JP2024021293A - 模型自動車の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】模型自動車のスリップを容易に低減する。【解決手段】本発明に係る模型自動車の制御装置は、模型自動車の第1の車輪及び第2の車輪の回転数を検出する回転センサと、第1の車輪と第2の車輪との回転数差が所定数以上である場合、回転数差を減らすように模型自動車の駆動源を駆動制御する制御部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、模型自動車の制御装置に係り、特に、模型自動車の車輪がスリップしたときの駆動制御に関する。
車両においては、前後輪の回転数差の関係からスリップを判断し、前後輪の一方のスリップ発生時に、前後輪回転数差が目標前後輪回転数差と一致するように前後輪のトルクスプリットをフィードバック制御するものが提案されている(例えば、下記特許文献1等を参照)。
特開平01-111529号公報
ところで、模型自動車においても、車両と同様に車輪がスリップすることがある。そこで、車輪のスリップを防止するためのトラクションコントロール制御が行われる模型自動車が開発されている。
しかしながら、このような模型自動車では、トラクションコントロール制御を行うための各種設定を操縦者(ユーザ)が行わなければならず、操縦者に煩雑な作業を強いるおそれがある。
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、模型自動車のスリップを容易に低減することを目的とする。
本発明に係る模型自動車の制御装置は、模型自動車の第1の車輪及び第2の車輪の回転数を検出する回転センサと、前記第1の車輪と前記第2の車輪との回転数差が所定数以上である場合、前記回転数差を減らすように前記模型自動車の駆動源を駆動制御する制御部と、を備える。
本発明によれば、模型自動車のスリップを容易に低減することができる。
第1の実施形態としてのラジオコントロールシステム1の構成を説明する図である。 回転センサの構成を説明する図である。 トラクションコントロール制御における信号の流れを説明する図である。 間欠動作を説明する図である。 トラクションコントロール制御の流れを示したフローチャートである。 第2の実施形態としてのラジオコントロールシステム1Aの構成を説明する図である。 トラクションコントロール制御における信号の流れを説明する図である。 トラクションコントロール制御の流れを示したフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を次の順序で説明する。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.変形例>
<4.まとめ>
<1.第1の実施形態>
[1.1.ラジオコントロールシステムの構成]
図1は、第1の実施形態としてのラジオコントロールシステム1の構成を説明する図である。
ラジオコントロールシステム1は、コントローラとして機能する操縦装置2と、操縦装置2によって無線により操縦される被操縦体としての模型自動車3とを備える。
操縦装置2は、制御部11、通信部12、操作部13及び表示部14を備える。制御部11は、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等を備えるマイクロコンピュータである。制御部11のCPUは、ROMに記憶されたプログラムをRAMに展開して実行することで、操縦装置2全体を制御するとともに、模型自動車3の操縦制御を行う。
通信部12は、送信すべき信号(回転数制御信号、操舵制御信号)を所定の通信方式に変調してアンテナ12aから模型自動車3に送信する。また、通信部12は、後述する管理データ信号が模型自動車3から送信されてきた場合にその管理データ信号を受信及び復調して制御部11に出力する。
操作部13は、操縦者の操作を受け付けるスティックやホイール又はボタン等である。操作部13としては、例えば、模型自動車3の加速(アクセル)及び減速(ブレーキ)を指示するための加減速操作子13a、模型自動車3の操舵(ステアリング)を指示するための操舵操作子13b、及び、後述するトラクションコントロール制御のオンオフを切り替えるための切替操作子13cを含んでいる。
