JP2005335677A - 車両、車両の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用者の想定外の動作を防止するとともに使用者の意思で動作モードを切り替えることができる低コストの安全な車両、車両の制御装置および制御方法を提供することである。
【解決手段】 電動バランスボード１は、ジャイロセンサＧ１を備える。演算処理部９４ａは、ジャイロセンサＧ１の出力信号に基づいて傾斜角度変化値Δθｂを算出する。制御モードが待機モードである場合に、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂより大きくなると、制御モード切替部９４２ｄは、制御モードを乗車モードに切り替える。制御モードが乗車モードである場合に、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂより大きくなると、制御モード切替部９４２ｄは、制御モードを待機モードに切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一輪車および同軸二輪車等の車両、車両の制御装置および制御方法に関する。

従来より、車両本体の姿勢を自立的に安定させることが可能な一輪車および同軸二輪車等の不安定車両が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２または特許文献３参照）。このような不安定車両は、車輪を支点として揺動自在な構造を有する。

特許文献１には、揺動を低減できるとともに自立安定力の調整が可能な一輪車が記載されている。この一輪車においては、ＣＭＧ（コントロールモーメントジャイロ）減揺装置により車軸の揺動角速度を低減している。それにより、走行中における一輪車の前後方向および左右方向の安定性を向上させている。

特許文献２には、一輪車等の不安定車両の走行制御装置が記載されている。この不安定車両の走行制御装置は、フレームの傾斜方向、傾斜角度および傾斜角速度に基づいて回転体を駆動することにより不安定車両を走行させている。

特許文献３には、同軸二輪車等の個人用移動車両が記載されている。この個人用移動車両においては、車両の前後方向の傾きに基づいて車両の進行方向および進行速度が決定されている。
特開平９−１７５４６２号公報 特許第３０７００１５号公報 特表２００３−５０２００２号公報

ところで、上記特許文献１の一輪車および特許文献２の不安定車両の走行制御装置は、使用者の乗車および降車の判断を行うことができない。そのため、使用者が車両に乗車または車両から降車する際にも、減揺装置または走行制御装置により車両本体の姿勢が制御される。そのため、特に、特許文献２に記載されているような自走式の車両においては、車両への乗車および車両からの降車時に、車両が使用者の意思に反した動作を行うことがある。それにより、車両への乗車および車両からの降車が困難になる。

一方、上記特許文献３の個人用移動車両においては、近接センサにより使用者の乗車および降車の判断を行っているが、近接センサを設けることにより製造コストが高くなる。

本発明の目的は、使用者の想定外の動作を防止するとともに使用者の意思で動作モードを切り替えることができる低コストの安全な車両、車両の制御装置および制御方法を提供することである。

第１の発明に係る車両は、使用者が乗車する本体部と、本体部に回転自在に支持された車輪と、車輪を駆動する駆動部と、本体部の傾斜角度に関する情報を検出する第１の検出部と、複数の動作モードで駆動部を制御する制御部とを備え、制御部は、第１の検出部により検出された本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて動作モードを切り替えるものである。

本発明に係る車両においては、制御部により複数の動作モードで駆動部が制御される。第１の検出部により本体部の傾斜角度に関する情報が検出される。そして、第１の検出部により検出された本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて、制御部により動作モードが切り替えられる。

この場合、使用者が意図的に本体部を動かして本体部の傾斜角度に関する情報を調整することにより、動作モードを切り替えることができる。それにより、車両が使用者の想定外の動作を行うことが防止されるので安全性が向上する。また、動作モードを切り替えるためのセンサおよびスイッチ等を別個に設ける必要がないので、車両の製造コストを低減できる。

傾斜角度に関する情報は、本体部の傾斜角度の変化率を含んでもよい。この場合、使用者が所定の変化率で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

本体部の傾斜角度の変化率は、所定時間当たりの本体部の傾斜角度の変化量であってもよい。この場合、使用者が所定の角速度で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

制御部は、傾斜角度の変化率が所定のしきい値以上である場合に動作モードを切り替えてもよい。この場合、使用者が所定のしきい値以上の変化率で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

複数の動作モードは、本体部が進行動作を行うための進行モードと本体部が停止するための停止モードとを含んでもよい。

この場合、使用者が意図的に本体部を動かして本体部の傾斜角度に関する情報を調整することにより、本体部を進行および停止させることができる。それにより、使用者が完全に本体部に乗車する前に使用者の意思にかかわらず本体部が進行動作を開始することが防止されるので、使用者は安全に本体部に乗車した後に自らの意思で本体部の進行動作を開始することができる。また、使用者が本体部から降車する際に使用者の意思にかかわらず本体部が進行動作を開始することが防止されるので、使用者は本体部から安全に降車することができる。

車両は、車輪の回転角度に関する情報を検出する第２の検出部をさらに備え、制御部は、進行モードにおいて傾斜角度に関する情報および回転角度に関する情報に基づいて駆動部による進行動作を制御してもよい。

この場合、使用者が意図的に傾斜角度に関する情報を調整することにより、進行動作における進行方向および進行速度を調整することができる。また、実際の車輪の回転状態を進行動作にフィードバックすることができる。それにより、円滑な速度調整が可能となる。

傾斜角度に関する情報は、本体部の傾斜角度の変化率および本体部の傾斜角度を含み、回転角度に関する情報は、車輪の回転角度の変化率を含んでもよい。

この場合、使用者が意図的に本体部の傾斜角度の変化率および本体部の傾斜角度を調整することにより、進行動作における進行方向および進行速度を調整することができる。また、実際の車輪の回転角度の変化率を進行動作にフィードバックすることができる。それにより、円滑な速度調整が可能となる。

車両は、車輪の回転角度に関する情報を検出する第２の検出部をさらに備え、制御部は、停止モードにおいて回転角度に関する情報に基づいて車輪を停止するように駆動部を制御してもよい。

この場合、車輪の回転角度に関する情報に基づいて車輪が停止されるので、動作モードが進行モードから停止モードに切り替えられた後に進行動作時の惰性によって本体部が進行動作を継続することを防止することができる。それにより、使用者の意思に反する進行動作を防止することができる。

車輪の回転角度に関する情報は、車輪の回転角度の変化率を含んでもよい。この場合、車輪の回転角度の変化率に基づいて車輪が停止されるので、本体部の速度に応じて本体部の進行を確実に停止することができる。

回転角度の変化率は、所定時間当たりの車輪の回転角度の変化量であってもよい。この場合、所定時間当たりの車輪の回転角度の変化量に基づいて車輪が停止されるので、本体部の速度に応じて本体部の進行を確実に停止することができる。

車輪は、本体部の進行方向と交差する方向の軸の周りで回転可能に本体部の中央部の下面側に設けられてもよい。この場合、使用者は容易に傾斜角度に関する情報を調整できるとともに、本体部上で容易にバランスを保つことができる。

本体部は、車輪を支点として上下に傾斜自在に設けられてもよい。この場合、使用者はさらに容易に傾斜角度に関する情報を調整することができる。それにより、容易に動作モードを切り替えることができる。

第２の発明に係る車両の制御装置は、使用者が乗車する本体部と、本体部に回転自在に支持された車輪と、車輪を駆動する駆動部とを備えた車両を制御する制御装置であって、本体部の傾斜角度に関する情報を検出する第１の検出部と、複数の動作モードで駆動部を制御する制御部とを備え、制御部は、第１の検出部により検出された本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて動作モードを切り替えるものである。

本発明に係る車両の制御装置においては、制御部により複数の動作モードで駆動部が制御される。第１の検出部により本体部の傾斜角度に関する情報が検出される。そして、第１の検出部により検出された本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて、制御部により動作モードが切り替えられる。

この場合、使用者が意図的に本体部を動かして本体部の傾斜角度に関する情報を調整することにより、動作モードを切り替えることができる。それにより、車両が使用者の想定外の動作を行うことが防止されるので安全性が向上する。また、動作モードを切り替えるためのセンサおよびスイッチ等を別個に設ける必要がないので、車両の製造コストを低減できる。

傾斜角度に関する情報は、本体部の傾斜角度の変化率を含んでもよい。この場合、使用者が所定の変化率で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

本体部の傾斜角度の変化率は、所定時間当たりの本体部の傾斜角度の変化量であってもよい。この場合、使用者が所定の角速度で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

制御部は、傾斜角度の変化率が所定のしきい値以上である場合に動作モードを切り替えてもよい。この場合、使用者が所定のしきい値以上の変化率で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

