JPH10285705A

JPH10285705A - 電気自動車制御装置

Info

Publication number: JPH10285705A
Application number: JP9335997A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Kodaira; 好二小平
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電気自動車におけるＡＢＳ制御を車速センサ無
しで可能にし、これにより電気自動車における車両構造
の合理化あるいは小型軽量化を可能にする。【構成】タイヤ車輪を回転駆動する動力モータへの供給
電流を制御するパワー制御回路と、上記モータの回転に
ブレーキをかける制動装置を設けるとともに、ブレーキ
作動時に上記モータの逆起電力に基づいてタイヤロック
の有無を判定するタイヤロック検出手段を設け、この検
出手段によりタイヤロック有りと判定されたときに上記
制動装置の動作を一時的に解除させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車制御装
置、さらにはＡＢＳ（アンチ・スキッド・ブレーキシス
テム）を備えた電気自動車に適用して有効な技術に関す
るものであって、たとえば無線による遠隔操縦で走行す
る模型ラジコンカー、あるいは人や貨物を搬送する実用
自動車に利用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】安全性を最優先する実用自動車あるいは
高度な運動性能を追求する競技用の模型ラジコンカーに
おいて、敏速かつ確実な制動性能はもっとも重視される
性能である。この敏速かつ確実な制動を実現させる手段
として、ＡＢＳが提供されている。

【０００３】一般に動摩擦係数は静摩擦係数よりも小さ
い。したがって、タイヤ走行する車両の制動性能を最大
限に高めるためには、タイヤがロックする直前のギリギ
リの強さでブレーキをかけ続けるのが理想的であるが、
これは現実に困難である。

【０００４】そこで、ＡＢＳでは、ブレーキ作動時にタ
イヤがロックしたら、そのブレーキ作動を一時的に解除
するという動作により、静摩擦力が作用する非ロック状
態でのブレーキが断続的にかかるようにし、これにより
高い制動力を得るようにしている。

【０００５】なお、ＡＢＳについては、たとえば、日経
ＢＰ社刊行「日経メカニカル１９９６年３月１８日号
（Ｎｏ．４７６）」４３ページにその概要が記載されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。

【０００７】すなわち、ＡＢＳの装着に際しては、ブレ
ーキ作動時にタイヤがロックしたか否かを検出するため
の車速センサを取り付ける必要があった。しかし、これ
は、部品点数の低減による車両構造の合理化あるいは小
型軽量化をはかる上で大きな支障となる。

【０００８】本発明の目的は、電気自動車におけるＡＢ
Ｓ制御を車速センサ無しで可能にし、これにより電気自
動車における車両構造の合理化あるいは小型軽量化を達
成する、という技術を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにそのほかの目的と特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記のとおりである。

【００１１】すなわち、タイヤ車輪を回転駆動する動力
モータへの供給電流を制御するパワー制御回路と、上記
モータの回転にブレーキをかける制動装置を設けるとと
もに、ブレーキ作動時に上記モータの逆起電力に基づい
てタイヤロックの有無を判定するタイヤロック検出手段
を設け、この検出手段によりタイヤロック有りと判定さ
れたときに上記制動装置の動作を一時的に解除させる、
というものである。

【００１２】上述した手段によれば、動力モータを使っ
てＡＢＳ制御のための車速情報を得ることができる。

【００１３】これにより、電気自動車におけるＡＢＳ制
御が車速センサ無しでも可能となって、電気自動車にお
ける車両構造の合理化あるいは小型軽量化を達成する、
という目的が達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態は、タイ
ヤ車輪（１１）を回転駆動する動力モータ（２）への供
給電流（Ｉｄ）を制御するパワー制御回路（Ｆ１）と、
上記モータ（２）の回転にブレーキをかける制動装置
（７）と、ブレーキ作動時に上記モータ（２）の逆起電
力（Ｖｒ）に基づいてタイヤロックの有無を判定するタ
イヤロック検出手段と、タイヤロック有りと判定された
ときに上記制動装置（７）の動作を一時的に解除するＡ
ＢＳ制御手段とを備えたものであり、これにより、電気
自動車におけるＡＢＳ制御が車速センサ無しでも可能と
なって、電気自動車における車両構造の合理化あるいは
小型軽量化が行いやすくなるという作用が得られる。

