CN1754527A - 电动车和电动车驱动用控制程序 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种可通过简单的控制而驱动的电动车和电动车驱动用控制程序。从指示值输入部(110)将表示平移运动的标准化值Y’与表示回转运动的标准化值X’提供给速度指示值计算部(120)。该速度指示值计算部(120)根据标准化值Y’确定平移速度指示值V_{g_trg}。速度指示值计算部(120)根据表示回转运动的标准化值X’与轮椅的平移方向速度V_g，确定始终满足避免轮椅倾倒的(2－4)式的回转角速度指示值 ω_{φ_trg}。将在速度指示值计算部(120)中确定的平移速度指示值V_{g_trg}和回转角速度指示值ω_{φ_trg}提供给控制指令值计算部(130)，在控制指令值计算部(130)中，按照左右驱动轮的控制指示值进行分配计算，其通过电动机控制部(140)对电动机MR、ML进行控制，对驱动轮进行控制。

Description

电动车和电动车驱动用控制程序

技术领域

本发明涉及采用方向指示机构，通过乘坐者的操作等控制车辆运动的电动车和电动车驱动用控制程序。

背景技术

比如，在轮椅等的电动车中，操纵性是重要的。由此，公开有与实现接近使用者的回转意象的操纵性的电动车有关的技术(比如，参照专利文献1)。在专利文献1所述的电动车中，控制部根据操纵杆操作部的操作，对驱动右车轮的第1电动机与驱动左车轮的第2电动机进行运转控制，实现行驶。具体来说，作为由行驶操作者将操纵杆向回转方向倾斜的状态的输入信息，采用杆倾角和杆倾斜方向。控制部根据输入信息，由当前位置计算前方的回转通过目标点的远近。在该回转通过目标点较远的场合，按照大于较近的场合的半径而回转的方式对电动机进行控制。在接近的场合，按照通过当前位置和回转通过目标点的附近的方式对电动机进行控制。

专利文献1：JP特开2001-104396号文献(第1页)

发明内容

也象专利文献1那样，为了进行回转，一般分别对左右的车轮进行驱动控制。另外，在专利文献1的电动车中，用于驱动左右车轮的目标值采用到达左右车轮的目标地点的行驶距离进行规定。在此场合，在电动车回转时必须要求平移运动。因此，在专利文献1的控制中，不能够不伴随平移运动而进行在该处的回转。

另外，在专利文献1中，考虑车辆水平方向的基于重力的限制等，最终产生对驱动轮的车辆水平方向的基于重力的力(所谓的横方向的离心力)，考虑旋转速度和车轮旋转速度的限制等，最终产生驱动轮的目标值。在此场合，按照不超过横方向的离心力、旋转速度和车轮旋转速度的限制的方式，对由这些条件计算的值与根据输入指示值计算的值进行比较判断，确定控制值。由此，在该控制程序中，由于进行条件判断的处理增加，或对于指示输入部的值必须要求特异处理，因此，程序的结构复杂。

本发明是针对上述的课题而提出的，本发明的目的在于提供一种可通过简单的控制而驱动的电动车和电动车驱动用控制程序。

为了解决上述的课题，技术方案1所述的发明涉及一种电动车，该电动车包括单独地驱动车辆的左右车轮的车轮驱动机构；指示值输入部，该指示值输入部用于获得进行上述车辆的平移运动和回转运动的指示值；速度指示值计算部，该速度指示值计算部根据通过该指示值输入部获得的指示值，计算上述车辆重心的平移速度指示值和回转角速度指示值；控制指令值计算部，该控制指令值计算部对应于通过上述速度指示值计算部计算的平移速度指示值和回转角速度指示值，计算下述控制值，该控制值用于进行上述左右车轮的车轮驱动机构的控制；其特征在于，上述速度指示值计算部根据上述指示值输入部获得的指示值，确定上述车辆的平移运动的速度指示值或回转运动中的任一速度指示值，根据与已确定的速度指示值相对应的检测速度计算并确定另一速度指示值。

技术方案2所述的发明涉及技术方案1所述的电动车，其特征在于，上述速度指示值计算部根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值，确定平移运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值和上述平移运动的检测速度，确定该回转运动的速度指示值。

技术方案3所述的发明涉及技术方案1所述的电动车，其特征在于，上述速度指示值计算部根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值，确定回转运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值和上述回转运动的检测速度，确定该平移运动的速度指示值。

技术方案4所述的发明涉及技术方案1所述的电动车，其特征在于，设置切换指示部，根据该切换指示部的信号，上述速度指示值计算部进行下述第1控制和第2控制中的任意者：第1控制，即，根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值，确定平移运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值和上述平移运动的检测速度，确定该回转运动的速度指示值；第2控制，即，根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值，确定该回转运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值和上述回转运动的检测速度，确定该平移运动的速度指示值。

技术方案5所述的发明涉及技术方案1～4中的任何一项所述的电动车，其特征在于，其包括延迟元件，该延迟元件输入从上述指示值输入部输出的指示值，向上述速度指示值计算部输出指示值。

技术方案6所述的发明涉及技术方案1～5中的任何一项所述的电动车，其特征在于，上述车轮驱动机构采用极性不同的指示值，沿可逆方向对上述左右车轮进行旋转控制。

技术方案7所述的发明涉及电动车驱动用控制程序，该电动车驱动用控制程序采用下述的部分驱动上述车轮驱动机构，该下述的部分包括速度指示值计算部，该速度指示值计算部根据下述指示，该指示为与通过指示值输入部获得的车辆的平移运动和回转运动相对应的二维的指示，计算关于上述车辆重心的平移速度指示值和回转角速度指示值；控制指令值计算部，该控制指令值计算部按照下述方式，该方式为与通过上述速度指示值计算部计算的平移速度指示值和回转角速度指示值相对应的方式，计算进行车轮驱动机构的控制的控制值，该车轮驱动机构单独地驱动车辆的左右车轮，上述速度指示值计算部按照下述方式动作，该方式为：根据上述指示值输入部获得的指示值，确定上述车辆的平移运动的速度指示值或回转运动中的任意一者的速度指示值，根据与已确定的速度指示值相对应的检测速度计算并确定另一速度指示值。