操作部13は、加減速操作子13aが操作されると、加減速操作子13aの操作量を示す信号を制御部11に出力する。このとき制御部11は、入力された加減速操作子13aの操作量を示す信号に応じた回転数で走行用モータ26(後輪22)が回転するように回転数制御信号を模型自動車3に送信する。
操作部13は、操舵操作子13bが操作されると、操舵操作子13bの操作量を示す信号を制御部11に出力する。このとき制御部11は、入力された操舵操作子13bの操作量を示す信号に応じた角度で模型自動車3が操舵されるように操舵制御信号を模型自動車3に送信する。
また、操作部13は、切替操作子13cが操作される度に切替信号を制御部11に出力する。制御部11は、切替信号を受信する度に、トラクションコントロール制御のオンオフを切り替える。
表示部14は、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等の所定のディスプレイデバイスからなり、制御部11の表示制御に従って、模型自動車3の操縦に必要な情報を適時に表示する。
模型自動車3は、前輪21、後輪22、ESC(Electric Speed Controller)23、通信部24、バッテリ25、走行用モータ26、操舵用サーボ27、回転センサ28、29を備える。模型自動車3は、2つの前輪21と2つの後輪22とによって走行する4輪自動車である。前輪21及び後輪22は同一径に形成されている。
前輪21には操舵用サーボ27が接続されている。操舵用サーボ27は、操縦装置2から送信される操舵制御信号に従って駆動することで、前輪21を操舵制御信号に応じて転舵させる。これにより、模型自動車3は、進行方向を変更する。従って、前輪21は操舵輪(非駆動輪)として機能する。
後輪22には走行用モータ26が接続されている。模型自動車3は、走行用モータ26によって後輪22が回転されることで走行する。従って、後輪22は駆動輪として機能する。
ESC23は、操縦装置2から送信される回転数制御信号に従い、バッテリ25の電力を用いて走行用モータ26(後輪22)の回転数を制御する。
なお、バッテリ25は、ESC23を介して走行用モータ26を駆動するために用いられるだけでなく、通信部24、操舵用サーボ27及び回転センサ28、29などの模型自動車3内部の各部の電源として使用される。
通信部24は、操縦装置2から送信された信号(回転数制御信号、操舵制御信号)の電波をアンテナ24aで受信して復調する。通信部24は、復調した信号(回転数制御信号、操舵制御信号)をESC23、操舵用サーボ27に出力する。
また、ラジオコントロールシステム1は所謂テレメトリ(遠隔計測)機能を備えており、通信部24は、バッテリ25の温度や電圧、走行用モータ26の電流値等のような模型自動車3の走行に関する管理データを所定の通信方式を変調し、管理データ信号としてアンテナ24aから操縦装置2に送信する。
管理データ信号を受信した操縦装置2では、制御部11の制御に従って、管理データに示されるバッテリ25の温度や電圧、走行用モータ26の電流値等を表示部14に表示する。これにより、操縦者は、操縦装置2の表示部14に表示された管理データを見ながら、これらを参考にして模型自動車3の操縦を行うことができる。
回転センサ28は、前輪21の回転数を所定の測定間隔毎に検出し、検出した回転数を示す前輪回転数信号を通信部24に出力する。
回転センサ29は、後輪22の回転数を所定の測定間隔毎に検出し、検出した回転数を示す後輪回転数信号を通信部24に出力する。
なお、前輪回転数信号及び後輪回転数信号を合わせて説明する場合には車輪回転数信号と表記する。
通信部24は、テレメトリ機能を用いて、回転センサ28、29から入力された車輪回転数信号を管理データ信号の一部として操縦装置2に送信する。これにより、操縦装置2の制御部11は、模型自動車3の前輪21及び後輪22の回転数を常時把握することが可能となる。
図2は、回転センサ28の構成を説明する図である。なお、図2では、説明の便宜上、操舵用サーボ27に接続され前輪21を転舵させるための操舵機構は省略している。
図2に示すように、前輪21は、不図示のシャーシから車体外側に向かって延びるアッパーアーム31及びロアアーム32に上下から挟持されたホイールハブ33に回転自在に接続されている。
回転センサ28は、磁界変化に基づいて回転数を検出する磁気型のセンサである。回転センサ28は、磁界検出部が前輪21側を向くようにホイールハブ33に固定されている。このとき、回転センサ28の磁界検出部は、前輪21の回転軸を中心として径方向に所定距離だけ離して固定されている。
