JP3903529B2

JP3903529B2 - 駆動補助付小型車両

Info

Publication number: JP3903529B2
Application number: JP15091097A
Authority: JP
Inventors: 千三久徳; 潤一黒川; 義人林; 昌喜姜; 克巳宮田
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2017-06-09
Also published as: JPH10338142A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操作者の操作力に応じた補助的駆動力を発生し、人力による運搬を補助する駆動補助付小型車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人力による運搬に利用される運搬用小型車両の中には、バッテリー電源や電動モータ等を具備し、人力による操作を補助して操作者の労力を軽減するため、電動モータ等に補助的駆動力を出力させるようにしたものがある。
【０００３】
そして、この種の小型車両にあっては、該車両による運搬の状況に応じて、補助的駆動力の出力が制御されるようになっている。例えば、該小型車両を登り坂を前進しながら押し上げていく場合と、平坦路を押していく場合とでは、該車両に加えるべき操作力は異なる。そのため、該車両のハンドル等の操作部に加えられる操作者の操作力を検出し、この操作力に応じた補助的駆動力を発生させるようになっている。例えば登り坂を前進する場合には、操作者が操作部を強く押すため、大きな操作力に応じた大きな補助的駆動力を発生させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、小型車両が走行する走行面は平坦で障害物がないとは限らない。例えば操作者が前進方向への注意を怠り、障害物に衝突することがある。この場合、障害物に人力＋補助的駆動力が加わり危険度が増すという問題が生じる恐れがある。また、通常のカートと同様に扱える小型車両であると、車道から歩道を移るときのように段差を乗り越えるときには、小型車両の前輪又は後輪を持ち上げる動作を行うことがある。この場合、駆動輪が空転し、空転に伴う飛散物で操作者の服を汚したり、空転部分に服が巻き込まれたりする恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明は、操作者により加えられる操作力の大きさと方向に応じて加えられる補助的駆動力を、操作者の操作の状況に応じてオフして安全性を保つことができる駆動補助付小型車両を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明のうち請求項１記載の発明は、操作者により加えられる操作力の大きさと方向に応じて、前進方向の補助的駆動力又は後進方向の補助的駆動力を、駆動車輪に連結される電動モータに発生させるモータ制御部と、前記小型車両に取り付けられ、前進方向にある障害物を検出する障害物検出部と、前記モータ制御部に設けられ、前記障害物検出部からの出力に基づき、前記補助的駆動力のうち前進方向の補助的駆動力をオフにし、後進方向の補助的駆動力をオンしたままとする切換部と、を備える駆動補助付小型車両である。
【０００７】
【０００８】
請求項２記載の発明は、操作者により加えられる操作力の大きさと方向に応じて、前進方向の補助的駆動力又は後進方向の補助的駆動力を、駆動車輪に連結される電動モータに発生させるモータ制御部と、前記小型車両に取り付けられ、前進方向にある障害物を検出する障害物検出部と、前記小型車両に取り付けられ、車両の持ち上げ状態を検出する車輪浮き検出部と、前記モータ制御部に設けられ、前記障害物検出部からの出力に基づき、前記補助的駆動力のうち前進方向の補助的駆動力をオフにし、後進方向の補助的駆動力をオンしたままとするとともに、前記車輪浮き検出部からの出力に基づき、前記補助的駆動力の全てをオフにする切換部と、を備える駆動補助付小型車両である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を用いて説明する。まず、本発明にかかる駆動補助付小型車両（以下、「小型車両」という）の全体的な構成を、図２に基づいて説明する。図２は、小型車両の一構成例の斜視図である。図２に示される小型車両１は、車体カバー４に覆われる車両本体２と、ハンドル５等とからなる操作部３とを備えて構成される。
