| 【発明の名称】 |
車両用モータ駆動制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】芦崎 幸弘
【氏名】伊藤 義照
【氏名】鎌田 康司
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| 【要約】 |
【課題】坂道でも平地でも十分な制動力と滑らかな停止性能とを両立させることができる安全性の高い車両用モータ駆動制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】操作力が所定の時間検出されなくなったとき、または、操作者を検知しなくなったとき、路面傾斜判定手段で路面状態を判定する（第一ステップ）。第一ステップで平地と判定したとき、路面傾斜判定動作から速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える（第二ステップ）。そして第二ステップ後、モータ回転速度が所定の回転速度以下になったときダイナミックブレーキに切り替える。または、モータ回転速度が所定の回転速度以上でも一定時間経過後にダイナミックブレーキに切り替える（第三ステップ）。さらに第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける（第四ステップ）。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 操作者の操作力を検出する操作力検出手段と、検出した操作力に従ってモータを制御する駆動手段と、路面状態が平地か坂道かを判定する路面傾斜判定手段と、操作力を補助するアシスト力を発生するモータとを備え、操作力が所定の時間検出されなくなったとき、路面傾斜判定手段で路面状態を判定する第一ステップと、第一ステップで平地と判定したとき、路面傾斜判定動作を速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える第二ステップと、第二ステップ後、モータ回転速度が所定の回転速度以下になったときダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、または、モータ回転速度が所定の回転速度以上でも一定時間経過後にダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、および、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける第四ステップとを備えた車両用モータ駆動制御方法。
【請求項２】 操作者の操作力を検出する操作力検出手段と、検出した操作力に従ってモータを制御する駆動手段と、路面状態が平地か坂道かを判定する路面傾斜判定手段と、操作力を補助するアシスト力を発生するモータと、操作者を検出する操作者検出手段とを備え、操作者を検知しなくなったとき、路面傾斜判定手段で路面状態を判定する第一ステップと、第一ステップで平地と判定したとき、路面傾斜判定動作を速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える第二ステップと、第二ステップ後、モータ回転速度が所定の回転速度以下になったときダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、または、モータ回転速度が所定の回転速度以上でも一定時間経過後にダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、および、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける第四ステップとを備えた車両用モータ駆動制御方法。
【請求項３】 第一ステップで平地と判定されても、第二ステップ後に一定時間間隔で路面傾斜判定動作を継続し、坂道条件が満たされれば、改めて坂道と判定する再判定ステップを備えた請求項１または請求項２記載の車両用モータ駆動制御装置。
【請求項４】 第一ステップで坂道と判定したとき、路面傾斜判定動作を速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える第二ステップ、および、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける第四ステップとを備えた請求項１または請求項２記載の車両用モータ駆動制御方法。
【請求項５】 路面傾斜判定手段が判定動作中に、速度極性が逆転した場合は坂道と判定する請求項４記載の車両用モータ駆動制御方法。
【請求項６】 路面傾斜判定手段が判定動作中に、左右の駆動輪の速度差が一定以上になった場合は坂道と判定する請求項４記載の車両用モータ駆動制御方法。
