(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドリムに加わる人力によって車輪を駆動する人力駆動部と、ハンドリムに加わる人力による駆動トルクを検出する人力トルク検出部と、電動モータによって車輪を補助駆動する電動駆動部と、人力トルク検出部の検出出力に対応して電動駆動部に補助駆動トルクを発生させるモータ制御部とを備えた車いすにおいて、
人力トルク検出部の出力を所定周期でサンプリングして取り込み、その出力と直前のサンプリング出力との差出力を２以上の整数であるＮで分割した値に相当する出力を発生させ、この分割された出力に応じて電動モータの補助駆動トルクを制御することを特徴とする車いすにおける補助駆動装置。
【請求項２】
車輪の回転速度を検出する速度検出部と、
走行速度と人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶した定常出力特性記憶部と、
前記人力トルク検出部で検出された人力トルク検出出力と速度検出部で検出された速度検出出力を所定周期でサンプリングし定常出力特性記憶部に記憶した出力特性から人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクを算出する算出部と、
所定周期で算出した補助駆動トルクの値を２個分づつ更新記憶してその差をＮ分割し、１／Ｎ周期ごとの補助駆動トルクとして変換する変換部とをさらに備え、前記モータ制御部は変換された補助駆動トルクが前記電動駆動部に出力されるよう電動モータを制御することを特徴とする請求項１記載の車いすにおける補助駆動装置。
【請求項３】
走行スタート時の人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタート出力特性記憶部をさらに備え、前記算出部は、走行スタート時の所定時間は人力トルク検出部によって検出された人力トルク検出出力とスタート出力特性記憶部に記憶した出力特性とから人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクを算出することを特徴とする請求項２記載の車いすにおける補助駆動装置。
【請求項４】
前記電動モータの駆動電流を検出する電流検出部をさらに備え、前記モータ制御部は前記電流検出部で検出された駆動電流からモータ駆動トルクを求め、前記補助駆動トルクと一致するモータ駆動トルクを出力するよう電動モータを制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車いすにおける補助駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車いすにおける補助駆動装置に関し、例えば、人力による人力駆動系に電動モータによる補助駆動系を併せ設けた車いすにおける補助駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歩行できない入院患者、身障者、高齢者等は、歩行の困難度や、介助者の必要に応じて、使用者の自力走行を目的とした手動車いす（後輪駆動式折りたたみ車いす）か、電動力走行を目的とした電動車いすかを利用していた。
例えば、ハンドリムで駆動できる手動車いすは、方向転換におけるスペースが最小であり、また、折りたたんで使用者の近辺に置くことができるため、病院等で一般的によく利用されるが、上り坂になっている場所や段差のある場所ではハンドリムに加わる力が大きくなり、その都度、介助者の手助けを必要としていた。
【０００３】
また、従来の電動車いすは、人力駆動力は全く使用せず、電動駆動力で走行できるため手足の不自由な人が運転できるが、車体に搭載される電池の消費電力が大であるので容量の大きい電池（例えば、鉛蓄電池）を使用する必要があった。
また、方向転換における走行半径が手動車いすに比べ大きくなり、狭い場所では操作性が悪いという問題があった。
従って、従来の手動車いすに補助駆動装置を組み込むことにより、手動車いすの利点を利用しながら、上り坂になっている場所や段差のある場所でも負荷が軽くなり、従来の電動車いすの電池より小型の電池を使用できる車いす用の補助駆動装置の開発に期待が寄せられている。
【０００４】