作用

按照技术方案1或7所述的发明，速度指示值计算部根据指示值输入部获得的指示值，确定上述车辆的平移运动的速度指示值或回转运动中的任一者的速度指示值。该速度指示值计算部根据与已确定的速度指示值相对应的检测速度，计算并确定另一速度指示值。即，在确定其中一个运动速度后，按照满足稳定条件的方式，确定另一运动的速度指示值。由此，比如，可有效地确定可满足防止因离心力产生的倾倒等的稳定条件的平移运动的速度指示值和回转运动的速度指示值。因此，与在确定两者的运动速度后判断是否满足稳定条件的情况不同，可通过简单的程序实现控制。

按照技术方案2所述的发明，速度指示值计算部根据与指示值输入部获得的平移运动有关的指示值，确定平移运动的速度指示值。速度指示值计算部根据与指示值输入部获得的回转运动有关的指示值和平移运动的检测速度，确定该回转运动的速度指示值。速度指示值计算部根据回转运动的速度指示值和平移运动的检测速度，确定回转运动的速度指示值。由此，按照满足稳定条件的方式，对应于平移运动的检测速度确定回转运动的速度指示值。另一方面，由于平移运动的速度指示值对应于指示值而确定，故可优先地确保电动车的直进性。因此，可提高屋外行驶时等，主要进行平移运动时的电动车的机动性。

按照技术方案3所述的发明，速度指示值计算部根据与指示值输入部获得的回转运动有关的指示值，确定回转运动的速度指示值。速度指示值计算部根据与指示值输入部获得的平移运动有关的指示值和上述回转运动的检测速度，确定该平移速度的速度指示值。由此，按照满足稳定条件的方式，对应于回转运动的检测速度确定平移运动的速度指示值。另一方面，由于回转运动的速度指示值对应于指示值而确定，故可优选地确保电动车的回转性。因此，可提高屋内行驶时等，要求灵敏的回转时的电动车的机动性。

按照技术方案4所述的发明，速度指示值计算部根据该切换指示部的信号，对下述第1控制和第2控制进行切换：第1控制，即，根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值确定平移运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值和上述平移运动的检测速度，确定该回转运动的速度指示值；第2控制，即，根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值，确定回转运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值和上述回转运动的检测速度，确定该平移运动的速度指示值。由此，可根据打算优先地确保车辆的直行性的场合，与打算优先地确保车辆的灵敏的回转性的场合等的状况切换地使用，故可提高电动车的机动性。

按照技术方案5所述的发明，其包括延迟元件，该延迟元件输入从指示值输入部输出的指示值，向上述速度指示值计算部输出指示值。即，在指示输入部和速度指示值计算部之间设置延迟元件，该延迟元件相对从指示输入部输出的指示值的变化，使输入速度指示值计算部中的指示值延迟。由此，即使在从指示输入部输出的指示值急剧地变化的情况下，输入速度指示值计算部中的指示值变得缓慢。因此，速度指示值计算部根据缓慢变化的指示值，计算平移运动的速度指示值和回转运动的速度指示值，由此，对车轮驱动机构进行控制。因此，即使在指示输入部的指示混乱的情况下，仍可实现电动车的顺利的动作，可提高行驶稳定性。

按照技术方案6所述的发明，上述车轮驱动机构采用极性不同的指示值，沿可逆方向对左右车轮进行旋转控制。由此，电动车可实现后退，并且使左右车轮的旋转方向沿相反的方向旋转，由此，可在不伴随平移运动的情况下实现回转。

按照本发明，可通过简单的控制，更加稳定且机动地驱动电动车。

附图说明

图1为表示实施例的轮椅的驱动控制部的结构的方框图；

图2为对用于实施例的各值进行说明用的轮椅的俯视图；

图3为为了说明各值，从图2的P方向观看轮椅时的主视图；

图4为用于说明二维的输入指示机构的坐标的说明图；

图5为实施例1的控制处理的流程图；

图6为表示实施例1的驱动控制部的主要部分的结构的方框图；

图7为表示实施例1的平移方向速度与回转角速度指示值之间的关系的图；

图8为实施例2的控制处理的流程图；

图9为表示实施例2的驱动控制部的主要部分的结构的方框图；

图10为表示实施例2的回转角速度与平移速度指示值之间的关系的图；

图11为表示实施例3的驱动控制部的主要部分的结构的方框图；

图12为实施例3的低通滤波器的增益频率特性的说明图；

图13为表示通过实施例3的低通滤波器的前后的指示值的图，图13(a)为x方向指示输入标准化值X’，图13(b)为y方向指示输入标准化值Y’。

具体实施方式

下面参照图1～图13，对本发明的电动车用于轮椅的实施例进行描述。图1为用于控制本发明的电动车的方框图，图2为从上方观看轮椅20的俯视图，图3为从图2的P方向观看轮椅20的图。

首先，通过图2和图3对轮椅20进行描述。如图2和图3所示的那样，该轮椅20包括构成轮椅20的支架、左右一对的自由轮(图中未示出)、与左右一对的驱动轮WR、WL。该自由轮支承支架的前部，驱动轮WR、WL支承支架的后部，使轮椅20移动。在这里，驱动轮WR为轮椅20的乘坐者的右侧的车轮，驱动轮WL为左侧的车轮。

