(57)【要約】【課題】重心位置に基づいてフィードフォワード補正を行うことにより、カント走行開始時の片流れを軽減しかつカント走行中の直進走行性を向上したパーソナルビークルを提供する。【解決手段】車体と左及び右駆動輪と操作部と駆動部と回転数検出部と制御部とを備えたパーソナルビークルであって、車体のヨー角速度ωＹの検出部と重心位置の検出部とをさらに備え、制御部は、指令信号に基づいて目標車体角速度及び目標直進速度ω１を設定する手段と、目標車体角速度ω１とヨー角速度ωＹとの差分Δωに基づいて目標車体角速度ω１を補正する手段７１と、左及び右駆動輪と重心位置との位置関係（左右配分比ＲＦ）に基づいて目標車体角速度ω１を補正する手段７２と、補正後の目標車体角速度ω２と目標直進速度とに基づいて目標回転数を演算する手段と、目標回転数ならびに実回転数に基づいて駆動部の駆動力を制御する手段と、を有する。【選択図】図４
2015027185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、前記車体の左右に設けられた左駆動輪及び右駆動輪と、前記車体の走行に関する指令信号を入力する操作部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪を独立して回転駆動する駆動部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数を検出する回転数検出部と、前記指令信号ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、を備えたパーソナルビークルであって、
前記車体のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度を検出する車体角速度検出部と、前記車体及び乗員を含んだ総荷重の重心位置を検出する重心位置検出部と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記指令信号に基づいて、前記車体が前記ヨー軸周りに回転する目標車体角速度、及び前記車体が直進する目標直進速度を設定する指令値設定手段と、
前記目標車体角速度と前記ヨー角速度との差分を用いた所定の制御則に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードバック補正手段と、
前記左駆動輪及び前記右駆動輪と前記重心位置との位置関係に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードフォワード補正手段と、
前記フィードバック補正手段及び前記フィードフォワード補正手段によって補正された後の目標車体角速度ならびに前記目標直進速度に基づいて前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数を演算する目標演算手段と、
前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部の駆動力を制御する駆動制御手段と、を有するパーソナルビークル。
【請求項２】
前記重心位置検出部は、
少なくとも前記左駆動輪及び前記右駆動輪を含む複数の車輪が前記総荷重を分担する荷重値をそれぞれ検出する複数の荷重検出部と、
各前記荷重検出部が検出した荷重値に基づいて、前記車体の左右方向及び前後方向のうち少なくとも一方向の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を有する請求項１に記載のパーソナルビークル。
【請求項３】
前記フィードフォワード補正手段は、前記重心位置に応じて前記左駆動輪と前記右駆動輪とに配分される前記総荷重の左右配分比、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の車軸と前記重心位置との前後方向距離、ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の各荷重値から求められる前記左駆動輪及び前記右駆動輪の有効半径の少なくとも一つを用いて前記目標車体角速度を補正する請求項１または２に記載のパーソナルビークル。
【請求項４】
前記車体がロール軸周りに回転して傾斜したときのロール角を検出するロール角検出部をさらに備え、
前記フィードフォワード補正手段は、前記ロール角及び前記前後方向距離を用いて前記目標車体角速度を補正する請求項３に記載のパーソナルビークル。
【請求項５】
前記フィードフォワード補正手段は、前記目標車体角速度を補正する補正量を制限する値制限部を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載のパーソナルビークル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動車いすなどのパーソナルビークルに関し、より詳細には、カント走行時の片流れを軽減したパーソナルビークルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車いすなどのパーソナルビークルが傾斜している路面を横切る方向に直進走行（カント走行）する際に、路面の傾斜がきつく車体のロール角（左右方向の傾斜角）が大きいと片流れの問題が生じやすい。すなわち、直進走行するように乗員が操作部を操作しているにもかかわらず、車体が谷側（傾斜下側）に向かって進む片流れが発生しがちであり、またパーソナルビークルの直進走行性が損なわれがちになる。片流れや直進走行性低下の要因として、左右の駆動輪が分担する荷重の不均衡と、旋回モーメントの発生の２点が考えられる。
【０００３】
乗員の着座姿勢に依存して左右の駆動輪が分担する荷重が不均衡になると、大きな荷重を分担している側の駆動輪で走行トルクを大きくしておかないと、左右の車軸角速度に違いが生じて、パーソナルビークルは直進走行できない。さらに、大きな荷重を分担している側の駆動輪ではタイヤの圧縮変形が顕著になって、他側よりも有効半径が小さくなる。すると、左右の駆動輪の車軸角速度が等しくとも、左右で走行速度が等しくならず、パーソナルビークルは直進走行できない。さらに、パーソナルビークルが走行を開始するときに、左右の駆動輪の荷重の不均衡に対して発進トルクの比率が適正でないと、一方の駆動輪が先に回転し始めて、指令された方向とは違う方向にパーソナルビークルが発進する。
【０００４】
上記した荷重の不均衡は、カント走行時に顕著に発生することが多い。つまり、谷側（傾斜下側）の駆動輪が大きな荷重を分担して、パーソナルビークルの発進方向が傾斜路面を横切る方向から谷側に向かう方向へ片流れしがちになる。さらに、発進後も直進走行できず、パーソナルビークルの進行方向が傾斜を下る方向に漸近してゆくおそれまで生じる。
【０００５】
また、カント走行時に、左右の駆動輪の回転中心を結ぶ車軸に対して車体及び乗員を含んだ総荷重の重心が前後方向に偏移していると、旋回モーメントが発生する。例えば、車軸に対して重心が前側に偏移していると、重心に作用する荷重（重力）を傾斜路面に垂直な成分と傾斜下側に向かう成分とに分解して考えた場合に、傾斜下側に向かう成分は車軸を谷側に旋回させる旋回モーメントを発生させる。この旋回モーメントは、重心と車軸との前後方向距離に概ね比例して変化する。したがって、旋回モーメントにより、パーソナルビークルの進行方向は、谷側（傾斜下側）に向かいがちになる。
【０００６】
