JP3699672B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動車両の直進性維持技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の車輪を備え、これらの車輪のうちの駆動輪を電動モータで駆動することで、走行する電動車両は排気ガスを出さぬことから、近年、普及が著しい。
左右の駆動輪を１本の駆動車軸及び１個の電動モータで駆動する１モータ式車両と、左の駆動輪を左の電動モータで駆動すると共に右の駆動輪を右の電動モータで駆動する２モータ式車両とが実用に供されているが、後者の２モータ式車両は旋回操作が容易である反面、左右の駆動輪の回転数差が出やすく、直進性に難があり、特に、路面が悪くて一方の駆動輪が路面の凹凸により抵抗を受けると、直進できなくなることがある。
【０００３】
路面状況に無関係に直進させることの出来る電動車両が、例えば特開昭５９−１７８０７号公報「電動車」で提案されている。この電動車は、同公報の第２頁左上欄第４行〜第１０行の記載によれば「・・・左、右車輪駆動用モータの負荷が変わり一方のモータに負荷がかかりその回転速度が小さくなると直進走行補正回路の補正により一方のモータの実走回転速度が更に小さくなるので、一方のモータの力行制御回路からのモータ駆動出力が大きくなりその回転速度が大きくなるので、曲進することなく直進することができる。」と言うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の技術は、負荷増加で回転速度の下がった車輪の回転速度を、強制的に更に下げて実回転速度と指令回転速度との差を拡大し、力行制御の作用を促して回転速度を下げる。すなわち、一方の車輪において、回転速度低下検知→回転速度強制低下→回転速度強制増加の順で制御を実施し、他方の車輪は大きな回転速度のままとする。
【０００５】
結果としては、左・右の車輪の回転速度が一致するが、それまでの間（短い時間ではあるが）は、一方の車輪は大幅に低速になる。一方の車輪が大幅に低速になれば、車は曲る。すなわち、この車には頻繁に小規模な曲りが発生し、円滑な走行は望めなくなる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は一方の駆動輪に作用する負荷が増加しても、円滑な走行が保て、直進性を良好に保つことのできる電動車両を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、機体の左右に各々電動モータを備えると共に１つのレバーで前後の方向と高低速の速度制御とを設定できる方向速度レバーを備え、この方向速度レバーを操作することで前記電動モータで左右の駆動輪を各々駆動する電動車両において、この電動車両は、直進走行指令条件と、電動モータの現実の回転数が目標モータ回転数に達していないという条件と、現実の回転数を目標モータ回転数に近づけるべく発生した制御信号出力が上限に達しているという条件との三つの条件が満たされたときに、目標モータ回転数から任意の回転数下方修正値を差し引いた目標モータ回転数に、徐々に目標モータ回転数を下方修正することで目標モータ回転数に下方修正処理を施す制御部を備え、制御出力信号が制御信号出力上限に達していない場合には、下方修正処理を行わないことを特徴とする。
【０００８】
直進走行中に、電動モータの回転が落ちるときには、上り坂や、路面の凹凸や障害物に走行が妨げられることや、駆動系に大きな抵抗が発生することが考えられ、放置すると、直進走行指令にも拘らず機体が右又は左にターンする虞れがある。
そこで、上記三つの条件が満たされた場合に、目標回転数を下方修正することにした。
【０００９】
電動モータは定出力型モータと定トルク型モータとがあり、モータ出力はトルクと回転数の積に比例するので、前者の定出力型モータであれば、低回転時は大トルクとなり、本発明により、下方修正を連続的に実施すれば実質的に回転が低下してトルクが増加し、登坂力が増加し、又は路面の凹凸や障害物を乗越える可能性が増し、結果として、左右の電動モータの回転数が一致し、直進性が維持できる。