【００１５】本発明の第２の実施形態は、第１の実施形
態に加えて、ブレーキ作動時にモータ（２）の逆起電力
（Ｖｒ）を規定の判定値（Ｖｏ）と比較することにより
タイヤロックの有無を判定するタイヤロック検出手段を
備えたものであり、これにより、車速センサ無しでタイ
ヤロックの有無を検出できるという作用が得られる。

【００１６】本発明の第３の実施形態は、第１または第
２の実施形態に加えて、ブレーキ作動時にモータ（２）
の逆起電力（Ｖｒ）の低下度合いを検出し、この低下度
合いに基づいてタイヤロックの有無を判定するタイヤロ
ック検出手段を備えたものであり、これにより、車速セ
ンサ無しでタイヤロックの有無を一層確実に検出できる
という作用が得られる。

【００１７】本発明の第４の実施形態は、第１から第３
の実施形態のいずれかに加えて、モータ（２）に並列に
接続する負荷回路（Ｆ２）を形成することにより上記モ
ータ（２）を発電制動する制動装置（７）を備えたもの
であり、これにより、制動装置（７）を簡単に構成する
ことができるという作用が得られる。

【００１８】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照
しながら説明する。

【００１９】なお、図において、同一符号は同一あるい
は相当部分を示すものとする。

【００２０】図１は本発明の技術が適用された電気自動
車制御装置の一実施例を示す。

【００２１】同図に示す装置は、高度の運動性能が要求
されるラジコンカーに適用されたものであって、１は車
体（シャーシ）、１１はタイヤ車輪、１２は操舵機構、
２はタイヤ車輪１１を回転駆動する動力モータ、３は本
発明装置の主要部をなす電気自動車制御ユニット、４は
操舵機構１２を駆動するサーボモータ、５はラジコン受
信ユニット、６は動力用バッテリ、７は制動装置であ
る。

【００２２】制御ユニット３は、モータ駆動用のパワー
ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｆ１、制動装置
（ブレーキ装置）をなすパワーＭＯＳＦＥＴＦ２、マイ
クロコンピュータ３０、パワー用ショットキバリアダイ
オードＤ１などにより構成されている。

【００２３】Ｆ１は、モータ２とバッテリ６の間に直列
に介在してモータ２への供給電流Ｉｄを制御するパワー
制御回路を形成する。このＦ１は、マイクロコンピュー
タ３０が生成する通電制御信号Ｖｃがゲート電極に入力
されることにより、モータ２への供給電流Ｉｄをスイッ
チング制御する。モータ２の駆動力は、その供給電流Ｉ
ｄのデューティによって加減されるようになっている。

【００２４】Ｆ２は、上記モータ２に並列に接続する負
荷回路を形成することにより、そのモータ２を発電制動
する制動装置７を構成する。このＦ２は、マイクロコン
ピュータ３０が生成する通電制御信号Ｖｂがゲート電極
に入力されることにオン／オフ動作し、モータ２が惰性
回転により発生する発電電流を通電消費することによ
り、そのモータ２の惰性回転にブレーキをかける。

【００２５】このように、車両推進用の動力モータ２を
発電制動する構成により、制動装置７を簡単に構成する
ことができる。この発電制動を行わせるための通電制御
信号Ｖｂは、上記速度制御信号Ｓｃにより急減速が指令
されたときにマイクロコンピュータ３０の処理により生
成される。制動力の強さは、Ｆ２のオン／オフ時間比い
わゆるデューティにより可変設定されるようになってい
る。

【００２６】ショットキバリアダイオードＤ１は、モー
タ２の端子に並列に接続され、かつモータ２の端子電圧
に対して逆方向となるように接続されている。このダイ
オードＤ１は、モータ２の駆動電流Ｉｄを断続通電させ
た際に過渡的に生じる誘導スパイク電圧を吸収するとと
もに、その断続通電のオン期間からオフ期間への移行時
に、モータ２の励磁コイルに流れる誘導電流を再びモー
タ２の励磁コイルに環流させる電流回生も行う（図中の
波線矢印）。

【００２７】マイクロコンピュータ３０は、マイクロプ
ロセッサ部３１、ＲＯＭ部３２、ＲＡＭ部３３、Ｉ／Ｆ
（インターフェイス）部３４などにより構成され、ラジ
コン受信ユニット５にて受信および復調された速度制御
信号Ｓｃに基づいてＦ１，Ｆ２の通電制御信号Ｖｃ，Ｖ
ｂを生成する。Ｉ／Ｆ部３４には、アナログ電圧を取り
込むためのＡ／Ｄ変換部３５が含まれている。

