JP2010088154A - 電動車両の減速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生充電制御を乗員の意思に基づいて行う。
【解決手段】ハンドルグリップ５Ａによるアクセル操作を行うものにおいて、ハンドルグリップ５Ａの操作方向を、アクセルグリップ５Ａがバネ力で自然に戻る自由点を境に加速側と回生側とに分ける。アクセルグリップ５Ａは加速側より回生側に操作する方が大きい操作トルクを要する。回生電流を車速とアクセル開度とに基づいて決定するマップを設ける。回生側にアクセル開度が大きくなるほど、かつ車速が大きくなるほど、回生電流を大きくする。アクセルグリップ５Ａを、回生側への大きく廻すほど、発生する回生エネルギを大きくするように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両の減速制御装置に関し、特に、ライダ（乗員）の意思で回生エネルギを制御することができる電動車両の減速制御装置に関する。

特許文献１には、アクセルグリップの回動操作量（スロットル開度）に応じて駆動モータで車輪を駆動する電動車両の駆動制御装置において、スロットル開度に応じた駆動トルクまたは回生トルクが得られるようにスロットル開度に応じた電流を駆動モータに供給するモータ電流制御手段を備えたものが提案されている。
特開平１１−２５７４７８号公報

特許文献１に記載された駆動制御装置では、スロットル開度によって出力を自動的に切り換えるものであるため、回生のための特別な操作がいらない反面、特に回生量を多くして積極的にバッテリを充電したい時や、回生充電の回生ブレーキで減速度を強めたい等、ユーザの意思を反映させることができない。

本発明の目的は、上記課題を解消し、乗員の意思で回生エネルギを制御することができる電動車両の減速制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、バッテリと、バッテリから供給される電力に基づいて車両の駆動力を発生する一方、減速時に回生エネルギを発生してバッテリを充電することができるモータとを有する電動車両の減速制御装置において、アクセル操作手段による操作角度を検出するアクセル開度検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操作角度および車速に応じて、前記モータへの供給電力制御およびモータから出力される回生エネルギによる充電制御を行うコントローラとを具備し、前記アクセル操作手段が、モータへの供給電力がゼロとなる全閉位置からさらに回生側に操作可能に構成されており、前記コントローラは、アクセル操作手段が前記回生側に操作されたことを検出したときに回生充電制御を行うように構成されている点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記コントローラが、アクセル操作手段が、前記回生側とは反対側の加速側において減速操作されたときにも回生エネルギを発生し、加速側での減速操作より、前記回生側へ操作されたときの方が、発生される回生エネルギ及び／又は制動が大きくなるように構成されている点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記コントローラが、前記アクセル操作手段が、回生側に操作されている場合、その操作量が大きいほど回生エネルギが大きくなるように構成されている点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記コントローラが、前記車速が大きいほど回生エネルギを大きくするように構成されている点に第４の特徴がある。

さらに、本発明は、前記アクセル操作手段は、回生側に操作するときに必要な操作力が、加速側に操作するときに必要な操作力より大きくなるように内部のばね手段のバネ定数が設定されている点に第５の特徴がある。

第１の特徴を有する本発明によれば、アクセル操作手段を全閉位置からさらに乗員が意識的に回生側に廻したときに回生充電制御が行われて車両が減速されるので、アクセルの通常操作の範囲では自動的に回生充電及びブレーキが制御されて手間がかからない上に、ユーザの意思で任意に回生充電及びブレーキを制御できる。

第２の特徴を有する本発明によれば、アクセル操作手段を回生側に廻した場合には、加速側領域で減速中に生じるより大きい回生エネルギを発生するので乗員が回生充電制御中であることを認識することができる。

