JP3889298B2 - 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起動時制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平３−９８４０４号公報「小型電動車」に示される電動車は、同公報の第１図に示され通りに、モータ６とモータ駆動回路１８（符号は公報記載のまま。）と電磁ブレーキ２０と電磁ブレーキ駆動回路１９とを備え、同公報の第２頁左上欄第６行〜第１３行の記載「この検出機構が電流が流れていることを検出したならば電磁ブレーキが制動状態を解除されたと判断して、次に、電動モータに動作指令を発する。（発明の効果）したがって、必ず電磁ブレーキへの通電を確認して制動解除されることをもとに、電動モータを作動させるので、ブレーキの引き摺りによる電動モータの過負荷現象を防止できる。」によれば、電磁ブレーキの制動を解除した後に電動モータを動作させるというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
登り坂で電磁ブレーキを掛けた状態から、発進するところのいわゆる「坂道発進」を考えると、上記公報の技術では、ブレーキ解除から電動モータのパワーが十分に発生するまでの間に、車両が後退することになり、乗り心地は良くない。
【０００４】
これを避けるために電動モータ通電と同時にブレーキを解除しようとすると、ブレーキの解除未了のうちに電動モータが回りはじめ、いわゆるブレーキの引き摺り現象が発生し、ブレーキ及び電動モータを傷める要因となり好ましくない。
【０００５】
そこで、本発明の目的はブレーキの引き摺り並びに坂道における後退を効果的に防止することのできる電動車両を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、前進、中立、後進を指定することのできる方向速度制御部材の操作に基づいて電動モータで走行し、非走行時には電動モータより小さなトルクの電磁ブレーキでパーキングブレーキなどの静止時制動を掛けることのできる電動車両において、この電動車両は、方向速度制御部材が中立から前進又は後進に切換わったとの情報に基づいて電磁ブレーキの開放を開始すると共に電動モータの起動を促す起動時制御信号を発し、且つ電動モータが実際に回転状態になるまでは起動時制御信号出力を徐減する下方修正を施す制御を実行する制御部を備えることを特徴とする。
【０００７】
前記静止時制動とは、走行中の制動ではなく、パーキングブレーキなどの非走行時制動を意味する。走行時制動トルクに比べ静止時制動トルクは格段に小さく、静止時制動に供する電磁ブレーキは小容量で済み、電磁ブレーキの小型化、軽量化、低コスト化が達成できるからである。
【０００８】
また、起動時制御信号出力を徐減するとは、信号出力を時間に比例して連続的に小さくすることを意味する。ただし、この徐減速度は、電磁ブレーキの開放速度よりは小さく設定する。徐減速度が早過ぎると、電磁ブレーキ開放前に電動モータの出力が過小となるからである。
【０００９】
電磁ブレーキの開放を開始すると共に電動モータの起動を促すと、電磁ブレーキが小容量であるため電動モータの出力が勝り、電磁ブレーキの開放途中で電動モータがより盛んに回るところの引き摺り現象が顕著となり、ブレーキシューの寿命が縮まることになる。
そこで、起動時制御信号出力を徐減する下方修正を施すことにしたので、電動モータの出力が徐減する。この結果、電磁ブレーキの開放途中における上記引き摺り現象を殆ど解消することができる。
この間に電磁ブレーキは時間と共に制動トルクが小さくなり、電動モータの出力が電磁ブレーキの制動トルクを勝った時点で電動モータは回りはじめる。以降、通常制御に移行する。
【００１０】
また、登り坂発進を考えた場合、本発明では電磁ブレーキの開放を開始すると共に電動モータの起動を促す起動時制御信号を発するので、電磁ブレーキの制動トルクと電動モータの出力トルクの総和が登り坂下降阻止力として作用する。
【００１１】
従って、請求項１によれば、電動車両においてブレーキの引き摺り並びに坂道における後退を効果的に防止することのできる。
【００１２】
請求項２では、起動時制御信号出力は、方向速度制御部材に対応して電動モータの回転を制御する通常制御信号出力より小さく設定したことを特徴とする。
【００１３】
