JP2008220028A - 電動車両の停止制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廉価なホールＩＣを用いて、しかも、誤差成分の影響を最小にして高精度に電動車両の停止制御を行うようにする。
【解決手段】電動車両１００は、操作レバー８２と、車軸１０２と、操作レバー８２からの操作指示に基づいて回転制御されるモータ１０と、モータ１０の回転力を車軸に伝達する伝達機構１０６と、モータ１０の回転を制動するための電磁ブレーキ１０８と、モータ１０の回転に伴って生成される一連のパルス信号に基づいてモータ１０の回転速度を検出する速度検出回路５０を有する。そして、操作レバー８２からの操作指示がモータ１０の回転停止を示し、且つ、モータ１０の回転が電子制御ユニット１０４によって減速制御される時点から、速度検出回路５０からのパルス信号の２回の立ち下がりを経過した時点を、モータ１０の回転を電磁ブレーキ１０８によって停止させる契機の基準時点とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作レバーと、車軸と、前記操作レバーからの操作指示に基づいて駆動制御手段により回転制御されるモータと、前記モータの回転力を車軸に伝達する伝達機構と、前記モータの回転を停止するためのブレーキとを有する電動車両の停止制御方法に関する。

一般に、電動車両は、車軸と、モータと、該モータの回転力を車軸に伝達する伝達機構と、モータの回転を制動するための電磁ブレーキとを有する。

そして、電動車両の停止制御としては、例えば特許文献１に示すように、電動車両のモータの回転速度が共にほぼ停止速度に近い最低回転速度しきい値まで下がったら、電磁ブレーキを同時に作動させる制動制御が知られている。

これにより、停止姿勢変化の少ない安定した停止を行うことができる。このため、車両の姿勢を修正する必要がなく、無駄な操作を無くすることができ、この結果、操作性を高めることができる。しかも、急制動によるショックは発生しない。さらには、電磁ブレーキの摩耗を抑制することができる。

また、電動車両のモータの回転制御として、ＤＣブラシレスモータのロータの磁極の位置検出を行う方法が知られている。この方法では、巻線を有するステータに磁気センサであるホールＩＣを設け、ロータの回転に伴う磁束の変化をホールＩＣにて検出し、その検出信号をデジタル方式に検出して、ロータの磁極の位置を検出するようにしている。この場合、ロータの位置検出精度が低いと、速度検出精度も低くなる。

従来のロータの磁極の位置を検出する方法としては、例えば特許文献２に記載の磁気ロータリエンコーダがある。この磁気ロータリエンコーダは、ステータに６個のホールＩＣを設置してロータの磁極の位置を検出するようにしている。

特開２００５−１３７０５５号公報 特開平６−８８７０４号公報

ところで、特許文献１に示すように、電動車両のモータの回転速度が共にほぼ停止速度に近い状態になってから電磁ブレーキを同時に作動させることが好ましい。

そのためには、ロータの停止精度を上げ、さらに、誤差成分の影響を最小にして高精度に電動車両の停止制御を行うことが必要である。

エンコーダやレゾルバを使用した方式も考えられるが、これらの方式は、高精度ではあるが、ホールＩＣと比べてコストアップにつながるという問題がある。

このため、電動車両の停止制御においては、廉価なホールＩＣを用いた低コストで高精度の停止制御方法が求められている。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、廉価なホールＩＣを用いて、しかも、誤差成分の影響を最小にして高精度に電動車両の停止制御を行うことができる電動車両の停止制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電動車両の停止制御方法は、操作レバーと、車軸と、前記操作レバーからの操作指示に基づいて駆動制御手段により回転制御されるモータと、前記モータの回転力を車軸に伝達する伝達機構と、前記モータの回転を停止するためのブレーキとを有する電動車両の停止制御方法において、前記電動車両は、前記モータの回転に伴って生成される一連のパルス信号に基づいて前記モータの回転速度を検出する速度検出回路を有し、前記操作レバーからの前記操作指示が前記モータの回転停止を示し、且つ、前記モータの回転が前記駆動制御手段によって減速制御される時点から、前記速度検出回路からの前記パルス信号の２回の立ち下がりを経過した時点を、前記モータの回転を前記ブレーキによって停止させる契機の基準時点とすることを特徴とする。

これにより、廉価なホールＩＣを用いて、しかも、誤差成分の影響を最小にして高精度に電動車両の停止制御を行うことができる。

そして、本発明において、前記速度検出回路は、前記モータのロータに対向して配された少なくとも３つの磁気センサを有し、前記ロータの回転に伴う前記複数の磁極の変化を３相のデジタル波形として出力する磁気検出回路と、前記３相のデジタル波形の各立ち上がり及び各立ち下がりがそれぞれ反映された前記一連のパルス信号を生成するパルス生成回路とを有し、前記パルス生成回路からの出力に基づいて前記ロータの回転速度を検出するようにしてもよい。

この場合、前記パルス生成回路は、前記３相のデジタル波形のうち、第１相のデジタル波形と第２相のデジタル波形との排他的論理和を出力する第１論理回路と、前記３相のデジタル波形のうち、第３相のデジタル波形と、前記第１論理回路の出力との排他的論理和を出力する第２論理回路とを有し、前記第２論理回路の出力の２回の立ち下がりを経過した時点を、前記モータの回転を前記ブレーキによって停止させる契機の前記基準時点とするようにしてもよい。