本願出願人は、上記したカント走行時の片流れの問題を軽減したパーソナルビークル制御装置を特許文献１に開示している。特許文献１のパーソナルビークル制御装置は、パーソナルビークルがカント走行するにあたり、パーソナルビークルのロール角が大きい場合であっても、操作部が直進するように操作されている限り車体のずり落ちが抑制され、パーソナルビークルの直進走行性が確保されるように制御する制御部を備えている。具体的に、特許文献１では、車体のロール角及びヨー角に関する物理量を検知するためのセンサを備える。そして、制御部は検知されたロール角をもとにしたフィードフォワード項で目標車体角速度指令値を補正して左右の駆動輪にトルク差を与える。これにより、カント走行開始時の車体の片流れを軽減することができる。つまり、上記した２点の要因に対して、ロール角をもとにしたフィードフォワード制御で対応している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１９３９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１の技術で、車体のロール角に応じて予め目標車体角速度をフィードフォワード補正している。しかしながら、乗員の体重の軽重の影響や総荷重の重心位置の変化の影響を考慮したソフトウェアや実機の微調整が必要となり、そのためのコストアップやロール角及びヨー角を検知するセンサとして複数のセンサ、例えば加速度センサ及びジャイロセンサを併用することによる部品構成の複雑化、及び部品コストのアップが課題となっている。
【０００９】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、カント走行時の片流れを軽減して直進走行性を向上したコスト低廉なパーソナルビークルを提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明のパーソナルビークルは、車体と、前記車体の左右に設けられた左駆動輪及び右駆動輪と、前記車体の走行に関する指令信号を入力する操作部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪を独立して回転駆動する駆動部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数を検出する回転数検出部と、前記指令信号ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、を備えたパーソナルビークルであって、前記車体のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度を検出する車体角速度検出部と、前記車体及び乗員を含んだ総荷重の重心位置を検出する重心位置検出部と、をさらに備え、前記制御部は、前記指令信号に基づいて、前記車体が前記ヨー軸周りに回転する目標車体角速度、及び前記車体が直進する目標直進速度を設定する指令値設定手段と、前記目標車体角速度と前記ヨー角速度との差分を用いた所定の制御則に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードバック補正手段と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪と前記重心位置との位置関係に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードフォワード補正手段と、前記フィードバック補正手段及び前記フィードフォワード補正手段によって補正された後の目標車体角速度ならびに前記目標直進速度に基づいて前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数を演算する目標演算手段と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部の駆動力を制御する駆動制御手段と、を有する。
【００１１】
上記したうちのヨー角速度と目標車体角速度とは、同じ次元を有する量である。本明細書では、検出されたヨー角速度と制御目標にする目標車体角速度とで用語を使い分けることにより明瞭化を図っている。ヨー角速度は、検出車体角速度と言い換えてもよい。
【００１２】
さらに、前記重心位置検出部は、少なくとも前記左駆動輪及び前記右駆動輪を含む複数の車輪が前記総荷重を分担する荷重値をそれぞれ検出する複数の荷重検出部と、各前記荷重検出部が検出した荷重値に基づいて、前記車体の左右方向及び前後方向のうち少なくとも一方向の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を有してもよい。
【００１３】
さらに、前記フィードフォワード補正手段は、前記重心位置に応じて前記左駆動輪と前記右駆動輪とに配分される前記総荷重の左右配分比、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の車軸と前記重心位置との前後方向距離、ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の各荷重値から求められる前記左駆動輪及び前記右駆動輪の有効半径の少なくとも一つを用いて前記目標車体角速度を補正することが好ましい。
【００１４】
さらに、前記車体がロール軸周りに回転して傾斜したときのロール角を検出するロール角検出部をさらに備え、前記フィードフォワード補正手段は、前記ロール角及び前記前後方向距離を用いて前記目標車体角速度を補正することが好ましい。
【００１５】
さらに、前記フィードフォワード補正手段は、前記目標車体角速度を補正する補正量を制限する値制限部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、総荷重の重心位置を検出し、左駆動輪及び右駆動輪と重心位置との位置関係に基づいて目標車体角速度をフィードフォワード補正し、最終的に左駆動輪及び右駆動輪を独立して回転駆動する駆動部の駆動力を制御する。ここで、重心位置を検出してフィードフォワード補正に用いるので、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心移動を考慮した補正を行える。したがって、特許文献１のロール角のみを用いて乗員の着座姿勢の変化を考慮しないフィードフォワード補正と比較すると個別の実機による調整を減らした上で補正精度を向上させ、カント走行時の片流れを軽減して直進走行性を向上できる。
【００１７】
さらに、重心位置検出部が荷重検出部及び重心位置演算手段をする態様では、各車輪の荷重値に基づいて重心位置を高精度に演算できる。したがって、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果が顕著になる。
【００１８】
さらに、フィードフォワード補正手段が左右配分比、前後方向距離、ならびに左駆動輪及び右駆動輪の有効半径の少なくとも一つを用いて目標車体角速度を補正する態様では、用いる項目ごとに次のような作用が発生する。すなわち、左右配分比を用いることにより、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心位置の左右方向の移動を補正制御に反映することができる。また、前後方向距離を用いることにより、重心位置の前後方向の移動を補正制御に反映することができる。さらに、左駆動輪及び右駆動輪の有効半径を用いることにより、乗員の体重の軽重や左右配分比の変化に起因する有効半径の変化を補正制御に反映することができる。これらの作用は相加的に発揮され、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果が顕著になる。
【００１９】
