JP2004120875A - Power vehicle - Google Patents

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JP2004120875A
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Koichi Mitani
三谷　宏一
Shigeki Fujiwara
藤原　茂喜
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high linear stability during driving, prevention of one-sided driving, unsteadiness and the like, and high safety during operation in a power vehicle or a power assisted vehicle. <P>SOLUTION: A wheelchair with motive power 1 comprises driving wheels 3 driven independently on the left and right sides and used both as propulsion and steering. Operation external force added in an operation part 6 and comprised in a vehicle body 2 is detected at an external force means 7, and separated to the external force in a propulsive direction and the external force in a steerable direction by a control means 8. Any system of torque control, position control, speed control and acceleration control is set as a control system producing an assist force for the propulsive and the steering in the driving wheels 3 based on the external force, and a different system among the control systems against the propulsive direction and the steering direction is set. The set of the control system is selected and set according to the external force and road conditions (a slope, an off-road and a rugged road or the like) added in the operating part by operators. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上にいる操作者が外部から操作する車椅子、ゴルフカート、電動配膳車、手術台、工場用運搬台車等のパワーアシスト付動力車、又は乗車者が自ら操作器を操作する動力車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、人力を動力によって補助するパワーアシスト付きの動力車又は乗車者が自ら操作器を操作する自走式の動力車が知られている。例えば、図２８に示される動力車４０は、車体４１に駆動車輪４２と自在車輪４３を有し、車体４１に設けられた操作ハンドル４４に加えられた外力の大きさに応じて、駆動車輪４２を駆動するものである。このようなパワーアシスト付動力車は、操作ハンドル４４に加えられた外力を、車体４１の中心軸方向の外力と左右方向の外力とに分けて検出し、それぞれ推進方向、操舵方向の制御信号として用いて、左右の駆動車輪４２の回転を独立に制御するようになっている。走行及び操舵の両方に対してパワーアシストする動力車４０は、操作者の人力により加えられた外力の大きさに応じて駆動トルクのアシスト力を駆動源に発生させて走行（推進）したり、進行方向の変更動作（操舵）をすることができる。そして、矢印Ａ１で示されるように進行方向側から操作者が動力車４０を引き、車体４１の進行方向前方に駆動車輪４２、後方に自在車輪４３がある状態で動力車４０を操作する場合、動力車４０は、操作者の操作による外力に柔軟に追従して動作することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０３２６９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した動力車４０は、図２９に示されるように、駆動車輪４２の側から押して矢印Ａ２方向に走行動作をさせる場合、自在車輪４３と重心Ｇが駆動車輪４２よりも前方にあるので、特に傾斜路、不整地、凹凸地等において動力車を操作した場合、単純な駆動トルクの制御によるだけでは滑らかな推進動作や操舵運転をすることが困難な場合がある。また、図３０に示されるように、もっぱら操作者が矢印Ａ３の方向に押しながら運転する動力付車椅子５０においても同様の問題が発生する場合がある。一般に、操作者から見て駆動車輪が自在車輪よりも操作者に近い位置にあり、重心が駆動車輪より遠い位置にあるとき、パワーアシスト付動力車を押して直進させようとしても左右に振れやすく、安定に直進させることができないことがある。このことは路面の状況にも依存する。例えば、図３１に示されるように、操作ハンドル１０１を介してパワーアシストが得られる動力付車椅子１００を、路面Ｓが水平でない斜面上で、傾斜方向に対して横方向Ｄに移動させようとした場合、従来の単純な駆動トルクの制御による動力車は、斜面下方Ｃに向けて車体が流れるいわゆる片流れが発生し、これを修正しようとハンドル操作をすると蛇行してしまうことになる。また、傾斜路、不整地、凹凸路等のような平坦でない路面を走行する場合、駆動トルクのみの制御によるパワーアシストでは動力車の走行速度を安定して一定にすることが難しい場合があり、また、自走式の動力車においても同様の問題が起きることがある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解消するものであって、人が操作器を用いて操作する動力車（電動カート、電動運搬車等）や人の操作力を検知して人の操作力を補助するパワーアシスト付動力車において、走行時の直進安定性向上、片流れ・ふらつき等の防止、操作時の安全性向上を図ることができる動力車を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記の課題を達成するために、請求項１の発明は、車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され該操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力に基づいて前記駆動車輪に所定のアシスト力を発生させるための指令値を算出し前記駆動部に出力する制御手段とを備えた動力車において、前記制御手段は、前記外力検出手段で検出された外力を推進方向の外力と操舵方向の外力とに分離し、それぞれの外力に基づいて前記駆動車輪に推進と操舵のためのアシスト力を発生させる制御方式を、トルク制御、位置制御、速度制御、加速度制御のいずれかの方式に設定でき、かつ、推進方向と操舵方向との各々に対し前記制御方式の中で異なる方式に設定できるようにしたものである。
【０００７】
上記構成においては、動力車を操作する操作者が操作部に外力を加えて動力車を走行させるとき、その外力及び路面状況（傾斜、不整地、凹凸路等）に応じた制御方法を設定することができ、走行時の直進安定性の向上、片流れ・ふらつき等の防止、パワーアシスト操作時の安全性の向上が図れる。
【０００８】
請求項２の発明は、車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動部と、乗車した人が操作を行うため車体に備えられた操作器と、前記操作器からの出力に基づいて前記駆動車輪に所定のアシスト力を発生させるための指令値を算出し前記駆動部に出力する制御手段とを備えた動力車において、前記制御手段は、前記操作器からの出力を推進方向の出力と操舵方向の出力とに分離し、それぞれの出力に基づいて前記駆動車輪に推進と操舵のための駆動力を発生させる制御方式を、トルク制御、位置制御、速度制御、加速度制御のいずれかの方式に設定でき、かつ、推進方向と操舵方向との各々に対し前記制御方式の中で異なる方式に設定できるようにしたものである。
【０００９】
上記構成においては、動力車に乗車した操作者が、例えばジョイスティックからなる操作器を前後、左右、又は斜め方向に操作して動力車を走行させるとき、その操作内容及び路面状況（傾斜、不整地、凹凸路等）に応じた制御方法を設定することができ、走行時の直進安定性の向上、片流れ・ふらつき等の防止、駆動運転時の安全性の向上が図れる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、前記制御手段は、外力検出手段又は操作器からの出力に基づいて推進方向及び操舵方向の各々に設定される制御方式を、トルク制御、位置制御、速度制御、加速度制御のいずれかに切り替える制御切替部を備えるものである。
【００１１】
上記構成においては、路面状況（傾斜、不整地、凹凸路等）に応じて制御方法を順次切り替えることができ、走行時の直進安定性の向上、片流れ・ふらつき等の防止、操作時の安全性の向上が図れる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、前記制御手段は、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき速度制御による操舵力を駆動車輪に発生させるものである。
【００１３】
上記構成においては、操舵方向について、操舵の角度変更を速度制御するので、角速度制御ということになり、この操舵の角速度制御によると、斜面走行時の重力の影響による不測の急旋回や、摩擦抵抗が小さい路面を走行する際などにおける急激な振らつきが防止できる。さらに、角速度制御によると、角速度を制御していない角度制御やトルク制御と比較した場合、慣性力の影響を防ぐことができ、旋回／ふらつきに対する安定性が向上する効果がある。斜面や摩擦抵抗が小さい路面を走行する時に、操舵方向への不測の急旋回や、滑りによる片流れを防止できる。また、推進方向について、４制御方式の中では、同じ駆動バッテリ容量に対して走行距離が最も長く、パワー効率が良いトルク制御方式を用いているのでバッテリの消耗を抑えることができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、前記制御手段は、駆動車輪の回転数から加速度を計算する加速度検出手段を備え、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力及び前記加速度検出手段による加速度検出値に基づき加速度制御による操舵力を駆動車輪に発生させるものである。
【００１５】
上記構成においては、操舵方向について、加速度制御すなわち操舵角加速度制御をすることにより、トルク制御で操舵方向の制御を行うよりは、重力や慣性力の影響を受けにくい効果があり、また、操舵方向の制御を速度制御で行うよりも操作感に自然な感じが得られる。力と加速度の関係は比例するからである。また、前述と同様に、旋回／ふらつきに対する安定性が向上する利点があり、斜面や摩擦抵抗が小さい路面を走行時に操舵方向の不測の急旋回や、片流れするのを防止でき、操舵方向について自然な操舵感が得られる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５記載の動力車において、路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、前記制御手段は、前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角度の大きさに基づき、外力検出手段又は操作器の出力に対応した駆動力を発生させるための指令値の算出に用いるアシストゲインを変えるものである。
【００１７】
上記構成においては、傾斜が大きくなるにつれ駆動力を増すことができる。これにより、動力車が傾斜路を走行するときの問題、つまり、操舵方向（動力車の左右方向）にかかる重力の大きさが路面の傾斜角度によって変化するため操舵方向についてきめ細かい制御を行うことができないという問題を解決できる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、前記制御手段は、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき位置制御による操舵力を駆動車輪に発生させるものである。
【００１９】
上記構成においては、操舵方向について位置制御、すなわち操舵角を制御する角度制御とするので、走行直進性が良好となり、また、操舵方向の外力検出値が０の時に制御の効果（走行直進性）が最も高くなる。操舵方向について、トルク制御を行うよりは、角度制御のほうが、重力や慣性力の影響を受けにくい効果があり、旋回／ふらつきに対する安定性が向上する。斜面や摩擦抵抗が小さい路面を走行時に操舵方向に予期せぬ急旋回や片流れを防止できる。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、前記制御手段は、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御又は加速度制御による推進力を駆動車輪に発生させ、操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力が予め設定した旋回制限値以内であれば位置制御を選び、旋回制限値外であれば速度制御を選んで、前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき、前記選ばれた制御方式による操舵力を駆動車輪に発生させるものである。
【００２１】
上記構成においては、操舵方向について、直進に近い場合のみ走行直進性が良好な角度制御とし、旋回成分が大きくなると操作感の良い角速度制御とするとしたので、操作性が改善する。直線走行時の片流れ、ふらつき等を防止して直進性が向上すると共に、旋回時は速度制御（角速度制御）となって、位置制御（角度制御）による旋回時のぎくしゃく感がなくなり、傾斜地を含む旋回操作性が良好となる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項８記載の動力車において、路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、前記制御手段は、前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角度の大きさに基づき位置制御又は速度制御のゲイン又は前記旋回制限値を変えるものである。
【００２３】
上記構成においては、操舵方向について、検出した路面の傾斜角度に基づいて、位置制御（操舵角制御）や速度制御（操舵角速度制御）において現在値を目標値に近付けるために行うＰＩ制御等の制御のゲインを変化させることができるので、傾斜が大きくなるにつれ片流れが大きくなるという問題を解決することができる。また、検出した路面の傾斜角度に基づいて、操舵方向について位置制御と速度制御を切り替える判断基準である旋回制限値を変えるので、前記同様に傾斜が大きくなるにつれ片流れが大きくなるという問題を解決することができる。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段を備え、前記制御手段は、前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角値に応じて速度制御、加速度制御、位置制御のいずれかの制御方式を選択し、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき、前記選択された制御方式による操舵力を駆動車輪に発生させるものである。
【００２５】
上記構成においては、操舵方向について、傾斜角値に基づいて、傾斜路走行と判断した場合、速度制御を行い、傾斜路以外では、加速度制御又は位置制御を行うというふうに速度制御を行う状況を限定することができるので、パワー効率が悪い速度制御を減らしてバッテリの消耗を延ばすことができると共に、走行効率をできるだけ落とさずに路面状態に対応して、違和感のない操作感とすることができる。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、前記制御手段は、前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角度が予め設定されている値以上となり坂道の昇降と判断された場合、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づき速度制御による推進力を駆動車輪に発生させるものである。
【００２７】
上記構成においては、路面の傾斜がある一定値以上であれば推進方向について速度制御とするので、傾斜路走行時においても登坂／降坂の速度を一定に保つことができ、操作の違和感をなくすことができる。
【００２８】
請求項１２の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、前記制御手段は、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力が予め設定した停止制限値以内であれば、推進方向の位置変位を０とする位置制御とするものである。
【００２９】
上記構成においては、動力車の操作者が操作部又は操作器に加える推進方向の外力（操作力）が停止制限値より小さい場合、例えば、軽く操作ハンドルを握っているだけの場合、推進方向について位置制御とし、その位置制御の指令値をゼロとするので、坂道であっても、動力車を制御して容易に動力車の移動を停止させておくことができる。
【００３０】
請求項１３の発明は、請求項１又は請求項２記載の動力車において、前記制御手段は、推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力が予め設定した停止制限値以内であれば、推進方向の速度を０とする速度制御とするものである。
【００３１】
上記構成においては、坂道において動力車を停止させる場合、速度を完全にゼロに固定できずに車体が微妙に降下と上昇が繰り返して斜面下方に下ろうとするので、操作者に対し、現在、坂道に停留中であり、操作部又は操作器から手を放さないように注意を喚起する効果があり、操作者にとって不安全であることが分かり易い。
【００３２】
請求項１４の発明は、請求項６又は請求項９又は請求項１１に記載の動力車において、前記制御手段は、路面傾斜角度、走行速度、及び駆動車輪を駆動する駆動モータの電流値の３つの関係情報を記憶した記憶部を備え、前記傾斜角検出手段は、前記制御手段により検出した前記走行速度及びモータ電流値と前記記憶部の情報に基づいて路面傾斜角度を推定するものである。
【００３３】
上記構成においては、予め求めた路面傾斜角度、走行速度、及び駆動モータ電流値のデータテーブル及び、制御手段により検出した走行速度及びモータ電流値に基づき、特別なハードウェアを用いることなく、路面傾斜角度を推定することができる。
【００３４】
請求項１５の発明は、請求項６又は請求項９又は請求項１１に記載の動力車において、前記傾斜角検出手段は、ポテンショメータと、このポテンショメータの回転軸に連結され鉛直下方を指示する重りとから構成されているものである。
【００３５】
上記構成においては、路面の傾斜角度の変化を、ポテンショメータの回転軸の回転角の変化に変え、その回転角の変化をポテンショメータの抵抗値の変化として検出することができ、安価な傾斜角検出手段を提供することができる。
【００３６】
請求項１６の発明は、請求項１５記載の動力車において、前記傾斜角検出手段を、推進方向と直交する方向に備えたものである。
【００３７】
