JP3738488B2

JP3738488B2 - 電動補助力付小型車両

Info

Publication number: JP3738488B2
Application number: JP18978896A
Authority: JP
Inventors: 潤一黒川; 昌喜姜
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: JPH1035499A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、使用者の操作力に応じて車輪に対する駆動力を発生し、人力による運搬を補助する電動補助力付小型車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人手による運搬に利用される運搬用車両（以下、カートという）の中には、使用者の労力を軽減するためにバッテリおよびモータ等を具備し、使用者による走行制御に応じて走行する電動カートがある。この種の電動カートにおいては、前後進の切換えスイッチや、速度調整用の操作子等が設けられた操作パネルを有し、使用者は、この操作パネルから電動カートの走行制御を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動カートにおいては、単に前後方向にのみ走行できるものであり、操舵については全て人力に頼っていた。このため、重量のある荷物を運搬する場合、それ相応の操作力が必要となっていた。また、この種の電動カートは、速度制御が自由にできないものや、速度制御の操作方法が複雑で解りにくいもの等がほとんどであり、概して操作性に難があった。
【０００４】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、人手により運搬を行う際の労力を軽減し、かつ、操作性に優れた電動補助力付小型車両を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、進行方向に対して直交する方向に併設された第１，第２の駆動輪と、前記第１，第２の駆動輪の各々に対応して設けられ、各々対応する駆動輪に駆動力を与える第１，第２のモータと、前記第１，第２のモータに電源を供給する電源供給手段と、使用者が操作した力および方向に応じて前後方向および旋回方向に可動する把持部材と、前記把持部材に付与された前後方向および旋回方向の操作力を各々検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前後方向および旋回方向の操作力に応じて、前記第１，第２のモータに対し、各々が発生すべき駆動力を個々に指示する駆動力指示手段と、前記駆動力指示手段から前記第１のモータに対して指示された駆動力が発生するように、前記第１のモータに供給する電流を制御する第１の電流制御手段と、前記駆動力指示手段から前記第２のモータに対して指示された駆動力が発生するように、前記第２のモータに供給する電流を制御する第２の電流制御手段とを有してなり、前記駆動力指示手段は、前記把持部材に付与された操作力に対する、前記第１，第２のモータにより発生する駆動力の比率が１未満となるように、前記第１，第２の電流制御手段に指示すると共に、前記検出手段により検出された前後方向の操作力が検出された場合、該前後方向の操作力に応じて、互いに同一の駆動力を発生するよう前記第１，第２のモータに対して指示し、かつ、前記検出手段により検出された旋回方向の操作力が検出された場合、該旋回方向に応じていずれか一方のモータに対し、検出された操作力に応じた駆動力分、他方のモータよりも多く発生するよう指示することを特徴とする電動補助力付小型車両である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動補助力付小型車両において、前記駆動力指示手段は、前記把持部材に対する操作力が所定値以上になった場合は、所定の駆動力を維持するように前記第１，第２の電流制御手段に指示することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、本実施形態における電動補助力付小型車両（以下、補助力付カートという）の構造について図２ないし図４を参照して説明する。