【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれか１項記載の車両用モータ駆動制御方法を用いた配膳車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作者の操作力をアシストする補助動力を備えた車両用モータ駆動制御装置の制動に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、補助動力付き車両として、一般的に運搬車が知られており、操作力と車速とを計測し、操作力が所定の大きさを超えたとき操作力に応じてモータをトルク制御し、車速が０でないとき車速に応じてモータを速度制御している。
【０００３】運搬車を停止するときは、操作力が０のときは加減速度指示を０にして速度を０に制御する。また、所定の速度で走行しているときに操作力が０になったときはわずかな減速指示を出力するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この補助動力付き運搬車は、平地を走行するのみでなく坂道を含む傾斜路も走行するのが一般的で、運搬車の上に搭載するものによっては、停止時の衝撃が許されないものがある（たとえば、病院等で食事を運ぶ配膳車）。
【０００５】上記従来の停止方法では、平地と坂道では最適な制御ゲインが異なり、平地で最適なゲイン調整を行っても坂道で制動力が不足したり、坂道で最適なゲイン調整を行っても平地では制動力が強すぎて停止時に衝撃や揺り戻しが発生したりするため、両方を満足する停止性能が得られなかった。
【０００６】本発明は、坂道でも平地でも十分な制動力と滑らかな停止性能とを両立させることができる安全性の高い車両用モータ駆動制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために本発明は、路面傾斜判定手段によって平地／坂道を判定し、平地と判定したときはまず速度指令ゼロの速度フィードバック制御によって大きな制動力を発生させ、停止直前にダイナミックブレーキをかけることによって滑らかな停止を実現するものである。また、坂道と判定したときは同じく速度指令ゼロの速度フィードバック制御で大きな制動力を発生させて停止させるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、操作者の操作力を検出する操作力検出手段と、検出した操作力に従ってモータを制御する駆動手段と、路面状態が平地か坂道かを判定する路面傾斜判定手段と、操作力を補助するアシスト力を発生するモータとを備え、操作力が所定の時間検出されなくなったとき、路面傾斜判定手段で路面状態を判定する第一ステップと、第一ステップで平地と判定したとき、路面傾斜判定動作を速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える第二ステップと、第二ステップ後、モータ回転速度が所定の回転速度以下になったときダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、または、モータ回転速度が所定の回転速度以上でも一定時間経過後にダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、および、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける第四ステップとを備えたもので、アクティブな速度フィードバック制御により大きな制動力を得るとともにパッシブなダイナミックブレーキにより滑らかな停止を実現することができ、たとえダイナミックブレーキで停止しなくても、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキで確実に停止させるものである。
【０００９】また、請求項２記載の発明は、操作者の操作力を検出する操作力検出手段と、検出した操作力に従ってモータを制御する駆動手段と、路面状態が平地か坂道かを判定する路面傾斜判定手段と、操作力を補助するアシスト力を発生するモータと、操作者を検出する操作者検出手段とを備え、操作者を検知しなくなったとき、路面傾斜判定手段で路面状態を判定する第一ステップと、第一ステップで平地と判定したとき、路面傾斜判定動作を速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える第二ステップと、第二ステップ後、モータ回転速度が所定の回転速度以下になったときダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、または、モータ回転速度が所定の回転速度以上でも一定時間経過後にダイナミックブレーキに切り替える第三ステップ、および、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける第四ステップとを備えたもので、何らかの事情で操作者が操作者検出手段から手を離しても、アクティブな速度フィードバック制御により大きな制動力を得るとともにパッシブなダイナミックブレーキにより滑らかな停止を実現でき、たとえダイナミックブレーキで停止しなくても、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキで確実に停止させるものである。
