(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人が車両を推進させる際の操作力が設定値に達すると、この操作力を補うための駆動力を、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、
前記制御部は、前記操作力から前記設定値を減算することによって、前記駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出するものである電動車両の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記操作力から前記設定値を減算した値に、任意の係数を乗じることによって単調増加する駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出するものである請求項１記載の電動車両の制御装置。
【請求項３】
人が車両を推進させる際の操作力が設定値に達すると、この操作力を補うための駆動力を、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、
前記制御部は、任意数のしきい値を設定し、該しきい値によって区画される複数の制御領域を設定すると共に、前記操作力から設定値を減算した値に対し、前記制御領域ごとに定められた任意の係数を乗じることによって単調増加する駆動力の変化量を演算し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出するものである電動車両の制御装置。
【請求項４】
前記設定値を含む前記制御領域が持つ係数を、前記設定値を含まない制御領域の前記係数よりも小さく設定した請求項３記載の電動車両の制御装置。
【請求項５】
前記設定値を含む制御領域が持つ係数を、ほぼ零とした請求項４記載の電動車両の制御装置。
【請求項６】
前記制御領域を３区画以上形成し、前記設定値を含む前記制御領域の係数と、前記設定値から最も離れた前記制御領域の係数を、他の前記制御領域の係数よりも小さくした請求項３記載の電動車両の制御装置。
【請求項７】
人が車両を推進させる際の操作力が設定値に達すると、この操作力を補うための駆動力を、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、
前記制御部は、前記操作力から前記設定値を減算した値に対し、任意の係数を乗じることによって、ｎが２以上のｎ次関数の単調増加部分として得られる駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出するものである電動車両の制御装置。
【請求項８】
人が車両を推進させる際の操作力が設定値に達すると、この操作力を補うための所定の方向及び大きさの駆動力を、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、
前記制御部は、前記操作力から前記設定値を減算することによって、前記駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加算することによって、所定の方向及び大きさの新たな駆動力を算出する電動車両の制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記駆動部が駆動力を発生していないとの判断結果に基づき、前記操作力の方向を検出し、この操作力の方向に応じて駆動力の方向を決定するものである請求項８記載の電動車両の制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、決定された駆動力の方向に対して、前記新たな駆動力の方向が異なるものとなると、駆動力を一旦零とする請求項９記載の電動車両の制御装置。
【請求項１１】
人が車両を推進させる際に前記車両に加える操作力の方向と大きさを検出し、この検出された操作力に基づいて、所定の方向及び大きさの駆動力を算出して、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、
前記制御部は、前記駆動部が駆動力を発生していないとき、そのときの前記操作力の方向に応じて駆動力の方向が決定され、前記駆動部が駆動力を発生しているときに前記操作力に基づいて新たに算出された駆動力の方向が、前記決定された駆動力の方向と異なるものとなると、前記駆動力を所定時間零とするものである電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電動車椅子のような電動車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動車両、例えば車椅子は、１対の駆動輪を有し、これら駆動輪は、それぞれモータによって駆動される。これらモータを制御するために、制御装置が設けられている。
【０００３】
電動車椅子の制御装置の例が、特開平７−７５２１９号公報及び特開平８−４７１１４号公報に開示されている。電動車椅子には、電動車椅子を推進させるために、電動車椅子の操作者が電動車椅子に付与した操作力を検知し、操作力信号を生成する操作力検知部が設けられている。操作力信号が、制御装置に供給される。制御装置は、操作力信号に比例した駆動力をモータが発生するように、モータを制御する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この制御装置では、操作力が大きくなれば、モータが発生する駆動力も、これに比例して大きくなる。従って、走行負荷が大きくなったとき、例えば平坦路を電動車椅子が走行している状態から、上り坂を電動車椅子が走行する必要が生じた結果、モータの駆動力を増加させる必要が生じたとき、電動車椅子の操作力も増加させる必要がある。しかし、電動車椅子の操作者が、力の弱い人である場合、その操作者の負担が大きくなる。
【０００５】