第３の発明に係る車両の制御方法は、使用者が乗車する本体部と、本体部に回転自在に支持された車輪と、車輪を駆動する駆動部とを備えた車両を制御する制御方法であって、本体部の傾斜角度に関する情報を検出するステップと、本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて動作モードを切り替えるように駆動部を制御するステップとを備えるものである。

本発明に係る車両の制御方法においては、本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて、動作モードが切り替えられる。

この場合、使用者が意図的に本体部を動かして本体部の傾斜角度に関する情報を調整することにより、動作モードを切り替えることができる。それにより、車両が使用者の想定外の動作を行うことが防止されるので安全性が向上する。また、動作モードを切り替えるためのセンサおよびスイッチ等を別個に設ける必要がないので、車両の製造コストを低減できる。

傾斜角度に関する情報は、本体部の傾斜角度の変化率を含んでもよい。この場合、使用者が所定の変化率で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

本体部の傾斜角度の変化率は、所定時間当たりの本体部の傾斜角度の変化量であってもよい。この場合、使用者が所定の角速度で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

制御部を制御するステップは、傾斜角度の変化率が所定のしきい値以上である場合に動作モードを切り替えるように駆動部を制御するステップを含んでもよい。この場合、使用者が所定のしきい値以上の変化率で本体部の傾斜角度を変化させることにより、動作モードを容易に切り替えることができる。

本発明によれば、使用者が意図的に本体部を動かして本体部の傾斜角度に関する情報を調整することにより、動作モードを切り替えることができる。それにより、車両が使用者の想定外の動作を行うことが防止されるので安全性が向上する。また、動作モードを切り替えるためのセンサおよびスイッチ等を別個に設ける必要がないので、車両の製造コストを低減できる。

以下、本発明の実施の形態に係る車両について図面を参照しながら説明する。

（１）電動バランスボードの構造
図１は、本発明の一実施の形態に係る車両の構成を示す概略模式図である。図１においては、車両の一例として一輪の電動バランスボード１が示されている。なお、図１（ａ）は電動バランスボード１を斜め上方から見た図であり、図１（ｂ）は電動バランスボード１を斜め下方から見た図である。また、以下の説明においては、図１に矢印で示す方向を前方とし、その逆を後方とする。

図１に示すように、電動バランスボード１は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、木材等からなる板状のボード本体部２を有する。ボード本体部２の前方側および後方側には、長尺状の支持板３および支持板４がそれぞれ取り付けられている。これら支持板３および支持板４上には、ボード本体部２とほぼ同じ高さで透明の足載せ板５および足載せ板６がそれぞれ取り付けられている。なお、以下の説明においては、ボード本体部２、支持板３，４および足載せ板５，６をボード部と呼ぶ。

ボード本体部２の下面には支持具７により車輪８が回転可能に取り付けられている。車輪８は、例えばゴムまたは樹脂等からなり、モータ８ａおよび減速機構８ｂを内蔵する。減速機構８ｂは、例えば遊星歯車機構を有する。また、車輪８には車輪回転角検出センサ８ｃが設けられている。車輪回転角検出センサ８ｃは、例えば３相式のエンコーダからなり、車輪８の回転角度を検出する。また、車輪８は、使用者が旋回しやすくなるように中央部が凸状となっている。

また、ボード本体部２の中央部には駆動制御部９が埋設されている。駆動制御部９は、モータ８ａを駆動する。

本実施の形態に係る電動バランスボード１においては、使用者は足載せ板５，６にそれぞれ片足を載せ、走行方向（図１の矢印の方向）に沿って両足を並べた状態で車輪８を支点として両足でボード部のバランスをとりつつ乗車する。換言すれば、電動バランスボード１は、走行方向に向いたボード部が車輪８を支点として傾斜自在な車両である。

図２は、図１の電動バランスボード１の概略側面図である。

図２に示すように、ボード本体部２の中央下部には姿勢検出ユニットＧＧが設けられている。姿勢検出ユニットＧＧは、ジャイロセンサＧ１および加速度センサＧ２からなり、ボード本体部２の傾斜角度を検出する。なお、ジャイロセンサＧ１は、ボード本体部２の角速度を検出する。また、加速度センサＧ２は、ボード本体部２に働く重力加速度の傾斜方向の成分を検出する。

（２）駆動制御部の構成
次に、電動バランスボード１の駆動制御部９の構成について図面を参照しながら説明する。図３は電動バランスボード１の駆動制御部９の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、駆動制御部９は、コントローラ９１、モータドライバ９２および電源となるバッテリ９３を含む。コントローラ９１は、マイクロコンピュータ９４、パルス発生器９５およびＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器９６を含む。

Ａ／Ｄ変換器９６は、車輪回転角検出センサ８ｃ、ジャイロセンサＧ１および加速度センサＧ２のアナログ出力信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ９４に与える。

マイクロコンピュータ９４は、Ａ／Ｄ変換器９６から与えられたデジタル信号に基づいて、パルス発生器９５によりパルス幅変調（ＰＷＭ）された電流指令値をモータドライバ９２に与える。

モータドライバ９２は、マイクロコンピュータ９４からの電流指令値に基づいてモータ８ａに駆動電流を流す。それにより、モータ８ａが減速機構８ｂを介して車輪８を駆動する。

（３）マイクロコンピュータの処理
次に、駆動制御部９のマイクロコンピュータ９４の制御動作について図面を参照しながら説明する。

図４は、マイクロコンピュータ９４の制御動作を示す概略フローチャートである。

図４に示すように、ボード本体部２に設けられたスイッチ（図示せず）がオンにされると、マイクロコンピュータ９４は、初期化処理（ステップＳ１）、デジタル信号取得処理（ステップＳ２）、演算処理（ステップＳ３）、制御モード設定処理（ステップＳ４）および駆動指令処理（ステップＳ５）を順に行う。また、ステップＳ５の駆動指令処理の後、マイクロコンピュータ９４は、ステップＳ２のデジタル信号取得処理に戻り、所定の周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）でステップＳ２からステップＳ５の処理を繰り返す。

以下、ステップＳ１〜Ｓ５の各処理について説明する。

（３−１）初期化処理（ステップＳ１）
ステップＳ１の初期化処理において、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１の各部の初期化を行う。ステップＳ１においては、モータドライバ９２への電流指令値は０に設定されている。

（３−２）デジタル信号取得処理（ステップＳ２）
ステップＳ２のデジタル信号取得処理において、マイクロコンピュータ９４は、車輪回転角検出センサ８ｃ、ジャイロセンサＧ１および加速度センサＧ２の出力信号をＡ／Ｄ変換器９６からデジタル信号として取得する。

（３−３）演算処理（ステップＳ３）
ステップＳ３の演算処理において、マイクロコンピュータ９４は、ステップＳ２において取得したデジタル信号に基づいて車輪８の回転角度変化値Δθｗ、ボード本体部２の傾斜角度変化値Δθｂおよびボード本体部２の傾斜角度値θｂを算出する。なお、回転角度変化値Δθｗは、サンプリング時間（サンプリング間隔；例えば、１０ｍｓｅｃ）当たりの車輪８の回転角度に相当する。傾斜角度変化値Δθｂは、サンプリング時間当たりのボード本体部２の傾斜角度の変化量に相当する。傾斜角度値θｂは、地面に対するボード本体部２の傾斜角度に相当する。以下、回転角度変化値Δθｗ、傾斜角度変化値Δθｂおよび傾斜角度値θｂの算出方法について説明する。

図５は、マイクロコンピュータ９４および制御プログラムによって実現される演算処理部９４ａの機能的な構成を示すブロック図である。以下、任意のサンプリング時における回転角度変化値Δθｗ_n 、傾斜角度変化値Δθｂ_n および傾斜角度値θｂ_n の算出方法について説明する。なお、図５においてはＡ／Ｄ変換器９６は図示していないが、車輪回転角検出センサ８ｃ、ジャイロセンサＧ１および加速度センサＧ２の出力信号はＡ／Ｄ変換器９６を介して演算処理部９４ａに与えられる。

（ａ）回転角度変化値Δθｗの算出
図５に示すように、演算処理部９４ａには、車輪回転角検出センサ８ｃから、電動バランスボード１の電源がオンになった時点を基準とする車輪８の回転角度に応じた出力信号が回転角度値θｗ_n として入力される。演算部９４１は、回転角度値θｗ_n から前回のサンプリング時に検出された回転角度値θｗ_n-1 を減算する。それにより、車輪８の回転角度変化値Δθｗ_n が算出される。

