JP4162995B2 - 個人用輸送車の制御 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本出願は、動力付き個人用輸送車に動力を供給する、および動力付き個人用輸送車を制御するモードに関する。
【０００２】
（発明の背景）
動的に平衡化した輸送車は、輸送車が動作している間に輸送車の安定性を維持する制御システムを有する個人用車両に関する。制御システムは、輸送車の動作を連続的に読み取り、安定性を維持する矯正行動を決定し、車輪のモータに命令して矯正行動させることによって輸送車の安定性を維持する。輸送車が（コンポーネントの不具合によるような）安定性を維持する能力を失う場合、乗り手は、突然平衡を失って不快になる。米国特許第５，７０１，９６５号に記載されているような（障害者を階段の下へと輸送する車椅子を含み得る）いくつかの動的に安定化した輸送車に関して、車両が、故障したコンポーネントを検出した後、操作者の安全のためには、無制限に動作し続けることが重要である。しかし、他の動的に安定した輸送車に関して、操作者は、コンポーネントが不具合の場合に、輸送車から安全に降りることが容易であり得る。制御モードがこのような車両に対して提供されることが望ましい。このような車両から、操作者は、不運の場合安全に降りることが可能である。
【０００３】
（発明の要旨）
本発明の好ましい実施形態によると、輸送車の動作を制御するコントローラを有する性質の個人用輸送車を自動的に減速するシステムおよび方法が提供される。この方法は、故障条件を検出するステップと、制御変数の目標値を設定するステップと、目標値の方向へ特定の増分で制御変数を調節するステップと、制御変数が目標値に等しくなるまで前のステップを繰り返すステップとを包含する。本発明の別の実施形態において、目標値はゼロであってもよく、制御変数は、輸送車の速度であってもよく、そして、故障条件は、モータ巻線の開放（ｏｐｅｎ）であっても、ブレーキスイッチの閉鎖（ｃｌｏｓｅｄ）であってもよい。
【０００４】
本発明の別の局面によると、ユーザが平衡個人用輸送車の動作に対して方法が提供される。ユーザに平衡個人用輸送車の動作に対して加速されたアクセスを提供する方法が提供される。この方法は、単軸スタビライザを初期化するステップと、３軸スタビライザの初期化を開始するステップと、輸送車が使用の準備を整えたことを乗り手に通知するステップと、輸送車の動作を許可するステップと、３軸スタビライザの初期化を完了するステップと、最後に、平衡個人用輸送車の制御のために該３軸スタビライザを用いるステップとを包含する。
【０００５】
本発明の別の局面によると、２つの車輪が付いた動的に平衡化された輸送車のベース上にいる乗り手の存在を検出する乗り手検出器が提供される。この乗り手検出器は、輸送車のベースを覆うマットを有する。このマット自身は、ベースに取り付けられたマットエッジと、底部および上部を有するマット壁であって、底部はマットエッジに取り付けられた、マット壁と、上面および底面を有するマットカバーであって、マット壁に取り付けられ、かつ、ベース上に支持されたマットカバーとを含む。最後に、乗り手検出器は、ベースに上に備え付けられ、かつ、マットカバーの底面下に置かれたスイッチであって、マットカバーがスイッチと接触して置き換わるとき、第１の状態から第２の状態へ変化するスイッチを含む。さらに、剛体板がマットカバーの底面下に配置されてもよい。
【０００６】
本発明のさらに別の実施形態によると、乗り手を支持するベースと、表面上でベースを支持する側方に配置された対の車輪とを有する静的に不安定な動力付き輸送車が提供される。この輸送車は、対の車輪を駆動する動力付き駆動部と、ベースに連結されたピッチセンサであって、輸送車のピッチを示す信号を生成するセンサと、輸送車のピッチにのみ基づいて動力付き駆動部に命令するコントローラとを含む。
【０００７】
本発明の別の局面によると、ハンドルバーを有する動力付き車両用のステアリングデバイスが提供される。このステアリングデバイスは、回転のステアリングコマンドを生成するハンドルバーに連結された回転センサ（例えば、ポテンショメータ）と、回転センサに回転運動を分け与える回転可能なグリップと、グリップを解放すると共に中立位置に回転可能なグリップを回復するねじりばねとを含む。あるいは、このステアリングデバイスは、回転を読み取ると共にステアリングコマンドを生成するために、ユーザ支持部に対して固定された回転センサと、回転センサに固定された可撓性シャフトと、回転センサによって測定された回転を提供するような様態で、可撓性シャフトに曲げを分け与える親指用ボタンと、可撓シャフトの曲げに抵抗する力を提供するばね部材とを含んでもよい。
【０００８】
本発明の別の実施形態によると、ステアリングデバイスは、ハンドルバーと実質的に面一である上面を有するレバーであって、レバーは、基盤表面に対して実質的に平行であり、かつ、車両の進行方向に実質的に平行な旋回軸に関してユーザの手の平によって移動可能である、レバーとを含む。また、ステアリングデバイスは、中立位置からのレバーの動作に対抗する回復部材と、中立位置からのレバーの動作を読み取り、かつ、その動作に応答して、ステアリングコマンドを生成するセンサとを含む。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態によると、輸送車の車輪と基盤表面との間で牽引を維持する方法が提供される。この方法は、
（ａ）車輪の加速度と予め設定された特定の値とを比較するステップと、
（ｂ）車輪の加速度に基づいて滑り条件フラグを設定するステップと、
（ｃ）滑り条件フラグに基づいて車輪に加えられたトルクを減少させるステップと、
（ｄ）車輪の動特性値を決定するステップと、
（ｅ）車輪の動特性値に基づいて滑り条件フラグをクリア（ｃｌｅａｒ）にするステップと包含する。
【００１０】
本発明の別の実施形態によると、動特性は、慣性モーメント、または、慣性モーメントの逆数であってもよい。動特性を決定するステップは、車輪に加えられる命令されたトルクによって加速度を分けるステップを包含してもよい。車輪に加えられたトルクを減少させるステップは、ゼロまでトルクを減少させるステップ、および、トルクを除々にスルーイングする（ｓｌｅｗｉｎｇ）ステップを包含してもよい。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態によると、車両に対する車輪の滑り量を直すデバイスが提供される。このデバイスは、車輪の速度をモニタリングするセンサと、車輪の速度変化に基づいて車輪の加速度を演算する微分器と、車輪の加速度と予め設定された値とを比較し、かつ、滑り条件のフラグを設定する比較器と、車輪に加えられた任意のトルクを減少させるコントローラとを含み、その結果、滑り条件フラグがクリアになるまでトルクが減少され続ける。
【００１２】
本発明の他の実施形態によると、平衡輸送車における電子モータを制御する方法が提供される。輸送車は、通常の動作で地面と接触する二つの車輪を正確に有し、かつ、フレームレートを特徴とする平衡コントローラを有し、電子モータは、正確な二つの車輪のうちの一つに電力を連結するシャフトを駆動する。方法は、
（ａ）第一の帯域幅を特徴とする内部ループの手段によって電力ステージの出力を制御するステップと、
（ｂ）電力ステージの出力に応答して、シャフト速さに実質的に比例した信号を生成するステップと、
（ｃ）フレームレートに等しく、かつ、第一の帯域幅の３分の１より小さいレートで、シャフト速さ信号および特定された輸送車の速さに少なくとも基づく電圧コマンド信号を演算するステップと、
（ｄ）電圧コマンド信号に基づくモータに印加された電圧を制御するステップと
を包含する。
【００１３】
また、方法は、ユーザ入力デバイスを用いて、特定された輸送車の速さを提供するステップをさらに包含してもよく、シャフト速さに実質的に比例する信号は、シャフト位置センサからの信号を微分することによって作られてもよい。
【００１４】
本発明の別の実施形態によると、側方に配置された二つの正確な車輪を有する動力付き平衡輸送車のヨー（ｙａｗ）制御部を制御する方法が提供される。方法は、
（ａ）輸送車の平衡のための必要条件に基づいて、モータ増幅器へのコマンドを演算するステップと、
（ｂ）特定された動作方向に基づいて、モータ増幅器へのコマンドを増加させる（ａｕｇｍｅｎｔ）ステップと、
（ｃ）増加されたコマンドに部分的に基づいて増幅器出力を生成するステップと、
（ｃ）増幅器出力を読み取るステップと、
（ｄ）増幅器出力に基づいてコマンドを修正するステップと、
（ｅ）増幅器出力を車輪モータに印加するステップと
を包含する。
【００１５】
他の実施形態において、方法は、各車輪の速さを読み取るさらなるステップと、車輪の速さに基づいて二つの車輪増幅器の各々へのコマンドを修正するステップとをさらに包含してもよい。
【００１６】
（好ましい実施形態の説明）
個人用輸送車は一つ以上の車輪で動作可能であるが、車輪の動作を支配する制御ループの動作がなければ車輪の上に立つことはできない場合、個人用輸送車は、「平衡（ｂａｌａｎｃｉｎｇ）」としての機能を果たしているといってもよい。平衡個人用輸送車は、静的安定性に欠けているが、動的には平衡化されている。そのような個人用輸送車と地面との間に接触を提供する車輪、または、地面と接触する他の要素は、少なくとも輸送車を支持し、決まりきった動作間の転倒に関して輸送車を最小限支持し、本明細書中では「主要地面要素」と呼んでいる。
【００１７】
本発明に従う平衡個人用輸送車の実施形態が図１に示され、概して、参照符号１０で表される。特定の用途において、個人用輸送車１０の動作は、故障した場合、長期間の動作を必要としなくてもよい。しかし、止まってかつユーザが車両から降りることを可能にする間に、輸送車が安定性を維持可能にするために、一定区間の故障に対して作用する動作が望ましい。コンポーネントが故障する場合に無制限に動作することを必要とされなくてもよいが、平衡個人用輸送車は、有利にも、故障を検出する冗長なアーキテクチャを提供する。ジャイロ、バッテリ、モータ巻線およびプロセッサ等の重要なコンポーネントは、複製され、輸送車の動作の間、同時に実行される。あるコンポーネントの系統に故障が起きた場合、平衡系統は、少なくとも短い区間、依然として輸送車の安定性を維持する。本発明によると、以下に説明されるように、引き続く動作に対する短い区間は、有利にも、平衡を維持する間に輸送車を止め、次いで、車輪のモータを切るように用いられる。輸送車は、速度を制限する際に輸送車を逆にピッチするように命令することによって止まる。
