(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物用の駆動システムであって、
駆動トルクを供給するためのモータと、
前記モータにブレーキトルクを供給する電子駆動ブレーキと、
電源電圧入力、スロットルペダル位置入力、ブレーキペダル位置入力、キースイッチ入力、前進／ニュートラル／後退（ＦＮＲ）入力、および、ブレーキペダル位置センサーからの前記ブレーキペダル位置入力に付加される、ブレーキフルストロークセンサーからのブレーキフルストローク入力を受信し、前記入力に基づいて前記モータのための駆動信号を生成するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記ブレーキペダル位置入力と前記ブレーキフルストローク入力とに基づいて前記電子駆動ブレーキに信号を送信する駆動システム。
【請求項２】
上記モータは、交流誘導電動機および永久磁石モータのうちの１つを含む請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３】
上記モータは、三相四極ブラシレスモータである請求項２に記載の駆動システム。
【請求項４】
上記モータは、屈曲した固定子および永久磁石回転子を含む請求項２に記載の駆動システム。
【請求項５】
上記永久磁石は、希土類磁石を含む請求項４に記載の駆動システム。
【請求項６】
上記コントローラは、取り外し可能な記憶媒体を受け入れるためのメディアドライブをさらに含み、
上記取り外し可能な記憶媒体には、コンパクト・ディスク（ＣＤｓ）、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤｓ）、磁気媒体、およびメモリカードが含まれる請求項１に記載の駆動システム。
【請求項７】
上記コントローラは、スロットル可能入力をさらに受信する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項８】
上記コントローラは、警告信号をさらに生成する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項９】
上記駆動信号は、三相ＡＣ駆動信号を含む請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１０】
上記駆動信号は、パルス幅変調信号およびパルス周波数変調信号のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１１】
上記コントローラは、上記電源電圧入力に基づいて上記モータの最大速度を決定する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１２】
上記コントローラは、前記乗物が駆動されるように構成されているか、牽引されるように構成されているかを示す駆動／牽引入力をさらに受信し、
上記コントローラは、上記牽引スイッチ入力および上記ＦＮＲ入力に基づいて上記モータの最大速度を決定する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１３】
上記コントローラは、表示部に伝達される状態信号をさらに生成する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１４】
上記状態信号は、バッテリー状態、アンペア時、エラーコード、および後退駆動状態のうちの少なくとも１つを示す請求項１３に記載の駆動システム。
【請求項１５】
上記表示部は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、数値表示、および英数字表示のうちの少なくとも１つを含む請求項１３に記載の駆動システム。
【請求項１６】
上記ブレーキ入力が０％より高いブレーキコマンドを示す場合、上記電源電圧入力、上記スロットルペダル位置入力、および上記ＦＮＲ入力にかかわらず、上記コントローラは、上記モータを減速させる請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１７】
上記コントローラは、バッテリーのＳＯＣを決定し、かつ該ＳＯＣに基づいて上記モータの最大速度を決定する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１８】
上記駆動信号と上記モータとを選択的に接続させる接触器をさらに備え、
上記コントローラは、上記接触器に伝達されるＰＷＭ接触器制御信号をさらに生成し、
該コントローラは、
該接触器を閉鎖させる時には、第一のＰＷＭ負荷サイクルにおいて、該ＰＷＭ接触器制御信号を生成し、
該接触器が閉鎖された後では、第二のＰＷＭ負荷サイクルにおいて、該ＰＷＭ接触器制御信号を生成する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１９】
上記コントローラは、上記電子駆動ブレーキに伝達されるブレーキ制御信号をさらに生成し、
該コントローラは、
該電子駆動ブレーキを作動させる時には、第一のＰＷＭ負荷サイクルにおいて、該ブレーキ制御信号を生成し、
該電子駆動ブレーキが作動された後では、第二のＰＷＭ負荷サイクルにおいて、該ブレーキ制御信号を生成する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項２０】
上記電子駆動ブレーキは、上記モータの停止時の駐車ブレーキ機能を供給する請求項１９に記載の駆動システム。
【請求項２１】
上記ブレーキペダル位置入力が０％のブレーキ指令を示し、かつ上記スロットルペダル位置入力が０％のスロットル指令を示す場合、上記コントローラは、上記モータを所定の割合で減速させる請求項１に記載の駆動システム。
【請求項２２】
上記コントローラに電力源を供給する充電式バッテリーをさらに備え、
上記充電式バッテリーの種類に、リチウムイオン、ニッケルカドミウム、ニッケル水素、および鉛電池のうちの１つが含まれる請求項１に記載の駆動システム。
【請求項２３】
上記モータコントローラは、上記モータから受け取った電力で上記充電式バッテリーを充電する請求項２２に記載の駆動システム。
【請求項２４】
上記モータコントローラは、上記充電式バッテリーに供給する上記電力の比率を、バッテリーパックの種類、バッテリーパックの寿命、および電力消費率に基づいて決定する請求項２３に記載の駆動システム。
【請求項２５】
上記モータコントローラは、データを通信するための通信バスインターフェースをさらに含む請求項１に記載の駆動システム。
【請求項２６】
上記データは、実時間制御データを含む請求項２５に記載の駆動システム。
【請求項２７】
上記通信バスインターフェースは、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）、ＲＳ‐２３２、ＲＳ‐４２２、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、直列、並列、ワイヤレス、ブルートゥースおよび光フォーマットのうちの１つに対応する請求項２５に記載の駆動システム。
【請求項２８】
上記実時間制御データは、上記電源電圧入力、上記スロットルペダル位置入力、上記ブレーキペダル位置入力、上記キースイッチ入力、および上記ＦＮＲ信号のうちの少なくとも１つを含む請求項２６に記載の駆動システム。
【請求項２９】
バッテリーの充電状態（ＳＯＣ）を上記コントローラの上記通信バスインターフェースに伝える第二の通信バスインターフェースを含む充電器をさらに備える請求項２５に記載の駆動システム。
【請求項３０】
上記駆動トルクを受け、該駆動トルクを一対の車軸へ振り分けるロッキングディファレンシャルをさらに備える請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３１】
上記ロッキングディファレンシャルは、上記コントローラによって生成される差動制御信号にしたがって、ロックしたり解除したりする請求項３０に記載の駆動システム。
【請求項３２】
上記コントローラは、
上記ロッキングディファレンシャルをロックする時には、第一のＰＷＭ負荷サイクルにおいて、上記差動制御信号を生成し、
該ロッキングディファレンシャルがロックされた後では、第二のＰＷＭ負荷サイクルにおいて、上記差動制御信号を生成する請求項３１に記載の駆動システム。
【請求項３３】
複数の車輪速度入力をさらに備え、
上記駆動信号は、さらに上記車輪速度入力に基づいている請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３４】
上記コントローラは、上記車輪速度入力を受信するとともに上記モータの加速および減速を制限するアンチロックブレーキシステムおよびトラクションコントロールシステムのうちの少なくとも１つを含む請求項３３に記載の駆動システム。
【請求項３５】
