JP2015119817A - Personal vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動車いすなどのパーソナルビークルに関し、より詳細には、パーソナルビークルの走行方向の勾配負荷が変動するときの速度制御手段に関する。 The present invention relates to a personal vehicle such as an electric wheelchair, and more particularly to speed control means when a gradient load in the traveling direction of the personal vehicle varies.
電動車いすなどのパーソナルビークルが走行していて路面の走行方向の勾配負荷が変動すると、乗り心地が低下したり、走行安定性が低下したりする場合がある。例えば、電動車いすが平坦路から下り坂にさしかかると、勾配負荷が減少して速度が増加する。この速度増加が急激であると、乗員に過度の加速感を与えて乗り心地が低下する。さらには、急激な増速により転倒したりするおそれが増大する。一方、電動車いすが平坦路から上り坂にさしかかると、勾配負荷が増加して速度が減少するので、乗員に過度の減速感を与えるとともに、転倒したりするおそれが増大する。 When a personal vehicle such as an electric wheelchair is running and the gradient load in the running direction on the road surface fluctuates, the ride comfort may be lowered or the running stability may be lowered. For example, when an electric wheelchair approaches a downhill from a flat road, the gradient load decreases and the speed increases. If this speed increase is rapid, the rider feels excessive acceleration and the ride comfort is lowered. Furthermore, the risk of falling due to a rapid increase in speed increases. On the other hand, when the electric wheelchair approaches an uphill from a flat road, the gradient load increases and the speed decreases, which gives the passenger an excessive feeling of deceleration and increases the possibility of falling.
また、車体後部に配置された操作部を介助者が操作する介助式電動車いすの場合、介助者は急激な増速時にあわてて車体を押えたり、急激な減速時に車体を支えたりすることになる。つまり、勾配負荷の変動箇所で、介助者に負担がかかる。また、介助者は、介助式電動車いすの操作に細心の気配りが必要とされる。このような問題点を解消するために、路面の走行方向の勾配すなわちピッチ角に応じてパーソナルビークルの速度制御を変化させる技術例が、特許文献１に開示されている。
In addition, in the case of an assist-type electric wheelchair operated by an assistant at the operation part arranged at the rear of the vehicle body, the assistant will suddenly press the vehicle body during sudden acceleration or support the vehicle body during sudden deceleration. . In other words, the burden is placed on the caregiver at the location where the gradient load fluctuates. In addition, the caregiver is required to pay close attention to the operation of the assisting electric wheelchair. In order to solve such problems,
特許文献１に開示された電動車の走行制御装置は、走行路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を設け、下り走行時の増速と減速におけるモータの加速率を平坦地走行時よりも低くしたことを特徴としている。これにより、下り坂の途中で停止する場合に、負の加速率を平坦地走行時よりも低くして、前向きの慣性力を少なくして安全に停止できる、とされている。
The traveling control device for an electric vehicle disclosed in
また、本願出願人は、路面の幅方向の勾配すなわちロール角度に応じてパーソナルビークルの速度制御を変化させる技術例を特許文献２に開示している。特許文献２のパーソナルビークル制御装置は、車体のロール軸に対するロール角度に関する物理量及び車体のヨー軸に対する旋回角度に関する物理量を検知するための軸角度センサを備えている。そして、ロール角度及び原指令値に基づいて右車輪及び左車輪を駆動するための回転角速度に関する実指令値を求めるフィードフォワード制御に加え、旋回角度に関してフィードバック制御を行う。これにより、パーソナルビークルがカント走行するときに、車体のずり落ちが抑制されるので、直進走行性を確保できる。
The applicant of the present application discloses a technical example in which the speed control of the personal vehicle is changed according to the gradient in the width direction of the road surface, that is, the roll angle. The personal vehicle control device of
ところで、特許文献１の技術では、下り坂走行時の加速率及び減速率を平坦地走行時よりも小さく設定している。したがって、下り坂の途中でゆっくり加速及び減速でき、乗員に作用する衝撃を低減できる点で好ましい。しかしながら、加速率及び減速率が小さいと、勾配負荷の変化に対する速度追従制御性の低下が懸念される。例えば、平坦路走行から下り坂走行に変化するとき、勾配負荷の減少に伴う速度増加に対して十分な減速制御を行えず、結果的に従来制御よりも速度変動の増大するおそれがある。
By the way, with the technique of
また、特許文献２の技術は、検出したロール角度（路面の幅方向の勾配）の大きさに応じて左右の駆動輪の駆動力に差を設け、カント走行時の直進走行性を確保するものである。それゆえ、ピッチ角（路面の走行方向の勾配）の変動に対して一定速度を維持するために特許文献２の技術を用いても、効果は望めない。
Further, the technique of
パーソナルビークルで指令された速度を維持し、あるいは速度変動を抑制するために、実際の速度を検出してフィードバック制御することが従来から一般的に行われている。このフィードバック制御によって勾配負荷の変動に対応するためには、速度制御の応答性を高める必要がある。しかしながら、制御サイクルタイムを短縮して応答性を高めると、外乱の影響を受けやすくなる弊害が生じる。例えば、平坦路を定速走行する場合に、路面の微小な凹凸に過敏に応答して速度変動が増大するため、乗り心地が低下する。 Conventionally, in order to maintain the speed commanded by the personal vehicle or suppress the speed fluctuation, the actual speed is detected and feedback control is generally performed. In order to cope with the change in gradient load by this feedback control, it is necessary to improve the responsiveness of the speed control. However, if the control cycle time is shortened to increase the responsiveness, there is a problem that it is easily affected by disturbance. For example, when traveling on a flat road at a constant speed, the speed fluctuation increases in response to minute irregularities on the road surface, so that the ride comfort is reduced.
