(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車の走行速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段による検出速度を設定速度に一致させるように走行用の駆動源であるメインモータへの供給電流の指令値を決定する速度制御手段と、メインモータへの供給電流を制御する電流制御手段と、メインモータへの供給電流を検出する電流検出手段と、電動車を停止させる際に電動車に制動力を作用させるとともに制動力が可変であるブレーキモータと、電流検出手段により検出された電流値の前記指令値に対する偏差の瞬時値と積分値と微分値とを適宜の比率で加算した加算値の変化率に比例するようにブレーキモータによる制動力を制御するブレーキモータ制御手段とを備えることを特徴とする電動車の走行制御装置。
【請求項２】
前記速度検出手段により検出される電動車の走行速度が規定値以下の期間にのみ前記ブレーキモータ制御手段が前記ブレーキモータを制御することを特徴とする請求項１記載の電動車の走行制御装置。
【請求項３】
前記メインモータが界磁巻線と電機子巻線とを備え、メインモータの回生エネルギを２次電池であるメインバッテリに返還することにより回生制動させる回生制動手段と、メインバッテリの電圧を監視するバッテリ電圧検出手段と、走行中においてバッテリ電圧検出手段により検出されるメインバッテリの電圧が規定電圧を超える期間では規定電圧以下の期間よりも電機子巻線への供給電流に対する界磁巻線への供給電流を相対的に減少させる界磁電流制御手段とが付加されていることを特徴とする請求項１記載の電動車の走行制御装置。
【請求項４】
メインモータの回転量を検出する回転量検出手段が付加され、前記速度検出手段により検出された電動車の走行向きが前記指令値で指示された向きとは逆向きであるときに回転量検出手段により検出された回転量が大きいほど前記電流制御手段がメインモータへの供給電流を増加させることを特徴とする請求項１記載の電動車の走行制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフカーなどに用いる電動車の走行状態を制御する電動車の走行制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気エネルギによって推進力を生成する各種の電気推進車両が知られており、この種の電気推進車両の駆動源には一般に電動機が用いられている。たとえば、ゴルフ場内において荷物や人の運搬に用いるゴルフカーとしても電動車が用いられており、この種の電動車では制動のために電動機の回生エネルギを利用した回生制動が一般に採用されている。ただし、電動車が比較的高速で走行しているときには回生エネルギが大きいから回生制動を有効に利用することができるものの、電動車が低速で走行しているときには回生制動の効果があまり期待できないから、機械式ブレーキを併用しているのが現状である。
【０００３】
電動車において回生制動と併用される機械式ブレーキとしては、特開平７−２０３６０２号公報に記載されているようにブレーキペダルを踏み込むことによって駆動される油圧式のものが知られている。また、特開平８−２３０６６０号公報には、内燃機関であるエンジンを走行用の駆動源とするゴルフカーにおいて、ブレーキモータにより機械式ブレーキであるドラムブレーキを駆動する構成が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記両公報に記載された技術では、制動時において制動力を制御することについてはとくに考慮されておらず車両が急停止する可能性がある。また、機械式ブレーキは摩擦力を制動力として用いるから、構成部品の摩耗を伴うものであって、構成部品の交換頻度を低減するには、構成部品の摩耗を低減する技術が要求される。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、機械式ブレーキにより制動力を得るようにしながらも構成部品の摩耗を低減することができ、しかも電動車を急停止させることなく滑らかに減速させることを可能とした電動車の走行制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電動車の走行速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段による検出速度を設定速度に一致させるように走行用の駆動源であるメインモータへの供給電流の指令値を決定する速度制御手段と、メインモータへの供給電流を制御する電流制御手段と、メインモータへの供給電流を検出する電流検出手段と、電動車を停止させる際に電動車に制動力を作用させるとともに制動力が可変であるブレーキモータと、電流検出手段により検出された電流値の前記指令値に対する偏差の瞬時値と積分値と微分値とを適宜の比率で加算した加算値の変化率に比例するようにブレーキモータによる制動力を制御するブレーキモータ制御手段とを備えるものである。この構成によれば、設定値である指令値と制御量である電流値との偏差に追従する値をＰＩＤ制御と同様の演算によって求め、さらにこの値の変化率（一定の微小時間内での差分）に比例するようにブレーキモータの制動力を制御するから、ブレーキモータによる制動力が電動車の走行速度の指令値と検出速度との偏差に適応的に作用して前記偏差の低下に伴って減少することになり、結果的にブレーキモータへの供給電力が比較的少なくなるとともに、前記偏差に伴って制動力を徐々に小さくすることで電動車を滑らかに減速して急停止を防止することができる。