そして、前記第２論理回路の出力の立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間又は立ち下がりから次の任意の立ち下がりの期間を速度検出周期とすることが好ましい。

なお、前記磁気検出回路は、３つの磁気センサを有し、前記３つの磁気センサは、前記ロータの回転方向に沿ってそれぞれ３０°離間して配置されていてもよい。この場合、ロータの正転速度を検出する際のコストの低廉化に有利である。

また、前記磁気検出回路は、前記ロータの正転速度を検出するための３相の第１検出信号を出力する第１磁気センサ部と、前記ロータの逆転速度を検出するための３相の第２検出信号を出力する第２磁気センサ部とを有し、前記ロータの正転又は逆転を示す制御信号に基づいて、前記第１磁気センサ部からの３相の第１デジタル波形又は前記第２磁気センサ部からの３相の第２デジタル波形を選択する選択回路を有するようにしてもよい。この場合、ロータの正転速度のほか、ロータの逆転速度も検出することができ、汎用性に富む。

また、前記第１磁気センサ部は、前記ロータの正転方向に沿って第１相の第１磁気センサ、第２相の第１磁気センサ、第３相の第１磁気センサの順番で配列され、且つ、前記ロータの正転方向に沿ってそれぞれ３０°離間して配置され、前記第２磁気センサ部は、前記ロータの逆転方向に沿って第１相の第２磁気センサ、第３相の第２磁気センサ、第２相の第２磁気センサの順番で配列され、且つ、前記ロータの逆転方向に沿ってそれぞれ３０°離間して配置されていてもよい。この場合、ロータの正転速度及び逆転速度を検出する際のコストの低廉化に有利である。

以上説明したように、本発明に係る電動車両の停止制御方法によれば、廉価なホールＩＣを用いて、しかも、誤差成分の影響を最小にして高精度に電動車両の停止制御を行うことができる。

以下、本発明に係る電動車両の停止制御方法の実施の形態例を図１〜図１５を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る電動車両１００は、図１に示すように、操作レバー８２と、車軸１０２と、操作レバー８２からの操作指示に基づいて電子制御ユニット１０４（ＥＣＵ）により回転制御されるモータ１０と、該モータ１０の回転力を車軸１０２に伝達する伝達機構１０６（ミッション）と、モータ１０の回転を制動するための電磁ブレーキ１０８とを有する。モータ１０としては、例えばＤＣブラシレスサーボモータを用いることができる。

電子制御ユニット１０４は、ＣＰＵ５８と、該ＣＰＵ５８からの制動信号に基づいて電磁ブレーキ１０８を駆動制御するブレーキ駆動回路１１０と、モータ１０に内蔵されたロータ１２（図２参照）の回転速度を検出してＣＰＵ５８に供給する速度検出回路５０と、ＣＰＵ５８からの駆動制御信号に基づいてモータ１０の回転駆動を制御するモータ駆動回路１１２と、操作レバー８２の例えば操舵角度を検出し、デジタル信号（操作信号Ｓｄ）に変換してＣＰＵ５８に与えるアクセル検出回路１１４とを有する。その他、後述するように、タイマ８６（図１１参照）や計数器９４（図１４参照）等が設置される。

制御形態としては、電動車両１００の速度制御や後述する停止制御が挙げられる。すなわち、速度制御においては、例えば使用者が電動車両１００を所望の速度で移動させるべく、操作レバー８２を操作したとき、そのときの操作レバー８２の操舵角度がアクセル検出回路１１４にて操作信号Ｓｄに変換されてＣＰＵ５８に入力される。ＣＰＵ５８は、速度検出回路５０からのロータ１２の回転速度を監視しながら、ロータ１２の回転速度が、入力された操作信号Ｓｄが示す回転速度となるように、モータ駆動回路１１２に駆動制御信号を出力して、モータ１０の回転駆動を制御する。

このような電動車両１００の速度制御や後述する停止制御を高精度に行うためには、ロータ１２の回転速度を高精度に検出することが肝要となる。

ここで、本実施の形態に係る電動車両１００の停止制御にて使用される速度検出回路５０について図２〜図１０Ｃを参照しながら説明する。

先ず、電動車両１００に適用されるモータ１０は、図２に示すように、ロータ１２と、ステータ１４とを有するインナーロータ型のモータ１０である。

ロータ１２は、円筒状の筐体１６と、該筐体１６の中心に軸方向に延びるロータ軸１８とを有する。図３に示すように、筐体１６の内部には、該筐体１６の内壁に沿って永久磁石２０が配置され、例えば８極のモータ１０として構成されている。ロータ１２のうち、ステータ１４に対向する部分に検出磁石２２が設置されている。永久磁石２０はロータ１２を回転させるために設置され、検出磁石２２はロータ１２の速度検出のために設置されている。

また、検出磁石２２は、モータ１０の磁極位置に対応するようにＮ極及びＳ極を交互に配列して着磁されている。従って、検出磁石２２は、Ｎ極とＳ極との境界について、８つの境界（第１境界２４ａ〜第８境界２４ｈ）を有する。