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ピッチ角速度を検出して速度制御に用いることにより、路面の勾配負荷（ピッチ角）が変動したときの速度変動を抑制したパーソナルビークルを提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the background art, and by detecting the pitch angular speed and using it for speed control, speed fluctuation when the road gradient load (pitch angle) fluctuates is suppressed. Providing a personal vehicle is an issue to be solved.
上記課題を解決する本発明のパーソナルビークルは、車体と、前記車体の左右に設けられた左駆動輪及び右駆動輪と、前記車体の走行に関する指令信号を入力する操作部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪を独立して回転駆動する駆動部と、前記左駆動輪及び前記右駆動輪の回転数を検出する回転数検出部と、前記指令信号ならびに前記左駆動輪及び前記右駆動輪の回転数に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、を備えたパーソナルビークルであって、前記車体のピッチ軸周りの角速度に関する物理量を検出してピッチ角速度を求めるピッチ角速度検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記指令信号に基づいて前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標車軸角速度を演算する車軸角速度演算手段と、求めたピッチ角速度に応じて前記目標車軸角速度を補正する車軸角速度補正手段と、補正後の目標車軸角速度に基づいて前記駆動部の駆動力を制御する駆動力制御手段と、を有する。 The personal vehicle of the present invention that solves the above-described problems includes a vehicle body, left drive wheels and right drive wheels provided on the left and right sides of the vehicle body, an operation unit that inputs a command signal related to travel of the vehicle body, and the left drive wheel. And a drive unit for independently rotating the right drive wheel, a rotation number detection unit for detecting the rotation number of the left drive wheel and the right drive wheel, the command signal, the left drive wheel and the right drive wheel A control unit that controls the drive unit based on the number of rotations of the vehicle, further comprising a pitch angular velocity detection unit that detects a physical quantity related to an angular velocity around the pitch axis of the vehicle body to obtain a pitch angular velocity. The control unit includes an axle angular velocity calculation means for calculating a target axle angular velocity of the left driving wheel and the right driving wheel based on the command signal, and the target vehicle according to the obtained pitch angular velocity. Having an axle angular velocity correcting means for correcting the angular velocity, and a drive force control means for controlling the driving force of the driving unit based on the target axle angular velocity after correction.
さらに、前記車軸角速度補正手段は、前記求めたピッチ角速度に比例した補正量だけ前記目標車軸角速度を補正することが好ましい。 Further, it is preferable that the axle angular velocity correction means corrects the target axle angular velocity by a correction amount proportional to the obtained pitch angular velocity.
本発明によれば、パーソナルビークルが走行しているときにピッチ角速度を求めて路面の勾配負荷の変動を把握し、ピッチ角速度がゼロでないとき、換言すると勾配負荷が変動しているときに目標車軸角速度を補正する。これにより、勾配負荷の変動に基づく制御を行って、速度変動を抑制できる。また、勾配負荷が変動しているときに限って補正を行い、かつ速度制御の応答性を高める必要がないので、常時の乗り心地に影響は生じない。さらに、介助式電動車いすでは、介助者の負担を従来よりも軽減することができる。 According to the present invention, when the personal vehicle is running, the pitch angular velocity is obtained to grasp the change in the gradient load on the road surface. When the pitch angular velocity is not zero, in other words, when the gradient load is changing, the target axle is Correct the angular velocity. Thereby, the control based on the fluctuation of the gradient load can be performed to suppress the speed fluctuation. Further, it is not necessary to perform correction only when the gradient load fluctuates and to improve the speed control responsiveness, so there is no effect on the riding comfort at all times. Further, in the assisting type electric wheelchair, the burden on the assistant can be reduced as compared with the conventional case.
さらに、車軸角速度補正手段がピッチ角速度に比例した補正量だけ目標車軸角速度を補正する態様では、勾配負荷の変動の大小に対応して適正な補正量を用いることができる。これにより、制御が高精度化されるので、速度変動を大幅にかつ確実に抑制できる。 Further, in the aspect in which the axle angular velocity correction means corrects the target axle angular velocity by a correction amount proportional to the pitch angular velocity, an appropriate correction amount can be used corresponding to the magnitude of the gradient load fluctuation. Thereby, since control is highly accurate, a speed fluctuation can be suppressed significantly and reliably.