上記トラクションコントロールシステムは、駆動されている車輪および駆動されていない車輪のそれぞれに関する車輪速度入力の比較に基づいて、上記加速および減速を制限する請求項３４に記載の駆動システム。
【請求項３６】
第二の駆動トルクを供給するための第二のモータを備え、
上記モータコントローラは、第二の駆動信号を上記第二のモータに伝え、該第二の駆動信号は該第二のモータの作動状態に基づいている請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３７】
前記電子駆動ブレーキは、前記モータにブレーキトルクを掛けて動力源を絶たれる請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３８】
前記ブレーキペダルが、そのフルストロークの所定のパーセンテージの中に押し下げられたときに、前記電子駆動ブレーキは、前記モータにブレーキトルクを掛けて動力源を絶たれる請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３９】
前記コントローラへの前記ブレーキフルストロークセンサー入力が、前記ブレーキペダルが、そのフルストロークの所定のパーセンテージの中に押し下げられたことを示したときに、前記電子駆動ブレーキは、前記モータにブレーキトルクを掛けて動力源を絶たれる請求項１に記載の駆動システム。
【請求項４０】
前記コントローラは、前記ブレーキペダル位置入力に基づいて、前記電子駆動ブレーキに供給される電気エネルギーを変えるように構成されている請求項１に記載の駆動システム。
【請求項４１】
乗物用の駆動システムであって、
駆動トルクを供給するためのモータと、
前記モータにブレーキトルクを供給する電子駆動ブレーキと、
電源電圧入力、前記スロットルペダルの位置に応じて変化するスロットルペダル位置入力、前記ブレーキペダルの位置に応じて変化する、ブレーキペダル位置センサーからのブレーキペダル位置入力、キースイッチ入力、前進／ニュートラル／後退（ＦＮＲ）入力、および、前記ブレーキペダル位置入力に付加される、ブレーキフルストロークセンサーからのブレーキフルストローク入力を受信し、前記入力に基づいて前記モータのための駆動信号を生成するコントローラとを備え、
前記電子駆動ブレーキは、前記ブレーキフルストローク入力に応じて動作する駆動システム。
【請求項４２】
前記電子駆動ブレーキは、前記コントローラとは独立に駆動される請求項４１記載の駆動システム。
【請求項４３】
前記電子駆動ブレーキは、前記モータにブレーキトルクを掛けて動力源を絶たれる請求項４１記載の駆動システム。
【請求項４４】
前記ブレーキペダルが、そのフルストロークの所定のパーセンテージの中に押し下げられたときに、前記電子駆動ブレーキは、前記モータにブレーキトルクを掛けて動力源を絶たれる請求項４１に記載の駆動システム。
【請求項４５】
前記ブレーキフルストローク入力が、前記ブレーキペダルが、そのフルストロークの所定のパーセンテージの中に押し下げられたことを示したときに、前記電子駆動ブレーキは、前記モータにブレーキトルクを掛けて動力源を絶たれる請求項４１に記載の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主に、電動乗物の駆動輪に原動力を与えるブラシレス交流（ＡＣ）駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この項での記述は、単に、本開示に関連する基本的な情報を与えるものであって、従来技術を構成するものではない。
【０００３】
交流（ＡＣ）モータまたは直流（ＤＣ）モータのような全てのモータは、互いに近接する２つの磁界は一列に並ぶ傾向があるという原則に基づいて、作動する。磁界を誘起する１つの方法は、ワイヤのコイルに電流を流すことである。電流が流れている２つのコイルが互いに近接する場合、発生した各磁界は一列に並ぶ傾向がある。電流が流れている２つのコイルが一列に並んだ状態から０〜１８０度離れている場合、上記傾向によって、２つのコイルの間にトルクが生成される。これらのコイルの内の１つが機械的に軸に固定され、もう一方が外側ハウジングに固定される構成が、電気モータとして知られている。こうしたコイルの間に発生するトルクは、コイルを流れる電流によって異なるであろう。
【０００４】
ＡＣモータは、例えば、単相交流電動機／多相電動機、交直両用電動機、サーボ電動機、交流誘導電動機、交流同期電動機、および歯車モータを含む、幅広い種類のモータを含んでいてもよい。ＡＣモータによって発生させられる磁界は、モータコイルとして同じＡＣ電圧を動力源とした電磁石によって、発生させられてもよい。伝統的に、磁界を発生させるコイルは、フィールドコイルと呼ばれ、一方コイルおよび回転する塊状鉄心は、アーマチュアコイルと呼ばれる。
【０００５】
ＡＣモータは、ＤＣモータ以上の利点を有するかもしれない。ＤＣモータの中には、整流器として知られている装置を含む種類がある。整流器は、１８０度以上の角度でモータ軸が回転しながらトルクを発生させ続けるために、確実に、２つのコイルの間に常に角度があるようにしている。整流器は、アーマチュアコイルからの電流を切断し、アーマチュアコイルとモータハウジングに接続されたフィールドコイルとの角度が０になる前に、電流を第二のアーマチュアコイルに再接続する。
【０００６】
アーマチュアコイルの両端が、整流子片として知られるインターフェースを有してもよい。カーボンで作られ、ブラシと呼ばれる接点は、モータハウジングに固定される。例えば、整流器およびブラシを有するＤＣモータは、「ブラシ」ＤＣモータとして知られている。ＤＣモータ軸が回転する時、ブラシは一組の整流子片と接触しなくなり、次の組の整流子片と接触することになる。この工程によって、アーマチュアコイルとフィールドコイルとの角度が比較的一定に維持される、言い換えると、ＤＣモータの回転を通してトルクが一定に維持されることになる。
【０００７】
ブラシレスＡＣモータとして知られている種類のＡＣモータは、ブラシまたは整流子片を使用しない。一般に、ブラシＤＣモータは、定期的に整備され、点検され、磨り減ったブラシを取り替え、かつ点火する危険が潜在的にある炭粉をモータの様々な面から取り除かれなければならない。したがって、ブラシＤＣモータの代わりにブラシレスＡＣモータを使用することによって、整備および磨耗に関する問題が解消され、かつ点火の危険という問題も解消されるであろう。また、ＡＣモータは、定速での使用にも適しているかもしれない。なぜなら、ＤＣモータとは異なり、ＡＣモータのモータ速度は、モータ端子に適用されるＡＣ電圧の周波数によって決定されるためである。
【０００８】
ＡＣモータには、交流同期電動機、および交流誘導電動機という２つの異なる種類がある。交流同期電動機は、簡単な回転領域を有する固定子部分にある一連の巻き線からなる。電流がコイルに流され、コイル上でトルクを発生させる。電流が行ったり来たりするので、一般に、モータは正弦波の周波数に応じて、なめらかに作動する。これにより、無負荷から全負荷まで誤りなく、不変で一定の速度が可能となる。
【０００９】
交流誘導電動機は、一般に、上記２種類のＡＣモータの中で、より普及したものである。交流誘導電動機は、直接的に回転を提供するというよりもむしろ、電流を使用してコイルでの回転を誘導する。また、交流誘導電動機は、短縮したワイヤループを回転アーマチュア上で使用し、フィールドコイル上で発生する磁界を変化させることによって、短縮したワイヤループに誘導される電流からモータトルクを得る。
【００１０】
ゴルフカーや小型の実用的な乗物のような従来の電動乗物は、ＤＣ電源を動力源としており、主として分巻型ＤＣ駆動システムを備えている。分巻型ＤＣモータは、ゴルフカーのような乗物に動力を供給する従来の多くの直巻ＤＣモータに取って代わっている。分巻型ＤＣモータは、共通の電源に並列に接続されたアーマチュア巻き線および界磁巻き線を有し、直巻ＤＣモータよりも柔軟にモータの性能を制御できる構成を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これら分巻型ＤＣモータには、まだ整備に関する問題および点火する危険が潜在的にあるという問題がある。まだ、これまでにゴルフカーのような乗物の駆動輪に原動力を供給するブラシレスＡＣ駆動システムが開発されたとは信じられていない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る駆動システムは、実用的な乗物用の駆動システムであって、駆動トルクを供給するための交流（ＡＣ）モータと、電源電圧信号、スロットルペダル位置信号、ブレーキペダル位置信号、キースイッチ信号、前進／ニュートラル／後退（ＦＮＲ）信号、および、上記実用的な乗物が駆動するように設定されているか、牽引されるように設定されているかを示す、走行／牽引信号を受信し、上記ＡＣモータ用のＡＣ駆動信号を生成するＡＣモータコントローラとを備え、上記ＡＣ駆動信号は、上記電源電圧信号、上記スロットルペダル位置信号、上記ブレーキペダル位置信号、上記キースイッチ信号、上記ＦＮＲ信号、および上記走行／牽引信号に基づいていることを特徴としている。