第３の特徴を有する本発明によれば、乗員によるアクセル操作手段の操作量によって回生エネルギが決定されるので、乗員の意思に応じた車両の減速が可能である。

第４の特徴を有する本発明によれば、車速に応じて回生エネルギが得られるので、制動効果が大きい。

第５の特徴を有する本発明によれば、回生側にアクセル操作手段を廻すときには、加速時より大きいアクセル操作力を要求されるので、モータの駆動領域での操作と回生領域での操作の感覚が互いに異なり、乗員が、より一層明確な意思をもって回生充電制御への切り換えを行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る減速制御装置を備えた電動自動二輪車の側面図である。車体フレーム２は、ヘッドパイプ３から下後方に延びて、車体下方のアンダフレーム６に連結され、アンダフレーム６はさらに後方のリヤフレーム７に連結されている。

ヘッドパイプ３には、図示しないステアリングステムが回転自在に軸支されており、ステアリングステムの上部には操向ハンドル５が取り付けられ、下部には前輪ＷＦを回転自在に軸支するフロントフォーク４が取り付けられている。操向ハンドル５の車幅方向両端部には、筒状のハンドルグリップが取り付けられている。車幅方向右側のハンドルグリップは、車両の駆動力を調整する回動式のアクセル操作装置である。

車幅方向右側に配置されるハンドルグリップの回動角度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５０が設けられる。図２では、理解の容易のため、アクセル開度センサ５０は操向ハンドル５から離れた位置に図示されているが、後で詳細に説明するように、ハンドルグリップに近接して操向ハンドル５に取り付けられる。

また、ハンドルグリップやアクセル開度センサ５０を含むアクセル操作装置は、自動二輪車の駆動源であるモータの回生電力の調整にも使用される。操向ハンドル５の上部には、各種の計器類を含むメータユニット６０が配設される。

アンダフレーム６の後部に設けられたピボット９には、後輪ＷＲを回転自在に軸支するパワーユニット１０の前端部が軸支されている。パワーユニット１０は、その後部とリヤフレーム７とがリヤクッション８を介して連結されることで、ピボットを中心に上下揺動自在に車体に吊り下げられている。アンダフレーム６にはスタンド２２が連結されており、このスタンド２２は図示した格納位置においてパワーユニット１０の下面を覆うようになっている。モータ１１には、モータの回転数を検出するモータ回転速度センサ５１が設けられる。

リヤフレーム７の上部には、ヘルメット等を収容するための物入れ１６が設けられている。物入れ１６は、その収容物がモータ１１が発生する磁気による影響を受けないように、磁気をシールドする導電性樹脂等で形成されているのがよい。物入れ１６の開口部は、開閉式のシート１７で覆われ、シート１７の下方側は、薄板状の樹脂等で形成されたリヤカバー１５で覆われている。リヤカバー１５の前方下方に配設されるアンダカバー１４の内部には、モータ１１の駆動用電源であるバッテリ２０が配設されている。

ヘッドパイプ３の前方はフロントカバー１２で覆われており、フロントカバー１２の内部に、モータ駆動手段としてのドライバ１８、バッテリ２０の充電器１９、ＥＣＵ（コントローラ）３０が配設されている。バッテリ２０は、充電器１９を用いて家庭用の商業電源等で充電可能であり、自動二輪車１はこのバッテリ２０から供給される電力で運転される。加速時等には、バッテリ２０からモータ１１に給電して後輪ＷＲの駆動力を得る一方、減速時には、モータ１１を発電機として作動させる回生制御を実行して、発電電力でバッテリ２０充電する。このような構成において、ドライバ１８からの制御信号によってモータ１１の駆動制御および回生充電制御が行われる。

図３は、メータユニット６０の正面図である。メータユニット６０は、各種計器類が設けられたメータ基板を収容するメータハウジング６１と、メータハウジング６１の蓋をするクリアレンズ６２とを有する。メータ基板には、ほぼ中央に配置された速度計６３およびバッテリ残量計６４と、これらの周囲に配置される複数の表示灯とが設けられる。表示灯は、車両が一時停止した際などに点滅して主電源のオン状態を知らせるスタンバイ灯６９、車速が所定値以上に達すると点滅する速度警告灯６７、サイドスタンドが突出状態にあると点灯するサイドスタンド警告灯６８、車両のウィンカ装置（図示せず）と連動して点滅するウィンカ灯６６、モータ１１の回生時に点灯するチャージ灯７０、およびバッテリ残量が所定値以下になった時に点灯するバッテリ残量警告灯６５である。

