JP3653214B2 - 小型電動車の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動車椅子あるいはゴルフカートなどとして使用される小型電動車の制御装置に関し、より詳しくは、小型電動車の加減速を可変として運転フィーリングを向上させた制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
上記した小型電動車としては、米国特許公報第４，７２９，４４７号公報あるいは特開平１０−１６５４５４号公報記載の技術が知られている。さらに、特開平５−３０６１２号公報記載の技術は、加速と減速を交互に行うときでも滑らかな走行が得られるように、例えば、減速時には電動モータを回生ブレーキとして使用するなどの制御を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の車両は、例えば、最高速度を入力する最高速度スイッチと発進および停止指示を入力するアクセルレバーを備え、それらの入力に応じて算出される設定速度となるように走行速度を加減速する指令速度を算出しているが、加減速の度合い（加速度あるいは減速度）が一定であるため、乗員がアクセルレバーを微小量操作したとき、それに応じて車速が急変して乗員が違和感を受けることがあった。
【０００４】
即ち、従来技術にあっては走行フィーリングの点で満足し難い場合があったが、その点について、上記した先行技術は、何等対策するものではなかった。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、乗員がアクセルレバーを微小量操作しても走行速度（車速）が急変することがないようにし、よって走行フィーリングを向上させるようにした小型電動車の制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は請求項１項において、電動モータで車輪を駆動する小型電動車の制御装置であって、少なくとも、最高速度を入力する最高速度スイッチ、発進および停止指示を入力するアクセルレバー、少なくとも前記最高速度スイッチおよびアクセルレバーの出力を入力し、入力に応じて設定速度を算出する設定速度算出手段、前記算出された設定速度となるように走行速度を加減速する指令速度を算出する指令速度算出手段、および前記算出された指令速度と検出される走行速度との偏差が減少するように前記電動モータの印加電圧をフィードバック制御する電動モータ制御手段を備えるものにおいて、前記指令速度算出手段は、前記算出された設定速度と算出した指令速度の差に応じて前記走行速度の加減速の度合いを変化させる如く構成した。
【０００７】
算出された設定速度と算出した指令速度の差に応じて走行速度の加減速の度合いを変化させる如く構成したので、乗員がアクセルレバーを微小量操作しても走行速度（車速）が急変することがないように加減速の度合い、即ち、加速度および減速度を決定することが可能となり、よって走行フィーリングを向上させることができる。
【０００８】
請求項２項にあっては、前記指令速度算出手段は、前記算出された設定速度と算出した指令速度の差が大きいほど前記走行速度の加減速の度合いを大きくする如く構成した。
【０００９】
算出された設定速度と算出した指令速度の差が大きいほど走行速度の加減速の度合いを大きくする如く構成したので、換言すれば、乗員がアクセルレバーを微小量操作するときは差が小さくなって、加減速の度合い、即ち、加速度および減速度が減少し、よって走行フィーリングを効果的に向上させることができる。
【００１０】
請求項３項にあっては、前記指令速度算出手段は、発進時および停止時、より具体的には発進および停止指示時の少なくともいずれかの前記走行速度の加減速の度合いを、走行時のそれに比して大きくする如く構成した。
【００１１】
発進時および停止時の少なくともいずれかの、より具体的には両者の走行速度の加減速の度合いを、走行時のそれに比して大きくする如く構成したので、走行フィーリングを向上させることができる一方、発進時の加速感を損なうことがないと共に、停止時も必要な制動距離を確保することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係る小型電動車の制御装置を説明する。
【００１３】
図１はその小型電動車の制御装置、より具体的にはその制御装置を収納する小型電動車の平面図、図２はその縮小側面図、図３はその正面図、および図４はその背面図である。