【００１８】
ユーザ８は、図１で示され、地面接触モジュール２６のプラットフォーム（または「ベース」）１２の上に立っている。車輪２０および２１は、Ｙ軸に関して同軸に示される。ステアリングまたは他の制御は、指用ホイール（ｔｈｕｍｂｗｈｅｅｌ）３２または３４、以下で説明される他のユーザ入力機構によって提供され得る。ハンドルバー１４は、ユーザが握るためのステム１６に提供され得る。
【００１９】
次に、図２を参照して、本発明の実施形態に関するシステムアーキテクチャのブロック図が示される。左のモータ１１０は、（図１で示される）左の車輪２０を駆動し、右のモータ１２０は、右の車輪２１を駆動する。モータ１１０および１２０は、好ましくは、ブラシを有さないＤＣであるが、ＡＣであってもＤＣであってもよく、ブラシを有しても有さなくてもよい。各モータは、巻線１１１、１１２、１２１、１２２の冗長なセットによってエネルギーが与えられている。各巻線は、補充用巻線がモータにエネルギーを与えることができない場合にモータにエネルギーを与えることが可能である。以下の説明において、各冗長なコンポーネントは、輸送車の左側（Ｌ）か右側（Ｒ）かのいずれか、および、冗長なコンポーネントのＡ群かＢ群かのいずれかを識別する二つの文字群によって区別されている。例えば、Ａ群のコンポーネントによってエネルギーを与えられている左のモータ巻線は、ＬＡ巻線として指定される。
【００２０】
各モータ巻線１１１、１１２、１２１、１２２は、モータ増幅器１３２、１３３、１４２、１４３によって駆動される。Ａ群の増幅器１３２、１３３およびＢ群の増幅器１４２、１４３は、Ａ群の電源１３１およびＢ群の電源１４１によって供給される。電源と増幅器との間、および、増幅器とモータ巻線との間の電気的接続は、２０〜４０アンペアまでの大きな電流を通すことを要求され、図２の太線１０５によって識別される。
【００２１】
各モータ１１０ １２０は、モータシャフトの位置または各速度を測定するシャフトフィードバックデバイス（ＳＦＤ）１１３ １２３を有する。ＳＦＤは、ＳＦＤに関連するモータを駆動するモータ増幅器と信号を通信する。例えば、右のモータ１２０と関連する右のＳＦＤ１２３は、ＲＡ増幅器１３３およびＲＢ増幅器１４３と信号を通信する。ＳＦＤは、好ましくは、シャフトの位置を決定するホール（Ｈａｌｌ）センサである。しかし、ＳＦＤは、エンコーダ、リゾルバおよびタコメータ等の様々なセンサから選択され得る。これらの全ては、本発明の目的に限定されることなく記載される。タコメータ等の特定のセンサは、また、シャフト速度を測定するように用いられ得る。位置を表す信号への、または、位置を表す信号からの瞬間シャフト速さを表す信号の変換は、それぞれ、信号を積分する、または、信号を微分することによって達成される。
【００２２】
Ａ群の増幅器１３２、１３３は、Ａプロセッサ１３５によって命令され、一方、Ｂ群の増幅器１４２、１４３は、Ｂプロセッサ１４５によって命令される。電力は、Ａ群のＤＣ−ＤＣコンバータ１３６を通ってＡ電力源１３１からＡプロセッサに供給される。同様に、Ｂ電力源１４１は、Ｂ群のＤＣ−ＤＣコンバータ１４５を通ってＢプロセッサ１４６に電力を供給する。Ａ群の増幅器１３２、１３３、Ａ群のコンバータ１３６、および、Ａプロセッサ１３５は、好ましくは、一つのコンポーネントまたはトレイ１３０にグループ化される。トレイ１３０は、Ｂ群の増幅器、Ｂ群のコンバータ、および、Ｂプロセッサを含むＢトレイ１４０と、バリア１５０によって部分的に隔離されている。Ａトレイ１３０とＢトレイ１４０とを物理的に分離することによって、共通点における故障の可能性が減少される。バリア１５０は、一つのトレイ内の故障が他のトレイに伝搬することを遅らせるように働き、その結果、輸送車は、乗り手を安全な条件にして、輸送車を脱出するための十分な時間を有する。同様に、Ａ電源１３１は、Ｂ電源１４１から物理的に分離されている。電源１３１およびＡトレイ１３０内のコンポーネントは、Ｂ群のコンポーネントのうちの任意の一つが故障した場合、数秒のオーダー（ｏｒｄｅｒ）、モータ１１０、１２０の両方を駆動することが可能である。逆に、Ｂ電源１４１、および、Ｂトレイ１４０内のコンポーネントは、Ａ群のコンポーネントが故障した場合、短い区間、モータ１１０、１２０の両方を駆動することが可能である。
【００２３】
プロセッサ１３５、１４５が互いに物理的に隔離されているが、信号通信は、通信チャネル１３７、１４７を介してプロセッサ間で維持される。通信チャネル１３７、１４７は、好ましくは、電気的導体であるが、また、電磁気（例えば、光学的、赤外線、マイクロ波、または、無線）であってもよい。Ａチャネル１３７は、Ａプロセッサ１３５からＢプロセッサ１４５に信号を伝送し、Ｂチャネル１４７は、Ｂプロセッサ１４５からＡプロセッサ１３５に信号を伝送する。光学絶縁体１３９、１４９は、チャネル１３７、１４７に組み込まれ、短絡されたプロセッサから他のプロセッサに余分な電圧が伝送することを防ぐ。
【００２４】
各プロセッサは、輸送車の状態をモニタリングする複数のセンサからの信号、および、乗り手の入力コマンドを受信する。プロセッサは、センサ信号を用いて、モータ増幅器への適切なコマンドを決定かつ伝送する。センサによってプロセッサに伝送された情報は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１８１、１８２によって提供された輸送車の空間的方向、ヨー（ｙａｗ）入力デバイス（ＹＩＤ）１３２、１４２によって提供された乗り手が指示したターン（ｔｕｒｎ）コマンド、乗り手検出器（ＲＤ）１６１、１６２、１６３、１６４によって提供された輸送車上の乗り手の存在を含む。プロセッサに対する他の入力は、輸送車のピッチをより快適なピッチへと調節するための乗り手が操作するピッチトリムデバイス（ｐｉｔｃｈ ｔｒｉｍ ｄｅｖｉｃｅ）（ＰＴＤ）１４８、および、輸送車を急速に止めるためのストップ（ｓｔｏｐ）ボタン（図示せず）を含む。輸送車の動作に関するセンサの重要度に応じて、センサは、冗長に複製されても、複製されなくてもよい。例えば、輸送車の空間的な姿勢は、以下で説明されるように、輸送車の動作の中枢であり、従って、Ａ群のＩＭＵ１８１は、輸送車の姿勢情報をＡプロセッサ１３５に供給し、Ｂ群のＩＭＵ１８２は、輸送車の姿勢情報をＢプロセッサ１４５に供給する。一方、輸送車は、ＰＴＤ１４８がなくても安全な様態で動作され得、このようなデバイスは、典型的に単独で提供される。同様に、ディスプレイ１３８等の出力デバイスは、冗長なものを必要としない。非冗長なデバイス（例えば、ディスプレイ１３８またはＰＴＤ１４８）は、それぞれのプロセッサに接続され得る。
【００２５】
図２で示された実施形態において、ディスプレイ１３８は、Ａプロセッサ１３５によって制御され、ＰＴＤ１４８は、Ｂプロセッサ１４５と信号を直接通信する。ＰＴＤ１４８によって提供された情報は、Ｂプロセッサ１４５によって、Ｂチャネル１４７を介してＡプロセッサ１３５に伝送される。
【００２６】
さらに、各プロセッサ１３５、１４５は、ユーザインタフェースプロセッサ（ＵＩＰ）１７３、１７４のうちの一つと通信する。各ＵＩＰ１７３、１７４は、ヨー入力デバイス１７１、１７２のうちの一つを通してユーザからのステアリングコマンドを受信する。Ａ群ＵＩＰ１７３は、また、冗長なＵＩＤ（例えば、ディスプレイ１３８、ブレーキスイッチ１７５およびピッチトリム制御１４８）と通信する。図２で示された実施形態において、冗長に提供されていない他のユーザインタフェースデバイス（例えば、音警報デバイス、電灯、および、オン／オフスイッチ）は、また、Ａ群のＵＩＰ１７３に接続され得る。Ａ群のＵＩＰ１７３は、また、ユーザインタフェースデバイスによって提供された情報をＢ群のＵＩＰ１７４に渡す。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によると、Ａ群のＵＩＰ１７３は、Ａ群のプロセッサによる演算結果とＢ群のプロセッサによる演算結果とを比較し、「監視」演算によってＡ群のプロセッサ１３５を疑い、Ａ群のプロセッサの動作を検証する。同様に、Ｂ群のＵＩＰ１７４は、Ｂ群のプロセッサ１４５を疑い、Ｂ群のプロセッサの通常動作を検証する。
【００２８】
個人用輸送車１０のいくつかのコンポーネントは、本発明の様々な実施形態に従って、説明される。
【００２９】
（バッテリ）
モータ１１０、１２０および電気コンポーネントを駆動するために必要とされる輸送車の電力は、電気技術で公知である任意の公知の電力源によって供給され得る。電力源は、例えば、内燃および外燃機関エンジン、燃料電池および再充電可能バッテリを含み得る。本発明の好ましい実施形態において、電源１３１、１４１は、再充電可能バッテリパックである。様々な条件の下で好ましいように、様々なバッテリの化学様式が用いられ得、有鉛、リチウム−イオン、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）、または、ニッケル−金属水素化物（Ｎｉ−ＭＨ）化学を含み得るが、これらに制限されない。各電源１３１、１４１は、バッテリパックおよび関連する電子部を環境から保護するコンテナに包まれる。
【００３０】
図３は、上カバーを取り除いた電源の一つの実施形態の平面図を示す。環境から中身を保護するように覆われかつ密封されるトレイ２０５は、電源２００のコンポーネントを包む。トレイ２０５は、複数のバッテリブロック２１０を収納し、各バッテリブロック２１０は、複数のバッテリ電池（ｃｅｌｌ）２１５を含む。ブロック２１０にパッケージ化された電池２１５の数、および、電源におけるブロックの総数は、輸送車に必要な予測された電力によって決定される。好ましい実施形態において、電池２１５は、「サブＣ（ｓｕｂ−Ｃ）」の大きさの電池であり、各ブロック２１０は、１０個の電池２１５を含む。別の実施形態において、ブロック２１０は、別の数の電池２１５を含み得る。電池２１５は、好ましくは、ブロック２１０となるように連続して接続される。他の実施形態において、連続して接続された各ブロック内の電池２１５に平行して接続され得る。あるいは、ブロック２１０は、平行して接続された各ブロック２１０内の電池２１５に連続して接続され得る。各構成は、特定の応用に対して利点を提供する。
