JP2010022435A

JP2010022435A - Electric vehicle

Info

Publication number: JP2010022435A
Application number: JP2008184149A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ebihara; 裕治蛯原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-02-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric vehicle running stably even in the case of that a road surface is inclined from side to side. <P>SOLUTION: The electric vehicle 1 is equipped with a frame body 2 having front frames 9A, 9B and rear frames 7A, 7B rotating by a joint part 8. The lower end parts of front frames 9A, 9B have front wheels 3A, 3B which is rotatably driven by motors 10A, 10B, and the lower end parts of rear frames 7A, 7B have rear wheels 4A, 4B which are rotatably driven by the motor. The joint part 8 has motors 12A, 12B making rear frames 7A, 7B rotate to front frames 9A, 9B. Additionally, the electric vehicle 1 is equipped with a controller for controlling joint motors 12A, 12B to make the rolling posture of the frame body 2 turn to be a target rolling posture by estimating a rolling posture state of the frame body 2 to the road surface. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動モータにより車輪を回転駆動させる電動車両に関するものである。 The present invention relates to an electric vehicle in which wheels are driven to rotate by an electric motor.

電動車両の一つに歩行補助装置がある。従来の歩行補助装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、フレーム構造の本体と、この本体に回転可能に支持された４つの車輪とを備え、４つの車輪のうち２つの後輪をモータにより回転駆動される駆動輪としたものが知られている。
特開平１０−２１６１８３号公報 One of the electric vehicles is a walking assist device. As a conventional walking assist device, for example, as described in Patent Document 1, a frame structure main body and four wheels rotatably supported by the main body are provided, and two rear wheels out of the four wheels are provided. 2. Description of the Related Art Wheels that are driven and rotated by a motor are known.
JP-A-10-216183

ところで、歩行補助装置の走行時には、路面が水平面に対して傾いているために歩行補助装置が左右に傾いた状態となることが考えられる。しかし、上記従来技術においては、そのような左右に傾いた路面での走行については何ら考慮されていない。 By the way, when the walking assist device is traveling, it is conceivable that the walking assist device is inclined to the left and right because the road surface is inclined with respect to the horizontal plane. However, in the prior art described above, no consideration is given to such traveling on the road surface inclined to the left and right.

本発明の目的は、路面が左右に傾いている場合でも安定して走行することができる電動車両を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric vehicle that can travel stably even when the road surface is inclined to the left and right.

本発明の電動車両は、左右１対の前フレーム及び左右１対の後フレームを有する車体と、各前フレームの下端部に回転可能に支持された左前輪及び右前輪と、各後フレームの下端部に回転可能に支持された左後輪及び右後輪と、各前フレームと各後フレームとを回動自在に連結するジョイント部と、前輪及び後輪の少なくとも一方を回転駆動させる複数の駆動モータと、左前輪と左後輪との間の距離、右前輪と右後輪との間の距離をそれぞれ独立に変更するホイールベース変更手段と、車体のロール姿勢状態を推定する姿勢推定手段と、車体のロール姿勢状態が目標ロール姿勢となるようにホイールベース変更手段を制御する姿勢制御手段とを備えることを特徴とするものである。 The electric vehicle according to the present invention includes a vehicle body having a pair of left and right front frames and a pair of left and right rear frames, a left front wheel and a right front wheel rotatably supported by lower end portions of the front frames, and lower ends of the rear frames. A left rear wheel and a right rear wheel that are rotatably supported by the part, a joint part that rotatably connects each front frame and each rear frame, and a plurality of drives that rotationally drive at least one of the front wheel and the rear wheel A wheel base changing means for independently changing a distance between the motor, the distance between the left front wheel and the left rear wheel, and the distance between the right front wheel and the right rear wheel; and a posture estimating means for estimating the roll posture state of the vehicle body; And a posture control means for controlling the wheel base changing means so that the roll posture state of the vehicle body becomes the target roll posture.

このような本発明の電動車両においては、車体のロール姿勢状態を推定し、そのロール姿勢状態が目標ロール姿勢となるようにホイールベース変更手段を制御する。ここで、ホイールベース変更手段は、左側のホイールベース（左前輪と左後輪との間の距離）と右側のホイールベース（右前輪と右後輪との間の距離）とをそれぞれ独立に変更可能であるため、左右両側でホイールベースを異なるように設定することができる。そこで、路面が水平面に対して傾いているために車体が左右に傾いた状態となる場合には、左側のホイールベース及び右側のホイールベースの何れか一方を他方よりも長くすることで、車体の傾きを抑えることができる。これにより、路面が水平面に対して左右に傾いている場合でも、電動車両を安定して走行させることができる。 In such an electric vehicle of the present invention, the roll posture state of the vehicle body is estimated, and the wheel base changing means is controlled so that the roll posture state becomes the target roll posture. Here, the wheel base changing means independently changes the left wheel base (distance between the left front wheel and the left rear wheel) and the right wheel base (distance between the right front wheel and the right rear wheel). Because it is possible, the wheelbase can be set differently on the left and right sides. Therefore, when the vehicle body is inclined to the left and right because the road surface is inclined with respect to the horizontal plane, either the left wheel base or the right wheel base is made longer than the other, Tilt can be suppressed. Thereby, even when the road surface is inclined to the left and right with respect to the horizontal plane, the electric vehicle can be stably driven.

