JP2010158090A - Electric vehicle - Google Patents

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和田  弘
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric vehicle wherein speed can be controlled with high response and following capability by directly determining an optimum torque command signal to be inputted to an in-wheel motor 9 from the running load of the electric vehicle as well as the difference between a target running speed and a detected running speed. <P>SOLUTION: An acceleration is determined from change in detected running speed by an acceleration acquisition means 15. The running load of the electric vehicle is determined from this acceleration and the output torque of the in-wheel motor 9 by a running load acquisition means 16. In correspondence with this running load, a torque command signal to be inputted to the in-wheel motor 9 is determined by a torque command signal control means 14 so as to produce an output torque for obtaining an acceleration with which the difference between the target running speed and the detected running speed is eliminated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、運転者が足でペダルを踏んでペダルを回転させる等して目標走行速度を指示する電動車に関するものである。   The present invention relates to an electric vehicle in which a driver indicates a target traveling speed by stepping on a pedal with his / her foot and rotating the pedal.

運転者が足でペダルを踏んでペダルを回転させたときのペダル回転速度を検出し、このペダル回転速度に応じた速度で走行するように電動モータを駆動制御する電動車が従来から開発されている(例えば、特許文献1参照。)。ハンドルのアクセルグリップを手で持って回したときの回転角度や、床のアクセルペダルを足で踏んだときの踏み込み角度を検出し、これら回転角度や踏み込み度に応じた速度で走行するように電動モータを駆動制御する電動車も考えられている。   Conventionally, an electric vehicle that detects the pedal rotation speed when the driver steps on the pedal and rotates the pedal and drives and controls the electric motor so as to travel at a speed corresponding to the pedal rotation speed has been developed. (For example, refer to Patent Document 1). Rotation angle when the handlebar's accelerator grip is held and turned, and stepping angle when the accelerator pedal on the floor is stepped on with a foot are detected, and the motor is driven to run at a speed corresponding to the turning angle and degree of depression. An electric vehicle that drives and controls a motor is also considered.

ここで、電動バイク等の電動車でよく用いられるブラシレスDCモータでは、モータの駆動制御を行うモータ駆動回路にトルク指令信号として入力される制御電圧の値に比例して出力トルクが大きくなるように制御されるのが一般的である。そして、アクセルグリップの回転角度等に応じた制御電圧をブラシレスDCモータのモータ駆動回路にトルク指令信号として入力するようにした場合には、運転者自身がアクセルグリップの回転角度を調整して所望する速度で走行するように制御する。   Here, in a brushless DC motor often used in an electric vehicle such as an electric motorcycle, an output torque is increased in proportion to a value of a control voltage input as a torque command signal to a motor drive circuit that performs drive control of the motor. It is common to be controlled. When a control voltage corresponding to the rotation angle of the accelerator grip or the like is input to the motor drive circuit of the brushless DC motor as a torque command signal, the driver himself / herself adjusts the rotation angle of the accelerator grip and desires it. Control to run at speed.

これに対して、上記のように、アクセルグリップの回転角度等に応じて目標となる走行速度(目標走行速度)を指示する場合には、電動車の実際の走行速度がこの目標走行速度に一致するように、トルク指令信号である制御電圧を制御するトルク指令信号制御手段を別途装備して、このトルク指令信号制御手段によりブラシレスDCモータの速度制御を行う必要がある。   On the other hand, as described above, when the target traveling speed (target traveling speed) is instructed according to the rotation angle of the accelerator grip, the actual traveling speed of the electric vehicle matches the target traveling speed. Thus, it is necessary to separately provide a torque command signal control means for controlling a control voltage which is a torque command signal, and to control the speed of the brushless DC motor by this torque command signal control means.

このような電動モータの速度制御の方法として、ブラシレスDCモータのトルク指令信号である制御電圧をそれぞれ一定の割合で上げたり下げたりする方法を考える。なお、ブラシレスDCモータは、制御電圧が4.1Vで出力トルクが最大となり、制御電圧が1.1V以下で出力トルクが0になるものとする。この制御方法によれば、目標走行速度を6km/hとして平坦地で発進する場合には、図4に示すように、まず初期値として電動モータの制御電圧を3Vに設定し、この制御電圧を一定の割合で上げる。すると、1秒後には、走行速度が4km/hを超えるので、制御電圧を一定の割合で下げるが、加速は継続しているので走行速度はさらに上昇する。ただし、制御電圧の低下により加速は減少するので、1.6秒後には走行速度が低下し始める。そこで、制御電圧を1.1Vより僅かに大きい程度のまま維持すると、走行速度も6km/h付近で安定し定速走行を行うようになる。   As a method for controlling the speed of such an electric motor, a method is considered in which the control voltage, which is a torque command signal of the brushless DC motor, is increased or decreased at a certain rate. The brushless DC motor has a maximum output torque when the control voltage is 4.1 V, and 0 when the control voltage is 1.1 V or less. According to this control method, when starting on a flat ground with a target travel speed of 6 km / h, as shown in FIG. 4, first, the control voltage of the electric motor is set to 3 V as an initial value, and this control voltage is set to Raise it at a certain rate. Then, after 1 second, since the traveling speed exceeds 4 km / h, the control voltage is decreased at a constant rate, but the acceleration continues and the traveling speed further increases. However, since the acceleration decreases due to a decrease in the control voltage, the running speed starts to decrease after 1.6 seconds. Therefore, if the control voltage is maintained at a level slightly higher than 1.1 V, the traveling speed is stabilized at about 6 km / h, and the constant speed traveling is performed.

しかしながら、上り坂で発進する場合には、図5に示すように、電動モータの制御電圧を3Vから一定の割合で上げることにより1.7秒後に走行速度が4km/hを超えるが、これによって制御電圧を一定の割合で下げると、上り坂による走行抵抗が大きいために、走行速度は、さらに少し上昇した後に5km/hに達することなく低下を始め、2.3秒後には再度4km/hより遅くなる。そこで、制御電圧を再び一定の割合で上げるが、この制御電圧の上昇の割合が小さいために、走行速度はさらに低下して停車してしまう。   However, when starting on an uphill, as shown in FIG. 5, the running speed exceeds 4 km / h after 1.7 seconds by raising the control voltage of the electric motor from 3 V at a constant rate. When the control voltage is lowered at a certain rate, the traveling resistance due to the uphill is large, so that the traveling speed starts to decrease without reaching 5 km / h after a further increase, and again after 2.3 seconds, 4 km / h again. It will be slower. Therefore, the control voltage is increased again at a constant rate. However, since the rate of increase in the control voltage is small, the traveling speed further decreases and the vehicle stops.

電動車の発進時には大きな加速が必要となり制御電圧を上げて出力トルクも大きくするが、平坦地の場合には、定速走行時には出力トルクはほとんど必要ないので制御電圧も下げなければならない。しかし、上り坂で発進する場合には、電動車に大きな走行負荷が加わるので、定速走行時にも制御電圧をある程度上げて出力トルクを発生させる必要があるため、坂道等により大きな走行負荷が加わる場合に対応できず、電動車が停止することになる。   When the electric vehicle starts, a large acceleration is required and the control voltage is increased to increase the output torque. However, when the vehicle is on a flat ground, the output torque is hardly required when driving at a constant speed, so the control voltage must be lowered. However, when starting uphill, a large traveling load is applied to the electric vehicle. Therefore, it is necessary to increase the control voltage to some extent even during constant speed traveling to generate output torque. The case cannot be dealt with, and the electric vehicle stops.

このため、目標走行速度と実際の走行速度との差に比例させて、電動モータの制御電圧を上げ下げする割合を変更する比例制御(PID制御におけるP制御)を行えば、走行負荷が大きく変化して走行速度が大幅に低下したとしても、この走行速度と目標走行速度との差が大きくなるので、電動モータの制御電圧を上げる割合も大きくすることができ、上り坂で電動車が停止するようなことがなくなる。   For this reason, if proportional control (P control in PID control) is performed to change the rate at which the control voltage of the electric motor is increased or decreased in proportion to the difference between the target travel speed and the actual travel speed, the travel load changes greatly. Even if the travel speed drops significantly, the difference between this travel speed and the target travel speed increases, so the rate of increase in the control voltage of the electric motor can be increased, and the electric vehicle stops on the uphill. There is nothing wrong.