【００２８】上記マイクロコンピュータ３０には、Ａ／
Ｄ変換部３５を介して、上記モータ２の端子に現れる逆
起電力Ｖｒが取り込まれるようになっている。この逆起
電力Ｖｒはモータ２の回転により現れる発電電圧であっ
て、その電圧値はモータ２の回転数にほぼ比例する。図
示の回路の場合、電源電圧Ｖｄｄを基準とする逆起電力
ＶｒがＡ／Ｄ変換部３５に入力されるようになってい
る。

【００２９】これとともに、上記マイクロコンピュータ
３０には、制動装置７の作動時に、上記モータ２の逆起
電力Ｖｒによってタイヤ車輪１１における車速を検出す
る車速検出手段、この車速検出手段にて検出した車速
（タイヤ車輪の回転速度）に基づいてタイヤロックの有
無を判定するタイヤロック検出手段、タイヤロック有り
と判定されたときに上記制動装置７の動作を一時的に解
除するＡＢＳ制御手段などがソフトウェア的に構成され
ている。

【００３０】サーボモータ４は、操舵機構１２の操舵位
置を移動駆動するモータ４１、このモータ４１により移
動駆動された操舵位置を検出する位置センサ４２、この
位置センサ４２により検出される操舵位置信号がラジコ
ン受信ユニット５にて受信および復調された操舵指令信
号Ｓｓと一致するように上記モータ４１を正逆転駆動制
御するサーボ制御回路４３とにより構成されている。

【００３１】ラジコン受信ユニット５は、無線受信アン
テナ５１、ＲＦ（高周波）受信部５２、信号復調部５３
により構成され、無線受信信号から上記速度制御信号Ｓ
ｃおよび上記操舵指令信号Ｓｓを復調して出力する。

【００３２】図２は、上記マイクロコンピュータ３０の
第１の動作例をフローチャートで示す。

【００３３】上述したように、マイクロコンピュータ３
０には、タイヤロック検出手段とＡＢＳ制御手段とがソ
フトウェア的に構成されているが、以下にその動作を説
明する。

【００３４】同図において、まず、制動装置７によるブ
レーキ作動の有無が判定される（Ｓ１）。

【００３５】判定の結果、ブレーキ作動時であったなら
ば、モータ２の逆起電力Ｖｒを読み込む（Ｓ２）。この
逆起電力Ｖｒはモータ２の回転速度に応じてモータ端子
に現れる電圧であり、モータ２の回転速度とほぼ比例し
ている。したがって、その逆起電力Ｖｒの大きさは、モ
ータ２に連結しているタイヤ車輪１１における車速（タ
イヤ車輪の回転速度）を反映している。

【００３６】読み込んだ逆起電力Ｖｒは、あらかじめ設
定した判定値Ｖｏと比較される（Ｓ３）。上述したよう
に、上記逆起電力Ｖｒはタイヤ車輪１１における車速を
反映している。したがって、タイヤ車輪が非ロック状態
で回転しているならば、上記逆起電力Ｖｒはタイヤ車輪
の回転速度に応じた有意の値となる。

【００３７】しかし、ここで、タイヤ車輪が回転停止さ
れた場合、つまりロック状態になると、そのタイヤと共
に回転停止状態になったモータ２の起電力Ｖｒは著しく
低下する。したがって、この逆起電力Ｖｒを所定の判定
値Ｖｏと比較することにより、タイヤロックの有無を判
定することができる。

【００３８】上記比較により、タイヤロック無しと判定
（Ｖｒ≧Ｖｏ）された場合は、ブレーキ作動はそのまま
継続される。他方、タイヤロック有りと判定（Ｖｒ＜Ｖ
ｏ）された場合は、ブレーキ動作を一時的に解除する動
作が行われる（Ｓ４）。この解除は、タイヤが非ロック
状態に復帰するのに必要な時間だけ行われる。

【００３９】上述した一連の処理（Ｓ１〜Ｓ４）の繰り
返しにより、仮にタイヤロックが生じたとしても、静摩
擦力が作用する非ロック状態でのブレーキが断続的にか
けられるようになり、これにより高い制動力を得られる
ようになる。

【００４０】図３は、上記マイクロコンピュータ３０の
第２の動作例をフローチャートで示す。同図において
は、まずモータ２の端子から逆起電力Ｖｒを読み込む
（Ｓ１）。