好ましくは、ホイールベース変更手段は、左側の前フレームと左側の後フレームとを相対的に回動させる第１回動モータと、右側の前フレームと右側の後フレームとを相対的に回動させる第２回動モータとを有し、姿勢制御手段は、車体のロール姿勢状態が目標ロール姿勢となるように第１回動モータ及び第２回動モータの少なくとも一方を制御する。このように２つの回動モータを使用することにより、左右両側のホイールベースを簡単に且つスムーズに変更することができる。 Preferably, the wheel base changing means relatively rotates the first rotation motor that relatively rotates the left front frame and the left rear frame, and the right front frame and the right rear frame. The attitude control means controls at least one of the first rotation motor and the second rotation motor so that the roll attitude state of the vehicle body becomes the target roll attitude. Thus, by using two rotation motors, the wheel bases on both the left and right sides can be changed easily and smoothly.

このとき、姿勢推定手段は、第１回動モータにかかるトルクを検出する第１トルク検出手段と、第２回動モータにかかるトルクを検出する第２トルク検出手段とを有し、第１トルク検出手段及び第２トルク検出手段の検出値を用いて車体のロール姿勢状態を推定することが好ましい。この場合には、特に荷重センサや傾斜センサ等を用いなくても、電動車両の各部の寸法が分かっていれば、第１トルク検出手段及び第２トルク検出手段の検出値から車体のロール姿勢状態を推定することが可能となる。 At this time, the posture estimation means includes first torque detection means for detecting torque applied to the first rotation motor, and second torque detection means for detecting torque applied to the second rotation motor. It is preferable to estimate the roll posture state of the vehicle body using the detection values of the detection means and the second torque detection means. In this case, the roll posture state of the vehicle body can be determined from the detection values of the first torque detection means and the second torque detection means if the dimensions of each part of the electric vehicle are known without using a load sensor, a tilt sensor, or the like. Can be estimated.

また、好ましくは、目標ロール姿勢は、ジョイント部の回動軸が水平路面に対して実質的に平行となるような姿勢である。なお、実質的に平行とは、完全に平行だけでなく、略平行も含む概念である。この場合には、路面が水平面に対して左右に傾いていても、水平面に対する車体の傾きが殆ど無い状態となるため、電動車両をより安定して走行させることができる。 Preferably, the target roll posture is a posture in which the rotation axis of the joint portion is substantially parallel to the horizontal road surface. Note that “substantially parallel” is a concept including not only completely parallel but also substantially parallel. In this case, even if the road surface is inclined to the left and right with respect to the horizontal plane, there is almost no inclination of the vehicle body with respect to the horizontal plane, so that the electric vehicle can be driven more stably.

本発明の電動車両によれば、路面が左右に傾いている場合でも安定して走行することができる。これにより、操作性や安全性を向上させることが可能となる。 According to the electric vehicle of the present invention, the vehicle can travel stably even when the road surface is inclined to the left and right. Thereby, operability and safety can be improved.

以下、本発明に係わる電動車両の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an electric vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明に係わる電動車両の一実施形態として歩行補助装置の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示した歩行補助装置の側面図である。各図において、本実施形態の歩行補助装置１は、歩行者の歩行を補助する電動手押し車である。 FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a walking assistance device as an embodiment of an electric vehicle according to the present invention, and FIG. 2 is a side view of the walking assistance device shown in FIG. In each figure, the walking assistance apparatus 1 of this embodiment is an electric handcart which assists a pedestrian to walk.

歩行補助装置１は、フレーム体２と、このフレーム体２の左右両側に設けられた前輪３Ａ，３Ｂ及び後輪４Ａ，４Ｂとを備えている。フレーム体２は、歩行補助装置１の車両本体（車体）を構成している。 The walking assist device 1 includes a frame body 2 and front wheels 3A, 3B and rear wheels 4A, 4B provided on the left and right sides of the frame body 2. The frame body 2 constitutes a vehicle main body (vehicle body) of the walking assist device 1.

フレーム体２は、歩行者が握るハンドル部５と、このハンドル部５の両端部から前側斜め下方にそれぞれ延びる左右１対のメインフレーム６Ａ，６Ｂと、各メインフレーム６Ａ，６Ｂから分岐して後側斜め下方にそれぞれ延びる左右１対の後フレーム７Ａ，７Ｂとを有している。メインフレーム６Ａ，６Ｂの略中央部には、後フレーム７Ａ，７Ｂをメインフレーム６Ａ，６Ｂに対して回動（開閉）自在に連結するジョイント部８が連結されている。メインフレーム６Ａ，６Ｂのうちジョイント部８よりも前側（下側）の部分は、前フレーム９Ａ，９Ｂを構成している。 The frame body 2 is branched from the handle portion 5 gripped by the pedestrian, a pair of left and right main frames 6A and 6B extending from both ends of the handle portion 5 obliquely downward to the front side, and the main frames 6A and 6B. It has a pair of left and right rear frames 7A and 7B extending obliquely downward on the side. A joint portion 8 that connects the rear frames 7A and 7B to the main frames 6A and 6B so as to be rotatable (openable and closable) is connected to a substantially central portion of the main frames 6A and 6B. Of the main frames 6A and 6B, portions on the front side (lower side) of the joint portion 8 constitute front frames 9A and 9B.

