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【発明の名称】 電動車両の制御装置
【発明者】 【氏名】石田 好伸
【要約】 【課題】電動車両の操作性を改善する。

【解決手段】操作力に基づく比例成分、操作力の変動量に基づく微分成分、及び、モータの回転方向への加減速度に基づく加減速成分を、所定の配分係数に従って合算したものを駆動力変化量とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力を検知する手段と、前記操作力の大きさに基づいて増大する駆動力の比例成分を算出する手段と、前記操作力の変動量を算出し、これに基づいて増大する駆動力の変動成分を算出する手段と、前記比例成分と前記変動成分とを所定割合で合算して、これに基づく所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいてモータを駆動する手段とを備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項２】駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力の方向及び大きさを検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の大きさに基づいて増減する駆動力の比例成分を算出する手段と、前記回転方向に対する加減速度を算出し、これに基づいて増減する駆動力の加減速成分を算出する手段と、前記駆動力の方向と前記回転方向とが互いに一致していないとき、前記比例成分と前記加減速成分とを所定割合で合算して、これに基づく所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項３】駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力を検知する手段と、前記操作力の大きさと所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の比例成分を算出する手段と、前記操作力の変動量を算出し、この変動量と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の変動成分を算出する手段と、前記比例成分と前記変動成分とを所定割合で合算したものを駆動力変化量として、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいてモータを駆動する手段とを備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項４】駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力の方向及び大きさを検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の大きさと所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の比例成分を算出する手段と、前記回転方向に対する加減速度を算出し、この加減速度と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の加減速成分を算出する手段と、前記駆動力の方向と前記回転方向とが互いに一致していないとき、前記比例成分と前記加減速成分とを所定割合で合算したものを駆動力変化量として、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項５】駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力の方向及び大きさを検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の大きさと所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の比例成分を算出する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の変動量を算出し、この変動量と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の変動成分を算出する手段と、前記回転方向に対する加減速度を算出し、この加減速度と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の加減速成分を算出する手段と、前記第比例成分、変動成分及び加減速成分を所定割合で合算したものを駆動力変化量として、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項６】前記合算における前記加減速成分は、前記駆動力の方向と前記回転方向とが互いに一致しないとき有効とされることを特徴とする請求項５記載の電動車両の制御装置。
【請求項７】前記合算における前記変動成分は、前記駆動力の方向と前記回転方向とが互いに一致しないとき無効とされることを特徴とする請求項５記載の電動車両の制御装置。
【請求項８】駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力を検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記操作力の方向及び大きさに基づいて駆動力変化量の第１成分ｄＦａｐを算出する手段と、前記操作力の変動量に基づいて駆動力変化量の第２成分ｄＦａｄを算出する手段と、前記モータの速度変動量に基づいて駆動力変化量の第３成分ｄＦａｖを算出する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度に基づいて前記第１成分、第２成分及び第３成分の配分係数（０も含む値）Ｋｐ、Ｋｄ及びＫｖを決定する手段と、駆動力変化量をＫｐ・ｄＦａｐ＋Ｋｄ・ｄＦａｄ＋Ｋｖ・ｄＦａｖの演算により算出し、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電動車両として、例えば、特開平１０−９９３７８号公報に記載された電動車椅子は、介護者が車体を押し引きする操作力と、この操作力に基づいてモータで発生させた駆動力とによって推進される。ここで、介護者の操作力の方向及び大きさは、介護者用のハンドルに設けた操作力検知手段により検知され、介護者がこのハンドルに加えた操作力が所定の設定値を超えると、モータにより駆動力が生じる。なお、このような操作力検知手段は、車輪に沿って設けられたハンドリムに内蔵することもできる。