【００３１】
電源２００に、または、電源２００から流れる電流は、電源２００と輸送車１０との間の電気的インタフェースを提供するコネクタ２２０を通って導かれる。図３に示される実施形態において、コネクタ２２０は、電源２００の上カバー（図示せず）に位置されるが、コネクタ２２０の任意に位置付けることは、本発明の範囲内である。電源２００に、または、電源２００の電流を導くことに加えて、コネクタ２２０は、また、電源内部と任意の他の輸送車プロセッサとの間の信号通信を構築する複数の信号ラインを含み得る。
【００３２】
各ブロック２１０の温度は、温度センサ２３５を介して電源コントローラによってモニタされる。さらに、電源コントローラ２３０は、また、各ブロック２１０の電圧もモニタする。電源コントローラ２３０が、ブロック２１０の温度が予め設定した温度限界を越えていることを検出する場合、電源コントローラ２３０は、コネクタ２２０を通してオーバー温度（ｏｖｅｒ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）信号をプロセッサに送る。同様に、電源コントローラ２３０が、ブロック２１０の電圧が現在の電圧限界より下であることを検出した場合、電源コントローラ２３０は、コネクタ２２０を通してアンダー電圧（ｕｎｄｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅ）信号をプロセッサに送る。
【００３３】
電源コントローラ２３０は、好ましくは、電源に関する情報（例えば、バッテリの種類、電源２１０の電池の数、および、任意で、日付コードまたはシリアル番号コード）を格納するＩＤチップ２４０を収容する。ＩＤチップ２４０は、電気技術において公知である任意の種類の永久または半永久メモリデバイスであってもよい。ＩＤチップ２４０に収容された情報は、プロセッサ１３５、１４５によって用いられ得、輸送車の様々な動作パラメータを設定し得る。この情報は、また、充電器（図示せず）によって用いられ得、電源を再充電し得る。
【００３４】
電源２００は、コネクタ２２０を介して、輸送車の外部にあるか輸送車に収容されるかのいずれかである充電器に接続され得る。本発明の一実施形態において、充電器は、輸送車に配置され、電力の技術で周知のＡＣスイッチモード充電器である。別の実施形態において、充電器は、バッテリトレイ２０５内に収容される。本発明の別の実施形態において、電源２００は、補助電力ユニット（ＡＰＵ）（例えば、「Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ」と称された米国特許第６，５３６，２０７号に記載されている）によって充電される。
【００３５】
（モータ増幅器＆動作モード）
図４は、本発明の一実施形態における電力モジュール３００のブロック図を示す。平衡プロセッサ３１０は、モータ増幅器３２０に対するコマンド信号を生成する。モータ増幅器は、順に、適切な電力をモータ３３０に適用する。平衡プロセッサ３１０は、ユーザおよびシステムセンサから入力を受信し、以下に記載されるように、制御則を適用し、平衡を維持し、そして、ユーザコマンドに従って輸送車の動作を支配する。モータ３３０は、順に、トルクτをある角速度ωで、シャフト３３２に取り付けられた（図１に示される）車輪２０、２１に供給するシャフト３３２を回転させる。いくつかの実施形態において、図示されないが、トランスミッション（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）は、シャフト３３２の角速度に関連した車輪速度に倍率をかけるために用いられ得る。本発明の好ましい実施形態において、モータ３３０は、コイルが３つでブラシを有さないＤＣモータである。その実施形態において、モータ３３０は、任意の数のコイルが用いられ得るが、３セットの始動コイルを有する。始動コイルは、大電流または高電圧を導くことが可能であるコイルリード３３７によって電力ステージ３２４に電気的に接続される。大電流および高電圧は、信号処理に通常用いられる電流および電圧に関係し、それぞれ、１アンペアまたは１２ボルトより上の範囲であることは、理解されている。
【００３６】
モータ増幅器３２０は、それ自身で、増幅器プロセッサ３２２と電力増幅ステージ３２４との両方を収容する。増幅器コントローラ３２２は、モータ３３０に適用された電流か電圧かのいずれかを制御するように構成され得る。これらの制御モードは、それぞれ、電流制御モードおよび電圧制御モードと呼ばれ得る。電力ステージ３２４は、電力源３４０が各コイルと接続する、または、接続しないことを切り換える。この電力ステージ３２４の切り替えは、増幅器コントローラ３２２によって制御される。内部ループ３２６は、電力ステージ３２４の出力が命令されたものかどうかを読み取り、好ましくは５００Ｈｚのオーダーで、閉ループ帯域幅で、エラー信号を増幅器コントローラ３２２にフィードバックする。さらに、増幅器コントローラ３２２による制御は、部分的に、シャフトフィードバックセンサ（ＳＦＳ）３３５からのフィードバック信号に基づく。
【００３７】
シャフトフィードバックセンサ３３５は、また、プロセッサ３１０と信号を通信し、シャフトの位置または動きに関連する情報をプロセッサに提供する。シャフトフィードバックセンサ３３５は、回転するシャフトの角度位置または角速度を読み取ることが可能なセンサ技術において公知の任意のセンサであり得、タコメータ、エンコーダおよびリゾルバを含む。好ましい実施形態において、回転するシャフト３３２の位置を読み取るためにホール（Ｈａｌｌ）センサが用いられる。ホールセンサの利点は、センサのコストが低いことである。シャフトフィードバックセンサ３３５によって提供された位置信号からシャフト回転速度を測定するために、微分器３０８によって位置信号が微分される。外部フィードバックループ３４２は、平衡プロセッサ３１０によって提供された平衡制御特性をある帯域幅で動作させ、２０〜３０Ｈｚの低さであってもよい。
【００３８】
電流および電圧が特定の応用において等価であり得るが、電圧制御は、輸送車制御の実施形態において有利に適用される。外部ループ帯域幅は、図５を参照して次で説明される理由によると、内部ループ帯域幅の３〜４倍であり、内部ループ帯域幅よりも遅い。図５は、モータの電気モデル４１０を示す。モータは、一組の端子４１１、４１２を有し、これらの端子にわたって電圧Ｖが印加される。モータ４１０は、また、シャフト速度ω、トルクτの特徴を有する回転シャフト４２０を有する。モータ４１０は、電圧降下Ｖ_ｅｍｆを有する理想モータ４３５に直列で電流ｉを流す抵抗Ｒのレジスタ４３０によってモデル化され得る。理想モータは、Ｖ_ｅｍｆ＝ｋ・ωおよびτ＝ｋ_ｃ・ｉとなる。ここで、ｋ_ｖおよびｋ_ｃは、モータの定数である。直列のレジスタ４３０モデルは、モータ４１０の損失である。
【００３９】
電圧制御による（図１で示される）輸送車１０の挙動、または、電流制御による輸送車１０の挙動は、輸送車が障害物と出会い、そして障害物を越えて駆動する例を用いて理解され得る。輸送車の車輪２０が障害物と出会うと、車輪速度は、減少する。なぜなら、車輪に加えられたトルクが障害物を越えて車輪を駆動するために不十分だからである。車輪速度の低下は、理想モータに対する逆起電力（「ｂａｃｋ−ｅｍｆ」）電圧の減少に反映される。
【００４０】
最初に、電圧制御の場合を考慮する：増幅器が電圧制御モードの場合、端子４１１、４１２に印加される電圧は一定であり、さらなる電流がレジスタンス４３０および理想モータ４３５を通って取り出される。モータを通るさらなる電流は、障害物を越えて車輪を駆動するためのさらなるトルクを生成する。輸送車が障害物の上部を越えて駆動するにつれて、車輪は、さらなるトルクの下で加速する。さらなるトルクは、障害物を越えて駆動するように生成されたが障害物を去るためにはもはや必要とはされない。車輪が加速するにつれて、モータに対するｂａｃｋ−ｅｍｆは増加し、端子４１１、４１２にかかる電圧を一定に保つために、Ｒを通る電流は減少する。電流が減少すると、理想モータによって生成された、加えられたトルクが減少し、これにより、車輪の加速を減少させる。電圧制御モードの利点は、理想モータが、モータコマンドに必要とされる任意の変化なしに、障害物を越えて駆動するために必要とされる電流を自然に取り出し、障害物を去るための電流を自然に減少することである。電源が必要とされる電流を供給し得る限り、モータは、基本的に、モータ自身のフィードバックセンサとして機能し、モータに対する制御ループ遅れは、基本的にゼロである。
【００４１】
一方、電流制御モードでは、コントローラが次のプロセッサフレーム間で新規の電流コマンドを送るまで、増幅器は、レジスタ４３０および理想モータ４３５を通して電流を一定にする。車輪が障害物に出会うとき、ωは減少し、理想モータに対するｂａｃｋ−ｅｍｆは減少する。しかし、増幅器コントローラが電流を一定に保っているために、端子４１１、４１２に対する電圧は低下可能である。電流が増幅器コントローラによって一定に保たれるので、トルクは一定のままである。しかし、トルクは、障害物を越えて駆動するために不十分であり、動いている輸送車の慣性によって輸送車は前にピッチする。輸送車が障害物を越えて前にピッチし始めるにつれて、米国特許第５，９７１，０９１号に教示されている制御アルゴリズムに従って、平衡コントローラは、ピッチエラーの変化か速度の変化かのいずれかによってピッチしていることを検出し、増幅器コントローラへの電流の減少を命令する。モータ増幅器は、Ｒおよび理想モータを通るさらなる電流を供給することによって増加された電流のコマンドに応答する。理想モータを通る増加された電流は、障害物を越えて車輪を駆動するために十分な電流になるまで、車輪に加えられたトルクを増加する。しかし、輸送車が障害物を越えて動くにつれて、もはや障害物が車輪に対抗しないので、増加されたトルクは車輪を加速させる。車輪の加速度によって、車輪は輸送車の重心（ＣＧ）の前方へ動き、輸送車を後ろへピッチさせる原因となる。平衡コントローラは、ピッチエラーの変化か輸送車の速度かのいずれかを通してピッチ条件を検出し、理想モータに供給された電流の減少を命令し、これにより、車輪に加えられたトルクを減少する。
