JP3661882B2 - 補助動力式ビークル - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、推進手段に間欠的に加えられる人力の大きさに応じた駆動力を補助動力として推進手段に加算してこれを駆動する車椅子、自転車、足漕ぎボート等の補助動力式ビークルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、手動車椅子と電動車椅子の中間的な存在として手動式電動車椅子が従来より提案されている。この手動式電動車椅子は、推進手段である車輪に間欠的に加えられる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を車輪に加算することによって歩行の不自由な乗り手の肉体的な負担を軽減するものであって、これによれば乗り手は手動車椅子の感覚で操作することができ、精神的苦痛も緩和される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手動式電動車椅子にあっては、補助動力は人力が車輪に加えられている間だけ与えられ、車輪に対して人力が除去されると同時に補助動力も除去される構成が採られていたため、乗り手が車輪を回すピッチ（回数）が通常の手動車椅子のそれと変わらず、乗り手の負担軽減の観点からは更に改善すべき点があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、人力の推進手段への入力の時間間隔を延ばして乗り手の更なる負担軽減を図ることができる補助動力式ビークルを提供することにある。
【０００５】
又、本発明の目的とする処は、補助動力を用いない通常のビークルと同様の惰行感覚が得られる補助動力式ビークルを提供することにある。
【０００６】
更に、本発明の目的とする処は、乗り手の体力、前後進等に応じて補助動力の大きさ等を任意に変えることができる補助動力式ビークルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、推進手段に間欠的に加えられる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を前記推進手段に加算して人力と補助動力とにより該推進手段を駆動する補助動力式ビークルにおいて、前記推進手段に対して人力が除去された後においても前記補助動力を残存させ、この残存する補助動力の極性を、入力された人力の方向とするとともに、その絶対値を時間的に減衰させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、推進手段に間欠的に加えられる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を前記推進手段に加算して人力と補助動力とにより該推進手段を駆動する補助動力式ビークルにおいて、
前記補助動力を人力の入力とほぼ同期して前記推進手段に加算するとともに、推進手段に対して人力が除去された後においても残存させ、その絶対値を時間的に減衰させるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記残存する補助動力の絶対値は、その初期値が人力の極大値によって更新されるものとしたことを特徴とする。又、請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記補助動力が極大値に達した時から一定時間、補助動力をほぼその極大値に保持した後、該補助動力をその極大値から時間的に減衰させることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記残存する補助動力の絶対値を、前進方向に残存すべき補助動力と後進方向に残存すべき補助動力との線形和としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記残存する補助動力の絶対値又は減衰割合の少なくとも一方を変化可能としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、前記残存する補助動力の絶対値を、前進方向と後進方向とで異ならせたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１〜４記載の発明によれば、推進手段に対して人力が除去された後においても補助動力が残存して推進手段を駆動し続けるため、１回の人力の入力に対するビークルの航続距離が長くなって乗り手が推進手段を駆動するピッチが遅くて済み、乗り手の負担が更に軽減される。
【００１４】
又、ビークルの走行に通常のビークルの走行に通常のビークルと同様の惰行感覚を付与することができ、乗り手に違和感を与えることがない。
【００１５】
更に、請求項５記載の発明によれば、例えばビークルが惰行しているときに逆向きの人力を推進手段に加えればビークルの惰行作用を解消してビークルを速やかに停止させることができる。
【００１６】
又、請求項６又は７記載の発明によれば、乗り手の体力、ビークルの前後進等に応じて補助動力の大きさ等を任意に変えることができ、乗り手のニーズに柔軟に対応することができる。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明に係る補助動力式ビークルの一態様としての手動式電動車椅子の側面図、図２は同車椅子の正面図、図３は同車椅子を折り畳んだ状態を示す背面図、図４は同車椅子の人力検出部及び補助動力装置部を示す車輪部分の破断平面図、図５は同拡大破断平面図、図６は車輪の外側面図、図７は車輪のリム部の外側面図、図８は人力検出部のスプリングの状態を説明するための断面図、図９及び図１０は人力が加えられたときの検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【００１９】
