专利名称：电动机驱动的车辆的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种与电动机驱动的车辆，例如电动机驱动的轮椅结合使用的电动机控制装置。
电动机驱动的车辆例如电动机驱动的轮椅具有一对由电动机驱动的驱动轮。一种控制装置控制相应的电动机。
一种结合电动机驱动的轮椅使用的控制装置表示在于1996年1月10日公布的EP0 691 232A2中，这里引用可供参考。在这一欧洲申请公布文件中所示的带有电动机控制装置的电动机驱动的轮椅包括手动驱动力传感装置，其检测由轮椅使用者的看护人员为推动轮椅向轮椅施加的作用力的量值。手动驱动力传感装置产生与施加到轮椅上的手动驱动力的量值成比例的代表手动驱动力的信号。代表手动推动力的信号提供到控制装置，该控制装置以这样一种方式即以产生与对应的代表手动驱动力的信号成比例的轮驱动力的方式控制电动机。
随着施加到轮椅上的手动驱动力增加，由相应电动机形成的轮驱动力按比例增加。因此，当轮椅的行进阻力增加，例如当在平路上移动的轮椅必须上坡时，电动机的车轮驱动力必须增加，手动驱动力也必须增加。这对只有小的力气的看护人员是负担过重的。
利用在上述欧洲申请公布文件由所示的控制装置，手动驱动力的变化立即引起电动机的车轮驱动力的变化。因此，如果例如为了朝前推动轮椅的手动驱动力增加，导致按照高的速度加速轮椅，看护人员可能不能跟随轮椅的移动。于是，看护人员将试图减少手动驱动力，或者在某些情况下，可能施加到轮椅上的手动驱动力使轮椅沿相反的方向即向后的方向移动。在这种情况下，由电动机形成的轮驱动力可能突然降低，或者电动机形成的车轮驱动力可能使该车轮沿向后的方向驱动。在响应于电动机的轮驱动力的这种变化时，看护人员可能得增加其手动驱动力，沿向前方向推动轮椅。因此，轮椅再次沿朝前方向高速加速。按这种方式，轮椅被交替地加速和减速。换句话说，轮椅移动速率是不稳定的。因此，为了以稳定的速度移动轮椅，看护人员需要有推动轮椅的技巧。
本发明的目的是提供一种结合电动机驱动的控制装置，其能使电动机驱动的车辆中的电动机增加驱动力、而不会增加车辆操纵者的负担。在下文，由电动机提供的驱动力称为补充的机械驱动力、补充的驱动力或机械驱动力。
本发明的另一个目的是提供一种结合电动机驱动的车辆的电动机控制装置，其能使补充的机械驱动力平稳地变化，即使施加到车辆上的手动驱动力突然变化。
根据本发明的第一个方面，提供一种用于电动机驱动的车辆的包含一控制单元控制装置。当由人员施加到车辆上将车辆推动的手动驱动力超过预设值时，该控制单元使驱动装置形成补充的机械驱动力。该控制单元通过由手动驱动力减去预设值，计算现时补充的驱动力需变化的数量。控制单元计及所计算的变化量，使驱动装置形成新的机械驱动力。
由于现时机械驱动力需变化的量值是由手动驱动力中减去预设值形成的数值，使机械驱动力由现时值持续增加手动驱动力和预设值之间的差，即使手动驱动力维持不变。因而，当车辆行进时对所遇到的行进阻力可以应付，无需增加手动驱动力。
由于施加的手动驱动力超过预设值通过改变机械驱动力，以及然后将手动驱动力降低到预设值并维持在预设值，按恒定的驱动力驱动电动机驱动的车辆。为了按照恒定力驱动车辆，只要向车辆施加等于预设值的手动驱动力就足够了。
通过将数字化的驱动力减去预设值，再乘以一指定的系数，例如大于0而小于1的系数，控制单元可以计算需变化的现时机械驱动力的单调变化的数量。根据所计及的机械驱动力需变化的计算的变化量，由驱动装置形成新的机械驱动力。
由于利用上述系数，机械驱动力需变化的变化量小于通过由手动驱动力中减去预设值计算出的变化量，因此，机械驱动力的变化比手动驱动力的变化更平缓，即机械驱动力具有平缓的响应曲线。因而，易于驱动车辆。
根据本发明的第二个方面，提供一种用于电动机驱动的车辆的包含控制单元的控制装置。当人员为推车辆施加到车辆上的手动驱动力超过预设值时，该控制单元使驱动装置产生机械驱动力。控制单元对于由多个阈值限定的多个控制区中的每一个设定一个系数，并确定一与手动驱动力相关的数值处在其中哪一个控制区。然后，控制单元通过将由手动驱动力减去预设值所得结果乘以对于所确定的控制区的系数，计算现时机械驱动力需变化的单调变化量。当控制装置使驱动装置形成新的机械驱动力时，由控制单元一起计及所计算的量值和现时的机械力驱动。
