JPH0938144A

JPH0938144A - 人力走行車における補助駆動装置

Info

Publication number: JPH0938144A
Application number: JP7195017A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakamura; 中村　　秀男; Minoru Kitano; 実北野; Kazuhiro Tomoshige; 一弘友重; Yuji Kan; 祐司管
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JP3557006B2

Abstract

(57)【要約】【課題】急激な人力駆動トルクに対する補助駆動トル
クをソフト出力して安定した補助駆動を可能にする。【解決手段】人力によって車輪を駆動する人力駆動部
と、人力による駆動トルクを検出する人力トルク検出部
と、電動モータによって車輪を補助駆動する電動駆動部
と、人力トルク検出部の検出出力に対応して電動駆動部
に補助駆動トルクを発生させるモータ制御部とを備えた
人力走行車において、人力トルク検出部の出力を所定周
期でサンプリングして取り込み、その出力と直前のサン
プリング出力との差出力をＮ分割した値に相当する出力
を発生させ、この分割された出力に応じて電動モータの
補助駆動トルクを制御するよう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人力走行車における
補助駆動装置に関し、例えば、人力による人力駆動系に
電動モータによる補助駆動系を併せ設けた人力走行車に
おける補助駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、歩行できない入院患者、身障者、
高齢者等は、歩行の困難度や、介助者の必要に応じて、
使用者の自力走行を目的とした手動車いす（後輪駆動式
折りたたみ車いす）か、電動力走行を目的とした電動車
いすかを利用していた。例えば、ハンドリムで駆動でき
る手動車いすは、方向転換におけるスペースが最小であ
り、また、折りたたんで使用者の近辺に置くことができ
るため、病院等で一般的によく利用されるが、上り坂に
なっている場所や段差のある場所ではハンドリムに加わ
る力が大きくなり、その都度、介助者の手助けを必要と
していた。

【０００３】また、従来の電動車いすは、人力駆動力は
全く使用せず、電動駆動力で走行できるため手足の不自
由な人が運転できるが、車体に搭載される電池の消費電
力が大であるので容量の大きい電池（例えば、鉛蓄電
池）を使用する必要があった。また、方向転換における
走行半径が手動車いすに比べ大きくなり、狭い場所では
操作性が悪いという問題があった。従って、従来の手動
車いすに補助駆動装置を組み込むことにより、手動車い
すの利点を利用しながら、上り坂になっている場所や段
差のある場所でも負荷が軽くなり、従来の電動車いすの
電池より小型の電池を使用できる車いす用の補助駆動装
置の開発に期待が寄せられている。

【０００４】従来、電動モータの補助駆動力で走行でき
る人力駆動装置として、特開平４−１００７９０号公報
に記載されているように、人力による駆動系と電動モー
タによる駆動系とを並列に設け、人力による駆動系にか
かる負荷を検出して電動モータの補助駆動力を制御する
ようにしたものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−１００７９０号公報の人力駆動装置を、車いすのよ
うに前後方向（駆動方向）に対して安定性のない車体に
適用した場合、例えば、スタート時点、急激な人力駆動
トルクが加えられた場合、補助駆動トルクを一定時間遅
延させることできてもソフト出力できるよう構成されて
いないので、急な発進による転倒などが起こりやすく不
安定な人力駆動装置になってしまう。

【０００６】本発明は以上の事情を考慮してなされたも
ので、例えば、急激な人力駆動トルクに対する補助駆動
トルクをソフト出力する構成にして、車いすに適用して
も安定した補助駆動が可能な人力走行車における補助駆
動装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
を示すブロック図である。図１において、本発明は、人
力によって車輪を駆動する人力駆動部１０１と、人力に
よる駆動トルクを検出する人力トルク検出部１０２と、
電動モータによって車輪を補助駆動する電動駆動部１０
３と、人力トルク検出部１０２の検出出力に対応して電
動駆動部に補助駆動トルクを発生させるモータ制御部１
０４とを備えた人力走行車において、人力トルク検出部
１０２の出力を所定周期でサンプリングして取り込み、
その出力と直前のサンプリング出力との差出力をＮ分割
した値に相当する出力を発生させ、この分割された出力
に応じて電動モータの補助駆動トルクを制御することを
特徴とする人力走行車における補助駆動装置である。