また、この制御装置では、操作力が変化すると、その変化が直ちにモータ駆動力の変化として生じる。従って、例えば操作力が増大したことにより、急速に電動車椅子が加速されると、操作者は、この加速に追従できずに、操作力を小さくする。場合によって、進行方向とは逆方向の操作力が操作力検知部によって検知される。その結果、モータ駆動力は急速に低減したり、進行方向とは逆方向に出力される。このモータ駆動力の変化により、操作者は操作力を増大させることになる。その結果、再び、電動車椅子は、急速に加速される。電動車椅子は、加速を繰り返すことになり、電動車椅子の速度が不安定になる。従って、速度を安定させて電動車椅子を走行させるためには、電動車椅子の操作に習熟する必要があり、電動車椅子の操作性が悪い。
【０００６】
また、特開平８−４７１１４号の制御装置では、操作力の方向、大きさに応じて駆動力の方向、大きさを決定するので、例えば操作力の方向が前進方向でその方向にモータによって駆動力が出力されているとき、操作力の方向を後退方向に変化させると、突然に後退方向の駆動力をモータが出力するので、電動車椅子の挙動に大きな変化が生じ、操作性が悪くなる。さらにモータに今までとは逆方向の電流が急激に流れるので、モータの負担も大きい。
【０００７】
本発明は、操作者の負担を増大させることなく、電動車両への駆動力を増大させることができる制御装置を提供することを目的とする。また、本発明は、電動車両に対する操作力が変動しても、電動車両への駆動力を滑らかに変化させることができ、その結果、操作性を向上させることができる。制御装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、操作力の方向を変化させても、電動車両の駆動部に流れる電流の方向を、急激に変化させない制御部を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、人が車両を推進させる際の操作力が設定値に達すると、この操作力を補うための駆動力を、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、前記制御部が、前記操作力から前記設定値を減算することによって、前記駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出するものである。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、駆動力の変化量は、操作力から設定値を減算した値である。従って、操作力を変化させなくても、操作力から設定値を減算した値ずつ、新たな駆動力は、現在の駆動力よりも増大していくので、電動車両の走行中に走行負荷が増大しても、操作力を増加させずに、走行負荷の増大に対応することができる。また、操作力を設定値よりも大きくすることによって、駆動力を変化させた後、操作力を設定値まで減少させ、そのまま操作力を設定値に維持すると、電動車両は、或る一定の駆動力によって駆動される。従って、一定の駆動力で電動車両を推進させる場合でも、設定値に等しい操作力を付与するだけでよい。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御部が、前記操作力から前記設定値を減算した値に、任意の係数、例えば０より大きく１よりも小さい係数を乗じることによって、単調増加する駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出するものである。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、操作力から前記設定値を減算した値に、任意の係数、例えば０より大きく１よりも小さい係数を乗じて、駆動力の変化量を求めている。従って、この駆動力の変化量は、操作力から前記設定値を減算することによって求めた駆動力の変化量よりも常に小さい。従って、操作力が変化しても、駆動力は、操作力の変化よりも緩やかに変化するので、即ち、駆動力の応答性を緩やかにすることができるので、電動車両の操縦が容易となり、操作性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明と同様な制御装置において、制御部が、任意数のしきい値を設定し、該しきい値によって区画される複数の制御領域を設定すると共に、操作力から設定値を減算した値に、前記制御領域ごとに定められた任意の係数、例えば０よりも大きく１よりも小さい係数を乗じることによって、単調増加する駆動力の変化量を演算し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出している。なお、しきい値は、操作力に対して設定することもできるし、操作力から設定値を減算した駆動力の変化量に対して設定することもできる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様に操作性を向上させることができる。特に、操作力の設定値に対する変動量または操作力の変動量の大小に応じて、駆動力の応答性を任意に調整することができる。例えば、操作力の設定値に対する変動量が大きいときには、駆動力の変化量を大きくしたり、逆に小さくしたり、操作力の設定値に対する変動量が小さいときには、駆動力の変化量を小さくしたり、逆に大きくしたりすることができ、駆動力の応答性を操作者の好みに応じた状態に調整することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記設定値を含む前記制御領域が持つ係数が、前記設定値を含まない制御領域の前記係数よりも小さく設定されている。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、設定値を内部に含む制御領域の係数が、設定値を内部に含まない制御領域の係数よりも小さいので、操作力が設定値の近傍で変動しても、駆動力の応答性を遅くすることができる。従って、電動車両が急激に加速または減速することがなく、電動車両の挙動を安定させることができ、電動車両の操作性を向上させることができる。また、電動車両の２つの駆動輪をそれぞれ独立に駆動するために、２つの駆動輪にそれぞれ対応させて２つの操作力検知部が設けられている場合でも、２つの操作力検知部が設定値の近傍でアンバランスである操作力を検知しても、電動車両の直進性を確保することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記設定値を含む制御領域が持つ係数が、ほぼ零とされたものである。