对于各个控制区的每个系数可以是大于0而小1的一个数值。
与手动驱动力相关的数值可以是手动驱动力本身或手动驱动力减去预设值的值。
根据手动驱动力相对于预设值的变化量的量值或根据对于手动驱动力本身的变化量的量值，可以自由地调节由驱动装置提供的机械驱动力的响应。例如，当手动驱动力相对预设值变化很大时，驱动装置受控提供或大或小的机械驱动力变化量。
对于一与预设值对应的数值所处的控制区的系数可以小于对于其它控制区的系数。在这种情况下，当手动驱动力在接近预设值的一个范围内变化时，机械驱动力的响应是慢的，使得车辆可以防止突然被加速或减速。因此电动机驱动的车辆的行进是稳定的。
此外，按照这种安排，能够保持一包括用于两个驱动轮的两个手动驱动力传感装置的车辆直线移动，驱动轮可以彼此独立地驱动，即使是当两个手动驱动力传感装置检测到在预设值附近的不同的手动驱动力量值时。
对于一对应于预设值的数值所在的控制区的系数可以具有一基本等于零的数值。利用这样一个系数，机械驱动力基本上不变，即使当手动驱动力在预设值附近的一个区域内变化时，这可使车辆操纵更稳定。
此外，按照这种安排，能够使包括用于两个驱动轮的两个手动驱动力传感装置的车辆保持直线移动，两驱动轮可以彼此独立地驱动，即使是当两个手动驱动力传感装置检测到接近预设值的不同量值的手动驱动力时。
可以设立3或更多个控制区。对于一对应于预设值的数值所在的控制区的系数和对于距该对应于预设值的数值最远的控制区的系数，小于对于其余控制区的系数。按照这种安排，由于对于其余的控制区采用较大的系数，可以易于达到所需的驱动力，以及一旦达到所需的驱动力，通过将手动驱动力维持在预设值，可以利用基本上为所需的驱动力驱动车辆。因此，手动驱动力偏离预设值的持续时间可以缩短。此外，由于对于最远的控制区的系数是小的，即使手动驱动力变化太大，也可防止车辆被突然加速或减速。因此，可易于操纵电动机驱动的车辆。
根据本发明的第三个方面，提供用于电动机驱动的车辆的包含控制单元的控制装置。
该控制单元当为推动车辆由使用人员向车辆施加的手动驱动力超过预设值时使驱动装置形成机械驱动力。控制单元将通过由手动驱动力减去预设值得到的数值乘以预定的系数，借此计算需利用驱动装置形成的机械驱动力应变化的变化量。这一变化量用一单调增加的n次函数来表示，其中n是等于或大于2的整数。控制单元当使驱动装置形成新的机械驱动力时计及这一计算变化量。
根据第三个方面，机械驱动力需变化的变化量是一单调增加的n次函数，其中n是2或更大整数。机械驱动力需变化的变化的变化量例如用K×(Fin-Fs)2来表示，其中Fin是手动驱动力，Fs是预设值，K是一系数。因此，当手动驱动力接近预设值时，机械驱动力需变化的量值是小的，即抑制了机械驱动力的响应，使得可以实现车辆稳定行进。当手动驱动力变得距预设值较远时，机械驱动力的响应增加，使得可以很快地达到所需的机械驱动力。在此之后，通过将手动驱动力维持在预设值，可以维持所达到的所需驱动力。因此，手动驱动力大于预设值的持续时间可以减少。
图1是其上安装有控制装置的电动机驱动的轮椅的透视图。
图2是根据本发明一个实施例的控制装置的方块图。
图3是表示手动驱动力和提供到图2中所示的控制装置的代表手动驱动力的信号之间的相互关系。
图4表示代表手动驱动力的数字信号和机械驱动力需变化的变化量之间相互关系的一个实例。
图5表示该代表手动驱动力的数字信号和机械驱动力需变化的变化量之间相互关系的第二实例。
图6表示手动驱动力和由于采用图4和图5中所示的相互关系形成的机械驱动力之间的相互关系。
图7表示该代表手动驱动力的数字信号和机械驱动力需变化的变化量之间相互关系的第三实例。
图8表示该代表手动驱动力的数字信号和机械驱动力需变化的变化量之间的相互关系的第四实例。
图9表示该代表手动驱动力的数字信号和机械驱动力需变化的变化量之间的相互关系的第五实例。
图10是描述图2中所示的控制装置的工作情况的流程图。
下面参照-电动机驱动车辆例如其上安装有控制装置的电动机驱动轮椅的实施例来介绍本发明。