上記構成においては、傾斜角検出手段により、推進方向と直交する方向の路面の傾斜角度を検出することができるので、走行路面が推進方向には傾斜していないが、推進方向と直交する方向に傾斜している場合にも対応した制御ができ、路面の傾斜状態による動力車の片流れを防止するための対策を取ることができる。
【００３８】
請求項１７の発明は、請求項１６記載の動力車において、前記制御手段は、前記傾斜角検出手段が推進方向に直交する方向の路面の傾斜を検出した際、操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき速度制御による操舵力を駆動車輪に発生させるものである。
【００３９】
上記構成においては、車体の左右方向の路面の傾斜を検出した際、操舵方向について速度制御（角速度制御）とするので、傾斜角度によらず左右の駆動モータの回転速度を同じにすることができ、走行直進性が向上し、路面の傾斜による片流れ、ふらつきを防止することができる。また、路面が傾斜していない場合は、左右の駆動モータを、操舵方向についてトルク制御とすれば、パワー効率が良くなりバッテリ寿命を延ばすことができる。
【００４０】
請求項１８の発明は、請求項６又は請求項９又は請求項１１に記載の動力車において、傾斜角検出手段は、駆動モータの回転数及び電流値を検出する走行状態検出手段を備え、検出した駆動モータの回転数から算出した左右の駆動車輪の走行速度が略同じであり、かつ、検出した左右のモータ電流値が一定時間以上異なる場合、推進方向に直交する方向に路面が傾斜していると判断するものである。
【００４１】
上記構成においては、駆動モータの回転数とモータ電流値とから、計算により簡便に、推進方向に直交する方向の傾斜角度を推定することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る動力車について、図面を参照して説明する。図面中の共通する部材には同一符号を付して重複説明を省略する。まず、パワーアシスト付きの動力車について説明され、パワーアシストのない自走式の動力車については後述される。図１に示されるように、人を乗せて後方から押して移動する動力車であるパワーアシスト付車椅子１は、座席を構成する車体２の中央付近の左右に駆動車輪３を有し、その前方に１対の自在車輪４を有している。左右の駆動車輪３はそれぞれ駆動モータ５により独立に駆動され、その駆動動力源は着脱可能なバッテリ５１による。また、車体２の後方にある操作部６は、地上にいる人が歩きながら車椅子１を操作するため掴むハンドルであり、操作部６の固定部には操作部６に加えられる操作者からの外力を検出する外力検出手段７が備えられている。操作部６に人が前後方向６ａ（推進方向）および左右方向６ｂ（操舵方向）に車椅子１を操作する外力を加えると外力検出手段７により人の操作力が検出され、その情報が制御手段８に伝達されると共に、制御手段８から駆動モータ５にモータ駆動指令が出される。人の操作力の方向が前後方向６ａであれば推進方向Ｆと後退方向Ｂに、また左右方向６ｂであれば、右旋回方向Ｒと左旋回方向Ｌに車椅子１の走行方向が向くように、個別のモータ駆動指令により駆動車輪３が個別に回転駆動されて車椅子１が走行運転される。車椅子１の走行状態は、走行状態検出手段９により左右駆動モータ５の回転数と駆動電流が検出され、その出力信号が制御手段８に伝達されることにより、制御手段８により把握される。駆動モータの回転数の計測は、例えば、駆動モータ５に配されたエンコーダにより行われる。
【００４３】
車椅子１の制御と動作について説明する。制御手段９は、検出された人の操作力の大きさに応じて左右にある駆動車輪３を制御し、人の操作負荷を低減するように駆動モータ５の駆動トルクを調整する。車椅子１の場合、駆動車輪３は車椅子１の左右に、また、自在車輪４は駆動車輪の前部左右に配されており、駆動車輪３が左右同じ回転数で回転すると、車椅子１は前後方向（矢印Ｆ，Ｂ）に移動する。また、駆動車輪３の回転数を左右で異なる回転数にすると車椅子１を旋回（矢印Ｒ，Ｌ）させることができる。
【００４４】
また、制御の手順と内容を、図２及び図３を参照して説明する。操作部６に加えられた外力は、外力検出手段７により検出され、制御手段８において推進方向の外力と操舵方向の外力とに分解される。制御手段８は、推進方向の外力に所要の増幅率を乗ずることで推進力を算出すると共に、操舵方向の外力に所要の増幅率を乗ずることで操舵力を算出し、駆動モータ５を介して駆動車輪３に推進と操舵のためのアシスト力を発生させる。このとき、制御手段８は、アシスト力を発生させる制御方式を、操作部６に加えられた外力を構成する推進方向の外力検出値及び操舵方向の外力検出値に基づいて、（１）トルク制御、（２）位置制御、（３）速度制御、（４）加速度制御からなる４つの制御方式のいずれかの方式に設定でき、かつ、推進方向と操舵方向との各々に対しこれらの制御方式の中で異なる方式に設定することができる。例えば、操作部６に加えられた外力を構成する推進方向の外力検出値又は操舵方向の外力検出値の大小に注目し、それぞれの値について略０に近い範囲とそれ以外の範囲で制御方式を切り替えることができる。また、前記力検出値の変化速度に注目し、外力の急な変化と穏やかな変化に対し制御方式を切り替えることができる。さらに、前記力検出値に基づくと共に、駆動モータ５に配置したエンコーダにより得られた駆動モータの現在の回転数値若しくはそれから算出した回転速度、又は走行状態検出手段９により検出された左右モータ電流値に基づいて、制御方式を切り替えることにすると、より細かく制御でき、滑らかな安定した車椅子１の操作を実現することができる。
【００４５】
上記のように、制御手段８による制御は、図３に示されるように、推進方向と操舵方向とにそれぞれ分けて行われる。左右モータ回転数、左右モータ電流値、及び推進・操舵方向外力に基づいて、制御手段の有する制御切替部により、制御方式が切り替えられる。
【００４６】
（制御概念と用語）
ここで、以下において説明される動力車一般の制御概念及び用語の説明をする。推進方向は、動力車の中心軸方向であって押す方向である前方と引く方向である後方がある。推進力は、左右駆動輪に発生したアシスト力の平均値であり、動力車の重心の直線移動に関係し、正負の値をとり、正の場合、前進移動、負の場合、後退移動となる。操舵方向は、動力車の例えば重心回りの回転方向であり、右旋回と左旋回がある。操舵力は、前記左右旋回を引き起こす力であり、回転方向により正負の符号が与えられる。トルク制御は、駆動車輪に供給されるエネルギに注目した制御であり、モータ電流と電圧からなる供給電力に関係する。位置制御は、推進方向と操舵方向で意味合いが異なる。推進方向の位置制御は、直線移動距離に注目した制御であり、左右駆動車輪の平均回転数に関係する。操舵方向の位置制御は、操舵角つまりある時点における推進方向から次の時点における推進方向へ車体の旋回により車体の方向が変化するときの角度（操舵角）に注目した制御であり、左右駆動輪の回転数の差に関係する。同様に、推進方向の速度制御と加速度制御は、左右駆動車輪の平均回転速度と加速度に関係する。また、操舵方向の速度制御と加速度制御は、操舵角の時間変化量である操舵角速度と、さらにその時間変化量である操舵角加速度の制御であり、左右駆動車輪の回転速度差と回転加速度差に関係する。片流れとは、動力車が走行中に、操作者の意図する操舵の方向と異なる方向に、例えば、進行方向の左又は右のいずれか一方に移動しようとする現象である。片流れは、動力車が斜面上を走行しているとき斜面下方（谷側）に移動しようとして発生する。また、平坦地を走行中においても、駆動車輪と地面との摩擦係数が左右の駆動車輪について異なる場合、斜面上と同様に片流れが発生する。
【００４７】
（自走式車椅子）
次に、本発明の実施形態に係る動力車の他の例を、図４及び図５に示す。自走式車椅子２０は、車椅子２０に乗車する人が自ら車椅子２０を操作する操作器１０を乗車者の前側面位置に備えている。この操作器１０に設けられたジョイスティック操作レバー１０ａにより推進と操舵の操作が行われる。操作レバー１０ａは、下端を回転自在に支持されており、操作レバー１０ａを倒した方向角及び垂直方向からの傾斜角が操作レバー１０ａ下端の支持部に設けられた操作検出手段７ａにより検出され、これらの値が操作器１０から制御手段８に出力される。ここで、操作レバー１０ａを倒した方向が、車椅子２０を進めようとする方向すなわち操舵方向に対応し、操作レバー１０ａの傾斜角が、車椅子２０を走行させようとする速度、加速度、又は距離に対応する。傾斜角は、正負の符号を有しており前に倒せば前進、後ろに倒せば後退となり、またその大きさに対応して速度等の大きさが変化する。制御手段８は、この出力をもとに推進方向の出力と操舵方向の出力とに分離し、それぞれの出力に基づいて前記駆動車輪に推進と操舵のための駆動力を発生させるための指令値を算出し、左右駆動モータに駆動指令を出力する。制御手段８は、駆動力を発生させる制御方式を、操作器１０からの出力に基づいて、推進方向と操舵方向との各々に対し前記４つの制御方式の中で異なる方式に設定することができる。
【００４８】
（パワーアシスト付動力車）
また、パワーアシスト付台車２２は、図５（ａ）（ｂ）に示されるように、車体２の中央左右下部に駆動車輪３を備え、車体２の中心軸上前後下部に自在車輪４を備えていいる。車体手前上部には操作部６が外力検出部７を介して設けられている。操作部６に、前後の押し引きに左右回転のひねり動作を加えた外力を加えると、その外力が外力検出手段７により検出されると共に制御手段８に情報が出力される。制御手段８は、その情報をもとに推進と操舵のアシスト力を発生させるための指令値を算出し、指令値に基づいて駆動モータを制御する。制御手段８は、アシスト力を発生させる制御方式を、操作部６に加えられた外力に基づいて、推進方向と操舵方向との各々に対し前記４つの制御方式の中で異なる方式に設定することができる。
【００４９】
（推進・操舵：ともにトルク制御）
次に、図６乃至図９を参照して、推進方向及び操舵方向について同じ制御方式を用いた場合の制御フローを説明する。以後の説明において、動力車として図１に示されるパワーアシスト付きの車椅子１が想定されているが、以下の説明の対象は、この車椅子１に限定されるものでなく、パワーアシスト付台車２２をも対象としている。また、自走式の車椅子２０についても、外力がない点を除いて、同様の説明を適用することができる。図６に、制御手段８により行われるトルク制御によるパワーアシストのフローチャートを示す。パワーアシスト制御のスタートの後、操作部６に加えられた外力は外力検出手段７において検出される（Ｓ１１）。この情報は制御手段８に伝達され、制御手段８において推進方向の外力と操舵方向の外力とに分離される（Ｓ１２）。検出された推進方向の外力に所要のトルク増幅率を乗ずることで推進トルク指令値を算出し、また、操舵方向の外力にも所要のトルク増幅率を乗ずることで操舵トルク指令値が算出される（Ｓ１３）。推進トルク指令値及び操舵トルク指令値は、左右各々のモータを駆動する駆動部へ出力する左右指令値として再計算され（Ｓ１４）、駆動部へ出力される（Ｓ１５）。右指令値、左指令値を受け取った駆動部は、指令値をもとに所要の駆動電流を左右駆動モータに通電して指令値に基づくトルクを有するアシスト力を駆動車輪に発生させる。制御手段８は、所定の制御周期で、ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返してトルク制御を継続する。
【００５０】
（推進・操舵：ともに位置制御）
図７に、制御手段８により行われる位置制御によるパワーアシストのフローチャートを示す。同フローにおいて外力の検出及び分離（Ｓ２１，Ｓ２２）は前記トルク制御の場合と同様である。検出された推進方向の外力に所要の距離増幅率を乗ずることで推進距離指令値を算出し、また、操舵方向の外力には所要の角度増幅率を乗ずることで操舵角指令値が算出される（Ｓ２３）。推進距離指令値及び操舵角指令値は、左右各々のモータを駆動する駆動部へ出力する左右指令値として再計算され（Ｓ２４）、駆動部へ出力される（Ｓ２５）。右指令値、左指令値を受け取った駆動部は、指令値をもとに所要の駆動電流を左右駆動モータに通電して指令値に基づく移動距離及び旋回角（操舵角）を得るべく左右駆動車輪の回転量をそれぞれ制御して回転させる。駆動モータ５には、駆動モータの回転数、従って、駆動車輪の回転数を検出可能なエンコーダ等の制御機器を備えることで、左右指令値になるように、位置制御のフイードバックが行われる。制御手段８は、所定の制御周期で、ステップＳ２１〜Ｓ２５を繰り返して位置制御を継続する。
【００５１】
（推進・操舵：ともに速度制御）
図８に、制御手段８により行われる速度制御によるパワーアシストのフローチャートを示す。同フローにおいて外力の検出及び分離（Ｓ３１，Ｓ３２）は前記トルク制御の場合と同様である。検出された推進方向の外力に所要の速度増幅率を乗ずることで推進速度指令値を算出し、また、操舵方向の外力には所要の角速度増幅率を乗ずることで操舵角速度指令値が算出される（Ｓ３３）。推進速度指令値及び操舵角速度指令値は、左右各々のモータを駆動する駆動部へ出力する左右指令値として再計算され（Ｓ３４）、駆動部へ出力される（Ｓ３５）。右指令値、左指令値を受け取った駆動部は、指令値をもとに所要の駆動電流を左右駆動モータに通電して指令値に基づく推進速度及び操舵角速度を得るべく左右駆動車輪の回転速度をそれぞれ制御して回転させる。駆動モータ５には、駆動モータの回転速度、従って、駆動車輪の回転速度を検出可能なエンコーダ又はタコメータ等の制御機器を備えることで、左右指令値になるように、速度制御と角速度制御のフイードバックが行われる。制御手段８は、所定の制御周期で、ステップＳ３１〜Ｓ３５を繰り返して速度制御を継続する。
【００５２】
（推進・操舵：ともに加速度制御）
図９に、制御手段８により行われる加速度制御によるパワーアシストのフローチャートを示す。同フローにおいて外力の検出及び分離（Ｓ４１，Ｓ４２）は前記トルク制御の場合と同様である。検出された推進方向の外力に所要の加速度増幅率を乗ずることで推進加速度指令値を算出し、また、操舵方向の外力には所要の角加速度増幅率を乗ずることで操舵角加速度指令値が算出される（Ｓ４３）。推進加速度指令値及び操舵角加速度指令値は、左右各々のモータを駆動する駆動部へ出力する左右指令値として再計算され（Ｓ４４）、駆動部へ出力される（Ｓ４５）。右指令値、左指令値を受け取った駆動部は、指令値をもとに所要の駆動電流を左右駆動モータに通電して指令値に基づく推進加速度及び操舵角加速度を得るべく左右駆動車輪の回転をそれぞれ制御して回転させる。駆動モータ５には、駆動モータの回転加速度、従って、駆動車輪の回転加速度を検出可能なエンコーダ又はタコメータ等の制御機器を備えることで、左右指令値になるように、加速度制御と角加速度制御のフイードバックが行われる。制御手段８は、所定の制御周期で、ステップＳ４１〜Ｓ４５を繰り返して加速度制御を継続する。
【００５３】
上記では、推進方向と操舵方向について共に同じ制御方式を行う制御フローを説明したが、以下では、推進方向と操舵方向とで異なる制御方式を用いる場合について説明する。本発明において用いられる制御方式には、（１）トルク制御、（２）位置制御、（３）速度制御、（４）加速度制御の４種類があり、これらの中から推進方向と操舵方向に対して異なる制御方式を選択して切り替える制御切替部が制御手段に備えられている。制御切替には、制御方式を切り替えるタイミングの決定が必要であり、この決定は、走行状態検出手段における検知センサを用いて行われる。得られたセンサ出力をもとに、推進方向と操舵方向のそれぞれの制御方式が切り替えられる。走行状態検知センサとして、例えば、路面の傾斜角度を検出するセンサや路面の凹凸を検出するセンサ、負荷を検出するセンサなどが用いられる。このように、路面状況（路面の傾斜角度、不整地、凹凸路等）に応じて制御方法を順次切り替えることで、パワーアシスト車を運転操作する時の走行直進安定性が得られ、片流れ、ふらつき等を防止しでき、また、安全性を向上させることができる。
【００５４】
（推進：トルク制御、操舵：速度制御）
次に、推進方向と操舵方向とで異なる制御方式を用いる場合の制御フローを、図１０乃至図１３を参照して説明する。図１０に、推進方向についてはトルク制御によるパワーアシストを行い、操舵方向については速度制御によるパワーアシストを行う場合の制御フローを示す。パワーアシスト制御のスタートの後、操作部６に加えられた外力は外力検出手段７において検出される（Ｓ１０１）。この情報は制御手段８に伝達され、制御手段８において推進方向の外力と操舵方向との外力に分離される（Ｓ１０２）。検出された推進方向の外力に所要のトルク増幅率を乗ずることで推進トルク指令値が算出され、また、操舵方向の外力には所要の角速度増幅率を乗ずることで操舵角速度ω１指令値が算出される（Ｓ１０３）。次に、左右の駆動車輪の現在の回転速度が検出され（Ｓ１０４）、左右の駆動車輪の回転速度差から、現在の操舵角速度ω０が算出される（Ｓ１０５）。操舵角速度の速度制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された操舵角速度ω１がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ１０６）。次に、ＰＩ制御により現在値の操舵角速度ω０を目標値の操舵角速度ω１にするために必要な左右のモータに流す電流出力の差が計算される（Ｓ１０７）。その計算値を左右差電流指令値と呼ぶことにする。また、推進トルク指令値は、駆動モータに流す電流値となる推進電流指令値に換算される（Ｓ１０８）。推進電流指令値及び左右差電流指令値は、左右各々のモータを駆動する駆動部へ出力する左右指令値として再計算され（Ｓ１０９）、駆動部へ出力される（Ｓ１１０）。左右指令値への再計算において、推進電流指令値の１／２が左右の駆動モータに分配され、左右差電流指令値の１／２が片方の駆動モータにはプラス、他方の駆動モータにはマイナスされる。右指令値、左指令値を受け取った駆動部は、左右指令値をもとに所要の駆動電流を左右駆動モータに通電して指令値に基づく推進トルク及び操舵角速度を有するアシスト力を駆動車輪に発生させる。制御手段８は、所定の制御周期で、ステップＳ１０１〜Ｓ１１０を繰り返して推進方向についてトルク制御、操舵方向について角速度制御を行い、所望の動作が得られるように制御を継続する。また、左右車輪の回転角速度は、各車輪の回転速度をタコメータかエンコーダを用いて測定し、左右駆動車輪の回転速度差をもとに得られる。
【００５５】
上記の制御方式は、推進方向について、４つの制御方式の中で駆動効率の良いトルク制御（一般的に、トルク制御よると、同じ駆動バッテリ容量に対して走行距離が最も長くなり、パワー効率が良い）を推進方向に用いることでバッテリの消耗を抑えている。また、操舵方向については、角速度制御としているので、斜面走行時の斜面に平行な重力成分の影響による不測の急旋回や、摩擦抵抗が小さい路面を走行する際などにおける急激な振らつきが防止できる。さらに、操舵の角速度を制御していない角度制御やトルク制御に比較して、慣性力の影響を防ぐことができ、旋回／ふらつきに対する安定性がより向上する。斜面や摩擦抵抗が小さい路面を走行時において、操舵方向の予期せぬ急旋回や、滑りによる片流れを防止できる。
【００５６】
（推進：トルク制御、操舵：加速度制御）
図１１に、推進方向についてはトルク制御によるパワーアシストを行い、操舵方向については加速度制御によるパワーアシストを行う場合の制御フローを示す。パワーアシスト制御のスタートの後、操作部６に加えられた外力の検出及び分離が前出同様に行われる（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。検出された推進方向の外力に所要のトルク増幅率を乗ずることで推進トルク指令値が算出され、また、操舵方向の外力には所要の角加速度増幅率を乗ずることで操舵加角速度ａ１指令値が算出される（Ｓ２０３）。次に、左右の駆動車輪の現在の回転加速度が検出され（Ｓ２０４）、左右の駆動車輪の回転加速度差から、現在の操舵角加速度ａ０が算出される（Ｓ２０５）。操舵角加速度の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された操舵角加速度ａ１がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ２０６）。次に、ＰＩ制御により現在値の操舵角加速度ａ０を目標値の操舵角加速度ａ１にするために必要な左右のモータに流す電流出力の差が計算される（Ｓ２０７）。その計算値を左右差電流指令値と呼ぶことにする。以下、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０が前出同様に行われる。また、左右車輪の回転角加速度は、各車輪の回転速度をタコメータで検出し、１階微分するか、又は、エンコーダで検出した回転角検出値を２階微分することで得られる。それら各々の回転角加速度をもとに、操舵角加速度が計算される。
