JP2015027185A - Personal vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a personal vehicle which reduces downhill turning at the beginning of cant travel and improves straight travel performance during the cant travel by performing a feedforward correction based on a position of the center of gravity.SOLUTION: A personal vehicle, including a vehicle body, right and left drive wheels, an operation unit, a drive part, a revolution speed detecting part, and a control unit, further includes a detection part of a yaw angular velocity ωY and a detection part of a position of the center of gravity of the vehicle body. The control unit includes: means for setting a target vehicle body angular velocity ω1 and a target straight advancing velocity based on a command signal; means 71 which corrects the target vehicle body angular velocity ω1 based on a difference Δω between the target vehicle body angular velocity ω1 and the yaw angular velocity ωY; means 72 which corrects the target vehicle body angular velocity ω1 based on a positional relationship (a right/left distribution ratio RF) between the right and left drive wheels and the position of the center of gravity; means for calculating a target revolution speed based on a post-correction target vehicle body angular velocity ω2 and the target straight advancing velocity; and means for controlling drive force of the drive part based on the target revolution speed and an actual revolution speed.

Description

本発明は電動車いすなどのパーソナルビークルに関し、より詳細には、カント走行時の片流れを軽減したパーソナルビークルに関する。   The present invention relates to a personal vehicle such as an electric wheelchair, and more particularly to a personal vehicle that reduces a single flow during canting.

電動車いすなどのパーソナルビークルが傾斜している路面を横切る方向に直進走行(カント走行)する際に、路面の傾斜がきつく車体のロール角(左右方向の傾斜角)が大きいと片流れの問題が生じやすい。すなわち、直進走行するように乗員が操作部を操作しているにもかかわらず、車体が谷側(傾斜下側)に向かって進む片流れが発生しがちであり、またパーソナルビークルの直進走行性が損なわれがちになる。片流れや直進走行性低下の要因として、左右の駆動輪が分担する荷重の不均衡と、旋回モーメントの発生の2点が考えられる。   When running straight ahead (canting) across a road surface on which a personal vehicle such as an electric wheelchair is inclined, if the roll angle of the vehicle body (tilt angle in the left-right direction) is too large, the problem of uniflow occurs. Cheap. That is, despite the fact that the occupant is operating the operation unit so that the vehicle travels straight, the vehicle body tends to generate a single flow that travels toward the valley side (lower slope), and the personal vehicle travels straight. It tends to be damaged. Two factors can be considered as factors causing a single flow or a decrease in straight traveling performance: an imbalance of loads shared by the left and right drive wheels, and the generation of a turning moment.

乗員の着座姿勢に依存して左右の駆動輪が分担する荷重が不均衡になると、大きな荷重を分担している側の駆動輪で走行トルクを大きくしておかないと、左右の車軸角速度に違いが生じて、パーソナルビークルは直進走行できない。さらに、大きな荷重を分担している側の駆動輪ではタイヤの圧縮変形が顕著になって、他側よりも有効半径が小さくなる。すると、左右の駆動輪の車軸角速度が等しくとも、左右で走行速度が等しくならず、パーソナルビークルは直進走行できない。さらに、パーソナルビークルが走行を開始するときに、左右の駆動輪の荷重の不均衡に対して発進トルクの比率が適正でないと、一方の駆動輪が先に回転し始めて、指令された方向とは違う方向にパーソナルビークルが発進する。   If the load shared by the left and right drive wheels is unbalanced depending on the occupant's seating posture, the left and right axle angular velocities will be different unless the driving torque is increased on the drive wheel that shares the large load. The personal vehicle cannot travel straight ahead. Further, in the driving wheel on the side sharing a large load, the tire is significantly compressed and deformed, and the effective radius is smaller than that on the other side. Then, even if the axle angular velocities of the left and right drive wheels are equal, the traveling speeds are not equal on the left and right, and the personal vehicle cannot travel straight. Furthermore, when the personal vehicle starts running, if the ratio of the starting torque is not appropriate for the load imbalance between the left and right drive wheels, one of the drive wheels starts to rotate first, and the commanded direction is The personal vehicle starts in a different direction.

上記した荷重の不均衡は、カント走行時に顕著に発生することが多い。つまり、谷側(傾斜下側)の駆動輪が大きな荷重を分担して、パーソナルビークルの発進方向が傾斜路面を横切る方向から谷側に向かう方向へ片流れしがちになる。さらに、発進後も直進走行できず、パーソナルビークルの進行方向が傾斜を下る方向に漸近してゆくおそれまで生じる。   The load imbalance described above often occurs remarkably during cant traveling. That is, the drive wheels on the valley side (lower slope) share a large load, and the starting direction of the personal vehicle tends to flow in one direction from the direction crossing the inclined road surface toward the valley side. Furthermore, there is a possibility that the vehicle cannot travel straight after the vehicle starts and the traveling direction of the personal vehicle may gradually approach the direction of decreasing the slope.

また、カント走行時に、左右の駆動輪の回転中心を結ぶ車軸に対して車体及び乗員を含んだ総荷重の重心が前後方向に偏移していると、旋回モーメントが発生する。例えば、車軸に対して重心が前側に偏移していると、重心に作用する荷重(重力)を傾斜路面に垂直な成分と傾斜下側に向かう成分とに分解して考えた場合に、傾斜下側に向かう成分は車軸を谷側に旋回させる旋回モーメントを発生させる。この旋回モーメントは、重心と車軸との前後方向距離に概ね比例して変化する。したがって、旋回モーメントにより、パーソナルビークルの進行方向は、谷側(傾斜下側)に向かいがちになる。   Further, during cant traveling, if the center of gravity of the total load including the vehicle body and the occupant is shifted in the front-rear direction with respect to the axle connecting the rotation centers of the left and right drive wheels, a turning moment is generated. For example, if the center of gravity shifts to the front side with respect to the axle, the load (gravity) acting on the center of gravity is considered to be decomposed into a component perpendicular to the inclined road surface and a component directed downward on the slope. The downward component generates a turning moment that turns the axle to the valley side. This turning moment changes approximately in proportion to the longitudinal distance between the center of gravity and the axle. Therefore, due to the turning moment, the traveling direction of the personal vehicle tends to be directed to the valley side (lower slope).

本願出願人は、上記したカント走行時の片流れの問題を軽減したパーソナルビークル制御装置を特許文献1に開示している。特許文献1のパーソナルビークル制御装置は、パーソナルビークルがカント走行するにあたり、パーソナルビークルのロール角が大きい場合であっても、操作部が直進するように操作されている限り車体のずり落ちが抑制され、パーソナルビークルの直進走行性が確保されるように制御する制御部を備えている。具体的に、特許文献1では、車体のロール角及びヨー角に関する物理量を検知するためのセンサを備える。そして、制御部は検知されたロール角をもとにしたフィードフォワード項で目標車体角速度指令値を補正して左右の駆動輪にトルク差を与える。これにより、カント走行開始時の車体の片流れを軽減することができる。つまり、上記した2点の要因に対して、ロール角をもとにしたフィードフォワード制御で対応している。   The applicant of the present application discloses a personal vehicle control device in Patent Document 1 that reduces the above-described problem of one-way flow during canting. In the personal vehicle control device disclosed in Patent Document 1, when the personal vehicle cant travel, even if the roll angle of the personal vehicle is large, as long as the operation unit is operated so as to move straight, the vehicle body slippage is suppressed. A control unit is provided for controlling the personal vehicle so as to ensure straight running performance. Specifically, Patent Document 1 includes a sensor for detecting a physical quantity related to a roll angle and a yaw angle of a vehicle body. And a control part correct | amends a target vehicle body angular velocity command value with the feedforward term based on the detected roll angle, and gives a torque difference to a right-and-left driving wheel. Thereby, the single flow of the vehicle body at the start of cant traveling can be reduced. That is, the above-mentioned two factors are dealt with by feedforward control based on the roll angle.

特開2010−193939号公報JP 2010-193939 A

ところで、特許文献1の技術で、車体のロール角に応じて予め目標車体角速度をフィードフォワード補正している。しかしながら、乗員の体重の軽重の影響や総荷重の重心位置の変化の影響を考慮したソフトウェアや実機の微調整が必要となり、そのためのコストアップやロール角及びヨー角を検知するセンサとして複数のセンサ、例えば加速度センサ及びジャイロセンサを併用することによる部品構成の複雑化、及び部品コストのアップが課題となっている。   By the way, with the technique of Patent Document 1, the target vehicle body angular velocity is feedforward corrected in advance according to the roll angle of the vehicle body. However, it is necessary to make fine adjustments to the software and the actual machine in consideration of the influence of the light weight of the occupant and the change in the center of gravity position of the total load. For this purpose, multiple sensors are used as sensors for detecting cost increase and roll angle and yaw angle. For example, complication of component configuration and an increase in component cost are caused by using an acceleration sensor and a gyro sensor together.

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、カント走行時の片流れを軽減して直進走行性を向上したコスト低廉なパーソナルビークルを提供することを解決すべき課題とする。   The present invention has been made in view of the problems of the background art described above, and it is an object to be solved to provide a low-cost personal vehicle that can improve the straight traveling performance by reducing the single flow during cant traveling. .

上記課題を解決する本発明のパーソナルビークルは、車体と、前記車体の左右に設けられた左駆動輪及び右駆動輪と、前記車体の走行に関する指令信号を入力する操作部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪を独立して回転駆動する駆動部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数を検出する回転数検出部と、前記指令信号ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、を備えたパーソナルビークルであって、前記車体のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度を検出する車体角速度検出部と、前記車体及び乗員を含んだ総荷重の重心位置を検出する重心位置検出部と、をさらに備え、前記制御部は、前記指令信号に基づいて、前記車体が前記ヨー軸周りに回転する目標車体角速度、及び前記車体が直進する目標直進速度を設定する指令値設定手段と、前記目標車体角速度と前記ヨー角速度との差分を用いた所定の制御則に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードバック補正手段と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪と前記重心位置との位置関係に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードフォワード補正手段と、前記フィードバック補正手段及び前記フィードフォワード補正手段によって補正された後の目標車体角速度ならびに前記目標直進速度に基づいて前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数を演算する目標演算手段と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部の駆動力を制御する駆動制御手段と、を有する。   The personal vehicle of the present invention that solves the above-described problems includes a vehicle body, left drive wheels and right drive wheels provided on the left and right sides of the vehicle body, an operation unit that inputs a command signal related to travel of the vehicle body, and the left drive wheel. And a drive unit for independently rotating the right drive wheel, a rotation number detection unit for detecting the actual rotation number of the left drive wheel and the right drive wheel, the command signal, the left drive wheel and the right drive A vehicle that controls the drive unit based on the actual number of rotations of the wheel, a vehicle body angular velocity detection unit that detects a yaw angular velocity that is an angular velocity around the yaw axis of the vehicle body, and the vehicle body And a barycentric position detecting unit that detects the barycentric position of the total load including the occupant, and the control unit, based on the command signal, a target vehicle body angular speed at which the vehicle body rotates about the yaw axis, and Above Command value setting means for setting a target straight traveling speed at which the body goes straight, feedback correction means for correcting the target vehicle body angular speed based on a predetermined control law using a difference between the target vehicle body angular speed and the yaw angular speed, and Feedforward correction means for correcting the target vehicle body angular velocity based on the positional relationship between the left drive wheel and the right drive wheel and the position of the center of gravity, and the target vehicle body corrected by the feedback correction means and the feedforward correction means Target calculating means for calculating the target rotational speed of the left driving wheel and the right driving wheel based on the angular velocity and the target straight traveling speed, the target rotational speed of the left driving wheel and the right driving wheel, the left driving wheel, and the Drive control means for controlling the drive force of the drive unit based on the actual rotational speed of the right drive wheel.

上記したうちのヨー角速度と目標車体角速度とは、同じ次元を有する量である。本明細書では、検出されたヨー角速度と制御目標にする目標車体角速度とで用語を使い分けることにより明瞭化を図っている。ヨー角速度は、検出車体角速度と言い換えてもよい。   Of the above, the yaw angular velocity and the target vehicle body angular velocity are quantities having the same dimensions. In the present specification, clarification is achieved by using different terms depending on the detected yaw angular velocity and the target vehicle body angular velocity that is the control target. The yaw angular velocity may be paraphrased as the detected vehicle body angular velocity.

さらに、前記重心位置検出部は、少なくとも前記左駆動輪及び前記右駆動輪を含む複数の車輪が前記総荷重を分担する荷重値をそれぞれ検出する複数の荷重検出部と、各前記荷重検出部が検出した荷重値に基づいて、前記車体の左右方向及び前後方向のうち少なくとも一方向の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を有してもよい。   Further, the center-of-gravity position detection unit includes a plurality of load detection units that detect a load value at which a plurality of wheels including at least the left drive wheel and the right drive wheel share the total load, and each of the load detection units includes You may have a gravity center position calculation means which calculates the gravity center position of at least one direction among the left-right direction and the front-back direction of the said vehicle body based on the detected load value.