また、ブレーキモータは一般にドラムブレーキのような機械式ブレーキにおいて摩擦力の制御に用いられており、上述のように速度の低下に伴って制動力を低減させることによって、必要以上に大きな摩擦力を作用させることがなく、機械式ブレーキの摩耗を低減することができる。ここに、電動車が回生制動のみを行うとすれば電動車の低速走行時には回生エネルギが少ないから十分な制動力が得られないが、ブレーキモータを用いることによって電動車の低速走行時における制動が容易になる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記速度検出手段により検出される電動車の走行速度が規定値以下の期間にのみ前記ブレーキモータ制御手段が前記ブレーキモータを制御するものである。この構成によれば、電動車が比較的高速で走行している際の制動にはブレーキモータを用いないことによって、ブレーキモータによる電力消費を比較的少なくし、電動車が比較的低速（つまり、走行速度が規定値以下）である期間にはブレーキモータを用いることにより、電動車の制動をきめ細かく制御することが可能になる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記メインモータが界磁巻線と電機子巻線とを備え、メインモータの回生エネルギを２次電池であるメインバッテリに返還することにより回生制動させる回生制動手段と、メインバッテリの電圧を監視するバッテリ電圧検出手段と、走行中においてバッテリ電圧検出手段により検出されるメインバッテリの電圧が規定電圧を超える期間では規定電圧以下の期間よりも電機子巻線への供給電流に対する界磁巻線への供給電流を相対的に減少させる界磁電流制御手段とが付加されているものである。この構成によれば、下り斜面において電動車の制動に伴って生じる回生エネルギでメインバッテリの電圧が上昇してもメインバッテリの電圧が過電圧になるときには界磁巻線への供給電流を減少させるから逆起電圧定数を小さくすることになり、回生エネルギ（発電量）が減少して回生エネルギによるメインバッテリの電圧上昇を抑制することができ、結果的にメインバッテリの劣化を抑制することができる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、メインモータの回転量を検出する回転量検出手段が付加され、前記速度検出手段により検出された電動車の走行向きが前記指令値で指示された向きとは逆向きであるときに回転量検出手段により検出された回転量が大きいほど前記電流制御手段がメインモータへの供給電流を増加させるものである。この構成によれば、たとえば、上り斜面において発進しようとするときに電動車が後方に移動しそうになると、メインモータへの供給電流を増加させることによって、電動車が後退するのを防止することができる。つまり、上り斜面での発進時にブレーキが解除された後にメインモータのトルク不足によって電動車が後退するのを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に説明する発明の実施の形態では、ゴルフ場において人や荷物を運搬するためのゴルフカーとして用いる電動車を例示するが、本発明の技術思想は他の用途の電動車であっても適用可能である。
【００１１】
以下に説明する電動車は、ゴルフ場に敷設された誘導線に沿って走行する自動運転と、乗員の操作による手動運転とが可能になっている。電動車は、図９に示すように、走行用の駆動源であるメインモータ１と、メインモータ１の電源となるメインバッテリ２とを搭載している。メインモータ１は電機子巻線と界磁巻線とを備える分巻直流電動機であって、メインバッテリ２には鉛蓄電池のような２次電池を用いている。メインモータ１の回転力はトランスミッション４を介して駆動輪である後輪３ａ，３ｂに伝達される。トランスミッション４には電動車の走行速度を検出するためのロータリエンコーダからなる２個の車速センサ４１，４２が設けられている。両車速センサ４１，４２は出力位相が異なっており、両車速センサ４１，４２の出力位相の関係によって電動車が前進しているか後退しているかを知ることができる。つまり、前後方向について電動車が移動する向きを速度検出手段としての車速センサ４１，４２によって知ることができる。車速センサ４１，４２の出力はパルスであって、パルス数を計数することによってメインモータ１の回転量（回転角度）も知ることが可能である。
【００１２】
メインモータ１を除いて以下に説明する各部には２次電池である補機バッテリ６から給電される。メインバッテリ１および補機バッテリ６を外部電源によって充電する充電器２８は電動車に搭載されている
操舵輪である前輪３ｃ，３ｄを操舵するハンドル５に連結されたステアリングコラム３１は、ステアリングクラッチ３２を介してハンドル５側と前輪３ｃ，３ｄ側とに分割されており、ステアリングクラッチ３２によってハンドル５と前輪３ｃ，３ｄとの連結・分離が可能になっている。さらに、メインモータ１の回転速度を調節するために踏み込まれるアクセルペダル７と、電動車を制動するために踏み込まれるブレーキペダル８と、電動車を前進させるか後退させるかを選択するためのシフトレバー１０とが電動車に設けられている。アクセルペダル７およびブレーキペダル８は踏み込まなければ元の位置に復帰して踏み込み量が零になるように機械的な復帰手段（図示せず）を付設してある。シフトレバー１０による前進の指示は前進検出スイッチ４５により検出され、後退の指示は後退検出スイッチ４６により検出される。さらに、後退時には警報ブザー４７が鳴動する。各後輪３ａ，３ｂおよび各前輪３ｃ，３ｄには摩擦制動により制動するためのドラムブレーキ９がそれぞれ取り付けられ、ドラムブレーキ９はブレーキペダル８の踏み込み量に応じた制動力を後輪３ａ，３ｂおよび前輪３ｃ，３ｄに作用させる。ステアリングクラッチ３２に対して前輪３ｃ，３ｄ側のステアリングコラム３１には、ステアリングモータ１３の回転力がギア２９，３０を介して伝達され、ステアリングコラム３１の回動によって前輪３ｃ，３ｄが操舵される。ドラムブレーキ９の制動力はブレーキペダル８だけではなくブレーキモータ１６によっても制御可能になっている。ブレーキモータ１６はギア３７を介して切換機構２４に接続され、切換機構２４ではブレーキペダル８が踏み込まれていなければブレーキモータ１６をドラムブレーキ９に連結し、ブレーキペダル８が踏み込まれるとブレーキペダル８をドラムブレーキ９に連結する。ギア３７にはブレーキモータ１６が制動力を与えない位置（以下、ブレーキモータ１６の「ホーム位置」という）に復帰したときに作動するブレーキリミットスイッチ４４が設けられている。さらに、電動車には停車時に停車状態を保つための電磁ブレーキ１８が設けられる。
