JP2879766B2 - 電動車椅子のパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動車椅子におけるパワーステアリング装
置の改良に係り、特に降坂時のステアリング操作を軽く
した電動車椅子のパワーステアリング装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第８図に背景技術を成す電動車椅子のパワーステアリ
ング装置におけるサーボ制御装置の全体構成例を示した
ものである。

第８図において、左アクセル信号発生回路21及び右ア
クセル信号発生回路22は、それぞれ操作部８に設けられ
ているレバーの操作に基づいて回転する左および右のア
クセルVRを有し、レバー角θの変化に比例した左および
右のアクセル信号V_ACCを発生する。アクセル信号V
_ACCは、中立位置ではV_CC/2（V_CCは電源電圧）となる。
加算器23は両アクセル信号を加算し、前後進判別回路24
は加算器23の出力と中点電圧Ｍ＝V_CC/2との大小関係を
比較することによって、レバーにおける指令が前進のと
きハイレベル「Ｈ」、後進のときローレベル「Ｌ」とな
る前後進判別信号を発生する。

アクセル信号変換回路25は、左アクセル信号と右アク
セル信号、および前後進判別回路24の前後進判別信号を
入力されることによって、左にスピンを生じる左スピン
領域と、右にスピンを生じる右スピン領域とで、左アク
セル信号と右アクセル信号とを切り替える等の処理を行
って、左右の後輪を駆動するための左アクセル信号出力
及び右アクセル信号出力を発生する。

この左アクセル信号出力と右アクセル信号出力は、図
示されないメインコントローラにおいて、駆動モータを
駆動する信号を発生するために用いられる。

一方、差動増幅回路26は、左アクセル信号と右アクセ
ル信号との差をとることによって、転向指令方向を示す
信号を発生する。リミッタ27は、この信号の大きさを一
定値に制限して出力し、比較増幅器28はこの出力と転向
角度検出VR7からの転向角度検出信号との誤差を検出す
ることによって、前輪における左右の転向指令の大きさ
に対応するステアリングモータ３の回転指令信号を発生
する。正逆転判別回路29は、比較増幅器28の回転指令信
号を中点電圧と比較して、ステアリングモータに指令さ
れる回転方向の前進，後進を論理レベルの“H",“L"に
対応させて判別した回転方向判別信号を発生する。

また絶対値回路30は、比較増幅器28の回転指令信号の
絶対値を増幅して出力を発生する。発振器31は矩形波の
信号を発振し、積分回路32はこの信号を積分して三角波
の信号を発生する。比較器33は、三角波の信号と絶対値
回路30の出力とを比較することによって、比較増幅器28
における回転指令信号が大きいとき全導通であり、回転
指令信号が小さくなるに従ってパルス幅が小さくなるPW
M信号を出力する。PWM信号は最小の状態では「０」であ
り、これによっていわゆるチャタリング、すなわち駆動
力の波打ち現像を防止する。このPWM信号は、アンド回
路34を経てゲート回路35に入力される。ゲート回路35に
は正逆転判別回路29の回転方向判別信号が入力されてお
り、これによってステアリングモータ３に対する回転指
令方向に応じて組合せの変化する制御信号を発生し、ド
ライブ回路36はこの制御信号に応じてFET37,40または3
8,39のいずれかの組をオンにして電源V_Bから電流を流す
ことにより、チョッピング制御によってステアリングモ
ータ３を正転または逆転させる。倍電圧回路41は、電源
電圧V_CCによって倍電圧（V_B＋α）を発生し、ドライブ
回路36に供給する。

この際、レバー中立判別回路42は加算器23の出力が中
点電圧Ｍに対して一定範囲内にあることを判別して、レ
バーの中立を判別する信号を発生する。この信号は遅延
回路43を経てアンド回路44に加えられる。また電流制限
回路45は、過電流検出抵抗46の電圧によって、ステアリ
ングモータ３の過電流を検出する。アンド回路44は操作
レバーが中立状態でなく、かつステアリングモータ３の
過電流状態が検出されていないとき出力を発生する。ア
ンド回路44が出力を発生しない状態では、アンド回路34
においてゲート回路35への入力を遮断することによっ
て、ステアリングモータ３の過電流保護を行っている。