従来、電動モータの補助駆動力で走行できる人力駆動装置として、特開平４−１００７９０号公報に記載されているように、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、人力による駆動系にかかる負荷を検出して電動モータの補助駆動力を制御するようにしたものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１００７９０号公報の人力駆動装置を、車いすのように前後方向（駆動方向）に対して安定性のない車体に適用した場合、例えば、スタート時点、急激な人力駆動トルクが加えられた場合、補助駆動トルクを一定時間遅延させることできてもソフト出力できるよう構成されていないので、急な発進による転倒などが起こりやすく不安定な人力駆動装置になってしまう。
【０００６】
本発明は以上の事情を考慮してなされたもので、例えば、急激な人力駆動トルクに対する補助駆動トルクをソフト出力する構成にして、安定した補助駆動が可能な車いすにおける補助駆動装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の基本構成を示すブロック図である。図１において、本発明は、ハンドリムに加わる人力によって車輪を駆動する人力駆動部１０１と、ハンドリムに加わる人力による駆動トルクを検出する人力トルク検出部１０２と、電動モータによって車輪を補助駆動する電動駆動部１０３と、人力トルク検出部１０２の検出出力に対応して電動駆動部に補助駆動トルクを発生させるモータ制御部１０４とを備えた車いすにおいて、
人力トルク検出部１０２の出力を所定周期でサンプリングして取り込み、その出力と直前のサンプリング出力との差出力を２以上の整数であるＮで分割した値に相当する出力を発生させ、この分割された出力に応じて電動モータの補助駆動トルクを制御することを特徴とする車いすにおける補助駆動装置である。
【０００８】
車輪の回転速度を検出する速度検出部１０５と、走行速度と人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶した定常出力特性記憶部１０６と、前記人力トルク検出部１０２で検出された人力トルク検出出力と速度検出部１０５で検出された速度検出出力を所定周期でサンプリングし定常出力特性記憶部１０６に記憶した出力特性から人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクを算出する算出部１０７と、所定周期で算出した補助駆動トルクの値を２個分づつ更新記憶してその差をＮ分割し、１／Ｎ周期ごとの補助駆動トルクとして変換する変換部１０８とをさらに備え、前記モータ制御部１０４は変換された補助駆動トルクが前記電動駆動部１０３に出力されるよう電動モータを制御するよう構成する。
【０００９】
本発明において、人力駆動部１０１とは、人力によって車輪を回転駆動するための装置を意味し、ハンドリムのことである。
人力トルク検出部１０２は、例えば、ハンドリムから駆動輪に加えられる人力駆動トルク（人力駆動力）に応じた機械的圧力や変形量を電気信号に変換する、圧力センサ、磁気抵抗素子、歪みゲージ、ポテンショメータ、差動トランス等で構成される。
【００１０】
電動駆動部１０３の補助駆動トルク（補助駆動力）とは、電動モータに生じるモータ駆動トルクを意味し、この電動モータは、永久磁石励磁型の直流ブラシモータ、ブラシレスモータ、フラットモータ等で構成される。
車輪の回転速度を検出する速度検出部１０５は、タコジェネレータ、フォトカプラ、ホールＩＣ等で構成される。
モータ制御部１０４、定常出力特性記憶部１０６、算出部１０７、変換部１０８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマ、Ａ／Ｄコンバータからなるマイクロコンピュータで構成される。
【００１１】
特に、定常出力特性記憶部１０６は、この中のＲＯＭが用いられる。また、ＲＯＭは、ＣＰＵが、モータ制御部１０４、算出部１０７、変換部１０８として機能するプログラムが格納している。
また、ＲＡＭには、ＣＰＵで処理されるデータ（例えば、検出信号、算出した補助駆動トルク等）が更新記憶される。
電動駆動部１０３の電動モータの駆動電源として、例えば、再充電可能なニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）電池の２４Ｖ、２．５Ａｈ又は５．０Ａｈ程度の直流電源を用いてもよい。この直流電源は、さらに安定化して上記の各構成部の駆動電源として使用される。
【００１２】
走行スタート時の人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタート出力特性記憶部１０９をさらに備え、前記算出部１０７は、走行スタート時の所定時間は人力トルク検出部によって検出された人力トルク検出出力とスタート出力特性記憶部１０９に記憶した出力特性とから人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクを算出するよう構成されることが好ましい。