【００１０】
車体カバー４は、電動モータやその制御装置等の小型車両１に備わる装備をその内部に覆うための部材であるが、その上部は運搬物を載置するための搬送台となっている。また車体カバー４のハンドル５の近傍には操作パネル（設定器）７が設けられている。操作部３の一部としてのハンドル５は、車体カバー４内の図示されない結合部材８を介して車両本体２のフレーム構造に連結されている。このハンドル５は左右が対称をなすコ字状形状になっている。
【００１１】
車両本体２には、ハンドル５に近い側であって進行方向と直交する左右方向に、第１駆動車輪１１と第２駆動車輪１２が取り付けられている。なお、１３はハンドル５から離れた側に位置する旋回自在なフリーの車輪であって１個又は２個が車両本体２に取り付けられている。
【００１２】
第１，第２駆動車輪１１，１２は、自動車の差動トランスの如き歯車機構１４に接続され、旋回可能になっている。歯車機構１４には、電動モータ１５が連結されている。電動モータ１５は、永久磁石界磁モータ等の如くバッテリーを電源としトルク制御の可能なものであればよい。
【００１３】
また、車両本体２の前方のバンパーには障害物との当接を検出する接触型センサ（障害物検出部）１６が取り付けられ、車両本体２の底面であって前後車輪の間に走行面との距離を図る距離センサ（車輪浮き検出部）１７が取り付けられている。
【００１４】
図１は、前述した小型車両に搭載される制御機器のブロック図である。図において、制御ブロックは、操作力検出部６と、設定器７と、障害物検出部１６と、車輪浮き検出部１７と、モータ制御部５０、電源７０と、回転計７１とを主要機器として構成される。
【００１５】
操作力検出部６には、コ字状のハンドルに加えられる操作力をハンドルの左右位置で検出するポテンションメータの如き左検出器及び左検出器からの出力Ｖ_PR，Ｖ_PLが入力される。この操作力検出部６は、ハンドルの左右位置の操作力に応じた電圧Ｖ_PR及びＶ_PLの入力を受けると、出力Ｖ_PR及びＶ_PLの大小から操作力の大きさを判定し、出力Ｖ_PR及びＶ_PLの正負から操作力が作用する前後方向を判定し、出力Ｖ_PR及びＶ_PLの差から旋回させようとする状態を判定する。なお、左右の第１，第２駆動車輪１１，１２を一つの電動モータ１５で駆動する場合には、出力Ｖ_PR及びＶ_PLの平均値の正負とその絶対値から、操作力が作用する前後方向とその大きさを判定するようになっている。
【００１６】
設定器７は、検出された操作力に対する補助的駆動力の比率を例えば大中小に設定するための信号をアシスト比演算部５１に出力するものである。例えば、登り坂の場合には、補助的駆動力の比率を大に設定し、平坦路の場合には、補助的駆動力の比率を小に設定する。
【００１７】
モータ制御部５０は、アシスト比演算部（補助的駆動力演算部）５１と、切換部５２と、フィードバック制御部５３、モータ用ドライバ５４とからなる。補助的駆動力演算部５１は、操作力検出部６からの操作力に関する出力及び設定器７からの設定に関する出力を基にして、例えば操作力の１／２に相当する補助的駆動力を発生させるためのトルク指令値τを減算器６１に出力する。
【００１８】
切換部５２は、トルク指令値τの正成分分離部６６と、トルク指令値τの負成分分離部６７と、第１スイッチ６８と、第２スイッチ６９とからなる。第１スイッチ６８は、正成分分離部６６からの出力だけをオンオフする機能を有する。この第１スイッチ６８は通常はオンの状態にあるが、障害物検出部１６が前方の障害物を検出するとオフに切り換わり、前進方向の補助的駆動力に相当する出力信号の正成分だけをカットする。
