JP2022108965A - 電動歩行補助車 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成により状況に応じて安定的なアシストを行える電動歩行補助車を提供する。【解決手段】 電動歩行補助車（１）は、車体（２）、左右駆動輪（４Ｌ，４Ｒ）、左右モータ（４０Ｌ，４０Ｒ）、自在輪（５）、把持センサ（３０）、前記左右駆動輪の回転速度センサ（４３）、前記車体の進退方向の傾斜を検出する傾斜センサ（２０）、および、前記左右モータを制御する制御部（１０）を備え、前記把持センサが把持を検知している状態で、前記左右回転速度センサに検知される前記左右駆動輪の回転速度と、前記左右モータのトルク指令値との関係を規定する基本トルクマップと、前記傾斜センサに検出される傾斜に応じて、前記車体に作用する重力により前記左右駆動輪に生じる回転力を相殺する傾斜補償トルクを前記左右モータに付加する追加トルクマップに従って、前記左右モータにトルクを発生させるように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電動歩行補助車に関する。

高齢者など歩行に負担を抱える利用者のための手押し車型の電動歩行補助車が開発されている。例えば、特許文献１には、利用者がハンドルバーを押す力を力センサで検出し、その大きさおよび方向に応じてアシスト力が付与されるように、電気モータの駆動トルクを制御するようにした手押し車が開示されている。

特許第６６２０３２６号公報

この装置は、利用者がハンドルバーへ作用させた圧力（ハンドル力）を、ハンドルバーと支柱との結合部分に取り付けられた力センサ（圧力センサ）で検出し、アシスト力を決定する構成であるため、制御や構造が複雑化する問題があった。また、基本的に人間は前進歩行に比べて後退歩行は不得意であるので、特許文献１の図4に示されるように、前進方向と後退方向で対称（同等）にアシストを実行すると、後退方向のアシストが過剰になる問題もあった。

本発明は、従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成により状況に応じて安定的なアシストを行える電動歩行補助車を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動歩行補助車は、
進退方向および幅方向を有する車体と、
前記車体の幅方向に離間して設けられた左右駆動輪と、
前記左右駆動輪に個別に動力伝達可能に接続された左右モータと、
前記左右駆動輪に対して前記車体の進退方向に離間して設けられた自在輪と、
前記車体の上部に利用者が起立歩行姿勢で把持できるように設けられた把持部と、
前記把持部の利用者による把持を検知する把持センサと、
前記左右駆動輪の回転速度を個別に検知する左右回転速度センサと、
前記車体の進退方向の傾斜を検出する傾斜センサと、
前記左右モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記把持センサが把持を検知している状態で、前記左右回転速度センサに検知される前記左右駆動輪の回転速度と、前記左右モータのトルク指令値との関係を規定する基本トルクマップと、前記傾斜センサに検出される傾斜に応じて、前記車体に作用する重力により前記左右駆動輪に生じる回転力を相殺する傾斜補償トルクを前記左右モータに付加する追加トルクマップに従って、前記左右モータにトルクを発生させるように構成されている。

本発明に係る電動歩行補助車は、上記のように、利用者が把持部を把持して車体を押す／引く操作に伴い検知される左右駆動輪の回転速度に応じて左右モータのトルク指令値を規定する基本トルクマップと、傾斜補償トルクを左右モータに付加する追加トルクマップに従って、左右モータにトルクを発生させるように構成されているので、利用者が把持部を押す／引く力を検出する力センサ（圧力センサ）が不要になり、車体構造および制御が簡素化される。特に、左右モータの駆動により力センサに検出される牽引力を考慮する必要がなく、簡単な操作により傾斜補償を含む安定的なアシストを行える利点がある。

また、本発明に係る好適な態様では、前記追加トルクマップは、前記傾斜センサに、前記車体の進退方向に対して前記車体が前傾するマイナス傾斜が検出される場合、前記車体の後退方向の傾斜補償トルクが、前記車体の前進方向の傾斜補償トルクよりも小さくなるように構成されているので、制御の複雑化を回避しつつ、前進歩行に比べて後退歩行を不得意とする人間の特性を考慮したアシストを行える利点もある。

