公立はこだて未来大学 2011 年度 システム情報科学実習
グループ報告書
Future University Hakodate 2011 System Information Science Practice
Group Report
プロジェクト名
モノを動かすソフトウェアプロジェクト
Project Name
Applied Embedded System
グループ名
電気自動車班 (A)
Group Name
Electric Vehicle Group(A)
プロジェクト番号/Project No.
15-A
プロジェクトリーダ/Project Leader
1009030
小牧真幸
Mayuki Komaki
グループリーダ/Group Leader
1009030
小牧真幸
Mayuki Komaki
グループメンバ/Group Member
1009030
小牧真幸
Mayuki Komaki
1009025
大村駿介
Shunsuke Omura
1009160
新田健人
Kento Nitta
1009194
神翔太朗
Shotaro Jin
1009216
田中智洋
Tomohiro Tanaka
1009223
山本康太
Kouta Yamamoto
指導教員
長崎健
佐藤仁樹
Advisor
Takeshi Nagasaki Hideki Sato
提出日
2012 年 1 月 18 日
Date of Submission
Janualy 18,2012
概要
電気自動車班では, 人間が安全に乗車できる電気自動車を製作した. フレームサイズは縦
100cm, 横 50cm, 高さ 56cm, 全体の重量は人間が乗車した状態で 110kg を想定した. 動力に
はブラシレスモーターを使い, 12V のバッテリーを搭載した. 約 30 分の移動が可能である. マ
イコン (SUZAKU-V）を使った PWM 制御により三相交流を発生し, ブラシレスモーターを
制御した. また, 前輪部分にも同様のモーターを使い, 移動方向をマイコンで制御するシステム
を構築した.
キーワード
電気自動車, マイコン, ブラシレスモーター, PWM 制御
（※文責: 小牧真幸）
-i-
Abstract
The electric vehicle group made an electric vehicle that a person can drive safely. The
frame size of the vehicle is 100cm deep, 50 cm wide, and 56 cm high. The total weight
is 110 kg. We used a brushless motor, and a 12V battery. The vehicle can move for
30 minutes. The brushless motor was controlled by a three-phase alternating current
that was generated on the basis of PWM control using a microcomputer (SUZAKU-V).
A brushless motor was also used for the front wheel so that SUZAKU-V controled the
direction.
Keyword
Electric vehicle, microcomputer, brushless moter, PWM control
（※文責: 小牧真幸）
- ii -
目次
背景
1
1.1
該当分野の現状と従来例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2
現状における問題点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.3
課題の概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
到達目標
2
第1章
第2章
2.1
本プロジェクトにおける目的
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2.2
通常の授業ではなく, プロジェクト学習で行う利点 . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2.3
具体的な手順・課題設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2.4
課題の割り当て . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
課題解決のプロセスの概要
4
3.1
仕様の設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
3.2
活動スケジュールについて . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
課題解決のプロセスの詳細
7
担当課題解決過程の詳細 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
第3章
第4章
4.1
4.2
第5章
4.1.1
小牧真幸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
4.1.2
大村駿介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
4.1.3
新田健人 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
4.1.4
神翔太朗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
4.1.5
田中智洋 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
4.1.6
山本康太 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
担当課題と他の課題の連携内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2.1
小牧真幸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2.2
大村駿介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2.3
新田健人 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2.4
神翔太朗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
4.2.5
田中智洋 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
4.2.6
山本康太 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
前期活動内容
20
5.1
フレーム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
5.2
前輪可動部分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
5.3
モーター . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
5.4
バッテリーの選定
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
5.5
制御システムの開発 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
後期活動内容
25
第6章
- iii -
6.1
フレーム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
6.2
ブレーキ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
6.3
前輪可動部分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
6.4
後輪 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
6.5
回路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
6.6
モーター . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
6.7
バッテリー・充電器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
6.8
SUZAKU-V およびプログラム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
結果
53
7.1
プロジェクトの結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
7.2
成果の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
第7章
7.3
7.2.1
フレーム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
7.2.2
ブレーキ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
7.2.3
前輪 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
7.2.4
後輪 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
7.2.5
回路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
7.2.6
モーター . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
7.2.7
バッテリー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
7.2.8
充電器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
7.2.9
SUZAKU-V およびプログラム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
担当分担課題の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
7.3.1
小牧真幸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
7.3.2
大村駿介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
7.3.3
新田健人 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
7.3.4
神翔太朗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
7.3.5
田中智洋 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
7.3.6
山本康太 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
第8章
今後の課題と展望
67
付録 A
新規習得技術
68
付録 B
活用した講義
69
付録 C
アンケート結果
70
参考文献
73
- iv -
Applied Embedded System
第1章
1.1
背景
該当分野の現状と従来例
私たちが普段利用している機器の多くは組み込みシステムで動いており, 電気自動車もそのうち
の 1 つである. 電気自動車は, 従来のガソリン自動車と比較すると化石燃料を直接消費せず排気ガ
スを出さない地球環境に優しい車として注目されている. プリウスのようなハイブリッド車は回生
ブレーキを搭載して, 効率よく走ることもできる.
（※文責: 大村駿介）
1.2
現状における問題点
従来の電動レーシングカートでは前輪とステアリング機構が電気的に繋がっていないためソフト
ウェアでの制御が難しい. よって, ステアリング機構をゲームコントローラーなどでソフトウェア
によって制御することができればこの問題が解決できると考えた. また, 回生ブレーキを搭載する
ことができれば, エネルギーを効率よく利用して走ることができるようにもなる.
（※文責: 大村駿介）
1.3
課題の概要
本プロジェクトでは組み込みシステムを用いる電気自動車を開発し, 組み込み技術の基礎・知識
を習得する. 「安全に移動ができる」, 「エネルギーの効率的利用」, この 2 つの条件を満たす安全
性に優れ, 回生ブレーキを搭載したソフトウェア制御の 1 人乗り電気自動車の製作を行う.
（※文責: 大村駿介）
Group Report of 2011 SISP
-1-
Group Number 15-A
Applied Embedded System
第 2 章 到達目標
本プロジェクトにおける目的
2.1
人間が乗車できる電気自動車の製作を目的とし, 電気自動車本体の機構と電子制御を学ぶ. 具体
的には, 人を乗せて走ることに耐えうるフレームの設計, ハンドルとアクセル, ブレーキなどの操作
インターフェースの実装, ステアリングを含む動力部分のモーターコントローラーの開発となり,
それぞれ電気自動車の機械的な構造設計, 制御回路の制作, 組み込みシステムの開発を行った.
（※文責: 新田健人）
通常の授業ではなく, プロジェクト学習で行う利点
2.2
本課題では, 車体の設計や車体の制御, 回路の作成, プログラムの作成など学ぶ内容の分野が多岐
にわたる. よって複数の人間で役割を分担し, 個人が特定の分野の作業を行うことにより, 作業の効
率化やより詳細な知識の習得を図ることができる. また, 通常の授業では個人の知識や技術につい
て講義・演習形式で学ぶが, 本課題は共同作業を行う時間が多く, 学ぶ分野が複数あるため通常の
授業よりプロジェクト形式の方が向いている.
（※文責: 田中智洋）
具体的な手順・課題設定
2.3
最終目標とする電気自動車の仕様を決定し, 必要な作業ごとに複数のグループを設けた. 電気自
動車の筐体や機械的な機構を設計するハードウェアと, モーターや操作系統などの電子制御を行う
ソフトウェアの２つに分かれ, 必要に応じてその中でさらに細かく作業を分担する. 初めにグルー
プごとに各機能を実現し, その後必要に応じてグループ間の連携を行いつつ最終目標に近づけて
いく.
（※文責: 小牧真幸）
課題の割り当て
2.4
自動車に実装する機能の考察はグループメンバー全員で行った. 各メンバーに割り当てた課題内
容を以下に記す.
(前期)
・本体の設計 (小牧真幸)
素材の選定, フレームの設計, 発注リストの作成
Group Report of 2011 SISP
-2-
Group Number 15-A
Applied Embedded System
・前輪可動部分の設計 (神翔太朗)
前輪可動部分の考察, 部品の選定, ハンドル制御の考察, 前輪部分の設計.
・後輪部分の設計 (神翔太朗, 山本健太)
後輪部分の考察, 部品の選定, 後輪部分の設計.
・駆動部分の考察 (田中智洋, 山本康太)
モーターの選定, 三相交流の解析, ブラシレスモーターの考察.
・制御システムの開発 (新田健人, 大村駿介)
マイコンの選定, 制御方法の考察.
(後期)
・フレームの設計と製作 (小牧真幸)
前期時に発注したフレームの組み立てと調整.
・前輪可動部分の設計と組み立て (神翔太朗)
前輪可動部分の設計の続きと発注, 組み立て, 調整.
・後輪部分の設計と組み立て (神翔太朗, 山本健太)
後輪部分の設計の続きと発注, 組み立て, 調整.
・ブレーキ部分の設計と製作 (小牧真幸)
後期から新たにブレーキの設計および製作.
・モーターの製作と研究 (田中智洋, 山本康太)
モーターの発注と, 製作, 回路とソフトウェアの監督.
・回路の製作 (大村駿介, 小牧真幸)
モーター製作と研究班から仕組みを学ぶ, 適切に動作する回路の製作.
・ソフトウェア設計とプログラムの製作 (新田健人, 大村駿介)
モーター製作と研究班から仕組みを学ぶ, 適切に動作するプログラムの製作.
（※文責: 神翔太朗）
Group Report of 2011 SISP
-3-
Group Number 15-A
Applied Embedded System
第 3 章 課題解決のプロセスの概要
3.1
仕様の設定
電気自動車の開発にあたり, まず最初に最終目標成果物の仕様検討を行った. 以下に設定した仕
様の概要を示す.
電気自動車には人間が 1 人乗れることを想定して製作する. 日本人成人男性の平均的な身長
170cm, 体重 60kg を想定する.
株式会社 NIC オートテックの ALFAFRAME を使い筐体のフレームを組み上げた. （縦 100cm,
横 50cm, 高さ 56cm）フレームに前輪のハンドル部分と後輪の駆動部分を前後に配置した. 駆動と
ハンドル制御にはそれぞれブラシレスモーターを使う. ブラシレスモーターの制御にはマイコン
(SUZAKU-V) を使い回路を介して接続される.
上記の目的を達成するために以下のグループに分かれた.
フレームの設計と製作
人が乗ることのできる電気自動車フレームを製作する.
前輪可動部分の設計と製作
ステアリング部分の設計と製作をする.
駆動部分の設計と製作
後輪駆動部分の設計と製作をする.
ブレーキ部分の設計と製作
モーターの制御とは別にハードウェアで物理的に制動する機構を製作する.
回路の製作
モーターの動作, マイコンと連携できる回路を製作する.
モーターの製作と研究
モーターの動力機構について学び, モーター製作を行う.
ソフトウェア設計とプログラムの製作
ステアリングと駆動部分の制御を行うプログラムを製作する.
（※文責: 小牧真幸）
Group Report of 2011 SISP
-4-
Group Number 15-A
Applied Embedded System
3.2
活動スケジュールについて
(前期)
前期では, まずプロジェクト全体で電気自動車班とラジコンヘリ班にグループ分けを行っ
た. 電気自動車班では, さらに機能別にグループ分けを行い, スケジュールを決定した. 最終
成果物の実装機能や, 車体の形を決め, 使う部品の選定を行った. ハードウェアの発注を本来
6 月中に行う予定でいたが, 中間発表までに発注することができなかった. 前期を通して, 設
計を行った. 中間発表の 1 週間以上前から資料を作り始め, ポスターも製作していたが全体
の発表練習をする時間がほとんど取れなかった.
(後期)
後期では, 前期での遅れも踏まえてスケジュールと最終成果物仕様の再選定をした. スケ
ジュールをたてる際には, 取りこぼしがないように以下のような図 3.1 を作成した.
プロジェクト内の連絡手段
プロジェクト全体の連絡手段として, 「無料コラボレーションツール サイボウズ Live」を
5 月に導入した. 無料で電気自動車班のグループウェアを持つことができ, グループスペー
スを作成することでメンバー限定の情報共有が簡単に実現できる. メールで情報を伝達しよ
うとすると, プロジェクトリーダーから各メンバーへ伝える形になる. この場合, リーダー
と連絡を取り合っていない他のメンバーが, どのような内容の連絡を取り合っているのかを
知ることが困難である. しかし, サイボウズ Live 内の掲示板を使い, 相互に情報が共有でき
る環境を作ることができた. また, 共有フォルダと呼ばれるファイルサーバーをサイボウズ
Live では備えている. これにより, 活動時間外のメンバー同士のファイルの受け渡しがス
ムーズに行えた.
Group Report of 2011 SISP
-5-
Group Number 15-A
Applied Embedded System
図 3.1
活動スケジュール
画像処理機能や, 回生機能を省いた前後左右に動くものを目的とし, 計画を立てた. フレー
ムの発注は 8 月中にできていたため, 後期が始まった 10 月には完成できた. 回路部品の発注
や全後輪の発注を 10 月から 11 月にかけて行い, 11 月上旬から回路の製作に入ることがで
きた. 回路については, 11 月中旬からマイコンとの調整に入ることができ, 最終発表時には
動かすことができた. しかし, 前後輪の部品の到着が遅れと間違いがあり, 前輪部分を最終発
表に完全な形で出すことができなかった.
（※文責: 小牧真幸）
Group Report of 2011 SISP
-6-
Group Number 15-A
Applied Embedded System
第4章
課題解決のプロセスの詳細
担当課題解決過程の詳細
4.1
4.1.1
小牧真幸
小牧真幸の担当課題は以下のとおりである.
(前期)
4 月： 企画
5 月： グループ分け スケジュール決定 モーター・マイコン・バッテリーの選別
6 月： 役割分担 フレームの設計
7 月： 中間発表準備
4 月： 企画の立案
企画の立案を行い, 自動車班ともう一つの班に分けた.
5 月： グループ分け スケジュール決定 部品の選定
基本的な実装機能や, 車体の形を決め. 使う部品の選定を行った. ある程度の枠組みを決
め, スケジュールを立てた.
6 月： 役割分担 フレームの設計
株式会社エスイーシーの方々によるハードウェア・ソフトウェアの講義を受け, 基礎知識
を身に付けた. 目標とする最終成果物が決定したため, メンバーに担当を割り振り, 各自設計
と調査を始めた. 企画の段階で決定事項, 基本方針を整理し, フローチャートを用いて各機能
の処理の流れを確認した. また, 後期実装する予定を立てた.
7 月： 中間発表準備
設計した内容を分かりやすいように GoogleSketchUp8 を使って 3D の図を作成した. ま
た, 各グループの資料をまとめ, 理解しやすいように整えた. 全ての担当分野の資料をまとめ
ることで, プロジェクト全体の詳細を理解できた.