もっとも、このような比例制御だけでは、目標走行速度が急に大きく変更された場合の応答性や、走行負荷の大きな変動に対する追従性は十分ではない。しかも、この応答性や追従性を高めるために、電動モータの制御電圧を上げる割合(ゲイン)をさらに大きくすると、フィードバック制御の安定性が悪くなる。   However, such proportional control alone does not provide sufficient response when the target travel speed is suddenly changed greatly, and followability with respect to large fluctuations in travel load. In addition, if the ratio (gain) of increasing the control voltage of the electric motor is further increased in order to improve the response and followability, the stability of the feedback control is deteriorated.

そこで、上記比例制御に微分制御(PID制御におけるD制御)を加えることが考えられる。微分制御では、目標走行速度と実際の走行速度との差の時間的な変化、即ち走行速度が目標走行速度に近づくときの加速度を検出し、例えば走行速度が目標走行速度になかなか近づかない場合や、むしろ遠ざかろうとしているような場合には、そのときの目標走行速度と走行速度との差による制御電圧の上昇率よりもさらに大きく制御電圧を上げることにより、応答性や追従性を高めることができる。なお、積分制御(PID制御におけるI制御)は、応答性や追従性との関わりがほとんどないので、ここでは説明を省略する。
特開平8−108881号公報
Therefore, it is conceivable to add differential control (D control in PID control) to the proportional control. In differential control, the temporal change of the difference between the target travel speed and the actual travel speed, that is, the acceleration when the travel speed approaches the target travel speed is detected. For example, when the travel speed is not close to the target travel speed, On the other hand, if you are going away, you can improve the response and follow-up performance by raising the control voltage even greater than the rate of increase of the control voltage due to the difference between the target travel speed and the travel speed at that time. it can. In addition, since integral control (I control in PID control) has little relation to responsiveness and follow-up performance, description thereof is omitted here.
JP-A-8-108881

ところが、上記比例制御に微分制御を加えたPID制御等の場合にも、目標走行速度と実際の走行速度との差やその微分値(加速度)のみに基づいて電動モータの制御電圧を制御しているので、例えばなだらかな坂道や急な坂道等による走行負荷の大きさの違いについては考慮されず、このような走行負荷の変動については、実際の走行速度が目標走行速度になかなか追従しない等のように微分値の変化が不十分であることを検出してからでなければ対応できないため、応答性や追従性が必ずしも十分ではないという問題があった。また、このような精密な制御を行うためには、短い時間間隔での制御が必要となり、電動車の実際の走行速度を検出する装置にも精密なものが必要となり、コストアップの要因となるという問題もあった。   However, even in the case of PID control or the like in which differential control is added to the above proportional control, the control voltage of the electric motor is controlled based only on the difference between the target travel speed and the actual travel speed or the differential value (acceleration). Therefore, for example, the difference in travel load due to gentle slopes or steep slopes is not taken into account.For such travel load fluctuations, the actual travel speed does not readily follow the target travel speed, etc. Thus, there is a problem that the response and follow-up performance are not always sufficient since it cannot be dealt with until it is detected that the change in the differential value is insufficient. In addition, in order to perform such precise control, it is necessary to perform control at short time intervals, and a precise device is also required for detecting the actual traveling speed of the electric vehicle, which causes an increase in cost. There was also a problem.

即ち、電動車の実際の走行速度は、そのときの電動モータの出力トルクによる推進力から走行負荷を差し引いた力によって変化するものであるにもかかわらず、従来は、走行負荷の大きさを考慮せずに走行速度の変化だけに基づいて制御を行っていたためにこのような問題が発生する。   In other words, the actual traveling speed of the electric vehicle changes depending on the force obtained by subtracting the traveling load from the propulsive force generated by the output torque of the electric motor at that time, but conventionally, the magnitude of the traveling load is considered. Such a problem occurs because the control is performed only on the basis of the change in traveling speed.

具体的には、電動車の加速度aは、電動車の質量をmとし、電動車に加わる力をFとすれば、a=F/m(F=ma)の関係にある。そして、電動車に加わる力Fは、電動モータの出力トルクによる電動車の推進力をPとし、この電動車を引き戻そうとする力である走行負荷をLとすると(下り坂の場合、走行負荷Lは負となる)、F=P−Lの関係にあるので、加速度aはa=(P−L)/mの関係となる。しかも、電動車の質量mは走行中は定数となるので、走行負荷Lが分かれば、電動車がこの先どの程度の加速度aを必要とするかに応じて推進力Pを決定することができる。つまり、電動車がどの程度加速すべきか等が分かれば、現在の走行負荷からこの先に必要となる電動モータの最適なトルク指令信号(制御電圧)を直接決定することができるにもかかわらず、従来は、走行負荷を考慮せずに、電動モータのトルク指令信号を現状からある程度変化させてみて、これによる走行速度の変化(加速度)を検出してトルク指令信号をさらに変化させるかどうかを決めるという回りくどい速度制御を行っていた。   Specifically, the acceleration a of the electric vehicle has a relationship of a = F / m (F = ma), where m is the mass of the electric vehicle and F is the force applied to the electric vehicle. The force F applied to the electric vehicle is P, where the propulsive force of the electric vehicle by the output torque of the electric motor is P, and L is the driving load that is the force to pull back the electric vehicle (in the case of a downhill, the driving load L Is negative), and therefore, the acceleration a has a relationship of a = (P−L) / m. In addition, since the mass m of the electric vehicle is a constant during traveling, if the traveling load L is known, the propulsive force P can be determined according to how much acceleration a the electric vehicle requires. In other words, if it is known how much the electric vehicle should be accelerated, the optimum torque command signal (control voltage) of the electric motor that will be required in the future can be directly determined from the current running load. Is to change the torque command signal of the electric motor to some extent from the current state without considering the running load, detect the change (acceleration) of the running speed and determine whether to further change the torque command signal I was doing a round speed control.

本発明は、走行速度から求めた加速度と電動モータの出力トルクとから電動車の走行負荷を求め、この走行負荷から電動モータの最適なトルク指令信号を直接決定することにより、応答性や追従性の高い速度制御を行うことができる電動車を提供しようとするものである。   The present invention obtains the running load of the electric vehicle from the acceleration obtained from the running speed and the output torque of the electric motor, and directly determines the optimum torque command signal of the electric motor from the running load, thereby providing responsiveness and followability. It is an object of the present invention to provide an electric vehicle capable of performing high speed control.

請求項1の発明は、運転者の操作によって目標走行速度が指示され、トルク指令信号によって出力トルクが制御される電動モータにより駆動される電動車において、この電動車の走行速度を検出する走行速度検出手段と、この走行速度検出手段が検出した検出走行速度の単位時間当たりの速度変化から加速度を求める加速度取得手段と、この加速度取得手段が求めた加速度と、電動モータの出力トルクとから電動車の走行負荷を求める走行負荷取得手段と、この走行負荷取得手段が求めた走行負荷に対応して、目標走行速度と検出走行速度との差をなくす加速度を得るための出力トルクが発生するように、電動モータに入力すべきトルク指令信号を決定するトルク指令信号制御手段とを備えたことを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, in an electric vehicle driven by an electric motor in which a target traveling speed is instructed by a driver's operation and an output torque is controlled by a torque command signal, the traveling speed for detecting the traveling speed of the electric vehicle is detected. An electric vehicle based on a detection means, an acceleration acquisition means for obtaining an acceleration from a speed change per unit time of the detected travel speed detected by the travel speed detection means, an acceleration obtained by the acceleration acquisition means, and an output torque of the electric motor So as to generate the output torque for obtaining the acceleration that eliminates the difference between the target travel speed and the detected travel speed, corresponding to the travel load obtained by the travel load obtaining means. And torque command signal control means for determining a torque command signal to be input to the electric motor.

請求項2の発明は、前記目標走行速度が、運転者が足でペダルを踏んでペダルを回転させたときのペダル回転速度に応じて指示されるものであることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is characterized in that the target travel speed is instructed according to a pedal rotation speed when the driver steps on the pedal with his / her foot to rotate the pedal.

請求項3の発明は、前記トルク指令信号が制御電圧であることを特徴とする。   The invention of claim 3 is characterized in that the torque command signal is a control voltage.

