JP2007060806A - 電動レーシングカートの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】初級者から上級者に至るまでそれぞれの運転技術に応じたコーナリングを可能にする電動レーシングカートを提供する。
【解決手段】車速に対する横加速度の大きさに応じてスピンし易さを判定するスピン判定マップ１７と、スピンし易い走行状態におけるアクセル踏み込み量・操舵方向・ブレーキの有無・車速に応じた駆動力低減制御指令値を設定したデータマップ１８とを設ける。スピン判定マップでは初級者・中級者・上級者に応じた各閾値を設定する。運転技術に応じてスピンし易いと判定する閾値を変えると共に、種々の走行状態に応じて低減制御指令値を変えることにより、１台のカートで、初級者から上級者まで対応したコーナリング制御を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、後輪の左右で直結された駆動輪を有し、コーナリング時には車両後部を外側に振り出すように後輪をスリップさせて走行する電動レーシングカートの駆動制御装置に関するものである。

一般に、レーシングカートの場合には駆動輪となる後輪の左右が直結されており、高車速でコーナリングするためには、車両後部をカーブの外側に振り出すように後輪をスリップさせている。そのようなレーシングカートおいて、例えば環境を考慮して駆動源に電動モータを用いた電動レーシングカートがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１８０８００号公報

レーシングカートにおいて高車速でコーナリングする場合には、上記したように車両後部をカーブの外側に振り出すように後輪をスリップさせることにより、車両の姿勢が不安定になるためコーナリング操作が難しい。ある車速で後輪をスリップさせてコーナリングすることができる経験者にとっては、車両姿勢の不安定さを克服してより高車速でコーナリングしてタイムを更新することで達成感を感じることができるが、初級者にとっては、後輪をスリップさせながらコーナリングするという運転技術の敷居が高いため、スリップさせながらコーナリングできるようになる前にカートの運転を断念してしまう場合がある。特に、電動カートにあっては、バッテリなどの重量物を搭載していることから車重が重いため、低速トルクを大きくしており、コーナリング時にスピンし易いため、その傾向が顕著になる虞がある。

例えば、初級者でもある程度の後輪スリップによりコーナリングを可能にするように車体などのを設計することが考えられるが、そのような初級者向けに設計されたカートでは上級者は不満を感じてしまう。そこで、運転技術のつがいに応じて仕様違いのカートを用意することも考えられるが、設備費が高騰化するという問題が生じる。

このような課題を解決して、初級者でも後輪をスリップさせながらのコーナリングを容易に行うことができると共に上級者にとっては高い運転技術をもってコーナリングすることができる電動レーシングカートを実現するために本発明に於いては、電動レーシングカートの駆動輪を駆動するモータを制御する駆動回路と、前記駆動回路に制御指令値を出力する制御手段と、車速を検出する車速センサと、車体の横加速度を検出する横加速度センサとを有し、前記制御手段が、コーナリング時の前記車体のスピンし易さを車速に対する横加速度の大きさから判定するスピン判定手段と、前記車体のスピンし易さに応じて前記モータの駆動力を低減するための低減制御指令値を設定する低減制御指令値設定手段とを有し、前記スピン判定手段により前記車体がスピンし易いと判定された場合には前記駆動回路に前記低減制御指令値を出力するものとした。

特に、前記低減制御指令値が、アクセルセンサにより検出されるアクセル踏み込み量の大きさと、操舵方向センサにより検出される操舵方向と前記横加速度の方向との対比と、ブレーキセンサにより検出されるブレーキ操作の有無と、前記車速の大きさとから選択されたものを考慮して低減量を変えるように設定されていると良い。また、前記スピン判定手段による前記車体のスピンし易さが、車速に対する横加速度の大きさの違いに合わせて複数の閾値として設定され、かつ前記複数の閾値が選択可能にされていると良い。

このように本発明によれば、スピンし易い状態にあると判定された場合にはモータに対して駆動力を低減する低減制御指令値を出力することにより、駆動輪のグリップ力の低下によるスピンを回避することができる。これにより、初級者でも、従来のカートではスピンしてしまう車速及び横加速度の大きさでコーナリングしても、グリップ力が確保されてスピンに至らずにコーナリングを行うことができるようになり、初級者がコーナリングの運転技術の敷居の高さからカート走行を断念してしまうことを思い留まることが期待される。

