(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーに操作されて車両本体の進行角度および進行速度を入力する入力手段と、この入力手段からの入力を受け、左右一対の駆動輪にそれぞれ設けられた電動モーターの回転方向および回転速度を個別に制御して車体の進行方向および車速を定めるようにプログラムされた制御手段とを備え、上記制御手段には左右の電動モーターの前進、後進の駆動方向を組み合わせた複数の駆動領域が設定され、これらの駆動領域が選択されて車体の進行方向および進行速度が設定されるように構成された電動車両の駆動制御装置において、
前記電動車両の駆動制御装置は、入力手段からの指示信号から導き出される指示進行角度αに基づいて制御手段で演算される目標進行角度α′が設定され、この目標進行角度α′に従って電動モーターの回転方向および回転速度が制御されるとともに、
前記制御手段は、前記指示進行角度αが入力手段によって変更されると、変更後の指示進行角度αの駆動領域と目標進行角度α′および電動モーターの駆動領域が同一の場合には目標進行角度α′を変更後の指示進行角度αに到達するまで直前の目標進行角度α′から順次変動させる一方、
前記指示進行角度αが異なる電動モーターの駆動領域に変更され、変更後の指示進行角度αの駆動領域と目標進行角度α′および電動モーターの駆動領域が別の領域にある場合には、電動モーターの駆動方向が前記指示進行角度αと同じ駆動領域に移行するまで目標進行角度α´を上記両駆動領域の境界角度に保持するように上記制御手段をプログラムしたことを特徴とする電動車両の駆動制御装置。
【請求項２】
前記入力手段を、車体の進行角度と進行速度を共に入力することのできるジョイスティックレバー装置とした請求項１に記載の電動車両の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、左右一対の駆動輪にそれぞれ電動モーターが設けられた電動車両の駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モーターの動力で駆動される電動車椅子等の電動車両において、左右一対の駆動輪にそれぞれ専用の電動モーターを配し、この左右の電動モーターの回転方向および回転速度を個別に制御することによって車体の進行方向および車速を定めるように構成されたものがある。
【０００３】
このような電動車両の駆動制御装置は、ユーザーによって操作される入力手段と、この入力手段からの入力を受けて左右の電動モーターを個別に制御するようにプログラムされたマイコン等の制御手段とを備えている。
【０００４】
入力手段からは、 360゜に亘る方向指示と、速度指示の入力信号が制御手段に発信され、制御手段はこの入力信号を図９に示すようなＸ−Ｙ座標に取って指示進行角度αおよび指示進行速度Ａを導き出し、さらにこの指示進行角度αおよび指示進行速度Ａの変動に基づいて目標進行角度α′および目標進行速度Ａ′を演算する。例えば目標進行角度α′の演算は、図10にフローチャートで示すように、指示進行角度αにフィルターをかけるような形で実行される。そして、この目標進行速度Ａ′および目標進行角度α′に基づいて各電動モーターに印加される電圧が定められる。
【０００５】
制御手段には、図11に示すように、左右の電動モーターの前進、後進の駆動方向を組み合わせた４つの駆動領域▲１▼〜▲４▼がプログラムされており、これらの駆動領域▲１▼〜▲４▼が選択されて車体の進行方向および進行速度が設定されるようになっている。破線で示す各駆動領域▲１▼〜▲４▼の境界角度は、例えば基準線０を基準に角度α1 、α2 、α3 、α4 の位置に定められている。そして、駆動領域▲１▼では左右の電動モーターが共に前進駆動され、駆動領域▲２▼では左側の電動モーターが後進駆動、右側の電動モーターが前進駆動され、駆動領域▲３▼では左右の電動モーターが共に後進駆動され、駆動領域▲４▼では左側の電動モーターが前進駆動、右側の電動モーターが後進駆動されるように設定されている。
【０００６】