本発明の実施形態のパーソナルビークルについて、図１〜図６を参考にして説明する。実施形態のパーソナルビークルは電動車いす１であり、まず、その全体構成について説明する。図１は、実施形態のパーソナルビークルである電動車いす１の全体構成を示す背面図である。電動車いす１は、車体２、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒ、操作部４、左駆動部５Ｌ及び右駆動部５Ｒなどで構成されている。
A personal vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The personal vehicle of the embodiment is an
車体２は、概ね左右対称形状をしている。車体２は、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒ、着座部２２Ａ、背もたれ部２２Ｂ、左アームレスト２３Ｌ及び右アームレスト２３Ｒ、左フットレスト２４Ｌ及び右フットレスト２４Ｒ、ならびに左転倒防止バー２５Ｌ及び右転倒防止バー２５Ｒなどからなる。左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒは、離隔平行して垂直に配置され、Ｘ字状に交差する２本の結合部材２１１、２１２によって結合されている。着座部２２Ａは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの略中間高さ位置に配設され、左側面部２１Ｌから右側面部２１Ｒまで概ね水平に架け渡されている。背もたれ部２２Ｂは、着座部２２Ａの後縁から上方に延在して、左側面部２１Ｌから右側面部２１Ｒまで架け渡されている。背もたれ部２２Ｂの後ろ側には、走行用電源及び制御用電源を兼ねるバッテリ２９が配設されている。
The
左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの上端後部から後方に延出するように、左ハンドル部２７Ｌ及び右ハンドル部２７Ｒが配設されている。左アームレスト２３Ｌ及び右アームレスト２３Ｒは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの上方寄りの外側から左右両側に略水平に張り出すように配設されている。左フットレスト２４Ｌ及び右フットレスト２４Ｒは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの下方寄りの内側に延出するように配設されている。左転倒防止バー２５Ｌ及び右転倒防止バー２５Ｒは、左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの下端から後方に延出するように配設されている。
The
左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの外側の下方の後方寄りに、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒが設けられている。左駆動輪３Ｌの車軸は左側面部２１Ｌによって回転可能に軸承され、右駆動輪３Ｒの車軸は右側面部２１Ｒによって回転可能に軸承されている。左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの下方の前方寄りに、図１には見えない左前輪及び右前輪が回転可能に設けられている。
The left
右アームレスト２３Ｒの上面の前方寄りに、概ね直方体形状の操作部４が配設されている。操作部４は、その上面から突出したジョイスティック４１を有している。左側面部２１Ｌ及び右側面部２１Ｒの後ろ側の着座部２２Ａよりも少し低い位置に、概ね直方体形状の左駆動部５Ｌ及び右駆動部５Ｒが配設されている。左駆動部５Ｌは左駆動輪３Ｌの車軸に臨んでおり、右駆動部５Ｌは右駆動輪３Ｒの車軸に臨んでいる。
A substantially rectangular parallelepiped-shaped operation section 4 is disposed near the front of the upper surface of the
乗員は、着座部２２Ａに着座して背もたれ部２２Ｂにもたれかかり、左アームレスト２３Ｌ及び右アームレスト２３Ｒに手を載せ、左フットレスト２４Ｌ及び右フットレスト２４Ｒに足を載せて電動車いす１に乗ることができる。さらに乗員は、手でジョイスティック４１を操作することができる。なお、乗員が左利きの場合、左アームレスト２３Ｌの上面の前方寄りに操作部４を移動して設けることができる。また、介助者は、左ハンドル部２７Ｌ及び右ハンドル部２７Ｒを持って電動車いす１を支えたり、押動操作して電動車いす１を移動させたりすることができる。なお、電動車いす１は、操作部４が車体２の後部に配設されて介助者に操作されるタイプの介助式電動車いすであってもよい。
The occupant can sit on the
次に、電動車いす１の駆動系及び制御系の構成について説明する。図２は、実施形態の電動車いす１の駆動系及び制御系の構成を説明する機能構成図である。図示されるように、駆動系及び制御系は、操作部４、左駆動部５Ｌ、及び右駆動部５Ｒで構成されている。左駆動部５Ｌは主に左駆動輪３Ｌの駆動及び制御を担当し、右駆動部５Ｌは主に右駆動輪３Ｒの駆動及び制御を担当する。操作部４は、乗員からの指令信号Ｓ１を受け取り、必要な情報を表示するマンマシンインターフェース機能を備える。また、操作部４は、指令信号Ｓ１に対する演算処理機能を備える。さらに、操作部４は、左駆動部５Ｌ及び右駆動部５Ｒを協調作動させるメインコントロール機能を備えている。
Next, the structure of the drive system and control system of the
操作部４は、ジョイスティック４１及びメインコントローラ４２からなる。ジョイスティック４１は、乗員の操作によって任意の方向に傾動する。ジョイスティック４１は、乗員の操作を指令信号Ｓ１に変換してメインコントローラ４２の操作制御部４３に入力する。ジョイスティック４１が傾動する方向は電動車いす１の進行方向を指令し、傾動角度は走行速度を指令する。つまり、傾動角度が大きいほど電動車いす１は高速で走行する。