如在图1中所示，电动机驱动轮椅1具有管制的车架2。在车架2的中心部分，铺设固定织物或非织物形成的座位，使用人可坐在其上。在车架2的后部，在其左右相对的两侧，安装可旋转的驱动轮6R和6L，在车架2的前部的两侧安装辅助轮8R和8L。
如图2中所示，驱动装置例如电动机10R、10L安装在形成在驱动轮6R和6L之间的内部空间内。还有用于分别控制电动机10R和10L的控制装置12R和12L安装在驱动轮6R和6L的内部空间内。此外，向控制装置12R和12L供电的蓄电池14R和14L也配置在轮6R和6L的内部空间内。电动机、控制装置12R和12L以及蓄电池14R和14L在驱动轮6R和6L的内部空间内的配置方式可以与前面引用的EP 0 691 231A2的如在图5和6所示的方式相同。另外，电动机，控制装置和蓄电池在轮椅1上例如可安装在驱动轮6R和6L外侧、座位下方。
控制装置12R和12L分别包括电动机驱动装置16R和16L，它们控制由蓄电池14R和14L要施加到电动机10R和10L上的电压。例如，电动机驱动装置16R和16L可以按PWM(脉宽调制)方式控制来自蓄电池14R和14L的电压。
控制装置12R和12L还包括分别指令控制电动机10R和10L的电动机驱动装置16R和16L的控制单元18R和18L。控制单元18R和18L例如可以包含微处理器。控制单元18R和18L由手动驱动力传感装置20R和20L接收代表手动驱动力的信号。控制单元18R和18L还由电动机驱动装置16R和16L接收施加到电动机10R和10L的电动机驱动信号。
手动驱动力传感装置20R和20L分别安装到操纵杆22R和22L上，二操纵杆由车架2向后彼此平行延伸。如图1所示。将手动驱动力传感装置20R和20L设计得可沿操纵杆22R和22L向前向后移动。在轮椅上的使用人的看护人员利用在各自操纵杆22R和22L上的手动驱动力传感装置20R和20L向轮椅1作用一手动驱动力，以便驱动轮椅1。手动驱动力传感装置20R和20L分别检测作用到各自操纵杆22R和22L上的手动驱动力，并形成代表二被检测的手动驱动力的各自的代表手动驱动力的信号。每个手动驱动力传感装置20R和20L可以一电位之外，它的阻值随施加到相关的手动驱动力传感装置上的手动驱动力的量值而变化。另外，代替电位计可以采用一包括应变计的桥式电路。
可以将在前面引用的EP 069 232A2中所表示的手动驱动力传感装置用作装置20R和20L。
如图3中所示，当无手动驱动力作用在手动驱动力传感装置上时，来自该二传感装置20R和20L的代表手动驱动力的信号可为零。当试图将轮椅1朝前驱动的手动驱动力施加在手动驱动力传感装置20R和20L上时，形成其量值与各自的手动驱动力的量值成比例的正的代表手动驱动力的信号。假如试图将轮椅1朝后驱动的手动驱动力施加到手动驱动力传感装置20R和20L上，形成其量值与施加的手动驱动力的量值成比例的负的代表手动驱动力的信号。
来自手动驱动力传感装置20R的代表手动驱动力的信号提供到控制单元18R。来自手动驱动力传感装置20L的代表手动驱动力的信号提供到控制单元18L。控制单元18R和18L根据提供到其上的代表手动驱动力的信号，通过电动机驱动装置16R和16L控制相关的驱动轮6R和6L。
取代所示和介绍的手动驱动力传感装置，手动驱动力传感装置可以按与固定到驱动轮6R和6L上的手轮24R和24L相关联的方式安装，用于独立地检测由轮椅的使用人施加到相应的手轮24R和24L上的手动驱动力的量值和方向。
下面介绍利用控制单元18R和18L进行的对驱动轮6R和6L的控制。由于利用控制单元18L进行的控制与利用控制单元18R相似，故仅介绍利用部件18R所进行的控制。然而，应当理解，利用控制单元18L对驱动轮6L进行的控制与下文要介绍的控制相类似。
在控制单元18R中，来自手动驱动力传感装置20R的代表手动驱动力的信号按照预定的间隔例如按照0.01秒的间隔进行采样，用以将其交换为代表手动驱动力的数字信号FinR。控制单元18R将这一控制信号提供到电动机驱动装置，当电动机10R未被驱动时以及当代表手动驱动力的数字信号处于该对于FinR已预设的预设值Fs和-Fs之间时，装置16R不工作驱动电动机10R。换旬话说，当代表下文要介绍的现时的机械驱动力的数字信号Fa(t-1)为零和FinR的绝对值等于或小于Fs的绝对值时，不向电动机10R供电。在这种情况下，轮椅1仅利用由看护人员提供的手动驱动力移动。