各驱动轮WR、WL通过各自独立的轴支承，安装于上述的支架上。这些轴通过外壳22R、22L覆盖，可伴随分别接纳于外壳22R、22L中的电动机MR、ML(参照图1)的回转而驱动。这些电动机MR、ML为可逆电动机，用作车轮驱动机构。可根据这些电动机MR、ML的回转方向使各驱动轮WR、WL沿相同方向或反转方向回转，可使轮椅20沿前后平移运动，或沿右旋或左旋方向进行回转运动。另外，在驱动轮WR、WL的附近分别设置用于测定各驱动轮WR、WL的回转角速度ω_R、ω_L的速度传感器SR、SL。

另一方面，在支架上设置有座机构，该座机构构成支承乘坐者身体用的靠背、扶手和脚凳等。另外，在上述支架上设置有1对轮圈和1对把手，该对轮圈用于由轮椅20的乘坐者通过本身的力驱动轮椅20，该对把手用于由辅助者的人力驱动轮椅20。另外，在该支架上还设置有操作机构25，该操作机构25用于通过电动机MR、ML驱动驱动轮WR、WL。

操作机构25包括电源开关(图中未示出)与操纵杆25a。开关用于对电动机MR、ML和后述的驱动控制部进行通电，通过电动方式驱动驱动轮WR、WL。该操纵杆25a为用于乘坐者针对轮椅20的行进方向，进行指示操作的操作部。该操纵杆25a如图4所示的那样，根据x方向和y方向的2维方向指示行进方向。在该操纵杆25a上安装有y方向的电位仪26和x方向的电位仪27。由此，电位仪26将操纵杆25a的y方向的操作量(y方向指示输入值Y)作为指示值而检测。另外，该电位仪27将操纵杆25a的x方向的操作量(x方向指示输入值X)作为指示值而检测。另外，在本实施例中，轮椅20的前进方向为y方向，右旋90度的方向为x方向。

下面参照图1，对进行轮椅20的驱动轮WR、WL的电动控制的轮椅20的驱动控制部的结构进行描述。在驱动控制部的内部，如图1所示的那样，设置有指示值输入部110、速度指示值计算部120、控制指令值计算部130、电动机控制部140和速度计算部150。

在指示值输入部110中输入指示值，该指示值指比如，由乘坐者按照2维(x方向和y方向)指示轮椅20的移动方向而得到的值。在本实施例中，指示值输入部110存储上述的电位仪26、27的x方向指示输入值的最大值Xmax、与y方向指示输入值的最大值Ymax。该指示值输入部110根据通过电位仪26、27检测到的x方向指示输入值X和y方向指示输入值Y，计算x方向指示输入标准化值X’与y方向指示输入标准化值Y’。在这里，x方向指示输入标准化值X’根据X’＝X/Xmax而计算。由此，x方向指示输入标准化值X’满足-1≤X’≤1。另外，y方向指示输入标准化值Y’根据Y’＝Y/Ymax而计算。由此，y方向指示输入标准化值Y’满足-1≤Y’≤1。

速度指示值计算部120根据从指示值输入部110供给的输入指示值(在这里，为x方向指示输入标准化值X’和y方向指示输入标准化值Y’)，计算速度指示值(平移速度指示值与V_{g_trg}和围绕重心G的回转角速度指示值ω_{_trg})。该速度指示值计算部120考虑图2和图3所示的轮椅20的几何约束条件，如下述那样计算速度指示值。

在计算该速度指示值时，假定以下述的情况为前提条件。如图2和图3所示的那样，包括轮椅20和乘坐者的重心由G表示，驱动轮WR、WL的车轮半径由D[m]表示，右侧的回转角速度由ω_R[rad/sec]表示，左侧的回转角速度由ω_L[rad/sec]表示。另外，假定重心G位于驱动轮WR、WL的中点，重心G与各驱动轮WR、WL的车轮触地点之间的水平距离由L[m]表示。另外，重心G与车轮触地点之间的垂直距离由H[m]表示。根据这些假定，右侧的驱动轮WR的平移方向速度V_R表示为V_R＝D·ω_R[m/sec]，左侧的驱动轮WL的平移方向速度V_L表示为V_L＝D·ω_R[m/sec]。此外，重心G的平移方向速度由V_g表示，围绕重心G的回转角速度由ω_φ[rad/sec]表示，轮椅20的回转半径由Rc[m]表示。

根据以上的条件，轮椅20每单位时间行进的距离如下述那样表示。在这里，标号A表示驱动轮WR的触地点，B表示驱动轮WL的触地点，经过单位时间后的驱动轮WR的触地点由A’表示，驱动轮WL的触地点由B’表示，重心由G’表示。

数学公式1

根据(1-1)～(1-3)式，平移方向速度V_g、回转角速度ω_φ和回转半径Rc分别象下述那样求出。

数学公式2

$V_g=\frac{V_L+V_R}{2}---(1-4)$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}}=\frac{V_L-V_R}{2L}---(1-5)$

$R_C=\frac{V_L+V_R}{V_L-V_R}\·L---(1-6)$

在这里，轮椅20的重心G的平移速度指示值V_{g_trg}和围绕重心G的回转角速度指示值ω_{_trg}分别如下述所述。

数学公式3

$V_{g\_\mathrm{trg}}\left\{\begin{array}{c}\end{array},\begin{array}{cc}{V}_{\sup +}\·Y^{\′}& (1\≥Y^{\′}\≥0)\\ V_{\sup -}\·Y^{\′}& (0>Y^{\′}\≥-1)\end{array}\right.{,V}_{\sup +}\≥V_{\sup -}>0---(1-7)$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}\_\mathrm{trg}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\ω}}_{\sup +}\·X^{\′}& (1\≥X^{\text{'}}\≥0)\\ -{\mathrm{\ω}}_{\sup -}\·X^{\′}& (0>X^{\text{'}}\≥-1)\end{array}\right.{,\mathrm{\ω}}_{\sup +}\≥{\mathrm{\ω}}_{\sup -}>0---(1-8)$