前輪21におけるホイールハブ33側の内周面21aには、マグネット28aが固定されている。マグネット28aは、前輪21の回転軸を中心とした径方向において、回転センサ28の磁界検出部と同じ距離だけ離して固定されている。
従って、回転センサ28の磁界検出部と、マグネット28aとは、前輪21の回転軸を中心として同距離に対向して配置されている。
前輪21が回転すると、その回転に伴ってマグネット28aも回転する。回転センサ28は、マグネット28aによって変化される磁界を磁界検出部で検出することで、前輪21の回転数を検出する。
なお、回転センサ29は、回転センサ28と同様に構成されている。
[1.2.トラクションコントロール制御]
次に、トラクションコントロール制御について説明する。なお、第1の実施形態では、制御部11及び回転センサ28、29がトラクションコントロール制御を行う制御装置として機能する。
模型自動車3においては、例えば摩擦係数が小さい路面(低μ路面)を走行する際に駆動輪である後輪22がスリップ(空転)してしまうことがある。後輪22がスリップすると、走行用モータ26からの駆動力が路面に伝えられずに模型自動車3が安定して走行することができなくなる。
一方で、模型自動車3がコーナーを走行する際に、操縦者が意図的に駆動輪である後輪22をスリップさせて模型自動車3を横滑りさせる所謂ドリフト走行を行わせる場合もある。
そこで、切替操作子13cに対する操作に応じてトラクションコントロール制御がオンされている場合にはラジオコントロールシステム1においてトラクションコントロール制御を実行する。これにより、後輪22のスリップを早期に解消して模型自動車3を安定して走行させる。
また、切替操作子13cに対する操作に応じてトラクションコントロール制御がオフされている場合にはラジオコントロールシステム1においてトラクションコントロール制御を不実行とする。これにより、操縦者が意図的にドリフト走行を行わせることが可能となる。
図3は、トラクションコントロール制御における信号の流れを説明する図である。操縦装置2の制御部11は、模型自動車3の回転センサ28、29から所定の通信間隔ごとに車輪回転数信号を受信している。ここで、通信間隔とは、例えば操縦装置2と模型自動車3とが通信を行う間隔である。
制御部11は、車輪回転数信号を受信すると、前輪21と後輪22との回転数差を算出する。ここでは、制御部11は、回転センサ29からの後輪回転数信号に示される回転数(すなわち後輪22の回転数)から、回転センサ28からの前輪回転数信号に示される回転数(すなわち前輪21の回転数)を減算することで回転数差を算出する。
そして、制御部11は、前輪21と後輪22とに回転数差がある場合にスリップが発生していると判断する。ここで、回転センサ28、29には測定誤差が発生することもある。そのため、制御部11は、前輪21と後輪22との回転数差が所定の閾値以上である場合にスリップが発生したと判断する。
なお、閾値は、回転センサ28、29の測定誤差等を考慮して設定される。
ただし、前輪21及び後輪22のタイヤ径が異なる場合、前輪21及び後輪22のタイヤ径の比を考慮して、一方の車輪(前輪21又は後輪22)の回転数を補正した後に回転数差を算出するようにすればよい。
制御部11は、スリップが発生していると判断した場合、前輪21と後輪22との回転数差を減らすように(一定範囲以下となるように)トラクションコントロール制御を行う。トラクションコントロール制御では、制御部11は、前輪21と後輪22との回転数差が大きいほど、後輪22の回転数を下げるような回転数制御をフィードバック制御によって行う。
例えば、制御部11は、加減速操作子13aの操作量に拘わらず、後輪22の回転数を前輪21の回転数となるような回転数制御信号を模型自動車3(ESC23)に送信する。これにより、ESC23は、後輪22の回転数が前輪21の回転数と一致するように走行用モータ26を駆動させることになるため、スリップを解消することが可能となる。
また、制御部11は、後輪22(走行用モータ26)の回転数が高い状態と低い状態とを交互に切り替える間欠動作を行わせるようにしてもよい。
図4は、間欠動作を説明する図である。図4に示すように、制御部11は、後輪22の回転数が高い状態(高状態)と、後輪22の回転数が低い状態(低状態)とにおけるそれぞれの回転数を決定する。