なお、電動バランスボード１が前進するときの車輪８の回転方向を正回転とし、その逆を逆回転とすると、回転角度変化値Δθｗは、車輪８が正回転している場合には正の値になり、車輪８が逆回転している場合には負の値になる。また、回転角度値θｗは、電動バランスボード１が、電源がオンになったときの位置より前方に移動している場合には正の値になり、後方に移動している場合には負の値になる。

（ｂ）傾斜角度変化値Δθｂの算出
演算処理部９４ａには、ジャイロセンサＧ１からサンプリング時間におけるボード本体部２の傾斜角度の変化量に応じた出力信号が、第１の傾斜角度変化値Δθｂ_n1として入力される。

演算部９４２は、第１の傾斜角度変化値Δθｂ_n1からジャイロセンサＧ１のオフセット値Ｇ１Ｖ₀ を減算する。それにより、サンプリング時間におけるボード本体部２の傾斜角度変化値Δθｂ_n が算出される。なお、オフセット値Ｇ１Ｖ₀ はオフセット値演算部ＯＳにおいて算出される。オフセット値演算部ＯＳについては後述する。

なお、傾斜角度変化値Δθｂは、ボード部（ボード本体部２）の前方側が地面に近づくように傾斜する場合に正の値になり、ボード部（ボード本体部２）の後方側が地面に近づくように傾斜する場合に負の値になる。

（ｃ）傾斜角度値θｂの算出
本実施の形態においては、ジャイロセンサＧ１の出力信号に基づいて算出される第１の傾斜角度値θ₁ｂと加速度センサＧ２の出力信号に基づいて算出される第２の傾斜角度値θ₂ｂとを用いて傾斜角度値θｂを算出している。以下にその算出方法を説明する。

（ｃ−１）第１の傾斜角度値θ₁ｂの算出
演算部９４３は、上記算出された傾斜角度変化値Δθｂ_n と前回のサンプリング時に算出された傾斜角度値θｂ_n-1 とを加算する。それにより、第１の傾斜角度値θ₁ｂ_n が算出される。

（ｃ−２）第２の傾斜角度値θ₂ｂの算出
演算処理部９４ａには、加速度センサＧ２からボード本体部２の傾斜角度に応じた出力信号が、加速度センサ値Ｇ２Ｖ_n として入力される。なお、本例で用いる加速度センサＧ２は、上述したように、ボード本体部２に働く重力加速度の傾斜方向の成分を検出する。加速度センサ値Ｇ２Ｖ_n は、ボード本体部２の傾斜角度に応じて増減する。

演算部９４４は、加速度センサ値Ｇ２Ｖ_n から加速度センサＧ２のオフセット値Ｇ２Ｖ₀ を減算し、加速度センサ値Ｇ２Ｖ_n1を算出する。その後、変換部９４５は、加速度センサ値Ｇ２Ｖ_n1を第２の傾斜角度値θ₂ｂ_n に変換する。

（ｃ−３）傾斜角度θｂ_nの算出
ここで、上記第１の傾斜角度θ₁ｂ_n の算出においては、ジャイロセンサＧ１の出力信号に基づいて算出される傾斜角度変化値Δθｂ_n がサンプリングごとに加算されている。この場合、ジャイロセンサＧ１の出力信号は誤差を含むので、サンプリングごとに第１の傾斜角度θ₁ｂ_n に誤差が累積される。そのため、第１の傾斜角度θ₁ｂ_n は、ボード本体部２の正確な傾斜角度を表していない。

一方、上記第２の傾斜角度θ₂ｂ_n の算出は、加速度センサＧ２の出力信号に基づいて行われている。ここで、加速度センサＧ２の出力信号には慣性力が大きく影響する。したがって、加速度センサＧ２に大きな慣性力が作用する場合すなわちボード本体部２が高速に傾斜する場合または電動バランスボード１が高速で前後進している場合に、加速度センサＧ２の出力信号からボード本体部２の傾斜角度を算出すると大きな誤差が生じる。そのため、第２の傾斜角度θ₂ｂ_n は、ボード本体部２の正確な傾斜角度を表していない。

そこで、演算部９４６において第１の傾斜角度値θ₁ｂ_n と第２の傾斜角度値θ₂ｂ_n との差（以下、差分値θ₁₂と称する）を算出する。次に、演算部９４７は、上記差分値θ₁₂に補正係数Ｋｅを乗算し、補正値Ｋｅθ₁₂を算出する。次いで、演算部９４８は、第１の傾斜角度値θ₁ｂ_n から補正値Ｋｅθ₁₂を減算する。これにより、ジャイロセンサＧ１および加速度センサＧ２の誤差が補正され、ボード本体部２の傾斜角度値θｂ_n が算出される。なお、補正係数Ｋｅは、実験により求めることができる。補正係数Ｋｅは、例えば、０．０１である。

なお、傾斜角度値θｂは、ボード部（ボード本体部２）が地面に対して水平に維持されている場合に０となり、ボード部（ボード本体部２）の前方側が水平方向より地面側に傾斜している場合に正の値になり、ボード部（ボード本体部２）の後方側が水平方向より地面側に傾斜している場合に負の値になる。

（ｄ）オフセット値演算処理部ＯＳ
次に、オフセット値演算部ＯＳについて簡単に説明する。

図５では、電動バランスボード１の電源がオンになったときのジャイロセンサＧ１のオフセット値をＧ１Ｖ₁ とする。一般に、ジャイロセンサは温度変化の影響を受けやすく、オフセット値Ｇ１Ｖ₁ は温度変化に伴い変化する。そのため、ジャイロセンサＧ１の出力信号からオフセット値Ｇ１Ｖ₁ を減算することによりオフセット調整を行う場合、雰囲気の温度によって測定誤差が生じる。そこで、この測定誤差を補うために、オフセット値演算部ＯＳの補正部９４９が、差分値θ₁₂に基づいて温度補正値Ｖを算出する。次いで、演算部９５０が、オフセット値Ｇ１Ｖ₁ から温度補正値Ｖを減算する。これにより、温度変化に伴うオフセット値Ｇ１Ｖ₁ の誤差が補正され、温度変化に依存したオフセット値Ｇ１Ｖ₀ が算出される。

（３−４）制御モード設定処理（ステップＳ４）
ステップＳ４の制御モード設定処理においては、マイクロコンピュータ９４は、準備モード、待機モード、乗車モード、起き上がりモードおよび平衡安定モードのうち一つの制御モードを選択する。

図６は、各制御モードの関係を示すブロック図である。

図６に示すように、電動バランスボード１の電源がオンになると、マイクロコンピュータ９４は、まず電動バランスボード１の制御モードを準備モードに設定する。準備モードでは、電動バランスボード１の各部の出力の安定化を行うための時間を確保する。

その後、マイクロコンピュータ９４は、制御モードを待機モードに変更するか、あるいは準備モードを継続する。制御モードの変更条件については後述する。

待機モードでは、使用者が電動バランスボード１に乗車したか否かを判断し、その判断に応じた制御モードを選択する。

次に、マイクロコンピュータ９４は、制御モードを乗車モード、起き上がりモードまたは平衡安定モードのいずれかに変更するか、あるいは待機モードを継続する。

乗車モードでは、使用者が電動バランスボード１に乗車した場合に、使用者の意思に従い電動バランスボード１を進行または停止する。制御モードが乗車モードである場合には、マイクロコンピュータ９４は、制御モードを待機モードに変更するか、あるいは乗車モードを継続する。

起き上がりモードでは、使用者が電動バランスボード１上に乗車していない場合に、電動バランスボード１の足載せ板５または足載せ板６（図１参照）を地面から浮上させ、ボード部（ボード本体部２および足載せ板５，６）を地面に対して水平な状態にする。制御モードが起き上がりモードである場合には、マイクロコンピュータ９４は、制御モードを平衡安定モードまたは待機モードに変更するか、あるいは起き上がりモードを継続する。

平衡安定モードでは、起き上がりモードにおいてボード部が地面に対して水平な状態になった場合に、その状態を所定時間維持する。制御モードが平衡安定モードである場合には、マイクロコンピュータ９４は、制御モードを待機モードに変更するか、あるいは平衡安定モードを継続する。

