremsleistung des Aktuators speichern kann.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Bremssteuerschaltung die Speichereinheit und den Aktuator auf der Basis des Phasendifferenzsignals intermittierend steuert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Einschaltdauer der Lastleistung des Aktuators ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Charakteristikänderungsanordnung den Leistungsschwellenwert der Lastleistung des Aktuators ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Einschaltdauer der Stromversorgung des Aktuators ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Charakteristikänderungsanordnung den Schwellenwert der Stromversorgung des Aktuators ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Einschaltdauer der Aktuatorleistung und deren Schwellenwert ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Antriebssteuerschaltung die an den Aktuator gelieferte Treiberspannung auf der Basis der Einschaltdauer des Phasendifferenzsignals intermittierend steuert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Referenzvergleichssignal-Erzeugungsschaltung die Grundfrequenz teilt und das Referenzvergleichssignal ausgibt, und die Rotationssteuerschaltung das Teilungsverhältnis nach Maßgabe des gewählten Werts der Geschwindigkeitswahlschaltung ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 19, bei der die Erfassungsschaltung den erfassten Wert aus dem Rotationssensor des Aktuators teilt und dies als das Erfassungssignal ausgibt, und die Rotationssteuerschaltung das Teilungsverhältnis nach Maßgabe des gewählten Werts der Geschwindigkeitswahlschaltung ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Leistungscharakteristik nach Maßgabe des Betriebszustands des Aktuators ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Leistungscharakteristik nach Maßgabe des Betriebszustands der Antriebsvorrichtung ändert.
Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 21 , bei der die Charakteristikänderungsanordnung die Leistungscharakteristik ändert, wenn sich der Aktuator im Übergangsbereich der Beschleunigung oder Abbremsung befindet.
Antriebsvorrichtung, umfassend eine Antriebssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 und eine elektrische Antriebseinheit, deren Antrieb mit dieser Antriebssteuervorrichtung gesteuert ist.
Elektrisches Reisefahrzeug, umfassend eine Antriebssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 und eine elektrische Antriebseinheit, deren Antrieb mit dieser Antriebssteuervorrichtung gesteuert ist.
Antriebssteuerverfahren zum Steuern eines elektrischen Rotationsaktuators, der die Antriebssteuervorrichtung bewegt, umfassend: einen Schritt der Erzeugung eines Referenzvergleichssignals; einen Erfassungsschritt zum Erfassen der Geschwindigkeit des Aktuators und deren Ausgabe als Erfassungssignal; einen Schritt der Geschwindigkeitswahl des Aktuators; einen Schritt der Rotationssteuerung des Aktuators; und einen Schritt des Phasenvergleichs zum Vergleichen der Phase des Referenzvergleichssignals und der Phase des Erfassungssignals und zum Ausgeben des Vergleichsergebnisses an die Rotationssteuerschaltung; wobei die Geschwindigkeit des Aktuators auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs so gesteuert wird, dass sie mit der Geschwindigkeitswahl übereinstimmt.
Antriebssteuervorrichtung einer Antriebsvorrichtung, die das Geschwindigkeitserfassungssignal und das Referenzvergleichssignal der Antriebsvorrichtung an die Phasenvergleichseinheit liefert und das Phasendifferenzsignal aus dieser Phasenvergleichseinheit als das Steuersignal der Antriebsvorrichtung verwendet; wobei das Erfassungssignal an den PLL-Regelblock geliefert wird und das in diesem PLL-Regelblock stabilisierte Frequenzsignal als das Erfassungssignal an die Phasenvergleichseinheit geliefert wird.
Antriebssteuervorrichtung, umfassend eine Rotationssteuerschaltung zum rotatorischen Steuern der Antriebsvorrichtung; eine Geschwindigkeitserfassungsschaltung der Antriebsvorrichtung; und eine Geschwindigkeitswahlschaltung der Antriebsvorrichtung; wobei die Rotationssteuerschaltung eine Antriebssteuerschaltung zum Ausgeben eines Beschleunigungssteuersignals an die Antriebsvorrichtung zum Beschleunigen der Antriebsvorrichtung sowie eine Bremssteuerschaltung zum Ausgeben eines Bremssteuersignals zum Steuern des Abbremsens der Antriebsvorrichtung umfasst; und wobei die Beschleunigung der Antriebsvorrichtung auf die gewählte Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Antriebsvorrichtung auf die gewählte Geschwindigkeit durch das Umschalten der Ausgabe des Beschleunigungssteuersignals bzw. der Ausgabe des Bremssteuersignals ausgeführt werden.
Antriebssteuervorrichtung, umfassend eine Rotationssteuerschaltung zum rotatorischen Steuern der Antriebsvorrichtung; eine Geschwindigkeitserfassungsschaltung der Antriebsvorrichtung; und eine Geschwindigkeitswahlschaltung der Antriebsvorrichtung; wobei die Rotationssteuerschaltung eine Antriebssteuerschaltung zum Ausgeben eines Beschleunigungssteuersignals an die Antriebsvorrichtung zum Beschleunigen der Antriebsvorrichtung sowie eine Bremssteuerschaltung zum Ausgeben eines Bremssteuersignals zum Steuern des Abbremsens der Antriebsvorrichtung umfasst; und wobei die Beschleunigung der Antriebsvorrichtung auf die gewählte Geschwindigkeit sowie deren Stabilisierung und die Beschleunigung der Antriebsvorrichtung auf die gewählte Geschwindigkeit sowie deren Stabilisierung durch das Umschalten der Ausgabe des Beschleunigungssteuersignals bzw. der Ausgabe des Bremssteuersignals ausgeführt werden.