(後期)
8 月： フレームの発注
9 月： フレームの組み立てと再発注 後期スケジュールの作成
10 月： ブレーキの設計 フレームの再組み立て
11 月： ブレーキの取り付け 回路の製作
12 月： メイン, サブポスターの作成 ホール IC の読み取り
1 月： ホール IC の読み取り
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 15-A
Applied Embedded System
8 月： フレームの発注
前期時, 中間発表までに発注できていなかったフレームの発注を行った. 8 月上旬から手
直しを行い, 下旬に最終的な発注書を提出することができた.
9 月： フレームの組み立てと再発注 後期スケジュールの作成
前期時の計画から大幅に遅れていたため, 機能を絞ったスケジュールを作成した. その際
に図を作成し, 取りこぼしのないように計画した. また, 前期とは異なり, 先のスケジュー
ルを決定できない場合にいつまでに決定できるかを決め, 随時更新した. 8 月に発注したフ
レームが納品されていたため, 組み立てを行った. そこで改善点が見られたため, 再発注をし
た.
10 月： ブレーキの設計 フレームの再組み立て
ソフトウェアでモーターの回転制御を行うブレーキとは別に自転車のブレーキを流用した
ハードウェアのブレーキを設計した. 前後輪の設計と調整しながら設計した.
11 月： ブレーキの取り付け 回路の製作
ブレーキの発注を上旬にしたため, 下旬に納品された. 取り付けに若干難があったものの
無事取り付けすることができた. 回路図が完成したため, 効率よく配線できるように配置図
を作成した後に実際に配線を行った. 何度もテストを繰り返し 1 週間程で回路が完成した.
次にマイコン班と調整を始めた.
12 月： メイン, サブポスターの作成 ホール IC の読み取り
電気自動車班と, ラジコンヘリ班を含めたメインポスターの作成と, 電気自動車班のサブ
ポスターの作成を行った. サブポスターとメインポスターの色使いや, フォントサイズがば
らばらにならないようにラジコンヘリ班と調整した. 最終発表前日まで製作していたため,
発表練習を十分にすることができなかった. しかし, 前日にモーターを動かすことに成功し
たため, 最終発表ではモーターを動かすデモを行うことができた.
1 月： ホール IC の読み取り
電気自動車にモーターを搭載する際には, 負荷がかかるためホール素子からの情報が不可
欠である. そのため, ホール IC の読み取りを行った.
（※文責: 小牧真幸）
4.1.2
大村駿介
大村駿介の担当課題は以下のとおりである.
(前期)
4 月： 企画
5 月： グループ分け スケジュール決定 モーター・マイコン・バッテリーの選別
6 月： 役割分担 マイコンによる制御システムの開発
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 15-A
Applied Embedded System
7 月： 中間発表準備
4 月： 企画の立案
何を作りたいのかを話し合い, その結果, 電気自動車班とラジコンヘリ班の 2 つに意見が
割れた. 5 月にお互いに納得させるプレゼンテーションを行った.
5 月： グループ分け スケジュール決定 部品の選定
プレゼンテーションを行った結果, 電気自動車班とラジコンヘリ班の 2 つの班に分かれた.
さらに電気自動車に用いるモーター, マイコン, バッテリーを選定した.
6 月： 役割分担 フレームの設計
電気自動車班の中からもさらに班分けを行い, 制御班に所属になった. SUZAKU-V と呼
ばれるマイコンを用いて制御システムの開発を行い, タイマ割り込みができるように構築を
した.
7 月： 中間発表準備
前期の成果を資料にまとめた. 完成した資料を目に通すことで自動車班内の他のメンバー
がやってきた成果を知ることができた.
(後期)
9 月： スケジュールの決定 回路部品の在庫調査 バッテリー・充電器の選定
10 月： 注文書の作成 回路図の勉強
11 月： 配置図製作 回路製作
12 月： 回路製作 最終発表準備
9 月： スケジュールの決定 回路部品の在庫調査 バッテリー・充電器の選定
前期で遅れていた部分の繰越し, 今後の予定を確認し合い後期のスケジュールを決定した.
前期も制御班に所属していたが仕事内容が SUZAKU-V の制御システム開発から回路製作
に変更した. 回路製作を行うにあたり, 未使用の部品から過去の先輩が基盤に用いた部品ま
での残りの在庫を確認した. また, 前期に引き続きバッテリーの選定をし, 加えて充電器の選
定を行った.
10 月： 注文書作成 回路図の勉強
バッテリー, ボリュームなどハードウェア部分の注文書を作成. また, 回路図の読み方の学
習を始めた.
11 月： 配置図作成 回路製作
どこに部品を置くかレイアウトした配置図の作成, 配置図・回路図を元に回路の製作を
行った.
12 月： 回路製作 最終発表準備
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 15-A
Applied Embedded System
11 月に引き続き回路の製作を行った. 最終発表準備では一部分のスライド製作を行った.
（※文責: 大村駿介）
4.1.3
新田健人
新田健人の担当課題は以下のとおりである.
(前期)
4 月： 企画 リスク考察
5 月： グループ分け スケジュール決定 利用機材や部品の選択
6 月： 役割分担 SUZAKU-V 開発手法の習得
7 月： 中間発表準備
4 月： 企画
何を作りたいのか, 何をしたいのかを話し合い, その実現方法と安全性のリスクを挙げて
企画を練り上げた. 企画を考えるにあたって, 株式会社エスイーシーの担当者の方からシス
テムの設計開発における流れや手法を学んだり, 企業見学を通してシステム設計の現場の雰
囲気を学んだりした.
5 月： グループ分け スケジュール決定 利用機材や部品の選択
最初に, 製作するものによって大きく 2 つのグループに分けた. その後, それぞれのグルー
プで何月にどこまで開発を進めるかなどのスケジュールを決めた. また, 自分の所属した電
気自動車班では, 制作する電気自動車に利用するモーターや電源, マイコンなどの機材の選
択をした.
6 月： 役割分担 SUZAKU-V 開発手法の習得
それぞれのグループの中で, 役割ごとに担当者を決めた. 電気自動車班では, ハードウェ
アやソフトウェアなどの担当する作業によって細かくグループ分けをした. 自分はソフト
ウェアの担当になり, 制御システムを開発することとなった. 自分の従事した具体的な作業
は SUZAKU-V を用いた組み込みシステムの開発手法習得で, これにより割り込み処理の基
礎や SUZAKU-V の基本的なアーキテクチャを学ぶことができた. また, 技術習得の一環と
して, 割り込み処理を用いた簡単なプログラムの製作を行った.
7 月： 中間発表準備
これまでの課題プロセスや成果を資料にまとめ, 中間発表に備え本番に臨んだ.
(後期)
8 月： モーター制御プログラムの概要考察
9 月： SUZAKU-V 開発手法の復習
10 月： モーター制御アルゴリズムの設計
11 月： モーター制御プログラムの実装 SUZAKU-V の FPGA 内部回路設定
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12 月： 発表用デモプログラムの実装
1 月： ホール IC 読み取りプログラムの実装 ボリューム読み取り用 AD 変換プログラムの実装
8 月： モーター制御プログラムの概要考察
モ ー タ ー 担 当 者 の 調 べ た 三 相 交 流 ブ ラ シ レ ス モ ー タ ー の 仕 組 み と, 前 期 に 学 ん だ
SUZAKU-V のアーキテクチャや組み込みシステムの開発手法をもとに, モーター制御
プログラムの概要を考察する事で, 後期の本格的な制御システムの実装に備えた.
9 月： SUZAKU-V 開発手法の復習
後期の活動時に, よりスムーズに開発を進められるようにするため, SUZAKU-V 開発手
法の復習と更なるスキルアップを試みた. 具体的には, UART 割り込みとタイマ割り込みを
用い, コンソールを用いたシリアル通信でデータを送受信し, 文字の表示と操作が可能なス
トップウォッチの制作を行った. 割り込み処理のより深い理解と, SUZAKU-V でのシステ
ム開発に慣れるために制作したテストプログラムのため, このプログラム自体は電気自動車
に直接関連性はないが, この開発を通して SUZAKU-V 開発手法の復習をすることができ
た.
10 月： モーター制御アルゴリズムの設計
モーター担当者と協力し, 2 種類存在する三相交流ブラシレスモーターの配線の内, 今回使
用するモーターの Y 結線に合わせた三相交流を発生させるための MOS-FET の切り替えパ
ターンを, SUZAKU-V のプログラム上で実装することができるようなアルゴリズムにまと
めた.
11 月： モーター制御プログラムの実装 SUZAKU-V の FPGA 内部回路設定
モーター制御のための変圧用 PWM 信号と三相交流変換用 MOS-FET のスイッチングパ
ターン信号の出力, AD コンバーターに送るコンバートスタート信号の出力, 返ってくるボ
リュームの値のデジダルデータ信号入力のため, 機能ごとにそれぞれ GPIO を追加し, 回路
図に合わせたピンアサインの設定を行った. また, 変圧用 PWM 信号は直接ソフトウェアで
切り替えずに, TIMER モジュールを利用して切り替えるため, PWM 信号用の TIMER モ
ジュールと GPIO の接続も行った.
これらの FPGA 内部回路設定を利用して, 実際にモーターを制御するための三相交流を
生成するプログラムを実装した.
12 月： 発表用デモプログラムの実装
モーターが回っている様子を最終発表会で紹介するために, モーター制御プログラムを調
整した. 具体的には, PWM 信号の周波数をタイミングよく変調することで, モーターから
発生する PWM 共鳴音の音階を変調し, モーターが軸を回しながらメロディを奏でるプログ
ラムの実装を行った.
1 月： ホール IC 読み取りプログラムの実装 ボリューム読み取り用 AD 変換プログラムの実装
AD コンバーターに変換を開始するためのコンバートスタート信号を出力し, 返ってきた
ボリュームの値のデジタル信号を読み取るプログラムの実装を行った. また, モーターに内
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蔵されたホール IC のデジタル信号を読み取るプログラムの実装も行った.
（※文責: 新田健人）
4.1.4
神翔太朗
神翔太朗の担当課題は以下のとおりである.
(前期)
4 月： 企画
5 月： 要求定義 企業訪問 回生機能の設計
6 月： 役割分担 前輪可動部分の設計
7 月： 前輪可動部分の設計 中間発表準備
4 月： 企画
本プロジェクトでの製作物をプロジェクト全体で決め, その結果グループ A の電気自動車
班とグループ B ラジコンヘリ班に別れ基本方針を議論した. その結果, 自動車班では人が乗
れる回生機能を搭載したソフトウェア制御の電気自動車の製作が決定した.
5 月： 要求定義 企業訪問 回生機能の設計
要求定義では電気自動車に必要な条件として, 人が乗れるサイズで重量にも耐えることの
できる車体, ソフトウェア制御で行うため制御に必要な装置, ソフトウェアで制御する部分
としない部分の区別, 安全をソフトウェア制御で行うための自動運転制御, この制御を行う
ために必要な画像処理機能, 回生ブレーキによるエネルギーの再利用が挙げられた.
企業訪問では函館市内に本社のある株式会社エスイーシーへ訪問した. 組み込みソフト
ウェアやハードウェアの開発, 設計の工程を学んだ.
回生機能の設計では回生機能を行うため, 回生ブレーキがどの様な構造になっていて, ど
の程度の電力が回生エネルギーから得られるのかの考察を行った. 詳細な実装方法や設計は
行っておらず, おおまかな構造の考察のみとなった.
6 月： 役割分担 前輪可動部分の設計
役割分担ではフレーム設計, 前輪可動部分の設計・制御, モーターの考察・制御, 制御装置
の考察・実装の 4 つに役割を分担した. この 4 つの役割が電気自動車を製作する上で最も重
要となり, 考察・設計・実装にそれぞれ異なる専門知識を学ばなければならないため, この様
な分担となった.
前輪可動部分の設計では主にハンドルの制御や前輪の構造・制御の考察を行った. ハンド
ル制御の考察, 前輪の構造の設計や部品の選定が詳細な内容となる. 前輪には土木作業用の
一輪車に使われているタイヤを採用し, ハンドルには市販されているゲームのステアリング
コントローラーを採用した. 前輪を可動させる機構にはラック＆ピニオン式を採用し, アッ
カーマン・ジャントーの理論を元に設計や部品の選定を行なった. アッカーマン・ジャン
トーとは一般の自動車に用いられている理論で, 旋回時に外輪より内輪の傾く角度を大きく
することにより自動車が滑らかに旋回することができる理論である. 設計には企業の方や担
当教員にアドバイスをいただき, 考察を進めた.
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7 月： 前輪可動部分の設計 中間発表準備
前輪可動部分の設計は 6 月に行った考察を元に詳細な部品の選定を行い, 前輪可動部分の
設計図 (三面図) の製作を始めた. また, 発注に必要な部品をリスト化し, 発注希望書の製作
も始めた.
中間発表準備では今まで考察を行った前輪可動部分の資料を, 中間発表で使用するために
まとめ直した. この資料を元にスライドを製作し, 発表内容の考察を行った. また, 発表の練
習も繰り返し行なった.
(後期)
9 月： 前輪可動部分の設計 後輪部分の設計
10 月： 前輪可動部分と後輪部分の発注 発注書類の訂正 AD コンバーターの仕様書の翻訳
11 月： 追加発注と追加加工の発注 前輪可動部分と後輪部分の組み立て
12 月： 前輪可動部分と後輪部分の調節 最終発表準備
9 月： 前輪可動部分の設計 後輪部分の設計
前輪可動部分の設計では前期の続きを行った. 部品の仕様を確認したところ, 設計図の値
との誤差を発見し大幅な設計図の変更と部品の再選定を行った.
後輪部分の設計では, 前輪に使用するタイヤと同じものを後輪にも使用すると, 同時に回
転しなければならない後輪のタイヤが左右独立して回転する問題が生じた. この問題に対
して担当教員からアドバイスをいただき, 問題を解決した. 設計図の製作と部品の選定はグ
ループメンバーの山本康太と協力して行った.
10 月： 前輪可動部分と後輪部分の発注 発注書類の訂正 AD コンバーターの仕様書の翻訳
前輪可動部分と後輪部分の発注では, 発注元のカタログを参考にし発注を行った. しかし,
発注可能サイズや寸法のミスがあり訂正と確認を再度繰り返し, 発注を行った.
ハンドル制御のプログラム製作の上で必要な AD コンバーターの仕様を理解するために
仕様書 (英文) の翻訳を行い, 仕様を理解した.
11 月： 追加発注と追加加工の発注 前輪可動部分と後輪部分の組み立て
発注した部品が到着し次第直ちに前輪可動部分と後輪部分の組み立てを行ったが, ボルト
などの細かい部品の不足や加工依頼をした部品が未加工であったという問題が生じたため,
部品の追加発注と追加加工を行った. 発注の際は自分で発注元の企業の方に直接加工の指示
や追加部品の説明を行い, 確実に発注を行うことができた. 追加部品が到着し次第直ちに前
輪加工部分と後輪部分の組み立てを再度行った.