本発明実施形態の電動歩行補助車を示す側面図である。 本発明実施形態の電動歩行補助車の制御系統を示すブロック図である。 本発明実施形態の電動歩行補助車の制御用基本トルクマップである。 本発明実施形態の電動歩行補助車の制御を示すフローチャートである。 （ａ）旋回アシストを示す概略平面図、（ｂ）その場旋回アシスト（スピンターン）を示す概略平面図、および、（ｃ）旋回時の追加トルクマップである。 車体が後傾するプラス傾斜となる（ａ）前進登坂時および（ｂ）後退降坂時の傾斜補償アシストを示す概略側面図である。 車体が前傾するマイナス傾斜となる（ａ）前進降坂時および（ｂ）後退登坂時の傾斜補償アシストを示す概略側面図である。 傾斜補償アシストのための追加トルクマップである。 横傾斜補償アシストを示す概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、本発明実施形態に係る電動車両１は、移動ベース２１（下部走行体）およびその後部（後側ベース２４）に立設された上部フレーム２２からなる車体２を備えており、図中実線で示される歩行補助車モード（１）と、図中２点鎖線で示される小型電動車モード（乗車モード１′）とで利用可能である。

移動ベース２１は、左右の駆動輪４（後輪）および上部フレーム２２が設けられた後側ベース２４（本体部）と、左右の従動輪５（前輪）が設けられた前側ベース２５を備え、前側ベース２５は、後側ベース２４の前側に前後方向に摺動可能に連結されており、移動ベース２１はホイールベースが伸縮可能に構成されている。

左右の駆動輪４は、後側ベース２４に搭載された左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）により独立して駆動される。左右の従動輪５は、接地部に周方向の軸周りに回転可能な多数のローラ５０を備えた自在輪（オムニホイール、全方位車輪）で構成されており、後述のように、電動車両１は、左右のモータユニット４０Ｌ，４０Ｒの制御のみで操舵および制駆動が可能になっている。

上部フレーム２２は、後側ベース２４の左右両側部から上方に立設された左右一対の側部フレームの上端が車幅方向に延びる上端フレームで連結された逆Ｕ字状もしくは門形状をなし、上端フレームの車幅方向中央の結合部２３には、リアハンドル３のステム３１の下端部が剛結合されるとともに、シートバック６が支持されている。

リアハンドル３は、ステム３１の上端との接続部３２から左右に延出した一対の把持部を有するＴバー形状をなしている。リアハンドル３の左右の把持部には、利用者（または介助者）が把持している状態（ハンズオン）を検知する把持センサ３０が設けられている。把持センサ３０としては、静電容量センサや感圧センサなどのタッチセンサを用いることができる。リアハンドル３の左右の把持部は、利用者自身が歩行補助車モード（１）で使用する場合、および、利用者をシート７に着座させた状態で介助者などが電動車両を操縦する場合の操作部となる。

上部フレーム２２（側部フレーム）の高さ方向中間の屈曲部には、アームレスト８のサポートフレーム８１の基部が固定されている。図１において奥側となる右側のアームレスト８の前端部には乗車モード操作部８３が設けられており、図１において手前側となる左側のアームレスト８の前端部には同形状の把持部（８３）の上面に表示部８０が設けられている。乗車モード操作部８３は前後左右に傾動可能な２軸ジョイスティックなどで構成される。

上部フレーム２２（側部フレーム）の屈曲部から前方に突出した枢支部２７には、シート７（シートクッション）のサポートフレーム７１が、車幅方向の軸７ａで枢支される一方、サポートフレーム７１の下端は、連結部７ｂ（スロット）を介して前側ベース２５（ピン）に回動可能かつ摺動可能に連結されている。

上記構成により、図中実線で示される歩行補助車モード（１）から、折畳み位置にあるシート７を、図中２点鎖線で示されるように後上方に回動させて着座位置７′に移動させると、それに連動して前側ベース２５が前方にスライドし、移動ベース２１が伸長され乗車モード（１′）となる。この状態で、トレイ２４ｂの前方に移動した前側ベース２５の上面２５ｂは、搭乗者のフットレストとして利用可能になる。

逆に、乗車モード（１′）から、シート７を前下方に回動させて折畳み位置に移動させると、前側ベース２５が後方にスライドし、移動ベース２１が短縮され、利用者がリアハンドル３を把持して起立歩行しながら操作できる歩行補助車モード（１）となる。

