JP2022115570A - 小型電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】別途切り替えスイッチを用いず、ジョイスティック型操作子のみで前進・後進・旋回、停止・急停止を含む操作を行える小型電動車両を提供する。【解決手段】小型電動車両は、進退方向および幅方向を有する車体と、前記車体の幅方向に離間して設けられた左右駆動輪と、前記左右駆動輪に個別に動力伝達可能に接続された左右モータと、ジョイスティック型の操作子を有する操作部と、前記操作子の操作量に従って前記左右モータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、走行中に前記操作子が中立位置に戻った場合は減速停止制御を実行し、所定閾値以上の速度で前進走行中に前記操作子が後方に傾倒された場合は、左右方向の操作量に拘わらず急停止制御を実行するように構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、小型電動車両に関する。

高齢者など歩行に負担を抱える利用者のための手押し車型の電動歩行補助車や電動車いすなどの小型電動車両が公知である。例えば、特許文献１には、ジョイスティック型操縦手段の操作子が真後ろに倒された場合は車両を停止させ、左右後方に倒された場合は定位置回転するように構成された小型電動車両（電動車いす）が開示されている。

特開２０１４－６４６２０号公報

特許文献１の電動車では、通常は後退が禁止されており、後進する場合は、別のスイッチを操作して後進走行に切り替える必要があるうえ、その場合には前進走行が禁止されるので、前進と後進を繰り返して停止位置を調整するような場合の操作性に問題があった。また、緊急時に急停止させる機能はなく安全性に課題があった。

本発明は、従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、別途切り替えスイッチを用いず、ジョイスティック型操作子のみで前進・後進・旋回、停止・急停止を含む操作を行える小型電動車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る小型電動車両は、
進退方向および幅方向を有する車体と、
前記車体の幅方向に離間して設けられた左右駆動輪と、
前記左右駆動輪に個別に動力伝達可能に接続された左右モータと、
ジョイスティック型の操作子を有する操作部と、
前記操作子の操作量に従って前記左右モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、走行中に前記操作子が中立位置に戻った場合は、減速停止制御を実行し、所定閾値以上の速度で前進走行中に前記操作子が後方に傾倒された場合は、左右方向の操作量に拘わらず急停止制御を実行するように構成されている。

本発明に係る小型電動車両は、上記のように、走行中に前記操作子が中立位置に戻った場合は、減速停止制御を実行し、所定閾値以上の速度で前進走行中に前記操作子が後方に傾倒された場合は、左右方向の操作量に拘わらず急停止制御を実行するように構成されているので、切り替えスイッチやブレーキレバーを用いず、ジョイスティック型操作子のみで前進・後進・旋回、停止・急停止を含む操作を状況に応じて実行でき、操作の簡潔性、利便性や安全性の向上、構造の簡素化、および、部品点数の削減に有利である。

小型電動車両を示す側面図である。 小型電動車両の制御系統を示すブロック図である。 通常制御（ａ）および急停止制御（ｂ）におけるジョイスティック制御マップである。 通常制御および急停止制御における目標減速度を示す減速マップである。 小型電動車両の通常制御および急停止制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、本発明実施形態に係る電動車両１は、移動ベース２１（下部走行体）およびその後部（後側ベース２４）に立設された上部フレーム２２からなる車体２を備えており、図中実線で示される小型電動車モード（乗車モード１）と、図中２点鎖線で示される歩行補助車モード（１′）とで利用可能である。

移動ベース２１は、左右の駆動輪４（後輪）および上部フレーム２２が設けられた後側ベース２４（本体部）と、左右の従動輪５（前輪）が設けられた前側ベース２５を備え、前側ベース２５は、後側ベース２４の前側に前後方向に摺動可能に連結されており、移動ベース２１はホイールベースが伸縮可能に構成されている。

左右の駆動輪４は、後側ベース２４に搭載された左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）により独立して駆動される。左右の従動輪５は、接地部に周方向の軸周りに回転可能な多数のローラ５０を備えた自在輪（オムニホイール、全方位車輪）で構成されており、後述のように、電動車両１は、左右のモータユニット４０Ｌ，４０Ｒの制御のみで操舵および制駆動が可能になっている。

