(57)【要約】【課題】  部品数を少なく単純な制御で操舵性を向上させること。【解決手段】  電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターMTR, MTLに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じてパルス制御した操作電圧VCRをそれぞれ印加する一対のパルス制御部１４R, １４Ｌと、モーターMTR, MTLのそれぞれの回転数ωR, ωLに逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出すると共に、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する簡易トルク制御部３０と、前記電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として当該電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算するトルク差ゲイン制御部３８と、前記トルク差制御値ωCを前記速度制御値ωBR, ωBLに加減算する一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lとを備えた。【選択図】図１
2011045184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR, VCLを印加する一対のパルス制御部と、
前記一対の前記モーターのそれぞれの回転数ωR, ωLに当該モーターの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出すると共に、右輪のモーターの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する簡易トルク制御部と、
前記電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として当該電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算するトルク差ゲイン制御部と、
前記トルク差制御値ωCを前記速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する一対のトルク差制御値比較部と、
を備えたことを特徴とする電動車駆動制御装置。
【請求項２】
一対の前記トルク差制御値比較部が、前記電動車の操舵角θsが予め定められた範囲内の際に前記トルク差制御値ωCR, ωCLを前記速度制御値ωBR, ωBLに向けてフィードバックさせる、
ことを特徴とする請求項１記載の電動車駆動制御装置。
【請求項３】
前記電動車の操舵角θsに応じて前記左右輪にて異なる速度指令ω*R, ω*Lを算出する速度指令算出部を備えた、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電動車駆動制御装置。
【請求項４】
前記モーターが、複数のホール素子を有するブラシレスＤＣモーターであって、
前記ホール素子の出力に基づいて前記モーターの前記回転数ωR, ωLを算出する一対の速度算出部と、
前記通流率αR, αLから前記操作電圧VCR, VCLの平均値を算出する一対の操作電圧算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の電動車駆動制御装置。
【請求項５】
ハンドルと一体に回転する可動部と、
前記可動部を回動可能に支持する固定部と、
前記可動部に配置され進行方向を中心として左右にＳ極及びＮ極を有する磁石と、
前記固定部に支持され前記磁石の磁力を測定する少なくとも一つのホール素子と、
を備えたことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の電動車駆動制御装置。
【請求項６】
ハンドルの操舵角θsが予め定められた範囲内か否かを確認し、直進状態ではない際には、トルク制御をオフとする一方、直進状態の際にはトルク制御をオンとする工程と、
トルク制御がオンである際に、
左右両輪について、個別に、速度指令ω*R, ω*Lと実際の回転速ωR, ωLとに応じた速度制御値ωBR, ωBLに基づいて、操作電圧VCR, VCLを算出する工程と、
この工程に並行して、回転速ωR, ωLに逆起電力定数を掛けることで逆起電力電圧VFR, VFLを算出する工程と、
操作電圧VCR, VCLから逆起電力電圧VFR, VFLを減算することで、左右輪それぞれの電機子抵抗電圧VR, VLを算出する工程と、
右モーターの電機子抵抗電圧VRと、左モーターの電機子抵抗電圧VLとの差を求めることで、駆動電流Iの差に比例する値として、電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する工程と、
電機子抵抗電圧差Vdiffにトルク差ゲイン定数Ktdを掛けることで、トルク差制御値ωCを算出する工程と、
このトルク差制御値ωCを前記電機子抵抗電圧差の算出とは正負を逆転させて速度偏差ωER, ωELに加減算する工程と、を備えた、
ことを特徴とする電動車駆動制御方法。
【請求項７】
電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターMTR, MTLに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR, VCLを印加する一対のパルス制御部と、
前記一対の前記モーターMTR, MTLのそれぞれの前記回転数ωR, ωLに当該モーターの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出する操作電圧比較部と、
右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する電機子抵抗電圧比較部と、
前記電機子抵抗電圧差Vdiffに予め定められたトルク差定数Kt/Raを掛けることで当該左右輪のトルク差Tdiffを算出するトルク差定数部と、
当該トルク差Tdiffにトルク差ゲイン定数Ktdを掛けることでトルク差制御値ωCを算出するトルク差ゲイン制御部と、
前記トルク差制御値ωCを速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する一対のトルク差制御値比較部と、
を備えたことを特徴とする電動車駆動制御装置。
【請求項８】
トルク差指令Tdiff*と前記トルク差Tdiffとを比較してトルク差偏差Terrを算出するトルク差指令値比較部を備え、
前記トルク差ゲイン制御部３８が、前記トルク差偏差Terrに予め定められたゲインを与えることでトルク差制御値ωCを算出する、
ことを特徴とする請求項７記載の電動車駆動制御装置。
【請求項９】
電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターMTR, MTLに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR, VCLを印加する一対のパルス制御部と、
前記一対の前記モーターMTR, MTLのそれぞれの前記回転数ωR, ωLに当該モーターMTR, MTLの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出する一対の操作電圧比較部と、
前記電機子抵抗電圧VR, VLに左右輪で異なる予め定められたトルク差定数KtR/RaR, KtL/RaLを掛けることで左右輪のトルクTR, TLを算出する一対のトルク差定数部と、
左右輪のトルクTR, TLの差をトルク差Tdiffとして算出するトルク差算出部と、
当該トルク差Tdiffにトルク差ゲイン定数Ktdを掛けることでトルク差制御値ωCを算出するトルク差ゲイン制御部と、
前記トルク差制御値ωCを速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する一対のトルク差制御値比較部と、
を備えたことを特徴とする電動車駆動制御装置。
【請求項１０】
前輪のステアリング軸を保持すると共に後輪のサスペンションに支持されたフレームと、
一対の後輪を取り付けると共に前記サスペンションを揺動可能に支持する一対のフォークと、
前方側にて軸受を有し後方側にて前記フォークを取り付けたブリッジと、
前記軸受を介して前記フォークと回動可能に接続され前記フレーム及び前記サスペンションと一体に傾斜する傾斜軸とを備え、
この傾斜軸の軸線を、前記一対の後輪間の略中心の平面内で、前記前輪の接地点近傍を通る直線上に配置した、
ことを特徴とする電動三輪車。
【請求項１１】
前記一対の後輪にそれぞれ、当該後輪を独立に駆動するモーターを配置し、
当該モーターを駆動制御する電動車駆動制御装置を備え、
この電動車駆動制御装置が、
電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR, VCLを印加する一対のパルス制御部と、
前記一対の前記モーターのそれぞれの前記回転数ωR, ωLに当該モーターの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出すると共に、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する簡易トルク制御部と、
前記電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として当該電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算するトルク差ゲイン制御部と、
前記トルク差制御値ωCを前記速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する一対のトルク差制御値比較部と、を備えた、
ことを特徴とする請求項１０記載の電動三輪車。
【請求項１２】
電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR, VCLを印加する一対のパルス制御部と、
前記一対の前記モーターのそれぞれの前記回転数ωR, ωLに当該モーターの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出すると共に、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する簡易トルク制御部と、
前記電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として当該電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算するトルク差ゲイン制御部と、
前記トルク差制御値ωCを前記速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する一対のトルク差制御値比較部を備えると共に、
回生電力を蓄積すると共に放電する双方向型降圧回路を備え、
この双方向型降圧回路が、
電気二重層キャパシタと、
電気二重層キャパシタへのキャパシタ通流率αCを制御するキャパシタ通流率制御部と、
このキャパシタ通流率αCに従って前記電気二重層キャパシタへ流れる電流のオンオフをするスイッチとを備え、
前記キャパシタ通流率制御部が、
前記モーターMTの回転数ωから前記モーターの逆起電力電圧VFを算出する処理と、
バッテリ電圧値VBと前記通流率αとから前記モーターMTの操作電圧VCを算出する処理と、
当該逆起電力電圧VFと前記操作電圧VCとの差に基づいて前記キャパシタ通流率αCを算出するキャパシタ通流率算出処理と、を備えた、
ことを特徴とする電動車。
【請求項１３】
アクセル開度θaが短時間に0に戻された際に、予め定められた減速加速度に基づいて回生制動可能な範囲の速度指令減少量を算出する速度指令算出部を備えた、
ことを特徴とする請求項１２記載の電動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーターを一部又は全部の動力とする電動車を駆動制御する技術分野に関連し、特に、左右の動輪に個別のモーターを組み込んだ電動車の駆動制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
左右に動輪のある電動車としては、三輪、四輪及び四輪以上のものがある。四輪の電動車としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動福祉車両、バギーなどがある。また三輪の電動車としては、三輪の電気自動車、スクータータイプの三輪車（電動トライク）等がある。
ガソリンエンジンの四輪車や三輪車では、ディファレンシャル機構（デフ、差動機構）を設けることで、旋回時に内外輪の回転数の差を調節している。また、無負荷状態の片側の車輪を空転させないことを目的として、トルクや回転数に基づいて空転を抑制するリミテッド・スリップ・デフ（LSD）も実用化されている。
左右の動輪を個別のモーターで駆動する電動車では、左右のモーターの回転数やトルクを制御することで、電子的にディファレンシャル機構を実現することができる。
【０００３】
特許文献１には、左右輪毎のモーターを直列に接続し、同一電流を流した状態で、曲線走行すると、左右輪の速度差に応じてモーター端子電圧の分担が変化し、左右輪のトルクがバランスする旨が開示されている。しかし、路面の状況等に応じて片輪が空転してしまうと、空転側のモーターに全電圧が加わり、すると、駆動力を失う（第１１頁右下欄から第１２頁右上欄、図５）。そして、この特許文献１には、曲線走行時に左右の速度差が生じても双方のトルクをバランスさせ、片輪の空転時にも駆動力を確保することを目的として、トルク差を検出し、そのトルク差の最大幅を規制した上で、トルク差に応じた速度指令値を与える手法が開示されている（第１２頁左上欄から右上欄）。
【０００４】
特許文献２には、左右輪毎のモーターを個別に速度制御することで操舵角に応じた理想的なモーター速度を与えて、車両を無理なく旋回させる手法（段落０００２）について、左右のタイヤの路面抵抗係数や空気圧が異なる場合には、操舵角を０としても直進できない状況が生ずる、という課題が開示されている（段落０００５）。