さらに、前記フィードフォワード補正手段は、前記重心位置に応じて前記左駆動輪と前記右駆動輪とに配分される前記総荷重の左右配分比、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の車軸と前記重心位置との前後方向距離、ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の各荷重値から求められる前記左駆動輪及び前記右駆動輪の有効半径の少なくとも一つを用いて前記目標車体角速度を補正することが好ましい。   Further, the feedforward correction means includes a left / right distribution ratio of the total load distributed to the left driving wheel and the right driving wheel according to the position of the center of gravity, an axle of the left driving wheel and the right driving wheel, and the The target vehicle body angular velocity is corrected using at least one of the effective radius of the left driving wheel and the right driving wheel obtained from the longitudinal distance from the center of gravity position and the load values of the left driving wheel and the right driving wheel. It is preferable to do.

さらに、前記車体がロール軸周りに回転して傾斜したときのロール角を検出するロール角検出部をさらに備え、前記フィードフォワード補正手段は、前記ロール角及び前記前後方向距離を用いて前記目標車体角速度を補正することが好ましい。   Furthermore, a roll angle detection unit that detects a roll angle when the vehicle body rotates around a roll axis and tilts, and the feedforward correction unit uses the roll angle and the front-rear direction distance to detect the target vehicle body. It is preferable to correct the angular velocity.

さらに、前記フィードフォワード補正手段は、前記目標車体角速度を補正する補正量を制限する値制限部を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the feedforward correction means includes a value limiting unit that limits a correction amount for correcting the target vehicle body angular velocity.

本発明によれば、総荷重の重心位置を検出し、左駆動輪及び右駆動輪と重心位置との位置関係に基づいて目標車体角速度をフィードフォワード補正し、最終的に左駆動輪及び右駆動輪を独立して回転駆動する駆動部の駆動力を制御する。ここで、重心位置を検出してフィードフォワード補正に用いるので、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心移動を考慮した補正を行える。したがって、特許文献1のロール角のみを用いて乗員の着座姿勢の変化を考慮しないフィードフォワード補正と比較すると個別の実機による調整を減らした上で補正精度を向上させ、カント走行時の片流れを軽減して直進走行性を向上できる。   According to the present invention, the center of gravity position of the total load is detected, and the target vehicle body angular velocity is feedforward corrected based on the positional relationship between the left driving wheel and the right driving wheel and the center of gravity position, and finally the left driving wheel and the right driving It controls the driving force of the drive unit that independently rotates the wheels. Here, since the position of the center of gravity is detected and used for feedforward correction, it is possible to perform correction in consideration of the movement of the center of gravity caused by a change in the seating posture of the occupant. Therefore, compared with the feedforward correction that does not consider the change in the seating posture of the occupant using only the roll angle of Patent Document 1, the correction accuracy is improved while reducing the adjustment by an individual actual machine, and the one-way flow during cant traveling is reduced. Thus, it is possible to improve the straight traveling performance.

さらに、重心位置検出部が荷重検出部及び重心位置演算手段をする態様では、各車輪の荷重値に基づいて重心位置を高精度に演算できる。したがって、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果が顕著になる。   Further, in the aspect in which the center-of-gravity position detection unit serves as the load detection unit and the center-of-gravity position calculation means, the center-of-gravity position can be calculated with high accuracy based on the load value of each wheel. Therefore, the effects of reducing the single flow and improving the straight traveling performance become remarkable.

さらに、フィードフォワード補正手段が左右配分比、前後方向距離、ならびに左駆動輪及び右駆動輪の有効半径の少なくとも一つを用いて目標車体角速度を補正する態様では、用いる項目ごとに次のような作用が発生する。すなわち、左右配分比を用いることにより、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心位置の左右方向の移動を補正制御に反映することができる。また、前後方向距離を用いることにより、重心位置の前後方向の移動を補正制御に反映することができる。さらに、左駆動輪及び右駆動輪の有効半径を用いることにより、乗員の体重の軽重や左右配分比の変化に起因する有効半径の変化を補正制御に反映することができる。これらの作用は相加的に発揮され、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果が顕著になる。   Further, in the aspect in which the feedforward correction means corrects the target vehicle body angular velocity using at least one of the left-right distribution ratio, the front-rear direction distance, and the effective radius of the left driving wheel and the right driving wheel, for each item to be used, Action occurs. That is, by using the right / left distribution ratio, the lateral movement of the center of gravity caused by the change in the seating posture of the occupant can be reflected in the correction control. Further, by using the distance in the front-rear direction, the movement in the front-rear direction of the gravity center position can be reflected in the correction control. Further, by using the effective radii of the left driving wheel and the right driving wheel, changes in the effective radius due to the weight of the occupant and the change in the left / right distribution ratio can be reflected in the correction control. These actions are exerted additively, and the effects of reducing the one-sided flow and improving the straight traveling performance become remarkable.

さらに、フィードフォワード補正手段がロール角及び前後方向距離を用いて目標車体角速度を補正する態様では、旋回モーメントの変化を補正制御に反映することができる。したがって、荷重の左右配分比に対する補正と旋回モーメントの変化に対する補正とを併用でき、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果がさらに一層顕著になる。   Further, in the aspect in which the feedforward correction means corrects the target vehicle body angular velocity using the roll angle and the longitudinal distance, the change in the turning moment can be reflected in the correction control. Therefore, the correction for the right / left distribution ratio of the load and the correction for the change of the turning moment can be used together, and the effects of reducing the one-way flow and improving the straight traveling performance become even more remarkable.

さらに、フィードフォワード補正手段が目標車体角速度を補正する補正量を制限する値制限部を有する態様では、路面の起伏や乗員の急激な姿勢変化などに起因して重心位置が急峻に変化しても、補正量が制限される。したがって、車体の挙動が急激に変化するおそれはなく、走行制御の安定性が向上する。   Further, in the aspect in which the feedforward correction means has a value limiting unit that limits the correction amount for correcting the target vehicle angular velocity, even if the position of the center of gravity changes sharply due to road surface undulation or a sudden change in the posture of the occupant The correction amount is limited. Therefore, there is no possibility that the behavior of the vehicle body changes suddenly, and the stability of the traveling control is improved.

第1実施形態のパーソナルビークルである電動車いすの全体構成を示す背面図である。1 is a rear view showing an overall configuration of an electric wheelchair that is a personal vehicle according to a first embodiment. 電動車いすの駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the drive system and control system of an electric wheelchair. 電動車いすの走行制御を行う制御部の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the control part which performs driving control of an electric wheelchair. 電動車いすの走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部の詳細ブロック図である。It is a detailed block diagram of the angular velocity correction part among the control parts which perform driving control of an electric wheelchair. 制御部の走行制御の演算処理フローを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the arithmetic processing flow of the traveling control of a control part. 電動車いすで左右の駆動輪が分担する荷重の左右配分比を演算する方法を模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the method of calculating the right-and-left distribution ratio of the load which the left and right drive wheels share with an electric wheelchair. 第2実施形態の電動車いすの駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the drive system and control system of the electric wheelchair of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電動車いすの走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部の詳細ブロック図である。It is a detailed block diagram of the angular velocity correction | amendment part among the control parts which perform driving control of the electric wheelchair of 2nd Embodiment. 傾斜路面を横切る方向にカント走行する電動車いすの状況を例示した背面図である。It is the rear view which illustrated the situation of the electric wheelchair which cant travels in the direction which crosses an inclined road surface. 図9に示されるようにカント走行する電動車いすの総荷重の左右配分比、及び旋回モーメントを模式的に説明する平面図である。FIG. 10 is a plan view schematically illustrating a left-right distribution ratio of a total load and a turning moment of an electric wheelchair that cant travel as shown in FIG. 9. ウィリー走行しながらカント走行する電動車いすの総荷重の左右配分比、及び旋回モーメントを模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the right-and-left distribution ratio and the turning moment of the total load of the electric wheelchair which cant run while running wheelie.

本発明の第1実施形態のパーソナルビークルについて、図1〜図6を参考にして説明する。第1実施形態のパーソナルビークルは電動車いす1であり、まず、その全体構成について説明する。図1は、第1実施形態のパーソナルビークルである電動車いす1の全体構成を示す背面図である。電動車いす1は、車体2、左駆動輪3L及び右駆動輪3R、操作ユニット4、左駆動ユニット5L及び右駆動ユニット5R、ならびに左荷重センサ81L及び右荷重センサ81Rなどで構成されている。   A personal vehicle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The personal vehicle of the first embodiment is an electric wheelchair 1, and first, the overall configuration will be described. FIG. 1 is a rear view showing an overall configuration of an electric wheelchair 1 which is a personal vehicle of the first embodiment. The electric wheelchair 1 includes a vehicle body 2, a left drive wheel 3L and a right drive wheel 3R, an operation unit 4, a left drive unit 5L and a right drive unit 5R, a left load sensor 81L, a right load sensor 81R, and the like.

車体2は、左右対称形状をしている。車体2は、左側面部21L及び右側面部21R、着座部22A、背もたれ部22B、左アームレスト23L及び右アームレスト23R、左フットレスト24L及び右フットレスト24R、ならびに左転倒防止バー25L及び右転倒防止バー25Rなどからなる。左側面部21L及び右側面部21Rは、離隔平行して垂直に配置され、X字状に交差する2本の結合部材211、212によって結合されている。着座部22Aは、左側面部21L及び右側面部21Rの略中間高さ位置に配設されて、左側面部21Lから右側面部21Rまで概ね水平に架け渡されている。背もたれ部22Bは、着座部22Aの後縁から上方に延在して、左側面部21Lから右側面部21Rまで架け渡されている。背もたれ部22Bの後ろ側には、走行用電源及び制御用電源を兼ねるバッテリ29が2分割されて配設されている。   The vehicle body 2 has a symmetrical shape. The vehicle body 2 includes a left side portion 21L and a right side portion 21R, a seating portion 22A, a backrest portion 22B, a left armrest 23L and a right armrest 23R, a left footrest 24L and a right footrest 24R, and a left fall prevention bar 25L and a right fall prevention bar 25R. Become. The left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R are arranged perpendicularly in parallel with each other, and are coupled by two coupling members 211 and 212 that intersect in an X shape. The seating portion 22A is disposed at a substantially intermediate height position between the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R, and extends substantially horizontally from the left side surface portion 21L to the right side surface portion 21R. The backrest portion 22B extends upward from the rear edge of the seating portion 22A and spans from the left side surface portion 21L to the right side surface portion 21R. On the back side of the backrest portion 22B, a battery 29 serving as a traveling power source and a control power source is divided into two parts.

左側面部21L及び右側面部21Rの上端後部から後方に延出するように、左ハンドル部27L及び右ハンドル部27Rが配設されている。左アームレスト23L及び右アームレスト23Rは、左側面部21L及び右側面部21Rの上方寄りの外側から左右両側に略水平に張り出すように配設されている。左フットレスト24L及び右フットレスト24Rは、左側面部21L及び右側面部21Rの下方寄りの内側から前方に延出するように配設されている。   The left handle portion 27L and the right handle portion 27R are disposed so as to extend rearward from the upper end rear portion of the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R. The left armrest 23L and the right armrest 23R are disposed so as to project substantially horizontally from the outside near the upper side of the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R to the left and right sides. The left footrest 24L and the right footrest 24R are disposed so as to extend forward from the lower side of the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R.

左転倒防止バー25L及び右転倒防止バー25Rは、左側面部21L及び右側面部21Rの下端から後方に延出するように配設されている。左転倒防止バー25Lの後端には左後輪26Lが設けられ、右転倒防止バー25Rの後端には右後輪26Rが設けられている。左側面部21L及び右側面部21Rの外側の下方の後方寄りに、左駆動輪3L及び右駆動輪3Rが設けられている。左駆動輪3Lの車軸は左側面部21Lによって回転可能に軸承され、右駆動輪3Rの車軸は右側面部21Rによって回転可能に軸承されている。左駆動輪3L及び右駆動輪3Rの着地点の間隔はトレッドTである。左側面部21L及び右側面部21Rの外側の下方の前方寄りに、図1には見えない左前輪28L(図6参照)及び右前輪28R(図6参照)が回転可能に設けられている。   The left fall prevention bar 25L and the right fall prevention bar 25R are disposed so as to extend rearward from the lower ends of the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R. A left rear wheel 26L is provided at the rear end of the left fall prevention bar 25L, and a right rear wheel 26R is provided at the rear end of the right fall prevention bar 25R. The left driving wheel 3L and the right driving wheel 3R are provided on the lower rear side outside the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R. The axle of the left drive wheel 3L is rotatably supported by the left side surface portion 21L, and the axle of the right drive wheel 3R is rotatably supported by the right side surface portion 21R. The interval between the landing points of the left driving wheel 3L and the right driving wheel 3R is a tread T. A left front wheel 28L (see FIG. 6) and a right front wheel 28R (see FIG. 6) that are not visible in FIG. 1 are rotatably provided on the lower front side outside the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R.