ところで、この図11に示されるように、例えば指示進行角度αが駆動領域▲２▼、目標進行角度α′が駆動領域▲１▼というように、指示進行角度αと目標進行角度α′とが異なる駆動領域に跨がった場合には、目標進行角度α′が指示進行角度αに追従して駆動領域▲１▼と駆動領域▲２▼との境界角度α2 を越えると同時に左側の電動モーターの回転方向が前進駆動から後進駆動に逆転される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動モーターの回転方向を前進駆動から後進駆動に逆転させる際には、電動モーターの制動および駆動回路の反転に時間を要するため、実際に電動モーターが後進駆動を開始するまでにタイムラグが生じ、後進駆動に入った途端に電動モーターが瞬間的に急加速するという現象が起きていた。
【０００８】
即ち、図12のタイムチャートに示すように、指示進行角度αがｔ１の時点で駆動領域▲１▼から駆動領域▲２▼に変動し、目標進行角度α′がそれに追従してｔ２の時点で駆動領域▲２▼に入ると、これに平行して電動モーターの目標回転速度ＶT が前進駆動領域から後進駆動領域に切り換わる。ところが、電動モーターの実回転速度ＶA の変化には前述のようなタイムラグが伴うため、実回転速度ＶA が後進駆動領域に入る時点ｔ３では既に電動モーターに印加される後進駆動用の逆転電圧が高まっており、電動モーターの回転が逆転すると同時に目標回転速度ＶT に合わせるために急加速が発生し、オーバーシュート気味になる。
【０００９】
したがって、この例では電動車両の左側の駆動輪が急激に後転を開始し、車体がふらついて操縦安定性が損なわれるといった弊害が起きていた。
【００１０】
本発明に係る電動車両の駆動制御装置は、このような問題点を解決するために発明されたもので、その第一の目的は、電動モーターの回転方向を逆転させる制御を実行する際に電動モーターの逆転時に急加速が伴うことを防止し、操縦安定性の向上を図ることにある。
【００１１】
また、本発明に係る電動車両の駆動制御装置の第二の目的は、入力手段の操作を簡素化するとともに操作性および操作感覚を向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記第一の目的を達成するため、本発明に係る電動車両の駆動制御装置は、請求項１に記載したように、ユーザーに操作されて車両本体の進行角度および進行速度を入力する入力手段と、この入力手段からの入力を受け、左右一対の駆動輪にそれぞれ設けられた電動モーターの回転方向および回転速度を個別に制御して車体の進行方向および車速を定めるようにプログラムされた制御手段とを備え、上記制御手段には左右の電動モーターの前進、後進の駆動方向を組み合わせた複数の駆動領域が設定され、これらの駆動領域が選択されて車体の進行方向および進行速度が設定されるように構成された電動車両の駆動制御装置において、前記電動車両の駆動制御装置は、入力手段からの指示信号から導き出される指示進行角度αに基づいて制御手段で演算される目標進行角度α′が設定され、この目標進行角度α′に従って電動モーターの回転方向および回転速度を制御するとともに、前記制御手段は、前記指示進行角度αが入力手段によって変更されると、変更後の指示進行角度αの駆動領域と目標進行角度α′および電動モーターの駆動領域が同一の場合には目標進行角度α′を変更後の指示進行角度αに到達するまで直前の目標進行角度α′から順次変動させる一方前記指示進行角度αが異なる電動モーターの駆動領域に変更され、変更後の指示進行角度αの駆動領域と目標進行角度α´および電動モーターの駆動領域が別の領域にある場合には、電動モーターの駆動方向が前記指示進行角度αと同じ駆動領域に移行するまで目標進行角度α′を上記両駆動領域の境界角度に保持するように上記制御手段をプログラムしたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、電動モーターの回転方向を逆転させる制御を実行する場合に、電動モーターの回転が一旦停止するまで電動モーターの目標回転速度がゼロに維持され、電動モーターの実回転速度と目標回転速度の差が開かないため、電動モーターの回転が停止した途端に電動モーターが逆転方向に急加速することがなくなり、操縦安定性が大きく向上する。