12 月： 前輪可動部分と後輪部分の調節 最終発表準備
部品同士の干渉や, サイズの違いがあり設計図通りに組み立てを行うことができなかった
ため, 取り付け位置の変更や部品の変更を行うことで前輪可動部分と後輪部分の調節をおこ
なった. 後輪部分では部品を追加することで, 設計通りに動力を伝える部分を組み立てた.
最終発表準備では前期と後期に考察を行った前輪可動部分と後輪部分の資料を最終発表で
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使用するためにまとめ直した. この資料をもとにスライドを製作し, 発表内容の考察を行っ
た. また, 発表の練習も繰り返し行なった.
（※文責: 神翔太朗）
4.1.5
田中智洋
田中智洋の担当課題は以下のとおりである.
(前期)
4 月： 企画
5 月： グループ分け スケジュールの決定 モーター・マイコンの選定
6 月： 役割分担 ブラシレスモーターについての調査
7 月： 中間発表へ向けての資料作り
4 月： 企画
本プロジェクトで具体的に何を制作するのかメンバー全員で話し合った. その結果「人が
乗れる電気自動車の製作」, 「自律制御機能を搭載した飛行物体の製作」の 2 つの企画が提
案され, 希望する企画でメンバーを分け, 各々が具体的な案を考察し, プレゼンテーションを
行うこととした. 私は「人が乗れる電気自動車の製作」を希望した.
5 月： グループ分け スケジュール決定 モーター・マイコンの選定
プレゼンテーションを行った結果両方の企画を採用することとし, メンバーを希望する企
画に振り分け, 「人が乗れる電気自動車の製作」を A グループ, 「自律制御機能を搭載した
飛行物体の製作」を B グループとしてそれぞれ活動することとした. 私は A グループに所
属した. 最終成果物に実装する機能を決定し, それを元にスケジュールを立てた. またモー
ターとマイコンを決定し, 製作する電気自動車の性能を決定した.
6 月： 役割分担 ブラシレスモーターについての調査
株式会社エスイーシーの方々によるハードウェア・ソフトウェアの講義を受け, 基礎知識
を身に付けた. 目標とする最終成果物が決定したため, メンバーに担当を割り振り, 各自設計
と調査を始めた. 私はブラシレスモーターの調査の担当になった. まずブラシレスモーター
を回転させる方法について調べた. 結果, ブラシレスモーターの基本構造が分かり, 次に回転
速度を制御する方法を調べる作業に取り掛かった.
7 月： 中間発表へ向けての資料作り
調べたことを資料にまとめ, 参考文献の図を元に発表用の図を自分で作成した. 図を作成
し, 資料にまとめることで理解できていない所を発見することもできた. 理解できていない
所を埋めた後で発表用のスライドの作成・編集を行った.
(後期)
9 月： 回路部品の在庫調査 後期スケジュールの決定
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10 月： 制御部品の仕様調査 モーターの駆動シーケンスの考察
11 月： モーターの組立 モーターの制御プログラムの考察
12 月： テスト・デバッグ 成果発表会準備
9 月： 回路部品の在庫調査 後期スケジュールの決定
回路部品の在庫調査では, 回路の製作に必要な部品の在庫があるかどうかを確認し, 足り
ない部品を発注した. また, 前期の進行状況と実装する予定の機能を確認し, 進行が遅れてい
る部分についてはメンバーと相談し計画を修正した. 計画の修正に伴い, メンバーの当分野
の調整も行い, その上で後期の活動スケジュールを決定した.
10 月： 制御部品の仕様調査 モーターの駆動シーケンスの考察
制御部品の仕様調査では, 回路に使用している可変抵抗器や AD コンバーターなどの部
品の細かな仕様を, 部品のデータシートなどを読み確認した. その上で回路に実装する予定
の機能を実現可能な部品であるのか確認した. モーターの駆動シーケンスの考察では, モー
ターの回転に必要な, MOS-FET のスイッチングパターンについて, 図や表を作成すること
で理解を進めた.
11 月： モーターの組立 モーターの制御プログラムの考察
モーターの組立では, 届いたモーターを付属のマニュアルを読みながら組み立てた. その
際, モーターの細かな仕様も確認し, 駆動シーケンスの修正も行った. モーターの制御プログ
ラムの考察では, 駆動シーケンスを SUZAKU-V の担当者に説明し, それを実現するための
プログラムについて考察した.
12 月： テスト・デバッグ 成果発表会準備
テスト・デバッグでは, モーターを回転させる回路部分とソフトウェア部分について, オシ
ロスコープなどを用いながらテストとデバッグを行った. 成果発表会準備では, ハードウェ
アの進行状況が遅れていたため, 発表が可能な機能についてメンバーで話し合い, 発表内容
について検討した. その結果, 車体の動作は不可能という結論に至り, 車体の設計部分につい
てはスライド形式で発表することとし, 実演はモーターの回転のみを行うこととした. また,
成果発表会に向けてポスター, スライド, 原稿の作成を行った.
（※文責: 田中智洋）
4.1.6
山本康太
山本康太の担当課題は以下のとおりである.
(前期)
4 月： 企画
5 月： グループ分け スケジュール決定 モーター・マイコン・バッテリーの選別
6 月： 役割分担 ブラシレスモーターについての調査
7 月： 中間発表準備
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4 月： 企画の立案
どのようなものをつくりたいかを話し合い, 自動車と飛行物体を作ることに決定した.
5 月： グループ分け スケジュール決定 主な部品の選定
皆でどのような機能を搭載したいかを話し合い, 回生ブレーキシステムと画像処理による
障害物を回避する機能を搭載することが決定した. また, モーター・マイコン・バッテリー
の具体的な選別を行った.
6 月： 役割分担 ブラシレスモーターについての調査
株式会社エスイーシーの方々によるハードウェア・ソフトウェアの講義を受け, 基礎知識
を身に付けた. 目標とする最終成果物が決定したため, メンバーに担当を割り振り, 各自設計
と調査を始めた. モーターの調査を割り振られたため, インターネットや大学のライブラリ
を利用して調査を進めた.
7 月： 中間発表準備
中間発表用のスライドに不備がないかを考察した. 中間発表準備と並行してモーターの設
置箇所と, プーリの選別を行った.
(後期)
9 月： 後輪駆動部の設計図作成
10 月： 後輪駆動部品の発注
11 月： 後輪駆動部の作成と再発注
12 月： 後輪駆動部の作成と最終発表資料作成
9 月： 後輪駆動部の設計
前期までに設計を終えていなかった後輪駆動部の設計を行った. また, それと並行して必
要な部品の選定を行った.
10 月： 後輪駆動部品の発注
9 月までに終わらなかった部品の選定を終わらせ, 発注書の作成を行った. 必要な部品の
中で, 前輪部でも必要な部品がいくつか存在したため, 発注する部品を前輪担当者とまとめ
て発注書を作成し発注した.
11 月： 後輪駆動部の作成と再発注
設計図をもとに届いた部品の組み立て作業を行った. しかし, 追加工が必要な部品が設計
図通りに加工されていなかったり, 寸法を間違えて発注していた部品があったため改めて再
発注を行った.
12 月： 後輪駆動部の作成と最終発表資料作成
再発注して届いた部品の組み立て作業を行った. また, 最終発表用に後輪駆動部の資料を
作成した. しかし, 組み立て作業中に部品の選定ミスが発覚したために, 組み立て作業が最終
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発表日までかかってしまった. そのため最終発表用の資料を作成する時間が十分に取れず満
足のいく資料作成ができなかった.
（※文責: 山本康太）
担当課題と他の課題の連携内容
4.2
4.2.1
小牧真幸
(前期)
私はフレームの設計を担当した. そのため, 前期では前輪部分の担当者と連携し, AL-
FAFRAME の発注を行った. 後期に納品されたが, 連携した部分に関しては間違いなく発
注できていた.
(後期)
前期とは異なるチームに分かれ, ハードウェアとソフトウェアの連携が重要になった. ブ
レーキ部分の設計や製作をした後期前半では, 前輪後輪担当者の神と山本との連絡を主に
行った. 回路図ができてからは, 担当の大村と連絡を取り合い回路を製作した. 回路上にマ
イコン（SUZAKU-V）を載せるため, 回路が完成した後は SUZAKU-V 担当者の新田と調
整し合い動作させるまで作業した.
（※文責: 小牧真幸）
4.2.2
大村駿介
(前期)
前期は新田と SUZAKU-V 導入を始め, SUZAKU-V に慣れるためにサンプルプログラム
を実行したり, 書き換えたりして SUZAKU-V に慣れていった. そして, タイマ割り込みを
行うように処理させることをマニュアルを深く読み, 担当教員にアドバイスをもらうなどし
て割り込みを行う機能を実装することができた.
(後期)
後期は FPGA の開発から離れ, 回路製作が主な仕事だった. 回路で SUZAKU-V を基盤
に挿す部分が間違っていてそこを指摘されたことで担当教員を通すことなく自分達で解決す
ることができた. また, 信号の割り当てのミスも発見することができ大事に至る前に解決す
ることができた.
（※文責: 大村駿介）
4.2.3
新田健人
(前期)
前期は主に電気自動車の企画をグループメンバー全体で連携して行った. 最初の段階で
は自分を含めグループメンバーは皆何から初めてどうしたら良いのか見当がつかなかった
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が, 担当教員のアドバイスを得ながらリーダーを中心として全員で連携する事で, 皆が納得
できる企画となった. また, 自分は SUZAKU-V のアーキテクチャ理解とプログラムの実装
を行ったが, 同じ SUZAKU-V 担当者の大村と資料整理や開発環境設定, プログラムの実装
などに仕事を分けて連携して作業を行った.
(後期)
後期は本格的な電気自動車の制作に向けて各グループが実装に当たった. 自分はモーター
制御に向けた SUZAKU-V プログラムの実装と, 回路に合わせた FPGA 内部回路の設定を
担当したが, モーター制御プログラムを実装する際にモーター担当者と連携してアルゴリズ
ムを考え実装に至った. また, FPGA 内部回路の設定時に回路担当者と連携してピンアサイ
ンの設定を行った.
（※文責: 新田健人）
4.2.4
神翔太朗
(前期)
前輪可動部分と後輪部分をフレームに接続するために, フレーム製作の担当者と連携を取
り, ALFAFRAME の選定と発注を行った. また後輪部分は機構の考察のみを行い, 部品の
選定と設計図の製作をグループメンバーの山本康太に依頼し, 発注は連携を取り行った.
(後期)
前輪可動部分と後輪部分のフレーム接合を行うための部品の追加発注を行うためにフレー
ム製作の担当者の小牧真幸と連携を取り追加発注を行い, 後輪部分の組み立てと設計では後
輪部分担当者の山本康太と連携を取り組み立てと調節を行った. また, 回路基板を取り付け
るパネルの寸法や穴空け位置のを決めるため, 回路製作の担当者と連携を取った.
（※文責: 神翔太朗）
4.2.5
田中智洋
(前期)
前期は, ブラシレスモーターの基本的な構造や駆動方法を知ることで, どのような機能を
実装することが可能かや, どのような制御プログラムが必要になるかなどをメンバーと一緒
に検討することができた.
(後期)
後期は, 前期の調査結果から更に詳しく調査を進め, また今回使用するモーターの仕様を
詳しく確認したことにより, より詳細な制御プログラムを SUZAKU-V 担当者と話し合うこ
とができた.
（※文責: 田中智洋）
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4.2.6
山本康太
(前期)
前期はブラシレスモーターの性質について調べた. 同じくブラシレスモーターを担当した
田中と協力し, インターネットや大学のライブラリを活用して知識を深め資料作成を行った.
(後期)
後期は後輪駆動部を設計した. 設計図の作成, 必要な部品の選定, 後輪の組み立てまで行っ
た. 前輪担当者の神と連携して必要な部品の発注書を作成した. その他に, 必要な部品の選
定も共通部分が多かったため協力して行った.
（※文責: 山本康太）
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第 5 章 前期活動内容
5.1
フレーム
フレームに求められる性能は, 体重約 60kg 身長 170cm の成人が乗ることのできるものであ
る. また, 機械重量も含め約 100kg の重量に耐えうるものが求められる. その結果, サイズを縦
1000mm, 横 500mm, 高さ 520mm に決めた. これには以下のような理由がある. ホイールベース
が長くなるとフレームのたわみが増え, 強度を増さなければならないため, 重量が増加する. また横
幅が長くなると, 曲がる時にシャーシの歪みやタイヤの滑りが必要になり, 同様に強度を増す必要
が出てくる. よって, 人間が長座位で搭乗することは難しい. そこで, 座位で人間が座ることにより
ホイールベースを短くした. また横幅は, 歪みを最低限にするために 500mm と最小限の幅とした.
また, 高さを増すことにより機器を搭載するスペースを確保した. 人間の足を置くスペースや, 座る
スペースには軽量素材を使い, フレームを敷き詰めるように配置しないようにした. 実際使用する
フレームの支柱のサイズは 60mm*60mm であるため, 60mm*長さの面のスペースを確保できる.
よって, 機器の搭載や搭乗者が左右へ振られないためのサポートになるようにも考慮して組み立て
た. ハンドル部分は制動時や加速時の強度を得るために斜めの支えを用意した.
次に ALFAFRAME の強度は, フレームの組み合わせ方によっても全体の強度が違ってくる. そ
のため, 接合部分や弱い部分に力が加わらないようにずらして設計した. また, 設計した内容を分か
りやすいように GoogleSketchUp8 を使って 3D の図を以下のように作成した.
図 5.1 GoogleSketchUp8 の 3D 図
（※文責: 小牧真幸）
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図 5.2 ALFAFRAME 設計図*1 枚
5.2
前輪可動部分
前輪可動部分の機構の考察・設計と操舵システムの考察を行った.
前輪部分の機構
前輪可動部分の機構を製作するに当たり, 自動車に利用されている機構のアッカーマン・
ジャントーとラック＆ピニオン機構について考察を行った. アッカーマン・ジャントーは,
旋回時の内側にあるタイヤの傾きが外側にあるタイヤの傾きよりも大きくなるという機構で
あり, これにより自動車は滑らかに旋回することができる機構である. ラック＆ピニオン機
構は, ステアリングシャフト (ハンドルの回転を伝えるシャフト) の先端に取り付けたピニ
オン・ギアが回転することでラック・ギアを左右に移動し, 車輪の向きを変える機構である.
ラック＆ピニオン機構はバックラッシュ (ギアを逆に動かす時に歯車がずれる現象) が少な
いという利点がある. この 2 つの機構を取り入れ, 前輪可動部分設計を行った.