なお、本実施の形態においては、起き上がりモードおよび平衡安定モードにおけるボード部の動きおよび姿勢制御により、使用者は、電動バランスボード１に乗車していない場合に電動バランスボード１の電源がオンになっていることを認知することができる。それにより、電動バランスボード１が使用されないときに、電動バランスボード１の電源がオンの状態で放置されることを防止することができる。

（ａ）各モードの駆動指令トルク
ここで、各制御モードにおけるモータ８ａの駆動指令トルクＴについて説明する。

本実施の形態においては、図５で説明した傾斜角度変化値Δθｂ、傾斜角度値θｂ、回転角度変化値Δθｗおよび回転角度値θｗに基づいて、各制御モードにおけるモータ８ａの駆動指令トルクＴが決定される。マイクロコンピュータ９４は、この駆動指令トルクＴに対応した電流指令値をモータドライバ９２に与える。なお、駆動指令トルクＴの値が正の場合には、車輪８の正回転の方向にトルクが与えられ、駆動指令トルクＴの値が負の場合には、車輪８の逆回転の方向にトルクが与えられる。

表１に、各制御モードと駆動指令トルクＴとの関係を示す。

（ａ−１）準備モード
表１に示すように、準備モードにおいては、モータ８ａの駆動指令トルクＴは０に設定される。すなわち、準備モードにおいては、電動バランスボード１は停止状態である。

（ａ−２）待機モード
表１に示すように、待機モードにおいては、モータ８ａの駆動指令トルクＴは、下記式（１）により決定される。

Ｔ＝Ｋ_1d・Δθｗ ・・・（１）
ここで、上式（１）のＫ_1dは負の係数である。したがって、駆動指令トルクＴの値は、回転角度変化値Δθｗが正の場合には負の値になり、回転角度変化値Δθｗが負の場合には正の値になる。つまり、待機モードにおいては、車輪８の回転方向と逆方向にトルクが与えられる。これにより、電動バランスボード１に制動がかけられ、電動バランスボード１を停止させることができる。また、車輪８が回転していない場合には、駆動指令トルクＴの値は０になり、電動バランスボード１は停止状態を維持する。

（ａ−３）乗車モード
表１に示すように、乗車モードにおいては、モータ８ａの駆動指令トルクＴは、下記式（２）により決定される。

Ｔ＝Ｋ_2a・θｂ＋Ｋ_2b・Δθｂ＋Ｋ_2d・Δθｗ ・・・（２）
上式（２）のＫ_2a、Ｋ_2bおよびＫ_2dは正の係数である。

この場合、使用者は、電動バランスボード１に乗車した状態で、ボード部（ボード本体部２）を傾斜させ、傾斜角度変化値Δθｂおよび傾斜角度値θｂを任意に調整することにより、電動バランスボード１の進行方向および速度を決定することができる。また、回転角度変化値Δθｗを駆動指令トルクＴにフィードバックすることができるので、円滑な速度調整が可能となる。

（ａ−４）起き上がりモード
表１に示すように、起き上がりモードにおいては、モータ８ａの駆動指令トルクＴは、下記式（３）により決定される。

Ｔ＝Ｋ_3a・θｂ＋Ｋ_3b・Δθｂ ・・・（３）
上式（３）のＫ_3aおよびＫ_3bは正の係数である。

ここで、ボード部の前方側（足載せ板５）が地面に接触している場合には、傾斜角度値θｂは正になり、ボード部の後方側（足載せ板６）が地面に接触している場合には、傾斜角度値θｂは負になる。つまり、足載せ板５が地面に接触している場合には、車輪８は足載せ板５を地面から浮上させるために正回転し、足載せ板６が地面に接触している場合には、車輪８は足載せ板６を地面から浮上させるために逆回転する。

また、車輪８が正回転することにより足載せ板５が浮上した場合において、足載せ板５が水平方向よりも上側に傾斜した場合には、傾斜角度値θｂが負になり、車輪８が逆回転する。一方、車輪８が逆回転することにより足載せ板６が浮上した場合において、足載せ板６が水平方向よりも上側に傾斜した場合には、傾斜角度値θｂが正になり、車輪８が正回転する。

つまり、ボード部の前方側が地面に近づいている場合には、車輪８が正回転しボード部の前方側が浮上し、ボード部の後方側が地面に近づいている場合には、車輪８が逆回転しボード部の後方側が浮上する。これにより、ボード部が地面に対して水平な状態になる。

（ａ−５）平衡安定モード
表１に示すように、平衡安定モードにおいては、モータ８ａの駆動指令トルクＴは、下記式（４）により決定される。

Ｔ＝Ｋ_4a・θｂ＋Ｋ_4b・Δθｂ＋Ｋ_4c・θｗ＋Ｋ_4d・Δθｗ ・・・（４）
上式（４）のＫ_4a、Ｋ_4b、Ｋ_4cおよびＫ_4dは正の係数である。

この場合、電動バランスボード１は、ボード部を地面に対して水平な状態で維持するとともに、電源がオンになったときの電動バランスボード１の位置を維持することができる。

（ｂ）制御モード設定処理（ステップＳ４）の詳細
次に、ステップＳ４の制御モード設定処理について図面を用いてさらに詳細に説明する。

図７は、マイクロコンピュータ９４および制御プログラムによって実現される制御モード設定部９４ｂの機能的な構成を示すブロック図であり、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４および図１５は制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。

図７に示すように、制御モード設定部９４ｂは、制御モード識別部９４ｃ、制御モード決定処理部９４ｄ、電流指令値算出部９４ｅおよび時計部９４ｆを備える。また、制御モード決定処理部９４ｄは、経過時間判定部９４１ｄ、制御モード切替部９４２ｄ、車輪回転速度判定部９４３ｄ、ボード角速度判定部９４４ｄ、加速度センサ値判定部９４５ｄ、駆動トルク判定部９４６ｄ、ボード角度判定部９４７ｄおよび車輪回転角度判定部９４８ｄを備える。以下、制御モード設定部９４ｂの各構成部の処理について図面を用いて説明する。

制御モード設定処理においては、図８に示すように、まず、制御モード識別部９４ｃが、制御モード識別処理を行う（ステップＳ４１）。この制御モード識別処理においては、後述するように、現在の制御モードが識別される。

次に、制御モード決定処理部９４ｄが、制御モード決定処理を行う（ステップＳ４２）。この制御モード決定処理においては、後述するように、制御モード決定処理部９４ｄの各構成部により判定される種々の判定結果に基づいて、制御モードが決定される。

次に、電流指令値算出部９４ｅが、ステップＳ４２において決定された制御モードにおける駆動指令トルクＴを算出し、算出された駆動指令トルクＴに対応する電流指令値を算出する（ステップＳ４３）。

次に、制御モード識別部９４ｃは、ステップＳ４２において制御モードが変更されたか否かを判別する（ステップＳ４４）。制御モードが変更されている場合、時計部９４ｆが、時間管理のためのカウンタ値をリセットする（ステップＳ４５）。その後、マイクロコンピュータ９４は図４のステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ４４において制御モードが変更されていない場合、時計部９４ｆは、カウンタの値をインクリメントする（ステップＳ４６）。その後、マイクロコンピュータ９４は図４のステップＳ５の処理に進む。

以下、図面を参照しながら、ステップＳ４１の制御モード識別処理およびステップＳ４２の制御モード決定処理について詳細に説明する。

（ｂ−１）制御モード識別処理（ステップＳ４１）
図９に示すように、制御モード識別処理において、制御モード識別部９４ｃ（図７参照）は、まず、現在の制御モードが準備モードであるか否かを判別する（ステップＳ４１１）。準備モードである場合、マイクロコンピュータ９４は、後述するステップＳ４２１の処理に進む（図１０参照）。

ステップＳ４１１において、現在の制御モードが準備モードでない場合、制御モード識別部９４ｃは、現在の制御モードが待機モードであるか否かを判別する（ステップＳ４１２）。待機モードである場合、マイクロコンピュータ９４は、後述するステップＳ４２４の処理に進む（図１１参照）。

ステップＳ４１２において、現在の制御モードが待機モードでない場合、制御モード識別部９４ｃは、現在の制御モードが乗車モードであるか否かを判別する（ステップＳ４１３）。乗車モードである場合、マイクロコンピュータ９４は、後述するステップＳ４３０の処理に進む（図１２参照）。

ステップＳ４１３において、現在の制御モードが乗車モードでない場合、制御モード識別部９４ｃは、現在の制御モードが起き上がりモードであるか否かを判別する（ステップＳ４１４）。起き上がりモードである場合、マイクロコンピュータ９４は、後述するステップＳ４３８の処理に進む（図１４参照）。