【００１３】
本明細書にて与えられる説明により、さらなる応用範囲が明らかにされるであろう。なお、説明と具体例とは、あくまでも説明を目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではないと理解されたい。
【００１４】
本明細書に記載されている図面は、あくまでも説明を目的とするものであり、決して本開示の範囲を限定することを意図したものではない。本開示を通して、同種の構成要素は同種の参照番号によって示されており、それらはあくまでも説明のために付与されたものである。したがって、各種の実施形態を限定するものではない。
【００１５】
〔関連出願の参照〕
本出願は、米国仮出願第６０／６２３，１４９号（２００４年１０月２８日提出）の利益を主張する。上記出願の明細書は、そのままの引用により開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、各種の実施形態に基づくＡＣ駆動システムのブロック図である。
【図２】図２は、各種の実施形態に基づく計器板のブロック図である。
【図３】図３は、各種の実施形態に基づくＣＡＮ通信チップの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、各種の実施形態に基づく前輪速度センサを示すブロック図である。
【図５】図５は、各種の実施形態に基づく複輪または総輪駆動の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、各種の実施形態に基づくＡＣ駆動システムの好例となるブロック図である。図１には、ＡＣ駆動システム１００が示されており、交流誘導電動機または永久磁石モータのような三相（３φ）ＡＣモータ１１０と、ゴルフカーおよび／または小型の実用的な乗物のような電動乗物１９０に連動して使用されるのに対応した駆動モータコントローラ１２０とを含む。以下により詳細に記述するように、ＡＣ駆動システム１００は、牽引力と、常用ブレーキの機能性とを提供し、かつ乗物１９０運動による運動エネルギーを起電力（ＥＭＦ）という形での位置エネルギーへの変換および回復を提供する。
【００１８】
図１を参照すると、モータコントローラ１２０に応えて、モータ１１０は、車軸１９２を介し、後輪１９８へのロッキングディファレンシャル１９４および軸１９６を通して、原動力または牽引力を伝えている駆動輪１９８に、原動力を提供することができる。モータ１１０は、信号線１８５および／またはモータ１１０を介して、モータコントローラ１２０の制御を受けて動作できるように、電気ブレーキ１８０に接続されてもよい。また、スロットル（アクセルペダル）１７０のスロットル制御は、モータコントローラ１２０から信号線１２６を越えて受信した信号に基づいて、スロットル位置センサ１７５およびスロットル可能センサ１７７を介して行われてもよい。さらに、ＡＣ駆動システム１００は、モータコントローラ１２０からの信号にしたがって、モータ１１０によって動作時に制動を制御する常用ブレーキペダル１６０を含んでもよい。常用ブレーキペダル１６０の動作は、通信回線１２２を介してモータコントローラ１２０に送られる制御信号を生成する１つまたは両方のセンサによって、検出される。ブレーキペダル１６０に関連するセンサは、以下により詳細に記述するように、ブレーキ位置センサ１６３およびフルストロークセンサ１６５を含んでもよい。
【００１９】
モータコントローラ１２０は、図１に示すように、１つ以上の携帯用のバッテリーパック１３０、充電器１４０、および外部ネットワーク１５０と動作時に通信できる。また、後退アラームセンサのような他の外部装置または出力１５５と、直接接続またはコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バス１４５および関連するコネクタインターフェースを介して、動作時に通信できる。モータコントローラ１２０、充電器１４０、および外部ネットワーク１５０間においての動作制御およびデータ交換について、以下に詳細に記述する。
【００２０】
ＡＣ駆動システム１００のためのＡＣシステム論理は、一連の駆動入力および駆動出力を含んでいる。以下、モータコントローラ１２０のような高度な装置において実行されるシステム論理への入力、およびシステム論理からの出力の例について説明する。以下に記載した以外の入力および出力パラメータ、または信号が、ＡＣ駆動システムの例において実行されてもよいということが当業者には理解されるであろう。
【００２１】
図２は、各種の実施形態に基づく計器板の好例となるブロック図である。図２を参照すると、好適な計器板２００はキースイッチ２２０、前進、ニュートラル、および後退（ＦＮＲ）スイッチ２３０、ローバッテリー表示器２３５、アンペアメータ２４０、ＬＥＤ２４５、コントローラ表示器２４８、並びに後退アラーム表示器２５０を含んでいる。コントローラ表示器２４８は、正常および警告などのような状態、ＡＣコントローラ１２０の状態、またはＡＣモータ制御システムの他の構成要素の状態を示す。ＬＥＤ２４５は、単一のＬＥＤまたは複数のＬＥＤとして統合されてもよいし、数字または英数字の適切なエラーコードを表示するように設定されてもよい。エラーコードは、閾値への接近と、モータ１１０、モータコントローラ１２０、バッテリーパック１３０、常用ブレーキ１６０、または電動ブレーキ１８０などの警告状態とに関するエラーコードを含んでいてもよいが、それらに限定されるものではない。
【００２２】
乗物１９０は、運転者が乗物１９０を作動させるために、所望の場所に設けられる好適な走行／牽引スイッチ２１０を含んでもよい。走行／牽引スイッチ２１０は、スイッチが運転者（または乗客）の位置からは容易に操作されない場所にあっても、乗物１９０が正常に駆動している間、意図的にまたは不注意によりスイッチ２１０の電源を切って入れなおすことを避けられるように、乗物１９０上の牽引に好適な場所に配置されてもよい。
【００２３】
走行／牽引スイッチ２１０が、走行に選択されている場合、原動力はモータコントローラ１２０およびモータ１１０を介して、乗物１９０を駆動させるために供給されている。走行／牽引スイッチ２１０が、牽引に選択されている場合、電気ブレーキ１８０は、電気ブレーキ１８０およびモータコントローラ１２０を作動させるのに充分な時間、例えば１秒間、動力を与えられ、その後、電気ブレーキ１８０を固定するために例えば４０％といった所定のパルス幅変調（ＰＷＭ）率を適用する。以下にきわめて詳細に記述するように、このことによって、乗物１９０は、加速しながら、または、例えばゴルフカーの例では、およそ４６５０ＲＰＭである定格モータ速度よりも少し上の速度で牽引できる。走行／牽引スイッチ２１０が、牽引である場合、ホイールトルクを提供しない牽引モードが可能である。
【００２４】
上記システム論理への他の入力は、オン／オフスイッチ位置を有するキースイッチ２２０を介して行われてもよい。キースイッチ２２０がオンの位置にある場合、モータコントローラ１２０への論理駆動力を有効にし、電気ブレーキ１８０への論理駆動力を有効にすることができる。キースイッチ２２０をオフの位置にすると、モータコントローラ１２０への論理駆動力を無効にし、電気ブレーキ１８０の電源を切ることができる。
【００２５】
ＦＮＲスイッチ２３０を前進の位置で作動すると、論理駆動力によって、前方を運転方向として選択できる。前進速度は、定格モータ速度または定格モータ速度に応じた乗物速度まで増加する。ＦＮＲスイッチ２３０をニュートラルの位置で作動すると、論理駆動力が無効になり、ＡＣモータ１１０を比較的一定のＲＰＭ（すなわち遊休状態）でフリーホイーリングモードを維持できるように、前方または後方のどちらかの運転方向を選択する。ＦＮＲスイッチ２３０を後退の位置で作動すると、論理駆動力によって、後方を運転方向として選択できる。このスイッチ位置は、状況に応じて後退アラームを鳴らしてもよい。後退速度は、最大モータ速度の６０％または約１０ＭＰＨの乗物速度といった、定格速度未満に限定されていることが望ましい。
【００２６】
上記システム論理への他の駆動入力は、図１に示すように、スロットル位置センサ１７５を含んでもよい。スロットル位置センサ１７５は、アクセルペダルまたはスロットル１７０とモータコントローラ１２０との間の信号線１２６に配置され、かつ、コントローラ１２０のＡＤ変換器内においてデジタル信号に変換できるアナログ電圧を出力するように構成されている。電圧は、スロットル１７０の位置または下降に応じて、およそ０〜５．０Ｖの間で変化する。構成の一例において、０〜０．５Ｖは０ＲＰＭ指令速度を示し、４．５Ｖ以上は最大モータ指令速度を示す。言い換えると、０．５Ｖの出力は、０％モータ指令速度または０ＲＰＭに相当し、４．５Ｖ以上の出力は、前進方向での１００％モータ指令速度（４６５０ＲＰＭ）および後退方向でのおよそ６０％モータ指令速度（２７９０ＲＰＭ）に相当する。スロットル位置センサ１７５は、好適な電位差計またはホール効果センサとされてもよく、かつ、このように前進方向または後退方向のどちらかでのモータ速度の１００％まで実速度に制限を設けてもよい。
