JP2009261155A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪毎に車輪回転用モータを備えた電気自動車の利点を十分に発揮できる電気自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】センサユニット100の３軸加速度センサによって検出したタイヤ（車輪）２ａ〜２ｄのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度情報と、回転角度センサ530により検出したハンドル８の回転角度と、ヨーレートセンサ540により検出したヨーレート情報と、センサ510により検出したアクセルペダル６の踏み込み角度と、センサ520により検出したブレーキペダル７の踏み込み角度とに基づいて、駆動制御部700は各タイヤ２ａ〜２ｄを回転する車輪回転用モータ３ａ〜３ｄの駆動制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、各車輪毎に車輪回転用モータを備えた電気自動車の制御装置に関するものである。

従来、エンジンを動力源とした自動車からモータを動力源とした電気自動車に移行するための開発がなされている。電気自動車は、ガソリンエンジン等と異なり、大気汚染の原因となる排気ガスを流出することがないので注目を集めている。

この種の電気自動車として、当初は従来のエンジンをモータに置き換えたものが考案されたが、車輌のスペース効率の高さや駆動力の伝達効率の高さからモータを各車輪に内蔵するインホイールモータシステムが採用されつつある。

このようなインホイールモータシステムとしては、例えば、特開２００４−１１５０１４号公報（特許文献１）、特開２００５−４７４８１号公報（特許文献２）、特開２００５−２８９３２２号公報（特許文献３）、特開２００６−１３１３号公報（特許文献４）、特開２００６−１３１４号公報（特許文献５）等に開示されるものが知られている。

上記特許文献１に開示されるインホイールモータシステムは、車輌のタイヤ接地力の変動を低減して、車輌のロードホールディング性を向上させたものである。

特許文献２に開示されるインホイールモータシステムは、並列配置されたダンパ及びバネ部材によりインホイールモータを上下方向に支持した構成において、バネ下共振付近の接地荷重変動を低減するために、モータ質量をダイナミックダンパのウェイトとして作用させる構造を改良したものである。

特許文献３に開示されるインホイールモータシステムは、前輪または後輪のどちらか一方を内燃機関で駆動し、他方を車輪部に搭載された電気モータにより駆動するタイプの全輪駆動車におけるインホイールモータシステムであって、モータを全駆動領域で使用せずに、インホイールモータを従動輪のみに装着し、アシストとしてのみ使用する場合、未使用時にホイールとモータ間の動力伝達路をスムーズに断続できる動力断続手段を備えたものである。

特許文献４，５に開示されるインホイールモータシステムは、インホイールモータシステムに用いられる直動ガイドのシール性を向上したもので、車輌走行時に泥水等に晒される使用環境であっても、インホイールモータを弾性支持する直動ガイドの内部にダストや異物が侵入することを防止し、摺動抵抗の増大や、インホイールモータの上下動の摩擦抵抗の増加を低減したものである。
特開２００４−１１５０１４号公報 特開２００５−４７４８１号公報 特開２００５−２８９３２２号公報 特開２００６−１３１３号公報 特開２００６−１３１４号公報

しかしながら、インホイールモータシステムに限らず車輪毎に車輪回転用モータを備えた電気自動車の駆動制御に関しては、単にモータへの電力供給量を変えて従来のエンジンを用いた自動車と同じ動きを行えるようにしており、車輪毎に車輪回転用モータを備えた電気自動車の利点を活かす制御を行っていなかった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車輪毎に車輪回転用モータを備えた電気自動車の利点を十分に発揮できる電気自動車の制御装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、車輪毎に別個の車輪回転用モータを備えた電気自動車の制御装置であって、各車輪に取り付けられ、車輪の回転方向の加速度と、回転軸方向の加速度と、回転軸に直交する方向の加速度とを検出して、各加速度の情報を出力する３軸加速度センサを有する複数のセンサユニットと、車両の進行方向角度を設定する旋回角度設定手段と、所定の垂直軸に対して車体が回転する速度或いは角速度の何れか一方を検出し、検出結果のヨーレート情報を出力するヨーレートセンサと、アクセルペダルの踏み込み角度を検出して、該踏み込み角度の情報を出力する第１踏み込み角度検出センサと、ブレーキペダルの踏み込み角度を検出して、該踏み込み角度の情報を出力する第２踏み込み角度検出センサと、前記３軸加速度センサから出力された加速度情報と、前記旋回角度設定手段によって設定された旋回角度情報と、前記ヨーレートセンサから出力されたヨーレート情報と、前記第１踏み込み角度検出センサから出力されたアクセルペダルの踏み込み角度情報と、前記第２踏み込み角度検出センサから出力されたブレーキペダルの踏み込み角度情報とを入力し、これらの情報に基づいて各車輪を回転する車輪回転用モータの駆動制御を行う駆動制御手段とを備えている電気自動車の制御装置を提案する。