ステップＳ４１４の処理において、現在の制御モードが起き上がりモードでないと判別された場合、すなわち制御モード識別部９４ｃが現在の制御モードを平衡安定モードであると判別した場合、マイクロコンピュータ９４は、後述するステップＳ４４３の処理に進む（図１５参照）。

（ｂ―２）制御モード決定処理（ステップＳ４２）
制御モード決定処理においては、図９のステップＳ４１１において制御モードが準備モードである場合、図１０に示すように、経過時間判定部９４１ｄ（図７参照）は所定時間（例えば、０．５秒）経過したか否かを判別する（ステップＳ４２１）。このステップＳ４２１の処理は、電動バランスボード１の電源がオンになった後、電動バランスボード１の各部の出力が安定するまでの時間を確保するために設けられる。なお、電動バランスボード１の電源をオンにした直後は、制御モードは準備モードに設定される。

ステップＳ４２１において所定時間が経過している場合、マイクロコンピュータ９４は電動バランスボード１の各部の出力が安定したと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄ（図７参照）は、制御モードを待機モードに切り替える（ステップＳ４２２）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理に進む。

ステップＳ４２１の処理において所定時間が経過していない場合、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１の各部の出力が安定していないと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは準備モードを継続する（ステップＳ４２３）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理に進む。

図９のステップＳ４１２において制御モードが待機モードである場合、図１１に示すように、経過時間判断部９４１ｄが所定時間（例えば０．５秒）経過したか否かを判別する（ステップＳ４２４）。このステップＳ４２４の処理は、制御モードが他のモードから待機モードに切り替えられた後、電動バランスボード１の各部の出力が安定するまでの時間を確保するために設けられる。

ステップＳ４２４において所定時間が経過している場合、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１の各部の出力が安定したと判断する。この場合、車輪回転速度判定部９４３ｄ（図７参照）および経過時間判定部９４１ｄは、回転角度変化値Δθｗ（電動バランスボード１の車速）が０でかつその状態が所定時間（例えば、３秒）継続したか否かを判別する（ステップＳ４２５）。回転角度変化値Δθｗが０でかつその状態が所定時間継続している場合、マイクロコンピュータ９４は電動バランスボード１に使用者が乗車していないと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄが制御モードを起き上がりモードに切り替える（ステップＳ４２６）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理に進む。

ステップＳ４２５において、回転角度変化値Δθｗが０でない場合または所定時間継続していない場合、ボード角速度判定部９４４ｄ（図７参照）は、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂより大きいか否かを判別する（ステップＳ４２７）。傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂより大きい場合、マイクロコンピュータ９４は、使用者が電動バランスボード１で走行するために電動バランスボード１に乗車してボード部の前方側または後方側を意図的に浮上させていると判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは、制御モードを乗車モードに切り替える（ステップＳ４２８）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理に進む。なお、ボード本体部２の傾斜角速度が例えば１８０°／ｓ以上である場合に傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂより大きくなるように、乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂが設定される。

ステップＳ４２４において所定時間が経過していない場合、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１の各部の出力が安定していないと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは待機モードを継続する（ステップＳ４２９）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理に進む。

ステップＳ４２７において、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂ以下の場合、マイクロコンピュータ９４は、使用者がボード部の前方側または後方側を意図的に浮上させようとしていないと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは待機モードを継続する（ステップＳ４２９）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理に進む。

図９のステップＳ４１３の処理において制御モードが乗車モードであると判別された場合、図１２に示すように、ボード角速度判定部９４４ｄは傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂより大きいか否かを判別する（ステップＳ４３０）。傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂより大きい場合、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１から使用者が降車しようとしていると判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは制御モードを待機モードに切り替える（図１３のステップＳ４３１）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理に進む。なお、ボード本体部２の傾斜角速度が例えば１８０°／ｓ以上である場合に、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂより大きくなるように、降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂが設定される。

ステップＳ４３０において、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂ以下の場合、車輪回転速度判定部９４３ｄが回転角度変化値Δθｗの絶対値が停止速度しきい値ＴＨｓｔΔθｗより大きいか否かを判別する（ステップＳ４３２）。回転角度変化値Δθｗの絶対値が停止速度しきい値ＴＨｓｔΔθｗより大きい場合、制御モード切替部９４２ｄは制御モードを待機モードに切り替える（図１３のステップＳ４３１）。なお、電動バランスボード１の走行速度が例えば１０ｋｍ／ｈ以上である場合に、回転角度変化値Δθｗの値が停止速度しきい値ＴＨｓｔΔθｗより大きくなるように、停止速度しきい値ＴＨｓｔΔθｗが設定される。この場合、使用者が安全に電動バランスボード１の走行を楽しむことができる。

ステップＳ４３２において、回転角度変化値Δθｗが停止速度しきい値ＴＨｓｔΔθｗ以下の場合、加速度センサ値判定部９４５ｄおよび経過時間判定部９４１ｄが、加速度センサ値Ｇ２Ｖ（図５参照）の絶対値が第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖより大きくかつその状態が所定時間（例えば、１００ｍｓｅｃ）継続したか否かを判別する（ステップＳ４３３）。

ここで、ステップＳ４３３の処理について図面を用いて説明する。図１６は、ステップＳ４３３において、加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値が第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖより大きくかつその状態が所定時間継続している場合の加速度センサ値Ｇ２Ｖの経時変化の一例を示した図である。一方、図１７は、ステップＳ４３１の処理において、加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値が第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖより大きいが、その状態が所定時間継続していない場合の加速度センサ値Ｇ２Ｖの経時変化の一例を示した図である。なお、図１６および図１７においては、縦軸は加速度センサ値Ｇ２Ｖを示し、横軸は時間を示す。

上述したように、加速度センサＧ２の出力信号には慣性力が大きく影響する。そのため、例えば、使用者が意図的に電動バランスボード１を前後に素早く移動させた場合、加速度センサ値Ｇ２Ｖは、図１６に示すように緩やかに変化する。この場合、加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値が第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖより大きくなる状態が所定時間（図１６においては１００ｍｓｅｃ）以上継続する。

一方、地面の凹凸等の影響により電動バランスボード１が振動する場合、加速度センサ値Ｇ２Ｖは、図１７に示すように急峻に変化する。この場合、加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値が第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖより大きくなる場合があるが、その状態は所定時間（図１７においては１００ｍｓｅｃ）以上継続しない。つまり、ステップＳ４３３においては、使用者が意図的に加速度センサ値Ｇ２Ｖを変化させているか否かを判別している。なお、ステップＳ４３３における所定時間および第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖは、電動バランスボード１の構造等に応じて設定される。

ステップＳ４３３の処理において、加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値が第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖより大きくかつその状態が所定時間継続している場合、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１から使用者が降車しようとしていると判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄが制御モードを待機モードに切り替える（図１３のステップＳ４３１）。

ステップＳ４３３において、加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値が第１の加速度センサしきい値ＴＨ１Ｇ２Ｖ以下の場合または所定時間継続していない場合、加速度センサ値判定部９４５ｄは、電動バランスボード１が異常な振動状態であるか否かを判別する（ステップＳ４３４）。

ここで、ステップＳ４３４の処理について図面を用いて説明する。図１８は、ステップＳ４３４における異常な振動を検知するためのフローチャートである。

ステップＳ４３４においては、図１８に示すように、加速度センサ値判定部９４５ｄは、まず、１００ｍｓｅｃのサンプリング時間で、過去１秒間の加速度センサ値Ｇ２Ｖを読み込む（ステップＳ４３４１）。つまり、ステップＳ４３２１においては、加速度センサ値Ｇ２Ｖが１０回読み込まれる。

次に、加速度センサ値判定部９４５ｄは、ステップＳ４３４１において正の値として読み込まれた加速度センサ値Ｇ２Ｖの個数と負の値として読み込まれた加速度センサ値Ｇ２Ｖの個数との差を算出する（ステップＳ４３４２）。

次に、加速度センサ値判定部９４５ｄは、ステップＳ４３４２において算出された差が２以下であるか否かを判別する（ステップＳ４３４３）。差が２以下である場合、加速度センサ値判定部９４５ｄは、ステップＳ４３４１において読み込まれた加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値のうち少なくとも１つが第２の加速度センサしきい値ＴＨ２Ｇ２Ｖより大きいか否かを判別する（ステップＳ４３４４）。

