JP2742718B2 - 電動車の故障診断方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車輪駆動用モーターを正逆方向へ回転させ
ることで駆動走行するようにした電動車の駆動制御回路
において、電子部品の損壊事故を走行中に検知すること
で暴走事故を回避するようにした電動車の故障診断方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

この種電動車としては、身体障害者用の車椅子タイプ
のものと、三輪車タイプのものと、フォークリフト等の
作業車タイプのもの等がある。いずれのものも基本的に
は車輪駆動用モーターを、正逆方向へそれぞれ断続的に
回転制御し、走行状態をコントロールするようにしてい
る。

第４図に示す三輪車タイプの電動車１は、本出願人の
一人が開発し、既に市販済みのものである。この電動車
１は、座席２の下方空間内へ設置したバッテリーで車輪
駆動用モーターを正逆方向へ回転制御し、後部の車輪３
を駆動させて前進及び後進するようにしている。

而して、その駆動制御回路は、第５図の電気回路図に
示す通りである。即ち、中央の演算装置（CPU）４は、
予め設定された条件に基づいて車輪駆動用モーター５を
コントロールする電界効果型の駆動用トランジスタ６及
び制動用トランジスタ７をON,OFF制御するようになって
いる。これらのトランジスタ６及び７は、直列に接続さ
れており、その内部に逆バイアス時に動作するダイオー
ド6a及び7aが組み込まれている。そして、トランジスタ
６のドレイン側は＋24Vの電源（バッテリーの＋側端
子）側へ接続されており、トランジスタ７のソース側は
アース側へ接続されている。またトランジスタ６は、そ
のゲート側が電界効果型のトランジスタ８のドレイン側
へ接続されている。９及び10は、トランジスタ８及び７
のゲート側のバイアスをコントロールするインバーター
である。

車輪駆動用のモーター５は、トランジスタ６及び７の
中間接続点とアース側との間に、前後進切換用リレー11
及び12の接点13及び14と電流検出器15とを介して接続さ
れている。前記リレー接点13及び14は、それぞれ二つの
端子a,bと端子c,dとを有している。なお、第５図におい
て、16は車輪駆動用モーター５の回転軸を緊締し、減速
並びに停止させる電磁ブレーキである。この電磁ブレー
キ16は、励磁状態では前記モーター５の回転軸を解放
し、非励磁状態でバネ力によりモーター５の回転軸を緊
締するようになっている。また同図において、17及び18
は、電磁ブレーキ16の二段増幅用トランジスタである。
更に、19及び20は、リレー11及び12をON,OFF制御するイ
ンバーター、21はモーター５の回転数を検出する検出器
である。該回転数検出器21は、車輪駆動用モーター５が
逆起電力を発生した場合に、これを検出することでモー
ター５の回転数（電動車１の走行速度）を演算するため
のものである。22はメインリレー、23はその接点であ
る。

このような電動車１の駆動制御回路にあって、駆動状
態の制御は、CPU4の端子PC1及びPC2の出力と、PC6及びP
C7の出力とを“L"レベル又は“H"レベルに切り換えるこ
とで行っている。PC1及びPC2は、リレー接点13及び14の
接点a,b及びc,dを切り換えて車輪駆動用モーター５を正
転又は逆転させるか、あるいは中立位置へ保持するため
のものである。これは電動車１の前後進切換スイッチを
操作することにより行われる。端子ａと端子ｃとへ切り
換えて正転させた場合は前進し、端子ｂと端子ｄとへ切
り換えて逆転させた場合は後進する。またPC6及びPC7
は、車輪駆動用モーター５への通電時間をコントロール
することにより、電動車１の走行速度を決定するための
ものである。通電時間のコントロールは、スロットルレ
バーの開度及び速度切換スイッチの状態（高速，中速，
低速）に応じて決定されるものである。

具体的な通電時間のコントロールは、次のようにして
行っている。すなわち、例えば第６図に示すように、25
msの１サイクルの時間を更に50区分し、その間にアクセ
ル信号Ａとブレーキ信号Ｂとニュートラル信号Ｎとを各
走行条件に応じた所定の割合で出力するようにしてい
る。アクセル信号Ａが出力されている状態では、車輪駆
動用モーター５へ＋24Vの電源が供給され、電動三輪車
１は電源の供給時間に対応して回転数が増加する。また
ブレーキ信号Ｂが出力されている状態では、車輪駆動用
モーター５は発電機として機能し、発生した電気はトラ
ンジスタ７を通じてモーター５へ戻され、発電制動が行
われるようになっている。なお、ニュートラル信号Ｎ
は、１サイクルにおいて、最後に２〜３パルス程度配置
し、その時のモーター５の逆起電力を検知して、電動車
１の走行速度を検知するためのものである。またこのニ
ュートラル信号Ｎの出力されている状態では、モーター
５で発生した電気はバッテリー側へ戻され、所謂回生制
動が行われるようになっいる。