【０００８】車輪の回転速度を検出する速度検出部１０
５と、走行速度と人力駆動トルクに対応する補助駆動ト
ルクの出力特性を予め記憶した定常出力特性記憶部１０
６と、前記人力トルク検出部１０２で検出された人力ト
ルク検出出力と速度検出部１０５で検出された速度検出
出力を所定周期でサンプリングし定常出力特性記憶部１
０６に記憶した出力特性から人力駆動トルクに対応する
補助駆動トルクを算出する算出部１０７と、所定周期で
算出した補助駆動トルクの値を２個分づつ更新記憶して
その差をＮ分割し、１／Ｎ周期ごとの補助駆動トルクと
して変換する変換部１０８とをさらに備え、前記モータ
制御部１０４は変換された補助駆動トルクが前記電動駆
動部１０３に出力されるよう電動モータを制御するよう
構成する。

【０００９】本発明において、人力走行車とは、例え
ば、人力によって走行する自転車、車いす等を意味す
る。そして、人力駆動部１０１とは、人力によって車輪
を回転駆動するための装置を意味し、車いすにおいて
は、ハンドリムを意味する。人力トルク検出部１０２
は、例えば、ハンドリムから駆動輪に加えられる人力駆
動トルク（人力駆動力）に応じた機械的圧力や変形量を
電気信号に変換する、圧力センサ、磁気抵抗素子、歪み
ゲージ、ポテンショメータ、差動トランス等で構成され
る。

【００１０】電動駆動部１０３の補助駆動トルク（補助
駆動力）とは、電動モータに生じるモータ駆動トルクを
意味し、この電動モータは、永久磁石励磁型の直流ブラ
シモータ、ブラシレスモータ、フラットモータ等で構成
される。車輪の回転速度を検出する速度検出部１０５
は、タコジェネレータ、フォトカプラ、ホールＩＣ等で
構成される。モータ制御部１０４、定常出力特性記憶部
１０６、算出部１０７、変換部１０８は、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマ、Ａ／Ｄコンバータ
からなるマイクロコンピュータで構成される。

【００１１】特に、定常出力特性記憶部１０６は、この
中のＲＯＭが用いられる。また、ＲＯＭは、ＣＰＵが、
モータ制御部１０４、算出部１０７、変換部１０８とし
て機能するプログラムが格納している。また、ＲＡＭに
は、ＣＰＵで処理されるデータ（例えば、検出信号、算
出した補助駆動トルク等）が更新記憶される。電動駆動
部１０３の電動モータの駆動電源として、例えば、再充
電可能なニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）電池の２４Ｖ、２．５
Ａｈ又は５．０Ａｈ程度の直流電源を用いてもよい。こ
の直流電源は、さらに安定化して上記の各構成部の駆動
電源として使用される。

【００１２】走行スタート時の人力駆動トルクに対応す
る補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタート出
力特性記憶部１０９をさらに備え、前記算出部１０７
は、走行スタート時の所定時間は人力トルク検出部によ
って検出された人力トルク検出出力とスタート出力特性
記憶部１０９に記憶した出力特性とから人力駆動トルク
に対応する補助駆動トルクを算出するよう構成されるこ
とが好ましい。スタート出力特性記憶部１０９は、前記
マイクロコンピュータ内のＲＯＭで構成される。

【００１３】前記電動モータの駆動電流を検出する電流
検出部１１０をさらに備え、前記モータ制御部１０４は
前記電流検出部１１０によって検出された駆動電流から
駆動力を求め、前記補助駆動力と一致する駆動力を出力
するよう電動モータを制御する構成にすることが好まし
い。電流センサ１１０は、シャント抵抗、ホール素子等
で構成される。電動モータをＰＷＭ（パルス幅変調）制
御しているときは、電動モータから出力される逆起電力
を検出する回路を設けることにより電動モータの回転速
度検出センサとしても利用できる。