請求項4の発明は、前記加速度取得手段、前記走行負荷取得手段及び前記トルク指令信号制御手段が、予め作成された表に基づいて、それぞれ加速度、走行負荷及びトルク指令信号を決定するものであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the acceleration acquisition means, the travel load acquisition means, and the torque command signal control means determine the acceleration, the travel load, and the torque command signal, respectively, based on a table prepared in advance. It is characterized by that.

請求項1の発明によれば、走行負荷取得手段は、加速度と出力トルクとから走行負荷を求めることができる。そして、トルク指令信号制御手段は、目標走行速度と検出走行速度との差をなくすためには電動車にどのような加速度が必要であるかが判断できるので、このような加速度を得るために最適な電動モータのトルク指令信号を、この走行負荷に対応して決定することができる。従って、それまでの電動モータのトルク指令信号を変化させて調整するのではなく、坂道や風等により電動車が受けている走行負荷から直接トルク指令信号を決定するので、目標走行速度の変化に対する応答性や走行負荷の変動に対する追従性の極めて高い速度制御を行うことができるようになる。   According to the first aspect of the present invention, the traveling load acquisition means can determine the traveling load from the acceleration and the output torque. The torque command signal control means can determine what kind of acceleration is necessary for the electric vehicle in order to eliminate the difference between the target traveling speed and the detected traveling speed, and is optimal for obtaining such acceleration. A torque command signal for a simple electric motor can be determined in correspondence with the traveling load. Therefore, instead of adjusting the torque command signal of the electric motor so far, the torque command signal is determined directly from the traveling load received by the electric vehicle due to the hill or wind, etc. It becomes possible to perform speed control with extremely high responsiveness and followability to fluctuations in travel load.

ここで、電動車の加速度aと推進力Pと走行負荷Lと質量mは、a=(P−L)/mの関係にある。そして、電動モータのトルク指令信号と出力トルクには一般に特定の関係(比例関係等)があり、この出力トルクと電動車の推進力Pにも特定の関係(比例関係等)にあるので、いずれかが分かれば他のものも一意に決定される。また、電動車の質量mは、電動車の車体質量に搭乗者の体重や積荷の重さを加えたものであるため、走行中は定数である。従って、この電動車の質量mは、例えば電動車の車体質量に運転者の体重として人の標準体重を加えて予め設定しておいたり、この設定を運転開始時に適宜変更することができ、電動車に搭乗者や積荷の質量を測定する検出器を設けている場合には、電動車の車体質量にこの検出値を加えて設定することができる。   Here, the acceleration a, the propulsive force P, the traveling load L, and the mass m of the electric vehicle have a relationship of a = (P−L) / m. The torque command signal of the electric motor and the output torque generally have a specific relationship (proportional relationship, etc.), and the output torque and the propulsive force P of the electric vehicle also have a specific relationship (proportional relationship, etc.). If you know, other things are also uniquely determined. Further, the mass m of the electric vehicle is a constant during traveling because it is the mass of the electric vehicle plus the weight of the passenger and the weight of the load. Accordingly, the mass m of the electric vehicle can be set in advance by adding the standard weight of the person as the weight of the driver to the body mass of the electric vehicle, for example, or the setting can be changed as appropriate at the start of driving. If the vehicle is provided with a detector for measuring the mass of the passenger or the load, the detection value can be added to the vehicle body mass of the electric vehicle.

この結果、走行負荷取得手段は、現在の電動モータのトルク指令信号から出力トルクと推進力Pを求めることができるので、加速度取得手段が求めた加速度aとこの推進力Pとから走行負荷Lを求めることができる。また、トルク指令信号制御手段は、この先検出走行速度を目標走行速度に速やかに一致させるために必要となる加速度aと、この走行負荷取得手段が求めた現在の走行負荷Lから、この先必要となる推進力Pを決定することができ、この推進力Pからトルク指令信号を求めて電動モータに入力することができる。   As a result, the traveling load acquisition means can obtain the output torque and the propulsive force P from the current torque command signal of the electric motor, so the traveling load L is determined from the acceleration a obtained by the acceleration acquisition means and the propulsion force P. Can be sought. Further, the torque command signal control means is required from the acceleration a required for promptly matching the detected travel speed with the target travel speed and the current travel load L obtained by the travel load acquisition means. The propulsive force P can be determined, and a torque command signal can be obtained from the propulsive force P and input to the electric motor.

なお、電動モータの出力トルクを制御するトルク指令信号は、例えばブラシレスDCモータのモータ駆動回路が駆動電力の供給端子以外に出力トルクを制御するための制御電圧入力端子を有している場合には、この制御電圧入力端子に入力する制御電圧が該当する。また、整流子を有するDCモータの場合には、駆動電力の電圧と出力トルクとの間にほぼ比例関係があるので、この駆動電力の電圧をトルク指令信号とすることもできるし、このDCモータに供給する駆動電力の電圧をモータ駆動回路が制御する場合においては、このモータ駆動回路に対して制御すべき電圧を指示するための制御電圧をトルク指令信号とすることもできる。しかも、ブラシレスDCモータであっても、モータ駆動回路が駆動電力の供給端子しか有さず、この駆動電力の電圧と出力トルクとの間がDCモータと同様の比例関係となるように制御するようなものの場合も、このDCモータの場合と同じである。   The torque command signal for controlling the output torque of the electric motor is, for example, when the motor drive circuit of the brushless DC motor has a control voltage input terminal for controlling the output torque in addition to the drive power supply terminal. This corresponds to the control voltage input to the control voltage input terminal. In the case of a DC motor having a commutator, since there is a substantially proportional relationship between the voltage of the driving power and the output torque, the voltage of the driving power can be used as a torque command signal. When the motor drive circuit controls the voltage of the drive power supplied to the motor drive circuit, the control voltage for instructing the motor drive circuit to be controlled can be used as the torque command signal. Moreover, even in the case of a brushless DC motor, the motor drive circuit has only a drive power supply terminal, and the voltage of the drive power and the output torque are controlled so as to have a proportional relationship similar to that of the DC motor. This is the same as the case of this DC motor.

また、トルク指令信号は、出力トルクを制御するための信号であればよいので、制御電圧等の電圧値に限らず、例えばパルス数やこのパルスによって表現されるディジタル値等によって出力トルクを制御するものであってもよい。   Since the torque command signal may be a signal for controlling the output torque, the output torque is not limited to a voltage value such as a control voltage, but the output torque is controlled by, for example, the number of pulses or a digital value represented by the pulses. It may be a thing.

また、走行負荷取得手段は、電動モータの出力トルクをトルク指令信号からではなく、この電動モータの実際の出力トルクを検出するトルク検出器から得るようにしてもよい。例えばブラシレスDCモータのモータ駆動回路には、このような出力トルクを検出して出力するものがある。特に、電動モータのトルク指令信号と出力トルクとの間に、制御可能な相関関係はあっても、いずれかが分かれば他のものも一意に決定されるというような特定の関係がない場合に、このようなトルク検出器によって検出した出力トルクを用いる必要が生じる。   The traveling load acquisition means may obtain the output torque of the electric motor from a torque detector that detects the actual output torque of the electric motor instead of from the torque command signal. For example, some brushless DC motor drive circuits detect and output such output torque. In particular, when there is a controllable correlation between the torque command signal of the electric motor and the output torque, but there is no specific relationship such that if one is known, the other is uniquely determined. Therefore, it is necessary to use the output torque detected by such a torque detector.

請求項2の発明によれば、最大のアクセル操作をするには、ペダルを高速で回転させる必要があるので、適度な速度で運転がしやすい電動車を提供することができる。   According to the invention of claim 2, since it is necessary to rotate the pedal at a high speed in order to perform the maximum accelerator operation, it is possible to provide an electric vehicle that is easy to drive at an appropriate speed.

請求項3の発明によれば、トルク指令信号として制御電圧を用いることにより、トルク指令信号の取り扱いが簡単で、操作しやすく、誤動作を防止することができる。   According to the invention of claim 3, by using the control voltage as the torque command signal, the handling of the torque command signal is simple, easy to operate, and malfunction can be prevented.