左側の前フレーム９Ａの下端部には、左前輪３Ａが回転可能に支持され、右側の前フレーム９Ｂの下端部には、右前輪３Ｂが回転可能に支持されている。これらの前輪３Ａ，３Ｂは、インホイールモータ１０Ａ，１０Ｂによって回転駆動される。左側の後フレーム７Ａの下端部には、左後輪４Ａが回転可能に支持され、右側の後フレーム７Ｂの下端部には、右後輪４Ｂが回転可能に支持されている。これらの後輪４Ａ，４Ｂは、インホイールモータ１１Ａ，１１Ｂ（図３参照）によって回転駆動される。 The left front wheel 3A is rotatably supported by the lower end portion of the left front frame 9A, and the right front wheel 3B is rotatably supported by the lower end portion of the right front frame 9B. These front wheels 3A and 3B are rotationally driven by in-wheel motors 10A and 10B. The left rear wheel 4A is rotatably supported on the lower end portion of the left rear frame 7A, and the right rear wheel 4B is rotatably supported on the lower end portion of the right rear frame 7B. These rear wheels 4A and 4B are rotationally driven by in-wheel motors 11A and 11B (see FIG. 3).

ジョイント部８には、後フレーム７Ａを前フレーム９Ａに対して回動させるジョイントモータ１２Ａと、後フレーム７Ｂを前フレーム９Ｂに対して回動させるジョイントモータ１２Ｂとが設けられている。また、ジョイント部８には、荷物を収容するための荷室を兼ね備えた電源ユニット１３が吊り下げられている。 The joint portion 8 is provided with a joint motor 12A that rotates the rear frame 7A relative to the front frame 9A, and a joint motor 12B that rotates the rear frame 7B relative to the front frame 9B. In addition, a power supply unit 13 that also has a luggage compartment for accommodating luggage is suspended from the joint portion 8.

また、歩行補助装置１は、図３に示すように、角度センサ１４Ａ，１４Ｂと、トルクセンサ１５Ａ，１５Ｂと、コントローラ１６とを更に備えている。 Moreover, the walking assistance apparatus 1 is further provided with angle sensors 14A and 14B, torque sensors 15A and 15B, and a controller 16, as shown in FIG.

角度センサ１４Ａは、前フレーム９Ａと後フレーム７Ａとのなす角度（左側フレーム９Ａ，７Ａの開き角度）を検出し、角度センサ１４Ｂは、前フレー９Ｂと後フレーム７Ｂとのなす角度（右側フレーム９Ｂ，７Ｂの開き角度）を検出する。トルクセンサ１５Ａは、ジョイントモータ１２Ａにかかるトルクを検出し、トルクセンサ１５Ｂは、ジョイントモータ１２Ｂにかかるトルクを検出する。なお、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂにかかるトルクは、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂの信号（電流及び電圧等）から求めることもできる。 The angle sensor 14A detects an angle formed by the front frame 9A and the rear frame 7A (opening angle of the left frames 9A and 7A), and the angle sensor 14B detects an angle formed by the front frame 9B and the rear frame 7B (right frame 9B). , 7B). The torque sensor 15A detects torque applied to the joint motor 12A, and the torque sensor 15B detects torque applied to the joint motor 12B. The torque applied to the joint motors 12A and 12B can also be obtained from signals (current and voltage, etc.) of the joint motors 12A and 12B.

コントローラ１６は、例えばハンドル部５に加わる押し力に応じてインホイールモータ１０Ａ〜１１Ｂを制御すると共に、角度センサ１４Ａ，１４Ｂ及びトルクセンサ１５Ａ，１５Ｂの検出値を入力し、所定の処理を行い、フレーム体２が所望の姿勢となるようにジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂを制御する。なお、コントローラ１６は、ハンドル部５に内蔵されていても良いし、電源ユニット１３に設けられていても良い。 For example, the controller 16 controls the in-wheel motors 10A to 11B according to the pressing force applied to the handle portion 5, inputs the detection values of the angle sensors 14A and 14B and the torque sensors 15A and 15B, performs a predetermined process, The joint motors 12A and 12B are controlled so that the frame body 2 assumes a desired posture. The controller 16 may be built in the handle portion 5 or may be provided in the power supply unit 13.

コントローラ１６のメモリ（図示せず）には、歩行補助装置１に関する寸法やスペック等のデータが予め記憶されている。寸法データとしては、図４に示すように、前フレーム９Ａ，９Ｂの長さ（ジョイント部８の中心と前輪３Ａ，３Ｂの中心との間の長さ）ｐｆ、後フレーム７Ａ，７Ｂの長さ（ジョイント部８の中心と後輪４Ａ，４Ｂの中心との間の長さ）ｐｒ、前輪３Ａ，３Ｂの半径ｒｆ、後輪４Ａ，４Ｂの半径ｒｒ、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂ間の距離ｔ（図８参照）等がある。 The memory (not shown) of the controller 16 stores data such as dimensions and specifications related to the walking assist device 1 in advance. As the dimension data, as shown in FIG. 4, the length of the front frames 9A and 9B (the length between the center of the joint portion 8 and the center of the front wheels 3A and 3B) pf, the length of the rear frames 7A and 7B (Length between the center of the joint portion 8 and the center of the rear wheels 4A and 4B) pr, the radius rf of the front wheels 3A and 3B, the radius rr of the rear wheels 4A and 4B, and the distance t ( (See FIG. 8).