上部フレーム２２は、後側ベース２４の左右両側部から上方に立設された左右一対の側部フレームの上端が車幅方向に延びる上端フレームで連結された逆Ｕ字状もしくは門形状をなし、上端フレームの車幅方向中央の結合部２３には、リアハンドル３のステム３１の下端部が剛結合されるとともに、シートバック６が支持されている。

リアハンドル３は、ステム３１の上端との接続部３２から左右に延出した一対の把持部を有するＴバー形状をなしている。リアハンドル３の左右の把持部には、利用者（または介助者）が把持している状態（ハンズオン）を検知する把持センサ３０が設けられている。把持センサ３０としては、静電容量センサや感圧センサなどのタッチセンサを用いることができる。リアハンドル３の左右の把持部は、利用者自身が歩行補助車モード（１′）で使用する場合、および、利用者をシート７に着座させた状態で介助者などが電動車両を操縦する場合の操作部となる。なお、図1では省略されているが、リアハンドル３の中央の接続部３２には、電磁ブレーキ解除スイッチ３４とスピーカ３５が設けられている。

上部フレーム２２（側部フレーム）の高さ方向中間の屈曲部には、アームレスト８２のサポートフレーム８１の基部が固定されている。図１において奥側となる右側のアームレスト８２の前端部には乗車モード操作部８を構成するジョイスティック８３が設けられており、図１において手前側となる左側のアームレスト８２の前端部には同形状の把持部の上面に表示部８０と走行許可スイッチ８４が設けられている。

ジョイスティック８３は前後左右に傾動可能な２軸ジョイスティック、またはその機能を包含する多軸ジョイスティックを利用でき、不図示の付勢部材（スプリングなど）により、傾倒角度に応じて中立位置に向かう付勢力（復元力、操作反力）が作用するように構成されており、操作力が作用しない状態、すなわち、利用者の手がジョイスティック８３から離れた状態では、中立位置に自己復帰するようになっている。

上部フレーム２２（側部フレーム）の屈曲部から前方に突出した枢支部２７には、シート７（シートクッション）のサポートフレーム７１が、車幅方向の軸７ａで枢支される一方、サポートフレーム７１の下端は、連結部７ｂ（スロット）を介して前側ベース２５（ピン）に回動可能かつ摺動可能に連結されている。

上記構成により、図中実線で示される乗車モード（１）から、着座位置にあるシート７を、図中２点鎖線で示されるように前下方に回動させて折畳み位置（７′）に移動させると、それに連動して前側ベース２５が後方にスライドし、移動ベース２１が短縮され、利用者がリアハンドル３を把持して起立歩行しながら操作できる歩行補助車モード（１′）となる。

逆に、歩行補助車モード（１′）から、折畳み位置にあるシート（７′）を後上方に回動させて着座位置７に移動させると、前側ベース２５が前方にスライドし、移動ベース２１が伸長され乗車モード（１）となる。この状態で、トレイ２４ｂの前方に移動した前側ベース２５の上面２５ｂは、搭乗者のフットレストとして利用可能になる。

なお、移動ベース２１の内部には、前側ベース２５を伸長位置および短縮位置のそれぞれにおいてロックするロック機構（スプリングなどの付勢部材で付勢されたロックピンなど）が設けられるとともに、各位置でのロック状態を検知する車両状態検知センサ２８（メカニカルスイッチなど）が付設されている。さらに、伸長位置および短縮位置のそれぞれにおいて中間位置方向（解除方向）に付勢する付勢部材（スプリングなど）が設けられ、サポートフレーム７１の上端部には、ロック機構とボーデンケーブルを介して連結された解除タグ２６が設けられている。