電磁ブレーキの制動トルクが小さいため、電動モータ出力が勝って、引き摺り現象が発生することがある。そこで、起動時のみ電動モータ出力を小さくすることで、引き摺り現象を回避するようにした。
従って、請求項２によれば、ブレーキの引き摺りをより効果的に回避することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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制御部材としての方向速度レバー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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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内の機器及びそこから延びる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。
【００２５】
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。
【００２６】
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を離す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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
次に、除雪機の走行系を始動させるときの制御方法を説明する。
図６（ａ）〜（ｄ）は本発明の起動制御信号出力と電磁ブレーキ力の関係を示すグラフであり、何れも横軸は時間軸である。
（ａ）は起動時制御信号出力のグラフであり、破線で示す通常制御信号出力に比較して実線で示す起動時制御信号出力は５０％程度に小さく設定する。そして、制御部からの指令を受けたＰ１点で発生した起動時制御信号出力は時間と共に徐減させる。
【００３７】
（ｂ）は電磁ブレーキ力のグラフであり、フルに制動力が掛った状態から、開放命令を受けたＰ２点（時間的にはＰ１と同じ。）でブレーキを開放する。ただし、ブレーキが完全に開くまでに機構上時間が必要であるから、制動トルクは徐々に減ずることになる。
【００３８】
（ｃ）は（ａ），（ｂ）を合成したグラフであり、制御信号出力とブレーキ力とは次元が異なるが、説明上必要なので合成した。時間軸より下が停止、上が走行であり、Ｐ３点（時間的にはＰ１とほぼ同じ。）からは右上りの曲線となり、Ｐ４点で時間軸に合致する。このＰ４点は一種の平衡点であり、（ｂ）に示す電磁ブレーキ力はまだ存在するにも拘らず、電動モータが回る直前の時点であり、ブレーキ力と電動モータの出力とがバランスしたときとみなせる。
【００３９】
（ｄ）は便宜上作成した登り坂下降阻止力の説明図であり、Ｐ５点（時間的にはＰ１と同じ。）までは、登り坂下降阻止力は電磁ブレーキが担っていた。そして、Ｐ５点からは走行モータ（電動モータ）が加わり、且つその分担率が時間と共に増加することを示す。そのために、電磁ブレーキを開放しても電動車両が登り坂を下降する虞れはない。
【００４０】
図７は本発明に係る走行開始制御フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：メインスイッチ（図４の符号２８）がスタート位置であるか否かを調べる。ＮＯであれば、リターンさせることで以降の制御は行わない。ＹＥＳであれば、ＳＴ０２に進む。
ＳＴ０２：走行準備レバー（図４の符号３８）がオン（握ることでオン）であるか否かを調べる。ＮＯであれば、リターンさせることで制御は行わない。ＹＥＳであれば、ＳＴ０３に進む。
【００４１】
ＳＴ０３：方向速度レバー（図４の符号３４）が前進又は後進であるか否かを調べる。ＮＯであれば、リターンさせることで制御は行わない。ＹＥＳであれば、ＳＴ０４に進む。
ＳＴ０４：以上の条件が満たされれば、制御部は電磁ブレーキ（図４の符号５１Ｌ，５１Ｒ）の開放を開始する。ただし、電磁ブレーキは開放完了まではある程度の時間が必要である。
【００４２】
ＳＴ０５：制御部は同時に走行モータ（図４の符号２５Ｌ，２５Ｒ）を起動すべくモータドライバー（図４の符号５２Ｌ，５２Ｒ）へ起動時制御信号を発する。このときの起動時制御信号出力をＤｓｔとする。この信号出力ＤｓｔはＰＩ制御ならＰＩ出力、ＰＩＤ制御ならＰＩＤ出力に相当する。ただし、起動時制御信号出力Ｄｓｔは、通常制御信号出力より小さく設定することが望ましい。