【００５７】
上記のように、操舵方向について操舵角加速度制御をすることにより、トルク制御で行うよりも、重力や慣性力の影響を受けにくい効果がある。また、操舵角加速度制御をすることにより、操舵方向の制御を速度制御で行うよりも、操作感に自然な感じが得られる。これは、力と加速度が比例するからである。操作力を大きくすれば、加速度が大きくなるのは自然な感じであるが、操作力を大きくして、速度が大きくなっても本来、力と速度は比例するものではないので、多少の違和感が生じる。実用上は、タコメータの出力の微分やエンコーダ出力の２階微分を用いる必要があるため、誤差が大きくなるが、前出と同様に、旋回／ふらつきに対する安定性が向上する利点があり、斜面や摩擦抵抗が小さい路面を走行時に操舵方向に予期せぬ急旋回や、片流れを防止できる。
【００５８】
（推進：トルク制御、操舵：位置制御）
図１２に、推進方向についてはトルク制御によるパワーアシストを行い、操舵方向については位置制御（角度制御）によるパワーアシストを行う場合の制御フローを示す。パワーアシスト制御のスタートの後、操作部６に加えられた外力の検出及び分離が前出同様に行われる（Ｓ３０１、Ｓ３０２）。検出された推進方向の外力に所要のトルク増幅率を乗ずることで推進トルク指令値が算出され、また、操舵方向の外力には所要の角度増幅率を乗ずることで操舵角φ１指令値が算出される（Ｓ３０３）。次に、左右の駆動車輪の現在の回転角が検出され（Ｓ３０４）、左右の駆動車輪の回転角差から、現在の操舵角φ０が算出される（Ｓ３０５）。操舵角の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された操舵角φ１がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ３０６）。次に、ＰＩ制御により現在値の操舵角φ０を目標値の操舵角φ１にするために必要な左右のモータに流す電流出力の差が計算される（Ｓ３０７）。その計算値を左右差電流指令値と呼ぶことにする。以下、ステップＳ３０８〜Ｓ３１０が前出同様に行われる。また、左右車輪の回転角は、駆動モータに装着したエンコーダにより得られる。
【００５９】
上記のように操舵方向について角度制御（位置制御）とする場合、走行直進性が良好となる。つまり、操舵方向の外力検出値が０の時に制御の効果が最も高くなる。操舵方向についてトルク制御を行うよりも、角度制御のほうが、重力や慣性力の影響を受けにくい効果があり、旋回／ふらつきに対する安定性が向上する。斜面や摩擦抵抗が小さい路面を走行時に操舵方向に予期せぬ急旋回や片流れを防止できる。
【００６０】
（操舵：アシストゲインの切り替え）
次に、前出の図１０及び図１１に示される制御方式における路面の傾斜による問題とその解決について説明する。車椅子１が傾斜路を走行するとき、操舵方向（車椅子１の左右方向）にかかる重力（斜面に平行な重力成分）の大きさが路面の傾斜角度によって変化するため、重力の影響が異なり、操舵方向についてきめ細かい制御を行うことができないという問題がある。これは、斜面の傾斜角度の大小にかかわらず操舵方向のアシストゲイン（外力検出手段又は操作器の出力に対応した駆動力を発生させるための指令値の算出に用いられる乗率であり、ここでは、各指令値を得るために操舵方向の外力に乗ずる角速度増幅率又は角加速度増幅率）の値が一定であることが原因である。
【００６１】
そこで、図１３に示されるように、走行路面の傾斜角検出手段１１を備え、これにより得られた路面の傾斜角度θの大きさに基づき、アシストゲインを変化させることで斜面における操舵方向制御を改善することができる。傾斜角検出手段１１は、例えば、車体の座席下部側方に設置して傾斜角度θに応じて出力を変化させるものを用いることができる（後述）。傾斜角検出手段１１の出力は、制御手段８に伝達され、制御手段８は、この出力により操舵方向のアシストゲインを変えるよう設定される。水平面に対する車体２の傾斜角度と旋回方向のアシストゲインの関係は予め実験によりデータテーブルとして決められ、車体２の傾斜角度が大きい程、操舵方向のアシストゲインが大きくなるように設定される。例えば、傾斜角度θが０゜≦θ＜１゜のとき操舵方向のアシストゲインＡＧ１、傾斜角度θが１゜≦θ＜２゜のとき操舵方向のアシストゲインＡＧ２（ＡＧ１＜ＡＧ２）などとすれば良い。車体２の傾斜が大きくなると、車体に作用して旋回に影響する重力成分も大きくなるため、車体２の旋回の動きも速くなり、それだけ制御手段の反応を迅速に行う必要があるためである。また、逆に車体の傾斜角度が小さい場合には、それほど緊急に旋回方向を補正する必要がなく、操舵方向のアシストゲインも小さくして、あまり敏感に反応しないように設定される。これにより、平地において凹凸がある場合や、小さい段差を越える場合に、むやみに旋回方向の補正が行われないようにすることができる。
【００６２】
（推進：トルク制御と不感帯）
次に、外力検出手段７により検出された外力の大小に基づいて行う制御方式の切り替えについて、図１４及び図１５を参照して説明する。推進方向におけるトルク制御について、図１４に示されるように、横軸を推進方向の外力ｘ１とし、縦軸を推進トルク指令値ｙ１とする。このとき、推進方向の外力ｘ１の絶対値が小さい範囲は不感帯ＮＳ１として定義され、この間では推進トルク指令値ｙ１がゼロとされる。また、不感帯ＮＳ１以外の領域では、ｘ１とｙ１は線形関係に定義される。推進方向におけるトルク制御は、一般的にこのような不感帯を設けたアシスト制御が行われる。
【００６３】
（操舵：速度制御と不感帯）
また、操舵方向における速度制御について、図１５に示されるように、操舵方向の外力ｘ２と操舵角速度指令値ｙ２の関係においても、不感帯ＮＳ２が定義され、この間では操舵角速度指令値ｙ１がゼロとされる。この不感帯ＮＳ２は、予め設定された旋回制限値ｎｓ２により、−ｎｓ２≦ｘ２≦＋ｎｓ２の範囲、として定められる。また、不感帯ＮＳ２以外の領域では、ｘ２とｙ２は線形関係に定義される。このような、操舵方向について操舵角速度制御を行う場合、不感帯ＮＳ２では、前記トルク制御における不感帯ＮＳ１の場合と異なり、制御方式が切り替えられ、位置制御すなわち操舵角制御が行われる。
【００６４】
（推進：トルク制御、操舵：不感帯と位置制御／速度制御切り替え）
上記のように、不感帯ＮＳ２において制御を操舵角速度制御から操舵角制御に切り替える場合の制御フローを、図１６を参照して説明する。パワーアシスト制御のスタートの後、操作部６に加えられた外力の検出及び分離が前出同様に行われる（Ｓ４０１、Ｓ４０２）。次に、分離された操舵方向の外力が評価され、その値が予め決められた不感帯内であれば（Ｓ４０３でＹｅｓ）、推進方向の外力にトルク増幅率を乗じて推進トルク指令値が算出され、操舵方向については、操舵角指令値を０とされる（Ｓ４０４）。次に、左右の駆動車輪の現在の回転角が検出され（Ｓ４０５）、左右の駆動車輪の回転角差から、現在の操舵角φ０が算出される（Ｓ４０６）。操舵角の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された操舵角０がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ４０７）。次に、ＰＩ制御により現在値の操舵角φ０を目標値の操舵角０にするために必要な左右のモータに流す電流出力の差が計算される（Ｓ４０８）。以下、ステップＳ４０９，Ｓ４１６，Ｓ４１７が前出同様に行われる。一方、分離された操舵方向の外力が評価され、その値が予め決められた不感帯外であれば（Ｓ４０３でＮｏ）、推進方向の外力にトルク増幅率を乗じて推進トルク指令値が算出され、操舵方向については、操舵方向の外力に角速度増幅率を乗じて操舵角速度ω１指令値が算出される（Ｓ４１０）。次に、左右の駆動車輪の現在の回転角速度が検出され（Ｓ４１１）、左右の駆動車輪の回転角速度差から、現在の操舵角速度ω０が算出される（Ｓ４１２）。操舵角の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された操舵角速度ω０がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ４１３）。次に、ＰＩ制御により現在値の操舵角速度ω０を目標値の操舵角速度ω１にするために必要な左右のモータに流す電流出力の差が計算される（Ｓ４１４）。以下、ステップＳ４１５，Ｓ４１６，Ｓ４１７が前出同様に行われる。
【００６５】
上記のように操舵方向について、不感帯外において角速度制御（速度制御）とする場合、旋回開始時の動作がスムーズにできる。操舵方向について常に位置制御とすると旋回開始時に動作がスムーズにできないが、直進に近い場合のみ走行直進性が良好な角度制御とし、旋回成分が大きくなると操作感の良い角速度制御とすることで、操作性が改善する。本実施形態の制御フローによると、直線走行時の片流れ、ふらつき等を防止して直進性が向上すると共に、旋回時は操舵方向について速度制御（角速度制御）となって、位置制御（角度制御）による旋回時のぎくしゃく感がなくなり、傾斜地を含む旋回操作性が良好となる。
【００６６】
（路面傾斜とＰＩ制御ゲイン）
次に、上記図１５において説明した不感帯ＮＳ２の領域を決める旋回制限値ｎｓ２が一定である場合の問題点とその解決について説明する。旋回制限値ｎｓ２が一定である場合、前述したような、車椅子１が傾斜路を走行するとき操舵方向のアシストゲインの値が一定であることにより発生する問題と同様に、操舵方向の制御がきめ細かく制御できないという問題がある。この問題は、路面の傾斜角検出手段を備え、操舵角制御や操舵角速度制御において現在値を目標値に近付けるために行うＰＩ制御のゲインを路面の傾斜角度に基づいて変化させることにより解決することができる。また、旋回制限値ｎｓ２の値も、路面の傾斜角度に基づいて変化させて、きめ細かな操舵方向の制御を実現できる。傾斜角検出手段は車体の座席下部に設置され、傾斜角度に応じて出力を変化させる構造をしている（後述）。この傾斜角検出手段の出力は制御手段に接続されており、制御手段はこの出力により前記ＰＩ制御のゲインを変えるよう設定されている。車体の傾斜角度と旋回制限値ｎｓ２の関係は予め実験によりデータテーブルとして求めておき、車体の傾斜角度が大きい程、前記ＰＩ制御のゲインを大きくするように設定される。これは、車体の傾斜が大きくなると車体の旋回の動きも早くなり、それだけ制御手段の反応も迅速に行い、現在値を目標値に近付ける必要があるためである。また、逆に、車体の傾斜角度が小さい場合には、それほど緊急に旋回方向を補正する必要がなく、旋回制限値の方も大きく（不感帯領域を広く）して、あまり制御手段が敏感に反応しないようにする。これにより、平地において凹凸がある場合や小さい段差を越える場合にむやみに補正が行われないようになる。
【００６７】
（操舵：傾斜路のみ速度制御）
次に、傾斜角検出手段により検出した路面の傾斜角度値に応じて操舵方向の制御方式を切り替えてバッテリの消耗を減らしたり、操作の違和感を緩和することについて説明する。推進方向については、トルク制御による推進力を駆動車輪に発生させる。また、操舵方向については、傾斜角度値に基づいて、傾斜路走行と判断した場合、速度制御を行い、傾斜路以外では、加速度制御又は位置制御を行う。トルク制御は前述したようにパワー効率が良い。また傾斜路においてのみ操舵方向の制御を速度制御とすることにより、登り方向の旋回か、下り方向の旋回かによらず、旋回速度を一定とすることができ、傾斜路における旋回を平地と同じ感覚で行うことができる。すべての走行状態において速度制御を行うとパワー効率が悪くなるが、速度制御を限定することでバッテリの消耗を延ばすことができる。
【００６８】
（推進：傾斜角とトルク制御／速度制御切り替え）
次に、傾斜角検出手段１１により検出された路面の傾斜角の大小に基づいて行う、制御方式の切り替えについて、図１７を参照して説明する。パワーアシスト制御のスタートの後、傾斜角検出手段１１により路面の傾斜角が検出され（Ｓ５１）、検出された傾斜角が評価され、傾斜角が予め定めた判定角よりも大きい場合、路面が坂道であると判断され（Ｓ５２でＹｅｓ）、推進方向及び操舵方向ともに速度制御が行われる（Ｓ５３）。一方、傾斜角が判定角よりも小さい場合、路面が平地であると判断され（Ｓ５２でＮｏ）、推進方向についてはトルク制御が行われ、操舵方向については速度制御が行われる（Ｓ５４）。制御手段８によって以上のステップが、所定の制御周期で、行われる。傾斜路走行時において、推進方向についてトルク制御の場合、重力の負荷がかかるので走行速度が平地に比べて変化する。そこで路面の傾斜がある一定値以上であれば推進方向について速度制御とすることで、傾斜路走行時の走行速度を一定に保つことができ、操作の違和感をなくすことができる。
【００６９】
（推進：不感帯と位置制御／トルク制御切り替え、操舵：速度制御）
次に、推進方向についてトルク制御される場合の不感帯における制御方式の切り替えについて、図１８及び図１９を参照して説明する。推進方向におけるトルク制御では、図１８に示されるように、前出の図１４と同様に、推進方向の外力ｘ３の絶対値が小さい範囲は不感帯ＮＳ３とされ、不感帯ＮＳ３は予め設定された停止制限値ｎｓ３により、−ｎｓ３≦ｘ３≦＋ｎｓ３の範囲、として定義される。この範囲では、推進トルク指令値ｙ３がゼロとされる。また、不感帯ＮＳ３以外の領域では、ｘ３とｙ３は線形関係に定義される。そして、本実施形態において、不感帯ＮＳ３では、トルク制御から位置制御に切り替えられる。
【００７０】
上記の場合の制御フローを図１９に示す。パワーアシスト制御のスタートの後、操作部６に加えられた外力の検出及び分離が前出同様に行われる（Ｓ５０１、Ｓ５０２）。次に、分離された推進方向の外力が評価され、その値が予め決められた不感帯内であれば（Ｓ５０３でＹｅｓ）、推進方向については位置制御方式とされ、推進距離指令値は０とされ、操舵方向については、操舵方向の外力に角速度増幅率を乗じて操舵角速度ω１指令値が算出される（Ｓ５０４）。次に、左右の駆動車輪の現在の回転速度が検出され（Ｓ５０５）、左右の駆動車輪の回転速度差から、現在の操舵角速度ω０が算出される（Ｓ５０６）。操舵角速度の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された操舵角速度ω１がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ５０７）。次に、ＰＩ制御により現在値の操舵角速度ω０を目標値の操舵角ω１にするために必要な左右のモータに流す電流出力の差が計算される。その計算値を左右差電流指令値とする（Ｓ５０８）。続いて、左右の駆動車輪の現在の回転角が検出され（Ｓ５０９）、左右の駆動車輪の回転角の平均から推進距離ｄ０が算出される（Ｓ５１０）。推進距離の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された推進距離０がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ５１１）。次に、ＰＩ制御により現在値の推進距離ｄ０を目標値の推進距離０にするために必要な左右のモータに流す電流出力の和が計算される。その計算値を推進電流指令値とする（Ｓ５１２）。以下、ステップＳ５１９，Ｓ５２０が前述と同様に行われる。
【００７１】
一方、ステップＳ５０３において、分離された推進方向の外力が評価され、その値が予め決められた不感帯外であれば（Ｓ５０３でＮｏ）、推進方向の外力にトルク増幅率を乗じて推進トルク指令値が算出され、操舵方向については、操舵方向の外力に角速度増幅率を乗じて操舵角速度ω１指令値が算出される（Ｓ５１３）。次に、左右の駆動車輪の現在の回転速度が検出され（Ｓ５１４）、左右の駆動車輪の回転速度差から、現在の操舵角速度ω０が算出される（Ｓ５１５）。操舵角の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された操舵角速度ω１がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ５１７）。次に、ＰＩ制御により現在値の操舵角速度ω０を目標値の操舵角速度ω１にするために必要な左右のモータに流す電流出力の差が計算される。その計算値を左右差電流指令値とする（Ｓ５１７）。以下、ステップＳ５１８，Ｓ５１９，Ｓ５２０が前述と同様に行われる。以上のステップが制御手段によって所定の制御周期毎に繰返し行われ、所望の動作が得られる。
【００７２】
上記の制御フローによると、坂道であっても容易に車椅子の移動を停止させておくことができる。移動の停止は位置の変化をゼロとすることであり、位置制御により確実に停止することができる。車椅子の操作者が操作部に加える推進方向の外力（操作力）が停止制限値より小さい（不感帯内）場合、例えば、軽く操作ハンドルを握っているだけの場合、推進方向について位置制御とし、その位置制御の指令値をゼロとすることは、車椅子を制御してその移動を停止することになるからである。
【００７３】
（推進：不感帯と速度制御／トルク制御切り替え、操舵：速度制御）
次に、推進方向についてトルク制御される場合の不感帯における制御方式の切り替えを、上述した位置制御への切り替えではなく、速度制御への切り替えの場合について、図２０及び図２１を参照して説明する。図２０に示されるように、前出の図１８と同様に、不感帯ＮＳ４が停止制限値ｎｓ４により定義される。この範囲では、推進トルク指令値ｙ４がゼロとされる。また、不感帯ＮＳ４以外の領域では、ｘ４とｙ４は線形関係に定義される。そして、本実施形態において、不感帯ＮＳ４では、トルク制御から速度制御に切り替えられる。この場合の制御フローは、図２１に示されている。本実施形態の制御フローにおいて、ステップＳ６０４、Ｓ６０８〜Ｓ６１２の部分が、前述の図１９におけるフローと異なるだけである。このステップ部分に注目して説明する。分離された推進方向の外力が評価され、その値が予め決められた不感帯内であれば（Ｓ６０３でＹｅｓ）、推進方向については速度制御方式とされ、推進速度指令値は０とされる（Ｓ６０４）。この後、左右の駆動車輪の現在の回転速度が検出され（Ｓ６０９）、左右の駆動車輪の回転速度の平均から推進速度ｖ０が算出される（Ｓ６１０）。推進速度の制御は、目標値に対するＰＩ制御で行われる。そこで、指令値として算出された推進速度０がＰＩ制御の目標値に設定される（Ｓ６１１）。次に、ＰＩ制御により現在値の推進速度ｖ０を目標値の推進速度０にするために必要な左右のモータに流す電流出力の和が計算される。その計算値を推進電流指令値とする（Ｓ６１２）。以下、ステップＳ６１９，Ｓ６２０、及び他のステップが前出同様に行われる。上記の制御フローによると、坂道において停止する場合、速度を完全にゼロに固定できず、車体が微妙に降下と上昇が繰り返して斜面下方に下ろうとする。このことは、操作者に対し、現在、坂道に停留中であり、操作部から手を放さないように注意を喚起する効果がある。
【００７４】
（傾斜角の推定）
次に、路面の傾斜角度を走行速度及び駆動モータの電流値から推定する、いわゆるソフトウエア的な傾斜角検出手段について、図２２及び図２３を参照して説明する。図２２（ａ）（ｂ）に示されるように、車椅子が登坂するとき、モータ電流値ＭＩは増加し、走行速度Ｖは減少し、車椅子が降坂するとき、モータ電流値ＭＩは減少し、走行速度Ｖは増加する。また、駆動モータの電流値ＭＩは、駆動車輪の駆動トルクに換算することができる。これらのことから、前記制御手段は、路面傾斜角度θｉ、走行速度Ｖｉ、及び駆動車輪を駆動する駆動モータの電流値ＭＩ（又は、電流値ＭＩから算出した駆動トルクＴＲｉ）の３つの関係情報を記憶した記憶部（データテーブル）を備えることにより、走行状態検出手段により検出した走行速度Ｖ及びモータ電流値ＭＩと、記憶部に記憶された関係情報（θｉ、Ｖｉ、ＭＩｉ又はＴＲｉ）とに基づいて、路面傾斜角度θを推定することができる。
【００７５】
上記の路面傾斜角度を推定するフローを図２３を参照して説明する。傾斜角推定フローのスタートの後、左右の駆動モータの回転数の検出（Ｓ６１）と、回転数から車体の推進方向速度Ｖの算出が行われる（Ｓ６２）。また、左右の駆動モータの電流値ＭＩが測定され（Ｓ６３）、電流値をもとに車体の推進方向の駆動トルクＴＲが算出される（Ｓ６４）。そして、検出した推進方向の走行速度Ｖと駆動トルクＴＲとの組に対応する組が、前記制御手段内に配された記憶部のデータテーブル値から探し出され、その組（Ｖｉ、ＴＲｉ）に対する傾斜角θｉが推定される（Ｓ６５）。データテーブルは、駆動トルクの範囲をある一定範囲毎に分割して、駆動トルクの範囲毎に上記テーブルを持つことになる。このようなデータテーブルを持つことにより、特別なハードウェアを用いることなく、傾斜角度を推定することができる。
