JP2009227178A - 電動式車両用の操作制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動式車両において、運転操作を難しくすることなく回生動作による制動作用を運転者の意志に即して適切に得ることができ、更には、回生ブレーキの効き具合を簡便に増減調整できるようにすること。
【解決手段】アクセルグリップ６４に、外部より回動操作力が与えられない状態において正回転方向と逆回転方向の何れにも回動可能な中立位置を設定し、アクセルグリップが中立位置より正回転方向に回動された場合にはモータ・ゼネレータ１０による走行駆動を指令し、アクセルグリップ６４が中立位置より逆回転方向に回動された場合にはモータ・ゼネレータ１０による回生動作を指令する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動式車両用の操作制御装置に関し、特に、ハンドル部分にアクセルグリップを有する電動式二輪車、三輪車の操作制御装置に関する。

原動機として電動モータを用いた自動車、二輪車、三輪車等の電動式車両が知られている（例えば、特許文献１)。電動式車両は、内燃機関を搭載していないため、内燃機関のポンピングによる制動作用、いわゆるエンジンブレーキ作用を得ることができない。

このことに対して、電動モータをモータ・ゼネレータとし、車両の走行エネルギをモータ・ゼネレータによって電気エネルギに変換し、当該電気エネルギを車載の畜電池に戻す回生動作を行うことで、エンジンブレーキに似た制動効果を得ることが考えられている。
特開２００６−１５１２９１号公報

電動式車両において、エンジンブレーキと類似の制動作用が得られる回生動作を、運転者のどのような操作によって得るようにするについて、課題がある。

内燃機関搭載の車両におけるエンジンブレーキは、アクセルペダルの踏み込みを解除し、エンジンブレーキに接続されているトランスミッションをシフトダウンすることにより得られるのに対して、電動式二輪車、三輪車等では、ハンドルパイプに設けられたブレーキレバーにスイッチを設け、ブレーキレバーが軽く握られると、スイッチが働き、回生動作となって制動作用が得られるようによることが考えられる。

しかし、これでは、運転者は、通常のブレーキ装置による制動と回生動作による制動との使い分けを行い難く、しかも、回生ブレーキの効き具合を増減調整することができない。

本発明が解決しようとする課題は、電動式車両において、運転操作を難しくすることなく回生動作による制動作用を運転者の意志に即して適切に得ることができ、更には、回生ブレーキの効き具合を簡便に増減調整できるようにすることである。

本発明による電動式車両用の操作制御装置は、モータ・ゼネレータを搭載され、前記モータ・ゼネレータにより走行駆動と回生動作とを選択的に行う電動式車両用の操作制御装置であって、ハンドルパイプの外周に、当該ハンドルパイプの中心軸線周りに正逆両方向に回動可能に設けられて運転者により回動操作されるアクセルグリップと、前記アクセルグリップの回動操作量を検出するグリップ操作量検出手段と、前記グリップ操作量検出手段により検出される前記アクセルグリップの回動操作量に応じて前記モータ・ゼネレータの走行駆動と回生動作とを指令する動作指令手段と有し、前記アクセルグリップは、外部より回動操作力が与えられない状態において正回転方向と逆回転方向の何れにも回動可能な中立位置を設定され、前記動作指令手段は、前記アクセルグリップが前記中立位置より正回転方向に回動された場合には前記モータ・ゼネレータによる走行駆動を指令し、前記アクセルグリップが前記中立位置より逆回転方向に回動された場合には前記モータ・ゼネレータによる回生動作を指令する。

本発明による電動式車両用の操作制御装置は、好ましくは、前記アクセルグリップを前記正回転方向とは逆の逆回転方向に付勢する第１のばね手段と、前記アクセルグリップを前記正回転方向に付勢する第２のばね手段とを有し、前記アクセルグリップは、ストッパ機構により、外部より回動操作力が与えられない状態において前記正回転方向と前記逆回転方向の何れにも回動可能な前記中立位置を設定される。

本発明による電動式車両用の操作制御装置は、好ましくは、前記動作指令手段は、前記アクセルグリップの前記中立位置よりの正回転方向の回動操作量が多いほど前記モータ・ゼネレータの走行駆動のための出力が増大し、前記アクセルグリップの前記中立位置よりの逆回転方向の回動操作量が多いほど前記モータ・ゼネレータの回生動作の度合いが大きくなる定量的制御を行う。

本発明による本発明による電動式車両用の操作制御装置によれば、運転者が手で握っているアクセルグリップを中立位置よりアクセル方向（正回転方向）とは逆方向に廻すだけで、回生動作になり、回生ブレーキ作用が得られる。