アクセル信号Ａの状態にする場合は、CPU4の端子PC6
及びPC7の双方を、“H"レベル出力させる。PC6が“H"レ
ベルであると、インバーター９によりトランジスタ８の
ゲート電圧が低下し、トランジスタ８がOFFとなる。そ
のため、トランジスタ６のゲート側電圧が高くなり、駆
動用トランジスタ６がON動作する。またPC7が“H"レベ
ルであると、インバーター10によりトランジスタ７のゲ
ート電圧が低下し、トランジスタ７はOFFとなる。この
状態がアクセル信号Ａの場合であり、バッテリーから供
給される＋24Vの電力は、リレー接点13又は14を介して
車輪駆動用モーター５へ供給される。そして、電流検出
器15を経てアース側へ流れる。そのため、車輪駆動用モ
ーター５が回転駆動する。

ブレーキ信号Ｂにする場合は、CPU4のPC6及びPC7の出
力を共に“L"レベルにしている。PC6が“L"レベルであ
ると、今度はトランジスタ８がONで、駆動用トランジス
タ６がOFFとなる。またPC7が“L"レベルであると、制動
用トランジスタ８がONとなる。従って、駆動用トランジ
スタ６を通じて、バッテリーからの電力が車輪駆動用モ
ーター５へ供給されなくなり、該モーター５は惰性によ
る回転により発電機として機能する。発生した電気は、
リレー接点13又は14と、制動用トランジスタ７を通じて
モーター５側へ戻され、モーター５に負荷を与えて発電
制動を行うようにしている。

ニュートラル信号Ｎにする場合は、CPU4の端子PC6を
“L"レベルにし、端子PC7を“H"レベルにする。つま
り、駆動用及び制動用の両トランジスタ６及び７を共に
OFFにする。これにより、車輪駆動用モーター５は負荷
がかからない状態となり、惰性回転により発生した電圧
を回転数検出器21で検知することにより、モーター５の
回転数を検知し、電動車１の走行速度を求めるようにし
ている。そして、発生した電気は、逆バイアス用のトラ
ンジスタ6a及び7aを通じてバッテリー側へ蓄積され、所
謂回生制動が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

而して、このような電動車１は、老人や身体障害者等
が利用することが多く、暴走状態となる異常時にはこれ
を検知して非常停止させることが必要である。このよう
な異常状態は、駆動用トランジスタ６の短絡及び制動用
トランジスタ７のオープン破壊等により発生する。

駆動用トランジスタ６が短絡すると、走行中にあって
は、メインリレー22の接点23を解放するか又はリレー13
及び14を中立位置へ切り換えるかのいずれかの操作を行
わない限りは、モーター制御信号A,Nのいずれの状態に
おいても、駆動用モーター５へ電流が流れたままとな
り、暴走状態になるという欠点があった。また駆動用ト
ランジスタ６が短絡し、且つ制動用トランジスタ７がオ
ープン破壊した状態でブレーキ信号Ｂが出力されている
場合も、やはり駆動用モーター５へ電流が流れたままと
なり、暴走状態となる欠点があった。

更に制動用トランジスタ７がオープン破壊した場合
は、スロットル開度や速度切換スイッチの位置等の運転
条件に基づいてCPU4で決定されたモーター制御信号A,B,
Nの割合が実質的に変更されることになる。すなわち、
モーター制御信号A,B,Nのうち、ブレーキ信号Ｂの出力
時には、通常は駆動用モーター５及び電流検出器15と、
制動用トランジスタ７との閉回路が形成され、発電制動
が行われている。ところが、制動用トランジスタ７がオ
ープン破壊されると、このブレーキ信号Ｂの出力時もニ
ュートラル信号Ｎが出力されている場合と同一の回路が
形成され、前述した発電制動が全く行われなくなり、そ
の分だけモーター５の回転数がCPU4の指示よりも異常に
高くなり、やはり暴走状態になるという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去し
たものであって、モーター駆動制御回路の電子部品の損
壊事故を、モーター制御信号の出力中に診断する方法を
提供せんとするものである。