例えば、制御部11は、高状態の回転数として加減速操作子13aの操作量に応じた回転数に決定する。また、制御部11は、低状態の回転数として、高状態の回転数から戻り量を減算した回転数に決定する。なお、戻り量は、前輪21と後輪22との回転数差が大きいほど大きな値になるように、回転数差に予め関連付けられている。
また、制御部11は、前輪21と後輪22との回転数差が大きいほど小さな値になるようにデューティー比を決定する。
ここで、デューティー比は、高状態である高期間と低状態である低期間との和に対する高期間の割合であり、前輪21と後輪22との回転数差に予め関連付けられている。
そして、制御部11は、加減速操作子13aの操作量に応じた回転数、デューティー比、戻り量に基づいて後輪22の回転数(高状態及び低状態の回転数)を決定し、後輪22が決定した回転数となるような回転数制御信号を模型自動車3に出力する。これにより、ESC23は、後輪22の回転数が減るように走行用モータ26を駆動させることになるため、スリップを解消することが可能となる。
なお、間欠動作における後輪22の回転数の決定方法はこれに限らず、他の方法によって決定するようにしてもよい。
図5は、トラクションコントロール制御の流れを示したフローチャートである。なお、図5に示すトラクションコントロール制御の実行中には、回転センサ28、29から所定の通信間隔で車輪回転数信号を制御部11が受信しているものとする。
図5に示すように、ステップS1で制御部11は、回転センサ28、29から送信された車輪回転数信号に基づいて、前輪21と後輪22との回転数差を算出する。ステップS2で制御部11は、ステップS1で算出した回転数差が所定の閾値以上であるかを判定する。すなわち、制御部11は、前輪21と後輪22との回転数差があるかを判定する。
そして、前輪21と後輪22との回転数差がない場合、すなわち、回転数差が閾値未満である場合(ステップS2でNo)には処理を終了する。一方、前輪21と後輪22との回転数差がある場合、すなわち、回転数差が閾値以上である場合(ステップS2でYes)、ステップS3で制御部11は、加減速操作子13aから操作量を示す信号を取得する。
ステップS4で制御部11は、前輪21と後輪22との回転数差を減らすような後輪22の回転数を算出する。そして、ステップS5で制御部11は、後輪22が算出した回転数となるような回転数制御信号を模型自動車3に送信する。これにより、模型自動車3では、ESC23によって走行用モータ26の回転数、すなわち、後輪22の回転数が下げられ、スリップが抑制される。
その後、ステップS6で制御部11は、回転センサ28、29から送信された車輪回転数信号に基づいて、前輪21と後輪22との回転数差を算出する。ステップS7で制御部11は、ステップS6で算出した回転数差が所定の一定範囲以下であるかを判定する。すなわち、制御部11は、スリップが解消されたかを判定する。
そして、前輪21と後輪22との回転数差が一定範囲以下でない場合、すなわち、スリップが解消されていない場合(ステップS7でNo)にはステップS3に処理を戻す。一方、前輪21と後輪22との回転数差が一定範囲以下である場合、すなわち、スリップが解消された場合(ステップS7でYes)には処理を終了する。
<2.第2の実施形態>
[2.1.ラジコンシステムの構成]
図6は、第2の実施形態としてのラジオコントロールシステム1Aの構成を説明する図である。
第1の実施形態としてのラジオコントロールシステム1では、回転センサ28、29から出力された車輪回転数信号が通信部24、12を介して操縦装置2の制御部11に入力され、制御部11によってトラクションコントロール制御が実行されるようにした。
これに対して、第2の実施形態としてのラジオコントロールシステム1Aでは、回転センサ28、29から出力された車輪回転数信号がESC23に入力され、ESC23によってトラクションコントロール制御が実行される。
なお、ラジオコントロールシステム1Aでは、上記構成のみが第1の実施形態としてのラジオコントロールシステム1と異なり、他の構成は同一である。
[2.2.トラクションコントロール制御]
次に、トラクションコントロール制御について説明する。図7は、トラクションコントロール制御における信号の流れを説明する図である。なお、第2の実施形態では、ESC23及び回転センサ28、29がトラクションコントロール制御を行う制御装置として機能する。