本発明の電気自動車の制御装置では、駆動制御手段によって、上記各センサから取得した情報に基づいて各車輪を回転する車輪回転用モータの回転方向や電力供給量が設定されて駆動制御が行われる。

本発明の電気自動車の制御装置によれば、各センサから取得した情報に基づいて各車輪を回転する車輪回転用モータの回転方向や電力供給量が設定されて駆動制御が行われるので、電気自動車の利点を十分に発揮できる緻密な駆動制御を行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態における電気自動車の制御装置を示す概略構成図、図２は本発明の一実施形態における電気自動車の油圧ブレーキ制御系を示す概略構成図、図３は本発明の一実施形態における電気自動車の電気系回路を示すブロック図、図４は本発明の一実施形態における加速度センサユニットの電気系回路を示すブロック図、図５は本発明の一実施形態における受信ユニットの電気系回路を示すブロック図である。本実施形態では４輪の電気自動車の制御装置を一例として説明する。

図において、１は車輌、２ａ〜２ｄはタイヤ（車輪）、３ａ〜３ｄは車輪回転用のモータ、４ａ〜４ｄは車軸、５ａ〜５ｄはセンサ取付板、６はアクセルペダル、７はブレーキペダル、８はハンドル、100はセンサユニット、200は受信ユニット、510はアクセルペダル踏み込み角度検出センサ、520はブレーキペダル踏み込み角度検出センサ、530はハンドル回転角度検出センサ、540はヨーレートセンサ、700は駆動制御部である。駆動制御部700は、制御部710と、モータ駆動部720、操作部730から構成されている。なお、本実施形態ではハンドル８とハンドル回転角度検出センサ530が旋回角度設定手段を構成している。また、旋回角度設定手段として左右２つの押しボタンスイッチを設け、これらのスイッチを用いて旋回角度の設定を電気的に行っても良い。

本実施形態では、センサユニット100及び受信ユニット200のそれぞれにおいて、それぞれの電気系回路を絶縁性及び電磁波透過性を有する小型の筐体内に収納し、４つのセンサユニット100のそれぞれを各センサ取付板５ａ〜５ｄに装着し、４つの受信ユニット200のそれぞれを各タイヤハウス（図示せず）に配置し、センサユニット100と受信ユニット200が１対１の対応をなすようにしている。

タイヤ２ａ〜２ｄは、例えば、周知のチューブレスラジアルタイヤであり、本実施形態においてはホイール及びリムを含むものであり、図示せぬタイヤハウスに収納されている。さらに、各タイヤハウスには受信ユニット200が設けられている。また、各タイヤ２ａ〜２ｄの車軸４ａ〜４ｄに取り付けられたセンサ取付板５ａ〜５ｄには車軸４ａ〜４ｄの中心から同じ半径の位置にセンサユニット100が固定されている。尚、本実施形態ではタイヤ２ａ〜２ｄの回転方向をＸ軸方向、タイヤ２ａ〜２ｄの車軸方向をＹ軸方向、タイヤ２ａ〜２ｄの車軸４ａ〜４ｄを中心とした半径方向をＺ軸方向として以下の説明を行う。

また、620はブレーキペダル７に連結された油圧ブレーキ用のマスターシリンダ、630はブレーキ用の油圧を制御する圧力制御弁、640はブレーキ駆動用のアクチュエータ、700は駆動制御部である。ブレーキペダル７の踏み込み角度に対応した油圧を圧力制御弁630を介して伝達して各ブレーキ駆動用アクチュエータ640による制動力を変化させるとともに、駆動制御部700の制御部710から出力する制御信号によって圧力制御弁630を調整して各ブレーキ駆動用アクチュエータ640による制動力を変化させる。

また、制御部710は、周知のＣＰＵやプログラムが格納されたメモリを備えた制御回路からなり、４つの受信ユニット200と、アクセルペダル踏み込み角度検出センサ510、ブレーキペダル踏み込み角度検出センサ520、ハンドル回転角度検出センサ530、ヨーレートセンサ540から出力される各情報に基づいて、各圧力制御弁630a〜630dを制御するとともに、モータ駆動部720を介して各モータ３ａ〜３ｄへの供給電力及び各モータ３ａ〜３ｄの回転方向を各モータ３ａ〜３ｄ毎に個別に制御する。

即ち、加速時には、アクセルペダル６を踏み込むことによってモータ駆動部720から各モータ３ａ〜３ｄに供給される駆動電力が増加され、モータ３ａ〜３ｄの回転数を増加させる。

また、制動時には、ブレーキペダル７を踏み込む等によってマスターシリンダ620内の油圧が上昇し、この油圧が圧力制御弁630を介して各タイヤ２ａ〜２ｄのブレーキ駆動用アクチュエータ640に伝達され、これによって各タイヤ２ａ〜２ｄの回転に制動力が加えられる。