そして、この特許文献２では、左右輪毎の路面抵抗係数（タイヤのスリップ率と相関）が異なる際には、左右輪の速度が一致していても、出力トルクが異なることがあり、出力トルクが異なると、片側に旋回してしまう、という課題（段落００１６から００１８、図３）が開示されている。さらに、この特許文献２には、この際に、左右輪の出力トルクが一致するまで、トルクが大きい側のモーター速度を減速させるようにフィードバック制御する手法（段落００１９）が開示されている。
これにより、電子的なデフを実現すると共に、さらに、出力トルクを一致させる制御にて、常にモーター速度を減速する方向で制御するため、悪路での片側空転を防止する旨（段落００１９）が開示されている。
また、この特許文献２には、トルク差を０とするのではなく、操舵角と左右輪の速度差とを入力として、比例制御、微分制御又はその組み合わせにより、トルク差指令を算出する手法が開示されている（段落００２２、図７）。例えば、比例制御を工夫することで旋回性を高め、微分制御により応答性を高める旨が開示されている（段落００２２）。
さらに、この特許文献２には、外部ゲインを運転者が設定できるため、悪路の脱出能力を機械式の作動装置よりも向上させることができる（段落００２３）旨が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、まず、左右のモーターの回転速度差（差動補正量）と車速指令値とから左右のモーター毎の速度指令値を算出し、左右のモーター毎に実際の回転速度と速度指令値との偏差に基づいてトルク指令値を算出する手法（段落０００９から００１２）が記載されている。そして、このトルク指令値から、電流ベクトル及び磁束ベクトルを演算し、目標電流値を求めてパルス幅変調によりモーターを制御する（段落００１０、図４）。このトルク指令値に基づいた制御により、ハンドル角センサやトルクセンサを要することなく、またタイヤ径の値の違いやその他タイヤ状態に関係なくスムーズなコーナーリングを確保することが図られている。
【０００６】
特許文献４には、駆動輪に直接取り付けられたインホイールモーターと、このモーターの回転子側に取り付けられたマグネットの磁極を磁極センサで検出することで出力軸の回転速度を検出する回転速度検出センサとを備えた車両が開示されている（段落００１４から００１８）。そして、低走行の電動車両にて登坂中に旋回するには、フルアクセルでの旋回となるところ（段落０００４、０００５）、外輪を制御せず、内輪の速度を低下させる制御をすることで、旋回速度を低下させない手法（段落００２９）が開示されている。
また、車速に応じてステアリング・マップを選択する手法や、小回り制御等が開示されている。
【０００７】
特許文献５には、ブラシレスＤＣモーターを駆動源とした電動車両において、電力消費を低減する経済運転モードの選択時にも走行性能を維持することを目的として、モーターの駆動電流と走行速度との関係から、登坂その他の負荷の大きさを判定し、一定の負荷以上の際には、経済運転モードを自動的に解除して駆動電流を増大させる手法（段落００１２、００１３）が開示されている。
そして、この文献には、ブラシレスＤＣモーターに必ず設けられているホール素子の出力に基づいて、モーターの回転速度と比例する車両の走行速度を算出する手法（段落００２１、００３２、００３３）が開示されている。
【０００８】
特許文献６には、ブラシレスＤＣモーターの停止時に、ステータをローターに機械的に接触させることで、停止時にブレーキとしても機能させる手法（段落００３２）が開示されている。また、特許文献６には、回転駆動状態と回生制動状態とを切り替える手法（段落００３３から００３７）が開示されている。このモーターを車両の駆動に用いると、駐車時にはステータとローターとの機械的な接触を利用し、走行時には回生ブレーキを使用することで、従来のような機械ブレーキを不要とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭62-89403号
【特許文献２】特開平5-176418号
【特許文献３】特開平6-62509号
【特許文献４】特開平9-117017号
【特許文献５】特開2003-87911号
【特許文献６】特許第4020403号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１では、左右のモーターに同一電流を流す手法では、各モーターの端子間電圧が低下し、バッテリ及びモーター本来の回転速度を出すことができない。すなわち、特許文献１の手法では、駆動印加電圧が高くなってしまうため、高速走行が制限されてしまう。
また、特許文献１記載の手法では、モーターを制御するインバーターに備え付けられた機能を用いて、トルクまたは出力を電気的に検出する（第１２頁右上欄から左下欄）ため、特別なセンサを追加する必要はないが、インバーターを使用しない直流モーターに適用することができない。
上記特許文献２では、誘導モーターのトルクを検出するトルク検出器を備えているため（段落００１３）、部品点数が多くなってしまう。また、トルク検出器による出力トルクに代えて速度制御部で算出するトルク指令値を用いる手法も開示されているが（段落００１５，００２１）、速度指令とモーター速度との突き合わせによりトルク指令を演算しているため、電流値に比例するトルクを精度良く算出することが困難である。
上記特許文献３では、速度指令値と実際の速度の差に比例定数を掛けることでトルク指令値を算出しているため、トルクセンサを不要とすることができる。しかし、トルク指令値は、電流ベクトル及び磁束ベクトルの算出に使用されており、左右のトルク差に基づく制御については何ら開示されていない。すなわち、速度差に基づくトルク指令値の計算では、電流値に比例するトルクを精度良く算出することが困難である。
上記特許文献４では、運転者の意のままの機動性と、制御システムの簡単化という課題に対して、回転速度に応じて予め定められたステアリング・マップを使用して内外輪の速度指令を求める手法が開示されている。しかし、トルク制御についてはなんら開示されていない。
上記特許文献５には、ブラシレスＤＣモーターを駆動源とする電動車両にて、そのホール素子の出力を使用して車速を算出することで、エンコーダー等の車速センサを設ける必要がない旨が開示されている。しかし、トルク制御についてはなんら開示されていない。
【００１１】
［課題１］このように、上記従来例では、トルクセンサを使用せずにモーターの電流値に比例したトルク又はトルク相当値を算出し、左右輪のトルク差に基づく制御をすることで、操舵性の向上を図ることができない、という不都合があった。
［課題２］さらに、上記従来例では、電動車のうち電動三輪車は、旋回時に片輪が浮きやすい条件にあるため、左右輪の駆動制御によって操舵性の維持向上を図ることが難しい、という不都合があった。
【００１２】
［発明の目的］本発明の目的は、部品数を少なく単純な制御で操舵性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
［着眼点］本発明の発明者は、駆動輪のトルクはそのモーターの電流に比例するため、入手しやすいデータからモーター電流に比例する値を算出できると良い、という点に着目した。そして、左右輪で比較する値を工夫することで、上記課題を解決できるのではないか、との着想に至った。
【００１４】
［課題解決手段１］実施例１に対応する第１群の本発明は、電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR，VCLをそれぞれ印加する一対のパルス制御部と、前記一対のモーターMTのそれぞれの回転数ωR, ωLに当該モーターMTの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出すると共に、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する簡易トルク制御部と、前記電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として当該電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算するトルク差ゲイン制御部と、前記トルク差制御値ωCを前記速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する一対のトルク差制御値比較部とを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記課題１を解決した。
【００１５】
［課題解決手段２］ 実施例２に対応する第２群の本発明は、前輪のステアリング軸を保持すると共に後輪のサスペンションに支持されたフレームと、一対の後輪を取り付けると共に前記サスペンションを揺動可能に支持する一対のフォークと、前方側にて軸受を有し後方側にて前記フォークを取り付けたブリッジと、前記軸受を介して前記フォークと回動可能に接続され前記フレーム及び前記サスペンションと一体に傾斜する傾斜軸とを備え、この傾斜軸の軸線を、前記一対の後輪間の略中心の平面内で、前記前輪の接地点近傍を通る直線上に配置した、という構成を採っている。
これにより、上記課題２を解決した。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、本明細書の記載及び図面を考慮して各請求項記載の用語の意義を解釈し、各請求項に係る発明を認定すると、各請求項に係る発明は、上記背景技術等との関連において次の有利な効果を奏する。
【００１７】
［発明の作用効果１］ 課題解決手段１の電動車駆動制御装置は、簡易トルク制御部が、逆起電力電圧VFR, VFLと操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出し、さらに、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出し、そして、トルク差ゲイン制御部が、前記電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として当該電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算する。
従って、トルク差ゲイン制御部は、実際のトルクに比例する駆動電流Iに比例する値を使用して、左右輪のトルク差Tdiffに比例する電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算することができる。さらに、一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lが、前記トルク差制御値ωCを前記速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算するため、左右輪のトルク差を小さくするフィードバック制御をすることができる。
すなわち、電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差Tdiffに比例する値としてフィードバック制御に使用することで、トルクセンサや電流センサや加速度センサを使用せずに、また速度差から換算するトルク想定値によるよりも精度良く、トルク差を小さくするフィードバック制御（簡易トルク制御）を実現し、路面状況や旋回等によって不自然に発生する左右のトルク差を解消し、操舵性を向上させることができる。
このように、本発明は、部品数を少なく単純な制御で操舵性を向上させることができる。
【００１８】
［発明の作用効果２］ 課題解決手段２の電動三輪車は、前輪を支持するフレーム側を、一対の後輪を支持するフォーク側に対して傾斜可能とし、さらに、この傾斜軸の軸線を、前記一対の後輪間の略中心の平面内で、前輪の接地点付近を通るように配置したため、傾斜時にハンドルが自然に旋回内側に傾き、重心の横移動と相まって安定した旋回を実現することができる。
そして、当該軸線を路面に平行にすると、フレーム側に対してフォーク側が横滑りするが、当該軸線が前輪接地点を通ると、フォーク側は横滑りしない。このフォーク及び後輪が横滑りしないため、二輪車と同じ運転感覚を実現することができる。
さらには、本発明は、旋回時に片輪が浮かないような機構を設けることで、左右輪の駆動制御による操舵性の維持向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１の構成例を示すブロック図である。（実施例１から３）
【図２】実施例１の詳細な構成例を示すブロック図である。（実施例１から３）
【図３】実施例１での処理工程例を示すフローチャートである。（実施例１から３）
【図４】トルク制御をしない際の旋回時のデータ例を示すグラフ図である。
【図５】実施例１の手法にてトルク制御をした際の旋回時のデータ例を示すグラフ図である。（実施例１から３）
【図６】実施例１の速度指令算出部の構成例を示すブロック図である。（実施例１から３）
【図７】電動三輪車での操舵角と車速等との関係例を示す説明図である。（実施例１から３）
【図８】操舵角と車速等との関係例を示すグラフ図である。（実施例１，３）
【図９】左右速度差の有無と操舵力との関係例を示すグラフ図である。（実施例１から３）
【図１０】実施例１にてブラシレスＤＣモーターのホール素子を活用する構成例を示すブロック図である。（実施例１から３）
【図１１】ホール素子の出力例を示す波形図である。（実施例１から３）
【図１２】実施例１での操舵角センサの一例を示す正面図である。（実施例１から３）
【図１３】操舵角センサの一例を示す平面断面図である。（実施例１から３）
【図１４】操舵角センサがホール素子を３つ有する例を示す平面断面図である（実施例１から３）
【図１５】ホール素子を３つ有する操舵角センサの一例を示す斜視図である。（実施例１から３）
【図１６】実施例１で推定トルク制御をする構成例を示すブロック図である。（実施例１から３）
【図１７】実施例１で推定トルク制御をする他の構成例を示すブロック図である。（実施例１から３）
【図１８】実施例１で速度制御無しにトルク制御する構成例を示すブロック図である。（実施例１から３）
【図１９】実施例２の電動三輪車の構成例を示す左側面図である。（実施例２，１及び３）