第９図は、第８図に示されたサーボ制御装置に接続さ
れる、従来の主制御装置の構成を示したものである。

左右の後輪を駆動する左右の駆動モータに対する、左
主モータ回転信号，右主モータ回転信号は、回転数に応
じた周波数のほぼ50％デューテイの矩形波であって、周
波数／電圧変換器（F/V）51,52において周波数に比例し
た直流信号に変換することによって、モータ回転数Ｎに
比例する出力電圧を発生する。両周波数／電圧変換器5
1,52の出力は、図示されない駆動モータに対するメイン
回転数制御部において用いられる。演算増幅器53の入力
において両出力電圧を合成し、例えば第８図に示す積分
回路32の三角波信号出力と比較することによって、車速
が小さいときデューテイ100％であり、車速ｖが増加す
るほどデューテイが小さくなるPWM信号出力を発生し、
信号FVMNとして出力する。

信号FVMNは、第８図の回路において電流制限回路45に
入力されて、電流制限回路45における電流制限値を制御
する。すなわち駆動モータの停止状態および比較的低速
度では電流制限値は最大であり、高速になるに従って電
流制限値が小さくなる。従って電動車椅子がスピン状態
でステアリングモータ３が過電流状態のとき、電流制限
回路45が動作してステアリングモータ３の駆動を停止さ
せる電流制限値は、停止状態および低速の場合と比べ
て、高速ほど小さくなるので、車速が高いほどステアリ
ングモータ３のトルクを小さくする制御が可能となり、
スピンを有効に防止することができる。

第10図は、第９図の構成を用いた場合の、車速ｖと信
号FVMNのデューテイとの関係を示したものであって、こ
の場合のパワーステアリング装置の作動特性を表してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

第８図ないし第10図に示された従来のシステムでは、
ステアリングモータ３の駆動要ゲート回路35の前段に
は、第９図の信号VFMNで示されるPWMされた信号が接続
され、車速に応じてステアリングモータ３への通電量を
抑制する作用を行っている。

第10図に示されるように、低車速v₀におけるデューテ
イ100％から、平坦路における最高速v₁のデューテイｄ
までは、デューテイが徐々に減少している。デューテイ
が小さいところでは、速度の増加に対するデューテイの
減少の割合が大きくなるが、これはステアリングモータ
に対する通電をそれだけ抑制していることになる。

いま車速がv₁を超えてそのまま加速され、第10図にお
けるv₂まで上昇したとすると、ステアリングモータは全
く駆動されなくなる。実際には車速v₂まで達しないよう
に主制御装置がコントロールしているが、v₂まで達しな
い図示の車速v₁′のような状態でも、ステアリングモー
タのトルクはかなり抑えられている。

電動車椅子が、第10図に示す車速v₁を超えた領域にあ
ることは、負の負荷状態すなわち降坂走行の状態にある
ことを示している。

そして降坂状態にあることは、電動車椅子が前傾状態
にあることを示し、前傾状態にあることは荷重が前輪
（ステアリングホイール）側に偏ってかかっている状態
であるから、ステアリングモータにとっては、トルクが
余分に要求される領域である。

しかしながら、かかる従来のシステムにおいては、上
述のようにトルクが減少し、ステアリングモータの駆動
制御として逆の制御が行われていたことになる。

そのため、従来の電動車椅子のパワーステアリング装
置では、高速で降坂中にステアリング操作が円滑に行わ
れなくなるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような従来技術の課題を解決しようと
するものであって、車速に応じてステアリングモータ駆
動信号のPWM制御を行って電動車椅子のスピン防止を行
うようにした電動車椅子のパワーステアリング装置にお
いて、降坂時にパワーステアリング装置のトルクを増加
させることができる電動車椅子のパワーステアリング装
置を提供することを、その目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、走行状態を指令する操作部から出
力されるとともに左右方向への動きを示す転向操作量を
表す信号と，転向輪の転向角を表す信号との誤差の大小
及びその方向に応じて大きさが変化する駆動制御信号を
発生し、該駆動制御信号に応じてステアリングモータを
駆動することによって転向輪に対する操舵制御を行う電
動車椅子のパワーステアリング装置において、 転向操作状態で該電動車椅子が登坂状態又は降坂状態
であれば、前記ステアリングモータに対する駆動制御信
号を登坂状態又は降坂状態の特性に従って変化させるよ
うにするという構成をとっている。これによって前述し
た目的を達成しようとするものである。

