JP2006109547A - 電動車及び電動車駆動用制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡略的な制御により駆動可能な電動車及び電動車駆動用制御プログラムを提供する。
【解決手段】 並進運動を示す正規化値Ｙ'と、旋回運動を示す正規化値Ｘ'とが指示値入力部１１０から速度指示値計算部１２０に供給される。速度指示値計算部１２０は、正規化値Ｙ'に基づいて、並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を決定する。速度指示値計算部１２０は、旋回運動を示す正規化値Ｘ'と車椅子の並進方向速度Ｖ_gとから、車椅子の転倒を回避する（２−４）式を常に満足するような旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を決定する。速度指示値計算部１２０において決定された並進速度指示値Ｖ_{g_trg}及び旋回角速度指示値ω_{φ_trg}は、
制御指令値計算部１３０に供給され、制御指令値計算部１３０において左右の駆動輪の制御指示値に配分計算されて、これがモータ制御部１４０を介してモータＭＲ，ＭＬが制御されて、駆動輪が制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、方向指示手段を用いて搭乗者の操作等によって車両運動を制御する電動車及び電動車駆動用制御プログラムに関する。

例えば車椅子などの電動車では、操縦性が大切である。このため、利用者の旋回イメージに近い操縦性を実現する電動車に関する技術が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電動車では、右車輪を駆動する第１の電動機と左車輪を駆動する第２の電動機を、ジョイスティック操作部の操作に基づいて制御部が運転制御して走行する。具体的には、走行操作者によるジョイスティックレバーの旋回方向への倒し状態の入力情報としてレバー倒し角とレバー倒し方向を用いる。この入力情報に基づいて制御部は現在位置から前方の旋回通過目標ポイントの遠近を算出する。この旋回通過目標ポイントが遠い場合には、近い場合に比べて大きな半径で旋回するように電動機を制御する。近い場合には、現在位置とその旋回通過目標ポイントの付近を通過するように電動機を制御する。
特開２００１−１０４３９６号公報（第１頁）

特許文献１にもあるように、旋回を行うためには、左右の車輪を個別に駆動制御することが一般的に行われている。また、特許文献１の電動車では、左右の車輪を駆動するための目標値を、左右の車輪の目標到達地点までの走行距離を用いて規定している。この場合、電動車が旋回を行うにあたって並進運動が必要となる。従って、特許文献１の制御では、並進運動を伴わないその場での旋回を行うことができない。

また、特許文献１においては、車両の水平方向の重力に基づく制限などを考慮して最終的に駆動輪へ車両の水平方向の重力に基づく力（いわゆる横Ｇ）、スピン速度および車輪回転速度の制限などを考慮して最終的に駆動輪への目標値を生成している。この場合、横Ｇ、スピン速度及び車輪回転速度の制限を越えないように、これらの条件から算出される値と、入力指示値から算出した値とを比較判断した上で制御値を決定する。このため、この制御プログラムにおいては、条件判断を行う処理が増えたり、指示入力部の値においては特異処理が必要になったりするため、プログラムの構造が複雑になる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、簡略的な制御により駆動可能な電動車及び電動車駆動用制御プログラムを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両の左右車輪を独立に駆動する車輪駆動手段と、前記車両の並進運動及び旋回運動を実行するための指示値を取得するため指示値入力部と、この指示値入力部を介して取得された指示値に基づいて、前記車両の重心における並進速度指示値及び旋回角速度指示値を算出する速度指示値計算部と、前記速度指示値計算部で算出された並進速度指示値及び旋回角速度指示値に対応して前記左右車輪の車輪駆動手段の制御を行う制御値を算出する制御指令値計算部とを有する電動車であって、前記速度指示値計算部は、前記指示値入力部が取得した指示値から、前記車両の並進運動の速度指示値又は旋回運動のいずれか一方の速度指示値を決定し、決定した速度指示値に対応する検出速度から、他方の速度指示値を計算して決定することを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動車において、前記速度指示値計算部は、前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値から、並進運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値と前記並進運動の検出速度とから、その旋回運動の速度指示値を決定することを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電動車において、前記速度指示値計算部は、前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値から、旋回運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値と前記旋回運動の検出速度とから、その並進運動の速度指示値を決定することを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電動車において、切換指示部を設け、この切換指示部による信号に基づいて、前記速度指示値計算部は、前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値から並進運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値と前記並進運動の検出速度とから、その旋回運動の速度指示値を決定する第１の制御、又は前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値から、その旋回運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値と前記旋回運動の検出速度とから、その並進運動の速度指示値を決定する第２の制御のいずれかを実行することを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車において、前記指示値入力部から出力された指示値を入力とし、前記速度指示値計算部に対して指示値を出力する遅れ要素を有することを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動車において、前記車輪駆動手段は、極性の異なる指示値を用いて前記左右車輪を可逆方向に回転制御することを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、指示値入力部を介して取得された車両の並進運動及び旋回運動に対応する２次元の指示に基づいて、前記車両の重心における並進速度指示値及び旋回角速度指示値を算出する速度指示値計算部と、前記速度指示値計算部で算出された並進速度指示値及び旋回角速度指示値に対応するように、車両の左右車輪を独立に駆動する車輪駆動手段の制御を行う制御値を算出するための制御指令値計算部とを用いて、前記車輪駆動手段を駆動するための電動車駆動用制御プログラムであって、前記速度指示値計算部を、前記指示値入力部が取得した指示値から、前記車両の並進運動の速度指示値又は旋回運動のいずれか一方の速度指示値を決定し、決定した速度指示値に対応する検出速度から、他方の速度指示値を計算して決定するように機能させることを要旨とする。