請求項4の発明によれば、加速度取得手段と走行負荷取得手段とトルク指令信号制御手段とが、それぞれ予め作成された表に基づいて、対応する加速度と走行負荷とトルク指令信号とを決定するので、計算処理が不要となり、演算能力の低い処理装置を用いて実現することができる。また、例えばトルク指令信号制御手段の場合に、目標走行速度と検出走行速度との差を、目標走行速度が検出走行速度以上である場合と、目標走行速度が検出走行速度未満である場合との2つの場合だけに分けるようにすれば、表の大きさ(容量)も小さくて済む。   According to the fourth aspect of the present invention, the acceleration acquisition means, the running load acquisition means, and the torque command signal control means determine the corresponding acceleration, running load, and torque command signal based on a table prepared in advance. As a result, calculation processing is not required, and the processing can be realized using a processing device with low calculation capability. Further, for example, in the case of the torque command signal control means, the difference between the target travel speed and the detected travel speed is calculated when the target travel speed is greater than or equal to the detected travel speed and when the target travel speed is less than the detected travel speed. If it is divided into only two cases, the size (capacity) of the table can be reduced.

以下、本発明の最良の実施形態について図1〜図2を参照して説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態は、図1に示すような電動車について説明する。この電動車は、操舵輪である一輪の前輪1と駆動輪である一輪の後輪2とを備えると共に、この後輪2の左右に一対の補助輪3、3を備えた四輪車である。各補助輪3は、後輪2よりも少し径の小さい従動輪であり、電動車のフレームに対して下方に付勢された状態で上下動自在に取り付けられている。   In the present embodiment, an electric vehicle as shown in FIG. 1 will be described. This electric vehicle is a four-wheeled vehicle including a front wheel 1 as a steering wheel and a rear wheel 2 as a driving wheel, and a pair of auxiliary wheels 3 and 3 on the left and right of the rear wheel 2. . Each auxiliary wheel 3 is a driven wheel having a diameter slightly smaller than that of the rear wheel 2, and is attached so as to be movable up and down while being urged downward with respect to the frame of the electric vehicle.

この電動車は、運転者がサドル4に跨がってハンドル5を両手で握ることにより前輪1の操舵を行いながらペダル6を足で踏んで回転させるようになっている。ただし、この電動車は、自転車や電動アシスト自転車のようにペダル6を漕いだときの回転力を後輪2に伝えて駆動するのではなく、荷台7の下に収納された蓄電池8によって後輪2の車軸に直結されたインホイール・モータ9を回転させてこの後輪2を駆動するようになっている。そして、ペダル6は、足で踏んで漕いだときの回転速度をペダル回転速度検出器10で検出し、このペダル回転速度検出器10が検出した回転速度に応じてインホイール・モータ9の速度制御を行うようになっている。   In this electric vehicle, the driver 6 steps the pedal 6 with his / her foot while rotating the front wheel 1 by straddling the saddle 4 and holding the handle 5 with both hands. However, this electric vehicle is not driven by transmitting the rotational force when the pedal 6 is squeezed to the rear wheel 2 like a bicycle or an electric power assisted bicycle, but by a storage battery 8 housed under the loading platform 7. The rear wheel 2 is driven by rotating an in-wheel motor 9 directly connected to the second axle. The pedal 6 detects the rotational speed when the pedal 6 is stepped on with a foot by the pedal rotational speed detector 10 and controls the speed of the in-wheel motor 9 according to the rotational speed detected by the pedal rotational speed detector 10. Is supposed to do.

インホイール・モータ9は、ブラシレスDCモータからなる。ブラシレスDCモータは、DCモータ(直流電動機)の整流子(ブラシを用いる)をなくし、ロータ(回転子)の回転角をホール素子等で検出して、内蔵するモータ駆動回路によりコイルの電流の方向を切り替えるようにしたものである。また、ここで用いるブラシレスDCモータのモータ駆動回路は、蓄電池8から駆動電力の供給を受けると共に、後に説明するトルク指令信号も制御電圧として入力するようになっていて、この制御電圧の電圧値に比例した出力トルクを得るように駆動制御を行う。ただし、制御電圧と出力トルクとの関係は、実際には、制御電圧がある程度の電圧値になるまでは出力トルクが0のままで、この電圧値を超えてから線形関係となるようなものである。なお、ブラシレスDCモータのモータ駆動回路には、速度制御機能を備えたものもあるが、ここでの速度制御は従来からのPID制御等によるものであるため、このようなブラシレスDCモータは使用する必要がない。   The in-wheel motor 9 is a brushless DC motor. The brushless DC motor eliminates the commutator (using the brush) of the DC motor (DC motor), detects the rotation angle of the rotor (rotor) with a Hall element, etc., and the direction of the coil current by the built-in motor drive circuit Is switched. In addition, the motor drive circuit of the brushless DC motor used here is supplied with drive power from the storage battery 8 and also receives a torque command signal, which will be described later, as a control voltage. Drive control is performed so as to obtain a proportional output torque. However, the relationship between the control voltage and the output torque is actually such that the output torque remains zero until the control voltage reaches a certain voltage value, and after this voltage value is exceeded, a linear relationship is established. is there. Note that some brushless DC motor drive circuits have a speed control function. However, since the speed control here is based on conventional PID control, such a brushless DC motor is used. There is no need.

上記ペダル回転速度検出器10が検出したペダル6の回転速度は、図2に示すように、目標走行速度取得手段11に入力されるようになっている。ペダル回転速度検出器10は、例えば鉄製の歯車の各歯の接近を磁気センサで検出する磁気方式や、スリットを形成した円盤に光を当てて透過光を検出する光学方式等のロータリ・エンコーダを用いたり、回転速度に応じた電圧を発生するダイナモ等を用いることができる。   The rotational speed of the pedal 6 detected by the pedal rotational speed detector 10 is input to the target travel speed acquisition means 11 as shown in FIG. The pedal rotation speed detector 10 is a rotary encoder such as a magnetic system that detects the approach of each tooth of an iron gear with a magnetic sensor, or an optical system that detects transmitted light by applying light to a disk formed with a slit. It is possible to use a dynamo or the like that generates a voltage corresponding to the rotational speed.

目標走行速度取得手段11は、ペダル回転速度検出器10から送られて来たペダル6の回転速度を目標走行速度に変換するものである。ペダル6の回転速度は、これによって目標となる電動車の走行速度を指示するものであるため、予め定められた規則(例えば比例関係)に従って目標走行速度に変換される。従って、目標走行速度取得手段11は、ペダル6の回転速度を計算式の演算や表(テーブル)を用いた換算等によって目標走行速度に変換することができる。   The target travel speed acquisition means 11 converts the rotational speed of the pedal 6 sent from the pedal rotational speed detector 10 into a target travel speed. Since the rotational speed of the pedal 6 indicates the target traveling speed of the electric vehicle by this, it is converted into the target traveling speed according to a predetermined rule (for example, proportional relationship). Therefore, the target travel speed acquisition means 11 can convert the rotational speed of the pedal 6 into the target travel speed by calculation of a calculation formula, conversion using a table, or the like.

駆動輪である上記後輪2のモータケース(ハブ部分)の円周端縁部分に対向するフレーム部分には、モータ端縁部分の磁性体の凹凸を検知してタイヤの回転を検知する電磁ピックアップップ式の近接センサである後輪回転速度検出器12が取り付けられ、この後輪回転速度検出器12が検出した後輪2の回転速度は、検出走行速度取得手段13に入力されるようになっている。なお、この後輪回転速度検出器12は、ペダル回転速度検出器10と同様に、後輪2の車軸(インホイール・モータ9の回転軸)に直接又は伝動装置を介して取り付けたロータリ・エンコーダやダイナモ等を用いることもできる。また、インホイール・モータ9のモータ駆動回路が回転速度を外部に出力できる場合には、後輪回転速度検出器12に代えて、この回転速度の出力を用いてもよい。   An electromagnetic pick that detects the rotation of the tire by detecting the unevenness of the magnetic material at the motor edge portion on the frame portion facing the circumferential edge portion of the motor case (hub portion) of the rear wheel 2 as the driving wheel. A rear wheel rotational speed detector 12, which is an up-type proximity sensor, is attached, and the rotational speed of the rear wheel 2 detected by the rear wheel rotational speed detector 12 is input to the detected traveling speed acquisition means 13. ing. As with the pedal rotation speed detector 10, the rear wheel rotation speed detector 12 is a rotary encoder attached to the axle of the rear wheel 2 (the rotation axis of the in-wheel motor 9) directly or via a transmission. Or dynamo can be used. If the motor drive circuit of the in-wheel motor 9 can output the rotation speed to the outside, the output of this rotation speed may be used instead of the rear wheel rotation speed detector 12.