特に、スピンし易さを、アクセル踏み込み量の大きさと、横加速度の方向と操舵方向との対比と、ブレーキ操作の有無と、車速の大きさとから任意のものを選択し、その組み合わせに応じて低減制御指令値の低減量を変えることにより、種々の状況に対応した制御を行うことができ、高精度なコーナリング制御を行うことができる。また、スピンし易さを、車速に対する横加速度の大きさの違いに合わせて複数の閾値として設定し、かつ選択可能にすることにより、運転技術の違いに応じた閾値の設定が可能になり、１台のカートで、初級者から上級者まで対応したコーナリング制御を行うことができ、上級者も満足させられる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された電動カート１を示す平面図である。この電動カート１の機械的構造は従来の一般的な電動カートと同様であって良いため、その詳しい説明を省略する。

フレーム構造の車体２の前後部にはそれぞれ左右の前輪３及び後輪４が設けられており、車体２には、その中央部にはシート５が設けられ、左右両側部であって前後方向について中間部にはそれぞれバッテリ６設けられ、図示例では右後輪４の近傍には後輪４の車軸４ａを駆動するモータ７が設けられ、シート５の後方にはモータ７を制御するコントローラユニット８が設けられている。なお、前輪３はステアリングホイール９により転舵される。

また、車体２には制御に必要な各種センサが適所に配設されており、本発明に基づく制御ブロック図を示す図２を併せて参照して、制御系について次に示す。コントローラユニット８内には、制御手段としてＣＰＵを有するコントローラ８ａと、コントローラ８ａからのＰＷＭ制御信号に応じてモータ７に駆動電流を流すための駆動回路としてのインバータ８ｂと、モータ７に流れる電流を検出するための電流センサ８ｃとが設けられている。

コントローラ８ａには、アクセルペダル（図１では図示せず）の踏み込み量を検出する変位センサからなるアクセルセンサ１１と、ステアリングホイール９の操舵方向を検出する操舵方向センサ１２と、ブレーキペダル（図１では図示せず）の踏み込みの有無を検出するブレーキセンサ１３と、横Ｇを検出するべく車軸４ａの近傍に配設された横加速度センサ１４とが接続されている。横加速度センサ１４は、ヨーレイトセンサを用いることが考えられるが、車体の左右方向に対する加速度の方向及び大きさを検出し得るものであれば良く、重り・スプリング・ダンパ・変位センサを用いた簡単な構造のものであって良い。

また、コントローラ８には、運転者の運転技術に応じて例えば上級・中級・初級の３段階の制御レベルに切り替えるためのユーザレベル設定スイッチ１５が設けられている。なお、モータ７にはその回転を検出するための回転センサ１６が設けられており、その回転検出信号がコントローラ８ａに入力する。また、上記電流センサ８ｃによる電流検出信号もコントローラ８ａに入力するようになっている。

このようにして構成された電動カート１の制御要領について以下に示す。上記したユーザレベル設定スイッチ１５は、運転者の技術に応じて、コーナリング時に後輪４をスリップさせる（車両後部を外方に振り出す）時の後輪４の駆動力を状況に応じて制御する設定を行うものである。

まずスピン判定手段として、例えば図３に示されるように横軸をモータ７の回転速度（車速に対応）とし、縦軸を横加速度として、運転技術のレベルに対応する初級・中級・上級の３パターンに分けたスピン判定マップ１７を用意する。各パターンの設定は、乗車時にユーザレベル設定スイッチ１５によりいずれかを選択することにより行う。図３では、車速（モータ回転速度）が高くなるほどグリップ力が低下してコーナリング時にスリップし易くなるため、車速が高くなるにつれて横加速度が低減する各閾値（図の初級・中級・上級に対応する右下がりの各線）を設定し、各レベルに応じてそれぞれの閾値を越えるまでは通常の制御を行う通常域とし、閾値を越えたら本発明に基づく低減制御指令値に基づく駆動力低減制御域とする。

次に、低減制御指令値設定手段として、例えば図４に示されるデータマップ１８を用意する。このデータマップ１８は、図３において横加速度が各閾値を越えた場合のモータ７に対する低減制御指令値としてのＰＷＭ制御のデューティを設定するものであり、コントローラ８ａ内のメモリに予め記録されている。データマップ１８に示されるように、条件としては、アクセル踏み込み量・操舵方向・ブレーキ踏み込みの有無・車速の大きさである。それぞれをより細かくまたはアナログ的に設定することもできるが、レーシングカートのコーナリング制御としては、それ程細かく細分化しなくても充分であり、制御を簡単にするために図の程度の場合分けで良い。

アクセル踏み込み量としては、アクセルセンサ１１による踏み込み量を大・中・小の３段階に分ける程度であって良い。操舵方向にあっては、例えば図１に示されるように横加速度が図の矢印Ｇに示される向きに発生していることを横加速度センサ１４により検出され、かつ前輪３がその横加速度により車体２が向くことになる方向（図では左）に転舵するようにステアリングホイール９を操舵した場合を順方向とし、逆方向に操舵する場合を逆方向とする。したがって、操舵方向センサ１２としては、ステアリングホイール９を左右にそれぞれ所定角度以上切ったことを検出するリミットスイッチであって良い。