【００１４】本発明によれば、人力トルク検出部１０２
の出力を所定周期でサンプリングして取り込み、その出
力と直前のサンプリング出力との差出力をＮ分割した値
に相当する出力を発生させ、この分割された出力に応じ
て電動モータの補助駆動トルクを制御する。即ち、算出
部１０７により、人力トルク検出部１０２によって検出
された人力トルク検出出力と速度検出部１０５によって
検出された速度検出出力と定常出力特性記憶部１０６に
記憶した出力特性とから人力駆動トルクに対応する補助
駆動トルクを所定周期でサンプリングして算出し、さら
に、変換部１０８により、所定周期で算出した補助駆動
トルクの値を２個分づつ更新記憶してその差をＮ分割
し、１／Ｎ周期ごとの補助駆動力として変換される。そ
して、モータ制御部１０４は、変換された補助駆動トル
クが電動駆動部１０３に出力されるよう電動モータを制
御する。従って、車輪に対し急激な人力駆動トルクが加
えられても補助駆動トルクをソフト出力できるので、車
いすに適用した場合、安定した補助駆動が可能になる。

【００１５】また、走行スタート時の人力駆動トルクに
対応する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタ
ート出力特性記憶部１０９をさらに備えた構成にするこ
とにより、前記算出部１０７は、走行スタート時の所定
時間は人力トルク検出部１０２によって検出された人力
トルク検出出力とスタート出力特性記憶部１０９に記憶
した出力特性とから人力駆動トルクに対応する補助駆動
トルクを算出することができる。特に、走行スタート時
と通常走行において、人力駆動力に対する補助駆動力の
出力特性記憶部を使いわけて算出しているため、さら
に、補助駆動トルクをソフト出力することが可能にな
り、安全性が向上する。

【００１６】また、前記電動モータの駆動電流を検出す
る電流検出部１１０をさらに備えた構成にすることによ
り、モータ制御部１０４は、電流検出部１１０によって
検出された駆動電流からモータ駆動トルクを求め、算出
された補助駆動トルクと一致するよう電動モータを制御
することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施例に基づいて
本発明を詳述する。なお、本発明はこれによって限定さ
れるものでない。本発明の人力走行車における補助駆動
装置は、主として、車いすに適用して、安定した補助駆
動を可能にする。

【００１８】図２は本発明の人力走行車における補助駆
動装置を適用した車いすの外観図である。図２におい
て、図２（ａ）は車いすの平面図、図２（ｂ）は車いす
の側面図、図２（ｃ）は車いすの背面図である。図２
（ｄ）はバッテリの外観図である。図２（ｅ）は操作パ
ネルの外観図である。１は車いす本体である。２は車い
す本体１を駆動する駆動輪で、左右に駆動輪２ａ、２ｂ
が設けられている。３は人力よって左右の駆動輪２ａ、
２ｂを駆動するハンドリム（人力駆動部）で、左右の駆
動輪２ａ、２ｂにハンドリム３ａ、３ｂが設けられてい
る。４はフレームであり、左側フレーム４ａ、右側フレ
ーム４ｂ、たすき４ｃ等で構成されている。

【００１９】５は自在輪であり、左右フレーム４ａ、４
ｂの下端部に自在輪５ａ、５ｂが設けられている。６は
握りであり、左右フレーム４ａ、４ｂの上端部に握り７
ａ、７ｂが設けられている。７は使用者の体を支えるシ
ートユニットであり、座７ａ、背もたれ７ｂ、左右のひ
じ当て７ｃ１〜７ｃ２、左右のフットレスト７ｄ１〜７
ｄ２及びその他の付属品からなる。

【００２０】８は駆動輪２ａ、２ｂの回転軸に設けられ
るハブであり、左右のハブ８ａ、８ｂ内には、図示しな
い人力トルクセンサ（人力トルク検出部）、速度センサ
（速度検出部）、電流センサ（電流検出部）の各検出部
と、電動モータ、減速機構、クラッチからなる電動駆動
部、マイクロコンピュータを搭載した制御回路基板等が
それぞれぞ内蔵されている。９はバッテリ（直流電源）
であり、例えば、再充電可能なニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）
電池の２４Ｖ、２．５Ａｈ又は５．０Ａｈ程度の電池で
構成され、左右フレーム４ａ、４ｂの側面または背もた
れ７ｂに設けられる（図２（ｄ）、参照）。１０はバッ
テリ９の電力供給をＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチと、ＯＮ／ＯＦＦ状態を表示するＬＥＤを備えた操
作ボックスであり、例えば、ひじ当て７ｃの近辺に設け
られる（図２（ｅ）、参照）。図２において、駆動輪２
ａ、２ｂを制動またはロックする手動ブレーキについて
は図示していないが、駆動輪２ａ、２ｂの前部に備えて
いる。