【００２７】
上記システム論理への他の駆動入力は、スロットル可能センサ１７７を介したものであってもよい。スロットル可能センサ１７７は、ペダルアップセンサとも呼ばれることもあるのだが、アクセルペダルまたはスロットル１７０の位置に基づいて、駆動モードおよびペダルアップモードのうちの１つを検知することができる。駆動モード（いずれかの位置にペダルが押し下げられている）を検知すると、スロットル可能センサ１７７は、モータコントローラ１２０およびモータ１１０を介する車輪１９８への駆動力を有効にするために、主要接触器に動力を与えてＡＣモータ１１０を動作可能にし、かつ電気ブレーキ１８０の電源を切る。ペダルアップモードが検知された場合（アクセルペダルが充分に「上がって」おり、押し下げられていないことを示す）には、主要接触器が駆動しないように電源を切ることができる。
【００２８】
したがって、車輪１９８に原動力を供給することのできる入力条件の例は、キースイッチ２２０がオンにセットされ、かつＦＮＲスイッチ２３０が前進または後退位置に選択されること、走行／牽引スイッチ２１０が走行に選択されること、ブレーキ位置センサ１６３がモータコントローラ１２０から０％のブレーキ指令を受けること、およびバッテリー１３０が少なくとも２０％の充電状態（ＳＯＣ）にあることを含むことである。これらは、あくまでも原動力を供給するための条件の例であり、従来技術の範囲内で他の条件が設定されてもよい。
【００２９】
上記システム論理への他の駆動入力は、ブレーキ位置センサ１６３を介して行われてもよい。例えば、ブレーキ位置センサ１６３は、０．５Ｖ以下の出力を検知すると、０％のブレーキングを示し、車輪１９８への原動力を有効にする。例えば、０．５１〜１．０Ｖの出力の間では、再生制動を介して実速度を維持することができ、原動力は車輪１９８に伝達されることはない。１．０１〜４．０Ｖの出力の間では、比例的に減少する速度勾配は、入力電圧の増加に伴って増加し、例えば、開始と終了との状態を調節することができる。ブレーキ位置センサ１６３からの、４．１〜４．５Ｖの間またはそれ以上の出力では、モータ指令速度は０％であり、電気ブレーキ１８０は、モータ１１０にブレーキ圧を加えることができるように、電源を切ることができる。湿っている、乾燥している、険しい地形ならびに平坦な地形といったコースの状況、および、一貫したブレーキ動作を提供する乗物の性能に応じて、ブレーキ操作を調整することができる。
【００３０】
例えば、ブレーキ位置センサ１６３の論理関数は、スロットル１７０へのどのようなスロットル入力よりも優位に立ち、優先することができる。ブレーキ位置センサ１６３の論理関数は、キースイッチ２２０をオンにし、ＦＮＲスイッチ２３０を前進または後退にし、走行／牽引スイッチ２１０を走行または牽引にし、スロットル可能センサ１７７が駆動モードまたはペダルアップモードを検知し、かつ、スロットル位置センサ１７５が０〜１００％の間のどこかでモータ指令速度を検知した状態において機能できる。さらなる条件としては、バッテリーＳＯＣ値が０％以上であればよい。
【００３１】
上記システム論理への他の入力は、電源電圧であってもよい。モータコントローラ１２０は、バッテリーパック１３０の充電状態（ＳＯＣ）を判断するために、負荷を受けたバッテリーパック１３０の電圧またはバッテリーパック１３０の内部抵抗（電気抵抗）を監視する。ＳＯＣが１００％〜２５％のとき、コントローラ１２０は、原動力を有効にし、乗物１９０を駆動させる。ＳＯＣが２４％〜２０％のとき、モータコントローラ１２０における論理によって、指令速度を最大駆動速度の４０％、約１８６０ＲＰＭ、または約６ＭＰＨに制限し、limp-home 能力（limp-home capability）を提供することができる。ＳＯＣが２０％未満のとき、原動力は電動乗物１９０に供給されない。論理は、電気ブレーキ１８０の電源を切り、モータ１１０を介したモータ制動によりバッテリーパック１３０が放電しすぎるのを避けるように指令速度を０ＲＰＭに制限してもよい。電気ブレーキ１８０はこのＳＯＣ値域の後半において、走行／牽引スイッチを牽引にすることにより、動力を与えられてもよい。
【００３２】
表１は、モータコントローラ１２０の上記論理への好例となる駆動入力をまとめたものである。
【００３３】
【表１】
0005530663.tif 000002
【００３４】
ＡＣ駆動システム１００は、モータコントローラ１２０によって発生される駆動出力の例をいくつか含んでいてもよい。例えば、後退アラーム出力は、モータコントローラ１２０によって発生され、例えば、キースイッチ２２０がオフであり、ＦＮＲスイッチ２３０が後退であり、かつ走行／牽引スイッチ２１０が走行に選択された場合に、後退アラーム２５０を作動させる。キースイッチ２２０がオフであるか、または、走行／牽引スイッチ２１０が牽引に選択された場合に、モータコントローラ１２０は、後退アラーム２５０を動作不可能にすることができる。
【００３５】
駆動出力論理（drive output logic）は、電気ブレーキ１８０に提供されてもよい。モータコントローラ１２０の駆動出力論理は、電気ブレーキ１８０を、１秒間で４８Ｖ程の最大活性化電圧（activation voltage）まで動作可能にし、その後、例えば、走行／牽引スイッチ２１０が牽引に選択された場合か、または、キースイッチ２２０がオンに選択され、ＦＮＲスイッチ２３０が前進もしくは後退であり、スロットル可能センサ１７７が駆動モードにあり、かつ実際のモータ速度が０ＲＰＭである場合に、４０％ＰＷＭまで下げることができる。これらは、あくまでも条件の例であり、従来技術の範囲内で他の条件が適用されてもよい。
【００３６】
ＡＣ駆動システム１００は、駆動出力論理を、主要接触器を制御するために与えてもよい。駆動出力論理は、１秒間で、選択された最大電圧、例えば３６Ｖ（もしくは他の電圧）まで主要接触器を動作可能にし、その後、走行／牽引スイッチ２１０が牽引に選択された場合か、または、走行／牽引スイッチ２１０が走行に選択され、キースイッチ２２０がオンに選択され、ＦＮＲスイッチ２３０が前進もしくは後退であり、かつスロットル可能センサ１７７が駆動モードにある場合には、４０％ＰＷＭまで下げることができる。コントローラ１２０は、例えば、走行／牽引スイッチ２１０が走行に選択され、キースイッチ２２０がオンに選択され、ＦＮＲスイッチ２３０が前進または後退であり、かつスロットル可能センサ１７７の位置が駆動モードにある場合には、０Ｖにして主要接触器を動作不可能にすることができる。
【００３７】
駆動出力論理は、また、ロッキングディファレンシャル１９４を制御するために与えられてもよい。駆動出力論理は、１秒間で、選択された最大電圧、例えば１２Ｖにて使用するようにロッキングディファレンシャル１９４を動作可能にし、その後、４０％ＰＷＭまたは他の選択された中間の電圧まで下げることができる。例えば、走行／牽引スイッチ２１０が牽引に選択された場合か、または、キースイッチ２２０がオンに選択され、ＦＮＲスイッチ２３０が前進および後退であり、スロットル可能センサ１７７が駆動モードにあり、かつ実際のモータ速度が０ＲＰＭ以上である場合には、ロッキングディファレンシャル１９４を使用する条件が満たされる。駆動出力論理は、例えば、走行／牽引スイッチ２１０が走行に選択され、キースイッチ２２０がオフに選択された場合か、または、キースイッチ２２０がオンに選択され、ＦＮＲスイッチ２３０が前進もしくは後退であり、かつスロットル可能センサ１７７がペダルアップモードにあり、かつ実際のモータ速度が０ＲＰＭである場合には、０Ｖにしてロッキングディファレンシャル１９４を動作不可能にすることができる。これらは、あくまでもロッキングディファレンシャル１９４を動作可能／不可能にする条件の例であり、従来技術の範囲内で他の条件が設定されてもよい。
【００３８】
表２は、モータコントローラ１２０の上記論理からの駆動出力をまとめたものである。
【００３９】
【表２】
0005530663.tif 000003
【００４０】