操舵システムの考察
操舵をソフトウェアで制御するため, ハンドルと前輪を直接繋げるのではなく, マイコン
(SUZAKU-V) を通して繋げる機構の考察を行った. そのため, ハンドルは電気信号を送信
できるゲームのステアリングコントローラーを使用し, 前輪を傾けるのにモーターを使用し
た. ハンドルを切った量はボリュームから電気信号として送信される. 同様に前輪の傾き
角はボリュームを利用して計測を行った. 操舵システムの流れは次のようにである. まず,
ハンドルを切ると電気信号が発生しマイコンが切った量を認識する. その後, 前輪を傾ける
モーターを動かし, 傾いた量を前輪可動部分に取り付けたボリュームで計測する. 前輪の傾
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きの計測結果をマイコンが読み取り, 読み取った前輪の傾きとハンドルの切った量の比が等
しいかマイコンで判断する. この比が等しい時はモーターを動かすのを停止し, 等しくない
場合は等しくなるまでモーターを動かし前輪を傾ける. この工程を次にハンドルを切るまで
続ける. この制御はフィードバック制御を用いて設計を行った. フィードバック制御とは,
制御結果の出力を入力側に戻し, 目標値との比較を行い次の制御へ役立てる制御である. こ
の制御を用いるのは, 制御対象の安定化と外乱による影響の抑制, 特性変動による影響の抑
制という利点があるためである.
（※文責: 神翔太朗）
5.3
モーター
基本構造と駆動方法
図 5.3 ブラシレスモーターの基本構造
ブラシレスモーターの基本構造は図 5.3 のようになっており, 永久磁石である回転子を囲
むようにコイルが設置されている. このコイルの磁極を回転させるように電流を流すことに
よって, 磁極の回転に回転子が引っ張られ回転軸が回転する. コイルの磁極を回転させるに
は, 三相交流と呼ばれる 120°ずつずれた交流を 3 つ重ねた形の電流をモーターに流す必要
があり, 三相交流を作り出すための回路が必要となる. この回路には 6 つのスイッチが設置
されている. この 6 つのスイッチのスイッチングパターンをマイコンで制御することにより
コイルの磁極を回転させることができる.
回転速度制御と PWM 制御
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ブラシレスモーターの回転速度 (rpm) は (60 ×周波数)/(極数/2) という式で求めること
ができ, 交流の周波数を変化させることで可能であることが分かった. 周波数はマイコンで
制御することとした. しかし, モーターにかかっている電圧を下げずに周波数のみを下げる
と, モーターの交流抵抗が下がり焼損するため, 同時に電圧を制御するために PWM 制御と
呼ばれる手法を用いることとした. PWM 制御とは, 電圧そのものの大きさは変えず, 電圧
を出力する時間の比率を変えることで全体の電圧を制御する方法である. PWM 制御はマイ
コンで制御することが可能である.
図 5.4
図 5.4 は PWM 制御を行った際にモーターの各相にかかる電圧を表している. 棒グラフ
が実際に出力している電圧を表し, 正弦波が実際にかかる電圧を表している. 図における棒
グラフの幅 t1 が長い時はモーターにかかる電圧が高くなり, 短いと電圧は低くなる. また
t2 は周波数で, t2 が長くなるとモーターの回転速度は遅くなり, 短くなると回転速度は速く
なる. モーターをスムーズに回転させるには, 電圧が綺麗な正弦波を描くようにきざみ幅を
制御する必要があるため, t1 を 0 から徐々に長くし, 最大値に達すると今度は徐々に短くす
る, といった制御を行い擬似的な正弦波を作り出す必要がある. この様に, PWM 制御と周
波数の制御を同時に行うことによりスムーズな速度制御が可能になる.
（※文責: 田中智洋）
5.4
バッテリーの選定
バッテリーの選定を行った. バッテリーは SUZAKU-V とモーターを動かすバッテリーを必要
とした. 候補には硫酸バッテリー, ニッケル水素バッテリー, リチウムイオンバッテリー, シリコン
バッテリーが挙がった. それぞれの特徴・用途を挙げると, 硫酸バッテリーは鉛蓄電池で電極に鉛
を使っている. 自動車のバッテリーとして広く利用されているものをはじめ, 産業用として商用電
源が途絶えた時のバックアップ電源などにも使われている. ニッケル水素バッテリーはカドミウム
を含まないため, ニカド電池より環境負荷が低いという特徴を持つ. 主に携帯電話, ノートパソコン
などの組み込み系に使用されている. リチウムイオンバッテリーは非水系の電解液を使用するため,
水の電気分解電圧を超える高い電圧が得られ, エネルギー密度が高い. そのため, 電動工具や電気自
動車などに使用される. しかし, リチウムイオンバッテリーは高価で他のバッテリーより危険性が
高いなどから候補よりはずした. シリコンバッテリーは中国で発明された非硫酸バッテリーで, 硫
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酸バッテリーと比較すると「充電時間が短い」, 「耐久性がある」, 「発熱が少ない」などから硫
酸バッテリーより優れているバッテリーである. 用途は業務用車両のアイドリング・ストップ車両,
フォークリフトなどに使用される. しかし, あまりにも有能すぎで認知度が少ないことから信憑性
がないと判断し, 候補から外した. 残った候補からニッケル水素バッテリーを選定したが, どのバッ
テリーを発注するかというところで前期の活動は終了した.
（※文責: 大村駿介）
5.5
制御システムの開発
制御システムは回路とマイコンで実現されるが, 前期では主にマイコンに重点を向けて活動を
行った. 使用するマイコンは, 電子制御に適しており様々な機能を自由に追加, 削除, 変更できると
いう利点から, FPGA ボードである SUZAKU-V を選択した. 初めは開発環境の準備と使い方の学
習から行い, その後 SUZAKU-V でのシステム開発に必要な知識の習得とプログラムの実装に移っ
た.
開発環境には, Xilinx 社製の EDK と SDK を利用した. これらには gcc コンパイラや優秀なデ
バッガが付属しており, より開発しやすい環境で C 言語と C++ 言語を利用してプログラムを開発
することができる. また, Atmark Techno 社の公開している SUZAKU-V 用プロジェクトファイ
ルを用いることで, 直接ハードウェア記述言語 VHDL をいじらずに, 直感的なウインドウインター
フェースにより SUZAKU-V に合わせた VHDL ソースを自動生成することができ, 開発効率をあ
げることができる.
開発環境の準備が終わった後, Atmark Techno 社が公開している開発用プロジェクトファイ
ルのサンプルプログラムの実行を確認した. そのサンプルプログラムに少しずつ手を加えて,
SUZAKU-V の基板上に組み込まれた LED を点灯させるなど簡単なプログラムの実装を行い, 最
終的にはモーター制御で利用する割り込み処理を実装するための方法を, 資料を見たり担当教員か
らアドバイスを得たりすることで調べた. その結果, シリアル通信での入力に反応し指定したハン
ドラを呼び出す割り込み処理を用いたプログラムの実装に成功した. その際に, シリアル通信を行
うために UART の通信速度などの設定を通信先の端末に合わせる必要があったため, 下記の図の
ように設定した. また, これらの作業の過程で SUZAKU-V のアーキテクチャ, 特に PowerPC405
の割り込み機能について, ある程度の理解を得ることができた.
図 5.5 UART の設定
（※文責: 新田健人）
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第6章
6.1
後期活動内容
フレーム
前期に発注した部品の組み立てを行った. 交わるように取り付けるにはクロスブラケットが必
要になることが分かり, 一部の部品を設計通りに取り付けることができなかった. また, 実際に取
り付けをしてみると着座位置に対してハンドルの高さが若干低かった. ハンドルを掴むと, 前傾
姿勢になってしまい長時間運転するには耐えられない状態だった. そのため, 新たに 20cm 長い
ALFAFRAME を発注し, ハンドルを高い位置に置くことにした. 当初は, 材料費の削減と, ハンド
ル部分が支柱 2 点で支えられていることからくる強度不足を懸念し低い位置に設置していた. しか
し, 実際に人間が乗り負荷をかけた場合でもずれることは無く実用に耐えうると判断したため修正
した. これにより以下のように完成した.
図 6.1
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前
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図 6.2 横
図 6.3 後
（※文責: 小牧真幸）
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6.2
ブレーキ
後輪のシャフト部分にキー溝加工を施し, ディスクを挟み, 制動する方法を考えた. この方法の場
合, 左右均等に制動させることができ, 後輪の設計を崩さずに搭載できる点にあった. また, ブレー
キの機構が外に飛び出していないため安全に配慮された形だと言える. しかし, 競技用自転車の部
品を利用するために割高になってしまった. また, 後輪シャフトに追加加工が必要であり, さらに
キャリパーを設置する位置をミリ単位で細かく調整できるようにする必要があった. これらの理由
から, より安価なカンチブレーキを使った案へ変更した.
後輪のタイヤ接続部分の片方の円形プレートを自転車用カンチブレーキで挟み制動する. 以下に
その設計図を載せる.
図 6.4
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ブレーキ図 1
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図 6.5
ブレーキ図 2
カンチブレーキの取り付けには ALFAFRAME を 6cm 角にカットし, 片面にタップ加工を施し
た. タップ加工された穴にカンチブレーキを取り付け固定した. 車体本体のフレームと取り付け用
ALFAFRAME は左右ネジの向きの異なるロッドエンドベアリング連結棒を使い固定した. ブレー
キレバーは, フレームの着座位置にシャフトホルダを使い固定した. 実装した写真は以下である.
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（※文責: 小牧真幸）
6.3
前輪可動部分
前輪可動部分の設計・発注・組み立てを行った.
設計
前輪を動かすにはナックルアーム, タイロッド, ラックギア, ピニオンギア, ステアリング
シャフトに代用される機構が必要であると考察した. 株式会社ミスミのメカニカル部品を組
み合わせ, これらの機構の代わりとなる部品の設計を行った. ナックルアームはロッドエン
ドベアリングとオーダー加工を行ったブロックを使用した. タイロッドはロッドエンドベア
リングとロッドエンドベアリング連結棒を使用した. ロッドエンドベアリング連結棒は長さ
調節が可能である. ピニオンギアは平歯車を使用し, ラックギアは平歯車が利用できるもの
を使用した. ステアリングシャフトは回転軸を使用した. 設計図は Open Office Draw を利
用して三面図 (図 6.6, 6.7, 6.8) を製作した. また加工が必要な部品には CAD の表記法に近
い形で詳細な寸法を記載した三面図 (図 6.9) を製作した.
図 6.6
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前輪設計図 (正面)
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図 6.7 前輪設計図 (真上)
図 6.8
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前輪設計図 (横)
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図 6.9
前輪設計図 (加工部品詳細)
発注
発注は株式会社ミスミの発注型式に沿ってリスト化し, 発注を行った. 追加加工の発注は,
加工が可能かどうかの確認をし, 発注を行った.
組み立て
人が乗ることのできる電気自動車であるため, ボルトやナットの緩みやズレが存在すると,
搭乗者に危険が生じる場合がある. これを防ぐため, トルクレンチなどの工具を用意し, 緩み
やズレなどがない様, 組み立てを行った. 図 6.10 は組み上がった前輪加工部分の図である.
しかし, ロッドエンドベアリングの許容傾斜角が大きすぎ, 車輪と車体の接続が歪み図 6.11
の様にたるみ車輪が直立せず再設計となった. また, ラックギアの重量が重く固定が不安定
のため, 前輪を動かす力が伝わらず, こちらも再設計となった.
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図 6.10
図 6.11
前輪組み上がり図
ナックルアームの歪み
（※文責: 神翔太朗）
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6.4
後輪
後輪の設計と部品選定
前期までに終えなかった後輪の設計図作成を行い, カタログから部品の選定を行った. 設
計図作成には OpenOffice.org Draw を使用した. 以下に設計順序を記載する.
図 6.12
全体図
設計するためにまず, 後期から配属されて後輪部の機構を理解できていなかったため, 前
期の段階で想定された後輪部の機構を前輪担当者に聞いた. 以下が後輪駆動部の機構である.
まず最初に総重量の関係から回転軸 1 本では支えきれない可能性が出てきたため回転軸
を 2 本使用する形にした. タイヤを同時に回転させることを考え, その結果車体後方部に回
転軸を用意することにした. モーターが回転するとそれに接続されたプーリが回転し, その
プーリと車体後方部の回転軸に接続されている 3 つのプーリの中の, 中央に接続されている
プーリが回転する. それと同時に車体後方部の回転軸の両端に接続されているプーリが回転
し, タイヤと固定されているプレートに接続されているプーリが回転する. そうすることで
タイヤが同時に回転するようにした. 以上が想定された後輪駆動部の機構である. それをも
とに細かい設計をカタログから部品を選定しつつ行っていった.
次に部品の選定順序を以下に記載する. まず最初にタイヤの選定を行った. 前期の段階で
前輪にはホーマックで市販されている一輪車用のタイヤを使用することに決定していたが,
そのタイヤを後輪でも使用することが決定した. また, 車体に使用するフレームもこの時に
決定していたため, 決定したフレームとタイヤの仕様と規格をもとに, 次に必要な部品の選
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定を 1 つずつ順序よく行っていった. タイヤのベアリング部の仕様からタイヤとプーリを接
続するためのプレートが必要であることが判明した. そのため, まず始めにプレートから選
定することにした. このプレートのサイズを決定するに当たってまず, プレートとタイヤの
固定方法を考えた. 使用するタイヤには, ホイール同士を固定するための穴が 5 つ空いてお
り, その穴を使用してタイヤとプレートを固定することにした. そのタイヤに空いている 5
つの穴で固定するために, プレートの直径をホイールの直径から計算して決定した. プレー
トをタイヤに固定するためのスペーサとそれに合うネジはタイヤのホイールの横幅から決定
した. タイヤと, タイヤを固定するための部品の長さが決定したことにより, タイヤと車体
のフレームをつなぐ回転軸の必要な長さと直径が判明し, カタログから回転軸を選定するこ
とができた. 選定した回転軸は全ネジになっていて後から調整できる仕様なため, 長さを必
要な分より多めに選定することにした. 次に, 実際にタイヤを回転するために必要なプーリ
の選定を行った. モーターに接続するプーリ以外の 5 つのプーリのサイズを同一のものにし
た. これによりモーター用のプーリとそれ以外のプーリでギア比を考えられるようにした.
前期の段階でサイズを決定する上で重要なギア比を 1:9 と想定していたが, カタログに記載
されているプーリの最小のものと最大のものを使用しても 1:9 にはならないことが判明した
ため 1:6 とすることにした. 次に, 決定したプーリのサイズの規格から, 車体後方部に使用す
る回転軸の直径が決定した. 回転軸の長さは車体のフレームの長さから決定した. タイヤに
固定するプレートに接続するプーリに合わせて回転軸の長さを厳密に決定しなければいけな
いのだが, タイヤの方で使用する回転軸は全ネジタイプで融通が利くため, ある程度余裕を
持ったサイズ設定を行った. また, モーターに接続するプーリは最小のものを使用すること
で決定したが, そのサイズを使用してもモーターの軸の長さが足りないのとプーリの軸穴の
直径から, モーターの軸をそのまま使用することができないことが判明した. そのため, カッ
プリングを使用してモーターの軸を伸ばし, 使用するプーリの直径に合うようにした. プー
リが決定したことで, それに合うタイミングベルトの選定を行った. 必要なタイミングベル
トの個数は 3 つで, そのうち 2 つはタイヤを回転させるために使用する同一のプーリ用で,
残りはモーターと車体後方部に接続する回転軸中央にあるプーリ用である. モーターと回転
軸中央にあるプーリ用のタイミングベルトは, モーターの接続箇所とモーターの規格, 車体
後方部の回転軸とその規格に合うベアリングホルダのサイズから計算して長さを決定した.
