JPS6032501A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は左右の駆動輪を別個の電動機で駆動する電気
自動車の駆動輪が空転あるいは滑走するときの回転速度
を抑制する制御方式に関する。

〔従来技術とその問題点〕

電気自動車を駆動する方式として、１台の駆動用電動機
の出力を差動歯車を介して左右の駆動輪に伝達する方式
、いわゆる−指駆動方式と、左右の駆動輪をそれぞれ別
個の電動機で駆動する方式、いわゆる個別駆動方式とが
ある。

一括駆動方式の場合、悪路などのために左右いずれかの
駆動輪が脱輪したり浮き上ったりあるいはぬかるみに踏
み込むなどして駆動力が路面に伝達できないと、差動歯
車の作用により健全な側の駆動輪には駆動力が伝達され
ないから走行不能となる。それ故差動歯車をロックする
機構などが必要となり構造が複雑になるので、悪路等で
使用されることが多い大型の建設工事用電気自動車など
は個別駆動方式が有利である。また悪路での使用はしな
い車でも、大型の電気自動車では個別駆動方式の方が装
置の占有面積が小となり有利である。

個別駆動の電気自動車は、一般にアクセルの踏み込み量
によって駆動輪の駆動力が指令されるのであるが、該電
気自動車の操向性を良好ならしめるために、左右の駆動
輪が発生する駆動力は常に℃） 等し竜ことが望まれており、これは当該自動車が曲線を
通過するときに左右の駆動輪の回転速度に差がある場合
にも変わることはない〆しかし上述のように左右の駆動
輪が発生する駆動力すなわち電動機の発生トルクをアク
セルからの指令値に合わせるような制御系を構成してお
くと、左右いずれかの駆動輪と路面との摩擦力が例えば
ぬかるみや車輪の浮き上りなどのために減少して駆動輪
が空転を起こした場合でも、左右の駆動輪を駆動する電
動機は依然として同一トルクを発生することを要求され
るので、空転を起こした側の駆動輪の回転速度はさらに
上昇することとなる。

このような空転を放置しておくのは、タイヤの摩耗など
好ま、シくないことがあるので、何らかの空転抑制対策
が望まれるのであるが、適切な空転抑制対策がなされて
いないのが現状である。

〔発明の目的〕

この発明は、個別駆動方式の′ａ電気自動車１６ｂ）で
、路面の状態などの原因により左右いずれかの駆動輪が
空転または滑走しても、その空転または滑走回転速度を
一定値以内に抑え、路面の状態が回復すれば直ちに再粘
着させることができる′電気自動車の制御方式を提供す
ることを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、空転によって左右いずれかの１駆動常、最
小回転半径での曲線通過時に生じ得る回転速度差よりも
大となるとき、カ行運転時は回転速度が大きい側の駆動
用電動機の発生トルクを減少させ、また制動運転時には
回転速度が小さい側の駆動用電動機の発生トルクを減少
させることにより、回転速度差が上述の値より拡がるこ
とを防ぎ、自発的に再粘着させようとするものである。

〔発明の実施例〕

自動車が曲線を通過するときの左右の駆動輪の回転速度
差がどのようになるかを第１図に示す平面図をもとにし
て考察する。

第１図において１０１は当該′電気自動車であって１０
２は内側操向輪、１０３は外側操向輪、１０４は内側駆
動輪で１０５は外側駆動輪である。当該電気自動車１０
１が旋回するときの回転中心をＡ１また該自動車１０１
の車体の中心をＢとすると、Ａ点とＢ点との距離Ｒが回
転半径である。また車体の中心Ｂから左右駆動輪１０４
と１０５の車軸までの距離をｈ１左右の駆動輪１０４と
１０５の間隔をｌとする。駆動輪１０４，１０５の直径
をＤとすると、る。ただし■は当該自動車１０１の速度
である。