モータコントローラ１２０、バッテリーパック１３０、充電器１４０、および外部ネットワーク１５０のような高度な装置と、様々なセンサと、スロットル１７０、電気ブレーキ１８０、常用ブレーキペダル１６０などのような作動装置との間の通信は、コントローラ・エリア・ネットワークＣＡＮバス１４５および関連するＣＡＮコネクタインターフェースを介して、提供されてもよい。例えば、多ピン、少ピン、およびグランドピンを有するＣＡＮチップは、モータコントローラ１２０にて、適切な駆動コネクタ内に備えられる。以下により詳細に記述すると、通信プロトコルは、ＣＡＮopen２．０Ｂのような適切なＣＡＮプロトコル、または互換プロトコルであってもよい。ＡＣ駆動システム１００内のＣＡＮバスのインターフェースは、充電器１４０と通信するだけでなく、例えば、外部ネットワーク１５０を介して、断続的な診断能力を提供することができる。データは、ＡＣ駆動システム１００の様々な構成要素の間で交換され、モータコントローラ１２０内に保存される。そのようなデータは、例えば、駆動エラー、警告コードおよび故障コード、バッテリーの充電状態、電源電圧、充電サイクルの回数、実行時間および充電の量、総走行時間、並びに総論理入力時間を含んでいるが、それに限定されるものではない。他の好適なバス構成は、例えば、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＵＳＢ、直列バス、並列バス、ワイヤレスバス、ブルートゥースおよび／または光バスを含んでもよいが、必ずしもそれに限定されるものではない。
【００４１】
〔ＡＣモータ〕
もう一度図１を参照すると、モータ１１０は、交流誘導電動機、または永久磁石モータのような三相四極ＡＣモータとして構成されてもよい。そのようなモータは、ブラシレスであろう。モータ１１０は内部に、屈曲した固定子および永久磁石回転子を含んでいてもよく、固定子の中に巻き線を有するので、巻き線の熱を効果的に散らすことができる。固定子の巻き線は、例えば、ここで３つの、Ｕ、Ｖ、およびＷ（図１ではワイヤＵ、Ｖ、およびＷとして具体化されている）として示されているように、三相間の構成に接続されていてもよい。回転子は、軸および希土類永久磁石を有する鉄心から構成されてもよく、その周囲は元来慣性が低い。
【００４２】
一般に、回転子の運動は、固定子の巻き線内に永久磁石の磁界と相互作用する回転磁界を発生させることによって開始される。回転磁界は、３つの駆動位相、Ｕ、Ｖ、およびＷの巻き線の相に連続して動力を与えることによって発生させることもできる。巻き線の相は、電流によって、所望の回転方向を得るための一定の順序で動力を得ることができ、三相のうちの２つは常時動力を与えられ、一方３つめの相は与えられない。２つの相に同時に動力を与えることによって、両方の相のトルク出力が結合される。
【００４３】
上記ＡＣ駆動システム１００は、例えば、ＤＣ電圧電源をはずすこともできるが、ブラシレスＤＣ駆動システムよりも少し複雑な整流理論（commutation logic）を有する。ＡＣ駆動システム１００において、各相への電力は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用することによって、だんだんと作動されたり停止されたりする。
【００４４】
一般に、ＰＷＭとは、パルスの持続期間が変調信号のいくつかの特徴によって変化する変調である。例えば、ＦＥＴ（電子産業において一般に使用されている）のようなパルス半導体またはパルス幅変調器は、負荷サイクルに比例した所望の電圧を発生させることができ、また、動力によって特定の相を作動させたり停止させたりする。または、パルス周波数変調を使用してこの所望の電圧を発生させることもできる。どちらの場合においても、ＦＥＴはオンとオフの間で切り換えられ、切り換えられた時点の負荷サイクルに比例した所望の電圧を発生させる。
【００４５】
乗物１９０にＡＣモータ１１０を使用することによって、点検の必要がより少なく、実質的に寿命が長く、ＥＭＩが低く、かつ実質的に静かに作動するモータが提供される。実例とされているモータ１１０のようなＡＣモータは、ＰＭまたは分巻型ＤＣモータおよびギアモータよりも大きなフレーム・サイズ毎の出力を発生させることができる。モータ１１０の回転子の慣性が低いので、動作サイクルを短縮する一方で加速時間および減速時間が改善され、モータ１１０のようなブラシレスＡＣモータの線形速度／トルク特性は、予測可能な速度変動率を発生させる。また、ブラシレスＡＣモータにはブラシ点検の必要がなく、ゴルフカーのような限られたアクセス領域および修理の難しい応用例に対し理想的なものとなっている。
【００４６】
〔モータコントローラ〕
モータコントローラ１２０は、例えば、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて、プリント基板カード上に設けられる１つ以上のデジタル・マイクロプロセッサーとして実現されてもよい。しかしながら、デジタル・マイクロプロセッサーとしてではなく、モータコントローラ１２０は、アナログプロセッサー、デジタル信号プロセッサーおよび／または好適なマイクロコントローラもしくはマイクロプロセッサー（図示せず）によって制御される、１つ以上の特定用途向け集積回路として実現されてもよい。
【００４７】
〔コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）〕
コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）は、実時間アプリケーション用の高品質シリアルデータ通信バスである。ＣＡＮは、１メガビット／秒（Ｍｂｐｓ）以下のデータ転送速度で作動し、優れたエラー検出および閉じ込め能力を有する。一般に、ＣＡＮは、例えば、自動車制御、工業自動化、および産業用制御に使用することができる。
【００４８】
上述したように他のバス構成も好適であるのだが、図１を参照すると、ＣＡＮバス１４５は、駆動システム１００内のセンサや駆動装置だけでなくモータコントローラ１２０のようなネットワークに関する高度な装置に、特に好適なシリアルバスシステムである。一般に、ＣＡＮバスは、マルチマスター能力（multi-master capability）を有するシリアルバスシステムである。つまり、全てのＣＡＮノードがデータ送信可能であり、同時にＣＡＮバス１４５を要求するＣＡＮノードもある。実時間能力を有するシリアルバスシステムは、ＩＳＯ１１８９８国際規格の対象であり、ＩＳＯ／ＯＳＩ参照モデルの下位２層をカバーしている。コントローラ・エリア・ネットワークには、従来の意味での加入者または局のアドレス指定はないが、その代わりに優先されたメッセージを送信することができる。
【００４９】
一般に、ＣＡＮ内の送信器が全てのＣＡＮノードにメッセージを送る。各ノードは、メッセージを処理すべきかどうかを受信した識別子に基づいて判断する。識別子はまた、ＣＡＮバス１４５にアクセスするための競争において、メッセージが享受する優先権を決定する。比較的簡素なＣＡＮプロトコルはコストの安さを意味し、ＣＡＮチップ接続によって、プログラミングを比較的容易にすることができる。
【００５０】
ＡＣ駆動システム１００用に準備されるＣＡＮチップは、市販されている低価格のコントローラチップであってもよい。そのようなコントローラチップが、シリコンなど好適な物質においてＣＡＮデータリンク層プロトコルを実行し、例えば、モータコントローラ１２０のようなマイクロコントローラ、または充電器１４０の好適なコントローラに、単純に接続されるように構成されてもよい。
【００５１】
ＣＡＮプロトコルの特徴は、通信の信頼性が高いことである。ＣＡＮコントローラは、例えば、モータコントローラ１２０を有するＩＣカード上にチップとして好適に実現されてもよいし、位置エラーを記録し、適切な手段を講じるためにそのエラーを統計的に評価する。こういった手段は、例えば、偏差の原因である特定のＣＡＮノードの切断にまで及んでもよい。また、各ＣＡＮメッセージは０〜８ビットの情報を伝達することができる。周知のように、これより長いデータ情報を分割して伝達することも、もちろん可能である。ＩＳＯ１１８９８に定められている最大伝達情報速度は、１メガビット／秒であるが、このデータ転送速度は４０メートル以下のネットワークにあてはまり、それより長い距離ではデータ転送速度は減少する。例えば、５００メートル以下の距離では１２５キロビット／秒が可能であり、１キロ以下の伝達においては少なくとも約５０キロビット／秒のデータ転送速度が可能である。
【００５２】
図３は、各種の実施形態に基づくＣＡＮ通信チップの構成を示すブロック図である。図３を参照すると、好適なＣＡＮ通信チップ３１０は、乗物１９０のモータ１１０またはモータコントローラ１２０においてのモータドライブ内に設置されてもよい。第二ＣＡＮ通信チップ３２０は、充電器１４０に設置されてもよく、停止時間および夜間に乗物を停めておき、１１０Ｖコンセントに接続するような、乗物を再充電する場所に設置されるのが一般的である。ＤＣ充電器のプラグ３３０は、バッテリーパック１３０を必要なだけ、例えば毎晩、再充電するために、乗物１９０の充電器のレセプタクル３４０に接続されてもよい。１つ以上のＤＣ充電器のケーブル３５０、プラグ３３０、乗物用充電器のレセプタクル３４０、および乗物１９０用の乗物用ワイヤハーネス（図示せず）は、専用のＣＡＮ、高、低、および地面信号線（high, low, and in-ground signal wires）を含んでもよい。充電のために接続されると、これらの連結部は、例えば、データ交換のために、モータコントローラ１２０と、充電器１４０および他の高度な装置とをつなぐＣＡＮバス１４５を形成する。