另外，在(1-7)式和(1-8)式中，V_sup+表示前进时重心G的平移速度指示值的上限值，V_sup-表示后退时重心G的平移速度指示值的上限值。ω_sup+表示前进时重心G的回转速度指示值的上限值，ω_sup-表示后退时重心G的回转速度指示值的上限值。

根据(1-5)式到(1-8)式，相对左右车轮的速度控制指示值V_{R_trg}，V_{L_trg}和回转角速度控制指令值ω_{R_trg}，ω_{L_trg}分别按照下述方式确定。

数学公式4

V_{R_trg}＝V_{g_trg}-L·ω_{φ_trg}           (1-9)

V_{L_trg}＝V_{g_trg}+L·ω_{φ_trg}           (1-10)

ω_{R_trg}＝V_{R_trg}/D                    (1-11)

ω_{L_trg}＝V_{L_trg}/D                    (1-12)

另一方面，如图3所示的那样，在轮椅20转的场合，具有内轮(在图2所示的本实施例中，右侧的驱动轮WR)上浮而倾倒的情况。在这里，重力加速度由g表示，车辆和乘坐者的总重量由M[kg]表示，在其重心G上，作用有下述的离心力Fe。

数学公式5

$F_e=\frac{M\·V_g^2}{R_c}---(2-1)$

由此，如果考虑围绕外轮(在本实施例中，左侧的驱动轮WL)的触地点A的垂直方向的力矩的平衡，则使内轮不上浮，轮椅20不倾倒的条件象下述这样表示。

数学公式6

$F_e\·\sin \mathrm{\δ}\·\sqrt{L^2+H^2}\≤\frac{M\·g}{2}\·2L----(2-2)$

$\frac{V_g^2}{R_c}\≤\frac{L}{H}\·g---(2-3)$

∴ $|V_g\·{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}}|\≤\frac{L}{H}\·g---(2-4)$

另外，(2-3)式为在(2-2)式中代入(2-1)式的离心力Fe和sinδ的值而进行整理的式。另外，(2-4)式为在(2-3)式中代入(1-3)式，从(2-3)式中消去回转半径Rc而得到的式。

根据象上述那样而计算的(2-4)式而知道，为了实现在回转时轮椅20不倾倒，轮椅20的重心G的平移方向速度V_g与重心G的回转角速度ω_φ无法单独地确定。

因此，本实施例的速度指示值计算部120采用来自指示值输入部110的其中一个输入值(x方向指示输入标准化值X’或y方向指示输入标准化值Y’)，确定其中一个指示值。另外，速度指示值计算部120按照相对一个输入值的输出(检测速度)，与另一输入值(y方向指示输入标准化值Y’或x方向指示输入标准化值X’)满足上述(2-4)式的条件的方式确定另一指示值。像这样，速度指示值计算部120计算轮椅20的重心G的平移速度指示值V_{g_trg}和围绕重心G的回转角速度指示值ω_{_trg}。

另一方面，控制指令值计算部130计算左右的各驱动轮WR、WL的速度控制指示值V_{R_trg}、V_{L_trg}。具体来说，在控制指令值计算部130中存储有水平距离L的值。另外，向控制指令值计算部130供给在速度指示值计算部120中计算的重心G的平移速度指示值V_{g_trg}和围绕重心G的回转角速度指示值ω_{_trg}。因此，控制指令值计算部130将水平距离L的值，与平移速度指示值V_{g_trg}和回转角速度指示值ω_{_trg}代入上述的(1-9)式和(1-10)式中，计算左右的驱动轮WR、WL的速度控制指示值V_{R_trg}，V_{L_trg}。

此外，电动机控制部140根据从控制指令值计算部130输出的各左右的驱动轮WR、WL的速度控制指示值V_{R_trg}，V_{L_trg}，控制各驱动轮WR、WL。具体来说，电动机控制部140由右侧电动机控制部140R和左侧电动机控制部140L构成。在这里，在右侧电动机控制部140R中，输入由控制指令值计算部130输出的速度控制指示值V_{R_trg}。另外，在左侧电动机控制部1中，输入从控制指令值计算部130输出的速度控制指示值V_{L_trg}。

右侧电动机控制部140R包括回转角速度变换部件141R和右车轮速度控制器142R。另外，左侧电动机控制部140L包括回转角速度变换元件141L和左车轮速度控制器142L。

该回转角速度变换元件141R、141L通过将从控制指令值计算部130输出的速度控制指示值V_{R_trg}，V_{L_trg}除以车轮半径D的运算变换为各车轮的回转角速度控制指令值ω_{R_trg}，ω_{L_trg}。

还有，电动机控制部140计算在回转角速度变换元件141R中变换的各车轮的回转角速度控制指令值ω_{R_trg}，与通过速度传感器SR测定的右侧的驱动轮WR的回转角速度ω_R之间的偏差ε_R。另外，电动机控制部140将已计算的偏差ε_R供给右车轮速度控制器142R。该右车轮速度控制器142R根据已供给的偏差ε_R，输出右车轮转矩指示值T_R。通过该右车轮转矩指示值T_R，驱动右车轮的电动机MR。同样，电动机控制部140计算作为来自回转角速度变换部件141L的输出的回转角速度控制指令值ω_{L_trg}，与通过速度传感器SL测定的左侧的驱动轮WL的回转角速度ω_L之间的偏差ε_L。将其供给右车轮速度控制器142R。该右车轮速度控制器142R根据偏差ε_L，将左车轮转矩指示值T_L输出给左车轮的电动机ML，驱动电动机ML。