検出走行速度取得手段13は、後輪回転速度検出器12から送られて来た後輪2の回転速度を検出走行速度に変換するものである。後輪2のタイヤの直径(本実施形態では直径が20インチのタイヤを用いる)を円周率倍して求めた円周長に、後輪回転速度検出器12が検出した後輪2の回転速度を乗算すれば、電動車の実際の走行速度を算出することができる。なお、後輪2のタイヤの空気圧等によって円周長は変化し、また、後輪2がスリップすれば走行速度には関係のない回転を行うので、後輪2の回転速度から電動車の実際の走行速度を示す検出走行速度に変換する際には、適宜の補正を行ってもよい。ただし、本実施形態では、このような演算処理に代えて、表1を用いて後輪2の回転速度を検出走行速度に変換している。   The detected traveling speed acquisition means 13 converts the rotational speed of the rear wheel 2 sent from the rear wheel rotational speed detector 12 into the detected traveling speed. The rotation of the rear wheel 2 detected by the rear wheel rotational speed detector 12 is obtained by multiplying the circumference of the tire of the rear wheel 2 by using the circumference of the diameter of the tire (in this embodiment, a tire having a diameter of 20 inches). If the speed is multiplied, the actual traveling speed of the electric vehicle can be calculated. Note that the circumferential length changes depending on the tire pressure of the rear wheel 2 and the like, and if the rear wheel 2 slips, the rotation is not related to the running speed. Appropriate correction may be performed when converting the detected traveling speed to the detected traveling speed. However, in this embodiment, instead of such calculation processing, the rotational speed of the rear wheel 2 is converted into the detected traveling speed using Table 1.

Figure 2010158090
Figure 2010158090

この表1は、「間隔時間」の列と「走行速度」の列を左右に並べた対応表である。「間隔時間」の列には、間隔時間(単位は秒)が順に設定され、「走行速度」の列には、同じ行の間隔時間に対応する走行速度(単位はkm/h)が設定されている。また、「間隔時間」の列の各間隔時間は、1行下の間隔時間を超え当該間隔時間以下の時間を示している。ただし、「間隔時間」の列の最上行の空欄は、1行下の間隔時間(表1では0.2128秒)を超える全ての時間を示し、最下行の間隔時間は、当該間隔時間(表1では0.0266秒)以下の全ての時間を示す。また、ここでは表1を簡単にするために行を間引いて示しているが、実際に用いられる表では、「走行速度」の列の走行速度が0km/hから25km/hまで1km/hごとのステップで設定されている。   This Table 1 is a correspondence table in which the “interval time” column and the “traveling speed” column are arranged on the left and right. In the “interval time” column, the interval time (unit: second) is set in order, and in the “running speed” column, the traveling speed (unit: km / h) corresponding to the interval time of the same row is set. ing. In addition, each interval time in the “interval time” column indicates a time exceeding the interval time one row below and below the interval time. However, the blank in the top row in the “Interval Time” column indicates all times exceeding the interval time one row below (0.2128 seconds in Table 1), and the interval time in the bottom row is the interval time (table 1 indicates all times less than or equal to 0.0266 seconds). In addition, here, for simplification of Table 1, rows are thinned out, but in the table actually used, the traveling speed in the column of “traveling speed” is 0 km / h to 25 km / h every 1 km / h. Is set in the steps.

後輪回転速度検出器12は、モータケース端縁部分にある磁性体の凹凸(円周上に9箇所、等角度間隔で配置されている)に接近するたびにパルスを発生し、このパルスの発生間隔の時間が後輪2の回転速度を示すことになる。従って、検出走行速度取得手段13は、このパルスが送られて来るたびに、前回のパルスから今回のパルスまでの時間を計測し、表1の「間隔時間」の列から計測した時間に該当する間隔時間を検索すると共に、「走行速度」の列における検索した間隔時間と同じ行の走行速度を読み出し、これを検出走行速度として出力する。なお、後輪回転速度検出器12から初めてパルスが送られて来た場合には、時間の計測ができないので、検出走行速度を0とする。   The rear wheel rotational speed detector 12 generates a pulse every time it approaches the unevenness of the magnetic material at the edge of the motor case (arranged at nine locations on the circumference at equal angular intervals). The generation interval time indicates the rotational speed of the rear wheel 2. Therefore, each time this pulse is sent, the detected travel speed acquisition means 13 measures the time from the previous pulse to the current pulse, and corresponds to the time measured from the “interval time” column in Table 1. In addition to searching for the interval time, the travel speed in the same row as the searched interval time in the “travel speed” column is read and output as the detected travel speed. When a pulse is sent for the first time from the rear wheel rotational speed detector 12, time cannot be measured, so the detected traveling speed is set to zero.

上記目標走行速度取得手段11で変換した目標走行速度と、検出走行速度取得手段13で変換した検出走行速度は、トルク指令信号制御手段14に入力されるようになっている。トルク指令信号制御手段14は、インホイール・モータ9にトルク指令信号として入力する制御電圧を決定するものである。そして、従来は、このトルク指令信号制御手段14がこれらの目標走行速度と検出走行速度の差のみに基づいて、例えばPID制御等によりトルク指令信号としての制御電圧を決定していた。しかしながら、本実施形態のトルク指令信号制御手段14では、加速度取得手段15と走行負荷取得手段16とで求めた走行負荷に対応して、これらの目標走行速度と検出走行速度の差をなくす加速度を得るための出力トルクが発生するように、トルク指令信号としての制御電圧を決定する。   The target travel speed converted by the target travel speed acquisition means 11 and the detected travel speed converted by the detected travel speed acquisition means 13 are input to the torque command signal control means 14. The torque command signal control means 14 determines a control voltage to be input to the in-wheel motor 9 as a torque command signal. Conventionally, the torque command signal control means 14 determines a control voltage as a torque command signal by, for example, PID control based on only the difference between the target travel speed and the detected travel speed. However, in the torque command signal control means 14 of the present embodiment, the acceleration that eliminates the difference between the target travel speed and the detected travel speed is obtained corresponding to the travel load obtained by the acceleration acquisition means 15 and the travel load acquisition means 16. A control voltage as a torque command signal is determined so that an output torque to be obtained is generated.

このため、検出走行速度取得手段13で変換した検出走行速度は、加速度取得手段15にも入力されるようになっている。また、この加速度取得手段15が出力した加速度は、走行負荷取得手段16に入力されるようになっている。そして、この走行負荷取得手段16には、トルク指令信号制御手段14が出力したトルク指令信号としての制御電圧も入力されるようになっている。   For this reason, the detected travel speed converted by the detected travel speed acquisition means 13 is also input to the acceleration acquisition means 15. The acceleration output by the acceleration acquisition unit 15 is input to the traveling load acquisition unit 16. The traveling load acquisition means 16 is also supplied with a control voltage as a torque command signal output from the torque command signal control means 14.

加速度取得手段15は、検出走行速度取得手段13から送られて来た検出走行速度の単位時間当たりの速度変化、即ち加速度を求めるものである。加速度は、検出走行速度を微分したり、デジタルシステムでは、サンプリングごとに前回の検出走行速度との差をサンプリング間隔で除算すれば求めることができるが、ここでは、検出走行速度が異なる時間間隔で送られて来るので、前回の検出走行速度と今回の検出走行速度との差を前回から今回までの時間間隔で除算する必要がある。そこで、本実施形態では、表2を用いて加速度を求めている。   The acceleration acquisition means 15 obtains a speed change per unit time of the detected travel speed sent from the detected travel speed acquisition means 13, that is, an acceleration. The acceleration can be obtained by differentiating the detected traveling speed or by dividing the difference from the previous detected traveling speed by the sampling interval for each sampling in the digital system, but here the detected traveling speed is different at different time intervals. Since it is sent, it is necessary to divide the difference between the previous detected travel speed and the current detected travel speed by the time interval from the previous time to the current time. Therefore, in the present embodiment, the acceleration is obtained using Table 2.