【００４３】
ＳＴ０６：走行モータが回転状態であるか否かを調べる。具体的には図４の回転センサ５３Ｌ，５３Ｒでモニターし、これらの回転センサ５３Ｌ，５３Ｒの出力値が一定値以上であれば、回転状態とみなす。一定値とはモータ軸回転角に換算して数度程度を指す。ＹＥＳならＳＴ０８へ進み、ＮＯ、すなわち電動モータが実質停止しているときにはＳＴ０７へ進む。
【００４４】
ＳＴ０７：起動時制御信号出力Ｄｓｔからα（例えば１．０％）を減じた値を新たな起動時制御信号出力Ｄｓｔとする。以上のＳＴ０５、ＳＴ０６、ＳＴ０７を繰り返すことで、起動時制御信号出力Ｄｓｔは徐々に小さくなり、図６（ａ）の実線曲線が得られる。この間に、電磁ブレーキの開放は進むため、ある時点（図６（ｃ）のＰ４点）でＳＴ０６はＹＥＳとなる。
【００４５】
ＳＴ０８：ＳＴ０６がＹＥＳ、すなわち走行モータが回転状態になったら、電動モータに係る制御信号を通常制御信号に切換える。これで、通常運転に移行できる。
【００４６】
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。
【００４７】
また、実施例の除雪機は左右の走行モータを備えるが、１個の走行モータで左右の駆動輪を駆動する形式の電動車両に本発明を適用することは差支えない。
さらには、方向速度レバーは、実施例では１本であったが、複数本でその役割を分担させてもよい。そして、方向速度制御部材はレバー、ダイヤル、スイッチ又は同等品であればよい。
【００４８】
【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では、起動時に、起動時制御信号出力を徐減する下方修正を施すことにしたので、電動モータの出力が徐減する。この結果、電磁ブレーキの開放途中における引き摺り現象を殆ど解消することができる。
この間に電磁ブレーキは時間と共に制動トルクが小さくなり、電動モータの出力が電磁ブレーキの制動トルクを勝った時点で電動モータは回りはじめる。以降、通常制御に移行すればよい。
【００４９】
また、登り坂発進を考えた場合、本発明では電磁ブレーキの開放を開始すると共に電動モータの起動を促す起動時制御信号を発するので、電磁ブレーキの制動トルクと電動モータの出力トルクの総和が登り坂下降阻止力とした作用する。
従って、請求項１によれば、電動車両においてブレーキの引き摺り並びに坂道における後退を効果的に防止することのできる。
【００５０】
請求項２では、起動時制御信号出力は、方向速度レバーに対応して電動モータの回転を制御する通常制御信号出力より小さく設定したことを特徴とする。
電磁ブレーキの制動トルクが小さいため、電動モータ出力が勝って、引き摺り現象が発生することがある。そこで、起動時のみ電動モータ出力を小さくすることで、引き摺り現象を回避するようにした。
従って、請求項２によれば、ブレーキの引き摺りをより効果的に回避することができる。
【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】本発明の起動制御信号出力と電磁ブレーキ力の関係を示すグラフ
【図７】本発明に係る走行開始制御フロー図
【符号の説明】
１０…電動車両（除雪機）、２５Ｌ，２５Ｒ…電動モータ（走行モータ）、３４…方向速度制御部材（方向速度レバー）、４４…制御部、５１Ｌ，５１Ｒ…電磁ブレーキ、５３Ｌ，５３Ｒ…回転センサ。

Claims (2)

1. 前進、中立、後進を指定することのできる方向速度制御部材の操作に基づいて電動モータで走行し、非走行時には前記電動モータより小さなトルクの電磁ブレーキでパーキングブレーキなどの静止時制動を掛けることのできる電動車両において、
   この電動車両は、前記方向速度制御部材が中立から前進又は後進に切換わったとの情報に基づいて前記電磁ブレーキの開放を開始すると共に前記電動モータの起動を促す起動時制御信号を発し、且つ電動モータが実際に回転状態になるまでは起動時制御信号出力を徐減する下方修正を施す制御を実行する制御部を備えることを特徴とする電動車両。
2. 前記起動時制御信号出力は、方向速度制御部材に対応して電動モータの回転を制御する通常制御信号出力より小さく設定したことを特徴とする請求項１記載の電動車両。

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