另一方面，速度计算部150包括速度变换元件151R、151L与速度计算部155。各速度变换元件151R、151L将通过各速度传感器SR、SL检测的回转角速度ω_R、ω_L变换为平移方向速度V_R、V_L。

速度计算部155根据由速度变换部件151R、151L计算的平移方向速度V_R、V_L，计算重心G的平移方向速度V_g或围绕重心G的回转角速度ω_φ。另外，速度计算部155将已计算的平移方向速度V_g或围绕重心G的回转角速度ω_φ供给速度指示值计算部120。

实施例1

下面通过图5～图7，对采用上述结构的实施例1进行描述。

在本实施例1中，采用表示直进方向的y方向的指示输入值确定平移运动的平移速度指示值V_{g_trg}。另外，在本实施例1中，根据表示回转方向的x方向的指示输入值与轮椅20的重心G的平移方向速度V_g，确定围绕重心G的回转角速度指示值ω_{_trg}。

在本实施例中，如图6所示的那样，速度指示值计算部120包括平移速度指示值计算部121与回转角速度指示值计算部122。

平移速度指示值计算部121计算关于重心G的平移速度指示值V_{g_trg}。具体来说，平移速度指示值计算部121采用由指示值输入部110供给的y方向指示输入标准化值Y’的值，与上述的(1-7)式而计算。

回转角速度指示值计算部122计算回转角速度指示值ω_{_trg}。在本实施例中，该回转角速度指示值计算部122在一边考虑关于重心G的平移方向速度V_g，一边根据由指示值输入部110供给的y方向指示输入标准化值Y’的值，计算回转角速度指示值ω_{_trg}。具体来说，按照下述的(2-5)式表示。另外，(2-5)式中的α₊由(2-6)式表示，β₊由(2-7)式表示，α_-由(2-8)式表示，β_-由(2-9)式表示。

数学公式7

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}\_\mathrm{trg}}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\α}}_{+}}{\left|V_g\right|+{\mathrm{\β}}_{+}}\·X^{\′}& (1\≥X^{\text{'}}\≥0)\\ -\frac{{\mathrm{\α}}_{-}}{\left|V_g\right|+{\mathrm{\β}}_{-}}\·X^{\′}& (0>X^{\text{'}}\≥-1)\end{array}\right.---(2-5)$

${\mathrm{\α}}_{+}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·V_{\sup +}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·{\mathrm{\γ}}_{+}}{V_{\sup +}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{+}}---(2-6)$

${\mathrm{\β}}_{+}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·V_{\sup +}\·{\mathrm{\γ}}_{+}}{V_{\sup +}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{+}}---(2-7)$

${\mathrm{\α}}_{-}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·V_{\sup -}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·{\mathrm{\γ}}_{-}}{V_{\sup -}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{-}}---(2-8)$

${\mathrm{\β}}_{-}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·V_{\sup -}\·{\mathrm{\γ}}_{-}}{V_{\sup -}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{-}}---(2-9)$

此外，在上述式中，重心G的平移方向速度V_g的绝对值|V_g|为根据左右的驱动轮WR、WL的平移方向速度V_R、V_L，通过(1-4)式获得的重心G的平移速度的大小。在这里，如果回转速度指示值的上限值ω_sup＞0、条件值γ₊，γ_-＜1，则回转角速度指示值ω_{_trg}始终满足(2-4)式的条件。因此，在此场合，可防止回转时的倾倒。

另一方面，在本实施例中，如图6所示的那样，速度计算部150作为速度计算部155包括平移速度计算部155V。该平移速度计算部155V计算重心G的平移方向速度V_g。具体来说，该平移速度计算部155V采用速度计算部150的速度变换元件151R、151L变换的平移方向速度V_R、V_L，与上述(1-4)式计算关于重心G的平移方向速度V_g。

下面参照图5，对本实施例的控制处理的程序的步骤进行描述。

首先，指示值输入部110取得x方向指示输入值X和y方向指示输入值Y(步骤S1-1)。具体来说，如果沿二维方向对操纵杆25a进行操作，则各电位仪26、27将各操作量(x方向指示输入值X和y方向指示输入值Y)作为指示值而检测。

并且，指示值输入部110按照x方向指示输入标准化值X’和y方向指示输入标准化值Y’进行标准化处理(步骤S1-2)。具体来说，指示值输入部110将作为指示值而检测的x方向指示输入值X和y方向指示输入值Y分别除以x方向指示输入值的最大值Xmax与y方向指示输入值的最大值Ymax。

然后，采用通过速度传感器SR、SL测定的回转角速度ω_R、ω_L获得平移方向速度V_R、V_L的值(步骤S1-3)。

并且，采用已获得的平移方向速度V_R、V_L的值，速度计算部150的平移速度计算部155V计算重心G的平移方向速度V_g(步骤S1-4)。

接着，速度指示值计算部120计算平移速度指示值V_{g_trg}与回转角速度指示值ω_{_trg}。具体来说，速度指示值计算部120的平移速度指示值计算部121根据y方向指示输入标准化值Y’计算平移速度指示值V_{g_trg}。另外，速度指示值计算部120的回转角速度指示值计算部122采用x方向指示输入标准化值X’，与在步骤S1-4中平移速度计算部155V计算的平移方向速度V_g，计算回转角速度指示值ω_{_trg}(步骤S1-5)。

然后，采用已计算的平移速度指示值V_{g_trg}与回转角速度指示值ω_{_trg}，控制指令值计算部130计算左右驱动轮WR、WL的速度控制指示值V_{R_trg}、V_{L_trg}(步骤S1-6)。接着，将已计算的速度控制指示值V_{R_trg}、V_{L_trg}作为控制值供给电动机控制部140，驱动各电动机MR、ML。象上述那样驱动左右的驱动轮WR、WL。