本実施例に係る手動式電動車椅子１は、既存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置（Power Assist System ）を組み付けたものであって、図１に示すように、これのパイプ枠状のフレーム２の前後部は左右一対のキャスタ３、車輪４によって支持されている。
【００２０】
又、上記フレーム２の中央部には、乗り手が着座すべき布製のシート５（図２参照）が張設されている。尚、フレーム２は前後一対のクロス部材２ａを有しており、Ｘ字状を成す２本のクロス部材２ａはその交点を軸６によって枢着されている。従って、車椅子１は図３に示すようにこれを折り畳むことができ、このとき前記シート５も撓む。
【００２１】
更に、フレーム２の後部には左右一対のハンドルアーム２ｂが立設されており、各ハンドルアーム２ｂの上端部は後方に折曲され、その折曲部には介助者用のグリップ７が取り付けられている。尚、本実施例では介助者がグリップ７に加える力を検出するためのポテンショメータ３４（図１１参照）がグリップ７内に設けられている。
【００２２】
又、フレーム２の中央上部には、乗り手のための左右一対の肘掛８が取り付けられ、同フレーム２の前端下部には左右一対のステップ９が取り付けられている。そして、同フレーム２の下部に前後方向に延びる左右一対のアーム２ｃの後端部には、別のアーム２ｄが前後方向に移動自在に嵌装されており、各アーム２ｄの後端部にはローラ１０が回転自在に軸支されている。尚、アーム２ｄは、アーム２ｃに突設されたピン１１に長孔係合することによって前後方向に移動自在に支持され、これはアーム２ｃとの間に縮装された不図示のスプリングによって常時後方へ付勢されている。
【００２３】
ところで、前記左右一対の車輪４の各々は、図４及び図５に示すように、フレーム２に取り付けられたブラケット１２に支持された車軸１３にボールベアリング１４，１５を介して回転自在に支承されており、各車輪４の外側には、乗り手が手でこれを回すべきリング状のハンドリム１６が設けられている。このハンドリム１６は、車輪４のハブ４ａに軸受１７によって回転自在に支承された円板状のディスク１８に３本のスポーク１９を介して取り付けられており、従って、該ハンドリム１６は車輪４に対して独立に回転し得る。尚、本実施例においては、図４及び図５に示すように、車輪４のハブ４ａとディスク１８との間にダンパー２０が介設されている。
【００２４】
而して、上記ハンドリム１６は、その全周の３箇所が図７に示す構造によって車輪４に対して弾性的に連結されている。
【００２５】
即ち、図７に示すように、車輪４のハブ４ａに形成された各一対のリブ４ａ−１で挟まれる空間には、円弧状の溝２１ａを有するスプリングガイド２１が収納されており、該スプリングガイド２１には大小異径のスプリング２２，２３が収納されている。尚、図７において、２４はスプリング２２，２３の脱落を防ぐ保持部材である。
【００２６】
ところで、前記スプリング２２，２３はその両端がスプリング受け２５，２６によって受けられており、前記ハンドリム１６に人力が加わらない中立状態においては、図８に詳細に示すように、スプリング受け２５，２６は一対のリブ４ａ−１に当接して小径のスプリング２３は両スプリング受け２５，２６間に所定の予圧を持って縮装される一方、大径のスプリング２２はその両端がスプリング受け２５，２６から若干離脱してスプリング受け２５，２６に力を及ぼしていない。尚、大径のスプリング２２のバネ定数は小径のスプリング２３のそれよりも大きく設定されている。
【００２７】
一方、図６に示すように、前記ディスク１８の全周３箇所には一対のピン２７，２８が内方に向かって突設されており、各一対のピン２７，２８はハンドリム１６に人力が加わらない中立状態においては、図７及び図８に示すように前記スプリング受け２５，２６の端面に当接している。尚、一方のピン２７はディスク１８の内面に固設されているが、他方のピン２８は図６に示すようにディスク１８に形成された円弧状の長孔１８ａに位置調整自在に貫設されており、該ピン２８はスプリング受け２６の端面に当接した状態でナット２９によって締め付けられてディスク１８に固定される。又、リブ４ａ−１には、ピン２７，２８の移動を許容するための溝４ａ−２が形成されている。
【００２８】
又、図４乃至図７に示すように、ハンドリム１６側のディスク１８には、ハンドリム１６に加えられる人力の大きさ及び方向を検出するためのポテンショメータ３０が固設されており、該ポテンショメータ３０の人力軸３０ａの端部にはレバー３１の一端が結着されており、該レバー３１の他端は、車輪４のハブ４ａに突設されたピン３２にゴム製のキャップ３３を介して係合している。尚、キャップ３３はレバー３１のガタを防止するためのものである。
【００２９】
ところで、図４及び図５に示すように、左右一対の車輪４の各々の内側には補助動力装置（図４及び図５には一方のみ図示）４０が設けられている。
【００３０】
上記補助動力装置４０は、補助動力を発生する駆動モータ４１と、該駆動モータ４１の駆動力を車輪４に伝達するギヤＧ１〜Ｇ４を収容するギヤケース４２を有しており、駆動モータ４１の出力軸端には小径のギヤＧ１が結着されている。尚、ギヤケース４２は、前記車軸１３に保持されるとともに、図４に示すように、ゴムを介してフレーム２に固定されている。
【００３１】
又、上記ギヤケース４２にはカウンタ軸４３と駆動軸４４が車軸１３と平行に回転自在に支承されており、カウンタ軸４３には大小異径のギヤＧ２，Ｇ３が結着され、駆動軸４４には大径のギヤＧ４が自由回転自在に支承されるとともに、その端部には小径のギヤＧ５が結着されている。そして、前記大径のギヤＧ２は前記小径のギヤＧ１に噛合し、小径のギヤＧ３は大径のギヤＧ４に噛合している。又、前記ギヤＧ５は、ハブ４ａの内周部に嵌合保持された大径のリングギヤＧ６に噛合している。尚、リングギヤＧ６はハブ４ａに対して相対回転可能に保持されており、両者の間には周方向に配列された複数のダンパー部材４５が介設されている。