（作用）
請求項１又は７に記載の発明によれば、速度指示値計算部は、指示値入力部が取得した指示値から、前記車両の並進運動の速度指示値又は旋回運動のいずれか一方の速度指示値を決定する。速度指示値計算部は、決定した速度指示値に対応する検出速度から、他方の速度指示値を計算して決定する。すなわち、一方の運動速度を決定してから、安定条件を満たすように他方の運動の速度指示値を決定する。このため、例えば遠心力による転倒防止などの安定条件を満足するような並進運動の速度指示値及び旋回運動の速度指示値を効率的に決定することができる。従って、両者の運動速度を決定してから安定条件を満たすかどうかという判断を行う場合と異なり、簡略的なプログラムで制御を実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、速度指示値計算部は、指示値入力部が取得した並進運
動に関する指示値から、並進運動の速度指示値を決定する。速度指示値計算部は、指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値と並進運動の検出速度とから、その旋回運動の速度指示値を決定する。速度指示値計算部は、旋回運動の速度指示値を、旋回運動の速度指示値と並進運動の検出速度とに基づいて決定する。このため、安定条件を満足するように旋回運動の速度指示値を、並進運動の検出速度に応じて決定する。一方、並進運動の速度指示値は、指示値に対応して決定されるので、電動車の直進性を優先的に確保することができる。従って、屋外走行時など、主として並進運動を行うときの電動車の機動性を高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、速度指示値計算部は、指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値から、旋回運動の速度指示値を決定する。速度指示値計算部は、指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値と前記旋回運動の検出速度とから、その並進運動の速度指示値を決定する。このため、安定条件を満足するように並進運動の速度指示値を、旋回運動の検出速度に応じて決定する。一方、旋回運動の速度指示値は、指示値に対応して決定されるので、電動車の旋回性を優先的に確保することができる。従って、屋内走行時など、敏速な旋回が求められるときの電動車の機動性を高めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、速度指示値計算部は、切換指示部による信号に基づいて、前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値から並進運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値と前記並進運動の検出速度とから、その旋回運動の速度指示値を決定する第１の制御と、前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値から、その旋回運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値と前記旋回運動の検出速度とから、その並進運動の速度指示値を決定する第２の制御とを切り換えて行う。このため、車両の直進性を優先的に確保したい場合や車両の敏速な旋回性を優先的に確保したい場合など、状況に応じて切り替えて用いることができるので、電動車の機動性を高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、指示値入力部から出力された指示値を入力とし、前記速度指示値計算部に対して指示値を出力する遅れ要素を有する。すなわち、指示入力部から出力された指示値の変化に対して、速度指示値計算部に入力される指示値が遅れるような遅れ要素を、指示入力部と速度指示値計算部との間に設ける。このため、指示入力部から出力された指示値が急激に変化しても、速度指示値計算部に入力される指示値は緩やかになる。従って、速度指示値計算部は、緩やかな変化の指示値に基づいて並進運動の速度指示値及び旋回運動の速度指示値を算出し、これに応じて車輪駆動手段が制御される。よって、指示入力部の指示に擾乱があっても、電動車のスムーズな動作を実現することができ、走行安定性を高くすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、車輪駆動手段は、極性の異なる指示値を用いて左右車輪を可逆方向に回転制御する。このため、電動車は後退することができるとともに、左右車輪の回転方向を相反する方向に回転させることにより、並進運動を伴わずに旋回することができる。

本発明によれば、簡略的な制御により、より安定かつ機動的に電動車を駆動することができる。

以下、本発明に係わる電動車を車椅子に適用した実施形態について、図１〜図１３を参照して説明する。図１は、本発明の電動車を制御するためのブロック図、図２は車椅子２０を上から見た平面図であり、図３は図２のＰ方向から車椅子２０を見た図である。

まず、図２及び図３を用いて車椅子２０を説明する。図２及び図３に示すように、車椅子２０は、車椅子２０を構成するフレームと、左右一対の自由輪（図示せず）と、左右一対の駆動輪ＷＲ，ＷＬとを有する。自由輪はフレームの前部を支持し、駆動輪ＷＲ，ＷＬはフレームの後部を支持して車椅子２０を移動させる。ここで、駆動輪ＷＲは車椅子２０の搭乗者にとって右側の車輪であり、駆動輪ＷＬは左側の車輪であることを示す。

各駆動輪ＷＲ，ＷＬは、それぞれ独立した軸により支持され、上述したフレームに取り付けられている。これら各軸は、ケーシング２２Ｒ，２２Ｌにより覆われており、ケーシング２２Ｒ，２２Ｌにそれぞれ収容されているモータＭＲ，ＭＬ（図１参照）の回転により駆動可能になっている。これらモータＭＲ，ＭＬは、可逆モータであり、車輪駆動手段として機能する。これらモータＭＲ，ＭＬの回転方向によって、各駆動輪ＷＲ，ＷＬを同方向又は反転方向に回転させることができ、車椅子２０を前後に並進運動させたり、右回り又は左回りに旋回運動させたりすることができる。また、駆動輪ＷＲ，ＷＬの近傍には、各駆動輪ＷＲ，ＷＬの回転角速度ω_R、ω_Lを測定するための速度センサＳＲ，ＳＬがそれぞれ設けられている。