一方、ステータ１４は、図４に示すように、１２個のスロット（第１スロット２６ａ〜第１２スロット２６ｌ）が円周に沿って等間隔に、且つ、例えば時計回りに第１スロット２６ａ、第２スロット２６ｂ、第３スロット２６ｃ・・・という順番で配列されている。このうち、第１スロット２６ａ、第４スロット２６ｄ、第７スロット２６ｇ及び第１０スロット２６ｊには第１相巻線が巻回され、第２スロット２６ｂ、第５スロット２６ｅ、第８スロット２６ｈ及び第１１スロット２６ｋには第２相巻線が巻回され、第３スロット２６ｃ、第６スロット２６ｆ、第９スロット２６ｉ及び第１２スロット２６ｌには第３相巻線が巻回されている。

また、ステータ１４は、その中央に、ロータ軸１８の端部が挿入される穴部２８が設けられ、該穴部２８の周囲に該穴部２８を囲むように例えば平面コ字状の取付板３０が設置されている。また、穴部２８の周囲には、第１相巻線のための第１結線端子部３２ａ、第２相巻線のための第２結線端子部３２ｂ及び第３相巻線のための第３結線端子部３２ｃが設けられている。

取付板３０のうち、ロータ１２の検出磁石２２に対向する面（例えば上面）には、６つの磁気センサ（第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆ）が配置されている。

具体的には、穴部２８の中心位置を通り、且つ、第５スロット２６ｅと第１１スロット２６ｋの各中心を通る基準線ｍを考えたとき、取付板３０の上面のうち、基準線ｍ上であって、且つ、第５スロット２６ｅ側の位置に第１磁気センサ３４ａが設置され、この第１磁気センサ３４ａから穴部２８の円周に沿って例えば時計方向に３０°離間した位置に第２磁気センサ３４ｂが設置され、この第２磁気センサ３４ｂから穴部２８の円周に沿って３０°離間した位置に第３磁気センサ３４ｃが設置されている。

同様に、取付板３０の上面のうち、基準線ｍ上であって、且つ、第１１スロット２６ｋ側の位置に第４磁気センサ３４ｄが設置され、この第４磁気センサ３４ｄから穴部２８の円周に沿って例えば反時計方向に３０°離間した位置に第５磁気センサ３４ｅが設置され、この第５磁気センサ３４ｅから穴部２８の円周に沿って３０°離間した位置に第６磁気センサ３４ｆが設置されている。

第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆのうち、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃは、ロータ１２の正転速度を検出するためのものであり、第１磁気センサ３４ａが第１相に対応し、第２磁気センサ３４ｂが第２相に対応し、第３磁気センサ３４ｃが第３相に対応する。従って、上述の配列を言い換えれば、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃは、ロータ１２の正転方向に沿って第１磁気センサ３４ａ、第２磁気センサ３４ｂ、第３磁気センサ３４ｃの順番で配列され、且つ、ロータ１２の正転方向に沿ってそれぞれ３０°離間して配置された形となっている。

同様に、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆは、ロータ１２の逆転速度を検出するためのものであり、第４磁気センサ３４ｄが第１相に対応し、第５磁気センサ３４ｅが第３相に対応し、第６磁気センサ３４ｆが第２相に対応する。従って、上述の配列を言い換えれば、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆは、ロータ１２の逆転方向に沿って第４磁気センサ３４ｄ、第５磁気センサ３４ｅ、第６磁気センサ３４ｆの順番で配列され、且つ、ロータ１２の逆転方向に沿ってそれぞれ３０°離間して配置された形となっている。

また、第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆは、それぞれホールＩＣにて構成されている。ホールＩＣは、ホール素子と論理回路とをＩＣ化した磁気センサで、ロータ１２の検出磁石２２の磁極（Ｎ極又はＳ極）と、その磁極の強さを、ホール素子の電磁現象により検出する。従って、ロータ１２が回転すると、ホール素子から磁束密度に比例したアナログ電圧信号が出力される。論理回路は、ホール素子からのアナログ電圧信号を整形して磁界の極性に対応したデジタル波形、例えばＮ極のとき高レベル、Ｓ極のとき低レベルのデジタル波形として出力する。本実施の形態では、例えば出力トランジスタを有するオープンコレクタ出力方式のホールＩＣを使用している。

そして、本実施の形態に係る速度検出回路５０は、図５に示すように、磁気検出回路５２と、ロータ位置検出回路５４と、パルス生成回路５６と、ＣＰＵ５８とを有する。ＣＰＵ５８は、少なくともソフトウェアとしてのロータ位置検出手段６０と、ロータ速度検出手段６２が動作するようになっている。

磁気検出回路５２は、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃを含む第１磁気センサ部６４ａと、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆを含む第２磁気センサ部６４ｂとを有する。