【００３２】
ところで、前記駆動軸４４上には大径のギヤＧ４の駆動軸４４との結合を断接するためのドグクラッチ４６が設けられており、該ドグクラッチ４６は前記フレーム２の前方上部に設けられたクラッチレバー４７（図１参照）の回動操作によってＯＮ／ＯＦＦ動作する。そして、ドグクラッチ４６の近傍には、該ドグクラッチ４６のＯＮ／ＯＦＦを検知するリミットスイッチ４８が設けられており、ドグクラッチ４６がＯＦＦ状態にあるときには後述の駆動モータ４１に電流が流れないよう構成されている。
【００３３】
尚、以上は一方の車輪４側に設けられた補助動力装置４０の構成について述べたが、他方の車輪４側に設けられた補助動力装置４０も共通のものが使用されており、部品の共通化による量産効果を得ることができる。そのため、左右一対の補助動力装置４０は、図２に示すように点対称の関係を保って配置されている。即ち、各補助動力装置４０においては、駆動モータ４１が車軸１３の中心線からオフセットしており、このような共通の補助動力装置４０を左右の車輪４に対して点対称の関係を保って配置すると、本実施例の最凸部である左右一対の駆動モータ４１は上下方向に段差をもって配されることとなり、当該車椅子１を図３に示すように折り畳んだ際に両駆動モータ４１が互いに干渉することがなく、この結果、車椅子１をコンパクトに折り畳むことができる。
【００３４】
一方、図１に示すように、フレーム２の前部側方には前記補助動力装置４０の駆動を制御するためのコントローラ５０が取り付けられており、該コントローラ５０の上方にはバッテリ６０が取り付けられている。尚、コントローラ５０は、図２に鎖線にて示すように、フレーム２のクロス部材２ａに取り付けても良い。
【００３５】
ここで、コントローラ５０の構成を図１１に基づいて説明する。
【００３６】
図１１はコントローラ５０の構成を示すブロック図であり、該コントローラ５０は、前記ポテンショメータ３０によって検出されるハンドリム１６に加えられる人力又は／及びグリップ７に設けられたポテンショメータ３４によって検出されるグリップ７に加えられる人力（介助者によって加えられる人力）に対する補助動力を演算するアシスト力演算手段５１と、該アシスト力演算手段５１によって求められた補助動力（つまり、補助動力の目標値（目標トルク））に対して駆動モータ４１の駆動を制御する（駆動モータ４１に供給すべき電流を制御する）モータ制御手段５２と、該モータ制御手段５２からの制御信号を受けてそれに見合うデューティ値のゲート信号Ｇ_a ，Ｇ_b ，Ｇ_c ，Ｇ_d をゲートに出力するゲートドライブ回路５３を含んで構成されている。尚、図１１において、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄはゲート信号Ｇ_a ，Ｇ_b ，Ｇ_c ，Ｇ_d をそれぞれ印加されてＯＮ／ＯＦＦするＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。
【００３７】
次に、本手動式電動車椅子１の作用を説明する。
【００３８】
乗り手が左右一対のハンドリム１６を例えば前進方向に回すためにこれに力を加えると、各ハンドリム１６に加えられた人力Ｆ_M の大きさが前記３本の小径スプリング２３の予圧力に打ち勝つまでの間はハンドリム１６は不動であって、ハンドリム１６と車輪４の間に相対回転は生じず、このとき、図１２に示すようにポテンショメータ３０の出力は０を示す。尚、図１２はハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_M に対するポテンショメータ３０の出力特性を示す図であり、同図において、Ｆ_M0は３本の小径スプリング２３の予圧力に等しい人力の値である。
【００３９】
その後、人力Ｆ_M がＦ_M0を超えて増大すると、図９に示すように一方のピン２７がスプリング受け２５を押圧して先ず小径のスプリング２３のみを圧縮し、ハンドリム１６はスプリング２３の圧縮量に見合う角度だけ車輪４に対して相対回転する。そして、このハンドリム１６の相対回転量はレバー３１によって拡大されてポテンショメータ３０に伝達され、ポテンショメータ３０は、図１２に直線ａに示すように、ハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_M に対する信号を出力する。尚、小径のスプリング２３のバネ定数は小さいため、該スプリング２３の人力Ｆ_M の増加量に対する圧縮量、つまり、ハンドリム１６の回動量は大きく、従って、ポテンショメータ３０の感度は高く保たれ、このため、乗り手は当該車椅子１のデリケートな操作が可能となる。
【００４０】
そして、ハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_M の値が図１２に示すＦ_M1に達すると、大径のスプリング２２も小径のスプリング２３と共に圧縮され始め、ハンドリム１６は両スプリング２２，２３の圧縮量に見合う角度だけ車輪４に対して相対回転し、このとき、ポテンショメータ３０は、図１２の直線ｂに示すようにハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_M に対する信号を出力する。
【００４１】
その後、ハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_M が図１２に示すＦ_M2を超えた場合には、図１０に示すようにピン２７が保持部材２４に当接するため、人力Ｆ_M はピン２７から保持部材２４を経て車輪４に直接伝達される。このとき、ポテンショメータ３０の出力は、図１２に直線ｃにて示すように一定となる。