なお、計器や警告灯類の種類や配置は、図３に示したものに限らず、変形が可能である。例えば、計器類を液晶表示するもので構成できる。自動二輪車１の乗員は、減速時等にチャージ灯７０が点灯することによって、モータ１１が回動制御中であることを認識できる。このチャージ灯７０は、回生充電制御時の回生量の大きさに応じて長さが変化する棒グラフ等で表示するものであってもよい。

図４は、操向ハンドルの長手方向に沿った面でのアクセル操作装置の断面図、図５は、図４の５−５位置での断面図である。図４、図５において、ハンドルグリップ５Ａの内周には、操向ハンドル５の外周に摺動可能な状態で適合するように内径が設定されたグリップパイプ４０が嵌合されて一体化されている。一方、ハンドルグリップ５Ａの端面（車体幅方向中央側の端面）に対向させて、操向ハンドル５にアクセル開度センサ５０が取り付けられる。

アクセル開度センサ５０は、センサハウジング４１内に収容されており、環状のセンサアウタ５０１と、センサアウタ５０１の内周に沿って摺動自在に係合されたセンサインナ５０２とからなる。センサアウタ５０１はセンサハウジング４１の下部分４１ａの内周に沿って位置決めされているので、周方向および軸方向での動きは制限されている。センサインナ５０２はセンサアウタ５０１に対して回動自在に設けられている。センサアウタ５０１内には可変抵抗器が収容されており、センサアウタ５０１側の接点上をセンサインナ５０２側のブラシが摺動し、互いの相対位置に対応した抵抗値を得ることができる。アクセル開度センサ５０の抵抗の両端には、一定電圧（５ボルト）が印加されており、ブラシの位置に応じた比率で、抵抗器の両端に印加されている電圧が分圧される。したがって、アクセル開度センサ５０は、この分圧された電圧をアクセル開度信号として出力する。

センサインナ５０２の内周側には、第１のリターンスプリング４２が配設され、グリップパイプ４０とアクセル開度センサ５０との間には、第２のリターンスプリング４３が配設される。アクセル開度センサ５０のセンサアウタ５０１とセンサインナ５０２から操向ハンドル５の中心軸に沿ってハンドルグリップ５Ａ側にストッパ４４、４５がそれぞれ突出している。

第１のリターンスプリング４２の一端（アクセルグリップ５Ａ側端部）はストッパ４４、４５の左側面（図５において）側に係合し、他端はセンサハウジング４１に形成されたストッパ溝４１０に係合するように配置される。第２のリターンスプリング４３の一端は、ストッパ４４、４５の右側面（図５において）側に係合し、他端はセンサハウジング４１に形成されたストッパ穴４１１に係合するように配置される。

グリップパイプ４０の端部にはフランジ４０１が形成されており、フランジ４０１には、周方向に長い長孔４０２が形成されている。この長孔４０２は前記センサインナ５０２のストッパ４５が嵌るように寸法が設定される。長孔４０２にストッパ４５の先端が嵌っているので、アクセルグリップ５Ａを回動させると、その動きにつれてセンサインナ５０２が回動して、センサアウタ５０１に対するセンサインナ５０２の相対位置が変化する。

第１のリターンスプリング４２は複数の巻き数で形成されているのに対し、第２のリターンスプリング４３は１巻きにも満たない巻き数で形成されている。すなわち、第２のリターンスプリング４３のばね定数が、第１のリターンスプリング４２のばね定数より大きくなるように設定されている。したがって、同一の回動力を、第１のリターンスプリング４３および第２のリターンスプリング４３に与えた時、第２のリターンスプリング４３の変形量は、第１のリターンスプリング４１の変形量より大きい。換言すれば、アクセルグリップ５Ａを図５の矢印Ａ側に一定量回動させる時よりも、矢印Ｂ側に同じ一定量回動させる時の方が大きい操作力を要するように設定してある。