【００１４】
以下説明すると、この発明に係る制御装置が搭載される小型電動車１０は、メインフレーム１２を備えた、スクータ状の外観を呈する。メインフレーム１２の前端にはハンドルパイプ１４が取り付けられ、ハンドルパイプ１４の上方にはステアリングホイール１６が取り付けられる。
【００１５】
ハンドルパイプ１４はその他端で、ギヤ機構１８を介して２個の前輪２２，２２に連結され、ステアリングホイール１６の回転に応じた方向および角度に前輪２２を操舵する。
【００１６】
メインフレーム１２には後端側でポスト２４が立設され、その上方には乗員が着座するためのシート２６が取り付けられる。尚、図３および図４でシートの図示を省略した。
【００１７】
シート２６の下部には（発電）電動モータ２８が収容される。電動モータ２８の出力は、電磁ブレーキ３０および減速ギヤ３２を介してアクセル３４に伝達され、その両端に取り付けられた２個の後輪３６，３６を駆動する。
【００１８】
電動モータ２８は、前輪側のハンドルパイプ１４付近に収容された２個のバッテリ（車載電源）３８，３８（それぞれ容量１２Ｖ）に接続され、バッテリ電圧を供給されて回転する。このように、小型電動車１０は４輪車として構成され、前輪の間にバッテリを配置して安定性を向上させる構成とした。尚、符号４０は、メインヒューズボックスを示す。
【００１９】
さらに、図３に示す如く、車両前面にはヘッドライト４４が設けられると共に、その両側面には方向指示用のウィンカライト４６，４６が設けられる。また、図４に示す如く、車両後部には２個のリフレクタ４８，４８が配置される。
【００２０】
電動モータ２８は、それに隣接して後輪側のシート２６の下部の空間に配置されたコントロールユニット（電子制御ユニット。電動モータ制御手段）５０によって制御される（符号５０はより詳しくはコントロールユニットを収容するボックスを示すが、図示の便宜上、コントロールユニットを符号５０で示す）。コントロールユニット５０はマイクロコンピュータを備える。
【００２１】
図５はコントロールユニット５０の詳細を示す回路図である。図５では省略するが、コントロールユニット５０は、図６に示すような、モータ駆動回路５４を備える。モータ駆動回路５４は、４個のＦＥＴ（スイッチング素子）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなるブリッジ回路を備える。
【００２２】
図６において、対向する２個のＦＥＴ素子Ａ，Ｄがオンされて矢印（実線）で示す如くソース電流が流されると、電動モータ２８は矢印（実線）で示す方向に正転して小型電動車１０を前進方向に走行させる。
【００２３】
他方、対向する２個のＦＥＴ素子Ｂ，Ｃがオンされて矢印（破線）で示す如くソース電流が流されると、電動モータ２８は矢印（破線）で示す方向に逆転して小型電動車１０を後進方向に走行させる。さらに、並列に配置される２個のＦＥＴ素子Ｃ，Ｄがオンされると、コイル短絡状態となる。
【００２４】
尚、所定の運転状態においては電動モータ２８は発電機として作用し、バッテリ３８を充電する。また、バッテリ３８はチャージャ５６を介して外部のＤＣ電源から充電することができる。
【００２５】
ステアリングホイール１６の付近にはメインコントロールパネル５８が配置される。図７はメインコントロールパネル５８の拡大上面図であり、図８はパネル部分の表示を示す説明図である（図５では「ＰＡＮＥＬ」と示す）。尚、図７でステアリングホイール１６の図示は省略した。
【００２６】
図示の如く、メインコントロールパネル５８の下部には回転式のキースイッチ６２が設けられる。キースイッチ６２は、電動モータ２８をバッテリ３８に接続するモータ駆動回路５４に設けられる。
【００２７】
キースイッチ６２は、乗員によって図８に示す「停止」位置に廻されるとき、バッテリ３８と電動モータ２８の接続を遮断すると共に、「運転」位置に廻されるとき、バッテリ３８を電動モータ２８に接続する。
【００２８】
キースイッチ６２の図７および図８で右上方には、乗員が「前」（前進走行）あるいは「後」（後進走行）を選択するための前後進セレクトスイッチ６４が設けられる。
【００２９】
キースイッチ６２の上方にはスピードボリューム（最高速度スイッチ）６６が設けられる。スピードボリューム６６は、乗員によって数字２から６の間に廻される位置に応じて電圧Ｖｓｖを出力する。即ち、図９に示す如く、０Ｖ付近から８Ｖ付近の値を出力し、それに応じて乗員が意図する最高速度が０ｋｍ／ｈ相当から６．５ｋｍ／ｈ相当に設定される。