ロータ位置検出回路５４は、磁気検出回路５２からのデジタル波形、すなわち、第１磁気センサ部６４ａからの３相の第１デジタル波形及び第２磁気センサ部６４ｂからの３相の第２デジタル波形を安定化させるプルアップ抵抗６６と、高周波成分（ノイズ）を抑圧するノイズフィルタ６８（ローパスフィルタ）と、シュミットトリガ機能を有し、且つ、ノイズフィルタ６８でなまった波形をパルス波形に整形する波形整形回路７０と、ＣＰＵ５８からのロータ１２の正転又は逆転を示す制御信号Ｓｃに基づいて、３相の第１デジタル波形又は３相の第２デジタル波形を切り替え選択し、３相のロータ位置検出パルスＳａ（第１相のロータ位置検出パルスＳａ１〜第３相のロータ位置検出パルスＳａ３）として出力する選択回路７２とを有する。

パルス生成回路５６は、選択回路７２からの３相のロータ位置検出パルスＳａの各立ち上がり及び各立ち下がりがそれぞれ反映された一連のパルス信号を生成する回路である。すなわち、パルス生成回路５６は、選択回路７２からの３相のロータ位置検出パルスＳａのうち、第１相のロータ位置検出パルスＳａ１と第２相のロータ位置検出パルスＳａ２との排他的論理和を出力する第１論理回路７４と、第３相のロータ位置検出パルスＳａ３と第１論理回路７４の出力との排他的論理和をロータ速度検出パルスＳｂとして出力する第２論理回路７６とを有する。

ＣＰＵ５８で動作するロータ位置検出手段６０は、選択回路７２からの３相のロータ位置検出パルスＳａに基づいてロータ１２の位置を検出し、ＣＰＵ５８で動作するロータ速度検出手段６２は、パルス生成回路５６からのロータ速度検出パルスＳｂに基づいてロータ１２の回転速度（正転速度又は逆転速度）を検出する。また、ＣＰＵ５８は、生成された速度指令値あるいは外部からの速度指令値が示す回転速度となるように、検出した回転速度に基づいてモータ１０の回転駆動を制御する。なお、図５において、モータ１０の制御系統の図示を省略する。

なお、例えばロータ１２の正転時のロータ位置及び正転速度のみを検出する場合は、図６に示す変形例に係る速度検出回路５０ａを用いることができる。

この変形例に係る速度検出回路５０ａは、ロータ１２の逆転に関する第２磁気センサ部６４ｂ（第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆ）が省略されることから、それに応じて、プルアップ抵抗６６の構成要素、ノイズフィルタ６８の構成要素、波形整形回路７０の構成要素をそれぞれ一部省略し、さらに、選択回路７２を省略すればよい。

ここで、本実施の形態に係る速度検出回路５０において、１つの磁気センサ、例えば第１磁気センサ３４ａから出力されるデジタル波形の信号処理について図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら説明する。

ロータ１２の例えば正転に伴って第１磁気センサ３４ａと対向する磁極が例えばＮ極→Ｓ極→Ｎ極→Ｓ極というように順番に変わっていくことから、第１磁気センサ３４ａの出力トランジスタは、例えばＮ極と対向する期間においてＯＦＦ、Ｓ極と対向する期間においてＯＮとされる。

第１磁気センサ３４ａの出力にはプルアップ抵抗６６が接続されているため、出力トランジスタがＯＦＦのときには、出力電圧が電源電圧Ｖｃｃ近くまで引き上げられることになる。従って、第１磁気センサ３４ａの出力は、図７Ａに示すように、第１磁気センサ３４ａと例えばＮ極とが対向する期間において確実に高レベルとなり、Ｓ極と対向する期間において確実に低レベルとなる。

第１磁気センサ３４ａの出力は、後段のノイズフィルタ６８によって高周波成分（ノイズ）が抑圧される。しかし、第１磁気センサ３４ａの出力波形は、図７Ｂに示すように、立ち上がり及び立ち下がりがノイズフィルタ６８の時定数に対応してなまった一次遅れ波形となる。

ノイズフィルタ６８によって立ち上がりと立ち下がりがなまった第１磁気センサ３４ａの出力は、後段の波形整形回路７０のシュミットトリガ機能によって、図７Ｃに示すように、パルス波形に整形される。具体的には、波形整形回路７０は、ノイズフィルタ６８の出力（出力電圧）が第１閾値電圧Ｖｔｐ以上となった時点で低レベルとし、第２閾値電圧Ｖｔｎ（＜Ｖｔｐ）以下となった時点で高レベルにする。なお、この波形整形回路７０では、チャタリング防止も行っている。

一方、選択回路７２は、波形整形回路７０から出力される第１磁気センサ部６４ａに対応した３相の第１デジタル波形と第２磁気センサ部６４ｂに対応する３相の第２デジタル波形を、ＣＰＵ５８で動作するロータ位置検出手段６０からのロータ１２の正転又は逆転を示す制御信号Ｓｃに基づいて、切り替え選択して、３相のロータ位置検出パルスＳａとして出力する。ロータ１２が正転しているときの３相のロータ位置検出パルスＳａの例を図８Ａに示す。

３相のロータ位置検出パルスＳａは、ロータ１２の正転又は逆転を検出し、さらに、ロータ１２の磁極の位置を検出するために用いられる。もちろん、ロータ１回転につき、４周期のタイミング（パルス周期Ｔａ）でロータ１２の速度を検出することができるが、検出精度は低い。