【００４１】次に、制動装置７によるブレーキ作動の有
無を判定する（Ｓ２）。

【００４２】ここで、ブレーキ作動時であったならば、
ステップＳ１にて読み込んだ逆起電力Ｖｒと、それより
も前に読み込んでおいた逆起電力Ｖｒ’との差分（Ｖ
ｒ’−Ｖｒ）を求める（Ｓ３）。

【００４３】そして、その求めた差分（Ｖｒ’−Ｖｒ）
に基づいてタイヤロックの有無を論理判定する（Ｓ
４）。このときの論理判定は、次のように、第１，第２
の２つの判定処理に分けて行われる。

【００４４】すなわち、第１の判定処理では、上記差分
（Ｖｒ’−Ｖｒ）が所定の規定値ｋよりも大きいか否か
の判定を行う（Ｓ４１）。前述したように、タイヤロッ
クが生じた場合、逆電圧Ｖｒは急激に低下する。ここで
は、その低下の度合いを差分（Ｖｒ’−Ｖｒ）として検
出する。そして、その差分（Ｖｒ’−Ｖｒ）が所定の規
定値ｋよりも大きくなった場合に、タイヤロックが発生
したと判定する。

【００４５】第２の判定処理は、第１の判定処理にてタ
イヤロック無しと判定された場合に実行される。第１の
判定処理では、タイヤロックが発生したか否かを判定す
るが、すでに発生してしまったタイヤロックが継続して
いるか否かは判定しない。つまり、すでにロック状態と
なってしまった場合、上記差分（Ｖｒ’−Ｖｒ）からで
はタイヤロックの継続状態を判定することができない。

【００４６】そこで、第２の判定処理では、まず、第１
の判定処理にてタイヤロック発生が判定されなかった場
合に、すでにタイヤロック発生が判定されていたか否か
をフラグ（ＦＲ）を使ってチェックする（Ｓ４２）。こ
こで、すでにタイヤロック発生が判定されていたならば
（ＦＲ＝１）、上記逆起電力Ｖｒを所定の判定値Ｖｏと
比較することにより、タイヤロック継続の有無を判定す
る（Ｓ４３）。タイヤロック無しと判定された場合、上
記判定用フラグ（ＦＲ）はタイヤロック発生前の初期状
態（ＦＲ＝０）にリセットされる（Ｓ４４）。

【００４７】以上の２つの判定処理によりタイヤロック
の有無が確実に判定される。２つの判定処理によりタイ
ヤロック有りと判定された場合は、そのロック状態から
の脱出のために、ブレーキ動作を一時的に解除する処理
を実行する（Ｓ５１）。これとともに、タイヤロックが
生じたことを記憶するためのフラグ設定（ＦＲ＝１）を
行う（Ｓ５２）。

【００４８】このあと、ステップＳ１にて読み込んだ逆
起電力Ｖｒを前回読み込みの起電力Ｖｒ’として新たに
記憶（セーブ）させる（Ｓ６）。そして、最初の処理手
順（Ｓ１）に戻る。

【００４９】以上のようにして、車速センサを別途設け
ることなく、車両推進用の動力モータ２を使ってタイヤ
ロック有無の判定を行わせることができる。

【００５０】これにより、電気自動車におけるＡＢＳ制
御が車速センサ無しで可能となり、ＡＢＳ装着の電気自
動車における車両構造の合理化あるいは小型軽量化を達
成することができる。

【００５１】図４は、ブレーキ作動時における車両本体
速度と逆起電力の変化状態をタイミングチャートにて示
す。

【００５２】同図の（Ａ）は、タイヤロックが生じなか
った場合を示す。この場合、モータ２に対する制動が車
両本体に対する制動にそのまま結びつくとともに、静摩
擦力による制動力がかかることにより、車両本体速度と
逆起電力は共に連続的かつ円滑に低下する。

【００５３】同図の（Ｂ）は、ＡＢＳ制御無しでタイヤ
ロックが生じた場合を示す。この場合、モータ２は車輪
と共に急停止し、これにより逆起電力Ｖｒも急低下す
る。しかし、車両本体速度の方は、タイヤロックによる
スリップにより、なかなか減速しない。