当代表手动驱动力的数字信号FinR的绝对值超过预设值Fs时，控制单元18R确定信号FinR的绝对值和预设值Fs的绝对值之间的差。这一差作为表示需变化的机械驱动力的量值的数字信号叠加到代表由电动机10R提供的现时机械驱动力的数字信号Fa(t-1)上，以便形成一代表新的机械驱动力的信号Fa(t)。即Fa(t)＝Fa(t-1)+dFa。代表需变化的机械驱动力的数字信号的量值在下文称为变化量dFa。
应注意，一旦代表手动驱动力的数字信号FinR的绝对值超过预设值Fs，变化量dFa的计算会持续下去，即使信号FinR的低于预假值Fs。图4中的实线表示在信号FinR超过预设值Fs之后的变化量dFa和信号FinR之间的相互关系。
假设预设值Fs是3以及代表手动驱动力的数字信号FinR的数值由3变到4并维持到4(这些数值3和4可以例如对应于3kg和4kg的力)。则变化量dFa持续为1，以及机械驱动力将由0持续增加1，即使手动驱动力不变。因而，即使轮椅的行进阻力增加，也不需要增加手动驱动力。
下面，假设预设值Fs是3，代表手动驱动力的数字信号的数值由3顺序变化的4、6、7、8、7、5、4、2、1、1然后到3。变化量dFa顺序从1变化到3、4、5、4、2、1、-1、-2、-2然后到0，使得机械驱动力由0顺序变化到1、4、8、13、17、19、20、19、17然后到17。在此之后，如果手动驱动力维持在例如3kg，对应Fs＝3，机械驱动力维持在17kg，对应于Fa(t)＝17。因此，通过首先向手动驱动力传感装置20R施加一具有这样一种量值的手动驱动力，这一量值与该可以提供所需机械力的预设值相关，然后将手动驱动力维持在该预设值，可以达到并维持所需机械驱动力。
在上述实例中，FinR和Fs之间的差用作变化量dFa。换旬话说，通过将FinR和Fs之间的差(FinR-Fs)乘以系数K＝1，可以确定机械驱动力变化的变化量dFa。然而，变化量dFa可以是(FinR-Fs)乘以另一个系数K得到的差，该系数例如在0(不包括0)与约为1的数值之间，即稍小于或稍大于1的一个数值。
图4中的点划线表示关于机械驱动力的变化量dFa与超过预设值Fs的代表手动驱动力的数字信号FinR之间的相互关系，在系数K等于0.5时得到的。当将小于1但大于0的系数K用于与差(FinR-Fs)相乘时，机械驱动力对于手动驱力的响应慢。例如在上述情况下，其中手动驱动力顺序变化，如上所述，当系数K为1时，机械驱动力由0到1、4、8、13、17、19、20、19、17顺序变化，然后到17。另一方面，如系数K＝0.5，机械驱动力将由0变化到0.5、2、4、6、5、8.5、9.5、10、9.5、8.5，然后到8.5。这意味着变化量dFa是当系数K＝1时的变化量的一半。
对于代表手动驱动力的数字信号FinR的负值，FinR和dFa之间的关系可以用一条直线来表示，该直线与在图4中所示的一条直线对称即利用竖轴作为对称轴。在这种情况下，变化量dFa以与上述相似的方式来确定。另外，当信号FinR具有负值，可以计算一FinR，然后由其减去Fs。
此外，对于系数K可以预先准备一些数值，其可处于由大于0的一个数值到稍小于或稍大于1的数值的范围内，轮椅使用人的看护人员可以由其中选择所需的数值。
在上述实例中，用于确定变化量dFa的系数K是一个常数，与代表手动驱动力的数字信号FinR的数值无关。然而，如在图5、7、8和9中所示，对于代表手动驱动力的数字信号FinR的不同数值，可以采用系数K的不同数值。在这种情况下，也根据表达式Fa(t-1)+dFa来确定新的代表机械驱动力的数字信号Fa(t)。
参照图5，对于FinR的数值小于和大于Fs，在预设值Fs的相反两侧分别设定两个阈值(Fs-Fh)和(Fs+Fh)，其中0＜Fh＜Fs。因此，形成三个控制区C1、C2和C3。对于控制区C1，其中FinR小于阈值(Fs-Fh)以及对于控制区C2，其中FinR大于阈值(Fs+Fh)，系数K例如都为1。对于控制区C3，其中FinR在(Fs-Fh)与(Fs+Fh)之间，系数K例如为0.5。对于预设值2.5，可对应于2.5kg，Fh例如可以为0.5，可对应0.5kg。