Figure 2010158090
Figure 2010158090

この表2は、見出し行の走行速度(単位はkm/h)と見出し列の加速度(単位はm/s)との各組合せに対応する間隔時間(単位は秒)を行列にした表である。見出し行の各走行速度は、検出走行速度取得手段13が前回変換した検出走行速度であり、行列の各間隔時間は、検出走行速度取得手段13が今回検出走行速度を変換するまでの間隔時間である。そして、見出し列の各加速度の行には、それぞれの列の前回の検出走行速度が当該加速度によって変化した場合に、今回検出走行速度を変換するまでに要するであろう時間を示す間隔時間が設定されている。従って、加速度が0の行は、今回の検出走行速度が前回と同じであった場合を示すので、表1の「間隔時間」の列を行に変更したものと同じになる。また、行列の各間隔時間は、1行下の間隔時間を超え当該間隔時間以下の時間を示していることも表1の場合と同じである。ただし、ここでも表2を簡単にするために行と列を間引いて示すと共に右側の列を一部省略している。なお、この表2では、電動車が加速する場合の正の加速度のみを示すが、減速の場合の負の加速度についても同様の表が用いられる。 This table 2 is a table in which interval times (unit: seconds) corresponding to each combination of the traveling speed (unit: km / h) of the header row and the acceleration (unit: m / s 2 ) of the header column are arranged in a matrix. is there. Each travel speed in the heading row is the detected travel speed converted by the detected travel speed acquisition means 13 last time, and each interval time in the matrix is an interval time until the detected travel speed acquisition means 13 converts the current travel speed detected. is there. Then, in the row of each acceleration in the header column, an interval time indicating the time that will be required to convert the currently detected traveling speed when the previously detected traveling speed of each column is changed by the acceleration is set. Has been. Therefore, since the row where the acceleration is 0 indicates the case where the current detected traveling speed is the same as the previous time, it is the same as the case where the “interval time” column of Table 1 is changed to a row. Further, each interval time of the matrix indicates the time exceeding the interval time one row below and below the interval time, as in the case of Table 1. However, in this case as well, in order to simplify Table 2, rows and columns are thinned out, and the right column is partially omitted. In Table 2, only the positive acceleration when the electric vehicle accelerates is shown, but the same table is used for the negative acceleration in the case of deceleration.

加速度取得手段15は、検出走行速度取得手段13から検出走行速度が送られて来るたびに、前回送られて来た検出走行速度を表2の見出し行の走行速度から検索し、この走行速度の列から前回と今回の間に要した時間(この時間は検出走行速度取得手段13から取得してもよいし、改めて計測よい)に該当する間隔時間を検索し、この間隔時間と同じ行の見出し列の加速度を読み出して出力する。なお、検出走行速度取得手段13から初めて検出走行速度が送られて来た場合には、前回の検出走行速度が存在しないので、加速度を0とする。   Each time the detected travel speed is sent from the detected travel speed acquisition means 13, the acceleration acquisition means 15 searches the detected travel speed sent last time from the travel speed in the heading row of Table 2 and An interval time corresponding to the time required between the previous time and this time (this time may be acquired from the detected traveling speed acquisition means 13 or may be measured again) is searched from the column, and the heading in the same row as this interval time is searched. Read the column acceleration and output it. When the detected travel speed is sent for the first time from the detected travel speed acquisition means 13, the previous detected travel speed does not exist, so the acceleration is set to zero.

走行負荷取得手段16は、加速度取得手段15から送られて来た加速度と、トルク指令信号制御手段14から送られて来たトルク指令信号としての制御電圧に基づいて、走行負荷を求めるものである。電動車の加速度aと推進力Pと走行負荷Lと質量mは、a=(P−L)/mの関係にあり、推進力Pは、インホイール・モータ9の制御電圧に比例する出力トルクに比例し、質量mは、本実施形態では電動車の車体質量に人の標準体重を加えて予め設定した定数であるため、加速度aと制御電圧が分かれば走行負荷Lを算出することができる。ただし、本実施形態では、表3を用いてこの走行負荷を求めている。   The traveling load acquisition means 16 obtains the traveling load based on the acceleration sent from the acceleration acquisition means 15 and the control voltage as the torque command signal sent from the torque command signal control means 14. . The acceleration a, the propulsive force P, the traveling load L, and the mass m of the electric vehicle have a relationship of a = (P−L) / m, and the propulsive force P is an output torque proportional to the control voltage of the in-wheel motor 9. In this embodiment, the mass m is a constant set in advance by adding the standard weight of a person to the vehicle body mass of the electric vehicle. Therefore, if the acceleration a and the control voltage are known, the running load L can be calculated. . However, in this embodiment, this traveling load is obtained using Table 3.

Figure 2010158090
Figure 2010158090

この表3は、見出し行の加速度(単位はm/s)と見出し列の制御電圧(単位はV)との各組合せに対応する走行負荷(単位はN)を行列にした表である。ただし、ここでも表3を簡単にするために行と列を間引いて示している。なお、この表3でも、正の加速度のみを示すが、負の加速度についても同様の表が用いられる。また、この表3では、正の走行負荷のみが設定されているが、実際には負の走行負荷も設定する。 This Table 3 is a table in which travel loads (unit: N) corresponding to combinations of heading row acceleration (unit: m / s 2 ) and heading column control voltage (unit: V) are arranged in a matrix. Here, however, rows and columns are thinned out in order to simplify Table 3. In Table 3, only positive acceleration is shown, but the same table is used for negative acceleration. In Table 3, only a positive travel load is set, but a negative travel load is actually set.

走行負荷取得手段16は、加速度取得手段15から加速度が送られて来るたびに、この加速度とそのときの制御電圧とを表3の見出し行と見出し列から検索し、検索した加速度の列と検索した制御電圧の行が交差する部分の走行負荷を読み出して出力する。   Each time acceleration is sent from the acceleration acquisition means 15, the traveling load acquisition means 16 searches the acceleration and the control voltage at that time from the heading row and heading column in Table 3, and searches the acceleration column and search The driving load at the portion where the control voltage rows intersect is read and output.

上記トルク指令信号制御手段14は、目標走行速度取得手段11で変換した目標走行速度と、検出走行速度取得手段13で変換した検出走行速度と共に、この走行負荷取得手段16が求めた走行負荷も入力する。そして、目標走行速度と検出走行速度との差を速やかになくすために必要となる加速度を求め、現在の走行負荷の元でこの加速度を得るために必要な制御電圧を決定する。即ち、上記のように、電動車の加速度aと推進力Pと走行負荷Lと定数である質量mは、a=(P−L)/mの関係にあるので、加速度aと走行負荷Lが分かれば推進力Pを算出することができ、この推進力Pからトルク指令信号としての制御電圧を求めることができる。ただし、本実施形態では、表4を用いてこの制御電圧を求めている。   The torque command signal control means 14 also inputs the travel load obtained by the travel load acquisition means 16 together with the target travel speed converted by the target travel speed acquisition means 11 and the detected travel speed converted by the detected travel speed acquisition means 13. To do. Then, an acceleration necessary to quickly eliminate the difference between the target traveling speed and the detected traveling speed is obtained, and a control voltage necessary to obtain the acceleration under the current traveling load is determined. That is, as described above, the acceleration m, the propulsive force P, the traveling load L, and the constant mass m have a relationship of a = (P−L) / m. If it is known, the propulsive force P can be calculated, and a control voltage as a torque command signal can be obtained from the propulsive force P. However, in this embodiment, this control voltage is obtained using Table 4.

Figure 2010158090
Figure 2010158090

この表4は、「走行負荷」の列と、加速時の「制御電圧」の列と減速時の「制御電圧」の列を左右に並べた対応表である。「走行負荷」の列には、走行負荷(単位はN)が順に設定され、加速時と減速時の「制御電圧」の列には、それぞれ同じ行の走行負荷に対応するトルク指令信号としての制御電圧(単位はV)が設定されている。ただし、ここでも表4を簡単にするために行を間引いて示している。なお、この表4でも、正の加速度のみを示すが、負の加速度についても同様の表が用いられる。また、この表4でも、正の走行負荷のみが設定されているが、実際には負の走行負荷も設定する。   This Table 4 is a correspondence table in which a column of “traveling load”, a column of “control voltage” at the time of acceleration, and a column of “control voltage” at the time of deceleration are arranged side by side. In the “running load” column, the running load (unit is N) is set in order, and in the “control voltage” column at the time of acceleration and deceleration, the torque command signal corresponding to the running load of the same row, respectively. A control voltage (unit: V) is set. Here, however, the lines are thinned out in order to simplify Table 4. In Table 4, only positive acceleration is shown, but the same table is used for negative acceleration. Also in Table 4, only a positive travel load is set, but a negative travel load is actually set.