【００５４】同図の（Ｃ）は、ＡＢＳ制御下にてタイヤ
ロックが生じた場合を示す。この場合、タイヤロックが
発生した時点で車両本体速度の減速率が一時的に低下す
るが、このときには逆起電力Ｖｒが急低下する。この逆
起電力Ｖｒの急低下により、ブレーキ動作が一時的に解
除されてロック状態からの脱出が行われる。これによ
り、ブレーキ動作は一時的に解除されるが、ほぼ全体を
通して、静摩擦力による迅速かつ確実な制動が行われる
ようになる。

【００５５】図５は、本発明による装置が搭載されたラ
ジコンカーの外観構成例を示す。

【００５６】同図に示すように、車体（シャーシ）１に
は、タイヤ車輪１１を駆動する動力モータ２、モータ制
御およびＡＢＳ制御を行う制御ユニット３、操舵機構１
２を駆動するサーボモータ４、制御信号を無線受信して
復調するラジコン受信ユニット５、および動力用バッテ
リ６などが搭載されている。

【００５７】図６は本発明の技術が適用された電気自動
車制御装置の別の実施例を示す。上述した装置との相違
点について説明すると、同図に示したものでは、機械式
の制動装置７が使用されている。この機械式の制動装置
７は、マイクロコンピュータ３０からブレーキ信号とし
て出力される制御信号Ｖｂを緩衝増幅するバッファ回路
７１と、このバッファ回路７１の出力によって通電駆動
されるソレノイド機構（電磁アクチェータ）７２と、こ
のソレノイド機構７２の動作によって車輪１１にブレー
キをかける制動機構１３とにより構成されている。

【００５８】この装置においても、上述した実施例の場
合と同様、動力モータ２の逆起電力Ｖｒに基づくＡＢＳ
制御が行われるように構成されている。

【００５９】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６０】たとえば、車両推進用の動力モータ２は、
ブリッジ接続されたパワーＦＥＴにより正負切換反転さ
せるようにしてもよい。

【００６１】以上の説明では主として、本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるラジ
コンカーに適用した場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、たとえば構内運搬車などの実用
自動車にも適用できる。

【００６２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

【００６３】すなわち、電気自動車におけるＡＢＳ制御
が車速センサ無しで可能となり、これにより電気自動車
における車両構造の合理化あるいは小型軽量化をはかる
ことができる、という技術を提供することにある、とい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の技術が適用された電気自動車制御装置
の一実施例を示す回路図

【図２】図１の装置の第１の動作例を示すフローチャー
ト

【図３】図１の装置の第２の動作例を示すフローチャー
ト

【図４】ブレーキ作動時における車両本体速度と逆起電
力の変化状態を示すタイミングチャート

【図５】本発明による制御装置が搭載されたラジコンカ
ーの外観構成例を示す斜視図

【図６】本発明の技術が適用された電気自動車制御装置
の別の実施例を示す回路図

【符号の説明】

１車体（シャーシ）１１タイヤ車輪１２操舵機構２動力モータ３電気自動車制御ユニット（電気自動車制御装置）４サーボモータ５ラジコン受信ユニット６動力用バッテリ７制動装置Ｆ１モータ駆動用パワーＭＯＳＦＥＴＦ２発電制動用パワーＭＯＳＦＥＴＦ１３０マイクロコンピュータ３１マイクロプロセッサ部３２ＲＯＭ部３３ＲＡＭ部３４Ｉ／Ｆ部３５Ａ／Ｄ変換部７１バッファ回路７２ソレノイド機構１３制動機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タイヤ車輪を回転駆動する動力モータへ
の供給電流を制御するパワー制御回路と、上記モータの
回転にブレーキをかける制動装置と、ブレーキ作動時に
上記モータの逆起電力に基づいてタイヤロックの有無を
判定するタイヤロック検出手段と、タイヤロック有りと
判定されたときに上記制動装置の動作を一時的に解除す
るＡＢＳ制御手段とを備えたことを特徴とする電気自動
車制御装置。
【請求項２】ブレーキ作動時にモータの逆起電力を規
定の判定値と比較することによりタイヤロックの有無を
判定するタイヤロック検出手段を備えたことを特徴とす
る請求項１に記載の電気自動車制御装置。
【請求項３】ブレーキ作動時にモータの逆起電力の低
下度合いを検出し、この低下度合いに基づいてタイヤロ
ックの有無を判定するタイヤロック検出手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車制
御装置。
【請求項４】モータに並列に接続する負荷回路を形成
することにより上記モータを発電制動する制動装置を備
えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
の電気自動車制御装置。