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、設定値の近傍で操作力が変動しても、駆動力は殆ど変動しないので、請求項４記載の発明よりも電動車両の挙動を安定させることができる。また、また、電動車両の２つの駆動輪をそれぞれ独立に駆動するために、２つの駆動輪にそれぞれ対応させて２つの操作力検知部が設けられている場合でも、２つの操作力検知部によって検知される操作力が、設定値近傍の値であって、かつ或る程度異なっていても、電動車両の直進性を確実に確保することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記制御領域を３区画以上形成し、前記設定値を含む前記制御領域の係数と、前記設定値から最も離れた前記制御領域の係数とを、他の前記制御領域の係数よりも小さくしたものである。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、設定値を含む制御領域と設定値から最も遠い制御領域以外の制御領域の係数が、設定値を含む制御領域の係数よりも大きいので、速やかに所望の駆動力が得られる状態にすることができ、その後には、操作力を設定値に維持すれば、ほぼ所望の駆動力で電動車両を推進させることができる。従って、操作力が設定値から外れている時間を短縮することができる。さらに、最も遠い制御領域の係数が小さいので、操作力が大きく変動しても、電動車両が急激に加速または減速されることが防止され、電動車両の操作性を向上させることができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明と同様な電動車両の制御装置において、制御部が、操作力から設定値を減算した値に、任意の係数を乗じることによって、ｎが２以上のｎ次関数の単調増加部分として得られる駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、新たな駆動力を算出するものである。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、駆動力の変化量が、２以上のｎ次関数の単調増加関数として得られる。操作力をＦｉｎ、設定値をＦｓ、係数をＫとすると、駆動力の変化量は、例えば、Ｋ＊（Ｆｉｎ−Ｆｓ）２  となる。従って、操作力が設定値の近傍にある場合には、駆動力の変化量が小さく、即ち駆動力の応答性を抑えて、電動車両の挙動を安定させることができ、操作力が設定値から離れるにしたがって、駆動力の応答性を高めることができるので、速やかに所望の駆動力を発生することができ、その後には、操作力を設定値に維持することによって、ほぼ所望の駆動力を維持することができる。従って、操作力を設定値以上の値としている時間を短縮することができる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、人が車両を推進させる際の操作力が設定値に達すると、この操作力を補うための所定の方向及び大きさの駆動力を、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、前記制御部は、前記操作力から前記設定値を減算することによって、前記駆動力の変化量を算出し、この変化量を前記駆動力に加味することによって、所定の方向及び大きさの新たな駆動力を算出するものである。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、駆動力の変化量は、操作力から設定値を減算した値である。従って、操作力を変化させなくても、操作力から設定値を減算した値ずつ、新たな駆動力は、現在の駆動力よりも所定の方向に増大していくので、電動車両の走行中に走行負荷が増大しても、操作力を増加させずに、走行負荷の増大に対応することができる。また、操作力を設定値よりも大きくすることによって、所定の方向の駆動力を変化させた後、操作力を設定値まで減少させ、そのまま操作力を設定値に維持すると、電動車両は、或る一定の駆動力によって所定の方向に駆動される。従って、一定の駆動力で所定の方向に電動車両を推進させる場合でも、設定値に等しい操作力を付与するだけでよい。
【００２４】
請求項９記載の発明では、請求項８記載の発明において、前記制御部が、前記駆動部が駆動力を発生していないとの判断結果に基づき、前記操作力の方向を検出し、この操作力の方向に応じて駆動力の方向を決定するものである。
【００２５】
請求項９記載の発明によれば、駆動力の方向は、操作力の方向に応じて決定されるが、その駆動力の方向の決定は、駆動部が駆動力を発生していないときに行われる。従って、例えば駆動部が駆動力を発生せずに、電動車両が停止している状態で、操作力が加えられると、その加えられた操作力の方向に電動車両の駆動方向がなる。また、駆動部が駆動力を発生している状態で、今まで加えていた操作力と反対方向の操作力を加えても、駆動力の変化量が負の値となり、駆動力が減少するだけで、駆動力の方向は先に操作力の方向に応じて決定されたままである。駆動力が減少した結果、駆動力が発生しなくなると、始めて新たな駆動力の方向が、そのとき検出された操作力の方向に応じて決定される。従って、操作力の方向を今までと反対方向としても、駆動部が駆動力を発生している限り、駆動部が発生する駆動力の方向が急激に反転することはなく、電動車両の挙動が不安定になることがない。
【００２６】
請求項１０記載の発明では、請求項９記載の発明において、前記制御部が、決定された駆動力の方向に対して、新たな駆動力の方向が異なるものとなると、駆動力を一旦零とするものである。
【００２７】