また、パルス生成回路５６では、第１論理回路７４から第１相のロータ位置検出パルスＳａ１と第２相のロータ位置検出パルスＳａ２との排他的論理和が出力され、第２論理回路７６から第３相のロータ位置検出パルスＳａ３と第１論理回路７４の出力との排他的論理和が出力される。すなわち、３入力の排他的論理和機能によってロータ速度検出パルスＳｂを生成している。ロータ速度検出パルスＳｂの波形を図８Ｂに示す。

パルス生成回路５６の真理値表を図９に示す。この真理値表の中で、第１相のロータ位置検出パルスＳａ１〜第３相のロータ位置検出パルスＳａ３全てが「０」又は「１」の場合は、ハーネスの断線やショートによる異常出力であり、ＣＰＵ５８によって、モータ停止等のエラー処理が行われる。

そして、本実施の形態に係る速度検出回路５０では、パルス生成回路５６からの出力に基づいてロータ１２の回転速度（正転速度及び逆転速度）を検出する。パルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂのパルス周期は、ロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａの１／３であるため、パルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂに基づいてロータ１２の速度を検出することによって、３相のロータ位置検出パルスＳａを用いた場合よりも、検出精度を高めることができる。

検出タイミングとしては、第１の手法として、パルス波形が変化するタイミング、すなわち、立ち下がりから次の立ち上がりまでの期間、立ち上がりから次の立ち下がりまでの期間をそれぞれ速度検出周期とすることが考えられる。この場合、ロータ１２が１回転する間に、２４個の速度検出周期が到来するため、高精度にロータ１２の速度を検出することができる。

ただ、各速度検出期間の開始時点は、様々な誤差成分によって影響を受けている場合が多い。誤差成分としては、検出磁石誤差、磁気センサ誤差、ノイズフィルタ誤差、ＣＰＵ誤差等がある。

検出磁石誤差は、検出磁石２２の着磁範囲の誤差やロータ１２に対する取付誤差を含み、理想的な第１境界２４ａ〜第８境界２４ｈに対する実際の第１境界２４ａ〜第８境界２４ｈの配置誤差成分を指す。磁気センサ誤差は、ロータ１２の正転速度を検出する場合は、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃの読取誤差やステータ１４に対する取付誤差を含み、ロータ１２の逆転速度を検出する場合は、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆの読取誤差やステータ１４に対する取付誤差を含む。ノイズフィルタ誤差は、回路素子の回路定数のばらつき等に起因する時定数誤差を含む。ＣＰＵ誤差は、アナログ信号をデジタル信号に変換する際の量子化誤差等を含む。この中で、ＣＰＵ誤差は、ＣＰＵ５８自体の性能に依存するため、上述した誤差成分から除外する。

時定数誤差は、図７Ｂに示すように、ノイズフィルタ６８の出力波形がＣＲ時定数による一次遅れ波形となることによって生じる。

すなわち、後段の波形整形回路７０から出力されるパルス波形（図７Ｃ参照）は、理想的には、その立ち下がり時点が、ノイズフィルタ６８の出力波形（図７Ｂ参照）の立ち上がり時点とほぼ同時となり、立ち上がり時点が、ノイズフィルタ６８の出力波形の立ち下がり時点とほぼ同時になることである。

しかし、ノイズフィルタ６８の出力波形が一次遅れ波形であることから、波形整形回路７０の出力波形の立ち下がり時点は、ノイズフィルタ６８の出力波形の立ち上がり時点からノイズフィルタ６８の出力（出力電圧）が第１閾値電圧Ｖｔｐ以上となった時点までの時間だけ遅れ、この遅れ時間Δｔ１が時定数誤差となる。

なお、波形整形回路７０の出力波形の立ち上がり時点は、ノイズフィルタ６８の出力波形の立ち下がり時点からノイズフィルタ６８の出力（出力電圧）が第２閾値電圧Ｖｔｎ以下となった時点までの時間だけ遅れることになるが、この遅れ時間Δｔ２は無視できる程度に短い。そのため、波形整形回路７０の出力波形のうち、立ち上がり時点に時定数誤差は存在しないものとして扱うことができる。

このことから、図１０Ａに示すように、３相のロータ位置検出パルスＳａのうち、各立ち下がりは、ノイズフィルタ誤差による影響を受けていることになる。

検出磁石誤差は、上述したように、検出磁石２２の着磁範囲の誤差や取付誤差を含むため、各磁気センサが磁極の変化を検出した時点で検出磁石誤差の影響を受けることになる。すなわち、３相のロータ位置検出パルスＳａのうち、各立ち下がり及び各立ち上がりは、検出磁石誤差による影響を受けていることになる。

具体的には、第１磁気センサ３４ａを基準位置としたとき、例えば第１相のロータ位置検出パルスＳａ１のうち、基準位置から最初の立ち下がりは、検出磁石２２における第１境界２４ａの位置誤差（第１検出磁石誤差）による影響を受け、次の最初の立ち上がりは、検出磁石２２における第２境界２４ｂの位置誤差（第２検出磁石誤差）による影響を受け、次の２回目の立ち下がりは、検出磁石２２における第３境界２４ｃの位置誤差（第３検出磁石誤差）による影響を受け、次の第２回目の立ち上がりは、検出磁石２２における第４境界２４ｄの位置誤差（第４検出磁石誤差）による影響を受け、次の第３回目の立ち下がりは、検出磁石２２における第５境界２４ｅの位置誤差（第５検出磁石誤差）による影響を受け、次の第３回目の立ち上がりは、検出磁石２２における第６境界２４ｆの位置誤差（第６検出磁石誤差）による影響を受け、次の第４回目の立ち下がりは、検出磁石における第７境界２４ｇの位置誤差（第７検出磁石誤差）による影響を受けていることになる。これは、第２相のロータ位置検出パルスＳａ２及び第３相のロータ位置検出パルスＳａ３においても同様である。