ブレーキ踏み込みにあっては、ブレーキペダルを踏んだ場合をＯＮとし、踏まない場合をＯＦＦとしている。なお、踏んだ場合としては、ブレーキペダルの全ストロークでなくても良く、車両の設計に応じてある程度以上の減速度が生じるレベル（例えば全ストロークの半分程度）としても良い。いずれにしても、リミットスイッチにより簡単に調整可能である。

車速にあっては、中級者の場合には例えば５０ｋｍ／ｈ以上の高速であるかそれ未満の低速であるかの判別であって良い。初級者の場合には車速を下げ、上級者の場合には車速を上げるようにして良く、それぞれにおいて設定車速以上であればデータマップ１８の「高」の欄を選択し、設定車速未満であれば「低」の欄を選択する。車速を算出するための回転センサ１６としては、モータ７の回転速度を検出するためのものであれば良く、種々のモータに用いられている汎用のものであって良い。上記したように５０ｋｍ／ｈを判別するのであれば、それ程分解能を必要としないため、車軸４ａに磁性体を固着して１回転に１パルスを検出する磁気センサを設けるような簡単なものとすることができる。

次に、上記したように設定されたデータマップを用いたコーナリング時の制御要領について図５のフロー図を参照して以下に示す。まず、ステップＳＴ１でユーザレベル設定スイッチ１５により運転者が自分の技術に合わせたもの（初級・中級・上級）に設定し、次のステップＳＴ２でイグニッションスイッチ（図示せず）のオンを確認してステップＳＴ３に進む。なお、イグニッションスイッチのオンで、ステップＳＴ１で設定したもの（級）に対応するデータマップを設定する。

ステップＳＴ３ではアクセル踏み込みの有無を確認する。この時点でアクセル踏み込みが生じていた場合には急発進する虞があるため、一旦アクセル踏み込みが無い状態を確認できてから次のステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４では始動準備完了として、アクセル踏み込み量に応じた制御を可能な状態にしてステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ５では、アクセル踏み込み量をアクセルセンサ１１により検出する。次のステップＳＴ６ではアクセル踏み込み量に応じたＰＷＭ指令値をコントローラ８ａから出力し、次のステップＳＴ７では、電流センサ８ｃにより検出された電流値を読み込み、アクセル踏み込み量と電流値とが対応する（一致）か否かを判別し、一致しない場合にはステップＳＴ６に戻ってＰＷＭ指令値を修正する。ステップＳＴ７で一致すると判断された場合にはステップＳＴ８に進む。

ステップＳＴ８では、回転センサ１６による回転速度の検出を行い車速を算出する。次のステップＳＴ９では、横加速度センサ１４による横加速度を検出する。次のステップＳＴ１０では、横加速度がステップＳＴ１で設定された級に応じてスピン判定マップ１７の対応する閾値をこえた駆動力低減制御域に入っているか否かを判別する。

ステップＳＴ１０で駆動力低減制御域に入っていないと判断された場合にはステップＳＴ１１に進んでイグニッションスイッチがオフか否かを判別し、オフにされていなければ運転を続行するべくステップＳＴ１２に進み、そのステップＳＴ１２では通常走行の制御状態としてステップＳＴ５に戻り、制御を続行する。ここで、通常走行の制御とは、後記するＰＷＭ制御のデューティを何ら変えない通常の制御のことである。

それに対して、上記ステップＳＴ１０で閾値を越えた制御域に入っていると判断された場合には、ステップＳＴ１３に進む。ステップＳＴ１３ではステップＳＴ５で検出されたアクセル踏み込み量に応じて大中小のいずれかの領域になるかを判定する。次のステップＳＴ１４ではステアリングホイール９の操舵した方向を操舵方向センサ１２により検出する。この時点では右に操舵したか左に操舵したかの区別であって良い。

次のステップＳＴ１５では、このステップに来る場合はステップＳＴ９で横加速度が検出された場合であり、その横加速度の発生方向とステップＳＴ１４における操舵方向とを比較して、上記したように操舵方向が順方向であるか逆方向であるかを判別する。次のステップＳＴ１６では、ブレーキ踏み込みの有無をブレーキセンサ１３により検出し、ステップＳＴ１７では車速の高低を判別して、ステップＳＴ１８に進む。