【００７６】
（傾斜角検出手段／ハードウエア）
次に、上記と異なり、ポテンショメータと重りから、ハードウエア的に傾斜角検出手段を構成した実施例を、図２４及び図２５を参照して説明する。路面傾斜角検出手段１１は、図２４（ａ）に示されるように、回転型のポテンショメータ（高精度抵抗計）１１と、鉛直方向を支持する重り３３及びその支持棒３４と、これらを連結する連結部材３５とからなる。ポテンショメータ３１は車体に対して固定され、重り３３は車体に対して固定されたおもりの回転軸（不図示）の回りに回転して鉛直下方を指示する。そして、車体の傾きに伴い、重り３３が矢印ａ方向に振られ、支持棒３４と連結部材３５を介してポテンショメータの回転軸３２を矢印ｂ方向に回転されることにより、重りの回転軸と直交する方向の路面傾斜角が検出されて、ポテンショメータ３１から出力される。このように、傾斜角検出手段１１は、路面の傾斜角度の変化を、ポテンショメータの回転軸の回転角の変化に変え、その回転角の変化をポテンショメータの抵抗値の変化として検出する。ポテンショメータ３１と重り３３は、図２４（ｂ）に示されるように、直結してもよい。このような傾斜角検出手段１１は、筐体等に内蔵され、図２５に示されるように、車椅子の折り畳みの邪魔にならないように、車椅子本体側面に配置される。
【００７７】
（斜面横方向の走行）
次に、以下において、車椅子が斜面を横方向（等高線方向）に移動する場合について説明する。図２６に示されるように、車椅子１の前後方向が走行方向Ｄであり、その左右方向が走行方向に対し直交する方向Ｔとして定義される。また、図２７に示されるように、車椅子１が、車体２を左右に傾けて、傾斜した路面Ｓを走行する場合、すなわち、車椅子１が斜面を横方向（等高線方向）に移動する場合、車体２には矢印Ｗの方向に重力による力が作用する。従って、車椅子１は、駆動車輪３の制御を左右同じ（例えば同じ駆動トルク出力）に行っているとき、矢印Ｗの方向（斜面下方、谷側、図２６における矢印Ｔの方向）に流されることになる。そこで、傾斜角検出手段を、推進方向と直交する矢印Ｔの方向の傾斜角度を検出するように備え、走行方向に対して左右方向の傾斜を検知して傾斜量に応じて駆動車輪３のうち谷側の車輪に、予め決めておいた駆動トルク分を付加する。これにより、傾斜面を横方向に走行する場合においても、谷側への片流れを防止できる。駆動トルクの追加量は、予め傾斜量に応じて実験的に決めてデータテーブルとして制御手段に備えておく。また、車体の傾斜量を検知するものとしては、前出の、重りと回転型ポテンショメータのような機構を使用することができる。
【００７８】
（斜面横方向の走行）
次に、斜面上を走行する場合、操舵の安定化について説明する。傾斜角検出手段が推進方向に直交する方向の路面の傾斜を検出した場合、操舵方向について速度制御とする。これにより、傾斜角度によらず左右の駆動モータの回転速度を同じにすることができるので、路面の傾斜による片流れ・ふらつきを防止することができる。また、路面が傾斜していない場合は、左右の駆動モータを、操舵方向についてトルク制御とすれば、パワー効率が良くなりバッテリ寿命を延ばすことができる。
【００７９】
（横方向の傾斜の推定）
次に、駆動モータの回転数及び電流値を検出して、推進方向に直交する方向における路面の傾斜状態をソフトウエア的に判断することについて説明する。駆動モータの回転数及び電流値を検出する走行状態検出手段を備えることにより、駆動モータの回転数及び電流値を検出し、検出した駆動モータの回転数から左右の駆動車輪の走行速度を算出してこれを比較する。左右の区度車輪の走行速度が略同じであり、かつ、検出した左右のモータ電流値が一定時間以上異なる場合、推進方向に直交する方向に路面が傾斜していると判断する。このように推定するだけで、特別な装置を必要とせず簡易的に操作性を向上させることができる。例えば、平地を走行している場合、左右の駆動車輪の回転数はほぼ同じであり、左右の駆動車輪の電流値もほぼ等しくなる。しかし、前出の図２７のように、車椅子が傾斜している走路を走行している場合、左右の駆動車輪の回転数が略同じとき、斜面下方側（谷側）の駆動車輪の電流値の方が、斜面上方側（山側）の駆動車輪の電流値より大きくなる。一般に、ある一定条件のもとにある車椅子の走行状態について（例えば、摩擦係数が一定の平面からなる傾斜した路面上を直線走行している場合）、走行路面の傾斜角と、左右駆動車輪の駆動モータ電流値の差とは、ある一定の関係を示すことになる。そこで、傾斜角度と左右の駆動車輪の電流値の差とを予め求めておき、データテーブルとして制御手段に備えてこれを参照することにより、車椅子の左右方向の傾斜角度を推定することができる。
【００８０】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、制御フローにおける各ステップの順番は、上述した順番に限るものではなく、同じ結果又はより良い結果が得られる場合は、各ステップの順番を入れ替えることができる。また、上記の位置又は速度制御において、目標値到達に向けて行われる制御としてＰＩ制御を用いているが、制御方式としてＰＩＤ制御でも他の方式の制御でも行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るパワーアシスト付きの車椅子の分解斜視図。
【図２】同上車椅子の構成を説明するブロック図。
【図３】同上車椅子の制御方式を説明するブロック図。
【図４】同上車椅子の変形例を示す斜視図。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態に係るパワーアシスト付きの台車の斜視図、（ｂ）はその裏面から見た平面図。
【図６】本発明の実施形態に係るパワーアシスト動作のフロー図。
【図７】パワーアシスト動作の他の例を示すフロー図。
【図８】パワーアシスト動作の他の例を示すフロー図。
【図９】パワーアシスト動作の他の例を示すフロー図。
【図１０】パワーアシスト動作の他の例を示すフロー図。
【図１１】パワーアシスト動作の他の例を示すフロー図。
【図１２】本発明の実施形態に係るパワーアシスト動作のフロー図。
【図１３】本発明の実施形態に係るパワーアシスト付運搬車の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の実施形態に係るパワーアシストの推進方向制御を説明する図。
【図１５】同上操舵方向制御を説明する図。
【図１６】本発明の実施形態に係る制御方式の切替を含むパワーアシスト動作のフロー図。
【図１７】パワーアシスト動作の他の例を示す動作のフロー図。
【図１８】本発明の実施形態に係るパワーアシストの推進方向制御を説明する図。
【図１９】推進方向制御の他の例を説明する図。
【図２０】本発明の実施形態に係る制御方式の切替を含むパワーアシスト動作のフロー図。
【図２１】パワーアシスト動作の他の例を示すフロー図。
【図２２】（ａ）は本発明の実施形態に係る動力車の登坂時の走行状態を説明する図、（ｂ）は同降坂時の走行状態を説明する図。
【図２３】本発明の実施形態に係る路面傾斜角推定フロー図。
【図２４】（ａ）は本発明の実施形態に係る路面傾斜角検出手段の斜視図、（ｂ）は同変形例を示す斜視図。
【図２５】同上路面傾斜角検出手段の取付状態を示す斜視図。
【図２６】走行方向及び走行向に直交する方向を説明する斜視図。
【図２７】傾斜した路面における走行状態を説明する図。
【図２８】従来のパワーアシスト付運搬車の平面図。
【図２９】従来のパワーアシスト付運搬車の平面図。
【図３０】従来のパワーアシスト付運搬車の平面図。
【図３１】パワーアシスト付運搬車の走行状況を説明する斜視図。
【符号の説明】
１　パワーアシスト付きの車椅子
２　車体
３　駆動車輪
５　駆動モータ
６　操作部
７　外力検出手段
８　走行状態検出手段
９　制御手段
１０　操作器
１１　傾斜角検出手段
６ａ，Ｆ，Ｂ，ＦＢ　推進方向
６ｂ，Ｒ，Ｌ，ＲＬ　操舵方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power-assisted power vehicle such as a wheelchair, a golf cart, an electric trolley, an operating table, a factory transport cart, etc., which is operated from the outside by an operator who is on the ground, or a power vehicle in which a rider himself operates the operating device. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a power vehicle with power assist that assists human power with power or a self-propelled power vehicle in which a rider operates an operating device by himself / herself is known. For example, a power vehicle 40 shown in FIG. 28 has a drive wheel 42 and a free wheel 43 on a vehicle body 41, and the drive wheel 42 according to the magnitude of an external force applied to an operation handle 44 provided on the vehicle body 41. Is to drive. Such a power assisted power vehicle detects the external force applied to the operation handle 44 by dividing it into an external force in the central axis direction of the vehicle body 41 and an external force in the left-right direction as control signals for the propulsion direction and the steering direction, respectively. The rotation of the left and right drive wheels 42 is controlled independently. The power vehicle 40 that assists in both driving and steering travels (promotes) by generating an assist force of driving torque in a driving source according to the magnitude of an external force applied by an operator's human power, The moving direction can be changed (steered). Then, when the operator pulls the power vehicle 40 from the traveling direction side as indicated by the arrow A1, and operates the power vehicle 40 with the driving wheel 42 in the traveling direction forward of the vehicle body 41 and the free wheel 43 in the rear, The power vehicle 40 can operate flexibly following an external force generated by an operator's operation (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3032698
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 29, when the power vehicle 40 described above is pushed from the side of the drive wheel 42 to run in the direction of the arrow A2, the free wheel 43 and the center of gravity G are ahead of the drive wheel 42. In particular, when a motor vehicle is operated on an inclined road, rough terrain, uneven surface, etc., it may be difficult to perform a smooth propulsion operation or a steering operation only by controlling a simple driving torque. In addition, as shown in FIG. 30, the same problem may occur also in the powered wheelchair 50 that is operated while the operator pushes in the direction of the arrow A3. In general, when the driving wheel is closer to the operator than the free wheel when viewed from the operator, and the center of gravity is farther from the driving wheel, it tends to swing left and right even if it tries to go straight by pushing the power assisted power vehicle, You may not be able to go straight ahead stably. This also depends on the road conditions. For example, as shown in FIG. 31, the powered wheelchair 100 capable of obtaining power assist via the operation handle 101 is moved in the lateral direction D with respect to the inclination direction on the slope where the road surface S is not horizontal. In this case, a conventional power vehicle based on simple driving torque control generates a so-called single flow in which the vehicle body flows toward the lower slope C, and if the steering wheel is operated to correct this, the vehicle will meander. Also, when driving on uneven road surfaces such as ramps, rough terrain, uneven roads, etc., it may be difficult to stabilize the driving speed of the power vehicle with power assist by controlling only the driving torque, Similar problems may occur in self-propelled power vehicles.
[0005]
The present invention solves the above-described problems, and assists human operation force by detecting a power vehicle (electric cart, electric transport vehicle, etc.) or a human operation force operated by a person using an operating device. It is an object of the present invention to provide a power vehicle capable of improving the straight running stability during traveling, preventing one-way flow and wobbling, and improving the safety during operation.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 is directed to drive wheels that are arranged on the left and right sides of the vehicle body and are driven independently on the left and right sides and used for both propulsion and steering, and drive units that drive the drive wheels. A predetermined force applied to the drive wheel based on the external force detected by the external force detected by the external force detected by the operation unit provided in the vehicle body, external force detection means disposed on the operation unit and applied to the operation unit. In a motor vehicle including a control unit that calculates a command value for generating an assist force and outputs the command value to the drive unit, the control unit converts the external force detected by the external force detection unit into an external force in a propulsion direction and a steering direction. The control method for generating assist force for propulsion and steering on the drive wheel based on each external force is set to one of torque control, position control, speed control, and acceleration control. Can and In which for each of the steering direction direction to be set in different ways within the control scheme.