【図２０】実施例２の電動三輪車の構成例を示す下面図である。（実施例２，１及び３）
【図２１】実施例３の電動車の駆動制御の構成例を示すブロック図である。（実施例３，１及び２）
【図２２】実施例３の電動車の昇圧回路及び降圧回路の構成例を示す回路図である。（実施例３，１及び２）
【発明を実施するための形態】
【００２０】
発明を実施するための最良の形態として、３つの実施例を開示する。実施例１は電動車駆動制御装置であり、実施例２は電動三輪車であり、実施例３は電動車である。実施例１から３までを含めて実施形態という。
【実施例１】
【００２１】
＜1電動車駆動制御装置＞
＜1.1  簡易トルク制御：電機子抵抗電圧＝トルク比例値＞
まず、本実施形態の実施例１を開示する。実施例１は、部品数を少なく単純な制御で操舵性を向上させるために、左右輪それぞれのモーターMTの駆動電流Iに比例する値を用いてトルク制御をする技術である。
【００２２】
以下、左右輪用に同一名称の要素が２つある際には、同一名称としつつ、その符号及び数式で使用する記号の末尾に、Ｒ（右側の要素）又はＬ（左側の要素）を付する。例えば、左右のモーターはモーターMTと表記し、右のモーターMTをMTR、左のモーターMTをMTLとする。同様に、左右のモーターMTの回転数ω、右の回転数ωR、左の回転数ωLと表記する。
【００２３】
電動車駆動制御装置は、一対のモーターMTR, MTLを制御対象としいている。そして、 電動車駆動制御装置は、その主要な要素として、一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lと、一対のパルス制御部１４R, １４Lと、簡易トルク制御部３０と、トルク差ゲイン制御部３８とを備えている。
図１に示す例では、さらに、一対の速度比較部１０R, １０Lと、一対の速度算出部２８R, ２８Lとを備えている。
【００２４】
そして、本実施形態では、一対のモーターMTR, MTLは、電動車の左右輪（駆動輪４６R, ４６L）を独立に駆動する。モーターMTは、ブラシ有り又はブラシ無しの直流モーターMTが望ましい。そして、駆動方式としては、モーターMTのローター外周にタイヤを取り付けたアウターロータ型直接駆動（ＤＤ）とすることが好ましい。すなわち、このアウターロータの外周には走行タイヤを取り付け、モーターローターとタイヤの間に、まったく減速機を介さない。これは、直接駆動方式である。これによりパワートレインによるエネルギー伝達損失をなくし、同時に、制御性を向上させることができる。
なお、実施例１の簡易トルク制御は、交流モーターや、左右独立駆動であれば他の駆動方式や、また直接駆動方式であっても遊星ギア等を用いて減速したのちに駆動する方式であっても適用することができる。
【００２５】
速度算出部２８R, ２８Lは、モーターMTの回転数ωR, ωLを算出する。速度算出部２８は、タコジェネレータやレゾルバ、あるいは、スリット円板と、発光ダイオードと、フォトトランジスタとを備えたエンコーダーとしても良いし、ブラシレスＤＣモーターMTを採用する際にはそのホール素子６８の出力を使用して回転数を算出するようにしても良い（後述1.4ブラシレスＤＣのホール素子等活用）。
回転数ωR, ωLは単位時間当たりに回転する数又は回転速度で、ローター外周に減速機を介さずにタイヤを取り付ける場合、タイヤの回転数となる。
【００２６】
一対の速度比較部１０R, １０Lは、それぞれ、前記左右輪への速度指令ω*R, ω*Lを受信し、一対の前記モーターMTR, MTLの回転数ωR, ωLをそれぞれフィードバック量として、当該速度指令ω*R, ω*Lとの速度偏差ωER, ωELを算出する。このフィードバックは、モーターMTを指令速度ω*で回転させるためのフィードバックであるため、回転数ωR, ωLをフィードバック量としている。しかし、速度ではなく、電流、電圧など他の値をフィードバックするようにしても良い。回転数ωR, ωLや速度指令ω*R, ω*Lは、例えば角速度とすると良い。
【００２７】
一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lは、図１に示す例では、それぞれ、所定のトルク差制御値ωCを前記速度偏差ωER, ωELに加減算することで、各モーターMTR, MTLの速度制御値ωBR, ωBLを算出する。この加減算は、図１に示す例では、電機子抵抗電圧差Vdiffの正負に応じて、右輪側には加算し、左輪側には減算している。
【００２８】
一対のパルス制御部１４R，１４Lは、モーターMTR, MTLに対して、速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR VCLをそれぞれ印加する。このパルス制御は、半導体を用いたチョッパー回路とすると損失を少なくすることができる。また、PWM（パルス幅変調）としても良いし、PFM（パルス周波数変調）としても良い。
この操作電圧VCは、モーター端子電圧であり、モーター印加電圧である。
【００２９】
簡易トルク制御部３０は、まず、モーターMTR, MTLのそれぞれの前記回転数ωR, ωLに当該モーターMTの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと、前記通流率αR, αLに応じた操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出する。この電機子抵抗電圧VR, VLは、モーターMTR, MTLの駆動電圧であって、電機子に流れる駆動電流Iに比例した値である。
簡易トルク制御部３０は、次に、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する。この電機子抵抗電圧差Vdiffは、駆動電流Iに比例する値であるため、左右輪の速度差に比例する値ではなく、トルク差Tdiffに比例する値となる。この駆動電流Iに比例する電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差Tdiffに比例する値として、トルク制御をする手法を、ここでは簡易トルク制御という。
【００３０】
図１に示す例では、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRをプラスとし、左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLをマイナスとして電機子抵抗電圧差Vdiffを求め、右輪側にトルク差制御値ωCをマイナスし、左輪側にトルク差制御値ωCをプラスすると、トルク差制御値ωCが小さくなるようにフィードバック制御できる。
【００３１】
トルク差ゲイン制御部３８は、所定の電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として扱い、当該電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算する。トルク差制御値ωCは、速度指令ω*を実現するためのフィードバック量や、操作電圧VCを算出するための制御値と同一次元とすると良い。図１に示す例では、フィードバック量が速度で、操作電圧VCを算出するための制御値は速度であるため、トルク差制御値ωCを速度の次元とすると良い。また、当該トルク差制御値ωCに予め定められたゲインを与えるようにしても良い。
【００３２】
トルク差制御値比較部１２R, １２Lは、トルク差制御値ωCを前記速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する。上述のように、トルク差制御値ωCが速度の次元であり、速度のフィードバックがある際には、速度偏差ωER, ωELに加減算することで、各モーターMTR, MTLの速度制御値ωBR, ωBLを算出する。トルク差制御値ωCが、他の次元である際には、操作電圧VCを求めるための制御値と次元を合わせて、加減算する。
【００３３】
図１に示す例では、電動車駆動制御装置は、速度指令ω*R, ω*Lに対して、実際のモーターMTの回転数ωR, ωLを片輪毎のフィードバック量とするループ（速度制御ループ）と、速度偏差ωER, ωELに対して、左右輪のトルク差Tdiffに比例したトルク差制御値ωCを両輪に対するフィードバック量として、このトルク差制御値ωCを小さくするループ（トルク制御ループ）とを有する。
【００３４】
このトルク差制御値ωCは、従来例と異なり、トルク検出センサで検出したトルクTの差ではなく、また、左右輪の速度差から算出した値でもない。本実施例では、モーターMTの駆動電流Iに比例した値を得るために、モーターMTの電機子抵抗電圧VR, VLを算出し、この電機子抵抗電圧VR, VLの左右輪差をトルク差Tdiffに比例する値として算出している。通常駆動の範囲内で、トルクは駆動電流Iに比例するため、速度に基づいて算出するトルク値よりも実際のトルク値に近い値を計算で得ることができる。このため、トルクセンサを使用しなくとも、実際のトルク値を用いた制御と同等の制御を実現することができる。
【００３５】
図２は、実施例１の電動車駆動制御装置の詳細構成である。図２に示す例では、電動車駆動制御装置は、図１に示す例と同様に、一対のモーターMTR, MTLと、一対の速度比較部１０R, １０Lと、一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lと、一対のパルス制御部１４R, １４Lと、簡易トルク制御部３０と、トルク差ゲイン制御部３８とを備えている。
【００３６】
そして、モーターMTR, MTLは、図２に示す例では、操作電圧比較部１６R, １６Lと、アドミタンス１８R, １８Lと、トルク定数部２０R, ２０Lと、駆動トルク比較部２２R, ２２Lと、慣性モーメント部２４R, ２４Lと、逆起電力定数部２６R, ２６Lとを備えている。
【００３７】
アドミタンス１８は、電機子抵抗Raと、積分要素（1/s）の電機子インダクタンスLaとを分母に持つ。
トルク定数部２０のトルク定数Ktは、駆動電流IとトルクTとの比例係数で、採用するモーターMTによって定まる。
駆動トルク比較部２２は、実際に比較部があるのではなく、計算上の定義であり、トルクTに外乱トルクTLがマイナスで加わることを示している。
慣性モーメント部２４は、微分要素(s)のモーターローターの慣性モーメントJを分母に持つ。
逆起電力定数部２６は、回転数ωと逆起電力電圧との比例係数である逆起電力定数Keを有する。逆起電力定数Keは、トルク定数Ktと同一の値となる。
なお、左右のモーターMTR, MTLに同一型番内での相違があれば、モーターMTの各定数も左右で異なることとなるが、便宜上同一の符号を付して説明するが、異なる値であれば異なる値を使用しても良い。また、図１７に示す例ではトルク定数Kt及び電気子抵抗Raとが左右で異なることを前提とする。
【００３８】
簡易トルク制御部３０R, ３０Lは、図２に示す例では、逆起電力定数部３２R, ３２Lと、操作電圧比較部３４R, ３４Lと、電機子抵抗電圧比較部３６とを有する。
逆起電力定数部３２R, ３２Lは、モーターMTR, MTLの回転数ωR, ωLに逆起電力定数Keを掛けて、逆起電力電圧VFR, VFLを算出する。この逆起電力電圧VFR, VFLは、モーターMTR, MTL内で操作電圧VCR, VCLから減算される逆起電力電圧VFR, VFLと同一の値である。
操作電圧比較部３４R, ３４Lは、パルス制御部１４R, １４Lによって算出された操作電圧VCR, VCLから逆起電力電圧VFR, VFLを減算することで、モーターMTR, MTLの電機子抵抗電圧VR, VLを算出する。
【００３９】
電機子抵抗電圧比較部３６は、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRから左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLを減算することで、電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する。電機子抵抗電圧差Vdiffの算出と、トルク差制御値ωCの加減算とでは、左右側にて正負を反転させる。図２に示す例では、電機子抵抗電圧差Vdiffの算出では左輪側をマイナスとし、トルク差制御値ωCをプラスとして加算している。逆に、電機子抵抗電圧差Vdiffの算出では左輪側をプラスとし、トルク差制御値ωCをマイナスとして減算するようにしても良い。このように正負を反転させることで、トルク差Tdiffを小さくするようにフィードバック制御することができる。
【００４０】
図２の最も内側のループは、モーターMTそのものであり、操作電圧VCから逆起電力電圧VFを減算した電圧が電機子抵抗電圧Vとなる。
そして、図１と同様に、電動車駆動制御装置は、モーターMTの外側で、速度指令ω*との差を取るようにフィードバックされている速度制御ループと、左右のトルクバランスを調整するトルク制御ループとを備えている。
【００４１】
これらのループ群において、例えば、右輪側について、電機子抵抗電圧VRを左から加えると、モーターMTのアドミタンス１８（1/（Ra+sLa））に対して、駆動電流Iが流れ、流れた駆動電流Iによって、トルク定数Ktを乗じたトルクTが発生して、外乱トルクTL分減算された後、慣性モーメントJを回転させるので、回転数ωRが生じる。
回転数ωRが生じると、これに逆起電力定数Keを乗じた逆起電力電圧VFRを発生して、フィードバックされることで、モーター電機子へ加わる電機子抵抗電圧VRが、VR―Ke・ωRとなって、速度ωを維持する駆動電流Iの値が収束する。
【００４２】
図２に示す制御パラメーターでは、トルク差ゲイン定数Ktdを任意に調整することができる。古典制御理論に従い、システムが安定するようにトルク差ゲイン定数Ktdの値を調整すると良い。この値を小さめにすると、トルク差Tdiffを小さくする収束に数秒等の時間を要するものの安定的となり、大きめにすると、オーバーシュート等が発生し易くなる。また、現代制御の手法を使用して、制御パラメーターの値を評価関数の収束によって算定するようにしても良い。
【００４３】