【００４２】
尚、ユーザーがハンドリム１６に逆方向の力を加えた場合のポテンショメータ３０の出力は、図１２の直線ａ’，ｂ’，ｃ’によって表され、図１２にハッチングを付した領域が不感帯領域となる。このような不感帯領域を設けることにより、機械的誤差や電気的誤差を許容しながら静止状態を確実に検出することができる。
【００４３】
而して、ハンドリム１６には人力Ｆ_M が間欠的に加えられ、この人力Ｆ_M は前述のようにポテンショメータ３０によって検出され、その検出信号Ｖ_inは前記コントローラ５０のアシスト力演算手段５１に入力される。
【００４４】
上記アシスト力演算手段５１はポテンショメータ３０から出力された入力信号Ｖ_inに対し所要のアシスト比に基づいて目標トルクτを演算し、それに見合う制御信号をモータ制御手段５２に出力する。尚、入力信号Ｖ_inと目標トルクτとの関係（アシスト力演算手段５１の特性）をアシスト比をパラメータとして図１３に示す。本実施例では、Ｖ_inの値がＶ_i1〜Ｖ_i2の範囲にあるときは、目標トルクτは０となり、電気的な不感帯域が形成される。
【００４５】
モータ制御手段５２は駆動モータ４１に供給すべき電流を制御し、ゲートドライブ回路５３はモータ制御手段５２からの制御信号を受けて必要なデューティ値のゲート信号Ｇ_a ，Ｇ_d をＦＥＴ５４ａ，５４ｄのゲートに印加する（前進の場合）。すると、バッテリ６０からの電流はＦＥＴ５４ａ，５４ｄを通じて図１１の矢印方向に流れ、これによって駆動モータ４１が正転される。ＦＥＴ５４ｄを通るモータ電流値Ｉ_b はモータ制御手段５２にフィードバックされて目標値と比較され、ケート信号Ｇ_a ，Ｇ_d のデューティ値を増減する。
【００４６】
而して、上述のように駆動モータ４１が正転すると、該駆動モータ４１によって発生する駆動力が補助動力Ｆ_A として車輪４に与えられる。即ち、駆動モータ４１の回転は、図５に示すギヤＧ１，Ｇ２によって１段減速されてカウンタ軸４３に伝達され、ドグクラッチ４６がＯＮのとき、該カウンタ軸４３の回転はギヤＧ３，Ｇ４によって２段減速されて駆動軸４４に伝達される。そして、この駆動軸４４の回転はギヤＧ５，Ｇ６によって３段減速された後、ダンパー部材４５を介して車輪４に伝達され、該車輪４が人力Ｆ_M に補助動力Ｆ_A を加えた大きさの駆動力Ｆ（＝Ｆ_M ＋Ｆ_A ）によって回転駆動され、これによって車椅子１が前進せしめられ、乗り手は全駆動力Ｆの例えば約１／２程度の小さな駆動力（人力）Ｆ_M で楽に車椅子１を操作することができる。
【００４７】
ところで、ハンドリム１６に逆方向（後進方向）の人力Ｆ_M が加えられた場合には、図１１に示すゲートドライブ回路５３はゲート信号Ｇ_b ，Ｇ_c をＦＥＴ５４ｂ，５４ｃにそれぞれ印加してこれらをＯＮ／ＯＦＦする。すると、バッテリ６０からの電流は駆動モータ４１を逆方向に流れるために該駆動モータ４１は逆転し、車輪４にはこれを逆転させる方向の補助動力Ｆ_A が加えられる。ＦＥＴ５４ｂを通るモータ電流値Ｉ_a はモータ制御手段５２にフィードバックされて目標値と比較され、ゲート信号Ｇ_b ，Ｇ_c のデューティ値を増減する。
【００４８】
尚、グリップ７に介助者によって加えられる人力もポテンショメータ３４によって検出され、この人力に応じた補助動力が車輪４に加えられるが、ハンドリム１６とグリップ７に同時に人力が加えられた場合には何れか一方に加えられた人力を優先してその人力に応じた補助動力を車輪４に与えるようにしても良いし、両方の補助動力を加算しても良い。
【００４９】
ここで、コントローラ５０で算出される補助動力の目標値（目標トルク）の経時変化を図１４に示すが、図示のように、本実施例においては、ハンドリム１６に対して人力Ｆ_M が除去された後においても補助動力Ｆ_A を残存させている。即ち、人力Ｆ_M がハンドリム１６に加えられると、ポテンショメータ３０は入力信号Ｖ_in1 を出力し、コントローラ５０によって補助動力Ｆ_A1が車輪４に加えられる。そして、時間ｔ₂ において入力信号Ｖ_in1 が減少し始めると、該入力信号Ｖ_in1 の極大値が減衰しながら維持され、残存する補助動力Ｆ_A2が車輪４に加え続けられる。
【００５０】
このように、車輪４に対して人力Ｆ_M が除去された後においても補助動力Ｆ_A2が残存して車輪４を回し続けるため、１回の人力Ｆ_M の入力に対する車椅子１の航続距離が長くなって乗り手が車輪４を回すピッチが遅くて済み、乗り手の肉体的な負担が更に軽減される。
【００５１】
而して、上記残存する補助動力Ｆ_A2の極性は入力された人力Ｆ_M の方向（例えば、前進方向）とされ、その絶対値｜Ｆ_A2｜は図示のように時間的に減衰している。このように補助動力Ｆ_A2の絶対値｜Ｆ_A2｜が時間的に減衰するため、車椅子１の走行には従来の手動車椅子と同様の惰行感覚が与えられる。
【００５２】
そして、次に乗り手がハンドリム１６に人力Ｆ_M を加えたために入力信号Ｖ_in2 が間欠的に出力されると、時間ｔ₃ においてＦ_A2＜Ｖ_in2 になったとき、その入力信号Ｖ_in2 に応じた補助動力Ｆ_A1が車輪４に加えられ、時間ｔ₄ において入力信号Ｖ_in2 が減少し始めると、該入力信号Ｖ_in2 の極大値が減衰しながら維持され、残存補助動力Ｆ_A2が車輪４に加え続けられる。このように、残存する補助動力ＦＡ₂ の絶対値｜Ｆ_A2｜は、その初期値（例えば、図１４の時間ｔ₂ ，ｔ₄ ，ｔ₆ における値）が人力Ｆ_M の極大値によって順次更新される。
【００５３】
その後、図１４に示すように車椅子１が惰行している時に逆方向（後進方向）の人力Ｆ_M がハンドリム１６に加えられたために図示の入力信号Ｖ_in4 が出力されると、残存する補助動力Ｆ_A2の絶対値｜Ｆ_A2｜は、前進方向に残存する補助動力と後進方向に残存する補助動力との線形和として求められるために図１４に示すように急激に減少し、この結果、車椅子１の惰行作用が解消され、車椅子１は速やかに停止せしめられる。