スタート出力特性記憶部１０９は、前記マイクロコンピュータ内のＲＯＭで構成される。
【００１３】
前記電動モータの駆動電流を検出する電流検出部１１０をさらに備え、前記モータ制御部１０４は前記電流検出部１１０によって検出された駆動電流から駆動力を求め、前記補助駆動力と一致する駆動力を出力するよう電動モータを制御する構成にすることが好ましい。
電流センサ１１０は、シャント抵抗、ホール素子等で構成される。電動モータをＰＷＭ（パルス幅変調）制御しているときは、電動モータから出力される逆起電力を検出する回路を設けることにより電動モータの回転速度検出センサとしても利用できる。
【００１４】
本発明によれば、人力トルク検出部１０２の出力を所定周期でサンプリングして取り込み、その出力と直前のサンプリング出力との差出力をＮ分割した値に相当する出力を発生させ、この分割された出力に応じて電動モータの補助駆動トルクを制御する。
即ち、算出部１０７により、人力トルク検出部１０２によって検出された人力トルク検出出力と速度検出部１０５によって検出された速度検出出力と定常出力特性記憶部１０６に記憶した出力特性とから人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクを所定周期でサンプリングして算出し、さらに、変換部１０８により、所定周期で算出した補助駆動トルクの値を２個分づつ更新記憶してその差をＮ分割し、１／Ｎ周期ごとの補助駆動力として変換される。そして、モータ制御部１０４は、変換された補助駆動トルクが電動駆動部１０３に出力されるよう電動モータを制御する。
従って、車輪に対し急激な人力駆動トルクが加えられても補助駆動トルクをソフト出力できるので、車いすに適用した場合、安定した補助駆動が可能になる。
【００１５】
また、走行スタート時の人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタート出力特性記憶部１０９をさらに備えた構成にすることにより、前記算出部１０７は、走行スタート時の所定時間は人力トルク検出部１０２によって検出された人力トルク検出出力とスタート出力特性記憶部１０９に記憶した出力特性とから人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクを算出することができる。
特に、走行スタート時と通常走行において、人力駆動力に対する補助駆動力の出力特性記憶部を使いわけて算出しているため、さらに、補助駆動トルクをソフト出力することが可能になり、安全性が向上する。
【００１６】
また、前記電動モータの駆動電流を検出する電流検出部１１０をさらに備えた構成にすることにより、モータ制御部１０４は、電流検出部１１０によって検出された駆動電流からモータ駆動トルクを求め、算出された補助駆動トルクと一致するよう電動モータを制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施例に基づいて本発明を詳述する。なお、本発明はこれによって限定されるものでない。本発明は、主として、車いすに適用して、安定した補助駆動を可能にする。
【００１８】
図２は本発明の車いすにおける補助駆動装置を適用した車いすの外観図である。図２において、図２（ａ）は車いすの平面図、図２（ｂ）は車いすの側面図、図２（ｃ）は車いすの背面図である。図２（ｄ）はバッテリの外観図である。図２（ｅ）は操作パネルの外観図である。
１は車いす本体である。２は車いす本体１を駆動する駆動輪で、左右に駆動輪２ａ、２ｂが設けられている。
３は人力よって左右の駆動輪２ａ、２ｂを駆動するハンドリム（人力駆動部）で、左右の駆動輪２ａ、２ｂにハンドリム３ａ、３ｂが設けられている。
４はフレームであり、左側フレーム４ａ、右側フレーム４ｂ、たすき４ｃ等で構成されている。
【００１９】
５は自在輪であり、左右フレーム４ａ、４ｂの下端部に自在輪５ａ、５ｂが設けられている。
６は握りであり、左右フレーム４ａ、４ｂの上端部に握り７ａ、７ｂが設けられている。
７は使用者の体を支えるシートユニットであり、座７ａ、背もたれ７ｂ、左右のひじ当て７ｃ１〜７ｃ２、左右のフットレスト７ｄ１〜７ｄ２及びその他の付属品からなる。
【００２０】