さらに、フィードフォワード補正手段がロール角及び前後方向距離を用いて目標車体角速度を補正する態様では、旋回モーメントの変化を補正制御に反映することができる。したがって、荷重の左右配分比に対する補正と旋回モーメントの変化に対する補正とを併用でき、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果がさらに一層顕著になる。
【００２０】
さらに、フィードフォワード補正手段が目標車体角速度を補正する補正量を制限する値制限部を有する態様では、路面の起伏や乗員の急激な姿勢変化などに起因して重心位置が急峻に変化しても、補正量が制限される。したがって、車体の挙動が急激に変化するおそれはなく、走行制御の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態のパーソナルビークルである電動車いすの全体構成を示す背面図である。
【図２】電動車いすの駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。
【図３】電動車いすの走行制御を行う制御部の制御ブロック図である。
【図４】電動車いすの走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部の詳細ブロック図である。
【図５】制御部の走行制御の演算処理フローを示したフローチャートである。
【図６】電動車いすで左右の駆動輪が分担する荷重の左右配分比を演算する方法を模式的に説明する平面図である。
【図７】第２実施形態の電動車いすの駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。
【図８】第２実施形態の電動車いすの走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部の詳細ブロック図である。
【図９】傾斜路面を横切る方向にカント走行する電動車いすの状況を例示した背面図である。
【図１０】図９に示されるようにカント走行する電動車いすの総荷重の左右配分比、及び旋回モーメントを模式的に説明する平面図である。
【図１１】ウィリー走行しながらカント走行する電動車いすの総荷重の左右配分比、及び旋回モーメントを模式的に説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の第１実施形態のパーソナルビークルについて、図１〜図６を参考にして説明する。第１実施形態のパーソナルビークルは電動車いす１であり、まず、その全体構成について説明する。図１は、第１実施形態のパーソナルビークルである電動車いす１の全体構成を示す背面図である。電動車いす１は、車体２、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒ、操作ユニット４、左駆動ユニット５Ｌ及び右駆動ユニット５Ｒ、ならびに左荷重センサ８１Ｌ及び右荷重センサ８１Ｒなどで構成されている。
【００２３】
車体２は、左右対称形状をしている。車体２は、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒ、着座部２２Ａ、背もたれ部２２Ｂ、左アームレスト２３Ｌ及び右アームレスト２３Ｒ、左フットレスト２４Ｌ及び右フットレスト２４Ｒ、ならびに左転倒防止バー２５Ｌ及び右転倒防止バー２５Ｒなどからなる。左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒは、離隔平行して垂直に配置され、Ｘ字状に交差する２本の結合部材２１１、２１２によって結合されている。着座部２２Ａは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの略中間高さ位置に配設されて、左側面部２１Ｌから右側面部２１Ｒまで概ね水平に架け渡されている。背もたれ部２２Ｂは、着座部２２Ａの後縁から上方に延在して、左側面部２１Ｌから右側面部２１Ｒまで架け渡されている。背もたれ部２２Ｂの後ろ側には、走行用電源及び制御用電源を兼ねるバッテリ２９が２分割されて配設されている。
【００２４】
左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの上端後部から後方に延出するように、左ハンドル部２７Ｌ及び右ハンドル部２７Ｒが配設されている。左アームレスト２３Ｌ及び右アームレスト２３Ｒは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの上方寄りの外側から左右両側に略水平に張り出すように配設されている。左フットレスト２４Ｌ及び右フットレスト２４Ｒは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの下方寄りの内側から前方に延出するように配設されている。
【００２５】
左転倒防止バー２５Ｌ及び右転倒防止バー２５Ｒは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの下端から後方に延出するように配設されている。左転倒防止バー２５Ｌの後端には左後輪２６Ｌが設けられ、右転倒防止バー２５Ｒの後端には右後輪２６Ｒが設けられている。左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの外側の下方の後方寄りに、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒが設けられている。左駆動輪３Ｌの車軸は左側面部２１Ｌによって回転可能に軸承され、右駆動輪３Ｒの車軸は右側面部２１Ｒによって回転可能に軸承されている。左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの着地点の間隔はトレッドＴである。左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの外側の下方の前方寄りに、図１には見えない左前輪２８Ｌ（図６参照）及び右前輪２８Ｒ（図６参照）が回転可能に設けられている。
【００２６】
図１には見えない左荷重センサ８１Ｌ（図２参照）は、左駆動輪３Ｌの車軸と左側面部２１Ｌとの間に設けられている。左荷重センサ８１Ｌは、左駆動輪３Ｌが分担する左荷重ＦＬを検出するものであり、本発明の荷重検出部に相当する。同様に、右荷重センサ８１Ｒ（図２参照）は、右駆動輪３Ｒの車軸と右側面部２１Ｒとの間に設けられている。右荷重センサ８１Ｒは、右駆動輪３Ｒが分担する右荷重ＦＲを検出するものであり、本発明の荷重検出部に相当する。
【００２７】
右アームレスト２３Ｒの上面の前方寄りに、概ね直方体形状の操作ユニット４が配設されている。操作ユニット４は、その上面から突出したジョイスティック４１を有している。左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの後ろ側の着座部２２Ａよりも少し低い位置に、概ね直方体形状の左駆動ユニット５Ｌ及び右駆動ユニット５Ｒが配設されている。左駆動ユニット５Ｌは左駆動輪３Ｌの車軸に臨んでおり、右駆動ユニット５Ｌは右駆動輪３Ｒの車軸に臨んでいる。
【００２８】
乗員は、着座部２２Ａに着座して背もたれ部２２Ｂにもたれかかり、左アームレスト２３Ｌ及び右アームレスト２３Ｒに足を載せて電動車いす１に乗ることができる。さらに乗員は、右手を右アームレスト２３Ｒに載せてジョイスティック４１を操作することができる。また、介護者は、左ハンドル部２７Ｌ及び右ハンドル部２７Ｒを押動操作して、電動車いす１を移動させることができる。
【００２９】