【００１９】
第２スイッチ６９は、正成分分離部６６と負成分分離器６７との合成の出力をオンオフする機能を有する。この第２スイッチ６９は通常はオンの状態にあるが、車輪浮き検出部１７が車輪の浮き状態を検出するとオフに切り換わり、前進又は後進に係わらず補助的駆動力の全体に相当する出力信号をカットする。
【００２０】
フィードバック制御部５３は、減算器６１と、比例制御部６２、ＰＷＭ比率変換部６３と、駆動力換算部６４と、電圧変換部６５とからなる。減算器６１は、切換部５２を経て入力されたトルク指令値τと、後述する電圧変換器６５の出力値との差をとるものである。比例制御部６２は、減算器６１の出力に対して比例制御を行う。ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)比率変換部６３は、比例制御部６２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。
【００２１】
駆動力換算部６４は、電動モータ１５へ供給される電流を検出して、第１，第２駆動車輪１１，１２の駆動力値に換算し、電圧変換部６５に出力する。電圧変換部６５は、駆動力換算部６４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６１へ出力する。
【００２２】
モータ用ドライバ５４は、ＰＷＭ比率変換部６３から出力されるパルス幅変調信号に基づいて、電源７０から電動モータ１５へ供給される電流を制御する。また、補助的駆動力演算部５１からのトルク指令値τの正負で電動モータ１５へ供給される電流の方向を制御する。
【００２３】
回転計７１は、電動モータ１５の回転数を検出し、例えば所定値以上の高速になるとアシスト比（操作力に対する補助的駆動力の比率であって、普通は１未満の数字）を低下させる指令を補助的駆動力演算部５１が出力する場合に使用される。
【００２４】
つぎに、上述した小型車両の動作について説明する。図３は、矢印ａの直進において操作者が前方の注意を怠り、障害物Ｓに衝突した場合を示している。車両前方に取り付けられた接触型センサ１６が障害物Ｓを検出すると、操作者の操作力が依然として前方に向かっていても、切換部５２の第１スイッチ６８（図１参照）がオフになって、前進方向の補助的駆動力はゼロになって、操作者の前方の操作力だけになる。操作者が障害物Ｓに気づくと直ぐに後進させようとするのが普通である。接触型センサ１６が障害物Ｓを検出する状態が続いても、切換部５２の第２スイッチ６９（図１参照）がオンのままであるため、後進方向の補助的駆動力は直ちに作用させることができる。そのため、障害物Ｓには人力以上の力が加わらず、速やかに退避するための後進方向には補助的駆動力が加わる。なお、障害物検出部は、接触型センサ１６に限らず、非接触型センサで近距離の障害物を検出するものであってもよい。
【００２５】
図４は、小型車両の進行方向に凹凸がある場合の操作を示している。図４（ａ）は、前進方向の走行面に凹部Ｖがある場合を示している。操作者９はハンドル５を押し下げ、車両本体２の前方を後輪１１，１２を支点として持ち上げ、凹部Ｖを乗り越える。このとき、車輪浮き検出部としての距離センサ１７が作動し、切換部５２の第２スイッチ６９（図１参照）がオフとなって、補助的駆動力の全てがゼロになって、操作者９の操作力だけで小型車両を自在に操作する。前輪１３が凹部Ｖを乗換え、車体本体２が水平になると、切換部５２の第２スイッチ６９（図１参照）がオンとなって再び補助的駆動力が付加される。つぎに、後輪１１，１２が凹部Ｖにさしかかると、操作者９はハンドル５を引き上げ、車体本体２の後方を前輪１３を支点として持ち上げる。すると、距離センサ１７が再び作動し、切換部５２の第２スイッチ６９（図１参照）がオフとなって、補助的駆動力の全てがゼロになる。そのため、駆動輪１１が補助的駆動力によって空転することが防止される。
【００２６】