【００１０】また、請求項３記載の発明は、第一ステップで平地と判定されても、第二ステップ後に一定時間間隔で路面傾斜判定動作を継続し、坂道条件が満たされれば、改めて坂道と判定する再判定ステップを備えたもので、運搬車が平地から坂道に変化する場所で停止させるとき、誤って平地と判断してしまうことを防止する。
【００１１】また、請求項４記載の発明は、第一ステップで坂道と判定したとき、路面傾斜判定動作を速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える第二ステップ、および、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける第四ステップを備えたもので、ダイナミックブレーキを作動させず、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキで速やかに停止させるものである。
【００１２】また、請求項５記載の発明は、路面傾斜判定手段が判定動作中に、速度極性が逆転した場合は坂道と判定するもので、登坂路での停止を速やかに行うことができる。
【００１３】また、請求項６記載の発明は、路面傾斜判定手段が判定動作中に、左右の駆動輪の速度差が一定以上になった場合は坂道と判定するもので、平地または坂道で運搬車が旋回中に周囲の歩行者などにぶつかることなく安全に早く停止させることができる。
【００１４】さらに、請求項７記載の発明は、車両が配膳車である場合、重量物でありながら安全で滑らかな制動と確実な停止動作が可能である。また、停止時に衝撃がないので、食器同士が接触したり内容物をこぼすこともない。
【００１５】
【実施例】本発明の一実施例について以下、図を参照しながら説明する。
【００１６】図１において、操作力が所定の時間検出されなくなったとき、または、操作者を検知しなくなったとき、路面傾斜判定手段で路面状態を判定する（第一ステップ）。第一ステップで平地と判定したとき、路面傾斜判定動作から速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える（第二ステップ）。そして第二ステップ後、モータ回転速度が所定の回転速度以下になったときダイナミックブレーキに切り替える。または、モータ回転速度が所定の回転速度以上でも一定時間経過後にダイナミックブレーキに切り替える（第三ステップ）。さらに第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける（第四ステップ）。
【００１７】同様に、第一ステップで坂道と判定したとき、路面傾斜判定動作から速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える（第二ステップ）。さらに、第一ステップから所定時間経過後にメカニカルブレーキをかける（第四ステップ）。
【００１８】なお、第一ステップで平地と判定されても、第二ステップ後に一定時間間隔で路面傾斜判定動作を継続し、坂道条件が満たされれば、改めて坂道と判定する（再判定ステップ）。
【００１９】このように、路面状態を判定する第一ステップで平地／坂道を判定し、第二ステップで速度指令ゼロの速度フィードバック制御動作に切り替える。以降は第一ステップの判定結果に応じてダイナミックブレーキおよびまたは、メカニカルブレーキを作動させて安全を確保しながら停止させることができる。
【００２０】図２は本発明の制御ブロック図を示したもので、１は運搬車を引くためのセンシングハンドル、２は操作者検出手段であるハンドルセンサで、操作者がハンドルを握ったかどうかを検出する。３は操作力検出手段である力センサで、センシングハンドル１の左右に取り付けられている。４は力センサ３のＩ／Ｆである。５は路面傾斜判定手段を含み運搬車のシステムを制御するマイコン、６はマイコン５からのＰＷＭ信号を受け、それをパワー部のスイッチング素子をＰＷＭ制御するドライブ信号に変換するロジック部で、マイコン５からダイナミックブレーキ信号が出力されたときはダイナミックブレーキのＰＷＭ制御を行うように内部ロジックを切り替える。