さらに、制御部710は、操作部730から入力される装着タイヤに関する情報をメモリに記憶するとともに操作部730のスイッチ設定に基づいて前進後退を切り換える。装着タイヤに関する情報としては、例えばタイヤの型番、タイヤの半径や直径などである。また、タイヤの型番とタイヤの半径や直径などの情報を対応付けたテーブルを制御部710のメモリにあらかじめ記憶させておいても良い。

また、制御部710は、メモリに記憶されている装着タイヤ情報と、受信ユニット200から入力する加速度情報と、回転角度検出センサ530から得られるハンドル８の回転角度情報と、ヨーレートセンサ540から得られるヨーレート情報とに基づいて、各モータ３ａ〜３ｄの回転数や回転方向を個別に制御する。この制御に関しては後述する。

センサユニット100は、前述したようにセンサ取付板５ａ〜５ｄの所定位置に固定されており、このセンサユニット100内に設けられている後述する加速度センサ１０によって各タイヤ２ａ〜２ｄにおけるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出し、これらのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度信号の値をディジタル値に変換する。さらに、センサユニット100は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度のディジタル値を含むディジタル情報を生成して所定時間おきに送信する。このディジタル情報には、上記加速度のディジタル値の他に各センサユニット100に固有の識別情報が含まれる。

センサユニット100の電気系回路の一具体例としては、図４に示す回路が挙げられる。すなわち、図４に示す一具体例では、センサユニット100は、アンテナ110と、アンテナ切替器120、整流回路130、中央処理部140、発信部150、センサ部160から構成されている。

アンテナ110は、受信ユニット200との間で電磁波を用いて通信するためのもので、例えば２．４ＧＨｚ帯の所定の周波数（第１周波数）に整合されている。

アンテナ切替器120は、例えば電子スイッチ等から構成され、中央処理部140の制御によってアンテナ110と整流回路130との接続と、アンテナ110と発信部150との接続とを切り替える。

整流回路130は、ダイオード131,132と、コンデンサ133、抵抗器134から構成され、周知の全波整流回路を形成している。この整流回路130の入力側にはアンテナ切替器120を介してアンテナ110が接続されている。整流回路130は、アンテナ110に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換し、これを中央処理部140、発信部150、センサ部160の駆動電源として出力するものである。尚、コンデンサ133としては大容量コンデンサとして知られている周知のスーパーキャパシタを使用している。

中央処理部140は、周知のＣＰＵ141と、記憶部142から構成されている。ＣＰＵ141は、記憶部142の半導体メモリに格納されているプログラムに基づいて動作し、電気エネルギーが供給されて駆動すると、センサ部160から取得した上記加速度検出結果のディジタル値及び後述する識別情報を含むディジタル情報を生成して、このディジタル情報を受信ユニット200に対して送信する処理を行う。また、記憶部142にはセンサユニット100に固有の上記識別情報が予め記憶されている。

尚、本実施形態では、中央処理部140は、受信ユニット200から上記第１周波数の電波を受信したときに上記ディジタル情報を受信ユニット200に送信するようにプログラムされているが、送信間隔に関しては車輌の走行速度などを考慮して適宜設定することが好ましい。

記憶部142は、ＣＰＵ141を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、個々のセンサユニット100に固有の上記識別情報が、製造時に記憶部142内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。

発信部150は、発振回路151、変調回路152及び高周波増幅回路153から構成され、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され発振回路151によって発振された２．４５ＧＨｚ帯の周波数の搬送波を、中央処理部140から入力した情報信号に基づいて変調回路152で変調し、これを高周波増幅回路153及びアンテナ切替器120を介して前記第１周波数とは異なる２．４５ＧＨｚ帯の周波数（第２周波数）の高周波電流としてアンテナ110に供給する。尚、本実施形態では前記第１周波数と第２周波数とを異なる周波数に設定しているが、第１周波数と第２周波数を同じ周波数に設定し、センサユニット100と受信ユニット200との間の送受信のタイミングを同期させるようにしても良い。

また搬送波の周波数も、２．４５ＧＨｚ帯に限定されることなく、小電力での使用が許可されている周波数帯であれば用いることができる。例えば１３ＭＨｚ帯、３１５ＭＨｚ帯、４００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１２００ＭＨｚ帯などの周波数を使用しても良い。また、センサユニット100と受信ユニット200との間において電磁誘導によって信号及びエネルギーの伝達を行っても良い。

センサ部160は、加速度センサ10とＡ／Ｄ変換回路161から構成されている。

加速度センサ１０は、図６乃至図９に示すような半導体加速度センサによって構成されている。

図６は本発明の一実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図、図７は図６におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図、図８は図６におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図、図９は分解斜視図である。