The operation unit 4 includes a
メインコントローラ４２は、操作制御部４３、操作通信部４４、スイッチ４５、表示部４６、及び操作電源部４７で構成されている。スイッチ４５は、乗員が操作して速度レンジを設定する部位である。速度レンジは、例えば第１〜第５速度レンジとして、各速度レンジで異なる上限速度に規制することができる。具体的に、例えば、第１速度レンジではジョイスティック４１の傾動角度を最大にしたときに時速１ｋｍで走行し、第５速度レンジではジョイスティック４１の傾動角度を最大にしたときに時速６ｋｍで走行するように設定できる。表示部４６は、設定されている速度レンジや、バッテリ２９の蓄電状況などを乗員に向けて表示する。表示する情報は、上記に限定されず、例えば、現在の速度をバーグラフで表示してもよい。
The
操作制御部４３は、ジョイスティック４１からの指令信号Ｓ１を受け取り、スイッチ４５から速度レンジの設定信号を受け取り、表示部４６に表示内容を指令する。また、操作制御部４３は、指令信号Ｓ１に対する演算処理を行う。操作通信部４４は、操作制御部４３と他装置とを双方向通信可能に接続して、情報を授受できるようにしている。操作電源部４７は、バッテリ２９から電源供給を受け、電源電圧を安定化してメインコントローラ４２内の各部４３〜４６に電源供給する。メインコントローラ４２には、例えば、ＣＰＵ、メモリ、及び入出力部を有してソフトウェアで作動する電子制御装置を用いることができる。
The
左駆動部５Ｌは、左モータ５１Ｌ、左回転数センサ５２Ｌ、及び左コントローラ５３Ｌからなる。左モータ５１Ｌは、その出力軸が左駆動輪３Ｌの車軸に回転連結されており、左駆動輪３Ｌを回転駆動する。左モータ５１Ｌの種類に特別な制約はないが、正転及び逆転の両方向に回転できることが好ましい。左回転数センサ５２Ｌは、左駆動輪３Ｌの車軸の近傍に配設されており、左駆動輪３Ｌの左回転数ＮＬを検出し、左回転数信号に変換して出力する。
The
左コントローラ５３Ｌは、左制御部５４Ｌ、左通信部５５Ｌ、左モータ駆動部５６Ｌ、及び左電源部５８Ｌで構成されている。左モータ駆動部５６Ｌは、左制御部５４Ｌからの左駆動信号ＤＬに基づいて、左モータ５１Ｌに印加する左駆動電圧ＶＬを調整する。また、左モータ駆動部５６Ｌは、左モータ５１Ｌに流れる左駆動電流を左電流信号に変換して出力する。左制御部５４Ｌは、左回転数センサ５２Ｌから左回転数信号を受け取り、左モータ駆動部５６Ｌから左電流信号を受け取る。そして、左制御部５４Ｌは、主に左駆動輪３Ｌの駆動及び制御に係わる演算処理を行い、左モータ駆動部５６Ｌに左駆動信号ＤＬを指令する。
The
左通信部５５Ｌは、左制御部５４と他装置とを双方向通信可能に接続して、情報を授受できるようにしている。左電源部５８Ｌは、バッテリ２９から電源供給を受け、電源電圧を安定化して左コントローラ５３Ｌ内の各部５４Ｌ〜５６Ｌに電源供給する。左電源部５８Ｌは、さらに、前記の左駆動電圧ＶＬを供給する。左コントローラ５３Ｌには、例えば、ＣＰＵ、メモリ、及び入出力部を有してソフトウェアで作動する電子制御装置を用いることができる。
The
右駆動部５Ｒは、右モータ５１Ｒ、右回転数センサ５２Ｒ、及び右コントローラ５３Ｒからなる。右コントローラ５３Ｒは、右制御部５４Ｒ、右通信部５５Ｒ、右モータ駆動部５６Ｒ、右電源部５８Ｒ、ピッチ角速度センサ８１、及び傾斜センサ８２で構成されている。上記したうちの右モータ５１Ｒ、右回転数センサ５２Ｒ、右通信部５５Ｒ、右モータ駆動部５６Ｒ、及び右電源部５８Ｒの機能は左駆動部５Ｌと同様であるので、説明は省略する。
The
ピッチ角速度センサ８１は、車体２のピッチ軸周りの角速度、すなわちピッチ角速度αを検出し、ピッチ角速度信号に変換して出力する。ピッチ角速度センサ８１として、例えばジャイロセンサを用いる。傾斜センサ８２は、車体２のピッチ軸周りの傾斜角度、すなわちピッチ角θを検出し、傾斜信号に変換して出力する。傾斜センサ８２として、例えば、作用している力を検出して加速度に換算する方式の加速度センサを用いる。この方式の加速度センサによれば、重力の方向を検出してピッチ角θを検出することができる。
The pitch
ピッチ角速度センサ８１及び傾斜センサ８２は、上記に限定されず他の検出方式のセンサを用いてもよい。例えば、傾斜センサ８２によりピッチ角θを一定時間間隔で検出してデータ化し、ピッチ角θのデータ列に微分演算を施してピッチ角速度αを求めるようにしてもよい。また、ピッチ角速度センサ８１及び傾斜センサ８２の配設位置は、右駆動部５Ｒの内部に限定されず、操作部４または左駆動部５Ｌの内部や、それ以外の箇所であってもよい。この場合、ピッチ角速度センサ８１及び傾斜センサ８２は、操作制御部４３、左制御部５４Ｌ、及び右制御部５４Ｒのいずれかにピッチ角速度信号及び傾斜信号を出力すればよい。
The pitch
右制御部５４Ｒは、右回転数センサ５２Ｒが検出した右回転数ＮＲの右回転数信号を受け取り、右モータ駆動部５６Ｒから右電流信号を受け取る。また、右制御部５４Ｒは、ピッチ角速度センサ８１からピッチ角速度信号を受け取り、傾斜センサ８２から傾斜信号を受け取る。そして、右制御部５４Ｒは、主に右駆動輪３Ｒの駆動及び制御に係わる演算処理を行い、右モータ駆動部５６Ｒに右駆動信号ＤＲを指令する。
The
ここで、左モータ駆動部５６Ｌ及び右モータ駆動部５６Ｒは、独立して左駆動電圧ＶＬ及び右駆動電圧ＶＲを調整することができるので、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒを独立して回転駆動する本発明の駆動部に相当する。また、左回転数センサ５２Ｌ及び右回転数センサ５２Ｒは、本発明の回転数検出部に相当する。さらに、ピッチ角速度センサ８１は、本発明のピッチ角速度検出手段に相当する。
Here, since the left