【００１３】
上述したように、電動車は自動運転が可能であるから、ゴルフ場に敷設された誘導線の位置を検出する３個の誘導線センサ１９ａ〜１９ｃと、電動車を停止させたり加速させたりする定点を示すために誘導線に隣接して埋設されている定点マークを検出する定点センサ２０とが設けられる。定点マークは永久磁石からなり磁極の並べかたによって電動車への指示が行われる。
【００１４】
誘導線センサ１９ａ〜１９ｃは交流電圧が印加されている誘導線を磁気的に検出するとともに、誘導線との距離に応じた出力が得られるものであって、電動車の前部下面に配置されたＴ字状のアーム３９に左右に並べて配列されている。アーム３９は前輪３ｃ，３ｄの向きに応じて電動車の下面に沿って首振り自在であり、誘導線センサ１９ａ〜１９ｃがつねに電動車の進行方向に対してほぼ直交する方向に並ぶようにしている。また、定点センサ２０は地面と対向するように電動車に取り付けられる。
【００１５】
電動車のフロントバンパと電動車のボディとの間には他部材が接触したときに電動車の走行を停止させるために左右２個のバンパスイッチ２１が設けられる。バンパスイッチ２１は常時はオフであるが、フロントバンパが他部材により押圧されるとオンになる。また、前方の電動車との追突を防止するために電波を送出する追突防止センサ送信器２２ｂが後端部に設けられるとともに、前方の電動車の追突防止センサ送信器２２ｂからの電波を受信する追突防止センサ受信器２２ａが前端部に設けられ、電波の送受信によって車間距離が保たれるようにしてある。追突防止センサ受信器２２ａと追突防止センサ送信器２２ｂとは追突防止コントローラ２７に接続される。さらに、電動車の前端部には周囲の障害物の有無を検出するために左右２個の障害物センサ２３が設けられる。障害物センサ２３は赤外線の投受光を行うセンサであって、電動車の前方に存在する障害物（人や動物を含む）との距離に応じた出力を発生する。電動車はワイヤレス信号によって遠隔操作することも可能であって、別に設けたリモコン送信器２５からのワイヤレス信号を受信するリモコン受信器２６が電動車に設けられている。
【００１６】
ところで、電動車の走行はコントローラ１１が管理している。コントローラ１１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェースを備えるマイコンを主構成要素とした制御部４８を有し、制御部４８では上述した各種センサやスイッチ類による入力情報を受けてメインモータ１、ステアリングモータ１３、ブレーキモータ１６、電磁ブレーキ１８を制御する。
【００１７】
すなわち、誘導線センサ１９ａ〜１９ｃの出力はコントローラ１１に設けた誘導線センサ用アンプ１４により増幅されて制御部４８に入力され、定点センサ２０の出力はコントローラ１１に設けた定点センサ用アンプ１７により増幅されて制御部４８に入力される。ここに、電動車の自動運転時にはハンドル５の手動操作による操舵を不能にするために、制御部４８からクラッチモータリレー３２ａを介してクラッチモータ３２ｂへの給電を制御し、クラッチモータ３２ｂによりステアリングクラッチ３２を駆動してステアリングコラム３１からハンドル５を切り離す。しかして、コントローラ１１の制御部４８は各誘導線センサ１９ａ〜１９ｃの出力の大きさから誘導線に対する誘導センサ１９ｂの位置の偏差を求め、この偏差を小さくするような操舵指示信号をステアリングドライバ１２に出力し、ステアリングドライバ１２を通してステアリングモータ１３の駆動電流を制御する。これによって、電動車を誘導線に沿って自動的に走行させることができる。また、定点センサ用アンプ１７を通して入力される定点センサ２０からの入力情報によって、メインモータ１、ブレーキモータ１６、電磁ブレーキ１８が制御されて、電動車の停止や加速が制御される。
【００１８】
追突防止センサ受信器２２ａおよび追突防止センサ送信器２２ｂが接続された追突防止コントローラ２７も制御部４８と接続されており、制御部４８では、追突防止センサ受信器２２ａにより受信した電波の強度により前方の電動車との車間距離を検出するとともに、追突防止センサ送信器２２ｂを制御して後方の電動車への電波を送出する。つまり、制御部４８は、追突防止コントローラ２７を通して入力される追突防止センサ受信器２２ａの出力に基づいて前方の電動車との車間距離を判断し、車間距離が所定値以下であるときには追突を防止するようにメインモータ１、ブレーキモータ１６を制御して電動車を停止させる。
【００１９】
同様に、障害物センサ２３の出力もメインモータ１およびブレーキモータ２の制御に用いられ、障害物との距離が第１の規定距離以下であると電動車を停止させ、第１の規定距離よりは遠く第２の規定距離以下であるときには電動車を減速させる。このような制御によって、障害物との接触が回避される。また、障害物センサ２３とは別にバンパスイッチ２１がオンになる場合にも電動車を停止させる。
【００２０】