【０００３】上記のような電動車椅子では、介護者がハンドルに付与する操作力若しくは搭乗者自身がハンドリムに付与する操作力が操作力検知手段によって検知され、その検知結果に応じた駆動力がモータにより提供される。従って、例えば上り坂においては、操作力に応じた前進方向への駆動力がモータにより提供され、操作者の負担は軽減される。また、下り坂においては、操作者が後退方向への操作をすることにより、モータに逆方向への駆動力を発生させて、電動車椅子の加速を防止する。従って、操作者の負担は軽減される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような従来の電動車両において、例えば起動時には操作力が設定値を超えないと駆動力が発生しないため、迅速に所望の駆動力を立ち上げるには設定値を必要以上に超える大きな操作力を必要とする。また、下り坂において操作者が、ある程度の速度を維持したい場合には、重力により車輪が進行方向に回転しようとする力と、車輪を逆方向に回転させようとする駆動力とのバランスをとるのが難しい。その結果、操作力が不安定となって車両の挙動を安定させることができない。
【０００５】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、電動車両における操作性の改善を目的とする。より具体的には、大きな操作力を必要としない電動車両の制御装置を提供することを目的とする。また、操作力を安定させることができる電動車両の制御装置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】本発明の電動車両の制御装置は、駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力を検知する手段と、前記操作力の大きさに基づいて増大する駆動力の比例成分を算出する手段と、前記操作力の変動量を算出し、これに基づいて増大する駆動力の変動成分を算出する手段と、前記比例成分と前記変動成分とを所定割合で合算して、これに基づく所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいてモータを駆動する手段とを備えたものである（請求項１）。上記のように構成された電動車両の制御装置では、操作力の大きさに基づく比例成分と、操作力の変動量に基づく変動成分とを所定割合で合算したものに基づいて駆動力が発生する。これにより、操作力の変動量が大きい場合には駆動力も大きく変化して、駆動力の応答性が高められる。
【０００７】また、本発明の電動車両の制御装置は、駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力の方向及び大きさを検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の大きさに基づいて増減する駆動力の比例成分を算出する手段と、前記回転方向に対する加減速度を算出し、これに基づいて増減する駆動力の加減速成分を算出する手段と、前記駆動力の方向と前記回転方向とが互いに一致していないとき、前記比例成分と前記加減速成分とを所定割合で合算して、これに基づく所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたものであってもよい（請求項２）。上記のように構成された電動車両の制御装置（請求項２）では、駆動力の方向と回転方向とが互いに一致していないとき、すなわち、制動補助を行う場合等には、操作力の大きさに基づく比例成分と、回転速度に基づく加減速成分とを所定割合で合算したものに基づいて駆動力が発生する。従って、例えば下り坂において車両が加速している場合には、増大する加減速成分によってモータの回転方向と逆方向への駆動力が増大され、制動力が増す。また、下り坂において車両が減速している場合には、減少する加減速成分によってモータの回転方向と逆方向への駆動力が減少し、制動力が低下する。このようにして、車両の加速時には加速を抑制し、減速時には減速を抑制する方向に制御が行われる。
【０００８】また、本発明の電動車両の制御装置は、駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力を検知する手段と、前記操作力の大きさと所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の比例成分を算出する手段と、前記操作力の変動量を算出し、この変動量と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の変動成分を算出する手段と、前記比例成分と前記変動成分とを所定割合で合算したものを駆動力変化量として、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいてモータを駆動する手段とを備えたものであってもよい（請求項３）。上記のように構成された電動車両の制御装置（請求項３）において、駆動力変化量は、比例成分と変動成分とを所定割合で合算して構成される。比例成分は、操作力と設定値との差に基づいて算出され、変動成分は、操作力の変動量と設定値との差に基づいて算出される。従って、例えば起動時のように操作力が増大している場合には、比例成分に加えて変動成分の存在が駆動力変化量を大きくするため、駆動力の応答性が高められる。また、比例成分に関して操作力が設定値より大きい場合でも、その操作力が減少方向にあれば変動成分によって駆動力変化量が抑制され、駆動力の増大が抑えられる。