ステップＳ４３４１において読み込まれた加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値のうち少なくとも１つが第２の加速度センサしきい値ＴＨ２Ｇ２Ｖより大きい場合、加速度センサ値判定部９４５ｄは電動バランスボード１が異常な振動状態であると判断する（ステップＳ４３４５）。

ステップＳ４３４３において、ステップＳ４３４２において算出された差が３以上である場合、加速度センサ値判定部９４５ｄは電動バランスボード１に異常な振動はないと判断する（ステップＳ４３４６）。

ステップＳ４３４４において、ステップＳ４３４１において読み込まれた加速度センサ値Ｇ２Ｖ絶対値のうち全てが第２の加速度センサしきい値ＴＨ２Ｇ２Ｖ以下の場合、加速度センサ値判定部９４５ｄは電動バランスボード１に異常な振動はないと判断する（ステップＳ４３４６）。

次に、電動バランスボード１が異常な振動状態であると判断される場合について図面を用いて説明する。図１９は、電動バランスボード１が異常な振動状態である場合の加速度センサ値Ｇ２Ｖの経時変化の一例を示した図である。なお、図１９においては、縦軸は加速度センサ値Ｇ２Ｖを示し、横軸は時間を示す。

制御モードが乗車モードでありかつ使用者が電動バランスボード１に乗車していない場合、電動バランスボード１のボード部は安定しない。そのため、ボード部は不規則に振動し、加速度センサ出力値Ｇ２Ｖは図１９に示すように短い周期で上下変化を繰り返す。

ここで、図１９に示す任意の期間Ｐにおいて、加速度センサ値Ｇ２Ｖが１００ｍｓｅｃのサンプリング時間で１０回読み込まれた場合、正の値は４個であり、負の値は６個である。この場合、図１８のステップＳ４３４３において、差が２以下であると判別される。

また、図１９においては、読み込まれた加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値のうち５つが第２の加速度センサしきい値ＴＨ２Ｇ２Ｖより大きい。この場合、図１８のステップＳ４３４４の処理において、読み込まれた加速度センサ値Ｇ２Ｖの絶対値のうち少なくとも１つが第２の加速度センサしきい値ＴＨ２Ｇ２Ｖより大きいと判別され、電動バランスボード１が異常な振動状態であると判断される。

一方、電動バランスボード１に使用者が乗車している場合には、使用者の体重によりボード部が安定するため、地面の凹凸等により電動バランスボード１が振動する場合でも、加速度センサ出力値Ｇ２Ｖの絶対値の最大値が第２の加速度センサしきい値ＴＨ２Ｇ２Ｖより大きくならない。つまり、図１８のステップＳ４３４４の処理を設けることにより、使用者が電動バランスボード１に乗車している場合に、電動バランスボード１が異常な振動状態であると判断されることを防止することができる。

また、乗車モードにおいて通常に走行している場合には、加速度センサ値Ｇ２Ｖは緩やかに変化する。この場合、１００ｍｓｅｃのサンプリング時間で加速度センサ値Ｇ２Ｖを１０回読み込むと、１０個の加速度センサ値Ｇ２Ｖのほとんどが正および負のいずれか一方に偏る。したがって、ステップＳ４３４３において、差が３以上であると判別される。それにより、電動バランスボード１に異常な振動はないと判断される。つまり、ステップＳ４３４３の処理を設けることにより、通常の走行状態において、電動バランスボード１が異常な振動状態であると判断されることを防止することができる。

以上のように、図１２のステップＳ４３４においては、電動バランスボード１が異常な振動状態であるか否かを判別することにより、乗車モードにおいて、使用者が電動バランスボード１に乗車しているか否かを判断することができる。なお、ステップＳ４３４におけるサンプリング時間および第２の加速度センサしきい値ＴＨ２Ｇ２Ｖは、電動バランスボード１の構造等に応じて実験により求めることが好ましい。

ステップＳ４３４の処理において異常な振動状態であると判別された場合、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１に使用者が乗車していないと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは制御モードを待機モードに切り替える（図１３のステップＳ４３１）。これにより、使用者が乗車していない状態で電動バランスボード１が走行することを防止することができる。

図１２のステップＳ４３４において異常な振動はないと判別された場合、図１３に示すように、車輪回転速度判定部９４３ｄ、駆動トルク判定部９４６ｄ（図７参照）および経過時間判定部９４１ｄが、回転角度変化値Δθｗが０（電動バランスボードが停止状態）でかつ上述した式（４）によって算出される駆動指令トルクＴの絶対値が第１のトルクしきい値ＴＨ１Ｔより大きい状態が所定時間継続したか否かを判別する（ステップＳ４３５）。

ここで、ステップＳ４３５の処理について図面を用いて説明する。図２０は、ステップＳ４３５において、回転角度変化値Δθｗが０でかつ駆動指令トルクＴの絶対値が第１のトルクしきい値ＴＨ１Ｔより大きい状態が所定時間継続したと判別される場合の駆動指令トルクＴの経時変化の例を示した図である。なお、図２０においては、縦軸は駆動指令トルクＴを示し、横軸は時間を示す。

図２０（ａ）は、ボード部の前方側が地面に近づくようにボード部を傾斜させるとともに、その状態で電動バランスボード１を停止させた場合の駆動指令トルクＴの経時変化の一例を示す。図２０（ａ）の時点Ｔ１−Ｔ２間においては、ボード部は地面に対して略水平状態であり、時点Ｔ２−Ｔ３間においては、ボード部は前方側が地面に近づくように徐々に傾斜している。また、時点Ｔ３以降においては、ボード部が一定角度で傾斜した状態で電動バランスボード１が停止している。

また、図２０（ｂ）は、ボード部の後方側が地面に近づくようにボード部を傾斜させるとともに、その状態で電動バランスボード１を停止させた場合の駆動指令トルクＴの経時変化の一例を示す。図２０（ｂ）の時点Ｔ４−Ｔ５間においては、ボード部は地面に対して略水平状態であり、時点Ｔ５−Ｔ６間においては、ボード部は後方側が地面に近づくように徐々に傾斜している。また、時点Ｔ６以降においては、ボード部が一定角度で傾斜した状態で電動バランスボード１が停止している。

図２０（ａ），（ｂ）に示すように、ボード部を一定角度で傾斜させた状態で電動バランスボード１を停止させると、駆動指令トルクＴはボード部の傾斜角度に応じた一定の値で維持される。ここで、ステップＳ４３５の処理が設けられてない場合、電動バランスボード１は停止しているが、モータ８ａに駆動電流が与え続けられる。それにより、電動バランスボード１が停止しているにもかかわらず、消費電流が増加する。また、モータ８ａに大きな負荷が加わることになるので、モータ８ａが故障する確率が高くなる。

そこで、本実施の形態においては、ステップＳ４３５の処理を設けることにより、使用者が電動バランスボード１を意図的に停止させた場合に、モータ８ａに電流が与えられることを防止している。それにより、消費電力を削減することができるとともに、モータ８ａの寿命を延ばすことができる。なお、ステップＳ４３５における所定時間および第１のトルクしきい値ＴＨ１Ｔは、電動バランスボード１の構造等に応じて設定される。

ステップＳ４３５において、回転角度変化値Δθｗが０でかつ駆動指令トルクＴの絶対値が第１のトルクしきい値ＴＨ１Ｔより大きい状態が所定時間継続している場合、マイクロコンピュータ９４は、使用者が電動バランスボード１から降車しようとして意図的に電動バランスボード１を停止したと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄが制御モードを待機モードに切り替える（ステップＳ４３１）。

ステップＳ４３５において、回転角度変化値Δθｗが０でない場合、駆動指令トルクＴの絶対値が第１のトルクしきい値ＴＨ１Ｔ以下の場合または所定時間継続していない場合には、ボード角度判定部９４７ｄ（図７参照）および経過時間判定部９４１ｄは、傾斜角度値θｂの絶対値が第１の傾斜角度しきい値ＴＨ１θｂより大きくかつその状態が所定時間継続したか否かを判別する（ステップＳ４３６）。傾斜角度値θｂの絶対値が第１の傾斜角度しきい値ＴＨ１θｂより大くかつその状態が所定時間継続したと判別された場合、マイクロコンピュータ９４は、使用者がボード部の前方側または後方側を地面に近づけて電動バランスボード１を停止させようとしていると判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは制御モードを待機モードに切り替える（ステップＳ４３１）。