而して、前記課題を解決するために本発明が採用した
手段は、駆動用トランジスタと制動用トランジスタとを
直列接続し、駆動用モーターとモーター電流検出器とを
直列接続した回路を前記制動用トランジスタに対して並
列接続すると共に、前記モーターの回転数検出器を前記
制動用トランジスタに対して並列接続して成るモーター
駆動制御回路と、該回路をコントロールするCPUとを備
えた電動車において、前記CPUは、駆動用トランジスタ
をON動作させて駆動用モーターを駆動させるアクセル信
号Ａと、制動用トランジスタをON動作させて発電制動を
行うブレーキ信号Ｂと、駆動用及び制動用の両トランジ
スタをOFF動作させるニュートラル信号Ｎとを出力する
ものであり、ブレーキ信号Ｂの出力時に前記モーターの
回転数検出器の電圧値を測定し、その値が設定値以上で
ある場合は制動用トランジスタがオープン破壊している
ものと判断して非常停止制御を行い、またニュートラル
信号Ｎの出力時に前記モーター電流検出器の電流値を測
定し、その値が設定値以上である場合は駆動用トランジ
スタが短絡しているものと判断して非常停止制御を行う
ようにしている。

〔作 用〕

本発明にあっては、ブレーキ信号Ｂの出力中は、駆動
用モーター及び電流検出器と制動用トランジスタとが閉
回路を形成し、発電制動が行われているのでモーターの
回転数検出器には殆ど電圧が発生しないことに着目し、
制動用トランジスタの故障診断を行っている。ブレーキ
信号Ｂの出力中の回転数検出器で測定される電圧が設定
値以上である場合は、駆動用モーター及び電流検出器と
回転数検出器との閉回路が形成されていることになり、
制動用トランジスタがオープン破壊していると判断す
る。

またニュートラル信号Ｎの出力中は、駆動用及び制動
用のトランジスタの双方がOFF動作をしており、モータ
ーの電流検出器には殆ど電流が流れないことに着目し、
駆動用トランジスタの故障診断を行っている。このニュ
ートラル信号Ｎの出力中に、電流検出器に設定値以上の
電流が流れた場合は、駆動トランジスタが短絡等により
実質的にON動作していることを意味しており、駆動用ト
ランジスタの故障と判断する。

本発明にあっては、このような駆動用及び制動用のト
ランジスタの故障が発生した場４合は、所定の非常停止
制御を行うようにしている。

〔実施例〕

以下に、本発明の故障診断方法を図面に示す実施例に
基づいて説明すると次の通りである。尚、電動車の駆動
制御回路については、本出願人が先に開発した第５図の
ものと同じである。

本実施例では、第１図に示すように、通常の走行運転
中に、CPU4から出力される駆動用モーター５を制御する
信号がアクセル信号Ａであるか、ブレーキ信号Ｂである
か又はニュートラル信号Ｎであるかをチエックしてい
る。そして、ブレーキ信号Ｂが出力されている場合に、
制動用トランジスタ７のオープン破壊事故をチエックす
るようにし、またニュートラル信号Ｎが出力されている
場合に、駆動用トランジスタ６の短絡事故をチエックす
るようにしている。

アクセル信号Ａが出力されている場合には、故障診断
は行わない。その理由は、アクセル信号Ａが出力されて
いる場合は、第２図の図（ａ）に示す等価回路の如く、
駆動用トランジスタ６と駆動用モーター５及び電流検出
器15とが直列接続された回路が形成され、バッテリ電源
から駆動用モーター５へ電源が供給されて、走行状態と
なっているからである。従って、アクセル信号Ａが出力
されている場合は、故障診断プロセスの最初の位置へリ
ターンし、次回の診断を待つようになる。

アクセル信号Ａが出力されていない場合は、ブレーキ
信号Ｂが出力されているかどうかを判断する。ブレーキ
信号Ｂが出力されている場合の等価回路は、第２図の図
（ｂ）に示す通りである。このブレーキ信号Ｂの出力中
は、駆動用モーター５及び電流検出器15と、制動用トラ
ンジスタ７とが閉回路を形成している。そして、駆動用
モーター５の惰性回転により発生した電気は、制動用ト
ランジスタ７を通じて駆動用モーター５に戻され、所謂
発電制動が行われている。この状態では、モーター５の
回転数を検出する検出器21には殆ど電圧が発生すること
はない。本発明では、このことに着目し、制動用トラン
ジスタの故障診断を行うようにしている。

すなわち、第３図の図（ａ）に示すように、ブレーキ
信号Ｂの出力中にあって、ブレーキ信号Ｂの立上りから
電圧が安定するまでの時間t₁が経過した後、回転数検出
器21で測定される電圧を設定値と比較している。而し
て、前記測定電圧値が設定値以上である場合は、制動用
トランジスタ７がオープン破壊しているものと判断す
る。これは、このように測定電圧値が設定値以上である
場合は、駆動用モーター５及び電流検出器15と、回転数
検出器21との閉回路が形成されていることになり、制動
用トランジスタ７がON動作の指令中であるにもかかわら
ず、OFF動作しているからである。