制御部４８はコントローラ１１に設けたブレーキモータ出力部１５を介してブレーキモータ１６の駆動電流を制御する。ブレーキモータ１６への駆動電流の大きさは制御部４８からブレーキモータ出力部１５に与える制動指示信号により指示され、ブレーキモータ１６にギア３７および切換機構２４を介して連結されたドラムブレーキ９の制動力が制御される。ただし、ブレーキペダル８は切換機構２４を介してドラムブレーキ９に接続されているから、自動運転時おいてもブレーキペダル８を踏み込むことによってドラムブレーキ９による制動を行うことが可能である。ここに、ブレーキペダル８を踏み込むとフットブレーキスイッチ３８がオンになり、電動車を制動させたことが制御部４８に伝達される。
【００２１】
電磁ブレーキ１８は、メインモータ１の回転力をトランスミッション４に伝達するための回動軸をスプライン軸として結合された可動ディスク１８ａと、前記回動軸とは非接触かつ可動ディスク１８ａに対向するように定位置（たとえば、トランスミッション４の外壁）に固定された固定ディスク１８ｂとで構成されている。可動ディスク１８ａは前記回動軸と一体となって回転し、かつ前記回動軸の軸方向に移動可能になっている。また、固定ディスク１８ｂは、可動ディスク１８ａを吸引する磁界を発生する永久磁石と、永久磁石の磁界を打ち消すよう励磁される電磁石とを備える。したがって、電動車の走行中においては、制御部４８からの指示によって電磁石が励磁され永久磁石の磁界が打ち消されることによって可動ディスク１８ａに吸引力が作用せず、後輪３ａ，３ｂが自由に回転できるようになる。一方、制御部４８からの指示によって電磁ブレーキ１８の電磁石への通電が遮断されると、可動ディスク１８ａが永久磁石の磁力によって固定ディスク１８ｂに吸引され、可動ディスク１８ａと固定ディスク１８ｂとの間に作用する摩擦力によって前記回動軸が拘束される。ここに、前記回動軸にはトランスミッション４を介して後輪３ａ，３ｂが結合されているから、電磁ブレーキ１８によって前記回動軸を拘束すると後輪３ａ，３ｂは回転しないように固定される。
【００２２】
メインモータ１は電機子巻線および界磁巻線を備えており、コントローラ１１に設けたメインモータ出力部５０により電機子巻線および界磁巻線への供給電流が制御される。メインモータ１へはメインバッテリ２からメインリレー３６を通して給電しており、この給電路にメインモータ出力部５０を設けることによって、メインモータ１への給電電流が制御される。メインリレー３６のオン・オフおよびメインモータ出力部５０の制御は制御部４８が行っている。メインモータ出力部５０による給電電流の具体的な制御手順については後述する。
【００２３】
ところで、電動車の手動運転時には、アクセルペダル７が踏み込まれているか否かの情報がアクセルスイッチ３４から入力されるとともに、アクセルペダル７の踏み込み量がアクセルポテンショメータ３５から入力される。したがって、手動運転の際にはアクセルペダル７に応じてメインモータ１への供給電流を制御することができる。制御部４８は、シフトレバー１０の操作によって前進スイッチ４５がオンになっているか後退スイッチ４６がオンになっているかを検出し、いずれもがオフであるときにはメインモータ１に電流を供給せずに電磁ブレーキ１８の解除も行わない。
【００２４】
電動車には、故障やメインバッテリ２の残容量の不足などによって電動車が走行不能となった場合に備えて牽引スイッチ４９が設けてある。牽引スイッチ４９をオンにすると制御部４８では電磁ブレーキ１８に通電して、電磁ブレーキ１８による後輪３ａ，３ｂのロック状態を解除する。なお、電磁ブレーキ１８には補機バッテリ６から給電されるからメインバッテリ２の残容量が不足していても電磁ブレーキ１８には通電することが可能である。
【００２５】
電動車の運転席には操作盤４０が配置され、操作盤４０には、メインバッテリ２からメインモータ１への給電経路に挿入されたメインリレー３６をオン・オフを指示するメインスイッチ４０ａと、手動運転と自動運転との切換を指示する自動／手動切換スイッチ４０ｂと、発進と停止とを指示する発進／停止スイッチ４０ｃと、警告表示を行う警告灯４０ｄと、走行速度を含む各種情報を表示する表示灯４０ｅと、メインバッテリ２の残容量を表示する残量計４０ｆとが少なくとも設けられている。操作盤４０に設けた自動／手動切換スイッチ４０ｂにより自動運転が選択されると、制御部４８では電動車を手動運転から自動運転に切り換えて後述するような自動運転のための制御を行う。
【００２６】
上述したリモコン送信器２５にも、操作盤４０の発進／停止スイッチ４０ｃと同様の操作部が設けられ、リモコン送信器２５からは電波を媒体としたワイヤレス信号が送出される。リモコン送信器２５からのワイヤレス信号による発進／停止の指示がリモコン受信器２６で受信されて制御部４８に入力されると、電動車は発進／停止スイッチ４０ｃを操作したときと同様に動作する。つまり、電動車の発進と停止とを遠隔操作することができる。
【００２７】
以下に電動車の基本的な動作を簡単にまとめておく。電動車を運転するには、手動運転か自動運転かにかかわらず操作盤４０のメインスイッチ４０ａをオンにする。メインスイッチ４０ａがオンになると、制御部４８では自動／手動切換スイッチ４０ｂにおいて自動運転が選択されているか手動運転が選択されているかを判断する。ここで、自動／手動切換スイッチ４０ｂによって自動運転が選択されているときには、制御部４８は以下のような制御によって電動車を自動運転する。
【００２８】