【００４２】
平衡コントローラによる遅れが無視可能であり、平衡コントローラにフィードバックされた速度情報の精度が極端に高い場合、乗り手は、電圧制御または電流制御のどちらが用いられているかの差に気づかない。しかし、輸送車に対して選択されたコントローラまたはシャフトセンサが制限された帯域幅である場合、電流制御モードは、電圧制御モードが小さな障害物に対して表す即座の応答を提供しない。本発明の好ましい実施形態において、低コストホール効果センサがシャフト回転を検出するために使用される。さらに、以下に記載される説明による理由から、電流制御モードに対する制御則で用いられるゲインの選択を制限することによって、電圧制御モードに対する輸送車の応答がより穏やかになる。
【００４３】
（乗り手検出器）
輸送車の動作モードは、乗り手が輸送車によって支持されている場合のモードを含み得るが、乗り手が輸送車によって支えられていない場合のモードも含み得る。例えば、輸送車の横または後を歩いているときに、輸送車を「運転」することができれば、乗り手にとっては有用となり得る。
【００４４】
さらに、輸送車が動作中に、乗り手が輸送車から離れる場合に、輸送車のある特定の安全装置機能がトリガされることは、有用である。図６ａおよび６ｂは、本発明のある実施形態において用いられる乗り手検出機構を示す。図５ａは、概略的に参照符号５１０で示される、乗り手検出器の平面図である。乗り手検出器を組み込んだ輸送車１０は、ベース１２、左車輪フェンダー５１２、右車輪フェンダー５１４、ハンドルバー１４（図１に示す）用の支持ステム１６を含む。車輪フェンダー５１２および５１４は、対応する車輪を覆う。支持ステム１６は、ベース１２に取り付けられ、ハンドルバーに位置し得る制御部３２および３４（図１に示す）からベース１２に密封された制御電子部に信号を伝送するための密封されたコンジットを提供する。車輪フェンダー５１２および５１４は、ベースの側面に剛性に取り付けられている。
【００４５】
ベース１２の上部は、実質的に平坦な表面を提供し、ベース１２上に立つ乗り手を快適に支える大きさである。マット５２１は、ベース１２の上部を覆い、環境からの粒子および埃からのさらなる保護をベース１２に提供する。別の実施形態においては、マットは、フェンダー５１２および５１４の一部も覆い、電源の外部からの充電を提供する充電器ポート（図示せず）を覆うために用いられ得る。マット５２１は、予測される動作環境において、乗り手がマット５２１から滑り落ちないように、十分な摩擦を提供する弾性材料から製造され得る。プレート５２２は、ベース１２とマット５２１との間に位置する。プレート５２２は、硬い材料から作成され、乗り手がマット上に立つ場合に、少なくとも１つの乗り手検出スイッチ５２３がオンになるように、乗り手の足からプレート５２２にかけられる力を均等に分散させる。
【００４６】
図６ｂは、乗り手検出器５１０の断面図である。スイッチ５２３は、ベースカバー５２４の一体的な部分として製造され得る、弾性材料から製造される。製造コストは、ずっと高くなり得るが、スイッチ５２３をベースカバー５２４と一体型にすることによって、起こり得る漏れの原因が取り除かれる。スイッチ５２３は、ベースカバー５２４の下に伸びるステム５４０およびベースカバー５２４の上で伸びる上部５４２を有する。上部５４２が押し下げられる場合、スイッチ５２３は、ステム５４０がベース５２０内に密封された電子ボード５５０に向かって下方向に変位するように変形する。光学スイッチは、ステム５４０が下方向に変位する場合に、ステム５４０がソース５５５によって生成される光ビーム５５７を妨げ、光ビームの妨害が光学検出器５５６によって検出されるように、電子ボード５５０上に位置する。
【００４７】
マットエッジ５２５は、好ましくは、ベースカバー５２４の上部に取り付けられる。マット５２１は、マットエッジ５２５を隆起部分５２７に接続する壁５２６によって支持される、隆起部分５２７を有する。壁５２６の高さは、マット５２１に重みがかけられていない場合に、プレート５２２がスイッチ５２３に力を及ぼさないような大きさにされる。乗り手が、隆起部分５２７に乗る場合、プレート５２２は、ステム５４０が光ビーム５５７を妨げるまで、電子ボード５５０に向かって変位される。乗り手が輸送車から降りる場合、マット５２１は、隆起した形状に戻り、スイッチ５２３も隆起した形状に戻り、ソース５５５と検出器５５６との間の光ビーム接触が再構築される。
【００４８】
（ステアリングデバイス）
次に、図７を参照すると、図１の平衡車両１０のようなスクーター上の車両用のステアリングデバイスのある実施形態の分解図が示されている。ポテンショメータ６０２、または回転可能なシャフト６０４の位置に関する他のセンサが、筐体６０６に取り付けられる。筐体は、ハンドルバー１４（図１に示す）の一部であり得る。回転可能グリップ６０８は、ポテンショメータシャフト６０４に取り付けられ、乗り手にグリップを提供する。ねじりばね６１０は、一方の端部が、回転可能グリップ６０８に接続され、他方の端部は、ポテンショメータ６０２または筐体６０６に接続される。乗り手がグリップ６０８を回転させると、グリップは、シャフト６０４を回す。ポテンショメータ６０２は、電圧が適切に印加された状態で、当該技術において公知であるように、シャフトの回転と実質的に比例する信号を生成する。乗り手が、グリップを離す場合、ねじりばね６１０は、グリップ６０８およびシャフトを、それぞれの中立またはゼロ位置に回転させる。グリップ６０８が中立位置に戻ることによって、輸送車は、グリップが離された場合に、同じ方向に進み続けることが可能になる。グリップが離された場合に中立位置に戻らない場合、輸送車は、残りの回転の方向に曲がり続ける。
【００４９】
回転方向は、乗り手が傾いてターンすることを助けるために用いられ得る。例えば、図７を参照すると、乗り手の右手がグリップ６０８を持っている場合、乗り手の指の方向へのひねりが、右に曲がることに対応する。乗り手の右の手首のハンドルバーの外側への回転は、乗り手に、右に体重を移動して、ターンするように促す。ターンするために体重を移動させることによって、輸送車の横方向の安全性を向上させる。
【００５０】
次に、図８ａ〜８ｄを参照すると、親指によって起動される、エラストマーによって緩衝された、ステアリング入力デバイスが、参照符号６２０によって概略的に示されている。回転センサ６２２は、好ましくは、ポテンショメータであるが、いずれの回転センサであってもよい。回転センサ６２２は、回転に対して、個人用輸送車の支持部、好ましくは、ハンドルバー１４（図１に示す）に固定して構造体に接続される。ステアリングデバイス６２０のシャフト６２４は、ユーザの親指６２８によって親指ボタン６３０に加えられる力に応じて、旋回点６２６に対して曲げられる。シャフト６２４が曲げられるにつれ、旋回６２６の周りのローカル回転は、回転センサ６２２によって読み出され、回転の信号特性が輸送車コントローラに伝送される。入力デバイス６２０のシャフト６２４は、金属外装６３４によって覆われる弾性コア６３２を含む。弾性コア６３２は、例えば、ゴムであり得る。シャフト６２４の遠位端６３６は、ハンドルバーから伸びる制限ポスト６３８であって、ユーザがデバイスの近位端６４０を回転させる場合にシャフト６２４の変位を制限する、制限ポスト６３８の間で捕らえられている。
【００５１】
ユーザが近位端６４０を回転させることによって、シャフト６２４が、図８ｂに示すように、曲げられる。金属外装６３４は、板ばねとして機能し、ユーザによるデバイスの回転に対抗する復元力を提供し、図８ａに示す中立な形状にデバイスを戻す。弾性コア６３２は、ユーザによるデバイスの回転に抵抗し、変形が大きくなるにつれ、抵抗を大きくする外装ばねとして機能する。長い（遠位）端６２４が曲げられるにつれ、金属外装６３４と弾性コア６３２との間の摺動の差に起因して、大きくなった抵抗が生じる。図８ｃに示すステアリング入力デバイス６２０の背面図は、シャフト６２４の回転に実質的に比例する信号を生成するポテンショメータ６２２を示す。図８ｄに示すステアリング入力デバイス６２０の平面図は、入力デバイス６２０の近位端６４０のほぼＬ字型のエルボー６４２を示す。破線の輪郭６４４は、図８ｂに対応する変形した状態のステアリング入力デバイスを表す。
【００５２】
本発明の他の実施形態による、図１の個人用輸送車１０用のさらなるステアリングデバイスは、図９ａおよび９ｂに示されている。パームステアリングデバイス６５０は、ハンドルバー１４の表面に含まれる。図９ａに示す静止状態において、レバー６５２の上面６５２は、ハンドルバー１４の上面６５６と、実質的に平行であり、実質的に面一である。レバー６５２は、地面と平行であり、輸送車の動きの前進方向と平行である、旋回６５８の周りを回転するように制限される。乗り手は、手の平をレバー６５２の上におき、旋回６５８の周りを、レバー６５２の一方の側面６６０または他方の側面を押すことによって、ステアリング信号を生成させる。ステアリング信号は、旋回６５８において回転センサ６６２によって、または支点６６４のいずれかの側面の圧力センサによって生成される。
【００５３】
（慣性測定ユニット）
慣性測定ユニット（ＩＭＵ）は、輸送車の姿勢および速度を判定するために用いられるプロセッサによって用いられるセンサを収容する。冗長性は、図２に示すように、好ましくは、互いから物理的に分離され、別の電源から電力供給される２つのＩＭＵを用いることによって達成され得る。空間的な制約は、冗長なＩＭＵが、同じパッケージ内に収容されるが、依然として独立した電源、および別のプロセッサへの独立した信号ラインを保つことを必要とする。
【００５４】