図６は、アクセル操作装置の分解斜視図である。図６において、センサハウジング４１の下半分４１ａおよび上半分４１ｂの一方側には、操作ハンドル５が通過可能なように切り込み４１２（上半分４１ｂ側の切り込みは図示せず）が形成される。切り込み４１２を挟むようにして、センサハウジング４１の下部分４１ａにはねじ孔４１３、４１３が形成され、上部分４１ｂにはボルト通し孔４１４、４１４が形成されている。

センサハウジング４１の下半分４１ａには、アクセル開度センサ５０の下半分を収容するセンサ収容溝４１５とグリップパイプ４０のフランジとの干渉を回避するフランジ受け溝４１６が形成される。

組み立て時、アクセル開度センサ５０をセンサハウジング４１の下部分４１ａに上方から組み入れる。まず、第１のリターンスプリング４２をセンサインナ５０２内に収納する。なお、ハンドルグリップ５Ａは予めグリップパイプ４０に組み付けておく。次いで、アクセル開度センサ５０のストッパ４５とグリップパイプ４０の長孔４０２とを組み合わせる。このとき、第２のリターンスプリング４３をアクセル開度センサ５０とグリップパイプ４０との間に配置させる。

こうして、アクセル開度センサ５０とグリップパイプ４０とを組み立てた後、この組立体をセンサハウジング４１内に組み付ける。まず、センサハーネス５０３をセンサ収容溝４１５の底部に設けられているセンサ端子通し孔４１７に通して端子台５０４がセンサ端子通し孔４１７に嵌め、かつセンサアウタ５０１をセンサ収容溝４１５に嵌める。この作業と同時に、グリップパイプ４０のフランジ４０１がフランジ受け溝４１６に嵌る。最後にセンサハウジング４１の上部分４１ｂを下部分４１ａに組み付けて、図示しない２本のボルトをボルト通し孔４１４、４１４にそれぞれ通してねじ孔４１３、４１３にねじ込んで固定する。

図７は、減速制御装置を含む自動二輪車１の駆動系を示すシステム構成図である。図７において、コントローラ３０には、アクセル開度センサ５０の出力電圧と、モータ１１内に一体に組み入れられているロータセンサ４６により検出されたモータの回転角信号とが入力される。

さらに、コントローラ３０とモータ１１との間にはコントローラ３０の出力で制御されるドライバ１８が設けられる。ドライバ１８には、それぞれダイオードＤａ〜Ｄｆが並列接続された６個の電界トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆからなるブリッジ回路１８０と、予め記憶されているオン・オフデューティ比情報に基づいて前記ＦＥＴ群を制御し、モータ１１の固定子電流を順次切り換えていくスイッチング回路１８１とを備える。

コントローラ３０には、ＣＰＵ３０１、プログラムを格納したＲＯＭ３０２、および作業領域に使われるＲＡＭ３０３を備えている。ＲＯＭ３０１には、モータ回転数（車速を代表する）ＮＥとアクセル開度ＴＨとの関数として回生電流を設定した回生電流マップ（図１に関して後述）が格納される。

ドライバ１８には、さらに、電圧検出用の抵抗３０４と遮断器３０５と逆流防止ダイオード３０６および抵抗３０７とが設けられる。抵抗３０４を介してドライバ１９の電圧がコントローラ３０に入力される。

ドライバ１８はヒューズユニット４７を介してバッテリ２０に接続される。ヒューズユニット４７とコントローラ３０との間にはレギュレータ４８が設けられる。レギュレータ４８はバッテリ２０から印加される電圧をコントローラ３０の電源に適した電圧に調整する。さらにレギュレータ４８は、バッテリ電圧を検出して、満充電か否かに応じて、満充電の時は、遮断器３０５を開く一方、充電量が少ない時は遮断器３０５を閉じてバッテリ２０の充電量を制御する。