以下に、本発明による操作制御装置を適用された電動式車両（電動式二輪車)の実施形態の電気系を、図１を参照して説明する。

電動式二輪車は、原動機として、３相回転電気機械によるモータ・ゼネレータ１０と、畜電池２０とを有する。モータ・ゼネレータ１０は、走行駆動源としての電動モータと、走行エネルギを電気エネルギに変換する発電機として選択的に動作するものである。

モータ・ゼネレータ１０と畜電池２０との間には、電力変換回路であるインバータ３０が設けられている。インバータ３０は、複数個のＦＥＴを用いたブリッジ回路による３相電圧型ＰＷＭインバータであり、モータ・ゼネレータ１０の各相（Ｕ・Ｖ・Ｗ相）コイル１２に接続され、パルス幅変調制御によって、走行駆動時にはモータ・ゼネレータ１０に対する畜電池２０よりの電力供給を定量的に制御し、回生動作時にはモータ・ゼネレータ１の発電電力による畜電池２０に対する充電量を定量的に制御する。

バッテリ２０とインバータ３０との間の電力線とアース線との間にキャパシタである平滑コンデンサ２２が接続され、電力線には電流検出センサ２４が設けられている。また、モータ・ゼネレータ１０には、ステータ１４に対するロータ１６の回転角度を検出する回転角度センサ１８が設けられている。

インバータ３０は、マイクロコンピュータによる電子制御装置（ＥＣＵ）４０により制御される。ＥＣＵ４０は、動作指令手段である制御目標値演算部４２と、電流検出回路４４と、制御偏差演算手段である電流比較回路４６と、出力デュティ決定回路４８と、回転角度検出回路５０と、ＰＷＭ信号生成回路５２とを有する。

制御目標値演算部４２は、制御目標値として、制御目標電流値（目標電流値)を、スライド抵抗器９２より入力する後述するグリップ回動操作量を表す電気信号に応じて算出する。

ここで、グリップ回動操作部６０、及びスライド抵抗器９２について、図２、図３を参照して説明する。

グリップ回動操作部６０は、電動式二輪車の操舵ハンドルであるハンドルパイプ６２の外周に、当該ハンドルパイプ６２の中心軸線周りに回動可能に設けられて運転者の右手により回動操作されるアクセルグリップ６４を有する。アクセルグリップ６４は、ワイヤ巻取部６６を一体に有し、ハンドルパイプ６２の外周に回動可能に嵌合した金属筒体６４Ａと、金属筒体６４Ａの外周側に装着された鍔付きのゴム製グリップ６４Ｂとにより構成されている。

ワイヤ巻取部６６にはアクセルワイヤ６８の一端部が係止されている。アクセルワイヤ６８の他端にはばね係止金具７０が取り付けられている。車体側には支持部材７２が固定配置されている。支持部材７２にはばね係止金具７４によって引張コイルばね７６の一端が係止されている。引張コイルばね７６の他端は係止金具７０に係止されている。これにより、引張コイルばね７６は、アクセルグリップ６４をハンドルパイプ６２に対して正回転方向Ａとは反対の逆回転方向Ｂ（図３で見て時計廻り方向）に付勢する第１のばね手段をなしている。

ハンドルパイプ６２内には固定側のばね係止部材７８が固定装着されている。ハンドルパイプ６２の開口端部には可動側のばね係止部材８０がハンドルパイプ６２の中心軸線周りに回動可能に設けられている。ばね係止部材８０にはハンドルパイプ６２の開口端に形成された切欠部８２に係合するストッパ突起８４が形成されている。このストッパ係合により、ばね係止部材８０は、切欠部８２の角度範囲（２５度程度）で、ハンドルパイプ６２に対して回動可能になっている。

ばね係止部材７８には捩りコイルばね９０の一端が、ばね係止部材８０には捩りコイルばね９０の他端が各々係止されている。捩りコイルばね９０は、ハンドルパイプ６２内にあってハンドルパイプ６２とアクセルグリップ６４との間に作用し、アクセルグリップ６４をハンドルパイプ６２に対して正回転方向Ａ（図３で見て時計廻り方向）に付勢する第２のばね手段をなしている。これにより、ばね係止部材８０のストッパ突起８４は、外部より回動操作力が与えられない状態では、捩りコイルばね９０のばね力により、切欠部８２の正回転方向Ａ側の端面に当接し、当該位置より捩りコイルばね９０のばね力に抗して切欠部８２の角度範囲だけ逆回転方向Ｂへ回動可能になっている。