【００２１】図３は本発明の人力走行車における補助駆
動装置を適用した車いすの制御回路を示すブロック図で
ある。図３において、３０１ａは左側のハンドリム３ａ
に加えられる前進／後進の人力駆動トルク（人力駆動
力）を検出する人力トルクセンサであり、３０１ｂは右
側のハンドリム３ｂに加えられる前進／後進の人力駆動
力を検出する人力トルクセンサである。この人力トルク
センサ３０１ａ、３０１ｂは、可変インダクタンス型の
圧力センサを用いることが、無接触で、小さい機械的変
位を精度良く電気信号に変換できる点で好ましい。３０
２ａは左側の駆動輪２ａを駆動する電動モータであり、
３０２ｂは右側の駆動輪２ｂを駆動する電動モータであ
る。この電動モータ３０２ａ、３０２ｂは、永久磁石励
磁型の直流ブラシモータを用いることが回転速度、パワ
ー等の点で好ましい。

【００２２】３０３ａは左側の駆動輪２ａ（又は電動モ
ータ３０２ａ）の回転速度を検出する速度センサであ
り、３０３ｂは右側の駆動輪２ｂ（又は電動モータ３０
２ｂ）の回転速度を検出する速度センサである。この速
度センサ３０３ａ、３０３ｂはフォトカプラ、ホールＩ
Ｃ等で構成される。車輪の走行速度Ｓ（ｋｍ／ｈ）は、
駆動輪（又は電動モータ）の回転速度（ｎ／ｓ）と、駆
動輪の半径ｒと、Ｓ＝２πｒｎ／３６００の式から求め
られる。

【００２３】３０４ａは左側の電動モータ３０２ａの駆
動電流Ｉａを検出する電流センサであり、３０４ｂは右
側の電動モータ３０２ｂの駆動電流Ｉｂを検出する電流
センサである。この電流センサ３０４ａ、３０４ｂは、
シャント抵抗、ホールＩＣ等で構成される。電動モータ
３０２ａ，３０２ｂの駆動トルクＦａ，Ｆｂは、Ｆａ＝
Ｋ・Ｉａ，Ｆｂ＝Ｋ・Ｉｂ（Ｋは定数）の式から求めら
れる。

【００２４】３０５はコントローラであり、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマ、Ａ／Ｄコンバー
タ、カウンタからなるマイクロコンピュータで構成さ
れ、モータ制御部、定常出力特性記憶部（定常出力特性
テーブル）、スタート出力特性記憶部（スタート出力特
性テーブル）、算出部、変換部として機能する。走行ス
タート時の人力駆動トルクに対する補助駆動トルクのス
タート出力特性を予め記憶したスタート出力特性テーブ
ル、走行速度と人力駆動トルクに対応する補助駆動トル
クの出力特性を予め記憶した定常出力特性テーブルは、
ＲＯＭで構成される。また、ＲＯＭには、モータ制御
部、算出部、変換部として機能するプログラムが格納さ
れている。また、ＲＡＭには、ＣＰＵで処理されるデー
タが更新記憶される。

【００２５】また、Ａ／Ｄコンバータは、人力トルクセ
ンサ３０１ａ、３０１ｂによって検出される前進／後進
の人力駆動力信号を所定周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ
（アナログ−デジタル）変換して、前進／後進の人力駆
動力データに変換する。電流センサ３０４ａ、３０４ｂ
によって検出される駆動電流Ｉａ、Ｉｂも、同様に駆動
電流信号を所定周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ（アナロ
グ−デジタル）変換して、電動モータの電動駆動トルク
データに変換する。カウンタは、速度センサ３０３ａ、
３０３ｂによって検出される回転速度信号をカウントし
て、走行速度データに変換する。