これにより、伸長位置および短縮位置のそれぞれにおいて解除タグ２６を引いてロック機構を解除すると、付勢部材の付勢により車体２は中間位置となり、この状態から、付勢部材の付勢に抗してシート７（サポートフレーム７１）を中間位置から前方または後方に回動すると、前側ベース２５の伸長位置および短縮位置でロック機構がロックされるように構成されている。

図２は、電動車両１の制御系統を示すブロック図であり、電動車両１は、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に電力を供給するバッテリ９、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の制御を行う制御部１０を備え、制御部１０は、車両状態検知センサ２８に検知される各位置でのロック状態において、乗車モード（１）、歩行補助車モード（１′）のそれぞれに対応する制御を実施するインターロック機能を備えている。

乗車モード（１）では、把持センサ３０は無効になり、制御部１０は、走行許可スイッチ８４がオン操作された場合に、乗車モード操作部８を構成するジョイスティック８３の操作（操作量、操作方向）と所定の制御マップに基づいて左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の速度制御（および後述する急停止制御）を実行する。なお、傾斜センサ２０に所定閾値以上の傾斜が検知される場合は、傾斜に応じて作用する重力（負荷）を考慮して目標速度を補正する。

一方、歩行補助車モード（１′）では、乗車モード操作部８は無効になり、制御部１０は、傾斜センサ２０、左右の回転速度センサ４３などの検知情報と所定の制御マップに基づいて、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）のトルク制御を実行する。なお、傾斜センサ２０に所定閾値以上の傾斜が検知される場合は、傾斜に応じて作用する重力（負荷）を相殺する補償トルクをトルク指令値に重畳する。把持センサ３０は、利用者によるリアハンドル３の把持（ハンズオン／オフ）のみを検知し、モータユニット４０のトルク制御には関与しない。

制御部１０は、上記各モードにおける制御を実行するためのプログラムやデータを記憶したＲＯＭ、演算処理結果を一時記憶するＲＡＭ、演算処理を行うＣＰＵなどからなるコンピュータ（マイコン）、左右のモータ４１の駆動回路（モータドライバ）、バッテリ９の電力をオン／オフするリレーを含む電源回路などで構成されている。

左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）は、それぞれ、モータ４１と、モータ４１のロータをロックする電磁ブレーキ４２と、モータ４１の回転位置を検知する回転位置センサ（４３）とを備えており、モータ４１の駆動軸は不図示の減速ギアを介して駆動輪４（４Ｌ，４Ｒ）に動力伝達可能に接続されている。

左右のモータ４１は、回転位置センサ（４３）で検出されるロータの位相に合わせて駆動回路で各相コイルの電流をスイッチングするブラシレスＤＣモータからなり、乗車モード（１）では、回転位置センサ（ホールセンサ）を電動車両１の速度を検知する車速センサ（４３）として利用し、歩行補助車モード（１′）では、回転位置センサを回転速度センサ４３として利用するようにしている。

また、左右のモータ４１の駆動回路はコイル電流を検出する電流センサを備えている。このコイル電流は左右のモータ４１のトルクに対応しており、制御部１０は、コイル電流を制御することにより左右のモータ４１のトルク制御を実行する。

電磁ブレーキ４２は、無励磁状態でモータ４１の駆動軸をロックし、励磁状態でロック解除する負作動型電磁ブレーキが好適である。負作動型電磁ブレーキとすることで、キーオフ時や停止中に電力を消費せずに確実に電動車両１を停止させることができる。

一方、緊急時や非常時、例えば、モータ４１の動力を使用せずに電動車両１を移動させたい場合や、バッテリ残量低下による走行不能時に、電磁ブレーキ４２のロックを解除して電動車両１を移動できるように、電磁ブレーキ４２の強制解除手段として、電磁ブレーキ解除スイッチ３４が設けられている。電磁ブレーキ解除スイッチ３４は、リアハンドル３の把持部に隣接して設けられるが、把持センサ３０の把持検知とは無関係に操作可能である。

電磁ブレーキ解除スイッチ３４は、利用者が操作している状態で接点が閉じて電磁ブレーキ４２のロックが解除され、利用者が電磁ブレーキ解除スイッチ３４から手を離すと接点が開き電磁ブレーキ４２はロックされるように、モーメンタリ動作の解除スイッチ（例えば押しボタンスイッチ）が好適である。

