CN103356345A - 个人交通工具控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的个人交通工具控制装置，即使在侧倾角度较大的情况下，也能迅速修正斜面行驶中的车身的滑移，确保车身的直行行驶性。个人交通工具控制装置具有：操作部（14），用于输入包括与转弯角度相关的指令值的原指令值；轴角度传感器（51），用于检测与侧倾角度和转弯角度相关的物理量；右车轮传感器（53R）；左车轮传感器（53L）；控制部（2）。控制部（2）实施第一运算规则和第二运算规则中的至少一个运算规则，第一运算规则根据侧倾角度和原指令值而求出用于驱动右车轮和左车轮的与旋转角速度相关的实际指令值；第二运算规则根据对与转弯角度相关的指令值和与转弯角度相关的物理量的差以及/或者比率进行时间积分所得到的积分值、以及原指令值，求出实际指令值。

Description

个人交通工具控制装置

技术领域

本发明涉及用于控制电动式的轮椅等个人交通工具的行驶的个人交通工具控制装置。

背景技术

轮椅等个人交通工具具有：具有供使用者就座的就座部的车身；设置于车身且位于就座于就座部的使用者的右侧的右车轮；设置于车身且位于就座于就座部的使用者的左侧的左车轮。在个人交通工具的车身上设有操作部，用于输入与车身行驶速度及车身的转弯角度相关的指令值。

然而，当个人交通工具沿横切倾斜的路面的方向直行行驶（以下称为斜面（cant）行驶）时，在路面的倾斜严重而车身相对于侧倾轴的侧倾角度较大的情况下会发生问题。即，即使使用者操作操作部以便进行直行行驶，但仍会在路面上发生车身的滑移（侧滑），因此有可能会有损个人交通工具的直行行驶性。

本申请的发明人在专利文献1中公开了能够减轻上述问题的个人交通工具控制装置。专利文献1的个人交通工具控制装置具有以下控制部：在个人交通工具进行斜面行驶的过程中，即使在个人交通工具的侧倾角度较大的情况下，只要以进行直行的方式操作操作部，就能够抑制车身的滑移，以能够确保个人交通工具的直行行驶性的方式进行控制（为方便而将该控制称为控制规则4）。

图11中表示专利文献1中公开的控制规则4的流程图。控制规则4以如下方式执行。首先，控制部读取路面的侧倾角度（步骤S402）。若路面的侧倾角度为一定以上（步骤S404中为是的情况下），则控制部求出通过设置于个人交通工具的速率陀螺仪（rate gyro）检测的个人交通工具相对于横摆（yaw）轴的转弯角速度ω_gyaw（步骤S406）。接着，控制部求出从操作部输入的转弯角速度指令值ω_ref（步骤S408）。进而，控制部求出转弯角速度指令值ω_ref与转弯角速度ω_gyaw的差或比率（步骤S410）。

然后，若差或比率为一定值以上（步骤S412中为是的情况下），则控制部对转弯角速度指令值ω_ref与转弯角速度ω_gyaw的差或比率乘以转弯角速度反馈增益，求出左右车轮的转弯角速度修正值。然后，根据该转弯角速度修正值，对使用者所指令的右车轮的转弯角速度指令值θ点R_ref进行修正，而且对使用者所指令的左车轮的转弯角速度指令值θ点L_ref进行修正（步骤S414）。

进而，控制部根据由右车轮编码器检测出的右车轮的旋转角速度θ点R与右车轮的旋转角速度指令值θ点R_ref的差、以及由右车轮编码器检测出的右车轮的旋转角度θ_R与转弯角速度指令值θ点R_ref的积分值的差，对右车轮的驱动扭矩T_R进行修正。另外，控制部根据由左车轮编码器检测出的左车轮的旋转角速度θ点L与左车轮的旋转角速度指令值θ点L_ref的差、以及由左车轮编码器检测出的左车轮的旋转角度θ_L与旋转角速度指令值θ点L_ref的积分值的差，对左车轮的驱动扭矩T_L进行修正（步骤S416）。由此能够抑制斜面行驶中的个人交通工具的滑移。

专利文献1：日本特开2010-193939号公报

在上述的控制规则4中，仅根据个人交通工具的转弯角速度的指令值与实测值的差或比率，求出左右车轮的转弯角速度修正值。因此通过反复执行控制规则4，而使转弯角速度的指令值与实测值的差逐渐接近0，或比率逐渐接近1，从而个人交通工具的滑移逐渐得到抑制。但是，在该控制规则4中，无法使已经发生于个人交通工具的滑移（侧滑）或转弯速度的偏差复原。因此若斜面行驶长时间持续，则滑移及转弯角度的偏差蓄积而存在有损个人交通工具的直行行驶性的问题。

在个人交通工具的斜面行驶中，在斜面行驶开始时，个人交通工具的滑移或转弯角度的偏差易显著地发生。但如上所述，在控制规则4中，无法使已经发生的滑移或转弯角度的偏差复原。另外，在控制规则4那样的通过反馈修正而进行的控制中，存在若使已经发生的滑移或转弯速度的偏差复原则需要时间的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述实情而做出的，其课题在于提供一种个人交通工具控制装置，在个人交通工具沿横切倾斜的路面的方向进行斜面行驶时，即使在个人交通工具的侧倾角度较大的情况下，只要以进行直行的方式操作操作部，就能够迅速修正车身的滑移，能够确保直行行驶性。

为了解决上述课题，技术方案1的个人交通工具控制装置的发明的构成上的特征在于，个人交通工具控制装置用于对个人交通工具进行控制，该个人交通工具具有：具有供使用者就座的就座部的车身；设置于所述车身并位于就座于所述就座部的使用者的右侧的右车轮；设置于所述车身并位于就座于所述就座部的使用者的左侧的左车轮，所述个人交通工具控制装置的特征在于，具备：操作部，其用于输入包括与所述车身的转弯角度相关的指令值的原指令值；轴角度传感器，其用于检测与所述车身相对于侧倾轴的侧倾角度相关的物理量、以及与所述车身相对于横摆轴的转弯角度相关的物理量；右车轮传感器，其用于检测与所述右车轮的旋转角速度相关的物理量；左车轮传感器，其用于检测与所述左车轮的旋转角速度相关的物理量；控制部，其实施第一运算规则和第二运算规则中的至少一个运算规则，其中所述第一运算规则，根据由所述轴角度传感器检测出的与所述侧倾角度相关的物理量而求出侧倾角度，并根据求出的侧倾角度以及所述原指令值，求出用于驱动所述右车轮及所述左车轮的与旋转角速度相关的实际指令值，所述第二运算规则，求出对从所述操作部输入的与所述转弯角度相关的指令值和由所述轴角度传感器检测出的与所述转弯角度相关的物理量的差以及/或者比率进行时间积分所得到的积分值，并根据求出的积分值以及所述原指令值，以使所述差减小的方式以及/或者使所述比率接近1的方式，求出所述实际指令值。

在此，作为轴角度传感器，能够使用速率陀螺仪或加速度计。如果采用速率陀螺仪则检测车身的间距方向的角速度、侧倾方向的角速度、以及横摆方向的角速度。另外右车轮传感器对与车身的右车轮的旋转角速度相关的物理量（例如旋转角速度本身或旋转速度等）进行检测。左车轮传感器检测与车身的左车轮的旋转角速度相关的物理量。作为右车轮传感器及左车轮传感器，例如能够使用编码器。通过编码器等旋转角度传感器来检测右车轮及左车轮的旋转角度。然后，根据以旋转角度的时间变化率（时间微分值）求出的旋转角速度与右车轮及左车轮的半径的乘积，求出个人交通工具的车辆行驶速度。

如个人交通工具进行斜面行驶那样，有时是由使用者从操作部对控制部输入原指令值。其中若车身的侧倾角度大，则即使在操作部被以进行直行行驶的方式操作，仍有可能因重力而发生车身的滑移。该情况下，有损个人交通工具的直行行驶性。