乗員が通常の姿勢で乗車したとき、車体２及び乗員を含んだ総荷重Ｆｔｏｔの重心位置Ｇは、左駆動輪３Ｌ、右駆動輪３Ｒ、左前輪２８Ｌ、及び右前輪２８Ｒの各着地点を結んだ矩形の内部に位置する。電動車いす１の通常の走行では、左駆動輪３Ｌ、右駆動輪３Ｒ、左前輪２８Ｌ、及び右前輪２８Ｒで総荷重Ｆｔｏｔが分担され、左後輪２６Ｌ及び右後輪２６Ｒは着地されない。左後輪２６Ｌ及び右後輪２６Ｒは、路面に凹凸があるときや、重心位置Ｇが後方に極端に偏移したときに着地して、車体２の後方への転倒を防止する。また、車輪径に関して、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの有効半径Ｒｅが最も大きく、左後輪２６Ｌ及び右後輪２６Ｒの有効半径が最も小さく、左前輪２８Ｌ及び右前輪２８Ｒの有効半径は中間的な大きさである。なお、対応する左右の車輪の有効半径は、互いに等しいものとして扱う。
【００３０】
次に、電動車いす１の駆動系及び制御系の構成について説明する。図２は、電動車いす１の駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。図示されるように、駆動系及び制御系は、操作ユニット４、左駆動ユニット５Ｌ、及び右駆動ユニット５Ｒで構成されている。左駆動ユニット５Ｌは主に左駆動輪３Ｌの駆動及び制御に係わり、右駆動ユニット５Ｌは主に右駆動輪３Ｒの駆動及び制御に係わっている。操作ユニット４は、乗員からの指令信号Ｓ１を受け取り必要な情報を表示するマンマシンインターフェース機能を備え、指令信号Ｓ１に対する演算処理機能を備え、さらに、左駆動ユニット５Ｌ及び右駆動ユニット５Ｒを協調作動させるメインコントロール機能を備えている。
【００３１】
操作ユニット４は、前述したジョイスティック４１及びメインコントローラ４２からなる。ジョイスティック４１は、乗員の操作によって任意の方向に傾動する。ジョイスティック４１は、乗員の操作を指令信号Ｓ１に変換してメインコントローラ４２の操作制御部４３に入力する。ジョイスティック４１が傾動する方向は電動車いす１の進行方向を指令し、傾動角度は走行速度を指令する。つまり、傾動角度が大きいほど電動車いす１は高速で走行する。ジョイスティック４１は、車体２の走行に関する指令信号Ｓ１を入力する本発明の操作部に相当する。
【００３２】
メインコントローラ４２は、操作制御部４３、操作通信部４４、スイッチ４５、表示部４６、及び操作電源部４７で構成されている。スイッチ４５は、乗員が操作して速度レンジを設定する部位である。速度レンジは、例えば第１〜第５速度レンジとして、各速度レンジで異なる上限速度に規制することができる。具体的に、例えば、第１速度レンジではジョイスティック４１の傾動角度を最大にしたときに時速１ｋｍで走行し、第５速度レンジではジョイスティック４１の傾動角度を最大にしたときに時速６ｋｍで走行するように設定できる。表示部４６は、設定されている速度レンジや、バッテリ２９の蓄電状況などを乗員に向けて表示する。表示する情報は、上記に限定されず、例えば、現在の走行速度をバーグラフで表示してもよい。
【００３３】
操作制御部４３は、ジョイスティック４１からの指令信号Ｓ１を受け取り、スイッチ４５から速度レンジの設定信号を受け取り、表示部４６に表示内容を指令する。また、操作制御部４３は、指令信号Ｓ１に対する演算処理を行う。操作通信部４４は、操作制御部４３と他装置とを双方向通信可能に接続して、情報を授受できるようにしている。操作電源部４７は、バッテリ２９から電源供給を受け、電源電圧を安定化してメインコントローラ４２内の各部４３〜４６に電源供給する。メインコントローラ４２には、例えば、ＣＰＵ、メモリ、及び入出力部を有してソフトウェアで作動する電子制御装置を用いることができる。
【００３４】
左駆動ユニット５Ｌは、左モータ５１Ｌ、左回転数センサ５２Ｌ、及び左コントローラ５３Ｌからなる。左モータ５１Ｌは、その出力軸が左駆動輪３Ｌの車軸に回転連結されており、左駆動輪３Ｌを回転駆動する。左モータ５１Ｌの種類に特別な制約はないが、正転及び逆転の両方向に回転できることが好ましい。左回転数センサ５２Ｌは、左駆動輪３Ｌの車軸の近傍に配設されており、左駆動輪３Ｌの実回転数ＮＬを検出し、左回転数信号に変換して出力する。
【００３５】
左コントローラ５３Ｌは、左制御部５４Ｌ、左通信部５５Ｌ、左角速度センサ５６Ｌ、左モータ駆動部５７Ｌ、及び左電源部５８Ｌで構成されている。左角速度センサ５６Ｌは、車体２のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度ωＹを検出し、左角速度信号に変換して出力する。左角速度センサ５６Ｌとして、例えばジャイロセンサを用いることができる。ヨー角速度ωＹが正値のときに車体２は右旋回しており、ヨー角速度ωＹが負値のときに車体２は左旋回している。左モータ駆動部５７Ｌは、左制御部５４Ｌからの左駆動信号に基づいて、左モータ５１Ｌに印加する左駆動電圧ＶＬを調整する。また、左モータ駆動部５７Ｌは、左モータ５１Ｌに流れる左駆動電流を左電流信号に変換して出力する。
【００３６】
左制御部５４Ｌは、左回転数センサ５２Ｌから左回転数信号を受け取り、左角速度センサ５６Ｌから左角速度信号を受け取り、左モータ駆動部５７Ｌから左電流信号を受け取る。さらに、左制御部５４Ｌは、左荷重センサ８１Ｌから左荷重ＦＬに対応する左荷重信号を受け取る。そして、左制御部５４Ｌは、主に左駆動輪３Ｌの駆動及び制御に係わる演算処理を行い、左モータ駆動部５７Ｌに左駆動信号を指令する。
【００３７】
左通信部５５Ｌは、左制御部５４と他装置とを双方向通信可能に接続して、情報を授受できるようにしている。左電源部５８Ｌは、バッテリ２９から電源供給を受け、電源電圧を安定化して左コントローラ５３Ｌ内の各部５４Ｌ〜５７Ｌに電源供給し、さらに前記の左駆動電圧ＶＬを供給する。左コントローラ５３Ｌには、例えば、ＣＰＵ、メモリ、及び入出力部を有してソフトウェアで作動する電子制御装置を用いることができる。
【００３８】
右駆動ユニット５Ｒの構成は、左駆動ユニット５Ｌと同様であり、名称に付された左を右に読み替え、符号に付されたＬをＲに読み替えて理解できる。略述すると、右駆動ユニット５Ｒは、右モータ５１Ｒ、右回転数センサ５２Ｒ、及び右コントローラ５３Ｒからなる。右コントローラ５３Ｒは、右制御部５４Ｒ、右通信部５５Ｒ、右角速度センサ５６Ｒ、右モータ駆動部５７Ｒ、及び右電源部５８Ｒで構成されている。また、右駆動ユニット５Ｒの機能も左駆動ユニット５Ｌと同様であるので、説明は省略する。
【００３９】
ここで、左モータ駆動部５７Ｌ及び右モータ駆動部５７Ｒは、独立して左及び右駆動電圧ＶＬ、ＶＲを調整することができるので、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒを独立して回転駆動する本発明の駆動部に相当する。また、左回転数センサ５２Ｌ及び右回転数センサ５２Ｒは、本発明の回転数検出部に相当する。
【００４０】
さらに、操作制御部４３、左制御部５４Ｌ、及び右制御部５４Ｒは、それぞれの通信部４４、５５Ｌ、５５Ｒで双方向通信可能に接続されて、情報を授受できるようになっている。そして、３つの制御部４３、５４Ｌ、５４Ｒは、協動して電動車いす１の走行を制御する。したがって、操作制御部４３、左制御部５４Ｌ、及び右制御部５４Ｒは、指令信号Ｓ１ならびに左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの実回転数ＮＬ、ＮＲに基づいて駆動部を制御する本発明の制御部を構成する。制御部の構成は上述に限定されず、例えば１つのコントローラで集中制御する構成であってもよい。３つの制御部４３、５４Ｌ、５４Ｒの機能分担に制約は無いので、以降では単に制御部の機能として説明する。
【００４１】