これにより、電磁ブレーキ４２を解除して電動車両１を移動中に、利用者の手が電磁ブレーキ解除スイッチ３４から離れてしまった場合に、電磁ブレーキ４２が直ちにロックされ、電動車両１の空走が防止される。なお、傾斜地で電磁ブレーキ４２が解除されると、利用者の手が電磁ブレーキ解除スイッチ３４から離れるまでの間は自重で空走する虞があるので、傾斜センサ２０に検出される車体２の傾斜に応じた電磁ブレーキ４２の解除条件が設定されている。

また、制御部１０は、モータ４１の駆動中は、電磁ブレーキ解除スイッチ３４の操作を無効にし、モータ４１の停止中、かつ、回転速度センサ４３に検知される回転速度が所定閾値未満の場合、すなわち、車速が実質的にゼロと見做せる場合のみ、電磁ブレーキ解除スイッチ３４の操作を有効にする。

傾斜センサ２０は、車体２の移動ベース２１（後側ベース２４）の内部に搭載された制御部１０の回路基板上に実装されており、車体２の前後方向および横方向の傾斜を検知する２軸傾斜センサまたは加速度センサ、あるいは、加速度センサと角加速度センサ（ジャイロセンサ）を一体化した多軸慣性センサを利用可能である。

以上のように構成された電動車両１は、乗車モード（１）では、利用者によるジョイスティック８３の操作（操作量、操作方向）に基づいて左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の回転速度が制御され、前進・後進・旋回、減速停止を含む通常制御、および、急停止制御が実行される。

（乗車モードにおける通常制御）
すなわち、図３（ａ）において、ジョイスティック８３が中立位置から前方ＦＷに傾倒された場合は、ジョイスティック８３の操作量（傾倒角度）に応じて前進方向の目標速度（目標車両速度）となるように左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）の回転速度が制御され、電動車両１は前進走行する。

この際、ジョイスティック８３の操作が左右何れかの方向成分（Ｌ，Ｒ）を含んでいる場合、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に異なる目標速度が設定され、電動車両１は、ジョイスティック８３の操作方向（Ｌ，Ｒ）に前進旋回する。

一方、ジョイスティック８３が中立位置から後方ＲＷに傾倒された場合は、ジョイスティック８３の操作量（傾倒角度）に応じて後進方向の目標速度が設定され、電動車両１は後進する。後進時においても、ジョイスティック８３の操作が左右何れかの方向成分（Ｌ，Ｒ）を含んでいる場合、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に異なる目標速度が設定され、電動車両１は、ジョイスティック８３の操作方向（Ｌ，Ｒ）に後進旋回する。なお、後進方向ＲＷの目標速度および最大目標速度は、前進方向ＦＷに比べて小さい値に設定されている。

上記のように、ジョイスティック８３を前後左右何れかの方向に操作して、前進、後進、または、旋回走行している状態で、ジョイスティック８３を中立位置に戻した場合、またはジョイスティック８３が中立位置に自己復帰した場合は、電動車両１は、所定の減速度に従って減速停止する。

（乗車モードにおける急停止制御）
ジョイスティック８３を前方ＦＷに操作して、所定閾値以上の車速で前進走行または前進旋回走行している状態で、図３（ｂ）に示されるように、ジョイスティック８３が中立位置よりも後方ＲＷ′に反転操作された場合は、左右の方向成分に拘わらず急停止制御が実行される。

すなわち、左右のモータユニット４０（４０Ｌ，４０Ｒ）に減速停止時よりも大きな目標減速度が設定され、左右のモータユニット４０による回生制動が実行され、電動車両１が所定の低速度以下となった状態で、電磁ブレーキ４２により左右のモータユニット４０がロックされ、電動車両１は完全停止される。