【００５３】
上述したように、乗物１９０が使用される時、モータコントローラ１２０は、好適なメモリまたは記憶装置に、情報を記録し保存する。内蔵式記憶手段には、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、およびハードディスク・ドライブのような書換可能で不揮発性のメモリが含まれるが、これに限定されるものではない。取り外し可能な記憶媒体の例には、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤのような光記憶媒体、ＭＯのような光磁気の記憶媒体、フロッピー（登録商標）ディスク、カセットテープ、および着脱式ハードディスクのような磁気記憶媒体、メモリカードのような、書換可能で不揮発性の内蔵式メモリを有する媒体、ならびにＲＯＭカセットのような、内蔵式ＲＯＭを有する媒体が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００５４】
モータコントローラ１２０の関連するメモリまたは記憶装置に記憶され、後で充電器１４０と交換される一般的なデータには、前方への走行時間、後方への走行時間、論理時間オン（すなわち、キースイッチ２２０がオンであり、論理入力がモータコントローラ１２０に適用される時間）、各種の警告、条件および障害、バッテリーパック１３０のＳＯＣ、消費されたアンペア時および電圧のデータ、ならびに充電器１４０の作動をアシストするためのデータが含まれるが、これに限定されるものではない。ＣＡＮバス１４５上での通信データの交換は、双方向であってもよい。すなわち、充電器１４０がモータコントローラ１２０にデータを送ることもできるのである。この性能によって、乗物集団の中に何台の個々の乗物１９０が含まれていても、全乗物のために購入された任意の点検を可能にする、全乗物のパラメータを変化させる手段を提供することができる。
【００５５】
充電器１４０はいくつ接続されてもよく、例えば、より大きなコントローラ・エリア・ネットワークを形成してもよい。ドングル、ラップトップ型コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータ、またはサーバのような、ＣＡＮを支持できる外部ネットワーク１５０がＣＡＮバス１４５に接続され、例えば、ＣＡＮに支持されたリモート・コンピュータと乗物集団中の任意の乗物１９０との間で、データ交換が行われるようなシステムを提供してもよい。したがって、ＣＡＮバス１４５を介した双方向データ交換によって、乗物集団を循環させて乗物１９０の使用を維持する能力を提供し、および／または、例えば使用（すなわち時間、マイル距離）に基づいて乗物１９０を保証する能力を提供することができる。さらに、ＣＡＮバス１４５を介した双方向データ交換によって、点検の必要性を予測し、かつコース使用、負荷サイクル、熱サイクル、および運転スタイルなどに関するデータを集める能力を提供することもできる。
【００５６】
バッテリーパック１３０は、直列につながれた複数の電池（すなわち、電動乗物１９０への、直列につながれた４つの１２Ｖｄｃ電池を介した４８Ｖｄｃの電力）を含んでもよい。バッテリーパック１３０の個々の電池、電極、および電解質を化学的に見てみると、バッテリーパック１３０は、例えば、リチウムイオン（Ｌｉ＋）バッテリーパック、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）バッテリーパック、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）バッテリーパック、または鉛電池バッテリーパックとして実現されてもよい。
【００５７】
他の各種の実施形態において、モータコントローラ１２０は、バッテリー１３０の充電状態（ＳＯＣ）を百分率値として決定するために、最後の充電サイクル以降、乗物１９０が作動中にモータ１１０に適用される電力を監視することによって、乗物のバッテリーパック１３０に戻す理想的な電力量を決定するように構成されてもよい。ＳＯＣに基づいて、モータコントローラ１２０が充電器１４０にデータを提供することができるので、充電器１４０が乗物１９０に動作可能に接続されている場合、ＳＯＣにしたがって、または比例して、充電器１４０は電力をバッテリーパック１３０に戻すことが可能となる。
【００５８】
例えば、モータコントローラ１２０は、最後の既知充電サイクル以降、乗物１９０の作動中に消費される電力量を合計することができる。取り除かれた電力は所定の最後の既知充電サイクルから差し引かれ、その結果、バッテリーパック１３０の充電状態（ＳＯＣ）が決定される。バッテリーパック１３０に戻された電力に対する取り除かれた電力の比率と等しい所定の電力量は、モータコントローラ１２０内の好適なソフトウェア、または、充電器１４０のような他の高度な装置によって計算されてもよい。バッテリーパック１３０に戻された電力に対する取り除かれた電力の比率を最大限に利用するために他のパラメータを使用することもできる。例えば、駆動システムの効率の良さ、バッテリーパックの種類、バッテリーパックの寿命、およびエネルギー消費率と関連づけながら、この比率を最大限に利用することができる。これはバッテリーパック１３０の内部抵抗と比例している。
【００５９】
実施形態の例の他の特徴は、電気式駐車ブレーキ１８０を対象としてもよい。ブレーキペダル１６０は、乗物１９０のブレーキアクセルペダル１６０が最大のストロークにある場合に作動される。ブレーキ１８０は、図１に示したように、ブレーキペダル位置センサ１６３およびブレーキフルストロークセンサ１６５を含む、ワイヤで設計されたブレーキでもよい。
【００６０】
図１を参照すると、通常の運転状況においては、電気ブレーキ１８０は、モータコントローラ１２０によって解放位置まで電力を供給される。ブレーキ位置センサ１６３は、ブレーキペダル１６０の位置を決定し、信号線１２２を介してブレーキ１８０に供給される電力を変化させる。例えば、ブレーキペダル１６０が、最大ブレーキペダルストロークの約５％以内に押し下げられている場合、ブレーキ１８０に供給される電力は遮断され、駐車または非常ブレーキ操作をもたらす。一旦この回路が開くと、電力は電気ブレーキ１８０から取り除かれ、ばねのような摩擦材料がディスクに適用される。電気ブレーキ１８０のばねは、圧力を摩擦材料に適用し、モータ１１０の最大ダイナミックトルクの１２０％と等しいか、またはそれ以上の制動トルクを提供するような大きさにあわせて作られてもよい。この動作によって、乗物１９０の速度が０になるまで、または、ブレーキフルストロークセンサ１６５が動作を停止するまで、モータ速度を低減できる。別の方法として、コントローラ１２０は、ブレーキ位置センサ１６３のフルストロークセンサを単独で利用し、その入力だけを使用して駐車ブレーキ操作を開始してもよい。また、上記システムは、速度０でブレーキペダル１６０を起動させることによって電気ブレーキ１８０を解放し、乗物１９０を停止状態にしておくように構成されてもよい。ブレーキペダル１６０が解放されるといつでも、ブレーキフルストロークセンサ１６５の動作が停止され、通常指令される乗物運転が再開される。
【００６１】
ブレーキ位置センサ１６３は、単位時間あたりの所定のモータ速度を低減させることによって、常用ブレーキに使用されてもよい。ブレーキペダルセンサ１６３が検知したブレーキペダル１６０の位置によって、コントローラ１２０に入力が行われ、乗物１９０の減速率が決定される。電気式ブレーキ１８０は、例えば、主軸ブレーキ（motor shaft mounted）、ばねブレーキ、または電気によって解放されるディスクブレーキであってもよい。電気ブレーキ１８０は、また、下り坂でのブレーキング（down-hill braking）を補助できる。
【００６２】
ブレーキペダル１６０の位置によって、ブレーキペダル位置センサ１６３は、モータコントローラ１２０に信号を送り、モータ速度を低減させ、かつペダルの位置に比例した制動トルクを誘導することができる。例えば、制動トルクは、ブレーキペダル１６０の押し下げが最小の場合には最小であり、最大に押し下げられている場合は最大である。
【００６３】
ブレーキフルストロークセンサ１６５は、緊急停止を補完するが、それに取って代わるものではなく、キースイッチ２２０をオフの位置まで回すことによって始動することができ、その結果確実に乗物１９０を停止させる。ブレーキフルストロークセンサ１６５は、余剰の安全スイッチとして上記のように機能し、かつ、恐慌状態または予見されなかった緊急の事故において、乗物１９０が停止できるような安全な走行条件を維持するために提供される。上記のような出来事には、モータコントローラ１２０の作動の遮断、故障、オペレータ・エラー、および／または他の外部的事象が含まれる。