【００３０】
さらに、図７に示す如く、メインコントロールパネル５８の右端にはアクセルボリューム（アクセルレバー）６８が配置される。アクセルボリューム６８はその自由端が図７で紙面の上下方向に移動自在に構成され、乗員により紙面の下方向に移動されて発進あるいは停止指示が入力される。
【００３１】
コントロールユニット５０は、スピードボリューム６６およびアクセルボリューム６８の出力を入力し、スピードボリューム６６で設定された最高速度とアクセルボリューム６８の操作量に応じて設定速度を設定し、その設定速度となるように走行速度を加減速する指令速度を算出する。次いで、前記算出された指令速度に応じて前記電動モータの印加電圧を制御する。かかる走行制御（加減速制御）については後述する。
【００３２】
尚、電動モータ２８の出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図５に「ＥＮＣＯＤＥＲ」と示す。走行開始判定手段あるいは回転方向検出手段）７２が配置され、モータ回転速度を通じて車両走行速度に比例する信号を出力する。
【００３３】
ロータリエンコーダ７２は、出力軸に固定された２４組の磁極を備えたマグネットリンクと、その付近に配置された２個のホールＩＣ（共に図示せず）からなり、電動モータ２８の回転方向に応じて異なる位相でパルス列を出力する。
【００３４】
ロータリエンコーダ７２の出力はコントロールユニット５０に入力され、コントロールユニット５０はその出力から走行速度を検出する。
【００３５】
次いで、この小型電動車１０の制御装置の動作を説明する。
【００３６】
図１０は、その動作を示すフロー・チャートであり、図示のプログラムは、所定時間毎に実行される。
【００３７】
以下説明すると、先ずＳ１０において設定速度を算出する。
【００３８】
図１１はその算出処理を示す説明グラフであり、図示の如く、スピードボリューム（最高速度スイッチ）６６の位置に応じて複数種の特性（図示例では３種のみ示す）が、アクセルボリューム（アクセルレバー）６８の操作量に対して予め設定され、マップ化されている。
【００３９】
従って、Ｓ１０の処理において乗員によって選択された最高速度を設定するスピードボリューム位置に対応する特性を、検出したアクセルボリューム操作量から検索して設定速度を算出する。
【００４０】
図１０フロー・チャートにあっては次いでＳ１２に進み、算出した設定速度と指令速度を比較する。
【００４１】
指令速度は前記した如く、算出された設定速度となるように、小型電動車１０の走行速度（車速）を加減速する値であり、具体的には２ｍｓｅｃごとに増加減少する速度（加減速度）である。
【００４２】
指令速度は、具体的には、以下のように算出される。
指令速度＝指令速度（初期値零）＋加速度
即ち、発進時（停止状態からの）には指令速度は零に設定される。加速度は、指令速度と設定速度の差に応じて可変に算出される。尚、ここで、加速度は減速度も含む意味で使用する。
【００４３】
算出された指令速度に対しては、図１２に示すようなフィードバック制御が行われ、算出された指令速度と検出された走行速度の偏差が減少するように、電動モータ２８の印加電圧がフィードバック制御される。
【００４４】
従って、フィードバック制御の定常偏差を無視すると、走行中にあっては、指令速度は設定速度と等しくなり、設定速度は検出速度とほぼ等しくなる。
【００４５】
図１０の説明に戻ると、Ｓ１２で設定速度が指令速度より大きいと判断されるときは加速が必要と判定してＳ１４に進み、停止状態からの発進か否か判断する。Ｓ１４で否定されるときは走行中と判断してＳ１６に進み、走行時の特性に従って加速度を求め、前記した式に基づいて指令速度を算出する。
【００４６】
図１３の実線は、その走行時の特性を示す説明グラフである。図示の如く、加速度は、指令速度と設定速度の差に応じて加速度Ａ：１２８２ｒｐｍ／ｓｅｃから加速度Ｅ：３６６ｒｐｍ／ｓｅｃの５種に区分される。例えば、差がａであるときは、加速度Ｂが選択されて前回値に加算される。
【００４７】
このように、加速度（加減速の度合い）は、設定速度と指令速度の差に応じて変化させられると共に、設定速度と指令速度の差が大きいほど大きくなるように設定される。
【００４８】
このとき、乗員がアクセルレバーを微小量操作したとすると、それに応じて変化する設定速度の増加量も僅少なことから、指令速度との差も僅少となって最小の加速度Ｅが選択されることとなる。従って、車速が急変しないことから、乗員が違和感を受けることがなく、よって走行フィーリングを向上させることができる。