因此，本发明的控制部，实施以下说明的第一运算规则和第二运算规则中的至少一个运算规则。第一运算规则中，控制部根据由轴角度传感器检测出的与侧倾角度相关的物理量而求出侧倾角度，并根据求出的侧倾角度和原指令值，求出与用于对右车轮及左车轮进行驱动的旋转角速度相关的实际指令值（前馈控制）。第二运算规则中，控制部求出对从操作部输入的与转弯角度相关的指令值（例如转弯角速度或转弯角度的指令值）和由轴角度传感器检测出的与转弯角度相关的物理量（例如转弯角速度或转弯角度的物理量）的差以及/或者比率进行时间积分所得到的积分值，根据求出的积分值以及原指令值，以使差减小的方式以及/或者使比率接近1的方式求出实际指令值（使用了积分项的反馈控制）。例如，对转弯角速度的差进行了时间积分所得到的积分值，相当于车身的转弯角度的指令值与实测值的差。

这样，由控制部进行第一运算规则的前馈控制、以及第二运算规则的使用了积分项的反馈控制的至少一方，求出用于驱动右车轮和左车轮的实际指令值。因此当个人交通工具进行斜面行驶时，能够抑制车身的滑移并在确保直行行驶性的状态下进行斜面行驶。另外，即使在斜面行驶开始时等情况下发生了车身的滑移，也能够迅速地进行修正，因此能够使直行行驶性提高。

技术方案2涉及的发明的构成上的特征在于，在技术方案1的所述个人交通工具控制装置中，所述控制部实施第三运算规则，该第三运算规则根据所述差以及/或者所述比率来推定斜面行驶时所述车身有无滑移，根据所述差以及/或者所述比率以及所述原指令值，以使所述差减小的方式以及/或者使所述比率接近1的方式求出所述实际指令值。

在第三运算规则中，控制部求出与转弯角度相关的指令值和与转弯角度相关的物理量。然后，控制部根据指令值与物理量的差以及/或者比率，推定斜面行驶时车身有无滑移。在该差相对较大以及/或者该比率相对远离1的情况下，容易发生个人交通工具的滑移。控制部以使该差减小的方式以及/或者使该比率接近1的方式，求出用于驱动右车轮及左车轮的实际指令值（使用了比例项的反馈控制）。在技术方案2的发明中，控制部在第一运算规则及第二运算规则的至少一方的基础上并用了第三运算规则，因此即使在斜面行驶长时间持续的情况下，个人交通工具的滑移或转弯角度的偏差也不会蓄积，能够更良好地确保直行行驶性。

技术方案3涉及的发明的构成上的特征在于，对于所述控制部而言，当判定为所述车身进行平地直行时，求出由所述轴角度传感器检测出的与所述转弯角度相关的物理量、以及根据所述右车轮传感器和所述左车轮传感器求出的与所述车身的转弯角度相关的物理量，当两个所述物理量的差或两个所述物理量中较大的量除以较小的量所得到的比率为规定值以上且持续规定时间以上时，推定为所述右车轮的直径与所述左车轮的直径发生了不平衡或所述车身的框架发生了不平衡，并对所述实际指令值进行修正。

其中，两个物理量中较大的量除以较小的量所得到的比率为1以上。若该比率为规定值以上，则意味着两个物理量的差较大。当由于因构成右车轮及左车轮的轮胎的空气压而造成的右车轮以及/或者左车轮的直径的变动、因轮胎的磨损造成的直径的变动等而在右车轮及左车轮发生不平衡，或在车身的框架产生变形时，两个物理量的差或比率会成为规定值以上。该情况下，即使车身进行平地直行，也有可能损害车身的直行行驶性。

因此，根据技术方案3的发明，当车身在平地进行直行时，控制部求出由轴角度传感器检测出的与转弯角度相关的物理量（例如转弯角速度）、以及根据右车轮传感器以及左车轮传感器求出的与车身的转弯角度相关的物理量（例如转弯角速度）。然后，对于控制部而言，当两个物理量的差、或两个物理量中较大的量除以较小的量所得到的比率为规定值以上且持续规定时间以上时，推定为发生了右车轮的直径与左车轮的直径的不平衡或车身的框架的不平衡，而对实际指令值进行修正。由此能够确保车身在平地上的直行行驶性。

技术方案4的发明的构成上的特征在于，具备检测所述车身的加速度的加速度计，对于所述控制部而言，在求出根据对所述加速度计的计测值进行了时间积分所得到的积分值的车身行驶速度、以及根据所述右车轮传感器和所述左车轮传感器的车身行驶速度，当两个所述车身行驶速度的差或两个所述车身行驶速度中较大的速度除以较小的速度所得到的比率为规定值以上且持续规定时间以上时，推定为所述右车轮以及/或者所述左车轮的直径发生了变化，并根据所述直径的变化以实际的车身行驶速度不超过最高限速值的方式，对所述实际指令值进行修正。

在个人交通工具中，为了行驶安全等，多数情况下规定有车身行驶速度的最高限速值（法定最高速度）。其中有时个人交通工具的右车轮以及/或者左车轮的直径发生变化。例如，若对车轮的轮胎补充空气而增加空气压或更换为新的车轮时则车轮的直径会增加，因此即使车轮的旋转角速度相同，车身行驶速度也有可能增加。其结果，个人交通工具的实际的车身行驶速度有可能超过最高限速值。

其中，考虑求出实际的车身行驶速度的两个方法。即，采用对加速度计的计测值进行时间积分的第一方法，能够运算第一车身行驶速度V_acc。另一方面，根据由右车轮传感器及左车轮传感器检测出的与旋转角速度相关的物理量，能够求出右车轮及左车轮的旋转角速度本身。采用该旋转角速度乘以车轮的直径的第二方法，能够运算第二车身行驶速度V_en。通常，两个车身行驶速度V_acc、V_en一致。但是第二车身行驶速度V_en会追随车轮直径的变化而变化，因此会引起与第一车身行驶速度V_acc不一致的情况。在技术方案4的发明中，控制部根据第一车身行驶速度V_acc与第二车身行驶速度V_en的差或比率，推定车轮的直径发生了变化。然后，通过根据车轮的直径的变化对实际指令值进行修正，能够使个人交通工具的实际的车身行驶速度不超过法定最高速度。

根据本发明，即使在路面倾斜而个人交通工具的侧倾角度较大的情况下，只要以使个人交通工具沿横切路面的方向进行直行行驶（斜面行驶）的方式操作操作部，则控制部能够实施第一运算规则及第二运算规则的至少一方，进而并用第三运算规则，就能够适当地求出用于驱动右车轮及左车轮的实际指令值。因此能够迅速修正在路面上车身的滑移。因此能够良好地确保在斜面行驶中个人交通工具的直行行驶性。