ESC23は、回転センサ28、29から所定の測定間隔毎に車輪回転数信号を受信している。ここで、測定間隔とは、回転センサ28、29によって回転数を検出する間隔であり、操縦装置2と模型自動車3との通信間隔よりも短い間隔である。
ESC23は、車輪回転数信号を受信すると、前輪21と後輪22との回転数差を算出する。そして、ESC23は、前輪21と後輪22とに回転数差がある場合(算出した回転数差が所定の閾値以上である場合)にスリップが発生していると判断する。
ESC23は、スリップが発生していると判断した場合、前輪21と後輪22との回転数差を減らすように(一定範囲以下となるように)トラクションコントロール制御を行う。トラクションコントロール制御では、ESC23は、前輪21と後輪22との回転数差が大きいほど、後輪22の回転数を下げるような回転数制御をフィードバック制御によって行う。
例えば、ESC23は、制御部11から送信される回転数制御信号に拘わらず、後輪22の回転数が前輪21の回転数となるように走行用モータ26を駆動させる。これにより、後輪22の回転数が前輪21の回転数と一致することになるため、スリップを解消することが可能となる。
また、ESC23は、第1の実施形態と同様に、後輪22(走行用モータ26)の回転数が高い状態と低い状態とを交互に切り替える間欠動作を行わせるようにしてもよい。これにより、ESC23は、後輪22の回転数が減るように走行用モータ26を駆動させることになるため、スリップを解消することが可能となる。
図8は、トラクションコントロール制御の流れを示したフローチャートである。なお、図8に示すトラクションコントロール制御の実行中には、回転センサ28、29から所定の測定間隔で車輪回転数信号をESC23が受信しているものとする。
図8に示すように、ステップS11でESC23は、回転センサ28、29から送信された車輪回転数信号に基づいて、前輪21と後輪22との回転数差を算出する。ステップS12でESC23は、ステップS11で算出した回転数差が所定の閾値以上であるかを判定する。すなわち、ESC23は、前輪21と後輪22との回転数差があるかを判定する。
そして、前輪21と後輪22との回転数差がない場合、すなわち、回転数差が閾値未満である場合(ステップS12でNo)には処理を終了する。一方、前輪21と後輪22との回転数差がある場合、すなわち、回転数差が閾値以上である場合(ステップS12でYes)、ステップS13でESC23は、制御部11から送信された回転数制御信号を取得する。
ステップS14でESC23は、前輪21と後輪22との回転数差を減らすような後輪22の回転数を算出する。そして、ステップS15でESC23は、後輪22が算出した回転数となるように走行用モータ26を駆動させる。これにより、模型自動車3では、走行用モータ26の回転数、すなわち、後輪22の回転数が下げられ、スリップが抑制される。
その後、ステップS16でESC23は、回転センサ28、29から送信された車輪回転数信号に基づいて、前輪21と後輪22との回転数差を算出する。ステップS17でESC23は、ステップS16で算出した回転数差が所定の閾値以下であるかを判定する。すなわち、ESC23は、スリップが解消したかを判定する。
そして、前輪21と後輪22との回転数差が一定範囲以下でない場合、すなわち、スリップが解消していない場合(ステップS17でNo)にはステップS13に処理を戻す。一方、前輪21と後輪22との回転数差が一定範囲以下である場合、すなわち、スリップが解消した場合(ステップS17でYes)には処理を終了する。
<3.変形例>
本発明は上記した具体例に限定されるものではなく、多様な変形例としての構成を採り得るものである。
例えば上記の実施形態では、第1の車輪(駆動輪)として後輪22が設けられ、第2の車輪(非駆動輪)として前輪21が設けられるようにした。そして、前輪21と後輪22との回転数差に基づいてトラクションコントロール制御を行うようにした。
しかしながら、第1の車輪及び第2の車輪はこれに限らない。例えば、第1の車輪が前輪21であり第2の車輪が後輪22であってもよい。また、例えば4輪駆動の模型自動車である場合には、第1の車輪及び第2の車輪がいずれかの車輪であればよい。
また、上記の実施形態では、模型自動車3が4輪自動車である場合について説明したが、2輪以上の車輪を有する模型自動車であればよい。