すなわち、自動運転時には、制御部４８は前進スイッチ４５がオンか否かを確認し、前進スイッチ４５でなければ電動車を停止状態に保ち、前進スイッチ４５がオンであれば操作盤４０またはリモコン送信器２５から発進の指示を待つ。発進の指示がなされると、制御部４８がクラッチモータリレー３２ａをオンにしてクラッチモータ３２ｂを駆動することでステアリングクラッチ３２を解除し、ハンドル５をステアリングコラム３１から切り離す。これにより、ハンドル５の手動操作による操舵が不能になるとともに、ステアリングモータ３２ｂの回動によるハンドル５の回動が防止される。
【００２９】
その後、制御部４８はメインリレー３６をオンにし、さらにメインモータ出力部５０を制御してメインモータ１への給電を開始する。メインモータ１への給電を開始した後に、制御部４８が電磁ブレーキ１８に通電して後輪３ａ，３ｂのロック状態を解除すると、メインモータ１の回転力が後輪３ａ，３ｂに伝達されて電動車が走行する。ここでは、前進スイッチ４５がオンであるから電動車は前進することになる。自動運転による電動車の走行速度には標準値が規定され、走行中には定点センサ２０で検出される定点マークからの指示に応じて走行速度を適宜に変化させる。電動車の走行速度は車速センサ４１，４２により検出され、制御部４８では、メインモータ出力部５０を通してメインモータ１への供給電流を制御するともに、ブレーキモータ出力部１５を通してブレーキモータ１３の駆動電流を制御することによって走行速度を調節する。また、制御部４８では誘導線センサ１９ａ〜１９ｃの出力に基づいて誘導線の位置との偏差を小さくするように操舵指示信号をステアリングドライバ１２に出力し、ステアリングドライバ１２を介してステアリングモータ１３を駆動する。つまり、メインモータ１とブレーキモータ１３とステアリングモータ１３とを制御することによって、走行速度と操舵との制御を行う。
【００３０】
ところで、電動車を停止させるには電動車を制動する必要があり、電動車を制動すればメインモータ１に回生エネルギが生じる。この回生エネルギはメインバッテリ２に返還されるように電流経路が形成してあり、したがって回生エネルギをメインバッテリ２の充電に用いることによって回生制動を行うことができ、しかも実質的にメインバッテリ２の電力消費量を低減することになる。
【００３１】
一方、自動／手動切換スイッチ４０ｂにより手動運転が選択されていると、制御部４８では手動運転の処理を実行し、クラッチモータ３２ｂによりハンドル５をステアリングコラム３１に連結した状態とし、クラッチモータリレー３２ａをオフにしてクラッチモータ３２ｂを停止させる。この状態ではハンドル５の操作によって前輪３ｃ，３ｄが手動で操舵可能になる。また、制御部４８は、アクセルペダル７が踏み込まれたことがアクセルスイッチ３４により検出されると、アクセルポテンショメータ３５とによって検出されたアクセルペダル７の踏み込み量に応じてメインモータ１への供給電流を制御し、これによって電動車の走行速度がアクセルペダル７の踏み込み量に応じて調節される。上述したように、ブレーキペダル８は切換機構２４を介してドラムブレーキ９に連結されているから、ブレーキペダル８を踏み込めば踏み込み量に応じた制動力で電動力が減速されることになる。なお、手動走行中にはアクセルペダル７の踏み込み量を零にすると、メインモータ１への供給電流が停止し、このときメインモータ１で生じる回生エネルギはメインバッテリ２に返還されて回生制動に用いられる。
【００３２】
自動運転時と手動運転時とにかかわらず電動車が停止すると（車速センサ４１，４２で検出される走行速度が零になると）、電磁ブレーキ１８が作動して電動車が停止状態に維持される。
【００３３】
以下の各実施形態では、上述したコントローラ１１の動作のうち、本発明の要旨であるメインモータ１とブレーキモータ１６とに関連する部分について説明する。また、以下に説明する技術は基本的に自動運転において適用されるものである。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、電動車の走行速度を検出する速度検出手段としての車速センサ４１，４２の出力は速度制御手段である速度制御処理部６３に入力される。速度制御処理部６３は指令速度演算部６２から与えられる設定速度に車速センサ４１，４２での検出速度を一致させるようにメインモータ１への供給電流の指令値を決定する。ここに、コントローラ１１は、操作盤４０またはリモコン受信器２６からの発進／停止の指示および定点センサ用アンプ１７を通して入力される定点センサ２０の出力に基づく指示を入力信号とする入力処理部６１を備え、入力処理部６１では入力信号との対応関係によって規定されている速度の指令値を出力する。指令速度演算部６２では、入力処理部６１から指令値が出力されたときに、それ以前の指令値から新たな指令値に向かって滑らかな変化が得られるように、設定速度を時間経過に伴って変化させる。
【００３５】
速度制御処理部６３から出力される供給電流の指令値（指令値は電圧値で与えられる）は電流制御手段としての電流制御処理部６４に入力され、メインモータ１への供給電流を検出する電流検出手段としての電流検出部６６での検出電流と指令値とを一致させるように電流制御処理部６４がメインモータ１への供給電流を調節する。電流制御処理部６４によるメインモータ１への供給電流は、実際にはメインモータ出力部６５において電流制御処理部６４の出力に基づくＰＷＭ制御を行うことにより調節される。つまり、メインモータ出力部６５はスイッチング素子を含み、スイッチング素子のオンオフのタイミングが電流制御処理部６４の出力により制御される。
【００３６】
要するに、車速センサ４１，４２により検出される電動車の走行速度が入力信号に基づいて決定される設定速度に一致するように、メインモータ１への供給電流がフィードバック制御される。この制御によって電動車は入力信号の指示に応じて速度を調節するとともに、指令速度演算部６２の存在によって速度変化が滑らかになる。
【００３７】
