(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の駆動モーターにより各々独立に駆動される左右一対の駆動後輪およびその前方の前輪とを有する車両本体と、この車両本体の進行方向の角度と走行速度を指示するための指示速度を共に入力する角度入力手段と速度入力手段を備えたジョイスティックと、を具備する電動車椅子において、前記左右一対の駆動後輪の前方であって乗車位置よりも前方に設置される前記ジョイスティックの設置箇所に仮想の操舵用前輪を置き、この仮想操舵用前輪の進行方向角度および走行速度が前記角度入力手段と速度入力手段とに入力された指示進行方向角度および指示走行速度になるように前記左右の駆動後輪の指示速度をそれぞれ演算し、この演算値になるように前記左右の駆動モーターの駆動を各々独立して制御する制御手段を設けたことを特徴とする電動車椅子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、左右一対の駆動後輪の回転方向と回転数差とにより操舵する電動車椅子に係り、特に操舵感の改良を図った電動車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の電動車椅子は、左右一対のモーターにより各々独立に駆動される左右一対の駆動後輪と、フリーキャスターの前輪と、車両本体の走行速度と進行方向角度とを入力する入力手段であるジョイスティックとを有する。
【０００３】
図８は十型のジョイスティック１０１の進行角αと走行速度Ａとを説明する模式図であり、左右軸Ｘと前後軸Ｙとを直交するように配設している。
【０００４】
このジョイスティック１０１は左右軸Ｘと前後軸Ｙとを含む操作平面１０２の中心Ｏａ上に、操作レバー１０３を起伏自在かつその中心Ｏａ回りに回動自在に直立させ、この操作レバー１０３の直立状態で車両本体の停止を指示し、操作レバー１０３の傾倒方向で車両本体の進行方向の角度αを指示し、その傾倒角で車両本体の走行速度Ａを指示するようになっている。但し、走行速度の最大速度は図示しない操作装置により設定するようになっている。
【０００５】
したがって、ジョイスティック１０１は操作レバー１０３を、例えば図８中、前，後，左右側にそれぞれ傾倒させたときに、その傾倒角に応じた速度Ａと、車両本体の前進，後進，左折，右折ないしスピンの進行角αとをほぼ同時に入力して指示することができる。
【０００６】
図９は、上記左右軸Ｘと前後軸Ｙとを操作レバー１０３の直立中心Ｏａ回りに４５°回転させたＸ型ジョイスティック１０４を示している。
【０００７】
そして、従来の駆動制御装置はこれらジョイスティック１０１の左右軸Ｘと前後軸Ｙの各一端部に各々設けた可変抵抗器等のポテンショメーターからの検出出力を受けて、このジョイスティック１０１により指示された指示進行角αと指示速度Ａとを算出し、車両本体の実際の進行角と速度がこれら指示進行角αと指示速度Ａに各々一致するように左右一対の駆動後輪を駆動する左右のモーターの回転方向と回転速度とを各々独立して制御するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の駆動制御装置では、いわばユーザーの乗車位置よりも後方の旋回中心軸回りで車両本体が旋回するので、駆動後輪よりも前方の前輪に、操舵輪を設けた三，四輪自動車の操舵感に慣れたユーザーにとっては車体の回転ないしスピンが急に行なわれる感覚を受けることになり、操舵に違和感を与えるという課題がある。
【０００９】
例えば、ジョイスティック１０１，１０４の操作レバー１０３を、直立状態から左右軸Ｘの基準軸Ｏｂ上へ所定角度で傾倒させ、さらに、その傾倒角を保持した状態で左右軸Ｘの基準軸Ｏｂから反時計方向に回転させて、右折→前進→左折→後進→右折を順次入力すると、右側駆動後輪の指示速度ＡＲと回転方向は図１０に示すように変化すると共に、左側駆動後輪の指示速度ＡＬと回転方向が図１１に示すように変化する。
【００１０】
つまり、ジョイスティック１０１の指示角αの変化に対して、その前後左右（９０°，１８０°，２７０°，３６０°）の間で、左，右の駆動後輪への指示速度ＡＬ，ＡＲが直線的に変化しており、ジョイスティック入力角度αと実際の車両本体の進行方向にずれが発生するために操舵に違和感を与えている。
【００１１】