図において、１０は半導体加速度センサで、台座１１と、シリコン基板１２、支持体１９Ａ，１９Ｂとから構成されている。

台座１１は矩形の枠型をなし、台座１１の一開口面上にシリコン基板（シリコンウェハ）１２が取り付けられている。また、台座１１の外周部には支持体１９ａ，１９Ｂの外枠部191が固定されている。

台座１１の開口部にシリコン基板１２が設けられ、ウェハ外周枠部１２ａ内の中央部には十字形状をなす薄膜のダイアフラム１３が形成されており、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの上面にピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4が形成されている。

詳細には、一直線上に配置されたダイアフラム片１３ａ，１３ｂのうちの一方のダイアフラム片１３ａにはピエゾ抵抗体Ｒx1，Ｒx2，Ｒz1，Ｒz2が形成され、他方のダイアフラム片１３ｂにはピエゾ抵抗体Ｒx3，Ｒx4，Ｒz3，Ｒz4が形成されている。また、ダイアフラム片１３ａ，１３ｂに直交する一直線上に配置されたダイアフラム片１３ｃ，１３ｄのうちの一方のダイアフラム片１３ｃにはピエゾ抵抗体Ｒy1，Ｒy2が形成され、他方のダイアフラム片１３ｄにはピエゾ抵抗体Ｒy3，Ｒy4が形成されている。さらに、これらのピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出するための抵抗ブリッジ回路を構成できるように、図１０に示すように接続され、シリコン基板１２の外周部表面に設けられた接続用の電極191に接続されている。

さらに、ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの交差部には、ダイアフラム１３の中央部の一方の面側に厚膜部１４が形成され、この厚膜部１４の表面には例えばガラス等からなる直方体形状の重錘１５が取り付けられている。

一方、上記支持体１８Ａ，１８Ｂは、矩形の枠型をなした外枠部181と、固定部の４隅に立設された４つの支柱182、各支柱の先端部を連結するように設けられた十字形状の梁部183、梁部183の中央交差部分に設けられた円錐形状をなす突起部184とから構成されている。

外枠部181は、突起部184がダイアフラム１３の他面側すなわち重錘１５が存在しない側に位置するように、台座１１の外周部に嵌合して固定されている。ここで、突起部184の先端184aがダイアフラム１３或いは重錘１５の表面から距離Ｄ１の位置になるように設定されている。この距離Ｄ１は、ダイアフラム１３の面に垂直な方向に加速度が生じ、この加速度によりダイアフラム１３の双方の面の側に所定値以上の力が加わった場合においても、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄが伸びきらないように、その変位が突起部184によって制限できる値に設定されている。

上記構成の半導体加速度センサ１０を用いる場合は、図１１乃至図１３に示すように３つの抵抗ブリッジ回路を構成する。即ち、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図１１に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒx1の一端とピエゾ抵抗体Ｒx2の一端との接続点に直流電源３２Ａの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx3の一端とピエゾ抵抗体Ｒx4の一端との接続点に直流電源３２Ａの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒx1の他端とピエゾ抵抗体Ｒx4の他端との接続点に電圧検出器３１Ａの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx2の他端とピエゾ抵抗体Ｒx3の他端との接続点に電圧検出器３１Ａの他端を接続する。

また、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図１２に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒy1の一端とピエゾ抵抗体Ｒy2の一端との接続点に直流電源３２Ｂの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy3の一端とピエゾ抵抗体Ｒy4の一端との接続点に直流電源３２Ｂの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒy1の他端とピエゾ抵抗体Ｒy4の他端との接続点に電圧検出器３１Ｂの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy2の他端とピエゾ抵抗体Ｒy3の他端との接続点に電圧検出器３１Ｂの他端を接続する。

また、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図１３に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒz1の一端とピエゾ抵抗体Ｒz2の一端との接続点に直流電源３２Ｃの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz3の一端とピエゾ抵抗体Ｒz4の一端との接続点に直流電源３２Ｃの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒz1の他端とピエゾ抵抗体Ｒz3の他端との接続点に電圧検出器３１Ｃの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz2の他端とピエゾ抵抗体Ｒz4の他端との接続点に電圧検出器３１Ｃの他端を接続する。

上記構成の半導体加速度センサ１０によれば、センサ１０に加わる加速度に伴って発生する力が重錘１５に加わると、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄに歪みが生じ、これによってピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4の抵抗値が変化する。従って、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄに設けられたピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4によって抵抗ブリッジ回路を形成することにより、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

さらに、図１４及び図１５に示すように、ダイアフラム１３の面に垂直な方向の力成分を含む力４１，４２が働くような加速度が加わった場合、ダイアフラム１３の他方の面の側に所定値以上の力が加わったとき、ダイアフラム１３は力４１，４２の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は突起部184の頂点184aによって支持されて制限されるため、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄが最大限に伸びきることがない。これにより、ダイアフラム１３の他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合も、突起部184の頂点184aが支点となって重錘１５の位置が変位するので、ダイアフラム１３の面に平行な方向の加速度を検出することができる。