また、上記急停止制御中にジョイスティック８３が前方ＦＷまたは中立位置に操作された場合（または自己復帰した場合）、または、急停止制御による車両停止後に所定時間（例えば４秒）が経過した場合は、急停止制御を終了し、その時のジョイスティック８３の操作位置に応じた通常制御に移行する。

すなわち、急停止制御終了時にジョイスティック８３が前方ＦＷに傾倒されていれば、電磁ブレーキ４２を解除して前進または前進旋回を開始し、ジョイスティック８３が後方ＲＷに傾倒されていれば電磁ブレーキ４２を解除して後進または後進旋回を開始し、ジョイスティック８３が中立位置にあれば、電磁ブレーキ４２のみを解除する。なお、その際、傾斜センサ２０に所定閾値以上の傾斜が検知されている場合は、停止状態での保持トルクに、傾斜に応じて作用する重力（負荷）を補償する方向の補償トルクを重畳するようにしてもよい。

図４は、通常制御の減速停止時と急停止制御時の目標減速度の設定例（減速マップ）を示している。図４において、通常制御の減速停止時には、減速制御開始時の車速ｖに応じて、最大前進速度ｖａにおける目標減速度ｄａ、最大後進速度－ｖｂにおける目標減速度ｄｂから目標減速度ｄ０まで緩やかに減少する目標減速度が設定される。このような設定により、スムーズで確実な減速停止が行えるようにしている。

なお、最大前進速度ｖａ（例えば４．５ｋｍ／ｈ）に対して最大後進速度－ｖｂ（例えば－１ｋｍ／ｈ）は小さく設定されているため、後進時の目標減速度ｄｂ（例えば７ｋｍ／ｈ／ｓ）は前進時の目標減速度ｄａ（例えば５ｋｍ／ｈ／ｓ）に比べて大きい値に設定されているが、前進時と同程度であっても良い。

これに対して、急停止制御時には、急停止制御開始時の車速ｖに応じて、通常制御時に比べて十分大きい目標減速度ｄａ′（例えば１５ｋｍ／ｈ／ｓ）から、急停止制御の車速閾値ｖａ１における目標減速度ｄ１（例えば５ｋｍ／ｈ／ｓ）まで可及的短時間に確実に制動停止できるように目標減速度が設定される。

なお、通常制御の減速停止時および急停止制御時の目標減速度は、それぞれに対応する固定値とすることもできる。その場合、上記の中間的な目標減速度、例えば、通常制御の減速停止時の目標減速度４ｋｍ／ｈ／ｓ、急停止制御時の目標減速度８ｋｍ／ｈ／ｓとすることもできる。

（乗車モードにおける基本的制御フロー）
以上のように構成された電動車両１は、キー１１の操作で電源オンになりシステムが起動すると、起動時のフレーム形態に応じて乗車モード（１）または歩行補助車モード（１′）に設定される。なお、既に述べたように、電動車両１の停止状態では電磁ブレーキ４２がロック状態にある。

以下、起動時に乗車モード（１）になっているか、または、起動後の停止状態で利用者の操作により乗車モード（１）に設定された場合の制御について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、乗車モード（１）に設定された状態で（ステップ１００）、利用者がシート７に着座して走行許可スイッチ８４をオン操作すると、通常制御が実行され、ジョイスティック８３が中立位置にて待機状態となり、ジョイスティック８３を前後左右に操作すれば、前進、後進、左右旋回が可能である（ステップ１０１）。

このような通常制御中に、ジョイスティック８３を前方に操作して所定閾値（例えば０．５ｋｍ／ｈ）以上の車速で前進走行または前進旋回走行している状態で（ステップ１０２）、ジョイスティック８３が後方反転操作された場合は（ステップ１０３）、左右の方向成分に拘わらず急停止制御が実行される（ステップ１０４）。

急停止制御中にジョイスティック８３が前方または中立位置に操作された場合（または自己復帰した場合）は（ステップ１０５）、急停止制御を中止してジョイスティック８３の操作位置（前方または中立位置）に応じた通常制御（ステップ１０１）に移行する。