【０００９】また、本発明の電動車両の制御装置は、駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力の方向及び大きさを検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の大きさと所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の比例成分を算出する手段と、前記回転方向に対する加減速度を算出し、この加減速度と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の加減速成分を算出する手段と、前記駆動力の方向と前記回転方向とが互いに一致していないとき、前記比例成分と前記加減速成分とを所定割合で合算したものを駆動力変化量として、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたものであってもよい（請求項４）。上記のように構成された電動車両の制御装置（請求項４）において、駆動力変化量は、駆動力の方向と回転方向とが互いに一致していないとき、すなわち制動補助を行う場合等に、比例成分と加減速成分とを所定割合で合算して構成される。ここで、比例成分は、操作力と設定値との差に基づいて算出され、加減速成分は、加減速度と設定値との差に基づいて算出される。例えば下り坂において、モータの回転方向と逆方向に駆動力を発生させながら、ある程度の速度を維持した状態で車両を推進させようとした場合、車両がモータの回転方向に加速すると、加減速成分により逆方向の駆動力を増大させる変化量が合算される。一方、車両がモータの回転方向に減速すると、加減速成分により回転方向と逆方向の駆動力を減少させる変化量が合算される。このようにして、加速・減速ともに抑制される。
【００１０】また、本発明の電動車両の制御装置は、駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力の方向及び大きさを検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の大きさと所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の比例成分を算出する手段と、前記駆動力の方向に対する前記操作力の変動量を算出し、この変動量と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の変動成分を算出する手段と、前記回転方向に対する加減速度を算出し、この加減速度と所定の設定値との差に基づいて、駆動力を増減させる変化量の加減速成分を算出する手段と、前記第比例成分、変動成分及び加減速成分を所定割合で合算したものを駆動力変化量として、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたものであってもよい（請求項５）。上記のように構成された電動車両の制御装置（請求項５）において、駆動力変化量は、比例成分、変動成分及び加減速成分を所定割合で合算して構成される。ここで、比例成分は、操作力と設定値との差に基づいて算出されるため、操作力を設定値に近づけるように作用する。変動成分は、駆動力の方向に対する操作力の変動量と設定値との差に基づいて算出されるため、操作力の大きさに関わらず、変動量を設定値に近づけるように作用する。例えば起動時においては、比例成分に加えて、この変動成分が大きくなる。また、加減速成分は、回転方向に対する加減速度と設定値との差に基づいて算出されるため、車両の加減速を抑制して設定値に近づけるように作用する。
【００１１】上記制御装置（請求項５）において、合算における加減速成分は、駆動力の方向と回転方向とが互いに一致しないとき有効とされるものであってもよい（請求項６）。駆動力の方向と回転方向とが一致しない場合とは、例えば下り坂における制動補助の場合である。このような場合に、加減速成分が有効とされることにより、車両の加減速が抑制される。
【００１２】上記制御装置（請求項５）において、合算における変動成分は、駆動力の方向と回転方向とが互いに一致しないとき無効とされるものであってもよい（請求項７）。駆動力の方向と回転方向とが一致しない場合とは、例えば下り坂における制動補助の場合である。このような場合に、変動成分が作用すると駆動力の変化が大きくなって操作性が悪くなる可能性がある。そこで、このような場合には、変動成分を無効とすることにより操作性を維持する。
【００１３】また、本発明の電動車両の制御装置は、駆動力を発生するモータを搭載した電動車両に対して操作者が与える操作力を検知する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度を検知する手段と、前記操作力の方向及び大きさに基づいて駆動力変化量の第１成分ｄＦａｐを算出する手段と、前記操作力の変動量に基づいて駆動力変化量の第２成分ｄＦａｄを算出する手段と、前記モータの速度変動量に基づいて駆動力変化量の第３成分ｄＦａｖを算出する手段と、前記モータの回転方向、駆動力の方向及び回転速度に基づいて前記第１成分、第２成分及び第３成分の配分係数（０も含む値）Ｋｐ、Ｋｄ及びＫｖを決定する手段と、駆動力変化量をＫｐ・ｄＦａｐ＋Ｋｄ・ｄＦａｄ＋Ｋｖ・ｄＦａｖの演算により算出し、これに基づいて所要の駆動力信号を算出する手段と、前記駆動力信号に基づいて前記モータを駆動する手段とを備えたものであってもよい（請求項８）。上記のように構成された電動車両の制御装置（請求項８）においては、操作力に基づく第１成分の他、操作力の変動量に基づく第２成分、及び、モータの速度変動量（車両の速度変動量と同じ）に基づく第３成分を加味して駆動力変化量が決定される。また、配分係数はモータの運転状態に基づいて決定されるので、「推進補助」、「制動補助」、「停止」、「起動」等、各運転状況に合わせて最適な配分係数（係数を０とすればその成分は無効）を与えることにより、所望の操作性が実現される。また、配分係数を所望の値に設定することにより、制御特性を操作者の好みに合わせたものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１０及び図１１は、それぞれ、本発明の一実施形態による電動車両の制御装置を搭載した電動車椅子の側面図及び背面図である。図１０及び図１１において、電動車椅子の車体１は、複数のパイプ部材からなるフレーム２と、モータ及び減速機構等を内蔵した左右一対の駆動部ユニット３とによって構成されている。一対の駆動輪４（図１０は輪郭のみを略記）は各駆動部ユニット３に取り付けられ、一対のキャスタ５は車体１の前部に取り付けられている。アームレスト６は、左右のフレーム２の上部に取り付けられている。左右のフレーム２間には、座シートＳ１及び背シートＳ２が張設されている。背シートＳ２の背面側には、バッテリポケットＰ１及び制御部ポケットＰ２が設けられている。