操作制御部４３、左制御部５４Ｌ、及び右制御部５４Ｒは、それぞれの通信部４４、５５Ｌ、５５Ｒで双方向通信可能に接続されて、情報を授受できるようになっている。そして、３つの制御部４３、５４Ｌ、５４Ｒは、協動して電動車いす１の速度を制御する。したがって、操作制御部４３、左制御部５４Ｌ、及び右制御部５４Ｒは、指令信号Ｓ１ならびに左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの回転数ＮＬ、ＮＲに基づいて駆動部を制御する本発明の制御部を構成する。制御部の構成は上述に限定されず、例えば１つのコントローラで集中制御する構成であってもよい。３つの制御部４３、５４Ｌ、５４Ｒの機能分担に制約は無いので、以降では単に制御部の機能として説明する。
The
次に、電動車いす１の速度制御の方法について説明する。図３は、実施形態の電動車いす１で速度制御を行う制御部の機能ブロック図の概要である。図示されるように、制御部は、指令信号Ｓ１及びピッチ角速度αを入力とし、左回転数ＮＬ及び右回転数ＮＲをフィードバック入力として、左駆動信号ＤＬ及び右駆動信号ＤＲを演算する。
Next, a method for speed control of the
図３でジョイスティック４１から入力される指令信号Ｓ１は、傾動する前後方向成分と左右方向成分とに分離される。前後方向成分は車体２を直進させる速度成分を意味し、左右方向成分は車体２をその場で回転させる回転成分を意味する。制御部は、機能ブロックＢ１で、指令信号Ｓ１の前後方向成分に入力フィルタ処理を施すとともに、異常値判定を行う。入力フィルタ処理は、指令信号Ｓ１を平滑化するものである。入力フィルタは、例えば、一般的なディジタル演算方式のローパスフィルタとすることができる。これに限定されず、例えば、入力フィルタは、指令信号Ｓ１の急激な変化を所定範囲内に限定する機能を有していてもよい。異常値判定では、指令信号Ｓ１の不合理な急変などの異常を判定する。入力フィルタ処理及び異常値判定により、ジョイスティック４１の操作のふらつきや電気的なノイズなどの影響を低減できる。
The command signal S1 input from the
制御部は、次に機能ブロックＢ２で、指令信号Ｓ１の前後方向成分に基づいて、目標車軸角速度の速度成分ω１を演算する。演算に必要な駆動輪３Ｌ、３Ｒの有効半径などの情報は、あらかじめ制御部内に記憶されている。制御部は、機能ブロックＢ３で、ピッチ角速度αに入力フィルタ処理を施すとともに、異常値判定を行う。入力フィルタ処理及び異常値判定の内容は、機能ブロックＢ１と同様である。制御部は、次に機能ブロックＢ４で、ピッチ角速度αに定数Ｋｐを乗算して補正量ω２とする。定数Ｋｐの具体的な大きさは、予め実験的に定めておくことができる。
Next, in the functional block B2, the control unit calculates a speed component ω1 of the target axle angular velocity based on the longitudinal component of the command signal S1. Information such as effective radii of the
制御部は、次に加算器Ｂ５により、目標車軸角速度の速度成分ω１を補正量ω２だけ補正して補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３とする。補正量ω２の正負の符号は、電動車いす１の速度変動が小さくなる一方を選択する。制御部は、機能ブロックＢ６で、まず、補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３に、指令信号Ｓ１の左右方向成分から演算された回転成分を合成する。次に、フィードバック入力された左回転数ＮＬ及び右回転数ＮＲを考慮して、左駆動信号ＤＬ及び右駆動信号ＤＲを演算する。機能ブロックＢ６の演算処理内容は、公知の各種方法を適宜応用できるので詳述は略する。左駆動信号ＤＬは、左制御部５４Ｌから左モータ駆動部５６Ｌに指令され、右駆動信号ＤＲは、右制御部５４Ｒから右モータ駆動部５６Ｒに指令される。
Next, the control unit corrects the speed component ω1 of the target axle angular velocity by the correction amount ω2 by the adder B5 to obtain a corrected speed component ω3 of the target axle angular speed. The sign of the correction amount ω2 is selected so that the speed fluctuation of the
以上の説明から分かるように、機能ブロックＢ１及び機能ブロックＢ２は、本発明の車軸角速度演算手段に相当する。また、機能ブロックＢ３、機能ブロックＢ４、及び加算器Ｂ５は、本発明の車軸角速度補正手段に相当する。さらに、機能ブロックＢ６は、本発明の駆動力制御手段に相当する。 As can be seen from the above description, the functional block B1 and the functional block B2 correspond to the axle angular velocity calculating means of the present invention. Further, the functional block B3, the functional block B4, and the adder B5 correspond to the axle angular velocity correcting means of the present invention. Furthermore, the functional block B6 corresponds to the driving force control means of the present invention.