回転半径Ｒが左右駆動輪１０４と１０５の間隔りよりも
きわめて大であるとすると、（１）式および（２）式は
下記の（３）式と（４）式で近似できる。

ｌ　・・・・・・・・・・・・・・・・・　・・（３）
Ｎ１１５μｍ−２Ｔ） 当該自動車ＸＯＸ＄最小回転半径をＲｏとし、その最小
回転半径を通過できる最大速度をＶＯとするときの外側
駆動輪１０５と内側駆動輪１０４の回転速度差をΔｎと
する。（３）式と（４）武力きらΔＩ番よ下記の（５）
式となる。

’ｙｔｙ・”ｌ　、、、、、、、、、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、（５）Δ””’Ｒｏ、ｙｒ、Ｄ 一般に自動車の速度が高くなると通過できる１１１線の
半径は大きくなる。それ故自動車に横向きに働く力すな
わち遠心力を一定とすれ＋１、ｅｈ過できる曲線の最小
半径Ｒは速度■の２乗に比例して犬Ｒｏ／Ｖｏ”でＪ係
れる。このとき外側駆動輪１０５と内側駆動輪１０４の
回転速度差ΔＮは（７）式で示される。

ΔＮ＝Ｎ２−Ｎｌ＝さｒ　、　ｌ　、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、、　（カＲ・π・Ｄ （５）式、（６）式と（力式から 上記の（８）式から、ΔＮはΔｎより大きくはならない
ことがわかる。つまり曲線通過時に外側駆動輪１０５と
内側駆動輪１０４との間に生じる回転速度差は、その自
動車に固有の最小回転半径でなる曲線上を通過できる最
大の速度で走行するときに生じる内外駆動輪の回転速度
差を越えることはない。

よって駆動輪が空転せずに、正常に粘着して走行してい
る場合は、どのようなときでも左右の駆動輪の回転速度
差は２１以上にはならないので、回転速度差が２１以上
になれば空転が生じていると判断することができる。現
実には、左右の駆動輪の直径寸法は、タイヤの摩耗やタ
イヤ空気圧の差などによる寸法差があるので、この寸法
差に起因する回転速度差を上述のΔｎに加算して得られ
る回転速度差Ｎｓを空転であるか否かの判断基準にする
のが実用的である。

自動車の車輪と路面の間の摩擦係数は、路面がアスファ
ルトであるか、土か砂利かなどで異なるし、また乾いて
いるか濡れているか、水が溜っているかなどでも異なる
が一般的には路面状態が同一であれば、空転回転速度が
大きくなると、車輪と路面との間の摩擦係数は小さくな
る。それ数本発明では左右の駆動輪の回転速度差が上述
のＮｓ駆動輪の駆動力を路面との間の摩擦力につり合わ
せ、回転速度差が上述のＮｓ以上にならないようにする
。このように空転回転速度を定められた範囲内に抑えて
おけば駆動輪は自動的に再粘着するか、あるいはそのま
まの状態で走行し、路面状態の変化とともζこ再粘着す
ることになる。

上述の説明は自動車がカ行運転中に空転を発生したとき
、その空転抑制についての説明であるが、制動運転中に
発生する滑走についても同様の考え方で滑走抑制ができ
る。すなわち制動運転中に左右駆動輪のいずれかが滑走
を起こせば滑走側の回転速度が低下して、他方の駆動輪
との回転速度差が前述のＮｓ以上になるとき、回転速度
の小さい側の駆動輪の発生トルクを減少させることによ
り駆動輪を路面に再粘着させて制動力が有効に働くよう
にすることができる。

本発明の詳細は以下に記述する実施例により説明するが
、以下の実施例を示す図における参照符号の末尾にＬを
付したものは左側駆動輪に係わる機器であり、同じく参
照符号末尾が几のものは右側１駆動輪に係わるものであ
ることを示す。