図1には見えない左荷重センサ81L(図2参照)は、左駆動輪3Lの車軸と左側面部21Lとの間に設けられている。左荷重センサ81Lは、左駆動輪3Lが分担する左荷重FLを検出するものであり、本発明の荷重検出部に相当する。同様に、右荷重センサ81R(図2参照)は、右駆動輪3Rの車軸と右側面部21Rとの間に設けられている。右荷重センサ81Rは、右駆動輪3Rが分担する右荷重FRを検出するものであり、本発明の荷重検出部に相当する。   The left load sensor 81L (see FIG. 2) that is not visible in FIG. 1 is provided between the axle of the left drive wheel 3L and the left side surface portion 21L. The left load sensor 81L detects the left load FL shared by the left drive wheel 3L, and corresponds to a load detection unit of the present invention. Similarly, the right load sensor 81R (see FIG. 2) is provided between the axle of the right drive wheel 3R and the right side surface portion 21R. The right load sensor 81R detects the right load FR shared by the right drive wheel 3R, and corresponds to a load detection unit of the present invention.

右アームレスト23Rの上面の前方寄りに、概ね直方体形状の操作ユニット4が配設されている。操作ユニット4は、その上面から突出したジョイスティック41を有している。左側面部21L及び右側面部21Rの後ろ側の着座部22Aよりも少し低い位置に、概ね直方体形状の左駆動ユニット5L及び右駆動ユニット5Rが配設されている。左駆動ユニット5Lは左駆動輪3Lの車軸に臨んでおり、右駆動ユニット5Lは右駆動輪3Rの車軸に臨んでいる。   An operation unit 4 having a substantially rectangular parallelepiped shape is disposed in front of the upper surface of the right armrest 23R. The operation unit 4 has a joystick 41 protruding from the upper surface thereof. A substantially rectangular parallelepiped left drive unit 5L and right drive unit 5R are disposed at positions slightly lower than the seating portion 22A on the rear side of the left side surface portion 21L and the right side surface portion 21R. The left drive unit 5L faces the axle of the left drive wheel 3L, and the right drive unit 5L faces the axle of the right drive wheel 3R.

乗員は、着座部22Aに着座して背もたれ部22Bにもたれかかり、左アームレスト23L及び右アームレスト23Rに足を載せて電動車いす1に乗ることができる。さらに乗員は、右手を右アームレスト23Rに載せてジョイスティック41を操作することができる。また、介護者は、左ハンドル部27L及び右ハンドル部27Rを押動操作して、電動車いす1を移動させることができる。   The occupant can sit on the seating portion 22A and lean against the backrest portion 22B, and can get on the electric wheelchair 1 with his / her feet on the left armrest 23L and the right armrest 23R. Further, the occupant can operate the joystick 41 with the right hand placed on the right armrest 23R. The caregiver can move the electric wheelchair 1 by pushing the left handle portion 27L and the right handle portion 27R.

乗員が通常の姿勢で乗車したとき、車体2及び乗員を含んだ総荷重Ftotの重心位置Gは、左駆動輪3L、右駆動輪3R、左前輪28L、及び右前輪28Rの各着地点を結んだ矩形の内部に位置する。電動車いす1の通常の走行では、左駆動輪3L、右駆動輪3R、左前輪28L、及び右前輪28Rで総荷重Ftotが分担され、左後輪26L及び右後輪26Rは着地されない。左後輪26L及び右後輪26Rは、路面に凹凸があるときや、重心位置Gが後方に極端に偏移したときに着地して、車体2の後方への転倒を防止する。また、車輪径に関して、左駆動輪3L及び右駆動輪3Rの有効半径Reが最も大きく、左後輪26L及び右後輪26Rの有効半径が最も小さく、左前輪28L及び右前輪28Rの有効半径は中間的な大きさである。なお、対応する左右の車輪の有効半径は、互いに等しいものとして扱う。   When the occupant rides in a normal posture, the center of gravity G of the total load Ftot including the vehicle body 2 and the occupant connects the landing points of the left driving wheel 3L, the right driving wheel 3R, the left front wheel 28L, and the right front wheel 28R. Located inside the ellipse. In normal traveling of the electric wheelchair 1, the total load Ftot is shared by the left driving wheel 3L, the right driving wheel 3R, the left front wheel 28L, and the right front wheel 28R, and the left rear wheel 26L and the right rear wheel 26R are not landed. The left rear wheel 26L and the right rear wheel 26R land when the road surface is uneven or when the gravity center position G is extremely shifted backward to prevent the vehicle body 2 from falling backward. Regarding the wheel diameter, the effective radius Re of the left driving wheel 3L and the right driving wheel 3R is the largest, the effective radius of the left rear wheel 26L and the right rear wheel 26R is the smallest, and the effective radius of the left front wheel 28L and the right front wheel 28R is Intermediate size. The effective radii of the corresponding left and right wheels are treated as being equal to each other.

次に、電動車いす1の駆動系及び制御系の構成について説明する。図2は、電動車いす1の駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。図示されるように、駆動系及び制御系は、操作ユニット4、左駆動ユニット5L、及び右駆動ユニット5Rで構成されている。左駆動ユニット5Lは主に左駆動輪3Lの駆動及び制御に係わり、右駆動ユニット5Lは主に右駆動輪3Rの駆動及び制御に係わっている。操作ユニット4は、乗員からの指令信号S1を受け取り必要な情報を表示するマンマシンインターフェース機能を備え、指令信号S1に対する演算処理機能を備え、さらに、左駆動ユニット5L及び右駆動ユニット5Rを協調作動させるメインコントロール機能を備えている。   Next, the structure of the drive system and control system of the electric wheelchair 1 will be described. FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the drive system and the control system of the electric wheelchair 1. As shown in the figure, the drive system and the control system are composed of an operation unit 4, a left drive unit 5L, and a right drive unit 5R. The left drive unit 5L is mainly related to the drive and control of the left drive wheel 3L, and the right drive unit 5L is mainly related to the drive and control of the right drive wheel 3R. The operation unit 4 has a man-machine interface function for receiving the command signal S1 from the occupant and displaying necessary information, has an arithmetic processing function for the command signal S1, and further operates the left drive unit 5L and the right drive unit 5R in a coordinated manner. It has a main control function.

操作ユニット4は、前述したジョイスティック41及びメインコントローラ42からなる。ジョイスティック41は、乗員の操作によって任意の方向に傾動する。ジョイスティック41は、乗員の操作を指令信号S1に変換してメインコントローラ42の操作制御部43に入力する。ジョイスティック41が傾動する方向は電動車いす1の進行方向を指令し、傾動角度は走行速度を指令する。つまり、傾動角度が大きいほど電動車いす1は高速で走行する。ジョイスティック41は、車体2の走行に関する指令信号S1を入力する本発明の操作部に相当する。   The operation unit 4 includes the joystick 41 and the main controller 42 described above. The joystick 41 tilts in an arbitrary direction by the operation of the occupant. The joystick 41 converts an occupant operation into a command signal S <b> 1 and inputs the command signal S <b> 1 to the operation control unit 43 of the main controller 42. The direction in which the joystick 41 tilts commands the traveling direction of the electric wheelchair 1, and the tilt angle commands the traveling speed. That is, the electric wheelchair 1 travels at a higher speed as the tilt angle is larger. The joystick 41 corresponds to an operation unit of the present invention that inputs a command signal S1 relating to the travel of the vehicle body 2.

メインコントローラ42は、操作制御部43、操作通信部44、スイッチ45、表示部46、及び操作電源部47で構成されている。スイッチ45は、乗員が操作して速度レンジを設定する部位である。速度レンジは、例えば第1〜第5速度レンジとして、各速度レンジで異なる上限速度に規制することができる。具体的に、例えば、第1速度レンジではジョイスティック41の傾動角度を最大にしたときに時速1kmで走行し、第5速度レンジではジョイスティック41の傾動角度を最大にしたときに時速6kmで走行するように設定できる。表示部46は、設定されている速度レンジや、バッテリ29の蓄電状況などを乗員に向けて表示する。表示する情報は、上記に限定されず、例えば、現在の走行速度をバーグラフで表示してもよい。   The main controller 42 includes an operation control unit 43, an operation communication unit 44, a switch 45, a display unit 46, and an operation power supply unit 47. The switch 45 is a part that is operated by an occupant to set a speed range. For example, the speed range can be regulated to different upper limit speeds in each speed range as the first to fifth speed ranges. Specifically, for example, when the tilt angle of the joystick 41 is maximized in the first speed range, the vehicle travels at 1 km / h, and when the tilt angle of the joystick 41 is maximized in the fifth speed range, the vehicle travels at 6 km / h. Can be set. The display unit 46 displays the set speed range, the storage status of the battery 29, and the like for the occupant. The information to be displayed is not limited to the above. For example, the current traveling speed may be displayed as a bar graph.

操作制御部43は、ジョイスティック41からの指令信号S1を受け取り、スイッチ45から速度レンジの設定信号を受け取り、表示部46に表示内容を指令する。また、操作制御部43は、指令信号S1に対する演算処理を行う。操作通信部44は、操作制御部43と他装置とを双方向通信可能に接続して、情報を授受できるようにしている。操作電源部47は、バッテリ29から電源供給を受け、電源電圧を安定化してメインコントローラ42内の各部43〜46に電源供給する。メインコントローラ42には、例えば、CPU、メモリ、及び入出力部を有してソフトウェアで作動する電子制御装置を用いることができる。   The operation control unit 43 receives a command signal S1 from the joystick 41, receives a speed range setting signal from the switch 45, and instructs the display unit 46 to display contents. Further, the operation control unit 43 performs a calculation process on the command signal S1. The operation communication unit 44 connects the operation control unit 43 and another device so as to be capable of bidirectional communication so that information can be exchanged. The operation power supply unit 47 receives power supply from the battery 29, stabilizes the power supply voltage, and supplies power to each unit 43 to 46 in the main controller 42. As the main controller 42, for example, an electronic control device having a CPU, a memory, and an input / output unit and operating with software can be used.

左駆動ユニット5Lは、左モータ51L、左回転数センサ52L、及び左コントローラ53Lからなる。左モータ51Lは、その出力軸が左駆動輪3Lの車軸に回転連結されており、左駆動輪3Lを回転駆動する。左モータ51Lの種類に特別な制約はないが、正転及び逆転の両方向に回転できることが好ましい。左回転数センサ52Lは、左駆動輪3Lの車軸の近傍に配設されており、左駆動輪3Lの実回転数NLを検出し、左回転数信号に変換して出力する。   The left drive unit 5L includes a left motor 51L, a left rotation speed sensor 52L, and a left controller 53L. The output shaft of the left motor 51L is rotationally connected to the axle of the left drive wheel 3L, and rotationally drives the left drive wheel 3L. Although there is no special restriction | limiting in the kind of left motor 51L, It is preferable that it can rotate to both the normal rotation and reverse rotation. The left rotation speed sensor 52L is disposed in the vicinity of the axle of the left drive wheel 3L, detects the actual rotation speed NL of the left drive wheel 3L, converts it into a left rotation speed signal, and outputs it.

左コントローラ53Lは、左制御部54L、左通信部55L、左角速度センサ56L、左モータ駆動部57L、及び左電源部58Lで構成されている。左角速度センサ56Lは、車体2のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度ωYを検出し、左角速度信号に変換して出力する。左角速度センサ56Lとして、例えばジャイロセンサを用いることができる。ヨー角速度ωYが正値のときに車体2は右旋回しており、ヨー角速度ωYが負値のときに車体2は左旋回している。左モータ駆動部57Lは、左制御部54Lからの左駆動信号に基づいて、左モータ51Lに印加する左駆動電圧VLを調整する。また、左モータ駆動部57Lは、左モータ51Lに流れる左駆動電流を左電流信号に変換して出力する。   The left controller 53L includes a left control unit 54L, a left communication unit 55L, a left angular velocity sensor 56L, a left motor drive unit 57L, and a left power supply unit 58L. The left angular velocity sensor 56L detects a yaw angular velocity ωY that is an angular velocity around the yaw axis of the vehicle body 2, converts it to a left angular velocity signal, and outputs it. For example, a gyro sensor can be used as the left angular velocity sensor 56L. When the yaw angular velocity ωY is a positive value, the vehicle body 2 is turning right, and when the yaw angular velocity ωY is a negative value, the vehicle body 2 is turning left. The left motor drive unit 57L adjusts the left drive voltage VL applied to the left motor 51L based on the left drive signal from the left control unit 54L. The left motor drive unit 57L converts the left drive current flowing through the left motor 51L into a left current signal and outputs the left current signal.

左制御部54Lは、左回転数センサ52Lから左回転数信号を受け取り、左角速度センサ56Lから左角速度信号を受け取り、左モータ駆動部57Lから左電流信号を受け取る。さらに、左制御部54Lは、左荷重センサ81Lから左荷重FLに対応する左荷重信号を受け取る。そして、左制御部54Lは、主に左駆動輪3Lの駆動及び制御に係わる演算処理を行い、左モータ駆動部57Lに左駆動信号を指令する。   The left control unit 54L receives a left rotation number signal from the left rotation number sensor 52L, receives a left angular velocity signal from the left angular velocity sensor 56L, and receives a left current signal from the left motor driving unit 57L. Furthermore, the left control unit 54L receives a left load signal corresponding to the left load FL from the left load sensor 81L. The left control unit 54L mainly performs arithmetic processing related to driving and control of the left drive wheel 3L, and commands a left drive signal to the left motor drive unit 57L.