図２は、電動車両１の制御系統を示すブロック図であり、電動車両１は、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に電力を供給するバッテリ９、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の制御を行う制御部１０を備え、制御部１０は、歩行補助車モード（１）、乗車モード（１′）のそれぞれにおいて対応する制御を実施するインターロック機構を備えている。

歩行補助車モード（１）では、乗車モード操作部８３は無効になり、制御部１０は、傾斜センサ２０、左右の回転速度センサ４３などの検知情報と予め設定されている制御マップに基づいて、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の制御を実行する。把持センサ３０は、利用者によるリアハンドル３の把持（ハンズオン／オフ）のみを検知し、モータユニット４０のトルク制御には関与しない。

一方、乗車モード（１′）では、把持センサ３０は無効になり、制御部１０は、乗車モード操作部８３の操作と傾斜センサ２０の検知情報に基づいて左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の制御を実行する。

制御部１０は、上記各モードにおける制御を実行するためのプログラムやデータを記憶したＲＯＭ、演算処理結果を一時記憶するＲＡＭ、演算処理を行うＣＰＵなどからなるコンピュータ（マイコン）、左右のモータ４１の駆動回路（モータドライバ）、バッテリ９の電力をオン／オフするリレーを含む電源回路などで構成されている。

左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）は、それぞれ、モータ４１と、モータ４１のロータをロックする電磁ブレーキ４２と、モータ４１の回転位置を検知する回転位置センサ（４３）とを備えており、モータ４１の駆動軸は不図示の減速ギアを介して駆動輪４（４Ｌ，４Ｒ）に動力伝達可能に接続されている。

本実施形態では、左右のモータ４１は、回転位置センサ（４３）で検出されるロータの位相に合わせて駆動回路で各相コイルの電流をスイッチングするブラシレスＤＣモータからなり、後述のように、歩行補助車モード（１）では、回転位置センサ（ホールセンサ）を回転速度センサ４３として利用するようにしている。

また、左右のモータ４１の駆動回路はコイル電流を検出する電流センサを備えている。このコイル電流は左右のモータ４１のトルクに対応しており、制御部１０は、コイル電流を制御することにより左右のモータ４１のトルク制御を実行する。

電磁ブレーキ４２は、無励磁状態でモータ４１の駆動軸をロックし、励磁状態でロック解除する負作動型電磁ブレーキが好適である。また、バッテリ残量低下時などの非常時に電磁ブレーキ４２のロックを解除して電動車両１を移動できるように、電磁ブレーキ解除スイッチ３４が設けられている。

傾斜センサ２０は、車体２の移動ベース２１（後側ベース２４）の内部に搭載された制御部１０の回路基板上に実装されており、車体２の前後方向および横方向の傾斜を検知する２軸傾斜センサまたは加速度センサ、あるいは、加速度センサと角加速度センサ（ジャイロセンサ）を一体化した多軸慣性センサを利用可能である。

（歩行補助車モードにおける基本制御）
以上のように構成された電動車両１は、歩行補助車モード（１）では、利用者がリアハンドル３を把持した状態で車体２を押す／引く操作に伴い左右回転速度センサ４３に検知される左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度に応じて左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）にトルクを発生させ、前進／後退／旋回の全ての操作におけるトルクアシストを行えるようになっている。

先ず、平坦路での前進／後退を想定して、歩行補助車モード（１）における基本制御について説明する。
図３は、左右回転速度センサ４３に検知される回転速度Ｖと、左右モータ４１のトルクＴ指令値との関係を規定する基本トルクマップを示している。既に述べたように、本実施形態では、左右回転速度センサ４３として左右モータ４１の回転位置センサを利用しており、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度は、減速ギアのギア比によって増速された左右モータ４１（ロータ）の回転速度Ｖとして検出される。

例えば、左右モータ４１が三相ブラシレスＤＣモータである場合、１２０度間隔で配置された３つの回転位置センサ（４３）によって６０度、１／６回転まで検出可能であり、減速ギアのギア比が１０：１であれば、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒが３６度回転すれば左右モータ４１（ロータ）は１回転するので、左右モータ４１（ロータ）の回転速度または単位時間当たりの回転数［ｒｐｍ］として実用上十分な分解能が得られる。