また、上記の実施形態では、駆動源として走行用モータ26を備えるようにしたが、駆動源としてエンジンを備えるようにしてもよい。
<4.実施形態のまとめ>
上記のように実施形態としての模型自動車3の制御装置は、模型自動車3の第1の車輪(後輪22)及び第2の車輪(前輪21)の回転数を検出する回転センサ28、29と、第1の車輪と第2の車輪との回転数差が閾値以上である場合、回転数差を減らすように模型自動車3の駆動源(走行用モータ26)を駆動制御する制御部(制御部11、ESC23)と、を備える。
これにより、制御装置は、模型自動車3の車輪(後輪22)がスリップしたときに、駆動源(走行用モータ26)を駆動制御して前輪21と後輪22との回転数差を減らすことができる。
従って、操縦者にトラクションコントロール制御に関する各種設定を行わせることなく、模型自動車3のスリップを容易に低減することができる。
また、第1の車輪(後輪22)は、駆動源(走行用モータ26)によって回転される駆動輪であり、第2の車輪(前輪21)は、駆動源によって回転されない非駆動輪であり、制御部(制御部11、ESC23)は、第1の車輪の回転数を減らすように駆動源を駆動制御する。
これにより、スリップを起こす可能性のある駆動輪である後輪22の回転数を減らして、早期にスリップを解消することができる。
回転センサ28、29は、模型自動車3に設けられ、制御部11は、模型自動車3を無線により動作制御する操縦装置2に設けられる。
これにより、操縦装置2内で後輪22の回転数を制御するための演算等を行うことができるため、模型自動車3での演算量を減らすことができる。すなわち、模型自動車3での消費電力及び処理負荷を抑えることができ、模型自動車3の走行距離を延ばすことができる。
回転センサ28、29及び制御部(ESC23)は、模型自動車3に設けられる。
これにより、操縦装置2と無線通信を行わなくても、回転センサ28、29から車輪回転信号を受信することで後輪22の回転数を減らすことができる。そして、ESC23は、回転センサ28、29から通信間隔よりも短い測定間隔で車輪回転信号を受信することができる。
従って、トラクションコントロール制御の応答性を早めることができる。
制御部(制御部11、ESC23)は、駆動源(走行用モータ26)を間欠動作させる。
これにより、スリップを早期に解消させることができる。
制御部(制御部11、ESC23)は、操縦者による操作子(切替操作子13c)の操作に応じて、駆動制御の実行及び不実行を切替可能である。
これにより、操縦者が意図的に模型自動車3を横滑りさせたいときにはトラクションコントロール制御をオフ状態にし、スリップを起こさせたくないときにはトラクションコントロール制御をオン状態にするなど、操縦者の意図したタイミングでオンオフを切り替えることができる。
1 模型自動車
2 操縦装置
3 模型自動車
11 制御部
21 前輪
22 後輪
23 ESC
26 走行用モータ
28 回転センサ
29 回転センサ

Claims (6)

  1. 模型自動車の第1の車輪及び第2の車輪の回転数を検出する回転センサと、
    前記第1の車輪と前記第2の車輪との回転数差が閾値以上である場合、前記回転数差を減らすように前記模型自動車の駆動源を駆動制御する制御部と、
    を備える模型自動車の制御装置。
  2. 前記第1の車輪は、前記駆動源によって回転される駆動輪であり、
    前記第2の車輪は、前記駆動源によって回転されない非駆動輪であり、
    前記制御部は、前記第1の車輪の回転数を減らすように前記駆動源を前記駆動制御する
    請求項1に記載の模型自動車の制御装置。
  3. 前記回転センサは、前記模型自動車に設けられ、
    前記制御部は、前記模型自動車を無線により操作する操縦装置に設けられる
    請求項1又は請求項2に記載の模型自動車の制御装置。
  4. 前記回転センサ及び前記制御部は、前記模型自動車に設けられる
    請求項1又は請求項2に記載の模型自動車の制御装置。
  5. 前記制御部は、前記駆動源を間欠動作させる
    請求項1又は請求項2に記載の模型自動車の制御装置。
  6. 前記制御部は、操縦者による操作子の操作に応じて前記駆動制御の実行及び不実行を切替可能である
    請求項1又は請求項2に記載の模型自動車の制御装置。
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