一方、ジョイスティック８３が後方反転操作状態に維持されたまま電動車両１が急停止され、電動車両１の車速が０ｋｍ／ｈになった時点（電磁ブレーキ４２がロックされた時点）で、所定時間の計時が開始され、所定時間（例えば４秒）が経過した場合には通常制御（ステップ１０１）に移行する。

以上詳述したように、本発明に係る電動車両１は、走行中にジョイスティック８３が中立位置に戻った場合は相対的に緩やかな減速停止制御を実行し、所定閾値以上の速度で前進走行中にジョイスティック８３が後方に反転操作された場合は、左右方向の操作量に拘わらず急停止制御を実行するように構成されているので、別途切り替えスイッチやブレーキレバーを用いずに、電動車両１の走行状態に応じて、ジョイスティック８３の操作のみで前進・後進・旋回、停止に加えて急停止操作を実行できる。

特に、ジョイスティック８３の後方反転操作による急停止は、電動車両１を緊急停止させたい状況で人間が自然に行う動作に合致しており、操作の簡潔性や利便性、安全性の向上に有利である。また、切り替えスイッチやブレーキレバー、急停止ボタンなどを搭載する必要がないので、構造の簡素化および部品点数の削減に有利である。

また、急停止制御では、左右のモータユニット４０による回生制動により所定の低速度まで減速してから電磁ブレーキ４２をロックするので、電磁ブレーキ４２のロックに伴う衝撃が小さく、確実に停車させることができる。

さらに、急停止制御中にジョイスティック８３が前方または中立位置に操作された場合や、急停止制御による車両停止後に所定時間が経過した場合は、急停止制御を終了し、ジョイスティック８３の操作位置に応じた通常制御に移行するので、緊急停止の必要がなくなった場合に容易に通常制御に復帰できる。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、電動車両１が、歩行補助車モードを備える場合について述べたが、本発明は、歩行補助車モードを備えない小型電動車両や電動車いすとしても実施可能である。

また、上記実施形態では、従動輪５としてオムニホイールを用いる場合を示したが、キャスター形式の自在輪を用いることもできる。

１ 電動車両
２ 車体
３ リアハンドル（歩行補助車モード操作部）
４ 駆動輪（後輪）
５ 従動輪（自在輪、前輪）
６ シートバック
７ シート
８ 乗車モード操作部
９ バッテリ
１０ 制御部
２０ 傾斜センサ
２１ 移動ベース
２２ 上部フレーム
２４ 後側ベース
２５ 前側ベース
２６ 解除タグ
２８ 車両状態検知センサ
３０ 把持センサ
３４ 電磁ブレーキ解除スイッチ
４０（４０Ｌ，４０Ｒ） モータユニット
４１ 左右モータ
４２ 左右電磁ブレーキ
４３ 左右回転速度センサ
８０ 表示部
８２ アームレスト
８３ 乗車モード操作部
８４ 走行許可スイッチ

Claims (3)

1. 進退方向および幅方向を有する車体と、
   前記車体の幅方向に離間して設けられた左右駆動輪と、
   前記左右駆動輪に個別に動力伝達可能に接続された左右モータと、
   ジョイスティック型の操作子を有する操作部と、
   前記操作子の操作量に従って前記左右モータを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、走行中に前記操作子が中立位置に戻った場合は、減速停止制御を実行し、所定閾値以上の速度で前進走行中に前記操作子が後方に傾倒された場合は、左右方向の操作量に拘わらず急停止制御を実行するように構成されている、小型電動車両。
2. 前記急停止制御は、前記左右モータによる回生制動と、所定の低速度にて電磁ブレーキにより前記左右駆動輪または前記左右モータをロックすることを含む、請求項１に記載の小型電動車両。
3. 前記制御部は、前記急停止制御中に前記操作子が前方または中立位置に操作された場合、または、前記急停止制御による車両停止後に所定時間が経過した場合は、前記急停止制御を終了し、前記操作子の操作位置に応じた通常制御を実行するように構成されている、請求項１または２に記載の小型電動車両。

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