なお、図３には省略されているが、制御部は、傾斜センサ８２の傾斜信号に基づくフィードフォワード制御を行う。具体的に、制御部は、ピッチ角θに対応して下り坂で補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３を小さめに補正し、上り坂で補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３を大きめに補正する。ただし、傾斜信号に基づくフィードフォワード制御は、本発明や実施形態において必須でない。
Although omitted in FIG. 3, the control unit performs feedforward control based on the tilt signal of the
次に、上述のように構成された実施形態の電動車いす１の作用について、従来技術の電動車いすと比較した比較走行実験の結果を参考にして説明する。従来技術の電動車いすは、実施形態の電動車いす１に類似した全体構成で、制御部の機能も類似し、次の２点が異なっている。すなわち、従来技術の電動車いすは、ピッチ角速度センサ８１を備えず、制御部に機能ブロックＢ３、Ｂ４及び加算器Ｂ５を有さない。
Next, the operation of the
図４は、実施形態の電動車いす１及び従来技術の電動車いすを用いて行った比較走行実験を説明する図である。比較走行実験の走行路は、図中の左側から右側へと第１平坦路９１、ピッチ角θが一定の下り坂９２、及び第２平坦路９３が連なって形成されている。位置Ｐ１は下り坂９２の始点であり、位置Ｐ２は下り坂９２の終点である。実験条件としては、ジョイスティック４１の傾動方向を正面方向としつつ傾動角度を固定して一定の走行速度Ｖ０を設定し、走行路を直進下降する走行条件を設定した。また、測定項目として、ピッチ角速度センサ８１で検出されたピッチ角速度α、傾斜センサ８２で検出されたピッチ角θ、ならびに検出された左回転数ＮＬ及び右回転数ＮＲから演算される走行速度Ｖを採用した。
FIG. 4 is a diagram illustrating a comparative running experiment performed using the
図５は、実施形態の電動車いす１を用いた比較走行実験の測定結果を示す図である。また、図６は、従来技術の電動車いすを用いた比較走行実験の測定結果を示す図である。図５及び図６の横軸は、電動車いす１の左前輪及び右前輪の位置を示している。図５の縦軸は、ピッチ角速度αａ、ピッチ角θａ、及び走行速度Ｖａで共通に用いられ、図６の縦軸は、ピッチ角θｂ及び走行速度Ｖｂで共通に用いられている。ここで、ピッチ角θａ、θｂは、電動車いす１の前傾姿勢を正値で表し、ピッチ角速度αａは、電動車いす１が水平姿勢から前傾姿勢へと傾いていくときを正値で表す。
FIG. 5 is a diagram illustrating measurement results of a comparative running experiment using the
図５の実施形態で測定されたピッチ角θａと、図６の従来技術で測定されたピッチ角θｂとは一致する。詳述すると、電動車いす１は、第１平坦路９１を走行している間は水平姿勢を維持し、ピッチ角θａ、θｂはゼロで一定になる。電動車いす１の左前輪及び右前輪が下り坂９２の始点Ｐ１にさしかかると、以降ピッチ角θａ、θｂは徐々に増加する。そして、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒが下り坂９２の始点Ｐ１に到達すると、電動車いす１は図４に示された下り坂９２のピッチ角θだけ前傾した前傾姿勢になる。このとき、測定されるピッチ角θａ、θｂもピッチ角θに一致する。電動車いす１が下り坂９２の途中を走行している間、ピッチ角θａ、θｂはピッチ角θで一定になる。左前輪及び右前輪が下り坂９２の終点Ｐ２にさしかかると、以降ピッチ角θａ、θｂは徐々に減少する。そして、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒが下り坂９２の終点Ｐ２を通り過ぎて電動車いす１が水平姿勢に戻ると、ピッチ角θａ、θｂもゼロに戻る。その後、電動車いす１が第２平坦路９２を走行している間、ピッチ角θａ、θｂはゼロで一定になる。
The pitch angle θa measured in the embodiment of FIG. 5 and the pitch angle θb measured in the prior art of FIG. More specifically, the
図５の実施形態において、ピッチ角θａの波形の傾きに相当するピッチ角速度αａが測定されている。ピッチ角速度αａは、下り坂９２の始点Ｐ１付近で電動車いす１が水平姿勢から前傾姿勢に姿勢変化する間は正値となる。この正値の波形は、概ね三角形状になっている。また、ピッチ角速度αａは、下り坂９２の終点Ｐ２付近で電動車いす１が前傾姿勢から水平姿勢に姿勢変化する間は負値となる。この負値の波形は、概ね三角形状になっている。ピッチ角速度αａは、走行路の下り坂９２の始点Ｐ１付近と終点Ｐ２付近を除いた位置ではゼロになる。
In the embodiment of FIG. 5, the pitch angular velocity αa corresponding to the slope of the waveform of the pitch angle θa is measured. The pitch angular velocity αa has a positive value while the
実施形態において、図３の機能ブロックＢ４で説明したように、測定されたピッチ角速度αａに定数Ｋｐを乗算して補正量ω２とする。次に、図３の加算器Ｂ５で、目標車軸角速度の速度成分ω１を補正量ω２だけ補正して補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３とする。このとき、補正量ω２の正負の符号は、電動車いす１の速度変動が小さくなる一方を選択する。つまり、下り坂９２の始点Ｐ１付近では、電動車いす１の増速を抑制するように補正量ω２を減算して、補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３が小さめとなるように補正する。また、下り坂９２の終点Ｐ２付近では、電動車いす１の減速を抑制するように補正量ω２を加算して、補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３が大きめとなるように補正する。