一方、フレームには、搭乗者の人体を支持するための背もたれ、アームレスト及びフットレストなどを構成するシートユニットが設けられている。また、このフレームには、車椅子２０の搭乗者が自力で車椅子２０を駆動するための１対のリムと、介助者の人力により車椅子２０を駆動させるための１対のハンドルとが設けられている。更に、このフレームには、モータＭＲ，ＭＬにより駆動輪ＷＲ，ＷＬを駆動させるための操作ユニット２５が設けられている。

操作ユニット２５は、電源スイッチ（図示せず）と、ジョイスティック２５ａとを備える。スイッチは、モータＭＲ，ＭＬや後述する駆動制御部に通電させて電動で駆動輪ＷＲ，ＷＬを駆動させるためのスイッチである。ジョイスティック２５ａは、搭乗者が車椅子２０の進行方向について指示を操作するための操作部である。ジョイスティック２５ａは、図４に示すように、ｘ方向及びｙ方向の２次元方向により進行方向が指示される。ジョイスティック２５ａには、ｙ方向のポテンショメータ２６及びｘ方向のポテンショメータ２７が取り付けられている。このため、ポテンショメータ２６は、ジョイスティック２５ａのｙ方向の操作量（ｙ方向指示入力値Ｙ）を指示値として検出する。また、ポテンショメータ２７は、ジョイスティック２５ａのｘ方向の操作量（ｘ方向指示入力値Ｘ）を指示値として検出する。なお、本実施形態では、車椅子２０の前進方向をｙ方向、右９０度の方向をｘ方向とする。

次に、車椅子２０の駆動輪ＷＲ，ＷＬの電動制御を行う車椅子２０の駆動制御部の構成について、図１を参照して説明する。駆動制御部は、図１に示すように、指示値入力部１１０、速度指示値計算部１２０、制御指令値計算部１３０、モータ制御部１４０及び速度計算部１５０を内蔵している。

指示値入力部１１０には、例えば搭乗者により車椅子２０の移動方向を２次元（ｘ方向及びｙ方向）によって指示された指示値が入力される。本実施形態では、指示値入力部１１０は、上述したポテンショメータ２６，２７におけるｘ方向指示入力値の最大値Ｘmax と、ｙ方向指示入力値の最大値Ｙmax とを記憶している。この指示値入力部１１０は、ポテンショメータ２６，２７によって検出されたｘ方向指示入力値Ｘ及びｙ方向指示入力値Ｙに基づいて、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'と、ｙ方向指示入力正規化値Ｙ'とを算出する。ここで、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'は、Ｘ'＝Ｘ／Ｘmax によって算出される。これにより、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'は、−１≦Ｘ'≦１となる。また、ｙ方向指示入力正規化値Ｙ'は、Ｙ'＝Ｙ／Ｙmax によって算出される。これにより、ｙ方向指示入力正規化値
Ｙ'は、−１≦Ｙ'≦１となる。

速度指示値計算部１２０は、指示値入力部１１０から供給される入力指示値（ここではｘ方向指示入力正規化値Ｘ'とｙ方向指示入力正規化値Ｙ'）に基づいて、速度指示値（並進速度指示値Ｖ_{g_trg}及び重心Ｇ回りの旋回角速度指示値ω_{φ_trg}）を算出する。この速
度指示値計算部１２０は、図２及び図３に示す車椅子２０の幾何学的な拘束条件を考慮して、次のようにして速度指示値を算出する。

この速度指示値を算出するにあたっては、次のことを前提条件として仮定する。図２及び図３に示すように、車椅子２０及び搭乗者を含めた重心をＧ、駆動輪ＷＲ，ＷＬの車輪半径をＤ[ｍ]、右側の回転角速度をω_R[rad/sec]、左側の回転角速度をω_L[rad/sec]とする。また、駆動輪ＷＲ，ＷＬの中点に重心Ｇがあると仮定し、重心Ｇと各駆動輪ＷＲ，ＷＬの接地点間の水平距離をＬ[ｍ]とする。更に、重心Ｇと車輪接地点間の鉛直距離をＨ[
ｍ]とする。これらの仮定から、右側の駆動輪ＷＲの並進方向速度Ｖ_RはＶ_R＝Ｄ・ω_R[ｍ/sec]で表され、左側の駆動輪ＷＬの並進方向速度Ｖ_LはＶ_L＝Ｄ・ω_R[ｍ/sec]で表される
。また、重心Ｇの並進方向速度をＶ_g、重心Ｇ回りの旋回角速度をω_Φ[rad/sec]、車椅子２０の回転半径をＲc[ｍ]とする。

以上の条件から、車椅子２０が単位時間当たりに進む距離は、次のように表される。ここで、Ａは駆動輪ＷＲの接地点、Ｂは駆動輪ＷＬの接地点であり、単位時間経過した後の駆動輪ＷＲの接地点をＡ'、駆動輪ＷＬの接地点をＢ'、重心をＧ'とする。

（１−１）〜（１−３）式より、並進方向速度Ｖ_g、旋回角速度ω_Φ及び回転半径Ｒcが、それぞれ以下のように求められる。

ここで、車椅子２０の重心Ｇの並進速度指示値Ｖ_{g_trg}及び重心Ｇ回りの旋回角速度指
示値ω_{φ_trg}は、それぞれ次のとおりとする。

なお、（１−７）式及び（１−８）式において、Ｖ_sup+は前進時の重心Ｇにおける並進速度指示値の上限値、Ｖ_sup-は後進時の重心Ｇにおける並進速度指示値の上限値である。また、ω_sup+は前進時の重心Ｇにおける回転速度指示値の上限値、ω_sup-は後進時の重心Ｇにおける回転速度指示値の上限値である。