また、左角速度センサ５６Ｌ及び右角速度センサ５６Ｒは、ともに車体２のヨー角速度ωＹを検出して左角速度信号及び右角速度信号を出力するので、本発明の車体角速度検出部に相当する。左角速度信号及び右角速度信号は、本来等しくなるが別々の量と考えて、左制御部５４Ｌで左回転数信号を受け取り、右制御部５４Ｒで右回転数信号を受け取るように構成できる。これに限定されず、左角速度センサ５６Ｌ及び右角速度センサ５６Ｒは、一方を常用とし、他方を予備とすることができる。また、左角速度センサ５６Ｌの左角速度信号と右角速度センサ５６Ｒの右角速度信号とを平均化してヨー角速度ωＹを求めるようにしてもよい。さらには、左角速度センサ５６Ｌ及び右角速度センサ５６Ｒの一方を無くすことも可能である。
【００４２】
次に、電動車いす１の走行制御の方法について説明する。図３は、電動車いす１の走行制御を行う制御部の制御ブロック図である。図示されるように、制御部は、目標速度及び角速度演算部６１、ならびに目標出力演算部６２を有している。また、目標速度及び角速度演算部６１は、角速度補正部６３を内包している。制御部は、ジョイスティック４１からの指令信号Ｓ１を入力とし、検出された左荷重ＦＬ及び右荷重ＦＲをフィードフォワード入力としている。さらに、制御部は、検出された車体２のヨー角速度ωＹ、及び検出された左及び右駆動輪３Ｌ、３Ｒの実回転数ＮＬ、ＮＲをフィードバック入力としている。そして、制御部は、最終的に左駆動電圧ＶＬを左駆動信号の形態で出力し、右駆動電圧ＶＲを右駆動信号の形態で出力する。
【００４３】
目標速度及び角速度演算部６１は、指令信号Ｓ１に基づいて、車体２が直進する目標直進速度Ｖ１及び、車体２がヨー軸周りに回転する目標車体角速度ω１を設定する。ジョイスティック４１の傾動方向が前側１８０°の範囲にあると目標直進速度Ｖ１は正値となり、傾動方向が後側１８０°の範囲にあると目標直進速度Ｖ１は負値となる。また、ジョイスティック４１の傾動方向が左側１８０°の範囲にあると目標車体角速度ω１は正値となり、傾動方向が右側１８０°の範囲にあると目標車体角速度ω１は負値となる。目標直進速度Ｖ１及び目標車体角速度ω１を設定する機能は、本発明の指令値設定手段に相当する。
【００４４】
角速度補正部６３は、目標車体角速度ω１、ヨー角速度ωＹ、ならびに左荷重ＦＬ及び右荷重ＦＲを入力としてフィードフォワード及びフィードバック補正演算を行い、補正後の目標車体角速度ω２を求める。角速度補正部６３の詳細な内部構成については後述する。
【００４５】
目標出力演算部６２は、まず、補正後の目標車体角速度ω２と目標直進速度Ｖ１とに基づいて左及び右駆動輪３Ｌ、３Ｒの目標回転数を演算する。この演算機能は、本発明の目標演算手段に相当する。目標出力演算部６２は、次に、左及び右駆動輪３Ｌ、３Ｒの目標回転数と実回転数ＮＬ、ＮＲに基づいて、左及び右駆動電圧ＶＬ、ＶＲを演算する。目標出力演算部６２は、左駆動電圧ＶＬを左駆動信号の形態で左モータ駆動部５７Ｌに出力し、右駆動電圧ＶＲを右駆動信号の形態で右モータ駆動部５７Ｒに出力する。これにより、左及び右モータ５１Ｌ、５１Ｒに印加される実際の駆動電圧が制御される。この制御機能は、本発明の駆動制御手段に相当する。
【００４６】
次に、角速度補正部６３の詳細について説明する。図４は、電動車いす１の走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部６３の詳細ブロック図である。角速度補正部６３は、フィードバック補正演算部７１、荷重補正演算部７２、及び出力演算部７３からなる。
【００４７】
フィードバック補正演算部７１は、比例制御を行うものである。フィードバック補正演算部７１は、減算器７１１、差分制限部７１２、及び比例項乗算器７１３で構成されている。減算器７１１は、目標車体角速度ω１とヨー角速度ωＹとの差分Δωを演算する。このとき、目標直進速度Ｖ１が正値である前進時には目標車体角速度ω１からヨー角速度ωＹを減算し、逆に、目標直進速度Ｖ１が負値である後進時にはヨー角速度ωＹから目標車体角速度ω１を減算する。次に、差分制限部７１２は、差分Δωが所定の制限値（正負の２値あり）を超過している場合に限り、差分Δωを制限値に補正する。値制限部７１２を通った後の差分Δωは、比例項乗算器７１３に出力される。比例項乗算器７１３は、差分Δωに比例項定数Ｋｐを乗算して比例項ωｐとし、出力演算部７３に出力する。フィードバック補正演算部７１は、本発明のフィードバック補正手段に相当する。
【００４８】
荷重補正演算部７２は、荷重項演算器７２１、変化量制限部７２２、絶対値制限部７２３、及び荷重項乗算器７２４で構成されている。荷重項演算器７２１は、左右の駆動輪３Ｌ、３Ｒが分担する荷重の配分の比率、すなわち左右配分比ＲＦを次式（１）により求め、変化量制限部７２２に出力する。
左右配分比ＲＦ＝（右駆動輪３Ｒの荷重）／（左駆動輪３Ｌの荷重）
＝ ＦＲ／ＦＬ…………………………………………………（１）
【００４９】
変化量制限部７２２は、左右配分比ＲＦの前回値からの変化量が所定の制限変化量（正負の２値あり）を超過している場合に限り、変化量を制限変化量に制限して左右配分比ＲＦの今回値を求める。絶対値制限部７２３は、左右配分比ＲＦの今回値が所定の制限値（正負の２値あり）を超過している場合に限り、左右配分比ＲＦを制限値に補正する。荷重項乗算器７２４は、変化量制限部７２２及び絶対値制限部７２３を通った後の左右配分比ＲＦに荷重項定数ＫＦを乗算して荷重項ωＦとし、出力演算部７３に出力する。荷重補正演算部７２は、本発明のフィードフォワード補正手段に相当する。また、変化量制限部７２２及び絶対値制限部７２３は、本発明の値制限部に相当する。
【００５０】
出力演算部７３の加算器７３１は、比例項ωｐと荷重項ωＦとを加算して補正項ωａｄｄとする。出力演算部７３の演算器７３２は、加算器または減算器として作動する。すなわち、目標直進速度Ｖ１が正値である前進時に、演算器７３２は、元の目標車体角速度ω１に補正項ωａｄｄを加算して補正後の目標車体角速度ω２とする。また、目標直進速度Ｖ１が負値である後進時に、演算器７３２は、元の目標車体角速度ω１から補正項ωａｄｄを減算して補正後の目標車体角速度ω２とする。補正後の目標車体角速度ω２は、図３に示されるように、目標出力演算部６２に出力される。
【００５１】
次に、制御部の走行制御の演算処理フローについて説明する。図５は、制御部の走行制御の演算処理フローを示したフローチャートである。図５のステップＳ１で、制御部は、ジョイスティック４１からの指令信号Ｓ１、ならびに、左荷重ＦＬ及び右荷重ＦＲ及びヨー角速度ωＹの検出信号を読み込む。次に、制御部は、ステップＳ２でヨー角速度ωＹを算出する。また、ステップＳ３で、直進速度演算部６１により目標直進速度Ｖ１を設定し、角速度演算部６２で目標車体角速度ω１を設定する。さらに、ステップＳ４で、フィードバック補正演算部７１により角速度の差分Δωを演算する。
【００５２】
そして、ステップＳ５で、差分Δωが一定値以上か否か判定する。差分Δωが一定値未満である場合には、直ちに演算処理フローを終了する。これは、電動車いす１が概ね定常走行していて、左右の駆動電圧ＶＬ、ＶＲを変更する必要がないことを意味する。
【００５３】
差分Δωが一定値以上の場合には、ステップＳ６に進み、荷重補正演算部７２により荷重項ωＦを演算する。次にステップＳ７で、出力演算部７３により補正後の目標車体角速度ω２を演算する。さらに、ステップＳ８で、目標出力演算部６２により左右の目標回転数Ｎ１Ｌ、Ｎ１Ｒを演算する。次にステップＳ９で、目標出力演算部６２により左駆動電圧ＶＬ及び右駆動電圧ＶＲを演算する。これにより、左右のモータ駆動部５７Ｌ、５７Ｒから左右のモータ５１Ｌ、５１Ｒに印加される実際の駆動電圧が制御され、電動車いす１が走行する。
【００５４】