図１は、回生電流マップの一例を示す図である。図１において、ｘ軸にはアクセル開度ＴＨ、ｙ軸には回生電流Ｉ、ｚ軸には車速（ここでは、モータ回転数ＮＥで代表する）を示す。ｘ軸に示したアクセル開度ＴＨは、第１および第２のリターンスプリング４２、４３がいずれも撓まない遊び領域があり、この遊び領域からアクセル開度ＴＨが加速側に回動させる方向（＋側）と遊び領域からアクセル開度ＴＨが回生側に回動させられる方向（−側）とを設定してある。遊び領域の中間点を自由点とする。アクセルグリップ５Ａは、第１のリターンスプリング４２と第２のリターンスプリング４３の力がバランスする点であり、乗員がアクセルグリップ５Ａから手を放せば、アクセル開度はこの自由点に復帰する。

図１において、アクセル開度ＴＨを加速側に変化させた場合、モータ回転数ＮＥが上昇しても、回生電流Ｉは発生しない。加速側からアクセル開度ＴＨを回生側に変位させた場合、回生電流Ｉは回生側へのアクセル開度ＴＨが大きくなるにつれて、大きくなる。同じアクセル開度ＴＨにおいても、再生側ではモータ回転数ＮＥが上昇するにつれて、回生電流Ｉは大きくなるように設定してある。

図８は、アクセル開度が加速側に大きくなったときのセンサインナ５０２とリターンスプリング４２、４３の位置を示す図である。図８では、グリップパイプ４０が図中反時計方向に回動させられると、グリップパイプ４０はストッパ４５と係合しているので、ストッパ４５が反時計方向（加速側）に押される。その結果、第１のリターンスプリング４２が撓むとともに、センサアウタ５０１に対するセンサインナ５０２の位置が変化するので、アクセル開度センサ５０は大きくなる。このときのアクセル開度センサ５０の出力電圧に従って、予め設定してある駆動用のデューティ比でＦＥＴ１８ａ〜１８ｆをスイッチングしてモータ１１に駆動電流を流す。

図９は、アクセル開度が回生側に大きくなったときのセンサインナ５０２とリターンスプリング４２、４３の位置を示す図である。図９ではグリップパイプ４０が図中時計方向に回動させられると、グリップパイプ４０はストッパ４５と係合しているので、第２のリターンスプリング４３によりストッパ４５は時計方向（回生側）に押される。その結果、第２のリターンスプリング４２が撓むとともに、センサアウタ５０１に対するセンサインナ５０２の位置が変化するので、アクセル開度センサ５０は−側に大きくなる。このときのアクセル開度センサ５０の出力電圧に従って、図１の回生電流が得られるように、予めアクセル開度とモータ回転数との関数として設定してある回生電流デューティ比でＦＥＴ１８ｄ〜１８ｆをスイッチングして回生運転を行う。

第１のリターンスプリング４２より第２のリターンスプリング４３のバネ定数が大きいので、自由点を過ぎて回生側にハンドルグリップ５Ａを回動させる際には大きい操作力が必要である。このために、乗員は、回生充電制御を行っていることを意識することができる。

図１０は、モータ１１の制御処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、アクセル開度ＴＨを読み込む。ステップＳ２では、ロータセンサ４６から回転角度を読み込み、モータ回転数を算出する。ステップＳ３では、アクセル開度ＴＨが図１の回生側にあるか加速側にあるかを判断する。加速側にあれば、ステップＳ４で、駆動デューティ比テーブルを参照してモータ１１の駆動デューティ比を読み出す。ステップＳ５では、読み出された駆動デューティ比でＦＥＴ１８ａ〜１８ｆをスイッチング回路１８１でオンオフしてモータ１１に通電する。こうして自動二輪車１の車速制御がなされる

ステップＳ３で、アクセル開度ＴＨが回動側にあると判断されたときは、ステップＳ５に進んで、回生電流マップからアクセル開度ＴＨとモータ回転数ＮＥとで抽出される回生電流を読み出して、回生デューティ比を決定する。ステップＳ７では、この回生デューティ比に従ってスイッチング回路１８１のＦＥＴ１８ｄ〜１８ｆをオン・オフ制御する。