図２は、本実施形態における補助力付カートの外観を示す斜視図である。この図において、１は補助力付カートの車体カバーであり、その上部は運搬物が載置される搬送台となっている。２は使用者により把持されるハンドルである。３はハンドル２が固定されるシャフトであり、使用者の操作に応じて図中矢印アの方向に前後し、矢印イの方向に旋回する。４は駆動輪であり、左右の各駆動輪は、それぞれに対応して車両カバー１内に設置された左右モータの各回転軸と接続され、これら各モータは、モータ制御部（後述する）から供給されるモータ電流により回転する。５は補助力付カートに回転自在に設置された遊輪である。
【００１０】
本実施形態における補助力付カートは、ハンドル２が使用者の操作力および操作方向に応じて回動、または、前後方向に傾き、この回動角度および傾斜角度に基づいて、上述した各モータへ供給する電流を制御して駆動力を発生し、使用者の操作力を補助するものである。
【００１１】
次に、図３，図４を参照して、使用者の操作力および操作方向を検出する操作力検出機構について説明する。
図３はハンドル２周辺部の構造を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
図３に示すように、シャフト３は、その段部３ａ（図３（ｂ）参照）により軸付き支持体６に回動自在に係止されている。また、軸付き支持体６は、一体形成された軸６ａ，６ｂにより、フレーム７に回動自在に取り付けられている。
これにより、ハンドル２は使用者の操作に応じて前後方向（図中矢印ア）、および、旋回方向（図中矢印イ）に可動となる。
【００１２】
８はポテンショメータであり、軸付き支持体６の軸６ａ先端に取り付けられた歯車９、および、ポテンショメータ８の回転軸に取り付けられた歯車１０を介して、軸付き支持体６の回動運動が伝達され、その回動角度に応じて抵抗値が変化する。また、１１は収縮する方向に付勢されたバネであり、使用者により前方または後方に付与された操作力に応じて伸長する。これを実現する機構について図４を参照する。
【００１３】
図４はバネ１１周辺の構造を示す斜視図であり、この図において、バネ１１の両端は、２枚の平板状のバネ取付具１２，１２の、長手方向の一方端に固定されている。また、このバネ取付具１２，１２の各他方端は、軸１３，１３によってフレーム７に回動自在に取り付けられている。そして、操作者がハンドル２を前後方向に動かすと、軸付き支持体６の軸６ｂに固定された回転板１４が図中矢印ウの方向に回動する。これにより、回転板１４の２つの突起部１５，１５によって、軸１３，１３を支点としてバネ取付具１２，１２の各一方端が矢印エの方向に回動し、バネ１１を伸長させる。
【００１４】
したがって、ハンドル２は、操作者の前後方向の操作力（＝バネ１１の収縮力）に応じて前後方向に傾き、ポテンショメータ８は、この傾斜角に応じた抵抗値となる。すなわち、言い換えると、ポテンショメータ８の抵抗値は、使用者の前後方向の操作力に対応した値となる。
【００１５】
１６はポテンショメータであり、シャフト３の先端（図３（ｂ）中、下方）に固定され、ハンドル２の旋回方向の回転角に応じて抵抗値が変化する。また、１７は収縮する方向に付勢されたバネであり、使用者による旋回方向の操作力に応じて伸長する。すなわち、バネ１７の両端は、図４に示すバネ１１と同様に、それぞれ２枚の平板状のバネ取付具１８，１８の、長手方向の一方端に固定されている。また、このバネ取付具１８，１８の各他方端は、それぞれ軸１９，１９によって軸付き支持体６に回動自在に固定されている。そして、操作者がハンドル２を旋回させると、シャフト３の先端に固定された回転板２０が回動し、回転板２０の２つの突起部２１，２１により、バネ取付具１８，１８の各一方端が、軸１９，１９を支点としてバネ１５を伸長させる方向に回動する。
【００１６】
したがって、ハンドル２は、操作者の旋回方向の操作力（＝バネ１７の収縮力）に応じて回動し、ポテンショメータ１６は、回動した角度に応じた抵抗値となる。すなわち、言い換えると、ポテンショメータ１６の抵抗値は、使用者の旋回方向の操作力に対応した値となる。
【００１７】
次に、図１を参照して前述した左右モータへの供給電流を制御するモータ制御部について説明する。
図１は前述したモータ制御部の構成を示すブロック図であり、この図において、２５は前後角信号出力部であり、ポテンショメータ８の抵抗値の変化に応じた前後角信号θ_FRを出力する。ここで、前後角信号出力部２５は、ハンドル２が前後方向に対して中立位置にある時、前後角信号θ_FRを電圧０Ｖとし、使用者がハンドル２を前方に倒した場合は、その角度に応じた正の電圧値を前後角信号θ_FRとして出力する。また、後方に倒した場合は、その角度に応じた負の電圧値を前後角信号θ_FRとして出力する。