次に上述のように構成された第１実施形態の電動車いす１の作用及び効果について説明する。図６は、電動車いす１で左右の駆動輪３Ｌ、３Ｒが分担する荷重の左右配分比ＲＦを演算する方法を模式的に説明する平面図である。図６で、○印に×印を重ねた符号は、荷重を示している（図１０及び図１１でも同様）。また、図６は、電動車いす１に乗員が乗り、左駆動輪３Ｌ、右駆動輪３Ｒ、左前輪２８Ｌ、及び右前輪２８Ｒが着地した状態を示している。そして、左駆動輪３Ｌが分担している荷重ＦＬと、右駆動輪３Ｒが分担している荷重ＦＲとが検出されている、この２量に基づいて、車体２及び乗員を含んだ総荷重Ｆｔｏｔの重心位置Ｇの左右方向の配置を演算により求めることができる。すなわち、重心位置Ｇと左駆動輪３Ｌとの左側距離Ｔ１、ならびに重心位置Ｇと右駆動輪３Ｒとの右側距離Ｔ２を次式（２）（３）により求めることができる。
左側距離Ｔ１＝ＦＲ・Ｔ／（ＦＬ＋ＦＲ）……………………………………（２）
右側距離Ｔ２＝ＦＬ・Ｔ／（ＦＬ＋ＦＲ）……………………………………（３）
【００５５】
さらに、荷重の左右配分比ＲＦは、左側距離Ｔ１及び右側距離Ｔ２の逆比で求められることから、次式（４）で表される。
左右配分比ＲＦ＝左側距離Ｔ１／右側距離Ｔ２………………………………（４）
式（４）に式（２）及び式（３）を代入すると、当然ながら式（１）に一致する。
【００５６】
つまり、本第１実施形態では、重心位置Ｇの左右方向の配置を実際には求めることなく、式（１）で直接的に左右配分比ＲＦを演算できる。しかしながら、左及び右荷重センサ８１Ｌ、８１Ｒ以外の手段で重心位置Ｇを検出する態様では、式（４）を用いて左右配分比ＲＦを演算する必要がある。したがって、制御部は、たとえ左側距離Ｔ１及び右側距離Ｔ２を明示的に演算せずとも、間接的に左側距離Ｔ１及び右側距離Ｔ２を用いており、本発明の重心位置演算手段を含んでいる。さらに、制御部と左及び右荷重センサ８１Ｌ、８１Ｒとの組み合わせは、本発明の重心位置検出部に相当する。
【００５７】
第１実施形態の電動車いす１では、総荷重Ｆｔｏｔの重心位置Ｇを検出して左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒと重心位置Ｇとの位置関係に基づくことと同等の機能を用いて目標車体角速度ω１をフィードフォワード補正し、最終的に左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒを独立して回転駆動する駆動部の駆動力（左及び右駆動電圧ＶＬ、ＶＲ）を制御する。ここで、重心位置Ｇを検出することと同等の機能でフィードフォワード補正を行うので、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心移動を考慮した補正を行える。したがって、特許文献１のロール角のみを用いて乗員の着座姿勢の変化を考慮しないフィードフォワード補正と比較すると補正精度が向上し、カント走行時の片流れを軽減して直進走行性を向上できる。
【００５８】
さらに、重心位置検出部が左及び右荷重センサ８１Ｌ、８１Ｒならびに制御部の演算機能で実現されており、各駆動輪３Ｌ、３Ｒの荷重値ＦＬ、ＦＲに基づいて重心位置Ｇ及び左右配分比ＲＦを高精度に演算できる。そして、フィードフォワード補正手段を具体化した荷重補正演算部７２では、左右配分比ＲＦを用いて目標車体角速度ω１を補正する。したがって、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心位置Ｇの左右方向の移動を補正制御に反映することができる。これにより、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果が顕著になる。
【００５９】
さらに、荷重補正演算部７２は、目標車体角速度ω１を補正する補正量を制限する変化量制限部７２２及び絶対値制限部７２３を有している。このため、路面の起伏や乗員の急激な姿勢変化などに起因して重心位置Ｇが急峻に変化しても、荷重項ωＦの補正量が制限される。したがって、車体２の挙動が急激に変化するおそれはなく、走行制御の安定性が向上する。
【００６０】
次に、第２実施形態の電動車いす１について、第１実施形態と異なる点を主に説明し、同じ点については同じ符号を用いて説明を省略する。図７は、第２実施形態の電動車いす１の駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。第２実施形態の電動車いす１の全体構成（図１参照）は、第１実施形態と同じである。図７と図２を比較すれば分かるように、第２実施形態では、４個の荷重センサ８２Ｌ、８２Ｒ、８３Ｌ、８３Ｒ、及び２個のロール角センサ５９Ｌ、５９Ｒが追加されている。
【００６１】
詳述すると、左前輪２８Ｌと車体２の間に左前荷重センサ８２Ｌが設けられ、右前輪２８Ｒと車体２の間に右前荷重センサ８２Ｒが設けられている。さらに、左後輪２６Ｌと車体２の間に左後荷重センサ８３Ｌが設けられ、右後輪２６と車体２の間に右後荷重センサ８３Ｒが設けられている。各荷重センサ８２Ｌ、８２Ｒ、８３Ｌ、８３Ｒは、各車輪２８Ｌ、２８Ｒ、２６Ｌ、２６Ｒが分担する左前荷重ＦＬｆ、右前荷重ＦＲｆ、左後荷重ＦＬｒ、及び右後荷重ＦＲｒを検出するものであり、本発明の荷重検出部に相当する。左前荷重センサ８２Ｌ及び左後荷重センサ８３Ｌの検出信号は左制御部５４Ｌに出力され、右前荷重センサ８２Ｒ及び右後荷重センサ８３Ｒの検出信号は右制御部５４Ｒに出力されている。
【００６２】
また、左駆動ユニット５Ｌの左コントローラ５３Ｌの内部に、左ロール角センサ５９Ｌが設けられている。左ロール角センサ５９Ｌは、車体２がロール軸周りに回転して傾斜し
たときのロール角θを検出し、左ロール角信号に変換して出力する。同様に、右駆動ユニット５Ｒの右コントローラ５３Ｒの内部に、右ロール角センサ５９Ｒが設けられている。右ロール角センサ５９Ｒも、車体２がロール軸周りに回転して傾斜したときのロール角θを検出し、右ロール角信号に変換して出力する。左ロール角センサ５９Ｌ及び右ロール角センサ５９Ｒは、本発明のロール角検出部に相当する。
【００６３】
左ロール角信号及び右ロール角信号は、本来等しくなるが別々の量と考えて、左制御部５４Ｌで左ロール角信号を受け取り、右制御部５４Ｒで右ロール角信号を受け取るように構成できる。これに限定されず、左ロール角センサ５９Ｌ及び右ロール角センサ５９Ｒは、一方を常用とし、他方を予備とすることができる。また、左ロール角センサ５９の左ロール角信号と右ロール角センサ５９Ｒの右ロール角信号とを平均化してロール角θを求めるようにしてもよい。さらには、左ロール角センサ５９Ｌ及び右ロール角センサ５９Ｒの一方を無くすことも可能である。
【００６４】
左及び右ロール角センサ５９Ｌ、５９Ｒとして、例えば、特許文献１に開示した加速度センサを用いることができる。この加速度センサは、作用する力を検出して加速度に換算する方式を採用している。したがって、加速度センサは、重力の方向を検出して、ロール角θを求めることができる。
【００６５】
第２実施形態において、電動車いす１の走行制御を行う制御部の制御ブロックの構成は図３と同様であり、第１実施形態と比較して角速度補正部６３Ａの入力項目が追加されている。すなわち、第２実施形態の角速度補正部６３Ａには、第１実施形態のヨー角速度ωＹならびに左荷重ＦＬ及び右荷重ＦＲに加えて、上述した左前荷重ＦＬｆ、右前荷重ＦＲｆ、左後荷重ＦＬｒ、及び右後荷重ＦＲｒ、ならびに上述したロール角θが入力されている。
【００６６】
図８は、第２実施形態の電動車いす１の走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部６３Ａの詳細ブロック図である。角速度補正部６３Ａは、フィードバック補正演算部７１、荷重補正演算部７５、重心補正演算部７６、及び出力演算部７７からなる。フィードバック補正演算部７１は、第１実施形態と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。フィードバック補正演算部７１の比例項乗算器７１３は、比例項ωｐを出力演算部７７に出力する。