図４（ｂ）は、後進方向の走行面に凸部Ｗがある場合を示している。この場合も図４（ａ）と同様に、車両本体２の前後の持ち上げ動作が行われ、車輪が浮き上がると補助的駆動力の全てがゼロになる。なお、距離センサ１７を距離が大きすぎても小さすぎても作動しないような上限及び下限を有するものにすると、凹部Ｖや凸部Ｗで距離センサ１７が作動しないようにすることができる。また、補助的駆動力のオフ後のオン時に、急激な補助的駆動力で車輪がスリップしないように、トルク又は回転を徐々に増やすソフトスタート制御をモータ制御部５０に組み込むこともできる。
【００２７】
次に、ハンドルの左右に異なる力が作用した場合の操作力を別々に検出する操作部３の機構の一例を図５により説明する。図５（ａ）がハンドル５の周辺についての上面図を示しており、図５（ｂ）は側面図である。
【００２８】
操作部３は、中心軸４５に対して対称をなす左側部分と右側部分とからなっている。操作部３は、操作者による操作力が加えられるハンドル５と、ハンドル５の両端より延在して備えられるポテンショメーター３０と、ハンドル５とポテンショメーター３０とが組み込まれるように設けられる結合部材８とを備えて構成される。
【００２９】
結合部材８は、複数本のボルト４１・・４１により所定の間隔を保って向かい合うように固定される２枚の平板２８と２９とによって構成される。平板２８、２９の左右の両側には所定の径からなる孔が形成されており、ハンドルシャフト５ａと、ハンドルシャフト５ａの先端より延在するように備わるポテンショメーター３０とを組み込めるようになっている。また、結合部材８は、図示されない車体フレームに結合される構造になっている。
【００３０】
ハンドル５は同径からなる円筒をコ字状に湾曲させた形状をしているが、その両端にはハンドル５に延在するようにハンドルシャフト５ａが備わっている。ハンドルシャフト５ａには、その外周に二つのスプリング２１、２２が設けられており、スプリング２１と２２とはスプリングピン２３によって仕切られている。スプリング２１、２２のピン２３に対する他端側は、スナップリング２４、２５により固定されている。バネ２１を固定するスナップリング２４は、固定スペーサ２６によりハンドルシャフト５ａに対して固定されている。そして、スナップリング２５は、スペーサ２７により平板２８に対して所定の位置に固定され、また、ハンドルシャフト５ａに対して相対的に移動できるようになっている。そして、ハンドル５に操作力が加えられない状態では、バネ２１、２２は自然長の状態にあり、シャフト５ａの前後方向の位置は中立位置Ｏ−Ｏ’にある。
【００３１】
ポテンショメーター３０は、ハンドル５に対する操作方向と操作力とを検知する部材であり、所謂リニア型ポテンショメーターが用いられている。ポテンショメーター３０は、ハンドル５の右側部分と左側部分に各一つずつ設けられている（以後、２つのポテンショメーターに対応して右側部分と左側部分とを区別する必要があるときは、右側に設けられるポテンショメーターを３０Ｒ、左側に設けられるものを３０Ｌと表す）。ポテンショメーター３０は、これに備わる偏位子３０ａがハンドル５の操作に伴うシャフト５ａの動きに対応して矢印３１に示されるように前後方向に動くことができ、この偏位子３０ａの動きに対応して、内部の電気抵抗値が変化する。
【００３２】
操作者によるハンドル５の操作とこれに対するポテンショメーター３０の動きとの関係は以下の通りである。ハンドル５が３２に示すように前進方向へ押すように操作されると、スプリング２１、２２が収縮しつつ、ハンドルシャフト５ａが中立位置Ｏ−Ｏ’より前進方向へ移動する。そして、左右のシャフト５ａの動きに対応して偏位子３０ａが動き、ポテンショメーター３０の内部の抵抗値は、シャフト５ａの位置に対応するものになる。これにより、ポテンショメーター３０の内部の抵抗値は、ハンドル５に加えられる操作方向の操作力に対応する値となる。
【００３３】