【００１０】
一方、定トルク型モータであれば、トルクは一定であるためトルク増加による登坂力増強などは望めない。しかし、本発明により、左右のモータ回転数が一致するまで下方修正を連続的に実施すれば、結果的に直進性を維持することができる。
従って、本発明によれば電動モータの形式に関係なく車両の直進性を良好に保つことができる。
【００１１】
なお、制御信号出力が上限に達していない場合には、まだ増速の余地があり、本発明を適用させない。そのために、三つ目の条件を加えた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は作業者から見た方向に従い、Ｌは左側、Ｒは右側を示す。また、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１３】
図１は本発明に係る除雪機の平面図であり、電動車両としての除雪機１０は、機体１１にエンジン１２を搭載し、機体１１の前部に作業部としてのオーガ１３及びブロア１４を装備し、機体１１の左右にクローラ１５Ｌ，１５Ｒを配置し、機体１１の後部に操作盤１６を配置した車両であり、作業者が操作盤１６の後から連れ歩く歩行型作業機である。以下、要部を詳細に説明する。なお、操作盤１６は図２で詳しく説明する。
【００１４】
エンジン１２の出力の一部で、発電機１７を回し、得た電力を操作盤１６の下方に配置したバッテリ（図４の符号４３参照）に供給すると共に、後述する左右の走行モータに供給する。
エンジン１２の出力の残部は、電磁クラッチ１８及びベルト１９を介して作業部としてのブロア１４及びオーガ１３の回転に充てる。オーガ１３は地面に積もった雪を中央に集める作用をなし、この雪を受け取ったブロア１４はシュータ２１を介して雪を機体１１の周囲の所望の位置へ投射する。２２はオーガハウジングであり、オーガ１３を囲うカバー部材である。
【００１５】
左のクローラ１５Ｌは、駆動輪２３Ｌと遊動輪２４Ｌとに巻き掛けたものであり、本発明では駆動輪２３Ｌは左の走行モータ２５Ｌで正逆転させる。右のクローラ１５Ｒも、駆動輪２３Ｒと遊動輪２４Ｒとに巻き掛けたものであり、本発明では駆動輪２３Ｒは右の走行モータ２５Ｒで正逆転させる。
【００１６】
従来の除雪機では１個のエンジン（ガソリンエンジン又はジーゼルエンジン）で作業部系（オーガ回転系）と走行系（クローラ駆動系）とを賄っていたが、本発明ではエンジン１２で作業部系（オーガ回転系）を駆動し、電動モータ（走行モータ２５Ｌ，２５Ｒ）で走行系（クローラ駆動系）を駆動するようにしたことを特徴とする。
細かな走行速度の制御、旋回制御及び前後進切替制御は電動モータが適当であり、一方、急激な負荷変動を受ける作業部系はパワーのある内燃機関が適当であるとの考えに基づいて、そのようにした。
【００１７】
図２は図１の２矢視図であり、操作盤１６には、操作箱２７の手前の側面にメインスイッチ２８、エンジンチョーク２９、クラッチ操作ボタン３１などを備え、操作箱２７の上面に、投雪方向調節レバー３２、オーガハウジング姿勢調節レバー３３、走行系に係る方向速度レバー３４、作業部系に係るエンジンスロットルレバー３５を備え、操作箱２７の右にグリップ３６Ｒ及び右旋回操作レバー３７Ｒを備え、操作箱２７の左にグリップ３６Ｌ、左旋回操作レバー３７Ｌ及び走行準備レバー３８を備える。
【００１８】
左右旋回操作レバー３７Ｌ，３７Ｒはブレーキレバーに近似するが、後述するとおりに完全な制動効果は得られない。操作することで走行モータ２５Ｌ，２５Ｒの回転を落として機体をターンさせることに使用するため、ブレーキレバーと言わずに旋回操作レバーと呼ぶことにした。
【００１９】
メインスイッチ２８はメインキーを差込み、回すことでエンジンを始動することのできる周知のスイッチである。エンジンチョーク２９は引くことで混合気の濃度を高めることができる。投雪方向調節レバー３２は、シュータ（図１の符号２１）方向を変更するときに操作するレバーであり、オーガハウジング姿勢調節レバー３３はオーガハウジング（図１の符号２２）の姿勢を変更するときに操作するレバーである。
その他の部材の作用は、図４で説明する。
【００２０】