歩行補助車モード（１）は、利用者がリアハンドル３を把持した状態で前進する動作を基本としており、図３に示される基本トルクマップは、利用者がリアハンドル３を把持する動作に伴うマイナス側（手前側）への初動回転により電動車両１が後退しないように、回転速度Ｖの僅かにマイナス側に操作原点Ｖｎ（中立点）が設定されている。

この構成により、利用者がリアハンドル３を把持する動作によりマイナス側への初動回転が検出されても、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度Ｖｎ以内では前進方向のアシストトルクが発生し、利用者が明確な意思を持ってリアハンドル３を引く操作を行った場合（マイナス方向の回転速度がＶｎよりも大きくなった場合）のみ後退方向のアシストトルクが発生するようになっている。

また、図３に示される基本トルクマップは、操作原点Ｖｎのプラス側に前進方向の始動トルクを発生させるトルク指令値のピーク領域Ａ１（－Ｖｎ～＋Ｖａ１）を有するとともに、操作原点Ｖｎのマイナス側に後退方向の始動トルクを発生させるトルク指令値のピーク領域Ｂ１（－Ｖｎ～－Ｖｂ１）を有している。

この構成により、電動車両１の停止状態で、利用者のリアハンドル３を把持して押す操作に即応してトルクアシストを実行し、電動車両１を速やかに発進させ定常前進走行（Ａ２）に移行させることができる。また、利用者のリアハンドル３を引く操作に対応して電動車両１を速やかに定常後進走行（Ｂ２）に移行させることができる。

さらに、図３に示される基本トルクマップは、前進側ピーク領域Ａ１のさらにプラス側に前進方向の定常トルク領域Ａ２（＋Ｖａ１～＋Ｖａ２）を有し、後退側ピーク領域Ｂ１のさらにマイナス側に後退方向の定常トルク領域Ｂ２（－Ｖｂ１～－Ｖｂ２）を有している。

前進方向の定常トルク領域Ａ２（＋Ｖａ１～＋Ｖａ２）は、電動車両１の速度に応じて増加する摩擦抵抗を補償するために、回転速度Ｖに応じて増加するものの、概ね左右モータ４１の定格付近のトルク指令値により、想定される利用者の標準的な歩行速度に合わせてトルクアシストを実行することが意図されている。

後退方向の定常トルク領域Ｂ２（－Ｖｂ１～－Ｖｂ２）も同様であるが、前進時に比べて後退時の歩行速度は遅いことから、前進方向の定常トルク領域Ａ２よりもトルク指令値自体が小さく、回転速度に応じたトルク指令値の増加率も小さいことが好ましく、図示例では定常トルク領域Ｂ２のトルク指令値は一定である。

さらに、図３に示される基本トルクマップは、前進側定常トルク領域Ａ２のさらにプラス側に前進方向の制動トルク領域Ａ３（＋Ｖ２～＋Ｖ３）を有しており、後退側定常トルク領域Ｂ２のさらにマイナス側に後退方向の制動トルク領域Ｂ３（－Ｖｂ２～－Ｖｂ３）を有している。

前進方向の制動トルク領域Ａ３では、電動車両１の走行速度が想定される利用者の標準的な歩行速度範囲の上限（例えば６ｋｍ／ｈ）に近づくに従ってトルク指令値を減少させ、さらに、想定歩行速度範囲の上限近傍では進行方向と逆方向のトルクアシストを実行することによって、電動車両１に制動トルクを発生させ、電動車両１の走行速度が想定歩行速度範囲に収まるように制御する。

後退方向の制動トルク領域Ｂ３も同様であるが、後退時の歩行速度は前進時に比べて遅いことから、前進側よりも低い回転速度で制動トルクを発生させる。なお、基本トルクマップは、ルックアップテーブルとして制御部１０のＲＯＭエリアに格納されている。