ばね係止部材８０の外周には、アクセルグリップ６４の金属筒体６４Ａに形成されたストッパ凸部８８が係合する切欠部８６が、ほぼ１８０度の角度範囲に形成されている。アクセルグリップ６４のストッパ凸部８８は、外部より回動操作力が与えられない状態では、引張コイルばね７６のばね力によって切欠部８６の逆正回転方向Ｂ側の端面に当接し、当該位置より引張コイルばね７６のばね力に抗して切欠部８６の角度範囲だけ正回転方向Ａへ回動可能になっている。

捩りコイルばね９０は、引張コイルばね７６のばね力より強いばね力をもってばね係止部材８０を正回転方向Ａ（図３で見て時計廻り方向）に付勢している。これにより、図３に示されているように、ばね係止部材８０は、外部より回動操作力を与えられない状態では、ストッパ凸部８８が切欠部８６の逆正回転方向Ｂ側の端面に当接していることにより、引張コイルばね７６によって及ぼされる反時計廻り方向のばね力に抗して、捩りコイルばね９０のばね力により、ストッパ突起８４が切欠部８２の正回転方向Ａ側の端面に当接した状態になる。この位置を中立位置と云い、アクセルグリップ６４は、この中立位置より正回転方向Ａと逆回転方向Ｂの何れにも回動可能である。

支持部材７２にはスライド抵抗器９２が取り付けられている。スライド抵抗器９２は、変位センサであり、スライダ９４を固定金具９６によってアクセルワイヤ６８の中間部に固定されている。これにより、スライダ９４は、アクセルワイヤ６８の動き、換言すると、アクセルグリップ６４の回動操作量に応じてスライド動作する。このように、スライド抵抗器９２は、アクセルグリップ６４の回動操作量を検出するグリップ操作量検出手段であり、アクセルグリップ６４の回動操作量を電気信号に変換し、アクセルグリップ６４の回動操作量を示す電気信号を制御目標値演算部４２に出力する。

図１に戻り、制御目標値演算部４２は、スライド抵抗器９２より入力するグリップ回動操作量を表す電気信号に応じて目標電流値を算出するものであり、図４に示されているように、アクセルグリップ６４が中立位置より正回転方向Ａに回動操作された場合には、走行駆動を指令する目標電流値を設定し、正回転方向Ａの回動操作量の増大に応じて比例的に走行駆動の目標電流値を増大する。制御目標値演算部４２は、これに対し、アクセルグリップ６４が中立位置より逆回転方向Ｂに回動操作された場合には、回生動作を指令する目標電流値を設定し、逆回転方向Ｂの回動操作量の増大に応じて比例的に回生動作の目標電流値を増大する。

目標電流値は、中立位置ではゼロであり、これは、モータ・ゼネレータ１０をモータとしても、ゼネレータとしても動作させない電断停止状態にすることを意味する。なお、制御目標値演算部４２は、中立位置より正回転方向Ａと逆回転方向Ｂの何れにも所定の回動操作量範囲では、目標電流値をゼロに保つ不感帯を設定されている。これは、アクセルグリップ６４の回動操作に「遊び」を設定することになる。この「遊び」の設定を、制御目標値演算部４２によって機械系の変更を必要とせずに、ソウトフェアによって適正値に任意に行うことができる。

なお、図４では、回生動作時の目標電流値にマイナス符号を付けているが、これはグラフ表示の便宜上のことで、電流検出センサ２４により検出される電流（直流)の流れ方向が、走行駆動時と逆方向になることを意味し、回生動作時の目標電流値も、制御目標の充電電流値に応じた正の値のものである。

電流比較回路４６は、制御目標値演算部４２より目標電流値を、電流検出回路４４より電流検出センサ２４による検出電流値（実電流値)を入力し、（目標電流値)−（検出電流値)なる演算を行って制御偏差を演算する。電流比較回路４６は、制御目標値演算部４２よりの目標電流値に基づいて、走行駆動モードであるか、回生動作モードであるかを表す指令信号をＰＷＭ信号生成回路５２に渡す。

出力デュティ決定回路４８は、電流比較回路４６よりの制御偏差に応じてパルス幅変調のデュティ、つまりパルス幅を決定し、パルス幅変調の指令値をＰＷＭ信号生成回路５２に与える。

回転角度検出回路５０は、回転角度センサ１１よりステータ８に対するロータ９の回転角度を表す信号を入力し、その回転角度信号よりロータ９の回転位置及び回転数（回転速度）を算出する。

ＰＷＭ信号生成回路５２は、出力デュティ決定回路４８よりパルス幅変調の指令値を、回転角度検出回路５０よりロータ９の回転位置及び回転数に関する情報を入力し、これらに応じてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号をインバータ３０に出力する。