ところで、本実施形態ではブレーキモータ１６による制動力を電動車の走行速度に応じて調節するために、速度制御処理部６３から出力される供給電流の指令値がブレーキモータ１６を制御するブレーキモータ制御手段としてのブレーキモータ制御処理部７１にも入力される。ブレーキモータ制御処理部７１では、電流検出部６６での検出電流と速度制御処理部６３からの指令値との偏差を求め、偏差に対して後述する演算を行ってブレーキモータ１６の制動力の指令値を決定する。制動力の指令値はブレーキモータ出力部１５に与えられ、ブレーキモータ出力部１５では指令値により指示された制動力が得られるようにブレーキモータ１６の駆動電流を制御する。
【００３８】
ところで、ブレーキモータ制御処理部７１において上述した偏差から制動力の指令値を求める演算は、偏差の瞬時値と積分値と微分値とを適宜の比率で加算した加算値の変化率を求める演算であって、制動力はこの変化率に比例するように設定されることになる。つまり、数１の演算を行ってブレーキモータ１６の駆動電流の指令値を決定する。
【００３９】
【数１】
0003802356.tif 000002
【００４０】
数１の演算を行うことは、電動車の実際の走行速度とメインモータ１への指令値との偏差に追従する値をＰＩＤ制御と同様の演算によって求め、さらにこの値の一定の微小時間内での差分に比例する値によりブレーキモータ１６の制動力を制御することになる。その結果、ブレーキモータ１６による制動力が電動車の走行速度の低下に伴って減少することになる。つまり、電動車の制動を開始してから電動車が停止するまでの間にブレーキモータ１６の駆動電流を一定に保つ場合に比較すると、ブレーキモータ１６への供給電力が低減されて補機バッテリ６の電力消費を抑制することになる。しかも、ドラムブレーキ９の摩耗を低減することになり、ドラムブレーキ９を長寿命に使用することができる。加えて、電動車の減速に伴って制動力を徐々に小さくすることで電動車を滑らかに減速して急停止を防止することができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、図２に示すように、図１に示した第１の実施の形態の構成に対して、ブレーキモータ制御処理部７１において、車速センサ４１，４２による検出速度も併せて参照するようにし、またブレーキリミットスイッチ４４のオン・オフの情報も併せて制動力の制御に用いるようにしたものである。
【００４２】
車速センサ４１，４２による検出速度を用いているのは、ブレーキモータ１６による制動力を作用させる走行速度を制限するためであって、電動車の走行速度が規定値（規定速度）を超えるときにはブレーキモータ１６を動作させずにメインモータ１の回生制動のみを行うようにしてある。言い換えると、電動車の走行速度が規定値以下であることが車速センサ４１，４２により検出されている期間にのみ、ブレーキモータ１６による制動を行うようにブレーキモータ制御処理部７１からの指令値を出力するのである。
【００４３】
ここで、ブレーキモータ１６によって制動力が作用しているときに、車速センサ４１，４２により検出される走行速度が規定値以下である状態から規定値を超える状態に移行したときには、ブレーキモータ１６による制動力を解除する方向にブレーキモータ１６を動作させる。その後、ブレーキモータ１６が制動力を与えない位置つまりホーム位置に復帰することによって、ブレーキリミットスイッチ４４が作動すると、ブレーキモータ制御処理部７１ではブレーキモータ１６の駆動電流を停止させる指示をブレーキモータ出力部１５に与える。
【００４４】
本実施形態の動作をまとめると図３のようになる。つまり、電動車を制動する際には、ブレーキモータ制御処理部７１では、まず速度センサ４１，４２での検出速度を取り込み、検出速度を規定速度と比較する（Ｓ１）。ここで、検出速度が規定速度以下であれば、ブレーキモータ１６による制動を行うことができるから、第１の実施の形態と同様の演算を行ってブレーキモータ１６の駆動電流の指令値を決定し（Ｓ２）、ブレーキモータ１６による制動力を作用させる。
【００４５】
一方、検出速度が規定速度を超えていると（Ｓ１）、ブレーキモータ制御処理部７１はブレーキモータ１６をホーム位置に復帰させる（たとえば、ブレーキモータ１６を逆回転させる）ように駆動電流の指令値を生成し（Ｓ３）、ブレーキリミットスイッチ４４の出力を監視する（Ｓ４）。ブレーキリミットスイッチ４４が作動すればブレーキモータ１６による制動力が解除されたことになるから、この時点でブレーキモータ１６の駆動電流を０にするようにブレーキモータ出力部１５に指令する（Ｓ５）。また、ブレーキリミットスイッチ４４が作動するまではブレーキモータ１６の制動力が作用していることになるから、制動力を解除する向きにブレーキモータ１６を動作させ続ける。
【００４６】
本実施形態の構成ででは、電動車が規定速度を超える高速で走行しているときにはブレーキモータ１６を用いないから、ブレーキモータ１６による電力消費を比較的少なくするとともに、高速での走行中にドラムブレーキ９による制動を行うことによるドラムブレーキ９の摩耗を抑制することができる。また、電動車が規定速度以下の低速で走行しているときにブレーキモータ１６を用いて制動することによって、電動車の制動をきめ細かく制御することが可能になる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
（第３の実施の形態）