由于对于邻近预设值Fs的FinR使用相对小的K，机械驱动力对于代表手动驱动力的数字信号FinR的响应慢，实现了对轮椅1的稳定控制操纵。此外，在与所示轮椅1相似的轮椅中，其中驱动轮6R的驱动是按照利用手动驱动力传感装置20R检测的手动驱动力来控制的，驱动轮6L的驱动是按照利用手动驱动力传感装置20L检测的手动驱动力来控制的，可以易于直线驱动轮椅，即使当利用各自的装置20R和20L检测的手动驱动力是不平衡的。
参照图6详细介绍这种控制作用。在图6、中，曲线A表示如在图4中所示关系的手动驱动力随时间的变化，曲线B表示如在图4所示关系的由电动机10R提供的机械驱动力随时间的变化，曲线C表示如在图5中所示关系的手动驱动力随时间的变化，以及曲线D表示如在图5中所示关系的由电动机10R提供的机械驱动力随时间的变化。假设在图6中所示的区T1中，克服行进阻力L1驱动轮椅1以及在区T2中的行进阻力L2大于L1，在区域T3中的行进阻力L3小于L1。
在图4的情况下，例如在区T1，由电动机10R提供的机械驱动力随手动驱动力的增加而增加。当手动驱动力和机械驱动力的和形成的驱动合力超过轮椅推动者的需要时，该轮椅推动者例如轮椅1的使用人的看护人员经过手动驱动力传感装置20R减少其施加在轮椅上的手动驱动力。于是，虽然机械驱动力继续增加，机械驱动力的变化量却降低。如果手动驱动力降低低于预设值Fs，则机械驱动力开始降低。于是，当由手动驱动力与机械驱动力之和形成的驱动合力变得小于所需值时，轮椅推动者开始增加手动驱动力。应当注意，当手动驱动力开始增加时的瞬时的手动驱动力与对应于预设值对应的力的量值之差的绝对值，这时小于在手动驱动力开始降低时的对应差的绝对值。
然而，在手动驱动力开始增加时，由电动机10R提供的机械驱动力继续降低，不过机械驱动力的变化量变小。当手动驱动力超过预设值Fs时，则机械驱动力开始增加。当由手动驱动力和机械驱动力之和形成的驱动合力超过所需值时，轮椅推动者减少手动驱动力，应当指出，当轮椅推动者开始减少手动驱动力时，手动驱动力与预设值Fs之差的绝对值小于当推动者开始增加手动驱动力时的对应值。换句话说，随着由于手动驱动力和机械驱动力的和形成的驱动合力的作用使轮椅1的速度逐渐接近所需的速度，手动驱动力逐渐接近预设值Fs。按照这种方式，轮椅1的速度在手动驱动力适合预设值Fs的同时适合所需的速度。
如上所述，在图4所示的情况下，系数K保持为1。与之相反，在图5所示的情况下，当代表手动驱动力的信号FinR的数值处在阈值(Fs+Fh)和(Fs-Fh)之间的范围内时，系数K为0.5，当信号FinR在这一范围之外时则系数K为1。
因此，直到手动驱动力超过与阈值(Fs+Fh)相对应的数值之时，系数K维持0.5，使得机械驱动力的响应慢于图4所示的情况。在手动驱动力超过与阈值(Fs+Fh)相对应的数值后，系数K变为1，因此，机械驱动力的响应变得快于K＝0.5时的情况。然而，由于在手动驱动力超过与阈值(Fs+Fh)对应的数值之前提供的机械驱动力小于当采用系数K＝1时应提供的机械驱动力，在达到所需的驱动合力的瞬时，手动驱动力大于在图4中所示的情况。当手动驱动动力降低时，机械驱动力的变化量与在图4所示关系的情况相同，在手动驱动力的范围内，变化量大于与阈值(Fs+Fh)相对应的数值，这是由于系数K＝1。
当手动驱动力降低到低于与阈值(Fs+Fh)对应的数值时，系数由1变到0.5，因此，机械驱动力的变化量小于图4中所示关系的情况。当由手动驱动力和机械驱动力之和形成的驱动合力降低到低于所需值时，手动驱动力增加，导致机械驱动力增加。然而，由于系数K为0.5，机械驱动力的变化量小于在图4中所示关系的情况。因此，驱动合力的增加是逐渐的。当手动驱动力轻微超过预设值Fs时，由手动驱动力和机械驱动力之和形成的驱动合力轻微超过所需的驱动合力。按这种方式，通过使手动驱动力达到预设值Fs，可使轮椅1达到所需的速度。
在区T2，作用在轮椅上的行进阻力已大于区T1。因此，要施加较大的手动驱动力。然而在这种情况下，手动驱动力并未超过与阈值(Fs+Fh)对应的数值。在这种情况下，同样，在图4所示关系的情况下，系数K为1，而在图5所示的情况下，则为0.5。由于系数K的这一差别，机械驱动力的响应慢于图5所示关系时的情况，使得轮椅推动者能更易于操纵轮椅。