【００１８】
また、２６は旋回角信号出力部であり、ポテンショメータ１６の抵抗値の変化に応じた旋回角信号θ_STRを出力する。すなわち、ハンドル２が中立位置にある時、旋回角信号θ_STRを電圧０Ｖとし、使用者がハンドル２を左に回した場合は、その角度に応じた正の電圧値を旋回角信号θ_STRとして出力する。また、右に回した場合は、その角度に応じた負の電圧値を旋回角信号θ_STRとして出力する。
【００１９】
２７はアシスト比演算部であり、前後角信号θ_FRおよび旋回角信号θ_STRに基づいて、使用者の操作力および操作方向を算出し、該操作力および操作方向と、左モータ制御系３０および右モータ制御系４０（共に後述する）からそれぞれ出力される、実際に左右の各モータが発生している駆動力の値とに基づいて、各モータに対するトルク指令値τ_L，τ_Rを算出する。
【００２０】
ここで、本実施形態における操作力と駆動力の関係を図５のグラフに示す。
このグラフにおいて、横軸は操作者の操作力、縦軸はモータの駆動力を示している。そして、横軸において正の数値は、操作者が本実施形態の補助力付カートを押す力を表し、負の数値は引く力を表している。一方、モータの駆動力については、正の数値は補助力付カートの前進方向の駆動力を表し、負の数値は、後退方向の駆動力を表している。また、図中、破線はアシスト比〔＝（モータ駆動力）／（操作力）〕が１の時の操作力に対する駆動力を示している。
【００２１】
この図から明らかなように、本実施形態における補助力付カートでは、操作力が１ｋｇ以下の時、補助力は働かず、操作力が１ｋｇを超えた時点から補助力が働き始め、操作力が２ｋｇから８ｋｇまでアシスト比は一定となる。そして、操作力が８ｋｇを超えると、補助力は約７．２ｋｇで一定となる。
【００２２】
これは、１ｋｇ程度の操作力しか必要としない負荷に対しては、補助力を発生する必要がないという考えに基づいており、また、８ｋｇ以上の操作力を必要とする負荷に対しては、運搬中や制動時等の安全を考慮して、ある程度以上の補助力を発生しないように制限を設けているためである。また、本実施形態の補助力付カートでは、モータの駆動力を、あくまでも操作者の補助に使用することを目的としているため、アシスト比が１を超えることはない。
【００２３】
そして、アシスト比演算部２７は、ハンドル２が前後方向に操作された場合は、その操作力に対する各モータの駆動力の比率が、図５中、実線で示すアシスト比となる駆動力を求め、その駆動力の発生方向（前進もしくは後退）を示す信号Ｆ／Ｒ、および、求めた駆動力の１／２ずつを左右の各モータで発揮するトルク指令値τ_L，τ_Rを算出する。
【００２４】
また、例えば補助力付カートが前進中にハンドル２が右回転方向に操作された場合、左右の各モータの駆動力値を比較して、いずれか小さい方の駆動力値を双方の駆動力値から差し引き、その結果得られた左モータの駆動力と、右回転方向の操作力との比率が、図５中、実線で示すアシスト比となるような駆動力を求め、左モータがさらにその駆動力を発揮するようなトルク指令値τ_L を算出する。一方、左回転方向に操作された場合は、その操作力に応じた駆動力を上述と同様に求め、右モータがさらにその駆動力を発揮するようなトルク指令値τ_R を算出する。
なお、補助力付カートが停止状態にある時、ハンドル２が旋回方向に操作された場合は、操作された方向に応じて一方のモータについてのみトルク指令値を算出する。
【００２５】
前述した左モータ制御系３０および右モータ制御系４０は、それぞれアシスト比演算部２７が算出したトルク指令値に従って、バッテリ５０から左モータ３５および右モータ４５に供給する電流を制御する。ここで、左モータ制御系３０および右モータ制御系４０は共に同様の構成であるため、以下は左モータ制御系３０の構成のみ説明する。
【００２６】
左モータ制御系３０において、３１は減算器であり、入力されたトルク指令値τ_L と、電圧変換部３７（後述する）の出力値との差をとる。３２は比例制御部であり、減算器３２の出力に対して比例制御を行う。３３はＰＷＭ（Pulse Width Modulation）比率変換部であり、比例制御部３２の出力に応じてパルス幅変調信号の変調比を変化させる。