磁気センサ誤差は、上述したように、ロータ１２の正転速度を検出する場合は、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃの読取誤差やステータ１４に対する取付誤差を含むことから、第１磁気センサ３４ａを基準としたとき、第２磁気センサ３４ｂに対応する第２相のロータ位置検出パルスＳａ２の各立ち上がり及び各立ち下がりが第２磁気センサ３４ｂに起因する磁気センサ誤差（第２磁気センサ誤差と記す）による影響を受け、第３磁気センサ３４ｃに対応する第３相のロータ位置検出パルスＳａ３の各立ち上がり及び各立ち下がりが第３磁気センサ３４ｃに起因する磁気センサ誤差（第３磁気センサ誤差と記す）による影響を受けていることになる。

従って、パルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂは、上述した様々な誤差成分による影響を受けることになる。

例えば図１０Ｂに示すように、時点ｔ１ではノイズフィルタ誤差、第３磁気センサ誤差及び第７検出磁石誤差による影響を受け、時点ｔ２では第２磁気センサ誤差による影響を受け、時点ｔ３ではノイズフィルタ誤差と第１検出磁石誤差による影響を受け、以下同様である。

そのため、上述した第１の手法、すなわち、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち上がりまでの期間及び立ち上がりから次の立ち下がりまでの期間をそれぞれ速度検出周期としてロータ１２の速度を検出すると、図１０Ｂに示すように、時点ｔ１〜時点ｔ２３に含まれる３相のロータ位置検出パルスＳａ全ての誤差成分による影響を受けることになる。

そこで、第２の手法として、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間、立ち上がりから次の任意の立ち下がりまでの期間を速度検出周期としてロータ１２の速度を検出することが好ましい。この場合、検出精度を上げるために、速度検出期間＜ロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａを満足することが好ましい。

例えばロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間（ｔ０→ｔ２、ｔ２→ｔ４、ｔ４→ｔ６、・・・）を速度検出周期としてロータ１２の速度を検出すると、図１０Ｃに示すように、時点ｔ２での第２磁気センサ誤差、時点ｔ４での第３磁気センサ誤差、時点ｔ６での第２検出磁石誤差、時点ｔ８での第２検出磁石誤差と第２磁気センサ誤差、時点ｔ１０での第２検出磁石誤差と第３磁気センサ誤差、時点ｔ１２での第４検出磁石誤差、時点ｔ１４での第４検出磁石誤差と第２磁気センサ誤差、時点ｔ１６での第４検出磁石誤差と第３磁気センサ誤差、時点ｔ１８での第６検出磁石誤差、時点ｔ２０での第６検出磁石誤差と第２磁気センサ誤差、時点ｔ２２での第６検出磁石誤差と第３磁気センサ誤差の影響を受けるのみであり、誤差成分による影響を最小限に抑えることができる。これは、ロータ１２の速度の検出精度のさらなる向上につながる。

なお、速度検出期間として用いられるロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間としては、上述した立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のほかに、立ち下がりから１つ置きの立ち下がりまでの期間（ｔ０→ｔ４、ｔ４→ｔ８、ｔ８→ｔ１２、・・・）を採用するようにしてもよい。

また、速度検出期間として用いられるロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間としては、立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間（ｔ１→ｔ３、ｔ３→ｔ５、ｔ５→ｔ７、・・・）でもよいし、立ち上がりから１つ置きの立ち上がりまでの期間（ｔ１→ｔ５、ｔ５→ｔ９、ｔ９→ｔ１３、・・・）を採用するようにしてもよい。

いずれにしても、誤差成分による影響が最小限になる期間を速度検出期間として採用することが好ましい。

このように、本実施の形態に係る速度検出回路５０は、誤差成分による影響を最小限に抑えることができ、高精度にロータ１２の速度を検出することができる。

速度制御を行うモータシステムにおいて、モータ１０（ロータ１２）の回転数の検出精度は極めて重要である。従って、速度制御を行うモータシステムにおけるモータ１０の回転数の検出には高精度ではあるが、高価なエンコーダやレゾルバを使用することが考えられる。これに対して、本実施の形態で使用されるホールＩＣは、安価ではあるが、分解能が低く、一般に、モータ１０の回転数の検出誤差が大きいという問題がある。

しかし、本実施の形態のように、３相のロータ位置検出パルスＳａに基づいてロータ速度検出パルスＳｂを生成するパルス生成回路５６を設けることによって、高精度にロータ１２の速度を検出できる。さらに、速度検出期間として、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間あるいは立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間を選ぶことで、検出精度をより向上させることができる。特に、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間を速度検出期間として選ぶことで、誤差成分の影響を最小限に抑えることができ、その結果、ロータ１２の速度検出精度を、ロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａを速度検出期間とした場合の３倍向上させることができ、誤差成分を約１／１０にすることができる。