また、ハンドル５に加えられる操作が後進方向への引くような操作である場合にも、スプリング２１、２２が伸長しつつ、左右のシャフト５ａの後進方向への動きに対応して偏位子３０ａが動き、ポテンショメーター３０の内部の抵抗値は、ハンドル５に加えられる操作方向の操作力に対応する値となる。
【００３４】
小型車両１を旋回させるように、ハンドル５に旋回方向の操作力が加えられる場合について説明する。ハンドル５に対する前進方向への押すような操作を、例えばハンドル５の左側部分に対する操作力が右側部分に対する操作力よりも大きくなるように加えると、小型車両１を前進させつつ右方向へと旋回させることができる。かかる操作力がハンドル５に対して加えられると、ハンドルシャフト５ａは中立位置より前進方向に位置し、かつ左側のシャフト５ａが右側のシャフト５ａよりも前に位置することになり、かかる左側のシャフトと右側のシャフトの前後方向の相対的な位置の違いに対応して旋回方向が決まることになる。即ち、左側のシャフトと右側のシャフトと中立位置Ｏ−Ｏ’により形成される角度θが小型車両の旋回角度に対応する。また、左右に設けられるポテンショメーター３０Ｒ、３０Ｌの抵抗値は、各々に左右のシャフト５ａの位置に対応する値となる。このようにして、操作部３に作用する左右の操作力を独立して検出することができる。
【００３５】
左右の操作力を独立して検出する操作部３を用いる場合には、図１のモータ制御部と電動モータを左右の車輪の各々に対して設け、左右の車輪の補助的駆動力を異ならせて、旋回補助を行うこともできる。
【００３６】
図６は、車輪の浮き状態を検出できる操作部の構造を示す。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は側面図である。この操作部７１は、両端が握りになったハンドルバー７２と、ハンドルバー７２の中央に下向きに取り付けられたＬ字部材７３と、Ｌ字部材７３の折れ曲がり部分にある支点７３ａでＬ字部材７３を前後方向に揺動可能に支持する第１台座７４と、第１台座７４の底から突設されたピン７５で第１台座７４を水平面内旋回可能に支持する第２台座７６と、第２台座７６の前方のピン７７で第２台座７６の全体を上下揺動可能に支持する第３台座７８と、ハンドルバー７２に加わる前後方向操作力に応じて支点７３ａにより前後方向に揺動するＬ字部材７３の姿勢を中立位置に保持する前後方向付勢手段７９及び前後方向操作力に応じた変位を検出するためのポテンションメータ等の前後方向変位検出手段８０、第２台座７６に対する第１台座７４の左右方向位置を中立位置に保持する左右方向付勢手段８１及び操作力に応じた左右方向変位を検出するためのポテンションメータ等の左右方向変位検出手段８２、第２台座７６の第３台座７８に対する上下位置を中立位置に保持する上下方向付勢手段８４及び上下位置の所定以上の変動により作動するリミットスイッチ等の位置検出器８４とからなっている。なお、第３台座７８は図示されない車体フレームに固定的に結合される。
【００３７】
ハンドルバー７２に作用する前後方向の操作力は、前後方向付勢手段７９に抗するＬ字部材７３の前後方向揺動に変換され、その揺動の程度が前後方向変位検出手段８０で検出される。ハンドルバー７２に作用する左右方向の旋回にかかる操作力は、左右方向付勢手段８１に抗する第１台座７１の水平面内旋回に変換され、その旋回の程度が左右方向変位検出手段８２で検出される。これらにより、進行方向にかかる前後の操作力の方向と大きさ、及び、旋回させようとする操作力に相当する左右の操作力の方向と大きさが検出できる。段差の乗り越え時にハンドルバー７２を押し引きして車輪を浮き上がらせると、上下方向付勢手段８３に抗する第２台座７６の動きに変換されて位置検出器８４がこの動きを検出する。これにより、車輪の浮き状態も検出できる。
【００３８】