第２図は本発明の実施例を示すカ行運転時の回路図であ
って、直流電力をサイリスクチョッパで変換して直流電
動機に供給し、カ行運転する場合を示している。

第２図において、直流電源１からの電力は左側駆動輪用
と、右側駆動輪用に分岐し、左右の駆動輪はそれぞれ別
個に制御されるようなされている。

すなわち左側ｍｈ輪は、サイリスタチョッパ４Ｌにより
変換された直流′成力を直流リアクトル６Ｌを経て直流
電動機８Ｌに供給し、該直流電動機８Ｌにより駆動され
る。該直流電動機８Ｌには速度検出発電機９Ｌが結合さ
れている。５Ｌはフリーホイールダイオードである。ま
た右側駆動輪は直流電動機８几で駆動されるので変換さ
れた直流電力により直流リアクトル番姑啼して運転され
るのである。５Ｒはフリーホイールダイオードであり、
９Ｒは速度検出発電機であって、直流電動機８Ｒに結合
されている。

左右の駆動輪の回転速度に相当する信号すなわち速度検
出発電機９Ｌと９凡の出力信号が低値優先回路１１に入
力し、この低値優先回路１１からは入力信号のうち低い
方の値が加算点１３Ｌと１．３Ｂに向けて出力する。加
算点１３Ｌと１３几では左右それぞれの駆動輪の回転速
度信号と低値優先回路１１の出力信号とを比較してその
差を空転トルク調節器１４柊と１４Ｒに入力する。自動
車のアクセルペダルに相当するカ行設定器１６の設定信
号と、上記空転トルク調節器１４Ｌと１４Ｒの出力信号
とはそれぞれ加算点１５Ｌと１５Ｒにおいて別個に加算
されたのち、比例積分調節器でなる電流調節器１８Ｌと
１８Ｒに入力し、この電流調節器１８．Ｌと１８Ｒの出
力により点弧角調Ｊｉｌ器１９Ｌと１９Ｒはそれぞれの
サイリスクチョッパ４Ｌと４Ｒを制御して、直流電動機
８Ｌと８Ｒに適切な直流゛電力を供給するのである。

上述の制御動作を具体的に説明する。カ行運転中の電気
自動車の左側駆動輪に空転が発生し、その空転時回転速
要がＮＬで、粘着している右側駆動輪の回転速度がＮＲ
であるとすると、当然回転速ｉＮＬの方が回転速度ＮＲ
よりも大である。それ故低値優先回路１１からはＮ、が
出力される。で、加算点１３Ｌにおいては回転速度ＮＬ
とＮＲとの差が演算されてその結果が史伝トルク調節器
１４Ｌに入力するが、加算点１３Ｒでは回転速度ＮＲと
ＮＲとの比較になるから、右側駆動輪用の空転トルク調
節器１４Ｒの入力は零である。

墾転トルク調節器１４Ｌと１４Ｒの入出力特性は第３図
に示す特性である。第３図の横軸は左と右の駆動輪の回
転速度差を、縦軸は駆動用電動機のトルクを示しており
、回転速度差とトルりの１届係が折線ＯＥＦで老熟れて
いる。ここで線分ＯＲＣ吠きさは、前述せる空転である
力１否め）の！ｌ−１ｊ断基準となる回転速度差Ｎｓと
同じ大きさとする。そＩｔ故全空転トルク調節器１４Ｌ
たは１４Ｒｉこ入力する回転速度差が上述のＮｓよりも
小さＧ１とき番ま、この空転トルク調節器１４Ｌまたは
１４Ｒの出力（ま零であり、入力が前述のＮＲよりも犬
となれ（ｉ負のトルク信号を出力する。さらに入力の回
転速度差ＮＳが大になれば負のトルク信号はそれζこ比
ｆｉｌ　して大きくなる。