同一のプーリ用のタイミングベルトは融通の利かないタイヤ用のプーリを基点にして長さを
計算した. ここでプーリの固定方法を図解する.
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図 6.13
プーリ固定図 1
図 6.14
プーリ固定図 2
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図 6.13 と図 6.14 は車体後方部を真横から見た図である. プーリとベルトを調整するため
に動かすベアリングホルダを抜き出して図にした. まず上の図のようにモーターの位置と
ベアリングホルダの位置を合わせる. このときベルトは多少余裕のある状態である. 次にベ
アリングホルダを上方向に動かす. そうすることで下の図のような形になり, 3 つのベルト
が張った状態になる. このような形で固定するため, ある程度ベルトの長さを長めに取った.
以上, 順を追って 1 つずつ部品を選定した. 選定し終えた部品をエクセルに記入しまとめた.
発注書は, 前輪で必要な部品と後輪で必要な部品で類似しているものが多数存在していたた
め, まとめて作成することとなった.
後輪駆動部の組み立て
発注した部品が届き次第, 実際に組み立て作業を開始した. 届いた部品を作成した発注書
と照らし合わせて確認してみたところ, 寸法を間違えて発注していた部品があることが発覚
した. また, 発注した部品の中で追加工が必要な部品がいくつか加工されずに届いていた.
そのため, 追加工が必要な部品の詳細図を新たに作成するとともに, 寸法を間違えて発注し
た部品の発注をもう一度行った.
図 6.15 部品の詳細図
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図 6.15 が後輪駆動部で追加工が必要な部品の詳細図である. 追加工が必要な部品はタイ
ヤに固定するためのプレート, モーターの軸の短さをカバーするとともに選定したプーリの
直径に合わせるために必要な回転軸, そして車体後方部に取り付ける回転軸である. 長さを
mm 単位で統一して記入した. これを発注書とともに送った. 2 回目の発注で必要な部品が
全て揃い, 組み立て作業を行った. 実際に組み立て作業を行っていくと, モーターに接続する
カップリングが適切な部品ではなく, 設計図通りの取り付け方法ができないことが判明した
ため, 急遽設計しなおした. 具体的には, モーターの取り付け場所を車体の内側ではなく外側
に設置した.
図 6.16
最終配置図
上図のようにモーターの位置をベアリングホルダが接続されている車体の後方部と同一の
部分に設置することにした. 急遽購入した部品と設置箇所をかえることで, 無事にモーター
の回転と 2 つのタイヤの回転を同期させることに成功した.
（※文責: 山本康太）
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回路
6.5
マイコン（SUZAKU-V）とモーター, その他ボリュームを繋ぐ役割を果たす. 回路作成は在庫確
認, 回路図の学習, 配置図作成, 回路基盤作成の 4 つの過程を通して行った. それぞれの過程の詳細
を示す.
在庫確認
まず, 部品の在庫を確認した. 未使用の部品から基盤に使用されている部品まで詳細に調
査し, 現在使える部品をリストアップした.
回路図の勉強
各部品のデータシートと, 「回路図の読み方入門」（http://nabe.blog.abk.nu/circuit-
intro）を参考にしながら, 回路の内容理解をした. 担当教員が回路図を製作したため, 連絡
を密に取り, 助言と解説を求めた. 次に回路図とその説明を示す.
図 6.17 AD コンバーターの回路図
AD コンバーターは, 運転手が操作したコントローラーのボリューム低抗をアナログ信号
からデジタル信号へ変換する. アナログ信号を一定の間隔で切り取り, 離散値を取りだす.
回路図上の AD7819 が AD コンバーターを指し, 16 個のピンが各信号に割り振られている.
図 5 と連動しており, アクセル, モーター制御によるブレーキ, ステアリング, ステアリング
ボリュームを示す.
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図 6.18 コネクタの回路図
コネクタは, それぞれのボリュームを HIF3BA-10PA-2.54DSA という種類のメスコネク
タ, HIF3BA-10D-2.54R という種類のオスコネクタを使ってボリュームと回路を繋げる. 左
半分の 4 つのコネクタがメスコネクタ, 右半分の 4 つのコネクタがオスコネクタになってい
る. また, 上半分の 4 つのコネクタはアクセル, ブレーキのコネクタ, 下半分の 4 つのコネク
タは後輪駆動, ステアリングのコネクタになっている.
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図 6.19 モーターコントローラーの回路図
モーターコントローラーは, フォトカプラと呼ばれる部品で SUZAKU-V からの電気信号
を伝達する, MOS-FET と呼ばれる部品でその信号を電気的にスイッチさせることで U 相,
V 相, W 相の 3 つの異なる周波数を出すことができ, ブラシレスモーターを動かす役割を持
つ.
また, 図 6.22 と連動しており, 後輪駆動とステアリングの 2 つのモーターコントローラー
を詳細に表している. しかしこの回路でモーターを動かすとフォトカプラからの電気信号を
伝達できず, ショートしたため, 次の回路図でモーターを動かした.
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図 6.20
モーターコントローラーの回路図 (モーター制御用 H ブリッジ回路)
以前の回路図のフォトカプラを変更し, 変更したフォトカプラの仕様に合わせた回路図で
ある. これは, 前年のプロジェクトで使われていた回路図の一部である.
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図 6.21 電源の回路図
電源はモーターに使う 12V と SUZAKU-V に使う 6V の 2 種類のバッテリーを用いる.
ただし, SUZAKU-V の電源は 3.3V であるため, 6V の電源を回路図の通りレギュレータで
変換した. 回路図上部は 12V の強い電流を扱うため太い導線を使っている. また, キルス
イッチを電源に取り付け, 緊急時には強制的に終了できる機構になっている. このキルス
イッチは, 一度押すと押したままの状態になる.
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図 6.22 SUZAKU-V の回路図
SUZAKU-V はマイコンと呼ばれ, ソフトウェアの制御を行う重要な部分である. オスコ
ネクタに合わせ, A1-40PA-2. 54DSA のメスコネクタで回路と繋ぐ. また, 図 6.17, 図 6.19
と連動している.
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配置図作成
必要最小限の長さの配線で済むように回路図から配置図を作成した. 実際に使う部品のサ
イズを測り, OpenOffice Drow を使い, 実寸サイズで照らし合わせた. また, 配線がしやす
いように部品の向きにも注意する必要があった. 以下はその配置図である.
図 6.23
配置図
配置図を作成することで部品を置く場所がはっきりし, 配置図通りに置くことでしっかり
配置することができた.
回路基盤作成
在庫確認, 回路図の学習, 配置図の作成の過程を経てユニバーサル基盤での回路の作成を
行った. まず, モーターを動作させるテスト回路を製作した. 次に, 配置図を元に基盤に部品
を配置した. 部品の足が大きくて基盤に配置できない時には穴を開け加工をし, 部品を配置
できるようにした. その後, 半田付けをして部品を固定した. SUZAKU-V の信号線などは
細く, モーターを動作させる強い電流が流れる部分には許容できる太い導線を使った. 最後
にテスターを使って通電確認を行った. この一連の流れを回路図ごとに行った.
作業途中で SUZAKU-V の使用が想定していた型と違った. ピン配置が異なるため, コネ
クタの部分をずらして調整した. テスト回路が完成した後, 5A のヒューズを使い, モーター
を接続し何度もテストを行った. 動作しなかったため, フォトカプラを変更し図 6.20 を使
い, モーターを動かすことに成功した.
ヒートシンク
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MOS-FET は, 図 6.19 の 2SJ349 と 2SK2232 に該当する. ヒートシンクの役割は MOS-
FET から効率よく熱を奪い, 温度を下げることである. よって表面積を広くとり, より広い
面積を空気と触れさせる必要がある. しかし, 配置図作成時点では, 想定できていなかったた
め部品の間に十分なスペースが確保できなかった.
製作に至った背景
MOS-FET に何も付けずにモーターを長時間回転させ続けると, MOS-FET が過剰に発
熱し破損する恐れがあった. そこで, GPU 等の排熱に利用される株式会社アイネックス
の「まず貼る一番 ハイブリット」を MOS-FET に貼り付けることで, MOS-FET の排熱
を促そうと試みた. しかし, この方法では十分な結果が得られず担当教員と相談した結果,
MOS-FET を利用する場合はヒートシンクを取り付けることが一般的であるということが
判明した. そこで, 今回制作した回路に物理干渉せずに十分な排熱効果が得られるような
ヒートシンクを自作することにした.
素材選択
製作する金属は熱伝導率が比較的高く, 加工のしやすいアルミを使用した. 熱伝導率は以
下の図のようになる.
図 6.24
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熱伝導率表
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加工・製作
アルミ素材を加工し, 次のようなヒートシンクを製作した. 表面積を広くとり隣り合う
MOS-FET 同士に干渉しないように加工した.
図 6.25 完成写真
このヒートシンクでは, 十分に放熱することができなかった. 今後さらなる改良が必要に
なる.
（※文責: 大村駿介）
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6.6
モーター
駆動シーケンスの作成
前期は今回使用するモーターの仕様調査を十分に行っていなかったため, 2 極 6 コイルの
デルタ結線のブラシレスモーターを想定していたが, 後期に仕様調査を行った結果, 今回使
用するモーターは, 4 極 6 コイルの Y 結線型のブラシレスモーターであることが分かり, 前
期に作成した図や表を修正した. 以下に今回使用するモーターと回路を簡易的に表した図を
示す.
図 6.26 使用するモーターと回路の簡易図
回転軸の周りの回転子には 4 極の永久磁石が設置されており, その回転子を取り囲むよう
に 6 つのコイルが設置されている. 向かい合うコイルは互いに同じ相となっており, 合計三
相となっている. 各相のコイルは常に同じ磁極に励磁する. このコイルの磁極を回転させる
ことにより回転子を回転させることができる. コイルの磁極を回転させるには, 回路に設置
されている MOS-FET というトランジスタを駆動シーケンスに従って切り替える必要があ
り, その制御を SUZAKU-V で行った.
MOS-FET とは電界効果トランジスタの一種で, N チャネルタイプと P チャネルタイプ
がある. 基本的に型番が 2SK で始まるものは N チャネルタイプ, 2SJ で始まるものは P
チャネルタイプとなっている. この 2 つのタイプの違いは, ゲートの電圧による動作の違い
である. それぞれがどのような動作をするかを次の図で示す.
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図 6.27 MOS-FET の構造
N チャネルタイプは, ゲートとソースが同電位の時に, ドレインとソースが OFF になり,
ゲートがソースに対して正の電位を持ったときに, ドレインとソースが ON となる. また
P チャネルタイプは, ゲートとドレインが同電位の時に, ドレインとソースが OFF になり,
ゲートがドレインに対して負の電位を持った時に, ドレインとソースが ON になる. この事
から, MOS-FET はゲートと呼ばれる部位に, SUZAKU-V から 0 か 1 の信号を出力するこ
とで簡単に ON/OFF のスイッチングができるため, 駆動シーケンスに従った制御が容易に
できる仕様になっており, ブラシレスモーターを回転させることができる.
しかし, 回転するモーター内の磁界にモーターの回転子が同期して回転している時は問
題無いが, 回転が高速になってくると回転する磁界と回転軸の同期が外れることがある. そ
れを防ぐために, 回転軸の磁極を常に監視し, 磁極の位置に合わせてコイルを励磁させる必
要がある. そのために, 回転軸の周囲にホール IC と呼ばれる磁気センサーが取り付けてあ
る. ホール IC には 3 つのホール素子と呼ばれる磁気センサーが取り付けられており, そ
れぞれのホール素子は N 極を検出すると正の信号を出力し, S 極を検出すると 0 を出力す
る. SUZAKU-V はホール素子からの信号を読み取り, その信号に対応して MOS-FET をス
イッチングする制御を行う必要がある. ホール素子からの信号は全部で 6 パターンあり, 駆
動シーケンスは図 6.28 の通りになる. スイッチングのパターンは全てで 6 パターンであり,
6 パターンで 1 サイクルである. このサイクルの周期を短くするとモーターの回転速度が上
がり, 周期を長くすると回転速度が下がる. 同時に回転速度に対応した PWM 制御を行うこ
とで損失低減を実現し高精度な回転を実現することができる.
図 6.28 駆動シーケンス
（※文責: 田中智洋）
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6.7
バッテリー・充電器
前期に引き続きバッテリーの選定を行った. 今回, モーターを動かすバッテリーは 4200mAh の
12V ラージバッテリーである. SUZAKU-V は 6V のバッテリーでこれらを発注した.
次に, 充電器の選定を行った. まず, バッテリー 1 個の充電時間を以下の式から求めた.
電流時容量 (Ah)=放電電流 (Ah) ×放電時間 (h)
モーターを動作するバッテリーが SUZAKU-V を動作するバッテリーよりも放電電流が大きい
ため, 12V バッテリーを基準で計算をした. 放電電流を 4200mAh, 放電時間を 0.7h で計算すると
電流時容量は 6000mAh となり, この条件を満たす充電器を調査した. その結果, いくつかの充電器
が該当した. そのうち SJ エレクトロニクスが開発した「PERFECT5000」は 充電が完了するとア
ラームを鳴らす, 異常が生じると本体に内蔵しているヒューズが切れて保護してくれるなど安全性
に優れていたことからこれを選定したが, 調達などの都合上不可能となった. 同等のスペックを持
つ代替機として iMAX の「B6」を使用した. B6 は Li-Po, Li-Fe, Li-ION. . . など様々な種類の
バッテリーに対応しており, PERFECT5000 同様にアラーム機能が搭載されていたため, 代替機と
して使用することができた.
（※文責: 大村駿介）
6.8
SUZAKU-V およびプログラム
前期から引き続き, SUZAKU-V およびプログラムの開発環境には Xilinx 社製の EDK と SDK
を利用した.
後期では FPGA 内部回路設計とモーター制御, ボリューム読み取りのための AD 変換プログラ
ムの開発を行った. 以下にそれぞれの詳細について記す.
FPGA 内部回路設計
FPGA 内部回路設計はプログラムと回路の設計に合わせ, それぞれ必要な Intellectual
Property（以下 IP）の追加とピンアサインの設定を行った. 利用した主な IP は, 割り込み
機能を統括する xps intc, 信号の送受信を行う xps gpio, タイマ割り込みや PWM 信号を提
供するための xps timer, 回路図に合わせて信号のビット反転を行う Mixer の 4 つである.
xps intc, xps gpio, xps timer の 3 つは, SUZAKU-V に標準的に用意されている IP で
あるが, Mixer は回路に用いた MOS-FET が型番の違いによって high でゲートオープン
するか, low でゲートオープンするかが異なるという仕様に対応するために担当教員が用
意したオリジナルのモジュールである. このモジュールは PWM 信号と三相交流変換用
MOS-FET のスイッチングパターン信号の出力を行う GPIO の前に通すことで, MOS-FET
の仕様に合わせた信号のビット反転を行う. このモジュールを利用することで, プログラム
実装時に MOS-FET の特殊な仕様を意識することなくソースコードを生成できるというメ
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リットが生まれる.