附图说明

图1是示意性地说明装备有实施方式的个人交通工具控制装置的个人交通工具在平地直行行驶的状态的侧视图。

图2是示意性地说明图1所示的个人交通工具在倾斜的路面上向上坡方向行驶的状态的侧视图。

图3是说明实施方式的个人交通工具控制装置的构成的框图。

图4是说明根据加速度信号及速率陀螺仪信号的物理量进行滤波处理而算出路面倾斜角度的方式的说明图。

图5是示意性地说明图1所示的个人交通工具进行斜面行驶的状态的后视图。

图6是说明根据加速度信号及速率陀螺仪信号的物理量进行滤波处理而算出路面的侧倾角度的方式的说明图。

图7是说明利用实施方式的个人交通工具控制装置而实施的控制规则3的效果的曲线图，表示个人交通工具进行斜面行驶时的行驶距离与侧滑量的关系。

图8是表示实施方式的个人交通工具控制装置具有的控制部所执行的控制规则1的流程图。

图9是表示实施方式的个人交通工具控制装置具有的控制部所执行的控制规则2的流程图。

图10是表示实施方式的个人交通工具控制装置具有的控制部所执行的控制规则3的流程图。

图11是表示以往的个人交通工具控制装置具有的控制部所执行的控制规则4的流程图。

附图标记说明：1…个人交通工具；10…就座部；11…车身；12…车轮；12R…右车轮；12F…左车轮；14…操作部；141…速度指令部；142…转弯角速度指令部；2…控制部；51…速率陀螺仪（轴角度传感器）；52…加速度计（轴角度传感器）；53R…右车轮编码器（车轮传感器）；53L…左车轮编码器（车轮传感器）；a_ccx…x方向加速度；R…右左车轮的半径的平均值；R_-r…右车轮的半径；R_-l…左车轮的半径；V_acc…根据加速度计的车身行驶速度；V_en…根据车轮传感器的车身行驶速度；α_y…侧倾角度；θ_R…右车轮的旋转角度；θ_L…左车轮的旋转角度；θ_i…转弯角速度的差的积分值；ω_ref…转弯角速度指令值；ω_gyaw…车身的转弯角速度。

具体实施方式

本实施方式中，个人交通工具1（以下，仅称为交通工具1）相当于电动式的轮椅。图1是示意性地说明装备有实施方式的个人交通工具控制装置的个人交通工具1在平地直行行驶的状态的侧视图。图1中，前方（箭头Fx方向）表示规矩地就座于交通工具1的使用者的面部所朝的方向，而且表示交通工具1前进的方向。后方（箭头Rx方向）表示规矩地就座于交通工具1的使用者的面部背对的方向，而且表示交通工具1后退的方向。另外，图2是示意性地说明图1所示的个人交通工具1在倾斜的路面90向上坡方向行驶的状态的侧视图。

交通工具1具备：具有供使用者就座的就座部10的车身11；安装于车身11的左右的能够旋转的驱动轮即左右车轮12R、12L；作为使车轮旋转驱动的驱动源的左右车轮马达13R、13L；对车轮马达13R、13L的驱动进行操作的操作部14；位于车轮12的前方且安装于车身11的能够旋转的左右的前轮15；以朝向车轮12的后方延伸的方式安装于车身11的支承部件16；安装于支承部件16的前端部16a的能够旋转的后轮17。就座部10具有：支承使用者的腰部的座部10a；支承使用者的背部的靠背部10b。

连结左右车轮12R、12L的旋转中心12a（参照图2）的旋转轴线，在交通工具1的前后方向上配置在重心位置G的正下方或其附近。前轮15是具有比左右车轮12R、12L的直径小的直径的脚轮（caster）。前轮15虽然左右地设置，但根据情况也可以是设置在车宽方向的中央的单数对于后轮17例示了配置于车身11的左右方向且能够左右移动的万向轮，但并不限定于此。不过，后轮17也可以配置于车宽方向的中央，后轮17的数量无特别限定。

图3是说明实施方式的个人交通工具控制装置的构成的框图。如图3所示，个人交通工具控制装置由操作部14、传感器系统、控制部2以及车轮驱动系统构成。

操作部14设置于就座部10附近，以使就座于就座部10的使用者容易操作。并不限定于此，也可以是与车身11分离的遥控方式的操作部。操作部14是用于经由控制部2内的AD转换器21而对CPU23输入原指令值的部位，由操纵杆形成。操作部14具备：对车辆行驶速度进行指令的速度指令部141、和对转弯角速度进行指令的转弯角速度指令部142。若使操作部14向前方倾斜，则从速度指令部141输出前进指令。若使操作部14向后方倾斜，则从速度指令部141输出后退指令。而且，采用根据操作部14的前后方向的倾斜角度而增加直行速度指令值V_ref的方式。另外，若将操作部14向右方倾斜，则从转弯角速度指令部142输出使车身11右转弯的指令。若将操作部14向左方倾斜，则从转弯角速度指令部142输出使车身11左转弯的指令。而且，采用根据操作部14的右左方向的倾斜角度而增加转弯角速度指令值ω_ref的方式。但操作部14不限定于使用操纵杆的方式。

如图3所示，传感器系统具备设置于车身11的速率陀螺仪51、加速度计52、右车轮编码器53R以及左车轮编码器53L。速率陀螺仪51以及加速度计52的信号，分别经由控制部2内的AD转换器21而输入至CPU23。各车轮编码器53R、53L的信号分别经由控制部2内的计数器22而输入至CPU23。

利用速率陀螺仪51，能够检测以车身11的重心位置G为中心的间距方向的角速度、侧倾方向的角速度以及横摆方向的角速度。所谓间距方向是指：在交通工具1的前进后退方向（图2的箭头Fx、Rx方向）上，车轮12绕径向的中心12a进行旋转运动的方向。此外，将左右车轮12R、12L的旋转中心12a连结的旋转轴线，相当于间距方向的运动中心即间距轴。

加速度计52能够分别检测交通工具1的车身11的前进后退方向（x方向）的加速度、车身11的左右移动方向（y方向）的加速度、车身11的上下方向（z方向）的加速度。在交通工具1向间距方向倾斜时，加速度计52的输出值受到重力加速度g的影响。因此加速度计52能够检测交通工具1的间距角度θ1（参照图2）。

这样，速率陀螺仪51和加速度计52能够作为传感器发挥功能，该传感器求出图2的相对于水平线的路面90的路面倾斜角度α_x、即车身11的间距方向的倾斜角度θ1。

对路面倾斜角度α_x的检测方式进一步加以说明。图4是说明根据加速度信号及速率陀螺仪信号的物理量进行滤波处理而算出路面倾斜角度α_x的方式的说明图。加速度计52能够作为检测路面90的路面倾斜角度α_x的倾斜计来利用。但是由于加速度计52会受到车身11的前进后退的加速度的影响，因此这成为路面倾斜角度α_x的计测误差的要因。另一方面，虽然利用CPU23对速率陀螺仪51求出的速率陀螺仪信号进行积分由此得到路面倾斜角度α_x，但积分所导致的偏差的积累误差会成为问题。

因此，如图4所示，控制部2根据从作为一方的传感器的加速度计52求出的交通工具1的x方向的加速度的输出a_ccx，考虑重力加速度g，求出sin^-1（a_ccx/g）的值。进而，利用低通滤波器（截止频率fc）对该值进行滤波，求出除去高频带的噪音后的值θHL1x。另外，控制器2求出对作为另一方的传感器的速率陀螺仪51的输出值即间距方向的转弯角速度ω_gpit进行了时间积分所得到的积分值，并利用高通滤波器（截止频率fc）对该值进行滤波，求出除去低频带的噪音后的值θHL2x。

控制部2将两个值θHL1x及值θHL2x相加，求出路面倾斜角度α_x。关于如上述那样根据加速度计52的输出值的值θHL1x，利用低通滤波器进行滤波。与此相对，关于根据速率陀螺仪51的输出值的值θHL2x，利用高通滤波器进行滤波。即，借助在高频带精度不充分的加速度计52和在低频带精度不充分的速率陀螺仪51，来相互弥补各个传感器特性。由此，能够从低频带通过高频带提高路面倾斜角度α_x的检测精度。此外，优选使低通滤波器的截止频率fc与高通滤波器的截止频率fc为同值，但并不限于此。

右车轮编码器53R是检测右车轮12R的旋转速度θ_R进行的右车轮传感器，也作为交通工具1的速度传感器发挥功能。左车轮编码器53L是对左车轮12L的旋转速度θ_L进行检测的左车轮传感器，也作为交通工具1的速度传感器发挥功能。通过CPU23，分别对右车轮12R的旋转速度θ_R、以及左车轮12L的旋转速度θ_L进行时间微分，则能够获得右车轮12R的旋转角速度θ点R，以及左车轮12L的旋转角速度θ点L。点表示微分值。即，右左车轮编码器53R、53L还作为检测旋转角速度θ点R、θ点L的旋转角速度传感器发挥功能。