【００１５】車体１の後方最上部には、略水平に操作部（グリップ）７が設けられ、その下部にブレーキレバー８が取り付けられている。操作部７は内部に操作力検知部としての例えばポテンショメータを有しており、電動車椅子を押し引きする介護者の操作力を検知することができるようになっている。なお、ポテンショメータに代えて、ストレインゲージを含むブリッジ回路を用いてもよい。また、介護者なしでも電動補助ができるタイプの電動車椅子では、駆動輪４のハンドリム（図示せず）に操作力検知部が設けられ、この操作力検知部により、搭乗者がハンドリムに与える操作力が検知される。上記ブレーキレバー８は、他のブレーキレバー９とワイヤ１０を介して連係しており、どちらか一方からのブレーキ操作により、機械的に駆動輪４を制動することができる。
【００１６】図１１において、上記バッテリポケットＰ１及び制御部ポケットＰ２にはそれぞれ、バッテリ１１及び制御部１２が収納されている。バッテリ１１と制御部１２とは、ケーブルＣ１により互いに接続されている。また、制御部１２と、左右の駆動部ユニット３及び左右の操作部７とは、それぞれ、ケーブルＣ２、Ｃ３及びケーブルＣ４、Ｃ５によって接続されている。
【００１７】図９は、制御装置の電気回路接続図である。上記駆動部ユニット３及び操作部７については、車体１の右側に設けられているものには符号にＲを付けて表記し、車体１の左側に設けられているものには符号にＬを付けて表記している。駆動部ユニット３Ｒ及び３Ｌ内のモータはそれぞれ、３１Ｒ及び３１Ｌ（３１で総称する。）とする。また、操作部７Ｒ及び７Ｌ内の操作力検知部は、それぞれ７１Ｒ及び７１Ｌとする。図９において、制御部１２のケースの表面には、スイッチ１３及び表示灯１４が設けられている（図１１も参照）。なお、図９におけるケーブルＣ１〜Ｃ５はそれぞれ、図１１において示したものに相当する。
【００１８】上記制御部１２内には、制御回路１２１、電源回路１２２、駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌが設けられており、相互に接続されている。電源回路１２２には、バッテリ１１から直流電圧が供給される。電源回路１２２は、供給された直流電圧に基づいて、制御回路１２１並びに駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌに所定の電源電圧を供給する。制御回路１２１は、スイッチ１３及び表示灯１４と接続されており、スイッチ１３のオン操作によって作動し、表示灯１４を点灯させる。なお、制御部ポケットＰ２（図１１）の上部には透明な柔らかいカバーが設けられており、このカバー越しにスイッチ１３の操作や、表示灯１４の点灯確認が可能である。
【００１９】駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌは、例えば半導体スイッチング素子のブリッジ回路を含んでおり、電源回路１２２から供給された直流電圧を、制御回路１２１から供給されたＰＷＭ信号に基づいてスイッチングし、直流電圧の平均値を変化させてモータ３１Ｒ及び３１Ｌを駆動する。制御回路１２１は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ等を含むものであり、操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌから入力される操作力に相当する操作力信号をディジタル値に変換した後、所定の処理を施す。操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌは、介護者が付与した押し引きの操作力をそれぞれ独立に検知して、操作力信号を発生させる。操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌはそれぞれ、操作部７Ｒ及び７Ｌが操作されていない中立位置を基点としてそこから前方又は後方に操作部７Ｒ及び７Ｌが操作されたとき、その操作力に従って出力値を変化させる。例えば、操作力が付与されていない状態の中立位置では、操作力信号は所定の値（通常、０でない値）である。前進方向への操作力が操作部７Ｒ及び７Ｌに付与されたときは、その操作力に応じて操作力信号の電圧値が上記所定の値から増加する。後退方向への操作力が操作部７Ｒ及び７Ｌに付与されたときは、その操作力に応じて操作力信号の電圧値は上記所定の値から減少する。
【００２０】制御回路１２１は、上記のように変化する操作力信号から上記所定の値を減算したものを「操作力検知信号」として、図３に示すような「操作力」対「操作力検知信号」の特性を得る。すなわち、操作力が付与されていないとき操作力検知信号は０であり、前進方向（押し方向）の操作力が付与されたときは一定勾配で増加する正の値となり、後退方向（引き方向）の操作力が付与されたときは、上記一定勾配で負の方向に増加する値となる。従って、前進又は後退の識別は操作力検知信号の正負をもって、また、操作力の大小は操作力検知信号の絶対値によって検知することができる。こうして、操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌは、制御回路１２１と共に、操作力を検知する手段を構成している。上記のようにして得られた操作力検知信号を基に、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの駆動又は制動が行われる。図３において、操作力の「＋Ｆｓ」及び「−Ｆｓ」は、所定の設定値である。なお、操作部７Ｒ及び７Ｌに付与された操作力は、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの発生する駆動力とは別に、それ自体が、それぞれ車体１を介して左右の駆動輪４（図１０，図１１）に伝達され、人力による駆動力となる。