図５は、コントローラ１６により実行される姿勢制御処理手順を示すフローチャートである。同図において、まずトルクセンサ１５Ａ，１５Ｂの検出値に基づいて、歩行補助装置１が平坦な路面で停止した状態において車輪３Ａ〜４Ｂにかかる全体の重量及び左右の重量配分を推定する（図５の手順Ｓ１０１）。本推定処理は、以下のようにして行う。 FIG. 5 is a flowchart showing a posture control processing procedure executed by the controller 16. In the figure, first, based on the detection values of the torque sensors 15A and 15B, the overall weight and the right and left weight distributions applied to the wheels 3A to 4B are estimated in a state where the walking assist device 1 is stopped on a flat road surface (FIG. 5). Step S101). This estimation process is performed as follows.

即ち、図４に示すように、左側フレーム９Ａ，７Ａの開き角度をθ_ａＬ、右側フレーム９Ｂ，７Ｂの開き角度をθ_ａＲとしたときに、
θ_ａＬ＝θ_ａＲ＝θａ
とする。また、図６に示すように、路面Ｒと前フレーム９Ａとのなす角度をθｂ、路面Ｒと後フレーム７Ａとのなす角度をθｃとすると、これらの角度θｂ，θｃは、コントローラ１６のメモリ（前述）に記憶された前フレーム９Ａの長さｐｆ及び後フレーム７Ａの長さｐｒ、上記の角度θａから計算することができる。 That is, as shown in FIG. 4, when the opening angle of the left frames 9A and 7A is θ _aL and the opening angle of the right frames 9B and 7B is θ _aR ,
θ _aL = θ _aR = θa
And As shown in FIG. 6, when the angle between the road surface R and the front frame 9A is θb, and the angle between the road surface R and the rear frame 7A is θc, these angles θb and θc are stored in the memory ( It can be calculated from the length pf of the front frame 9A, the length pr of the rear frame 7A and the angle θa described above.

そして、左側のジョイントモータ１２ＡにかかるトルクＴＬ及び角度θｂ，θｃを用いて、左前輪３Ａ及び左後輪４Ａにかかる荷重（質量）ｍＬｇを下記式により算出する。なお、ジョイントモータ１２ＡにかかるトルクＴＬは、トルクセンサ１５Ａより得られる。

Then, using the torque TL and the angles θb and θc applied to the left joint motor 12A, the load (mass) mLg applied to the left front wheel 3A and the left rear wheel 4A is calculated by the following equation. The torque TL applied to the joint motor 12A is obtained from the torque sensor 15A.

また、上記と同様にして、右側のジョイントモータ１２ＢにかかるトルクＴＲ（図４参照）及び角度θｂ，θｃを用いて、右前輪３Ｂ及び右後輪４Ｂにかかる荷重（質量）ｍＲｇを下記式により算出する。なお、ジョイントモータ１２ＢにかかるトルクＴＲは、トルクセンサ１５Ｂより得られる。

In the same manner as described above, the load (mass) mRg applied to the right front wheel 3B and the right rear wheel 4B is calculated by the following equation using the torque TR (see FIG. 4) applied to the right joint motor 12B and the angles θb and θc. calculate. The torque TR applied to the joint motor 12B is obtained from the torque sensor 15B.

そして、車輪３Ａ〜４Ｂにかかる全体質量ｍｇ（＝ｍＬｇ＋ｍＲｇ）と、左前輪３Ａ及び左後輪４Ａにかかる質量と右前輪３Ｂ及び右後輪４Ｂにかかる質量との配分比（ｍＬ：ｍＲ）とを算出する。 The distribution ratio (mL: mR) between the total mass mg (= mLg + mRg) applied to the wheels 3A to 4B, the mass applied to the left front wheel 3A and the left rear wheel 4A, and the mass applied to the right front wheel 3B and the right rear wheel 4B. Is calculated.

このとき、トルクセンサ１５Ａ，１５Ｂの検出値と歩行補助装置１の寸法データとを利用することで、特に荷重センサを使用しなくても、全体質量ｍｇ及び左右輪質量配分比（ｍＬ：ｍＲ）を取得することができる。 At this time, by using the detection values of the torque sensors 15A and 15B and the dimension data of the walking assist device 1, the total mass mg and the left and right wheel mass distribution ratio (mL: mR) can be obtained without using a load sensor. Can be obtained.

次いで、トルクセンサ１５Ａ，１５Ｂの検出値に基づいて、歩行補助装置１が走行している状態における路面Ｒに対するフレーム体２のロール姿勢状態を推定する（図５の手順Ｓ１０２）。 Next, based on the detection values of the torque sensors 15A and 15B, the roll posture state of the frame body 2 with respect to the road surface R in a state where the walking assist device 1 is traveling is estimated (step S102 in FIG. 5).