控制部2具备：具有接口功能的AD转换器21、计数器22、单个或多个CPU23、具有接口功能的DA转换器24。AD转换器21对从操作部14、速率陀螺仪51以及加速度计52输入的信号进行AD转换，并交付于CPU23。计数器22将从右车轮编码器53R以及左车轮编码器53L输入的信号交付于CPU23。CPU23从AD转换器21及右车轮编码器53R接收各种信号，进行后述的各种运算而求出交通工具1的行驶控制所需的实际指令值。DA转换器24将CPU23的实际指令值进行DA转换并向车辆驱动系统输出。

车轮驱动系统具备：右车轮马达13R、右车轮马达驱动器131、左车轮马达13L、左车轮马达驱动器132。从CPU23经由DA转换器24向右左车轮马达驱动器131、132输入实际指令值。由右车轮马达驱动器131来控制右车轮马达13R，从而控制右车轮12R的旋转驱动。利用左车轮马达驱动器132来控制左车轮马达13L，从而控制左车轮12L的旋转驱动。

当就座于就座部10的使用者操作操作部14时，则根据操作部14的操作，向控制部2输出交通工具1的直行速度指令值V_ref以及转弯角速度指令值ω_ref。在控制部2中，直行速度指令值V_ref以及转弯角速度指令值ω_ref，根据下面的算式（1）转换为右车轮12R的旋转角速度指令值θ点R_ref，并且根据算式（2）转换为左车轮12L的旋转角速度指令值θ点L_ref。算式（1）及算式（2）中，T表示右车轮12R与左车轮12L之间的距离（轮距）。R_{_r}表示右车轮12R的半径。R_{_l}表示左车轮12L的半径。

算式（1）

${\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_{R\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_r}}+\frac{T}{{2R}_{\_r}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ref}}---\left(1\right)$

算式（2）

${\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_{L\_ref}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_l}}-\frac{T}{{2R}_{\_l}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ref}}---\left(2\right)$

右车轮及左车轮的旋转角速度指令值

V_ref：交通工具的直行速度指令值

T：左右车轮间的距离（轮距）

R_{_r}、R_{_l}：右车轮及左车轮的半径

ω_ref：交通工具的转弯角速度指令值

根据算式（1）及算式（2），直行速度指令值V_ref越大且右车轮12R的半径R_-r以及左车轮12L的半径R_-l越小，则右车轮12R的旋转角速度指令值θ点R_ref以及左车轮12L的旋转角速度指令值θ点L_ref增加。右左的旋转角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref是实际指令值。

进而，在控制部2中，根据下面的算式（3）求出右车轮12R的驱动扭矩T_R，同样地，根据下面的算式（4）求出左车轮12L的驱动扭矩T_L。

算式（3）

$T_R=K_{\mathrm{VR}}({\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_R-{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_{R\_\mathrm{ref}})+K_{\mathrm{PR}}({\mathrm{\θ}}_R-\∫{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_{R\_\mathrm{ref}}\mathrm{dt})---\left(3\right)$

算式（4）

$T_L=K_{\mathrm{VL}}({\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_L-{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_{L\_\mathrm{ref}})+K_{\mathrm{PL}}({\mathrm{\θ}}_L-\∫{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_{L\_\mathrm{ref}}\mathrm{dt})---\left(4\right)$

T_R、T_L:右车轮及左车轮的驱动扭矩

K_VR、K_VL:右车轮及左车轮的旋转角速度反馈增益

K_PR、K_PL：右车轮及左车轮的旋转角度反馈增益

θ_R、θ_L：右车轮及左车轮的旋转角度

右车轮及左车轮的旋转角速度

右车轮及左车轮的旋转角速度指令值

在算式（3）及算式（4）中，K_VR表示右车轮12R的旋转角速度反馈增益，K_VL表示左车轮12L的旋转角速度反馈增益。另外，K_PR表示右车轮12R的旋转角度反馈增益，K_PL表示左车轮12L的旋转角度反馈增益。θ_R表示右车轮12R的旋转角度，θ_L表示左车轮12L的旋转角度。θ点R表示对右车轮12R的旋转角度以时间进行微分后的旋转角速度。θ点L表示对左车轮12L的旋转角度以时间进行微分后的旋转角速度。求出的右左的驱动扭矩T_R、T_L是实际指令值。

根据算式（3），检测到的右车轮12R的旋转角速度θ点R与指令的右车轮12R的旋转角速度指令值θ点R_ref的差越大，则右车轮12R的驱动扭矩T_R越大。另外根据算式（4），检测到的左车轮12L的旋转角速度θ点L与指令的左车轮12L的旋转角速度指令值θ点L_ref的差越大，则左车轮12L的驱动扭矩T_L越大。

根据这样求出的右车轮12R的驱动扭矩T_R以及左车轮12L的驱动扭矩T_L，由控制部2实现交通工具1的前进后退的控制以及转弯的控制。若右车轮12R的驱动扭矩T_R与左车轮12L的驱动扭矩T_L基本相同，则交通工具1直行。若右车轮12R的驱动扭矩T_R比左车轮12L的驱动扭矩T_L大，则交通工具1向左方转弯行驶。若左车轮12L的驱动扭矩T_L比右车轮12R的驱动扭矩T_R大，则交通工具1向右方转弯行驶。

此外，考虑右车轮12R以及左车轮12L的半径R_-r、R_-l基本上通常为大致相同长度，因而以下的算式（5）成立。因此也可以将算式（5）代入算式（1）以及算式（2）来简化运算处理。

算式（5）

R_{_r}＝R_{_l}＝R    （5）

在本实施方式中，控制部2实施控制规则1（参照图8）、控制规则2（参照图9）以及控制规则3（参照图10）。控制规则1相当于本发明的技术方案4中控制部进行的修正内容，是以交通工具1的车身行驶速度不超过法定最高速度的方式，对实际指令值进行修正的控制。控制规则2相当于本发明的技术方案3中控制部进行的修正内容，是针对交通工具1的右车轮12R以及左车轮12L的直径的不平衡或车身11的框架的变形，为了确保直行行驶性而对实际指令值进行修正的控制。控制规则3相当于本发明的技术方案1以及技术方案2中控制部进行的修正内容，是用于在斜面行驶时防止交通工具1的滑移并提高直行行驶性的控制。

（控制规则1）

本实施方式中实施的控制规则1如下所述。通常，交通工具1的车身行驶速度以如下方式由控制部2求出。即，右车轮12R的旋转角速度θ点R以及左车轮12L的旋转角速度θ点L，通过对由车轮编码器53R、53L检测到的旋转角度θ_R、θ_L进行时间微分而求出。因此交通工具1的车身行驶速度V_en，通过旋转角速度θ点R与右车轮12R的半径R_-r的相乘，以及旋转角速度θ点L与左车轮12L的半径R_-l的乘法运算而算出。

但是，有可能因轮胎空气压的增加或更换为新轮胎等，因而增加轮胎直径（车轮直径）。该情况下，根据车轮编码器53R、53L而算出的交通工具1的车身行驶速度V_en会产生误差，实际的车身行驶速度可能会超过法定最高速度。交通工具1是电动式的轮椅，法定最高速度规定为6km/h，因此需要避免超过该速度行驶。

因此，实施方式的个人交通工具控制装置实施控制规则1。即，分别使用加速度计52的第一方法、以及使用车轮编码器53R、53L的第二方法而求出车身行驶速度，并对两个车身行驶速度进行比较，对第二方法中所含的车轮的直径进行修正，由此消除超过法定最高速度行驶的情况。首先，由于加速度的时间积分相当于速度，因此通过对由加速度计52检测出的x方向加速度a_ccx进行时间积分，从而求出第一车身行驶速度V_acc。但由于对加速度计52而言，交通工具1行驶的路面90的路面倾斜角度α_x（参照图2）越大，则有可能受重力加速度g的影响较大，因此需要消除该影响。