上記の半導体加速度センサ１０によって、車輌１が走行している際に、車輌１の４つのタイヤ２ａ〜２ｄのそれぞれに発生する互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

尚、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に生ずる加速度としては、正方向の加速度と負方向の加速度とが存在するが、本実施形態では双方の加速度を検出することができる。

また、本実施形態では、前述したように２．４５ＧＨｚ帯の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることによって金属の影響を受け難くしている。このように金属の影響を受け難くするためには、１ＧＨｚ以上の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることが好ましい。

受信ユニット200はケーブルによって駆動制御部700および制御部710に接続され、駆動制御部700から送られる電気エネルギーによって動作する。

受信ユニット200の電気系回路は、図５に示すように、輻射ユニット210と、受波ユニット220、制御部230、演算部240によって構成されている。ここで、制御部230及び演算部240は、周知のＣＰＵと、このＣＰＵを動作させるプログラムが記憶されているＲＯＭ及び演算処理を行うために必要なＲＡＭなどからなるメモリ回路から構成されている。

輻射ユニット210は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第１周波数）の電磁波信号を輻射するためのアンテナ211と発信部212とから構成され、制御部230からの指示に基づいて、アンテナ211から上記第１周波数の電磁波を輻射する。

本実施形態では、輻射ユニット210から電磁波を輻射することにより、センサユニット100を常時駆動するのに十分な電気エネルギーとして３Ｖ以上の電圧をコンデンサ133に蓄電することができる。

発信部212の一例としては、センサユニット100の発信部150と同様に、発振回路151と変調回路152、高周波増幅回路153から構成を挙げることができる。これにより、アンテナ211から２．４５ＧＨｚの電磁波が輻射される。尚、発信部212から出力される高周波電力は、受信ユニット200の電磁波輻射用のアンテナ211からセンサユニット100に対して電気エネルギーを供給できる程度の値に設定されている。

受波ユニット220は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第２周波数）の電磁波を受波するためのアンテナ221と検波部222とから構成され、制御部230からの指示に基づいて、アンテナ221によって受波した上記第２周波数の電磁波を検波し、検波して得られたディジタル信号を演算部250に出力する。検波部222の一例としては、ダイオードと、このダイオードによって検波された信号をディジタルデータに変換するアナログ・ディジタル変換器等からなる回路が挙げられる。

制御部230は、駆動制御部700から電気エネルギーが供給されて動作を開始すると、常時、検波部222を駆動し、検波部222から演算部240にディジタル信号を出力させる。また、制御部230は、演算部240からの指示を受けたときに発信部212を介してセンサユニット100に電波を送信する。

演算部240は、検波部222から出力されたディジタル信号に基づいて上記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を算出して駆動制御部700の制御部710に出力する。

さらに、演算部240は制御部710から受信する情報によって運転操作の変更を検出したとき、例えば、運転者がアクセルペダルを踏むのをゆるめた、ブレーキペダルを踏んだ、ハンドルを回したなどの運転操作の変更を検出したときに、制御部230に対して送信命令を出力し、発振部212を介してセンサユニット100に電波を送信するように指示する。これにより、運転操作の変更によって生じる各センサユニット100の検出加速度の変化を迅速に取得することができる。

また、本実施形態における、アクセルペダル踏み込み角度検出センサ510、ブレーキペダル踏み込み角度検出センサ520、ハンドル回転角度検出センサ530としては、例えばマグネットとホール素子とＩＣ（集積回路）を使用した無接触型の回転角度センサ等が使用でき、一例としては図１６及び図１７に示すように、この回転角度センサＲＳは回転角度に対応して入力電圧Ｖinに対する出力電圧Ｖoutの出力電圧比（％）が変化するものである。

また、ヨーレート(YAW RATE)センサ540は、周知のように、コーナリングする車を上から見た時の、車輌の旋回方向への回転角の変化する速度あるいは角速度を検出して、検出結果を電気信号として出力するものである。

次に、本実施形態における電気自動車の制御処理に関して、図１８乃至図２１に示す処理フローチャートを参照して説明する。尚、図１８は制御処理の全体を示すフローチャート、図１９は走行速度制御処理を示すフローチャート、図２０は走行速度減速処理を示すフローチャート、図２１は走行方向制御処理を示すフローチャートである。