図２に示す例では、電機子抵抗電圧差Vdiffを用いて、左右輪のトルク差Tdiffを小さくし、または０とする制御をすることができる。この簡易トルク制御では、トルクセンサも不要で、またフィードバック制御も極めて簡素としつつ、駆動電流Iに比例するトルクTを対象としたフィードバック制御を実現することができる。この簡易トルク制御をさらに発展させ、トルク差Tdiffを算出する手法（1.6操作電圧と回転数からトルク算出）や、トルク差指令Tdiff*を入力として左右輪にトルク差Tdiffを与える手法（1.7トルク差指令）については、推定トルク制御として後述する。
【００４４】
・1.1  簡易トルク制御：電機子抵抗電圧＝トルク比例値の効果
上述のように、実施例１では、簡易トルク制御部３０R, ３０Ｌが、回転数ωR, ωLに当該モーターMTの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記通流率αR, αLに応じた操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出すると共に、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出し、トルク差ゲイン制御部３８が、前記電機子抵抗電圧差Vdiffを当該左右輪のトルク差Tdiffに比例した値として当該電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算するため、実際のトルクTに比例する駆動電流Iに比例する値を使用して、左右輪のトルク差Tdiffに比例する電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差制御値ωCに換算することができる。
さらに、一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lが、前記トルク差制御値ωCをそれぞれ前記速度偏差ωER, ωELに加減算するため、左右輪のトルク差Tdiffを小さくするフィードバック制御をすることができる。
すなわち、電機子抵抗電圧差Vdiffをトルク差Tdiffに比例する値としてフィードバック制御に使用することで、トルクセンサや電流センサや加速度センサを使用せずに、また速度差から換算するトルク想定値によるよりも精度良く、トルク差Tdiffを小さくするフィードバック制御（簡易トルク制御）を実現することができる。
そして、この簡易トルク制御により、いかなる走行シーンであっても、例えば、旋回から直進への移行時や、路面状態による走行抵抗の乱れや、左右の走行抵抗の不揃いなどによって、左右駆動輪に不本意なトルク差Tdiffを生じたときであっても、これを是正し、操舵性を向上させることができる。
特に、走行環境や操舵状況にかかわらず、常に電機子抵抗電圧差Tdiffを小さくすることで、トルク差Tdiffを小さくし、または０とするフィードバック制御をすると、直進時及び旋回時の操舵性が格段に向上する。
さらに、直進時にはトルク差Tdiffを小さくする制御を簡易に行うことができるため、逆に、多様な目的に応じて必要な状況時に左右輪に速度差を与えることができる。
このように、操作電圧VCからモーターMTの逆起電力電圧VFを差し引くことで、モーターMTの駆動電流Iに比例する信号（電機子抵抗電圧V)を得る。そして、これを出力トルクの負帰還信号として利用することで、部品数を少なく単純な制御で操舵性を向上させることができる。従って、単純で堅牢なシステムを安価に構築することができる。
そして、本実施例では、応答特性のよい電気自動車において、各種運動センサ、力・トルクセンサを搭載して、各駆動輪４６の最適トルクを状態オブザーバーなどで推定してトルク制御するのと同等の制御を、トルクセンサや電流センサを使用せずに実現することができる。
また、この制御ループは、普及型の左右へ同じ端子電圧指令を出力する簡易駆動システムにおいても有効であり、安価な電動車の操舵性能を改善し、航続距離を伸ばす効果が期待できる。
【００４５】
＜1.2  簡易トルク制御：直進時にトルク差０＞
この例では、旋回から直進する局面等での操舵性の向上を図るために、直進時にトルク差を０とし、旋回時にはトルク制御をオフとする例を説明する。
【００４６】
電動車では、旋回半径にあわせて左右の駆動輪４６に適切に速度差を与えることで、内輪側の駆動電流が無用に大きくなることは回避できる。しかし、この状態から直進走行へ移行した場合、移行のために加速を要した内輪側の電流が大きいままに保持される問題が生じる。すなわち、旋回終了後に、左右輪の回転数が同一であっても、内輪側の電流及びトルクTが大きいまま保持され、操舵性が悪化するという問題がある。
【００４７】
これは、速度制御型駆動系が複数並列する場合、この制御系に個々の駆動力配分を適切に自動決定する機能が無いことにより生ずる。例えば一つの速度制御型駆動系の駆動力で指令速度が実現されてしまえば、それ以外の速度制御型駆動系は、すでに指令速度が実現されているので励起されない。すなわち駆動力を出力しない問題を生じる。結果として、速度制御型で独立の駆動輪４６で、適切に速度制御しても、たとえ直進走行であっても、左右駆動輪のトルクTが異なる現象を生じる。すると、操舵性が阻害されてしまう。
【００４８】
このように、複数独立駆動源を有する速度制御システムにおいて、駆動力の配分を決定する要素は存在しないため、速度フィードバック制御の正否とは無関係に、この意図しないトルク差となる「電流が大きいまま保持され、意図しないトルク差Tdiffが生ずる」という問題が生ずる。
【００４９】
この問題は、速度制御型駆動系が複数になったときに生じる本質的な問題で、車輪型ロボットなどにおいて、通常、サーボゲインを小さくして、柔らかな制御にすることで回避されてきた。
【００５０】
この電流が大きいまま保持され、意図しないトルク差Tdiffが生ずる問題は、旋回走行から直進走行間への移行時にのみ生じる問題ではなく、路面状況その他様々な負荷変動時に生ずる問題である。例えば、路面の状況で各駆動輪には様々な負荷変動が生ずる。そのたびに、左右駆動輪は、個別のトルクを出力する。ひとたび、トルクTに差がうまれると、速度制御型の場合は、この差を０にする要素はどこにもない。本実施例１によるトルク制御をして始めてトルク差Tdiffを０に制御することができる。
逆に、実施例１の簡易トルク制御を前提とすると、走行環境に応じて、積極的に左右に速度差やトルク差Tdiffを与えることも可能となる。
【００５１】
この例では、  一対の前記トルク差制御値比較部１２R, １２Lが、前記電動車の操舵角θsが予め定められた範囲内の際に前記トルク差制御値ωCを前記速度偏差ωER, ωELにフィードバックさせることを特徴としている。
すなわち、操舵角θsが予め定められた範囲内での直進時に、簡易トルク制御を行うことで、左右へのハンドル操作した後には速やかに左右のトルク差Tdiffを小さくし可能な限り０に近づけることができる。
【００５２】
図３は、直進時にのみトルク制御をする処理例を示すフローチャートである。まず、ハンドルの操舵角θsが予め定められた範囲内か否かを確認することで、直進であるか否かを確認する（ステップS1）。直進状態ではない場合には、トルク制御をオフとする（ステップS2）。なお、トルク制御のオフに変えて、トルク差ゲイン定数Ktdの値を小さく変化させることでトルク制御のためのフィードバックの影響量を小さくするようにしても良い。
また、直線路を走行していても、ハンドルが一定角度以上の際には直進状態とはならない。図３に示す例では、スリップ時や、低速での直進時や、段差を乗り越える際のバランス確保などに際して、ハンドルを左右に振る操作があった際には、直進ではないとして、トルク制御をオフとし、左右のトルク差Tdiffを許容する。また、旋回時にもトルク制御をオフとし、左右輪の駆動力の差に応じたトルク差Tdiffを許容する。
【００５３】
継続した直進時や、旋回直後の直進時や、ハンドルを左右に振った直後には、トルク制御をオンとする（ステップS3）。左右両輪について、個別に、速度指令ω*R, ω*Lと実際の回転数ωR, ωLとに応じた速度制御値ωBR, ωBLに基づいて、操作電圧VCR, VCLを算出する（ステップS4R, S4L）。このステップS4に並行して、回転数ωR, ωLを算出し（ステップS5R, S5L）、回転数ωR, ωLに逆起電力定数Keを掛けることで逆起電力電圧VFR, VFLを算出する（ステップS6R, S6L）。続いて、操作電圧VCR, VCLから逆起電力電圧VFR, VFLを減算することで、電機子抵抗電圧VR, VLを算出する（ステップS7R, S7L）。
【００５４】
そして、右モーターMTRの電機子抵抗電圧VRと、左モーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの差を求めることで、駆動電流Iの差に比例する値として、電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する。トルクTは駆動電流Iに比例するため、この電機子抵抗電圧差Vdiffはトルク差Tdiffに比例した値である。
【００５５】
さらに、電機子抵抗電圧差Vdiffにトルク差ゲイン定数Ktdを掛けることで、トルク差制御値ωCを算出する（ステップS9）。そして、このトルク差制御値ωCをステップS8とは正負を逆転させて速度偏差ωER, ωELに加減算する（ステップS10R, S10L）。引き続き、直進の際には、ステップS10R, S10Lで算出された新しい速度制御値ωBR, ωBLに基づいて、ステップS4R, S4Lにて、新たな操作電圧VCR, VCLを算出する。一方、ハンドル操作がなされた際には、その時の左右のトルク差Tdiffをフィードバックせず、左右のトルク差Tdiffを許容する。
【００５６】
この制御ループでは、直進時に左右トルクの均等化が行われるので、速度指令が現実の速度差に厳密には一致しないために、強引にトルクTを発生して、操舵性を悪化させ、または電流増加による電力損失が発生することなどを改善することができる。
【００５７】
上記電流が大きいまま保持され、意図しないトルク差Tdiffが生ずるという課題と、実施例１での簡易トルク制御にて直進時にのみトルク差Tdiffを小さくする制御の有効性を確認するために、旋回走行から直進走行への移行時のトルク制御ループに関する測定実験を行った。
まず、直進走行から旋回走行へ移行する場合よりも、旋回走行から直進走行へ移行するときの方が、トルク差Tdiffによる操舵性悪化が明確に生じたため、この測定実験では、図３に示すように、直進走行時のみに簡易トルク制御を有効にした。この測定用のシステムでは、直進走行時（操舵角が小さい範囲）以外は、トルク差を許容している。
【００５８】
図４は、トルク制御無しでの旋回から直進へ移行したときの操舵角θs、操作電圧VC、左右輪の回転数ωの各値を最大５ [V] に標準化した場合の相対的遷移を表すグラフ図であり、図５は、トルク制御を直進走行時に有効にしたシステムにて旋回から直進へ移行したときの相対的遷移を表すグラフ図である。５ [V] としたのは、使用したマイクロプロセッサのＤＡ変換値の出力が０から５ [V] であることによる。
【００５９】
図４を参照すると、横軸２から１８秒まで最大にハンドルを切って、右旋回走行をしている。与えた左右の速度目標指令が現実の車両及び路面に合わないために、旋回中に、左右の操作電圧VCの差が大きくなり、トルク差Tdiffを生じている。２０秒以降、直進走行へ移行しても左右操作電圧VCが等しくなろうとする様子はみられない。２０秒以降、左右輪の速度（右速度と左速度）が同じということは、操作電圧VCの差は電流値の差であり、駆動トルクTに差が生じたまま走行していると読みとれる。
【００６０】
図５を参照すると、直進走行時に簡易トルク制御ループを有効にすると、旋回走行時に生じた操作電圧VCR, VCLの差が、直進に移行して約４秒後に左右同じ操作電圧VCR, VCLに収束している。すなわち、旋回走行時に生じた操作電圧VCR, VCLの差が、15秒付近で直進に移行して、20秒付近で左右同じ操作電圧VCR, VCLに収束している。収束時間が長いのは、安定性と安全性を考慮して各種ゲインを小さくしていることによる。 
【００６１】
・1.2  簡易トルク制御：直進時にトルク差０の効果
上述のように、一対の前記トルク差制御値比較部１２R, １２Lが、前記電動車の操舵角θsが予め定められた範囲内の際に前記トルク差制御値ωCR, ωCLを前記速度偏差ωER, ωELにフィードバックさせるため、ハンドル操作がある旋回時やバランスを確保する際には左右輪のトルク差Tdiffを許容して旋回やバランス確保をスムーズにさせ、一方直進時には速やかにトルク差Tdiffを解消することで旋回等からの復帰時の操舵性を向上させることができる。すなわち、意図しないトルク差Tdiffが生じても、トルクセンサや電流センサを使用せずに、簡易トルク制御により、操舵性を向上させることができる。
そして、上記1.1に示した手法にて常にトルク差を０とする制御としても良いが、この1.2の例では、直進時にのみトルク差Tdiffを０とし、ハンドル操作がある際にはハンドル操作や路面に応じたトルク差を許容することで、スラローム走行や、段差乗り越え（通常、左右同時乗り越えはありえない）や、路面のトラクションの差（滑りやすい部分の通過時）や、搭載荷物のアンバランスや、走行中の揺れなどへの直後の対応をドライバーのハンドル操作に委ね、その後、直進走行状態となる際に、速やかに左右のトルク差Tdiffを小さくすることで、直進走行を常に安定させることができる。
【００６２】
＜1.3  簡易トルク制御：旋回時に左右速度差＞
元来、トルク差Tdiffを適切に制御できれば必ずしも旋回時に速度差を与える制御は必ずしも必要はない。ここでは、確実な旋回と、パワーステアリング効果と、減速する駆動輪４６の回生制動とを期待して、簡易トルク制御を行いつつ、旋回時に左右速度差を与える。
本実施例では、トルク制御下で旋回時に左右速度差を与える制御を電子デフ制御という。電子デフ制御は、操舵角θsとアクセル開度θa（ドライバーによる速度指令に相当）とを用いて、左右輪を機械式差動ギアと同等に動作させるための制御アルゴリズムである。また、操舵角θsが大きくなると、安全のために自動的に車体速度を減速させるようにしても良い。
【００６３】