以上述べたように、図３に示される基本トルクマップによって、前進方向のピーク領域Ａ１（始動トルク領域）、定常トルク領域Ａ２、制動トルク領域Ａ３に応じたトルク指令値が与えられることによって、利用者のリアハンドル３を把持して押す操作により速やかに始動して定常トルク領域Ａ２に移行した後、定常トルク領域Ａ２を超えて増速すれば制動トルク領域Ａ３にて制動方向のトルクアシストが実行され、定常トルク領域Ａ２以下に減速するとピーク領域Ａ１にて増速方向のトルクアシストが実行されるので、利用者がリアハンドル３を把持して押す／引くだけの簡単な操作により、利用者が特に意識しなくても標準的な歩行速度範囲（＋Ｖａ１～＋Ｖａ２）に対応する定常トルク領域Ａ２に維持され、安定的なアシストを行える利点がある。

また、上記のようなトルクアシスト制御では、利用者がリアハンドル３を把持して押す／引く操作による回転速度Ｖの増減と、左右モータ４１の駆動（トルクアシスト）による回転速度Ｖの増減は区別されておらず（区別する必要がなく）、利用者がリアハンドル３を把持して押す操作と左右モータ４１の駆動力の協働作業の結果としての回転速度Ｖに応じてトルクアシストが実行されるので、利用者がリアハンドル３を押す／引く力の方向と大きさを検出する力センサ（圧力センサなど）が不要であるばかりか、検出される力の方向と大きさの変動に制御が影響されることがなく、車体構造および制御が簡素化される利点もある。

さらに、上記のようなトルクアシスト制御では、前進歩行に比べて後退歩行を不得意とする人間の特性を考慮して、前進方向と後退方向で非対称の基本トルクマップに基づいてトルクアシストが実行されるので、利用者がリアハンドル３を把持して引く操作による後退方向のトルクアシストが過剰に感じられるのが防止され、前進歩行と後進歩行で感覚的にバランスの取れた歩行アシストを実現できる利点もある。

（歩行補助車モードにおける旋回アシスト）
次に、歩行補助車モード（１）における旋回アシストについて、図５（ａ）～（ｃ）を参照しながら説明する。
既に述べたように、電動車両１は、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒのモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）それぞれに回転速度センサ４３を備えており、利用者が左右の手で（または何れか一方の手で）リアハンドル３を把持した状態で、左右異なる力で車体２を押す／引く操作を行った場合、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度に差を生じる。

例えば、図５（ａ）に示されるように、リアハンドル３の右側を相対的に強く押すことにより、右側の駆動輪４Ｒには、左側の駆動輪４Ｌの回転速度ＶＬよりも大きい回転速度ＶＲが検出され、左右回転速度センサ４３に検知される回転速度ＶＲ，ＶＬに回転速度差ΔＶ＝ＶＲ－ＶＬを生じる。ここで、図３に示した基本トルクマップを左右駆動輪４Ｌ，４Ｒのモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の制御にそのまま適用すると、僅かな回転速度差が生じても、回転速度差が左右個別のトルクアシストで拡大され、電動車両１は旋回してしまい、安定的な前進／後退が行えなくなる。

そこで、図５（ｃ）に示されるように、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度差ΔＶと追加トルクＴＬ，ＴＲの関係を規定した追加トルクマップにより、以下のように回転速度差ΔＶに応じたトルクアシストを実行することで、安定的な前進／後退アシストと旋回アシストを状況に応じて適切に実行できる。なお、この追加トルクマップも、基本トルクマップと同様にルックアップテーブルとして制御部１０のＲＯＭエリアに格納されている。

（ｉ）左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度差ΔＶが所定閾値±ＶＴ０未満の場合は、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度差ΔＶを無視して、図３の基本トルクマップに従って、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に、左右回転速度ＶＲ，ＶＬの何れか一方またはそれらの中間値（平均値）から選定される原則的に等しいトルクを発生させ、前進／後退アシストを実行する。

（ｉｉ）左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度差ΔＶが所定閾値±ＶＴ０以上の場合は、回転速度差ΔＶに応じて、回転速度が大きい方のモータのトルク指令値を増加させ、回転速度が小さい方のモータのトルク指令値を減少させる旋回アシスト制御を実行する。

（ｉｉｉ）但し、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒの回転速度差ΔＶが、第２の閾値±ＶＴ１以上の場合は、回転速度に応じたトルク指令値の増減はせず、第２の閾値±ＶＴ１に対応するトルク指令値ＴＬ，ＴＲにて旋回アシスト制御を実行する。