左通信部55Lは、左制御部54と他装置とを双方向通信可能に接続して、情報を授受できるようにしている。左電源部58Lは、バッテリ29から電源供給を受け、電源電圧を安定化して左コントローラ53L内の各部54L〜57Lに電源供給し、さらに前記の左駆動電圧VLを供給する。左コントローラ53Lには、例えば、CPU、メモリ、及び入出力部を有してソフトウェアで作動する電子制御装置を用いることができる。   The left communication unit 55L connects the left control unit 54 and another device so as to be capable of bidirectional communication so that information can be exchanged. The left power supply unit 58L receives power supply from the battery 29, stabilizes the power supply voltage, supplies power to the units 54L to 57L in the left controller 53L, and further supplies the left drive voltage VL. As the left controller 53L, for example, an electronic control device having a CPU, a memory, and an input / output unit and operating by software can be used.

右駆動ユニット5Rの構成は、左駆動ユニット5Lと同様であり、名称に付された左を右に読み替え、符号に付されたLをRに読み替えて理解できる。略述すると、右駆動ユニット5Rは、右モータ51R、右回転数センサ52R、及び右コントローラ53Rからなる。右コントローラ53Rは、右制御部54R、右通信部55R、右角速度センサ56R、右モータ駆動部57R、及び右電源部58Rで構成されている。また、右駆動ユニット5Rの機能も左駆動ユニット5Lと同様であるので、説明は省略する。   The configuration of the right drive unit 5R is the same as that of the left drive unit 5L, and can be understood by replacing the left attached to the name with the right and the L attached to the reference with R. Briefly, the right drive unit 5R includes a right motor 51R, a right rotation speed sensor 52R, and a right controller 53R. The right controller 53R includes a right control unit 54R, a right communication unit 55R, a right angular velocity sensor 56R, a right motor drive unit 57R, and a right power supply unit 58R. Further, since the function of the right drive unit 5R is the same as that of the left drive unit 5L, description thereof is omitted.

ここで、左モータ駆動部57L及び右モータ駆動部57Rは、独立して左及び右駆動電圧VL、VRを調整することができるので、左駆動輪3L及び右駆動輪3Rを独立して回転駆動する本発明の駆動部に相当する。また、左回転数センサ52L及び右回転数センサ52Rは、本発明の回転数検出部に相当する。   Here, since the left motor drive unit 57L and the right motor drive unit 57R can independently adjust the left and right drive voltages VL and VR, the left drive wheel 3L and the right drive wheel 3R are independently rotated. This corresponds to the drive unit of the present invention. The left rotation speed sensor 52L and the right rotation speed sensor 52R correspond to the rotation speed detection unit of the present invention.

さらに、操作制御部43、左制御部54L、及び右制御部54Rは、それぞれの通信部44、55L、55Rで双方向通信可能に接続されて、情報を授受できるようになっている。そして、3つの制御部43、54L、54Rは、協動して電動車いす1の走行を制御する。したがって、操作制御部43、左制御部54L、及び右制御部54Rは、指令信号S1ならびに左駆動輪3L及び右駆動輪3Rの実回転数NL、NRに基づいて駆動部を制御する本発明の制御部を構成する。制御部の構成は上述に限定されず、例えば1つのコントローラで集中制御する構成であってもよい。3つの制御部43、54L、54Rの機能分担に制約は無いので、以降では単に制御部の機能として説明する。   Further, the operation control unit 43, the left control unit 54L, and the right control unit 54R are connected to each other by the communication units 44, 55L, and 55R so as to be capable of bidirectional communication, and can exchange information. The three control units 43, 54L, and 54R cooperate to control the traveling of the electric wheelchair 1. Therefore, the operation control unit 43, the left control unit 54L, and the right control unit 54R control the drive unit based on the command signal S1 and the actual rotation speeds NL and NR of the left drive wheel 3L and the right drive wheel 3R. The control unit is configured. The configuration of the control unit is not limited to the above, and may be a configuration in which central control is performed by one controller, for example. Since there is no restriction on the function sharing of the three control units 43, 54L, and 54R, the following description will be made simply as the function of the control unit.

また、左角速度センサ56L及び右角速度センサ56Rは、ともに車体2のヨー角速度ωYを検出して左角速度信号及び右角速度信号を出力するので、本発明の車体角速度検出部に相当する。左角速度信号及び右角速度信号は、本来等しくなるが別々の量と考えて、左制御部54Lで左回転数信号を受け取り、右制御部54Rで右回転数信号を受け取るように構成できる。これに限定されず、左角速度センサ56L及び右角速度センサ56Rは、一方を常用とし、他方を予備とすることができる。また、左角速度センサ56Lの左角速度信号と右角速度センサ56Rの右角速度信号とを平均化してヨー角速度ωYを求めるようにしてもよい。さらには、左角速度センサ56L及び右角速度センサ56Rの一方を無くすことも可能である。   The left angular velocity sensor 56L and the right angular velocity sensor 56R both detect the yaw angular velocity ωY of the vehicle body 2 and output the left angular velocity signal and the right angular velocity signal, and thus correspond to the vehicle angular velocity detection unit of the present invention. The left angular velocity signal and the right angular velocity signal are essentially equal but are considered to be different amounts, and the left control unit 54L can receive the left rotation number signal and the right control unit 54R can receive the right rotation number signal. Without being limited thereto, one of the left angular velocity sensor 56L and the right angular velocity sensor 56R can be used regularly, and the other can be reserved. Further, the yaw angular velocity ωY may be obtained by averaging the left angular velocity signal of the left angular velocity sensor 56L and the right angular velocity signal of the right angular velocity sensor 56R. Furthermore, it is possible to eliminate one of the left angular velocity sensor 56L and the right angular velocity sensor 56R.

次に、電動車いす1の走行制御の方法について説明する。図3は、電動車いす1の走行制御を行う制御部の制御ブロック図である。図示されるように、制御部は、目標速度及び角速度演算部61、ならびに目標出力演算部62を有している。また、目標速度及び角速度演算部61は、角速度補正部63を内包している。制御部は、ジョイスティック41からの指令信号S1を入力とし、検出された左荷重FL及び右荷重FRをフィードフォワード入力としている。さらに、制御部は、検出された車体2のヨー角速度ωY、及び検出された左及び右駆動輪3L、3Rの実回転数NL、NRをフィードバック入力としている。そして、制御部は、最終的に左駆動電圧VLを左駆動信号の形態で出力し、右駆動電圧VRを右駆動信号の形態で出力する。   Next, a method for traveling control of the electric wheelchair 1 will be described. FIG. 3 is a control block diagram of a control unit that performs traveling control of the electric wheelchair 1. As shown in the figure, the control unit includes a target speed and angular velocity calculation unit 61 and a target output calculation unit 62. In addition, the target speed and angular velocity calculation unit 61 includes an angular velocity correction unit 63. The control unit receives the command signal S1 from the joystick 41 and uses the detected left load FL and right load FR as feedforward inputs. Further, the control unit uses the detected yaw angular velocity ωY of the vehicle body 2 and the detected actual rotational speeds NL and NR of the left and right drive wheels 3L and 3R as feedback inputs. The controller finally outputs the left drive voltage VL in the form of a left drive signal and outputs the right drive voltage VR in the form of a right drive signal.

目標速度及び角速度演算部61は、指令信号S1に基づいて、車体2が直進する目標直進速度V1及び、車体2がヨー軸周りに回転する目標車体角速度ω1を設定する。ジョイスティック41の傾動方向が前側180°の範囲にあると目標直進速度V1は正値となり、傾動方向が後側180°の範囲にあると目標直進速度V1は負値となる。また、ジョイスティック41の傾動方向が左側180°の範囲にあると目標車体角速度ω1は正値となり、傾動方向が右側180°の範囲にあると目標車体角速度ω1は負値となる。目標直進速度V1及び目標車体角速度ω1を設定する機能は、本発明の指令値設定手段に相当する。   Based on the command signal S1, the target speed and angular velocity calculation unit 61 sets a target straight traveling speed V1 at which the vehicle body 2 travels straight and a target vehicle body angular speed ω1 at which the vehicle body 2 rotates about the yaw axis. When the tilt direction of the joystick 41 is in the range of 180 ° on the front side, the target straight traveling speed V1 is a positive value, and when the tilt direction is in the range of 180 ° on the rear side, the target straight travel speed V1 is a negative value. Further, when the tilt direction of the joystick 41 is in the range of 180 ° on the left side, the target vehicle body angular velocity ω1 is a positive value, and when the tilt direction is in the range of 180 ° on the right side, the target vehicle body angular velocity ω1 is a negative value. The function of setting the target straight traveling speed V1 and the target vehicle body angular speed ω1 corresponds to the command value setting means of the present invention.

角速度補正部63は、目標車体角速度ω1、ヨー角速度ωY、ならびに左荷重FL及び右荷重FRを入力としてフィードフォワード及びフィードバック補正演算を行い、補正後の目標車体角速度ω2を求める。角速度補正部63の詳細な内部構成については後述する。   The angular velocity correction unit 63 performs feedforward and feedback correction calculations with the target vehicle angular velocity ω1, the yaw angular velocity ωY, the left load FL and the right load FR as inputs, and obtains a corrected target vehicle angular velocity ω2. The detailed internal configuration of the angular velocity correction unit 63 will be described later.

目標出力演算部62は、まず、補正後の目標車体角速度ω2と目標直進速度V1とに基づいて左及び右駆動輪3L、3Rの目標回転数を演算する。この演算機能は、本発明の目標演算手段に相当する。目標出力演算部62は、次に、左及び右駆動輪3L、3Rの目標回転数と実回転数NL、NRに基づいて、左及び右駆動電圧VL、VRを演算する。目標出力演算部62は、左駆動電圧VLを左駆動信号の形態で左モータ駆動部57Lに出力し、右駆動電圧VRを右駆動信号の形態で右モータ駆動部57Rに出力する。これにより、左及び右モータ51L、51Rに印加される実際の駆動電圧が制御される。この制御機能は、本発明の駆動制御手段に相当する。   The target output calculation unit 62 first calculates the target rotational speeds of the left and right drive wheels 3L and 3R based on the corrected target vehicle body angular velocity ω2 and the target straight traveling speed V1. This calculation function corresponds to the target calculation means of the present invention. Next, the target output calculator 62 calculates the left and right drive voltages VL and VR based on the target rotation speeds and the actual rotation speeds NL and NR of the left and right drive wheels 3L and 3R. The target output calculation unit 62 outputs the left drive voltage VL to the left motor drive unit 57L in the form of a left drive signal, and outputs the right drive voltage VR to the right motor drive unit 57R in the form of a right drive signal. As a result, the actual drive voltage applied to the left and right motors 51L and 51R is controlled. This control function corresponds to the drive control means of the present invention.

次に、角速度補正部63の詳細について説明する。図4は、電動車いす1の走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部63の詳細ブロック図である。角速度補正部63は、フィードバック補正演算部71、荷重補正演算部72、及び出力演算部73からなる。   Next, details of the angular velocity correction unit 63 will be described. FIG. 4 is a detailed block diagram of the angular velocity correction unit 63 in the control unit that performs traveling control of the electric wheelchair 1. The angular velocity correction unit 63 includes a feedback correction calculation unit 71, a load correction calculation unit 72, and an output calculation unit 73.

フィードバック補正演算部71は、比例制御を行うものである。フィードバック補正演算部71は、減算器711、差分制限部712、及び比例項乗算器713で構成されている。減算器711は、目標車体角速度ω1とヨー角速度ωYとの差分Δωを演算する。このとき、目標直進速度V1が正値である前進時には目標車体角速度ω1からヨー角速度ωYを減算し、逆に、目標直進速度V1が負値である後進時にはヨー角速度ωYから目標車体角速度ω1を減算する。次に、差分制限部712は、差分Δωが所定の制限値(正負の2値あり)を超過している場合に限り、差分Δωを制限値に補正する。値制限部712を通った後の差分Δωは、比例項乗算器713に出力される。比例項乗算器713は、差分Δωに比例項定数Kpを乗算して比例項ωpとし、出力演算部73に出力する。フィードバック補正演算部71は、本発明のフィードバック補正手段に相当する。   The feedback correction calculation unit 71 performs proportional control. The feedback correction calculation unit 71 includes a subtractor 711, a difference limiting unit 712, and a proportional term multiplier 713. The subtractor 711 calculates a difference Δω between the target vehicle body angular velocity ω1 and the yaw angular velocity ωY. At this time, the yaw angular speed ωY is subtracted from the target vehicle body angular speed ω1 when the target straight traveling speed V1 is a positive value, and conversely, the target vehicle body angular speed ω1 is subtracted from the yaw angular speed ωY when the target straight traveling speed V1 is a negative value. To do. Next, the difference limiting unit 712 corrects the difference Δω to a limit value only when the difference Δω exceeds a predetermined limit value (there are two positive and negative values). The difference Δω after passing through the value limiting unit 712 is output to the proportional term multiplier 713. The proportional term multiplier 713 multiplies the difference Δω by a proportional term constant Kp to obtain a proportional term ωp, which is output to the output calculation unit 73. The feedback correction calculation unit 71 corresponds to the feedback correction means of the present invention.