以下に, SUZAKU-V を動かすために標準で設定されている IP を含む各モジュールの
Bus Interface 接続状況とアドレスマップの図を記す.
図 6.29
Bus Interface
図 6.30 アドレスマップ
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モーター制御と AD コンバーター読み取りのためのプログラムの開発
モーター制御と AD コンバーター読み取りのためのプログラムの開発は SUZAKU-V の
FPGA と回路図の仕様に沿って行う.
プログラム全体の枠組みは, タイマ割り込みによってモーター制御やボリュームの読み取
りなどのそれぞれのタスク用のフラグを立て, メイン関数はフラグが立った場合にそれぞれ
のタスクの分岐に入る無限ループを繰り返す構成にした. この構成の他に, タスクごとにタ
イマ割り込みを用意し, 割り込みハンドラの中で各タスクの処理を行う構成が考えられるが,
この構成は前者の構成と比べて, タイマ割り込み用の xps timer モジュールとハンドラの数
がタスクの数だけ増えてしまう. モジュールが増えると, その分だけ余計に FPGA のリソー
スを圧迫し, メモリも多く使ってしまう. また, 割り込みハンドラ内で行うタスクの処理時間
の分だけ, レジスタ内のタイマカウンタが狂ってしまう. これにより, 重い処理を行うとタイ
マ割り込みの周期がずれてしまうことになる. 後者の構成では以上のような問題点が存在す
るため, 今回は前者の構成で設計を行った.
その他, モーター制御と AD コンバーターによるボリュームの読み取りのプログラムを,
それぞれ独立したクラスに分割することで, ソースの保守性と各機能の品質の保証に努めた.
以下にソフトウェアのプロジェクト内ソースファイルとクラス図を記す.
図 6.31
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プロジェクト内ソースファイル
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図 6.32 クラス図
モーターの制御は, 三相交流変換用 MOS-FET のスイッチングパターン信号の出力を行
う GPIO のレジスタの値を, 三相交流の周波数に応じたタイミングで切り替え, PWM 信号
のデューティー比を変えることで行った. 今回実装したプログラムでは, MOS-FET の切り
替える周期の速さで三相交流の周波数を変え, PWM のデューティー比を変えることで電圧
の強さを制御した.
AD コンバーターによるボリュームの値の読み取りは, AD コンバーターの仕様に合わせ
たコンバートスタート信号を SUZAKU-V から出力し, それに反応して AD コンバーターか
ら返ってきた信号を読み取るという手順で行った. 今回利用した AD コンバーターのタイミ
ングチャート [18] を以下に記す.
図 6.33 タイミングチャート
（※文責: 新田健人）
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第7章
7.1
結果
プロジェクトの結果
(前期)
まず具体的な仕様の検討を行い, 筐体, 操作インターフェース, 制御システム, 駆動する
モーター, 電源が必要であるという結果に至った. その後, これらの実装に向けてそれぞれ担
当者を決めて作業した.
筐体には既存のレースカーのフレームを流用するか, 新たに全ての機構を設計するかを
検討した結果, レースカーのフレームでは実現したい強度とコストの費用対効果が悪い, ハ
ンドル操作を電子制御にするにあたって前輪可動部分の機構を流用できないといった理由
から, 新たに全ての機構を設計することになった. 筐体の設計には, 比較的低コストで仕様
を満たす強度を実現できるという理由で, 株式会社 NIC オートテックの製品である ALFA
FRAME SYSTEM を使用することに決定した. ALFA FRAME SYSTEM を構成する部
品にはレールが付いている. これにより簡単なネジ止めで自由に形を構成できるという特徴
があり, フレームの設計担当者はその設計を行った.
前輪可動部分は, フレームにあわせたものを新規設計した. 可動部分には多くの自動車の
前輪機構に使われているラック＆ピニオン機構を採用した. しかし, ハンドル操作をソフト
ウェアによる電子制御で行うため, ステアリングシャフトと前輪可動部分を直接繋がなかっ
たという点で従来の自動車と比べて特殊な構造となった. 電子制御によるハンドル操作は,
ゲームのコントローラー内のボリュームの値をマイコンで読み取り, その値に応じて前輪可
動部分を動かすモーターを回転させるという設計にした.
制御システムに使用するマイコンには, 電子制御に適した FPGA ボードである SUZAKU-
V を選択した. 制御システムの担当者は SUZAKU-V を利用した組み込みシステム開発のた
めの勉強を行い, 開発環境の基本的な使い方や割り込み処理の仕組み, 実装方法について学
んだ.
駆動部分のモーターには, ブラシレスモーターを使うこととなった. ブラシレスモーター
は従来のブラシモーターと比べて寿命が長い, メンテナンスフリーであるといったメリット
があるが, 直流で回転するブラシモーターと比べて制御が難しいといった問題があり, モー
ター担当者はこの制御方法と仕組みについて調査を行い, 資料を作成した.
(後期)
後期はより具体的な実装に向けて, フレーム, 前輪後輪, SUZAKU-V, 回路の 4 つのグ
ループに再編成して活動を行った.
フレーム担当者は夏休み中に発注したフレームを組み立て, ハンドルの位置などの細かい
修正やハンドブレーキの追加を行い, フレームを完成させた.
前輪担当者は前期に引き続き, 発注に向けて具体的な設計図を作成し部品の購入と加工の
発注を行った. しかし, 前輪可動部分に利用した部品の一部に仕様の見落としがあり, 仕様通
りに稼働する機構を実現することができなかった. 後輪の本格的な設計は後期から開始し,
前輪と同じく具体的な設計図を作成して部品の購入と加工の発注を行った. 発注した部品を
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用いて仕様通りの後輪機構を実現することができた.
SUZAKU-V は, 前期に引き続き勉強を継続し, モーターの制御に利用するタイマ割り込
みを利用したサンプルプログラムを製作した. その後, 回路の進度に合わせてモーターの回
転に利用する三相交流の制御プログラム, 最終発表会用のデモプログラム, AD 変換用プロ
グラム, モーターのホール IC 読み込みプログラムの実装を行った.
回路は担当教員の準備した回路図を利用して作成した. 回路に使う部品が納品されてから,
回路図をもとに配置図を作成し, 図に従ってモーターを動かすために必要最低限のテスト回
路を実装し, モーターを本当に回転させることができるのか確認を行った. SUZAKU-V 担
当者と連携しながら担当教員のアドバイスを得て, 最終的にモーターを回転させることに成
功した. また, インバータ部分に使っている MOS-FET が発熱するため, ヒートシンクを作
成した. 最終発表後, ホール IC の読み込み部分とボリューム読み込み部分の AD コンバー
ター周りの配線を行った.
（※文責: 新田健人）
成果の評価
7.2
7.2.1
フレーム
(前期)
終了時には, 素材の決定とそれに伴う設計図がほぼ完成していた. 第三者が見たときに理
解しやすいかを考えた時に, 説明が不十分な点があった. 具体的には GoogleSketchUp8 を
使った 3D 図は発表会での説明には向いていたが, 実際の設計において精密さには欠けてい
た. 適材適所に図を使い, 多面的に設計する必要があった. そこで, AdbeIllustrator5.1 を使
い三面図の作成に取りかかった.
(後期)
夏季休暇中にも担当教員と連絡を取りながら, 8 月中に完成できた. 完成品はドライバー
の姿勢に無理が無く, 前輪や後輪の機構とうまく組み合わせられた. 前輪後輪の設計が 11 月
上旬までずれ込んでいた. フレームが早期に完成したことにより, 前後輪の設計に貢献する
ことができた.
（※文責: 小牧真幸）
7.2.2
ブレーキ
(後期)
10 月中旬から製作を開始した. 前輪後輪部分の設計がほぼ完成し, フレームは既に完成し
ている状態であったため, 限られたスペースでの設計と, 限られた予算で製作しなければな
らなかった. 自転車のブレーキを流用し, 低コストで適切な制動力が得られた. 部品到着後,
設計図通りに実装することができ, 適切な設計ができていたと言える.
（※文責: 小牧真幸）
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7.2.3
前輪
(前期)
前輪可動部分の機構は, 実際に使われている機構の理解により考察は十分に行うことがで
きたが, 設計図の製作を前期中に終えることはできず, 前期の目標は達成されなかった. しか
し, フィードバック制御の利用や制御の詳細な流れの説明などは制御の方式や順序の考察と
なり, 操舵システムの考察は十分に行うことができ, こちらの目標は達成された.
(後期)
後期に入り, 前期考察を行った実際に自動車に利用されている機構の設計を行うことがで
きた. 発注は再発注や追加の加工発注が多々あり, スムーズな発注を行うことができなかっ
た. 組み立ては部品の到着後, 速やかに取り掛かることはできたが, 設計や発注のミスによ
り, 前輪可動部分の完成はできなかったため, 前輪可動部分の課題は達成されなかった.
（※文責: 神翔太朗）
7.2.4
後輪
(後期)
前期は前輪と後輪を合わせて 1 人の担当者が作業を行っていたため, 後輪の設計が遅れた.
そのため後期から前輪と後輪を分けて担当者もそれぞれ 1 人ずつ割り当てられたため作業
が進んだ. 後輪部の機構の構想は前期の段階でできていたため, 後期が始まってからすぐに
設計図の作成に取り掛かった. 設計図の作成は特に問題もなく進み, 必要な部品の発注書作
成までは滞りなく進めることができた. しかし, 発注してから届くまでの期間が想定してい
たよりも長く予定通りに組み立て作業に入ることができなかった. また, 届いた部品のうち
追加工が必要な部品が加工されていなかったため, さらに予定していた作業が遅れる事態に
陥った. そのため, 実際に組み立て始めたのが最終発表 1 週間前となってしまった. また, 1
回目に届いた時に, 作成した発注書を見ながら 1 つずつ頼んだ部品を確認する作業を行った
が, 部品の性質まで確認していなかった. 実際に組み立て始めて, 初めて選んだ部品が適切な
部品ではないことが判明して組み立てが滞った. そのようなミスもあり完成が危ぶまれたが,
最終発表までに完成させることができた. 結果的に完成させることができたが, 想定通りに
作業を進めることができなかった理由として, 設計図作成と部品選定に十分な時間を確保し
なかったことが上げられるため, 詳細な計画を立て作業に取り組むことが今後必要である.
（※文責: 山本康太）
7.2.5
回路
(後期)
担当教員の製作した回路図を理解し, 短期間で回路を製作した. モーター回路, AD コン
バーター回路, SUZAKU-V 回路が実装できた. ホール IC とボリュームの読み取りに成功
し, 後輪駆動部が完成した. ステアリングコントローラーを読み取る AD コンバーター回路
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が完成していない.
（※文責: 小牧真幸）
7.2.6
モーター
(前期)
前期は, モーターの基本構造と制御方法, PWM 制御についてはしっかりと理解すること
ができた. 理解した内容を図や表にまとめることでより理解を深めることができた. また,
中間発表会の際に作成した図や表をスライドに利用し, 分かりやすい発表資料を作成するこ
とができた. その結果, スライドについては高い評価を得ることができた. しかし, 駆動シー
ケンスを作成する時に今回使用するモーターの仕様を確認せずに作成したため, 間違った駆
動シーケンスになってしまった.
(後期)
後期は, 使用するモーターの仕様を確認し, 前期に間違えて作成した駆動シーケンスを修
正することができたため, モーターを回転させることができた. しかし, ホール IC などを用
いた制御を行うことができなかったため, よりスムーズな回転をさせるためには, ホール IC
周りの回路やプログラムの作成と更なる調整が必要である.
（※文責: 田中智洋）
7.2.7
バッテリー
(前期)
グループディスカッションし, それぞれのバッテリーの長所・短所を洗い出し, 条件に合
うニッケル水素バッテリーを使用することに決定できた. しかし, 前期はそこまでで終了し
たため, 結果として後期の仕事が増える結果となった点は反省すべきである.
(後期)
前期から引き続き選定をした. ニッケル水素バッテリーを使うということが決まっていた
ため, そこまで苦労することなく選定できた.
（※文責: 大村駿介）
7.2.8
充電器
(後期)
バッテリーを基に充電器を選定した. バッテリー 1 個あたりの充電時間の計算式を導くこ
とで充電器を限定することができた. また, 色々な充電器を調査することで充電器に関して
理解を深めることができた. しかし, 後期に回すほどの仕事でもなく, 前期で選定しておかな
ければならなかった.
（※文責: 大村駿介）
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SUZAKU-V およびプログラム
7.2.9
(前期)
SUZAKU-V でシステムを開発するための環境の準備を行った. また, SUZAKU-V 開発
用のプロジェクトファイルに存在するサンプルプログラムに手を加えながら SUZAKU-V
でのシステム開発方法を学ぶことができた. また, 割り込み処理を利用したプログラムも実
装でき, 概ねスケジュール通りに進めることができた.
(後期)
FPGA の内部回路設計は, モーターを回すうえで最低限の機能を実装することができた
が, 一部回路図の設計と一致しないピンがあった. また, SUZAKU-V への入力も一部正常に
機能しない部分があったため, 今後はそれに合わせたデバッグが必要となる.
プログラムについては, モーターの制御と AD コンバーターの出力信号読み取りについて
ほぼ完成したため, 回路と FPGA の実装状況によるプログラムの実装限界まで終えること
ができた. しかし, 最終的にはモーターのよりスムーズな制御と, AD コンバーターから読み
取った値に合わせたモーター変速制御の実装が必要になる.
（※文責: 新田健人）
担当分担課題の評価
7.3
7.3.1
小牧真幸
(前期)
企画
プロジェクトメンバー全員で各自の考えていた組み込みハードウェアを書き出した. その
中から製作物を決めることができた. グループ分けと同時に製作物を決めることができた.
要求定義
始めは人が乗ることのできる電気自動車という漠然とした要求しか出ていなかった. 実際
の自動車に乗せ換えて作るなどの要求も出ていたが, 安全で限られた予算の中で製作できる
ものという条件の元, グループメンバー全員で構想を練った. 始めに出ていた回生機能の他
に付加価値として自動運転制御と画像処理制御を定義した. これによりソフトウェア制御に
必要な条件についての知識を習得することができた.
スケジュール決定
当初の予定では, 中間発表までに動くものを作る予定だったが. 株式会社エスイーシーの
方々のアドバイスを受け, 前期は設計に力を入れ, 後期に製作することにした. 具体的には今
後の課題で示す.
役割分担
電気自動車製作の主要な 4 部位をスムーズに分担することができた.