具体的には、まず上記の手順Ｓ１０１と同様にして、左前輪３Ａ及び左後輪４Ａにかかる荷重ｍＬ’ｇ、右前輪３Ｂ及び右後輪４Ｂにかかる荷重ｍＲ’ｇを算出する。このとき、例えば図７に示すように、路面Ｒが左下がりの傾斜面となっている場合には、ジョイントモータ１２ＡにかかるトルクをＴＬ’、ジョイントモータ１２ＢにかかるトルクをＴＲ’とすると、ＴＬ’＞ＴＬ、ＴＲ’＜ＴＲとなる。よって、この場合には、ｍＬ’ｇ＞ｍＬｇ、ｍＲ’ｇ＜ｍＲｇとなる。 Specifically, the load mL′g applied to the left front wheel 3A and the left rear wheel 4A and the load mR′g applied to the right front wheel 3B and the right rear wheel 4B are calculated in the same manner as in the procedure S101 described above. At this time, for example, as shown in FIG. 7, when the road surface R is an inclined surface that is inclined to the left, TL ′ is the torque applied to the joint motor 12A, and TR ′ is the torque applied to the joint motor 12B. '> TL, TR' <TR. Therefore, in this case, mL′g> mLg and mR′g <mRg.

そして、フレーム体２のロール姿勢状態を走行路面Ｒに対するロール角として算出する。フレーム体２のロール角は、地球の水平路面を基準にした車体の横方向の傾き角のことであり、水平路面Ｑに対する走行路面Ｒの傾斜角度φとして取得される。 Then, the roll posture state of the frame body 2 is calculated as the roll angle with respect to the traveling road surface R. The roll angle of the frame body 2 is a lateral inclination angle of the vehicle body with respect to the horizontal road surface of the earth, and is acquired as an inclination angle φ of the traveling road surface R with respect to the horizontal road surface Q.

ここで、図８に示すように、路面Ｒに鉛直な方向の力の釣り合いより、
ｍｇcosφ＝ｍＬ’ｇ＋ｍＲ’ｇ …（Ａ）
となる。 Here, as shown in FIG. 8, from the balance of force in the direction perpendicular to the road surface R,
mgcosφ = mL′g + mR′g (A)
It becomes.

また、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂ間の距離をｔ（前述）、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂと路面Ｒとの間の距離をｈとすると、図示Ａ点回りのモーメントの釣り合いより、
ｍｇ（ｔ／２＋ｈtanφ）＝ｍＬ’ｇ・ｔ …（Ｂ）
となる。なお、距離ｈは、前フレーム９Ａの長さｐｆ、後フレーム７Ａの長さｐｒ、左側フレーム９Ａ，７Ａの開き角度θ_ａＬから求められる。 Further, when the distance between the joint motors 12A and 12B is t (described above) and the distance between the joint motors 12A and 12B and the road surface R is h, from the balance of moments around the point A in the figure,
mg (t / 2 + htanφ) = mL′g · t (B)
It becomes. The distance h is obtained from the length pf of the front frame 9A, the length pr of the rear frame 7A, and the opening angle _θaL of the left frames 9A and 7A.

そして、上記の（Ａ）式及び（Ｂ）式から、走行路面Ｒの傾斜角度φが幾何的に算出される。これにより、歩行補助装置１の走行状態における走行路面Ｒに対するフレーム体２のロール姿勢状態が得られることとなる。このとき、歩行補助装置１の停止状態及び走行状態における左右輪質量配分比を比較・利用することで、ジャイロ等の角度検出用センサを用いずに、フレーム体２のロール姿勢状態を推定することができる。 Then, the inclination angle φ of the traveling road surface R is geometrically calculated from the above equations (A) and (B). Thereby, the roll posture state of the frame body 2 with respect to the traveling road surface R in the traveling state of the walking assist device 1 is obtained. At this time, the roll posture state of the frame body 2 is estimated without using an angle detection sensor such as a gyro by comparing and using the right and left wheel mass distribution ratio in the stopped state and the running state of the walking assist device 1. Can do.

次いで、手順Ｓ１０２で推定されたフレーム体２のロール姿勢状態から、フレーム体２の目標ロール姿勢を算出する（図５の手順Ｓ１０３）。目標ロール姿勢としては、図９（ｂ）に示すように、ジョイント部８の回動軸が水平路面Ｑに対して平行となる、つまり水平路面Ｑに対するフレーム体２のロール角が０度となるように設定される。なお、この時のフレーム体２のロール角を目標ロール角とする。 Next, the target roll posture of the frame body 2 is calculated from the roll posture state of the frame body 2 estimated in step S102 (step S103 in FIG. 5). As the target roll posture, as shown in FIG. 9B, the rotation axis of the joint portion 8 is parallel to the horizontal road surface Q, that is, the roll angle of the frame body 2 with respect to the horizontal road surface Q is 0 degree. Is set as follows. In addition, let the roll angle of the frame body 2 at this time be a target roll angle.