これにより、磁気センサとしてホールＩＣを用いたとしても、モータ１０の速度制御を高精度に行うことができ、ＣＰＵ５８からの速度指令値に対してほとんど誤差なく高精度に追従させることができる。

そして、本実施の形態に係る電動車両１００の停止制御方法は、以下に示すように、２つの制御形態（第１制御形態及び第２制御形態）がある。

先ず、第１制御形態について図１１〜図１３を参照しながら説明する。この第１制御形態は、速度検出回路５０を電動車両１００の電磁ブレーキ１０８の駆動に利用した例である。図１１は、第１制御形態を説明するために、操作レバー８２、アクセル検出回路、ＣＰＵ５８、速度検出回路５０、電磁ブレーキ１０８、ブレーキ駆動回路１１０及びタイマ８６を主体に示した。

ＣＰＵ５８は、ソフトウェアとしての内部信号生成手段８８と、ブレーキ指示手段９０が動作するようになっている。

操作レバー８２の操作指示に基づくアクセル検出回路１１４からの操作信号Ｓｄは、ＣＰＵ５８に入力される。内部信号生成手段８８は、入力された操作信号Ｓｄに基づいて例えば停止状態（ＯＦＦ）と走行状態（ＯＮ）を示す内部信号Ｓｅを生成する。

例えば、操作レバー８２の最大操舵角度θｍに対する使用者の操舵角度θａの比をアクセル比としたとき、内部信号生成手段８８は、図１２に示すように、アクセル比が０％から例えば４％に変化した時点で内部信号ＳｅをＯＮ（走行状態）にする。その後、アクセル比が４％以上となっている場合は、そのまま内部信号ＳｅはＯＮの状態を維持する。この走行状態では、速度検出回路５０によって高精度に検出されたロータ１２の回転速度とアクセル比とに基づいて、ロータ１２（モータ１０）の回転がＣＰＵ５８によって高精度に制御されることになる。その後、使用者の操作レバー８２の操作によってアクセル比が低下し、内部信号ＳｅがＯＮの状態で、且つ、アクセル比が例えば３％となった時点で、内部信号生成手段８８は、内部信号ＳｅをＯＦＦ（停止状態）にする。

停止状態になると、電動車両１００の速度がゼロに近くなるため、ロータ１２（モータ１０）の回転速度も遅くなり、図１３に示すように、ロータ速度検出パルスＳｂのパルス幅が長くなる。この場合、電動車両１００の速度がゼロなのか、電動車両１００が前進しているのか後進しているのかが正確に検出できなくなる。そのため、ある程度の時間が経過した時点でロータ１２（モータ１０）の回転を完全に停止する必要がある。

ブレーキ駆動回路１１０は、ブレーキ指示手段９０が停止フラグ９２をＯＮにした時点で初めて電磁ブレーキ１０８をＯＮにして、ロータ１２（モータ１０）の回転を完全に停止させるようになっている。

そこで、この第１制御形態では、内部信号ＳｅがＯＦＦ（停止状態）となった時点から、ロータ速度検出パルスＳｂの２回の立ち下がりを経過した時点ｔ３０を、電磁ブレーキ１０８を駆動させる契機（タイミング）の基準時点とする。

すなわち、ＣＰＵ５８で動作するブレーキ指示手段９０は、ロータ速度検出パルスＳｂの２回の立ち下がりを経過した時点ｔ３０からタイマ８６からのクロックを計数し、所定数だけ計数した時点ｔ３１（所定期間Ｔｂが経過した時点）で停止フラグ９２をＯＮにする。ブレーキ駆動回路１１０は、ブレーキ指示手段９０が停止フラグ９２をＯＮにした時点で電磁ブレーキ１０８をＯＮにして、ロータ１２の回転を完全に停止させる。

次に、第２制御形態について図１４及び図１５を参照しながら説明する。この第２制御形態は、図１４に示すように、タイマ８６からのクロックを計数する計数器９４を新たに設けて、電動車両１００の停止制御に利用した例である。

計数器９４は、図１５に示すように、速度検出回路５０のパルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりに基づいて計数値をリセットすると共に、タイマ８６からのクロックを計数する。また、この計数器９４は、計数値が所定値となった時点で、オーバーフロー信号Ｓｆを出力して計数値をリセットすると共に、タイマ８６からのクロックの計数を再開する。

ＣＰＵ５８で動作するブレーキ指示手段９０は、内部信号ＳｅがＯＦＦ（停止状態）となった時点からロータ速度検出パルスＳｂの２回の立ち下がりを経過した時点ｔ３０から、計数器９４からのオーバーフロー信号Ｓｆの出力回数（オーバーフロー回数）を計数し、オーバーフロー回数に対応した速度指令値となるようにモータ１０（ロータ１２）を回転速度を制御する。

オーバーフロー回数に対応した速度指令値は、例えば
速度指令値（ｒｐｍ）＝４０００００００／（オーバーフロー回数×２¹⁶）
で求めることができる。もちろん、他の関係式や情報テーブルを使用してもよい。