トルク指令信号制御手段14は、走行負荷取得手段16から走行負荷が送られて来るたびに、表4の「走行負荷」の列からこの走行負荷を検索する。そして、検出走行速度が目標走行速度より遅いために加速が必要な加速時であるか、又は、検出走行速度が目標走行速度以上であるために定速走行又は減速が必要な減速時であるかを判断し、加速時の場合には加速時の「制御電圧」の列における検索した走行負荷と同じ行の制御電圧を読み出し、減速時の場合には減速時の「制御電圧」の列における検索した走行負荷と同じ行の制御電圧を読み出して決定する。このようにして決定された制御電圧は、トルク指令信号としてそのままインホイール・モータ9に入力される。   Each time the traveling load is sent from the traveling load acquisition unit 16, the torque command signal control unit 14 retrieves the traveling load from the “traveling load” column of Table 4. Whether the detected travel speed is slower than the target travel speed or acceleration that requires acceleration, or because the detected travel speed is equal to or higher than the target travel speed or when the vehicle is decelerating that requires constant speed or deceleration. In the case of acceleration, the control voltage in the same row as the searched traveling load in the column of “control voltage” during acceleration is read, and in the case of deceleration, the search in the column of “control voltage” during deceleration The control voltage in the same row as the travel load is read and determined. The control voltage determined in this way is directly input to the in-wheel motor 9 as a torque command signal.

なお、上記トルク指令信号制御手段14や目標走行速度取得手段11、検出走行速度取得手段13、加速度取得手段15、走行負荷取得手段16は、マイクロコンピュータによって構成することができる。また、表1〜表4も、このマイクロコンピュータのメモリ上に格納された多次元配列等によって実装することができ、この多次元配列等へのアクセスによって必要とする値を求めることができるので、計算処理が不要となり、演算能力の低いが安価なマイクロコンピュータを用いることが可能となる。   The torque command signal control means 14, the target travel speed acquisition means 11, the detected travel speed acquisition means 13, the acceleration acquisition means 15, and the travel load acquisition means 16 can be configured by a microcomputer. Tables 1 to 4 can also be implemented by a multidimensional array or the like stored on the memory of the microcomputer, and the required values can be obtained by accessing the multidimensional array or the like. Calculation processing is not necessary, and it is possible to use a low-cost microcomputer with low calculation capability.

上記構成により、本実施形態のトルク指令信号制御手段14は、目標走行速度と検出走行速度との差に応じて、電動モータに入力すべき最適な制御電圧(トルク指令信号)を直接決定することができる。目標走行速度と検出走行速度との差からは、これらの差を速やかになくすために電動車にどのような加速度が必要かが推測できる。そして、電動車の加速度aと推進力Pと走行負荷Lと質量mは、a=(P−L)/mの関係にあり、質量mは走行中は定数であるため、必要な加速度aと電動車が受ける走行負荷Lが分かれば推進力Pも決定され、これに基づいてインホイール・モータ9に入力すべき最適な制御電圧も決定することができる。従って、それまでインホイール・モータ9に入力していた制御電圧を変化させて調整するのではなく、坂道や風等により電動車が受けている走行負荷から直接制御電圧を決定するので、目標走行速度の変化に対する応答性や走行負荷の変動に対する追従性の極めて高い速度制御を行うことができるようになる。   With the above configuration, the torque command signal control means 14 of the present embodiment directly determines the optimum control voltage (torque command signal) to be input to the electric motor according to the difference between the target travel speed and the detected travel speed. Can do. From the difference between the target travel speed and the detected travel speed, it can be estimated what kind of acceleration is necessary for the electric vehicle in order to quickly eliminate these differences. The acceleration a, the propulsive force P, the traveling load L, and the mass m of the electric vehicle are in a relationship of a = (P−L) / m, and the mass m is a constant during traveling. If the traveling load L received by the electric vehicle is known, the propulsive force P is also determined. Based on this, the optimum control voltage to be input to the in-wheel motor 9 can be determined. Therefore, instead of adjusting the control voltage that has been input to the in-wheel motor 9 until then, the control voltage is determined directly from the traveling load received by the electric vehicle due to hills and winds. It becomes possible to perform speed control with extremely high responsiveness to changes in speed and followability to changes in travel load.

なお、上記実施形態では、後輪回転速度検出器12で検出した後輪2の回転速度を検出走行速度取得手段13によって検出走行速度に変換する場合を示したが、この検出走行速度は、路面に対する電動車の移動速度であるため、後輪2とは別にスリップ等の生じにくい走行速度検出用の車輪を設けたり、順次撮影した路面パターンを画像処理することにより走行速度を検出する等の全く別の方法で検出走行速度を求めてもよい。   In the above embodiment, the case where the rotational speed of the rear wheel 2 detected by the rear wheel rotational speed detector 12 is converted to the detected traveling speed by the detected traveling speed acquisition means 13 has been shown. The speed of the electric vehicle with respect to the vehicle is such that a wheel for detecting a traveling speed that is unlikely to cause a slip or the like is provided separately from the rear wheel 2 or the traveling speed is detected by performing image processing on a road surface pattern that has been sequentially photographed. The detected travel speed may be obtained by another method.

また、上記実施形態では、トルク指令信号制御手段14が、表4を用いて、目標走行速度と検出走行速度との差から加速時か減速時かの2種類に分類し、それぞれのケースについて走行負荷から制御電圧を決定する場合を示したが、例えば減速時を定速走行時と本来の減速時に分類することもできるし、加速時や減速時をそれぞれその加速と減速の程度ごとにさらに細分類することもできる。また、逆に走行負荷をその大きさで複数に分類し、それぞれのケースについて、目標走行速度と検出走行速度との差に基づき比例制御(P制御)やこれに積分制御を加えたPI制御等の従来の速度制御を行うようにしてもよい。この場合、走行負荷の大きさに応じて、例えば走行負荷が大きい場合には比例制御のゲインを大きくする等の相違を持たせることができる。   Further, in the above embodiment, the torque command signal control means 14 is classified into two types of acceleration time or deceleration time based on the difference between the target travel speed and the detected travel speed using Table 4, and the travel is performed for each case. Although the control voltage is determined from the load, for example, the deceleration time can be classified into constant speed driving and original deceleration, and the acceleration and deceleration can be further classified according to the degree of acceleration and deceleration, respectively. It can also be classified. Conversely, the traveling load is classified into a plurality of sizes according to the magnitude, and in each case, proportional control (P control) based on the difference between the target traveling speed and the detected traveling speed, PI control with integral control added thereto, etc. The conventional speed control may be performed. In this case, depending on the magnitude of the traveling load, for example, when the traveling load is large, a difference such as increasing the proportional control gain can be provided.

また、上記実施形態では、インホイール・モータ9がブラシレスDCモータである場合を示したが、制御電圧等のトルク指令信号によって出力トルクが制御される電動モータであれば、この電動モータの種類は任意である。さらに、このように後輪2の車軸に直結されたインホイール・モータ9に限らず、伝動装置を介して後輪2を駆動する他の駆動用の電動モータを用いることもできる。   In the above embodiment, the in-wheel motor 9 is a brushless DC motor. However, if the output torque is controlled by a torque command signal such as a control voltage, the type of the electric motor is Is optional. Furthermore, not only the in-wheel motor 9 directly connected to the axle of the rear wheel 2 as described above, but also other driving electric motors for driving the rear wheel 2 through a transmission device can be used.

また、上記実施形態では、トルク指令信号制御手段14や加速度取得手段15、走行負荷取得手段16等をマイクロコンピュータによって構成する場合を示したが、これらの構成は任意であり、通常のディジタル回路やアナログ回路、その他の制御手段によって構成することもできる。   In the above embodiment, the torque command signal control means 14, the acceleration acquisition means 15, the traveling load acquisition means 16 and the like are configured by a microcomputer. However, these configurations are arbitrary, and a normal digital circuit, An analog circuit or other control means may be used.