駆動制御部700の制御部710は、動作を開始すると、アクセルペダル６の踏み込み角度の情報をアクセルペダル踏み込み角度検出センサ510から取得して（ＳＡ１）、取得したアクセルペダル６の踏み込み角度情報に基づいて後述する走行速度制御処理を行う（ＳＡ２）。次いで、制御部710は、ブレーキペダル７の踏み込み角度の情報をブレーキペダル踏み込み角度検出センサ520から取得して（ＳＡ３）、取得したブレーキペダル７の踏み込み角度情報に基づいて後述する走行速度減速処理を行い（ＳＡ４）、さらに、ハンドル８の回転角度の情報をハンドル回転角度検出センサ530から取得し（ＳＡ５）、取得したハンドル８の回転角度情報に基づいて後述する走行方向制御処理を行う（ＳＡ６）。

上記走行速度制御処理では、制御部710は、アクセルペダル６の踏み込み角度が０度であるか否かを判定し（ＳＢ１）、アクセルペダル６の踏み込み角度が０度以外のときは、４つの受信ユニット200のそれぞれを介して得られた４つのセンサユニット100のそれぞれが検出したＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度の値のうちのＸ軸方向の加速度（車輪の回転方向の加速度）に基づいて車輪（タイヤ２ａ〜２ｄ）の回転数を求める（ＳＢ２）。

Ｘ軸方向の加速度は、図２２乃至図２４に示すように、タイヤ２ａ〜２ｄの回転周期を有するサイン波で変化する。図２２乃至図２４において、図２２は時速２．５ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度変化を示す図、図２３は時速２０ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度変化を示す図、図２４は時速４０ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度変化を示す図である。尚、各図の信号波形には走行路面とタイヤ２ａ〜２ｄとの間の摩擦によって発生する微小振動成分が重畳している。

このように、走行速度が増すにつれてタイヤ２ａ〜２ｄの回転数が増加するので、Ｘ軸方向の加速度が変化する周期が短くなる。従って、Ｘ軸方向の加速度からタイヤ２ａ〜２ｄの回転数を求めることが可能である。尚、図中において、実測値がサイン波形状になるのは重力加速度の影響を受けているためである。すなわち、センサユニット100がタイヤ２ａ〜２ｄの前部(車両進行方向側９０度の位置)に位置するときはＸ軸方向の加速度は回転による加速度から重力加速度を減算したものになり、タイヤ２ａ〜２ｄの後部(車両進行方向と反対方向９０度の位置)に位置するときはＸ軸方向の加速度は回転による加速度に重力加速度を加算したものになる。

次に、制御部710は、上記ＳＢ２の処理で求めた回転数と、メモリに記憶されているタイヤ情報とを用いて車輌１の走行速度を算出し（ＳＢ３）、さらに、制御部710のメモリにあらかじめ記憶されているアクセルペダル６の踏み込み角度と走行速度との関係を表す対応テーブルに基づいて、アクセルペダル６の踏み込み角度に対応した走行速度になるようにモータ駆動部720を介して各モータ３ａ〜３ｄへの供給電力を変える（ＳＢ４）。

また、上記ＳＢ１の判定の結果、アクセルペダル６の踏み込み角度が０度のとき、すなわちアクセルペダル６が踏まれてないときは、制御部710はモータ駆動部720からの各モータ３ａ〜３ｄへの電力供給を停止する（ＳＢ５）。

尚、上記走行速度制御処理では、Ｘ軸方向の加速度を用いて車輌１の走行速度を求めたが、Ｚ軸方向（車軸に直交する方向）の加速度を用いて車輌１の走行速度を求めても良い。すなわち、Ｚ軸方向の加速度は、図２５乃至図２７に示すように、タイヤ２ａ〜２ｄの回転周期を有するサイン波で変化するとともに、走行速度が増すにつれて加速度センサ１０にかかる遠心力が増加するので、Ｚ軸方向の加速度も増加する。

図２５乃至図２７において、図２５は時速２．５ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度変化を示す図、図２６は時速２０ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度変化を示す図、図２７は時速４０ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度変化を示す図である。このように、走行速度が増すにつれて加速センサ１０にかかる遠心力が増加するので、Ｚ軸方向の加速度も増加する。従って、Ｚ軸方向の加速度から走行速度を求めることが可能である。尚、図中において、実測値がサイン波形状になるのは上記と同様に重力加速度の影響を受けているためである。

上記走行速度減速処理では、制御部710は、ブレーキペダル７の踏み込み角度が０度であるか否かを判定し（ＳＣ１）、ブレーキペダル７の踏み込み角度が０度以外のときは、モータ駆動部720からの各モータ３ａ〜３ｄへの電力供給を停止する（ＳＣ２）。ブレーキペダル７が踏み込まれているときは、前述した油圧ブレーキが作動しているので各タイヤ２ａ〜２ｄの回転には各ブレーキ駆動用アクチュエータ640の作動によって制動がかけられている。