【００２１】７はモータを駆動するためのパワー部で、スイッチング素子、モータ電流検出器、メカニカルブレーキ駆動素子などを含んでいる。８はエンコーダのＩ／Ｆ、９はモータ軸に直結されたメカニカルブレーキ（電磁ブレーキまたは電磁クラッチ）、１０は駆動源のモータ、１１は主としてモータ１０の位置や回転数を測定するエンコーダ、１２は減速機、１３は運搬車のタイヤである。
【００２２】本発明は、主として操作者の操作力をアシストするために運搬車に装備され、例えば、図３に示すような病院等で使用される食事を運搬する配膳車などが好例で、２１はセンシングハンドル、２２はハンドルセンサ、２３はタイヤ、２４はキャスタである。
【００２３】配膳車は食事などを保温状態で運搬しなければならないため、保温や冷凍のためのコンプレッサを搭載しており、軽いものでも３００ｋｇ以上の重量となっており、平地では何とか動かせても、坂道になると操作力アシストなしでの移動は困難で危険である。
【００２４】ここで、制御の概要を説明する。操作者はセンシングハンドル１の中央を握り、運搬車を前後左右に操作する。センシングハンドル１は、その左右の固定部それぞれに操作力を検出する操作力検出手段である力センサ３を具備しており、両センサの検出値をマイコン５に読み込んで、操作力の大きさと方向を推定している。
【００２５】また、ハンドルセンサ２は、操作者がセンシングハンドル１を急に離して操作を放棄したとき、駆動制御装置は力センサ３の検出値が０になるのを待つまでもなく、操作力アシストを即時に停止しなければならないので、センシングハンドル１に装着してある。
【００２６】また、操作者がセンシングハンドル１のどの部分を持っているかは、操作力の推定には重要である。本実施例ではセンシングハンドル１の中央にハンドルセンサ２を装着し、操作者が中央を握ったときのみアシストすることにして、推定演算を簡単にしている。
【００２７】次に、操作力の大きさと方向を推定した後、それをもとに左右のモータ１０が発生すべきアシスト力を演算し、モータ１０に流す電流指令値を決定し、マイコン５はそれに基づいたＰＷＭ信号を出力する。そのＰＷＭ信号をロジック部６で受け、その内部ロジックにより、パワー部７のスイッチング素子を駆動するゲート信号を出力する。
【００２８】パワー部７は電流指令値に応じてモータ１０を駆動する。このときのモータ電流はパワー部７に内蔵される電流センサで検出されマイコン５にフィードバックされ、電流指令値通りに流れるようにＰＷＭ信号が制御される。
【００２９】また、モータ１０の回転速度はモータ軸に直結されたエンコーダ１１により検出され、これもマイコン５にフィードバックされ、速度制御時には速度指令通りになるようＰＷＭ信号が制御される。
【００３０】配膳車では、アシスト力が滑らかに発生し、操作者が違和感なく操作できる操作性もさることながら、食事を運搬する関係上、衝撃のない停止性能が必要となり、この停止性能をどのように実現しているか、図４、図５を用いて説明する。
【００３１】図４は運搬車がいろいろな状況で停止するときの車速の時間変化を、模式的に描いたもので、ここでいう車速とは、左右のタイヤ速度の平均値である。
【００３２】図４（１）は平地走行で車速が比較的小さいときで、図中ａの範囲はアシスト走行中を示しており、力センサ３が一定時間操作力ゼロを検出したか、ハンドルセンサ２が操作者なしを検出したときを時刻ｔ０とする。
【００３３】平地を走行しているときと坂道を走行しているときでは必要とされる制動力が違うので、まず平地／坂道の判定を行う。これが図中ｂに示す範囲で、路面傾斜判定手段による判定動作期間であり、路面が平地か坂道かを判定する。
【００３４】ここでは、走行中にダイナミックブレーキをかけ、その前後の速度変化から平地／坂道を判定する方法で以下説明するが、傾斜センサのような部品を組み込んで検出してもよく、傾斜計のような計測器を搭載してもよい。
【００３５】図中ｂの範囲で示すように、まずモータ端子間を一定時間Ｔ１（＝ｔ１−ｔ０）短絡させてダイナミックブレーキとし作用させ、ｔ０とｔ１での車速を比較する。
【００３６】ｔ０における車速をＶ０１とし、ｔ１における車速をＶ１１とすると、Ｖ１１≦Ｖ０１のときは平地、Ｖ１１＞Ｖ０１のときは坂道と判定する。
【００３７】ここで、図４（１）ではＶ１１≦Ｖ０１なので平地と判定する。平地と判定したら、図中ｃの範囲で示すように制御を速度指令ゼロの速度フィードバック制御に切り替える。速度指令は当初からゼロとしてもよいし、徐々にゼロに近づけていってもよい。
【００３８】すると現在の車速Ｖ１１をゼロにしようとする制動力が働いて急激にブレーキングされる。このときの速度フィードバック制御における制御パラメータは坂道での制動に調整しているので平地では制動力が強すぎ、このまま停止に移行すると速度制御がオーバーシュートして停止時に振動が残る。そこで平地の場合は車速がＶｓまで十分低下したとき、図中ｄの範囲で示すように制御を再びダイナミックブレーキに戻して滑らかに停止させる。