【００１４】
また、前記第二の目的を達成するため、本発明に係る電動車両の駆動制御装置は、請求項２に記載したように、前記入力手段を、車体の進行角度と進行速度を同時に入力することのできるジョイスティックレバー装置とした。
【００１５】
これにより、ジョイスティックレバーを希望する進行方向に傾斜させ、その傾斜角度を希望する進行速度に見合う角度に設定するという１つの動作で車体の進行角度と進行速度を同時に入力することができるため、入力手段としての操作を簡素化するとともに操作性および操作感覚を向上させることができる。
【００１６】
【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。図１〜図４は、それぞれ本発明に係る駆動制御装置が適用された電動車両の一例としての電動車椅子１の左側面図、平面図、正面図、および後面図である。
【００１７】
この電動車椅子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の上部に着座シート３が設置されている。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、車両本体２の後下部には左右一対の後輪６，６が駆動輪として軸支され、車両本体２の前下部にはフリーキャスター型の前輪７，７が設けられている。なお、前輪７，７の前方には左右一対の足載せ部８，８が設けられている。
【００１８】
左右の後輪６，６には、それぞれ専用の電動モーター10Ｌ，10Ｒが個別に設けられており、この電動モーター10Ｌ，10Ｒの動力が減速ギヤにより減速されて後輪６，６に伝達されるように構成されている。また、電動モーター10Ｌ，10Ｒの前方には電源用のバッテリー11が搭載されている。
【００１９】
一方、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12が設けられており、このコントロールボックス12の上面にはジョイスティックレバー装置13が設けられている。このジョイスティックレバー装置13にはジョイスティックレバー14が直立した状態に設置されており、電動車椅子１のユーザーが右手でジョイスティックレバー14を 360゜方向に倒すことにより、ジョイスティックレバー14の傾斜方向と傾斜角度から電動車椅子１の進行方向および進行角度が同時に入力できるようになっている。なお、コントロールボックス12の左側面には最大走行速度を設定するための速度設定レバー15が設けられている。
【００２０】
本発明に係る駆動制御装置16は、図５にブロック図で示すように、前記ジョイスティックレバー装置13と、制御用マイコン17と、ＦＥＴドライバ18と、複数のＦＥＴ19からなる２組のスイッチング回路21，21とを備えて構成されている。制御用マイコン17、ＦＥＴドライバ18、およびスイッチング回路21，21等は、全て例えばコントロールボックス12内に配設されている。なお、制御用マイコン17は請求項１に記載した制御手段として機能し、ジョイスティックレバー装置13は請求項１に記載した入力手段として機能する。
【００２１】
図６はジョイスティックレバー装置13の内部構造を示す平面図である。ここに示すように、ジョイスティックレバー装置13は、コントロールボックス12の内部に設けられたレバーボックス22と、このレバーボックス22内に軸支されてＸ字状に例えば90゜の角度で交差する２本のスイングアーム23Ａ，23Ｂと、これらのスイングアーム23Ａ，23Ｂの軸支部に設けられた２個の可変抵抗器24Ａ，24Ｂと、ジョイスティックレバー14とを含んで構成されている。
【００２２】
２本のスイングアーム23Ａ，23Ｂは、側面視で下方に湾曲したＵ字形に形成されており、長手方向中央部に長円孔25を有している。そして、両端部が各々一対の支軸部26によってレバーボックス22内に軸支され、これによって２本のスイングアーム23Ａ，23Ｂはその中心軸線23ａ，23ｂを軸に自在に回動する。また、２個の可変抵抗器24Ａ，24Ｂは、そのケース部分24ａ，24ｂが係止用突起27を介してレバーボックス22の側壁に固着されており、スイングアーム23Ａ，23Ｂの回動に応じて可変抵抗器24Ａ，24Ｂの入力軸が一体に回動するようになっている。