另外，为了明确上述(2-6)～(2-9)的条件值γ，回转速度指示值的上限值ω_sup的含义，进行下述的计算。

数学公式8

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}\_\mathrm{trg}}{|}_{x^{\′}=1,\left|V_g\right|=0}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\α}}_{+}}{{\mathrm{\β}}_{+}}={\mathrm{\ω}}_{\sup }& (1\≥Y^{\text{'}}\≥0)\\ -\frac{{\mathrm{\α}}_{-}}{{\mathrm{\β}}_{-}}=-{\mathrm{\ω}}_{\sup }& (0\≥Y^{\text{'}}\≥-1)\end{array}\right.---(2-10)$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}\_\mathrm{trg}}{|}_{x^{\′}=1,\left|V_g\right|=V_{\sup }}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\α}}_{+}}{V_{\sup +}+{\mathrm{\β}}_{+}}={\mathrm{\γ}}_{+}\·\frac{L}{H}\·g\·\frac{1}{V_{\sup +}}& (1\≥Y^{\text{'}}\≥0)\\ -\frac{{\mathrm{\α}}_{-}}{V_{\sup -}+{\mathrm{\β}}_{-}}={\mathrm{\γ}}_{-}\·\frac{L}{H}\·g\·\frac{1}{V_{\sup -}}& (0\≥Y^{\text{'}}\≥-1)\end{array}\right.---(2-11)$

根据上面所述而判定：ω_sup表示平移方向的速度为零的场合的回转角速度指示值ω_{_trg}的上限，γ表示前进或后退方向的平移速度为最大的场合所允许的回转角速度指示值ω_{_trg}的上限的比例。另外，图7表示平移方向速度V_g与回转角速度指示值ω_{_trg}之间的关系。

象上述那样，按照本实施例，可获得下述的这样的效果。

(1)在本实施例中，将条件值γ设定在0～1的范围内，根据表示回转运动的x方向指示输入标准化值X’和轮椅20的平移方向速度V_g，确定回转角速度指示值ω_{_trg}。由此，即使在照原样采用y方向指示确定平移速度指示值V_{g_trg}的情况下，按照对应于重心G的平移方向速度V_g的值，以始终满足(2-4)式的方式确定回转角速度指示值ω_{_trg}。因此，即使在于回转时轮椅20承受离心力Fe的情况下，仍可在不倾倒的范围内回转。另外，上述速度指示值计算部120可减少为了确定平移速度指示值V_{g_trg}和回转角速度指示值ω_{_trg}而进行的条件判断，故可简化程序的软件结构，可良好地驱动轮椅20。

(2)在本实施例中，照原样采用轮椅20的操纵杆25a的指示值中表示平移运动的y方向指示输入标准化值Y’，确定平移速度指示值V_{g_trg}。由此，可优先地确保车辆的直行性。因此，可提高在屋外行驶时等的情况下，主要进行平移运动时的轮椅20的机动性。

(3)在本实施例中，如图5所示的那样，进行控制处理的程序将用操纵杆25a输入的输入值X、Y变换为-1～1的范围的标准化值X’、Y’。象(1-5)式所示的那样，将关于重心G的平移速度指示值的上限值V_sup与标准化值Y’相乘，确定平移速度指示值V_{g_trg}。由此，可通过简单的计算，在始终不超过平移速度指示值的上限值V_sup的范围内，确定平移速度指示值V_{g_trg}。由此，可简化进行控制处理的程序的结构。

(4)在本实施例中，由于x方向指示输入值X和y方向指示输入值Y可获得正负的两者的值，故也可实现后退。另外，由于可沿反方向回转驱动轮WR、WL，故通过使驱动轮WR、WL相互反向回转，可实现围绕重心G的回转。由此，即使在不沿前后移动轮椅20的情况下，仍可在此处实现回转，由此，可在狭窄的地方实现回转。

实施例2

下面通过图8～10，对采用上述结构的实施例2进行描述。

在本实施例2中，采用表示回转方向的x方向的指示输入值确定回转运动的回转角速度指示值ω_{_trg}。另外，在实施例2中，根据表示直进方向的y方向的指示输入值和轮椅20的围绕重心G的回转角速度ω_φ，计算重心G的平移速度指示值V_{g_trg}。

在本实施例中，如图9所示的那样，速度指示值计算部120包括回转角速度指示值计算部122’与平移速度指示值计算部121’。

回转角速度指示值计算部122’计算围绕重心G的回转角速度指示值ω_{_trg}。具体来说，回转角速度指示值计算部122’采用从指示值输入部110供给的x方向指示输入正规化值X’的值，与下述的(3-1)式(该式为与上述(1-8)式相同的式)而计算。

平移速度指示值计算部121’计算平移速度指示值V_{g_trg}。在本实施例中，平移速度指示值计算部121’在一边考虑围绕重心G的回转角速度ω_φ，一边根据从指示值输入部110供给的y方向指示输入标准化值Y’的值，计算平移速度指示值V_{g_trg}。具体来说，由下述的(3-2)式表示。另外，(3-2)式的α₊由(3-3)式表示、β₊由(3-4)式表示、α_-由(3-5)式表示、β_-由(3-6)式表示。

数学公式9

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}\_\mathrm{trg}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·X^{\′}& (1\≥X^{\text{'}}\≥0)\\ -{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·X^{\′}& (0>X^{\text{'}}\≥-1)\end{array}\right.---(3-1)$

$V_{g\_\mathrm{trg}}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\α}}_{+}}{\left|{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}}\right|+{\mathrm{\β}}_{+}}\·Y^{\′}& (1\≥Y^{\text{'}}\≥0)\\ -\frac{{\mathrm{\α}}_{-}}{\left|{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}}\right|+{\mathrm{\β}}_{-}}\·Y^{\′}& (0>Y^{\text{'}}\≥-1)\end{array}\right.---(3-2)$