在区T3，作用在轮椅上的行进阻力变得小于区T1。于是，手动驱动力降低到小于与阈值(Fs-Fh)相对应的数值的数值。因此，对于区T1，手动驱动力的变化和由电动机10提供的机械驱动力的变化是按照相反的方向。
在图6中，t11、t12、t13代表对于在图5中所示情况下的稳定(settling)时间，t21、t22、t23代表对于图4中所示情况下的稳定时间。稳定时间是在每个区T1、T2和T3的起始点(在该点手动驱动力开始改变)和轮椅1达到所需速度的时间点之间的持续时间，以及手动驱动力恢复到与预设值Fs对应的数值。正如由图6所看到的，在图5所示情况下的稳定时间要比图4的相应值要短。
下面，参照图7，该图示有与图5对应相似的3个控制区C1、C2和C3。与图5不同，在图7中对于控制区C1和C2，系数K为1，而对控制区C3，则为0。由于对于控制区C3，系数K＝0，机械驱动力不变，即使当在接近Fs处或在控制区C3中代表手动驱动力的数字信号FinR变化。因此，轮椅可以稳定地控制操纵，轮椅推动者可易于推动轮椅。此外，即使通过手动驱动力传感装置20R和20L检测的二手动驱动力不平衡，轮椅推动者可以易于操纵轮椅使其直线移动。
对于控制区C3的系数K并不限于0，而是可为接近0的数值，例如0.1或0.2。
在图8所示的情况下，对于FinR的两个阈值设在预设值Fs的相反的两侧，即(Fs-Fh)和(Fs-Fh2)低于Fs，而(Fs+Fh1)和(Fs+Fh2)高于Fs，其中Fh1＜Fh2。这样就形成5个控制区，即对于不大于(Fs-Fh2)的数值的控制区C4、对于不小于(Fs+Fh2)的数值的控制区C5、对于不小于(Fs-Fh2)但小于(Fs-Fh1)的数值的控制区C6，对于不大于(Fs+Fh2)但大于(Fs+Fh1)的数值的控制区C7以及对于在(Fs-Fh2)和(Fs+Fh2)之间的数值的控制区C8。在图8所示的实施例中，对于控制区C4和C5，系数K为0.5。对于控制区C6和C7，系数K为1.2，以及对于控制区C8系数K为0.5。当然，系数K可以采用其它数值。
因为对于控制区C6和C7的系数K大于对于其它控制区C4、C5和C8的系数K，代表手动驱动力的数字信号偏离预设值Fs的持续时间可能缩短。对于距预设值Fs最远的控制区C4和C5，系数K是小的。因而，即使当手动驱动力变化是那样大，以致信号FinR可能进入这些控制区，轮椅1也不会突然地加速或减速。因为对于其中具有预设值Fs的控制区C8，系数K是小的，机械驱动力对于在控制区C8中的信号FinR的变化响应较慢，如在图5中所示的情况一样。因此，在控制区C8实现稳定地控制操纵轮椅1。因而，按照这种安排，在信号FinR接近预设值Fs的控制区内，可以易于直线推动轮椅1。
如上所述，对于控制区C6和C7以及对于控制区C4、C5和C8，系数K可以具有其它数值。此外，所有的控制区都可以具有不同的系数K。进而，控制区的数目并不限于3到5，而是可以为3或更高。
图9表示一个实例，其中的系数K是代表手动驱动力的数字信号FinR和预设值Fs之间的差与预定常数A的乘积的绝对值，即|A*(FinR-Fs)|。相应地，对于代表机械驱动力的数字信号的变化量是以|FinR-Fs|为自变量的单调上升的二次函数。于是，当信号FinR接近预设值Fs时，可以抑制机械驱动力的响应，使得能够保证稳定控制操纵轮椅1。当信号FinR的数值偏离预设值Fs时，机械驱动力的响应提高。因而，当大的手动驱动力施加到轮椅上时，导致形成大的机械驱动力的变化量，因此，推动者或看护人员可以平稳控制操纵轮椅1。
系数K可以是FinR和Fs之间的差的m次方与常数A的乘积的绝对值，其中m是等于或大于2的一个整数。
图5、7、8和9表示仅对于正值的FinR的FinR和dFa之间的关系。对于负值的FinR，dFa可以利用以竖轴作为对称轴的与已表示的曲线相对称的曲线来表示，并且按照在图5、图7、8和9中所示的相同方式来计算。在上面介绍的对dFa的计算中，当信号FinR为负时，可以使用-FinR来代替FinR。