In the embodiment, as described in the functional block B4 of FIG. 3, the measured pitch angular velocity αa is multiplied by a constant Kp to obtain a correction amount ω2. Next, the adder B5 in FIG. 3 corrects the speed component ω1 of the target axle angular velocity by the correction amount ω2 to obtain a corrected speed component ω3 of the target axle angular velocity. At this time, the sign of the correction amount ω2 is selected so that the speed fluctuation of the
この補正により、実施形態では図５に示される走行速度Ｖａが得られる。一方、ピッチ角速度αａによる補正を行わない従来技術では図６に示される走行速度Ｖｂが得られる。両者ともに、下り坂９２の始点Ｐ１付近で走行速度Ｖａ、Ｖｂが増加し、下り坂９２の終点Ｐ２付近で走行速度Ｖａ、Ｖｂが減少している。しかしながら、両者の増減の変動量には明らかに差異があり、実施形態の走行速度Ｖａの変動は、従来技術の走行速度Ｖｂの変動よりも大幅に抑制されている。 By this correction, the traveling speed Va shown in FIG. 5 is obtained in the embodiment. On the other hand, in the prior art in which correction by the pitch angular velocity αa is not performed, the traveling speed Vb shown in FIG. 6 is obtained. In both cases, the traveling speeds Va and Vb increase near the starting point P1 of the downhill 92, and the traveling speeds Va and Vb decrease near the end point P2 of the downhill 92. However, there is a clear difference in the amount of change in the increase / decrease between the two, and the fluctuation in the traveling speed Va in the embodiment is significantly suppressed as compared with the fluctuation in the traveling speed Vb in the prior art.
実施形態の電動車いす１は、車体２と、車体２の左右に設けられた左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒと、車体２の走行に関する指令信号Ｓ１を入力する操作部（ジョイステック４１）と、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒを独立して回転駆動する駆動部（左モータ駆動部５６Ｌ及び右モータ駆動部５６Ｒ）と、左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの回転数ＮＬ、ＮＲを検出する回転数検出部（左回転数センサ５２Ｌ及び右回転数センサ５２Ｒ）と、指令信号Ｓ１ならびに左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの回転数ＮＬ、ＮＲに基づいて駆動部を制御する制御部（操作制御部４３、左制御部５４Ｌ、右制御部５４Ｒ）と、を備えた電動車いす１であって、車体２のピッチ軸周りの角速度に関する物理量を検出してピッチ角速度αを求めるピッチ角速度センサ８１をさらに備え、制御部は、指令信号Ｓ１に基づいて左駆動輪３Ｌ及び右駆動輪３Ｒの目標車軸角速度の速度成分ω１を演算する車軸角速度演算手段（機能ブロックＢ１及び機能ブロックＢ２）と、求めたピッチ角速度αに応じて目標車軸角速度の速度成分ω１を補正する車軸角速度補正手段（機能ブロックＢ３、機能ブロックＢ４、及び加算器Ｂ５）と、補正後の目標車軸角速度の速度成分ω３に基づいて駆動部の駆動力（左駆動信号ＤＬ及び右駆動信号ＤＲ）を制御する駆動力制御手段（機能ブロックＢ６）と、を有する。
The
実施形態によれば、電動車いす１が走行しているときにピッチ角速度αを求めて路面の勾配負荷の変動を把握し、ピッチ角速度αがゼロでないとき、換言すると勾配負荷が変動しているときに目標車軸角速度の速度成分ω１を補正する。これにより、勾配負荷の変動に基づく制御を行って、速度変動を抑制できる。また、勾配負荷が変動しているときに限って補正を行い、かつ速度制御の応答性を高める必要がないので、常時の乗り心地に影響は生じない。さらに、介助式電動車いすでは、介助者の負担を従来よりも軽減することができる。
According to the embodiment, when the
さらに、車軸角速度補正手段がピッチ角速度αに定数Ｋｐを乗算した補正量ω２だけ目標車軸角速度の速度成分ω１を補正するので、勾配負荷の変動の大小に対応して適正な補正量を用いることができる。これにより、制御が高精度化されるので、速度変動を大幅にかつ確実に抑制できる。 Further, since the axle angular velocity correction means corrects the speed component ω1 of the target axle angular velocity by the correction amount ω2 obtained by multiplying the pitch angular velocity α by the constant Kp, it is necessary to use an appropriate correction amount corresponding to the magnitude of the gradient load fluctuation. it can. Thereby, since control is highly accurate, a speed fluctuation can be suppressed significantly and reliably.