この後、制御部710は、ヨーレートセンサ540から取得したヨーレート情報に基づいて車輌１に揺動が生じているか否かを判定する（ＳＣ３）。この判定の結果、車輌１に揺動が生じているときは、制御部710は、揺動が低下するように、すなわち、ヨーレートセンサ540から取得するヨーレートが０（ゼロ）になるように、各圧力制御弁630a〜630dを制御して各ブレーキ駆動用アクチュエータ640による制動力を補正する（ＳＣ４）。

尚、ブレーキペダル７が踏み込まれて油圧ブレーキが作動しているときに、ブレーキペダル７の踏み込み角度に応じて、急制動をかけるとき以外は快適な制動を行うために、Ｘ軸方向（車輪の回転方向）の加速度あるいはＺ軸方向（車軸に直行する方向）の加速度の値に基づいて、減速時の走行速度が滑らかに変化するように、制御部710によって各圧力制御弁630a〜630dを制御して各ブレーキ駆動用アクチュエータ640による制動力を補正するようにしても良い。これにより、車体の安定性を保つと共に適切な制動を行ったりタイヤ２ａ〜２ｄがロックしてスリップが生じたりしないように自動的に制御可能となる。

上記走行方向制御処理では、制御部710は、回転角度検出センサ530から取得したハンドル８の回転角度の値が０度であるか否かを判定し（ＳＤ１）、ハンドル８の回転角度が０度以外のときは回転角度に対応して左右の車輪を回転させる車輪回転用モータ３ａ〜３ｄへの電力供給比率を調整して（ＳＤ２）車輌１に旋回運動を生じさせる。この際、制御部710は、モータ駆動部720を制御して、ハンドル８の回転方向側の車輪回転用モータ３ａ〜３ｄへの電力供給量をハンドル８の回転方向とは反対側の車輪回転用モータ３ａ〜３ｄへの電力供給量よりも低く設定する。また、電力供給量を減少させただけでは回転数の減少を生じにくい車輪回転用モータ３ａ〜３ｄを使用している場合は、制御部710は、圧力制御弁630a〜630dを個別に制御して、回転数を減少させたい車輪回転用モータ３ａ〜３ｄに対応するブレーキ駆動用アクチュエータ640a〜640dによって制動をかけて回転数を減少させる。

また、上記ＳＤ１の判定の結果、ハンドル８の回転角度が０度のときは、左右の車輪を回転させる車輪回転用モータ３ａ〜３ｄへの電力供給量を等しく設定し（ＳＤ３）、各センサユニット100によって検出されたＹ軸方向（回転軸方向）の加速度値が０（ゼロ）になるように左右の車輪を回転させる車輪回転用モータ３ａ〜３ｄへの供給電力比率を調整する（ＳＤ４）。このように、Ｙ軸方向（回転軸方向）の加速度値が０（ゼロ）になるように供給電力比率を調整することにより、各車輪回転用モータ３ａ〜３ｄの特性の違いによって生じる回転数の違いやタイヤ２ａ〜２ｄの半径の違いによって引き起こされる車輌１の旋回運動を抑えて安定した走行を実現することができる。

尚、上記ＳＤ４の処理において、ヨーレートセンサ540から取得したヨーレート情報に基づいて車体の回転揺動が少なくなるように左右の車輪を回転させる車輪回転用モータ３ａ〜３ｄへの供給電力比率を調整するようにしても良いし、双方を併用することも可能である。

また、本実施形態では、センサユニット100の駆動電力をモニタ装置200から受信した電波の電気エネルギーによって賄ったが、センサユニット100に電池を設けておき、この電池から供給される電力によってセンサユニット100を駆動するようにしても良い。

本発明は上記実施形態のみに限定されることはなく、多種多様の電気自動車の制御に適用することが可能である。例えば、インホイールモータ以外のモータを用いた電気自動車、モータのみで制動可能なもの或いはモータのみでは制動不可能なもの、ハンドルの回転に追従して車輪角度が変化するもの、車輪角度が変化せず固定されているもの等の電気自動車に本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態における電気自動車の制御装置を示す概略構成図 本発明の一実施形態における電気自動車の油圧ブレーキ制御系を示す概略構成図 本発明の一実施形態における電気自動車の電気系回路を示すブロック図 本発明の一実施形態における加速度センサユニットの電気系回路を示すブロック図 本発明の一実施形態における受信ユニットの電気系回路を示すブロック図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図 図６におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図 図６におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを示す分解斜視図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサの電気系回路を示す構成図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを用いたＸ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを用いたＹ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを用いたＺ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図 本発明の一実施形態における回転角度センサの一例を示すブロック図 本発明の一実施形態における回転角度センサの電気特性を示す図 本発明の一実施形態における制御処理の全体を示すフローチャート 本発明の一実施形態における走行速度制御処理を示すフローチャート 本発明の一実施形態における走行速度減速処理を示すフローチャート 本発明の一実施形態における走行方向制御処理を示すフローチャート 本発明の一実施形態における時速２．５ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度変化を示す図 本発明の一実施形態における時速２０ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度変化を示す図 本発明の一実施形態における時速４０ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度変化を示す図 本発明の一実施形態における時速２．５ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度変化を示す図 本発明の一実施形態における時速２０ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度変化を示す図 本発明の一実施形態における時速４０ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度変化を示す図

