JP2000005239A - 電動車の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両本体の進行方向の角度を前進方向および
後進方向のいずれにおいても操舵に違和感が発生しない
ように制御できる電動車の駆動制御装置を提供する。 【解決手段】 左右一対の駆動後輪６，６の前方に前進
時の仮想前輪２６ａを設定し、かつ、該駆動後輪６，６
の後方に後進時の仮想前輪２６ｂを設定すると共に、前
進時には前方仮想前輪２６ａについて、かつ、後進時に
は駆動後輪６，６後方の仮想前輪２６ｂについて、進行
方向角度αｖ，βｖおよび走行速度Ａｖ，Ａ’ｖがジョ
イスティック１１により入力された指示角度α，βおよ
び指示走行速度Ａ，Ａ’になるように前記左右の駆動後
輪６，６の指示速度ＡＬ，ＡＲをそれぞれ演算する。

Description

【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モーター駆
動の車椅子（電動車椅子）等の電動車に係り、特に操舵
感の改良を図った電動車の駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電動車椅子等の電動車は、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論と、車両本体の走
行速度と進行角とを入力する入力手投であるジョイステ
ィツクとを有する。

【０００３】図１０は「＋」型のジョイスティツク１０
１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】このジョイスティツク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（紙面垂直方
向）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１０
３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、ジョイスティツク１０１は乗
員（ユーザー）が操作レバー１０３を、例えば図１０
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】また、図１１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」型のジョイスティツク１０４を示してい
る。この「Ｘ」型ジョイスティツク１０４では、おのお
のの軸から直接両輪に速度配分し、また、「＋」型で
は、読み込んだ値（前後・左右）より「Ｘ」型に合わせ
た特性で、指示速度（Ａ）と、指示方向（α）を制御用
マイコンの演算により算出し、それを左右両輪の指示速
度に配分していた。

【０００７】そして、従来の駆動制御装置はこれらジョ
イスティツク１０１，１０４の左右軸Ｘと前後軸Ｙの各
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、このジョイスティツク１０１，
１０４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、左右一対の駆動後輪の接
地中心同士を結ぶ中心軸上の旋回中心で、左右の回転
（左，右折）操舵ないしスピンを行なうように進行方向
の指示角を演算して操舵するので、左右一対の駆動後輪
の接地中心同士を結ぶ中心軸の旋回中心回りで左，右折
ないしスピンをする。このために、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問題がある。

【０００９】このような問題点に対して、自然な操縦安
定性を実現する手段として、仮想の前輪を設定して、ジ
ョイスティツクによる指示進行角αを仮想前輪の操舵角
に一致させるモデル手法が案出されている。しかしなが
ら、前進方向時について操縦安定性の調整を行い、後進
時にも仮想前輪の位置を同じくして調整を行うのみで
は、後進時には操舵した場合に、操舵量以上に左右に振
られている感覚を覚えて違和感が残り、かつ、操作しに
くいものになる恐れがあった。

【００１０】本発明は、前記の問題点を解消するべくな
されたものであって、車両本体の進行方向の角度を前進
方向および後進方向のいずれにおいても操舵に違和感が
発生しないように制御できる電動車の駆動制御装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、次の構成を有する。請求項１の発明は、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輪を車両本体に設けた電動車の
駆動制御装置において、車両本体の進行方向の角度を入
力する角度入力手投と、車両本体の走行速度を入力する
速度入力手段とを有し、前記左右一対の駆動後輪の前方
に前進時の仮想前輪を設定し、かつ、該駆動後輪の後方
に後進時の仮想前輪を設定すると共に、前進時には前方
仮想前輪について、かつ、後進時には駆動後輪後方の仮
想前輪について、進行方向角度および走行速度が前記入
力された指示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する手段と、
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とを備えたことを特徴
とする電動車の駆動制御装置である。請求項２の発明
は、角度人力手投と速度入力手投が車両本体の進行方向
の角度と走行速度とを共に入力可能なジョイスティツク
であることを特徴とする請求項１記載の電動車の駆動制
御装置である。請求項３の発明は、前進時の仮想前輪と
後進時の仮想前輪とは左右一対の駆動後輪からの距離が
異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載
の電動車の駆動制御装置である。

【００１２】したがって、請求項１の発明によれば、ユ
ーザーの乗車位置よりも前進時に前方の仮想前輪によ
り、かつ、後進時には後方の仮想前輪により、あたかも
操舵されているように車両本体が制御されるので、仮想
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、前進時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、また、後進時に車両前部が振られることがなくなる
ので、前進時と後進時のいずれの場合にも、操舵上の違
和感を防止ないし低減することができる。請求項２の発
明によれば、請求項１記載の角度入力手投と速度入力手
段がジョイスティツクであるので、このジョイスティツ
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人力して指
示することができ、入力操作が容易である。請求項３の
発明によれば、前進時の仮想前輪と後進時の仮想後輪と
は左右一対の駆動後輪からの距離が異なっているので、
前進時と後進時の操舵感覚をいずれの場合も適切に設定
できる。したがって、操舵上の違和感をなお一層低減す
ることができ、あらゆる操舵において最適な操舵間隔を
得ることができる。。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る
電動車の駆動制御装置が適用された電動車椅子１の側面
図、図２はその平面図である。