【００２３】
ジョイスティックレバー14は、その下端部が交差するスイングアーム23Ａ，23Ｂの長円孔25に貫挿されており、中間部がスイングアーム23Ａ，23Ｂの上方に位置する図示しない保持部によって傾動自在に保持されている。したがって、ジョイスティックレバー14の頭部が傾けられると、ジョイスティックレバー14の下端部が反対方向に動いて２本のスイングアーム23Ａ，23Ｂを動かし、２本のスイングアーム23Ａ，23Ｂは中心軸線23ａ，23ｂを軸に回動する。そして、スイングアーム23Ａ，23Ｂの回動変位がそのまま２個の可変抵抗器24Ａ，24Ｂの入力軸に伝達されて電気抵抗値の変化として出力される。
【００２４】
例えば、ジョイスティックレバー14が前方に倒されると、図11に示す左右の電動モーター10Ｌ，10Ｒの駆動領域▲１▼〜▲４▼の内の駆動領域▲１▼が選択され、ジョイスティックレバー14が左方に倒されると駆動領域▲２▼、後方に倒されると駆動領域▲３▼、右方に倒されると駆動領域▲４▼が選択されるように、２個の可変抵抗器24Ａ，24Ｂの出力が無段階に組み合わされて制御用マイコン17に入力されるようになっている。なお、ジョイスティックレバー14に力が作用しない時には図示しない付勢部材によってジョイスティックレバー14が直立した中立位置に保たれ、上記のいずれの駆動領域も選択されることがなくなり、電動車椅子１は停止する。
【００２５】
図５に示すように、ジョイスティックレバー装置13からは前後左右の指示信号（ジョイスティック信号）が発信され、制御用マイコン17に入力される。制御用マイコン17はジョイスティック信号を左右ＰＷＭ信号に変換してＦＥＴドライバ18に入力し、ＦＥＴドライバ18は２組のスイッチング回路21，21を駆動制御する。そして、各ＦＥＴ19の開閉の組み合わせに応じてバッテリー11の電圧極性が選択され、バッテリー11の電圧が左右の電動モーター10Ｌ，10Ｒに印加される。
【００２６】
図11に示される左右の電動モーター10Ｌ，10Ｒの駆動領域▲１▼〜▲４▼のデータは制御用マイコン17にインプットされており、前述したようにジョイスティックレバー装置13によってこれらの駆動領域▲１▼〜▲４▼が選択され、左右の電動モーター10Ｌ，10Ｒの回転方向および回転速度が個別に制御されて電動車椅子１の進行方向および進行速度が設定される。
【００２７】
図11のように、例えばジョイスティック装置13の指示信号から導き出される車体の指示進行角度αが駆動領域２にあり、この指示進行角度αの変動に追従して変化する目標進行角度α′が駆動領域１というように、指示進行角度αと目標進行角度α′とが異なる駆動領域に跨がった状態から、目標進行角度α′が駆動領域１と駆動領域２との境界角度α２を越えて同一の駆動領域に入ると同時に左側の電動モーター10Ｌの回転方向が前進駆動から後進駆動に逆転されるが、前に述べたように電動モーターの逆転には制動および駆動回路の反転に時間を要するため、タイムラグが生じて実際に電動モーター10Ｌが後進駆動に入った途端に急加速する現象が起きていた。
【００２８】
そこで、この駆動制御装置16では、目標進行角度α′が指示進行角度αに追従して同一の駆動領域に入り、目標進行角度α′に追従して変化する電動モーター10Ｌ，10Ｒの駆動方向が未だ別な駆動領域ある場合には、電動モーター10Ｌ，10Ｒの駆動方向が指示進行角度αおよび目標進行角度α′と同一の駆動領域に来るまで目標進行角度α′を上記両駆動領域の境界角度に保持するように制御用マイコン17をプログラムした。
【００２９】
このプログラムの流れを図７のフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートは、図10に示すフローチャートに引き続いて実行される。なお、このフローチャートは、例えば指示進行角度αが駆動領域▲１▼から駆動領域▲２▼に移行した時の状況、即ち左右の電動モーター10Ｌ，10Ｒが共に前進駆動されて電動車椅子１が前進している状態から、左側の電動モーター10Ｌのみが逆転駆動に切り換えられて電動車椅子１が左方に旋回する状態となる場合における制御を示している。また、このフローチャートにおける各ステップは符号Ｓ１，Ｓ２，…で示される。