本発明の実施形態において、ＡサイドＩＭＵ１８１およびＢサイドＩＭＵ１８２（図２に示す）は、単一のパッケージ内に収容される。各ＩＭＵは、３軸（ピッチ、ヨー、ロール）、２軸、または１軸（ピッチ）の周りの輸送車の姿勢を測定するために備え付けられ得る。他の実施形態において、ＡサイドＩＭＵおよびＢサイドＩＭＵの各々は、３軸の周りの輸送車の姿勢を測定するために備えつけられ得る。他の実施形態においては、３軸ＩＭＵは、１軸ＩＭＵと対にされ得る。
【００５５】
各ＩＭＵは、センサ１９０（図２に示す）およびセンサ用の支持電子部品を含む。センサは、センサの姿勢または姿勢の変化速度を示す信号を生成することができるいずれのデバイスであってもよい。生成された信号は、好ましくは、センサの姿勢または姿勢の変化速度にほぼ比例するが、他のものに依存することも本発明の範囲内に含まれる。例えば、センサは、液体レベル振子傾きセンサ、物理的ジャイロスコープ、固体ジャイロスコープ、加速度計、または、線上に配置され、既知の距離分離れている一対の近接センサであってもよい。本発明の様々な実施形態において、固体ジャイロスコープが液体レベル傾きセンサとともに用いられる。液体レベル傾きセンサは、米国特許第６，３３２，１０３号に記載されるように、固体ジャイロスコープにおけるドリフトを修正するために用いられ得る。この特許は、本明細書中、参考として援用される。
【００５６】
１軸ＩＭＵは、固体ジャイロスコープおよび傾きセンサからなっていてもよい。両方のセンサは、輸送車のピッチ姿勢に対応する信号を提供するために搭載され得る。３軸のＩＭＵは、少なくとも３つの固体ジャイロスコープおよび傾きセンサからなる。ジャイロスコープは、３本の相互に直行する軸の周りの回転のいずれかを混ぜたものに対応する信号を提供するために搭載され得る。あるいは、ジャイロスコープは、ジャイロスコープ信号の飽和を避けるためにも搭載され得る。ジャイロスコープの姿勢は、ＩＭＵ筐体の空間的な制約、ジャイロスコープの飽和限界、および輸送車の予測される性能要求に依存する。本発明の一実施形態において、３軸ＩＭＵは、４つの固体ジャイロスコープおよび傾きセンサからなる。４つのジャイロを用いることによって、ＩＭＵが、ジャイロのうちの１つの失敗を検出することが可能になる。故障したジャイロのアイデンティティを判定することができなくても、故障があるということだけで、以下に説明するように、乗り手の安全と快適さを確保しながら、適切なアクションを取るようにプロセッサに警告するためには充分である。
【００５７】
（プロセッサ）
本発明の様々な実施形態において、プロセッサ上で動作する制御プログラムが、輸送車の動的状態を判定し、輸送車の動的状態と任意の乗り手コマンドに基づいて適切なコマンドを演算してモータ増幅器コントローラに送信する。好適な実施形態では、プロセッサはさらに電力ステージ３２４（図４に示す）への適切な切換コマンドを演算し、それにより別の増幅器制御の必要性を排除する。プロセッサはモータを制御するために最適化されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であり得る。プロセッサをサポートするために必要な回路および関連する電気部品は電気制御回路の分野では周知である。
【００５８】
図１０は、プロセッサにより実行される制御プログラムの論理フロー図である。乗り手が輸送車を作動させると、制御プログラムは初期化手順７０５を行う。初期化手順において制御プログラムは、冗長なプロセッサが存在するか否かを判定するチェックを行い、サブシステムが故障してないか否かをチェックし、ＩＭＵを初期化する。サブシステムとプロセッサとが初期化チェックをパスしてＩＭＵが初期化されると、初期化手順は乗り手に、輸送車が使用可能であることを通知する。この通知はオーディオ指示でもよいしビジュアル指示器でもよく、たとえば音でもよいし光でもよい。好適な実施形態の初期化手順では、乗り手に対する、輸送車が使用可能であるという通知は、１軸状態推定器が初期化された後に行われる。これにより、乗り手は、３軸状態推定器がまだ初期化中である間に輸送車の使用を開始することができる。
【００５９】
次にプログラムは７１０において、乗り手コマンドと輸送車状態センサ信号とをチェックする。乗り手コマンドは上述した乗り手の検出、ヨーコマンド、ピッチトリムコマンド、急ブレーキコマンド、およびモード変更コマンドを含み得る。輸送車状態センサ信号は、バッテリまたはモータ温度などの輸送車部品の温度を測定するセンサ、またはバッテリパックの電圧を測定する電位センサを含み得る。状態センサはＩＭＵ内にもセンサを含む。
【００６０】
プログラムは７１５において、ＩＭＵからのセンサ信号に基づいて輸送車の姿勢を判定する。好適な実施形態においては、４つの固体ジャイロと１つの２軸傾きセンサとを組み込んだ３軸ＩＭＵ（Ａ側ＩＭＵと呼ぶ）が１軸ＩＭＵ（Ｂ側ＩＭＵと呼ぶ）と対になっている。プログラムはまず、４つのジャイロの２つのサブセットからの組み合わされた信号を比較することにより、Ａ側ＩＭＵのジャイロが故障していないか否かをチェックする。４つのジャイロのうちの１つが故障しているとプログラムが判定すると、プログラムはＡ側ＩＭＵ故障フラグをセットし、それにより、上述したように輸送車を安全状態にする手順が作動する。プログラムはさらに、Ｂ側ＩＭＵからの信号に基づいて輸送車の姿勢を推定する。Ａ側ＩＭＵに故障がない場合、Ｂ側の推定がＡ側の推定と比較される。Ｂ側の推定がＡ側の推定と所定量よりも大きく異なった場合、プログラムはＢ側ＩＭＵ故障フラグをセットし、それによりここでも安全状態手順が作動する。Ｂ側の推定がＡ側の推定と上記所定量内で一致した場合、プログラムはＢ側の推定を無視してＡ側の推定を用いてさらなる処理を行う。この場合、プログラムは、もしＡ側ＩＭＵが故障してもＢ側ＩＭＵを用いて輸送車を安全に停止させることができるということを認識している。
【００６１】
本発明の別の実施形態では、Ａ側およびＢ側の両方のＩＭＵが１軸状態推定器である。
【００６２】
プログラムは７２０において、車輪モータコマンドを生成する。プログラムのこの部分は、平衡コントローラとも呼ばれる。平衡コントローラは米国特許第５，９７１，０９１号および米国特許第６，３３２，１０３号に記載されており、これらは参考のため本明細書に援用される。
【００６３】
車輪モータコマンドは以下のフォームを有する制御則によって生成される。
【００６４】
コマンド＝Ｋ_１θ＋Ｋ_２θ_ｒ＋Ｋ_３χ＋Ｋ_４χ_ｒ
上記式において、θ＝輸送車ピッチエラー
θ_ｒ＝輸送車ピッチレートエラー
χ＝輸送車位置エラー
χ_ｒ＝輸送車速度エラー
動的状態変数は、（所望値）−（測定値）と定義されるエラー項の形式である。たとえば、θは（所望の輸送車ピッチ）−（輸送車ピッチの測定値）である。輸送車ピッチの測定値およびピッチレートの測定値はＩＭＵ信号から判定される。輸送車位置および輸送車速度の測定値は、シャフトフィードバックセンサから判定される。平衡化された動作のためには、所望のピッチレートはゼロに設定される。所望のピッチは、ピッチトリム制御を用いて乗り手によって調整され得、さらに輸送車の動作中に制御プログラムによって調整され得る。
【００６５】
調整可能な係数、Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３およびＫ_４は、共通してゲインと呼ばれ、動作モードを定義する係数セットを構成する。係数値が変化すると、輸送車の応答性および安定性が変化する。ゲインは、車両の動作モードを選択する際にユーザによって特定された値に設定される。たとえば、Ｋ_３は通常、輸送車が移動することを可能にするためにゼロに設定される。Ｋ_３は、輸送車が静止点において平衡化された状態を維持することを可能にするために、正の値に設定することができる。
【００６６】
一実施形態において、Ｋ_１は正の値に設定され、Ｋ_２、Ｋ_３およびＫ_４はゼロに設定される。この動作モードでは、輸送車は自動的に平衡せず、乗り手が、移動中に前後方向に体重を調整することにより平衡を維持し輸送車の前後方向の動きを指揮する。乗り手が前後方向の動きを指揮しながら横方向の安定性を維持するモータ式スクーターまたはオートバイとは異なり、非ゼロＫ_１でのみ動作する本発明の輸送車は、乗り手が前後方向の平衡を維持し同時に前後方向の動きを指揮することを必要とする。このようなモードで輸送車を動作させるために必要な高レベルの技術は、そのレクリエーションとしての価値ゆえに、ある種の乗り手には魅力的であり得る。
【００６７】
別の実施形態では、Ｋ_１およびＫ_２が非ゼロの正の値に設定され、Ｋ_３およびＫ_４がゼロに設定される。このモードにおいては、輸送車が平衡をとることができ、安定状態速度を維持するために安定状態ピッチ「エラー」（または「オフセット」）を必要とする。しかし、乗り手は、平衡のとれた状態で輸送車を動作させながら乗り手の体重シフトを適切に制御することにより不安定性を回避する技術を身につけることができる。
【００６８】
典型的な動作では、Ｋ_３のみがゼロに設定される。このモードでは、輸送車は安定した速度で移動しながら小さいピッチ「エラー」を維持する。輸送車の応答性は、ゲインの値を互いに調整することにより修正され得る。たとえば、Ｋ_１が上昇すると、乗り手はより硬い応答を受ける。すなわち、少し前方向に傾いただけで、隆起を越えて前進するとか、前方向に急速に加速するなどの、大きな車輪コマンドという結果になる。しかしゲインは完全に独立した状態で調整されてなお且つ輸送車を安定した状態に保持することはできない。センサ信号（速度、ピッチ、ピッチレートなど）の帯域幅およびアクチュエータ（トランスミッションの硬さ、トルク帯域幅）の帯域幅は、達成可能な硬さに上限を設ける。別の例では、シャフトフィードバックセンサが非常に遅延の少ない高分解能速度信号を提供することができ且つプロセッサが高フレームレートを提供することができる場合、ゲインは上昇して硬い輸送車応答を提供し且つ揺動の不安定性を回避し得る。逆に、シャフトフィードバックセンサがノイズの多い速度信号を生成しプロセッサフレームレートが中間度にすぎない場合、ゲインを上昇させる能力は限られ、乗り手は「鈍い」または「いい加減な」輸送車応答を経験する。
【００６９】