【００５４】
尚、残存する補助動力Ｆ_A2の絶対値｜Ｆ_A2｜又はその減衰割合の少なくとも一方をユーザーの体力等によって変えても良く、或は前進時と後進時で変えても良い。
【００５５】
ここで、補助動力Ｆ_A を残存させる具体的手法を図１５に基づいて説明する。
【００５６】
図１５は前記アシスト力演算手段５１の回路構成図であり、図中、Ｃ₁₁，Ｃ₂₁はコンデンサ、Ｄ₁₁，Ｄ₂₁はダイオード、Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，Ｒ₁₃，Ｒ₁₄，Ｒ₁₅，Ｒ₂₁，Ｒ₂₂，Ｒ₂₄，Ｒ₃₁，Ｒ₃₂は抵抗、ＯＰ１は反転加算器である。
【００５７】
ポテンショメータ３０はその両端が安定化された正負の電源Ｖ⁺ ，Ｖ^- に接続されており、人力Ｆ_M の入力が０のときに出力電圧が０となるように機械的に取り付けられている。
【００５８】
而して、前進方向の人力Ｆ_M の入力によってポテンショメータ３０が正の電位を発生すると、この発生した電位はＲ₁₄を通じてコンデンサＣ₁₁をチャージする。人力Ｆ_M が一定若しくは増加中のときにはコンデンサＣ₁₁のチャージは続くが、人力Ｆ_M が減少したためにポテンショメータ３０の電位が減少に向かうと、ダイオードＤ₁₁の作用によって逆流が阻止され、電位の極大値（ピーク値）が記憶されるよう作用する。
【００５９】
一方、コンデンサＣ₁₁はその電荷を抵抗Ｒ₁₂によって放電しているため、該コンデンサＣ₁₁の端子電位は時間と共に減少する。
【００６０】
以上の作用によって、前進方向の人力Ｆ_M が加えられた場合には、その人力Ｆ_M が極大値に達するまではＲ₁₂とＲ₁₃によって決まるアシスト比で補助動力Ｆ_A が加えられ、その後、人力Ｆ_M が減少し始めると、補助動力Ｆ_A の極大値が減衰しながら維持され、人力Ｆ_M が除去された後においても補助動力Ｆ_A が残存することとなる。尚、補助動力Ｆ_A が残存する時間はコンデンサＣ₁₁の容量及び抵抗Ｒ₁₂の値によって任意に調整可能であり、本実施例では乗り手の状況に応じて２秒〜５秒の間で調整可能としている。
【００６１】
又、後進方向に人力Ｆ_A が加えられた場合には、ダイオードＤ₂₁、コンデンサＣ₂₁及び抵抗Ｒ₂₂，Ｒ₂₄によって構成される負側の電位のピークホールド及びスローリリース機能によって、人力Ｆ_M が除去された後においても補助動力Ｆ_A が残存せしめられる。
【００６２】
他方、前記反転加算器ＯＰ１は、入力抵抗Ｒ₁₂，Ｒ₂₂にて決まる比率によってコンデンサＣ₁₁，Ｃ₂₁の電位を線形加算しており、入力抵抗Ｒ₁₂とＲ₁₃によって前進方向のアシスト比が決まり、抵抗Ｒ₂₂とＲ₁₃によって後進方向のアシスト比が決まる。例えば、Ｒ₁₂＝Ｒ₂₂のときには、前後進のアシスト比は同等となり、短時間の間に前後方向にそれぞれ同等の人力Ｆ_M を加えた場合には、コンデンサＣ₁₁，Ｃ₂₁のそれぞれに電位は記憶されるが、反転加算器ＯＰ１によって正負等量の電位として加算されるため、最終的に目標トルクの出力は殆ど０となる。
【００６３】
尚、乗り手の体力等の状況によっては、前後進のアシスト比を変えたい場合があるが、斯かる場合には抵抗Ｒ₁₂，Ｒ₂₂の比率を変えれば良い。
【００６４】
ところで、介助者によって加えられる人力を検出するポテンショメータ３４の電位は入力抵抗Ｒ₃₂によって直接反転加算器ＯＰ１に加算されるため、介助者による人力に応じて加えられる補助動力が人力を除いた後も残存することはない。
【００６５】
尚、入力抵抗Ｒ₃₂の値を変えることによって、介助者の体力等に応じたアシスト比の設定が可能となる。
【００６６】
次に、補助動力を残存させるための具体的手法の別実施例を図１６乃至図１８に基づいて説明する。尚、図１６はコントローラ５０の構成を示すブロック図、図１７は入力信号特性を示す図、図１８はアシスト力演算処理手順を示すフローチャートである。
【００６７】
図１６に示すように、本実施例においては、コントローラ５０はＣＰＵ５５とモータドライバ５６を含んで構成され、ポテンショメータ３０，３４によって検出された人力はＩ／Ｆ（インターフェイス）を介してＣＰＵ５５に入力される。
【００６８】
そして、上記ＣＰＵ５５はポテンショメータ３０，３４からの信号が入力されると、図１８に示すアシスト力演算処理を実行する。
【００６９】
即ち、ポテンショメータ３０からの入力信号Ｖ₁ とポテンショメータ３４からの入力信号Ｖ₂ の値が正常値であるか否か、つまり、入力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ の値が所定の範囲Ｖ_low 〜Ｖ_high（図１７参照）に含まれるか否か（Ｖ_low ＜Ｖ₁ ＜Ｖ_high，Ｖ_low ＜Ｖ₂ ＜Ｖ_high）を判定し（図１８のSTEP１）、含まれていれば前後進の判定を行う（図１８のSTEP３）。尚、入力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ が所定の範囲Ｖ_low 〜Ｖ_highを逸脱して異常値を示せば、エラー処理がなされる（図１８のSTEP２）。
【００７０】
前記前後進の判定においては、入力信号Ｖ₁ がＶ_null（図１７参照）に対して大きいか否か（Ｖ₁ −Ｖ_null＞０）を判定し、Ｖ₁ がＶ_nullよりも大きければ（Ｖ₁ −Ｖ_null＞０）前進、小さければ（Ｖ₁ −Ｖ_null＜０）後進とそれぞれ判定される。
【００７１】
而して、Ｖ₁ −Ｖ_null＞０であるために前進と判定されれば、入力信号Ｖ₁ の絶対値Ｖ_pos が下式：
【００７２】
【数１】
Ｖ_pos ＝Ｖ₁ −Ｖ_null …（１）