図３は図２の３矢視図であり、左旋回操作レバー３７Ｌを握ることにより、ポテンショメータ３９Ｌのアーム３９ａの角度を想像線の位置まで回転することができる。ポテンショメータ３９Ｌはアーム３９ａの回転位置に応じた電気情報を発する機器である。
【００２１】
また、走行準備レバー３８はスイッチ手段４２に作用する部材であり、スプリング４１の引き作用により、図の状態（フリー状態）になればスイッチ手段４２はオンになる。作業者の左手で走行準備レバー３８を図時計回りに下げれば、スイッチ手段４２はオフとなる。このように、走行準備レバー３８が握られているか否かはスイッチ手段４２で検出することができる。
【００２２】
図４は本発明に係る除雪機の制御系統図であり、操作盤に内蔵若しくは付設した制御部４４内の機器及び情報伝達経路を示すが、概ね四角は機器、丸はドライバーを示す。そして、想像線枠で囲ったエンジン１２、電磁クラッチ１８、ブロア１４及びオーガ１３が作業部系４５であり、その他は走行系となる。４３はバッテリである。
なお、制御部４４内に破線で指令の流れを便宜上示したが、これはあくまでも参考的記載に過ぎない。
【００２３】
先ず、作業部系の作動を説明する。
メインスイッチ２８にキーを差込み、回してスタートポジションにすることにより、図示せぬセルモータの回転によりエンジン１２を始動させる。
エンジンスロットルレバー３５は図示せぬスロットルワイヤでスロットルバルブ４８に繋がっているので、エンジンスロットルレバー３５を操作することでスロットルバルブ４８の開度を制御することができる。これにより、エンジン１２の回転数を制御することができる。
【００２４】
走行準備レバー３８を握ると共に、クラッチ操作ボタン３１を操作することにより、作業者の意志で電磁クラッチ１８を接続し、ブロア１４及びオーガ１３を回すことができる。
なお、走行準備レバー３８をフリーにするかクラッチ操作ボタン３１を操作するかの何れかにより、電磁クラッチ１８を断状態にすることができる。
【００２５】
次に走行系の作動を説明をする。本発明の除雪機は、普通車両のパーキングブレーキに相当するブレーキとして、左右の電磁ブレーキ５１Ｌ，５１Ｒを備えており、これらの電磁ブレーキ５１Ｌ，５１Ｒは、駐車中は制御部４４の制御により、ブレーキ状態にある。そこで、次の手順で電磁ブレーキ５１Ｌ，５１Ｒを開放する。
【００２６】
メインスイッチ２８がスタートポジションにあること及び走行準備レバー３８が握られていることの２つの条件が満たされ、方向速度レバー３４を前進又は後進（図５で説明する。）に切換えると、電磁ブレーキ５１Ｌ，５１Ｒは開放（非ブレーキ）状態になる。
【００２７】
図５は本発明で採用した方向速度レバーの作用説明図であり、方向速度レバー３４は、作業者の手で、矢印▲１▼，▲２▼の如く往復させることができ、「中立範囲」より「前進」側へ倒せば車両を前進させることができ、且つ「前進」領域においては、Ｌｆが低速前進、Ｈｆが高速前進となるように、速度制御も行える。同様に、「中立範囲」より「後進」側へ倒せば車両を後進させることができ、且つ「後進」領域においては、Ｌｒが低速後進、Ｈｒが高速後進となるように、速度制御も行える。この例では、図の左端に付記した通りに、後進の最高速が０Ｖ（ボルト）、前進の最高速が５Ｖ、中立範囲が２．３Ｖ〜２．７Ｖになるようにポテンショメータでポジションに応じた電圧を発生させる。
１つのレバーで前後の方向と高低速の速度制御とを設定できるので、方向速度レバー３４と名付けた。
【００２８】
図４に戻って、方向速度レバー３４の位置情報をポテンショメータ４９から得た制御部４４は、左右のモータドライバー５２Ｌ，５２Ｒを介して左右の走行モータ２５Ｌ，２５Ｒを回し、走行モータ２５Ｌ，２５Ｒの回転速度を回転センサ５３Ｌ，５３Ｒで検出して、その信号に基づいて回転速度を所定値になるようにフィードバック制御を実行する。この結果、左右の駆動輪２３Ｌ，２３Ｒが所望の方向に、所定の速度で回り、走行状態となる。
【００２９】
走行中の制動は次の手順で行う。本発明ではモータドライバー５２Ｌ，５２Ｒに回生ブレーキ回路５４Ｌ，５４Ｒを含む。
【００３０】