【００４９】
他方、Ｓ１４で肯定されるときは発進と判断してＳ１８に進み、発進時の特性に従って加速度を求め、前記した式に基づいて指令速度を算出する。
【００５０】
図１３の破線は、その発進時の特性を示す説明グラフである。図示の如く、発進時にあっては、加速度は１種のみ設定されると共に、実線で示す走行時のそれに比して大きく設定される。これにより、停止状態から発進する時の加速感を損なうことがない。
【００５１】
図１０フロー・チャートの説明に戻ると、Ｓ１２で設定速度が指令速度より小さいと判断されるときは減速が必要と判定してＳ２０に進み、アクセルボリューム６８がオン（ＯＮ）しているか否か判断し、肯定されるときは走行中と判断してＳ２２に進み、走行時の特性に従って減速度を求め、前記した式に基づいて指令速度を算出する。
【００５２】
図１４の実線は、その走行時の特性を示す説明グラフである。図示の如く、減速度は、指令速度と設定速度の差に応じて減速度Ａ：２４４１ｒｐｍ／ｓｅｃから減速度Ｄ：５４９ｒｐｍ／ｓｅｃ、および減速度Ｅ：９１６ｒｐｍ／ｓｅｃの５種に区分される。例えば、差がｂであるときは、減速度Ｂが選択されて前回値に加算される。
【００５３】
このように、減速度（加減速の度合い）も、設定速度と指令速度の差に応じて変化させられると共に、基本的に設定速度と指令速度の差が大きいほど大きくなるように設定される。
【００５４】
従って、乗員がアクセルレバーを微小量操作したとき、最小の減速度Ｅが選択されることとなる。即ち、車速が急変することがないことから乗員が違和感を受けることがなく、よって走行フィーリングを向上させることができる。
【００５５】
他方、Ｓ２０で否定されるときは停止指示されたと判断してＳ２４に進み、停止時の特性に従って減速度を求め、前記した式に基づいて指令速度を算出する。
【００５６】
図１４の破線は、その停止時の特性を示す説明グラフである。図示の如く、停止時にあっては、減速度は１種のみ設定されると共に、実線で示す走行時のそれに比して大きく設定される。これにより、比較的短距離で減速することとなって停止時も必要な制動距離を確保することができる。尚、図１０フロー・チャートにおいてＳ１２で設定速度と指令速度が等しいと判断されるときは、以降の処理を中止する。
【００５７】
この発明は上記のように、設定速度と指令速度の差に応じて加速度および減速度（走行速度の加減速の度合い）を変化させる、より具体的には設定速度と指令速度の差が大きいほど加速度および減速度を大きくする如く構成したので、乗員がアクセルレバーを微小量操作しても、走行速度が急変せず、乗員が違和感を受けることがなく、よって走行フィーリングを向上させることができる。
【００５８】
また、発進時および停止時の加速度および減速度を、走行時のそれに比して大きくする如く構成したので、走行フィーリングを向上させることができる一方、発進時の加速感を損なうことがないと共に、停止時も必要な制動距離を確保することができる。
【００５９】
この実施の形態は上記の如く、電動モータ２８で車輪３６を駆動する小型電動車１０の制御装置であって、少なくとも、最高速度を入力する最高速度スイッチ（スピードボリューム６６）、発進および停止指示を入力するアクセルレバー（アクセルレバー６８）、少なくとも前記最高速度スイッチおよびアクセルレバーの出力を入力し、入力に応じて設定速度を算出する設定速度算出手段（コントロールユニット５０，Ｓ１０）、前記算出された設定速度となるように走行速度を加減速する指令速度を算出する指令速度算出手段（コントロールユニット５０，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２２，Ｓ２４）、および前記算出された指令速度と検出される走行速度との偏差が減少するように前記電動モータの印加電圧をフィードバック制御する電動モータ制御手段（コントロールユニット５０）を備えるものにおいて、前記指令速度算出手段は、前記算出された設定速度と算出した指令速度の差に応じて前記走行速度の加減速の度合いを変化させる（Ｓ１６，Ｓ２２）如く構成した。
【００６０】
また、前記指令速度算出手段は、前記算出された設定速度と算出した指令速度の差が大きいほど前記走行速度の加減速の度合いを大きくする（Ｓ１６，Ｓ２２）如く構成した。
【００６１】