〔作用〕

本発明において対象とする電動車椅子のパワーステア
リング装置では、操作レバーからの転向操作量を表す信
号と、転向輪における転向角を表す信号との誤差の大小
と方向とに応じて大きさが変化する駆動制御信号を発生
して、この駆動制御信号に応じてステアリングモータを
駆動することによって転向輪に対する駆動トルクを発生
して操舵制御を行うようになっている。

このような電動車椅子の駆動用主モータの駆動制御を
行う主制御装置から発生する、回転指令信号またはモー
タの回転数を示す信号に対して、操作レバーにおける転
向操作状態で、電動車椅子が登坂状態又は降坂状態であ
れば、ステアリングモータに対する駆動制御信号を登坂
状態又は降坂状態の特性に従って変化させるようにす
る。

従って本発明によれば、登降坂の状態を判断して制御
することによって、常に必要最小限のステアリングトル
クを得ることができるので、登降坂時にも、円滑にステ
アリング制御を行うことができるようになる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。この第１図に示す
実施例は、第８図における電動車椅子のパワーステアリ
ング装置に接続される主制御装置の構成を示したもので
ある。

ここで、前述した実施例と同一の構成部材については
同一の符号を用いることとする。符号54,55,56,57,58,5
9,60は抵抗を、又符号61はコンパレータを示す。

本実施例は、第８図に示されるような、操作部８の転
向操作量を表す信号と、転向輪の転向角を表す信号との
誤差の大小と方向とに応じて大きさが変化する駆動制御
信号を発生し、この駆動制御信号に応じてステアリング
モータ３を駆動することによって転向輪に対する操舵制
御を行う電動車椅子のパワーステアリング装置１におい
て、転向操作状態で電動車椅子の主モータに対する回転
指令信号または主モータの回転数を示す信号の大きさが
所定値を超えたとき、ステアリングモータ３に対する駆
動制御信号を所定の特性に従って変化させるように構成
したものである。

第１図において、コンパレータ61は抵抗54,55を介し
て周波数／電圧変換器（F/V）51.52の出力を加算した平
均値と、抵抗56,57からなる分圧器で発生した前述の第1
0図における速度v₁′に相当する電圧v₁′とを比較する
ことによって、車速がv₁′を超えた範囲で出力が“L"と
なって、コンパレータ53の反転入力端子を低レベルに抑
える。

第２図は、第１図の実施例の場合の、車速ｖと信号VF
MNのデューテイとの関係を示したものであって、車速が
v₁′以上ではデューテイはある一定値ｄ′になり、第10
図に示されたように、デューテイが０になって、パワー
ステアリング装置のトルクが消失することを防止でき
る。この場合の一定値ｄ′は第１図における抵抗60の値
ｒの設定によって定まり、抵抗54,55,58,59の値をＲと
したとき、一般にr Rとする。

第３図は他の実施例を示し、コンパレータに代えて演
算増幅器を使用した場合を示している。図中、第１図に
おけると同じものを同じ番号で示す。符号62は演算増幅
器、63は抵抗である。

第４図は、第３図に示された演算増幅器62の特性を示
したものである。抵抗54,55を介して周波数／電圧変換
器（F/V）51,52の出力を加算した平均値の信号を、演算
増幅器62の非反転入力に加え、抵抗56,57からなる分圧
器で発生した、前述の第10図における速度v₁′に相当す
る電圧v₁′を同じく反転入力に加えることによって、第
４図に示されるように、車速０からv₁′までは最大値を
示し、v₁′を超過すると低下し始める特性を示す出力V₀
が得られる。

この出力V₀をコンパレータ53の非反転入力、すなわち
基準三角波信号に抵抗63を介して接続することによっ
て、車速がv₁′を超えた状態で、三角波信号のレベルを
徐々に低下させるようにしている。

第５図はこの場合の車速ｖと信号VFMNのデューテイと
の関係を示したものであって、車速v₁′を境としてこれ
まで下降していたデューテイが、再び車速に応じて上昇
し始めることが示されている。