Ａ側およびＢ側プロセッサ１３５および１４５（図２に示す）の各々によって生成されるモータコマンドが図１０のステップ７２５で比較される。コマンドが所定量より大きく異なった場合、プロセッサ故障フラグがセットされて、輸送車用の安全なシャットダウンルーチンが開始される。各々のモータコマンドの相違が所定量以内であった場合、コマンドは平均化されて、ステップ７３０で平均化コマンドがモータ増幅器コントローラに送られる。プログラムは７３５で内部クロックをチェックし、適切なときに実行を７１０に戻す。プログラムループ７１０、７１５、７２０、７２５、７３０および７３５はフレームと呼ばれ、１秒間に少なくとも５回、好適には１秒間に１００回実行される。１００Ｈｚ未満のフレーム実行レートであれば、乗り手には、しっかりしていない、または不安定な輸送車と見える。フレームレートが高いほど、乗り手が知覚する輸送車の安定性は高い。
【００７０】
（位置による閉ループヨー制御）
輸送車のステアリングまたはヨー制御は、ターンコマンドを車輪増幅器に追加することにより達成され、以下のフォームを有する。
【００７１】
ＬｅｆｔＣｍｄ＝ＢａｌＣｍｄ＋ＹａｗＣｍｄ （１）
ＲｉｇｈｔＣｍｄ＝ＢａｌＣｍｄ−ＹａｗＣｍｄ （２）
ＬｅｆｔＣｍｄおよびＲｉｇｈｔＣｍｄはそれぞれ、コントローラによって左および右のモータ増幅器に送られるコマンドである。ＬｅｆｔＣｍｄおよびＲｉｇｈｔＣｍｄは、電圧が電圧制御モードにある場合は電圧を表し、増幅器が電流制御モードにある場合は電流を表し、増幅器がデューティサイクル制御モードにある場合はデューティサイクルを表す。ＢａｌＣｍｄは、輸送車の移動中または休止中に輸送車を平衡のとれた状態に維持するために、コントローラによって各増幅器に送られるコマンドである。ＹａｗＣｍｄは、車輪の１つに対するコマンドを低減し且つ他の車輪に対するコマンドを増加させることによって、輸送車をターンさせる。たとえば、正のＹａｗＣｍｄは、左の車輪に対するコマンドを増加させる一方で右の車輪に対するコマンドを低減させ、それにより輸送車に右のターンをさせる。ＹａｗＣｍｄは、フィードバックループなしで、上述したヨー入力デバイスによって生成される。
【００７２】
ヨーコントローラは、輸送車をステアリングさせることに加えて、遷移時のヨー外乱に対して比較的感度が低い。ヨー外乱の一例は、車輪の１つが小さい障害物または隆起を越えて移動することである。障害物に出くわした車輪は速度を落とし、他方の車輪は元の速度を維持する。これにより、輸送車は障害物の方向にターンする。移動の方向が突然コマンドによらずに変更されることは、いかなる輸送車デバイスにおいても望ましくない。好適な実施形態では、閉ループヨーコントローラが以下の式による制御則を実行する。
【００７３】
ＹａｗＣｍｄ＝ｋ_ｐΨ_{ｅｒｒｏｒ}＋ｋ_ｄΨ’_{ｅｒｒｏｒ} （３）
上記式において、Ψ_{ｅｒｒｏｒ}は、（Ψ_{ｄｅｓｉｒｅｄ}−Ψ）によって与えられ、Ψ’_{ｅｒｒｏｒ}は、（Ψ'_{ｄｅｓｉｒｅｄ}−Ψ’）によって与えられる。Ψ’は、Ψ’＝ｃ・（ω_Ｒ−ω_Ｌ）によって与えられるヨーレートである。Ψは、
【００７４】
【数１】

によって与えられるヨーである。ｋ_ｐ、ｋ_ｄ、およびｃは定数であり、ω_Ｒおよびω_Ｌはそれぞれ、右および左車輪の角速度である。所望のヨーレートであるΨ'_{ｄｅｓｉｒｅｄ}および所望のヨーであるΨ_{ｄｅｓｉｒｅｄ}は、コントローラまたは乗り手によって提供され得る。輸送車は、ｋ_ｄに大きい値を選択することによりヨー外乱に対して比較的感度を低くし得る。ｋ_ｄが大きければ、小さいヨーレートエラーでも大きいＹａｗＣｍｄが生成され、これが輸送車の外乱誘導ターンに対抗するように作用する。しかしｋ_ｄが大きすぎると、輸送車はヨーの不安定性に対して弱くなる。ヨーの不安定性は、部分的には、車輪の機械特性および左の車輪と右の車輪との連結挙動に依存する。
【００７５】
ゲインｋ_ｐは、ヨー位置エラーを訂正するために用いられる。アクチュエータ駆動方法（電流モード、電圧モード、またはデューティサイクルモード）によっては、ｋ_ｐは、外乱力によって導入されるヨーエラーを低減する際に、より重要になったりさほど重要ではなくなったりする。
【００７６】
一実施形態では、左右の車輪用のヨー制御則が変更されて、ヨーレート動的変数Ψ’＝ｃ・（ω_Ｒ−ω_Ｌ）が、それぞれ左右の車輪の角速度ω_Ｒまたはω_Ｌに置き換わる。ヨー制御則においてヨーレートの代わりに車輪の速度を用いることにより、左右の車輪の連結が取り除かれる。これによりダンピングゲインｋ_ｄをより高い値に設定することが可能になり、ヨー制御はより硬くなる。しかし、車輪の機械特性によってｋ_ｄに上限が設けられ、したがって輸送車のヨーの剛性も制限される。
【００７７】
上述したように、モータ増幅器１３２、１３３、１４２および１４３は好適には、電圧制御モードで動作する。上述したように、電圧制御は、モータがほとんど瞬間的にフィードバックループを提供することを可能にし、それにより、遷移イベント中の車輪の速度がモータのｂａｃｋ−ｅｍｆにより維持される。電圧を制御することの影響は、ｋ^２ω／Ｒに比例する項がヨー制御則に追加されることである。ｋおよびＲは、図５を参照して上述したようにモータ特性を表し、ωは、左右のヨー制御則の左右の車輪の速度を表す。
【００７８】
（牽引制御）
上述したように、コントローラは、電力増幅器および車輪モータを介して車輪トルクまたは車輪速度のいずれかを指揮することにより輸送車を動的に平衡化された状態に維持する。以下、車輪トルクまたは車輪速度をまとめて車輪トルクと呼ぶ。コントローラは、慣性参照デバイスを介して輸送車の姿勢をモニタし、平衡を維持するように車輪トルクを調整する。車輪コマンドと輸送車の姿勢との関係は、特に車輪と支持構造の表面との間の牽引に依存する。以下、支持構造の表面を地面と呼ぶ。車輪に対する、指揮されたトルクが、車輪と地面との間の摩擦分離力を超えた場合、車輪はスリップして、輸送車を平衡化された状態に維持するコントローラの性能に悪影響を与える。第１のタイプの牽引の喪失（以下、「タイプＩ」牽引喪失と呼ぶ）は、乗り手が車輪および地面の局部状態が許すよりも高速で加速（または減速）しようとした場合に起こり得る。第２のタイプの牽引の喪失（以下、「タイプＩＩ」と呼ぶ）は、輸送車が地面上の滑らかな場所、たとえば黒氷などに出くわしたとき、または輸送車が地面との接触を失ったとき、たとえば、傾いている道で輸送車が地面から離れたときに起こり得る。両方のタイプの牽引の喪失において、車輪は、スリップすると加速する。
【００７９】
図１１は、本発明の実施形態による牽引制御方法を示すフロー図である。コントローラは、車輪速度を常にモニタし、８１０で車輪の加速度Ａ_Ｗを演算する。コントローラはさらに、８２０において反転車輪慣性Ｊ_Ｗを推定する。これは、前のステップ８１０からの車輪の加速度を、上述した平衡化ルーチンから提供された指揮されたトルクで除算することにより行われる。本発明者らは、反転車輪慣性は、タイプＩの牽引喪失とタイプＩＩの牽引喪失とを区別することができる車輪特性であることを発見した。演算された車輪の加速度は、８３０で所定値Ａ_ＭＡＸと比較される。所定値は、牽引喪失の加速特性に対応し、簡単に決定可能な様式で輸送車特性に依存する。Ａ_ＷがＡ_ＭＡＸよりも大きい場合、コントローラは８３５でフラグをセットしてスリップ状態を示す。コントローラは８４０でフラグをチェックする。フラグがセットされていない場合、コントローラは以下に述べるトルクねじりルーチン８７０を実行する。フラグがセットされていてスリップ状態が示されている場合、コントローラはスリップする車輪が惰性で回転することを可能にする。このことは、モータ増幅器をディセーブルにしてスリップする車輪を指揮することにより達成され得る。本発明の好適な実施形態では、コントローラは８５０でトルクオフセットをトルクコマンドの負数に設定し、モータ増幅器に送られるトルクオフセットとトルクコマンドとの和がゼロになるようにする。これにより、車輪は自由に回転することができ、車輪の加速度は低減する。本発明の別の実施形態では、トルクオフセットが、トルクオフセットとトルクコマンドとの和がトルクコマンドよりも小さくなるような値に設定される。
【００８０】
コントローラは８６０で、反転車輪慣性Ｊ_Ｗを所定値Ｊ_ｍｉｎと比較する。Ｊ_ＷがＪ_ｍｉｎより小さければ、コントローラは８６５でスリップフラグをクリアする。反転車輪慣性項が、スリップ状態をクリアするために用いられる。なぜなら反転車輪慣性項は、タイプＩおよびタイプＩＩの牽引喪失を区別することができるからである。たとえば、車輪が表面との接触を喪失すると、Ｊ_Ｗは非常に大きくなる。なぜなら、慣性モーメントは車輪のみを含み、したがって非常に小さいからである。逆に車輪が地面との接触を維持すると、Ｊ_Ｗは小さくなる。なぜなら、慣性モーメントは輸送車全体を含み、したがって大きいからである。
【００８１】
８７０で、トルクオフセットはデクリメントされる、すなわちゼロにスルーイングされる。これにより、輸送車がスリップ状態から回復した後に、乗り手にとってよりスムーズな遷移が可能になる。
【００８２】
（ゼロへの減速）
上述したように、乗り手は体を倒すことによって輸送車の前後方向の動きを制御し得る。しかし、乗り手がその状況に反応することができる前に、輸送車が安全に停止しなければならないことがある。たとえば、平衡コントローラによって用いられている部品が故障した場合、コントローラは動的に平衡化された状態で輸送車を移動させ続けることはできないかもしれない。部品の故障が検出された場合、コントローラによってゼロへの減速ルーチンが実行され、輸送車を自動的に停止させる。これにより、コントローラが動的平衡を維持する性能を失う前に乗り手は輸送車から降りることができる。
【００８３】
図１２は、ゼロへの減速ルーチンのフロー図である。このルーチンは、コントローラフレーム毎に９１０で開始される。９２０で致命的な故障が検出されなければ、ルーチンは９３０で終了する。致命的な故障とは、平衡コントローラに影響を与え得る様々な状況のいずれかであり得る。たとえば、バッテリ不足、ＣＰＵ／ＲＡＭ故障、モータ巻線がオープンである状態、モータ巻線が短絡した状態、または傾きセンサの故障は、致命的な故障のうちの１つに関連付けられた部品に対して冗長性が失われておりコントローラが輸送車を停止させるべきであることを示す。他の故障、たとえばバッテリ過熱またはモータ過熱は、その部品がいまにも故障しそうであることを示し得、さらに輸送車を減速して停止させるためにルーチンを開始するために用いられ得る。