このとき、例えば走行路面Ｒが左下がりの傾斜面となっている場合（図９参照）には、図１０に示すように、右側フレーム９Ｂ，７Ｂの開き角度θ_ａＲを大きくし、左側フレーム９Ａ，７Ａの目標開き角度θ_ａＬを小さくする。これにより、フレーム体２の右側ホイールベース（右前輪３Ｂの中心軸と右後輪４Ｂの中心軸との間の距離）が長くなり、フレーム体２の左側ホイールベース（左前輪３Ａの中心軸と左後輪４Ａの中心軸との間の距離）が短くなると共に、フレーム体２の右側が下がり、フレーム体２の左側が持ち上がるようになる。 At this time, for example, when the traveling road surface R is a left-sloped inclined surface (see FIG. 9), as shown in FIG. 10, the opening angle _θaR of the right frames 9B and 7B is increased to increase the left frame 9A. , 7A target opening angle θ _aL is reduced. As a result, the right wheel base of the frame body 2 (the distance between the central axis of the right front wheel 3B and the central axis of the right rear wheel 4B) becomes longer, and the left wheel base of the frame body 2 (the central axis of the left front wheel 3A) The distance between the center axis of the left rear wheel 4A) is shortened, the right side of the frame body 2 is lowered, and the left side of the frame body 2 is lifted.

なお、走行路面Ｒが左下がりの傾斜面となっている場合には、フレーム体２の左側ホイールベースはそのまま変えずに、フレーム体２の右側ホイールベースを長くするだけでも良く、或いはフレーム体２の右側ホイールベースはそのまま変えずに、フレーム体２の左側ホイールベースを短くするだけでも良い。 In addition, when the road surface R is an inclined surface that is inclined downward to the left, the left wheel base of the frame body 2 may be left as it is, and the right wheel base of the frame body 2 may be lengthened, or the frame body 2 The left wheel base of the frame body 2 may be shortened without changing the right wheel base.

フレーム体２の目標ロール姿勢の算出は、以下のようにして行う。即ち、図１１に示すように、ジョイントモータ１２Ａと路面Ｒとの距離をｈ_Ｌ、ジョイントモータ１２Ｂと路面Ｒとの距離をｈ_Ｒとすると、φ度だけ傾いた左下がりの傾斜面において水平路面Ｑに対するフレーム体２のロール角を０度にするには、幾何学的関係より、
ｈ_Ｒ＋ｔ・tanφ＝ｈ_Ｌ …（Ｃ）
となる。 Calculation of the target roll posture of the frame body 2 is performed as follows. That is, as shown in FIG. 11, when the distance between the joint motor 12A and the road surface R is h _L , and the distance between the joint motor 12B and the road surface R is h _R , the horizontal road surface is inclined on the left-sloped slope inclined by φ degrees. In order to set the roll angle of the frame body 2 to Q to 0 degree, from the geometrical relationship,
h _R + t · tan φ = h _L (C)
It becomes.

ここで、フレーム体２の右側ホイールベースのみを長くする場合には、図１２に示すように、右側ホイールベースをＷｂ、右側フレーム９Ｂ，７Ｂの目標開き角度をθ_Ｒtargetとすると、余弦定理により、
Ｗｂ^２＝ｐｆ^２＋ｐｒ^２−２ｐｆ・ｐｒ・cos（θ_Ｒtarget）
となる。よって、下記式が得られる。

Here, when only the right wheel base of the frame body 2 is lengthened, if the right wheel base is Wb and the target opening angle of the

right frames

9B and 7B is θ _Rtarget as shown in FIG.
Wb ² = pf ² + pr ² −2 pf · pr · cos (θ _Rtarget )
It becomes. Therefore, the following formula is obtained.

また、上記（Ｃ）式より、
ｈ_Ｒ＝ｈ_Ｌ−ｔ・tanφ …（Ｅ）
となる。従って、（Ｄ）式＝（Ｅ）式となるような目標開き角度θ_Ｒtargetを求めれば良い。 From the above formula (C),
h _R = h _L −t · tan φ (E)
It becomes. Accordingly, a target opening angle θ _Rtarget that _{satisfies the} formula (D) = (E) may be obtained.

次いで、角度センサ１４Ａ，１４Ｂの検出値に基づいて、フレーム体２のロール姿勢が手順Ｓ１０３で得られた目標ロール姿勢となるようにジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂを制御して、後フレーム７Ａ，７Ｂを前フレーム９Ａ，９Ｂに対して回動させる（手順Ｓ１０４）。つまり、角度センサ１４Ａ，１４Ｂで検出された左側フレーム９Ａ，７Ａの開き角度及び右側フレーム９Ｂ，７Ｂの開き角度が目標開き角度となるように、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂを制御する。 Next, based on the detection values of the angle sensors 14A and 14B, the joint motors 12A and 12B are controlled so that the roll posture of the frame body 2 becomes the target roll posture obtained in step S103, and the rear frames 7A and 7B are moved. The front frames 9A and 9B are rotated (step S104). That is, the joint motors 12A and 12B are controlled so that the opening angle of the left frames 9A and 7A and the opening angle of the right frames 9B and 7B detected by the angle sensors 14A and 14B become the target opening angle.

これにより、歩行補助装置１が左右に傾斜する路面を走行する場合でも、歩行補助装置１が傾くことが無く、ハンドル部５が水平面Ｑに対して平行な状態となるため、水平面Ｑを走行する場合と同じ姿勢で走行することとなる。 Thereby, even when the walking assist device 1 travels on a road surface that is inclined to the left and right, the walking assist device 1 is not tilted and the handle portion 5 is in a state parallel to the horizontal plane Q. It will run in the same posture as the case.