【００２６】３０６ａは左側の電動モータ３０２ａを駆
動するモータ駆動回路であり、３０６ｂは右側の電動モ
ータ３０２ｂを駆動するモータ駆動回路である。モータ
駆動回路３０６ａ（３０６ｂ）は、スイッチング用のト
ランジスタＱ１ａ〜Ｑ４ａ（Ｑ１ｂ〜Ｑ４ｂ）のブリッ
ジとそのトランジスタを保護するダイオードＤ１ａ〜Ｄ
４ａ（Ｄ１ｂ〜Ｄ４ｂ）のブリッジで構成されている。

【００２７】３０７ａはモータ駆動回路３０６ａが左側
の電動モータ３０２ａを前進駆動させるための前進駆動
回路であり、３０７ｂはモータ駆動回路３０６ｂが右側
の電動モータ３０２ｂを前進駆動させるための前進駆動
回路である。前進駆動回路３０７ａ（３０７ｂ）は、コ
ントローラ３０５から前進駆動信号を受けると、例え
ば、トランジスタＱ１ａとＱ４ａ（Ｑ１ｂとＱ４ｂ）を
オンして電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）を時計方向に
駆動させる。このとき、コントローラ３０５は、人力ト
ルクセンサ３０１ａ（３０１ｂ）によって検出される人
力トルク検出信号から補助駆動トルクを、電流センサ３
０４ａ（３０４ｂ）によって検出される駆動電流Ｉａ
（Ｉｂ）から電動モータの前進駆動トルクを、それぞれ
算出し、補助駆動トルクと前進駆動トルクが一致するよ
うＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

【００２８】３０８ａはモータ駆動回路３０６ａが左側
の電動モータ３０２ａを後進駆動させるための後進駆動
回路であり、３０８ｂはモータ駆動回路３０６ｂが右側
の電動モータ３０２ｂを後進駆動させるための後進駆動
回路である。後進駆動回路３０８ａ（３０８ｂ）は、コ
ントローラ３０５から後進駆動信号を受けると、例え
ば、トランジスタＱ２ａとＱ３ａ（Ｑ２ｂとＱ３ｂ）を
オンして電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）を反時計方向
に駆動させる。このとき、コントローラ３０５は、人力
トルクセンサ３０１ａ（３０１ｂ）によって検出される
人力トルク検出信号から補助駆動トルクを、電流センサ
３０４ａ（３０４ｂ）によって検出される駆動電流Ｉａ
（Ｉｂ）から電動モータの後進駆動トルクを、それぞれ
算出し、補助駆動トルクと後進駆動トルクが一致するよ
うＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

【００２９】３０９は電動モータ３０２ａ、３０２ｂを
発電制動する発電制動回路である。発電制動回路３０９
は、コントローラ３０５より停止信号を受けると、例え
ば、トランジスタＱ３ａとＱ４ａ（Ｑ３ｂとＱ４ｂ）を
所定時間、ＯＮ／ＯＦＦ制御して電動モータ３０２ａ
（３０２ｂ）を発電制動する。３１０はバッテリであ
り、例えば、再充電可能なニッカド（Ｎｉ−ｃｄ）電池
の２４Ｖ、２．５Ａｈ又は５．０Ａｈ程度の電池で構成
される。３１１は定電圧回路であり、例えば、５Ｖのレ
ギュレータＩＣで構成され、バッテリ電圧２４Ｖを５Ｖ
の定電圧に変換し、コントローラ３０５、人力トルクセ
ンサ３０１ａ、３０１ｂ、速度センサ３０３ａ、３０３
ｂ等に供給する。３１２はバッテリ３１０の電力供給を
ＯＮ／ＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦスイッチであり、ＯＮす
るとスイッチング回路３０６ａ、３０６ｂに２４Ｖ電圧
を供給し、ＬＥＤランプ３１３が点灯する。

【００３０】ここでは、車いすの制御回路は、電動モー
タ３０２ａ（３０２ｂ）の可逆回転駆動を可能にして、
前進走行時と後進走行時の補助駆動ができるように構成
しているが、制御回路を簡略化して前進走行時だけ補助
駆動できる構成にするようにすることもできる。また、
電動モータ３０２ａ（３０２ｂ）の減速機構と駆動輪の
伝動機構を電気的に接続する電磁クラッチを備え、電源
をＯＦＦしたときは、通常の車いすとして使用できる構
成にしてもよい。