荷重補正演算部72は、荷重項演算器721、変化量制限部722、絶対値制限部723、及び荷重項乗算器724で構成されている。荷重項演算器721は、左右の駆動輪3L、3Rが分担する荷重の配分の比率、すなわち左右配分比RFを次式(1)により求め、変化量制限部722に出力する。
左右配分比RF=(右駆動輪3Rの荷重)/(左駆動輪3Lの荷重)
= FR/FL…………………………………………………(1)
The load correction calculation unit 72 includes a load term calculation unit 721, a change amount limiting unit 722, an absolute value limiting unit 723, and a load term multiplier 724. The load term calculator 721 obtains the load distribution ratio shared by the left and right drive wheels 3L, 3R, that is, the right / left distribution ratio RF by the following equation (1), and outputs it to the change amount limiting unit 722.
Left / right distribution ratio RF = (load of right drive wheel 3R) / (load of left drive wheel 3L)
= FR / FL ………………………………………………… (1)

変化量制限部722は、左右配分比RFの前回値からの変化量が所定の制限変化量(正負の2値あり)を超過している場合に限り、変化量を制限変化量に制限して左右配分比RFの今回値を求める。絶対値制限部723は、左右配分比RFの今回値が所定の制限値(正負の2値あり)を超過している場合に限り、左右配分比RFを制限値に補正する。荷重項乗算器724は、変化量制限部722及び絶対値制限部723を通った後の左右配分比RFに荷重項定数KFを乗算して荷重項ωFとし、出力演算部73に出力する。荷重補正演算部72は、本発明のフィードフォワード補正手段に相当する。また、変化量制限部722及び絶対値制限部723は、本発明の値制限部に相当する。   The change amount limiting unit 722 restricts the change amount to the limit change amount only when the change amount from the previous value of the left / right distribution ratio RF exceeds a predetermined limit change amount (there are two positive and negative values). The current value of the left / right distribution ratio RF is obtained. The absolute value limiting unit 723 corrects the left / right distribution ratio RF to the limit value only when the current value of the left / right distribution ratio RF exceeds a predetermined limit value (there are two positive and negative values). The load term multiplier 724 multiplies the left / right distribution ratio RF after passing through the variation limiting unit 722 and the absolute value limiting unit 723 by the load term constant KF to obtain a load term ωF, and outputs the load term ωF to the output calculation unit 73. The load correction calculation unit 72 corresponds to feedforward correction means of the present invention. Further, the change amount limiting unit 722 and the absolute value limiting unit 723 correspond to the value limiting unit of the present invention.

出力演算部73の加算器731は、比例項ωpと荷重項ωFとを加算して補正項ωaddとする。出力演算部73の演算器732は、加算器または減算器として作動する。すなわち、目標直進速度V1が正値である前進時に、演算器732は、元の目標車体角速度ω1に補正項ωaddを加算して補正後の目標車体角速度ω2とする。また、目標直進速度V1が負値である後進時に、演算器732は、元の目標車体角速度ω1から補正項ωaddを減算して補正後の目標車体角速度ω2とする。補正後の目標車体角速度ω2は、図3に示されるように、目標出力演算部62に出力される。   The adder 731 of the output calculation unit 73 adds the proportional term ωp and the load term ωF to obtain a correction term ωadd. The computing unit 732 of the output computing unit 73 operates as an adder or subtracter. That is, at the time of forward movement in which the target straight traveling speed V1 is a positive value, the calculator 732 adds the correction term ωadd to the original target vehicle body angular speed ω1 to obtain the corrected target vehicle body angular speed ω2. Further, at the time of reverse travel where the target straight traveling speed V1 is a negative value, the calculator 732 subtracts the correction term ωadd from the original target vehicle body angular speed ω1 to obtain a corrected target vehicle body angular speed ω2. The corrected target vehicle body angular velocity ω2 is output to the target output calculation unit 62 as shown in FIG.

次に、制御部の走行制御の演算処理フローについて説明する。図5は、制御部の走行制御の演算処理フローを示したフローチャートである。図5のステップS1で、制御部は、ジョイスティック41からの指令信号S1、ならびに、左荷重FL及び右荷重FR及びヨー角速度ωYの検出信号を読み込む。次に、制御部は、ステップS2でヨー角速度ωYを算出する。また、ステップS3で、直進速度演算部61により目標直進速度V1を設定し、角速度演算部62で目標車体角速度ω1を設定する。さらに、ステップS4で、フィードバック補正演算部71により角速度の差分Δωを演算する。   Next, a calculation processing flow of travel control of the control unit will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a calculation processing flow of travel control of the control unit. In step S1 of FIG. 5, the control unit reads the command signal S1 from the joystick 41 and detection signals of the left load FL, the right load FR, and the yaw angular velocity ωY. Next, the control unit calculates a yaw angular velocity ωY in step S2. Further, in step S3, the target straight speed V1 is set by the straight speed calculator 61, and the target vehicle angular speed ω1 is set by the angular speed calculator 62. In step S4, the feedback correction calculation unit 71 calculates the angular velocity difference Δω.

そして、ステップS5で、差分Δωが一定値以上か否か判定する。差分Δωが一定値未満である場合には、直ちに演算処理フローを終了する。これは、電動車いす1が概ね定常走行していて、左右の駆動電圧VL、VRを変更する必要がないことを意味する。   In step S5, it is determined whether or not the difference Δω is greater than or equal to a certain value. If the difference Δω is less than a certain value, the calculation processing flow is immediately terminated. This means that the electric wheelchair 1 is running in a steady state and there is no need to change the left and right drive voltages VL and VR.

差分Δωが一定値以上の場合には、ステップS6に進み、荷重補正演算部72により荷重項ωFを演算する。次にステップS7で、出力演算部73により補正後の目標車体角速度ω2を演算する。さらに、ステップS8で、目標出力演算部62により左右の目標回転数N1L、N1Rを演算する。次にステップS9で、目標出力演算部62により左駆動電圧VL及び右駆動電圧VRを演算する。これにより、左右のモータ駆動部57L、57Rから左右のモータ51L、51Rに印加される実際の駆動電圧が制御され、電動車いす1が走行する。   If the difference Δω is greater than or equal to a certain value, the process proceeds to step S6, and the load term ωF is calculated by the load correction calculation unit 72. Next, in step S7, the corrected target vehicle angular velocity ω2 is calculated by the output calculation unit 73. Further, in step S8, the target output calculator 62 calculates the left and right target rotational speeds N1L and N1R. Next, in step S9, the target output calculator 62 calculates the left drive voltage VL and the right drive voltage VR. Thereby, the actual drive voltage applied to the left and right motors 51L and 51R from the left and right motor drive units 57L and 57R is controlled, and the electric wheelchair 1 travels.

次に上述のように構成された第1実施形態の電動車いす1の作用及び効果について説明する。図6は、電動車いす1で左右の駆動輪3L、3Rが分担する荷重の左右配分比RFを演算する方法を模式的に説明する平面図である。図6で、○印に×印を重ねた符号は、荷重を示している(図10及び図11でも同様)。また、図6は、電動車いす1に乗員が乗り、左駆動輪3L、右駆動輪3R、左前輪28L、及び右前輪28Rが着地した状態を示している。そして、左駆動輪3Lが分担している荷重FLと、右駆動輪3Rが分担している荷重FRとが検出されている、この2量に基づいて、車体2及び乗員を含んだ総荷重Ftotの重心位置Gの左右方向の配置を演算により求めることができる。すなわち、重心位置Gと左駆動輪3Lとの左側距離T1、ならびに重心位置Gと右駆動輪3Rとの右側距離T2を次式(2)(3)により求めることができる。
左側距離T1=FR・T/(FL+FR)……………………………………(2)
右側距離T2=FL・T/(FL+FR)……………………………………(3)
Next, the operation and effect of the electric wheelchair 1 of the first embodiment configured as described above will be described. FIG. 6 is a plan view schematically illustrating a method of calculating the left / right distribution ratio RF of the load shared by the left and right drive wheels 3L, 3R in the electric wheelchair 1. FIG. In FIG. 6, a symbol in which a mark “X” is superimposed on a mark “◯” indicates a load (the same applies to FIGS. 10 and 11). FIG. 6 shows a state in which an occupant gets on the electric wheelchair 1 and the left driving wheel 3L, the right driving wheel 3R, the left front wheel 28L, and the right front wheel 28R have landed. The load FL shared by the left drive wheel 3L and the load FR shared by the right drive wheel 3R are detected. Based on these two quantities, the total load Ftot including the vehicle body 2 and the occupant is detected. Can be obtained by calculation. That is, the left side distance T1 between the center of gravity position G and the left driving wheel 3L and the right side distance T2 between the center of gravity position G and the right driving wheel 3R can be obtained by the following equations (2) and (3).
Left distance T1 = FR · T / (FL + FR) ………………………… (2)
Right distance T2 = FL ・ T / (FL + FR) ……………………………… (3)

さらに、荷重の左右配分比RFは、左側距離T1及び右側距離T2の逆比で求められることから、次式(4)で表される。
左右配分比RF=左側距離T1/右側距離T2………………………………(4)
式(4)に式(2)及び式(3)を代入すると、当然ながら式(1)に一致する。
Furthermore, since the left / right distribution ratio RF of the load is obtained by the inverse ratio of the left distance T1 and the right distance T2, it is expressed by the following equation (4).
Left / right distribution ratio RF = Left distance T1 / Right distance T2 (4)
Substituting Equation (2) and Equation (3) into Equation (4) naturally matches Equation (1).

つまり、本第1実施形態では、重心位置Gの左右方向の配置を実際には求めることなく、式(1)で直接的に左右配分比RFを演算できる。しかしながら、左及び右荷重センサ81L、81R以外の手段で重心位置Gを検出する態様では、式(4)を用いて左右配分比RFを演算する必要がある。したがって、制御部は、たとえ左側距離T1及び右側距離T2を明示的に演算せずとも、間接的に左側距離T1及び右側距離T2を用いており、本発明の重心位置演算手段を含んでいる。さらに、制御部と左及び右荷重センサ81L、81Rとの組み合わせは、本発明の重心位置検出部に相当する。   That is, in the first embodiment, the right / left distribution ratio RF can be directly calculated by the equation (1) without actually obtaining the left / right arrangement of the gravity center position G. However, in a mode in which the center-of-gravity position G is detected by means other than the left and right load sensors 81L and 81R, it is necessary to calculate the right / left distribution ratio RF using the equation (4). Therefore, the control unit indirectly uses the left distance T1 and the right distance T2 even if it does not explicitly calculate the left distance T1 and the right distance T2, and includes the center-of-gravity position calculating means of the present invention. Further, the combination of the control unit and the left and right load sensors 81L and 81R corresponds to the gravity center position detection unit of the present invention.

第1実施形態の電動車いす1では、総荷重Ftotの重心位置Gを検出して左駆動輪3L及び右駆動輪3Rと重心位置Gとの位置関係に基づくことと同等の機能を用いて目標車体角速度ω1をフィードフォワード補正し、最終的に左駆動輪3L及び右駆動輪3Rを独立して回転駆動する駆動部の駆動力(左及び右駆動電圧VL、VR)を制御する。ここで、重心位置Gを検出することと同等の機能でフィードフォワード補正を行うので、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心移動を考慮した補正を行える。したがって、特許文献1のロール角のみを用いて乗員の着座姿勢の変化を考慮しないフィードフォワード補正と比較すると補正精度が向上し、カント走行時の片流れを軽減して直進走行性を向上できる。   In the electric wheelchair 1 of the first embodiment, the target vehicle body is detected using a function equivalent to detecting the center of gravity position G of the total load Ftot and based on the positional relationship between the left driving wheel 3L and the right driving wheel 3R and the center of gravity position G. The angular velocity ω1 is feedforward corrected, and finally the driving force (left and right drive voltages VL, VR) of the drive unit that rotationally drives the left drive wheel 3L and the right drive wheel 3R independently is controlled. Here, since feedforward correction is performed with a function equivalent to detecting the center of gravity position G, it is possible to perform correction in consideration of center of gravity movement caused by a change in the seating posture of the occupant. Therefore, compared with the feedforward correction which does not consider the change in the seating posture of the occupant using only the roll angle of Patent Document 1, the correction accuracy is improved, and the one-way flow at the time of cant traveling can be reduced and the straight traveling performance can be improved.

さらに、重心位置検出部が左及び右荷重センサ81L、81Rならびに制御部の演算機能で実現されており、各駆動輪3L、3Rの荷重値FL、FRに基づいて重心位置G及び左右配分比RFを高精度に演算できる。そして、フィードフォワード補正手段を具体化した荷重補正演算部72では、左右配分比RFを用いて目標車体角速度ω1を補正する。したがって、乗員の着座姿勢の変化によって引き起こされる重心位置Gの左右方向の移動を補正制御に反映することができる。これにより、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果が顕著になる。   Further, the center-of-gravity position detection unit is realized by the calculation functions of the left and right load sensors 81L and 81R and the control unit, and the center-of-gravity position G and the left-right distribution ratio RF are based on the load values FL and FR of the drive wheels 3L and 3R. Can be calculated with high accuracy. Then, the load correction calculation unit 72 that embodies the feedforward correction means corrects the target vehicle body angular velocity ω1 using the right / left distribution ratio RF. Therefore, the lateral movement of the gravity center position G caused by the change in the sitting posture of the occupant can be reflected in the correction control. As a result, the effects of reducing the single flow and improving the straight traveling performance become remarkable.