【００６７】
荷重補正演算部７５には、各車輪の荷重、すなわち、左荷重ＦＬ、右荷重ＦＲ、左前荷重ＦＬｆ、右前荷重ＦＲｆ、左後荷重ＦＬｒ、及び右後荷重ＦＲｒが入力される。荷重補正演算部７５は、荷重＆重心演算器７５１、変化量制限部７５２、絶対値制限部７５３、及び荷重項乗算器７５４で構成されている。
【００６８】
荷重＆重心演算器７５１は、左右配分比ＲＦを次式（５）により求め、変化量制限部７５２に出力する。
左右配分比ＲＦ＝（右側の車輪の荷重）／（左側の車輪の荷重）
＝（ＦＲ＋ＦＲｆ＋ＦＲｒ）／（ＦＬ＋ＦＬｆ＋ＦＬｒ）……（５）
【００６９】
変化量制限部７５２は、左右配分比ＲＦの前回値からの変化量が所定の制限変化量（正負の２値あり）を超過している場合に限り、変化量を制限変化量に制限して左右配分比ＲＦの今回値を求める。絶対値制限部７５３は、左右配分比ＲＦの今回値が所定の制限値（正負の２値あり）を超過している場合に限り、左右配分比ＲＦを制限値に補正する。荷重項乗算器７５４は、変化量制限部７５２及び絶対値制限部７５３を通った後の左右配分比ＲＦに荷重項定数ＫＦを乗算して荷重項ωＦとし、出力演算部７７に出力する。
【００７０】
また、荷重＆重心演算器７５１は、総荷重Ｆｔｏｔを次式（６）により求め、前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）を後述の式（８）または式（１２）により求めて、重心補正演算部７６に出力する。
総荷重Ｆｔｏｔ＝ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＬｆ＋ＦＲｆ＋ＦＬｒ＋ＦＲｒ…………（６）
なお、前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）は、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの車軸に対して重心位置Ｇ２、Ｇ３が前後方向に偏移した距離の意味である（図１０のＬＧ及び図１１のＬＧ３参照）。
【００７１】
重心補正演算部７６は、旋回モーメント演算部７６１、変化量制限部７６２、絶対値制限部７６３、及び重心項乗算器７６４で構成されている。旋回モーメント演算部７６１には、ロール角θ、総荷重Ｆｔｏｔ、及び前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）が入力される。旋回モーメント演算部７６１は、旋回モーメントＭを次式（７）により求め、変化量制限部７６２に出力する。ただし、総荷重Ｆｔｏｔは、総質量に万有引力定数を乗じた力の次元を有するものとしている。
旋回モーメントＭ＝ＬＧ・Ｆｔｏｔ・ｓｉｎθ………………………………（７）
【００７２】
変化量制限部７６２は、旋回モーメントＭの前回値からの変化量が所定の制限変化量（正負の２値あり）を超過している場合に限り、変化量を制限変化量に制限して旋回モーメントＭの今回値を求める。絶対値制限部７６３は、旋回モーメントＭの今回値が所定の制限値（正負の２値あり）を超過している場合に限り、旋回モーメントＭを制限値に補正する。重心項乗算器７６４は、変化量制限部７６２及び絶対値制限部７６３を通った後の旋回モーメントＭに重心項定数ＫＧを乗算して重心項ωＧとし、出力演算部７７に出力する。
【００７３】
出力演算部７７は、２個の加算器７７１、７７２、及び演算器７７３で構成されている。２個の加算器７７１、７７２では、比例項ωｐに対して順番に、重心項ωＧ及び荷重項ωＦが加算されて補正項ωａｄｄが演算される。演算器７７３は、加算器または減算器として作動する。すなわち、目標直進速度Ｖ１が正値である前進時に、演算器７７３は、元の目標車体角速度ω１に補正項ωａｄｄを加算して補正後の目標車体角速度ω２とする。また、目標直進速度Ｖ１が負値である後進時に、演算器７７３は、元の目標車体角速度ω１から補正項ωａｄｄを減算して補正後の目標車体角速度ω２とする。補正後の目標車体角速度ω２は、目標出力演算部６２に出力される。
【００７４】
第２実施形態の荷重補正演算部７５、及び重心補正演算部７６は、本発明のフィードフォワード補正手段に相当する。また、変化量制限部７５２、絶対値制限部７５３、変化量制限部７６２、及び絶対値制限部７６３は、本発明の値制限部に相当する。
【００７５】
次に上述のように構成された第２実施形態の電動車いす１の作用について説明する。図９は、傾斜路面を横切る方向にカント走行する電動車いす１の状況を例示した背面図である。また、図１０は、図９に示されるようにカント走行する電動車いす１の総荷重Ｆｔｏｔの左右配分比ＲＦ２、及び旋回モーメントＭを模式的に説明する平面図である。図９で、ロール角θの傾斜路面は、紙面の右側が傾斜上側すなわち山側で、紙面の左側が傾斜下側すなわち谷側になっている。電動車いす１の重心位置Ｇ２に作用する総荷重Ｆｔｏｔは、傾斜路面に垂直な垂直成分ＦＶと傾斜下側に向かう傾斜面成分ＦＨとに分解して考えることができる。傾斜面成分ＦＨは、（Ｆｔｏｔ・ｓｉｎθ）で求められる。
【００７６】
ここで、図１０に示されるように、車軸に対して重心位置Ｇ２が前後方向距離ＬＧだけ前側に偏移していると、傾斜面成分ＦＨは旋回モーメントＭを発生させる。旋回モーメントＭは、前後方向距離ＬＧに概ね比例して変化し、前述の式（７）で求められる。さらに、図１０に例示される４量の荷重値、すなわち、左荷重ＦＬ、右荷重ＦＲ、左前荷重ＦＬｆ、及び右前荷重ＦＲｆを用いた次式（８）で、前後方向距離ＬＧを求めることができる。ただし、左及び右駆動輪３Ｌ、３Ｒと左及び右前輪２８Ｌ、２８Ｒとの間のホイールベース（軸間距離）Ｂの値は、予め制御部に記憶されている。
前後方向距離ＬＧ＝
（ＦＬｆ＋ＦＲｆ）・Ｂ／（ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＬｆ＋ＦＲｆ）………（８）
したがって、旋回モーメントＭの発生により、電動車いす１が前進する進行方向は、図１０の白抜き矢印Ｑ１に示されるように、谷側（傾斜下側）に向かいがちになる。
【００７７】
また、図１０に例示される４量の荷重値から、左側距離Ｔ２１ならびに右側距離Ｔ２２を次の式（９）及び式（１０）により求めることができる。
左側距離Ｔ２１＝
（ＦＲ＋ＦＲｆ）・Ｔ／（ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＬｆ＋ＦＲｆ）…………（９）
右側距離Ｔ２２＝
（ＦＬ＋ＦＬｆ）・Ｔ／（ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＬｆ＋ＦＲｆ）………（１０）
【００７８】
さらに、荷重の左右配分比ＲＦ２は、左側距離Ｔ２１及び右側距離Ｔ２２の逆比で求められることから、次式（１１）により求めることができる。
左右配分比ＲＦ２＝左側距離Ｔ２１／右側距離Ｔ２２
＝（ＦＲ＋ＦＲｆ）／（ＦＬ＋ＦＬｆ）………………（１１）
なお、式（１１）は、式（５）に包含されている。
【００７９】
次に、第２実施形態の電動車いす１でウィリー走行する場合の作用について説明する。図１１は、ウィリー走行しながらカント走行する電動車いす１の総荷重Ｆｔｏｔの左右配分比ＲＦ３、及び旋回モーメントＭを模式的に説明する平面図である。ウィリー走行は、左前輪２８Ｌ及び右前輪２８Ｒを着地させず、代わりに左後輪２６Ｌ及び右後輪２６Ｒを着地した４輪走行形態である。図１１で、電動車いす１は図９と同じロール角θの傾斜路面をウィリー走行しており、重心位置Ｇ３に対して同じ傾斜面成分ＦＨが発生する。しかしながら、車軸に対して重心位置Ｇ３が前後方向距離ＬＧ３だけ後側に偏移している。