そこで、この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、車両本体の進行方向の角度を指示角度に一致させることにより操舵に違和感が発生するのを防止ないし低減することができる電動車椅子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動車椅子は、各々の駆動モーターにより各々独立に駆動される左右一対の駆動後輪およびその前方の前輪とを有する車両本体と、この車両本体の進行方向の角度と走行速度を指示するための指示速度を共に入力する角度入力手段と速度入力手段を備えたジョイスティックと、を具備する電動車椅子において、前記左右一対の駆動後輪の前方であって乗車位置よりも前方に設置される前記ジョイスティックの設置箇所に仮想の操舵用前輪を置き、この仮想操舵用前輪の進行方向角度および走行速度が前記角度入力手段と速度入力手段とに入力された指示進行方向角度および指示走行速度になるように前記左右の駆動後輪の指示速度をそれぞれ演算し、この演算値になるように前記左右の駆動モーターの駆動を各々独立して制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、仮想操舵用前輪の進行角と走行速度が、角度入力手段により入力（指示）された指示進行角と速度入力手段により入力（指示）された指示走行速度になるように、左右の駆動後輪の指示速度が制御手段により演算される。さらに、この演算された指示速度に左右の駆動後輪がなるように左右の駆動モーターの回転方向と回転速度が制御手段により左右独立にそれぞれ制御される。
【００１４】
したがって、この発明によれば、ユーザーの乗車位置よりも前方の仮想操舵用前輪によりあたかも操舵されるように車両本体が制御されるので、いわば仮想操舵用前輪で操舵される感覚をユーザーに与えることができる。このために、操舵用前輪を具備した自動三輪車とほぼ同一の操舵感をユーザーに与えることができ、操舵上の違和感を防止ないし低減することができる。
【００１５】
また、本発明は、角度入力手段と速度入力手段が車両本体の進行方向の角度と走行速度とを共に入力するジョイスティックであることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、角度入力手段と速度入力手段がジョイスティックであるので、このジョイスティックの操作レバーの傾倒操作により、車両本体の進行方向を指示する指示角と走行速度とをほぼ同時に入力して指示することができ、入力操作が容易である。
【００１７】
更にまた本発明は、仮想前輪は、乗車位置よりも前方に設置されるジョイスティックの設置箇所に設定されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、乗車位置よりも前方に設置されるジョイスティックの設置箇所に、仮想操舵用前輪の位置を一致させたので、ジョイスティックにより指示される車両本体の進行方向の指示角度に、車両本体の事実上の進行方向をほぼ一致させることができる。このために、いわばジョイスティック近傍で操舵される感覚を与えることができるので、操舵上の違和感をなお一層低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用された電動車椅子１の正面図、図２はその側面図、図３はその平面図である。
【００２１】
これらの図において、電動車椅子１は、例えばパイプ製の車体フレーム２を備えており、この車体フレーム２の上部には着座シート３が設置される。着座シート３の後部には背当て部４が設けられ、着座シート３の左右には肘掛け部５，５が設けられている。また、車体フレーム２の後下部には左右一対の駆動後輪６，６が軸支され、車体フレーム２の前下部には後輪６，６よりも小径のフリーキャスターの左右一対の前輪７，７が設けられている。なお、前輪７，７の前方には足載せ部８，８が設けられている。
【００２２】
着座シート３の下方には、走行用の駆動モーターと電源用のバッテリーとが一体的に構成された動力ユニット９が搭載されており、この動力ユニット９内に収容された図示しない左右一対の駆動モーターにより後輪６，６が各々独立に駆動されるようになっている。
【００２３】
そして、このように構成された車両本体の例えば右側の肘掛け部５の前方にはコントロールボックス１０が配設されており、このコントロールボックス１０の上面上には操縦用のジョイスティック１１が配設され、コントロールボックス１０の側面には最大速度を設定する調速レバー１２が配設されている。
【００２４】
図４はジョイスティック１１の操作レバー１３回りの拡大斜視図、図５はジョイスティック１１の要部構成を示す要部平面図である。
【００２５】