さらに、荷重補正演算部72は、目標車体角速度ω1を補正する補正量を制限する変化量制限部722及び絶対値制限部723を有している。このため、路面の起伏や乗員の急激な姿勢変化などに起因して重心位置Gが急峻に変化しても、荷重項ωFの補正量が制限される。したがって、車体2の挙動が急激に変化するおそれはなく、走行制御の安定性が向上する。   Furthermore, the load correction calculation unit 72 includes a change amount limiting unit 722 and an absolute value limiting unit 723 that limit the correction amount for correcting the target vehicle body angular velocity ω1. For this reason, even if the gravity center position G changes abruptly due to road surface undulations or a sudden change in the posture of the occupant, the correction amount of the load term ωF is limited. Therefore, there is no possibility that the behavior of the vehicle body 2 changes suddenly, and the stability of the traveling control is improved.

次に、第2実施形態の電動車いす1について、第1実施形態と異なる点を主に説明し、同じ点については同じ符号を用いて説明を省略する。図7は、第2実施形態の電動車いす1の駆動系及び制御系の構成を説明する構成ブロック図である。第2実施形態の電動車いす1の全体構成(図1参照)は、第1実施形態と同じである。図7と図2を比較すれば分かるように、第2実施形態では、4個の荷重センサ82L、82R、83L、83R、及び2個のロール角センサ59L、59Rが追加されている。   Next, regarding the electric wheelchair 1 of the second embodiment, points different from the first embodiment will be mainly described, and the same points will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. FIG. 7 is a block diagram illustrating the configuration of the drive system and the control system of the electric wheelchair 1 according to the second embodiment. The overall configuration (see FIG. 1) of the electric wheelchair 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. As can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. 2, in the second embodiment, four load sensors 82L, 82R, 83L, 83R and two roll angle sensors 59L, 59R are added.

詳述すると、左前輪28Lと車体2の間に左前荷重センサ82Lが設けられ、右前輪28Rと車体2の間に右前荷重センサ82Rが設けられている。さらに、左後輪26Lと車体2の間に左後荷重センサ83Lが設けられ、右後輪26と車体2の間に右後荷重センサ83Rが設けられている。各荷重センサ82L、82R、83L、83Rは、各車輪28L、28R、26L、26Rが分担する左前荷重FLf、右前荷重FRf、左後荷重FLr、及び右後荷重FRrを検出するものであり、本発明の荷重検出部に相当する。左前荷重センサ82L及び左後荷重センサ83Lの検出信号は左制御部54Lに出力され、右前荷重センサ82R及び右後荷重センサ83Rの検出信号は右制御部54Rに出力されている。   More specifically, a left front load sensor 82L is provided between the left front wheel 28L and the vehicle body 2, and a right front load sensor 82R is provided between the right front wheel 28R and the vehicle body 2. Further, a left rear load sensor 83L is provided between the left rear wheel 26L and the vehicle body 2, and a right rear load sensor 83R is provided between the right rear wheel 26 and the vehicle body 2. Each load sensor 82L, 82R, 83L, 83R detects a left front load FLf, a right front load FRf, a left rear load FLr, and a right rear load FRr shared by the wheels 28L, 28R, 26L, 26R. This corresponds to the load detection unit of the invention. Detection signals from the left front load sensor 82L and the left rear load sensor 83L are output to the left control unit 54L, and detection signals from the right front load sensor 82R and the right rear load sensor 83R are output to the right control unit 54R.

また、左駆動ユニット5Lの左コントローラ53Lの内部に、左ロール角センサ59Lが設けられている。左ロール角センサ59Lは、車体2がロール軸周りに回転して傾斜し
たときのロール角θを検出し、左ロール角信号に変換して出力する。同様に、右駆動ユニット5Rの右コントローラ53Rの内部に、右ロール角センサ59Rが設けられている。右ロール角センサ59Rも、車体2がロール軸周りに回転して傾斜したときのロール角θを検出し、右ロール角信号に変換して出力する。左ロール角センサ59L及び右ロール角センサ59Rは、本発明のロール角検出部に相当する。
A left roll angle sensor 59L is provided inside the left controller 53L of the left drive unit 5L. The left roll angle sensor 59L detects the roll angle θ when the vehicle body 2 rotates and tilts around the roll axis, converts it into a left roll angle signal, and outputs it. Similarly, a right roll angle sensor 59R is provided inside the right controller 53R of the right drive unit 5R. The right roll angle sensor 59R also detects the roll angle θ when the vehicle body 2 rotates and tilts around the roll axis, converts it into a right roll angle signal, and outputs it. The left roll angle sensor 59L and the right roll angle sensor 59R correspond to the roll angle detection unit of the present invention.

左ロール角信号及び右ロール角信号は、本来等しくなるが別々の量と考えて、左制御部54Lで左ロール角信号を受け取り、右制御部54Rで右ロール角信号を受け取るように構成できる。これに限定されず、左ロール角センサ59L及び右ロール角センサ59Rは、一方を常用とし、他方を予備とすることができる。また、左ロール角センサ59の左ロール角信号と右ロール角センサ59Rの右ロール角信号とを平均化してロール角θを求めるようにしてもよい。さらには、左ロール角センサ59L及び右ロール角センサ59Rの一方を無くすことも可能である。   The left roll angle signal and the right roll angle signal are essentially the same but are considered to be different amounts, and the left control unit 54L can receive the left roll angle signal and the right control unit 54R can receive the right roll angle signal. Without being limited thereto, one of the left roll angle sensor 59L and the right roll angle sensor 59R can be used regularly, and the other can be used as a spare. Alternatively, the roll angle θ may be obtained by averaging the left roll angle signal of the left roll angle sensor 59 and the right roll angle signal of the right roll angle sensor 59R. Furthermore, one of the left roll angle sensor 59L and the right roll angle sensor 59R can be eliminated.

左及び右ロール角センサ59L、59Rとして、例えば、特許文献1に開示した加速度センサを用いることができる。この加速度センサは、作用する力を検出して加速度に換算する方式を採用している。したがって、加速度センサは、重力の方向を検出して、ロール角θを求めることができる。   As the left and right roll angle sensors 59L and 59R, for example, the acceleration sensor disclosed in Patent Document 1 can be used. This acceleration sensor employs a method of detecting an acting force and converting it to acceleration. Therefore, the acceleration sensor can determine the roll angle θ by detecting the direction of gravity.

第2実施形態において、電動車いす1の走行制御を行う制御部の制御ブロックの構成は図3と同様であり、第1実施形態と比較して角速度補正部63Aの入力項目が追加されている。すなわち、第2実施形態の角速度補正部63Aには、第1実施形態のヨー角速度ωYならびに左荷重FL及び右荷重FRに加えて、上述した左前荷重FLf、右前荷重FRf、左後荷重FLr、及び右後荷重FRr、ならびに上述したロール角θが入力されている。   In the second embodiment, the configuration of the control block of the control unit that performs the traveling control of the electric wheelchair 1 is the same as that in FIG. 3, and the input items of the angular velocity correction unit 63A are added as compared with the first embodiment. That is, the angular velocity correction unit 63A of the second embodiment includes the above-described left front load FLf, right front load FRf, left rear load FLr, in addition to the yaw angular velocity ωY and the left load FL and right load FR of the first embodiment. The right rear load FRr and the roll angle θ described above are input.

図8は、第2実施形態の電動車いす1の走行制御を行う制御部のうちの角速度補正部63Aの詳細ブロック図である。角速度補正部63Aは、フィードバック補正演算部71、荷重補正演算部75、重心補正演算部76、及び出力演算部77からなる。フィードバック補正演算部71は、第1実施形態と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。フィードバック補正演算部71の比例項乗算器713は、比例項ωpを出力演算部77に出力する。   FIG. 8 is a detailed block diagram of the angular velocity correction unit 63A in the control unit that performs the traveling control of the electric wheelchair 1 of the second embodiment. The angular velocity correction unit 63 </ b> A includes a feedback correction calculation unit 71, a load correction calculation unit 75, a gravity center correction calculation unit 76, and an output calculation unit 77. The feedback correction calculation unit 71 has the same configuration as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. The proportional term multiplier 713 of the feedback correction calculation unit 71 outputs the proportional term ωp to the output calculation unit 77.

荷重補正演算部75には、各車輪の荷重、すなわち、左荷重FL、右荷重FR、左前荷重FLf、右前荷重FRf、左後荷重FLr、及び右後荷重FRrが入力される。荷重補正演算部75は、荷重&重心演算器751、変化量制限部752、絶対値制限部753、及び荷重項乗算器754で構成されている。   The load correction calculation unit 75 receives the load of each wheel, that is, the left load FL, the right load FR, the left front load FLf, the right front load FRf, the left rear load FLr, and the right rear load FRr. The load correction calculation unit 75 includes a load & center-of-gravity calculation unit 751, a change amount limiting unit 752, an absolute value limiting unit 753, and a load term multiplier 754.

荷重&重心演算器751は、左右配分比RFを次式(5)により求め、変化量制限部752に出力する。
左右配分比RF=(右側の車輪の荷重)/(左側の車輪の荷重)
=(FR+FRf+FRr)/(FL+FLf+FLr)……(5)
The load & center-of-gravity calculator 751 obtains the right / left distribution ratio RF by the following equation (5) and outputs it to the variation limiting unit 752.
Left / right distribution ratio RF = (right wheel load) / (left wheel load)
= (FR + FRf + FRr) / (FL + FLf + FLr) (5)

変化量制限部752は、左右配分比RFの前回値からの変化量が所定の制限変化量(正負の2値あり)を超過している場合に限り、変化量を制限変化量に制限して左右配分比RFの今回値を求める。絶対値制限部753は、左右配分比RFの今回値が所定の制限値(正負の2値あり)を超過している場合に限り、左右配分比RFを制限値に補正する。荷重項乗算器754は、変化量制限部752及び絶対値制限部753を通った後の左右配分比RFに荷重項定数KFを乗算して荷重項ωFとし、出力演算部77に出力する。   The change amount limiting unit 752 limits the change amount to the limit change amount only when the change amount from the previous value of the left / right distribution ratio RF exceeds a predetermined limit change amount (there are two positive and negative values). The current value of the left / right distribution ratio RF is obtained. The absolute value limiter 753 corrects the left / right distribution ratio RF to the limit value only when the current value of the left / right distribution ratio RF exceeds a predetermined limit value (there are two positive and negative values). The load term multiplier 754 multiplies the right / left distribution ratio RF after passing through the variation limiting unit 752 and the absolute value limiting unit 753 by the load term constant KF to obtain a load term ωF, which is output to the output calculation unit 77.

また、荷重&重心演算器751は、総荷重Ftotを次式(6)により求め、前後方向距離LG(LG3)を後述の式(8)または式(12)により求めて、重心補正演算部76に出力する。
総荷重Ftot=FL+FR+FLf+FRf+FLr+FRr…………(6)
なお、前後方向距離LG(LG3)は、左駆動輪3L及び右駆動輪3Rの車軸に対して重心位置G2、G3が前後方向に偏移した距離の意味である(図10のLG及び図11のLG3参照)。
The load & center-of-gravity calculator 751 obtains the total load Ftot by the following equation (6), obtains the longitudinal distance LG (LG3) by the following equation (8) or equation (12), and obtains the center-of-gravity correction calculator 76. Output to.
Total load Ftot = FL + FR + FLf + FRf + FLr + FRr (6)
The front-rear direction distance LG (LG3) means the distance by which the gravity center positions G2, G3 are shifted in the front-rear direction with respect to the axles of the left driving wheel 3L and the right driving wheel 3R (LG in FIG. 10 and FIG. 11). LG3).

重心補正演算部76は、旋回モーメント演算部761、変化量制限部762、絶対値制限部763、及び重心項乗算器764で構成されている。旋回モーメント演算部761には、ロール角θ、総荷重Ftot、及び前後方向距離LG(LG3)が入力される。旋回モーメント演算部761は、旋回モーメントMを次式(7)により求め、変化量制限部762に出力する。ただし、総荷重Ftotは、総質量に万有引力定数を乗じた力の次元を有するものとしている。
旋回モーメントM=LG・Ftot・sinθ………………………………(7)
The center-of-gravity correction calculation unit 76 includes a turning moment calculation unit 761, a change amount limiting unit 762, an absolute value limiting unit 763, and a barycentric term multiplier 764. The turning moment calculator 761 receives the roll angle θ, the total load Ftot, and the longitudinal distance LG (LG3). The turning moment calculation unit 761 obtains the turning moment M by the following equation (7) and outputs it to the change amount limiting unit 762. However, the total load Ftot has a dimension of force obtained by multiplying the total mass by a universal gravitational constant.
Turning moment M = LG ・ Ftot ・ sinθ …… (7)

変化量制限部762は、旋回モーメントMの前回値からの変化量が所定の制限変化量(正負の2値あり)を超過している場合に限り、変化量を制限変化量に制限して旋回モーメントMの今回値を求める。絶対値制限部763は、旋回モーメントMの今回値が所定の制限値(正負の2値あり)を超過している場合に限り、旋回モーメントMを制限値に補正する。重心項乗算器764は、変化量制限部762及び絶対値制限部763を通った後の旋回モーメントMに重心項定数KGを乗算して重心項ωGとし、出力演算部77に出力する。   The change amount limiting unit 762 limits the change amount to the limit change amount and turns only when the change amount from the previous value of the turning moment M exceeds a predetermined limit change amount (with positive and negative values). Find the current value of moment M. The absolute value limiting unit 763 corrects the turning moment M to the limit value only when the current value of the turning moment M exceeds a predetermined limit value (there are two positive and negative values). The center-of-gravity term multiplier 764 multiplies the turning moment M after passing through the change amount limiting unit 762 and the absolute value limiting unit 763 by the center-of-gravity term constant KG, and outputs it to the output calculating unit 77.