上記のような旋回アシスト制御により、従動輪５に発生する操舵抵抗が補償され、リアハンドル３の片側を押す操作により、軽快かつ確実な旋回アシストを実行できる。また、図５（ｂ）に示されるように、リアハンドル３の一側を押し、他側を引く操作により、軽快かつ確実なその場旋回（スピンターン）アシストを実行できる。

（歩行補助車モードにおける登坂／降坂アシスト）
次に、歩行補助車モード（１）における登坂／降坂アシストについて、図６～図８を参照しながら説明する。
以上の説明では便宜的に平坦路における制御について述べたが、図６（ａ）（ｂ）に示す登坂路９１や、図７（ａ）（ｂ）に示す降坂路９２では、車体２に作用する重力により、車両重量ｍと傾斜θｐに応じて、進行方向と逆方向／同方向の負荷（ｍｇ・ｓｉｎθｐ）を生じる。

そこで、登坂路９１や降坂路９２では、図８に示されるような追加トルクマップを併用し、傾斜センサ２０に検知される傾斜（角度）θｐに応じて生じる負荷を相殺する補償トルクＴｃａ，Ｔｃｂ，Ｔｄａ，Ｔｄｂをトルク指令値に追加する。すなわち、基本トルクマップのトルク指令値に追加トルクマップの補償トルク指令値を重畳する。この追加トルクマップも、基本トルクマップと同様にルックアップテーブルとして制御部１０のＲＯＭエリアに格納されている。

なお、傾斜θｐには閾値（±θｐ１未満、不感帯）が設定されており、基本制御や旋回制御に影響がない閾値未満の場合には基本的にトルク補償は行わない。

（ｉ）図６（ａ）に示されるように、傾斜θｐ１以上の登坂路９１を前進で上る場合（前進登坂する場合）は、登坂路９１のプラス傾斜＋θｐに応じて加重される前進方向と逆方向の負荷を相殺するために、図８の追加トルクマップの右側に実線で示されるように、登坂路９１のプラス傾斜＋θｐに比例して増加する同方向の補償トルクＴｃａを追加し、登坂アシストを実行する。

（ｉｉ）図６（ｂ）に示されるように、傾斜θｐ１以上の登坂路９１を後進で下る場合（後退降坂する場合）は、登坂路９１のプラス傾斜＋θｐに応じて加重される後退方向と同方向の負荷となるので、上記同様、図８の追加トルクマップの右側に実線で示されるように、登坂路９１のプラス傾斜＋θｐに比例して増加する逆方向の補償トルクＴｃｂを追加しての制動アシストを実行する。

（ｉｉｉ）図７（ａ）に示されるように、傾斜θｐ１以上の降坂路９２を前進で下る場合（前進降坂する場合）は、降坂路９２のマイナス傾斜－θｐに応じて加重される進行方向と同方向の負荷となるので、図８の追加トルクマップの左側に実線で示されるように、降坂路９２のマイナス傾斜－θｐに比例して増加する逆方向（回生方向）の補償トルクＴｄａを追加して制動アシストを実行する。また、マイナス傾斜－θｐが所定閾値に達すると、傾斜ベースの補償トルクより大きい絶対値の所定の制動トルクを発生させ制動制御を実行する。

（ｉｖ）図７（ｂ）に示されるように、傾斜θｐ１以上の降坂路９２を後進で上る場合（後退登坂する場合）は、降坂路９２のマイナス傾斜－θｐに応じて加重される後退方向と逆方向の負荷となるので、図８のトルクマップの左側に破線で示されるように、降坂路９２のマイナス傾斜－θｐに比例して増加する逆方向の補償トルクＴｄｂを追加して登坂アシストを実行する。

但し、この後退登坂する場合の補償トルクＴｄｂは、前進歩行に比べて後退歩行を不得意とする人間の特性に加えて、後退降坂時に比べて踵が早く着地し歩を進め難い後退登坂時の人間の特性を考慮して、補償トルクＴｄｂは、後退降坂時（Ｔｄａ）よりも小さい値としている。