【００２１】上記モータ３１Ｒ及び３１Ｌの各々は、３相ブラシレスモータであり、ステータ側に３個のホール素子Ｈが内蔵されている（図９）。ホール素子Ｈは、ロータの回転に応じてパルスを出力する。このパルスは、対応する駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌを介して、制御回路１２１に送られる。制御回路１２１は単位時間あたりのパルス数をカウントすることにより、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの回転速度、すなわち、電動車椅子の速度を検知する。また、制御回路１２１は、３個のホール素子Ｈから出力されるパルスの位相に基づいて、モータ３１Ｒ及び３１Ｌの回転方向、すなわち、対応する左右の駆動輪４の回転方向を検知する。なお、ホール素子Ｈの出力によらず、モータ３１Ｒ,３１Ｌ又は駆動輪４に付帯してタコジェネレータ等の速度センサを設けてもよい。この場合は、タコジェネレータの出力電圧により速度が、出力電圧の極性により回転方向が、それぞれ検出される。
【００２２】次に、制御回路１２１の動作について説明する。制御回路１２１は、正常時には駆動モード、制動モード、及びオフモードのうち１つのモードを選択的に実行する。駆動モードは、操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌに与えられた操作力に基づいて電動車椅子を推進させるようにモータ３１（３１Ｒ,３１Ｌ）を駆動するモードである。制動モードは、操作力が付与されなくなったとき、モータ３１を制動するモードである。オフモードは、駆動モードから制動モードに移行する場合、又は逆に、制動モードから駆動モードに移行する場合に、モータ３１の出力を停止させるモードである。
【００２３】本発明は、上記駆動モードに関するものであるため、以下、駆動モードに関して詳細に説明する。図２は、制御回路１２１（図９）のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという。）によって実行される駆動モードのメインルーチンを示すフローチャートである。このメインルーチンは所定のサンプリング時間ごとに実行される。まず、ステップＳ１においてＣＰＵは、付与された操作力に対応して操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌより出力される操作力信号の値から、操作力が付与されていないときの操作力信号の値を減算する処理（入力値変換）を行う。この処理によって、操作力検知部７１Ｒに対する操作力に対応する操作力検知信号ＦｉｎＲと、操作力検知部７１Ｌに対する操作力に対応する操作力検知信号ＦｉｎＬとが得られる。また、ＣＰＵは、左右のモータ３１Ｒ及び３１Ｌ内のホール素子Ｈから入力されるパルスをカウントして、右の駆動輪４の速度ＶｅｌＲ及び左の駆動輪４の速度ＶｅｌＬを求める。
【００２４】次に、ＣＰＵは、制御回路１２１から左右の駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌに供給される駆動力指令信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬ（モータ３１Ｒ及び３１Ｌが発生する駆動力に相当する。）について、ＦｏｕｔＲ＝０又はＦｏｕｔＬ＝０が成り立つか否かを判断する（ステップＳ２）。この論理が成り立たないのは、既に左右の駆動力指令信号（０以外の）を出力中である場合であり、その場合は既に駆動力の方向が決まっているため、ＣＰＵはステップＳ４にジャンプする。駆動力指令信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬのいずれか１つでも０であれば、ＣＰＵはステップＳ３に進む。ステップＳ３においてＣＰＵは、駆動力指令信号が０である方の操作力検知信号ＦｉｎＬ又はＦｉｎＲの符号（正負）を参照して、対応するモータ３１Ｒ又は３１Ｌを正転させるのか、逆転させるのかを決定する。なお、駆動モードに入った初期の時点では、双方のモータ３１Ｒ及び３１Ｌについて、正転・逆転の決定が行われる。
【００２５】次にＣＰＵは、操作力変動量及び加減速度を算出する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ４〜Ｓ９の処理において、左右の演算は同様であるため、操作力検知信号ＦｉｎＬ,ＦｉｎＲについては、Ｆｉｎと表記する。また、速度ＶｅｌＲ,ＶｅｌＬについては、Ｖｅｌと表記する。操作力変動量を算出するには、まず、ステップの実行回数をｔとして、ステップＳ１で得られる操作力検知信号の現在値Ｆｉｎ（ｔ）と、前回値Ｆｉｎ（ｔ−１）との差ｄＦｉｎ（ｔ）を求める。すなわち、 ｄＦｉｎ（ｔ）＝Ｆｉｎ（ｔ）−Ｆｉｎ（ｔ−１） ...(1)とする。これを基に、操作力変動量ｄＦｉｎｔ（ｔ）を以下の演算により求める。
ｄＦｉｎｔ（ｔ）＝｛ｄＦｉｎ（ｔ）＋ｄＦｉｎｔ（ｔ−１）｝／２ ...(2)すなわち、操作力変動量の現在値ｄＦｉｎｔ（ｔ）は、その前回値ｄＦｉｎｔ（ｔ−１）と上記差ｄＦｉｎ（ｔ）とを平均したものである。さらに、ＣＰＵは、速度Ｖｅｌについて、現在値と前回値との差をとり、これを加減速度ｄＶｅｌ（ｔ）とする。すなわち、 ｄＶｅｌ（ｔ）＝Ｖｅｌ（ｔ）−Ｖｅｌ（ｔ−１） ...(3)である。
【００２６】ＣＰＵは、上記操作力検知信号Ｆｉｎ、操作力変動量ｄＦｉｎｔ及び加減速度ｄＶｅｌに基づいて、以下のステップＳ５〜Ｓ９において駆動力変化量ｄＦａの算出を行う。駆動力変化量ｄＦａとは、モータ３１が発生する駆動力の基になる駆動力信号Ｆａの変化量である。駆動力信号Ｆａは、図２のフローチャートの実行回数をｔとして、Ｆａ（ｔ）＝Ｆａ（ｔ−１）＋ｄＦａ ...(4)と表される。すなわち、駆動力信号Ｆａは、駆動力変化量ｄＦａの累積値として表される。従って、駆動力信号Ｆａは駆動力変化量ｄＦａが正のとき増加し、負のとき減少する。また、モータ３１の駆動方向は、駆動力信号Ｆａが正のとき正転方向であり、負のとき逆転方向である。なお、実際には後のステップ（図２のＳ１０）において後述の補整が行われるため、上記駆動力信号Ｆａは、最終的に出力されるものではないが、基本的な駆動力の指令値として取り扱うことができる。