出力演算部77は、2個の加算器771、772、及び演算器773で構成されている。2個の加算器771、772では、比例項ωpに対して順番に、重心項ωG及び荷重項ωFが加算されて補正項ωaddが演算される。演算器773は、加算器または減算器として作動する。すなわち、目標直進速度V1が正値である前進時に、演算器773は、元の目標車体角速度ω1に補正項ωaddを加算して補正後の目標車体角速度ω2とする。また、目標直進速度V1が負値である後進時に、演算器773は、元の目標車体角速度ω1から補正項ωaddを減算して補正後の目標車体角速度ω2とする。補正後の目標車体角速度ω2は、目標出力演算部62に出力される。   The output calculation unit 77 includes two adders 771 and 772 and a calculator 773. In the two adders 771 and 772, the gravity term ωG and the load term ωF are added in order to the proportional term ωp to calculate the correction term ωadd. The computing unit 773 operates as an adder or subtracter. That is, at the time of forward movement in which the target straight traveling speed V1 is a positive value, the calculator 773 adds the correction term ωadd to the original target vehicle body angular speed ω1 to obtain the corrected target vehicle body angular speed ω2. Further, at the time of reverse travel where the target straight traveling speed V1 is a negative value, the calculator 773 subtracts the correction term ωadd from the original target vehicle body angular speed ω1 to obtain a corrected target vehicle body angular speed ω2. The corrected target vehicle body angular velocity ω <b> 2 is output to the target output calculation unit 62.

第2実施形態の荷重補正演算部75、及び重心補正演算部76は、本発明のフィードフォワード補正手段に相当する。また、変化量制限部752、絶対値制限部753、変化量制限部762、及び絶対値制限部763は、本発明の値制限部に相当する。   The load correction calculation unit 75 and the gravity center correction calculation unit 76 of the second embodiment correspond to the feedforward correction unit of the present invention. Further, the change amount limiting unit 752, the absolute value limiting unit 753, the change amount limiting unit 762, and the absolute value limiting unit 763 correspond to the value limiting unit of the present invention.

次に上述のように構成された第2実施形態の電動車いす1の作用について説明する。図9は、傾斜路面を横切る方向にカント走行する電動車いす1の状況を例示した背面図である。また、図10は、図9に示されるようにカント走行する電動車いす1の総荷重Ftotの左右配分比RF2、及び旋回モーメントMを模式的に説明する平面図である。図9で、ロール角θの傾斜路面は、紙面の右側が傾斜上側すなわち山側で、紙面の左側が傾斜下側すなわち谷側になっている。電動車いす1の重心位置G2に作用する総荷重Ftotは、傾斜路面に垂直な垂直成分FVと傾斜下側に向かう傾斜面成分FHとに分解して考えることができる。傾斜面成分FHは、(Ftot・sinθ)で求められる。   Next, the operation of the electric wheelchair 1 according to the second embodiment configured as described above will be described. FIG. 9 is a rear view illustrating the situation of the electric wheelchair 1 that cant travel in the direction crossing the inclined road surface. FIG. 10 is a plan view schematically illustrating the left-right distribution ratio RF2 of the total load Ftot and the turning moment M of the electric wheelchair 1 that cant travel as shown in FIG. In FIG. 9, the inclined road surface of the roll angle θ is inclined upward, that is, a mountain side on the right side of the sheet, and inclined downward, that is, a valley side, on the left side of the sheet. The total load Ftot acting on the gravity center position G2 of the electric wheelchair 1 can be considered by being decomposed into a vertical component FV perpendicular to the inclined road surface and an inclined surface component FH directed downward on the inclined side. The inclined surface component FH is obtained by (Ftot · sin θ).

ここで、図10に示されるように、車軸に対して重心位置G2が前後方向距離LGだけ前側に偏移していると、傾斜面成分FHは旋回モーメントMを発生させる。旋回モーメントMは、前後方向距離LGに概ね比例して変化し、前述の式(7)で求められる。さらに、図10に例示される4量の荷重値、すなわち、左荷重FL、右荷重FR、左前荷重FLf、及び右前荷重FRfを用いた次式(8)で、前後方向距離LGを求めることができる。ただし、左及び右駆動輪3L、3Rと左及び右前輪28L、28Rとの間のホイールベース(軸間距離)Bの値は、予め制御部に記憶されている。
前後方向距離LG=
(FLf+FRf)・B/(FL+FR+FLf+FRf)………(8)
したがって、旋回モーメントMの発生により、電動車いす1が前進する進行方向は、図10の白抜き矢印Q1に示されるように、谷側(傾斜下側)に向かいがちになる。
Here, as shown in FIG. 10, when the gravity center position G2 is shifted to the front side by the longitudinal distance LG with respect to the axle, the inclined surface component FH generates a turning moment M. The turning moment M changes substantially in proportion to the front-rear direction distance LG and is obtained by the above-described equation (7). Furthermore, the front-rear direction distance LG can be obtained by the following equation (8) using the four load values illustrated in FIG. 10, that is, the left load FL, the right load FR, the left front load FLf, and the right front load FRf. it can. However, the value of the wheel base (distance between the axes) B between the left and right drive wheels 3L, 3R and the left and right front wheels 28L, 28R is stored in advance in the control unit.
Longitudinal distance LG =
(FLf + FRf) · B / (FL + FR + FLf + FRf) (8)
Therefore, the traveling direction in which the electric wheelchair 1 moves forward due to the generation of the turning moment M tends to be directed to the valley side (lower tilt side) as indicated by the white arrow Q1 in FIG.

また、図10に例示される4量の荷重値から、左側距離T21ならびに右側距離T22を次の式(9)及び式(10)により求めることができる。
左側距離T21=
(FR+FRf)・T/(FL+FR+FLf+FRf)…………(9)
右側距離T22=
(FL+FLf)・T/(FL+FR+FLf+FRf)………(10)
Further, the left distance T21 and the right distance T22 can be obtained from the following four formulas (9) and (10) from the four load values exemplified in FIG.
Left distance T21 =
(FR + FRf) · T / (FL + FR + FLf + FRf) (9)
Right distance T22 =
(FL + FLf) · T / (FL + FR + FLf + FRf) (10)

さらに、荷重の左右配分比RF2は、左側距離T21及び右側距離T22の逆比で求められることから、次式(11)により求めることができる。
左右配分比RF2=左側距離T21/右側距離T22
=(FR+FRf)/(FL+FLf)………………(11)
なお、式(11)は、式(5)に包含されている。
Furthermore, since the left / right distribution ratio RF2 of the load is obtained by the inverse ratio of the left distance T21 and the right distance T22, it can be obtained by the following equation (11).
Left / right distribution ratio RF2 = left distance T21 / right distance T22
= (FR + FRf) / (FL + FLf) (11)
Equation (11) is included in Equation (5).

次に、第2実施形態の電動車いす1でウィリー走行する場合の作用について説明する。図11は、ウィリー走行しながらカント走行する電動車いす1の総荷重Ftotの左右配分比RF3、及び旋回モーメントMを模式的に説明する平面図である。ウィリー走行は、左前輪28L及び右前輪28Rを着地させず、代わりに左後輪26L及び右後輪26Rを着地した4輪走行形態である。図11で、電動車いす1は図9と同じロール角θの傾斜路面をウィリー走行しており、重心位置G3に対して同じ傾斜面成分FHが発生する。しかしながら、車軸に対して重心位置G3が前後方向距離LG3だけ後側に偏移している。
前後方向距離LG3は、図11に例示される4量の荷重値、すなわち、左荷重FL、右荷重FR、左後荷重FLr、及び右後荷重FRrを用いた次式(12)で求めることができる。ただし、左及び右駆動輪3L、3Rと左及び右後輪26L、26Rとの間の軸間距離Aの値は、予め制御部に記憶されている。
前後方向距離LG3=
(FLr+FRr)・A/(FL+FR+FLr+FRr)……(12)
ウィリー走行では重心位置G3の偏移する方向が通常時と逆の後側になり、旋回モーメントMの回転方向も逆になる。これにより、電動車いす1が前進する進行方向は、図11の白抜き矢印Q2に示されるように、山側(傾斜上側)に向かいがちになる。
Next, the operation when the wheelchair is run with the electric wheelchair 1 of the second embodiment will be described. FIG. 11 is a plan view schematically illustrating the left-right distribution ratio RF3 of the total load Ftot and the turning moment M of the electric wheelchair 1 that cant travel while traveling on a wheelie. The wheelie travel is a four-wheel travel mode in which the left front wheel 28L and the right front wheel 28R are landed instead of landing the left front wheel 28L and the right front wheel 28R. In FIG. 11, the electric wheelchair 1 is traveling on an inclined road surface having the same roll angle θ as in FIG. 9, and the same inclined surface component FH is generated with respect to the center of gravity position G3. However, the center-of-gravity position G3 is shifted rearward by the longitudinal distance LG3 with respect to the axle.
The front-rear direction distance LG3 is obtained by the following equation (12) using four load values exemplified in FIG. 11, that is, the left load FL, the right load FR, the left rear load FLr, and the right rear load FRr. it can. However, the value of the inter-axis distance A between the left and right drive wheels 3L and 3R and the left and right rear wheels 26L and 26R is stored in the control unit in advance.
Longitudinal distance LG3 =
(FLr + FRr) · A / (FL + FR + FLr + FRr) (12)
In the wheelie travel, the direction in which the center of gravity G3 shifts is the rear side opposite to the normal time, and the rotation direction of the turning moment M is also reversed. As a result, the traveling direction in which the electric wheelchair 1 moves forward tends to be directed to the mountain side (inclined upper side) as indicated by the white arrow Q2 in FIG.

また、図10の場合に類似して、左側距離T31ならびに右側距離T32を次の式(13)及び式(14)により求めることができる。
左側距離T31=
(FR+FRr)・T/(FL+FR+FLr+FRr)………(13)
右側距離T32=
(FL+FLr)・T/(FL+FR+FLr+FRr)………(14)
Similar to the case of FIG. 10, the left-side distance T31 and the right-side distance T32 can be obtained by the following equations (13) and (14).
Left distance T31 =
(FR + FRr) · T / (FL + FR + FLr + FRr) (13)
Right distance T32 =
(FL + FLr) · T / (FL + FR + FLr + FRr) (14)

さらに、荷重の左右配分比RF3は、左側距離T31及び右側距離T32の逆比で求められることから、次式(15)により求めることができる。
左右配分比RF3=左側距離T31/右側距離T32
=(FR+FRr)/(FL+FLr)………………(15)
式(15)は、式(5)に包含されている。
Furthermore, since the left-right distribution ratio RF3 of the load is obtained by the inverse ratio of the left-side distance T31 and the right-side distance T32, it can be obtained by the following equation (15).
Left / right distribution ratio RF3 = left distance T31 / right distance T32
= (FR + FRr) / (FL + FLr) (15)
Formula (15) is included in Formula (5).

荷重補正演算部75では、式(5)ならびに包含される式(11)及び式(15)を用いて左右配分比RF(RF2、RF3)を求めて、フィードフォワード補正している。つまり、制御部は、前後方向距離LG(LG3)を実際に演算するとともに左側距離T21、T31及び右側距離T22、T32を間接的に用いており、本発明の重心位置演算手段を含んでいる。さらに、制御部と6個の荷重センサ81L、81R、82L、82R、83L、83Rとの組み合わせは、本発明の重心位置検出部に相当する。   The load correction calculation unit 75 obtains the right / left distribution ratio RF (RF2, RF3) using the equation (5) and the included equations (11) and (15), and performs feedforward correction. That is, the control unit actually calculates the front-rear direction distance LG (LG3) and indirectly uses the left-side distances T21 and T31 and the right-side distances T22 and T32, and includes the center-of-gravity position calculation means of the present invention. Further, the combination of the control unit and the six load sensors 81L, 81R, 82L, 82R, 83L, 83R corresponds to the center-of-gravity position detection unit of the present invention.