また、この後退登坂の場合には、図８に示されるように、マイナス傾斜－θｐが所定閾値（－θｐ１）未満の場合、このマイナス傾斜範囲における計算上の傾斜補償トルクより小さい制動方向の所定トルクＴｄｂ"を追加して、先述した基本トルクマップでの制御に加えて、利用者がリアハンドル３を引く操作による後退登坂方向のトルクアシストが過剰に感じられるのを抑制することもできる。

（歩行補助車モードにおける横傾斜補償アシスト）
図９は、歩行補助車モード（１）における電動車両１の進行方向に対して交差する方向に傾斜（横傾斜θｒ）がある路面９３を前進する場合（または、斜面９３の傾斜θｒと交差する方向に前進する場合）における横傾斜補償アシストを示している。

すなわち、図９において、駆動輪４Ｌ，４Ｒの車軸に対して前方に距離Ｌを有して重心がある場合、重心に作用する重力ｍｇと横傾斜θｒにより、電動車両１には横傾斜θｒの下降方向に向かう偏向モーメント（ｍｇ・ｓｉｎθｒ・Ｌ）を生じる。

そこで、この偏向モーメントを、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒのモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）によるアシストトルクで相殺するために、トレッド幅Ｄの中央（Ｄ／２）を中心とする補償モーメントに相当する偶力を生じるような互いに逆方向の補償トルクＴａＬ、ＴａＲを左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に追加する。駆動輪４Ｌ，４Ｒの半径ｒ、路面の走行抵抗などを考慮した係数δとすると、横傾斜θｒに対する補償トルクＴａＬ、ＴａＲは次式で与えられる。
ＴａＬ＝ＴａＲ＝δ・ｍｇ・ｓｉｎθｒ・Ｌｒ／Ｄ

なお、横傾斜θｒにも閾値（不感帯）が設定されており、基本制御や旋回制御に影響がない閾値未満の場合には、横傾斜補償アシストは行わない。

（歩行補助車モードにおける基本的制御フロー）
以上のように構成された電動車両１は、キー１１の操作で電源オンになりシステムが起動すると、起動時のフレーム形態に応じて歩行補助車モード（１）または乗車モード（１′）に設定される。なお、既に述べたように、電動車両１の停止状態では電磁ブレーキ４２がロック状態にある。

以下、起動時に歩行補助車モード（１）になっているか、または、起動後の停止状態で利用者の操作により歩行補助車モード（１）に設定された場合の制御について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、歩行補助車モード（１）に設定されると（ステップ１００）、把持センサ３０が作動状態となる。この状態で利用者がリアハンドル３を把持し、把持センサ３０が把持状態（ハンズオン）を検知すると（ステップ１０１）、傾斜センサ２０が車体２の進退方向の傾斜θｐおよび横方向の傾斜θｒを検出する（ステップ１０２）。

進退方向の傾斜θｐ、および／または、横方向の傾斜θｒが閾値以上の場合には、補償トルクＴｃａ，Ｔｃｂ，Ｔｄ、および／または、補償トルクＴａＬ、ＴａＲを左右モータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に発生させるトルクアシストを実行し、左右駆動輪４Ｌ，４Ｒに前進方向の初期トルクを印加した中立状態で待機する（ステップ１０３）。

次いで、左右電磁ブレーキ４２がロック状態であるか否かチェックされ（ステップ１０４）、ロック状態である場合（初回起動時など）には、左右電磁ブレーキ４２のロックを解除する（ステップ１０５）。

この時、電動車両１は静止状態ではあるが、傾斜に伴う外力が補償トルクで相殺され、傾斜の有無にかかわらず、直ちに移動可能な状態であり、この状態で、利用者がリアハンドル３を押す／引く操作を行うことにより、左右の駆動輪４Ｌ，４Ｒが回転し、回転速度センサ４３に回転速度Ｖ（ＶＬ，ＶＲ）が検出されると、回転速度Ｖ（ＶＬ，ＶＲ）およびトルクマップに従って、左右モータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）にトルクを発生させ、前進／後退／旋回などのトルクアシストを実行する（ステップ１０６）。

電動車両１の走行中も把持センサ３０による把持状態（ハンズオン）の検知は継続されており（ステップ１０７）、把持センサ３０に把持状態が検知されなくなり、制御部１０がハンズオフと判断すると、左右モータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）へのトルク指令値を漸減し、電動車両１を減速停止させるトルクアシストを実行する（ステップ１０８）。これとともにハンズオフから所定時間（例えば２秒）経過後に左右電磁ブレーキ４２をロックする（ステップ１０９）。