８は駆動輪２ａ、２ｂの回転軸に設けられるハブであり、左右のハブ８ａ、８ｂ内には、図示しない人力トルクセンサ（人力トルク検出部）、速度センサ（速度検出部）、電流センサ（電流検出部）の各検出部と、電動モータ、減速機構、クラッチからなる電動駆動部、マイクロコンピュータを搭載した制御回路基板等がそれぞれぞ内蔵されている。
９はバッテリ（直流電源）であり、例えば、再充電可能なニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）電池の２４Ｖ、２．５Ａｈ又は５．０Ａｈ程度の電池で構成され、左右フレーム４ａ、４ｂの側面または背もたれ７ｂに設けられる（図２（ｄ）、参照）。
１０はバッテリ９の電力供給をＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦスイッチと、ＯＮ／ＯＦＦ状態を表示するＬＥＤを備えた操作ボックスであり、例えば、ひじ当て７ｃの近辺に設けられる（図２（ｅ）、参照）。
図２において、駆動輪２ａ、２ｂを制動またはロックする手動ブレーキについては図示していないが、駆動輪２ａ、２ｂの前部に備えている。
【００２１】
図３は本発明の人力走行車における補助駆動装置を適用した車いすの制御回路を示すブロック図である。図３において、３０１ａは左側のハンドリム３ａに加えられる前進／後進の人力駆動トルク（人力駆動力）を検出する人力トルクセンサであり、３０１ｂは右側のハンドリム３ｂに加えられる前進／後進の人力駆動力を検出する人力トルクセンサである。この人力トルクセンサ３０１ａ、３０１ｂは、可変インダクタンス型の圧力センサを用いることが、無接触で、小さい機械的変位を精度良く電気信号に変換できる点で好ましい。
３０２ａは左側の駆動輪２ａを駆動する電動モータであり、３０２ｂは右側の駆動輪２ｂを駆動する電動モータである。
この電動モータ３０２ａ、３０２ｂは、永久磁石励磁型の直流ブラシモータを用いることが回転速度、パワー等の点で好ましい。
【００２２】
３０３ａは左側の駆動輪２ａ（又は電動モータ３０２ａ）の回転速度を検出する速度センサであり、３０３ｂは右側の駆動輪２ｂ（又は電動モータ３０２ｂ）の回転速度を検出する速度センサである。この速度センサ３０３ａ、３０３ｂはフォトカプラ、ホールＩＣ等で構成される。
車輪の走行速度Ｓ（ｋｍ／ｈ）は、駆動輪（又は電動モータ）の回転速度（ｎ／ｓ）と、駆動輪の半径ｒと、Ｓ＝２πｒｎ／３６００の式から求められる。
【００２３】
３０４ａは左側の電動モータ３０２ａの駆動電流Ｉａを検出する電流センサであり、３０４ｂは右側の電動モータ３０２ｂの駆動電流Ｉｂを検出する電流センサである。この電流センサ３０４ａ、３０４ｂは、シャント抵抗、ホールＩＣ等で構成される。
電動モータ３０２ａ，３０２ｂの駆動トルクＦａ，Ｆｂは、Ｆａ＝Ｋ・Ｉａ，Ｆｂ＝Ｋ・Ｉｂ（Ｋは定数）の式から求められる。
【００２４】
３０５はコントローラであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマ、Ａ／Ｄコンバータ、カウンタからなるマイクロコンピュータで構成され、モータ制御部、定常出力特性記憶部（定常出力特性テーブル）、スタート出力特性記憶部（スタート出力特性テーブル）、算出部、変換部として機能する。
走行スタート時の人力駆動トルクに対する補助駆動トルクのスタート出力特性を予め記憶したスタート出力特性テーブル、走行速度と人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶した定常出力特性テーブルは、ＲＯＭで構成される。
また、ＲＯＭには、モータ制御部、算出部、変換部として機能するプログラムが格納されている。また、ＲＡＭには、ＣＰＵで処理されるデータが更新記憶される。
【００２５】
また、Ａ／Ｄコンバータは、人力トルクセンサ３０１ａ、３０１ｂによって検出される前進／後進の人力駆動力信号を所定周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換して、前進／後進の人力駆動力データに変換する。電流センサ３０４ａ、３０４ｂによって検出される駆動電流Ｉａ、Ｉｂも、同様に駆動電流信号を所定周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換して、電動モータの電動駆動トルクデータに変換する。
カウンタは、速度センサ３０３ａ、３０３ｂによって検出される回転速度信号をカウントして、走行速度データに変換する。
【００２６】
３０６ａは左側の電動モータ３０２ａを駆動するモータ駆動回路であり、３０６ｂは右側の電動モータ３０２ｂを駆動するモータ駆動回路である。