即，从加速度计52输出的车身11的行进方向（x方向）的加速度a_ccx的信号，包括因重力加速度g的影响而与路面90的路面倾斜角度α_x相应的加速度。因此，如下面的算式（6）那样，将基于重力加速度g的影响的加速度成分消除，进行一阶积分，由此能够根据加速度a_ccx求出第一车身行驶速度V_acc。

算式（6）

V_acc＝∫(a_ccx-gsinα_x)dt    (6)

Vacc：由加速度计求出的行驶速度

a_ccx：由加速度计输出的X方向加速度

α_x:交通工具的前后方向的路面倾斜角度

在算式（6）中，a_ccx表示从加速度计52输出的x方向加速度。另外，对路面倾斜角度α_x，使用通过图4中说明的滤波处理的方式算出的值。V_acc是通过使用加速度计52的第一方法求出的第一车身行驶速度。该情况下，如前述那样由于可能无法避免积累积分误差的这一问题，所以当根据车轮编码器53R、53L求出的第二车身行驶速度V_en为0时，即，在交通工具1停止的状态下，对第一车身行驶速度V_acc进行初始化使其为0。而且，从交通工具1的加速被认可起仅在一定时间a期间，根据从加速度计52输出的加速度a_ccx而求出第一车身行驶速度V_acc。说明前后，不过在使用车轮编码器53R、53L的第二方法中，对右左车轮12R、12L的旋转角速度θ点R、θ点L乘以左右车轮12R、12L的直径的平均值R，计算第二车身行驶速度V_en。接着，求出第一车身行驶速度V_acc与第二车身行驶速度V_en的比Z（=V_acc/V_en），考虑阈值β，进行下面的算式（8）及算式（9）的比较。此外，在交通工具1的直行行驶时，以左右车轮的直径R相等作为条件，算式（7）成立。

算式（7）

${\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_R={\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_L=\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}---\left(7\right)$

算式（8）

$Z=\frac{V_{\mathrm{acc}}}{V_{\mathrm{en}}}>(1+\mathrm{\β})---\left(8\right)$

算式（9）

$Z=\frac{V_{\mathrm{acc}}}{V_{\mathrm{en}}}<(1-\mathrm{\&beta;})---\left(9\right)$

V_acc：由加速度计求出的行驶速度

V_en：由编码器求出的行驶速度

β：用于轮胎直径变化检测的阈值

当第一车身行驶速度V_acc与第二车身行驶速度V_en存在差时，比Z不为1。将该比Z与一定的第一值（1+β）相比较，并将比Z与一定的第而值（1-β）相比较。然后，判定比Z比第一值（1+β）大还是比Z比第二值（1-β）小。通过用于对车轮12R、12L的半径R_-r、R_-l变化的情况进行检测的阈值β，调整判定灵敏度。

当满足算式（8）以及算式（9）的时间超过规定时间b时，控制部2做出如下判断：右车轮12R的半径R_{_r}以及/或者左车轮12L的半径R_{_l}变化，交通工具1的直行速度随动性降低。此时，控制部2根据算式（10）求出用于对车轮12R、12L的半径R_{_r}、R_{_l}的平均值R更新的、车轮的半径的更新值R_{_new}。

算式（10）

$R_{\_\mathrm{new}}=R\&times;\frac{V_{\mathrm{acc}}}{V_{\mathrm{en}}}---\left(10\right)$

这样作为车轮的半径的更新值R_-new，对右车轮12R的半径R_-r以及左车轮12L的半径R_{_l}进行修正。然后，将修正后的右车轮12R的半径R_-r以及左车轮12L的半径R_-l代入算式（1）以及算式（2），对右车轮12R的转弯角速度指令值θ点R_ref以及左车轮12L的转弯角速度指令值θ点L_ref进行修正。进而，根据算式（3）对右车轮12R的驱动扭矩T_R进行修正，根据算式（4）对左车轮12L的驱动扭矩T_L进行修正。根据这样修正后的右车轮12R的驱动扭矩T_R以及左车轮12L的驱动扭矩T_L，实现交通工具1的行驶控制。由此，对实际指令值进行修正，能够以交通工具1的行驶速度不超过法定最高速度的方式进行控制。

以上说明的控制规则1的流程如图8所示。如图8所示，若交通工具1的电源接通（步骤S102中为是的情况下），则控制部2判定根据车轮编码器53R、53L算出的第二车身行驶速度V_en是否为0（步骤S104）。当第二车身行驶速度V_en为0时（步骤S104中为是的情况下），控制部2对通过加速度计52的输出值的积分得到的第一车身行驶速度V_acc进行初始化（步骤S106）。

进而，控制部2根据来自速率陀螺仪51的信号，判定交通工具1是否处于平地直行的最高速度以内(步骤S108)。若交通工具1处于平地直行的最高速度以内（步骤S108中为是的情况下），则控制部2使用上述算式（6）求出第一车身行驶速度Vacc（步骤S110）。接着，控制部2判定从初始化起算的经过时间是否为规定时间a以内（步骤S112）。若为规定时间a以内（步骤S112中为是的情况下），则控制部根据车轮编码器53R、53L的输出值，求出第二车身行驶速度V_en（步骤S114）。接着，求出第一车身行驶速度V_acc与第二车身行驶速度V_en的比率Z（步骤S116）。另外，也可以取代比率Z，而求出对第一车身行驶速度V_acc减去第二车身行驶速度V_en而得到的差D（D=V_acc-V_en）。

接着，控制部2判定比率Z或差D是否与初始值或前次测定值（阈值）存在差（步骤S118）。若存在差（步骤S118中为是的情况下），判定是否持续规定时间b以上（步骤S120）。若持续规定时间b以上（步骤S120中为是的情况下），则控制部2做出右车轮12R的半径R_{_r}以及/或者左车轮12L的半径R_{_l}正在变化、交通工具1的车身行驶速度正在变化的判断。接着，以交通工具1的实际的车身行驶速度不超过法定最高速度的方式，对车轮的半径R_{_r}、R_{_l}以及实际指令值进行修正（步骤S122）。关于具体的修正，能够根据算式（10）、算式（1）、算式（2）、算式（3）以及算式（4）实施。此外，在步骤S102、S104、S108、S112、S118以及S120的各判断步骤中为不满足条件的否的情况下，立即结束流程。

（控制规则2）

本实施方式中实施的控制规则2如下所述。在交通工具1中，有时右车轮12R的半径R_{_r}与左车轮12L的半径R_{_l}发生不平衡，或车身11的框架发生变形。作为其要因，能够举出构成右车轮12R及左车轮12L的轮胎的空气压的变动或轮胎的磨损等。在这样的情况下，即使在以车身11平地直行的方式对操作部14进行操作时，仍有可能损害车身11的直行行驶性。

因此，实施方式的个人交通工具控制装置实施控制规则2。当控制部2根据来自速率陀螺仪51的信号而判定为交通工具1正进行平地直行时，实施控制规则2。对于控制部2而言，首先，求出与由速率陀螺仪51检测的车身11相对于横摆轴的转弯相关的物理量即第一转弯角速度ω_gyaw、以及根据车轮编码器53R、53L求出的与车身11的转弯相关的物理量即第二转弯角速度ω_en。然后，对于控制部2而言，当两者的差或两者的比率为规定值以上、且持续规定时间b以上时，推定为在右车轮12R的半径R_{_r}与左车轮12L的半径R_{_l}之间产生不平衡、或者产生车身11的框架的不平衡。由此控制部2对实际指令值进行修正，确保车身22在平地上的直行行驶性。