一般論としてバッテリから電動モータへ電気エネルギーを供給することで、電動モータは回転する。一方、発電機は回転を電気エネルギーに変換する手段である。そこで、本発明では電気的切換えにより、走行モータ２５Ｌ，２５Ｒを発電機に変え、発電させるようにした。発電電圧がバッテリ電圧より高ければ、電気エネルギーはバッテリ４３へ蓄えることができる。これが回生ブレーキの作動原理である。
【００３１】
左旋回操作レバー３７Ｌの握りの程度をポテンショメータ３９Ｌで検出し、この検出信号に応じて制御部４４は左の回生ブレーキ回路５４Ｌを作動させて、左の走行モータ２５Ｌの速度を下げる。
右旋回操作レバー３７Ｒの握りの程度をポテンショメータ３９Ｒで検出し、この検出信号に応じて制御部４４は右の回生ブレーキ回路５４Ｒを作動させて、右の走行モータ２５Ｒの速度を下げる。
すなわち、左旋回操作レバー３７Ｌを握ることで左旋回させることができ、右旋回操作レバー３７Ｒを握ることで右旋回させることができる。
【００３２】
そして、次の何れかにより走行を停止することができる。
方向速度レバー３４を中立位置に戻す。
走行準備レバー３８を離す。
メインスイッチ２８をオフ位置に戻す。
【００３３】
停止後にメインスイッチ２８をオフ位置に戻せば、電磁ブレーキ５１Ｌ，５１Ｒがブレーキ状態となり、パーキングブレーキを掛けたことと同じになる。
【００３４】
次に、本発明の除雪機を直進走行させるときの制御方法を説明する。
図６は本発明に係る直進走行制御フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。なお、この制御は直進走行指令条件下で実施する。直進走行指令条件は、左右旋回操作レバー３７Ｌ，３７Ｒ（図４参照）が共にオフ状態（握っていない状態）にあることで認識できる。
ＳＴ０１：目標モータ回転数Ｍｎを読込む。これの初期値は、方向速度レバーのポジションにより定まる値を採用する。
【００３５】
ＳＴ０２：目標モータ回転数Ｍｎになるように左走行モータの運転をする。
ＳＴ０３：現実のモータ回転数Ｎｍｌを計測する。図４の回転センサ５３Ｌで計測すればよい。
ＳＴ０４：実回転数Ｎｍｌが目標モータ回転数Ｍｎに等しいか否かを調べる。等しければ、状態を変える必要が無いのでスタートへリターンさせる。実回転数Ｎｍｌが目標モータ回転数Ｍｎより大きければ、速度超過であると判断してＳＴ０５に進む。又は、実回転数Ｎｍｌが目標モータ回転数Ｍｎより小さければ、速度不足であると判断してＳＴ０６に進む。
【００３６】
ＳＴ０５：速度超過を是正すべく減速制御を施し、スタートへリターンさせる。
ＳＴ０６：速度不足を是正すべく増速制御を開始する。
ＳＴ０７：増速制御を実施する際の制御信号出力を読込む。この信号出力はＰＩ制御ならＰＩ出力、ＰＩＤ制御ならＰＩＤ出力に相当し、目標値と実際値との差が大きいほど信号出力が大となり、一般に目標値と実際値との差がある大きさを超えると信号出力は上限になる。
【００３７】
ＳＴ０８：そこで、制御出力信号が上限であるか否かを調べ、ＮＯ（上限でないとき）ではリターンへ進み、ＹＥＳでＳＴ０９へ進む。
ＳＴ０９：目標モータ回転数を（Ｍｎ−α）に修正し、これをＭｎｌとする。すなわち、目標モータ回転数を下方修正する。αは例えば１ｒｐｍである。
【００３８】
以上、左走行モータについて説明したが、右走行モータについても同様の制御を次の通りに実施する。
ＳＴ１０：目標モータ回転数Ｍｎになるように右走行モータの運転をする。
ＳＴ１１：現実のモータ回転数Ｎｍｒを計測する。図４の回転センサ５４Ｒで計測すればよい。
ＳＴ１２：実回転数Ｎｍｒが目標モータ回転数Ｍｎに等しいか否かを調べる。等しければ、状態を変える必要が無いのでスタートへリターンさせる。実回転数Ｎｍｒが目標モータ回転数Ｍｎより大きければ、速度超過であると判断してＳＴ１３に進む。又は、実回転数Ｎｍｒが目標モータ回転数Ｍｎより小さければ、速度不足であると判断してＳＴ１４に進む。
【００３９】
ＳＴ１３：速度超過を是正すべく減速制御を施し、スタートへリターンさせる。
ＳＴ１４：速度不足を是正すべく増速制御を開始する。
ＳＴ１５：増速制御を実施する際の制御信号出力を読込む。
【００４０】