ステップＳ４３６において、傾斜角度値θｂの絶対値が第１の傾斜角度しきい値ＴＨ１θｂ以下の場合または所定時間継続していない場合には、マイクロコンピュータ９４は、使用者が電動バランスボード１の走行を継続しようとしていると判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは乗車モードを継続する（ステップＳ４３７）。なお、ステップＳ４３６における第１の傾斜角度しきい値ＴＨ１θｂおよび所定時間は、使用者が任意に設定することができる。

図９のステップＳ４１４において制御モードが起き上がりモードである場合、図１４に示すように、経過時間判定部９４１ｄは所定時間（例えば、１秒）経過したか否かを判別する（ステップＳ４３８）。所定時間が経過している場合、制御モード切替部９４２ｄは制御モードを待機モードに切り替える（ステップＳ４３９）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理へ進む。

ここで、本実施の形態においては、制御モードが起き上がりモードになった後、１秒以内に平衡安定モードに移行できなかった場合は、平衡安定モードへの移行に失敗したとみなす。つまり、ステップＳ４３８の処理は、起き上がりモードから平衡安定モードへの移行に失敗した場合に、制御モードを待機モードに移行させるために設けられている。

ステップＳ４３８において所定時間が経過していない場合、ボード角度判定部９４７ｂおよび車輪回転速度判定部９４３ｄは、傾斜角度値θｂの絶対値が第２の傾斜角度しきい値ＴＨ２θｂより小さくかつ回転角度変化値Δθｗの絶対値が静止角速度しきい値ＴＨｑｕΔθｗより小さいか否かを判別する（ステップＳ４４０）。傾斜角度値θｂの絶対値が第２の傾斜角度しきい値ＴＨ２θｂより小さくかつ回転角度変化値Δθｗの絶対値が静止角速度しきい値ＴＨｑｕΔθｗより小さい場合、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１がボード部を略水平に維持して静止していると判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは制御モードを平衡安定モードに切り替える（ステップＳ４４１）。その後、マイクロコンピュータ９４は図８のステップＳ４３の処理へ進む。なお、ステップＳ４４０における第２の傾斜角度しきい値ＴＨ２θｂおよび静止角速度しきい値ＴＨｑｕΔθｗは、電動バランスボード１の構造等に応じて設定される。

ステップＳ４４０において、傾斜角度値θｂの絶対値が第２の傾斜角度しきい値ＴＨ２θｂ以上の場合または回転角度変化値Δθｗの絶対値が静止角速度しきい値ＴＨｑｕΔθｗ以上の場合には、マイクロコンピュータ９４は、電動バランスボード１がボード部を略水平に維持して静止する状態になっていないと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄは起き上がりモードを継続する（ステップＳ４４２）。その後、マイクロコンピュータ９４は、図８のステップＳ４３の処理へ進む。

図９のステップＳ４１４の処理において制御モードが起き上がりモードでない場合、すなわち制御モードが平衡安定モードである場合、図１５に示すように、車輪回転角度判定部９４８ｄ（図７参照）は、回転角度値θｗの絶対値が回転角度しきい値ＴＨθｗより大きいか否かを判別する（ステップＳ４４３）。回転角度値θｗの絶対値が回転角度しきい値ＴＨθｗより大きい場合、制御モード切替部９４２ｄは制御モードを待機モードに切り替える（ステップＳ４４４）。その後、マイクロコンピュータ９４は、図８のステップＳ４３の処理へ進む。

このステップＳ４４３は、電源がオンになってから平衡安定モードになるまでに回転角度値θｗが大きく変化した場合すなわち電動バランスボード１の位置が大きく移動している場合に、平衡安定モードを終了するために設けられる。なお、回転角度しきい値ＴＨθｗの値は、電動バランスボード１の使用場所等の条件に応じて設定される。

ステップＳ４４３において、回転角度値θｗの絶対値が回転角度しきい値ＴＨθｗ以下の場合、車輪回転角度判定部９４８ｄ、駆動トルク判定部９４４ｄおよび経過時間判定部９４１ｄは、回転角度変化値Δθｗ（電動バランスボード１の車速）が０でかつ駆動指令トルクＴの絶対値が第２のトルクしきい値ＴＨ２Ｔより大きい状態が所定時間継続したか否かを判別する（ステップＳ４４５）。回転角度変化値Δθｗが０でかつ駆動指令トルクＴの絶対値が第２のトルクしきい値ＴＨ２Ｔより大きい状態が所定時間継続している場合、マイクロコンピュータ９４は、使用者により電動バランスボード１が意図的に停止されたと判断する。この場合、制御モード切替部９４２ｄが制御モードを待機モードに切り替える（ステップＳ４４４）。なお、ステップＳ４４５における第２のトルクしきい値ＴＨ２Ｔおよび所定時間は、使用者が任意に設定することができる。

ステップＳ４４５において、回転角度変化値Δθｗが０でない場合、駆動指令トルクＴの絶対値が第２のトルクしきい値ＴＨ２Ｔ以下の場合または所定時間継続していない場合には、制御モード切替部９４２ｄは平衡安定モードを継続する（ステップＳ４４６）。

（３−５）駆動指令処理（ステップＳ５）
ステップＳ５の駆動指令処理（図４参照）においては、マイクロコンピュータ９４は、図８のステップＳ４３の電流指令値算出処理において算出された電流指令値をモータドライバ９２に与える。それにより、電動バランスボード１が各制御モードに応じた動作を行う。

（４）本実施の形態に係る電動バランスボードの効果
以上のように、本実施の形態に係る電動バランスボード１においては、演算処理部９４ａにより算出された各値に基づいて、制御モード設定部９４ｂが制御モードを設定する。この場合、マイクロコンピュータ９４は、使用者の乗車および降車を判断するとともに、判断された状態に応じて電動バランスボード１の動作を制御することができる。したがって、使用者の乗車および降車の判断を行うための装置および制御モードを切り替えるためのスイッチ等を設ける必要がない。それにより、電動バランスボード１の製造コストを低減することができる。

また、図１１のステップＳ４２７で示したように、制御モードが待機モードである場合には、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂより大きくなることにより制御モードが乗車モードに変更される。つまり、電動バランスボード１のボード部の傾斜角度を使用者が意図的に所定の角速度以上で変化させた場合に、制御モードが乗車モードに切り替わり、電動バランスボード１が走行する。この場合、使用者が完全にボード部に乗車する前に電動バランスボード１が走行を開始することが防止されるので、使用者は安全にボード部に乗車した後に自らの意思で電動バランスボード１を走行させることができる。

また、図１２のステップＳ４３０で示したように、制御モードが乗車モードである場合には、傾斜角度変化値Δθｂの絶対値が降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂより大きくなることにより制御モードが待機モードに変更される。つまり、電動バランスボード１のボード部の傾斜角度を使用者が意図的に所定の角速度以上で変化させた場合に、制御モードが待機モードに切り替わり、電動バランスボード１が停止する。それにより、使用者は安全に電動バランスボード１から降車することができる。

以上のように、本実施の形態に係る電動バランスボード１においては、使用者がボード部を意図的に動かすことにより制御モードを切り替えることができる。それにより、車両が使用者の想定外の動作を行うことが防止されるので、電動バランスボード１の安全性が向上する。

（５）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応
上記実施の形態においては、ボード部が本体部に相当し、モータ８ａが駆動部に相当し、ジャイロセンサＧ１および加速度センサＧ２が第１の検出部に相当し、駆動制御部９およびマイクロコンピュータ９４が制御部に相当し、車輪回転角検出センサ８ｃが第２の検出部に相当し、制御モードが動作モードに相当し、乗車モードが進行モードに相当し、待機モードが停止モードに相当する。

また、傾斜角度値θｂおよび傾斜角度変化値Δθｂが傾斜角度に関する情報に相当し、傾斜角度変化値Δθｂが傾斜角度の変化率および所定時間当たりの傾斜角度の変化量に相当し、回転角度変化値Δθｗが回転角度に関する情報、回転角度の変化率および所定時間当たりの車輪の回転角度の変化量に相当し、乗車角速度しきい値ＴＨｏｎΔθｂおよび降車角速度しきい値ＴＨｏｆｆΔθｂが所定のしきい値に相当する。