によって求められ（図１８のSTEP４）、この絶対値Ｖ_pos が、保持されている極大値Ｖ_pmaxに対して大きいか否か（Ｖ_pmax＜Ｖ_pos ）が判定され（図１８のSTEP５）、大きければ極大値Ｖ_pmaxがこの絶対値Ｖ_pos によって更新（Ｖ_pmax＝Ｖ_pos ）され（図１８のSTEP６）、小さければ極大値Ｖ_pmaxの更新はなされない。
【００７３】
そして、次に極大値Ｖ_pmaxの漸減（時間的減衰）の要否がＶ_pmax＞０によって判定され（図１８のSTEP７）、Ｖ_pmax＞０であれば、極大値Ｖ_pmaxの漸減の要ありとして極大値Ｖ_pmaxが下式によってｄＶずつ減じられる（図１８のSTEP８）。
【００７４】
【数２】
Ｖ_pmax＝Ｖ_pmax−ｄＶ …（２）
尚、Ｖ_pmax≦０であれば、極大値Ｖ_pmaxの漸減の要なしとして極大値Ｖ_pmaxが保持される。このときの極大値Ｖ_pmaxの絶対値は微小であり、図１３に示したＶ_i1〜Ｖ_i2の電気的不感帯域の範囲内に収まり、車椅子１は静止し、逆転することはない。
【００７５】
一方、Ｖ₁ −Ｖ_null＜０であるために後進と判定された場合には、前進時と同様に入力信号Ｖ₁ の絶対値Ｖ_neg が下式：
【００７６】
【数３】
Ｖ_neg ＝Ｖ_null−Ｖ₁ …（３）
によって求められ（図１８のSTEP９）、この絶対値Ｖ_neg が、保持されている極大値Ｖ_nmaxに対して大きいか否か（Ｖ_nmax＜Ｖ_neg ）が判定され（図１８のSTEP１０）、大きければ極大値Ｖ_nmaxがこの絶対値Ｖ_neg によって更新（Ｖ_nmax＝Ｖ_neg ）され（図１８のSTEP１１）、小さければ極大値Ｖ_nmaxの更新はなされない。
【００７７】
そして、次に極大値Ｖ_nmaxの漸減（時間的減衰）の要否がＶ_nmax＞０によって判定され（図１８のSTEP１２）、Ｖ_nmax＞０であれば、極大値Ｖ_nmaxの漸減の要ありとして極大値Ｖ_nmaxが下式によってｄＶずつ減じられる（図１８のSTEP１３）。
【００７８】
【数４】
Ｖ_nmax＝Ｖ_nmax−ｄＶ …（４）
尚、Ｖ_nmax≦０であれば、極大値Ｖ_nmaxの漸減の要なしとして極大値Ｖ_nmaxが保持される。
【００７９】
上述のようにして前後進における極大値Ｖ_pmax，Ｖ_nmaxが求められると、アシスト力Ｖ_out が次式によって求められる（図１８のSTEP１４）。
【００８０】
【数５】
Ｖ_out ＝ｋ１＊Ｖ_pmax−ｋ２＊Ｖ_nmax＋ｋ３＊Ｖ₂ …（５）
ここに、ｋ１，ｋ２，ｋ３は一定又は可変の係数、Ｖ₂ はポテンショメータ３４からの入力信号である。
【００８１】
而して、以上の処理が常時繰り返され（図１８のSTEP１５）、前記（２），（４）式によって極大値Ｖ_pmax，Ｖ_nmaxが時間的に漸減されるため、ハンドリム１６に加えられる人力については前後進において人力が除去された後においても時間的に減衰する補助動力が残存することとなるが、介助者による人力については補助動力は残存しない。
【００８２】
ところで、以上の実施例における車椅子１の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ_A 及び人力Ｆ_M の時間的変化を図１９に示すが、該実施例では補助動力Ｆ_A が極大値Ｆ_Amaxに達した後にその値を時間的にほぼ一定割合で漸減させている。つまり、ポテンショメータ３０からの入力信号Ｖ₁ の絶対値Ｖ_pos ，Ｖ_neg の極大値Ｖ_pmax，Ｖ_nmaxから減じられるべき値ｄＶ（（２）式及び（４）式参照）は時間的に一定（ｄＶ＝一定）であった。そして、合成駆動力Ｆ（補助動力Ｆ_A ）が０となる時間ｔ₃ 以後においては駆動モータ４１を含む補助動力装置４０の車輪４側からの逆駆動に対する負荷及び路面抵抗によって車椅子１の速度ｖは漸減し、該車椅子１は時間ｔ₄ において停止する。しかし、前記値ｄＶを時間的に変化させても良い。つまり、ｄＶを時間ｔの関数としてｄＶ（ｔ）と表し、補助動力Ｆ_A の残存量演算において極大値Ｖ_pmax，Ｖ_nmaxを（２）式、（４）式に代えて次式によってそれぞれ求めるようにしても良い（図２０のSTEP８，１３参照）。尚、図２０はアシスト力演算処理手順を示す図１８と同様のフローチャートである。
【００８３】
【数６】
Ｖ_pmax＝Ｖ_pmax−ｄＶ（ｔ） …（２）’
Ｖ_nmax＝Ｖ_nmax−ｄＶ（ｔ） …（４）’
では、補助動力Ｆ_A の制御の仕方（つまり、ｄＶ（ｔ）の設定の仕方）の具体例を図２１乃至図２４に基づいて各々説明する。尚、図２１乃至図２４は車椅子１の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ_A 及び人力Ｆ_M の時間的変化を示す図１９と同様の図である。
【００８４】
図２１に示す例では、補助動力Ｆ_A が極大値に達した時間ｔ₁ から時間ｔ₃ までの一定時間だけ補助動力Ｆ_A をほぼその極大値Ｆ_Amaxに保持（Ｆ_A ≒Ｆ_Amax）した後、補助動力Ｆ_A をその極大値Ｆ_Amaxから時間的にほぼ一定の割合で漸減させている。つまり、ｄＶ（ｔ）は時間ｔに対して次のように設定されている。
【００８５】
【数７】
時間ｔ₁ 〜ｔ₃ ：ｄＶ（ｔ）≒０
時間ｔ₃ 〜ｔ₄ ：ｄＶ（ｔ）≒一定
以上のように一定時間だけ補助動力Ｆ_A を極大値Ｆ_Amaxに保持すれば、より小さな人力Ｆ_M で車椅子１を走行させることができ、登坂も楽に行えるようになる。尚、本実施例においても、合成駆動力Ｆ（補助動力Ｆ_A ）が０となる時間ｔ₄ 以後においては補助動力装置４０の逆駆動による負荷及び路面抵抗によって車椅子１の速度ｖは漸減し、該車椅子１は時間ｔ₅ において停止する。
【００８６】