【００３０】
まず、Ｓ１〜Ｓ３において、現在の指示進行角度αがどの駆動領域にあるかが照合される。例えば指示進行角度αが駆動領域▲１▼にある場合には目標進行角度α′としてα1 〜α2 の角度範囲が代入され、指示進行角度αが駆動領域▲３▼にある場合には目標進行角度α′としてα3 〜α4 の角度範囲が代入される。しかし、この例は指示進行角度αが駆動領域▲１▼から駆動領域▲２▼に移行した時の状態なのでＳ２がＹＥＳとなり、目標進行角度α′としてα2 〜α3 の角度範囲が代入されることになってＳ４に移行する。
【００３１】
次のＳ４では、目標進行角度α′が指示進行角度αに追従して駆動領域▲２▼に入ったか否かが照合される。そして、Ｓ４がＹＥＳ、つまり目標進行角度α′が駆動領域▲２▼にある場合にはＳ５に移行し、目標進行角度α′が駆動領域▲２▼に入る直前にいた駆動領域が照合される。この例では目標進行角度α′は駆動領域▲２▼に入る直前に駆動領域▲１▼にいたため、Ｓ６に移行となる。
【００３２】
そして、Ｓ６において左側の電動モーター10Ｌの駆動方向が既に後進駆動に切り換わったかどうかが照合される。このＳ６がＹＥＳの場合は問題がないのでリターンするが、Ｓ６がＮＯの場合、つまり目標進行角度α′の置かれている駆動領域▲２▼に対して左側の電動モーター10Ｌの駆動方向が別な駆動領域▲１▼にあり、未だに前進駆動を続けている場合にはＳ７に移行する。
【００３３】
Ｓ７では、左側の電動モーター10Ｌの駆動方向が指示進行角度αおよび目標進行角度α′と同一の駆動領域▲２▼に来るまで、つまり前進駆動していた左側の電動モーター10Ｌの回転に制動がかかり、回転が停止して後進駆動に入るまで目標進行角度α′が２つの駆動領域▲１▼，▲２▼の境界角度α2 に保持され、その後リターンとなる。
【００３４】
なお、Ｓ５において、目標進行角度α′が駆動領域▲２▼に入る直前にいた駆動領域が駆動領域▲３▼であった場合にはＳ８に移行し、今度は右側の電動モーター10Ｒの駆動方向が既に前進駆動に切り換わったかどうかが照合される。このＳ８がＮＯの場合、つまり前進駆動をするべき右側の電動モーター10Ｒが未だ後進駆動を続けている場合にはＳ９へ移行する。
【００３５】
Ｓ９では、右側の電動モーター10Ｒの駆動方向が指示進行角度αおよび目標進行角度α′と同一の駆動領域▲２▼に来るまで、つまり後進駆動していた右側の電動モーター10Ｒの回転に制動がかかり、回転が停止して前進駆動に入るまで目標進行角度α′が２つの駆動領域▲２▼，▲３▼の境界角度α3 に保持され、その後リターンとなる。
【００３６】
上記フローチャートのＳ７までの経過を図８のタイムチャートに示す。
【００３７】
まず、指示進行角度αがｔ１の時点で駆動領域▲１▼から駆動領域▲２▼に移行すると、これに追従して目標進行角度α′が駆動領域▲２▼に近付く。また、平行して電動モーター10Ｌの目標回転速度ＶT が前進駆動領域から後進駆動領域に切り換わる方向に移行し、やや遅れて電動モーター10Ｌの実回転速度ＶA が前進駆動領域から後進駆動領域に切り換わる方向に移行する。
【００３８】
そして、目標進行角度α′がα2 となった時点ｔ２で、電動モーター10Ｌの目標回転速度ＶT がゼロになるが、この時には電動モーター10Ｌの実回転速度ＶA がまだ前進駆動領域にあるため、そのまま目標進行角度α′がα2 に保持され、電動モーター10Ｌの目標回転速度ＶT もゼロに保たれる。この状態は、電動モーター10Ｌの実回転速度ＶA がゼロになる時点ｔ３まで続く。
【００３９】
ｔ３で電動モーター10Ｌの実回転速度ＶA がゼロになると、再び目標進行角度α′が駆動領域▲２▼に近付き、電動モーター10Ｌの目標回転速度ＶT が後進駆動領域に入る。これに伴い、電動モーター10Ｌに後進駆動用の逆転電圧が印加され、電動モーター10Ｌの実回転速度ＶA も後進駆動領域に入る。
【００４０】