【００２７】本実施形態においては、上記駆動力変化量ｄＦａを、３つの要素に基づいて決定する。３つの要素とは、駆動力変化量の比例成分ｄＦａｐ、駆動力変化量の微分成分（変動成分）ｄＦａｄ及び駆動力変化量の加減速成分ｄＦａｖである。これら３つの要素に、配分係数（重み）を付加して合算することにより、駆動力変化量ｄＦａが求められる。すなわち、比例成分、微分成分及び加減速成分の配分係数をそれぞれＫｐ、Ｋｄ及びＫｖとすると、 ｄＦａ＝ｋｐ・ｄＦａｐ＋Ｋｄ・ｄＦａｄ＋Ｋｖ・ｄＦａｖ ...(5)である。従って、上記式の右辺の各値を求める必要がある。
【００２８】そこでまず、ＣＰＵはステップＳ５において、駆動力変化量の比例成分ｄＦａｐを、図４に示す関数に従って算出する。この関数は、以下のように表される。
Ｆｉｎ＞Ｆｓのとき、 ｄＦａｐ＝ＫＤＦＡＰ＿Ｈ・（Ｆｉｎ−Ｆｓ） ...(6) Ｆｓ−Ｆｈ≦Ｆｉｎ≦Ｆｓのとき、 ｄＦａｐ＝０ ...(7) Ｆｉｎ＜Ｆｓ−Ｆｈのとき、 ｄＦａｐ＝ＫＤＦＡＰ＿Ｌ・（Ｆｉｎ−（Ｆｓ−Ｆｈ）） ...(8)但し、Ｆｓ及びＦｈは所定の設定値、ＫＤＦＡＰ＿Ｈ及びＫＤＦＡＰ＿Ｌは所定の定数である。
【００２９】次に、ＣＰＵはステップＳ６において、駆動力変化量の微分成分ｄＦａｄを、図５に示す関数に従って算出する。この関数は、以下のように表される。
ｄＦｉｎｔ＞ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＨのとき、 ｄＦａｄ＝ＫＤＦＡＤ＿Ｈ・（ｄＦｉｎｔ−ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＨ） ...(9) ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＬ≦ｄＦｉｎｔ≦ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＨのとき、 ｄＦａｄ＝０ ...(10) ｄＦｉｎｔ＜ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＬのとき、 ｄＦａｄ＝ＫＤＦＡＤ＿Ｌ・（ｄＦｉｎｔ−ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＬ） ...(11)但し、ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＬ及びＤＦＡＤ＿ＳＥＴＨは所定の設定値、ＫＤＦＡＤ＿Ｌ及びＫＤＦＡＤ＿Ｈは所定の定数である。
【００３０】次に、ＣＰＵはステップＳ７において、駆動力変化量の加減速成分ｄＦａｖを、図６の実線で示す関数に従って算出する。この関数は、以下のように表される。
ｄＶｅｌ＞ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨのとき、 ｄＦａｖ＝ＫＤＦＡＶ＿Ｈ・（ｄＶｅｌ−ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨ） ...(12) ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬ≦ｄＶｅｌ≦ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨのとき、 ｄＦａｖ＝０ ...(13) ｄＶｅｌ＜ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬのとき、 ｄＦａｖ＝ＫＤＦＡＶ＿Ｌ・（ｄＶｅｌ−ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬ） ...(14)但し、ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬ及びＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨは所定の設定値、ＫＤＦＡＶ＿Ｌ及びＫＤＦＡＶ＿Ｈは所定の定数である。
【００３１】次に、ＣＰＵはステップＳ８において、配分係数Ｋｐ、Ｋｄ及びＫｖを決定する。配分係数は電動車椅子の運転状況に従って、以下の表１に示す４種類の値が用意されている。
【００３２】
【表１】

【００３３】配分係数の決定は、図７に示すサブルーチンに従って実行される。まず、ステップＳ８−１においてＣＰＵは、モータ３１の回転方向（ロータの回転方向）及び駆動方向（駆動力が発生している方向）を確認する。次に、ステップＳ８−２においてＣＰＵは、モータ３１が駆動されているか否かを判断する。モータ３１が駆動されていない場合には、「起動」の設定を行い（ステップＳ８−６）、メインルーチンに戻る。ステップＳ８―２においてモータ３１が駆動されている場合には、ＣＰＵはステップＳ８−３に進み、速度が正の値であるか否かを判断する。ここでＣＰＵは、正の値でない場合は「停止」の設定を行い（ステップＳ８−７）、メインルーチンに戻る。
【００３４】ステップＳ８−３において速度が正の値であれば、ＣＰＵはステップＳ８−４に進み、モータ３１の回転方向と駆動方向とが互いに一致しているか否かを判断する。一致しない場合には、ＣＰＵは「制動補助」の設定を行い（Ｓ８−８）、メインルーチンに戻る。一致する場合には、ＣＰＵは「推進補助」の設定を行い（Ｓ８−５）、メインルーチンに戻る。
【００３５】次に、ＣＰＵは前述の(5)式に基づいて、駆動力変化量の決定を行う（ステップＳ９）。まず、「推進補助」の場合、ｄＦａ＝ｄＦａｐ＋０．５ｄＦａｄ ...(15)となる。すなわち、駆動力変化量ｄＦａは、操作力の大きさ及び方向（以下単に操作力という。）に基づく比例成分ｄＦａｐと操作力変動量である微分成分ｄＦａｄとを１：０．５の割合で合算して求められる。この結果、操作力に基づくｄＦａｐの値のみならず、操作力の変動に基づく０．５ｄＦａｄの値が駆動力変化量ｄＦａに反映され、駆動力の応答性が高められる。また、比例成分ｄＦａｐに関して操作力検知信号Ｆｉｎが設定値Ｆｓより大きい場合でも、その操作力検知信号Ｆｉｎが減少方向にあれば操作力変動量ｄＦｉｎｔが負の方向に変化するため、微分成分ｄＦａｄによって駆動力変化量ｄＦａが抑制され、駆動力の増大が抑えられる。なお、このようにして駆動力の制御が行われることにより操作者の望む運転状態に近づけば、操作力及び操作力の変動は低下するので、操作力検知信号Ｆｉｎは設定値Ｆｓ又はＦｓ−Ｆｈに収束し、操作力変動量ｄＦｉｎｔは設定値ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＨ又はＤＦＡＤ＿ＳＥＴＬに収束する。