この例では、実施例１の電動車駆動制御装置は、前記電動車の操舵角θsに応じて前記左右輪にて異なる前記速度指令ω*R, ω*Lを算出する速度指令算出部４０を備えている。速度指令算出部４０による左右輪の速度差と、上述した簡易トルク制御との組み合わせにより、走行性能及び操舵性の向上を図ることができる。
【００６４】
実現の具体例として、三輪電気自動車（トライク）において制御アルゴリズムを作成し、実装してその性能の向上を確認した。この速度制御型左右独立駆動の操舵システムの考え方は、四輪の汎用電気自動車へも拡張し活用することができる。
【００６５】
図６を参照すると、速度指令算出部４０は、操舵角定数部４２と、速度指令比較部４４と、駆動輪４６と、アクセル開度定数部４８と、絶対値部５０と、最大操舵角比較部５２と、乗算部５４とを備えている。
【００６６】
図６に示す例では、入力される値は、ハンドルの操舵角θsと、アクセルのアクセル開度θa（アクセル回転角，速度指令に相当）とである。また、予め最大操舵角ΘＭが特定されている。ここでは、操舵角θsに応じた車体速度そのものの制御は、基本的に、旋回軌道進入時の車体速度に比例係数を乗じた速度を車体速度とするように左右駆動輪４６ともに減速する。比例係数の大きさは、重心の高さと左右駆動輪の接地点距離から決まる旋回時の限界速度に安全係数を考慮した値を超えないように決める。
【００６７】
操舵角定数部４２は、操舵角θsに速度修正定数Ksを掛けて速度修正量Δωを算出する。絶対値部５０は操舵角θsの絶対値を算出する。最大操舵角比較部５２は最大操舵角ΘＭから操舵角θsの絶対値を減算する。
アクセル開度定数部４８は、アクセル開度θaにアクセル開度定数Kaを掛け、乗算部５４は、この値と最大操舵角比較部５２の算出値とを掛けて、速度指令比較部４４に伝達する。速度指令比較部４４R, ４４Lは、乗算部５４の算出値を左右輪の速度指令ω*R, ω*Lのプラス値とし、右輪については速度修正量Δωをマイナス、左輪については速度修正量Δωをプラスする。出力は、左右の駆動輪４６R, ４６L（アクティブホイールWR, WL）の回転数ωRとωLとなる。
【００６８】
図６の内容を数式で説明する。駆動輪４６へ入力する速度指令ω*Rとω*Lは次式（１）及び（２）で計算する。この式は、図６に示す速度指令算出部４０の各部の諸機能を一体とした式で、図６に示すブロック図と等価である。
【００６９】
【数１】
2011045184.tif 000003
【００７０】
この式（１）及び（２）による速度制御では、まず、アクセル開度θaにアクセル開度定数Kaを掛けた値（基本速度指令値）が左右輪の基本的な速度を決定する。これに対して、操舵角θsに速度修正定数Ksを掛けた値を速度修正量Δωとして、２Δωが左右輪の速度差となる。図６，式（１）及び（２）に示す例では、右側に旋回する方向の操舵角θs（又はθs・Ks）をプラスとしている。
【００７１】
そして、最大操作角ΘMと操舵角θsによる速度規制をしている。速度指令算出部４０は、最大操作角ΘMと操舵角θsの絶対値との差を算出し、低速時に大きくなり、高速時に小さくなる値を得る。この値を基本速度指令値（θa・Ka）に掛けることで、低速時には大きい値を掛けることでアクセル開度θaによる基本速度指令値（θa・Ka）を若干小さくし、高速時には小さい値を掛けることで基本指令値（θa・Ka）を大幅に小さくする。このように、操舵角θsが大きい際には、アクセル開度θaによる基本速度指令値（θa・Ka）を小さくすることで、より安全な旋回を促すことができる。
【００７２】
また、これらの式には、車体のパラメーターが含まれる。例えば図７のような電動三輪車の場合、lは左右車輪間距離（トレッド）、Lは前後軸間距離（軸距，ホイールベース）である。図６中のΔωは、式（１）、（２）の右辺第２項であり、車輪が横滑りしない仮定下、半径Ｒで旋回しようとしている図７の関係より、次式（３）で表される。ωaは、旋回軌道へ進入時の車輪角速度である。
【００７３】
【数２】
2011045184.tif 000004
【００７４】
この関係を４輪電気自動車へ拡張する場合は、旋回中心側を内側と呼ぶことにすると、外側の操舵輪の操舵角θsを用いて、左右駆動輪の速度修正量Δωは次式（４）となる。＋符号は、外側駆動輪増速量、−符号は内側駆動輪減速量となる。 
【００７５】
【数３】
2011045184.tif 000005
【００７６】
これらの式を、マイクロプロセッサにその都度計算させていては、負担が大きいため、正接曲線を図８のように直線で近似するなど、あらかじめ表としてメモリに対応する値を保持して、操舵角に対応する値を参照する方法などで左右輪を制御すると良い。
【００７７】
システムの設計方針によっては、駆動輪の上限での最高速で走行時に旋回動作をする場合は、外側駆動輪の速度をそれ以上増速できないので、内側すなわち旋回中心側のみを操舵角に応じて、式（３）、（４）のΔωを用いて２Δω分、減速させると良い。また、電源電圧VBの昇圧回路（図２２）を設け、外側駆動輪の速度を増速するようにしても良い。
【００７８】
左右駆動輪の駆動力によって、車体が旋回する際、キャスタを有する操舵輪は、旋回軌道の接線方向へ転がるように自動的にその向きを変える。これは、操舵軸へアシスト力をまったく加えていないにもかかわらず、いわゆるパワーステアリングシステムとなっている。それゆえ、低速走行時には、操舵角θsから算出される左右輪速度差より大き目の速度差を与えて操舵操作を容易にし、逆に、高速走行時には、操舵角θsから算出される左右輪速度差よりも小さめの速度差にとどめ、直進安定性を保つように制御すると良い。
これによって走行時には、パワーステアリングシステムと同じ効果を生み出せ、パワーステアリングでの動力消費を低減できる。
【００７９】
図９に、速度制御による電子デフ制御の有無における、操舵ハンドルに加わる力の違いの例を示す。図９に示す例では、直進時及び旋回時等にて常に簡易トルク制御をオンとした。図９に示すように、電子デフ制御を使用した方が、ハンドルに加わる力が小さくなっている。このため、ドライバーは、電子デフ制御により左右速度差がある方が、より小さい力で、軽い操作で旋回することができる。
【００８０】
また、左右輪の速度差の値をどの程度加減すべきかについては、操舵輪の状態（操舵軸の回転抵抗、キャスタなど）による。しかしながら、横滑りを考慮しないで算出される速度差で確実に走行性能・操舵性能を改善することは難しい。様々な路面で様々な旋回走行実験を行ってデータベース（マップ）を作成し、制御する方法も考えられる。しかし、マップによる制御では、走行環境の変動（路面、タイヤ、路面又はタイヤの左右差、温度、湿度、ドライバーの操舵の慣れの程度）の全ての組み合わせを予め特定することは困難である。この点、本実施例１では、トルク配分のための簡易トルク制御と左右速度差の制御とを一体として制御することで、様々な局面にその状況にて対応し、走行性能及び操舵性能の向上を図ることができる。
【００８１】
なお、駆動輪４６を１輪として駆動する際には、速度指令ω*を与えれば、発生するトルクTは路面からの負荷トルクとバランスするように要求されるため、動作点は一意的に定まる。しかし、本実施例での四輪車又は三輪車のように、２輪で駆動する際には、２つの駆動輪のトルクTの和が路面からの負荷トルクに等しければよいため、左右の駆動輪に等しい速度指令ω*を与えただけでは、各駆動輪の発生トルクは一意的には定まらなくなってしまう。この点、本実施例１では、直進時には左右の駆動輪の発生トルクを等しくするための制御により、左右の駆動輪のトルクTを等しくしていくことができる。また、旋回時においては、左右輪の回転速度差のみならず、スムーズな旋回をできるようにするためには、左右で異なる発生トルクを指定するようにしても良い。
【００８２】
・1.3  簡易トルク制御：旋回時に左右速度差の効果
速度指令算出部４０が、前記電動車の操舵角θsに応じて前記左右輪にて異なる前記速度指令ω*R, ω*Lを算出するため、旋回時に左右輪の回転数ωR, ωLを異ならせ、スムーズな旋回（方向切り替え時にハンドルで感じる反力が小さいこと）を実現しつつ、簡易トルク制御により、直進時には左右のトルクバランスを良好に保つことができる。
また、左右輪に異なる速度を与えることで、ハンドル操作を軽くすることができ、パワーステアリング効果をもたらすことができる。
なお、複数駆動輪において速度制御する場合、状況によっては、ほぼ１輪だけ指令速度を実現し、他の駆動輪は従動輪となってしまう現象を生じる。この状態では、左右駆動輪の推力に差が生じて、操舵性を阻害してしまう。また、左右駆動輪へ供給する電流も、左右の和は同じになるであろうが、抵抗損失が電流の2乗ゆえ、左右の駆動電流Iに差が生じると損失が大きくなる。この点、本実施例では、左右の駆動電流Iに差が生じても、直進時にトルク差Tdiffを小さくするフィードバック制御をするため、速やかに左右の駆動電流Iの差を０に近づけることができる。
そして、従来例でのステアリング・マップ等を作成し、使用することなく、左右速度差を与えつつ、簡易トルク制御をする効果を奏することができ、さらに、マップで想定しづらい走行環境や操作にあっても、フィードバック制御により常に操作性を向上させることができる。
【００８３】
＜1.4  簡易トルク制御：ブラシレスＤＣのホール素子等の活用＞
次に、直接駆動型のモーターMTR, MTLとして、複数のホール素子６６を有するブラシレスＤＣモーターMTR, MTLを採用した例を説明する。この例では、最も低コストで単純な構成により左右のモーターMTR, MTLの回転数ωを測定するために、ブラシレスＤＣモーターMTに必須のホール素子６６を活用する。また、電流値や電圧値を測定せず、PWM制御での通流率αに基づいてモーターMTの端子間の平均電圧を算出する。
【００８４】
この例では、電動車駆動制御装置は、左右輪に応じた一対の速度算出部２８と、操作電圧算出部２９とを備えている。速度算出部２８は、前記ホール素子６６の出力に基づいて前記モーターMTの前記回転数ωR, ωLを算出する。また、操作電圧算出部２９は、前記通流率αR, αLから前記操作電圧VCR, VCLの平均値を算出する。この速度算出部２８と、操作電圧算出部２９とを備えることで、物理的なセンサ数を減らしながらトルク制御を実現することができる。
【００８５】
ブラシレスＤＣモーターMTの駆動・回生制動方式は、特許文献６に開示されている。本実施例では、さらに、それを速度制御方式に発展させて使用する。
【００８６】
図１０を参照すると、パルス制御部１４が、速度制御値ωBに基づいて比例ゲイン及び積分ゲインを用いてＰＩ制御するＰＩ制御部１５と、操作電圧算出部２９とを備えている。速度のＰＩ制御においては、フィードバックされるモーターMTの回転数ωとアクセル開度情報等に応じた速度指令値ω*との差を励起信号とし、トルク制御のためのフィードバックをした後、比例ゲインを乗じた値とこの励起信号を積算した値に積分ゲインを乗じた値の和を用いて、モーターMTの駆動回生システムにおける通流率α（デューティ比）を算出する。操作電圧算出部２９は、この通流率αとバッテリ電圧VBとからモーターMTの操作電圧VC（モーター端子電圧）を算出する。
【００８７】
図１０に示す例では、速度センサを使用していない。速度センサの代わりに、ブラシレスＤＣモーターMTのローターの磁極位置を検出するホール素子（ホールセンサ）６６を流用している。ブラシレスＤＣモーターMTは、三相方形波駆動するので、ローターの磁極位置を検出するために３つのホール素子６６a, ６６b, ６６cが用いられている。ホール素子６６は、モーターMTの回転子磁石の回転による磁界の強度の変化を出力するため、これを２値信号に変換すると、図１１に示すように矩形波列信号Ha, Hb, Hcとなる。従って、このパルスを一定周期でカウントすれば、そのカウンタの値は、モーターMTの速度値となり、左右輪を独立した直接駆動型では、左右輪の回転数ωR, ωLとなる。
【００８８】
あるいは、矩形波列信号Ha, Hb, Hcのエッジで生成したトリガパルスを積分回路に入力すれば、積分回路の出力は、速度に比例した信号となる。また、パルスエンコーダからの９０度位相のずれた二相パルス列信号、Ａ相、Ｂ相信号によって、正／逆回転角を検出することが知られている。
【００８９】
本実施例では、ブラシレスＤＣモーターの３つのホール素子６６a, ６６b, ６６cからの１２０度位相のずれた３相パルス列信号のうち、２相分のみを使って、パルスエンコーダと同様に正／逆回転角ならびに回転数ωを検出することができる。すなわち、２つのホール素子６６a, ６６bからの矩形波信号Ha, Hbを速度算出部２８に入力することで、駆動輪４６R, ４６Lの回転数ωR, ωLと回転方向とを算出することができる。このように、１２０度位相の二相パルス列信号でも、９０度位相の二相パルス列信号と同じように使用することができる。
【００９０】
速度算出部２８をマイクロコンピュータとプログラムとで実現する際には、マイクロコンピュータの位相計数ポートに図１１に示す矩形波信号Ha, Hbを入力することで、回転数ωと回転方向を検出することができる。この位相計数ポートは、パルスエンコーダからの９０度位相差を有するＡ相、Ｂ相矩形波から、エンコーダーの正転／逆転の回転角を計数するためのポートである。
【００９１】
三相ではなく、二相パルスとすると、マイクロプロセッサ内蔵のエンコーダー計数回路を流用できるメリットが大きい。エンコーダー計数回路は、２相のパルスから、４パルス生成するため、単純に３相のパルスを加え合わせた３パルスよりもパルス数は多くなり、測定精度を向上させることができる。なお、３相のパルスを同じように処理して６パルス生成する方法も考えられるが、そのための回路を別途必要としてしまう。
【００９２】
一方、低速時にパルスが少なくなると、計数される速度に含まれる誤差が大きくなることがある。しかし、誤差が大きくなるのは約5 [km/h] 未満であり、この程度の低速時には速度制御の必要性が低いため、誤差が大きくなる範囲では速度制御しないこととしても良い。
【００９３】
操作電圧算出部２９は、モーターの操作電圧VCを算出する。操作電圧VCすなわちモーターMTへの印可電圧は、ＰＷＭ制御しているので、ＯＮ時のパルス幅（通流率α，デューティ比）で指定する。モーターMTはインダクタンス分を有するため、流れる電流は平滑化され、あたかもモーターMTへの印可電圧が、一周期間の平均電圧に調整されているような効果を生じる。