（１−５）〜（１−８）式より、左右車輪に対する速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}及び回転角速度制御指令値ω_{R_trg}，ω_{L_trg}が、それぞれ以下のように決定される。

一方、図３に示すように、車椅子２０が旋回する場合、内輪（図２に示す本実施形態では右側の駆動輪ＷＲ）が浮き上がり転倒する場合がある。ここで、重力加速度をｇ、車両および搭乗者の合計重畳をＭ[kg]とすると、その重心Ｇには下記の遠心力Ｆeが作用する
。

このため、外輪（本実施形態では左側の駆動輪ＷＬ）の接地点Ａ回りの鉛直方向のモーメントの釣り合いを考慮すると、内輪が浮き上がらずに車椅子２０が転倒しないための条件は、次のように表される。

なお、（２−３）式は、（２−２）式に、（２−１）式の遠心力Ｆeとsiｎδの値とを
代入して整理した式である。また、（２−４）式は、（２−３）式に（１−３）式を代入して、（２−３）式から回転半径Ｒcを消去した式である。

以上のようにして算出した（２−４）式から、旋回時に車椅子２０が転倒しないためには、車椅子２０の重心Ｇの並進方向速度Ｖ_gと重心Ｇの旋回角速度ω_Φとは、独立に決定
できないことが分かる。

そこで、本実施形態の速度指示値計算部１２０は、指示値入力部１１０からの一方の入力値（ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'又はｙ方向指示入力正規化値Ｙ'）を用いて、一方の指示値を決定する。また、速度指示値計算部１２０は、一方の入力値に対する出力（検出速度）と、その他方の入力値（ｙ方向指示入力正規化値Ｙ'又はｘ方向指示入力正規化値Ｘ'）とが上記（２−４）式の条件を満たすように、他方の指示値を決定する。このようにして、速度指示値計算部１２０は、車椅子２０の重心Ｇにおける並進速度指示値Ｖ_{g_trg}及
び重心Ｇ回りの旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を算出する。

一方、制御指令値計算部１３０は、左右の各駆動輪ＷＲ，ＷＬに対する速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}を算出する。具体的には、制御指令値計算部１３０には、水平距離Ｌの値が記憶されている。また、制御指令値計算部１３０には、速度指示値計算部１２０において算出された重心Ｇにおける並進速度指示値Ｖ_{g_trg}及び重心Ｇ回りの旋回角速度指示
値ω_{φ_trg}が供給される。従って、制御指令値計算部１３０は、水平距離Ｌの値と、並進速度指示値Ｖ_{g_trg}及び旋回角速度指示値ω_{φ_trg}とを、上述した（１−９）式と（１−
１０）式に代入して、左右の駆動輪ＷＲ，ＷＬに対する速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}を算出する。

更に、モータ制御部１４０は、制御指令値計算部１３０から出力された各左右の駆動輪ＷＲ，ＷＬの速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}に基づいて、各駆動輪ＷＲ，ＷＬを制御する。具体的には、モータ制御部１４０は、右側モータ制御部１４０Ｒと左側モータ制御部１４０Ｌとから構成されている。ここで、右側モータ制御部１４０Ｒには、制御指令値計算部１３０から出力された速度制御指示値Ｖ_{R_trg}が入力される。また、左側モータ制御
部１４０Ｌには、制御指令値計算部１３０から出力された速度制御指示値Ｖ_{L_trg}が入力
される。

右側モータ制御部１４０Ｒは、回転角速度変換要素１４１Ｒと右車輪速度制御器１４２Ｒとを備える。また、左側モータ制御部１４０Ｌは、回転角速度変換要素１４１Ｌと左車輪速度制御器１４２Ｌとを備える。

回転角速度変換要素１４１Ｒ，１４１Ｌは、制御指令値計算部１３０から出力された速
度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}を、車輪半径Ｄで除算することにより、各車輪の回転角速度制御指令値ω_{R_trg}，ω_{L_trg}に変換する。

また、モータ制御部１４０は、回転角速度変換要素１４１Ｒにおいて変換した各車輪の回転角速度制御指令値ω_{R_trg}と、速度センサＳＲにより測定された右側の駆動輪ＷＲの
回転角速度ω_Rとの偏差ε_Rを算出する。また、モータ制御部１４０は、算出した偏差ε_R
を右車輪速度制御器１４２Ｒに供給する。右車輪速度制御器１４２Ｒは、供給された偏差ε_Rに基づいて右車輪トルク指示値Ｔ_Rを出力する。この右車輪トルク指示値Ｔ_Rによって
右車輪のモータＭＲが駆動される。同様に、モータ制御部１４０は、回転角速度変換要素１４１Ｌからの出力である回転角速度制御指令値ω_{L_trg}と、速度センサＳＬにより測定
された左側の駆動輪ＷＬの回転角速度ω_Lとの偏差ε_Lを算出し、これを右車輪速度制御器１４２Ｒに供給する。右車輪速度制御器１４２Ｒは、偏差ε_Lに基づいて左車輪トルク指
示値Ｔ_Lを左車輪のモータＭＬに出力し、モータＭＬを駆動する。

一方、速度計算部１５０は、速度変換要素１５１Ｒ，１５１Ｌと速度計算部１５５を備える。各速度変換要素１５１Ｒ，１５１Ｌは、各速度センサＳＲ，ＳＬにより検出された回転角速度ω_R，ω_Lを並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_Lに変換する。