【００３１】図４は本発明の補助駆動トルク算出処理を
示すフローチャートである。図４において、ステップ４０１：人力トルクセンサ３０１ａ（３０１
ｂ）で検出した前進／後進の人力駆動トルク信号を、所
定周期Ｔで読み取り（サンプリング）、前進／後進の人
力駆動トルクデータに変換する（例えば、Ｔ＝１００ｍ
Ｓ）。ステップ４０２：速度センサ３０３ａ（３０３ｂ）で検
出した前進／後進の回転速度信号を所定周期Ｔで読み取
り（サンプリング）、前進／後進の走行速度データに変
換する。ステップ４０３：車いすの駆動スタート時から所定時間
経過したか否かを、タイマで計測し判定する。

【００３２】ステップ４０４：所定時間（例えば、２
秒）内であれば、走行スタート時の人力駆動トルクに対
する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタート
出力特性テーブルを参照し、ステップ４０１で求めた人
力駆動力データから補助駆動トルク（アシスト量）を所
定周期Ｔに同期して算出する。図５はスタート出力特性
テーブルの補助駆動力の出力特性を示す説明図である。
図５において、前進／後進の走行スタート時の０〜２秒
間、人力駆動力に対する補助駆動力の比率のＭＡＸを１
として直線的に増加させている。人力駆動力に対する補
助駆動力の比率、走行スタート時の所定時間は外部ディ
ップスイッチで設定するようにすることもできる。

【００３３】ステップ４０５：所定時間（例えば、２
秒）経過すれば、走行速度と人力駆トルクに対応する補
助駆動トルクの出力特性を予め記憶した定常出力特性テ
ーブルを参照し、ステップ４０１で求めた人力駆動トル
クデータと、ステップ４０２で求めた走行速度データか
ら補助駆動トルク（アシスト量）を所定周期Ｔに同期し
て算出する。図６は定常出力特性テーブルの補助駆動ト
ルクの出力特性を示す説明図である。図６において、例
えば、前進速度（走行速度）が４ｋｍ／ｈ以下では補助
駆動トルク／人力駆動トルク＝１の割合で一定、４〜６
ｋｍ／ｈの間で補助駆動トルクを直線的に減少させてい
る。また、後進速度（走行速度）が０から−６ｋｍ／ｈ
の間で補助駆動トルク（アシスト量）を直線的に減少さ
せている。

【００３４】ステップ４０６：前回算出したアシスト量
Ａと今回算出したアシスト量Ｂを一定周期Ｔに同期して
ＲＡＭに更新記憶する。ステップ４０７：前回算出したアシスト量Ａと今回算出
したアシスト量Ｂの大きさを比較判定する。ステップ４０８：今回算出したアシスト量Ｂが前回算出
したアシスト量Ａに比較して大きいときには、その変化
量、Ｃ＝Ｂ−Ａを算出する。ステップ４０９：今回算出したアシスト量Ｂが前回算出
したアシスト量Ａに比較して小さいときには、その変化
量、Ｃ＝Ａ−Ｂを算出する。ステップ４１０：Ｃ／Ｎ＝Ｄを算出し、さらに、変化量
ＣをＮ等分する。ここで、Ｎは一定周期をＮ等分する数
値である（例えば、Ｎ＝５）。

【００３５】ステップ４１１：アシスト量ＡにＮ等分し
た変化量Ｄを加減算したアシスト量に変換して、Ｔ／Ｎ
周期ごとにモータ制御部（コントローラ内）に出力す
る。ステップ４１２：｜Ｂ−Ａ｜＝Ｃ＝ＮＤであるか、否か
を判定し、｜Ｂ−Ａ｜＝Ｃになるまで、ステップ４１１
に戻り繰り返す。ステップ４１３：Ａ＝Ｂ＝０であるか、否かを判定し、
Ａ＝Ｂ＝０にならば、ステップ４１４に進み、Ａ＝Ｂ＝
０でないならば、ステップ４０１に戻り、最終的にステ
ップ４１１で得られるたアシスト量に変換する。