[0007]
In the above configuration, when an operator operating the power vehicle applies an external force to the operation unit to drive the power vehicle, a control method is set according to the external force and the road surface condition (inclination, rough terrain, uneven road, etc.). Therefore, it is possible to improve the straight running stability during traveling, to prevent one-way flow and wobbling, and to improve the safety during power assist operation.
[0008]
According to the second aspect of the present invention, drive wheels that are arranged on the left and right sides of the vehicle body and are independently driven to be used for both propulsion and steering, a drive unit that drives the drive wheels, and a person who gets on the vehicle perform operations. A power vehicle comprising: an operating device provided in a vehicle body; and a control unit that calculates a command value for generating a predetermined assist force on the driving wheel based on an output from the operating device and outputs the command value to the driving unit The control means separates the output from the operating device into an output in the propulsion direction and an output in the steering direction, and generates a driving force for propulsion and steering on the drive wheel based on the respective outputs. The system can be set to any of torque control, position control, speed control, and acceleration control, and can be set to a different one of the above control methods for each of the propulsion direction and the steering direction. It is.
[0009]
In the above configuration, when an operator who rides a power vehicle operates the operation device made of a joystick in the front-rear, left-right, or diagonal directions to drive the power vehicle, the details of the operation and the road surface condition (inclination, rough terrain) In addition, it is possible to set a control method corresponding to the uneven road, etc., and to improve the straight running stability during traveling, to prevent uniflow and wobbling, and to improve the safety during driving operation.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the power vehicle according to the first or second aspect, the control means is set in each of the propulsion direction and the steering direction based on the output from the external force detection means or the operating device. Is provided with a control switching unit for switching to torque control, position control, speed control, or acceleration control.
[0011]
In the above configuration, the control method can be switched sequentially according to the road surface conditions (inclination, rough terrain, uneven road, etc.), improving straight running stability during traveling, preventing single-flow / staggering, etc., safety during operation Can be improved.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the power vehicle according to the first or second aspect, wherein the control means is an external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means in the propulsion direction or the operating device. Based on the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the drive wheel, a driving force by torque control is generated in the drive wheel, and the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detecting means for the steering direction or Based on the output in the steering direction obtained by separating the output from the operating device, a steering force by speed control is generated on the drive wheels.
[0013]
In the above configuration, since the speed change of the steering angle is controlled with respect to the steering direction, this is referred to as angular velocity control. According to the angular velocity control of the steering, unexpected sudden turn due to the influence of gravity when running on a slope, friction resistance Abrupt fluctuations when traveling on a small road surface can be prevented. Furthermore, according to the angular velocity control, the influence of the inertial force can be prevented and the stability against turning / stabilization can be improved as compared with the angular control or torque control in which the angular velocity is not controlled. When traveling on a slope or road surface with low frictional resistance, it is possible to prevent unexpected sudden turning in the steering direction and single flow due to slipping. Further, with respect to the propulsion direction, among the four control systems, a torque control system having the longest travel distance and the high power efficiency is used for the same drive battery capacity, so that battery consumption can be suppressed.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the power vehicle according to the first or second aspect, the control means includes an acceleration detection means for calculating an acceleration from the number of rotations of the drive wheel, and the propulsion direction from the external force detection means. Based on the external force in the propulsion direction obtained by separating the output or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operating device, the propulsive force by torque control is generated in the driving wheel, and the external force is detected in the steering direction. Steering force by acceleration control based on the external force in the steering direction obtained by separating the output from the means or the output in the steering direction obtained by separating the output from the controller and the acceleration detection value by the acceleration detecting means. It is generated on the drive wheel.
[0015]
In the above configuration, by performing acceleration control, that is, steering angular acceleration control for the steering direction, there is an effect that is less susceptible to the influence of gravity and inertial force than control of the steering direction by torque control. Compared with speed control, the operation feels more natural. This is because the relationship between force and acceleration is proportional. In addition, as described above, there is an advantage that stability against turning / staggering is improved, and it is possible to prevent an unexpected sudden turning of the steering direction or a single flow when traveling on a slope or a road surface having a small frictional resistance. A good steering feeling can be obtained.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the power vehicle according to the fourth or fifth aspect, the vehicle is provided with an inclination angle detecting means for detecting an inclination angle of the road surface, and the control means has an inclination angle detected by the inclination angle detecting means. Based on the magnitude, the assist gain used for calculating the command value for generating the driving force corresponding to the output of the external force detecting means or the operating device is changed.
[0017]
In the above configuration, the driving force can be increased as the inclination increases. As a result, there is a problem when the power vehicle travels on the slope, that is, the magnitude of gravity applied to the steering direction (the left and right direction of the power vehicle) changes depending on the inclination angle of the road surface, so that the steering direction can be finely controlled. Can solve the problem of not being able to.
[0018]
According to a seventh aspect of the present invention, in the power vehicle according to the first or second aspect, the control means is an external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means in the propulsion direction or the operating device. Based on the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the drive wheel, a driving force by torque control is generated in the drive wheel, and the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detecting means for the steering direction or Based on the output in the steering direction obtained by separating the output from the operating device, a steering force by position control is generated in the drive wheel.
[0019]
In the above configuration, since the position control in the steering direction, that is, the angle control for controlling the steering angle is performed, the traveling straightness is good, and the control effect (running straightness) when the external force detection value in the steering direction is zero. Is the highest. With respect to the steering direction, angle control is less susceptible to the influence of gravity and inertial force than torque control, and stability against turning / stabilization is improved. Unexpected sudden turning or unidirectional flow in the steering direction can be prevented when traveling on slopes or road surfaces with low frictional resistance.
[0020]
The invention according to claim 8 is the power vehicle according to claim 1 or 2, wherein the control means is an external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means in the propulsion direction or the operating device. Steering direction obtained by generating a driving force by torque control or acceleration control based on the propulsion direction output obtained by separating the output from the drive wheel and separating the output from the external force detection means for the steering direction If the output in the steering direction obtained by separating the external force or the output from the controller is within a preset turning limit value, position control is selected, and if it is outside the turning limit value, speed control is selected, Based on the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means or the output in the steering direction obtained by separating the output from the operating device, the steering force by the selected control system is driven. Raised to Is shall.
[0021]
In the above configuration, the angle direction control with good traveling straightness is performed only when the steering direction is close to straight traveling, and the angular velocity control with good operational feeling is performed when the turning component increases, so that the operability is improved. While straight running is improved by preventing one-way flow and wobbling during straight running, speed control (angular speed control) is made during turning, and there is no jerky feeling during turning by position control (angle control), including slopes The turning operability is improved.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, in the motor vehicle according to the eighth aspect, the vehicle includes an inclination angle detecting means for detecting an inclination angle of the road surface, and the control means is based on the magnitude of the inclination angle detected by the inclination angle detecting means. The gain for position control or speed control or the turning limit value is changed.
[0023]
In the above-described configuration, control such as PI control performed to bring the current value closer to the target value in position control (steering angle control) and speed control (steering angular velocity control) based on the detected road surface inclination angle with respect to the steering direction. Therefore, the problem that the single flow increases as the inclination increases can be solved. In addition, since the turning limit value, which is a determination criterion for switching between position control and speed control in the steering direction, is changed based on the detected road surface inclination angle, the problem that the single flow increases as the inclination increases as described above is solved. be able to.
[0024]
A tenth aspect of the present invention is the power vehicle according to the first or second aspect, further comprising an inclination angle detecting means for detecting an inclination angle of a road surface, wherein the control means is an inclination angle value detected by the inclination angle detecting means. Depending on the speed control, acceleration control, or position control method is selected, the propulsion direction external force obtained by separating the output from the external force detection means for the propulsion direction or the output from the controller Based on the propulsion direction output obtained by the separation, the driving wheel generates a propulsive force by torque control, and the steering direction external force obtained by separating the output from the external force detection means with respect to the steering direction or the operation device On the basis of the steering direction output obtained by separating the outputs, the steering force by the selected control method is generated on the drive wheels.
[0025]
In the above-described configuration, when the steering direction is determined to be traveling on an inclined road based on the inclination angle value, speed control is performed, and speed control is performed such that acceleration control or position control is performed on other than the inclined road. Since it can be limited, speed control with poor power efficiency can be reduced and battery consumption can be extended, and the driving efficiency can be reduced without reducing the driving efficiency as much as possible, resulting in an uncomfortable operation feeling. .
[0026]
An eleventh aspect of the invention is the power vehicle according to the first or second aspect, further comprising an inclination angle detecting means for detecting an inclination angle of a road surface, wherein the control means has an inclination angle detected by the inclination angle detecting means. When it is determined that the slope is going up and down because it is greater than or equal to the preset value, the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means for the propulsion direction or the output from the operating device is obtained separately. Based on the output in the propulsion direction, the propulsive force by the speed control is generated in the drive wheel.
[0027]
In the above configuration, since the speed control is performed in the propulsion direction if the road surface slope is a certain value or more, the climbing / downhill speed can be kept constant even when traveling on the slope road, and the feeling of strangeness of operation is eliminated. be able to.
[0028]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the power vehicle according to the first or second aspect, wherein the control means is an external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means in the propulsion direction or the operating device. If the output in the propulsion direction obtained by separating the output from is within the stop limit value set in advance, position control in which the position displacement in the propulsion direction is set to zero is performed.
[0029]
In the above configuration, when the external force (operating force) in the propulsion direction applied by the operator of the motor vehicle to the operation unit or the operating device is smaller than the stop limit value, for example, when the operation handle is only lightly gripped, Since the position control and the command value of the position control are set to zero, the power vehicle can be easily stopped by controlling the power vehicle even on a slope.
[0030]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the power vehicle according to the first or second aspect, the control means is an external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means in the propulsion direction or the operating device. If the output in the propulsion direction obtained by separating the output from is within a preset stop limit value, the speed control is performed so that the speed in the propulsion direction is zero.
[0031]
In the above configuration, when stopping the motor vehicle on a slope, the speed cannot be completely fixed to zero, and the vehicle body repeatedly descends and rises repeatedly and goes down the slope. It has an effect of calling attention so as not to let go of the operation unit or the operation unit, and it is easy to understand that it is unsafe for the operator.
[0032]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the power vehicle according to the sixth, ninth, or eleventh aspect, the control means includes a road surface inclination angle, a traveling speed, and a current value of a driving motor that drives a driving wheel. And a storage section that stores two pieces of relationship information, and the inclination angle detection means estimates a road surface inclination angle based on the travel speed and motor current value detected by the control means and information in the storage section.
[0033]
In the above configuration, the road surface inclination without using any special hardware based on the data table of the road surface inclination angle, the traveling speed, and the driving motor current value obtained in advance and the traveling speed and the motor current value detected by the control means. The angle can be estimated.
[0034]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the power vehicle according to the sixth, ninth, or eleventh aspects, the inclination angle detecting means includes a potentiometer and a weight that is connected to a rotation shaft of the potentiometer and indicates a vertically downward direction. It is comprised from.
[0035]
In the above configuration, a change in the inclination angle of the road surface can be changed to a change in the rotation angle of the rotary shaft of the potentiometer, and the change in the rotation angle can be detected as a change in the resistance value of the potentiometer. Can be provided.
[0036]
A sixteenth aspect of the invention is the power vehicle according to the fifteenth aspect, wherein the inclination angle detecting means is provided in a direction orthogonal to the propulsion direction.
[0037]
In the above configuration, since the inclination angle detection means can detect the inclination angle of the road surface in the direction orthogonal to the propulsion direction, the traveling road surface is not inclined in the propulsion direction, but in the direction orthogonal to the propulsion direction. It is possible to perform control corresponding to the case where the vehicle is inclined, and to take measures to prevent a single flow of the motor vehicle due to the inclined state of the road surface.
[0038]
According to a seventeenth aspect of the invention, there is provided the power vehicle according to the sixteenth aspect, wherein the control means detects the inclination of the road surface in the direction orthogonal to the propulsion direction from the external force detection means with respect to the steering direction. The steering force by the speed control is generated on the drive wheel based on the external force in the steering direction obtained by separating the output of the steering wheel or the output in the steering direction obtained by separating the output from the operating device.
[0039]
In the above configuration, when the inclination of the road surface in the left-right direction of the vehicle body is detected, speed control (angular speed control) is performed in the steering direction, so that the rotation speeds of the left and right drive motors can be made the same regardless of the inclination angle. It is possible to improve the straight traveling performance and to prevent one-way flow and wobbling due to the inclination of the road surface. Further, when the road surface is not inclined, if the left and right drive motors are torque controlled in the steering direction, the power efficiency is improved and the battery life can be extended.
[0040]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the power vehicle according to the sixth, ninth, or eleventh aspects, the tilt angle detecting means includes a traveling state detecting means for detecting the rotational speed and current value of the drive motor, and the detection. When the traveling speeds of the left and right drive wheels calculated from the number of rotations of the driven motor are substantially the same and the detected left and right motor current values differ by a certain time or more, the road surface is inclined in a direction perpendicular to the propulsion direction. It is judged that there is.
[0041]
In the above configuration, the tilt angle in the direction orthogonal to the propulsion direction can be estimated simply from the rotation speed of the drive motor and the motor current value by calculation.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a power vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Common members in the drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. First, a power vehicle with power assist will be described, and a self-propelled power vehicle without power assist will be described later. As shown in FIG. 1, a power-assisted wheelchair 1 that is a powered vehicle that carries a person and moves from behind has drive wheels 3 on the left and right in the vicinity of the center of a vehicle body 2 constituting a seat. It has a pair of universal wheels 4. The left and right drive wheels 3 are independently driven by a drive motor 5, and the drive power source is a detachable battery 51. The operation unit 6 located behind the vehicle body 2 is a handle that is gripped by a person on the ground to operate the wheelchair 1 while walking, and an external force applied by the operator to the operation unit 6 is fixed to the operation unit 6. The external force detecting means 7 for detecting is provided. When an external force that operates the wheelchair 1 in the front-rear direction 6a (propulsion direction) and the left-right direction 6b (steering direction) is applied to the operation unit 6, the operation force of the person is detected by the external force detection means 7, and the information is the control means 8 And a motor drive command is issued from the control means 8 to the drive motor 5. If the direction of the person's operating force is the forward / rearward direction 6a, the traveling direction of the wheelchair 1 is directed in the propulsion direction F and the backward direction B, and if it is in the left / right direction 6b, the traveling direction of the wheelchair 1 is directed in the right turning direction R and the left turning direction L. The driving wheel 3 is individually rotated by an individual motor drive command, and the wheelchair 1 is driven to travel. The running state of the wheelchair 1 is grasped by the control means 8 by detecting the rotational speed and driving current of the left and right drive motor 5 by the running state detecting means 9 and transmitting the output signal to the control means 8. The rotation speed of the drive motor is measured by, for example, an encoder disposed in the drive motor 5.
[0043]
The control and operation of the wheelchair 1 will be described. The control means 9 controls the drive wheels 3 on the left and right according to the detected magnitude of the human operation force, and adjusts the drive torque of the drive motor 5 so as to reduce the human operation load. In the case of the wheelchair 1, the driving wheel 3 is arranged on the left and right of the wheelchair 1, and the free wheel 4 is arranged on the front left and right of the driving wheel. Move to (arrows F, B). In addition, when the rotational speed of the drive wheel 3 is different between the left and right, the wheelchair 1 can be turned (arrows R and L).
[0044]
Further, the control procedure and contents will be described with reference to FIGS. The external force applied to the operation unit 6 is detected by the external force detection means 7 and is decomposed by the control means 8 into an external force in the propulsion direction and an external force in the steering direction. The control means 8 calculates the propulsive force by multiplying the external force in the propulsion direction by the required amplification factor, calculates the steering force by multiplying the external force in the steering direction by the required amplification factor, and passes through the drive motor 5. An assist force for propulsion and steering is generated on the drive wheel 3. At this time, the control means 8 uses (1) torque control based on the external force detection value in the propulsion direction and the external force detection value in the steering direction that constitute the external force applied to the operation unit 6. , (2) position control, (3) speed control, and (4) acceleration control can be set to any one of the four control methods, and these control methods can be set for each of the propulsion direction and the steering direction. Different schemes can be set. For example, paying attention to the magnitude of the external force detection value in the propulsion direction or the external force detection value in the steering direction that constitutes the external force applied to the operation unit 6, the control method is set in a range close to approximately 0 and other ranges for each value. Can be switched. Further, paying attention to the change speed of the force detection value, the control method can be switched for a sudden change and a gentle change of the external force. Furthermore, based on the force detection value, the current rotation value of the drive motor obtained by the encoder arranged in the drive motor 5 or the rotation speed calculated therefrom, or the left and right motor current values detected by the traveling state detection means 9 are used. If the control method is switched based on this, it is possible to control the wheelchair 1 more finely and to realize a smooth and stable operation of the wheelchair 1.