【００１４】これらの図において、電動車椅子１は、例
えばパイプ製で概略矩形体を呈した車体フレーム２を備
えており、この車体フレーム２の上部には概略平坦な着
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が立設され、着座シート３の左右には肘掛け部
（アームレスト）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
旋回動自在かつ小径のフリーキャスターからなる左右一
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（フートレスト）８，８が設けられて
いる。

【００１５】着座シート３の下方には、車体フレーム２
後部に走行用の駆動モーターと減速ギア機構からなり例
えば後輪６，６の懸架機構の機能も有する動力ユニット
９ａと、車体フレーム２に吊り下げられた電源用のバッ
テリー９ｂとが搭載されており、この動力ユニット９ａ
の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。

【００１６】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１
０の上面上には操縦用のジョイスティツク１１が立設さ
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。

【００１７】図３はジョイスティツク１１の操作レバー
１３回りの拡大斜視図、図４はジョイスティツク１１の
コントロールボックス１０内部の要部構成を示す平面図
である。

【００１８】ジョイスティツク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投であ
り、図３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
せている。そして操作レバー１３の直立状態で車両本体
の走行速度がゼロ、つまり、停止を指示すると共に、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、傾倒角が
最大のときに最高速度を指示するようになっている。

【００１９】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。

【００２０】図４に示すようにジョイスティツク１１
は、Ｘ₀軸，Ｙ₀軸を回動軸として長さ方向が「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
れたそれぞれのポテンショメーター１６，１７とを有す
る。

【００２１】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（Ｘ
₀軸），Ｏ２（Ｙ₀軸）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ツク信号と前後
ジョイスティツ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はそれらの交差中
心部に長穴１４ａ，１５ａが長さ方向に沿って穿設され
ており、この長穴１４ａ，１５ａには、操作レバー１３
の基端部１３ａを直交するように貫通させた構成によ
り、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４中、
１８は各ポテンショメーター１６，１７を保持する多角
筒状の筐体であり、コントロールボックス１０内に位置
している。

【００２２】図５はこのジョイスティツク１１から出力
される左右，前後ジョイスティツ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。

【００２３】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、ジョイスティツク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
スティツク信号を受けてジョイスティツク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１９，２
０の回転方向と回転速度とを各々独立して制御するＦＥ
Ｔドライバー２４とを有する。なお、図６中、符号２５
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。

【００２４】そして、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
は、例えば図６に基づき行う。すなわち、図６のよう
に、前記左右一対の駆動後輪６，６の前方に前進時の仮
想前輪２６ａを設定し、かつ、該駆動後輪６，６の後方
に後進時の仮想前輪２６ｂを設定すると共に、前進時に
は前方仮想前輪２６ａについて、かつ、後進時には駆動
後輪６，６後方の仮想前輪２６ｂについて、進行方向角
度αｖおよび走行速度Ａｖがジョイスティック１１によ
り入力された指示角度αおよび指示走行速度Ａになるよ
うに前記左右の駆動後輪６，６の指示速度ＡＬ，ＡＲを
それぞれ演算する。

【００２５】つまり、一例として前進時には、図７に示
すように、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離れた地点に仮想前輪２
６（２６ａ）の設置中心ｄを置いたときに、この仮想前
輪２６における進行方向の角度αｖと走行速度Ａｖが、
指示された進行方向の指示角度αと指示走行速度Ａと一
致するように左右の駆動後輪６，６の指示速度ＡＬ，Ａ
Ｒを演算する。

【００２６】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
よび仮想前輪２６との間の位置関係で速度の比率が定ま
るので、次式（1），（２）により求める。

【００２７】

【数１】 但し、（１），（２）式中、ｘは仮想前輪２６の仮想旋
回中心Ｏｆと内輪の設置中心ｂとの中心軸Ｏｅ上での間
隔を示し、Ｒは仮想前輪２６の旋回半径を示す。

【００２８】また、後進する場合の仮想前輪２６ｂも同
様に、仮想前輪２６ｂを駆動輪６，６の後方位置に距離
Ｌ’離れて置いて、ジョイスティツク１１により入力さ
れた指示角度βと指示走行速度Ａ’を、前記（１），
（２）式と同様の演算により（βをαに、Ａ’をＡにそ
れぞれ代入する）求める。なお、この距離Ｌ’は、前進
時の距離Ｌと異なるものに設定することが好適である。

【００２９】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。

【００３０】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路の複数のＦＥＴ
２３を適宜駆動させることにより、左，右モーター１
９，２０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。