左右電磁ブレーキ４２のロック状態で、キー１１のオフ操作が検知されると（ステップ１１０）、左右モータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）への電力供給が停止され、その後、システムがシャットダウンされる（ステップ１１１）。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、電動歩行補助車１が、小型電動車モード（乗車モード）を備える場合について述べたが、本発明は、乗車モードを備えない電動歩行補助車としても実施可能である。

また、上記実施形態では、従動輪５としてオムニホイールを用いる場合を示したが、キャスター形式の自在輪を用いることもできる。

１ 電動車両
２ 車体
３ リアハンドル（把持部）
４ 駆動輪（後輪）
５ 従動輪（自在輪、前輪）
６ シートバック
７ シート
８ アームレスト
９ バッテリ
１０ 制御部
２０ 傾斜センサ
２１ 移動ベース
２２ 上部フレーム
２４ 後側ベース
２５ 前側ベース
３０ 把持センサ（タッチセンサ）
３４ 電磁ブレーキ解除スイッチ
４０（４０Ｌ，４０Ｒ） モータユニット
４１ 左右モータ
４２ 左右電磁ブレーキ
４３ 左右回転速度センサ
８０ 表示部
８３ 乗車モード操作部

Claims (5)

1. 進退方向および幅方向を有する車体と、
   前記車体の幅方向に離間して設けられた左右駆動輪と、
   前記左右駆動輪に個別に動力伝達可能に接続された左右モータと、
   前記左右駆動輪に対して前記車体の進退方向に離間して設けられた自在輪と、
   前記車体の上部に利用者が起立歩行姿勢で把持できるように設けられた把持部と、
   前記把持部の利用者による把持を検知する把持センサと、
   前記左右駆動輪の回転速度を個別に検知する左右回転速度センサと、
   前記車体の進退方向の傾斜を検出する傾斜センサと、
   前記左右モータを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記把持センサが把持を検知している状態で、前記左右回転速度センサに検知される前記左右駆動輪の回転速度と、前記左右モータのトルク指令値との関係を規定する基本トルクマップと、前記傾斜センサに検出される傾斜に応じて、前記車体に作用する重力により前記左右駆動輪に生じる回転力を相殺する傾斜補償トルクを前記左右モータに付加する追加トルクマップに従って、前記左右モータにトルクを発生させるように構成されている、電動歩行補助車。
2. 前記追加トルクマップは、前記傾斜センサに、前記車体の進退方向に対して前記車体が前傾するマイナス傾斜が検出される場合、前記車体の後退方向の傾斜補償トルクが、前記車体の前進方向の傾斜補償トルクよりも小さくなるように構成されている、請求項１記載の電動歩行補助車。
3. 前記追加トルクマップは、前記傾斜センサに検出される前記車体の傾斜が所定閾値未満の場合は前記傾斜補償トルクを追加しないが、前記車体の進退方向に対して前記マイナス傾斜が検出されかつ前記左右回転速度センサに前記車体の後退方向の回転速度が検出される場合は、当該マイナス傾斜範囲における傾斜補償トルクより小さい制動方向の所定トルクを追加するように構成されている、請求項２記載の電動歩行補助車。
4. 前記基本トルクマップは、前記左右回転速度センサに検知される前記左右駆動輪の回転方向のマイナス側に操作原点が設定され、前記操作原点のプラス側に前進方向の始動トルクを発生させるピーク領域を有し、前記操作原点のマイナス側に後退方向の始動トルクを発生させるピーク領域を有している、請求項１～３の何れか一項記載の電動歩行補助車。
5. 前記基本トルクマップは、前記プラス側ピーク領域のさらにプラス側に前進方向の定常トルク領域を有し、前記マイナス側ピーク領域のさらにマイナス側に後退方向の定常トルク領域を有しており、前記プラス側定常トルク領域よりも前記マイナス側定常トルク領域のトルク指令値、および／または、回転速度に応じたトルク指令値の増加率が小さい、請求項４記載の電動歩行補助車。

Images