以下，对上述控制规则2进一步加以说明。控制部2求出从速率陀螺仪51求出的第一转弯角速度ω_gyaw与从车轮编码器53R、53L通过计算求出的第二转弯角速度ω_en的差的绝对值|Dabs(=|ωgyaw-ωen|)。控制部2根据算式（11）对该差的绝对值D_abs与阈值β_ω的大小关系进行监视。其中，阈值β_ω是用于检测右车轮12R以及左车轮12L的直径的不平衡的量，通过阈值β_ω来调整判定灵敏度。

算式（11）

D_abs＝|ω_gyaw-ω_en|＞β_ω    (11)

ω_gyaw：由横摆轴陀螺仪求出的转弯角速度

ω_en：由编码器求出的转弯角速度

β_ω：用于检测左右轮胎直径的不平衡的阈值

在满足算式（11）的时间持续规定时间d以上的情况下，控制部2判断为车轮直径的不平衡或框架的变形正在发生。在此，在起因于车轮直径的不平衡时，考虑转弯角速度的差的绝对值D_abs越大，则右车轮12R的半径R_{_r}与左车轮12L的半径R_{_l}的差越大，越会损害平地上的交通工具1的直行行驶性。此外，右车轮12R的半径R_{_r}与左车轮12L的半径R_{_l}的差R_{_diff_new}，根据算式（12）求出。

算式（12）

$R_{\_\mathrm{diff}\_\mathrm{new}}=\frac{({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{gyaw}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{en}})}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}\&times;T---\left(12\right)$

进而，使用通过算式（10）及算式（12）计算的值，右车轮12R的半径R_-r以下述算式（13）的方式进行修正并更新。另外，左车轮12L的半径R_{_l}以下述算式（14）的方式进行修正并更新。

算式（13）

$R_{\_r}=R_{\_\mathrm{new}}+\frac{R_{\_\mathrm{diff}\_\mathrm{new}}}{2}---\left(13\right)$

算式（14）

$R_{\_l}=R_{\_\mathrm{new}}-\frac{R_{\_\mathrm{diff}\_\mathrm{new}}}{2}---\left(14\right)$

然后，通过将右车轮12R的半径R_{_r}及左车轮12L的半径R_{_l}代入算式（1）以及算式（2），对右车轮12R的旋转角速度指令值θ点R_ref进行修正，并且对左车轮12L的转弯角速度指令值θ点L_ref进行修正。然后，根据算式（3）以及算式（4），根据右车轮12R的半径R_{_r}以及左车轮12L的半径R_{_l}，对右车轮12R的驱动扭矩T_R以及左车轮12L的驱动扭矩T_L进行修正。由此，当交通工具1在平地进行直行行驶时，能够确保交通工具1的车身行驶速度及交通工具1的直行行驶性。

以上说明的控制规则2的流程图如图9所示。如图9所示，控制部2首先读取操作部14的原指令值的信号（步骤S202）。控制部2判定交通工具1是否为平地直行指令（步骤S204）。若为平地直行指令（步骤S204中为是的情况下），则控制部2根据速率陀螺仪51的输出值求出第一转弯角速度ω_gyaw（步骤S206），并且根据车轮编码器53R、53L的输出值求出第二转弯角速度ω_en（步骤S208）。进而，控制部2求出第一转弯角速度ω_gyaw与第二转弯角速度ω_en的差的绝对值D_abs（步骤S210）。此外，并不限于差的绝对值D_abs，也可以求出带有正负符号的差D2、或者第一转弯角速度ω_gyaw除以第二转弯角速度ω_en而得到的比率Z2。

接着，控制部2判定差的绝对值D_abs（或差D2或比率Z2）是否与初始值或前次测定值（阈值）存在差（步骤S212）。若存在差（步骤S212中为是的情况下），控制部2判定存在差的时间是否持续规定时间d以上（步骤S214）。然后，若持续规定时间d以上（步骤S214中为是的情况下），控制部2判断为右车轮12R的半径R_-r与左车轮12L的半径R_-l产生不平衡。此时，控制部2求出右车轮12R的半径R_-r与左车轮12L的半径R_-l的差R_{_diff_new}（步骤S216）。

右车轮12R的半径R_-r如算式（13）那样进行修正及更新，并且左车轮12L的半径R_-l如算式（14）那样进行修正及更新（步骤S218）。然后，将修正后的半径R_-r、半径R_-l代入算式（1）以及算式（2），对右车轮的转弯角速度指令值θ点R_ref以及左车轮的转弯角速度指令值θ点L_ref进行修正（步骤S220）。进而，根据算式（3）以及算式（4），对右车轮12R的驱动扭矩T_R以及左车轮12L的驱动扭矩T_L进行修正（步骤S222）。此外，在步骤S204、S212以及S214的各判断步骤中为不满足条件的否的情况下，立即结束流程。

（控制规则3）

本实施方式中实施的控制规则3如下所述。控制规则3是防止图5中例示的斜面行驶时进行的交通工具1的滑移而提高直行行驶性的控制。图5是示意性地表示图1所示的个人交通工具进行斜面行驶的状态的后视图。如图5所示，当路面90的侧倾角度α_y较大时且交通工具1进行斜面行驶的情况下，有可能会产生绕横摆轴的力矩。该情况下，即使就座于交通工具1的使用者利用操作部14（操纵杆）输入沿横切路面90的方向（图5的纸面的垂直方向）直行行驶指令，交通工具1仍可能会因重力的影响而朝向路面90的斜面下方滑移（参照图5中的空心的粗箭头）。

因此，实施方式的个人交通工具控制装置实施控制规则3。控制规则3包括本发明的第一运算规则、第二运算规则以及第三运算规则的全部。首先，对直至第二运算规则以及第三运算规则的途中进行说明。控制部2求出由速率陀螺仪51检测出的交通工具1相对于横摆轴的转弯角速度ω_gyaw。接着，控制部2求出从操作部14输入的转弯角速度指令值ω_ref。进而，控制部2求出转弯角速度指令值ω_ref与转弯角速度ω_gyaw的差（ω_ref-ω_gyaw）。差（ω_ref-ω_gyaw）越大，在路面90进行斜面行驶的交通工具1发生滑移的可能性越增加。在第三运算规则中使用该差（ω_ref-ω_gyaw）。另外，根据算式（15），控制部2求出对差（ω_ref-ω_gyaw）进行了时间积分所得到的积分值θ_i。积分值θ_i相当于车身11的转弯角度的指令值与实测值的差。因此，积分值θ_i越大，在路面90进行斜面行驶的交通工具1的滑移量（侧滑量）越大。在第二运算规则中使用积分值θ_i。

算式（15）

θ_i＝∫(ω_ref-ω_gyaw)dt    (15)

下面，对直至第一运算规则的途中进行说明。对于控制部2而言，以与图4中说明的路面倾斜角度α_x的检测方式同样的图6的方式，高精度地求出交通工具1以及路面90的侧倾角度α_y。图6是说明根据加速度信号及速率陀螺仪信号的物理量进行滤波处理而算出路面90的侧倾角度α_y的方式的说明图。如图6所示，控制部2根据从作为一方的传感器的加速度计52求出的交通工具1的y方向的加速度的输出a_ccy，考虑重力加速度g，求出sin^-1（accy/g）的值。进而，利用低通滤波器（截止频率fc）对该值进行滤波，求出将高频的噪音除去后的值θHL1y。另外，控制器2求出对作为另一方的传感器的速率陀螺仪51的输出值即侧倾方向的转弯角速度ω_grol进行了时间积分的积分值，并利用高通滤波器（截止频率fc）对该值进行滤波，求出将低频的噪音除去后的值θHL2y。然后，控制部2将两个值θHL1y以及θHL2y相加求出侧倾角度α_y。