請求項１０記載の発明によれば、例えば駆動部が駆動力を発生している状態で、今まで加えていた操作力と反対方向の操作力を加えると、駆動力の変化量が負の値となり、駆動力が徐々に減少し、やがて駆動力が負の値となる。このままでは今までと異なる方向の駆動力を発生することになるので、一旦駆動力を０として電動車両の駆動を停止することにより、駆動力の方向が急激に反転することを防止した上で、この時点で加えられている操作力の方向を改めて検出し、いずれの方向に駆動部を駆動させるか決定している。従って、電動車両の駆動力の方向が急激に反転することはなく、電動車両の挙動が不安定になることがない。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、人が車両を推進させる際に前記車両に加える操作力の方向と大きさとを検出し、この検出された操作力に基づいて、所定の方向及び大きさの駆動力を算出して、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、前記制御部は、前記駆動部が駆動力を発生していないとの判断結果に基づいて、前記操作力の方向に応じて駆動力の方向を決定すると共に、この決定された駆動力の方向に対して、前記操作力に基づいて新たに算出された駆動力の方向が異なるものとなると、駆動力を一旦零とするものである。
【００２９】
請求項１１記載の発明は、人が車両を人が車両を推進させる際に前記車両に加える操作力の方向と大きさを検出し、この検出された操作力に基づいて、所定の方向及び大きさの駆動力を算出して、駆動部に発生させる制御部が設けられた電動車両の制御装置において、前記制御部は、前記駆動部が駆動力を発生していないとき、そのときの前記操作力の方向に応じて駆動力の方向が決定され、前記駆動部が駆動力を発生しているときに前記操作力に基づいて新たに算出された駆動力の方向が、前記決定された駆動力の方向と異なるものとなると、前記駆動力を所定時間零とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本実施の形態は、電動車両、例えば電動車椅子１に本発明を実施したものである。この電動車椅子１は、図２に示すように、パイプ枠状のフレーム２を有している。このフレーム２を正面から見たとき、その中央部には、搭乗者が座る布製のシート４が張られている。このフレーム２の両側の後ろ側には、駆動輪６Ｒ、６Ｌが設けられている。また、フレーム２の両側の前側には、補助輪８Ｒ、８Ｌが設けられている。
【００３１】
駆動輪６Ｒ、６Ｌは、図１に示すように、それらの内部に、駆動輪６Ｒ、６Ｌを駆動するための駆動部、例えば電気モータ１０Ｒ、１０Ｌを内蔵している。また、駆動輪６Ｒ、６Ｌ内には、モータ１０Ｒ、１０Ｌを制御するための制御装置１２Ｒ、１２Ｌも設けられている。また、これら制御装置１２Ｒ、１２Ｌに電力を供給する電池１４Ｒ、１４Ｌも、駆動輪６Ｒ、６Ｌ内に設けられている。
【００３２】
制御装置１２Ｒ、１２Ｌは、電池１４Ｒ、１４Ｌの電圧を制御して、例えばＰＷＭ制御してモータ１０Ｒ、１０Ｌに供給するモータドライブ部１６Ｒ、１６Ｌを有している。また、制御装置１２Ｒ、１２Ｌは、モータドライブ部１６Ｒ、１６Ｌに、どのようにモータ１０Ｒ、１０ＬをＰＷＭ制御させるかを指示するＰＷＭ信号を供給する制御部１８Ｌ、１８Ｒを有している。この制御部１８Ｒ、１８Ｌは、例えばマイクロプロセッサによって構成することができる。この制御部１８Ｒ、１８Ｌには、操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌから操作力検知信号が供給されている。制御部１８Ｒ、１８Ｌは、この操作力検知信号等を用いて、後述するように指令駆動力ＦｏｕｔＲ、ＦｏｕｔＬを生成し、これをＰＷＭ信号に変換する。
【００３３】
操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌは、図２に示すように、フレーム２の背部から後方に互いに平行に突出した２つのハンドル２２Ｒ、２２Ｌに、進退可能に設けられている。操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌは、介助者がハンドル２２Ｒ、２２Ｌに付与した操作力をそれぞれ独立して検出して、操作力検知信号を発生する。この操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌは、例えば内部にポテンショメータを含み、操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌへの操作力に応じて、ポテンショメータの抵抗値が変化する。なお、操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌは、ポテンショメータに代えて、ストレインゲージを含むブリッジ回路を含むこともできる。
【００３４】
操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌからの操作力検知信号は、例えば図３に示すように、操作力が付与されていない状態で０である。電動車椅子１を前進させる方向の操作力が操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌに付与されたとき、その操作力に比例した値を持つ正の信号に、操作力検知信号はなる。電動車椅子１を後退させる方向の操作力が操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌに付与されたとき、その力に比例した値の負の信号に、操作力検知信号はなる。操作力検知部２０Ｒからの操作力検知信号は、制御部１８Ｒに供給される。操作力検知部２０Ｌからの操作力検知信号は、制御部１８Ｌに供給される。制御部１８Ｒ、１８Ｌは、入力された操作力検知信号に応じて、対応する駆動輪６Ｒ、６Ｌを制御する。
【００３５】
なお、操作力検知部としては、図示したものの他、駆動輪６Ｒ、６Ｌに設けられているハンドリム２４Ｒ、２４Ｌに、搭乗者がそれぞれ付与した操作力を、それぞれ独立して検出するように、ハンドリム２４Ｒ、２４Ｌに設けられたものを使用することもできる。
【００３６】
以下、制御部１８Ｒ、１８Ｌが、対応する駆動輪６Ｒ、６Ｌを制御する状態について説明するが、両制御部１８Ｒ、１８Ｌが行う制御は、同一であるので、制御部１８Ｒの制御についてのみ説明する。
【００３７】