符号の説明

１…車輌、２ａ〜２ｄ…タイヤ、３ａ〜３ｄ…車輪回転用モータ、４ａ〜４ｄ…車軸、５ａ〜５ｄ…センサ取付板、６…アクセルペダル、７…ブレーキペダル、８…ハンドル、100…加速度センサユニット、110…アンテナ、120…アンテナ切替器、130…整流回路、131,132…ダイオード、133…コンデンサ、134…抵抗器、140…中央処理部、141…ＣＰＵ、142…記憶部、150……発信部、151…発振回路、152…変調回路、153…高周波増幅回路、160…センサ部、161…Ａ／Ｄ変換回路、200…受信ユニット、210…輻射ユニット、211…アンテナ、212…発信部、220…受波ユニット、221…アンテナ、222…検波部、230…制御部、240…演算部、510…アクセルペダル踏み込み角度検出センサ、520…ブレーキペダル踏み込み角度検出センサ、530…ハンドル回転角度検出センサ、540…ヨーレートセンサ、620…マスターシリンダ、630a〜630d…圧力制御弁、640a〜640d…ブレーキ駆動用アクチュエータ、700…駆動制御部、710…制御部、720…モータ駆動部、730…操作部、１０…半導体加速度センサ、１１…台座、１２…シリコン基板、１３…ダイアフラム、13a〜13d…ダイアフラム片、１４…厚膜部、１５…重錘、18A,18B…支持体、181…外枠部、182…支柱、183…梁部、184…突起部、184a…突起部先端、31A〜31C…電圧検出器、32A〜32C…直流電源、Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4…ピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）。

Claims (7)

1. 車輪毎に別個の車輪回転用モータを備えた電気自動車の制御装置であって、
   各車輪に取り付けられ、車輪の回転方向の加速度と、回転軸方向の加速度と、回転軸に直交する方向の加速度とを検出して、各加速度の情報を出力する３軸加速度センサを有する複数のセンサユニットと、
   車両の旋回角度を設定する旋回角度設定手段と、
   所定の垂直軸に対して車体が回転する速度或いは角速度の何れか一方を検出し、検出結果のヨーレート情報を出力するヨーレートセンサと、
   アクセルペダルの踏み込み角度を検出して、該踏み込み角度の情報を出力する第１踏み込み角度検出センサと、
   ブレーキペダルの踏み込み角度を検出して、該踏み込み角度の情報を出力する第２踏み込み角度検出センサと、
   前記３軸加速度センサから出力された加速度情報と、前記旋回角度設定手段によって設定された旋回角度情報と、前記ヨーレートセンサから出力されたヨーレート情報と、前記第１踏み込み角度検出センサから出力されたアクセルペダルの踏み込み角度情報と、前記第２踏み込み角度検出センサから出力されたブレーキペダルの踏み込み角度情報とを入力し、これらの情報に基づいて各車輪を回転する車輪回転用モータの駆動制御を行う駆動制御手段とを備えている
   ことを特徴とする電気自動車の制御装置。
2. 前記駆動制御手段は、前記第１踏み込み角度検出センサによって検出された踏み込み角度に比例して前記車輪回転用モータへの供給電力を増加させる手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
3. 前記駆動制御手段は、前記旋回角度設定手段によって設定された旋回角度情報に基づいて、設定された旋回角度が０度のときは左右の車輪を回転させる車輪回転用モータへの電力供給量を等しく設定し、設定された旋回角度が０度以外のときは旋回方向側の車輪回転用モータへの電力供給量を旋回方向とは反対側の車輪回転用モータへの電力供給量よりも低く設定する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記旋回角度設定手段によって設定された旋回角度が０度のとき、前記ヨーレート情報に基づいて車体の回転揺動が少なくなるように左右の車輪を回転させる車輪回転用モータへの供給電力比率を調整する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
5. 前記駆動制御手段は、前記旋回角度設定手段によって設定された旋回角度が０度のとき、前記３軸加速度センサによって検出された回転軸方向の加速度が０になるように左右の車輪を回転させる車輪回転用モータへの供給電力比率を調整する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
6. 前記駆動制御手段は、前記３軸加速度センサによって検出された車輪の回転方向の加速度あるいは回転軸に直交する方向の加速度の何れかの加速度値の変化から車輪の単位時間あたりの回転数を検出し、該回転数を用いて車両走行速度を求める手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
7. 前記駆動制御手段は、前記３軸加速度センサによって検出された回転軸に直交する方向の加速度値に基づいて車両走行速度を求める手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。

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