速度計算部１５５は、速度変換要素１５１Ｒ，１５１Ｌから算出された並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_Lに基づいて、重心Ｇにおける並進方向速度Ｖ_g又は重心Ｇ回りの旋回角速度ω_Φを
算出する。そして、速度計算部１５５は、算出した並進方向速度Ｖ_g又は重心Ｇ回りの旋
回角速度ω_Φを速度指示値計算部１２０に供給する。

次に、上述した構成を用いた実施例１について、図５〜図７を用いて説明する。
この実施例１においては、直進方向を示すｙ方向の指示入力値を用いて並進運動に対する並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を決定する。また、この実施例１においては、旋回方向を示す
ｘ方向の指示入力値と、車椅子２０の重心Ｇの並進方向速度Ｖ_gとから重心Ｇ回りの旋回
角速度指示値ω_{φ_trg}を決定する。

本実施例において、図６に示すように、速度指示値計算部１２０は、並進速度指示値計算部１２１と、旋回角速度指示値計算部１２２とを含んで構成されている。
並進速度指示値計算部１２１は、重心Ｇにおける並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を算出する。
具体的には、並進速度指示値計算部１２１は、指示値入力部１１０から供給されるｙ方向指示入力正規化値Ｙ'の値と、上述した（１−７）式とを用いて算出する。

旋回角速度指示値計算部１２２は、旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を算出する。本実施例では、旋回角速度指示値計算部１２２は、重心Ｇにおける並進方向速度Ｖ_gを考慮しながら
、指示値入力部１１０から供給されるｙ方向指示入力正規化値Ｙ'の値に基づいて、旋回
角速度指示値ω_{φ_trg}を算出する。具体的には、次の（２−５）式で与える。なお、（２−５）式におけるα_＋は（２−６）式、β_＋は（２−７）式、α₋は（２−８）式、β₋は（２−９）式でそれぞれ与えられる。

また、上式において、重心Ｇの並進方向速度Ｖ_gの絶対値｜Ｖ_g｜は、左右の駆動輪ＷＲ，ＷＬの並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_Lから（１−４）式で得られる重心Ｇの並進速度の大きさである。ここで、回転速度指示値の上限値ω_sup＞０、条件値γ_＋，γ₋＜１であれば、旋
回角速度指示値ω_{φ_trg}は常に（２−４）式の条件を満たす。従って、この場合には、旋回時の転倒を防ぐことができる。

一方、本実施例では、図６に示すように速度計算部１５０は、速度計算部１５５として並進速度計算部１５５Ｖを有する。並進速度計算部１５５Ｖは、重心Ｇにおける並進方向速度Ｖ_gを算出する。具体的には、並進速度計算部１５５Ｖは、速度計算部１５０の速度
変換要素１５１Ｒ，１５１Ｌが変換した並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_Lと、上記（１−４）式を用いて、重心Ｇにおける並進方向速度Ｖ_gを算出する。

次に、本実施例の制御処理のプログラムにおける手順を図５を参照して説明する。
まず、指示値入力部１１０は、ｘ方向指示入力値Ｘ及びｙ方向指示入力値Ｙを取得する
（ステップＳ１−１）。具体的には、ジョイスティック２５ａが２次元方向に操作されると、各ポテンショメータ２６，２７が、その各操作量（ｘ方向指示入力値Ｘ及びｙ方向指示入力値Ｙ）を指示値として検出する。

そして、指示値入力部１１０は、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'及びｙ方向指示入力正規
化値Ｙ'に正規化する（ステップＳ１−２）。具体的には、指示値入力部１１０は、指示
値として検出したｘ方向指示入力値Ｘ及びｙ方向指示入力値Ｙを、それぞれｘ方向指示入力値の最大値Ｘmax と、ｙ方向指示入力値の最大値Ｙmax により除算する。

次に、速度センサＳＲ，ＳＬにより測定された回転角速度ω_R，ω_Lを用いて、並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_Lの値を取得する（ステップＳ１−３）。
そして、取得した並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_L値を用いて、速度計算部１５０の並進速度計算部１５５Ｖが、重心Ｇにおける並進方向速度Ｖ_gを算出する（ステップＳ１−４）。

次に、速度指示値計算部１２０が、並進速度指示値Ｖ_{g_trg}と旋回角速度指示値ω_{φ_trg}とを算出する。具体的には、速度指示値計算部１２０の並進速度指示値計算部１２１が
、ｙ方向指示入力正規化値Ｙ'に基づいて並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を算出する。また、速度指示値計算部１２０の旋回角速度指示値計算部１２２が、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'と
、ステップＳ１−４において並進速度計算部１５５Ｖが算出した並進方向速度Ｖ_gとを用
いて旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を算出する（ステップＳ１−５）。

次に、算出された並進速度指示値Ｖ_{g_trg}と旋回角速度指示値ω_{φ_trg}とを用いて、制
御指令値計算部１３０が左右の駆動輪ＷＲ，ＷＬに対する速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}を算出する（ステップＳ１−６）。そして、算出した速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}を制御値としてモータ制御部１４０に供給し、各モータＭＲ，ＭＬを駆動する。以上のようにして、左右の駆動輪ＷＲ，ＷＬが駆動される。

なお、上記（２−６）〜（２−９）における条件値γ、回転速度指示値の上限値ω_sup
の意味を明確にするために、次の計算を行う。

以上より、ω_supは並進方向の速度がゼロの場合の旋回角速度指示値ω_{φ_trg}の上限を
、γは前進あるいは後進方向の並進速度が最大の場合に許容される旋回角速度指示値ω_{φ_trg}の上限に対する比率をそれぞれ表していることが判る。なお、並進方向速度Ｖｇと旋回角速度指示値ω_{φ_trg}との関係を図７に示す。