【００３９】図４（２）の場合は、平地走行でも車速が速い場合で、同じ平地と判定されても、初速が速いのでなかなかＶｓ（所定の回転速度）にまで低下しないが、操作者がセンシングハンドル１から手が離れてから停止するまでの安全停止距離は決められるので、この場合はＶｓに達していなくても一定時間Ｔ２（＝ｔ２−ｔ０）経過後、ダイナミックブレーキを作動させる。
【００４０】図４（３）および（４）は、坂道を下る場合（降坂路）で、センシングハンドル１から手が離れても、運搬車の自重で加速されるのでＶ１１＞Ｖ０１となり、坂道と判定する。
【００４１】坂道と判定されると、図中ｃの範囲で示すように制御を速度指令ゼロの速度フィードバック制御に切り替えて、さらに一定時間Ｔ３（＝ｔ３−ｔ０）経過後、図中ｅの範囲で示すようにメカニカルブレーキをかけて停止させる。
【００４２】このときの速度フィードバック制御における制御パラメータは坂道でｔ３以前に停止するよう調整するので、図４（３）に示すように走行速度が小さい場合は坂道上で完全停止してからメカニカルブレーキがかかる。
【００４３】しかしながら、坂道では運搬車の落下は危険なので、図４（４）に示すように走行速度が大きい場合は速度フィードバック制御による減速中でも、一定時間Ｔ４（＝ｔ４−ｔ０）経過するとメカニカルブレーキをかけて強制停止させてしまう。これは滑らかな停止性能よりも緊急停止を優先するためである。
【００４４】メカニカルブレーキの作動時間は平地と坂道とで異なってもよく、安全性を考えるとむしろＴ４はＴ３より短くした方がよい。
【００４５】図４（５）の場合は、登坂路で車速が比較的小さい場合で、何らかの事情で上りの途中にセンシングハンドル１から手を離すと、車速は徐々に低下し、ついには車速ゼロとなって今度は反対方向に加速していくことになる。
【００４６】このように走行速度が小さい場合に、速度の極性反転が平地／坂道の判定動作中に起こったときは、判定動作の終わりを待つまでもなく、直ちに坂道と判定して速度フィードバック制御に切り替える。
【００４７】図４（６）の場合は、登坂路で車速が大きい場合である。このときは速度の極性が反転するまでにＴ１が終わってしまうので、坂道であるにもかかわらず平地と判定されるが、次の路面傾斜判定で坂道と判定されるので危険はない。
【００４８】図５は運搬車を旋回させながら手を離してしまった場合で、図５（１）は回転中心が車軸の外にある場合、図５（２）は回転中心が車軸中央にある場合を示しており、平地／坂道の判定を利用して停止させる。
【００４９】運搬車を旋回させているとき最外周の速度が速くて危険であリ、坂道と判定して強い制動力を発生させる必要がある。しかしながら、平地／坂道の判定は左車輪速と右車輪速の平均である車速値を判定基準としているため、車速としては遅い値が検出されてしまい、結果として平地と判定されて制動力が弱くなる。これを防ぐために、左右輪の速度差が所定値ΔＶを超えたとき、坂道と判定して速度指令ゼロの速度フィードバック制御に切り替える。
【００５０】
【発明の効果】上記の実施例から明らかなように請求項１または請求項２記載の発明によれば、第一ステップで平地と判断したとき、運搬車を衝撃なく滑らかに停止させることができる。
【００５１】また、請求項３記載の発明によれば、路面の傾斜が変化する場所でも、誤判定なく平地と坂道を判定でき、運搬車を安全に停止させることができる。
【００５２】また、請求項４または請求項５記載の発明によれば、第一ステップで坂道と判断したとき、運搬車を衝撃なく速やかに停止させることができる。
【００５３】また、請求項６記載の発明によれば、運搬車が旋回時に手が離れても、強い制動力で停止させて安全を確保する。
【００５４】さらに、請求項７記載の発明によれば、重量物である配膳車を安全で滑らかな制動から確実に停止できる。また、停止時に衝撃がないので、食器同士が接触したり内容物をこぼすこともない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年３月９日（２００１．３．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２７１９１６（Ｐ２００２−２７１９１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月２０日（２００２．９．２０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−６６３５３（Ｐ２００１−６６３５３） |
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