[0045]
As described above, the control by the control means 8 is performed separately for the propulsion direction and the steering direction, as shown in FIG. Based on the left / right motor rotation speed, the left / right motor current value, and the external force in the propulsion / steering direction, the control method is switched by the control switching unit of the control means.
[0046]
(Control concept and terminology)
Here, the control concept and terminology of a power vehicle in general explained below will be explained. The propulsion direction includes the front direction which is the direction of the central axis of the power vehicle and the pushing direction and the rear direction which is the pulling direction. The propulsive force is an average value of the assist force generated on the left and right drive wheels, and is related to the linear movement of the center of gravity of the motor vehicle. The propulsive force takes a positive / negative value. When positive, it moves forward, and when negative, it moves backward. . The steering direction is, for example, a rotational direction around the center of gravity of the power vehicle, and includes a right turn and a left turn. The steering force is a force that causes the left-right turn and is given a positive or negative sign depending on the rotation direction. Torque control is control focused on the energy supplied to the drive wheels, and is related to the supplied power consisting of the motor current and voltage. Position control has different meanings depending on the propulsion direction and the steering direction. The position control in the propulsion direction is control paying attention to the linear movement distance, and is related to the average rotational speed of the left and right drive wheels. Position control in the steering direction is a control that focuses on the steering angle, that is, the angle (steering angle) when the direction of the vehicle body changes due to the turning of the vehicle body from the propulsion direction at one time point to the propulsion direction at the next time point. This is related to the difference in the number of rotations. Similarly, speed control and acceleration control in the propulsion direction are related to the average rotational speed and acceleration of the left and right drive wheels. Further, the speed control and the acceleration control in the steering direction are the control of the steering angular velocity that is the time change amount of the steering angle and the steering angular acceleration that is the time change amount. Related to. The single flow is a phenomenon in which the motor vehicle tends to move in a direction different from the steering direction intended by the operator, for example, to the left or right in the traveling direction while the power vehicle is traveling. The single flow is generated when the motor vehicle is traveling on the slope and tries to move below the slope (the valley side). Further, even when traveling on a flat ground, if the friction coefficient between the driving wheel and the ground is different between the left and right driving wheels, a single flow occurs as on the slope.
[0047]
(Self-propelled wheelchair)
Next, another example of the power vehicle according to the embodiment of the present invention is shown in FIGS. The self-propelled wheelchair 20 is provided with an operating device 10 on the front side surface of the passenger by which a person riding on the wheelchair 20 operates the wheelchair 20 by himself / herself. Propulsion and steering operations are performed by a joystick operating lever 10a provided in the operating device 10. The operation lever 10a is rotatably supported at its lower end, and the direction angle when the operation lever 10a is tilted and the inclination angle from the vertical direction are detected by the operation detection means 7a provided at the support portion at the lower end of the operation lever 10a. These values are output from the controller 10 to the control means 8. Here, the direction in which the operation lever 10a is tilted corresponds to the direction in which the wheelchair 20 is advanced, that is, the steering direction, and the inclination angle of the operation lever 10a is the speed, acceleration, or distance at which the wheelchair 20 is to travel. Correspond. The inclination angle has a positive or negative sign, and when it is tilted forward, it moves forward, and when it tilts backward, it moves backward, and the magnitude of speed or the like changes according to the magnitude. Based on this output, the control means 8 separates the output in the propulsion direction and the output in the steering direction, and command values for causing the drive wheels to generate driving force for propulsion and steering based on the respective outputs. And a drive command is output to the left and right drive motors. The control means 8 can set the control method for generating the driving force to a different method among the four control methods for each of the propulsion direction and the steering direction based on the output from the operating device 10. .
[0048]
(Power vehicle with power assist)
5A and 5B, the power assist cart 22 includes drive wheels 3 at the center, left and right lower portions of the vehicle body 2, and free wheels 4 at the front, rear, and lower portions of the center axis of the vehicle body 2. Yes. An operation unit 6 is provided on the front upper side of the vehicle body via an external force detection unit 7. When an external force is applied to the operation unit 6 by adding a left / right twisting action to the front / rear push / pull, the external force is detected by the external force detection means 7 and information is output to the control means 8. The control means 8 calculates a command value for generating an assist force for propulsion and steering based on the information, and controls the drive motor based on the command value. The control means 8 sets the control method for generating the assist force to a different method among the four control methods for each of the propulsion direction and the steering direction based on the external force applied to the operation unit 6. Can do.
[0049]
(Propulsion and steering: both torque control)
Next, a control flow in the case where the same control method is used for the propulsion direction and the steering direction will be described with reference to FIGS. In the following description, the power assist wheelchair 1 shown in FIG. 1 is assumed as a power vehicle. However, the object of the following description is not limited to this wheelchair 1, and the power assist cart 22 is Also targeted. The same explanation can be applied to the self-propelled wheelchair 20 except that there is no external force. FIG. 6 shows a flowchart of power assist by torque control performed by the control means 8. After the start of the power assist control, the external force applied to the operation unit 6 is detected by the external force detection means 7 (S11). This information is transmitted to the control unit 8, and the control unit 8 separates the external force in the propulsion direction and the external force in the steering direction (S12). The propulsive torque command value is calculated by multiplying the detected external force in the propulsion direction by the required torque amplification factor, and the steering torque command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the required torque amplification factor. (S13). The propulsion torque command value and the steering torque command value are recalculated as the left and right command values output to the drive units that drive the left and right motors (S14), and are output to the drive units (S15). The drive unit that has received the right command value and the left command value energizes the left and right drive motors with a required drive current based on the command value to generate an assist force having a torque based on the command value on the drive wheel. The control means 8 repeats steps S11 to S15 at a predetermined control cycle and continues torque control.
[0050]
(Propulsion / steering: position control for both)
FIG. 7 shows a flowchart of power assist by position control performed by the control means 8. In this flow, external force detection and separation (S21, S22) are the same as in the case of the torque control. The propulsion distance command value is calculated by multiplying the detected external force in the propulsion direction by the required distance amplification factor, and the steering angle command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the required angle amplification factor. (S23). The propulsion distance command value and the steering angle command value are recalculated as left and right command values to be output to the drive units that drive the left and right motors (S24), and are output to the drive units (S25). The drive unit that has received the right command value and the left command value drives the left and right drive motors by applying a required drive current to the left and right drive motors based on the command values to obtain a moving distance and a turning angle (steering angle) based on the command values. Each wheel is controlled to rotate. By providing the drive motor 5 with a control device such as an encoder capable of detecting the rotation speed of the drive motor, and hence the rotation speed of the drive wheel, feedback of position control is performed so that the left and right command values are obtained. The control means 8 repeats steps S21 to S25 at a predetermined control cycle and continues position control.
[0051]
(Propulsion and steering: both speed control)
FIG. 8 shows a flowchart of power assist by speed control performed by the control means 8. In this flow, external force detection and separation (S31, S32) are the same as in the case of the torque control. The propulsion speed command value is calculated by multiplying the detected external force in the propulsion direction by the required speed amplification factor, and the steering angular velocity command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the required angular velocity amplification factor. (S33). The propulsion speed command value and the steering angular speed command value are recalculated as left and right command values to be output to the drive units that drive the left and right motors (S34), and are output to the drive units (S35). The drive unit that has received the right command value and the left command value supplies the required drive current to the left and right drive motors based on the command value to obtain the propulsion speed and the steering angular speed based on the command value. Rotate by controlling each. The drive motor 5 is provided with a control device such as an encoder or a tachometer capable of detecting the rotation speed of the drive motor, and hence the rotation speed of the drive wheel, so that the feedback of the speed control and the angular speed control can be made so that the left and right command values are obtained. Is done. The control means 8 repeats steps S31 to S35 at a predetermined control cycle and continues the speed control.
[0052]
(Propulsion and steering: both acceleration control)
FIG. 9 shows a flowchart of power assist by acceleration control performed by the control means 8. In the same flow, external force detection and separation (S41, S42) are the same as in the case of the torque control. The propulsion acceleration command value is calculated by multiplying the detected external force in the propulsion direction by the required acceleration amplification factor, and the steering angular acceleration command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the required angular acceleration amplification factor. (S43). The propulsion acceleration command value and the steering angular acceleration command value are recalculated as left and right command values to be output to the drive units that drive the left and right motors (S44), and are output to the drive units (S45). Upon receiving the right command value and the left command value, the drive unit rotates the left and right drive wheels to obtain propulsion acceleration and steering angular acceleration based on the command value by energizing the left and right drive motors with the required drive current based on the command value. Rotate by controlling each. The drive motor 5 includes a control device such as an encoder or a tachometer that can detect the rotational acceleration of the drive motor, and hence the rotational acceleration of the drive wheel, so that the left and right command values can be controlled so that the left and right command values are obtained. Feedback is performed. The control means 8 repeats steps S41 to S45 at a predetermined control cycle and continues the acceleration control.
[0053]
In the above description, the control flow for performing the same control method for both the propulsion direction and the steering direction has been described. However, a case where different control methods are used for the propulsion direction and the steering direction will be described below. There are four types of control methods used in the present invention: (1) torque control, (2) position control, (3) speed control, and (4) acceleration control. Among these, the propulsion direction and the steering direction are selected. The control means is provided with a control switching unit that selects and switches different control methods. For control switching, it is necessary to determine the timing for switching the control method, and this determination is performed using a detection sensor in the traveling state detection means. Based on the obtained sensor output, the respective control methods of the propulsion direction and the steering direction are switched. As the running state detection sensor, for example, a sensor that detects an inclination angle of a road surface, a sensor that detects unevenness of a road surface, a sensor that detects a load, and the like are used. In this way, by sequentially switching the control method according to the road surface condition (road slope angle, rough terrain, uneven road, etc.), straight running stability when driving a power assist vehicle can be obtained, and one-way, wobbling Etc. can be prevented, and safety can be improved.
[0054]
(Propulsion: Torque control, Steering: Speed control)
Next, a control flow when different control methods are used for the propulsion direction and the steering direction will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows a control flow when power assist is performed by torque control for the propulsion direction and power assist is performed by speed control for the steering direction. After the start of the power assist control, the external force applied to the operation unit 6 is detected by the external force detection means 7 (S101). This information is transmitted to the control means 8, and the control means 8 separates the external force in the propulsion direction and the external force in the steering direction (S102). The propulsion torque command value is calculated by multiplying the detected external force in the propulsion direction by the required torque amplification factor, and the steering angular velocity ω1 command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the required angular velocity amplification factor. (S103). Next, the current rotational speeds of the left and right drive wheels are detected (S104), and the current steering angular speed ω0 is calculated from the rotational speed difference between the left and right drive wheels (S105). The speed control of the steering angular velocity is performed by PI control with respect to the target value. Therefore, the steering angular velocity ω1 calculated as the command value is set as a target value for PI control (S106). Next, the difference between the current outputs to be applied to the left and right motors necessary to change the current steering angular velocity ω0 to the target steering angular velocity ω1 by PI control is calculated (S107). The calculated value is called a left / right difference current command value. Further, the propulsion torque command value is converted into a propulsion current command value that is a current value to be passed through the drive motor (S108). The propulsion current command value and the left / right difference current command value are recalculated as a left / right command value to be output to the drive unit that drives the left and right motors (S109) and output to the drive unit (S110). In the recalculation to the left and right command values, ½ of the propulsion current command value is distributed to the left and right drive motors, and ½ of the left and right difference current command value is plus for one drive motor, and for the other drive motor. Minus. The drive unit that has received the right command value and the left command value supplies the driving force with the driving torque and the steering angular velocity based on the command value by energizing the left and right drive motors with the required drive current based on the left and right command values. generate. The control means 8 repeats steps S101 to S110 at a predetermined control cycle to perform torque control in the propulsion direction and angular velocity control in the steering direction, and continue control so that a desired operation is obtained. The rotational angular speed of the left and right wheels is obtained based on the difference in rotational speed between the left and right drive wheels by measuring the rotational speed of each wheel using a tachometer or an encoder.
[0055]
In the propulsion direction, the above control method is a torque control with a good driving efficiency among the four control methods (generally, according to the torque control, the travel distance is the longest for the same drive battery capacity, and the power efficiency is Better) is used in the propulsion direction to reduce battery consumption. In addition, because the steering direction is controlled by angular velocity, it is possible to prevent unexpected sudden turns due to the influence of gravity components parallel to the slope when running on slopes, and sudden fluctuations when running on road surfaces with low frictional resistance. . Furthermore, the influence of inertial force can be prevented and the stability against turning / wobble is further improved as compared with angle control and torque control in which the angular velocity of steering is not controlled. When traveling on a slope or road surface with low frictional resistance, it is possible to prevent an unexpected sudden turn in the steering direction and a single flow due to slipping.
[0056]
(Propulsion: torque control, steering: acceleration control)
FIG. 11 shows a control flow when power assist is performed by torque control for the propulsion direction and power assist is performed by acceleration control for the steering direction. After the start of the power assist control, the external force applied to the operation unit 6 is detected and separated in the same manner as described above (S201, S202). The propulsion torque command value is calculated by multiplying the detected external force in the propulsion direction by the required torque amplification factor, and the steering angular velocity a1 command value is obtained by multiplying the external force in the steering direction by the required angular acceleration amplification factor. Calculated (S203). Next, the current rotational acceleration of the left and right driving wheels is detected (S204), and the current steering angular acceleration a0 is calculated from the rotational acceleration difference between the left and right driving wheels (S205). The steering angular acceleration is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the steering angular acceleration a1 calculated as the command value is set as a target value for PI control (S206). Next, a difference in current output to be applied to the left and right motors necessary for changing the current steering angular acceleration a0 to the target steering angular acceleration a1 is calculated by PI control (S207). The calculated value is called a left / right difference current command value. Thereafter, steps S208 to S210 are performed in the same manner as described above. The rotational angular acceleration of the left and right wheels can be obtained by detecting the rotational speed of each wheel with a tachometer and performing first-order differentiation, or by second-order differentiation of the rotation angle detection value detected by the encoder. A steering angular acceleration is calculated based on each of the rotational angular accelerations.
[0057]
As described above, by performing the steering angular acceleration control in the steering direction, there is an effect that it is less susceptible to the influence of gravity and inertial force than when performing torque control. Further, by performing the steering angular acceleration control, a natural feeling can be obtained in the operational feeling as compared with the case where the steering direction is controlled by the speed control. This is because force and acceleration are proportional. If the operating force is increased, the acceleration will naturally increase, but even if the operating force is increased and the speed increases, the force and speed are not proportional to each other. Arise. In practical use, it is necessary to use the differential of the output of the tachometer and the second derivative of the encoder output, which increases the error. However, as in the previous case, there is an advantage of improving the stability against turning / flickering, Unexpected sudden turning or one-way flow in the steering direction when traveling on a road surface with low frictional resistance can be prevented.
[0058]
(Propulsion: Torque control, Steering: Position control)
FIG. 12 shows a control flow when power assist is performed by torque control for the propulsion direction and power assist is performed by position control (angle control) for the steering direction. After the start of the power assist control, the external force applied to the operation unit 6 is detected and separated in the same manner as described above (S301, S302). The propulsion torque command value is calculated by multiplying the detected external force in the propulsion direction by the required torque amplification factor, and the steering angle φ1 command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the required angle amplification factor. (S303). Next, the current rotation angles of the left and right drive wheels are detected (S304), and the current steering angle φ0 is calculated from the rotation angle difference between the left and right drive wheels (S305). The steering angle is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the steering angle φ1 calculated as the command value is set as a target value for PI control (S306). Next, the difference between the current outputs to be applied to the left and right motors required to change the current steering angle φ0 to the target steering angle φ1 by PI control is calculated (S307). The calculated value is called a left / right difference current command value. Thereafter, steps S308 to S310 are performed in the same manner as described above. The rotation angle of the left and right wheels is obtained by an encoder attached to the drive motor.
[0059]
When the angle control (position control) is performed with respect to the steering direction as described above, the straight traveling performance is good. That is, the control effect is the highest when the external force detection value in the steering direction is zero. The angle control has the effect of being less susceptible to the influence of gravity and inertial force than the torque control in the steering direction, and the stability against turning / wobble is improved. Unexpected sudden turning or unidirectional flow in the steering direction can be prevented when traveling on slopes or road surfaces with low frictional resistance.
[0060]
(Steering: Assist gain switching)
Next, a problem caused by the inclination of the road surface in the control method shown in FIGS. 10 and 11 and its solution will be described. When the wheelchair 1 travels on an inclined road, the magnitude of gravity (gravity component parallel to the slope) in the steering direction (the left-right direction of the wheelchair 1) changes depending on the inclination angle of the road surface, so the influence of gravity differs, There is a problem that fine control over the direction cannot be performed. This is a multiplication factor used to calculate the assist gain in the steering direction (the command value for generating the driving force corresponding to the output of the external force detection means or the operating device regardless of the inclination angle of the slope, This is because the value of the angular velocity amplification factor or angular acceleration amplification factor multiplied by the external force in the steering direction in order to obtain each command value is constant.