接着，由于第一～第三运算规则的途中以后是相同的运算处理，因此统一进行说明。控制部2根据算式（16），考虑差（ω_ref-ω_gyaw）、差（ω_ref-ω_gyaw）的积分值θ_i、以及侧倾角度α_y，求出右车轮12R的转弯角速度指令值θ点R_ref。而且，控制部2根据算式（17），考虑差（ω_ref-ω_gyaw）、差（ω_ref-ω_gyaw）的积分值θ_i、以及侧倾角度α_y，求出左车轮12L的转弯角速度指令值θ点L_ref。这样的实际指令值的运算，利用根据原指令值即直行速度指令值V_ref及转弯角速度指令值ω_ref的运算、以及前馈控制及反馈控制进行的修正运算来实现。

对其进行详述，算式（16）以及算式（17）的右边，由五个项构成。右边的第一项是直行速度指令值V_ref除以车轮的半径R_-r、R_-l所得到的项，第二项是右左车轮间距离T（轮距）除以车轮的半径R_-r、R_-l的2倍再乘以转弯角速度指令值ω_ref所得到的项。即，第一项及第二项是根据原指令值的项。另外，差（ω_ref-ω_gyaw）乘以转弯角速度反馈增益K_ω的第三项，是与第三运算规则相关的项，换言之是使用了比例项的反馈控制的项。积分值θ_i乘以转弯角度反馈增益K_ωi的第四项，是与第四运算规则相关的项，换言之是使用了积分项的反馈控制的项。侧倾角度α_y乘以侧倾角度前馈增益的第五项，是与第一运算规则相关的项，换言之是通过前馈控制对斜面行驶开始时等进行迅速的修正的项。

仅第一项在算式（16）及算式（17）中均为正符号。另外，第二～第五项，相互绝对值相等，在算式（16）中为正符号，而在算式（17）中为负符号。另外，算式（16）及算式（17）的第三项还可以取代差（ω_ref-ω_gyaw）而置换为：包括转弯角速度指令值ω_ref与转弯角速度ω_gyaw的比率（ω_ref/ω_gyaw）的项、或包括差（ω_ref-ω_gyaw）以及比率（ω_ref/ω_gyaw）的双方的项。

然后，求出的转弯角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref被代入算式（3）及算式（4），从而求出右车轮12R的驱动扭矩T_R以及左车轮12L的驱动扭矩T_L。由此，能够抑制在路面90进行斜面行驶的交通工具1的滑移，能够确保交通工具1的直行行驶性。

在此，根据算式（16）及算式（17），差（ω_ref-ω_gyaw）越大，则右车轮12R的转弯角速度指令值θ点R_ref与左车轮12L的转弯角速度指令值θ点L_ref的差增加。而且，差（ω_ref-ω_gyaw）越小，则右车轮12R的转弯角速度指令值θ点R_ref与左车轮12L的转弯角速度指令值θ点L_ref的差减少。因此在斜面行驶时，优选使差（ω_ref-ω_gyaw）减少（优选使其为0）。

算式（16）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{R\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_r}}+\frac{T}{{2R}_{\_r}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}+K_{\mathrm{\&omega;}}({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{gyaw}})+K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i+K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(16\right)$

算式（17）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{L\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_l}}-\frac{T}{{2R}_{\_l}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-K_{\mathrm{\&omega;}}({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{gyaw}})-K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i-K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(17\right)$

右车轮及左车轮的旋转角速度指令值

V_ref：交通工具的直行速度指令值

T：左右车轮间的距离（轮距）

R_{_r}、R_{_l}：右车轮及左车轮的半径

ω_ref：交通工具的转弯角速度指令值

ω_gyaw：从横摆轴陀螺仪求得的转弯角速度

α_y：交通工具及路面的侧倾角度

K_ω：交通工具的转弯角速度反馈增益

K_ωi：交通工具的转弯角度反馈增益

K_r：侧倾角度前馈增益

以上说明的控制规则3的流程如图10所示。如图10所示，控制部2从操作部14读取原指令值，而且，读取各传感器51、52、53R、53L的输出值（步骤S302）。接着，控制部2求出由速率陀螺仪51检测的交通工具1相对于横摆轴的转弯角速度ω_gyaw（步骤S306）。接着，控制部2求出原指令值中的转弯角速度指令值ω_ref（步骤S308）。进而，控制部2求出转弯角速度指令值ω_ref与转弯角速度ω_gyaw的差（ω_ref-ω_gyaw）或比率（步骤S310）。

接着，控制部2使用算式（13）求出差（ω_ref-ω_gyaw）的积分值θ_i（步骤S312）。此时通过对积分值θ_i设定上限值，能够防止根据积分值θ_i实际指令值被急剧修正的情况，能够使实际指令值平稳地变化。而且，若积分值θ_i为一定值以下的时间持续一定时间（步骤S314中为是的情况下），则判断为斜面行驶的状况发生了变化，将积分值θ_i重置为0（步骤S316），并进入步骤S318。另一方面，在积分值θ_i超过一定值的情况下或虽为一定值以下但未持续一定时间的情况下（步骤S314中为否的情况下），直接进入步骤S318.

接着，若差（ω_ref-ω_gyaw）、ω_ref与ω_gyaw的比率、或者积分值θ_i为一定值以上（步骤S318中为是的情况下），则控制部2根据由速率陀螺仪51输出的转弯角速度ω_grol以及从加速度计52输出的y方向加速度a_ccy，高精度地求出侧倾角度α_y（步骤S320）。进而，控制部2将算式（16）及算式（17）的右边的第一项至第五项全部求出，最终求出左边的旋转角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref（步骤S322）。进而，控制部2根据算式（3）及算式（4），求出右左的驱动扭矩T_R、T_L（步骤S324）。

接着，对应用了本发明的实施方式的第一至第五应用方式进行说明。本发明中，在控制规则3中并不需要将第一至第三运算规则的三个全部实施。在各应用方式中，在控制规则3中省略第一至第三运算规则的一部分，由此能够将控制部2的运算处理简化。

在本发明的第一应用方式中，在控制规则3中仅实施第一运算规则的前馈控制。即，将算式（16）及算式（17）的右边的第三项及第四项省略。由此，能够通过下述的算式（18）及算式（19）求出右左的旋转角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref。

算式（18）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{R\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R}+\frac{T}{2R}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}+K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(18\right)$

算式（19）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{L\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R}-\frac{T}{2R}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(19\right)$

在本发明的第二应用方式中，在控制规则3中仅实施使用了第二运算规则的积分项的反馈控制。即，将算式（16）及算式（17）的右边的第三项及第五项省略。由此能够通过下述算式（20）及算式（21）求出右左的旋转角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref。

算式（20）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{R\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R}+\frac{T}{2R}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}+K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i---\left(20\right)$

算式（21）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{L\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R}-\frac{T}{2R}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i---\left(21\right)$

在本发明的第三应用方式中，在控制规则3中一并实施第一运算规则的前馈控制以及使用了第二运算规则的积分项的反馈控制。即，将算式（16）及算式（17）的右边的第三项。由此，能够通过下述的算式（22）及算式（23）求出右左的旋转角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref。

算式（22）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{R\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R}+\frac{T}{2R}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}+K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i+K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(22\right)$

算式（23）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{L\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R}-\frac{T}{2R}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i-K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(23\right)$

在本发明的第四应用方式中，在控制规则3中一并实施第一运算规则的前馈控制以及使用了第三运算规则的比例项的反馈控制。即，将算式（16）及算式（17）的右边的第四项省略。由此，能够通过下述的算式（24）及算式（25）求出右左的旋转角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref。

算式（24）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{R\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_r}}+\frac{T}{{2R}_{\_r}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}+K_{\mathrm{\&omega;}}({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{gyaw}})+K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(24\right)$

算式（25）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{L\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_l}}-\frac{T}{{2R}_{\_l}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-K_{\mathrm{\&omega;}}\left({{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{gyaw}}\right)-K_r{\mathrm{\&alpha;}}_y---\left(25\right)$