このような制御は、マイコン制御によって行うことも
できる。すなわちアクセルレバー開度に応じた平坦路車
速を予め記憶装置に記憶させておき、実際の車速が記憶
されている車速よりも高いが低いかをチェックすること
によって、降坂状態が登坂状態かを判断することが可能
であり、さらにその場合の記憶値との違いの程度によっ
て、パワーステアリング装置のトルクの増減の程度をコ
ントロールすることも、マイコン（CPU）を用いれば容
易に実現できる。

第６図は、マイコン制御によって実現可能な車速ｖと
パワーステアリング装置のトルクとの関係の一例を示し
たものであって、破線で示すａは従来の装置における最
上速以前のトルク特性である。これに対して実線で示す
ように、最高速以上の範囲でトルクを増加させるように
制御することができる。この場合、レバー開度によって
最高速度が異なるので、これに応じてトルク増加の特性
を設定することができる。

第７図は、マイコン制御を行う場合のフローチャート
を示したものである。

この場合の制御は、最初、アクセルレバー倒れ角によ
ってレバー開度をチェックし、モータ回転数によって車
速を検出する。そしてレバー開度に対応する車速の記憶
値と、検出された車速とを比較して登坂状態か否かを判
断し、登坂状態であれば、ステアリングモータ制御電流
のデューテイを減少させる。一方、登坂状態でないとき
は、さらに降坂状態であるか否かを判断し、降坂状態で
あればデューテイを増加させる。降坂状態でないときは
平坦路なので、従来通り車速に応じたデューテイを与え
る。

この場合のデューテイの制御にテーブルルックアップ
方式を用いることによって、第６図に示されたような特
性を任意に設定することができる。これによって、必要
なトルクが得られるとともに、最適なステアリング速度
も併せて得ることができる。

なお、以上の説明は、前輪ステアリング車を前提とし
て行ったが、前後（登降坂）の考え方を逆にすれば、本
発明はそのまま後輪ステアリング車に対しても適用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、電動車椅子のパ
ワーステアリング装置において、登降坂の状態を判断し
て制御することによって、常に必要最小限のステアリン
グトルクを得ることができる。すなわち前輪ステアリン
グ車の場合、登坂時にはステアリング輪の荷重が減少す
るので、これに応じてステアリングトルクを減少させて
適切な速度でステアリングを行うことができるように
し、また降坂時には、ステアリング輪の荷重が増加する
ので、これに応じてステアリングトルクを増加させて円
滑に転向制御を行うことができるようにすることができ
る。この場合、平坦路走行では従来と同様に単純に車速
に応じてトルクを変化できるので、ステアリング特性が
変わることはない。また本発明によれば、ステアリング
モータへの負担が最小限に抑えられるともに、省消費電
力化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は第１図の
実施例の場合の車速ｖと信号VFMNのデューテイとの関係
を示す図、第３図は他の実施例を示す図、第４図は第３
図に示された演算増幅器の特性を示す図、第５図は第３
図の場合の車速ｖと信号VFMNのデューテイとの関係を示
す図、第６図はマイコン制御によって実現可能な車速ｖ
とパワーステアリング装置のトルクとの関係の一例を示
す図、第７図はマイコン制御を行う場合のフローチャー
トを示す図、第８図は従来のおよび本発明が適用される
電動車椅子のパワーステアリング装置におけるサーボ制
御装置の全体構成例を示す図、第９図は第８図に示され
たサーボ制御装置に接続される従来の主制御装置の構成
を示す図、第10図は第９図の構成を用いた場合の車速ｖ
と信号VFMNのデューテイとの関係を示す図である。 １…電動車椅子のパワーステアリング装置、３…ステア
リングモータ、８…操作部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行状態を指令する操作部から出力される
   とともに左右方向への動きを示す転向操作量を表す信号
   と，転向輪の転向角を表す信号との誤差の大小及びその
   方向に応じて大きさが変化する駆動制御信号を発生し、
   該駆動制御信号に応じてステアリングモータを駆動する
   ことによって転向輪に対する操舵制御を行う電動車椅子
   のパワーステアリング装置において、 転向操作状態で該電動車椅子が登坂状態又は降坂状態で
   あれば、前記ステアリングモータに対する駆動制御信号
   を登坂状態又は降坂状態の特性に従って変化させるよう
   にしたことを特徴とする電動車椅子のパワーステアリン
   グ装置。