${\mathrm{\α}}_{+}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{VV}}_{\sup +}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·{\mathrm{\γ}}_{+}}{V_{\sup +}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{+}}---(3-3)$

${\mathrm{\β}}_{+}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·{\mathrm{\γ}}_{+}}{V_{\sup +}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{+}}---(3-4)$

${\mathrm{\α}}_{-}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·V_{\sup -}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·{\mathrm{\γ}}_{-}}{V_{\sup -}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{-}}---(3-5)$

${\mathrm{\β}}_{-}=\frac{\frac{L}{H}\·g\·\◊{\mathrm{\ω}}_{\sup }\·{\mathrm{\γ}}_{-}}{V_{\sup -}\·{\mathrm{\ω}}_{\sup }-\frac{L}{H}\·g\·{\mathrm{\γ}}_{-}}---(3-6)$

另外，在上述式中，回转角速度ω_φ的绝对值|ω_φ|为根据左右的驱动轮WR、WL的平移方向速度V_R、V_L，由(1-5)式获得的围绕重心G的回转角速度的大小。在这里，如果回转速度指示值的上限值ω_sup＞0、条件值γ+、γ-＜1的话，则平移速度指示值V_{g_trg}始终满足(2-4)式的条件。因此，在此场合，可防止回转时的倾倒。

此外，在本实施例中，象图9所示的那样，速度计算部150作为速度计算部155，包括回转角速度计算部155_ω。回转角速度计算部155_ω计算围绕重心G的回转角速度ω_φ。具体来说，回转角速度计算部155_ω采用速度计算部150的速度变换元件151R、151L变换的平移方向速度V_R、V_L，与上述(1-5)式，计算回转角速度ω_φ。

下面参照图8，对本实施例的控制处理的程序的步骤进行描述。

同样在本实施例中，与上述实施例1的步骤S1-1和S1-2相同，指示值输入部110获得x方向指示输入值X和y方向指示输入值Y(步骤S2-1)，按照x方向指示输入标准化值X’和y方向指示输入标准化值Y’进行标准化处理(步骤S2-2)。接着，与实施例1的步骤S1-3相同，采用通过速度传感器SR、SL测定的回转角速度ω_R、ω_L，获得平移方向速度V_R、V_L值(步骤S2-3)。

接着，采用已取得的平移方向速度V_R、V_L值，速度计算部150的回转角速度计算部155_ω计算围绕重心G的回转角速度ω_φ(步骤S2-4)。

然后，速度指示值计算部120计算平移速度指示值V_{g_trg}与回转角速度指示值ω_{_trg}。具体来说，速度指示值计算部120的回转角速度指示值计算部122’根据x方向指示输入标准化值X’，计算回转角速度指示值ω_{_trg}。另外，速度指示值计算部120的平移速度指示值计算部121’采用y方向指示输入标准化值Y’、在步骤S2-4中回转角速度计算部155_ω计算的回转角速度ω_φ来计算平移速度指示值V_{g_trg}(步骤S2-5)。

然后，控制指令值计算部130采用已计算的平移速度指示值V_{g_trg}与回转角速度指示值ω_{_trg}，同上述步骤S1-6一样，计算速度控制指示值V_{R_trg}、V_{L_trg}(步骤S2-6)。并且将已计算的速度控制指示值V_{R_trg}、V_{L_trg}供给电动机控制部140，驱动各电动机MR、ML。像上述那样，驱动左右的驱动轮WR、WL。另外，图10表示围绕重心G的回转角速度ω_φ与平移速度指示值V_{g_trg}之间的关系。

如果象上述那样，采用本实施例，则可获得与上述实施例1的(1)、(3)和(4)所述的效果相同的效果，并且可获得下述这样的效果。

(5)在本实施例中，照原样采用轮椅20的操纵杆25a的指示值中表示回转运动的x方向指示输入标准化值X’，确定回转角速度指示值ω_{_trg}。由此，可优先地确保车辆的回转性。因此，可提高在屋外行驶时等的情况下，要求灵敏的回转时的轮椅20的机动性。

实施例3

下面通过图11～13，对实施例3进行描述。

在实施例3中，如图11所示的那样，在指示值输入部110和速度指示值计算部120之间，设置低通滤波部115。该低通滤波部115包括第1和第2低通滤波器LPF1、LPF2。第1和第2低通滤波器LPF1、LPF2为按照其增益频率特性如图12所示的方式，为F(S)＝σ/(s+σ)的1次延迟单元的滤波器。另外，s表示拉普拉斯算子，σ表示转折点频率。

另外，在第1低通滤波器LPF1中，输入从指示值输入部110输出的x方向指示输入标准化值X’。另外，从该第1低通滤波器LPF1输出新的x方向指示输入标准化值X”。

在第2低通滤波器LPF2中，输入从指示值输入部110输出的y方向指示输入标准化值Y’。并且，从该第2低通滤波器LPF2输出新的y方向指示输入标准化值Y”。

此外，图13表示指示输入值如图2所示的那样，从(0，Ymax)到(Xmax，0)，即(X’，Y’)从(0，1)到(1，0)，呈单位台阶状而变化时的时间应答。图13(a)表示x方向指示输入标准化值X’和通过第1低通滤波器LPF1后的新的x方向指示输入标准化值X”的时间应答。另外，图13(b)表示y方向指示输入标准化值Y’和通过第2低通滤波器LPF2后的新的y方向指示输入标准化值Y”的时间应答。