（６）その他の実施の形態
上記実施の形態においては、図５の演算処理部９４ａおよび図７の制御モード設定部９４ｂの各機能部がマイクロコンピュータ９４およびその制御プログラムにより実現されるが、演算処理部９４ａおよび制御モード設定部９４ｂの各機能部の一部または全てを論理回路等のハードウェアにより実現してもよい。また、マイクロコンピュータ９４の代わりにＣＰＵおよびメモリを用いてもよい。

また、本体部は上記実施の形態のボード部に限定されず、例えば、ボード部として一体的に形成された板状部材を用いてもよい。また、駆動部として、モータ８ａの代わりにエンジン等の他の回転力発生器を用いてもよい。

また、上記実施の形態においては１つの車輪８を有する電動バランスボード１について説明したが、一つの車輪８の代わりに同軸の複数の車輪を設けてもよい。つまり、走行方向と直交する方向に複数の車輪があってもよい。

また、第１の検出部は、ジャイロセンサＧ１および加速度センサＧ２に限定されず、ジャイロセンサＧ１または加速度センサＧ２の一方を用いてもよい。また、第２の検出部は、エンコーダに限定されず、種々の光学的センサ、機械的スイッチ等を用いてもよい。

また、図１３のステップＳ４３６においては、ボード部の傾斜角度に基づいて、制御モードを待機モードに切り替えるか否かの判別を行っているが、以下に説明する方法により制御モードを待機モードに切り替えるか否かの判別を行ってもよい。

図２１は、電動バランスボードの他の構成を示す概略側面図である。図２１の電動バランスボードが図２の電動バランスボード１と異なるのは以下の点である。

図２１の電動バランスボード１ａにおいては、足載せ板５および足載せ板６の前端部および後端部に補助輪５ａおよび補助輪６ａが配設されている。また、補助輪５ａおよび補助輪６ａは、スイッチ５ｂおよびスイッチ６ｂをそれぞれ備えている。例えば、スイッチ５ｂおよびスイッチ６ｂは、補助輪５ａおよび補助輪６ａが地面に接触したときにオンになるように設定される。

この場合、スイッチ５ｂまたはスイッチ６ｂがオンである状態の時間を測定することにより、補助輪５ａまたは補助輪６ａが地面に接触した状態すなわちボード部が大きく傾斜した状態で電動バランスボード１が走行している時間を測定することができる。したがって、スイッチ５ｂまたは６ｂがオンである状態が所定時間継続した場合に、制御モード切替部９４２ｄにより制御モードを待機モードに切り替えればよい。それにより、図１３のステップＳ４３６と同様の判別を行うことができる。

本発明は電動バランスボード等の車両、車両の制御装置および制御方法に利用することができる。

本発明の一実施の形態に係る車両の構成を示す概略模式図である。 図１の電動バランスボードの概略側面図である。 電動バランスボードの駆動制御部の構成を示すブロック図である。 マイクロコンピュータの制御動作を示す概略フローチャートである。 マイクロコンピュータおよび制御プログラムによって実現される演算処理部の機能的な構成を示すブロック図である。 各制御モードの関係を示すブロック図である。 マイクロコンピュータおよび制御プログラムによって実現される制御モード設定部の機能的な構成を示すブロック図である。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 制御モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。 加速度センサ値の絶対値が第１の加速度センサしきい値より大きくかつその状態が所定時間継続している場合の加速度センサ値の経時変化の一例を示した図である。 加速度センサ値の絶対値が第１の加速度センサしきい値より大きいが、その状態が所定時間継続していない場合の加速度センサ値の経時変化の一例を示した図である。 異常な振動を検知するためのフローチャートである。 電動バランスボードが異常な振動状態である場合の加速度センサ値の経時変化の一例を示した図である。 回転角度変化値が０でかつ駆動指令トルクの絶対値が第１のトルクしきい値より大きい状態が所定時間継続したと判別される場合の駆動指令トルクの経時変化の例を示した図である。 電動バランスボードの他の構成を示す概略側面図である。

符号の説明

１，１ａ 電動バランスボード
２ ボード本体部
３，４ 支持板
５，６ 足載せ板
７ 支持具
８ 車輪
８ａ モータ
８ｂ 減速機構
８ｃ 車輪回転角検出センサ
９ 駆動制御部
９１ コントローラ
９２ モータドライバ
９３ バッテリ
９４ マイクロコンピュータ
９４ａ 演算処理部
９４ｂ 制御モード設定部
９５ パルス発生器
９６ Ａ／Ｄ変換器
ＧＧ 姿勢検出ユニット
Ｇ１ ジャイロセンサ
Ｇ２ 加速度センサ

Claims (20)

1. 使用者が乗車する本体部と、
   前記本体部に回転自在に支持された車輪と、
   前記車輪を駆動する駆動部と、
   前記本体部の傾斜角度に関する情報を検出する第１の検出部と、
   複数の動作モードで前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記第１の検出部により検出された前記本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて前記動作モードを切り替えることを特徴とする車両。
2. 前記傾斜角度に関する情報は、前記本体部の傾斜角度の変化率を含むことを特徴とする請求項１記載の車両。
3. 前記本体部の傾斜角度の変化率は、所定時間当たりの前記本体部の傾斜角度の変化量であることを特徴とする請求項２記載の車両。
4. 前記制御部は、前記傾斜角度の変化率が所定のしきい値以上である場合に前記動作モードを切り替えることを特徴とする請求項２または３記載の車両。
5. 前記複数の動作モードは、前記本体部が進行動作を行うための進行モードと前記本体部が停止するための停止モードとを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両。
6. 前記車輪の回転角度に関する情報を検出する第２の検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記進行モードにおいて前記傾斜角度に関する情報および前記回転角度に関する情報に基づいて前記駆動部による前記進行動作を制御することを特徴とする請求項５記載の車両。
7. 前記傾斜角度に関する情報は、前記本体部の傾斜角度の変化率および前記本体部の傾斜角度を含み、
   前記回転角度に関する情報は、前記車輪の回転角度の変化率を含むことを特徴とする請求項６記載の車両。
8. 前記車輪の回転角度に関する情報を検出する第２の検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記停止モードにおいて前記回転角度に関する情報に基づいて前記車輪を停止するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項５記載の車両。
9. 前記車輪の回転角度に関する情報は、前記車輪の回転角度の変化率を含むことを特徴とする請求項８記載の車両。
10. 前記回転角度の変化率は、所定時間当たりの前記車輪の回転角度の変化量であることを特徴とする請求項９記載の車両。
11. 前記車輪は、前記本体部の進行方向と交差する方向の軸の周りで回転可能に前記本体部の中央部の下面側に設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の車両。
12. 前記本体部は、前記車輪を支点として上下に傾斜自在に設けられることを特徴とする請求項１１記載の車両。
13. 使用者が乗車する本体部と、前記本体部に回転自在に支持された車輪と、前記車輪を駆動する駆動部とを備えた車両を制御する制御装置であって、
    前記本体部の傾斜角度に関する情報を検出する第１の検出部と、
    複数の動作モードで前記駆動部を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記第１の検出部により検出された前記本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて前記動作モードを切り替えることを特徴とする車両の制御装置。
14. 前記傾斜角度に関する情報は、前記本体部の傾斜角度の変化率を含むことを特徴とする請求項１３記載の車両の制御装置。
15. 前記本体部の傾斜角度の変化率は、所定時間当たりの前記本体部の傾斜角度の変化量であることを特徴とする請求項１４記載の車両の制御装置。
16. 前記制御部は、前記傾斜角度の変化率が所定のしきい値以上である場合に前記動作モードを切り替えることを特徴とする請求項１４または１５記載の車両の制御装置。
17. 使用者が乗車する本体部と、前記本体部に回転自在に支持された車輪と、前記車輪を駆動する駆動部とを備えた車両を制御する制御方法であって、
    前記本体部の傾斜角度に関する情報を検出するステップと、
    前記本体部の傾斜角度に関する情報に基づいて動作モードを切り替えるように前記駆動部を制御するステップとを備えることを特徴とする車両の制御方法。
18. 前記傾斜角度に関する情報は、前記本体部の傾斜角度の変化率を含むことを特徴とする請求項１７記載の車両の制御方法。
19. 前記本体部の傾斜角度の変化率は、所定時間当たりの前記本体部の傾斜角度の変化量であることを特徴とする請求項１８記載の車両の制御方法。
20. 前記駆動部を制御するステップは、前記傾斜角度の変化率が所定のしきい値以上である場合に前記動作モードを切り替えるように前記駆動部を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１８または１９記載の車両の制御方法。

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