それ故第２図において、空転して０る左＠１１駆動輸の
回転速度ＮＬと、粘着してＧ）る右１１１Ｉ駆動輪の回
転速度ＮＲとの差が前述のＮＳよりも大であれば、空転
トルク調節器１４Ｌは負信号を出力する力）ら、カ行設
定器１６の設定信号は加算点１５ＬｉこおＧ１てや弱め
られたうえで速度調節器１８Ｌｔこ入力する力Ｓら、左
側駆動輪を駆動する直流電動機８Ｌへの′電流を減らし
て発生トルクを減少させる。トルりの減少により回転速
度は、右側駆動輪の回転速度よりもＮｓだけ大きい値ま
で引き下げられる。一方粘着している右側駆動輪用の空
転トルク調節器１４Ｒへの入力信号は零であるから出力
信号も零であり、従って電流調節器１８几への入力信号
はカ行設定器１６が設定する信号がそのまま入力するこ
とになる。かくして空転のために回転速度が異常に上昇
した空転側駆動輪のみがトルク従って回転速度を抑制さ
れて再粘着するよう制御されるのである。

第４図は本発明の同じ実施例における制動運転時を示す
回路図であって、第２図と異なるのは１２なる高値優先
回路と、加算点１３Ｌと１３Ｒに入力する信号の極性お
よび１７なる制動設定器のみであり、これ以外の参照符
号を付した機器の名称・機能・用途は第２図と同一であ
るから、その説明は省略する。

第４図において、当該電気自動車が減速のために制動運
転中に、右側駆動輪が滑走し始めたとすると、滑走して
いる右側駆動輪の回転速度ＮＲは、粘着している左側駆
動輪の回転速度ＮＬよりも小さな値となる。よって１２
なる高値優先回路にはＮＬとＮＲなる回転速度信号が入
力するが両信号のうち高い値であるＮＬが出力する。加
算点１３Ｌではこの高値優先回路１２の出力信号である
ＮＬと、速度検出発電機９Ｌの出力信号であるＮＬとが
比較されるので、空転トルク調節器１４Ｌの入力は零、
よって出力も零であり、電流°調節器１８Ｌには自動車
のブレーキペダルに相当する制動設定器１７の設定信号
がそのまま入力することになる。一方加算点１３Ｒでは
前記高値優先回路１２の出力信号であるＮＬと、速度検
出発電機９Ｒの出力信号であるＮＲとが比較されるので
、空転トルク調節器１４Ｒへ入力する前記回転速度差で
あるＮ　Ｌ　−Ｎ　ｖｔが前述のＮｓよりも小さければ
出力は零であるが、ＮＳよりも大きければ負信号を出力
して、電流調節器１８Ｒの入力信号を制動設定器１７が
設定する値よりも小さくするから、滑走している右側駆
動輪を駆動する直流電動機８凡の電流減少すなわちトル
りが減少して再粘着するよう制御される。

上述第２図と第４図に示す実施例は、説明の便宜上刃行
運転時の第２図と、制動運転時の第４図に分けているの
であって、実際にはこの第２図と第４図とを合わせた状
態となる。このときカ行時と制動時に別個に必要な低値
優先回路１１　高値盈 優先回路１２、カ行設定器１６、制動設定値１７と、加
算点１３Ｌ　、ｉａ：ａに入力する信号の極性を除けば
、他の機器は共通であることは轟然である。

第５図は本発明の第２の実施例を示す回路図であって、
カ行時と制動時の電気自動車駆動輪の空転抑制制御を示
すものである。なお第５図において参照符号の末尾に付
したＬは左側駆動輪用を、またＲは右側駆動輪用の機器
を示すものであることは、第２図、第４図の場合と同様
である。

第５図において、自動車に塔載されているディーゼルエ
ンジン２１などの原動機により交流発電機２２を駆動し
て交流電力を発生させる。この交流電力は主整流器２３
で直流電力に変換され、該直流電力は平滑コンデンサ２
４で平滑されたのち、左側駆動輪用のトランジスタイン
バータ２５Ｌと右側駆動輪用のトランジスタインバータ
２５Ｒに分岐して供給され、当該トランジスタインノく
一夕２５Ｌ。