以上において、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂは、左前輪３Ａと左後輪４Ａとの間の距離、右前輪３Ｂと右後輪４Ｂとの間の距離をそれぞれ独立に変更するホイールベース変更手段を構成する。トルクセンサ１５Ａ，１５Ｂ及びコントローラ１６の上記手順Ｓ１０１，１０２は、車体のロール姿勢状態を推定する姿勢推定手段を構成する。角度センサ１４Ａ，１４Ｂ及びコントローラ１６の上記手順Ｓ１０３，１０４は、車体のロール姿勢状態が目標ロール姿勢となるようにホイールベース変更手段を制御する姿勢制御手段を構成する。 In the above, the joint motors 12A and 12B constitute wheel base changing means for independently changing the distance between the left front wheel 3A and the left rear wheel 4A and the distance between the right front wheel 3B and the right rear wheel 4B. . The procedures S101 and S102 of the torque sensors 15A and 15B and the controller 16 constitute posture estimation means for estimating the roll posture state of the vehicle body. The steps S103 and 104 of the angle sensors 14A and 14B and the controller 16 constitute posture control means for controlling the wheel base changing means so that the roll posture state of the vehicle body becomes the target roll posture.

以上のように本実施形態の歩行補助装置１においては、後フレーム７Ａ，７Ｂを前フレーム９Ａ，９Ｂに対して回動させるジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂを設け、フレーム体２の左側ホイールベース及び右側ホイールベースを独立して設定変更可能な構成としている。そして、走行路面Ｒに対するフレーム体２のロール姿勢状態を推定し、水平路面Ｑに対するフレーム体２のロール角が０度になるような目標ロール姿勢を算出し、フレーム体２のロール姿勢が目標ロール姿勢になるようにジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂの少なくとも一方を制御するので、走行路面Ｒが左右に傾斜している場合でも、安定性良く走行することができる。 As described above, in the walking assist device 1 of the present embodiment, the joint motors 12A and 12B that rotate the rear frames 7A and 7B with respect to the front frames 9A and 9B are provided, and the left wheel base and the right wheel of the frame body 2 are provided. The base can be set independently. Then, the roll posture state of the frame body 2 with respect to the traveling road surface R is estimated, a target roll posture is calculated such that the roll angle of the frame body 2 with respect to the horizontal road surface Q is 0 degree, and the roll posture of the frame body 2 is the target roll. Since at least one of the joint motors 12A and 12B is controlled so as to be in the posture, even when the traveling road surface R is inclined to the left and right, the vehicle can travel with good stability.

また、車輪３Ａ〜４Ｂにかかる荷重を検出する荷重センサや歩行補助装置１の傾きを検出する傾斜センサ等を使用せずに、歩行補助装置１のホイールベース可変機構を巧みに利用して、歩行補助装置１を所望のロール姿勢となるように制御するので、部品点数を削減して低コスト化を図りつつ、歩行補助装置１を安定して走行させることができる。 Further, without using a load sensor for detecting the load applied to the wheels 3A to 4B, an inclination sensor for detecting the inclination of the walking assist device 1, etc., the wheel base variable mechanism of the walking assist device 1 is skillfully used to walk. Since the auxiliary device 1 is controlled so as to have a desired roll posture, the walking auxiliary device 1 can be stably driven while reducing the number of parts and reducing the cost.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ジョイントモータ１２Ａ，１２Ｂにより左右両側のホイールベースを設定変更する構成としたが、インホイールモータ１０Ａ〜１１Ｂによりホイールベースを変更することも可能である。具体的には、前輪３Ａ，３Ｂ及び後輪４Ａ，４Ｂの回転方向を逆にすることで、ホイールベースを長くしたり短くすることができる。よって、この場合には、インホイールモータ１０Ａ〜１１Ｂがホイールベース変更手段となる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the left and right wheel bases are set and changed by the joint motors 12A and 12B. However, the wheel bases can be changed by the in-wheel motors 10A to 11B. Specifically, the wheel base can be lengthened or shortened by reversing the rotation directions of the front wheels 3A, 3B and the rear wheels 4A, 4B. Therefore, in this case, the in-wheel motors 10A to 11B are wheel base changing means.

また、上記実施形態では、ジョイント部８が前フレーム９Ａ，９Ｂ及び後フレーム７Ａ，７Ｂに直接連結された構造となっているが、前フレーム９Ａ，９Ｂ及び後フレーム７Ａ，７Ｂにそれぞれ異なるジョイント部を取り付け、それらのジョイント部を連結フレームで連結した構造としても良い。 In the above embodiment, the joint portion 8 is directly connected to the front frames 9A and 9B and the rear frames 7A and 7B. However, the joint portions are different from each other in the front frames 9A and 9B and the rear frames 7A and 7B. It is good also as a structure which attached these and connected those joint parts with the connection frame.

また、本実施形態の電動車両は、歩行者の歩行を補助する歩行補助装置であるが、本発明は、可変ホイールベース機構を有する他の電動車両、例えば１人乗りロボット車両等にも適用可能である。 The electric vehicle of the present embodiment is a walking assist device that assists a pedestrian to walk, but the present invention can also be applied to other electric vehicles having a variable wheelbase mechanism, such as a single-seat robot vehicle. It is.