在本发明的第五应用方式中，在控制规则3中一并实施第二运算规则的使用了积分项的反馈控制以及第三运算规则的使用了比例项的反馈控制。即，将算式（16）及算式（17）的右边的第五项省略。由此，能够通过下述的算式（26）及算式（27）求出右左的旋转角速度指令值θ点R_ref、θ点L_ref。

算式（26）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{R\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_r}}+\frac{T}{{2R}_{\_r}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}+K_{\mathrm{\&omega;}}({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{gyaw}})+K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i---\left(26\right)$

算式（27）

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{L\_\mathrm{ref}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_{\_l}}-\frac{T}{{2R}_{\_l}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-K_{\mathrm{\&omega;}}({\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{gyaw}})-K_{\mathrm{\&omega;i}}{\mathrm{\&theta;}}_i---\left(27\right)$

实施例

通过以下叙述的实施例，对实施方式中控制部2实施的控制规则3的效果进行验证。图7是说明利用实施方式的个人交通工具控制装置而实施的控制规则3的效果的曲线图，表示了个人交通工具1进行斜面行驶时的行驶距离与侧滑量（即滑移量）的关系。在本实施例中，将路面90的侧倾角度α_y设为5度（参照图5），将直行行驶指令从操作部14（操纵杆）输出到交通工具1的控制部2，进行交通工具1的斜面行驶。即，在斜面行驶中不使操作部14（操纵杆）向左右方向动作而仅使其向前方倾斜，从而保证了恒定的直行速度指令值V_ref。

图7中用实线表示的实施例1的曲线，是利用包括本实施方式的第一～第三运算规则的控制规则3进行控制的情况下的交通工具1的斜面行驶的结果。实施例1的曲线中，在交通工具1行驶至行驶距离2.3m的时刻，基本不发生侧滑。图7中用单点划线表示的实施例2的曲线，是利用包括本实施方式的第二～第三运算规则的控制规则3进行控制的情况下的交通工具1的斜面行驶的结果。实施例2的曲线中，在交通工具1行驶至行驶距离2.3m的时刻，发生0.3m的较弱的侧滑量。

相对于此，图7中用双点划线表示的比较例1的曲线，是不进行将前述的算式（16）及算式（17）的第三项～第五项省略的用于抑制滑移的控制的情况下的交通工具1的斜面行驶的结果。比较例1的曲线中，在交通工具1行驶至行驶距离2.3m的时刻，发生0.45m左右的侧滑量。

根据上述的实施例1和比较例1的对比，证实了通过实施包括第一～第三运算规则的控制规则3，具有极其良好地抑制在路面90进行斜面行驶的交通工具1的滑移的效果。另外，根据实施例2与比较例1的对比，证实了在省略第一运算规则而包括第二及第三运算规则的控制规则3的情况下，仍具有抑制交通工具1的滑移的效果。

采用这样的实施方式或应用方式，利用控制规则1，由于能够根据右车轮12R的半径R_-r以及/或者左车轮12L的半径R_-l的变化对实际指令值进行修正，因此能够使交通工具1的车身行驶速度不超过法定最高速度。另外利用控制规则2，由于能够根据右车轮12R的半径R_-r以及左车轮12L的半径R_-l的不平衡对实际指令值进行修正，因此在交通工具1在平地进行直行行驶时能够确保车身行驶速度及直行行驶性。

另外，通过控制规则3，能够实施第一以及第二运算规则的至少一方，进而能够适当地并用第三运算规则，而适当地求出用于对右车轮以及左车轮进行驱动的实际指令值。由此，当交通工具1进行斜面行驶时，能够抑制路面90上的车身11的滑移，能够确保车身11的直行行驶性地进行斜面行驶。详细地说，通过根据差（ω_ref-ω_gyaw）的使用比例项的反馈控制，能够逐渐抑制斜面行驶时的车身11的转弯。另外，通过使用了差（ω_ref-ω_gyaw）的积分值θ_i的使用了积分项的反馈控制，能够使已发生于交通工具1的转弯角度的偏差复原。由此，即使在斜面行驶长时间持续的情况下，交通工具1的滑移或转弯角度的偏差也不会蓄积，能够确保交通工具1的直行行驶性。而且，通过根据侧倾角度α_y的前馈控制，能够迅速修正路面90上的车身11的滑移，能够使斜面行驶开始时等情况下的直行行驶性提高。

此外，本发明的个人交通工具控制装置，并不限于上述的实施方式以及第一～第五应用方式，当然在不脱离本发明的要旨的范围内，本领域技术人员能够以实施了可进行的变更、改良等的各种方式进行实施。

例如，本实施方式的个人交通工具控制装置，控制部2实施控制规则1、控制规则2、以及控制规则3的全部，但也可以采用仅实施控制规则3的方式、实施控制规则1及控制规则3的方式、实施控制规则2及控制规则3的方式。

工业上的实用性

本发明能够用于以电动式的轮椅、个人用车辆等为代表的个人交通工具。

Claims (4)

1.一种个人交通工具控制装置，用于对个人交通工具进行控制，该个人交通工具具有：具有供使用者就座的就座部的车身；设置于所述车身并位于就座于所述就座部的使用者的右侧的右车轮；设置于所述车身并位于就座于所述就座部的使用者的左侧的左车轮，所述个人交通工具控制装置的特征在于，具备：

操作部，其用于输入包括与所述车身的转弯角度相关的指令值的原指令值；

轴角度传感器，其用于检测与所述车身相对于侧倾轴的侧倾角度相关的物理量、以及与所述车身相对于横摆轴的转弯角度相关的物理量；

右车轮传感器，其用于检测与所述右车轮的旋转角速度相关的物理量；

左车轮传感器，其用于检测与所述左车轮的旋转角速度相关的物理量；

控制部，其实施第一运算规则和第二运算规则中的至少一个运算规则，其中

所述第一运算规则，根据由所述轴角度传感器检测出的与所述侧倾角度相关的物理量而求出侧倾角度，并根据求出的侧倾角度以及所述原指令值，求出用于驱动所述右车轮及所述左车轮的与旋转角速度相关的实际指令值，

所述第二运算规则，求出对从所述操作部输入的与所述转弯角度相关的指令值和由所述轴角度传感器检测出的与所述转弯角度相关的物理量的差以及/或者比率进行时间积分所得到的积分值，并根据求出的积分值以及所述原指令值，以使所述差减小的方式以及/或者使所述比率接近1的方式，求出所述实际指令值。

2.根据权利要求1所述的个人交通工具控制装置，其特征在于，

所述控制部实施第三运算规则，该第三运算规则根据所述差以及/或者所述比率来推定斜面行驶时所述车身有无滑移，根据所述差以及/或者所述比率以及所述原指令值，以使所述差减小的方式以及/或者使所述比率接近1的方式求出所述实际指令值。

3.根据权利要求1或2所述的个人交通工具控制装置，其特征在于，

对于所述控制部而言，当判定为所述车身进行平地直行时，求出由所述轴角度传感器检测出的与所述转弯角度相关的物理量、以及根据所述右车轮传感器和所述左车轮传感器求出的与所述车身的转弯角度相关的物理量，当两个所述物理量的差或两个所述物理量中较大的量除以较小的量所得到的比率为规定值以上且持续规定时间以上时，推定为所述右车轮的直径与所述左车轮的直径发生了不平衡或所述车身的框架发生了不平衡，并对所述实际指令值进行修正。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的个人交通工具控制装置，其特征在于，

具备检测所述车身的加速度的加速度计，

对于所述控制部而言，在求出根据对所述加速度计的计测值进行了时间积分所得到的积分值的车身行驶速度、以及根据所述右车轮传感器和所述左车轮传感器的车身行驶速度，当两个所述车身行驶速度的差或两个所述车身行驶速度中较大的速度除以较小的速度所得到的比率为规定值以上且持续规定时间以上时，推定为所述右车轮以及/或者所述左车轮的直径发生了变化，并根据所述直径的变化以实际的车身行驶速度不超过最高限速值的方式，对所述实际指令值进行修正。

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