【００２７】
左モータ用ドライバ３４は、ＰＷＭ比率変換部３３から出力されるパルス幅変調信号に基づいて、バッテリ５０から左モータ３５へ供給される電流を制御する。また、アシスト比演算部２７で算出された信号Ｆ／Ｒに従って左モータ３５に供給する電流の方向を制御する。
３６は駆動力換算部であり、モータ電流を検出して左モータ３５の駆動力値に換算し、アシスト比演算部２７および電圧変換部３７にそれぞれ出力する。電圧変換部３７は、駆動力換算部３６から出力された駆動力値に応じた電圧に変換して減算器３１へ出力する。
【００２８】
また、６０，６１は、それぞれ左モータ３５，右モータ４５の回転数を検出する回転計である。６２は回転計６０，６１から出力された回転数に基づいて、補助力付カートの速度を算出する車速演算部であり、アシスト比演算部２７に対し、算出した車速に応じてアシスト比を低下させるような指令を送出する。
【００２９】
次に上述した補助力付カートの動作について説明する。
まず、補助力付カートが停止した状態から使用者がハンドル２を前傾させると、軸付き支持体６の軸６ａ，６ｂが回動し、その操作力に応じて回転板１４の突起部１５，１５がバネ１１を伸長させる。また、この回動動作は歯車９，１０を介してポテンショメータ８の回転軸に伝達され、ハンドル２の前傾角度に応じて抵抗値が変化する。この時、旋回方向においてハンドル２は、中立位置にあるものとする。
【００３０】
これにより前後角信号出力部２５は、前方向の操作力に応じた正の電圧値となる前後角信号θ_FRをアシスト比演算部２７へ出力し、また旋回角信号出力部２６は、電圧０Ｖの旋回角信号τ_STRをアシスト比演算部２７へ出力する。そして、アシスト比演算部２７は、前後角信号θ_FRの電圧値から操作力を求め、求めた操作力と駆動力換算部３６，４６から出力される駆動力値とに基づいて、図５において実線で示すアシスト比となるようなトルク指令値τ_L，τ_Rを算出する。
【００３１】
算出されたトルク指令値τ_L，τ_Rは、それぞれ左モータ制御系３０と右モータ制御系４０へ出力される。そして、各トルク指令値は、減算器３１，４１で、電圧変換部３７，４７から出力された現在のモータ駆動力に対応する電圧との差がとられ、比例制御部３２，４２において各々比例制御された後、ＰＷＭ比率変換部３３，４３へ出力される。これにより、ＰＷＭ比率変換部３３，４３からは、比例制御部３２，４３から出力される制御信号に基づいた変調比のパルス幅変調信号が、左モータ用ドライバ３４，右モータ用ドライバ４４にそれぞれ出力される。
【００３２】
また、左モータ用ドライバ３４，右モータ用ドライバ４４は、アシスト比演算部２７から出力される信号Ｆ／Ｒに従って左モータ３５，右モータ４５に供給する電流の方向を決定し、また、ＰＷＭ比率変換部３３，４３から出力されるパルス幅変調信号に従って、左モータ３５，右モータ４５に供給する電流量を制御する。これにより、モータ３５，４５は、それぞれハンドル２に加えられた操作力に応じた駆動力（補助力）を補助力付カートの前進方向に発生する。
【００３３】
そして、左モータ３５，右モータ４５に取り付けられた回転計６０，６１からの回転数に基づいて、常時、車速演算部６２にて車速を検知しており、速度の出過ぎを防止するために、時速４ｋｍ／ｈ以上の車速になった場合、アシスト比演算部２７へアシスト比を下げる指令を与える。また、時速５ｋｍ／ｈ以上になった場合は、アシスト比が０になる指令を与える。これに応じて、アシスト比演算部２７は、左モータ制御系３０，右モータ制御系４０へ出力する各トルク指令値を低下させる。
【００３４】
また、この状態から操作者がハンドル２を右に回した場合、旋回角信号出力部２６から負の電圧値の旋回角信号θ_STRが出力される。これによりアシスト比演算部２７は、その電圧値に応じてトルク指令値τ_R を維持したまま、トルク指令値τ_L を旋回角信号θ_STRに応じて増加させ、左モータ３５と右モータ４５に回転差を生じさせる。これにより、モータ３５，４５は、ハンドル２の操舵角、すなわち、旋回方向の操作力に応じた旋回半径で右に曲がって行く方向に補助力を発生する。
【００３５】
このように、本実施形態における補助力付カートによれば、ハンドル２に付与された操作力に基づいて左モータ３５，右モータ４５に供給されるモータ電流が制御され、操作者による操作力および操作方向に応じた補助力が発生する。これにより使用者は、補助力付カートの走行制御を意識する必要がなく、重い荷物を運搬する場合でもその労力が軽減される。