又、図２２に示す例では、補助動力Ｆ_A の漸減比率を途中で変更している。即ち、補助動力Ｆ_A の時間ｔ₁ 〜ｔ₃ における漸減比率を時間ｔ₃ 〜ｔ₄ における漸減比率よりも大きく設定している。従って、時間ｔ₁ 〜ｔ₃ におけるｄＶ（ｔ）の値は時間ｔ₃ 〜ｔ₄ における値よりも大きく設定されている。
【００８７】
而して、上述のように補助動力Ｆ_A の漸減比率を途中で変更することによって、手動車椅子により近い駆動感覚が得られ、操作がやり易く簡単になる。尚、本実施例においても、合成駆動力Ｆ（補助動力Ｆ_A ）が０となる時間ｔ₄ 以後においては補助動力装置４０の逆駆動による負荷及び路面抵抗によって車椅子１の速度ｖは漸減し、該車椅子１は時間ｔ₅ において停止する。尚、本実施例では補助動力Ｆ_A の漸減比率を２段特性としているが、３段以上の多段特性としても良く、或は連続曲線的に漸減するような特性としても良い。
【００８８】
更に、図２３に示す例では、補助動力Ｆ_A を時間ｔ₁ 〜ｔ₃ まではほぼ一定の割合で漸減させているが、時間ｔ₃ 以降は車椅子１が停止する時間ｔ₄ までは、ほぼＦ_AOに保持している。つまり、ｄＶ（ｔ）は時間ｔに対して次のように設定されている。
【００８９】
【数８】
時間ｔ₁ 〜ｔ₃ ：ｄＶ（ｔ）≒一定
時間ｔ₃ 〜ｔ₄ ：ｄＶ（ｔ）≒０
尚、ほぼ一定に保持される補助動力Ｆ_A の値Ｆ_AOは補助動力装置４０の逆駆動による負荷に見合う量であって、駆動モータ４１（図４及び図５参照）にはその量に見合う電流が供給される。勿論、補助動力Ｆ_A を時間ｔ₁ 〜ｔ₃ まで曲線的に漸減させても良く、又、値Ｆ_AOに若干の傾きを持たせても良い。
【００９０】
以上のように補助動力Ｆ_A を漸減させた後にそれを所定値Ｆ_AOに保持することによって補助動力装置４０の逆駆動による負荷が補助動力Ｆ_AOによって相殺され、路面抵抗によって車椅子１の速度ｖは漸減し、該車椅子１は時間ｔ₄ において停止するため、車椅子１には補助動力装置４０が設けられていない手動車椅子と同様の惰行感覚が得られるとともに、必要以上の補助動力Ｆ_A を発生させなくて済むため、省エネルギーが図られて車椅子１の航続距離が延長される。
【００９１】
又、図２４に示す例では、図２３に示した例における上記と同様の効果を得るためにクラッチを設け、例えば時間ｔ₃ においてモータの駆動をＯＦＦすると共にクラッチもＯＦＦして車輪側からモータ側への逆駆動力の伝達を阻止するようにしている。
【００９２】
ここで、クラッチとして電磁クラッチを用いた例を図２５に基づいて説明する。尚、クラッチとしてはその他機械的クラッチ等を用いることができる。
【００９３】
図２５は補助動力装置のモータ部分の断面図であり、図示のように電磁クラッチ７０は駆動モータ８０とプーリ９０の間に介設されており、該電磁クラッチ７０は、駆動モータ８０の出力軸８１に摺動自在にスプライン嵌合されたスライダ７１と、ベアリング７２によって回転自在に支承されたクラッチプレート７３と、該クラッチプレート７３と前記スライダ７１の間に介設されてスライダ７１をクラッチプレート７３から離間する方向（電磁クラッチ７０がＯＦＦされる方向）付勢する板ばね７４及び電磁コイル７５を含んで構成されている。
【００９４】
尚、前記プーリ９０は前記クラッチプレート７３の端部にビス９１によって結着されており、該プーリ９０と不図示の車輪に連なるプーリ９２の間には駆動ベルト９３が巻装されている。
【００９５】
而して、人力Ｆ_M の入力に伴って電磁クラッチ７０がＯＮされるとともに、駆動モータ８０の駆動が開始され、該駆動モータ８０の出力軸８１の回転が電磁クラッチ７０を経てプーリ９０に伝達され、更に駆動ベルト９３、プーリ９２及び不図示の駆動経路を経て車輪に伝達され、車輪に補助動力Ｆ_A が付与される。
【００９６】
駆動モータ８０に発生する補助動力Ｆ_A は、図２４に示すようにその値が極大値Ｆ_Amaxに達した時間ｔ₁ 以降は漸減されるが、このとき、電磁クラッチ７０はＯＮ状態を保っている。
【００９７】
その後、図２４に示す時間ｔ₃ において駆動モータ８０への通電が遮断されて該駆動モータ８０の駆動が停止されるとともに、電磁クラッチ７０がＯＦＦされる。
【００９８】
従って、時間ｔ₃ 以降は補助動力Ｆ_A が車輪に付与されず、又、電磁クラッチ７０がＯＦＦされて車輪側から駆動モータ８０への逆駆動力の伝達が遮断されるため、車椅子１は補助動力装置を設けていない手動車椅子と同様に慣性力によって前進し、路面抵抗によってその速度ｖが漸減されて時間ｔ₄ において停止する。
【００９９】
以上、ｄＶ（ｔ）の設定の仕方の具体例を幾つか提示したが、本発明はこれらに限らず、これらを適宜に組み合わせたり、その他の特性を採用しても良い。
【０１００】
又、以上は本発明を特に手動式電動車椅子に適用した例について言及したが、本発明は自転車、足漕ぎボート等の他のビークルをもその適用対象に含むことは勿論である。
【０１０１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜４記載の発明によれば、推進手段に対して人力が除去された後においても補助動力が残存して推進手段を駆動し続けるため、１回の人力の入力に対するビークルの航続距離が長くなって乗り手が推進手段を駆動するピッチが遅くて済み、乗り手の負担が更に軽減されるという効果が得られる。
【０１０２】
又、ビークルの走行に通常のビークルの走行に通常のビークルと同様の惰行感覚を付与することができ、乗り手に違和感を与えることがないという効果が得られる。
【０１０３】
更に、請求項５記載の発明によれば、例えばビークルが惰行しているときに逆向きの人力を推進手段に加えればビークルの惰行作用を解消してビークルを速やかに停止させることができるという効果が得られる。
【０１０４】