[0061]
Therefore, as shown in FIG. 13, the vehicle is provided with a road surface inclination angle detecting means 11, and the steering direction control on the slope is performed by changing the assist gain based on the magnitude of the road surface inclination angle θ obtained thereby. Can be improved. As the tilt angle detection means 11, for example, a device that is installed on the side of the lower part of the seat of the vehicle body and that changes the output according to the tilt angle θ can be used (described later). The output of the inclination angle detection means 11 is transmitted to the control means 8, and the control means 8 is set to change the assist gain in the steering direction by this output. The relationship between the tilt angle of the vehicle body 2 with respect to the horizontal plane and the assist gain in the turning direction is determined in advance as a data table by experiment, and is set so that the assist gain in the steering direction increases as the tilt angle of the vehicle body 2 increases. For example, an assist gain AG1 in the steering direction when the tilt angle θ is 0 ° ≦ θ <1 °, and an assist gain AG2 in the steering direction (AG1 <AG2) when the tilt angle θ is 1 ° ≦ θ <2 °. good. This is because, when the inclination of the vehicle body 2 increases, the gravity component that acts on the vehicle body and affects the turn increases, so that the turn movement of the vehicle body 2 also increases, and it is necessary to react the control means quickly. On the other hand, when the lean angle of the vehicle body is small, it is not necessary to urgently correct the turning direction, and the assist gain in the steering direction is also set small so as not to respond very sensitively. Thereby, it is possible to prevent the turning direction from being corrected unnecessarily when there is unevenness on a flat ground or when a small level difference is exceeded.
[0062]
(Propulsion: Torque control and dead zone)
Next, switching of control methods based on the magnitude of the external force detected by the external force detection means 7 will be described with reference to FIGS. Regarding the torque control in the propulsion direction, as shown in FIG. 14, the horizontal axis is the external force x1 in the propulsion direction, and the vertical axis is the propulsion torque command value y1. At this time, a range where the absolute value of the external force x1 in the propulsion direction is small is defined as a dead zone NS1, and during this period, the propulsion torque command value y1 is set to zero. Further, in a region other than the dead zone NS1, x1 and y1 are defined in a linear relationship. The torque control in the propulsion direction is generally performed with assist control provided with such a dead zone.
[0063]
(Steering: speed control and dead zone)
Further, regarding the speed control in the steering direction, as shown in FIG. 15, the dead zone NS2 is also defined in the relationship between the external force x2 in the steering direction and the steering angular velocity command value y2, and the steering angular velocity command value y1 is set to zero during this period. The The dead zone NS2 is determined as a range of −ns2 ≦ x2 ≦ + ns2 by a preset turning limit value ns2. Further, in a region other than the dead zone NS2, x2 and y2 are defined in a linear relationship. When the steering angular velocity control is performed in the steering direction as described above, in the dead zone NS2, unlike the dead zone NS1 in the torque control, the control method is switched to perform position control, that is, steering angle control.
[0064]
(Propulsion: Torque control, Steering: Dead band and position control / speed control switching)
A control flow in the case where the control is switched from the steering angular velocity control to the steering angle control in the dead zone NS2 as described above will be described with reference to FIG. After the start of the power assist control, the external force applied to the operation unit 6 is detected and separated in the same manner as described above (S401, S402). Next, the separated external force in the steering direction is evaluated, and if the value is within a predetermined dead zone (Yes in S403), the propulsive torque command value is calculated by multiplying the external force in the propulsion direction by the torque amplification factor. For the steering direction, the steering angle command value is set to 0 (S404). Next, the current rotation angles of the left and right drive wheels are detected (S405), and the current steering angle φ0 is calculated from the rotation angle difference between the left and right drive wheels (S406). The steering angle is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the steering angle 0 calculated as the command value is set as the target value for PI control (S407). Next, a difference in current output flowing between the left and right motors necessary for setting the current steering angle φ0 to the target steering angle 0 is calculated by PI control (S408). Thereafter, steps S409, S416, and S417 are performed in the same manner as described above. On the other hand, if the external force in the separated steering direction is evaluated and the value is outside the predetermined dead zone (No in S403), the propulsion torque command value is calculated by multiplying the external force in the propulsion direction by the torque amplification factor, For the steering direction, the steering angular velocity ω1 command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the angular velocity amplification factor (S410). Next, the current rotational angular velocities of the left and right drive wheels are detected (S411), and the current steering angular speed ω0 is calculated from the difference between the rotational angular velocities of the left and right drive wheels (S412). The steering angle is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the steering angular velocity ω0 calculated as the command value is set as a target value for PI control (S413). Next, the difference between the current outputs to be applied to the left and right motors required to change the current steering angular velocity ω0 to the target steering angular velocity ω1 by PI control is calculated (S414). Thereafter, steps S415, S416, and S417 are performed in the same manner as described above.
[0065]
As described above, regarding the steering direction, when the angular velocity control (speed control) is performed outside the dead zone, the operation at the start of turning can be smoothly performed. If position control is always used for the steering direction, the operation cannot be performed smoothly at the start of turning, but only when it is close to straight traveling, angle control with good traveling straightness is achieved. Improves. According to the control flow of the present embodiment, straight flow is improved by preventing one-way flow and wobbling during straight running, and at the time of turning, speed control (angular speed control) is performed in the steering direction, and position control (angle control). The feeling of jerky at the time of turning due to is eliminated, and the turning operability including the slope is improved.
[0066]
(Road slope and PI control gain)
Next, problems and solutions when the turning limit value ns2 for determining the area of the dead zone NS2 described in FIG. 15 is constant will be described. When the turning limit value ns2 is constant, the steering direction is finely controlled, as described above, as in the problem that occurs when the wheelchair 1 travels on the slope and the assist gain value in the steering direction is constant. There is a problem that it cannot be controlled. This problem is solved by providing road surface inclination angle detection means, and changing the gain of PI control performed to bring the current value closer to the target value in steering angle control and steering angular speed control based on the inclination angle of the road surface. Can do. Further, the value of the turning limit value ns2 can be changed based on the inclination angle of the road surface, and fine control of the steering direction can be realized. The inclination angle detecting means is installed in the lower part of the seat of the vehicle body and has a structure for changing the output according to the inclination angle (described later). The output of the tilt angle detection means is connected to the control means, and the control means is set to change the gain of the PI control by this output. The relationship between the tilt angle of the vehicle body and the turning limit value ns2 is obtained in advance as a data table through experiments, and is set so that the gain of the PI control increases as the tilt angle of the vehicle body increases. This is because when the inclination of the vehicle body increases, the vehicle turns faster and the control means reacts more quickly and the current value needs to be close to the target value. On the other hand, when the tilt angle of the vehicle body is small, it is not necessary to urgently correct the turning direction, and the turning limit value is increased (the dead zone area is widened) so that the control means reacts very sensitively. Do not. As a result, correction is not performed unnecessarily when there is unevenness on a flat ground or when a small level difference is exceeded.
[0067]
(Steering: Speed control only on ramps)
Next, a description will be given of switching the control method of the steering direction in accordance with the road surface inclination angle value detected by the inclination angle detecting means to reduce battery consumption or alleviate the uncomfortable operation. As for the propulsion direction, a propulsive force by torque control is generated on the drive wheels. As for the steering direction, when it is determined that the vehicle is traveling on an inclined road based on the inclination angle value, speed control is performed, and acceleration control or position control is performed on other than the inclined road. Torque control is power efficient as described above. In addition, by controlling the steering direction only on the slope, the speed can be kept constant regardless of whether the vehicle is turning in the ascending direction or turning in the descending direction. Can be done with a sense. If speed control is performed in all traveling states, power efficiency is deteriorated. However, by limiting speed control, battery consumption can be extended.
[0068]
(Propulsion: Inclination angle and torque control / speed control switching)
Next, switching of the control method performed based on the magnitude of the road surface inclination angle detected by the inclination angle detection means 11 will be described with reference to FIG. After the start of the power assist control, the inclination angle detecting means 11 detects the inclination angle of the road surface (S51), the detected inclination angle is evaluated, and when the inclination angle is larger than a predetermined determination angle, the road surface is sloped. (Yes in S52) and speed control is performed in both the propulsion direction and the steering direction (S53). On the other hand, when the inclination angle is smaller than the determination angle, it is determined that the road surface is flat (No in S52), torque control is performed for the propulsion direction, and speed control is performed for the steering direction (S54). The above steps are performed by the control means 8 at a predetermined control cycle. In the case of running on an inclined road, in the case of torque control in the propulsion direction, a load of gravity is applied, so that the running speed changes compared to a flat ground. Therefore, if the road surface slope is equal to or greater than a certain value, speed control is performed in the propulsion direction, so that the traveling speed during traveling on the slope road can be kept constant, and the uncomfortable feeling of operation can be eliminated.
[0069]
(Propulsion: dead zone and position control / torque control switching, steering: speed control)
Next, switching of the control method in the dead zone when torque control is performed in the propulsion direction will be described with reference to FIGS. 18 and 19. In the torque control in the propulsion direction, as shown in FIG. 18, the range where the absolute value of the external force x3 in the propulsion direction is small is the dead zone NS3, and the dead zone NS3 is a preset stop limit as shown in FIG. By the value ns3, it is defined as a range of −ns3 ≦ x3 ≦ + ns3. In this range, the propulsion torque command value y3 is set to zero. Further, in a region other than the dead zone NS3, x3 and y3 are defined in a linear relationship. In this embodiment, the dead zone NS3 is switched from torque control to position control.
[0070]
FIG. 19 shows a control flow in the above case. After the start of the power assist control, the external force applied to the operation unit 6 is detected and separated in the same manner as described above (S501, S502). Next, the external force in the separated propulsion direction is evaluated, and if the value is within a predetermined dead zone (Yes in S503), the propulsion direction is set to the position control method, and the propulsion distance command value is set to zero. For the steering direction, the steering angular velocity ω1 command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the angular velocity amplification factor (S504). Next, the current rotational speeds of the left and right drive wheels are detected (S505), and the current steering angular speed ω0 is calculated from the rotational speed difference between the left and right drive wheels (S506). The steering angular velocity is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the steering angular velocity ω1 calculated as the command value is set as a target value for PI control (S507). Next, the difference between the current outputs to be applied to the left and right motors necessary for setting the current steering angle velocity ω0 to the target steering angle ω1 is calculated by PI control. The calculated value is set as the left / right difference current command value (S508). Subsequently, the current rotation angles of the left and right drive wheels are detected (S509), and the propulsion distance d0 is calculated from the average of the rotation angles of the left and right drive wheels (S510). The propulsion distance is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the propulsion distance 0 calculated as the command value is set as the target value for PI control (S511). Next, the sum of the current outputs to be supplied to the left and right motors necessary for setting the current driving distance d0 to the target driving distance 0 is calculated by PI control. The calculated value is set as a propulsion current command value (S512). Thereafter, steps S519 and S520 are performed in the same manner as described above.
[0071]
On the other hand, in step S503, the external force in the separated propulsion direction is evaluated. If the value is outside the predetermined dead zone (No in S503), the propulsion torque command value is multiplied by the torque amplification factor. For the steering direction, the steering angular velocity ω1 command value is calculated by multiplying the external force in the steering direction by the angular velocity amplification factor (S513). Next, the current rotational speeds of the left and right drive wheels are detected (S514), and the current steering angular speed ω0 is calculated from the rotational speed difference between the left and right drive wheels (S515). The steering angle is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the steering angular velocity ω1 calculated as the command value is set as the target value for PI control (S517). Next, the difference between the current outputs to be applied to the left and right motors necessary to change the current steering angular velocity ω0 to the target steering angular velocity ω1 by PI control is calculated. The calculated value is set as the left / right difference current command value (S517). Thereafter, steps S518, S519, and S520 are performed in the same manner as described above. The above steps are repeated at predetermined control cycles by the control means, and a desired operation is obtained.
[0072]
According to the control flow described above, the wheelchair can be easily stopped from moving even on a slope. Stopping movement is to make the change in position zero, and it can be stopped reliably by position control. When the external force (operating force) in the propulsion direction applied by the wheelchair operator to the operation section is smaller than the stop limit value (within the dead zone), for example, if the operator only grabs the operation handle lightly, position control is performed in the propulsion direction. The reason for setting the position control command value to zero is to control the wheelchair and stop its movement.
[0073]
(Propulsion: dead zone and speed control / torque control switching, steering: speed control)
Next, switching of the control method in the dead zone when torque control is performed in the propulsion direction will be described with reference to FIGS. 20 and 21 in the case of switching to speed control instead of switching to the above-described position control. . As shown in FIG. 20, the dead zone NS4 is defined by the stop limit value ns4 as in FIG. In this range, the propulsion torque command value y4 is set to zero. Further, in a region other than the dead zone NS4, x4 and y4 are defined in a linear relationship. In this embodiment, the dead zone NS4 is switched from torque control to speed control. The control flow in this case is shown in FIG. In the control flow of this embodiment, the steps S604 and S608 to S612 are different from the flow in FIG. 19 described above. Description will be made by paying attention to this step portion. If the separated external force in the propulsion direction is evaluated and the value is within a predetermined dead zone (Yes in S603), the propulsion direction is set to the speed control method, and the propulsion speed command value is set to 0 (S604). ). Thereafter, the current rotational speeds of the left and right drive wheels are detected (S609), and the propulsion speed v0 is calculated from the average of the rotational speeds of the left and right drive wheels (S610). The propulsion speed is controlled by PI control with respect to the target value. Therefore, the propulsion speed 0 calculated as the command value is set as the target value for PI control (S611). Next, the sum of the current outputs to be supplied to the left and right motors necessary for setting the current propulsion speed v0 to the target propulsion speed 0 is calculated by PI control. The calculated value is set as a propulsion current command value (S612). Thereafter, steps S619, S620, and other steps are performed in the same manner as described above. According to the control flow described above, when stopping on a slope, the speed cannot be completely fixed to zero, and the vehicle body repeatedly descends and rises repeatedly and tries to descend below the slope. This has the effect of alerting the operator not to let go of the operation unit, currently stopping on the slope.
[0074]
(Inclination angle estimation)
Next, so-called software-like inclination angle detecting means for estimating the inclination angle of the road surface from the traveling speed and the current value of the drive motor will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 22A and 22B, when the wheelchair climbs, the motor current value MI increases, the traveling speed V decreases, and when the wheelchair descends, the motor current value MI decreases, The traveling speed V increases. Further, the current value MI of the drive motor can be converted into the drive torque of the drive wheel. For these reasons, the control means obtains three pieces of relational information including the road surface inclination angle θi, the traveling speed Vi, and the current value MI of the drive motor that drives the drive wheel (or the drive torque TRi calculated from the current value MI). By providing the stored storage unit (data table), based on the traveling speed V and the motor current value MI detected by the traveling state detecting means, and the relation information (θi, Vi, MIi or TRi) stored in the storage unit. Thus, the road surface inclination angle θ can be estimated.
[0075]
A flow for estimating the road surface inclination angle will be described with reference to FIG. After the start of the inclination angle estimation flow, the rotational speeds of the left and right drive motors are detected (S61), and the vehicle body propulsion direction speed V is calculated from the rotational speeds (S62). Further, the current values MI of the left and right drive motors are measured (S63), and the drive torque TR in the vehicle body propulsion direction is calculated based on the current values (S64). Then, a set corresponding to the set of the detected traveling speed V in the propulsion direction and the drive torque TR is found from the data table value of the storage unit arranged in the control means, and the set (Vi, TRi) is determined. The inclination angle θi is estimated (S65). The data table divides the range of the drive torque into a certain range and has the above table for each range of the drive torque. By having such a data table, the tilt angle can be estimated without using special hardware.
[0076]
(Inclination angle detection means / hardware)
Next, an embodiment in which the tilt angle detecting means is configured by hardware from a potentiometer and a weight unlike the above will be described with reference to FIGS. 24 and 25. FIG. As shown in FIG. 24 (a), the road surface inclination angle detecting means 11 connects a rotary potentiometer (high-precision ohmmeter) 11, a weight 33 supporting the vertical direction, and a support rod 34 thereof. It consists of a connecting member 35. The potentiometer 31 is fixed with respect to the vehicle body, and the weight 33 rotates around a rotating shaft (not shown) of a weight fixed with respect to the vehicle body to indicate a vertically downward direction. As the vehicle body tilts, the weight 33 is swung in the direction of arrow a, and the rotary shaft 32 of the potentiometer is rotated in the direction of arrow b via the support rod 34 and the connecting member 35, thereby being orthogonal to the rotational axis of the weight. The road surface inclination angle in the direction to be detected is detected and output from the potentiometer 31. Thus, the inclination angle detection means 11 changes the change in the inclination angle of the road surface into the change in the rotation angle of the rotation shaft of the potentiometer, and detects the change in the rotation angle as a change in the resistance value of the potentiometer. The potentiometer 31 and the weight 33 may be directly connected as shown in FIG. Such an inclination angle detection means 11 is built in a housing or the like, and is disposed on the side surface of the wheelchair body so as not to interfere with the folding of the wheelchair as shown in FIG.