さらに、本第2実施形態で、前後方向距離LG(LG3)を求める作用は、本発明の重心位置演算手段に相当する。また、重心補正演算部76では、前後方向距離LG(LG3)を含む式(7)を用いて旋回モーメントMを実際に求め、フィードフォワード補正している。ここで、旋回モーメントMの回転方向は、傾斜路面の傾きの方向及び重心位置G(G2、G3)の偏移方向に依存して変化する。これに対して、ロール角θの正負及び前後方向距離LG(LG3)の正負を考慮すれば制御部の演算処理を共通化できる。つまり、右上がりの傾斜路面と左上がりの傾斜路面とでロール角θの正負の符号を逆にして、かつ図10で前後方向距離LGを正値とし、図11で前後方向距離LG3を負値としてやれば、演算処理を場合分けする必要が無くなる。   Further, in the second embodiment, the operation for obtaining the longitudinal distance LG (LG3) corresponds to the center-of-gravity position calculating means of the present invention. In addition, the center-of-gravity correction calculation unit 76 actually calculates the turning moment M using the formula (7) including the longitudinal distance LG (LG3) and performs feedforward correction. Here, the rotation direction of the turning moment M changes depending on the direction of inclination of the inclined road surface and the shift direction of the gravity center position G (G2, G3). On the other hand, if the sign of the roll angle θ and the sign of the front-rear direction distance LG (LG3) are taken into consideration, the arithmetic processing of the control unit can be made common. In other words, the sign of the roll angle θ is reversed between the upward slope road surface and the upward slope road surface, and the longitudinal distance LG is positive in FIG. 10, and the longitudinal distance LG3 is negative in FIG. As a result, it is not necessary to divide the calculation processing into cases.

第2実施形態では、第1実施形態の効果に加えて次の効果が生じる。すなわち、第2実施形態の電動車いす1は、フィードフォワード補正手段がロール角θ及び前後方向距離LG(LG3)を用いて目標車体角速度ω1を補正するので、旋回モーメントMの変化を補正制御に反映することができる。したがって、荷重の左右配分比FR(FR2、FR3)に対する補正と旋回モーメントMの変化に対する補正とを併用でき、片流れの軽減及び直進走行性の向上の効果がさらに一層顕著になる。   In the second embodiment, the following effects are produced in addition to the effects of the first embodiment. That is, in the electric wheelchair 1 of the second embodiment, the feedforward correction means corrects the target vehicle body angular velocity ω1 by using the roll angle θ and the longitudinal distance LG (LG3), and therefore the change in the turning moment M is reflected in the correction control. can do. Therefore, the correction for the left / right distribution ratio FR (FR2, FR3) of the load and the correction for the change of the turning moment M can be used in combination, and the effects of reducing the single flow and improving the straight traveling performance become even more remarkable.

なお、本発明のパーソナルビークルは、上述した第1及び第2実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施できることは言うまでもない。例えば、車体角速度検出部として、左及び右角速度センサ56L、56Rを省略し、左及び右回転数センサ52L、52Rで検出した実回転数NL、NRからヨー角速度を演算するようにしてもよい。また例えば、各実施形態の左回転数演算部64、右回転数演算部65、左駆動力演算部66、及び右駆動力演算部67で、回転数に代えて同じ次元を有する車軸角速度を用いた演算処理を行うようにしても、同じ走行制御機能を具備できる。この場合、左及び右駆動輪3L、3Rの目標回転数N1L、N1Rに代えて目標車軸角速度を用いるとともに、実回転数NL、NRを車軸角速度に換算する。   The personal vehicle of the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it can be implemented in the form. For example, the left and right angular velocity sensors 56L and 56R may be omitted as the vehicle angular velocity detection unit, and the yaw angular velocity may be calculated from the actual rotational speeds NL and NR detected by the left and right rotational speed sensors 52L and 52R. Further, for example, in the left rotation number calculation unit 64, the right rotation number calculation unit 65, the left driving force calculation unit 66, and the right driving force calculation unit 67 of each embodiment, the axle angular velocity having the same dimension is used instead of the rotation number. The same traveling control function can be provided even if the calculation processing is performed. In this case, the target axle angular speeds are used in place of the target rotational speeds N1L and N1R of the left and right drive wheels 3L and 3R, and the actual rotational speeds NL and NR are converted into axle angular speeds.

さらに、第1及び第2実施形態で検出している左荷重FL及び右荷重FRを用いて、左右の駆動輪3L、3Rの有効半径Reの変化を演算し、フィードフォワード補正に用いることもできる。また、角速度補正部63、63Aのフィードバック補正演算部71で、比例制御以外の制御則を用いることもできる。さらには、第2実施形態でウィリー走行を考慮せず、左後荷重センサ83Lおよび右後荷重センサ83Rを不付きとしてもよい。   Furthermore, using the left load FL and the right load FR detected in the first and second embodiments, a change in the effective radius Re of the left and right drive wheels 3L, 3R can be calculated and used for feedforward correction. . Further, a control law other than proportional control can be used in the feedback correction calculation unit 71 of the angular velocity correction units 63 and 63A. Furthermore, the left rear load sensor 83L and the right rear load sensor 83R may be omitted without considering wheelie travel in the second embodiment.

本発明は、実施形態で説明した電動車いす1以外にも、個人用乗物などに代表されるパーソナルビークルに広く利用することができる。   In addition to the electric wheelchair 1 described in the embodiment, the present invention can be widely used for personal vehicles represented by personal vehicles and the like.

1:電動車いす(パーソナルビークル)
2:車体 26L:左後輪 26R:右後輪 29:バッテリ
28L:左前輪 28R:右前輪 3L:左駆動輪 3R:右駆動輪
4:操作ユニット 41:ジョイスティック(操作部)
42:メインコントローラ 43:操作制御部 44:操作通信部
5L:左駆動ユニット 51L:左モータ 52L:左回転数センサ
53L:左コントローラ 54L:左制御部 55L:左通信部
56L:左角速度センサ 57L:左モータ駆動部 59L:左ロール角センサ
5R:右駆動ユニット 51R:右モータ 52R:右回転数センサ
53R:右コントローラ 54R:右制御部 55R:右通信部
56R:右角速度センサ 57R:右モータ駆動部 59R:右ロール角センサ
61:目標速度及び角速度演算部 62:目標出力演算部
63、63A:角速度補正部
71:フィードバック補正演算部 72:荷重補正演算部 73:出力演算部
75:荷重補正演算部 76:重心補正演算部 77:出力演算部
81L:左荷重センサ 81R:右荷重センサ 82L:左前荷重センサ
82R:右前荷重センサ 83L:左後荷重センサ 83R:右後荷重センサ
S1:指令信号 V1:目標直進速度 ω1:目標車体角速度
ωY:ヨー角速度 θ:ロール角 ω2:補正後の目標車体角速度
NL、NR:実回転数 VL、VR:左及び右駆動電圧(駆動力)
FL、FR、FLf、FRf、FLr、FRr:車輪の荷重 Ftot:総荷重
RF、RF2、RF3:左右配分比
LG、LG3:前後方向距離 M:旋回モーメント
1: Electric wheelchair (personal vehicle)
2: Vehicle body 26L: Left rear wheel 26R: Right rear wheel 29: Battery 28L: Left front wheel 28R: Right front wheel 3L: Left drive wheel 3R: Right drive wheel 4: Operation unit 41: Joystick (operation unit)
42: main controller 43: operation control unit 44: operation communication unit 5L: left drive unit 51L: left motor 52L: left rotation speed sensor 53L: left controller 54L: left control unit 55L: left communication unit 56L: left angular velocity sensor 57L: Left motor drive unit 59L: Left roll angle sensor 5R: Right drive unit 51R: Right motor 52R: Right rotation speed sensor 53R: Right controller 54R: Right control unit 55R: Right communication unit 56R: Right angular velocity sensor 57R: Right motor drive unit 59R: Right roll angle sensor 61: Target velocity and angular velocity calculation unit 62: Target output calculation unit 63, 63A: Angular velocity correction unit 71: Feedback correction calculation unit 72: Load correction calculation unit 73: Output calculation unit 75: Load correction calculation unit 76: Center of gravity correction calculation unit 77: Output calculation unit 81L: Left load sensor 81R: Right load Heavy sensor 82L: Left front load sensor 82R: Right front load sensor 83L: Left rear load sensor 83R: Right rear load sensor S1: Command signal V1: Target straight speed ω1: Target vehicle body angular velocity ωY: Yaw angular velocity θ: Roll angle ω2: After correction Target vehicle body angular velocity NL, NR: actual rotation speed VL, VR: left and right drive voltage (drive force)
FL, FR, FLf, FRf, FLr, FRr: wheel load Ftot: total load RF, RF2, RF3: left / right distribution ratio LG, LG3: longitudinal distance M: turning moment

Claims (5)

車体と、前記車体の左右に設けられた左駆動輪及び右駆動輪と、前記車体の走行に関する指令信号を入力する操作部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪を独立して回転駆動する駆動部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数を検出する回転数検出部と、前記指令信号ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、を備えたパーソナルビークルであって、
前記車体のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度を検出する車体角速度検出部と、前記車体及び乗員を含んだ総荷重の重心位置を検出する重心位置検出部と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記指令信号に基づいて、前記車体が前記ヨー軸周りに回転する目標車体角速度、及び前記車体が直進する目標直進速度を設定する指令値設定手段と、
前記目標車体角速度と前記ヨー角速度との差分を用いた所定の制御則に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードバック補正手段と、
前記左駆動輪及び前記右駆動輪と前記重心位置との位置関係に基づいて前記目標車体角速度を補正するフィードフォワード補正手段と、
前記フィードバック補正手段及び前記フィードフォワード補正手段によって補正された後の目標車体角速度ならびに前記目標直進速度に基づいて前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数を演算する目標演算手段と、
前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標回転数ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の実回転数に基づいて前記駆動部の駆動力を制御する駆動制御手段と、を有するパーソナルビークル。
A vehicle body, left drive wheels and right drive wheels provided on the left and right sides of the vehicle body, an operation unit for inputting a command signal relating to travel of the vehicle body, and the left drive wheel and the right drive wheel are independently rotated. A drive unit, a rotation number detection unit that detects the actual rotation number of the left drive wheel and the right drive wheel, and the drive unit based on the command signal and the actual rotation number of the left drive wheel and the right drive wheel. A personal vehicle comprising a control unit for controlling,
A vehicle body angular velocity detection unit that detects a yaw angular velocity that is an angular velocity around the yaw axis of the vehicle body, and a gravity center position detection unit that detects a gravity center position of a total load including the vehicle body and an occupant,
The controller is
Based on the command signal, command value setting means for setting a target vehicle body angular speed at which the vehicle body rotates around the yaw axis, and a target straight traveling speed at which the vehicle body goes straight,
Feedback correction means for correcting the target vehicle body angular velocity based on a predetermined control law using a difference between the target vehicle body angular velocity and the yaw angular velocity;
Feedforward correction means for correcting the target vehicle body angular velocity based on a positional relationship between the left driving wheel and the right driving wheel and the position of the center of gravity;
Target calculating means for calculating the target rotational speed of the left driving wheel and the right driving wheel based on the target vehicle body angular velocity corrected by the feedback correcting means and the feed forward correcting means and the target straight traveling speed;
And a drive control means for controlling the drive force of the drive unit based on the target rotation speed of the left drive wheel and the right drive wheel and the actual rotation speed of the left drive wheel and the right drive wheel.
前記重心位置検出部は、
少なくとも前記左駆動輪及び前記右駆動輪を含む複数の車輪が前記総荷重を分担する荷重値をそれぞれ検出する複数の荷重検出部と、
各前記荷重検出部が検出した荷重値に基づいて、前記車体の左右方向及び前後方向のうち少なくとも一方向の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を有する請求項1に記載のパーソナルビークル。
The barycentric position detector is
A plurality of load detectors that respectively detect a load value at which a plurality of wheels including at least the left driving wheel and the right driving wheel share the total load;
2. The personal vehicle according to claim 1, further comprising: a center-of-gravity position calculating unit that calculates a center-of-gravity position in at least one of a left-right direction and a front-rear direction of the vehicle body based on a load value detected by each of the load detection units.
前記フィードフォワード補正手段は、前記重心位置に応じて前記左駆動輪と前記右駆動輪とに配分される前記総荷重の左右配分比、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の車軸と前記重心位置との前後方向距離、ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の各荷重値から求められる前記左駆動輪及び前記右駆動輪の有効半径の少なくとも一つを用いて前記目標車体角速度を補正する請求項1または2に記載のパーソナルビークル。   The feedforward correction means includes a left / right distribution ratio of the total load distributed to the left driving wheel and the right driving wheel according to the center of gravity position, an axle of the left driving wheel and the right driving wheel, and the center of gravity position. The target vehicle body angular velocity is corrected using at least one of an effective radius of the left driving wheel and the right driving wheel obtained from a distance in the front-rear direction and load values of the left driving wheel and the right driving wheel. Item 3. The personal vehicle according to Item 1 or 2. 前記車体がロール軸周りに回転して傾斜したときのロール角を検出するロール角検出部をさらに備え、
前記フィードフォワード補正手段は、前記ロール角及び前記前後方向距離を用いて前記目標車体角速度を補正する請求項3に記載のパーソナルビークル。
A roll angle detection unit for detecting a roll angle when the vehicle body rotates and tilts around a roll axis;
The personal vehicle according to claim 3, wherein the feedforward correction unit corrects the target vehicle body angular velocity using the roll angle and the longitudinal distance.
前記フィードフォワード補正手段は、前記目標車体角速度を補正する補正量を制限する値制限部を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載のパーソナルビークル。   The personal vehicle according to any one of claims 1 to 4, wherein the feedforward correction means includes a value limiting unit that limits a correction amount for correcting the target vehicle body angular velocity.
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