ジョイスティック１１は車両本体の進行方向の角度αと走行速度Ａを指示するための入力手段であり、図４に示すように、その操作レバー１３をコントロールボックス１０の操作平面１０ａの上面上に、起伏（傾倒）自在かつ垂直軸心Ｏｃ回りに回動自在に直立させており、この直立状態で車両本体の走行速度がゼロ、つまり、停止を指示し、この直立を基準とする操作レバー１３の傾倒角により所望の走行速度Ａを入力して指示することができ、傾倒角Ａが最大のときに最高速度を指示するようになっている。
【００２６】
また、操作レバー１３の例えば左右軸Ｘ０の基準軸Ｏｄからの垂直軸心Ｏｃ回りの回動角αにより車両本体の進行方向の角度を入力して指示するようになっている。例えば操作レバー１３を左右軸Ｘ０の基準軸Ｏｄ側に傾倒させたときに、右折ないし右向きのスピンを指示し、前後軸Ｙ０上の前方に傾倒させたときに前進、同様に、左側に傾倒させたときに左折ないし左向きのスピンを指示し、後方に傾倒させたときに後進を指示するようになっている。
【００２７】
図５に示すようにジョイスティック１１はＸ字状に交差した円弧状の２本のスイングアーム１４，１５と、この各スイングアーム１４，１５の一端部に装備されたポテンショメーター１６，１７とを有する。
【００２８】
これらポテンショメーター１６，１７は、各スイングアーム１４，１５の中心軸線Ｏ１（Ｘ０），Ｏ２（Ｙ０）を中心とする回動角変位を電気抵抗値の変化に変換して左右ジョイスティック信号と前後ジョイスティック信号として出力する指示用可変抵抗器である。各スイングアーム１４，１５の交差中心部の長穴１４ａ，１５ａには、操作レバー１３の基端部１３ａを直交するように貫挿して、各スイングアーム１４，１５に対して所定の回動動作を同時に付勢するようになっている。なお、図５中、１８は各ポテンショメーター１６，１７を保持する多角筒状の筺体である。
【００２９】
図６はこのジョイスティック１１から出力される左右，前後ジョイスティック信号を受けて左右一対の駆動後輪６，６を各々独立して駆動する左右一対の駆動モーター１９，２０の回転方向と回転速度とを各々独立して制御する制御手段である駆動制御装置２１の構成を示すブロック図である。
【００３０】
駆動制御装置２１は例えばコントロールボックス１０内に収容され、ジョイスティック１１の各ポテンショメーター１６，１７からの左右，前後のジョイスティック信号を受けてジョイスティック１１の傾倒ないし回動操作により入力（指示）された車両本体の進行方向の指示角度αと指示走行速度Ａとを演算して、指示走行速度Ａに応じたデューティ比の左右のＰＷＭ信号を出力する制御用マイコン２２と、この左右のＰＷＭ信号を受けて、複数のＦＥＴ２３を有するスイッチング回路を駆動することにより、左，右の駆動モーター１９，２０の回転方向と回転速度とを各々独立して制御するＦＥＴドライバー２４とを有する。なお、図６中、２６は左，右の駆動モーター１９，２０等の電源であるバッテリーである。
【００３１】
そして、前記制御用マイコン２２は、ジョイスティック１１からの左右，前後のジョイスティック信号を受けて、このジョイスティック１１により指示された進行方向の指示角度αと走行速度Ａとを演算する場合には、図７に示すように左右一対の駆動後輪６，６の前方に、仮想の操舵用前輪２５を置いて実行するようになっている。
【００３２】
つまり、制御用マイコン２２は、左右の駆動後輪６，６の接地中心ａ，ｂ同士を結ぶ中心軸Ｏｅ上の左右等距離点ｃから前方へ任意の距離Ｌ離れた地点に仮想の操舵用前輪２５の接地中心ｄを置いたときに、この仮想操舵用前輪２５における進行方向の角度αｖと走行速度Ａｖが、ジョイスティック１１により指示された進行方向の指示角度αと指示走行速度Ａとになるように左右の駆動後輪６，６の指示速度ＡＬ，ＡＲを演算するようになっている。
【００３３】
この左右の指示走行速度ＡＬ，ＡＲは、図７で示す中心軸Ｏｅ上の旋回中心Ｏｆと各後輪６，６および仮想操舵用前輪２５との間の位置関係で速度の比率が定まるので、次の［数１］式により求めることができる。
【００３４】
【数１】
0003543514.tif 000002
但し、［数１］式中、ｘは仮想前輪２５の仮想旋回中心Ｏｆと内輪の接地中心ｂとの中心軸Ｏｅ上での間隔を示し、Ｒは仮想前輪２５の旋回半径を示す。
【００３５】
そして、制御用マイコン２２はこのように演算にて求めた左，右の駆動後輪６，６に対する指示走行速度ＡＬ，ＡＲを、その速度に応じたデューティ比のパルス幅に変調して、左右のＰＷＭ信号をＦＥＴドライバー２４に与える。
【００３６】
ＦＥＴドライバー２４はこの左右のＰＷＭ信号に応じて左右のスイッチング回路の複数のＦＥＴ２３を適宜駆動させることにより、左，右モーター１９，２０の通電方向を各々独立して制御して、その回転方向を制御すると共に、左，右モーター１９，２０の通電をパルスで各々独立して制御することにより回転速度を制御する。