なお、本発明のパーソナルビークルは、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施できることは言うまでもない。例えば、図３の機能ブロックＢ４で、ピッチ角速度αに定数Ｋｐを乗算する以外の方法で補正量ω２を演算するようにしてもよい。 It should be noted that the personal vehicle of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Needless to say. For example, in the function block B4 in FIG. 3, the correction amount ω2 may be calculated by a method other than multiplying the pitch angular velocity α by a constant Kp.
本発明は、実施形態で説明した電動車いす１以外にも、個人用乗物などに代表されるパーソナルビークルに広く利用することができる。
In addition to the
１：電動車いす（パーソナルビークル）
２：車体 ３Ｌ：左駆動輪 ３Ｒ：右駆動輪
４：操作部 ４１：ジョイスティック
４２：メインコントローラ ４３：操作制御部 ４４：操作通信部
５Ｌ：左駆動部 ５１Ｌ：左モータ ５２Ｌ：左回転数センサ
５３Ｌ：左コントローラ ５４Ｌ：左制御部 ５６Ｌ：左モータ駆動部
５Ｒ：右駆動部 ５１Ｒ：右モータ ５２Ｒ：右回転数センサ
５３Ｒ：右コントローラ ５４Ｒ：右制御部 ５６Ｒ：右モータ駆動部
８１：ピッチ角速度センサ ８２：傾斜センサ
９１：第１平坦路 ９２：ピッチ角が一定の下り坂 ９３：第２平坦路
Ｓ１：指令信号 α、αａ：ピッチ角速度
θａ、θｂ：ピッチ角 Ｖａ、Ｖｂ：走行速度
Ｐ１：下り坂の始点 Ｐ２：下り坂の終点
1: Electric wheelchair (personal vehicle)
2:
Claims (2)
前記車体のピッチ軸周りの角速度に関する物理量を検出してピッチ角速度を求めるピッチ角速度検出手段をさらに備え、
前記制御部は、
前記指令信号に基づいて前記左駆動輪及び前記右駆動輪の目標車軸角速度を演算する車軸角速度演算手段と、
求めたピッチ角速度に応じて前記目標車軸角速度を補正する車軸角速度補正手段と、
補正後の目標車軸角速度に基づいて前記駆動部の駆動力を制御する駆動力制御手段と、を有するパーソナルビークル。 A vehicle body, left drive wheels and right drive wheels provided on the left and right sides of the vehicle body, an operation unit for inputting a command signal relating to travel of the vehicle body, and the left drive wheel and the right drive wheel are independently rotated. A drive unit, a rotation number detection unit that detects rotation numbers of the left drive wheel and the right drive wheel, and the drive unit are controlled based on the command signal and the rotation numbers of the left drive wheel and the right drive wheel. A personal vehicle comprising a control unit,
Pitch angular velocity detecting means for detecting a physical quantity related to the angular velocity around the pitch axis of the vehicle body to obtain the pitch angular velocity,
The controller is
Axle angular velocity calculation means for calculating a target axle angular velocity of the left driving wheel and the right driving wheel based on the command signal;
Axle angular velocity correction means for correcting the target axle angular velocity according to the obtained pitch angular velocity;
And a driving force control means for controlling the driving force of the driving unit based on the corrected target axle angular velocity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013264948A JP2015119817A (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | Personal vehicle |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108501768A (en) * | 2018-03-29 | 2018-09-07 | 南京航空航天大学 | A kind of two-wheeled method for control speed based on Z axis gyroscope and difference in wheel |
| EP4035926A1 (en) * | 2021-01-28 | 2022-08-03 | Suzuki Motor Corporation | Small electric vehicle |
| EP4035927A1 (en) * | 2021-01-28 | 2022-08-03 | Suzuki Motor Corporation | Small electric vehicle |
-
2013
- 2013-12-24 JP JP2013264948A patent/JP2015119817A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108501768B (en) * | 2018-03-29 | 2021-05-07 | 南京航空航天大学 | Two-wheel speed control method based on Z-axis gyroscope and wheel speed difference |
| EP4035926A1 (en) * | 2021-01-28 | 2022-08-03 | Suzuki Motor Corporation | Small electric vehicle |
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