そして、ブレーキ指示手段９０は、オーバーフロー回数として所定数、例えば７を計数した時点で、停止フラグ９２をＯＮにする。ブレーキ駆動回路１１０は、ブレーキ指示手段９０が停止フラグ９２をＯＮにした時点で電磁ブレーキ１０８をＯＮにして、モータ１０（ロータ１２）の回転を完全に停止させる。

上述した第１制御形態及び第２制御形態においては、速度検出回路５０のパルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂのうち、誤差成分が最小限に抑えられた立ち下がりを基準に電磁ブレーキ１０８を駆動するようにしたので、モータ１０（ロータ１２）の停止精度を向上させることができる。

なお、本発明に係る速度検出回路は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る電動車両を示す構成図である。 本実施の形態に係る電動車両に適用されるモータを示す構成図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上からみた矢視図である。 ステータの構成を示す平面図である。 速度検出回路の一例を示す回路図である。 速度検出回路の他の例を示す回路図である。 図７Ａは第１磁気センサの出力波形を示す図であり、図７Ｂはノイズフィルタの出力波形を示す図であり、図７Ｃは波形整形回路の出力波形を示す図である。 図８Ａは３相のロータ位置検出パルスを示す波形図であり、図８Ｂはロータ速度検出パルスを示す波形図である。 パルス生成回路の真理値表を示す表図である。 図１０Ａは３相のロータ位置検出パルスを誤差成分と共に示す説明図であり、図１０Ｂはロータ速度検出パルスに基づいて第１の手法で速度検出した場合の誤差成分による影響を示す説明図であり、図１０Ｃは第１の手法で速度検出した場合の誤差成分による影響を示す説明図である。 本実施の形態に係る電動車両の停止制御方法の第１制御形態を示す構成図である。 第１制御形態において、アクセル比に対する内部信号の波形変化を示す波形図である。 内部信号がＯＦＦになった段階のロータ速度検出パルスの波形と停止フラグのＯＮのタイミング及び電磁ブレーキの起動タイミングを示すタイミングチャートである。 本実施の形態に係る電動車両の停止制御方法の第２制御形態を示す構成図である。 内部信号がＯＦＦになった段階のロータ速度検出パルスの波形、計数器による計数値の変化、速度指令値の変化、停止フラグのＯＮのタイミング及び電磁ブレーキの起動タイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０…モータ １２…ロータ
５０、５０ａ…速度検出回路 ５２…磁気検出回路
５４…ロータ位置検出回路 ５６…パルス生成回路
５８…ＣＰＵ ６０…ロータ位置検出手段
６２…ロータ速度検出手段 ６４ａ…第１磁気センサ部
６４ｂ…第２磁気センサ部 ７４…第１論理回路
７６…第２論理回路 ８２…操作レバー
１００…電動車両 １０２…車軸
１０４…電子制御ユニット １０６…伝達機構
１０８…電磁ブレーキ １１０…ブレーキ駆動回路
１１２…モータ駆動回路 １１４…アクセル検出回路

Claims (4)

1. 操作レバーと、車軸と、前記操作レバーからの操作指示に基づいて駆動制御手段により回転制御されるモータと、前記モータの回転力を車軸に伝達する伝達機構と、前記モータの回転を制動するためのブレーキとを有する電動車両の停止制御方法において、
   前記電動車両は、前記モータの回転に伴って生成される一連のパルス信号に基づいて前記モータの回転速度を検出する速度検出回路を有し、
   前記操作レバーからの前記操作指示が前記モータの回転停止を示し、且つ、前記モータの回転が前記駆動制御手段によって減速制御される時点から、前記速度検出回路からの前記パルス信号の２回の立ち下がりを経過した時点を、前記モータの回転を前記ブレーキによって停止させる契機の基準時点とすることを特徴とする電動車両の停止制御方法。
2. 請求項１記載の電動車両の停止制御方法において、
   前記速度検出回路は、
   前記モータのロータに対向して配された少なくとも３つの磁気センサを有し、前記ロータの回転に伴う前記複数の磁極の変化を３相のデジタル波形として出力する磁気検出回路と、
   前記３相のデジタル波形の各立ち上がり及び各立ち下がりがそれぞれ反映された前記一連のパルス信号を生成するパルス生成回路とを有し、
   前記パルス生成回路からの出力に基づいて前記ロータの回転速度を検出することを特徴とする電動車両の停止制御方法。
3. 請求項２記載の電動車両の停止制御方法において、
   前記パルス生成回路は、
   前記３相のデジタル波形のうち、第１相のデジタル波形と第２相のデジタル波形との排他的論理和を出力する第１論理回路と、
   前記３相のデジタル波形のうち、第３相のデジタル波形と、前記第１論理回路の出力との排他的論理和を出力する第２論理回路とを有し、
   前記第２論理回路の出力の２回の立ち下がりを経過した時点を、前記モータの回転を前記ブレーキによって停止させる契機の前記基準時点とすることを特徴とする電動車両の停止制御方法。
4. 請求項３記載の電動車両の停止制御方法において、
   前記第２論理回路の出力の立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間又は立ち下がりから次の任意の立ち下がりの期間を速度検出周期とすることを特徴とする電動車両の停止制御方法。

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