ところで、第１図に示すモーター制御信号の出力中に
あって、アクセル信号Ａが出力されておらず、またブレ
ーキ信号Ｂも出力されていない場合は、ニュートラル信
号Ｎが出力されていることになる。このニュートラル信
号Ｎの出力中の等価回路は、第２図の図（ｃ）に示す通
りである。すなわち、駆動用及び制動用のトランジスタ
６及び７の双方がOFF動作をしている。そのため、モー
ター５の惰性回転により発生した電気は、第５図に示す
駆動用及び制動用トランジスタ６及び７の内部に組み込
まれたダイオード6a及び7aを通じてバッテリー側へ蓄積
されるようになっている。いわゆる回生制動が行われて
いる。従って、この状態では第３図の図（ａ）及び図
（ｂ）に示す如く、モーター５の電流検出器15には殆ど
電流が流れない。本発明では、このことに着目し、駆動
用トランジスタ６の故障診断を行っている。このニュー
トラル信号Ｎの立上りから電圧が安定するまでの時間t₂
経過後に、電流検出器15でモーター電流を測定する。そ
して、該測定値が設定値以上である場合は、駆動用トラ
ンジスタ６が短絡等により実質的にON動作していること
に他ならず、駆動用トランジスタ６の故障と判断する。

本発明にあっては、このような駆動用及び制動用のト
ランジスタ６及び７の故障が発生した場合は、所定の非
常停止制御を行うようにしている。非常停止制御は、例
えば第５図に示すメインリレー22をOFF動作させてその
接点23を解放するか、又は正逆切換リレー11,12を動作
させてその接点13,14を中立位置に切り換える等の操作
を行い、駆動用モーター５への電源の供給を遮断すれば
よい。そして、同時にトランジスタ17,18をOFF動作さ
せ、電磁ブレーキ16を非励磁状態にしてバネ力によりモ
ーター５の回転軸を緊締し、ブレーキ制動を行うように
すればよい。

なお、非常停止制御はその他の方法等であってもよ
い。また本発明の第１図に示す故障診断のプロセスは、
制御信号出力中に行うものであり、第６図に示す25msの
１サイクルにおいて、１回の割合で行うことが可能であ
る。それ故、極めて緻密な自己診断の方法が得られ、故
障を瞬時に検知することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にあっては、駆動用モータ
ーの制御信号出力中に、電子部品の自己診断を行い、短
絡事故やオープン破壊等を検知した場合には、非常停止
制御を行い、暴走状態となることを回避するようにして
いる。すなわち、走行中に自己診断を行うことができ、
極めて安全な電動車の提供が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例に係るものであ
り、第１図は故障診断方法のプロセスを示すフローチャ
ート図、第２図の図（ａ）乃至図（ｃ）は各制御信号出
力時の駆動制御回路の等価回路図、第３図の図（ａ）及
び図（ｂ）はブレーキ信号出力時とニュートラル信号出
力時とにおける測定電流値及び測定電圧値を示す図面、
第４図乃至第６図は本出願人が先に開発した電動車に係
るものであり、第４図は電動車の全体を示す斜視図、第
５図は駆動制御回路を示す電気回路図、第６図は車輪駆
動用モーターの制御パターンを示すタイムチャート図で
ある。 １……電動車、４……CPU ５……車輪駆動用モーター ６……駆動用トランジスタ ７……制動用トランジスタ 15……電流検出器、21……回転数検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 幸広 愛媛県松山市衣山１丁目２番５号 株式 会社四国製作所内 (72)発明者 谷奥 春雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 原田 真悟 大阪府大阪市淀川区西中島４丁目２番26 号 テコールシステム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−69316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−131001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−139102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−34701（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−91803（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動用トランジスタと制動用トランジスタ
   とを直列接続し、駆動用モーターとモーター電流検出器
   とを直列接続した回路を前記制動用トランジスタに対し
   て並列接続すると共に、前記モーターの回転数検出器を
   前記制動用トランジスタに対して並列接続して成るモー
   ター駆動制御回路と、該回路をコントロールするCPUと
   を備えた電動車において、前記CPUは、駆動用トランジ
   スタをON動作させて駆動用モーターを駆動させるアクセ
   ル信号Ａと、制動用トランジスタをON動作させて発電制
   動を行うブレーキ信号Ｂと、駆動用及び制動用の両トラ
   ンジスタをOFF動作させるニュートラル信号Ｎとを出力
   するものであり、ブレーキ信号Ｂの出力時に前記モータ
   ーの回転数検出器の電圧値を測定し、その値が設定値以
   上である場合は制動用トランジスタがオープン破壊して
   いるものと判断して非常停止制御を行い、またニュート
   ラル信号Ｎの出力時に前記モーター電流検出器の電流値
   を測定し、その値が設定値以上である場合は駆動用トラ
   ンジスタが短絡しているものと判断して非常停止制御を
   行うようにしたことを特徴とする電動車の故障診断方
   法。