本実施形態は、図４に示すように、メインモータ１の電機子巻線１ａと界磁巻線１ｂとの供給電流（以下、「電機子電流」、「界磁電流」という）をメインバッテリ２の電圧に応じて個別に制御しようとするものである。したがって、メインモータ出力部５０には、電流制御処理部６４から与えられる指令値に基づいて電機子電流を制御する電機子出力部６５ａと、電流制御処理部６４から与えられる指令値に基づいて界磁電流を制御する界磁出力部６５ｂとが設けられ、さらに電機子出力部６５ａから電機子巻線１ａへの供給電流を検出する電流検出部６６ａと、界磁出力部６５ｂから界磁巻線１ｂへの供給電流を検出する電流検出部６６ｂとが設けられる。さらに、メインバッテリ２の電圧を検出するために、バッテリ電圧検出手段である電池電圧検出部６７も設けられている。
【００４８】
上述したように、電動車の制動時において生じるメインモータ１の回生エネルギはメインバッテリ２に返還され回生制動に用いられるのであって、メインバッテリ２への回生エネルギの返還経路によって回生制動手段が形成されていることになる。ここで、メインバッテリ２の残容量が比較的大きいときには、回生エネルギをメインバッテリ２に返還するとメインバッテリ２の電圧が上昇し、過電圧になってメインバッテリ１２の寿命を損なう可能性がある。とくに、電動車が下り斜面を走行しているときには制動しながら走行することになるから、メインモータ１により生じる回生エネルギ（発電量）が大きくなり、メインバッテリ２が過電圧になりやすくなる。
【００４９】
そこで本実施形態においては、走行中において電池電圧検出部６７により検出されるメインバッテリ２の電圧が規定電圧を超える期間では、規定電圧以下の期間よりも電機子巻線への供給電流に対する界磁巻線への供給電流を相対的に減少させるように電流制御処理部６４から界磁出力部６５ｂへの指令値を制御するようになっている。つまり、電流制御処理部６４は界磁電流制御手段として機能する。また、規定電圧はメインバッテリ２の寿命が損なわれない程度に設定される。
【００５０】
本実施形態における電流制御処理部６４について、メインバッテリ２の電圧と界磁電流の制御との関係をまとめると図５のようになる。すなわち、メインバッテリ２の電圧を規定電圧と比較し（Ｓ１）、規定電圧以下であれば図６にＡで示す関係を参照して、界磁電流Ｉｆを電機子電流Ｉａの関数ｆ（Ｉａ）として求め（Ｓ２）、電機子電流と界磁電流との指令値を求める（Ｓ３）。一方、メインバッテリ２の電圧が規定電圧を超えているときには（Ｓ１）、図６にＢで示す関係を参照して、界磁電流Ｉｆ（＝Ｋ×ｆ（Ｉａ）：ただしＫは１より小さい正数）を求め（Ｓ２）、電機子電流と界磁電流との指令値を求める（Ｓ３）。つまり、メインバッテリ２の電圧が規定電圧以下であるときに対して、規定電圧を超えるときには界磁電流Ｉｆの電機子電流Ｉａに対する比率を相対的に小さくするのである。
【００５１】
本実施形態では、下り斜面において電動車の制動に伴って回生エネルギが生じてもメインバッテリ２の電圧が過電圧にならないように界磁電流を減少させるから、逆起電圧定数を小さくすることになり、結果的に回生エネルギが減少して回生エネルギによるメインバッテリ２の電圧上昇を抑制することができる。
【００５２】
なお、電機子巻線への供給電流に対する界磁巻線への供給電流を相対的に減少させるために、上述の例では関数ｆ（Ｉａ）に１より小さい正数を乗じて界磁電流Ｉｆを求めているが、図６に破線で示すようにＩｆ＝ｆ（Ｉａ）−定数という関係を用いたり、あるいはまた上記規定電圧以下の期間に別の関数ｇを設定することによりＩｆ＝ｇ（Ｉａ）という関係を用いることが可能である。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。ただし、本実施形態の技術はブレーキモータ１６の制御に数１の演算を用いていない従来の制御方法であっても適用可能である。
【００５３】
（第４の実施の形態）
本実施形態は、図７に示すように、第１の実施の形態に対してメインモータ１の回転量を検出する回転量検出手段４１′，４２′を設けたものである。本実施形態では、ロータリエンコーダからなる２個の車速センサ４１，４２を用い出力の位相差を取り出しているから、回転量検出手段４１′，４２′は車速センサ４１，４２と兼用することができる。つまり、車速センサ４１，４２から出力されるパルス数を計数すれば、メインモータ１の回転量を計測することができる。また、車速センサ４１，４２により検出した回転量は走行速度の情報とともに速度制御処理部６３に入力される。
【００５４】
しかして、速度制御処理部６３では、図８に示すように、車速センサ４１，４２に基づいて電動車の走行向きを判断し、シフトレバー１０に指示された向きか否かを判定する（Ｓ１）。ここで、逆向きでなければ正常な運転状態であるから、速度制御処理部６４からの指令値に従ってメインモータ１への供給電流が制御される（Ｓ２）。一方、車速センサ４１，４２により検出された電動車の走行向きが逆向きであるとき（一般に前進が指示されているのに後退するとき）には、たとえば上り斜面である可能性があるから、速度制御処理部６３では通常の指令値よりもメインモータ１への供給電流を大きくするように指令値を設定する（Ｓ３）。ここで、本実施形態では回転量検出手段４１′，４２′により検出される一定時間内の回転量に定数Ｋを乗じてメインモータ１への供給電流の指令値を設定する。つまり、電磁ブレーキ１８の解除から短い一定時間の回転量を検出すれば、その回転量は斜面の角度に対応していると考えられるから、角度が大きいほどメインモータ１への供給電流の指令値を大きくすることによってトルクを大きくし、上り斜面での発進時におけるずり下がりを防止することができる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。