図７は、車輪の浮き状態を検出する他の構成を示す。車両本体の後部に位置する駆動車輪１１，１２の歯車機構及び電動モータ等の関連部品は、駆動輪ユニット９１として一体になっている。この駆動輪ユニット９１は、車体フレーム１８の水平部分に対して、バネ付きボルト９２を介して上下方向可動に取り付けられている。車体フレーム１８の後部を持ち上げると、バネ付きボルト９２のバネが縮んで、リミットスイッチ等の位置検出器９３が作動する。また、車両本体の前部に位置する車輪１３の軸受等の関連部品は、従動輪ユニット９３として一体になっている。この従動輪ユニット９３は、車体フレーム１８の水平部分に対して、バネ付きボルト９４を介して上下方向可動に取り付けられている。車体フレーム１８の後部が持ち上げると、バネ付きボルト９４のバネが縮んで、リミットスイッチ等の位置検出器９５が作動する。これら位置検出器９３，９５により、車輪の浮き状態が検出できる。
【００３９】
なお、本件発明の範囲外であるものの、車両本体を持ち上げて車輪が浮かないようなハンドル構造にすることで、駆動輪の空転を防止することもできる。このようなハンドル構造としては、前後方向の押し引きに耐えるものの、上下方向の力が作用すると折れ曲がってしまうようなものが考えられる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明にかかる請求項１又は２記載の発明によると、車両本体が人や物のような障害物に接触した場合、前進方向の補助的駆動力を切り、人力以上の力が加わらないようにしたので、誤って人や物に接触しても安全である。また誤って人や物に接触してもブレーキを掛けるのではなく、操作者が気づいて後進させようとする操作力に応じた補助的駆動力が作用するようになっているので、速やかに車両本体を退避させることができる。
【００４１】
請求項２記載の発明によると、車道から歩道を移るときや溝を乗り越えるときには、スムーズな乗り越えになるように、車体本体を持ち上げるが、この持ち上げ状態を自動的に検出して、補助的駆動力の全てを切るので、駆動輪が空転することなく、空転に起因する飛散物付着や空転車輪の接触による擦りむきや衣服巻き込みを防止できるので安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる駆動補助付小型車両の制御系のブロック構成を示す図である。
【図２】駆動補助付小型車両の斜視図である。
【図３】駆動補助付小型車両の障害物接触時の作動を示す図である。
【図４】駆動補助付小型車両に段差乗り越え時の作動を示す図である。
【図５】駆動補助付小型車両の操作部を示す図である。
【図６】駆動補助付小型車両の他の操作部を示す図である。
【図７】駆動補助付小型車両の他の車輪浮き検出部を示す図である。
【符号の説明】
１小型車両
２車両本体
３操作部
５ハンドル
１１第１駆動車輪
１２第２駆動車輪
１５電動モータ
１６接触型センサ（障害物検出部）
１７位置センサ（車輪浮き検出部）
５０モータ制御部
５１アシスト比演算部（補助的駆動力演算部）
５２切換部
５３フィードバック制御部
５４モータ用ドライバ

Claims

操作者により加えられる操作力の大きさと方向に応じて、前進方向の補助的駆動力又は後進方向の補助的駆動力を、駆動車輪に連結される電動モータに発生させるモータ制御部と、
前記小型車両に取り付けられ、前進方向にある障害物を検出する障害物検出部と、
前記モータ制御部に設けられ、前記障害物検出部からの出力に基づき、前記補助的駆動力のうち前進方向の補助的駆動力をオフにし、後進方向の補助的駆動力をオンしたままとする切換部と、
を備える駆動補助付小型車両。
操作者により加えられる操作力の大きさと方向に応じて、前進方向の補助的駆動力又は後進方向の補助的駆動力を、駆動車輪に連結される電動モータに発生させるモータ制御部と、
前記小型車両に取り付けられ、前進方向にある障害物を検出する障害物検出部と、
前記小型車両に取り付けられ、車両の持ち上げ状態を検出する車輪浮き検出部と、
前記モータ制御部に設けられ、前記障害物検出部からの出力に基づき、前記補助的駆動力のうち前進方向の補助的駆動力をオフにし、後進方向の補助的駆動力をオンしたままとするとともに、前記車輪浮き検出部からの出力に基づき、前記補助的駆動力の全てをオフにする切換部と、
を備える駆動補助付小型車両。