制御部１８Ｒでは、操作力検知部２０Ｒからの操作力検知信号を、所定周期、例えば１／１００秒ごとにサンプリングして、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲに変換する。次に、制御部１８Ｒでは、指令駆動力ＦｏｕｔＲが零であると、即ちモータ１０Ｒの駆動力によって電動車椅子が駆動されていないと、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲの方向を判断し、モータ１０Ｒを正転させるか、逆転させるか決定する。指令駆動力ＦｏｕｔＲが零でないと、現在、モータ１０Ｒは、正転または逆転で回転しているので、その回転方向を維持する。次に、制御部１８Ｒでは、ＦｉｎＲが、予め定めた設定値Ｆｓまたは−Ｆｓの間にあり、ＦｏｕｔＲが０のとき、モータ１０Ｒをモータドライブ部１６Ｒが駆動しないように、モータドライブ部１６ＲへＰＷＭ信号を送る。従って、この間には、操作力のみによって電動車椅子１が推進される。
【００３８】
ディジタル操作力信号ＦｉｎＲが、設定値Ｆｓまたは−Ｆｓを越えると、制御部１８Ｒは、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲが正の場合、ＦｉｎＲと設定値Ｆｓのとの差を求め、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲが負の場合、−ＦｉｎＲと設定値Ｆｓのとの差を求める。この差を駆動力の変化量ｄＦａとして、これに係数Ｋを乗算した値を現在の駆動力Ｆａ（ｔ−１）に加算して、新たな駆動力Ｆａ（ｔ）を求める。
【００３９】
例えば、設定値Ｆｓが３で、ＦｉｎＲが４を維持している場合を考えると、駆動力の変化量は継続して１となり、係数Ｋを１とすると、駆動力は、１、２、３・・・と操作力を変化させなくても、増加していく。従って、走行負荷が大きくなった場合にも、操作力を増大させる必要がない。
【００４０】
例えば、設定値Ｆｓが３で、ＦｉｎＲが４、６、７、８、７、５、４、２、１、１、３と変化した場合を考える。駆動力の変化量は、１、３、４、５、４、２、１、−１、−２、０と変化し、１、４、８、１３、１７、１９、２０、１９、１７、１７と駆動力は変化し、以後操作力を設定値Ｆｓに等しい３に維持すると、駆動力は１７のまま維持される。従って、所望の駆動力が最終的に操作力を設定値に一致させた状態で得られるように、操作力検知部２０Ｒを操作した後、操作力検知部２０Ｒへの操作力を設定値に維持すると、その所望の駆動力を維持することができる。ＦｉｎＲがＦｓ以上になった後における、駆動力の変化量ｄＦａとディジタル操作力信号ＦｉｎＲとの関係を図４に実線で示す。
【００４１】
上記の例では、ＦｉｎＲとＦｓとの差に係数１を乗算した値を駆動力の変化量ｄＦａとした。しかし、係数Ｋの値は任意に変更可能であり、例えば０よりも大きく１付近（１より小さい場合も、大きい場合も含む。）の係数を乗算した値を、駆動力の変化量ｄＦａとすることもできる。係数Ｋ＝０．５とした場合の、駆動力の変化量ｄＦａとディジタル操作力信号ＦｉｎＲとの関係を図４に一点鎖線で示す。このように１よりも小さく０よりも大きい値の係数Ｋを（Ｆｉｎ−Ｆｓ）に乗算することによって、駆動力の応答性を緩やかにすることができる。例えば、上記の例で言えば、係数Ｋ＝１の場合、駆動力は、１、４、８、１３、１７、１９、２０、１９、１７、１７と変化するが、係数Ｋ＝０．５の場合、駆動力は、０．５、２、４、６．５、８．５、９．５、１０、９．５、８．５、８．５となり、駆動力の変化量は、係数Ｋ＝１の場合の１／２になる。このように駆動力の応答性が緩やかになるので、操作力が安定する。
【００４２】
なお、図４に示す直線は、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲが正の値の場合における、これと駆動力の変化量ｄＦａとの関係を示している。ディジタル操作力信号ＦｉｎＲが負の場合には、ＦｉｎＲの値を反転させた−ＦｉｎＲを使用することができる。この場合も、上述したのと同様にｄＦａが決定される。なお、多数の係数Ｋ（例えば０よりも大きく１近傍の値）を予め準備しておき、これら各係数のうち介助者の好みに応じて任意の係数を選択可能とすることもできる。
【００４３】
上記の例では、ｄＦａを求めるための係数Ｋ（１または０．５）は、ディジタル操作力信号の値に係わらず、一定値である。しかし、例えば図５、図７乃至図９に示すようにディジタル操作力信号の値に応じて、係数Ｋの値を変化させることもできる。無論、これらの場合でも、新たな駆動力Ｆａ（ｔ）は、Ｆａ（ｔ−１）＋ｄＦａによって求められる。
【００４４】
図５では、設定値Ｆｓの両側に２つのしきい値Ｆｓ−ＦｈとＦｓ＋Ｆｈとが設定されている（０＜Ｆｈ＜Ｆｓ）。しきい値Ｆｓ−Ｆｈよりも小さい制御領域Ｃ１と、しきい値Ｆｓ＋Ｆｈよりも大きい制御領域Ｃ２とでは、係数Ｋとして例えば１を使用している。ディジタル操作力信号がしきい値Ｆｓ−Ｆｈ以上Ｆｓ＋Ｆｈ以下の制御領域Ｃ３では、係数Ｋとして例えば０．５を使用している。例えばＦｓを２．５Ｋｇに設定した場合、Ｆｈとしては０．５Ｋｇを使用することができる。
【００４５】
設定値Ｆｓの近辺では、係数Ｋを小さくしているので、設定値Ｆｓの近傍でディジタル操作力信号が変動しても、駆動力の応答性を遅くすることができるので、電動車椅子１の動作を安定させることができる。また、電動車椅子１のように、操作力検知部２０Ｒで検知された操作力に応じて駆動輪６Ｒを制御し、操作力検知部２０Ｌで検知された操作力に応じて駆動輪６Ｌを制御する場合、操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌで検知された操作力がアンバランスであっても、電動車椅子１を直進させることができる。
【００４６】
この点を図６を参照しながら説明する。同図は、図４の場合の時間の経過に伴う操作力の変化を曲線ａで、図４の場合の時間の経過に伴うモータ駆動力の変化を曲線ｂで、図５の場合の時間の経過に伴う操作力の変化を曲線ｃで、図５の場合の時間の経過に伴うモータ駆動力の変化を曲線ｄで、それぞれ示したものである。但し、区間Ｔ１では、或る走行負荷Ｌ１の状態で電動車椅子１が走行し、区間Ｔ２では、走行負荷Ｌ１よりも大きい走行負荷Ｌ２の状態で電動車椅子１が走行し、区間Ｔ３では、走行負荷Ｌ１よりも小さい走行負荷Ｌ３の状態で電動車椅子１が走行している。
【００４７】