【００３６】ステップ４１５：アシスト量が０になれ
ば、走行速度＝０であるか、否かを判定し、走行速度＝
０ならば、走行停止としてアシスト量の算出を終了す
る。走行速度＝０でないならば、ステップ４０１に戻
り、ステップ４０１〜ステップ４１４を繰り返す。この
ステップ４０１〜ステップ４１４の補助駆動トルク算出
処理は電動モータ３０２ａ、３０２ｂについて並列的に
行われる。また、前進走行または後進走行についても同
じステップ処理である。急激な人力駆動トルクが加えら
れても補助駆動トルクをソフト出力できるので、車いす
に適用した場合、安定した補助駆動が可能になる。特
に、走行スタート時と通常走行において、人力駆動トル
クに対する補助駆動トルクの出力特性テーブルを使いわ
けて算出しているため、さらに、補助駆動トルクをソフ
ト出力することが可能になり、安全性が向上する。

【００３７】図７は本発明のアシスト量の出力変換を示
す説明図である。図７において、同図（１）は所定周期
Ｔごとに算出したアシスト量であり、図４のステップ４
０１、４０２、４０５で求められる。従来、電動モータ
の補助駆動トルクで走行できる自転車では、急激な人力
駆動トルクが加えられた場合、その変化量が調整されな
いで、単に人力駆動トルクに対する補助駆動トルクを求
めて電動モータを制御していた。同図（２）はＴ／Ｎ周
期ごとに変換したアシスト量であり、図４のステップ４
０１〜４１１で求められる。この所定周期Ｔで算出した
補助駆動力の値をＲＡＭに２個分ずつ更新記憶しなが
ら、その変化量をＮ等分し、Ｔ／Ｎ周期ごとの補助駆動
力として変換してモータ制御部へ出力するので、モータ
制御部は、急激な人力駆動トルクが加えられても、その
変化量が調整された補助駆動力で電動モータを制御する
ことができる。従って、本発明の走行補助駆動装置を車
いすに適用した場合、安定した走行補助駆動が可能にな
る。

【００３８】図８は人力トルクセンサの信号処理回路と
その信号波形を示す説明図である。図８において、人力
センサは、８０１のコイルと８０２のフェライトとから
なる可変インダクタンス型のセンサで、フェライト８０
２をコイル８０１に平行にしてスライドし、人力の駆動
力の大きさに比例してコイル８０１に近づけたり遠ざけ
たりできる構成にする。コイル８０１には、コントロー
ラ３０５から同図（Ａ）に示すような波形のパルス電圧
が印加される。また、フェライト８０２をコイル８０１
に近づけるとコイル８０１のインダクタンスが変化し
て、同図（Ｂ）で示すような波形の破線になって出力さ
れる。出力されたパルス電圧（Ｂ）は、積分回路８０３
で積分して、同図（Ｃ）で示すような波形に直流変換さ
れ、次の増幅器８０４によって増幅されて、人力駆動力
信号としてコントローラ３０５のＩ／Ｏポートに入力さ
れる。

【００３９】コントローラ３０５のＣＰＵは、人力駆動
トルク出力を所定周期で取り込み、Ａ／Ｄ変換して、人
力駆動トルクデータに変換する。前進／後進の人力駆動
トルクを検出する場合、二つの人力トルクセンサと二つ
の信号処理回路を設けてもよいが、一つのフェライト８
０２のスライド領域を前進／後進の二つに分割できるよ
うに構成し、それに伴って検出信号の直流電圧レベルも
二つの領域に分割して、前進と後進の人力駆動力信号を
判定できるように構成してもよい。

【００４０】また、本実施例では、１サンプリング期間
に変化した人力の変化量をＮ等分し、その値を徐々に加
えてソフトスタートさせたが、例えば、２以上のサンプ
リング期間に変化した変化量を２Ｎ、３Ｎ等分して、更
に緩やかにスタートさせる構成にしてもよい。このよう
に構成することで、人力に遅延させてアシスト力を応答
させることができるので、人力に少し遅れてモータが駆
動する。従って、人力が徐々に上がるときにはそれより
も小さいアシスト力で人力を補助し、人力が最高になっ
たときには人力よりも小さいアシスト量で補助される。
そして、人力が下がり始めたときにはモータからのアシ
スト力が最高になるため、滑らかなアシスト走行を実現
することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、急激な人力駆動トルク
が加えられても補助駆動トルクをソフト出力できるの
で、車いすに適用した場合、安定した補助駆動が可能に
なる。特に、走行スタート時と通常走行において、人力
駆動トルクに対する補助駆動トルクの出力特性テーブル
を使いわけて算出しているため、さらに、補助駆動トル
クをソフト出力することが可能になり、安全性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の人力走行車における補助駆動装置を適
用した車いすの外観図である。