【００３７】
したがって、この実施形態によれば、車両本体の操舵時には仮想操舵用前輪２５と左右の駆動後輪６，６とのいわば自動三輪車の挙動となる。このために、ユーザーの乗車位置よりも前方の仮想操舵用前輪２５で左，右折ないしスピンが行なわれるので、操舵上の違和感を防止ないし低減することができる。
【００３８】
また、仮想操舵用前輪２５と左右の駆動後輪６，６との間隔Ｌを適宜選択することにより、その旋回特性を適宜調整することができる。しかも、この間隔Ｌは制御用マイコン２２に入力されたデータを変更することにより非常に容易に変更することができる。
【００３９】
さらに、仮想操舵用前輪２５の位置をジョイスティック１１の設置箇所に一致させることにより、指示角度αと車両本体の進行方向とのずれをさらに一層低減してほぼ一致させることができる。
【００４０】
さらにまた、この発明は、前輪７，７を強制操舵するように構成する場合にも適用することができ、この前輪強制操舵の機種とフリーキャスター輪の機種の旋回特性を同様にすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ユーザーの乗車位置よりも前方の仮想操舵用前輪によりあたかも操舵されるように車両本体が制御されるので、いわば仮想操舵用前輪で操舵される感覚をユーザーに与えることができる。このために、操舵用前輪を具備した自動三輪車とほぼ同一の操舵感をユーザーに与えることができ、操舵上の違和感を防止ないし低減することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、角度入力手段と速度入力手段がジョイスティックであるので、このジョイスティックの操作レバーの傾倒操作により、車両本体の進行方向を指示する指示角と走行速度とをほぼ同時に入力して指示することができ、入力操作が容易である。
【００４３】
更にまた本発明によれば、乗車位置よりも前方に設置されるジョイスティックの設置箇所に、仮想操舵用前輪の位置を一致させたので、ジョイスティックにより指示される車両本体の進行方向の指示角度に、車両本体の事実上の進行方向をほぼ一致させることができる。このために、いわばジョイスティック近傍で操舵される感覚を与えることができるので、操舵上の違和感をなお一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が電動車椅子に適用されたときの一実施形態の正面図。
【図２】図１の側面図。
【図３】図１の平面図。
【図４】図１等で示すジョイスティックの操作レバーの斜視図。
【図５】図１等で示すジョイスティックの要部構成図。
【図６】図１等で示す電動車椅子の駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図７】図６で示す制御用マイコンで仮想される前輪と駆動後輪との位置等を示す模式図。
【図８】十型ジョイスティックの操作方法等を説明するための模式図。
【図９】Ｘ型ジョイスティックの操作方法等を説明するための模式図。
【図１０】従来の電動車椅子による右側駆動後輪の指示速度が指示角に対して直線的に変化する状態を示す図。
【図１１】従来の電動車椅子による左側駆動後輪の指示速度が指示角に対して直線的に変化する状態を示す図。
【符号の説明】
１  電動車椅子
２  車体パイプ
３  着座シート
６，６  左右一対の駆動後輪
７，７  フリーキャスターの前輪
１０  コントロールボックス
１１  ジョイスティック
１３  ジョイスティックの操作レバー
１４，１５  ジョイスティックのスイングアーム
１６，１７  ジョイスティックのポテンショメーター
１９，２０  左右一対の駆動モーター
２１  駆動制御装置
２２  制御用マイコン
２３  ＦＥＴ
２４  ＦＥＴドライバー
２５  仮想の操舵用前輪
【図１】
0003543514.tif 000003
【図２】
0003543514.tif 000004
【図３】
0003543514.tif 000005
【図４】
0003543514.tif 000006
【図５】
0003543514.tif 000007
【図６】
0003543514.tif 000008
【図７】
0003543514.tif 000009
【図８】
0003543514.tif 000010
【図９】
0003543514.tif 000011
【図１０】
0003543514.tif 000012
【図１１】
0003543514.tif 000013