例えば区間Ｔ１では、図４の場合、操作者が操作力を増加させていくに従って、モータ１０Ｒの駆動力が大きくなっていく。そして、操作者が、その時点で必要と考えている総合駆動力よりも大きい駆動力を、操作力とモータ１０Ｒの駆動力とが発生させると、操作者は、操作力を小さくしていく。これに従って、モータ１０Ｒの駆動力は、増加を続けるが、その変化量は小さくなる。操作力が設定値Ｆｓよりも小さくなると、モータ１０Ｒの駆動力は減少していく。操作力とモータ１０Ｒの駆動力とが発生している総合駆動力が、その時点において操作者が必要とする駆動力よりも小さくなると、操作者は、操作力を増加させていく。なお、このときの操作力の設定値Ｆｓに対する偏差の絶対値は、最初に操作力の減少を開始させたときの操作力Ｆｓに対する偏差の絶対値よりも小さい。
【００４８】
操作力の減少に従ってモータ１０Ｒの駆動力は減少を続けるが、その変化量は小さくなる。そして、操作力が設定値Ｆｓよりも大きくなると、モータ１０Ｒの駆動力は増加に転じる。操作力とモータ１０Ｒの駆動力とが発生している総合駆動力が、その時点で操作者が必要とする駆動力よりも大きくなると、操作者は操作力を減少させていく。このときの操作力の設定値Ｆｓに対する偏差の絶対値は、操作力の増加を開始させたときの操作力の設定値に対する偏差の絶対値より小さい。即ち、操作力とモータ１０Ｒの駆動力とによる総合駆動力に基づく電動車椅子１の速度が、徐々に所望の速度に近づくにつれて、操作力も、徐々に設定値に近づいている。上述したのと同様にして、電動車椅子の速度は、所望の速度となり、かつ操作力は設定値Ｆｓとなる。
【００４９】
図４の場合には、係数Ｋは常に１である。図５の場合には、操作力がしきい値Ｆｓ＋ＦｈとＦｓ−Ｆｈとの範囲にあるとき、係数Ｋは０．５で、この範囲外では係数Ｋは１である。
【００５０】
従って、図５の場合、操作力がしきい値Ｆｓ＋Ｆｈを超えるまで、係数Ｋが０．５であるので、図４の場合よりもモータ１０Ｒの駆動力の応答性は緩やかである。そして、操作力がしきい値Ｆｓ＋Ｆｓを超えると、係数Ｋは１となり、モータ１０Ｒの駆動力の応答性は、係数Ｋが０．５の場合よりも速くなる。しかし、操作力がしきい値Ｆｓ＋Ｆｈを超えるまでの駆動力が、係数Ｋが１の場合よりも小さいので、操作者が必要とする駆動力になるときの操作力は、図４の場合よりも大きくなる。操作力を減少させると、操作力がしきい値Ｆｓ＋Ｆｈよりも大きい間、係数Ｋは１であるので、モータ１０Ｒの駆動力の変化量は、図４の場合と同様である。
【００５１】
しかし、操作力がしきい値Ｆｓ＋Ｆｈよりも小さくなると、係数Ｋが０．５となり、モータ１０Ｒの駆動力の変化量は、図４の場合よりも小さくなる。そして、操作力とモータ１０Ｒの駆動力とによる総合駆動力が、その時点において必要とされる駆動力よりも小さくなると、操作力を増加させる。それに応じて、モータ１０Ｒの駆動力も大きくなる。しかし、係数Ｋは０．５であるので、駆動力の増加の変化量は、図４の場合よりも小さい。従って、総合駆動力も緩やかに増加し、設定値Ｆｓをわずかに超えた操作力で、この操作力とモータ１０Ｒの駆動力とによる総合駆動力が、そのとき必要とされる駆動力をわずかに超える。以下、操作力を操作力を設定値Ｆｓにすることで、操作者が必要とする速度で電動車椅子１が走行する。
【００５２】
また、区間Ｔ２では、区間Ｔ１よりも走行負荷が大きくなったので、操作力を大きくしている。しかし、操作力は、しきい値Ｆｓ＋Ｆｈを超えていない。この場合でも、図４の場合には、係数Ｋが１であるのに対し、図５の場合には、係数Ｋが０．５である。従って、係数Ｋの値に違いにより、モータ１０Ｒの応答性は図５の方が緩やかであり、操作性が向上する。
【００５３】
区間Ｔ３では、走行負荷が区間Ｔ１よりも小さくなった場合で、操作力は、一旦しきい値Ｆｓ−Ｆｈよりも小さくされる。従って、操作力の変化、モータ１０Ｒの駆動力の変化は、区間Ｔ１の場合と逆になっている。
【００５４】
なお、図６において、ｔ１１、ｔ２１、ｔ３１は、図５の場合における整定時間、ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３は、図４の場合における整定時間を表している。整定時間は、各区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の開始点から操作力を変化させていき、所望の速度に電動車椅子１がなって、操作力が設定値Ｆｓに戻されるまでの時間である。図６から明らかなように、図５の場合の方が、整定時間は短くなる。
【００５５】
図７では、制御領域Ｃ１乃至Ｃ３は、図５の場合と同様に設定されている。しかし、制御領域Ｃ１、Ｃ２では、係数Ｋは例えば１とされ、制御領域Ｃ３では、係数Ｋは０とされている。このように係数Ｋを制御領域Ｃ３において０とすると、設定値Ｆｓ付近でディジタル操作力信号が変動しても、駆動力は変化しない。従って、電動車椅子１の動作を安定させることができ、操作性がより向上する。また、操作力検知部２０Ｒ、２０Ｌで検知された操作力がアンバランスであっても、電動車椅子１を確実に直進させることができる。なお、制御領域Ｃ３の係数Ｋは、必ずしも０とする必要はなく、これに近い値、例えば０．１や０．２等にすることもできる。
【００５６】
図８では、設定値Ｆｓの両側にそれぞれ２つのしきい値Ｆｓ−Ｆｈ１、Ｆｓ−Ｆｈ２とＦｓ＋Ｆｈ１、Ｆｓ＋Ｆｈ２とが設定されている（Ｆｈ１＜Ｆｈ２）。しきい値Ｆｓ−Ｆｈ２よりも小さい制御領域Ｃ４と、しきい値Ｆｓ＋Ｆｈ２よりも大きい制御領域Ｃ５とでは、係数Ｋとして例えば０．５を使用している。しきい値Ｆｓ−Ｆｈ２以上であってＦｓ−Ｆｈ１より小さい制御領域Ｃ６と、しきい値Ｆｓ＋Ｆｈ１より大きく、Ｆｓ＋Ｆｈ２以下である制御領域Ｃ７とでは、係数Ｋとして例えば１．２が使用されている。しきい値Ｆｓ−Ｆｈ１以上Ｆｓ＋Ｆｈ１以下の制御領域Ｃ８では、係数Ｋとして例えば０．５が使用されている。
【００５７】