【００３６】また、「起動」の場合、ｄＦａ＝ｄＦａｐ＋ｄＦａｄ ...(16)となる。すなわち、駆動力変化量ｄＦａは、比例成分ｄＦａｐと微分成分ｄＦａｄとを１：１の割合で合算して求められる。従って、「推進補助」より微分成分が駆動力変化量ｄＦａに大きく反映される。これにより、操作力検知信号Ｆｉｎが設定値Ｆｓに達しなくても（すなわち、操作力を大きくしなくても）、充分な駆動力変化量ｄＦａが確保され、モータ３１における駆動力が迅速に立ち上がる。
【００３７】一方、「制動補助」の場合、ｄＦａ＝０．５ｄＦａｐ＋０．５ｄＦａｖ ...(17)となる。すなわち、比例成分と加減速成分とが０．５：０．５の割合で合算して求められる。「制動補助」に設定されるのは、前述のように、モータ３１の回転方向と駆動方向とが相異なる場合である。すなわち、例えば下り坂において、モータ３１の回転方向と逆方向に駆動力を発生させながら、ある程度の速度を維持した状態で車両を推進（降坂）させようとした場合、車両がモータ３１の回転方向に加速すると、上記(17)式の０．５ｄＦａｖの値により逆方向の駆動力が増大される。従って、制動力が増大されて、加速が抑制される。一方、車両がモータ３１の回転方向に減速すると、０．５ｄＦａｖの値が負の方向に変化して、回転方向と逆方向の駆動力は減少する。従って、制動力は低下して、減速が抑制される。このようにして、加速・減速ともに抑制される。この結果、操作力が安定して、車両の挙動が安定する。なお、このようにして駆動力の制御が行われることにより操作者の望む運転状態に近づけば、操作力及び加減速度は低下するので、操作力検知信号Ｆｉｎは設定値Ｆｓ又はＦｓ−Ｆｈに収束し、加減速度ｄＶｅｌは設定値ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨ又はＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬに収束する。
【００３８】なお、「制動補助」の場合に、微分成分ｄＦａｄを有効にすると、駆動力の変化が大きくなって操作性が悪くなる可能性がある。従って、「制動補助」では、微分成分ｄＦａｄを無効とする（配分係数Ｋｄ＝０とする）ことが好ましい。また、「停止」の場合、ｄＦａ＝０．５ｄＦａｐ＋０．１ｄＦａｄ ...(18)となる。すなわち、駆動力変化量ｄＦａは、操作力に基づく比例成分ｄＦａｐと操作力変動量である微分成分ｄＦａｄとを０．５：０．１の割合で合算して求められる。
【００３９】駆動力変化量ｄＦａは、左右の駆動輪４のそれぞれに対応して求められ、右側の駆動輪４用の駆動力変化量をｄＦａ＿ｒ、左側の駆動輪４用の駆動力変化量をｄＦａ＿ｌとする。
【００４０】続いて、ＣＰＵは、左右協調補整を行う（ステップＳ１０）。左右協調補整とは、直進性を高めるための既知の補整方法である。図８は、左右協調補整の内容と、続くステップＳ１０における駆動力信号の算出との対応関係とを示した図である。図において、ａｒ，ｂｌ，ｂｒ及びａｌは所定の補整係数（０から１までの正の数）であり、予め制御回路１２１（図９）に設定されている。これらの補整係数と、右側における駆動力変化量ｄＦａ＿ｒ及び左側における駆動力変化量ｄＦａ＿ｌとに基づいて、右側の補整変化量ｄＦａ＿ｒｗ及び左側の補整変化量ｄＦａ＿ｌｗが算出される。すなわち、変化量ｄＦａ＿ｒに補整係数ａｒを乗じたものと、変化量ｄＦａ＿ｌに補整係数ｂｒを乗じたものとの和が補整変化量ｄＦａ＿ｒｗである。また、変化量ｄＦａ＿ｌに補整係数ａｌを乗じたものと、変化量ｄＦａ＿ｒに補整係数ｂｌを乗じたものとの和が補整変化量ｄＦａ＿ｌｗである。
【００４１】ステップＳ１１において、右側での前回の駆動力信号Ｆａ＿ｒ（ｔ−１）と補整変化量ｄＦａ＿ｒｗとの和が次に出力される駆動力信号Ｆａ＿ｒ（ｔ）となる。また、左側での前回の駆動力信号Ｆａ＿ｌ（ｔ−１）と補整変化量ｄＦａ＿ｌｗとの和が次に出力される駆動力信号Ｆａ＿ｌ（ｔ）となる。最後にＣＰＵは、駆動力指令信号Ｆａ＿ｒ（ｔ）及びＦａ＿ｌ（ｔ）をＰＷＭ信号に変換し、駆動力信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬとして、それぞれ駆動回路１２３Ｒ及び１２３Ｌ（図９）に供給する（図２のステップＳ１１）。これらの駆動力信号ＦｏｕｔＲ及びＦｏｕｔＬに基づいて、モータ３１Ｒ及び３１Ｌが駆動される。
【００４２】図１は、制御部１２が図２に示すフローチャートによって達成する機能をブロック図で表現したものである。図１において、操作力検知手段１２Ａは、操作力検知部７１Ｒ及び７１Ｌと制御回路１２１とにより構成され、フローチャートのステップＳ１に相当する。駆動方向決定手段１２Ｂは、制御回路１２１によって構成され、ステップＳ２及びＳ３に相当する。変動量算出手段１２Ｄ及び加減速度算出手段１２Ｆは、制御回路１２１によって構成され、ステップＳ４に相当する。比例成分算出手段１２Ｃ、微分成分算出手段１２Ｅ及び加減速成分算出手段１２Ｇは、制御回路１２１によって構成され、それぞれステップＳ５、Ｓ６及びＳ７に相当する。配分係数決定手段１２Ｈ、合算手段１２Ｉ及び補整手段１２Ｊは、制御回路１２１によって構成され、それぞれステップＳ８、Ｓ９及びＳ１０に相当する。モータ駆動手段１２Ｋは、制御回路１２１及び駆動回路１２３Ｒ,１２３Ｌによって構成され、ステップＳ１１に相当する。
【００４３】図１において、加減速度算出手段１２Ｆ及び配分係数決定手段１２Ｈは、モータ３１のホール素子Ｈ（図９）から信号を受けて、回転速度と回転方向とを得る。また、配分係数決定手段１２Ｈは、モータ駆動手段１２Ｋから駆動方向の信号を得る。合算手段１２Ｉは、比例成分、微分成分及び加減速成分を、配分係数決定手段１２Ｈから指示された配分係数で合算する。