ただし、本実施形態の技術はブレーキモータ１６の制御に数１の演算を用いていない従来の制御方法であっても適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電動車の走行速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段による検出速度を設定速度に一致させるように走行用の駆動源であるメインモータへの供給電流の指令値を決定する速度制御手段と、メインモータへの供給電流を制御する電流制御手段と、メインモータへの供給電流を検出する電流検出手段と、電動車を停止させる際に電動車に制動力を作用させるとともに制動力が可変であるブレーキモータと、電流検出手段により検出された電流値の前記指令値に対する偏差の瞬時値と積分値と微分値とを適宜の比率で加算した加算値の変化率に比例するようにブレーキモータによる制動力を制御するブレーキモータ制御手段とを備えるものであり、設定値である指令値と制御量である電流値との偏差に追従する値をＰＩＤ制御と同様の演算によって求め、さらにこの値の変化率（一定の微小時間内での差分）に比例するようにブレーキモータの制動力を制御するから、ブレーキモータによる制動力が電動車の走行速度の指令値と検出速度との偏差に適応的に作用して前記偏差の低下に伴って減少することになり、結果的にブレーキモータへの供給電力が比較的少なくなるとともに、前記偏差に伴って制動力を徐々に小さくすることで電動車を滑らかに減速して急停止を防止することができるという利点がある。また、ブレーキモータは一般にドラムブレーキのような機械式ブレーキにおいて摩擦力の制御に用いられており、上述のように速度の低下に伴って制動力を低減させることによって、必要以上に大きな摩擦力を作用させることがなく、機械式ブレーキの摩耗を低減することができるという利点がある。ここに、電動車が回生制動のみを行うとすれば電動車の低速走行時には回生エネルギが少ないから十分な制動力が得られないが、ブレーキモータを用いることによって電動車の低速走行時における制動が容易になる。
【００５６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記速度検出手段により検出される電動車の走行速度が規定値以下の期間にのみ前記ブレーキモータ制御手段が前記ブレーキモータを制御するものであり、電動車が比較的高速で走行している際の制動にはブレーキモータを用いないことによって、ブレーキモータによる電力消費を比較的少なくし、電動車が比較的低速（つまり、走行速度が規定値以下）である期間にはブレーキモータを用いることにより、電動車の制動をきめ細かく制御することが可能になるという利点がある。
【００５７】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記メインモータが界磁巻線と電機子巻線とを備え、メインモータの回生エネルギを２次電池であるメインバッテリに返還することにより回生制動させる回生制動手段と、メインバッテリの電圧を監視するバッテリ電圧検出手段と、走行中においてバッテリ電圧検出手段により検出されるメインバッテリの電圧が規定電圧を超える期間では規定電圧以下の期間よりも電機子巻線への供給電流に対する界磁巻線への供給電流を相対的に減少させる界磁電流制御手段とが付加されているものであり、下り斜面において電動車の制動に伴って生じる回生エネルギでメインバッテリの電圧が上昇してもメインバッテリの電圧が過電圧になるときには界磁巻線への供給電流を減少させるから逆起電圧定数を小さくすることになり、回生エネルギ（発電量）が減少して回生エネルギによるメインバッテリの電圧上昇を抑制することができ、結果的にメインバッテリの劣化を抑制することができるという利点がある。
【００５８】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、メインモータの回転量を検出する回転量検出手段が付加され、前記速度検出手段により検出された電動車の走行向きが前記指令値で指示された向きとは逆向きであるときに回転量検出手段により検出された回転量が大きいほど前記電流制御手段がメインモータへの供給電流を増加させるものであり、たとえば、上り斜面において発進しようとするときに電動車が後方に移動しそうになると、メインモータへの供給電流を増加させることによって、電動車が後退するのを防止することができる。つまり、上り斜面での発進時にブレーキが解除された後にメインモータのトルク不足によって電動車が後退するのを防止することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】同上の要部の動作説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】同上の要部の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図８】同上の要部の動作説明図である。
【図９】本発明の適用例である電動車の概略構成図である。
【符号の説明】
１  メインモータ
１ａ  電機子巻線
１ｂ  界磁巻線
２  メインバッテリ
１６  ブレーキモータ
４１，４２  車速センサ
６３  速度制御処理部
６４  電流制御処理部
６６  電流検出部
６７  電池電圧検出部
７１  ブレーキモータ制御処理部-
【図１】
0003802356.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003802356.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003802356.tif 000008
【図７】
0003802356.tif 000009
【図８】
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【図９】
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