また、前記指令速度算出手段は、発進時および停止時、より具体的には発進および停止指示時の少なくともいずれかの前記走行速度の加減速の度合いを、走行時のそれに比して大きく（Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２２，Ｓ２４）する如く構成した。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、算出された設定速度と算出した指令速度の差に応じて走行速度の加減速の度合いを変化させる如く構成したので、乗員がアクセルレバーを微小量操作しても走行速度（車速）が急変することがないように加減速の度合い、即ち、加速度および減速度を決定することが可能となり、よって走行フィーリングを向上させることができる。
【００６３】
請求項２項にあっては、算出された設定速度と算出した指令速度の差が大きいほど走行速度の加減速の度合いを大きくする如く構成したので、換言すれば、乗員がアクセルレバーを微小量操作するときは差が小さくなって、加減速の度合い、即ち、加速度および減速度が減少し、よって走行フィーリングを効果的に向上させることができる。
【００６４】
請求項３項にあっては、発進時および停止時の少なくともいずれかの、より具体的には両者の走行速度の加減速の度合いを、走行時のそれに比して大きくする如く構成したので、走行フィーリングを向上させることができる一方、発進時の加速感を損なうことがないと共に、停止時も必要な制動距離を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係る小型電動車の制御装置、より具体的にはその制御装置を収納する小型電動車の平面図である。
【図２】図１に示す小型電動車の縮小側面図である。
【図３】図１に示す小型電動車の正面図である。
【図４】図１に示す小型電動車の背面図である。
【図５】図１の小型電動車に搭載されるコントロールユニットの構成を具体的に示すブロック図である。
【図６】図５のコントロールユニットが内蔵するモータ駆動回路の詳細を示す回路図である。
【図７】図１の小型電動車のメインコントロールパネルの拡大平面図である。
【図８】図７に示すメインコントロールパネルの説明図である。
【図９】図７に示すメインコントロールパネルのスピードボリュームの出力電圧特性を示す説明グラフである。
【図１０】図１に示す小型電動車の制御装置の動作を説明するフロー・チャートである。
【図１１】図１０フロー・チャートの設定速度算出処理で使用するマップの特性を示す説明グラフである。
【図１２】図１０フロー・チャートで算出される指令速度に基づく速度フィードバック制御を示すブロック図である。
【図１３】図１０フロー・チャートの指令速度算出で使用される走行時および発進時の加速度の特性を示す説明グラフである。
【図１４】図１０フロー・チャートの指令速度算出で使用される走行時および停止時の減速度の特性を示す説明グラフである。
【符号の説明】
１０ 小型電動車
２８ 電動モータ
５０ コントロールユニット（電子制御ユニット。電動モータ制御手段）
６６ スピードボリューム（最高速度スイッチ）
６８ アクセルボリューム（アクセルレバー）

Claims (3)

1. 電動モータで車輪を駆動する小型電動車の制御装置であって、少なくとも、
   ａ．最高速度を入力する最高速度スイッチ、
   ｂ．発進および停止指示を入力するアクセルレバー、
   ｃ．少なくとも前記最高速度スイッチおよびアクセルレバーの出力を入力し、入力に応じて設定速度を算出する設定速度算出手段、
   ｄ．前記算出された設定速度となるように走行速度を加減速する指令速度を算出する指令速度算出手段、
   および
   ｅ．前記算出された指令速度と検出される走行速度の偏差が減少するように前記電動モータの印加電圧をフィードバック制御する電動モータ制御手段、
   を備えるものにおいて、前記指令速度算出手段は、前記算出された設定速度と算出した指令速度の差に応じて前記走行速度の加減速の度合いを変化させることを特徴とする小型電動車の制御装置。
2. 前記指令速度算出手段は、前記算出された設定速度と算出した指令速度の差が大きいほど前記走行速度の加減速の度合いを大きくすることを特徴とする請求項１項記載の小型電動車の制御装置。
3. 前記指令速度算出手段は、発進時および停止時の少なくともいずれかの前記走行速度の加減速の度合いを、走行時のそれに比して大きくすることを特徴とする請求項１項または２項記載の小型電動車の制御装置。

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