【００４４】なお、上記実施形態における配分係数は一例に過ぎず、これ以外の値でも良い。配分係数を操作者が所定範囲で変更することができるようにすれば、操作者の好みに合わせて制御特性を調節することも可能になる。また、配分係数のパターンは表１の４種類に限られない。例えば、比例成分ｄＦａｐ及び微分成分ｄＦａｄのみならず、加減速成分ｄＦａｖを有効にした「推進補助」も可能である。この場合、(12)及び(14)式において、定数ＫＤＦＡＶ＿Ｌ,ＫＤＦＡＶ＿Ｈを負の値とする。従って、加減速成分ｄＦａｖを決める関数は、ｄＶｅｌ＞ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨ又はｄＶｅｌ＜ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬのとき、図６の点線で示す関数となる。ｄＶｅｌ＞ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨにおいてＫＤＦＡＶ＿Ｈが負の値であることにより、例えば、坂道を上り終えた直後の加速を抑制することができる。また、ｄＶｅｌ＜ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬにおいてＫＤＦＡＶ＿Ｌが負の値であることにより、例えば、駆動力の残存効果が期待できる。これにより、操作力のハンチングを防止することができる。
【００４５】さらに、上記実施形態において、図４〜図６のグラフに示す関数はいずれも０又は一定勾配の直線で表されるが、曲線（例えば２次関数）であってもよい。また、各グラフの設定値（Ｆｓ,Ｆｓ−Ｆｈ,ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＨ,ＤＦＡＤ＿ＳＥＴＬ,ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＨ,ＤＦＡＶ＿ＳＥＴＬ）も種々の値をとり得る。また、上記実施形態では(5)式に示したように、比例成分、微分成分及び加減速成分を所定の配分係数で合算したものを駆動力変化量ｄＦａとしたが、これに代えて、例えば(5)式の左辺をＦａとすることにより、駆動力信号Ｆａを同様の合算により直接求める制御も可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。請求項１の電動車両の制御装置によれば、操作力の大きさに基づく比例成分と、操作力変動量に基づく変動成分とを所定割合で合算したものに基づいて駆動力が発生するので、操作力の変動量が大きい場合には駆動力も大きく変化して、駆動力の応答性が高められる。従って、例えば起動時に大きな操作力を必要としない。
【００４７】請求項２の電動車両の制御装置によれば、例えば下り坂において車両が加速している場合には、増大する加減速成分によって制動力が増し、車両が減速している場合には、減少する加減速成分によって制動力が低下する。このようにして、車両の加速時には加速を抑制し、減速時には減速を抑制する方向に制御が行われるので、車両の挙動が安定する。これにより、操作力の変動が抑制され、操作性が向上する。
【００４８】請求項３の電動車両の制御装置によれば、例えば起動時のように操作力が増大している場合には、比例成分に加えて変動成分の存在が駆動力変化量を大きくするため、駆動力の応答性が高められる。その結果、大きな操作力を必要とせずに、駆動力を迅速に立ち上げることができる。また、比例成分に関して操作力が設定値より大きい場合でも、その操作力が減少方向にあれば変動成分によって駆動力変化量が抑制され、駆動力の増大が抑えられる。従って、操作力が不安定になることを防止できる。こうして、操作性が向上する。
【００４９】請求項４の電動車両の制御装置によれば、例えば下り坂において、モータの回転方向と逆方向に駆動力を発生させながら、ある程度の速度を維持した状態で車両を推進させようとした場合、車両がモータの回転方向に加速すると、加減速成分により逆方向の駆動力を増大させる変化量が合算される。一方、車両がモータの回転方向に減速すると、加減速成分により回転方向と逆方向の駆動力を減少させる変化量が合算される。このようにして、加速・減速ともに抑制されることにより、操作力を大きく変化させることなく、車両の挙動を安定させることができる。従って、操作性を向上させることができる。
【００５０】請求項５の電動車両の制御装置によれば、例えば起動時においては、比例成分に加えて、変動成分が大きくなるので、大きな操作力を必要とせず、駆動力を迅速に立ち上げることができる。また、加減速成分は、回転方向に対する加減速度と設定値との差に基づいて算出されるため、車両の加減速を抑制して設定値に近づけるように作用する。従って、操作力の変動を抑制することができる。このようにして、操作性を向上させることができる。
【００５１】請求項６の電動車両の制御装置によれば、例えば下り坂における制動補助の場合に、加減速成分が有効とされることにより、車両の加減速が抑制されるので、車両の挙動が安定し、操作性が向上する。
【００５２】請求項７の電動車両の制御装置によれば、例えば下り坂における制動補助の場合に、変動成分を無効として、操作性を維持することができる。
【００５３】請求項８の電動車両の制御装置によれば、操作力に基づく第１成分の他、操作力の変動量に基づく第２成分、及び、モータの速度変動量（車両の速度変動量と同じ）に基づく第３成分を加味して駆動力変化量が決定される。また、配分係数はモータの運転状態に基づいて決定されるので、「推進補助」、「制動補助」、「停止」、「起動」等、運転状況に合わせて最適な配分係数（係数を０とすればその成分は無効）を与えることにより、大きな操作力を必要としたり、操作力が不安定になったりすることのない、操作性に優れた制御を行うことができる。また、配分係数を所望の値に設定することにより、制御特性を操作者の好みに合わせたものとすることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４０１９
【氏名又は名称】株式会社ナブコ
【出願日】 平成１１年７月６日（１９９９．７．６）
【代理人】 【識別番号】１０００９２７０５
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆文
【公開番号】 特開２００１−２５１０８（Ｐ２００１−２５１０８Ａ）
【公開日】 平成１３年１月２６日（２００１．１．２６）
【出願番号】 特願平１１−１９１９６５