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フレームの設計
自動車の骨組みとなるフレームを知ることは, 他の 3 つのグループとの組み合わせが重要
となってくる. 特にハンドル設計と協議し, 条件を満たし全ての機構を積むことができるフ
レームが設計できた. また設計図を製作することで, 設計する上で必要な寸法の取り方や基
準点の決定, 設計図の書き方, CAD の用語に関する知識を習得することができた. 設計図は
何度も訂正や考察のし直しがあったが, 企業の方や担当教員にアドバイスをいただき, 問題
点や不明な点が無く設計を進めることができた.
中間発表準備
発表用スライドを分担して作成することで, スムーズに資料の作成をすることができた.
プレゼン資料の作成に時間がかかり, 発表練習に時間をかけることができなかったが最後ま
で分かりやすい発表を追及した. アンケート結果では, 高得点を取ることができた.
(後期)
スケジュール管理
前期でスケジュール管理を 1 通り経験したが, 前期の様な管理方法では大きな目標しか分
からず細かなステップで計画を進められなかった. 後期は, 担当者に細かい目標を聞くよう
に心がけ細かなスケジュールを立てるように努力した. また, 今分からないことがいつ分か
るようになるかを決め分からないままで放置しないように努力した. クラス図を使い穴が無
いようにした. しかし, 自分の担当分野に没頭し回りが見えていないことがあり, 特に部品を
発注してから届くまでの期間に仕事の分量に偏りがあった. より明確化した仕事の割り振り
が必要であり, リーダーはある 1 部の仕事に偏るべきではなかった.
フレーム
前期から計画してきたため, 余裕をもって完成させることができた. また, 夏休み期間中に
発注できたため, 後期期間が始まるとすぐに組み立てることができた. しかし, 夏休み 9 月
中旬に 1 度集まり組み立てる予定でいたが, 集まれず半月ずれ込んでしまった.
ブレーキ
後期から新しく計画した機能である. 様々な種類のブレーキを検討した結果, 安価で済む
ことから自転車のブレーキを流用することにした. 自転車メーカーで設計されており, 詳細
な寸法の情報が少なく, 実際にメーカーに問い合わせをした. また, 私物の自転車の前輪ブ
レーキを取り外し設計に役立てた. 前輪設計担当者から部品のアドバイスももらい, 無事最
終発表までに取り付けることに成功した.
回路
回路図から, 基板上にどのように配置するかを示す配置図を作成した. その後, 配置図通
りに各部品を配置し配線した. モーター 1 つ分の回路を作成してから, マイコンを組み合わ
せてモーターを動かすテストを何度も行った. テストを行う度にヒューズが飛ぶ前に部品が
壊れてしまうこともあり, 原因追究に四苦八苦した. 回路図通りに配線したが, フォトカプ
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ラが原因で動作しなかった. そのため, 去年の回路で使用したフォトカプラと交換してテス
トしたところ正常に動作するようになった. 去年の回路と今年の回路とを導線で橋渡しす
るように製作したテスト回路だったため, それを 1 つの基盤に乗せ換え調整した. 最終発表
の前日にモーターを動かすことに成功し, 最終発表ではデモを行うことに成功した. しかし,
長時間使用すると MOS-FET が熱をもち, 本来の性能を出しきれなくなる問題点があった.
そこで, MOS-FET にボルトで取り付けられるヒートシンクを製作した. これにより, 長時
間モーターを動かしたり, モーターの動きを止めて MOS-FET に負荷をかけたりした場合
にも対応できるようになった. 実際に重たい車体を動かす際には大きな負荷がかかる. モー
ターの軸の現在位置を伝えるホール素子センサーをマイコンに伝え, フィードバック制御に
より駆動できるように改良した. 回路図制作者と回路製作者が異なるため, 密にメールで連
絡を取り合い, 回路を完成させることができた. 回路製作経験が無いため言葉の表現ができ
ず, メールでのやりとりに苦労した. トラブルを何度も解決するうちに, どの辺りを修正すべ
きかが理解できた.
発表ポスター
中間発表時にはラジコンヘリ班との調整が上手くいかず, デザインが違ってしまっていた.
そのため, 後期ではデザインの共通化を意識し製作した. 前日まで製作物がどの辺りまで完
成するのかが分からなかったため完成したものと未完成の場合のものと 2 つ用意した. 印刷
できたのは当日であったが, 無事完成できた.
（※文責: 小牧真幸）
7.3.2
大村駿介
(前期)
企画 グループ分け
プロジェクトメンバー全員で製作するため意見を出し合った結果, 自動車, ラジコンヘリ
の 2 つの意見が出た. 各々好きな方を選びうまく分かれることができた.
スケジュール決定 モーター・マイコンの選定 役割分担
サイボウズ Live での細分化したスケジュールはとても使いやすかった. モーターをブラ
シレスモーター, マイコンを SUZAKU-V , バッテリーをニッケル水素バッテリーとするこ
とでそれぞれの役割が確立した.
マイコンによる制御システムの開発
制御班に所属してから, LED の点灯からはじまりタイマ割り込みができるところまでの
開発を行った結果, 制御についてのノウハウを学ぶことができた.
中間発表へ向けての資料作り
中間発表までの報告資料をまとめた結果, 自動車班内の担当分野のメンバーに自分達の
やったことを理解してもらえた.
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(後期)
スケジュールの決定
後期に持ち越した仕事, 今後の予定を明確にすることで次にやるべきことが常に見えてた.
しかし, スケジュール通りにはいかなく前期同様遅れをとっての活動となった.
バッテリー充電器
どのバッテリーを使用するのかを決めることができ, それに合わせて充電器も決定するこ
とができた.
回路部品の在庫調査
過去の先輩が基盤に半田付けした部品から未使用の部品まで隅々に渡って調査することが
できた. その結果必要な部品をリストアップすることができた.
注文書の作成
注文書の作成経験がなかったため指摘されるところが多々あったが, 今回のミスで注文書
の作成のノウハウを学ぶことができた.
配置図製作
最初に配置図なしで回路を製作してしまい, 失敗した. 先輩にその回路を見せに行った際
に作成すると良いとアドバイスを頂いたため作成することにした. 配置図を作成した結果,
スムーズに回路製作を進めることができた.
回路製作
最初は配置図なしに製作してしまい, 2 回目は配置図・回路図を参考に回路を製作した.
モーターを動かす回路を完成させるのに時間がかかってしまい, 動かすところまでいくこと
ができたがそれ以上の機能の実装をすることができなかった.
最終発表準備
ギリギリまで製作活動を行っていたため, 発表練習が疎かになってしまい本番ではカンペ
ありで発表することになってしまった. 前期のようにもっと事前準備をするべきだったと反
省した. しかし, 本番では発表の回を重ねるごとに良い発表ができた.
（※文責: 大村駿介）
7.3.3
新田健人
(前期)
企画 リスク考察
最初は皆勝手がわからず作業を進めるにあたって苦労したが, 全員でじっくり話し合うこ
とで皆の納得のいく企画になったため目標を達成できたといえる. その反面, スケジュール
が遅れてしまって後々の作業に響いてしまったため, 反省が必要な部分もあると感じた.
グループ分け スケジュール決定 利用機材や部品の選択
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電気自動車とラジコンヘリによる最終目的の違いによるにグループ分けはスムーズにでき
た. スケジュール決定, 利用機材や部品の選択は担当教員や, MEDEC の担当者の方との相
談を通して最終的に納得のいくものとなったため, 目標を達成できたといえる.
役割分担 SUZAKU-V のプログラム開発
資料やサンプルが少なく SUZAKU-V のプログラム開発は難航したが, 担当教員のアドバ
イスを受けながら SUZAKU-V の開発用データシートを利用して概ね予定通りに進める事
ができたため, 目標を達成できたといえる.
中間発表準備
グループメンバーで何度も発表内容を考え, 満足のいく発表になった. アンケートの評価
も概ね良いものが得られたため, 目標を達成できたといえる.
(後期)
モーター制御プログラムの概要考察
モーター担当のグループメンバーと協力し, 仕様を満たすモーターの制御を十分に実現で
きると考えられるプログラムの概要を考えることができ, それをもとにスムーズにモーター
制御プログラムを設計することができたため, 目標を達成できたといえる.
SUZAKU-V 開発手法の復習
SUZAKU-V 開発手法の復習として, UART 割り込みとタイマ割り込みを利用した, コ
ンソール画面に時間を表示するストップウォッチを制作する事ができた. これを通して,
SUZAKU-V の FPGA とプログラムの開発についてより深い理解が得られたため, 目標を
達成できたといえる.
モーター制御アルゴリズムの設計
モーター担当のグループメンバーと協力し, 仕様を満たすモーターの制御を十分に実現で
きると考えられるプログラムのアルゴリズムを考えることができたため, 目標を達成できた
といえる.
モーター制御プログラムの実装 SUZAKU-V の FPGA 内部回路設定
モーター制御プログラムの実装について, モーターを回すために必要となる三相交流の
周波数と電圧を変化させるプログラムの実装に成功した. これにより, 設定した速度でモー
ターを回すことができる. 三相交流ブラシレスモーターの回転が実現できたため, 目標を達
成できたといえる.
SUZAKU-V の FPGA 内部回路設定について, モーターを回転させるための PWM 信号
と三相交流変換用 MOS-FET のスイッチングパターン信号に割り振ったピンは正しく機能
したが, ホール IC やボリュームを読み取るための入力用の GPIO に割り振ったピンが正し
く機能せず, 完璧に仕様を満たせなかったため, 今後に課題が残り目標を達成できたとは言
えない.
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発表用デモプログラムの実装
モーターの PWM 周波数を変えて, 簡単な音階を奏でながらモーターを回すことができ
る, デモ用のプログラムを実装する事ができたため, 目標を達成できたといえる.
ホール IC 読み取りプログラムの実装 ボリューム読み取り用 AD 変換プログラムの実装
ホール IC 読み取りプログラムの実装について, FPGA の実装上の問題により実際にホー
ル IC の値を読み取ることはできないが, プログラム上ではホール IC の読み取りアルゴリズ
ムを問題なく実装することができたため, 目標を達成できたといえる.
ボリューム読み取り用 AD 変換プログラムの実装について, FPGA の実装上の問題によ
り実際にボリュームの値を読み取ることはできないが, プログラム上では AD 変換用のアル
ゴリズムを問題なく実装することができたため, 目標を達成できたといえる.
（※文責: 新田健人）
7.3.4
神翔太朗
(前期)
企画
プロジェクトメンバー全員で各自の考えていた組み込みハードウェア具体像を書き出し,
その中から議論して製作物を決めることができた. 製作物を 2 つにすることでプロジェクト
メンバー全員の希望を叶えることができた.
要求定義
最初は, 人が乗れるサイズの自動車を作るという漠然とした要求しか定義していなかった
が, グループメンバー全員で意見を出し合い, 付加価値として回生機能や自動運転制御, 画像
処理制御の機能を実装することにした. これにより十分な要求定義を決めることができた.
企業訪問
実際に企業で使用されている組み込みソフトウェアやハードウェア開発の作業工程やスケ
ジュールの組み方など, 本プロジェクトでどの様に工程を進めるべきなのかを学ぶことがで
きた. また, 現在開発中のシステムや製品化されているシステムの説明を聞くことができ, 実
装したい機能や使用するマイコンの考察に役立てることができた.
回生機能の設計
回生ブレーキの基本的な構造や知識を理解することができた. しかし, 設計自体を行わず,
基本的な構造理解のみを行ったため, 専門的な知識の習得にまでには至らなかった.
役割分担
電気自動車製作で専門知識が必要である, フレーム, 前後輪の機構, モーター, 全体のソフ
トウェア設計の 4 つの分類に分けることで作業効率を上げることができた. 分類分けは各自
の興味がある範囲を選択することができた.
前輪可動部分の設計
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自動車の前輪可動部分の構造のラック＆ピニオン式, アッカーマン・ジャントー, 内輪差,
コーナリングフォースなどの知識を得ることができ, また設計図の製作をすることで, 寸法
の取り方や基準点の決定, 設計図の書き方や CAD の用語や利用方法に関する知識を習得す
ることができた. しかし CAD を利用しなかったため専門技術の取得までには至らなかった.
設計図は何度も訂正があったが, 企業の方や担当教員のアドバイスをいただき, 問題点や不
明な点を少なくし, 設計を進めることができた.
中間発表準備
設計などが終わらず, 発表資料作成に時間をかけることができなかったが, 発表用スライ
ドをグループメンバーで分担して作成することで, 少ない作成時間でスムーズに資料の作成
をすることができた. 発表練習を繰り返し行なったことでスムーズに発表することができた.
そのため, 中間発表のアンケートの発表姿勢の項目では高評価を得られた.
(後期)
前輪可動部分の設計
前期の設計を行った部分の部品の仕様に問題があり再設計となったが, 担当教員と企業の
方のアドバイスをいただき, 設計を終わらせることができた. しかし前輪可動部分の設計は
前期行う作業であり, 後期に作業を持ち越したためグループ全体のスケジュールの進行を遅
らせてしまった.
後輪部分の設計
タイヤを前輪と同じものを使用すると, 左右のタイヤがつながっておらず動力を 2 つにす
る必要があったが, 1 つの動力を分散させる構造を取ることで問題を回避することができた.
後輪部分は機構の考察はできたが前輪可動部分の設計の遅れのため, 設計図の製作と部品の
選定をグループメンバーに引継がせた. そのため個人での後輪部分の設計すべての課題達成
には至らなかった.
前輪可動部分と後輪部分の発注・訂正
前輪可動部分と後輪部分の部品発注は発注型式の間違いや発注可能寸法の間違いがあり,
スムーズに発注することができなかった. 発注型式や部品の仕様の理解をより深めるべきで
あった.
追加発注と追加加工の発注
前輪可動部分と後輪部分の部品発注は, 発注型式の把握や部品の仕様を理解していなかっ
たため, 発注型式の間違いや発注可能寸法の間違いがあり, スムーズに発注を行うことがで
きなかった. また, 加工部品が全て未加工のまま発注されており, 足りない部品や変更する部
品と合わせて, 担当教員の指示に従い追加発注を行った. 追加発注により部品の到着が遅れ
たため, 組み立て予定が大幅に遅れてしまった.
前輪可動部分と後輪部分の組み立て・調節
発注部品が届き次第, 速やかに組み立てを始めることができたが, 部品が設計通りに組み
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上がらず, 追加発注で部品の交換を行うこととなり, 車体の完成予定を遅らせた. 部品の変更
により寸法に変更があり, 取り付け位置をずらして組み立てる部分と, 設計時に予め調節が
可能な設計を行なっていたため, 部品を変えても取り付けを行うことができる部分が存在し
た. 全ての取り付け箇所を微調節が行えるように設計するべきであった. 部品の仕様に不明
な点が存在したため, 前輪可動部分は完成には到らなかった. しかし, 後輪部分は調節可能な
設計を行なっており, 追加部品を組み合わせることで問題を解決することができ. 後輪部分
は完成することができた. 前輪可動部分の未完成部分であるラックギアの固定と前輪の直立
と動力伝達機構 (ナックルアーム) の再設計が今後の課題である.