このように、前進駆動している電動モーター10Ｌの回転が一旦停止するまで目標回転速度ＶT がゼロに保たれ、電動モーター10Ｌの実回転速度ＶA と目標回転速度ＶT の差が開かないため、電動モーター10Ｌの回転が逆転すると同時に急加速することが防止され、電動車椅子１の操縦安定性が大きく向上する。
【００４１】
なお、この実施形態では駆動領域が▲１▼から▲２▼に切り換わる際の状況についてのみ説明したが、これに限らず、例えば駆動領域▲１▼から▲４▼、▲２▼から▲３▼…というように、他の駆動領域の間における切換状況にも対応して同様な制御を実行することができる。
【００４２】
これに加えて、本発明では駆動制御装置16の入力手段としてジョイスティックレバー装置13を採用したため、ジョイスティックレバー14を希望する進行方向に傾斜させ、その傾斜角度を希望する進行速度に見合う角度に設定するという１つの動作で車体の進行角度と進行速度を同時に入力することができ、入力手段としての操作を簡素化するとともに操作性および操作感覚を向上させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電動車両の駆動制御装置は、電動モーターの回転方向を逆転させる制御を実行する場合に、電動モーターの回転が一旦停止するまで電動モーターの目標回転速度がゼロに維持され、電動モーターに逆転電圧が印加されることがない。したがって、電動モーターの回転が停止した途端に電動モーターが逆転方向に急加速することがなくなり、電動車両の操縦安定性を大きく向上させることができる。
【００４４】
また、本発明に係る電動車両の駆動制御装置は、前記入力手段を、車体の進行角度と進行速度を共に入力することのできるジョイスティックレバー装置としたため、ジョイスティックレバーを希望する進行方向に傾斜させ、その傾斜角度を希望する進行速度に見合う角度に設定するという１つの動作で車体の進行角度と進行速度を同時に入力することができ、入力手段としての操作を簡素化するとともに操作性および操作感覚を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動車椅子の左側面図。
【図２】電動車椅子の平面図。
【図３】電動車椅子の正面図。
【図４】電動車椅子の後面図。
【図５】駆動制御装置のブロック図。
【図６】ジョイスティックレバー装置の内部構造を示す平面図。
【図７】本発明の一実施形態をフローチャートで示した図。
【図８】本発明の一実施形態をタイムチャートで示した図。
【図９】駆動制御装置における指示進行角度、指示進行速度、目標進行角度および目標進行速度をＸ−Ｙ座標で示した図。
【図１０】目標進行角度の演算をフローチャートで示した図。
【図１１】左右の電動モーターの前進、後進の駆動方向を組み合わせた４つの駆動領域を示した図。
【図１２】従来の駆動制御装置の制御における問題点をタイムチャートで示した図。
【符号の説明】
１  電動車両の一例としての電動車椅子
６  駆動輪としての後輪
10Ｌ，10Ｒ  電動モーター
11  バッテリー
12  コントロールボックス
13  入力手段としてのジョイスティックレバー装置
16  駆動制御装置
17  制御手段としての制御用マイコン
18  ＦＥＴドライバ
21  スイッチング回路
▲１▼〜▲４▼  駆動領域
α  指示進行角度
α′  目標進行角度                                  
【図１】
0003543515.tif 000002
【図２】
0003543515.tif 000003
【図３】
0003543515.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003543515.tif 000007
【図７】
0003543515.tif 000008
【図８】
0003543515.tif 000009
【図９】
0003543515.tif 000010
【図１０】
0003543515.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003543515.tif 000013