制御領域Ｃ６、Ｃ７では、他の制御領域Ｃ４、Ｃ５、Ｃ８よりも係数Ｋが大きく設定されているので、ディジタル操作力信号が設定値Ｆｓよりも外れている時間を短縮することができる。また、設定値Ｆｓから最も離れた制御領域Ｃ４、Ｃ５では、係数Ｋが小さく設定されているので、ディジタル操作力信号が、これらの制御領域に入る程、大きく変化した場合にも、電動車椅子１が急激に加速または減速されることを防止できる。設定値Ｆｓを含む制御領域Ｃ８では、係数Ｋが小さく設定されているので、図５の場合と同様に、設定値Ｆｓ付近でディジタル操作力信号が変動しても、駆動力の応答性を遅くできるので、電動車椅子１の動作を安定させることができ、操作性を向上させることができる。また、ディジタル操作力信号が設定値Ｆｓ付近での電動車椅子１の直進性を向上させることができる。
【００５８】
なお、制御領域Ｃ６、Ｃ７の係数Ｋ、制御領域Ｃ４、Ｃ５、Ｃ８の係数Ｋは、一例に過ぎず、他の値とすることもできる。また、各制御領域Ｃ４乃至Ｃ８それぞれの係数Ｋの値を全て異ならせてもよい。また、制御領域はＣ４乃至Ｃ８の５つとしたが、３つ以上の制御領域であれば任意の数とすることができる。
【００５９】
図９では、係数Ｋが、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲと設定値Ｆｓとの差に所定の定数Ａを乗算した値の絶対値とされている。従って、駆動力の変化量ｄＦａは、（｜ＦｉｎＲ｜−｜Ｆｓ｜）を引数とする単調増加の２次関数となる。従って、ディジタル操作力信号が設定値Ｆｓの近辺では、駆動力の応答性を抑えることができるので、電動車椅子１の動作を安定させることができると共に、ディジタル操作力信号が設定値Ｆｓから離れるに従って、駆動力の応答性を高めることができるので、大きなディジタル操作力信号を加えると、大きな駆動力の変化量が得られ、操作性に違和感を感じることがない。なお、係数Ｋは、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲと設定値Ｆｓとの差をｍ乗（ｍは２以上の整数）し、それに定数Ａを乗算したものの絶対値としてもよい。
【００６０】
なお、図５、図７乃至図９では、ディジタル操作力信号が正の場合について示したが、ディジタル操作力信号が負の場合には、−ＦｉｎＲを使用して、各ｄＦａが決定される。
【００６１】
上述したような制御を行うために、制御部１８Ｒが行う処理を図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、制御部１８Ｌにおいても同様な制御が、制御部１８Ｒと独立して行われている。
【００６２】
まず、所定サンプリング周期となるごとに、入力値の変換を行う（ステップＳ２）。即ち、操作力検知部２０Ｒからの操作力検知信号を入力して、これをディジタル操作力信号に変換する。
【００６３】
次に、指令駆動力ＦｏｕｔＲが０であるか判断する（ステップＳ３）。指令駆動力ＦｏｕｔＲが０であると、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲの正負を判断して、モータ１０Ｒを前進（正転）させるのか後退（逆転）させるのか判断する（ステップＳ４）。後述するように、ＦｏｕｔＲが０でないと、既にモータ１０Ｒは、駆動されているので、新たに駆動方向を決定する必要がないので、ステップＳ４はジャンプされる。
【００６４】
次にディジタル操作力信号ＦｉｎＲの絶対値が設定値Ｆｓの絶対値よりも大きいか、またはＦｏｕｔＲが０でないかを判断する（ステップＳ６）。この判断の答えがノーとなるのは、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲの絶対値が設定値Ｆｓの絶対値よりも小さく、かつＦｏｕｔＲが０のときだけである。従って、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲの絶対値が設定値Ｆｓの絶対値よりも大きくなって、モータ１０Ｒが駆動された後は、たとえ、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲの絶対値が設定値Ｆｓの絶対値よりも小さくなっても、モータ１０Ｒが駆動されているので、このステップＳ６の判断の答えは、イエスとなる。
【００６５】
ステップＳ６の答えがイエスの場合、モータ１０Ｒが正転していると、ＦｉｎＲ−Ｆｓの演算が行われ、モータ１０Ｒが逆転していると、−ＦｉｎＲ−Ｆｓの演算が行われる（ステップＳ８）。これは、駆動力の変化量ｄＦａを求めるための予備段階である。
【００６６】
次に、係数Ｋの取り込みが行われる（ステップＳ１０）。即ち、図５または図７のような場合には、ＦｉｎＲが制御領域Ｃ１乃至Ｃ３のいずれに該当するか、図８の場合には、ＦｉｎＲが制御領域Ｃ４乃至Ｃ８のいずれに該当するかを、各しきい値、図５または図７の場合、Ｆｓ−Ｆｈ及びＦｓ＋Ｆｈ、図８の場合、Ｆｓ−Ｆｈ２、Ｆｓ−Ｆｈ１、Ｆｓ＋Ｆｈ１、Ｆｓ＋Ｆｈ２を基に判断する。
【００６７】
或いは（ＦｉｎＲ−Ｆｓ）が、図５または図７の場合、−Ｆｈよりも小さいか、−Ｆｈ以上Ｆｈ以下であるか、Ｆｈよりも大きいか判断し、図８の場合、（ＦｉｎＲ−Ｆｓ）が、−Ｆｈ２よりも小さいか、−Ｆｈ２以上で−Ｆｈ１より小さいか、−Ｆｈ１以上であってＦｈ１以下であるか、Ｆｈ１より大きくＦｈ２以下であるか、Ｆｈ２より大きいか判断することによって、該当する領域を決定することもできる。該当する制御領域が判別されると、その制御領域に対応する係数Ｋが決定される。
【００６８】
なお、図４の場合の場合には、係数Ｋは一定であり、このステップＳ１０は省略可能である。また図９の場合には、係数Ｋは、ＦｉｎＲとＦｓの差に定数Ａを乗算した値の絶対値として決まるので、このステップＳ１０において、制御領域の判別をするのに代えて、係数Ｋを算出してもよい。
【００６９】
次に、変化量ｄＦａを、ステップＳ８によって求めた差と、ステップＳ１０によって求めた係数Ｋとによって算出する（ステップＳ１２）。
【００７０】
このようにして求めた変化量ｄＦａと、現在の駆動力Ｆａ（ｔ−１）とを加算して、新たなディジタル駆動力信号Ｆａ（ｔ）を算出する（ステップＳ１４）。
【００７１】
但し、ステップＳ６の判断の答えがノーである場合、ステップＳ１４にジャンプするが、その場合には、ディジタル駆動力信号Ｆａ（ｔ）は０とされる。従って、ＦｏｕｔＲが０で、かつ、ディジタル操作力信号ＦｉｎＲが設定値Ｆｓまたは−Ｆｓを一度も超えていない状態では、モータ１０Ｒは駆動されない。しかし、一度、ディジタル操作力信号が設定値Ｆｓを超えて、モータ１０Ｒが駆動された後には、ディジタル操作力信号が設定値Ｆｓよりも小さくなっても、モータ１０Ｒは駆動される。