又、請求項６又は７記載の発明によれば、乗り手の体力、ビークルの前後進等に応じて補助動力の大きさ等を任意に変えることができ、乗り手のニーズに柔軟に対応することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の側面図である。
【図２】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の正面図である。
【図３】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子を折り畳んだ状態を示す背面図である。
【図４】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の人力検出部及び補助動力装置部を示す車輪部分の破断平面図である。
【図５】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の人力検出部及び補助動力装置部を示す車輪部分の拡大破断平面図である。
【図６】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の車輪の外側面図である。
【図７】本発明の実施例に係る手動式電動車椅子の車輪のリム部の外側面図である。
【図８】人力検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【図９】人力が加えられたときの検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【図１０】人力が加えられたときの検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【図１１】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図１２】ハンドリムに加えられる人力に対するポテンショメータの出力特性を示す図である。
【図１３】入力信号と目標トルクとの関係（アシスト力演算手段の特性）をアシスト比をパラメータとして示す図である。
【図１４】コントローラで算出される補助動力の目標値（目標トルク）の経時変化を示す図である。
【図１５】アシスト力演算手段の回路構成図である。
【図１６】別実施例に係るコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１７】入力信号特性図である。
【図１８】アシスト力演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ_A 及び人力Ｆ_M の時間的変化を示す図である。
【図２０】アシスト力演算処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ_A 及び人力Ｆ_M の時間的変化を示す図である。
【図２２】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ_A 及び人力Ｆ_M の時間的変化を示す図である。
【図２３】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ_A 及び人力Ｆ_M の時間的変化を示す図である。
【図２４】車椅子の速度ｖ、合成駆動力Ｆ、補助動力Ｆ_A 及び人力Ｆ_M の時間的変化を示す図である。
【図２５】電磁クラッチを備える補助動力装置のモータ部分の断面図である。
【符号の説明】
１ 手動式電動車椅子（補助動力式車両）
４ 車輪（推進手段）
１６ ハンドリム
３０，３４ ポテンショメータ
４０ 補助動力装置
４１ 駆動モータ
５０ コントローラ
６０ バッテリ

Claims (7)

1. 推進手段に間欠的に加えられる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を前記推進手段に加算して人力と補助動力とにより該推進手段を駆動する補助動力式ビークルにおいて、
   前記推進手段に対して人力が除去された後においても前記補助動力を残存させ、この残存する補助動力の極性を、入力された人力の方向とするとともに、その絶対値を時間的に減衰させるようにしたことを特徴とする補助動力式ビークル。
2. 推進手段に間欠的に加えられる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を前記推進手段に加算して人力と補助動力とにより該推進手段を駆動する補助動力式ビークルにおいて、
   前記補助動力を人力の入力とほぼ同期して前記推進手段に加算するとともに、推進手段に対して人力が除去された後においても残存させ、その絶対値を時間的に減衰させるようにしたことを特徴とする補助動力式ビークル。
3. 前記残存する補助動力の絶対値は、その初期値が人力の極大値によって更新されることを特徴とする請求項１又は２記載の補助動力式ビークル。
4. 前記補助動力が極大値に達した時から一定時間、補助動力をほぼその極大値に保持した後、該補助動力をその極大値から時間的に減衰させることを特徴とする請求項３記載の補助動力式ビークル。
5. 前記残存する補助動力の絶対値は、前進方向に残存すべき補助動力と後進方向に残存すべき補助動力との線形和であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の補助動力式ビークル。
6. 前記残存する補助動力の絶対値又は減衰割合の少なくとも一方を変化可能としたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の補助動力式ビークル。
7. 前記残存する補助動力の絶対値は、前進方向と後進方向とで異なることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の補助動力式ビークル。

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