以上、本実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、条件値γを０〜１の範囲に設定し、旋回運動を示すｘ方向指示入力正規化値Ｘ'と車椅子２０の並進方向速度Ｖ_gとから旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を決定する。このため、ｙ方向指示をそのまま用いて並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を決定しても、重
心Ｇの並進方向速度Ｖ_gの値に応じて（２−４）式を常に満たすように旋回角速度指示値
ω_{φ_trg}が決定される。従って、旋回時に車椅子２０が遠心力Ｆｅを受けても転倒しない範囲で旋回できる。また、その速度指示値計算部１２０は、並進速度指示値Ｖ_{g_trg}及び
旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を決定するために行われる条件判断を少なくすることができるので、プログラムのソフトウェア構成を簡略化することができ、車椅子２０を良好に駆動することができる。

（２）本実施形態では、車椅子２０のジョイスティック２５ａの指示値のうち、並進運動を示すｙ方向指示入力正規化値Ｙ'をそのまま用いて、並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を決定する。このため、車両の直進性を優先的に確保することができる。従って、屋外走行時など、主として並進運動を行うときの車椅子２０の機動性を高めることができる。

（３）本実施形態では、図５に示すように制御処理を行うプログラムは、ジョイスティック２５ａを用いて入力された入力値Ｘ，Ｙを−１〜１の範囲の正規化値Ｘ'，Ｙ'に変換する。（１−５）式に示すように、この正規化値Ｙ'に重心Ｇにおける並進速度指示値の
上限値Ｖ_supを乗算して並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を決定する。このため、簡単な計算により並進速度指示値の上限値Ｖ_supを常に超えない範囲で並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を決定することができる。このため、制御処理を行うプログラムの構成を簡略化することができる。

（４）本実施形態では、ｘ方向指示入力値Ｘ及びｙ方向指示入力値Ｙに正と負の両方の値を取り得るようしているので、後退を行うこともできる。また、駆動輪ＷＲ，ＷＬを逆方向に回転可能としているため、駆動輪ＷＲ，ＷＬをお互いに逆回転させることにより、重心Ｇ回りの旋回を行うことができる。このため、車椅子２０を前後に移動しなくても、その場で旋回することができるので、狭い場所で旋回を行うことができる。

次に、上述した構成を用いた実施例２について、図８〜図１０を用いて説明する。
この実施例２においては、旋回方向を示すｘ方向の指示入力値を用いて旋回運動に対する旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を決定する。また、この実施例２においては、直進方向を示すｙ方向の指示入力値と、車椅子２０の重心Ｇ回りの旋回角速度ω_Φとから重心Ｇにおける並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を算出する。

本実施例において、図９に示すように、速度指示値計算部１２０は、旋回角速度指示値計算部１２２'と、並進速度指示値計算部１２１'とを含んで構成されている。
旋回角速度指示値計算部１２２'は、重心Ｇ回りの旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を算出す
る。具体的には、旋回角速度指示値計算部１２２'は、指示値入力部１１０から供給され
るｘ方向指示入力正規化値Ｘ'の値と、下記の（３−１）式（これは上述した（１−８）
式と同じ式である）とを用いて算出する。

並進速度指示値計算部１２１'は、並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を算出する。本実施例では、並進速度指示値計算部１２１'は、重心Ｇ回りの旋回角速度ω_Φを考慮しながら、指示値
入力部１１０から供給されるｙ方向指示入力正規化値Ｙ'の値に基づいて、並進速度指示
値Ｖ_{g_trg}を算出する。具体的には、次の（３−２）式で与える。なお、（３−２）式に
おけるα_＋は（３−３）式、β_＋は（３−４）式、α₋は（３−５）式、β₋は（３−６）式でそれぞれ与えられる。

また、上式において旋回角速度ω_Φの絶対値｜ω_Φ｜は、左右の駆動輪ＷＲ，ＷＬの並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_Lから（１−５）式で得られる重心Ｇ回りの回転角速度の大きさである。ここで、回転速度指示値の上限値ω_sup＞０、条件値γ_＋，γ₋＜１であれば、並進速
度指示値Ｖ_{g_trg}は常に（２−４）式の条件を満たす。従って、この場合には、旋回時の
転倒を防ぐことができる。

一方、本実施例では、図９に示すように速度計算部１５０は、速度計算部１５５として旋回角速度計算部１５５ωを有する。旋回角速度計算部１５５ωは、重心Ｇ回りの旋回角速度ω_Φを算出する。具体的には、旋回角速度計算部１５５ωは、速度計算部１５０の速
度変換要素１５１Ｒ，１５１Ｌが変換した並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_Lと、上記（１−５）式を用いて、旋回角速度ω_Φを算出する。

次に、本実施例の制御処理のプログラムにおける手順を図８を参照して説明する。
本実施例においても、上述した実施例１のステップＳ１−１及びＳ１−２と同様に、指示値入力部１１０は、ｘ方向指示入力値Ｘ及びｙ方向指示入力値Ｙを取得し（ステップＳ２−１）、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'及びｙ方向指示入力正規化値Ｙ'に正規化する（ステップＳ２−２）。次に、実施例１のステップＳ１−３と同様に、速度センサＳＲ，ＳＬにより測定された回転角速度ω_R，ω_Lを用いて、並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_L値を取得する（ステップＳ２−３）。