２５Ｒはそれぞれ別個に直流電力を可変′祇圧可゛変周
波数の交流電力に変換し、それぞれ誘導電動機２８Ｌ、
２８Ｒを所望す回転速度で運転する。この誘導電動機２
８Ｌ、２８Ｒが当該電気自動車の左右駆動輪を駆動する
のであるが、このＫａ機２８Ｌ。

２８几にはそれぞれ速度検出発電機２９Ｌ、２９几が当
該変流器２６Ｌ、２６Ｒの出力は直流変換器２７Ｌ。

２７几により直流信号に変換される。

左側駆動輪用速度検出発電機２９Ｌからの回転速度信号
は低値優先回路３１．高値優先回路３２．加算点３３Ｌ
、極性転換器３４Ｌを経て加算点３５Ｌ値優先回路３１
．高値優先回路３２．加算点３３Ｒ１極性転換器３４Ｅ
Ｌを経て加算点３ＦＩＲおよび加算点４７Ｒに与えられ
る。

自動車がカ行運転中は無接点回路でなる信号切換器３６
Ｌ、３６Ｒはそれぞれ加算点３３Ｌ　と３３几からの信
号を受けて空転トルク調節器３７Ｌ、３７几へその信号
を出力するようになっているので、左右駆動輪の回転速
度信号と低値優先回路３１の出力信号との差をそれぞれ
の空転トルク調節器３７Ｌ。

３７Ｒに与える。また自動車が制動運転状態になると、
前述の信号切換器３６Ｌ、３６Ｒはそれぞれ加算点３５
Ｌと３５Ｒからの信号を受けてその信号を出力するよう
に切換って、高値優先回路３２の出力信号と左右駆動輪
の回転速度信号との差をそれぞれの空転トルク調節器３
７Ｌ、３７Ｒに与える。

この空転トルクパ調節器３７Ｌ、３７Ｒは前述の実施例
と同様第３図の特性を有しているので、カ行運転か制動
運転かには関係なく、その入力である回転速度差信号が
Ｎｓなる空転であるか否かを判断する回転速度差以下で
あれば零を出力し、入力がこのＮｓよりも犬であれば負
信号を出力する。

４３は無接点回路でなる信号切換器であって、当該電気
自動車がカ行運転中はカ行設定器４１の設定信号をうけ
て出力し、制動運転に切換われば制動設定器４２の設定
信号をうけて出力する。このカ行設定器４１または制動
設定器４２の設定信号と前記空転トルク調節器３７Ｌ、
３７Ｂの出力信号とがそれぞれ加算点４４Ｌ、４４Ｒに
おいて加算され、更にこの演算結果と直流変換器２７Ｌ
、２７几からの誘導電動機２８Ｌ、２８Ｒの電流信号と
が加算点４５Ｌ、４５Ｒにおいて比較されたのちそれぞ
れ電流調節器４６Ｌ、４６Ｒに入力する。この電流調節
器４６Ｌ、４６Ｒの出力信号は誘導電動機２８丑、２８
Ｒのトルクすなわち滑り周波数に相当する信号であるか
ら、加算点４７Ｌ、４７Ｒにおいてこれに電動機２８Ｌ
、２８Ｈの回転速度に相当する信号を加算してトランジ
スタインバータ２５Ｌ、２５Ｒの出力すべき周波数が定
まる。この出力周波数に相当する電圧を、電圧周波数変
換器５１Ｌ、５１Ｒにより周波数指令信号に変換し、一
方関数発生器５２Ｌ、５２Ｒがトランジスタインバータ
２５Ｌ、２５Ｒの出力電圧信号を出力する。この電圧周
波数変換器５１Ｌ。