AD コンバーターの仕様書の翻訳
AD コンバーターの仕様書を翻訳することで, AD コンバーターの変換時間を把握するこ
とができ, ステアリング機構プログラムからの AD コンバーターへの読み込み時間を決める
ことができた.
最終発表準備
車体の組み立てが大幅に遅れてしまい発表資料の作成や発表練習を行う最終発表会の準備
期間が減少した. 前輪可動部分が未完成のため, 最終発表会での発表を行うことができず, 前
輪可動部分の完成は今後の課題として取り上げることとなった.
（※文責: 神翔太朗）
7.3.5
田中智洋
(前期)
企画, グループ分け
プロジェクトメンバー全員がそれぞれ自分のやりたいことを発言し, 出た案を多数決で 2
つに絞った後, それぞれの案に賛成したメンバーがプレゼンテーションを行い, 納得がいく
グループ分けができるまで話し合うことで, 全員が納得のいくグループ分けをすることがで
きた.
スケジュール決定, モーター・マイコンの選定, 役割分担
最終成果物に搭載する機能を決定することでスムーズにスケジュールを立てることができ
た. モーターとマイコンを選定することで製作する電気自動車の性能が決まり, それに合わ
せた設計をスムーズに考察することができた. 実装する機能に対し, 分野ごとに役割を分担
することで効率的に作業を行うことを目指し, 良い役割分担をすることができた.
ブラシレスモーターについての調査
ブラシレスモーターの基本構造や駆動方法, 回転速度の制御の方法など, 基本的な部分は
理解することができた. しかし, 駆動回路のスイッチングパターンやホール IC の使用方法
などについて不十分な部分があり, 目標を達成できない部分があった. 前期に理解した部分
を, 図や表を自分で作成することによって理解を深め, 後期に繋げることができた.
中間発表へ向けての資料作り
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中間発表では調べた内容をわかりやすく伝えるために, スライドで使う図に工夫をした.
具体的には, モーターの回転する様子を示した GIF 画像ファイルを作成することで, 視覚的
に分かりやすいスライドを作成した. その結果良い評価を得ることができた.
(後期)
回路部品の在庫調査
去年や一昨年のプロジェクトで使っていた基盤などから部品を探し出し, 在庫をしっかり
調査することができた. その結果足りない部品や余っている部品を把握することができ, 部
品を無駄なく発注することができた.
制御部品の仕様調査
回路に使う部品のデータシートを確認し, 部品の仕様を理解することでどのようなプログ
ラムを書けば良いかを明確にできた. 具体的には, MOS-FET の Pch タイプと Nch タイプ
の仕様を確認することで, どのような信号を与えたときに ON/OFF になるのかを明確にで
きた.
モーターの駆動シーケンスの考察
後期に改めてモーターの駆動シーケンスについて調査を行い, 前期の調査結果の間違いを
修正することができた. また前期に理解できなかったホール IC についても理解することが
できた. 理解したことを図や表にまとめることで, より理解を深めることができた. また, グ
ループメンバーにも効率よく説明することができ, 成果発表会の資料作りにも役に立った.
モーターの制御プログラムの考察
モーターの仕様を確認し, SUZAKU-V 担当者と, モーターの駆動シーケンスについてま
とめた図や表を交え話し合うことで, 使用するモーターに対応したプログラムを考えること
ができた. その結果, モーターを回転させることに成功した. しかし, スムーズな回転と呼べ
る状態ではないため, 調整する必要がある.
成果発表会準備
前期での経験を生かし, 分かりやすい図や表をスライドに組み込むことでより良い発表資
料を作成することができた. しかし, 成果物の製作に限界まで時間を割いたため, 発表練習を
する時間を充分に取ることができず, 練習不足のまま発表に臨むことになった.
（※文責: 田中智洋）
7.3.6
山本康太
(前期)
企画
どのようなものを作るか話し合いをして, いくつかのアイディアが出され出されたが, 最
終的に 2 つのものを作ることで話が上手くまとまった.
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グループ分け
作業を効率よく進めるために, いくつかのグループに分かれたのは良かったが, グループ
によって作業内容に差が出たために, 前期で終わらせるはずのものが後期に回された.
モーターの調査
前期の終了間際まで与えられた課題である. 今回のプロジェクトで使用するブラシレス
モーターの性質について調べた. ブラシレスモーターの担当者はもう 1 人いたため, 作業量
が多く手が回っていなかった後輪を前期終了間際に割り当てられたため, ある程度理解した
所でモーターを調べる作業は途中で終了した.
中間発表準備
中間発表用のスライドを作成しなければならなかったが, それと同時にプーリの選別を行
わなければいけなかったために, もう 1 人の担当者に負担がかかってしまった.
(後期)
後輪駆動部の設計図作成
前期終了間際から新しく割り当てられた課題である. しかし夏休み中に作業があまり進ま
ず, 後期開始とともに作業開始したために, 設計図の作成が遅れてしまった.
後輪駆動部品の発注
前輪駆動部品と一緒に発注することになっていたが, 後輪駆動部の設計図の作成が遅れて
しまったため, 前輪駆動部の担当者に迷惑をかけてしまった.
後輪駆動部の作成と再発注
発注が遅れてしまったため後輪駆動部の作成も予定より遅れてしまった. また, 届いた
部品の中で, 追加工が必要な部品が加工されていなかったため, 再発注しなければならなく
なった. そのため, 予定していた作成時期から大幅に遅れてしまった. しかし, 最終発表まで
に後輪駆動部を作成することができた.
最終発表資料作成
部品の性能を完璧に把握できていなかったために, 設計図通りに組み立てることができず,
最終発表日ぎりぎりまで組み立てに時間がかかってしまった. そのため, 最終発表用の資料
を作成する時間を十分に取ることができず満足のいく資料を作成することができなかった.
（※文責: 山本康太）
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第8章
今後の課題と展望
電気自動車班では, ブラシレスモータを使用して電気自動車を基本的な動作をさせることを目標
として活動してきた. 後輪部分の動作まではできたが, 電気自動車を完全に動作させることができ
なかった. そこで, 今後の課題と展望を進歩状況の連絡と確認, 電気自動車の基本的動作実現のため
の課題, 今後考えられる機能を分けて以下に示す.
進歩状況の連絡と確認
メンバーそれぞれの進歩状況を確認する配慮が足りなかった. そのために,
作業にずれが出てきてしまい, 連携する必要がある担当者が活動できない状況に陥った. 特
に, ハードウェアとソフトウェア担当者間の連絡が足りず作業に支障が出た. 作業を効率よ
く進めるためには自分の担当部分だけを把握するだけではなく, 自分の担当する部分と関係
のある担当者の進歩状況を把握しなければならない. そのため, 自分と密接に関係のある担
当者とは常に連絡を取り合い, 進歩状況を確認する必要がある.
電気自動車の基本的動作実現のための課題
筐体は, 後輪部は最終的に完成したが前輪部分の部品であるナックルアームの許容範囲が
想定していたよりも大きかったために, 車体を直立させることができなかった. また, ラック
ギアを発注した部品で固定することができなかった. そのため, 前輪部分の機構を完成させ
ることができなかった. 今後, ナックルアームを固定する方法を考え, 車体を直立させるこ
と, ラックギアを固定し前輪部分の機構を完成させることが課題である.
ソフトウェアでは, ハンドル制御機構を完成させることである. ハンドルを制御するため
ボリュームの読み取りおよび, 制御プログラムの実装が課題である.
今後実装可能な機能
電気自動車班はこの章の最初に述べたように, ブラシレスモータを使用して電気自動車に
基本的な動作をさせることを目標として活動してきたが, 電気自動車の基本的な動作だけで
はなく, 付加価値をいくつか付けることができる.
その理由の 1 つに, ステアリングと前輪が直接リンクする機構ではないことが挙げられる.
直接リンクしていないため, ステアリングを回すことなく前輪の切れ角を調整することがで
きるようになっている. つまり, これは電気自動車の基本的な動作を全てソフトウェアで制
御していると言える. そのため自動運転機能の実装や, 画像処理しコンピュータが判断した
命令の介入がしやすい環境である. 例えば, Web カメラから取り込んだ画像から, 障害物を
認知し, それを自動で避けるような機能が考えられる.
以上のようなことを踏まえ, 今後実装できる機能が増えると予想できる.
（※文責: 山本康太）
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付録 A
新規習得技術
・組込みシステム開発
・仕様書作成の手順
・回路作成
・機械設計
（※文責: 新田健人）
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付録 B
活用した講義
・制御理論
・プログラミング言語論
・ディジタル論理回路
・情報アーキテクチャ演習
・電子センサ工学 ・アルゴリズムとデータ構造
・電子工学基礎
・回路とシステム
（※文責: 神翔太朗）
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付録 C
アンケート結果
(前期)
発表技術について
平均点数：7.28
車班の図やスライドが分かりやすい
自動車班の説明は専門的なことも行っていて, 少し分からない部分もあったが分かりやす
かった
自動車班で少しでも作ったものを見せて欲しかった
モーターのスライドは非常に良い
声がいい
声をもう少し大きく
声がしっかり聞こえた
専門用語の噛み砕きが足りない
印刷して資料にした方が良い
話す内容がまとまっているともう少し聞きやすかった
スライドの使い方はよかった
伝えようとする姿勢が見れて良かった
聞きやすいスピードだった
メモを見て話すのは良くない
フローチャートは左から右への方が分かりやすい
スライドが分かりやすかった
スライド内容を読んでいるだけだったのでもっと内容を濃くするべき
発表内容について
平均点：7.62
マイコン部分の詳しい説明は理解できなかった
今後の予定が練られており, 十分である
丁寧な流れである
自動車の実際の形を見てみたかった
よくまとまっていた
制御するために必要なものが明確に示されていた
最終的にどこまで動かせるようにするか目標が定まっていない
最終発表で実現できそうだと感じた
聞いていてとてもためになった
発表内容が短かった
既存のものを活用する部分とプロジェクトで新規に取り組んで制作する部分の区別がつきに
くい
完成への期待が高まる発表であった
車の構成, 仕組みが面白かった
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回生による発電の仕組みについての説明もあると良かった
なぜそのようなものを作るのかなぜそのようなテーマを設定したのかがあるとなおよい
前期の活動表があればなおよし
実演が無かったので予想がつき辛かった
ブラシレスモーターが理解し辛かった
もう少し細かい計画を立てたほうがいいと思う
視覚的に分かりやすかった
夜等はどうなるのか
発表に使用したスライドについては高い評価を得ることができた. 発表内容については,
実演や製作物が無かったのでイメージがつき辛いという意見が多く見られたため, 最終発表
ではしっかりとした実演を行う必要がある. 発表技術については, 声が「よく聞こえた」「よ
く聞こえなかった」といった両方の意見があったため, 発表者全員がしっかりとした声で発
表できるようにする必要がある. また, 「原稿を読みながら発表するのは良くない」という
意見も多く見られたため, 発表練習をしっかり行い原稿を読まずに発表する必要がある.
(後期)
発表技術について
平均点数：7.3
全体像が分かりづらかった
声が小さかった
声が聞き取りやすかった
話すスピードが速かった
スライドが分かりやすかった
質問にしっかり答えていて良かった
専門的な用語が多く分かりづらかった
発表内容は頭の中に入れて発表するべき
苦労した点, 工夫した点がどこなのか分からなかった
基本的な理論を分かりやすく説明する努力をしているのがよかった
類似した他の研究との比較がほしかった
発表内容について
平均点：7.89
自動車が動くところを見たかった
部品の発注ミスというところに計画性の無さを感じた
プロジェクトの背景が分からなかった
目の前で作ったものを動かしてくれるだけで凄さが伝わった
目的が分からなかった
フレームしかできていないのが残念だった
目標が分かりやすかった
車体を使った実演が無かったのが残念だった
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前期に引き続き, スライドは高い評価を得ることができた. また質問に対してしっかり答
えていて良かったという意見も見られた. 発表内容については, 「苦労した点・工夫した点
が分からなかった」「背景や目的が良く分からなかった」「自動車が動かなかったため残念
だった」という意見が多く見られた. 発表技術については, 発表練習に時間をかけなかった
結果として, 声が「よく聞こえた」
「よく聞こえなかった」といった意見や「原稿を読みなが
ら発表するのは良くない」といった意見が見られた.
（※文責: 田中智洋）
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参考文献
[1] 電気自動車とは-電気自動車 (EV) の比較情報
(http://www.ev-car.info/about/index.html)
[2] いまさら聞けない!?自動車用語辞典, アッカーマンジャントー
(http://homepage3.nifty.com/KMG/dic/akkaamanjyantoo.html)
[3] 古川修 (ふるかわおさむ), 自動車のメカニズム, ナツメ社, 2007.
[4] ISUZU, 自動車用語辞典, ラック＆ピニオン式ステアリング
(http://www.isuzu.co.jp/word/rack pinion.html)
[5] もの作りのための機械設計工学
(http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch06/ch06 02.html)
[6] いまさら聞けない!?自動車用語辞典, ラックアンドピニオン
(http://homepage3.nifty.com/KMG/dic/rakkuandopinion.html)
[7] いまさら聞けない!?自動車用語辞典, ナックルアーム
(http://homepage3.nifty.com/KMG/dic/nakkuruaamu.html)
[8] いまさら聞けない!?自動車用語辞典, タイロッド
(http://homepage3.nifty.com/KMG/dic/tairoddo.html)
[9] 機械部品通販のミスミ e カタログ
(http://jp.misumi-ec.com/)
[10] nabe の雑記帳, 回路図の読み方入門, 2010 年 12 月 7 日.
(http://nabe.blog.abk.nu/circuit-intro）
[11] 株式会社アイネックス, HT-02, 2005.
(http://www.ainex.jp/products/ht-02.htm)
[12] 株式会社サンワエンタープライス, metal spec. pdf, 2011.
(http://www.sanwa-ent.co.jp/)
[13] トランジスタ技術, 小型モーターの選定とその制御技術, 萩野弘司, CQ 出版社, 2006 年 8 月
∼2006 年 12 月.
[14] 小型 DC モーターの基礎・応用, 第 3 章, 近藤俊一, CQ 出版社, 2006.
[15] 同期モーターの回転原理.
(http://kin79e.web.infoseek.co.jp/index.html)
[16] N パワー MOS-FET による市販ブラシレスモータ駆動.
(http://www.tetras.uitec.ehdo.go.jp/document/GinouGijutu/200901/20090108/20090108 index.html)
[17] 無料コラボレーションツール, サイボウズ Live.
(http://live.cybozu.co.jp/)
[18] AD7819 の英語データシート Rev B.
(http://www.analog.com/static/imported-files/data sheets/AD7819.pdf)
[19] SJ エレクトロニクス PERFECT5000
(http://www.powers-international.com/international/sj/data/p5000.pdf)
[20] iMAX B6
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 15-A
Applied Embedded System
(http://www.hobby.co.jp/retail/imax/b6 jp.pdf)
（※文責: 神翔太朗）
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 15-A