【００９４】
このように、モーターの操作電圧VCは、電源電圧VBに通流率αを掛けることで平均電圧として算出することができる。この通流率αは、速度制御ループの中で自動的に決定され、図１０に示す例ではＰＩ制御部１５で算出される。
このＰＷＭ制御では、電源電圧VBを制御周期Ｔw内に、ON時間tONとOFF時間tOffの期間つくり、ON時間の長さを0からTwまで調節することで、モーターMTへの電源の効果を調節する。ON時間0では、モーターMTが停止し、ON時間Twでは、その時の負荷での最大回転速度で回転する。
結局、ON時間の長さを0からTwまで調節することは、モーターMTに加わる平均電圧Vを、0から電源電圧VBまでに調節していることになる。
【００９５】
すなわち、モーターMTの操作電圧VCは、バッテリ電圧VBと通流率αとを使用して次式（５）で算出することができる。αを次式（６）で定義すると、モーターMTの操作電圧VCは、次式（７）となる。ゆえに、図２等のVCR, VCLは、左右駆動輪に関する通流率αR、αLを用いて次式（８）及び（９）となる。
【００９６】
【数４】
2011045184.tif 000006
【００９７】
モーターMTは、発電機として機能している。回転数ωの場合、モーターMTが発電する逆起電力電圧VFは次式（１０）で表される。そして、モーターMTにはコイルが使われているため、直流抵抗すなわち電機子抵抗Raがある。ここに駆動電流Ｉが流れると、オームの法則から次式（１１）に従いVの電機子抵抗電圧を生じる。
従って、モーターMTへの印可電圧である操作電圧VCと回転数ωとモーターMTに流れる駆動電流Ｉの間には、次式（１２）が成立し、この式（１２）を変形することで、次式（１３）により駆動電流Iを求めることができる。
【００９８】
【数５】
2011045184.tif 000007
【００９９】
・1.4  簡易トルク制御：ブラシレスＤＣのホール素子活用の効果
上述のように、簡易トルク制御や、簡易トルク制御及び速度制御をしつつ、ホール素子の活用によりローターリーエンコーダ等の速度センサを不要とし、操作電圧算出部２９により電圧センサや電流センサを不要とすることができ、その他、加速度センサ等も不要とすることができる。すなわち、操舵角センサと、モーターMTに初めから組み込まれているホール素子６８のみで、単純で安価な制御システムによって、走行時に、左右駆動輪へ適切な速度と適切なトルクを出力することができる。
また、電流センサには、抵抗型とホール効果型があり、抵抗型を使用したのでは、この抵抗で無駄なエネルギーの損失を生じてしまう。また、ホール効果型では、周囲に大電流が流れるケーブルが複数存在せざるを得ず、ノイズの影響を排除することが難しくなる。モーターMT平均電圧(操作電圧VC)と速度ωからトルクに比例する駆動電流Iを算出することで、これらの問題を根本から解決することができる。
なお、誘導電動機では、上述した簡易トルク制御等を厳密に行おうとするとベクトル制御が必要となり、制御系が複雑になり、さらに速度センサが別に必要となるが、ブラシレスＤＣモーターMTを採用し、そのホール素子を活用して速度を算出すると、そのような不都合が生じない。
【０１００】
＜1.5  簡易トルク制御：ホール素子を有する操舵角センサ＞
操舵軸の角度情報（操舵角θs）を得るには、歯車と可変抵抗器を用いて角度を測定することもできる。しかし、可変抵抗器は抵抗体と摺動ブラシの接触点が痛みやすく、ノイズ混入の原因となる。それゆえ、非接触で操舵角が得られるセンサが望ましい。そこで、本実施例では、低コストで単純な構成により操舵角を測定するために、円弧形状の磁石７０とホール素子６８とを用いた操舵角センサを提案する
【０１０１】
図１２及び図１３を参照すると、この操舵角センサは、ハンドルと一体に回転する可動部７２と、前記可動部７２を回動可能に支持する固定部７４と、前記可動部７２に配置され進行方向AHを中心として左右にＳ極及びＮ極を有する磁石７０と、前記固定部７４に支持され前記磁石７０の磁力を測定する少なくとも一つのホール素子６８とを備えている。
【０１０２】
このように、操舵軸を有する可動部７２に、軸直角平面内で、同心に配置して円弧形状の磁石７０を取り付けて、車体側となる固定部７４にホール素子６８を取り付けて、操舵角θsに応じて、磁気強度が変化することでホール素子６８の出力を得る。
この図１２及び図１３に示す例では、磁気強度がリニアに変化する曲がった長い磁石を作ることが難しく、操舵角θsの範囲を大きくとれないことが課題となる。
【０１０３】
そこで、図１４及び図１５に示すように、ホール素子６８を３つ使用して、操舵角０の状態で、磁石７０の両端の位置にホール素子６８A及び６８Cを一つずつ配置し、３つ目のホールセンサ６８Bを中央に配置すると良い。
【０１０４】
中央のホール素子６８Bが磁気を感知している間は、中央センサBで操舵角θsを算出し、端部のホール素子６８A，６８Cのどちらかのみが磁気を感知する範囲では、端部のセンサ６８A又は６８Cのみでオフセットを加味した操舵角θsを算出する。
このようにホール素子６８A，６８B及び６８Cのリレー方式を用いることで、検知できる操舵角範囲を約２倍にすることができる。左右駆動輪を操舵角に応じて制御する本申請の電気自動車ならではの極地旋回にも対応できる操舵角センサとなる。
【０１０５】
さらに、同様の原理でホール素子６８を追加し、ホール素子６８のリレー方式を用いれば、さらに、操舵角検知範囲を拡大することができる。ただし、このホール素子６８を実装する場合は、周囲にある強磁性体の分布・配置の影響を考慮して操舵角センサの設置場所を検討する必要がある。
【０１０６】
・1.5  簡易トルク制御：ホール素子を有する操舵角センサの効果
上述のように、磁石とホール素子とにより操舵角センサを構成し、機能させるため、非接触の操舵角センサを実現することができる。また、ホール素子を複数使用することで、測定範囲の広い操舵角センサを実現し、特に、操舵角θsの範囲が大きい小回りをする電動車用の操舵角センサとして柔軟に測定範囲を拡張することができる。
【０１０７】
＜1.6  推定トルク制御：操作電圧と回転数からトルク算出＞
この例では、駆動電流Iの値を測定せずに、駆動電流Iに比例するトルクを理論的に算出して、推定トルク制御を実現する。上述した簡易トルク制御は、トルクに比例する値（電機子抵抗電圧差Vdiff）を使用して左右輪のトルク差Tdiffを解消する制御である。一方、推定トルク制御は、トルクセンサを使用しない点は同様であるが、トルクに比例する値からさらにトルク差Tdiffを簡易に求めて、このトルク差Tdiffに基づいたトルク制御をする。
また、この推定トルク制御は、上述した簡易トルク制御を詳細に発展させたものであり、上記簡易トルク制御の例として開示した内容のうち、下記で説明する変更点以外は、推定トルク制御の例としても援用することができる。例えば、簡易トルク制御での直進時にトルク差Tdiffを０とする例や、旋回時の左右速度差や、ブラシレスＤＣモーターMTの採用やそのホール素子の活用や、操舵角センサは、下記推定トルク制御にも適用可能な手法である。
【０１０８】
図１６を参照すると、速度指令ω*R, ω*Lを入力とし、左右のモーターMTR, MTLの回転数ωR, ωLをフィードバックするループや、回転数ωR, ωLと操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する構成は、図２に示すブロックと同様である。図１６に示す例では、簡易トルク制御部３０に変えて、推定トルク制御部８０を採用している。推定トルク制御部８０は、図２に示す構成と異なり、特に、トルク差定数KT/Raを有するトルク差定数部８２と、トルク差指令値比較部８４を備えている。
【０１０９】
まず、トルク差Tdiffを算出し、このトルク差Tdiffからトルク差制御値ωCを算出する手法を説明する。この例では、電動車駆動制御装置は、図１６に示すように、一対の速度比較部１０R, １０Lと、一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lと、一対のパルス制御部１４R，１４Lと、一対の逆起電力定数部３２R, ３２Lと、一対の操作電圧比較部３４R, ３４Lと、電機子抵抗電圧比較部３６と、トルク差定数部８２と、トルク差ゲイン制御部３８とを備えている。
【０１１０】
一対のパルス制御部１４R，１４Lは、電動車の左右輪を独立に駆動する一対のモーターMTR, MTLに対して、所定の速度制御値ωBR, ωBLに応じた通流率αR, αLでパルス制御した操作電圧VCR, VCLを印加する。
逆起電力定数部３２R, ３２Lは、前記モーターMTR, MTLのそれぞれの前記回転数ωR, ωLに当該モーターMTR, MTLの逆起電力定数Keを掛ける。
操作電圧比較部３４R, ３４Lは、この回転数ωR, ωLに逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出する。
そして、電機子抵抗電圧比較部３６は、右輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと左輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffを算出する。
さらに、トルク差定数部８２は、左輪のモーターMTRの電機子抵抗電圧VRと右輪のモーターMTLの電機子抵抗電圧VLとの電機子抵抗電圧差Vdiffに対して、予め定められたトルク差定数Kt/Raを掛けることで当該左右輪のトルク差Tdiffを算出する。
そして、トルク差ゲイン制御部３８は、当該トルク差Tdiffにトルク差ゲイン定数Ktdを掛けることでトルク差制御値ωCを算出する。
一対のトルク差制御値比較部１２R, １２Lは、前記トルク差制御値ωCを速度制御値ωBR, ωBLに向けて加減算する。図１６に示す例では、トルク差制御値ωCを速度の次元とし、速度比較部１０R, １０Lからの速度偏差ωER, ωERに加減算する。
【０１１１】
トルクTは、次式（１４）で示すように駆動電流Iにトルク定数Ktを掛けたものである。駆動電流Iは上述した式（１３）で与えられるように、操作電圧VCから逆起電力電圧VFを減算した値(VC-VF)を電機子抵抗Raで除算した値であるため、トルクTは、次式（１５）で表される。これを左右輪について表すと、右輪のトルクTRについて式（１６）に、左輪のトルクTLについて式（１７）となる。結局、トルク差Tdiffは次式（１８）となる。この式（１６）から式（１８）は図１６のブロック図と等価である。
【０１１２】
【数６】
2011045184.tif 000008
【０１１３】
また、電機子抵抗Raが左右輪で異なる際には、左右輪の電機子抵抗RaR, RaL、トルク定数KtR, KtLとして、次式（１９）で表される。図１７に示す等価なブロック図では、左右輪の値を比較する前にそれぞれの電機子抵抗RaR, RaLで除算する。
【０１１４】
【数７】
2011045184.tif 000009
【０１１５】
このトルク定数KtR, KtL及び電機子抵抗RaR, RaLが左右輪で異なる例でも、図１６に示す構成と同様に、パルス制御部１４R，１４Lと、操作電圧比較部３４R, ３４Lと、トルク差ゲイン制御部３８と、トルク差制御値比較部１２R, １２Lとを備える。
そして、図１７に示すように、図１６とは異なるトルク差定数部８６と、トルク差算出部８８とを備えている。
一対のトルク差定数部８６は、前記電機子抵抗電圧VR, VLに左右輪で異なる予め定められたトルク差定数KtR/RaR, KtL/RaLを掛けることで左右輪のトルクTR, TLを算出する。そして、トルク差算出部８８は、左右輪のトルクTR, TLの差をトルク差Tdiffとして算出する。このように、このトルク定数KtR, KtL及び電機子抵抗RaR, RaLが左右輪で異なる際には、それぞれのトルク差定数KtR/RaR, KtL/RaLを左右輪の比較前に値に反映させて、トルクTとしてから、左右輪のトルク差Tdiffを算出すると良い。
【０１１６】
・1.6  推定トルク制御：操作電圧と回転数からトルク算出の効果
上述のように、操作電圧比較部３４R, ３４Lが、回転数ωR, ωLに当該モーターMTR, MTLの逆起電力定数Keを掛けた逆起電力電圧VFR, VFLと前記操作電圧VCR, VCLとから電機子抵抗電圧VR, VLを算出し、電機子抵抗電圧比較部３６が、電機子抵抗電圧VRと電機子抵抗電圧VLとの差を電機子抵抗電圧差Vdiffとして算出し、さらに、トルク差定数部８２は、電機子抵抗電圧差Vdiffに予め定められたトルク差定数Kt/Raを掛けることで当該左右輪のトルク差Tdiffを算出することができる。
また、左右輪でトルク差定数KtR/RaR, KtL/RaLが異なる際には、トルク差定数部８６が、前記電機子抵抗電圧VR, VLに左右輪で異なる予め定められたトルク差定数KtR/RaR, KtL/RaLを掛けることで左右輪のトルクTR, TLを算出するため、トルク差算出部８８は、左右輪のトルクTR, TLの差をトルク差Tdiffとして算出することができる。
このように、操作電圧VCR, VCLと回転数ωR, ωLとからトルク差Tdiffを算出することができるため、トルクセンサや電流センサを使用することなく、また回転数ωR, ωLからの算出よりも正確に、トルク差Tdiffを算出して、左右のトルク差Tdiffを小さくする等のトルク制御をすることができる。
左右のトルク差を０に向けて小さくすると、例えば、カーブから直線へ移行する局面での操舵性について、実際に試作機で生じた顕著な問題を明確に解決することができた。
【０１１７】
＜1.7  推定トルク制御：トルク差指令＞
この例では、左右にトルク差指令を与えることで、トルク差Tdiffをフィードバック制御し、様々な局面での操舵性を向上させる。
再度図１６及び図１７を参照すると、この例では、トルク差Tdiffを算出するための構成に加えて、トルク差指令値比較部８４を備えている。
【０１１８】
トルク差指令値比較部８４は、トルク差指令Tdiff*と前記トルク差Tdiffとを比較してトルク差偏差Terrを算出する。そして、この例では、前記トルク差ゲイン制御部３８が、前記トルク差偏差Terrに予め定められたゲインを与えることでトルク差制御値ωCR, ωCLを算出する。