将按照与上述相同的方式确定的代表机械驱动力的数字信号Fa(t)施加到电动机驱动装置16R，以及电动机驱动装置16R将与数字信号Fa(t)对应的电动机驱动信号施加到电动机10R使其驱动运转。
利用在图10中所示的流程图介绍用于进行上述控制的控制单元18R实现的处理过程。由独立于控制单元18R的控制单元18L进行相似的控制。
首先，按预定的采样间隔读取输入值并变换为数字信号(步骤S2)。具体地说，由该手动驱动力传感装置20R读取代表手动驱动力的信号输入到控制单元18R，并变换为代表手动驱动力的数字信号FinR。
接着，读取由电动机驱动装置16R向电动机10R提供的电动机驱动信号输入到控制单元18R，并进行判别读电动机驱动信号是否为零(步骤S3)。如果电动机驱动信号为零，确定施加的手动驱动力的方向(步骤S4)。具体地说，判别该代表手动驱动力的数字信号FinR是正还是负，借此确定电动机10R应当向前还是向后驱动旋转。
在步骤S3如果判别电动机驱动信号不为零，过程跳到步骤S4到步骤S6。
在步骤S6，判别信号FinR的绝对值是否大于预设值Fs的绝对值，或者代表机械驱动力的数字信号Fa(t-1)是否不为零。在步骤S6中的这些判别操作的顺序可以颠倒。只有当信号FinR的的绝对值小于预设值Fs的绝对值时，以及同时信号Fa(t-1)为零时，对步骤S6的应答为NO(否)。因此，信号FinR的绝对值一旦超过预设值Fs的绝对值，使得向电动机10R开始供电，步骤S6的应答维持YES(是)，即使当由于电动机10R被通电使信号FinR的绝对值变得小于预设值的绝对值。
如果对于步骤S6的应答是YES，计算FinR和Fs之间的绝对值之差(步骤S8)。这是准备用于确定对于代表机械作用力的数字信号Fa的变化量dFa。
接着，判别代表手动驱动力的数字信号FinR处在哪一个控制区(步骤S10)。在图5和7所示的情况下，通过将FinR与相应的阈值(Fs-Fh)和(Fs+Fh)确定FinR处在控制区C1、C2或C3的哪一个之中。在图8所示的情况下，将FinR与相应的阈值(Fs-Fh2)、(Fs-Fh1)、(Fs+Fh1)和(Fs+Fh2)相比较，以找出FinR处在控制区C4、C5、C6、C7或C8的哪一个之中。
另外，在图5和7所示的情况下，通过判别(FinR的-Fs)是小于-Fh、还是包含在-Fh和Fh之间，还是大于Fh；而在图8所示的情况下，通过判别(FinR-Fs)是否小于-Fh2、包含在-Fh2与-Fh1之间(不包含-Fh1)、包含在-Fh1和Fh1之间、包含在Fh1(不包含Fh1)和Fh2之间、或是大于Fh2。确定了FinR处在哪一个控制区就确定了用于经确定的控制区的系数K。
应指出，在图4所示的情况下，系数K是恒定的，因此，可以取消步骤S10。此外，在图9所示的情况下，由于系数K是FinR与Fs之间差与常数A的乘积，在步骤S10进行计算系数K，取代确定控制区。
在此之后，根据在步骤S8中计算的差和在步骤S10确定的系数K，计算机驱动力的变化量dFa(步骤S12)。应用表达式K*(FinR-Fs)计算变化量dFa。
将在步骤S12计算的变化量dFa和在步骤S2得到的Fa(t-1)求和，形成一个代表机械驱动力的数字信号Fa(t)(步骤S14)。
当对步骤S6的应签是NO时，过程跳到步骤步骤S14。然而在这种情况下，代表机械驱动力的数字信号Fa(t)为零，此外，施加到电动机10R上的电动机驱动信号为零。相应地，如果电动机驱动信号为零以及代表手动驱动力的数字信号FinR还没有超过预设值Fs，电动机10R则不供电。然而，一旦FinR超过Fs，导致向电动机10R供电，电动机10R继续被供电，即使信号FinR降低低于预设值Fs。
按这种方式确定的代表机械驱动力的数字信号Fa(t)变换为用以施加到电动机驱动装置16R的机械驱动信号(步骤S16)。同时，将代表根据在步骤S4中确定的方向确定的电动机10R应当沿哪一方向旋转的方向信号，也施加到电动机驱动装置16R上。直到在步骤S3中判别该代表机械驱动力的数字信号为零之时，这一方向信号维持不变。
根据施加到电动机驱动装置16R上的机械驱动信号和方向信号，电动机驱动装置16R向电动机10R提供利用PWM(脉宽调制)技术准备的电动机驱动信号，用以可控方式驱动电动机10R，使得电动机10R向轮椅1提供与Fa(t)相对应的机械驱动力。