そして、取得した並進方向速度Ｖ_R，Ｖ_L値を用いて、速度計算部１５０の旋回角速度計算部１５５ωが、重心Ｇ回りの旋回角速度ω_Φを算出する（ステップＳ２−４）。
次に、速度指示値計算部１２０が、並進速度指示値Ｖ_{g_trg}と旋回角速度指示値ω_{φ_trg}とを算出する。具体的には、速度指示値計算部１２０の旋回角速度指示値計算部１２２'が、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'に基づいて旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を算出する。また
、速度指示値計算部１２０の並進速度指示値計算部１２１'が、ｙ方向指示入力正規化値
Ｙ'と、ステップＳ２−４において旋回角速度計算部１５５ωが算出した旋回角速度ω_Φ
とを用いて並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を算出する（ステップＳ２−５）。

次に、制御指令値計算部１３０が、算出された並進速度指示値Ｖ_{g_trg}と旋回角速度指
示値ω_{φ_trg}とを用いて、上記ステップＳ１−６と同様に、速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}を算出する（ステップＳ２−６）。そして、算出した速度制御指示値Ｖ_{R_trg}，Ｖ_{L_trg}をモータ制御部１４０に供給して、各モータＭＲ，ＭＬを駆動する。以上のようにして、左右の駆動輪ＷＲ，ＷＬが駆動される。なお、重心Ｇ回りの旋回角速度ω_Φと並進速度指示値Ｖ_{g_trg}との関係を図１０に示す。

以上、本実施例によれば、上述した実施例１の（１）、（３）及び（４）に記載の効果と同様の効果が得られるとともに、以下のような効果を得ることができる。
（５）本実施形態では、車椅子２０のジョイスティック２５ａの指示値のうち、旋回運動を示すｘ方向指示入力正規化値Ｘ'をそのまま用いて、旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を決
定する。このため、車両の旋回性を優先的に確保することができる。従って、屋内走行時など、敏速な旋回が求められるときの車椅子２０の機動性を高めることができる。

次に、実施例３について、図１１〜図１３を用いて説明する。
この実施例３においては、図１１に示すように、指示値入力部１１０と速度指示値計算部１２０の間にローパスフィルタ部１１５が設けられている。このローパスフィルタ部１１５は、第１及び第２ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２を有する。第１及び第２ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２は、そのゲイン周波数特性が図１２に示されているように、Ｆ(Ｓ)＝σ／（ｓ＋σ）の１次遅れ要素のフィルタである。なお、ｓはラプラス演算子、σは折点周波数を表す。

また、第１ローパスフィルタＬＰＦ１には、指示値入力部１１０から出力されるｘ方向指示入力正規化値Ｘ'が入力される。そして、この第１ローパスフィルタＬＰＦ１からは
、新たなｘ方向指示入力正規化値Ｘ"が出力される。

更に、第２ローパスフィルタＬＰＦ２には、指示値入力部１１０から出力されるｙ方向指示入力正規化値Ｙ'が入力される。そして、第２ローパスフィルタＬＰＦ２からは、新
たなｙ方向指示入力正規化値Ｙ"が出力される。

また、図１３には、指示入力値が図２に示すように（０，Ｙmax）から（Ｘmax，０）、即ち（Ｘ'，Ｙ'）が（０，１）から（１，０）に単位ステップ状に変化したときの時間応答を示す。図１３（ａ）は、ｘ方向指示入力正規化値Ｘ'及び第１ローパスフィルタＬＰ
Ｆ１を通過後の新たなｘ方向指示入力正規化値Ｘ"の時間応答を示す。また、図１３の（
ｂ）は、ｙ方向指示入力正規化値Ｙ'及び第２ローパスフィルタＬＰＦ２を通過後の新た
なｙ方向指示入力正規化値Ｙ"の時間応答を示す。

以上、本実施形態によれば、上述した実施例１及び実施例２に記載の効果と同様な効果とともに、以下のような効果を得ることができる。
（６）本実施形態では、指示値入力部１１０と速度指示値計算部１２０との間にローパスフィルタ部１１５を設ける。このため、指示値入力部１１０から出力された正規化値Ｘ'，Ｙ'は、ローパスフィルタ部１１５のローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２を通過すると、１次遅れの新たな正規化値Ｘ"，Ｙ"が出力される。これら正規化値Ｘ"，Ｙ"は１次遅れであるため、入力前の正規化値Ｘ'，正規化値Ｙ'の変化に比べて緩やかな変化を行う。従って、ジョイスティック２５ａが乱雑に操作された場合であっても、車椅子２０の動作を滑らかに行うことができる。

また、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施例３においては、指示値入力部１１０と速度指示値計算部１２０との間に、遅れ要素としてローパスフィルタ部１１５を配置した。速度指示値計算部１２０に入力される指示値が、ジョイスティック２５ａの操作の入力指示値に対して遅れ要素となるものであれば、他の構成で行ってもよい。例えば、ジョイスティック２５ａにダンパを設けて遅れ要素の入力値を指示値入力部１１０が取得するようにしてもよい。

○上記実施例１においては、並進運動を示すｙ方向指示入力正規化値Ｙ'をそのまま用
い、旋回運動を示すｘ方向指示入力正規化値Ｘ'と車椅子２０の並進方向速度Ｖ_gとから旋回角速度指示値ω_{φ_trg}を決定した。また、上記実施例２においては旋回運動を示すｘ方向指示入力正規化値Ｘ'をそのまま用い、並進運動を示すｙ方向指示入力正規化値Ｙ'と車椅子２０の旋回角速度ω_Φとから並進速度指示値Ｖ_{g_trg}を決定した。これに限らず、実
施例１の処理と実施例２の処理とを切り換えて、車椅子２０を制御してもよい。具体的には、操作ユニット２５に、スイッチを設ける。また、このスイッチの位置を検出する切換指示部を設ける。そして、スイッチが第１の位置にあるときには上記実施例１の処理を行い、スイッチが第２の位置にあるときには上記実施例２の処理を行うようにしてもよい。この場合でも、スイッチの位置により速度指示値計算部１２０が行う処理は実施例１の処理又は実施例２の処理のいずれかであるので、制御プログラム自体の条件判断を少なくすることができる。また、この場合には、車両の直進性を優先的に確保したい場合や車両の敏速な旋回性を優先的に確保したい場合など、状況に応じて切り替えて用いることができる。よって、電動車の利便性をいっそう高めることができる。