モータ駆動回路３０６ａ（３０６ｂ）は、スイッチング用のトランジスタＱ１ａ〜Ｑ４ａ（Ｑ１ｂ〜Ｑ４ｂ）のブリッジとそのトランジスタを保護するダイオードＤ１ａ〜Ｄ４ａ（Ｄ１ｂ〜Ｄ４ｂ）のブリッジで構成されている。
【００２７】
３０７ａはモータ駆動回路３０６ａが左側の電動モータ３０２ａを前進駆動させるための前進駆動回路であり、３０７ｂはモータ駆動回路３０６ｂが右側の電動モータ３０２ｂを前進駆動させるための前進駆動回路である。
前進駆動回路３０７ａ（３０７ｂ）は、コントローラ３０５から前進駆動信号を受けると、例えば、トランジスタＱ１ａとＱ４ａ（Ｑ１ｂとＱ４ｂ）をオンして電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）を時計方向に駆動させる。
このとき、コントローラ３０５は、人力トルクセンサ３０１ａ（３０１ｂ）によって検出される人力トルク検出信号から補助駆動トルクを、電流センサ３０４ａ（３０４ｂ）によって検出される駆動電流Ｉａ（Ｉｂ）から電動モータの前進駆動トルクを、それぞれ算出し、補助駆動トルクと前進駆動トルクが一致するようＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。
【００２８】
３０８ａはモータ駆動回路３０６ａが左側の電動モータ３０２ａを後進駆動させるための後進駆動回路であり、３０８ｂはモータ駆動回路３０６ｂが右側の電動モータ３０２ｂを後進駆動させるための後進駆動回路である。
後進駆動回路３０８ａ（３０８ｂ）は、コントローラ３０５から後進駆動信号を受けると、例えば、トランジスタＱ２ａとＱ３ａ（Ｑ２ｂとＱ３ｂ）をオンして電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）を反時計方向に駆動させる。
このとき、コントローラ３０５は、人力トルクセンサ３０１ａ（３０１ｂ）によって検出される人力トルク検出信号から補助駆動トルクを、電流センサ３０４ａ（３０４ｂ）によって検出される駆動電流Ｉａ（Ｉｂ）から電動モータの後進駆動トルクを、それぞれ算出し、補助駆動トルクと後進駆動トルクが一致するようＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。
【００２９】
３０９は電動モータ３０２ａ、３０２ｂを発電制動する発電制動回路である。発電制動回路３０９は、コントローラ３０５より停止信号を受けると、例えば、トランジスタＱ３ａとＱ４ａ（Ｑ３ｂとＱ４ｂ）を所定時間、ＯＮ／ＯＦＦ制御して電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）を発電制動する。
３１０はバッテリであり、例えば、再充電可能なニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）電池の２４Ｖ、２．５Ａｈ又は５．０Ａｈ程度の電池で構成される。
３１１は定電圧回路であり、例えば、５ＶのレギュレータＩＣで構成され、バッテリ電圧２４Ｖを５Ｖの定電圧に変換し、コントローラ３０５、人力トルクセンサ３０１ａ、３０１ｂ、速度センサ３０３ａ、３０３ｂ等に供給する。
３１２はバッテリ３１０の電力供給をＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦスイッチであり、ＯＮするとスイッチング回路３０６ａ、３０６ｂに２４Ｖ電圧を供給し、ＬＥＤランプ３１３が点灯する。
【００３０】
ここでは、車いすの制御回路は、電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）の可逆回転駆動を可能にして、前進走行時と後進走行時の補助駆動ができるように構成しているが、制御回路を簡略化して前進走行時だけ補助駆動できる構成にするようにすることもできる。また、電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）の減速機構と駆動輪の伝動機構を電気的に接続する電磁クラッチを備え、電源をＯＦＦしたときは、通常の車いすとして使用できる構成にしてもよい。
【００３１】
図４は本発明の補助駆動トルク算出処理を示すフローチャートである。図４において、
ステップ４０１：人力トルクセンサ３０１ａ（３０１ｂ）で検出した前進／後進の人力駆動トルク信号を、所定周期Ｔで読み取り（サンプリング）、前進／後進の人力駆動トルクデータに変換する（例えば、Ｔ＝１００ｍＳ）。