５１Ｒの出力と関数発生器５２Ｌ、５２Ｒの出力とは正
弦波変調回路５３Ｌ、５３Ｈにより正弦波変調され、ベ
ース駆動回路５４１Ｌ、５４Ｒを経てトランジスタイン
バータ２５Ｌ、２５Ｒを構成するトランジスタのベース
にオンオフ信号を送って、誘導電動機２８Ｌ。

２８Ｒが所望の回転速度で運転し、カ行時または制動時
に左右どちらかの駆動輪が空転または滑走すれば、その
駆動輪の駆動力を低減して再粘着するように制御する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、個別駆動方式の′電気自動車において
、空転や滑走などで左右の駆動輪に回転速度差を生じ、
その回転速度差が通常、曲線通過時に生じ得る回転速度
差よりも大きくなったとき、空転または滑走している側
の駆動用電動機の発生トルクを減少させて、空転または
滑走回転速度と正常に粘着している側の回転速度との差
をある一定値以上には拡げないように制御している。こ
のような制御をするには、通常の制御装置に高値優先回
路と、低値優先回路と、空転トルク調節器と、これらに
付随する回路（信号切換器や極性転換器など）を追加す
るのみで、空転または滑走による各種障害を防止するこ
とができる。またこのような制御により自発的に再粘着
させようとするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は旋回時の平面図であり、第２図は本発明の実施
例であってカ行運転時の回路図、第３図は空転トルク調
節器の特性図、第４図は第２図と同じ本発明の実施例で
あって、制動運転時の回路図である。第５図は本発明の
第２の実施例を示す回路図である。 １　・直流電源、４Ｌ、４Ｒサイリスクチョッパ、５Ｌ
、５Ｒ，フリーホイールダイオード、６Ｌ、６Ｒ直流リ
アクトル、８Ｌ、８Ｒ直流・電動機、９Ｌ。 ９Ｒ，２９Ｌ、２９Ｒ・速度検出発′１機、１１．３１
・・低値優先回路、１２．３２　高値優先回路、１４Ｌ
。 １４Ｒ，３７Ｌ、３７Ｒ・・・空転トルク調節器、１６
．４１・カ行設定器、１７，４２．−制動設定器、１８
Ｌ、１８Ｒ。 ４６Ｌ、４６Ｒ・・電流調節器、１９Ｌ、１９Ｒ点弧角
調整器、２１・・ディーゼ・ルエンジン、２２・・交流
発電機、２３・・主整流器、２４・平滑コンデンサ、２
５Ｌ、２５Ｒ・トランジスタインバータ、２６Ｌ。 ２６Ｒ・・変流器、２７Ｌ、２７Ｒ・・・直流変換器、
２８Ｌ。 ２８Ｒ・誘導電動機、３４Ｌ、：３４Ｒ極性転換器、３
６Ｌ、３６Ｒ，４３・・信号切換器、５１Ｌ、５１Ｒ・
・・電動回路、１０１・・・電気自動車、１０２・・内
側操向輪、１０３・外側操向輪、１０４　・内側駆動輪
、１０５・・第３図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）左右の駆動輪をそれぞれ別個の電動機により駆動す
   るようなされている電気自動車において、前記圧と右の
   駆動輪の回転速度差があらかじめ定める値を越えるとき
   、該回転速度差の拡大を防ぐよう、カ行時にあっては回
   転速度が大きい側の駆動輪を駆動する電動機の発生トル
   クを減少させ、制動時にあっては回転速度が小さい側の
   駆動輪を駆動する電動機の発生トルクを減少させる制御
   をなすことを特徴とする電気自動車の制御方式。 ２、特許請求の範囲第１項記載の制御方式において、あ
   らかじめ定める左右駆動輪の回転速度差は、前記電気自
   動車に固有の最小回転半径でなる曲線上を当該電気自動
   車が通過できる最大速度で走行するときの左右駆動輪の
   回転速度差に、左右駆動輪の直径差に起因する回転速度
   差を加算したものであることを特徴とする電気自動車の
   制御方式。