如果象上述那样，采用本实施例，则可获得与上述的实施例1和实施例2所述的效果相同的效果，并且可获得下述这样的效果。

(6)在本实施例中，在指示值输入部110和速度指示值计算部120之间设置低通滤波部115。由此，如果从指示值输入部110输出的标准化值X’、Y’通过低通滤波部115的低通滤波器LPF1、LPF2，则输出1次延迟的新的标准化值X”、Y”。由于这些标准化值X”、Y”为1次延迟，故与输入前的标准化值X’、标准化值Y’的变化相比较，进行缓慢的变化。因此，即使在对操纵杆25a混乱地操作的情况下，仍可顺利地进行轮椅20的动作。

另外，上述实施例也可象下述那样变更。

○在上述实施例3中，在指示值输入部110和速度指示值计算部120之间，设置作为延迟元件的低通滤波部115。如果输入到速度指示值计算部120中的指示值为相对操纵杆25a的操作的输入指示值的延迟元件的值，则也可通过其它的方案进行。比如，也可在操纵杆25a中设置阻尼器，使指示值输入部110获得延迟元件的输入值。

○在上述实施例1中，照原样采用表示平移运动的y方向指示输入标准化值Y’，根据表示回转运动的x方向指示输入标准化值x’和轮椅20的平移方向速度Vg确定旋转角速度指示值ω_{_trg}。另外，在实施例2中，照原样采用表示回转运动的x方向指示输入标准化值X’，根据表示平移运动的y方向指示输入标准化值Y’和轮椅20的回转角速度ω_φ确定平移速度指示值V_{g_trg}。也可不限于此，而对实施例1的处理和实施例2的处理进行切换，对轮椅20进行控制。具体来说，在操作机构25中设置开关。另外，设置切换该开关位置的切换指示部。此外，也可在开关位于第1位置时进行上述实施例1的处理，在开关位于第2位置时进行上述实施例2的处理。同样在此场合，由于根据开关的位置速度指示值计算部120所进行的处理为实施例1的处理或实施例2的处理中的任意者，故可减少控制程序本身的条件判断。另外，在此场合，可在打算优先地确保车辆的直行性的场合或打算优先地确保车辆的灵敏的回转性的场合等的情况下，根据情况而切换地使用。因此，可进一步提高电动车的方便性。

○在上述各实施例中，通过操纵杆25a获得平移运动和回转运动的指示值(y方向和x方向的指示值)。这些指示值也可通过其它的输入机构，比如，跟踪板等获得。并且，也可通过能分别获得平移运动和回转运动的输入机构，比如，并用指示回转运动的转向和指示平移运动的加速的输入机构等获得。

○在上述各实施例中，对作为电动车的轮椅20进行了描述。除此以外，可用于作为电动车的电动三轮车、电动高尔夫运输小车、电动货物运输车等。

Claims (8)

1.一种电动车，该电动车包括：

单独地驱动车辆的左右车轮的车轮驱动机构；

指示值输入部，该指示值输入部用于获得进行上述车辆的平移运动和回转运动的指示值；

速度指示值计算部，该速度指示值计算部根据通过该指示值输入部获得的指示值，计算上述车辆重心的平移速度指示值和回转角速度指示值；

控制指令值计算部，该控制指令值计算部根据由上述速度指示值计算部计算的平移速度指示值和回转角速度指示值，计算下述控制值，该控制值进行上述左右车轮的车轮驱动机构的控制；

其特征在于：

上述速度指示值计算部根据上述指示值输入部获得的指示值，确定上述车辆的平移运动的速度指示值或回转运动中的任一速度指示值，根据与已确定的速度指示值相对应的检测速度计算并确定另一速度指示值。

2.根据权利要求1所述的电动车，其特征在于，上述速度指示值计算部根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值，确定平移运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值和上述平移运动的检测速度，确定该回转运动的速度指示值。

3.根据权利要求1所述的电动车，其特征在于，上述速度指示值计算部根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值，确定回转运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值和上述回转运动的检测速度，确定该平移运动的速度指示值。

4.根据权利要求1所述的电动车，其特征在于，设置切换指示部，根据该切换指示部的信号，上述速度指示值计算部进行下述第1控制和第2控制中的任意者，

第1控制，即，根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值，确定平移运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值和上述平移运动的检测速度，确定该回转运动的速度指示值；

第2控制，即，根据与上述指示值输入部获得的回转运动有关的指示值，确定该回转运动的速度指示值，并且根据与上述指示值输入部获得的平移运动有关的指示值和上述回转运动的检测速度，确定该平移运动的速度指示值。

5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的电动车，其特征在于，其包括延迟元件，该延迟元件输入从上述指示值输入部输出的指示值，向上述速度指示值计算部输出指示值。

6.根据权利要求1～4中的任何一项所述的电动车，其特征在于，上述车轮驱动机构采用极性不同的指示值，沿可逆方向对上述左右车轮进行旋转控制。

7.根据权利要求5所述的电动车，其特征在于，上述车轮驱动机构采用极性不同的指示值，沿可逆方向对上述左右车轮进行旋转控制。

8.一种电动车驱动用控制程序，该电动车驱动用控制程序采用下述的部分驱动上述车轮驱动机构，该下述的部分包括：

速度指示值计算部，该速度指示值计算部根据下述指示，该指示为与通过指示值输入部获得的车辆的平移运动和回转运动相对应的二维的指示，计算关于上述车辆重心的平移速度指示值和回转角速度指示值；

控制指令值计算部，该控制指令值计算部按照以下方式，该方式为与通过上述速度指示值计算部计算的平移速度指示值和回转角速度指示值相对应的方式，计算进行车轮驱动机构的控制的控制值，该车轮驱动机构单独地驱动车辆左右车轮；

上述速度指示值计算部按照下述方式动作，该方式为：根据上述指示值输入部获得的指示值，确定上述车辆的平移运动的速度指示值或回转运动中的任意一者的速度指示值，根据与已确定的速度指示值相对应的检测速度计算并确定另一速度指示值。

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