【００６４】
他の状況において、モータコントローラ１２０は、自動駐車制動機能を提供するように構成されてもよい。モータコントローラ１２０は、いつ駐車ブレーキ１８０を自動的に連動させるべきかを決定するために、例えば、モータ指令速度、実速度、キースイッチの位置、スロットルおよびブレーキの状態を監視することができる。
【００６５】
モータコントローラ１２０を、駐車ブレーキ１８０と自動的に連動させる、様々な条件が考えられる。例えば、乗物１９０が、アクセル（スロットル１７０）およびブレーキペダル１６０のどちらからも指令を受けずに惰力で進行している場合、ある状態が発生し得る。乗物１９０が動いており、キースイッチ２２０がオンに選択され、かつ、ＦＮＲスイッチ２３０が前進位置にあるとき、このような状態が存在する。上記のような入力状態に基づいて、モータコントローラ１２０は、モータ速度を、単位時間あたりの所定の量だけ低減することができ、このことは「ニュートラルブレーキング」と称される。乗物１９０が上記状態のままであり、モータの実速度が速度０に近い所定の範囲内にある場合は、モータコントローラ１２０は、電気ブレーキ１８０から電力を取り除き、駐車ブレーキ１８０が設定されるように指令される。所定の時間後、モータコントローラ１２０は、モータ１１０を動作不可能にする。モータコントローラ１２０が速度０に近い所定の範囲を超えたモータの実速度を検知した場合、モータコントローラ１２０は、モータ１１０を回転させずに乗物１９０を停止させたままにすることができる。
【００６６】
ブレーキペダル１６０が、乗物１９０を完全に停車させるのに充分な時間押し下げられ、駐車ブレーキ１８０が連動する場合には、他の条件が発生する。完全な停車とは、例えば、速度０に近い速度の所定の範囲と定義されてもよい。乗物１９０がブレーキペダル１６０を押し下げることによって停止されるように指令され、キースイッチ２２０がオンであり、かつ指令速度と実速度がともに０ＲＰＭまたは速度０に近い所定の速度の範囲内であるとき、このような条件が存在する。上記の入力に基づいて、モータコントローラ１２０は、電気ブレーキ１８０に連動するよう指令する。所定の時間後、モータコントローラ１２０は、モータ１１０を動作不可能にする。モータコントローラ１２０が速度０に近い所定の範囲を超えたモータの実速度を検知した場合、モータコントローラ１２０は、モータ１１０を回転させずに乗物１９０を停止させたままにすることができる。
【００６７】
ＡＣ駆動システム１００への論理入力時にエラーがあった場合、センサが範囲外である場合、または、例えば、過電流、過電圧、不足電圧、温度が高すぎる状態もしくは低すぎる状態によってモータコントローラ１２０が故障した場合には、他の条件が発生する。各故障状態は、予防手段またはモータコントローラ１２０の制御下での反応の点からみて、それぞれ独特の結果をもたらす。それらは、計測器２４０を介する警告コードの信号送信、または計器板のＬＥＤ２４５上の警告灯、運転動作を持続させるためのモータ１１０の動作低減、迅速な運転停止、などを含むが、これに限定されるものではない。上記のような故障状態は、どんな乗物速度においても、また、モータコントローラ１２０が１つまたはそれ以上の上述した故障状態を検知したどんな操作状態においても起こり得る。この例においては、モータコントローラ１２０は、例えば、０モータ速度を指令し、駐車ブレーキ１８０を短時間のうちにまたは即座に連動させ、また、より危機的な場合には、モータ１１０を動作不可能にするという予防手段を講じることができる。
【００６８】
キースイッチ２２０がオフの位置に設定された場合には、他の条件が発生する。モータコントローラ１２０は、乗物１９０の速度を含む他の入力条件にかかわらず、キースイッチ２２０がオフの位置に設定された場合にはいつでも、電気ブレーキ１８０を連動させることができる。キースイッチ２２０が乗物１９０上での運転者の唯一の緊急停止スイッチでもあるので、これにより、必要な安全機能が提供される。
【００６９】
他の各種実施形態によって、モータコントローラ１２０は、ブレーキペダルが連動しない場合に実施されている所望のブレーキング状態を検知するために、所定の監視された入力に基づいて、ペダルアップブレーキングまたはニュートラルブレーキング機能を提供することが可能になった。ペダルアップブレーキングによって、乗物のアクセルペダルが解放されている間に、モータコントローラ１２０は、積極的に再生制動を実行し、モータ１１０の基底速度まで乗物１９０の速度を下げることができる。したがって、ペダルアップブレーキングまたはニュートラルブレーキングは、ブレーキペダル１６０もアクセルペダル（スロットル）１７０も関与しない場合に、乗物の傾斜（例えば丘や斜面での乗物の傾き）とは無関係に、乗物速度を単位時間あたりの所定の量だけ低減するための乗物１９０の能力を表している。
【００７０】
乗物１９０の通常の動作において、モータコントローラ１２０は、様々な動作入力および乗物の状況を監視できる。例えば、ブレーキペダルの位置、アクセルペダルの位置、およびモータの実速度は、ペダルアップブレーキングを可能にするために、モータコントローラ１２０によって監視されてもよい。例えば、アクセルペダル１７０およびブレーキペダル１６０が運転者によって連動されておらず、かつ乗物１９０のモータの実速度が所定の範囲内にあると判断された場合、モータコントローラ１２０は、モータ１１０に単位時間あたりの所定の量だけ速度を低減させるよう指令できる。この単位時間あたりのモータ速度の低減は、入力状況まで、または、モータ速度が速度０に近い状態になるまで継続されてもよい。モータ速度が０に近くなったら、モータコントローラ１２０は、自動駐車ブレーキの特性を使用するよう指令し、モータの実速度を低減して、かつ乗物１９０を停止させることができる。したがって、下り坂においても自動的に乗物速度を低減できるという美点によって、各種実施形態によるペダルアップブレーキングは、乗物１９０の動作にさらなる安全手段を提供できる。
【００７１】
他の各種実施形態は、牽引モードの実行を対象としている。牽引モードにおいて、モータコントローラ１２０は、乗物１９０の最大牽引速度を限定し、かつモータ１１０を制御するよう構成されている。これは、乗物１９０が牽引されている間にモータ１１０が電力を消費したり、電力を発生させたりしないようにするためである。
【００７２】
上記牽引モードは、キースイッチ２２０をオン位置に設定し、ＦＮＲスイッチ２３０を後退位置に設定し、かつ走行／牽引スイッチ２１０で牽引を選択することによって選択することができる。上述したように、走行／牽引スイッチ２１０は、スイッチ２１０が運転者（または乗客）の位置からは容易に駆動されない場所であっても、乗物１９０上の牽引に好適な場所に配置されていればよい。このことによって、乗物１９０が正常に駆動されている間、意図的にまたは不注意で走行／牽引スイッチ２１０の電源を切って入れなおすことを避けられるということが合理的に保証される。
【００７３】
ＡＮＳＩ  Ｚ１３０に規定されているように、牽引モードの機能の１つは、乗物１９０の速度を、一例としては、１時間あたり１５マイルまで低減することである。キースイッチ２２０をオン状態にすることによって、論理入力はモータコントローラ１２０を動作可能にさせることができる。走行／牽引スイッチ２１０で牽引位置を選択することによって、乗物１９０の牽引に備えるために、電気ブレーキ１８０の電源を切ることができる。常用ブレーキペダル１６０は、乗物１９０が牽引モードにあるときも、通常の機能を行うことができる。ＦＮＲスイッチ２３０を優先的な位置に設定してもよい構造もある。
【００７４】
キーがオンになった状態によって、モータコントローラ１２０に供給された論理が作動されるので、モータコントローラ１２０は、乗物１９０の牽引実速度を監視することができる。このことは、モータ１１０または車輪１９８からモータコントローラ１２０へのフィードバック信号を介して成される。モータ信号は、好適な車速エンコーダ、車輪速度エンコーダ、センサレスデバイス、および／またはモータ１１０の周波数もしくは電圧を監視することによって提供されてもよい。このような入力に基づいて、モータコントローラ１２０は、乗物１９０が、一例としては、１５ＭＰＨ±所定の許容誤差と等しい速度に達することを算出することができる。モータコントローラ１２０は、それから、モータ１１０および／または電気ブレーキ１８０を介して乗物１９０に、一例としては、１５ＭＰＨまで減速するよう指令することによって、乗物の動きに抵抗しようとする。
【００７５】