また、上記実施形態では、ペダル6の回転速度によって目標走行速度を指示する電動車の場合を示したが、例えばハンドル5の手で握るグリップの回転角によって目標走行速度を指示する等、運転者の操作によって目標走行速度を指示するものであれば、どのようなものであってもよい。   In the above embodiment, the electric vehicle in which the target traveling speed is instructed by the rotational speed of the pedal 6 has been described. However, for example, the target traveling speed is instructed by the rotational angle of the grip gripped by the hand of the handle 5. As long as the target travel speed is instructed by the above operation, it may be anything.

また、上記実施形態では、電動車が前輪1と後輪2と左右の補助輪3、3からなる四輪車である場合を示したが、この電動車は、電動モータによって駆動される駆動輪がどこかに少なくとも1輪ある車両であればよく、例えば補助輪3、3のない二輪車や、前後二輪ずつの四輪車、前後いずれかが二輪の三輪車等、どのような車両であってもよい。   In the above embodiment, the case where the electric vehicle is a four-wheel vehicle including the front wheel 1, the rear wheel 2, and the left and right auxiliary wheels 3, 3 is shown. However, the electric vehicle is a drive wheel driven by an electric motor. Can be any vehicle that has at least one wheel somewhere, such as a two-wheeled vehicle without auxiliary wheels 3, 3, a four-wheeled vehicle with two front and rear wheels, or a three-wheeled vehicle with two wheels at either front or rear. Good.

上記実施形態で示した電動車の実施例によるシミュレーション結果を示す。このシミュレーションは、上り坂で発進を行う場合であり、図5に示した従来例の場合と同様の条件で行った。ただし、目標走行速度は4km/hとした。   The simulation result by the Example of the electric vehicle shown by the said embodiment is shown. This simulation is a case of starting on an uphill, and was performed under the same conditions as in the conventional example shown in FIG. However, the target travel speed was 4 km / h.

また、電動車が動き出して後輪回転速度検出器12からパルスが2回出力されるまでは加速度取得手段15による加速度の算出ができないため、加速度が算出されるまでの制御電圧は、走行負荷が0の場合の加速時の値を最初に出力し、その後、0.05秒経過するたびに0.05Vを加算して出力する方法とした。   In addition, since the acceleration cannot be calculated by the acceleration acquisition means 15 until the electric vehicle starts moving and the pulse is output twice from the rear wheel rotation speed detector 12, the control voltage until the acceleration is calculated depends on the traveling load. The value at the time of acceleration in the case of 0 is first output, and then 0.05V is added and output every 0.05 seconds.

実施例の電動車は、図3に示すように、発進時には表4の加速時となるので、インホイール・モータ9の制御電圧を初期値の3.45V(走行負荷が0N)から4.10V(走行負荷が35N)まで徐々に上げることにより1.7秒後に検出走行速度が目標走行速度の4km/hを超える。すると、表4の減速時となるので、そのときの走行負荷が25Nとなり制御電圧が3.45Vに下がる。しかも、これによって検出走行速度が下がり始め加速度が僅かに負となるので、制御電圧も0.85Vまで下がる。しかし、2.0秒後に検出走行速度が目標走行速度の4km/hよりも僅かに遅くなると、再び表4の加速時となり、制御電圧も3.65Vに回復し、以降は検出走行速度が目標走行速度の4km/h付近を推移するように、制御電圧が調整される。   As shown in FIG. 3, the electric vehicle of the embodiment is at the time of acceleration shown in Table 4 when starting, so the control voltage of the in-wheel motor 9 is changed from the initial value of 3.45V (traveling load is 0N) to 4.10V. By gradually increasing the travel load to 35 N, the detected travel speed exceeds the target travel speed of 4 km / h after 1.7 seconds. Then, since the deceleration time shown in Table 4 is reached, the traveling load at that time becomes 25N, and the control voltage drops to 3.45V. In addition, the detected traveling speed starts to decrease, and the acceleration becomes slightly negative, so that the control voltage also decreases to 0.85V. However, if the detected travel speed becomes slightly slower than the target travel speed of 4 km / h after 2.0 seconds, the acceleration shown in Table 4 is resumed, and the control voltage is restored to 3.65 V. Thereafter, the detected travel speed is the target travel speed. The control voltage is adjusted so as to shift around 4 km / h of the traveling speed.

本発明の一実施形態を示すものであって、電動車の構成を示す側面図である。1 is a side view illustrating a configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を示すものであって、電動車の速度制御の構成を示すブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of speed control of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例を示すものであって、上り坂発進時の制御電圧と走行速度との関係を示すタイムチャートである。FIG. 7 is a time chart illustrating an example of the present invention and illustrating a relationship between a control voltage and a traveling speed when starting uphill. 従来例を示すものであって、平坦地発進時の制御電圧と走行速度との関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows a prior art example, and shows the relationship between the control voltage at the time of flat ground start, and traveling speed. 従来例を示すものであって、上り坂発進時の制御電圧と走行速度との関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows a prior art example and shows the relationship between the control voltage at the time of starting uphill, and driving speed.

符号の説明Explanation of symbols

1 前輪
2 後輪
3 補助輪
4 サドル
5 ハンドル
6 ペダル
7 荷台
8 蓄電池
9 インホイール・モータ
10 ペダル回転速度検出器
11 目標走行速度取得手段
12 後輪回転速度検出器
13 検出走行速度取得手段
14 トルク指令信号制御手段
15 加速度取得手段
16 走行負荷取得手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Front wheel 2 Rear wheel 3 Auxiliary wheel 4 Saddle 5 Handle 6 Pedal 7 Loading platform 8 Storage battery 9 In-wheel motor 10 Pedal rotational speed detector 11 Target traveling speed acquisition means 12 Rear wheel rotational speed detector 13 Detected traveling speed acquisition means 14 Torque Command signal control means 15 Acceleration acquisition means 16 Travel load acquisition means

Claims (4)

運転者の操作によって目標となる走行速度(以下「目標走行速度」という)が指示され、トルク指令信号によって出力トルクが制御される電動モータにより駆動される電動車において、
この電動車の走行速度を検出する走行速度検出手段と、
この走行速度検出手段が検出した走行速度(以下「検出走行速度」という)の単位時間当たりの速度変化から加速度を求める加速度取得手段と、
この加速度取得手段が求めた加速度と、電動モータの出力トルクとから電動車の走行負荷を求める走行負荷取得手段と、
この走行負荷取得手段が求めた走行負荷に対応して、目標走行速度と検出走行速度との差をなくす加速度を得るための出力トルクが発生するように、電動モータに入力すべきトルク指令信号を決定するトルク指令信号制御手段とを備えたことを特徴とする電動車。
In an electric vehicle driven by an electric motor in which a target travel speed (hereinafter referred to as “target travel speed”) is instructed by a driver's operation and output torque is controlled by a torque command signal,
Traveling speed detecting means for detecting the traveling speed of the electric vehicle;
An acceleration acquisition means for obtaining acceleration from a speed change per unit time of the traveling speed detected by the traveling speed detecting means (hereinafter referred to as “detected traveling speed”);
Travel load acquisition means for determining the travel load of the electric vehicle from the acceleration obtained by the acceleration acquisition means and the output torque of the electric motor;
A torque command signal to be input to the electric motor is generated so as to generate an output torque for obtaining an acceleration that eliminates the difference between the target travel speed and the detected travel speed in accordance with the travel load obtained by the travel load acquisition means. An electric vehicle comprising torque command signal control means for determining.
前記目標走行速度が、運転者が足でペダルを踏んでペダルを回転させたときのペダル回転速度に応じて指示されるものであることを特徴とする請求項1に記載の電動車。   2. The electric vehicle according to claim 1, wherein the target travel speed is instructed according to a pedal rotation speed when the driver steps on the pedal with his / her foot to rotate the pedal. 3. 前記トルク指令信号が制御電圧であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電動車。   The electric vehicle according to claim 1, wherein the torque command signal is a control voltage. 前記加速度取得手段、前記走行負荷取得手段及び前記トルク指令信号制御手段が、予め作成された表に基づいて、それぞれ加速度、走行負荷及びトルク指令信号を決定するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電動車。   The acceleration acquisition means, the running load acquisition means, and the torque command signal control means determine acceleration, running load, and torque command signal, respectively, based on a table created in advance. The electric vehicle according to any one of claims 1 to 3.
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