○上記各実施例においては、ジョイスティック２５ａを介して、並進運動及び旋回運動の指示値（ｙ方向及びＸ方向の指示値）を取得した。これらの指示値は、他の入力手段、例えば、トラックパッドなどを介して取得してもよい。また、並進運動と旋回運動を別個に取得するような入力手段、例えば旋回運動を指示するステアリングと並進運動を指示するアクセルとを併用した入力手段などにより取得してもよい。

○上記各実施例においては、電動車として車椅子２０を説明した。これ以外にも、電動車として電動三輪車、電動ゴルフカートや電動荷物運搬車などに適用することができる。

実施形態における車椅子の駆動制御部の構成を示すブロック図。 実施形態に用いる各値を説明するための車椅子の上面図。 各値を説明するために図２のＰ方向から車椅子を見たときの正面図。 ２次元の入力指示手段の座標を説明するための説明図。 実施例１における制御処理における流れ図。 実施例１における駆動制御部の要部の構成を示すブロック図。 実施例１における並進方向速度と旋回角速度指示値との関係を示す図。 実施例２における制御処理における流れ図。 実施例２における駆動制御部の要部の構成を示すブロック図。 実施例２における旋回角速度と並進速度指示値との関係を示す図。 実施例３におけるにおける駆動制御部の要部の構成を示すブロック図。 実施例３のローパスフィルタのゲイン周波数特性の説明図。 実施例３のローパスフィルタを通過する前後の指示値を示す図であり、（ａ）はｘ方向指示入力正規化値Ｘ'、（ｂ）はｙ方向指示入力正規化値Ｙ'である。

符号の説明

Ｇ…重心、ＭＲ，ＭＬ…車輪駆動手段としてのモータ、Ｖ_{g_trg}…並進速度指示値、ω
_{φ_ｔｒｇ}…旋回角速度指示値、１１０…指示値入力部、１１５…遅れ要素としてのロー
パスフィルタ部、１２０…速度指示値計算部、１３０…制御指令値計算部。

Claims (7)

1. 車両の左右車輪を独立に駆動する車輪駆動手段と、
   前記車両の並進運動及び旋回運動を実行するための指示値を取得するため指示値入力部と、
   この指示値入力部を介して取得された指示値に基づいて、前記車両の重心における並進速度指示値及び旋回角速度指示値を算出する速度指示値計算部と、
   前記速度指示値計算部で算出された並進速度指示値及び旋回角速度指示値に対応して前記左右車輪の車輪駆動手段の制御を行う制御値を算出する制御指令値計算部とを有する電動車であって、
   前記速度指示値計算部は、前記指示値入力部が取得した指示値から、前記車両の並進運動の速度指示値又は旋回運動のいずれか一方の速度指示値を決定し、決定した速度指示値に対応する検出速度から、他方の速度指示値を計算して決定することを特徴とする電動車。
2. 前記速度指示値計算部は、前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値から、並進運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値と前記並進運動の検出速度とから、その旋回運動の速度指示値を決定することを特徴とする請求項１に記載の電動車。
3. 前記速度指示値計算部は、前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値から、旋回運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値と前記旋回運動の検出速度とから、その並進運動の速度指示値を決定することを特徴とする請求項１に記載の電動車。
4. 切換指示部を設け、この切換指示部による信号に基づいて、
   前記速度指示値計算部は、
   前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値から並進運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値と前記並進運動の検出速度とから、その旋回運動の速度指示値を決定する第１の制御、又は
   前記指示値入力部が取得した旋回運動に関する指示値から、その旋回運動の速度指示値を決定し、かつ前記指示値入力部が取得した並進運動に関する指示値と前記旋回運動の検出速度とから、その並進運動の速度指示値を決定する第２の制御
   のいずれかを実行することを特徴とする請求項１に記載の電動車。
5. 前記指示値入力部から出力された指示値を入力とし、前記速度指示値計算部に対して指示値を出力する遅れ要素を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車。
6. 前記車輪駆動手段は、極性の異なる指示値を用いて前記左右車輪を可逆方向に回転制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動車。
7. 指示値入力部を介して取得された車両の並進運動及び旋回運動に対応する２次元の指示に基づいて、前記車両の重心における並進速度指示値及び旋回角速度指示値を算出する速度指示値計算部と、
   前記速度指示値計算部で算出された並進速度指示値及び旋回角速度指示値に対応するように、車両の左右車輪を独立に駆動する車輪駆動手段の制御を行う制御値を算出するための制御指令値計算部とを用いて、前記車輪駆動手段を駆動するための電動車駆動用制御プログラムであって、
   前記速度指示値計算部を、前記指示値入力部が取得した指示値から、前記車両の並進運
   動の速度指示値又は旋回運動のいずれか一方の速度指示値を決定し、決定した速度指示値に対応する検出速度から、他方の速度指示値を計算して決定するように機能させることを特徴とする電動車駆動用制御プログラム。

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