ステップ４０２：速度センサ３０３ａ（３０３ｂ）で検出した前進／後進の回転速度信号を所定周期Ｔで読み取り（サンプリング）、前進／後進の走行速度データに変換する。
ステップ４０３：車いすの駆動スタート時から所定時間経過したか否かを、タイマで計測し判定する。
【００３２】
ステップ４０４：所定時間（例えば、２秒）内であれば、走行スタート時の人力駆動トルクに対する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタート出力特性テーブルを参照し、ステップ４０１で求めた人力駆動力データから補助駆動トルク（アシスト量）を所定周期Ｔに同期して算出する。
図５はスタート出力特性テーブルの補助駆動力の出力特性を示す説明図である。図５において、前進／後進の走行スタート時の０〜２秒間、人力駆動力に対する補助駆動力の比率のＭＡＸを１として直線的に増加させている。人力駆動力に対する補助駆動力の比率、走行スタート時の所定時間は外部ディップスイッチで設定するようにすることもできる。
【００３３】
ステップ４０５：所定時間（例えば、２秒）経過すれば、走行速度と人力駆トルクに対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶した定常出力特性テーブルを参照し、ステップ４０１で求めた人力駆動トルクデータと、ステップ４０２で求めた走行速度データから補助駆動トルク（アシスト量）を所定周期Ｔに同期して算出する。
図６は定常出力特性テーブルの補助駆動トルクの出力特性を示す説明図である。図６において、例えば、前進速度（走行速度）が４ｋｍ／ｈ以下では補助駆動トルク／人力駆動トルク＝１の割合で一定、４〜６ｋｍ／ｈの間で補助駆動トルクを直線的に減少させている。また、後進速度（走行速度）が０から−６ｋｍ／ｈの間で補助駆動トルク（アシスト量）を直線的に減少させている。
【００３４】
ステップ４０６：前回算出したアシスト量Aと今回算出したアシスト量Bを一定周期Tに同期してRAMに更新記憶する。
ステップ４０７：前回算出したアシスト量Aと今回算出したアシスト量Bの大きさを比較判定する。
ステップ４０８：今回算出したアシスト量Bと前回算出したアシスト量Aに比較して大きいときには、その変化量、C=B-Aを算出する。
ステップ４０９：今回算出したアシスト量Bと前回算出したアシスト量Aに比較して小さいときには、その変化量、C=A-Bを算出する。
ステップ４１０：C／N=D を算出し、更に、変化量CをN等分する。ここで、Nは２以上の整数であり、一定周期をN等分する数値である（例えば、N=5）。
【００３５】
ステップ４１１：アシスト量ＡにＮ等分した変化量Ｄを加減算したアシスト量に変換して、Ｔ／Ｎ周期ごとにモータ制御部（コントローラ内）に出力する。
ステップ４１２：｜Ｂ−Ａ｜＝Ｃ＝ＮＤであるか、否かを判定し、｜Ｂ−Ａ｜＝Ｃになるまで、ステップ４１１に戻り繰り返す。
ステップ４１３：Ａ＝Ｂ＝０であるか、否かを判定し、Ａ＝Ｂ＝０にならば、ステップ４１４に進み、Ａ＝Ｂ＝０でないならば、ステップ４０１に戻り、最終的にステップ４１１で得られるたアシスト量に変換する。
【００３６】
ステップ４１５：アシスト量が０になれば、走行速度＝０であるか、否かを判定し、走行速度＝０ならば、走行停止としてアシスト量の算出を終了する。
走行速度＝０でないならば、ステップ４０１に戻り、ステップ４０１〜ステップ４１４を繰り返す。
このステップ４０１〜ステップ４１４の補助駆動トルク算出処理は電動モータ３０２ａ、３０２ｂについて並列的に行われる。また、前進走行または後進走行についても同じステップ処理である。
急激な人力駆動トルクが加えられても補助駆動トルクをソフト出力できるので、車いすに適用した場合、安定した補助駆動が可能になる。特に、走行スタート時と通常走行において、人力駆動トルクに対する補助駆動トルクの出力特性テーブルを使いわけて算出しているため、さらに、補助駆動トルクをソフト出力することが可能になり、安全性が向上する。
【００３７】
図７は本発明のアシスト量の出力変換を示す説明図である。図７において、同図（１）は所定周期Ｔごとに算出したアシスト量であり、図４のステップ４０１、４０２、４０５で求められる。従来、電動モータの補助駆動トルクで走行できる自転車では、急激な人力駆動トルクが加えられた場合、その変化量が調整されないで、単に人力駆動トルクに対する補助駆動トルクを求めて電動モータを制御していた。