【００３１】ここで、図８，図９は、ジョイスティツク
１１による前進時，後進時の指示角度α，βと駆動後輪
６，６両輪の回転方向の関係の比較例、本発明を示す。
図の斜線部は後輪６，６両輪が逆転している旋回領域で
あり、それ以外は両輪が同方向に回転する直進領域であ
る。このとき、境界上では片輪が停止した状態になる。

【００３２】図８の比較例の場合、図中の旋回領域の範
囲はα＝βとなっており、前進と後進とで同じであり、
仮想前輪の距離Ｌも同じである。これに対して、本発明
例の場合、図９に示すように、前進時と後進時とでは仮
想前輪の位置を変更し（距離Ｌ≠Ｌ’）、後進用の仮想
前輪２６ｂを設定することにより、前進・後進とで旋回
特性を変更し、前進・後進の各々について操縦安定性の
調整ができるようにしているものである。

【００３３】以上のように前記実施形態は構成されたも
のなので、前進時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る。ま
た、後進時に車両前部が振られることがなくなるので、
前進時と後進時のいずれの場合にも、操舵上の違和感を
防止ないし低減することができる。

【００３４】また、角度入力手投と速度入力手段がジョ
イスティツク１１であるので、このジョイスティツク１
１の操作レバー１３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αと走行速度Ｖとをほぼ同時に人
力して指示することができ、入力操作が容易である。

【００３５】また、前進時の仮想前輪２６ａと後進時の
仮想前輪２６ｂは左右一対の駆動後輪からの距離Ｌ，
Ｌ’同士が異なっているので、前進時と後進時の操舵感
覚をいずれの場合も適切に設定できる。したがって、操
舵上の違和感をなお一層低減することができ、あらゆる
操舵において最適な操舵間隔を得ることができる。。

【００３６】なお、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。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明は、
ユーザーの乗車位置よりも前方の仮想前輪により前進時
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、また、前記乗車位置よ
りも後方の仮想前輪により後進時に車両前部が振られる
ことがなくなるので、前進時と後進時のいずれの場合に
も、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、請求項２の発明によれば、請求項１
記載の角度入力手投と速度入力手段がジョイスティツク
であるので、このジョイスティツ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人力して指示することができ、入
力操作が容易である。

【００３９】請求項３の発明によれば、前進時の仮想前
輪と後進時の仮想後輪とは左右一対の駆動後輪からの距
離が異なっているので、前進時と後進時の操舵感覚をい
ずれの場合も適切に設定できる。したがって、操舵上の
違和感をなお一層低減することができ、ユーザーはあら
ゆる操舵において好ましい操舵感覚を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る電動車の駆動制御装置が適用さ
れた電動車椅子の側面図である。

【図２】図１の電動車椅子の平面図である。

【図３】ジョイスティツクの操作レバー回りの拡大斜視
図である。

【図４】ジョイスティツクのコントロールボックス内部
の要部構成を示す平面図である。

【図５】制御手段である駆動制御装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図６】前方および後方の仮想前輪と駆動後輪の位置関
係の説明図である。

【図７】駆動後輪の速度比率等の演算を説明する説明図
である。

【図８】比較例のジョイスティツクの指示角度と駆動後
輪両輪の回転方向の説明図である。

【図９】本発明例のジョイスティツクの指示角度と駆動
後輪両輪の回転方向の説明図である。

【図１０】「＋」型ジョイスティツクの操作状態の説明
図である。

【図１１】「Ｘ」型ジョイスティツクの操作状態の説明
図である。

【図１２】従来の電動車の駆動制御装置による右側駆動
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
の説明図である。

【図１３】従来の電動車の駆動制御装置による左側駆動
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
の説明図である。

【符号の説明】

１ 電動車椅子 ６，６ 左右一対の駆動後輪 １０ コントロールボックス １１ ジョイスティツク １３ ジョイスティツクの操作レバー １９，２０ 左右一対の駆動モーター ２１ 駆動制御装置 ２６ａ，２６ｂ 前方，後方の仮想前輪

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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輪を車両本体
   に設けた電動車の駆動制御装置において、 車両本体の進行方向の角度を入力する角度入力手投と、 車両本体の走行速度を入力する速度入力手段とを有し、 前記左右一対の駆動後輪の前方に前進時の仮想前輪を設
   定し、かつ、該駆動後輪の後方に後進時の仮想前輪を設
   定すると共に、前進時には前方仮想前輪について、か
   つ、後進時には駆動後輪後方の仮想前輪について、進行
   方向角度および走行速度が前記入力された指示角度およ
   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する手段と、 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とを備えたことを特徴
   とする電動車の駆動制御装置。
2. 【請求項２】 角度人力手投と速度入力手投が車両本体
   の進行方向の角度と走行速度とを共に入力可能なジョイ
   スティツクであることを特徴とする請求項１記載の電動
   車の駆動制御装置。
3. 【請求項３】 前進時の仮想前輪と後進時の仮想前輪と
   は左右一対の駆動後輪からの距離が異なっていることを
   特徴とする請求項１または２に記載の電動車の駆動制御
   装置。