[0077]
(Slope side running)
Next, a case where the wheelchair moves in the lateral direction (contour line direction) on the slope will be described below. As shown in FIG. 26, the front-rear direction of the wheelchair 1 is the traveling direction D, and the left-right direction is defined as a direction T orthogonal to the traveling direction. Further, as shown in FIG. 27, when the wheelchair 1 travels on the inclined road surface S with the vehicle body 2 tilted to the left and right, that is, when the wheelchair 1 moves in the lateral direction (contour direction), A force due to gravity acts on 2 in the direction of the arrow W. Therefore, when the wheelchair 1 performs the control of the driving wheel 3 at the same left and right (for example, the same driving torque output), the wheelchair 1 is caused to flow in the direction of the arrow W (below the slope, the valley side, the direction of the arrow T in FIG. 26). become. Therefore, the inclination angle detecting means is provided so as to detect the inclination angle in the direction of the arrow T orthogonal to the propulsion direction, and detects the inclination in the left-right direction with respect to the traveling direction, and according to the amount of inclination, the drive wheel 3 A predetermined amount of driving torque is added to the trough-side wheels. Thereby, even when traveling on the inclined surface in the lateral direction, it is possible to prevent a single flow toward the valley side. The additional amount of drive torque is experimentally determined in advance according to the amount of tilt and is provided in the control means as a data table. Further, as a mechanism for detecting the lean amount of the vehicle body, a mechanism such as the above-described weight and rotary potentiometer can be used.
[0078]
(Slope side running)
Next, stabilization of steering when traveling on a slope will be described. When the inclination angle detection means detects the inclination of the road surface in the direction orthogonal to the propulsion direction, speed control is performed in the steering direction. As a result, the rotational speeds of the left and right drive motors can be made the same regardless of the inclination angle, so that it is possible to prevent unilateral flow and wobbling due to the inclination of the road surface. Further, when the road surface is not inclined, if the left and right drive motors are torque controlled in the steering direction, the power efficiency is improved and the battery life can be extended.
[0079]
(Estimation of lateral inclination)
Next, detection of the rotational speed and current value of the drive motor and determination of the slope state of the road surface in the direction orthogonal to the propulsion direction by software will be described. By providing a running state detection means for detecting the rotational speed and current value of the drive motor, the rotational speed and current value of the drive motor are detected, and the traveling speed of the left and right drive wheels is calculated from the detected rotational speed of the drive motor. Compare this. If the traveling speeds of the left and right wheels are substantially the same and the detected left and right motor current values differ by a certain time or more, it is determined that the road surface is inclined in a direction orthogonal to the propulsion direction. By simply estimating in this way, operability can be easily improved without requiring a special device. For example, when traveling on flat ground, the rotational speeds of the left and right drive wheels are substantially the same, and the current values of the left and right drive wheels are also substantially equal. However, as shown in FIG. 27 above, when the wheelchair is traveling on an inclined track, the current value of the drive wheel on the lower slope side (valley side) when the rotational speeds of the left and right drive wheels are substantially the same. Becomes larger than the current value of the driving wheel on the upper side of the slope (the mountain side). In general, for a running state of a wheelchair under a certain condition (for example, when running straight on an inclined road surface having a constant friction coefficient), the inclination angle of the traveling road surface and the left and right driving wheels The difference between the drive motor current values indicates a certain relationship. Therefore, the tilt angle and the difference between the current values of the left and right drive wheels are obtained in advance, and the tilt angle in the left-right direction of the wheelchair can be estimated by providing the control means as a data table and referring to it.
[0080]
The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, the order of the steps in the control flow is not limited to the order described above, and the order of the steps can be changed when the same result or a better result is obtained. In the position or speed control described above, PI control is used as control performed toward reaching the target value. However, PID control or other types of control can be performed as the control method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a wheelchair with power assist according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the wheelchair.
FIG. 3 is a block diagram for explaining the control system of the wheelchair.
FIG. 4 is a perspective view showing a modification of the wheelchair.
5A is a perspective view of a cart with power assist according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a plan view seen from the back side thereof.
FIG. 6 is a flowchart of a power assist operation according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing another example of the power assist operation.
FIG. 8 is a flowchart showing another example of the power assist operation.
FIG. 9 is a flowchart showing another example of the power assist operation.
FIG. 10 is a flowchart showing another example of the power assist operation.
FIG. 11 is a flowchart showing another example of the power assist operation.
FIG. 12 is a flowchart of a power assist operation according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a power assisted transport vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram for explaining propulsion direction control of power assist according to the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining the steering direction control.
FIG. 16 is a flowchart of a power assist operation including switching of a control method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an operation flowchart showing another example of the power assist operation.
FIG. 18 is a diagram for explaining propulsion direction control of power assist according to the embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram for explaining another example of propulsion direction control.
FIG. 20 is a flowchart of a power assist operation including switching of a control method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a flowchart showing another example of the power assist operation.
FIG. 22A is a diagram for explaining a traveling state when the motor vehicle according to the embodiment of the present invention is climbing up, and FIG. 22B is a diagram for explaining a traveling state when the motor vehicle is descending on the same side;
FIG. 23 is a flowchart for estimating a road surface inclination angle according to the embodiment of the present invention.
24A is a perspective view of a road surface inclination angle detecting means according to the embodiment of the present invention, and FIG. 24B is a perspective view showing the same modification.
FIG. 25 is a perspective view showing a mounting state of the road surface inclination angle detecting means.
FIG. 26 is a perspective view for explaining a traveling direction and a direction orthogonal to the traveling direction.
FIG. 27 is a diagram illustrating a traveling state on an inclined road surface.
FIG. 28 is a plan view of a conventional power assisted transport vehicle.
FIG. 29 is a plan view of a conventional power assisted transport vehicle.
FIG. 30 is a plan view of a conventional power assisted transport vehicle.
FIG. 31 is a perspective view illustrating a traveling state of a power assisted transport vehicle.
[Explanation of symbols]
1 Wheelchair with power assist
2 body
3 Drive wheels
5 Drive motor
6 Operation part
7 External force detection means
8 Running state detection means
9 Control means
10 Controller
11 Inclination angle detection means
6a, F, B, FB
6b, R, L, RL Steering direction

Claims (18)

車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され該操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力に基づいて前記駆動車輪に所定のアシスト力を発生させるための指令値を算出し前記駆動部に出力する制御手段とを備えた動力車において、
前記制御手段は、前記外力検出手段で検出された外力を推進方向の外力と操舵方向の外力とに分離し、それぞれの外力に基づいて前記駆動車輪に推進と操舵のためのアシスト力を発生させる制御方式を、トルク制御、位置制御、速度制御、加速度制御のいずれかの方式に設定でき、かつ、推進方向と操舵方向との各々に対し前記制御方式の中で異なる方式に設定できるようにしたことを特徴とする動力車。Drive wheels disposed on the left and right sides of the vehicle body and independently driven to be used for both propulsion and steering, drive units for driving the drive wheels, operation units provided on the vehicle body, and operation units An external force detection means for detecting an external force applied to the operation section, and a command value for generating a predetermined assist force on the drive wheel based on the external force detected by the external force detection means A power vehicle including a control means for outputting,
The control means separates the external force detected by the external force detection means into an external force in the propulsion direction and an external force in the steering direction, and generates an assist force for propulsion and steering on the drive wheel based on each external force. The control method can be set to any of torque control, position control, speed control, and acceleration control, and can be set to a different method among the control methods for each of the propulsion direction and the steering direction. This is a powered vehicle. 車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動部と、乗車した人が操作を行うため車体に備えられた操作器と、前記操作器からの出力に基づいて前記駆動車輪に所定の駆動力を発生させるための指令値を算出し前記駆動部に出力する制御手段とを備えた動力車において、
前記制御手段は、前記操作器からの出力を推進方向の出力と操舵方向の出力とに分離し、それぞれの出力に基づいて前記駆動車輪に推進と操舵のための駆動力を発生させる制御方式を、トルク制御、位置制御、速度制御、加速度制御のいずれかの方式に設定でき、かつ、推進方向と操舵方向との各々に対し前記制御方式の中で異なる方式に設定できるようにしたことを特徴とする動力車。Driving wheels arranged on the left and right sides of the vehicle body and independently driven to be used for both propulsion and steering, a driving unit for driving each driving wheel, and an operating device provided on the vehicle body for operation by a person on board And a control vehicle that calculates a command value for generating a predetermined driving force in the driving wheel based on an output from the operating device and outputs the command value to the driving unit.
The control means separates the output from the operating device into a propulsion direction output and a steering direction output, and generates a driving force for propulsion and steering on the drive wheel based on the respective outputs. The torque control, the position control, the speed control, and the acceleration control can be set to any method, and the propulsion direction and the steering direction can be set to different methods among the control methods. Powered vehicle. 前記制御手段は、外力検出手段又は操作器からの出力に基づいて推進方向及び操舵方向の各々に設定される制御方式を、トルク制御、位置制御、速度制御、加速度制御のいずれかに切り替える制御切替部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。The control means switches the control method set in each of the propulsion direction and the steering direction based on the output from the external force detection means or the operating device to any one of torque control, position control, speed control, and acceleration control. The power vehicle according to claim 1, further comprising a portion. 前記制御手段は、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、
操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき速度制御による操舵力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。The control means includes
The propulsion force by torque control is applied to the drive wheel based on the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means with respect to the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operating device. Generate
Steering force based on the speed control based on the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means for the steering direction or the output in the steering direction obtained by separating the output from the controller is applied to the drive wheel. The power vehicle according to claim 1, wherein the power vehicle is generated. 前記制御手段は、駆動車輪の回転数から加速度を計算する加速度検出手段を備え、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、
操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力及び前記加速度検出手段による加速度検出値に基づき加速度制御による操舵力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。The control means includes acceleration detection means for calculating acceleration from the rotational speed of the drive wheel,
The propulsion force by torque control is applied to the drive wheel based on the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means with respect to the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operating device. Generate
Based on the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means with respect to the steering direction or the output in the steering direction obtained by separating the output from the controller and the acceleration detection value by the acceleration detection means. The power vehicle according to claim 1 or 2, wherein a steering force by acceleration control is generated in the drive wheel. 路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、
前記制御手段は、前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角度の大きさに基づき、外力検出手段又は操作器の出力に対応した駆動力を発生させるための指令値の算出に用いるアシストゲインを変えることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の動力車。Inclination angle detection means for detecting the inclination angle of the road surface,
The control means changes an assist gain used to calculate a command value for generating a driving force corresponding to the output of the external force detection means or the operating device based on the magnitude of the inclination angle detected by the inclination angle detection means. The power vehicle according to claim 4 or 5, characterized in that. 前記制御手段は、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、
操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき位置制御による操舵力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。The control means includes
The propulsion force by torque control is applied to the drive wheel based on the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means with respect to the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operating device. Generate
A steering force based on position control is applied to the drive wheel based on an external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means for the steering direction or an output in the steering direction obtained by separating the output from the controller. The power vehicle according to claim 1, wherein the power vehicle is generated. 前記制御手段は、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御又は加速度制御による推進力を駆動車輪に発生させ、
操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力が予め設定した旋回制限値以内であれば位置制御を選び、旋回制限値外であれば速度制御を選んで、前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき、前記選ばれた制御方式による操舵力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。The control means includes
Propulsion force by torque control or acceleration control based on the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means for the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operation device Generated in the drive wheel,
If the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means for the steering direction or the output in the steering direction obtained by separating the output from the controller is within a preset turning limit value Obtained by selecting position control, selecting speed control if it is outside the turning limit value, and separating the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means or the output from the operating device The power vehicle according to claim 1 or 2, wherein a steering force according to the selected control method is generated in a drive wheel based on an output in a steering direction. 路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、
前記制御手段は、前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角度の大きさに基づき位置制御又は速度制御のゲイン又は前記旋回制限値を変えることを特徴とする請求項８記載の動力車。Inclination angle detection means for detecting the inclination angle of the road surface,
9. The power vehicle according to claim 8, wherein the control means changes the gain of position control or speed control or the turning limit value based on the magnitude of the inclination angle detected by the inclination angle detection means. 路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角値に応じて速度制御、加速度制御、位置制御のいずれかの制御方式を選択し、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づきトルク制御による推進力を駆動車輪に発生させ、
操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき、前記選択された制御方式による操舵力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。Inclination angle detection means for detecting the inclination angle of the road surface,
The control means includes
In accordance with the inclination angle value detected by the inclination angle detection means, one of speed control, acceleration control, and position control is selected,
The propulsion force by torque control is applied to the drive wheel based on the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detection means with respect to the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operating device. Generate
Steering by the selected control method based on the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means for the steering direction or the output in the steering direction obtained by separating the output from the controller. The power vehicle according to claim 1 or 2, wherein a force is generated in the driving wheel. 路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、
前記制御手段は、前記傾斜角検出手段により検出した傾斜角度が予め設定されている値以上となり坂道の昇降と判断された場合、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力に基づき速度制御による推進力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。Inclination angle detection means for detecting the inclination angle of the road surface,
The control means, when it is determined that the inclination angle detected by the inclination angle detection means is equal to or greater than a preset value, and ascending or descending a slope,
The propulsion force by the speed control is applied to the driving wheel based on the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detecting means with respect to the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the controller. The power vehicle according to claim 1, wherein the power vehicle is generated. 前記制御手段は、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力が予め設定した停止制限値以内であれば、推進方向の位置変位を０とする位置制御とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。The control means includes
If the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detecting means for the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operating device is within a preset stop limit value The power vehicle according to claim 1, wherein the position control is performed so that the position displacement in the propulsion direction is zero. 前記制御手段は、
推進方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた推進方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた推進方向の出力が予め設定した停止制限値以内であれば、推進方向の速度を０とする速度制御とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力車。The control means includes
If the external force in the propulsion direction obtained by separating the output from the external force detecting means for the propulsion direction or the output in the propulsion direction obtained by separating the output from the operating device is within a preset stop limit value The power vehicle according to claim 1, wherein speed control is performed so that a speed in a propulsion direction is zero. 前記制御手段は、路面傾斜角度、走行速度、及び駆動車輪を駆動する駆動モータの電流値の３つの関係情報を記憶した記憶部を備え、
前記傾斜角検出手段は、前記制御手段により検出した前記走行速度及びモータ電流値と前記記憶部の情報に基づいて路面傾斜角度を推定することを特徴とする請求項６又は請求項９又は請求項１１に記載の動力車。The control means includes a storage unit that stores three pieces of relational information including a road surface inclination angle, a traveling speed, and a current value of a driving motor that drives a driving wheel,
The said inclination angle detection means estimates the road surface inclination angle based on the said traveling speed and motor current value which were detected by the said control means, and the information of the said memory | storage part, The Claim 6 or Claim 9 characterized by the above-mentioned. 11. The power vehicle according to 11. 前記傾斜角検出手段は、ポテンショメータと、このポテンショメータの回転軸に連結され鉛直下方を指示する重りとから構成されていることを特徴とする請求項６又は請求項９又は請求項１１に記載の動力車。12. The power according to claim 6, 9 or 11, wherein the tilt angle detecting means comprises a potentiometer and a weight connected to a rotating shaft of the potentiometer and indicating a vertically downward direction. car. 前記傾斜角検出手段を、推進方向と直交する方向に備えたことを特徴とする請求項１５記載の動力車。The power vehicle according to claim 15, wherein the inclination angle detecting means is provided in a direction orthogonal to the propulsion direction. 前記制御手段は、前記傾斜角検出手段が推進方向に直交する方向の路面の傾斜を検出した際、操舵方向について前記外力検出手段からの出力を分離して得られた操舵方向の外力又は前記操作器からの出力を分離して得られた操舵方向の出力に基づき速度制御による操舵力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項１６記載の動力車。The control means detects the external force in the steering direction obtained by separating the output from the external force detection means with respect to the steering direction or the operation when the inclination angle detection means detects the inclination of the road surface in the direction orthogonal to the propulsion direction. 17. The power vehicle according to claim 16, wherein a steering force by speed control is generated in the drive wheel based on the output in the steering direction obtained by separating the output from the motor. 前記傾斜角検出手段は、駆動モータの回転数及び電流値を検出する走行状態検出手段を備え、検出した駆動モータの回転数から算出した左右の駆動車輪の走行速度が略同じであり、かつ、検出した左右のモータ電流値が一定時間以上異なる場合、推進方向に直交する方向に路面が傾斜していると判断することを特徴とする請求項６又は請求項９又は請求項１１に記載の動力車。The inclination angle detection means includes travel state detection means for detecting the rotational speed and current value of the drive motor, the travel speeds of the left and right drive wheels calculated from the detected rotational speed of the drive motor are substantially the same, and The power according to claim 6, 9 or 11, wherein when the detected left and right motor current values are different for a predetermined time or more, the road surface is inclined in a direction orthogonal to the propulsion direction. car.
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