このように、実施例１では、左右のトルク差Tdiffを０に向けて小さくする制御だけでなく、積極的に左右にトルク差Tdiffを与えるために、トルク差指令Tdiff*を入力可能な構成とすることができる。また、このトルク差指令値比較部８４を備えた構成であっても、トルク差Tdiff*を0とすることで、トルク差Tdiff*を入力しないのと同等の制御をすることができ、また、一定条件下でのみトルク制御をするように、トルク差制御値ωCのフィードバックをオフとすることもできる。
【０１１９】
このトルク差指令値比較部８４を有する例では、次式（２０）に定義するように、トルク差指令Ｔdiff*と比較した結果をトルク差偏差Terrとしている。このトルク差偏差Terrに、車両のパラメーターで決めるべき比例ゲインであるトルク差ゲイン定数Ktdを乗じて、速度制御ループへフィードバックする。
【０１２０】
【数８】
2011045184.tif 000010
【０１２１】
このトルク差指令Tdiff*とトルク差偏差Terrとを使用すると、まず、次の基本操作にて操舵性を向上させることができる。基本操作は、次のカーブ進入（旋回移行）、カーブ走行（旋回）、カーブ脱出（直進移行）、直進時の操作である。
【０１２２】
カーブ進入時：  操舵角θsの偏分量に比例したトルク差Tdiff*を指令することで操舵性を改善させることができる。操舵角θsに応じた減速制御を追加しても良い。また、操舵角θsの変化（微分量）に比例して左右駆動輪へトルク差Tdiffを与えることで、パワーステアリング機能を実現することができる。
カーブ走行中：  操舵角θsに応じて左右輪の速度差を与え、その際に、路面状況や生成された速度指令に誤差があることで、トルク差Tdiffが大きくなろうとしても、トルク制御ループで、内外駆動輪のトルクTが等しくなるように、または操舵角θsとアクセル開度θaとに応じた左右輪のトルク差指令Tdiff*に向けて補償することで、支障なく旋回することができる。
カーブ脱出時：  操舵角θsの偏分量に比例したトルク差指令Tdiff*を与えることで、内輪側のトルクTが大きくなり、直進へ移行しようとして、操舵性を改善させることができる。
また、操舵角θの差分量に比例するようにトルク差Tdiff*を与えることで、パワーアシストステアリング効果を実現できる。
直進時：  トルク差指令Tdiff*を0とすることで、段差乗り越え（通常、乗り越えは左右同時とはならない）や、路面のトラクションの差（滑りやすい部分の通過時）や、搭載荷物のアンバランスや、走行中の揺れなどのあらゆる局面で生じる左右のトルク差Tdiffに対応し、操舵性を向上させることができる。
【０１２３】
坂道走行時：  速度指令ω*に応じた速度を実現しようとして、トルクが増大し、通流率αの値が大きくなるが、左右駆動輪のトルクは走行状態に応じた基本操作（直進、旋回移行、旋回、直進移行）に合わせてトルク制御ループによってバランスが保たれる。
発進時：  アクセル開度θaが増大するにつれて、走行速度が増大するようにトルクTが発生するが、左右輪の空気圧の差等の物理的な差によるトルク差Tdiffや、搭載に持つの左右アンバランスに応じた左右輪の駆動力の差は、推定トルク差制御により補償される。そして、基本操作に合わせたトルク制御ループによってバランスが保たれる。
制動時：アクセル開度θaが減少するにつれて、走行速度が低下するようにトルクが減少する。この際、回生制動の作用に左右差が生じても、トルク差Tdiffを小さくする制御をするため、左右輪のバランスを保ち、操舵性を向上させることができる。また、制動時の旋回についても、速度制御とは別途の自由度を有するトルク制御をすることで、バランスを保つことができる。
【０１２４】
停止時：  アクセル開度θaを０に保つことで、停止状態を維持する。左右輪が水平ではない坂道にて停止する際には、回転数ωを0とする制御を優先して、トルク差Tdiffは任意の値を許容すると良い。なお、速度制御状態では機械的なブレーキは不要である。電源を切った状態でのみ機械的ブレーキが必要となる。
急制動：  急制動等の際に、トルク制御をすると、アンチ・ロック・ブレーキングシステムと同様の効果を発揮させることができる。なお、減速は、アクセル開度θaで行うことを原則とする。緊急停止のために、アクセル開度が０でない状態で、機械式ブレーキを作動させた場合は、駆動を停止する。同時に回生制動を両輪ともに行う。
加速時：  瞬時にアクセル開度θaを開く場合には、トルク差ゲイン定数Ktd等のゲインを抑えておくことで、急激な駆動電流の増大、即ちトルクTの急激な増大はなく、安全な自動車を実現できる。
【０１２５】
いずれの状態も、必要な駆動電流値をあらかじめ算出するのではなく、速度指令を実現するために、駆動電流Iが自動的に生成され、その上、過度に電流バランスが崩れて、操舵性に影響するような場合には、トルク制御ループで是正されるシステムである。
また、片輪が浮いた状態で無負荷状態になったときには、接地輪側へトルクを集中することも可能である。
【０１２６】
また、左右輪の速度差を使用せずに、トルク差Tdiffで上述のような制御をすることもできる。この場合の構成例を図１８に示す。
【０１２７】
・1.7  推定トルク制御：トルク差指令の効果
上述のように、トルク差指令値比較部８４が、トルク差指令Tdiff*と前記トルク差Tdiffとを比較してトルク差偏差Terrを算出し、前記トルク差ゲイン制御部３８が、前記トルク差偏差Terrに予め定められたゲインを与えることでトルク差制御値ωCを算出するため、操作状態に応じて適切なトルク差Tdiff*を与え、操舵性を向上させることができる。
【実施例２】
【０１２８】
＜2  電動三輪車＞
＜2.1  重心横移動機構＞
次に、本実施形態の実施例２を開示する。実施例２は、電動三輪車６０の旋回時等での片側空転を有効に防止し操舵性を向上させるために、重心を横移動させる機構を備えたものである。
【０１２９】
三輪車では、二輪車や四輪車と異なり、旋回動作に際して遠心力等が働いて、車体が外側へ傾き、旋回中心側すなわち内側の車輪が浮いて、外側の車輪のみが接地するという現象が生じやすい。その他、三輪車では、四輪車と異なり、車体が軽く、タイヤが細く、左右車輪間距離l（トレッド）が短いため、片輪が浮きやすい。そして、三輪車は、自動二輪車や自転車と異なり、バンクにより旋回することができず、無理にバンクさせようとすると、片輪が浮いてしまう。このように、片輪が浮きやすいと、旋回時に低速とすることを強いられてしまい、四輪車や二輪車と同等の速度での安定した旋回を実現することが難しい。
この点、本実施例２では、電動三輪車６０であっても、二輪車と同様なバンクによる旋回を実現できる機構を開示する。
【０１３０】
電動三輪車６０は、その主要な要素として、傾斜軸９０と、フレーム１０６と、フォーク９８R, ９８Lとを備えている。
図１９及び図２０に示す例では、電動三輪車は、前輪６２が１輪で、駆動輪４６R, ４６Lが２輪である。後輪２輪は、機械的にデフなどで関係づけられていない駆動輪４６であり、図２０に示すように左右に対象に配置されている。
そして、電動三輪車６０は、ブリッジ９２と、一対のユニバーサル対偶９４と、スラスト軸受１１０と、ステアリング軸１１２とを備えている。また、好ましい例では、タング１００と、ボール１０２と、プランジャ１０４とを備える。
【０１３１】
図１９及び図２０を参照すると、左右一対のフレーム１０６は、前輪６２のステアリング軸１１２を保持すると共に、後輪のサスペンション９６に取り付けられている。
一対のフォーク９８R, ９８Lは、一対の駆動輪４６R, ４６Lを取り付けると共に、前記サスペンション９６を揺動可能に支持している。このサスペンション９６の支持には、例えば、ユニバーサル対偶９４を使用すると良い。
ブリッジ９２は、前方側にて軸受１１０を有し後方側にて前記フォーク９８R, ９８Lを取り付けている。軸受１１０は、例えば、スラスト軸受１１０とすることができる。
そして、傾斜軸９０は、スラスト軸受１１０を介して前記フォーク９８R, ９８Lと回動可能に接続され前記フレーム１０６及び前記サスペンション９６と一体に傾斜する。
【０１３２】
そして、本実施例２では特に、この傾斜軸９０の軸線９１を、前記一対の駆動輪４６間の略中心の平面内で、前記前輪６２の接地点１０８の近傍を通る直線上に配置する。
「一対の駆動輪４６間の略中心の平面」は、図１９に示す側面図にて当該側面と平行な平面で、図２０に示す下面図にて紙面に直交し左右方向を有する平面である。そして、この平面は、左右の駆動輪４６R, ４６Lの左右車輪間距離lの中心を含む。三輪車では、一般に、この平面は前輪の円周及び接地点１０８を含む。
そして、軸線９１は、この平面に属する直線で、かつ、接地点１０８を通る直線であれば良い。さらに、この直線は、路面と並行ではなく、路面と当該軸線９１とが成す角は０度を超えている。
この軸線９１として、例えば、図１９に示す例では、一点鎖線で示すように、前輪６２の接地点１０８と、駆動輪４６の回転軸近傍とを結ぶ直線としている。
このように、左右一対のフォーク９８R, ９８Lは、駆動輪４６R, ４６Lを取り付け、ブリッジ９２及びブリッジ９２のスラスト軸受１１０を介して軸９０と接続されている。そして、フォーク９８R, ９８Lは、ブリッジ９２の軸周りにピッチ揺動可能に接続する。さらに、フォーク９８R, ９８Lは、後部にて、ピッチとロールの揺動を許すユニバーサル対偶９４を介して、サスペンション９６を取り付ける。このサスペンション９６は、フレーム１０６を支持する。
【０１３３】
傾斜軸９０は、スラスト軸受１１０の機能によりブリッジ９２と回動可能にフォーク９８R, ９８Lと接続され、傾斜軸９０を回転軸としてフレーム１０６と一体的に傾斜する。フレーム１０６の後部では、ユニバーサル対偶９４の機能によりサスペンション９６が２自由度で揺動することでフレーム１０６の傾斜を支える。
そして、傾斜軸９０の軸線９１は、前輪６２の接地点１０８付近を通るように配置する。
【０１３４】
これらの構造によって、旋回時に、フレーム１０６を旋回中心側へ傾けることができ、安定した旋回が可能になる。特に、前輪６２の接地点１０８の近傍を傾斜軸９０の軸線９１が通ることで、二輪車での旋回運転感覚に近い運転感覚を電動三輪車６０に付与することができる。
【０１３５】
電動三輪車は、高速走行時になると、遠心力等の影響で旋回操作が困難となる。そして、二輪車や四輪車と比較してより低速での旋回が強いられてしまう。この点、実施例２の重心横移動機構を採用すると、自動二輪車や自転車と同様に重心移動による旋回を可能とし、より高速での安定した旋回を実現することができる。
【０１３６】
ここで、ステアリング軸１１２及び前輪６２と一体でドライバーの着座を支持するフレーム１０６と、左右の一対の駆動輪４６R, ４６Lを取り付けたフォーク９８とに分けて考える。本実施例２では、フォーク９８側は傾斜せず、フレーム１０６側が傾斜する。
そして、前輪６２の接地点１０８とできるだけ低くフォーク９８側の中央を結ぶ直線を傾斜軸９０の軸線９１として、フォーク９８側に対してフレーム１０６側が揺動でき、適切に傾けることができる関節部すなわち結合軸を設けた構造を造っている。また、傾斜軸９０で揺動を許容するようにフレーム１０６側とフォーク９８側との間にジンバルを付加した上下動のサスペンション９６を配置する。
前輪６２の接地点１０８を通る直線上に傾斜軸９０をとることで、二輪車と同じ運転感覚を実現できる。
【０１３７】
この傾斜軸９０で傾きすぎて倒れてしまっては、電動三輪車６０の特長である安定性が失われてしまうため、結合軸には、傾斜角・揺動変位のリミッタを設けると良い。さらに、直立時に、その位置で軽くロックされるストッパを設ける。さらに、駐車状態で倒れることのないように、始動キーを抜くと確実にロックされるようにすると良い。
【０１３８】
このリミッタ及びストッパの一例として、図１９に示す例では、傾斜軸９０を受ける軸穴の上部に、バネで押しつける構造のボール１０２をブリッジ９２上のタング１００のへこみに押しつける機構を取り付け、直立時の軽いストッパとして機能させている。そして、プランジャ１０４をレバーやワイヤアクションで押し込むことで、バネがボール１０２へ強く押しつけられ、堅いストッパにもなる機構を付与し、フレーム１０６を傾けない走行や、停車時にフレーム１０６が倒れない機能をも実現することができる。
【０１３９】
・2.1  重心横移動機構の効果
上述のように、前輪６２を支持するフレーム１０６側を、一対の駆動輪４６R, ４６Lを支持するフォーク９８側に対して傾斜可能とし、さらに、この傾斜軸９０の軸線９１を、前記一対の駆動輪４６の間の略中心の平面内で、前輪６２の接地点１０８付近を通るように配置したため、傾斜時にハンドルが自然に旋回内側に傾き、重心の横移動と相まって安定した旋回を実現することができる。
そして、当該軸線９１を路面に平行にすると、フレーム１０６側に対してフォーク９８側が横滑りするが、当該軸線９１を傾け、軸線９１が前輪６２の接地点１０８を通ると、フォーク９８側は横滑りしない。このフォーク９８及び駆動輪４６R, ４６Lが横滑りしないため、二輪車と同じ運転感覚を実現することができる。
このように、速度制御型の電気自動車で、左右駆動輪の協調制御の効果を有効に活用するためには、左右輪が路面を確実に捉える必要がある。左右輪が常に路面を確実に捉えるためには、本実施例２で示す機構のように、遠心力まで考慮した慣性力の作用線が左右輪の路面接地点１０８の中央付近へ来るとよい。
【０１４０】
＜2.2  重心横移動機構とトルク制御＞
この例では、重心横移動機構と、実施例１に開示したトルク制御（簡易トルク制御又は推定トルク制御）とを組み合わせることで、片輪空転しやすい条件下であっても、両輪を確実に接地させ、操舵性を向上させることを図っている。そして、上記トルク制御の利点を電動三輪車６０で有効に発揮させるために、重心横移動機構により旋回時に内輪車輪が浮き上がることを防止する。
【０１４１】