牽引モードの他の機能は、バッテリーパック１３０の充電状態にほとんど影響を与えずに牽引を補助することである。例えば、乗物１９０が牽引されている間、モータコントローラ１２０は、バッテリーパック１３０とモータコントローラ１２０との間の電流を監視できる。その後、モータコントローラ１２０は、モータ速度またはトルクが０アンペア電流の純消費を実行し、逆ＥＭＦとＥＭＦとを相殺するよう指令することができる。モータコントローラ１２０は、回転子を速く回転させることしかできないので、電流は制限される。実際は０アンペアの消費が得られないとしても、ＡＣ駆動システム１００の許容誤差は、バッテリーパック１３０のＳＯＣ状態にほとんど影響を与えずに、バッテリーパック１３０との間を行ったり来たりする正と負の電流によって、牽引動作を促進させることが可能になる。また、乗物が牽引モードである間に、コントローラ１２０は、ブレーキ１８０を作動させ、選択的に、牽引速度を、所定の１分当たりのモータ回転のような所定の値、例えば４８００ＲＰＭ以下に限定することができる。そのような牽引速度は、コントローラ１２０がモータ１１０を作動させる能力によって決定される。
【００７６】
図４は、各種の実施形態に基づく前輪速度センサを示すブロック図である。図４を参照すると、この実施例は前輪速度センサ５１０を対象とすることができる。前輪速度センサ５１０は、ゴルフカーまたは小型の実用的な乗物のような乗物１９０上で、アンチロックブレーキングとトラクションコントロールの特性との１つまたは両方を実行することを可能にすることができる。アンチロックブレーキングおよびトラクションコントロールは、駆動されている車輪、または、ブレーキをかけられた車輪が路面に対してスリップする力を制限することができる。車輪のスリップを低減すると、乗物１９０が横滑りを低減することになるので、乗物１９０の制御を改善することができる。この特性によって、例えば、ぬれた草の上など、摩擦の少ない路面での乗物の停止距離を大幅に低減することができる。乗物が走る路面が芝地である場合、アンチロックブレーキングおよびトラクションコントロールの特性は、車輪１９８と芝生の面との間でのスリップを減らして、芝生に与える損傷を低減することができる。
【００７７】
モータコントローラ１２０は、駆動されている車輪速度に比例するモータ速度を監視することができる。モータコントローラ１２０は、例えば、駆動されている車輪速度を計算できるように、乗物１９０の全体的な歯車比に関する、前もってプログラムされ記憶されたデータを含んでいてもよい。
【００７８】
図４に示したように、好適な車輪速度センサ５１０は、路面または芝生の面に対してスリップしていない車輪の車輪速度を測定するために、駆動されずかつブレーキをかけられてもいない車輪１９８のハブに取り付けられてもよい。センサ５１０によって測定可能なデータを使用して、スリップすることなく、最大のブレーキングまたは加速を可能にすることができる。このデータは、例えばＣＡＮバス１４５を介してモータコントローラ１２０に伝達することができる。モータコントローラ１２０は、駆動されている車輪１９８の計算された車輪速度とブレーキをかけられていない車輪１９８から入力された車輪速度とを比較する。その後、モータコントローラ１２０は、駆動されている車輪と駆動されていない車輪との間の誤差を低減させることを目的として速度が一致するように、モータ速度を調節する。一旦誤差が低減されると、モータ１１０は、実際のモータ速度がモータ指令速度と一致するように、加速したり減速したりすることができる。モータコントローラ１２０によって、駆動されている車輪と駆動されていない車輪との間のさらなる誤差が測定されると、モータコントローラ１２０は、所定の誤差を許容範囲内で低減するためにさらにモータ速度を調節する。上記のような制御によって、スリップの程度を最小にしながら、最大のブレーキングまたは加速を提供することができるのである。
【００７９】
図５は、各種の実施形態に基づく複輪または総輪駆動の構成を示す好例となるブロック図である。図１では、モータ１１０が後輪１９８を後ろ車軸１９２およびロッキングディファレンシャル１９４を介して駆動させる実施形態を示しているが、乗物１９０は、複輪または総輪駆動システムを含んで構成されていてもよい。例えば、個々の、または対応する車輪１９８に電力を与えるために、直列２重電動機配列または４つのセパレートＡＣモータ６１０Ａ−Ｄが設けられてもよい。
【００８０】
乗物１９０の２つかそれ以上の車輪を単独で駆動させることによって、ゴルフカーのような乗物で従来使用されていた一般のソリッドアクセルを超える様々な利点を提供することができる。例えば、ディファレンシャルキャリアを取り除いてもよい。ディファレンシャル１９４を取り除くことによって、車輪速度に機械的に違いをつけることに関する機械損失をなくすことができる。センサに基づいてハンドル操作方向を提供し、異なるトルクまたは速度を有する車輪に電力を与えることによって、乗物運転中のステアリング操作力を低減し、ステアリング装置を援助することができる。さらに、２つの車輪を直接駆動させることによって、ディファレンシャルロックという機能性を提供できる。この特性によって、さらなる牽引力または制動力を備えることができる。また、２輪駆動または総輪駆動では、リヤ・サスペンションを容易にするために、固定ビーム車軸１９２を取り除いてもよい。したがって、各車輪は、対応するブラシレスＡＣモータ６１０Ａ−Ｄによって駆動され、各モータ６１０Ａ−Ｄは３φの出力を供給する。さらに、各車輪は、例えば、図４に示されているように、状況に応じては、対応する車速センサ５１０を含むこともできる。別法として、４−モータ構成の代わりに、１つのＡＣブラシレスモータ（６１０Ａまたは６１０Ｂ）が前輪を駆動させ、もう１つのＡＣブラシレスモータ（６１０Ｃまたは６１０Ｄ）が後輪を駆動させるタンデム配置が想定される。
【００８１】
２〜４つのセパレートＡＣモータ１１０で乗物１９０の各車輪を駆動させることによって、乗物の加速またはブレーキングの間必要に応じて、静止摩擦を増加させるために乗物の独立したブレーキングを行い、独立して駆動される車輪速度を前輪センサで測定することができる。センサは、例えば、モータ１１０に内蔵されてもよい。また、そのような構成によって、モータが動作不能になった場合でも非常に豊富な操作が得られるので、乗物１９０は駆動システムのみによって動作可能のままでいられる。さらに、乗物１９０の同等のまたはそれ以上の性能を提供しながら、モータのサイズを減少させることもできる。電力レベルを下げることによって、本明細書に記述したブラシレスＡＣモータのような直接駆動モータは、技術的に実現される可能性をより高め、かつより経済的でもある。最後に、ばね下重量が低減されるため、懸架装置を介した運転特性を改善できる。
【００８２】
したがって、ゴルフカーおよび／または小型の実用的な乗物のような乗物にＡＣ駆動システムを使用することによって、正確な位置制御が主要目的ではなく、および／または、ＡＣ電流源が容易には入手できないが、三相電力変換器（three-phase power inverter）およびＤＣバッテリーパック１３０を使用してシミュレートされるといった、様々な利点がもたらされる。
【００８３】
例えば、選択されたＡＣモータの駆動能力は、標準的な直列ＤＣモータまたは別々に励起されたアーマチュア、およびフィールド（分巻型）ＤＣモータをはるかに上回る。この高い能力によって、乗物１９０がより小さなバッテリーパック１３０でより長く作動し、かつより遠くへ移動することができる。
【００８４】
さらに、０ＲＰＭのモータにおいて最大のモータトルクが得られるので、モータ１１０によって乗物１９０の環境を整えておくことができる。これにより、乗物１９０が長時間危機的な状況に陥ることを防ぐことができ、例えば、駐車ブレーキ１８０が動作可能にされて、乗物が移動することが避けられる。
【００８５】
また、モータ１１０は、どちらか一方の回転方向に制御トルクを発生できるよう、モータコントローラ１２０によって制御されてもよい。例えば、これにより、モータ１１０が常用ブレーキとして使用されることが可能となるので、機械的な常用ブレーキが必要なくなる。ＡＣ駆動システムを乗物の常用ブレーキとして機能させることによって、乗物１９０の運動エネルギーの電位エネルギーに対する比率を変えることができるので、関連するバッテリーパック１３０を充電する能力を提供できる。さらに、モータ１１０を常用ブレーキとして使用すると、機械的な常用ブレーキを使用することによって発生される熱エネルギーを低減することができる。常用ブレーキからこの熱を取り除くことによって、より低温のプラスチックを、例えば、乗物１９０の車体パネル、部品、および車輪に使用することができる。そしてさらに、ブラシレス永久磁石モータまたは誘導電動機の高い性能によって、直列モータまたは分巻型モータに比べてより小さく、軽いモータを使用することができる。
【００８６】
本明細書でなされた記述は、あくまでも例であり、記述の主旨から逸脱していない変形例は、本開示の範囲内であると考えられる。そのような変形例は、本開示の精神と範囲から逸脱したものとはみなされない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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