同図（２）はＴ／Ｎ周期ごとに変換したアシスト量であり、図４のステップ４０１〜４１１で求められる。この所定周期Ｔで算出した補助駆動力の値をＲＡＭに２個分ずつ更新記憶しながら、その変化量をＮ等分し、Ｔ／Ｎ周期ごとの補助駆動力として変換してモータ制御部へ出力するので、モータ制御部は、急激な人力駆動トルクが加えられても、その変化量が調整された補助駆動力で電動モータを制御することができる。従って、本発明の走行補助駆動装置を車いすに適用した場合、安定した走行補助駆動が可能になる。
【００３８】
図８は人力トルクセンサの信号処理回路とその信号波形を示す説明図である。図８において、人力センサは、８０１のコイルと８０２のフェライトとからなる可変インダクタンス型のセンサで、フェライト８０２をコイル８０１に平行にしてスライドし、人力の駆動力の大きさに比例してコイル８０１に近づけたり遠ざけたりできる構成にする。
コイル８０１には、コントローラ３０５から同図（Ａ）に示すような波形のパルス電圧が印加される。また、フェライト８０２をコイル８０１に近づけるとコイル８０１のインダクタンスが変化して、同図（Ｂ）で示すような波形の破線になって出力される。出力されたパルス電圧（Ｂ）は、積分回路８０３で積分して、同図（Ｃ）で示すような波形に直流変換され、次の増幅器８０４によって増幅されて、人力駆動力信号としてコントローラ３０５のＩ／Ｏポートに入力される。
【００３９】
コントローラ３０５のＣＰＵは、人力駆動トルク出力を所定周期で取り込み、Ａ／Ｄ変換して、人力駆動トルクデータに変換する。
前進／後進の人力駆動トルクを検出する場合、二つの人力トルクセンサと二つの信号処理回路を設けてもよいが、一つのフェライト８０２のスライド領域を前進／後進の二つに分割できるように構成し、それに伴って検出信号の直流電圧レベルも二つの領域に分割して、前進と後進の人力駆動力信号を判定できるように構成してもよい。
【００４０】
また、本実施例では、１サンプリング期間に変化した人力の変化量をＮ等分し、その値を徐々に加えてソフトスタートさせたが、例えば、２以上のサンプリング期間に変化した変化量を２Ｎ、３Ｎ等分して、更に緩やかにスタートさせる構成にしてもよい。このように構成することで、人力に遅延させてアシスト力を応答させることができるので、人力に少し遅れてモータが駆動する。従って、人力が徐々に上がるときにはそれよりも小さいアシスト力で人力を補助し、人力が最高になったときには人力よりも小さいアシスト量で補助される。そして、人力が下がり始めたときにはモータからのアシスト力が最高になるため、滑らかなアシスト走行を実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、急激な人力駆動トルクが加えられても補助駆動トルクをソフト出力できるので、車いすに適用した場合、安定した補助駆動が可能になる。
特に、走行スタート時と通常走行において、人力駆動トルクに対する補助駆動トルクの出力特性テーブルを使いわけて算出しているため、さらに、補助駆動トルクをソフト出力することが可能になり、安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の人力走行車における補助駆動装置を適用した車いすの外観図である。
【図３】本発明の人力走行車における補助駆動装置を適用した車いすの制御回路を示すブロック図である。
【図４】本発明の補助駆動トルク算出処理を示すフローチャートである。
【図５】スタート出力特性テーブルの補助駆動トルクの出力特性を示す説明図である。
【図６】定常出力特性テーブルの補助駆動トルクの出力特性を示す説明図である。
【図７】本発明のアシスト量の出力変換を示す説明図である。
【図８】人力トルクセンサの信号処理回路とその信号波形を示す説明図である。
【符号の説明】
１  車いす本体
２  駆動輪
３  ハンドリム
４  フレーム
５  自在輪
６  握り
７  シートユニット
８  ハブ
９  バッテリ
１０  操作ボックス
３０１ａ、３０１ｂ  人力トルクセンサ
３０２ａ、３０２ｂ  電動モータ
３０３ａ、３０３ｂ  速度センサ
３０４ａ、３０４ｂ  電流センサ
３０５  コントローラ
３０６ａ、３０６ｂ  モータ駆動回路
３０７ａ、３０７ｂ  前進駆動回路
３０８ａ、３０８ｂ  後進駆動回路
３０９  発電制動回路
３１０  バッテリ
３１１  定電圧回路
３１２  ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
３１３  ＬＥＤランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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