本発明に係わる電動車両の一実施形態として歩行補助装置の外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an appearance of a walking assistance device as an embodiment of an electric vehicle according to the present invention. 図１に示した歩行補助装置の側面図である。It is a side view of the walking assistance apparatus shown in FIG. 図１に示した歩行補助装置の制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the walking assistance apparatus shown in FIG. 図１に示した歩行補助装置の主要部を示す部分斜視図及び部分側面図である。It is the fragmentary perspective view and partial side view which show the principal part of the walking assistance apparatus shown in FIG. 図３に示したコントローラにより実行される姿勢制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the attitude | position control processing procedure performed by the controller shown in FIG. 図１に示した歩行補助装置のフレーム体によって形成される角度パラメータを示す部分側面図である。It is a partial side view which shows the angle parameter formed with the frame body of the walking assistance apparatus shown in FIG. 図１に示した歩行補助装置が傾斜した路面を走行している状態を示す部分背面図である。FIG. 2 is a partial rear view showing a state where the walking assist device shown in FIG. 1 is traveling on an inclined road surface. 図７に示した路面の傾斜角度を算出するための寸法パラメータを示すモデル図である。It is a model figure which shows the dimension parameter for calculating the inclination-angle of the road surface shown in FIG. 図１に示した歩行補助装置が傾斜した路面を走行する際に、フレーム体のロール姿勢が目標ロール姿勢となるように制御される前後の状態を示す部分背面図である。FIG. 2 is a partial rear view showing a state before and after the roll posture of the frame body is controlled to be a target roll posture when the walking assistance device shown in FIG. 1 travels on an inclined road surface. 図９に示したフレーム体の姿勢が制御された後の状態を示す部分斜視図である。FIG. 10 is a partial perspective view showing a state after the posture of the frame body shown in FIG. 9 is controlled. 図９に示した目標ロール姿勢を算出するための寸法パラメータを示すモデル図である。FIG. 10 is a model diagram showing dimensional parameters for calculating the target roll posture shown in FIG. 9. 図９に示した目標ロール姿勢を算出するための寸法パラメータを示すモデル図である。FIG. 10 is a model diagram showing dimensional parameters for calculating the target roll posture shown in FIG. 9.

Explanation of symbols

１…歩行補助装置（電動車両）、２…フレーム体（車体）、３Ａ…左前輪、３Ｂ…右前輪、４Ａ…左後輪、４Ｂ…右後輪、７Ａ，７Ｂ…後フレーム、８…ジョイント部、９Ａ，９Ｂ…前フレーム、１０Ａ，１０Ｂ…インホイールモータ（駆動モータ）、１１Ａ，１１Ｂ…インホイールモータ（駆動モータ）、１２Ａ…ジョイントモータ（第１回動モータ、ホイールベース変更手段）、１２Ｂ…ジョイントモータ（第２回動モータ、ホイールベース変更手段）、１４Ａ，１４Ｂ…角度センサ（姿勢制御手段）、１５Ａ…トルクセンサ（第１トルク検出手段、姿勢推定手段）、１５Ｂ…トルクセンサ（第２トルク検出手段、姿勢推定手段）、１６…コントローラ（姿勢推定手段、姿勢制御手段）。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Walking assistance apparatus (electric vehicle), 2 ... Frame body (vehicle body), 3A ... Left front wheel, 3B ... Right front wheel, 4A ... Left rear wheel, 4B ... Right rear wheel, 7A, 7B ... Rear frame, 8 ... Joint Part, 9A, 9B ... front frame, 10A, 10B ... in-wheel motor (drive motor), 11A, 11B ... in-wheel motor (drive motor), 12A ... joint motor (first rotation motor, wheel base changing means), 12B ... Joint motor (second rotation motor, wheel base changing means), 14A, 14B ... Angle sensor (attitude control means), 15A ... Torque sensor (first torque detection means, attitude estimation means), 15B ... Torque sensor ( Second torque detection means, posture estimation means), 16... Controller (posture estimation means, posture control means).

Claims

A vehicle body having a pair of left and right front frames and a pair of left and right rear frames;
A left front wheel and a right front wheel rotatably supported at the lower end of each front frame;
A left rear wheel and a right rear wheel rotatably supported at the lower end of each rear frame;
A joint part for rotatably connecting the front frames and the rear frames;
A plurality of drive motors for rotationally driving at least one of the front wheels and the rear wheels;
Wheelbase changing means for independently changing the distance between the left front wheel and the left rear wheel and the distance between the right front wheel and the right rear wheel;
Posture estimation means for estimating a roll posture state of the vehicle body;
An electric vehicle comprising: an attitude control means for controlling the wheel base changing means so that the roll attitude state of the vehicle body becomes a target roll attitude.

The wheel base changing means relatively rotates the first rotation motor that relatively rotates the left front frame and the left rear frame, and the right front frame and the right rear frame. A second rotating motor to be moved,
The said attitude | position control means controls at least one of a said 1st rotation motor and a said 2nd rotation motor so that the roll attitude | position state of the said vehicle body may become the said target roll attitude | position. Electric vehicle.

The posture estimation means includes first torque detection means for detecting torque applied to the first rotation motor, and second torque detection means for detecting torque applied to the second rotation motor. 3. The electric vehicle according to claim 2, wherein the roll posture state of the vehicle body is estimated using detection values of the torque detection means and the second torque detection means.

The electric vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the target roll posture is a posture in which a rotation axis of the joint portion is substantially parallel to a horizontal road surface.