【００８４】
輸送車は、移動速度を制限する機能を有しており、この機能は米国特許第５，７９１，４２５号に記載されている。米国特許第５，７９１，４２５号は参考のため本明細書に援用される。９３０で致命的な故障が検出されると、コントローラは９４０で、故障が検出されたときの制限速度をゼロまでスルーイングすることにより輸送車を停止させる。当業者であれば、スルーイングとは、変数を元の値から最終的な値にいくつかのコントローラフレームに亘って段階的に変更する過程であることを理解する。各コントローラフレームが時間間隔に対応しているため、スルーイングが完了するまでのフレームの数は輸送車を停止させるまでに要する時間に対応する。停止に要する時間は、いくつかの輸送車依存要素および乗り手の快適さに依存する。たとえば、輸送車が突然停止すると、乗り手はその突然の予期しない停止を不快に感じるかもしれない。逆に停止に要する時間が非常に長いと、バックアップ部品が故障する可能性が高まり得る。別の実施例では、停止に要する時間は、輸送車で用いられている特定のセンサの特性に基づき得る。本発明の一実施形態では、ジャイロスコープのドリフトを訂正するために傾きセンサが用いられる。傾きセンサが故障しても、ジャイロスコープから提供される情報は、ジャイロスコープのドリフトが、輸送車を動的に平衡化された状態に維持するコントローラの性能に悪影響を与えるエラーを生み出すまでは、平衡コントローラにとって適切なものであり得る。ジャイロスコープが低いドリフトレートを有する場合、情報は、より長い期間適切であり得、停止に要する時間は比較的長くてもよい。逆にジャイロスコープが高いドリフトレートを有する場合、停止に要する時間は短くなければならない。本発明の一実施形態において、停止に要する時間は１秒から１０秒の間であり、好適には２秒から４秒の間である。
【００８５】
特定の故障状態の場合、ゼロへの減速ルーチンは、残りの故障していない部品へのコマンドをも調整し得、それにより故障した部品を補償する。たとえば、モータ巻線が故障した場合、モータは動作し続けるがその電力は半分にすぎない。モータの１つの速度が突然低減すると、輸送車は突然ターンする。このような突然をターンを防止するために、モータの動作巻線に対するコマンドが２倍にされて、故障した巻線を補償する。しかし、残りのモータ巻線に対するコマンドを２倍にすると、モータ増幅器の動作限度を越えて増幅器が故障するかもしれない。モータ増幅器がその動作限度を越えて機能し得ることが予測される期間が、停止に要する時間を決定し得る。
【００８６】
輸送車は、車輪に外部からの逆トルクを付与するデバイスを有しているという意味ではブレーキを必要としない。なぜなら、コントローラおよびモータ増幅器が直接車輪の位置を制御するからである。上述したように、輸送車の前後方向の動きは、乗り手の体を傾けることによって制御される。したがって乗り手は、停止したければ、移動している輸送車とは逆の方向に単に体を傾ける。乗り手の動作は歩行者が行うような自然な動きであるが、動力による車両を動作することに慣れている乗り手は、輸送車の速度を落とすためにはブレーキを用いると予想し、予期しない状況では、単に後ろに体を傾けるよりも本能的にブレーキに手を伸ばすことがあり得る。
【００８７】
本発明の一実施形態では、ブレーキコントロールがハンドルバーコントロールに組み込まれている。ブレーキコントロールは、単純な２状態デバイスであり得る。この場合、オン／オフスイッチまたはスイッチが、乗り手の入力に比例する信号を生成する比例デバイスであり得る。ブレーキスイッチを作動すると、コントローラは上述したゼロへの減速ルーチンを、以下の変更を加えて実行する。９２０での「故障状態」がブレーキスイッチの作動に対応する。この場合故障は平衡コントローラによって用いられる部品ではないため、停止に要する時間（スルーイング過程のためのプロセッサフレームの数）は、乗り手にとって、より快適なレートまで増加され得る。一実施形態では、停止に要する時間は、５秒と１０秒との間である。
【００８８】
ブレーキコントロールが圧力センサなどの比例デバイスである場合、減速レートは、乗り手がブレーキコントロールに圧力を付与することにより制御され得る。乗り手が高圧力を付与すると、スルーイングフレームの数が減少することにより減速レートが上昇する。逆に、付与された圧力が低いと、スルーイングフレームの数が増加することにより減速レートが低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、個人用車両上で立つ位置にある対象者を支持するため、または、運ぶための、安定した静的位置を欠いた個人用車両の側面図である。
【図２】 図２は、本発明の実施形態のシステムアーキテクチャのブロック図を示す。
【図３】 図３は、上カバーを取り除かれた動力源の平面図を示す。
【図４】 図４は、本発明の実施形態の動力駆動モジュールのブロック図である。
【図５】 図５は、モータの電気的モデルである。
【図６ａ】 図６ａは、本発明の実施形態に従う乗り手検出器の平面図を示す。
【図６ｂ】 図６ｂは、図６ａの実施形態の断面図を示す。
【図７】 図７は、本発明の実施形態に従うヨー入力デバイスの分解図を示す。
【図８ａ】 図８ａは、本発明の実施形態に従う、エラストマーダンパー付ヨー入力デバイスの断面上面図であり、エラストマーダンパー付ヨー入力デバイスが緩んだ位置で図示されている。
【図８ｂ】 図８ｂは、変形した位置で図示されている、図８ａのヨー入力デバイスの切断面の上面図である。
【図８ｃ】 図８ｃは、本発明の実施形態に従う、個人用輸送車のハンドルバーに結合された図８ａのヨー入力デバイスの背面図および平面図である。
【図８ｄ】 図８ｄは、本発明の実施形態に従う、個人用輸送車のハンドルバーに結合された図８ａのヨー入力デバイスの背面図および平面図である。
【図９ａ】 図９ａは、本発明の実施形態に従う、個人用輸送車のハンドルバーを用いて実施されている、休止状態のパームステアリング（ｐａｌｍ ｓｔｅｅｒｉｎｇ）デバイスを示す。
【図９ｂ】 図９ｂは、本発明の実施形態に従う、個人用輸送車のハンドルバーを用いて実施されている、起動状態のパームステアリングデバイスを示す。
【図１０】 図１０は、本発明の実施形態に従う、制御プログラムの論理フロー図である。
【図１１】 図１１は、本発明の実施形態に従う、牽引制御のフロー図である。
【図１２】 図１２は、本発明の実施形態に従う、ゼロへと減速するためのフロー図である。

Claims (50)

1. 平衡個人用輸送車の動作を制御する方法であって、該平衡個人用輸送車は、制御変数に部分的に基づいて、該平衡個人用輸送車の動きを制御するコントローラを有し、該方法は、
   （ａ）故障条件を検出するステップと、
   （ｂ）該制御変数の目標値を設定するステップと、
   （ｃ）該目標値の方向に特定の増分で該制御変数を調節するステップと、
   （ｄ）該制御変数が目標値に等しくなるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップと
   を包含する、方法。
2. 前記目標値は、ゼロである、請求項１に記載の方法。
3. 前記制御変数は、前記平衡個人用輸送車の速度である、請求項１に記載の方法。
4. 前記故障条件は、モータ巻線の開放（ｏｐｅｎ）である、請求項１に記載の方法。
5. 前記故障条件は、ブレーキスイッチの閉鎖（ｃｌｏｓｅｄ）である、請求項１に記載の方法。
6. 平衡個人用輸送車の動作を制御するシステムであって、
   該システムは、
   （ａ）故障条件信号を生成する故障検出回路と、
   （ｂ）ｉ． 制御変数に部分的に基づいて該平衡個人用輸送車の動きを制御し、
   ｉｉ． 該故障条件信号を受け取り、
   ｉｉｉ． 目標値を設定し、
   ｉｖ． 該目標値の方向に特定の増分で所望の制御変数を調節し、
   ｖ．該所望の制御変数が該目標値に等しくなるまでステップｉ．〜ｉｖ．を繰り返すコントローラと
   を含む、システム。
7. 平衡個人用輸送車の動作を制御する方法であって、
   該方法は、
   （ａ）単軸スタビライザを初期化することと、
   （ｂ）３軸スタビライザの初期化を開始することと、
   （ｃ）該平衡個人用輸送車が使用の準備を整えたことを乗り手に通知することと、
   （ｄ）該平衡個人用輸送車の動作を許可することと、
   （ｅ）該３軸スタビライザの初期化を完了することと、
   （ｆ）該平衡個人用輸送車の制御のために該３軸スタビライザを用いることと
   を包含する、方法。
8. 平衡個人用輸送車であって、
   （ａ）単軸スタビライザと、
   （ｂ）３軸スタビライザと、
   （ｃ）該平衡個人用輸送車が使用の準備を整えたことを該平衡個人用輸送車のユーザに通知し、該平衡個人用輸送車の動作を許可する手段と
   を含み、
   該平衡個人用輸送車は、該３軸スタビライザを初期化している間に該平衡個人用輸送車の制御のために該単軸スタビライザを用い、該３軸スタビライザの初期化が完了した後に該平衡個人用輸送車の制御のために該３軸スタビライザを用いる、平衡個人用輸送車。
9. 前記単軸スタビライザは、固体ジャイロスコープを含む、請求項８に記載の平衡個人用輸送車。
10. 前記単軸スタビライザは、傾きセンサを含む、請求項８に記載の平衡個人用輸送車。
11. 前記単軸スタビライザは、前記平衡個人用輸送車のピッチ方向に対するスタビライザである、請求項８に記載の平衡個人用輸送車。
12. 前記３軸スタビライザは、少なくとも３つの固体ジャイロスコープを含む、請求項８に記載の平衡個人用輸送車。
13. 前記３軸スタビライザは、少なくとも１つの傾きセンサを含む、請求項８に記載の平衡個人用輸送車。
14. 前記３軸スタビライザは、前記平衡個人用輸送車のピッチ、ヨーおよびロールに対するスタビライザである、請求項８に記載の平衡個人用輸送車。
15. ２つの車輪が付いた動的に平衡化された平衡個人用輸送車のベース上に乗り手が存在することを検出する乗り手検出器であって、