【図３】本発明の人力走行車における補助駆動装置を適
用した車いすの制御回路を示すブロック図である。

【図４】本発明の補助駆動トルク算出処理を示すフロー
チャートである。

【図５】スタート出力特性テーブルの補助駆動トルクの
出力特性を示す説明図である。

【図６】定常出力特性テーブルの補助駆動トルクの出力
特性を示す説明図である。

【図７】本発明のアシスト量の出力変換を示す説明図で
ある。

【図８】人力トルクセンサの信号処理回路とその信号波
形を示す説明図である。

【符号の説明】

１車いす本体２駆動輪３ハンドリム４フレーム５自在輪６握り７シートユニット８ハブ９バッテリ１０操作ボックス３０１ａ、３０１ｂ人力トルクセンサ３０２ａ、３０２ｂ電動モータ３０３ａ、３０３ｂ速度センサ３０４ａ、３０４ｂ電流センサ３０５コントローラ３０６ａ、３０６ｂモータ駆動回路３０７ａ、３０７ｂ前進駆動回路３０８ａ、３０８ｂ後進駆動回路３０９発電制動回路３１０バッテリ３１１定電圧回路３１２ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３１３ＬＥＤランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者管祐司大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人力によって車輪を駆動する人力駆動部
と、人力による駆動トルクを検出する人力トルク検出部
と、電動モータによって車輪を補助駆動する電動駆動部
と、人力トルク検出部の検出出力に対応して電動駆動部
に補助駆動トルクを発生させるモータ制御部とを備えた
人力走行車において、人力トルク検出部の出力を所定周期でサンプリングして
取り込み、その出力と直前のサンプリング出力との差出
力をＮ分割した値に相当する出力を発生させ、この分割
された出力に応じて電動モータの補助駆動トルクを制御
することを特徴とする人力走行車における補助駆動装
置。
【請求項２】車輪の回転速度を検出する速度検出部
と、走行速度と人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクの
出力特性を予め記憶した定常出力特性記憶部と、前記人力トルク検出部で検出された人力トルク検出出力
と速度検出部で検出された速度検出出力を所定周期でサ
ンプリングし定常出力特性記憶部に記憶した出力特性か
ら人力駆動トルクに対応する補助駆動トルクを算出する
算出部と、所定周期で算出した補助駆動トルクの値を２個分づつ更
新記憶してその差をＮ分割し、１／Ｎ周期ごとの補助駆
動トルクとして変換する変換部とをさらに備え、前記モ
ータ制御部は変換された補助駆動トルクが前記電動駆動
部に出力されるよう電動モータを制御することを特徴と
する請求項１記載の人力走行車における補助駆動装置。
【請求項３】走行スタート時の人力駆動トルクに対応
する補助駆動トルクの出力特性を予め記憶したスタート
出力特性記憶部をさらに備え、前記算出部は、走行スタ
ート時の所定時間は人力トルク検出部によって検出され
た人力トルク検出出力とスタート出力特性記憶部に記憶
した出力特性とから人力駆動トルクに対応する補助駆動
トルクを算出することを特徴とする請求項２記載の人力
走行車における補助駆動装置。
【請求項４】前記電動モータの駆動電流を検出する電
流検出部をさらに備え、前記モータ制御部は前記電流検
出部で検出された駆動電流からモータ駆動トルクを求
め、前記補助駆動トルクと一致するモータ駆動トルクを
出力するよう電動モータを制御することを特徴とする請
求項１から３のいずれか一つに記載の人力走行車におけ
る補助駆動装置。
【請求項５】車いすに適用されることを特徴とする請
求項１から４のいずれか一つに記載の人力走行車におけ
る補助駆動装置。