【００７２】
このようにしてディジタル駆動力信号Ｆａ（ｔ）が決定されると、これをＰＷＭ信号に変換して、モータドライブ部１６Ｒに供給する（ステップＳ１６）。このとき、ステップＳ４において判別した方向に基づいて決定されたモータ１０Ｒの回転方向を指示する方向信号も、モータドライブ部１６Ｒに供給される。
【００７３】
即ち、Ｆａ（ｔ）にＰＩＤ演算を施して、指令駆動力ＦｏｕｔＲに変換する（ステップＳ１６１）。次に、ＦｏｕｔＲが０以下であるか判断する（ステップＳ１６２）。ＦｏｕｔＲが０以下になるのは、例えば次のような場合である。即ち、モータ１０Ｒを例えば正転させる方向でＦｓを超えるＦｉｎＲが発生している状態から、操作力検知部２０Ｒに供給されている操作力が今までとは逆の方向になり、ＦｉｎＲが負の値になると、ｄＦａは負の値となる。このｄＦａが負の値である状態がある程度、続いたときに、駆動力Ｆａ（ｔ）が負となり、指令駆動力ＦｏｕｔＲも負となる。このようにＦｏｕｔＲが０以下になると、ＦｏｕｔＲは０とされる（ステップＳ１６３）。ＦｏｕｔＲが０以下であると、今までと反対方向に電動車椅子を駆動することになるので、今までと反対方向に電動車椅子が急激に走行することを防止し、電動車椅子の挙動が大きく変化することを防止するためと、モータ１０Ｒに今まで流れていたのと逆の方向の電流が急激に流れて、モータ１０Ｒが破損するのを防止するためである。このとき、同時に現在の駆動力Ｆａ（ｔ）も０とされる。このＦｏｕｔＲが、ＰＷＭ信号に変換される（ステップＳ１６４）。
【００７４】
ＦｏｕｔＲが０以下でないと、ＦｏｕｔＲが、モータ１０Ｒが出力可能な最大力ＭＡＸ以上であるか判断する（ステップＳ１６６）。ＦｏｕｔＲがＭＡＸ以上であると、ＦｏｕｔＲはＭＡＸとされ（ステップＳ１６８）、ステップＳ１６４においてＦｏｕｔＲが、ＰＷＭ信号に変換される。また、ＦｏｕｔＲがＭＡＸ以上でないと、そのときのＦｏｕｔＲが、ステップＳ１６４においてＰＷＭ信号に変換される。
【００７５】
このようにして供給されたＰＷＭ信号と方向信号とに基づいて、モータドライブ部１６Ｒは、モータ１０ＲをＰＷＭ制御し、Ｆａ（ｔ）に対応する駆動力をモータ１０Ｒに発生させる。
【００７６】
なお、ステップＳ１６３において、ＦｏｕｔＲが０とされると、次に、図１０の処理が行われる際、ステップＳ３においてＦｏｕｔＲが０であると判断されるので、ステップＳ４において、そのときのＦｉｎＲの方向が判断され、この判断された方向にモータ１０Ｒが回転させられるようになる。また、以前に図１０の処理が行われたとき、ステップＳ１６３において、Ｆａ（ｔ）が０にされているので、これは、この時点のＦａ（ｔ−１）に等しく、以下、ステップＳ６が実行されたときに、ＦｉｎＲの絶対値がＦｓの絶対値よりも大きくても、新たな駆動力Ｆａ（ｔ）は０から増大していくことになる。
【００７７】
上記の実施の形態では、図４、図５、図７乃至図９に示すディジタル操作力信号と駆動力の変化量との関係のいずれか１つを使用するものとしたが、上記各図に示す関係のいずれも使用可能と制御部を構成し、上記各関係のうち選択された１つを使用できるようにすることもできる。
【００７８】
上記の実施の形態では、ステップＳ１６２において指令駆動力ＦｏｕｔＲが０以下であると判断されたとき、ステップＳ１６３においてＦｏｕｔＲを０とし、次回にステップＳ３においてＦｏｕｔＲが０であると判断し、ステップＳ４において操作力の方向に基づいて駆動力の方向を新たに決定している。この手法は、上記の実施の形態のように、ＦｉｎＲとＦｓとの差に基づいて、駆動力の変化量ｄＦａを求め、現在の駆動力Ｆａ（ｔ−１）にｄＦａを加算して、新たな駆動力Ｆａ（ｔ）を求める場合だけでなく、例えば操作力に比例した大きさの駆動力を操作力の方向と同じ方向に出力するような場合にも適用することができる。また、新たな駆動力Ｆａ（ｔ）の算出には、現在の駆動力Ｆａ（ｔ−１）を用いたが、これに代えて、現在の指令駆動力ＦｏｕｔＲ（ｔ−１）を用い、新たな駆動力Ｆａ（ｔ）をＦｏｕｔＲ（ｔ−１）＋ｄＦａによって算出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動車両の制御装置の１実施例のブロック図である。
【図２】同実施の形態の制御装置を実施した電動車椅子の斜視図である。
【図３】同実施の形態の制御装置に入力される操作力検知信号と操作力との関係を示す図である。
【図４】同実施の形態の制御装置におけるディジタル操作力信号と駆動力の変化量との関係の第１の例を示す図である。
【図５】同実施の形態の制御装置におけるディジタル操作力信号と駆動力の変化量との第２の関係を示す図である。
【図６】同実施の形態の制御装置において図４及び図５のディジタル操作力信号に対する駆動力との変化の関係に設定したときの操作力と駆動力の関係を示す図である。
【図７】同実施の形態の制御装置におけるディジタル操作力信号と駆動力の変化量との関係の第３の例を示す図である。
【図８】同実施の形態の制御装置におけるディジタル操作力信号と駆動力の変化量との関係の第４の例を示す図である。
【図９】同実施の形態の制御装置におけるディジタル操作力信号と駆動力の変化量との関係の第５の例を示す図である。
【図１０】同実施の形態の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】
１０Ｒ  １０Ｌ  モータ（駆動部）
１２Ｒ  １２Ｌ  制御装置
１８Ｒ  １８Ｌ  制御部
【図１】
0003577403.tif 000002
【図２】
0003577403.tif 000003
【図３】
0003577403.tif 000004
【図４】
0003577403.tif 000005
【図５】
0003577403.tif 000006
【図６】
0003577403.tif 000007
【図７】
0003577403.tif 000008
【図８】
0003577403.tif 000009
【図９】
0003577403.tif 000010
【図１０】
0003577403.tif 000011