この例では、一対の駆動輪４６R, ４６Lにそれぞれ、当該駆動輪４６R, ４６Lを独立に駆動するモーターMTR, MTLを配置すると共に、当該モーターMTを駆動制御する電動車駆動制御装置を備えている。そして、この電動車駆動制御装置は、実施例１で開示した様々な構成のうちの１つの構成を備える。例えば、電動車駆動制御装置は、上記<1.1>として開示した図１及び図２に示す一対のパルス制御部１４R, １４Lと、簡易トルク制御部３０と、トルク差ゲイン制御部３８と、トルク差制御値比較部１２R, １２Lとを備えると良い。また、上記<1.2>として開示した直進時にのみトルク差を小さくする制御を加えても良い。同様に、実施例２の電動三輪車６０の電動車駆動制御装置は、実施例１の上記<1.3>から<1.7>に開示した手法を採用することができる。
【０１４２】
・2.2  重心横移動機構とトルク制御の効果
上述のように、重心横移動機構によるフレーム１０６側の傾斜により、内外の駆動輪４６R, ４６Lが確実に接地して、速度制御及びトルク制御の効果を確実なものにすることができる。
【実施例３】
【０１４３】
＜3  電動車＞
＜3.1  回生制御とトルク制御＞
次に、本実施形態の実施例３を開示する。実施例３は、電流センサを使用せずに回生制御及び推定トルク制御をする電動車である。実施例３では、回生制御に、実施例１に開示したトルク制御（簡易トルク制御又は推定トルク制御）と組み合わせることで、操舵性を向上させつつ、よりエネルギー効率を高めることを図っている。
この実施例３の電動車は、回生制動用の双方向型降圧回路と、実施例１で開示した電動車駆動制御装置とを備えている。この電動車駆動制御装置は、実施例１で開示した様々な構成のうちの１つの構成を備える。例えば、電動車駆動制御装置は、上記<1.1>として開示した図１及び図２に示す一対のパルス制御部１４R, １４Lと、簡易トルク制御部３０と、トルク差ゲイン制御部３８と、トルク差制御値比較部１２R, １２Lとを備えると良い。また、上記<1.2>として開示した直進時にのみトルク差Tdiffを小さくする制御を加えても良い。同様に、実施例２の電動三輪車の電動車駆動制御装置は、実施例１の上記<1.3>から<1.7>に開示した手法を採用することができる。
また、電動車として電動三輪車６０を採用する例では、実施例２で開示した電動三輪車を採用しても良い。
【０１４４】
さて、ブレーキ時や下り坂走行時に電力が回生するには、急速充電可能なバッテリを用いることが望ましい。急速充電可能なバッテリとしては、リチウムイオンバッテリやニッケル水素イオンバッテリがある。しかし、これらのバッテリが高価で使用できない場合は、鉛バッテリと電気二重層キャパシタ１２４(EDLC, Electric double-layer capacitor)とを良好に組み合わせると、十分に効果的なバッテリを得ることができる。
【０１４５】
キャパシタを利用する方法として、鉛バッテリの電極間にキャパシタを並列に接続する方法と、双方向型降圧回路を介して、キャパシタを接続する方法とがある。並列接続する手法は、バッテリ電流が大きくとれる大容量バッテリの場合に適する。
一方、双方向型降圧回路を用いる手法では、バッテリ電流が大きくない小規模バッテリの場合に有効である。すなわち、この手法は、回生電流が大きすぎて、すべてバッテリへ戻した場合、過電流充電となって、バッテリを傷めるような場合、回生電流を検出して降圧回路で適切な充電電圧を実現してキャパシタへ充電する。
この降圧回路は双方向ゆえ、駆動モーターMTが大電流を必要とするとき、バッテリ電圧VBよりもわずかに大きく昇圧することで、キャパシタからの放電を実現して、回生エネルギーを次の加速駆動へ利用することができる。
【０１４６】
この例では、実施例１に示す電動車駆動制御回路に加えて、双方向型降圧回路を備えている。この双方向型降圧回路は、電気二重層キャパシタ１２４と、キャパシタ通流率制御部１２０と、スイッチ１２２と、コイル１２６とを備えている。
電気二重層キャパシタ１２４（EDLC）は、電気二重層効果を利用した効率が高く長寿命のキャパシタであり、電力を蓄積し、また放電する。キャパシタ通流率制御部１２０は、電気二重層キャパシタ１２４へのキャパシタ通流率αCを制御する。スイッチ１２２は、このキャパシタ通流率αCに従って前記電気二重層キャパシタ１２４へ流れる電流のオンオフをする。そして、キャパシタ通流率制御部１２０は、前記モーターMTの回転数ωから前記モーターMTの逆起電力電圧VFを算出する処理と、バッテリ電圧VBと通流率αとから前記モーターMTの操作電圧VCを算出する処理と、当該逆起電力電圧VFと前記操作電圧VCとの差に基づいて前記キャパシタ通流率αCを算出するキャパシタ通流率算出処理とを備えている。
【０１４７】
図２１に示す例では、双方向型降圧回路は、スイッチ１２２として、n型のMOS FET(金属酸化膜型 電界効果トランジスタ)と逆流防止のダイオードとの組みを２つ直列に接続している。そして、この２つのFET１２２A及びFET１２２Bの間から電流センサ１２８、コイル１２６及び電気二重層キャパシタ１２４を直列に接続し、接地させている。そして、キャパシタ通流率制御部１２０は、この２つのFET１２２A, １２２Bのオンオフをキャパシタ通流率αCに従って制御するゲートドライブ回路１３０と、モーターMTの逆起電力電圧VF等からキャパシタ通流率αCを算出するマイコン１３２とを備えている。
また、双方向型降圧回路は、バッテリから供給されるエネルギーを使用してモーターMTを駆動するモーター駆動部６４を備えている。
【０１４８】
この双方向型降圧回路においても、トルク制御ループの場合と同様に、回生電流の検出には、図２１に示すa点での電流（駆動電流I）の電流値を測定する電流センサを省略することができる。本実施例３では、モーターMTの回転数ωから算出できるモーターMTの逆起電力電圧VFと、バッテリ電圧VBとPWM制御の通流率αとから式（７）で算出できるモーターMTの操作電圧VC（モーター端子電圧）とを用いて、式（１３）のように回生電流を推定することができる。
【０１４９】
そして、逆起電力電圧VFが操作電圧VCよりも大きいときは、回生電流が発生しているので、電気二重層キャパシタ１３０（EDLC）への充電を行うために、電流センサ１２６で充電電流を検出しながらキャパシタ通流率αCを適切に調節する。
【０１５０】
逆に、逆起電力電圧VFが操作電圧VCよりも小さいときは、モーターMTが負荷を受けながらの駆動状態であり、これらの差が大きい場合は、負荷が大きい状態なので、電気二重層キャパシタ１３０から放電するように、放電電流を電流センサ１２６で検出しながら通流率αを適切に調整する。
【０１５１】
なお、鉛バッテリと電気二重層キャパシタを共存させたバッテリを採用すると、バッテリの寿命４倍以上、ニッケル水素電池の1/5程度以下の価格とすることができる。
【０１５２】
図２２に、ＤＣモータを高電圧で駆動するための双方向型昇降圧チョッパー回路を示す。回路図左の昇圧回路は、電圧VBのバッテリから、モーターMTへエネルギーを供給するときに、FET Q1, FET Q2を交互にスイッチングすることで昇圧する。これにより、低電圧電源の電動車に、高電圧モーターMTを取り付け、高効率で駆動することができる。また回生の際には、モーターMTからバッテリへ降圧して充電することができる。その意味で双方向型である。
【０１５３】
昇圧の制御は、Q1, Q2を交互にＯＮするＯＮ時間の比で決定することができる。Q1をＯＦＦし、Q2をＯＮすると、Q2に電流が流れ、つぎに、Q2をＯＦＦしてQ1をＯＮすることで、コイルL1に流れていた電流を維持しようとして電圧が発生し、この電圧がバッテリ電圧VBに上乗せされて、電源電圧よりも高い電圧が負荷へ加わることになる。
【０１５４】
・3.1  回生制御と推定トルク制御の効果
電源電圧での最高速度で走行中に、旋回走行に移行して、外側駆動輪４６の増速が必要になったときに、昇圧してこの増速を実現することができる。
また、バッテリのコストを抑えるために高電圧電源を用意できない場合に、高速まで対応する速度範囲を確保することもできる。モーターMTの速度は印加電圧に比例するゆえ、高速で駆動するためには高電圧が必要となる。さらに、加速や登坂性能を確保するためにトルク定数Ktを大きく取ると、逆起電力定数Keも大きくなるのため、高速駆動のために高電圧電源が必要となる。
電源電圧を高くしなくても、この双方向型昇／降圧回路で、高電圧を発生し、高速駆動を実現することができる。
そして、簡易トルク制御及び推定トルク制御は、システムが単純であるため、安価で、小型、軽量で、運転操作性・安定性・安全性の向上した電動車を実現することができる。さらに、回生制動を用いるため、一充電あたりの走行距離の向上も実現可能である。これらの提案を応用した電動車を実現することが、環境・エネルギー問題の観点からも重要であるといえる。
【０１５５】
＜3.2  回生制御と減速制御＞
次に、一定速度で走行中、アクセルが急に放される際の制御について説明する。この例では、自動０点復帰機能付きアクセルと速度制御型の駆動モーターMTを用いる場合、誤って、あるいは不用意に、急にアクセルを離すと、自由走行ではなく、ドライバーの意図しない急ブレーキ状態になりかねない。
これを回避するために、急にアクセルが０位置へ戻された場合には、モーターMTを回路から切り離し自由走行状態にするか、軽い回生制動を用いながらＰＩ制御状態下で徐々に速度を下げる減速モード制御、すなわち自由走行に近い減速走行を実現すると良い。
【０１５６】
まず、減速効果を考慮しない自由走行状態を実現するためには、駆動用３相Ｈブリッジ回路のいずれのＦＥＴもＯＦＦ状態にすれば、モーターMTを回路から切り離した状態になり、自由走行状態が実現する。
【０１５７】
他方、軽い回生制動を用いながら、自由走行に近い減速走行を実現するためには、減速加速度をあらかじめ定め、制御周期において減じるべき速度指令減少量を算出しておき、制御周期毎に走行速度から減じてゆくことで実現する。
この例では、電動車は、速度指令算出部４０を備えると良い。この速度指令算出部４０は、アクセル開度θaが短時間に0に戻された際に、予め定められた減速加速度に基づいて回生制動可能な範囲の速度指令減少量を算出する。この例では、アクセルを急激に放した際に、急ブレーキとするのではなく、軽い回生制動をかけて充電しつつ、ゆるやかに減速することができる。
【０１５８】
ただし、このモードは、ブレーキ踏み込みによる停止モードとは区別する。ブレーキ踏み込みによる緊急停止モードでは、タイヤがスリップする直前の最大電流で回生するときが緊急ブレーキとなる。この状態はアンチロックブレーキ状態をも実現できる。停止状態でのブレーキは機械式の摩擦ブレーキを用いる。緊急停止時以外のブレーキは、アクセルの開度調整で行い、減速時のエネルギー回生を実現する。
【０１５９】
・3.2  回生制御と減速制御の効果
上述のように、速度指令算出部４０が、アクセル開度θaが短時間に0に戻された際に、予め定められた減速加速度に基づいて回生制動可能な範囲の速度指令減少量を算出するため、図２１に示す双方向型降圧回路を使用して充電しつつ、ゆるやかな減速を実現し、自由走行に近い減速走行を実現することができる。
【符号の説明】
【０１６０】
１０、１０R、１０L  速度比較部
１２、１２R、１２L  トルク差制御値比較部
１４、１４R、１４L  パルス制御部
１５、１５R、１５L  PI制御部
１６、１６R、１６L  操作電圧比較部
１８、１８R、１８L  アドミタンス
２０、２０R、２０L  トルク定数部
２２、２２R、２２L  駆動トルク比較部
２４、２４R、２４L  慣性モーメント部
２６、２６R、２６L  逆起電力定数部
２８、２８R、２８L  速度算出部
２９、２９R、２９L  操作電圧算出部
３０  簡易トルク制御部
３２、３２R、３２L  逆起電力定数部
３４、３４R、３４L  操作電圧比較部
３６  電機子抵抗電圧比較部
３８  トルク差ゲイン制御部
４０  速度指令算出部
４２、４２R、４２L  操舵角定数部
４４、４４R、４４L  速度指令比較部
４６、４６R、４６L  駆動輪
４８  アクセル開度定数部
５０  絶対値部
５２  最大操舵角比較部
５４  乗算部
６０  電動三輪車
６２  前輪
６４  モーター駆動部
６６  ホール素子（モーター用）
６８、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ  ホール素子（操舵角センサ用）
７０  磁石
７２  可動部
７４  固定部
７６  ホール素子支持部
８０  推定トルク制御部
８２  トルク差定数部
８４  トルク指令値比較部
９０  傾斜軸
９１  軸線
９２  ブリッジ
９４  ユニバーサル対偶
９６  サスペンション
９８、９８R、９８L  フォーク
１００  タング
１０２  ボール
１０４  プランジャ
１０６  フレーム
１０８  接地点
１１０  スラスト軸受
１１２  ステアリング軸
１２０  キャパシタ通流率制御部
１２２  スイッチ
１２２Ａ，  １２２Ｂ  FET
１２４  電気二重層キャパシタ
１２６  コイル
１２８  電流センサ
１３０  ゲートドライブ回路
１３２  マイコン
AH  進行方向
H  ホール素子出力
I  駆動電流
J  ローターの慣性モーメント
Ka  アクセル開度定数
Ke  逆起電力定数
Ks  速度修正定数
Kt、KtR、KTL  トルク定数
Kt/Ra、KtR/RaR、KtL/RaL、  トルク差定数
Ktd  トルク差ゲイン定数
L  前後軸間距離
l  左右車輪間距離
La  電機子インダクタンス
MT、MTR、MTL  モーター
Ra、RaR、RaL  電機子抵抗
T  トルク
Tdiff  トルク差
Tdiff*  トルク差指令
TL、TLR、TLL  外乱トルク
tOFF  ＯＦＦ時間
tON  ＯＮ時間
Tw  PWM制御周期
V、VR、VL  電機子抵抗電圧
VB  バッテリ電圧
VC、VCR、VCL  操作電圧
Vdiff  電機子抵抗電圧差
VF、VFR、VFL  逆起電力電圧
α、αR、αL  通流率
αC  キャパシタ通流率
Δω  速度修正量
θa  アクセル開度
ΘM  最大操舵角
θs  操舵角
ω、ωR、ωL  回転数
ω*、ω*R、ω*L  速度指令
ωB、ωBR、ωBL  速度制御値
ωC  トルク差制御値
ωE、ωER、ωEL  速度偏差
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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