前後方向距離ＬＧ３は、図１１に例示される４量の荷重値、すなわち、左荷重ＦＬ、右荷重ＦＲ、左後荷重ＦＬｒ、及び右後荷重ＦＲｒを用いた次式（１２）で求めることができる。ただし、左及び右駆動輪３Ｌ、３Ｒと左及び右後輪２６Ｌ、２６Ｒとの間の軸間距離Ａの値は、予め制御部に記憶されている。
前後方向距離ＬＧ３＝
（ＦＬｒ＋ＦＲｒ）・Ａ／（ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＬｒ＋ＦＲｒ）……（１２）
ウィリー走行では重心位置Ｇ３の偏移する方向が通常時と逆の後側になり、旋回モーメントＭの回転方向も逆になる。これにより、電動車いす１が前進する進行方向は、図１１の白抜き矢印Ｑ２に示されるように、山側（傾斜上側）に向かいがちになる。
【００８０】
また、図１０の場合に類似して、左側距離Ｔ３１ならびに右側距離Ｔ３２を次の式（１３）及び式（１４）により求めることができる。
左側距離Ｔ３１＝
（ＦＲ＋ＦＲｒ）・Ｔ／（ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＬｒ＋ＦＲｒ）………（１３）
右側距離Ｔ３２＝
（ＦＬ＋ＦＬｒ）・Ｔ／（ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＬｒ＋ＦＲｒ）………（１４）
【００８１】
さらに、荷重の左右配分比ＲＦ３は、左側距離Ｔ３１及び右側距離Ｔ３２の逆比で求められることから、次式（１５）により求めることができる。
左右配分比ＲＦ３＝左側距離Ｔ３１／右側距離Ｔ３２
＝（ＦＲ＋ＦＲｒ）／（ＦＬ＋ＦＬｒ）………………（１５）
式（１５）は、式（５）に包含されている。
【００８２】
荷重補正演算部７５では、式（５）ならびに包含される式（１１）及び式（１５）を用いて左右配分比ＲＦ（ＲＦ２、ＲＦ３）を求めて、フィードフォワード補正している。つまり、制御部は、前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）を実際に演算するとともに左側距離Ｔ２１、Ｔ３１及び右側距離Ｔ２２、Ｔ３２を間接的に用いており、本発明の重心位置演算手段を含んでいる。さらに、制御部と６個の荷重センサ８１Ｌ、８１Ｒ、８２Ｌ、８２Ｒ、８３Ｌ、８３Ｒとの組み合わせは、本発明の重心位置検出部に相当する。
【００８３】
さらに、本第２実施形態で、前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）を求める作用は、本発明の重心位置演算手段に相当する。また、重心補正演算部７６では、前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）を含む式（７）を用いて旋回モーメントＭを実際に求め、フィードフォワード補正している。ここで、旋回モーメントＭの回転方向は、傾斜路面の傾きの方向及び重心位置Ｇ（Ｇ２、Ｇ３）の偏移方向に依存して変化する。これに対して、ロール角θの正負及び前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）の正負を考慮すれば制御部の演算処理を共通化できる。つまり、右上がりの傾斜路面と左上がりの傾斜路面とでロール角θの正負の符号を逆にして、かつ図１０で前後方向距離ＬＧを正値とし、図１１で前後方向距離ＬＧ３を負値としてやれば、演算処理を場合分けする必要が無くなる。
【００８４】
第２実施形態では、第１実施形態の効果に加えて次の効果が生じる。すなわち、第２実施形態の電動車いす１は、フィードフォワード補正手段がロール角θ及び前後方向距離ＬＧ（ＬＧ３）を用いて目標車体角速度ω１を補正するので、旋回モーメントＭの変化を補正制御に反映することができる。したがって、荷重の左右配分比ＦＲ（ＦＲ２、ＦＲ３）に対する補正と旋回モーメントＭの変化に対する補正とを併用でき、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果がさらに一層顕著になる。
【００８５】
なお、本発明のパーソナルビークルは、上述した第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施できることは言うまでもない。例えば、車体角速度検出部として、左及び右角速度センサ５６Ｌ、５６Ｒを省略し、左及び右回転数センサ５２Ｌ、５２Ｒで検出した実回転数ＮＬ、ＮＲからヨー角速度を演算するようにしてもよい。また例えば、各実施形態の左回転数演算部６４、右回転数演算部６５、左駆動力演算部６６、及び右駆動力演算部６７で、回転数に代えて同じ次元を有する車軸角速度を用いた演算処理を行うようにしても、同じ走行制御機能を具備できる。この場合、左及び右駆動輪３Ｌ、３Ｒの目標回転数Ｎ１Ｌ、Ｎ１Ｒに代えて目標車軸角速度を用いるとともに、実回転数ＮＬ、ＮＲを車軸角速度に換算する。
【００８６】
さらに、第１及び第２実施形態で検出している左荷重ＦＬ及び右荷重ＦＲを用いて、左右の駆動輪３Ｌ、３Ｒの有効半径Ｒｅの変化を演算し、フィードフォワード補正に用いることもできる。また、角速度補正部６３、６３Ａのフィードバック補正演算部７１で、比例制御以外の制御則を用いることもできる。さらには、第２実施形態でウィリー走行を考慮せず、左後荷重センサ８３Ｌおよび右後荷重センサ８３Ｒを不付きとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、実施形態で説明した電動車いす１以外にも、個人用乗物などに代表されるパーソナルビークルに広く利用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１：電動車いす（パーソナルビークル）
２：車体    ２６Ｌ：左後輪    ２６Ｒ：右後輪    ２９：バッテリ
２８Ｌ：左前輪    ２８Ｒ：右前輪    ３Ｌ：左駆動輪    ３Ｒ：右駆動輪
４：操作ユニット    ４１：ジョイスティック（操作部）
４２：メインコントローラ    ４３：操作制御部    ４４：操作通信部
５Ｌ：左駆動ユニット    ５１Ｌ：左モータ    ５２Ｌ：左回転数センサ
５３Ｌ：左コントローラ    ５４Ｌ：左制御部    ５５Ｌ：左通信部
５６Ｌ：左角速度センサ    ５７Ｌ：左モータ駆動部    ５９Ｌ：左ロール角センサ
５Ｒ：右駆動ユニット    ５１Ｒ：右モータ    ５２Ｒ：右回転数センサ
５３Ｒ：右コントローラ    ５４Ｒ：右制御部    ５５Ｒ：右通信部
５６Ｒ：右角速度センサ    ５７Ｒ：右モータ駆動部    ５９Ｒ：右ロール角センサ
６１：目標速度及び角速度演算部    ６２：目標出力演算部
６３、６３Ａ：角速度補正部
７１：フィードバック補正演算部    ７２：荷重補正演算部    ７３：出力演算部
７５：荷重補正演算部    ７６：重心補正演算部    ７７：出力演算部
８１Ｌ：左荷重センサ    ８１Ｒ：右荷重センサ    ８２Ｌ：左前荷重センサ
８２Ｒ：右前荷重センサ    ８３Ｌ：左後荷重センサ    ８３Ｒ：右後荷重センサ
Ｓ１：指令信号    Ｖ１：目標直進速度    ω１：目標車体角速度
ωＹ：ヨー角速度        θ：ロール角    ω２：補正後の目標車体角速度
ＮＬ、ＮＲ：実回転数    ＶＬ、ＶＲ：左及び右駆動電圧（駆動力）
ＦＬ、ＦＲ、ＦＬｆ、ＦＲｆ、ＦＬｒ、ＦＲｒ：車輪の荷重    Ｆｔｏｔ：総荷重
ＲＦ、ＲＦ２、ＲＦ３：左右配分比
ＬＧ、ＬＧ３:前後方向距離    Ｍ：旋回モーメント
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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