回生充電制御では、ＦＥＴ１８ａ〜１８ｃの駆動パルスのデューティ比はゼロにし、ＦＥＴ１８ｄ〜１８ｆの駆動パルスを回生電流マップに対応するデューティ比とする。これによって、ＦＥＴ１８ｄ〜１８ｆは回生デューティ比に応じてオン・オフ制御されてモータ１１に発生した起電力でバッテリ２０が充電される。

レギュレータ４８は、バッテリ２０の電圧が所定値より高い場合は、充電を中断するため遮断器３０５を付勢してモータ１１の発生電流がバッテリ２０に供給される回路を遮断する。

この実施形態によれば、アクセルグリップ５Ａを回生側に廻すことにより、大きい回生電流が発生されるので、乗員が意識的に操作した場合に回生エネルギが生じて減速方向の重力加速度Ｇがかかる。したがって、アクセルの通常操作の範囲では自動的に回生充電及びブレーキが制御されて手間がかからない上に、ユーザの意思で任意に回生充電及びブレーキを制御できる。

なお、本実施形態では、モータ１１を駆動輪に直結する構成を想定した説明したが、モータにベルト式無段変速機を連結し、この無段変速機を介して駆動輪にモータ１１を連結する形式の電動自動二輪車であってもよい。無段変速機を採用している自動二輪車では、アクセル開度が回生側に操作された場合は、無段変速機をローレシオ側に移動させてブレーキ効果を高めるのがよい。この場合も、乗員が意識的に操作した結果ブレーキがかかるので、乗員は想定された範囲のものとして受け入れることができる。

本発明の一実施形態に係る減速制御装置で使用される回生電流マップの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る減速制御装置を備えた自動二輪車の側面図である。 メータユニットの正面図である。 アクセル操作装置の断面図である。 図４の５−５位置での断面図である。 アクセル操作装置の分解斜視図である。 減速制御装置を含む自動二輪車の駆動系システム構成図である。 アクセル開度が加速側に大きくなったときのアクセル開度センサとリターンスプリングとの位置を示す図である。 アクセル開度が回生側に大きくなったときのアクセル開度センサとリターンスプリングとの位置を示す図である。 減速制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…自動二輪車、 ５…操向ハンドル、５Ａ…ハンドルグリップ、 １１…モータ、 １８…ドライバ、 ２０…バッテリ、 ３０…コントローラ、 ４１…センサハウジング、 ４０…グリップパイプ、 ４２…第１のリターンスプリング、 ４３…第２のリターンスプリング、 ４４、４５…ストッパ

Claims (5)

1. バッテリと、バッテリから供給される電力に基づいて車両の駆動力を発生する一方、減速時に回生エネルギを発生してバッテリを充電することができるモータとを有する電動車両の減速制御装置において、
   アクセル操作手段による操作角度を検出するアクセル開度検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記操作角度および車速に応じて、前記モータへの供給電力制御およびモータから出力される回生エネルギによる充電制御を行うコントローラとを具備し、
   前記アクセル操作手段が、モータへの供給電力がゼロとなる全閉位置からさらに回生側に操作可能に構成されており、
   前記コントローラは、アクセル操作手段が前記回生側に操作されたことを検出したときに回生充電制御を行うように構成されていることを特徴とする電動車両の減速制御装置。
2. 前記コントローラが、アクセル操作手段が、前記回生側とは反対側の加速側において減速操作されたときにも回生エネルギを発生し、加速側での減速操作より、前記回生側へ操作されたときの方が、発生される回生エネルギ及び／又は制動が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動車両の減速制御装置。
3. 前記コントローラが、前記アクセル操作手段が、回生側に操作されている場合、その操作量が大きいほど回生エネルギが大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電動車両の減速制御装置。
4. 前記コントローラが、前記車速が大きいほど回生エネルギを大きくするように構成されていることを特徴とする請求項３記載の電動車両の減速制御装置。
5. 前記アクセル操作手段は、回生側に操作するときに必要な操作力が、加速側に操作するときに必要な操作力より大きくなるように内部のばね手段のバネ定数が設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動車両の減速制御装置。

Images