【００３６】
なお、本実施形態においては、操作力の検出手段としてバネおよびポテンショメータを使用したが、操作力およびその方向を検出し得るものであればこれに限定されるものではなく、例えば圧力センサ等を使用しても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、使用者により、把持部材に与えられた力およびその方向に応じて、付与された力よりも小さい駆動力が車輪に付与されるので、重量のある荷物を運搬する際の使用者の労力が軽減され、かつ、使用者は、上述した駆動力に対する制御を意識する必要がないため、操作性が極めて良好となる。
【００３８】
また、本発明によれば、２つの駆動輪に対応して設けられた各モータを有し、使用者が把持部材を前後方向に操作した場合、その操作に応じて上記各モータが同一の駆動力を発生するように各モータに対する供給電流が制御され、また、使用者が把持部材を旋回方向に操作した場合、その操作に応じて上記各モータのいずれか一方に対し、他方の駆動力よりも大きな駆動力を発生するように各モータに対する供給電流が制御されるので、直進のみならず、右左折する際にも、使用者に対する補助力が発生する。
【００３９】
さらに、本発明によれば、把持部材に対する操作力が所定値以上になっても、それにより発生する補助力がある一定の値で制限されるので、運搬中の速度がある程度で抑えることができ、運搬中および制動時等の安全が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態における電動補助力付小型車両のモータ制御部の構成を示すブロック図である。
【図２】同電動補助力付小型車両の外観を示す斜視図である。
【図３】同電動補助力付小型車両のハンドル周辺部の構造を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】同ハンドル周辺部の一部構造を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施形態における電動補助力付小型車両におけるアシスト比を示すグラフである。
【符号の説明】
１車体カバー
２ハンドル
３シャフト
４駆動輪
５遊輪
２５前後角信号出力部
２６旋回角信号出力部
２７アシスト比演算部
３０左モータ制御系
３５左モータ
４０右モータ制御系
４５右モータ
５０バッテリ
６０，６１回転計
６２車速演算部

Claims

進行方向に対して直交する方向に併設された第１，第２の駆動輪と、
前記第１，第２の駆動輪の各々に対応して設けられ、各々対応する駆動輪に駆動力を与える第１，第２のモータと、
前記第１，第２のモータに電源を供給する電源供給手段と、
使用者が操作した力および方向に応じて前後方向および旋回方向に可動する把持部材と、
前記把持部材に付与された前後方向および旋回方向の操作力を各々検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前後方向および旋回方向の操作力に応じて、前記第１，第２のモータに対し、各々が発生すべき駆動力を個々に指示する駆動力指示手段と、
前記駆動力指示手段から前記第１のモータに対して指示された駆動力が発生するように、前記第１のモータに供給する電流を制御する第１の電流制御手段と、
前記駆動力指示手段から前記第２のモータに対して指示された駆動力が発生するように、前記第２のモータに供給する電流を制御する第２の電流制御手段とを有してなり、
前記駆動力指示手段は、前記把持部材に付与された操作力に対する、前記第１，第２のモータにより発生する駆動力の比率が１未満となるように、前記第１，第２の電流制御手段に指示すると共に、前記検出手段により検出された前後方向の操作力が検出された場合、該前後方向の操作力に応じて、互いに同一の駆動力を発生するよう前記第１，第２のモータに対して指示し、かつ、前記検出手段により検出された旋回方向の操作力が検出された場合、該旋回方向に応じていずれか一方のモータに対し、検出された操作力に応じた駆動力分、他方のモータよりも多く発生するよう指示することを特徴とする電動補助力付小型車両。
前記駆動力指示手段は、前記把持部材に対する操作力が所定値以上になった場合は、所定の駆動力を維持するように前記第１，第２の電流制御手段に指示することを特徴とする請求項１に記載の電動補助力付小型車両。