これにより、インバータ３０は、ＰＷＭ信号生成回路５２よりのＰＷＭ信号によってパルス幅変調制御を行い、走行駆動時には、モータ・ゼネレータ１０に対する畜電池２０よりの電力供給を、制御目標値演算部４２が定めるモータ駆動の目標電流値に応じて定量的に制御し、回生動作時には、モータ・ゼネレータ１０の発電電力による畜電池２０に対する充電量を制御目標値演算部４２が定める充電の目標電流値に応じて定量的に制御する。

上述の構成によれば、運転者が手で握っているアクセルグリップ６４を、中立位置より引張コイルばね７６のばね力に抗して正回転方向Ａ、つまりアクセル方向に回すと、従来のものと同等に、モータ・ゼネレータ１０をモータ動作させるアクセル操作が行われる。

これに対し、アクセルグリップ６４を、中立位置よりアクセル方向とは逆方向Ｂに、捩りコイルばね９０のばね力に抗して回すと、モータ・ゼネレータ１０が発電機として動作する回生動作になり、アクセルグリップ６４の逆廻し分に応じた強さの回生ブレーキ作用が得られる。

このように、本実施形態によれば、アクセルグリップ６４の回し操作だけで、運転操作を難しくすることなく回生動作による制動作用を運転者の意志に即して適切に得ることができ、しかも、回生ブレーキの効き具合を簡便に増減調整できる。

なお、アクセルグリップ６４の回動操作量を電気信号に変換するグリップ操作量検出手段は、スライド抵抗器９２に限られることもなく、これは、直線変位センサ、回転変位センサの何れによっても構成できる。回転変位センサの場合には、ハンドルパイプ６２に組み込み、アクセルグリップ６４の回動操作量を直接検出することができる。

本発明による操作制御装置を適用された電動式車両（電動式二輪車)の一つの実施形態の電気系を示すブロック図である。 本発明による操作制御装置のグリップ回動操作部及びスライド抵抗器の部分の一つの実施形態を示す断面図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 本実施形態による操作制御装置のグリップ回動操作量−目標電流値特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ モータ・ゼネレータ
２０ 畜電池
４０ 電子制御装置
４２ 制御目標値演算部
４４ 電流検出回路
４６ 電流比較回路
４８ 出力デュティ決定回路
５０ 回転角度検出回路
５２ ＰＷＭ信号生成回路
６０ グリップ回動操作部
６２ ハンドルパイプ
６４ アクセルグリップ
６８ アクセルワイヤ
７６ 引張コイルばね
９０ 捩りコイルばね
９２ スライド抵抗器

Claims (3)

1. モータ・ゼネレータを搭載され、前記モータ・ゼネレータにより走行駆動と回生動作とを選択的に行う電動式車両用の操作制御装置であって、
   ハンドルパイプの外周に、当該ハンドルパイプの中心軸線周りに正逆両方向に回動可能に設けられて運転者により回動操作されるアクセルグリップと、
   前記アクセルグリップの回動操作量を検出するグリップ操作量検出手段と、
   前記グリップ操作量検出手段により検出される前記アクセルグリップの回動操作量に応じて前記モータ・ゼネレータの走行駆動と回生動作とを指令する動作指令手段と有し、
   前記アクセルグリップは、外部より回動操作力が与えられない状態において正回転方向と逆回転方向の何れにも回動可能な中立位置を設定され、
   前記動作指令手段は、前記アクセルグリップが前記中立位置より正回転方向に回動された場合には前記モータ・ゼネレータによる走行駆動を指令し、前記アクセルグリップが前記中立位置より逆回転方向に回動された場合には前記モータ・ゼネレータによる回生動作を指令する、電動式車両用の操作制御装置。
2. 前記アクセルグリップを前記正回転方向とは逆の逆回転方向に付勢する第１のばね手段と、前記アクセルグリップを前記正回転方向に付勢する第２のばね手段とを有し、
   前記アクセルグリップは、ストッパ機構により、外部より回動操作力が与えられない状態において前記正回転方向と前記逆回転方向の何れにも回動可能な前記中立位置を設定される請求項１に記載の電動式車両用の操作制御装置。
3. 前記動作指令手段は、前記アクセルグリップの前記中立位置よりの正回転方向の回動操作量が多いほど前記モータ・ゼネレータの走行駆動のための出力が増大し、前記アクセルグリップの前記中立位置よりの逆回転方向の回動操作量が多いほど前記モータ・ゼネレータの回生動作の度合いが大きくなる定量的制御を行う請求項１または２に記載の電動式車両用の操作制御装置。

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