ステップＳＴ１８では、上記ステップＳＴ１３〜１７で判断された各条件に応じて、データマップ１８に応じてＰＷＭ制御のデューティを決定し、そのデューティによりモータ７をＰＷＭ制御する。例えばアクセル踏み込み量が大で、操舵方向が順方向であり、ブレーキ踏み込みが有り（ＯＮ）、車速が高車速の場合にはデータマップの１番上の欄になり、その時のＰＷＭ制御のデューティを５０％低減する。それにより、モータ７への印加電圧がデューティ低減量に応じて低減するため、駆動力が低減して、後輪４のグリップ力を回復して車体２のスピンを回避することができる。

他の条件違いに対してはデータマップの通りであり、それぞれの状況に合わせた適切な制御を行うことができる。いわゆるカウンターステアとなる操舵方向が逆方向である登坂部連れた場合には、データマップに示されるように他の条件が同じ場合の順方向におけるデューティよりも大きく低減するようにしている。これは、カウンターステアの場合にはスピンし易いためによる。

なお、ＰＷＭ制御の０％はデューティ低減を行わないことである。また、図４においてアクセル踏み込み量・操舵方向・ブレーキ踏み込みの条件は同じであっても、初級・中級・上級の違いに応じて例えば車速設定を変えるようにしても良い。その場合には高車速の判定速度を、初級では低速とし、中級では中速とし、上級では高速として設定する。そして、ステップＳＴ１８の後にはステップＳＴ８に戻り、以後の処理を上記したようにして行う。

車両挙動の不安定さに起因するスピンの回避に対しては、初級者から中級者、さらに上級者になるほど自分の運転技術で回避でき、逆に運転技術が上がるほどスピンし易い状況での回避に挑戦して達成感を味わいため、図３に示されるように中級者・上級者のレベル設定に対して本制御を適用する閾値を高くしている。これにより、同じカート１を使用して運転技術に応じた運転が可能となり、運転技術別にカートを用意するなどの設備費高騰を回避することができる。また、初級者の場合には、自分の運転技術の未熟により従来のカートではスピンに至っていた状況でもスピンすることなくコーナリングすることができるようになり、運転技術が上がれば中級者の設定に変えて、より一層の技術向上に挑戦することができる。それにより、従来のカートにおいてコーナリング技術の敷居の高さにより断念していた状態を回避することができる。

上記したように駆動力の低減制御を行うことによりスピンを回避するためには、アクセルペダルの踏み込み量に応じて駆動源としてのモータ７の応答性が良いことが大きな要素となるため、電動カートにおいて好適である。

本発明にかかる電動レーシングカートの駆動制御装置は、運転技術の未熟な者によるコーナリングにおいてスピンを容易に防止することができるものであり、電動レーシングカートに限られず種々の電動カートにも適用できる。

本発明が適用された電動カートを示す平面図である。 電動カートの駆動制御ブロック図である。 スピン判定マップを示す図である。 データマップを示す図である。 制御フローを示す図である。

符号の説明

１ 電動カート
２ 車体
４ 後輪
７ モータ
８ コントローラユニット、８ａ コントローラ、８ｂ インバータ、８ｃ 電流センサ
９ ステアリングホイール
１１ アクセルセンサ
１２ 操舵方向センサ
１３ ブレーキセンサ
１４ 横加速度センサ
１５ ユーザレベル設定スイッチ
１６ 回転センサ
１７ スピン判定マップ
１８ データマップ

Claims (3)

1. 電動レーシングカートの駆動輪を駆動するモータを制御する駆動回路と、前記駆動回路に制御指令値を出力する制御手段と、車速を検出する車速センサと、車体の横加速度を検出する横加速度センサとを有し、
   前記制御手段が、コーナリング時の前記車体のスピンし易さを車速に対する横加速度の大きさから判定するスピン判定手段と、前記車体のスピンし易さに応じて前記モータの駆動力を低減するための低減制御指令値を設定する低減制御指令値設定手段とを有し、前記スピン判定手段により前記車体がスピンし易いと判定された場合には前記駆動回路に前記低減制御指令値を出力することを特徴とする電動レーシングカートの駆動制御装置。
2. 前記低減制御指令値が、アクセルセンサにより検出されるアクセル踏み込み量の大きさと、操舵方向センサにより検出される操舵方向と前記横加速度の方向との対比と、ブレーキセンサにより検出されるブレーキ操作の有無と、前記車速の大きさとから選択されたものを考慮して低減量を変えるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動レーシングカートの駆動制御装置。
3. 前記スピン判定手段による前記車体のスピンし易さが、車速に対する横加速度の大きさの違いに合わせて複数の閾値として設定され、かつ前記複数の閾値が選択可能にされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動レーシングカートの駆動制御装置。

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