ＳＴ１６：制御出力信号が上限であるか否かを調べ、ＮＯ（上限でないとき）ではリターンへ進み、ＹＥＳでＳＴ１７へ進める。
ＳＴ１７：目標モータ回転数を（Ｍｎ−α）に修正し、これをＭｎｒとする。すなわち、目標モータ回転数を下方修正する。
【００４１】
ＳＴ１８：以上で修正した目標モータ回転数Ｍｎｌと目標モータ回転数Ｍｎｒとを比較する。
ＳＴ１９：小さい方のＭｎｌを新たな目標モータ回転数（Ｍｎ）とする。
ＳＴ２０：小さい方（含む等しい）のＭｎｒを新たな目標モータ回転数（Ｍｎ）とする。
【００４２】
ＳＴ１９又はＳＴ２０を実施した後に、スタートに戻ると、次のＳＴ０１における目標モータ回転数Ｍｎは前回よりαだけ小さい値となる。これを繰り返すと目標モータ回転数Ｍｎは徐々に小さくなるが、この処置により結果的に左右の実回転数が合致し、直進性が回復する。
【００４３】
すなわち、本発明を整理すれば、図１に示す機体１１の左右に各々電動モータとしての走行モータ２５Ｌ，２５Ｒを備え、これらの走行モータ２５Ｌ，２５Ｒで左右の駆動輪２３Ｌ，２３Ｒを各々駆動する電動車両としての除雪機１０において、この除雪機１０は、直進走行指令条件と、電動モータの現実の回転数が目標回転数に達していないという条件（図６のＳＴ０４，ＳＴ１２）と、現実の回転数を目標回転数に近づけるべく発生した制御信号出力が上限に達しているという条件（図６のＳＴ０８，ＳＴ１６）との三つの条件が満たされたときに、目標回転数を徐々に減ずる下方修正処理（図６のＳＴ１９，ＳＴ２０）を施す制御部（図４の符号４４）を備えていることを特徴とする。
【００４４】
直進走行中に、実回転数が目標回転数を下回るのは、路面に極端な凹凸がある場合、上り坂に差しかかった場合が考えられる。
特に路面の凹凸により、左右一方に実回転数が目標回転数を下回る現象が起こると、除雪機は直進命令にも拘らず右又は左へターンする虞れがある。
本発明では、目標回転数を下げることにより、左右の実回転数を合致させて直進性を保つようにしたことを特徴とする。
【００４５】
尚、本発明を適用する電動車両は除雪機に限るものではなく、電動運搬車、電動ゴルフカートなどの電動車であれば種類は任意である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、三つの条件が満たされた場合に、目標回転数を下方修正することにした。電動モータが定出力型モータであれば、下方修正を連続的に実施すれば実質的に回転が低下してトルクが増加し、路面の上り坂の登坂力が増加し、又は路面の凹凸や障害物を乗越える可能性が増し、結果として、左右の電動モータの回転数が一致し、直進性が維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除雪機の平面図
【図２】図１の２矢視図
【図３】図２の３矢視図
【図４】本発明に係る除雪機の制御系統図
【図５】本発明で採用した方向速度レバーの作用説明図
【図６】本発明に係る直進走行制御フロー図
【符号の説明】
１０…電動車両（除雪機）、１１…機体、２３Ｌ，２３Ｒ…駆動輪、２５Ｌ，２５Ｒ…電動モータ（走行モータ）、４４…制御部。

Claims (1)

1. 機体の左右に各々電動モータを備えると共に１つのレバーで前後の方向と高低速の速度制御とを設定できる方向速度レバーを備え、この方向速度レバーを操作することで前記電動モータで左右の駆動輪を各々駆動する電動車両において、
   この電動車両は、直進走行指令条件と、電動モータの現実の回転数が目標モータ回転数に達していないという条件と、現実の回転数を目標モータ回転数に近づけるべく発生した制御信号出力が上限に達しているという条件との三つの条件が満たされたときに、目標モータ回転数から任意の回転数下方修正値を差し引いた目標モータ回転数に、徐々に目標モータ回転数を下方修正することで前記目標モータ回転数に下方修正処理を施す制御部を備え、
   制御出力信号が制御信号出力上限に達していない場合には、前記下方修正処理を行わないことを特徴とする電動車両。

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