预设值Fs、各个系数K以及各个阈值事前存储在控制装置的微处理器中，不过它们可适于按需要进行改变。
在上述实施例中，采用在代表手动驱动力的数字信号和对于代表机械驱动力的信号的变化量之间的每一种相互关系(如在图4、5、7、8和9所示)。取代这种方式，可以这样构成控制装置，使所有这些相互关系在装置预编程，可以由其中选择所需的一种。
此外，在上述实施例中，对FinR提供各种阈值(Fs-Fh)、(Fs+Fh)、(Fs-Fh1)、(Fs-Fh2)、(Fs+Fh1)以及(Fs+Fh2)，不过它们可以按照(FinR-Fs)确定。在这种情况下，阈值分别是-Fh、Fh、-Fh1、Fh1、-Fh2和Fh2以及通过判别数值(FinR-Fs)处在哪一控制区，在步骤S10对控制区进行确定。
权利要求
1.一种电动机驱动的车辆的控制装置，包括控制电动机驱动的车辆的驱动装置的控制单元，以便当车辆推动者为了推动所述车辆施加的手动驱动力达到预设值时，产生补充所述手动驱动力的机械驱动力；其中所述控制单元将所述手动驱动力减去预设值，确定用以改变所述机械驱动力的变化量，以及根据所述经确定的变化量和所述机械驱动力，确定利用所述驱动装置需产生的新的补充的机械驱动力。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动的车辆的控制装置，其中所述的控制单元将所述预设值和所述手动驱动力之间的差乘以一个系数。以确定单调上升的变化量，用以改变所述机械力，以及根据所述已确定的单调上升的变化量和所述机械驱动力确定需由所述驱动装置产生新的补充的机械驱动力。
3.一种电动机驱动的车辆的控制装置，包括控制电动机驱动的车辆的驱动装置的控制单元，当由车辆推动者为了推动所述车辆施加的手动驱动力达到预设值时，产生补充该手动驱动力的机械驱动力；其中，所述控制单元对于利用多个阈值限定的多个控制区中的各个区域设定系数，并判别与由所述车辆推动者施加的所述手动驱动力有关的一个值处于所述控制区中的哪一个，所述控制单元将所述手动驱动力和所述预设值之间的差乘以已判别的控制区的系数，从而计算用于改变所述机械驱动力的单调上升的变化量，以及根据所述计算的变化量和所述机械驱动力，确定所述驱动装置需产生的新的补充的机械驱动力。
4.根据权利要求3所述的电动机驱动的车辆的控制装置，其中对于与所述预设值对应的值所在的控制区的系数小于其它控制区的系数。
5.根据权利要求4所述的电动机驱动的车辆的控制装置，其中对于与所述预设值对应的所述值所在的所述控制区的系数基本上为零。
6.根据权利要求3所述的电动机驱动的车辆的控制装置，其中有3个控制区，包括中央控制区和在所述中央控制区两侧的两个端控制区；与所述预设值对应的所述值在所述两个端控制区中之一；以及所述两个端控制区的系数小于中央控制区的系数。
7.根据权利要求3所述的电动机驱动的车辆的控制装置，其中有4个或更多个控制区；以及与所述预设值对应的所述值所在的控制区的系数和距与所述预设值对应的所述值更远的控制区的系数小于其它控制区的系数。
8.一种电动机驱动的车辆的控制装置，包括一控制电动机驱动的车辆的驱动装置的控制单元，当由车辆推动者为推动所述车辆施加的手动驱动力达到预设值时产生补充所述手动驱动力的机械驱动力；其中所述控制单元将由所述手动驱动力减去所述预设值得到的差乘以预定的系数，以计算作为n阶函数的单调上升部分的所述机械驱动力的变化量，其中n是等于或大于2的一个数，并根据所述计算的变化量和所述机械驱动力确定需由所述驱动装置产生的新的补充的机械驱动力。
全文摘要
利用一手动驱动力传感装置检测由轮椅推动者施加到电动机驱动的轮椅上的手动驱动力。当手动驱动力达到预设值时,控制单元使电动机产生与手动驱动力补充的机械驱动力。控制装置由手动驱动力减去预设值,以确定现时的机械驱动力应当变化的变化量,以及将该变化量加到现时的机械驱动力上以形成新的机械驱动量。
文档编号A61G5/04GK1173316SQ9711730
公开日1998年2月18日 申请日期1997年8月7日 优先权日1996年8月8日
发明者石田好伸 申请人:株式会社纳博克