    該検出器は、
    （ａ）該平衡個人用輸送車のベースを覆うマットであって、
    ｉ．該ベースに取り付けられたマットエッジと、
    ｉｉ．底部および上部を有するマット壁であって、該底部は該マットエッジに取り付けられた、マット壁と、
    ｉｉｉ．上面および底面を有するマットカバーであって、該マット壁に取り付けられ、かつ、該ベース上方で支持されたマットカバーと
    を含むマットと、
    （ｂ）該ベースに上に備え付けられ、かつ、該マットカバーの該底面下方に置かれたスイッチであって、該マットカバーが移動されて該スイッチと接触するとき、第１の状態から第２の状態へ変化するスイッチと
    を含む、乗り手検出器。
16. 前記マットカバーの前記底面下に配置された剛体板をさらに含む、請求項１５に記載の乗り手検出器。
17. 乗り手を含む荷重を輸送する平衡個人用輸送車であって、
    （ａ）該乗り手を支持するプラットフォームと、
    （ｂ）該プラットフォームが備え付けられた地面接触モジュールであって、基盤表面上において該乗り手を所望の動きで進ませる、地面接触モジュールと、
    （ｃ）該平衡個人用輸送車上に該乗り手が存在することを決定する乗り手検出器と、
    （ｄ）該乗り手検出器に結合されたスイッチであって、該平衡個人用輸送車上に該乗り手が存在しない場合に、該平衡個人用輸送車の特定の安全装置機能をトリガするスイッチと
    を含む、平衡個人用輸送車。
18. 前記乗り手検出器は、前記安全スイッチに機械的に結合された部材であり、該部材は、動作位置および非動作位置を有し、該部材は、前記平衡個人用輸送車から前記乗り手が不在となる場合に該非動作位置にあり、該平衡個人用輸送車上に該乗り手が存在する場合に該動作位置に移動可能である、請求項１７に記載の平衡個人用輸送車。
19. 前記部材は、前記平衡個人用輸送車上に配置されたプレートであって、前記乗り手の足を受けるためのプレートを含み、該プレート上に足を置くことにより該部材を前記動作位置に移動させる、請求項１８に記載の平衡個人用輸送車。
20. 前記乗り手検出器は、電子的である、請求項１７に記載の平衡個人用輸送車。
21. 前記乗り手検出器は、半導体デバイスを含む、請求項１７に記載の平衡個人用輸送車。
22. （ｅ）該地面接触モジュールに結合された動力付き駆動構成をさらに含み、
    該動力付き駆動構成は、電力が供給されている場合において、前記乗り手検出器が前記平衡個人用輸送車上に前記乗り手が存在することを決定しない場合には、該平衡個人用輸送車を自動的に平衡化し、静止状態にする動作を引き起こす、請求項１７に記載の平衡個人用輸送車。
23. 平衡個人用輸送車を制御する方法であって、該平衡個人用輸送車は、乗り手を支持するプラットフォームを含み、該プラットフォームは、地面接触モジュールに備え付けられており、該地面接触モジュールは、基盤表面上において該乗り手を所望の動きで進ませ、
    該方法は、
    ａ．乗り手検出器を用いて、該平衡個人用輸送車上に乗り手が存在することを決定することと、
    ｂ．該乗り手検出器が該平衡個人用輸送車上に乗り手が存在することを決定しない場合に、該平衡個人用輸送車の特定の安全装置機能をトリガすること
    を包含する、方法。
24. 前記乗り手検出器は、動作位置および非動作位置を有する部材であり、該部材は、前記平衡個人用輸送車から前記乗り手が不在となる場合に該非動作位置にあり、該部材は、前記プラットフォーム上に該乗り手が存在する場合に該動作位置に移動可能である、請求項２３に記載の方法。
25. 前記部材は、前記平衡個人用輸送車上に配置されたプレートであって、前記乗り手の足を受けるためのプレートを含み、該プレート上に足を置くことにより該部材を該動作位置に移動させる、請求項２４に記載の方法。
26. ｃ．前記地面接触モジュールに結合された動力付き駆動構成を動作させることをさらに包含し、
    該動力付き駆動構成は、電力が供給されている場合において、前記乗り手検出器が前記平衡個人用輸送車上に前記乗り手が存在することを決定しない場合には、該平衡個人用輸送車を自動的に平衡化し、静止状態にする動作を引き起こす、請求項２３に記載の方法。
27. 平衡個人用輸送車であって、
    （ａ）乗り手を支持するベースと、
    （ｂ）表面の上方で該ベースを支持する側方に配置された一対の車輪と、
    （ｃ）該一対の車輪を駆動する動力付き駆動部と、
    （ｄ）該ベースに結合されたピッチセンサであって、該平衡個人用輸送車のピッチを示す信号を生成するピッチセンサと、
    （ｅ）該平衡個人用輸送車のピッチにのみ基づいて該動力付き駆動部に命令するコントローラと
    を含む、平衡個人用輸送車。
28. 平衡個人用輸送車を制御する方法であって、該平衡個人用輸送車は、動力付き駆動部と、側方に配置された二つの車輪と、ピッチセンサとを有し、該方法は、
    （ａ）該平衡個人用輸送車のピッチを該ピッチセンサから決定することと、
    （ｂ）該平衡個人用輸送車のピッチのみに基づいてコマンド信号を生成することと、
    （ｃ）該コマンド信号を該動力付き駆動部に伝送することと
    を包含する、方法。
29. 前記生成するステップに続いて、
    （ａ）前記ピッチセンサによって決定された前記ピッチに基づいて前記平衡個人用輸送車のピッチ速度を推定するステップと、
    （ｂ）該推定されたピッチ速度のみに基づいて前記コマンド信号を修正するステップと
    をさらに包含する、請求項２８に記載の方法。
30. ハンドルバーを有する動力付き平衡個人用車両用のステアリングデバイスであって、
    （ａ）該ハンドルバーに結合された回転センサであって、回転するとステアリングコマンドを生成する回転センサと、
    （ｂ）該回転センサに回転運動を分け与える回転可能なグリップと、
    （ｃ）該グリップが解放されると、中立位置に該回転可能なグリップを回復するねじりばねと
    を含む、ステアリングデバイス。
31. 前記回転センサは、ポテンショメータである、請求項３０に記載のステアリングデバイス。
32. ユーザ支持部を有する動力付き平衡個人用車両用のステアリングデバイスであって、
    （ａ）該ユーザ支持部に対して固定された構造に結合された回転センサであって、回転を感知するとステアリングコマンドを生成する回転センサと、
    （ｂ）該回転センサに結合された可撓性シャフトと、
    （ｃ）該回転センサによって測定された回転を提供するような態様で、該可撓性シャフトに曲げを分け与える親指用ボタンと、
    （ｄ）該可撓シャフトの曲げに抵抗する力を提供するばね部材と
    を含む、ステアリングデバイス。
33. 前記ばね部材は、弾力性のある核を囲む金属のさやを含む、請求項３２に記載のステアリングデバイス。
34. 基盤表面上において、進行方向への輸送を提供する動力付き平衡個人用車両用のステアリングデバイスであって、該動力付き平衡個人用車両は、ユーザがグリップするハンドルバーを有し、
    該ステアリングデバイスは、
    （ａ）該ハンドルバーと実質的に面一である上面を有するレバーであって、該レバーは、ユーザの手の平によって旋回軸の周りを移動可能であり、該旋回軸は、該基盤表面に対して実質的に平行であり、かつ、該平衡個人用車両の該進行方向に実質的に平行である、レバーと、
    （ｂ）中立位置からの該レバーの動きに対抗する回復部材と、
    （ｃ）該中立位置からの該レバーの動きを感知し、該動きに応答して、ステアリングコマンドを生成するセンサと
    を含む、ステアリングデバイス。
35. 前記センサは、前記旋回軸の周りの前記レバーの回転を感知する回転センサである、請求項３４に記載のステアリングデバイス。
36. 前記センサは、前記旋回軸の周りの前記レバーの回転を感知する圧力センサである、請求項３４に記載のステアリングデバイス。
37. 平衡個人用輸送車の動作を制御する方法であって、
    該方法は、
    （ａ）車輪の加速度と予め設定された特定の値とを比較することと、
    （ｂ）該車輪の加速度に基づいて滑り条件フラグを設定することと、
    （ｃ）該滑り条件フラグに基づいて該車輪に加えられたトルクを減少させることと、
    （ｄ）該車輪の動特性値を決定することと、
    （ｅ）該車輪の動特性値に基づいて該滑り条件フラグをクリア（ｃｌｅａｒ）にすることと
    を包含する、方法。
38. 前記動特性は、慣性モーメントである、請求項３７に記載の方法。
39. 前記動特性は、慣性モーメントの逆数である、請求項３７に記載の方法。
40. 前記動特性を決定するステップは、前記車輪に加えられる命令されたトルクで前記加速度を除算することを包含する、請求項３７に記載の方法。
41. 前記車輪に加えられた前記トルクを減少させるステップは、ゼロまでトルクを減少させることを包含する、請求項３７に記載の方法。
42. 前記車輪に加えられたトルクを減少するステップは、該トルクを除々にスルーイングすることを包含する、請求項３７に記載の方法。
43. （ａ）車輪の速度をモニタリングするセンサと、
    （ｂ）車輪の速度変化に基づいて車輪の加速度を演算する微分器と、
    （ｃ）該車輪の加速度と予め設定された値とを比較し、滑り条件フラグを設定する比較器と、
    （ｄ）該滑り条件フラグがクリアになるまでトルクが減少され続けるように、該車輪に加えられた任意のトルクを減少させるコントローラと
    を含む、平衡個人用輸送車。
44. 平衡個人用輸送車の動作を制御する方法であって、該平衡個人用輸送車は、通常の動作で地面と接触する正確に二つの車輪と、フレームレートによって特徴付けられる平衡コントローラと、電気モータとを有し、該電気モータは、該正確に二つの車輪のうちの一つに電力を結合するシャフトを駆動し、該シャフトは、瞬間的なシャフト速度によって特徴付けられ、
    該方法は、
    （ａ）第一の帯域幅によって特徴付けられる内部ループを用いて電力ステージの出力を制御することと、
    （ｂ）該電力ステージの出力に応答して、該シャフト速度に実質的に比例した信号を生成することと、
    （ｃ）該フレームレートに等しく、かつ、該第一の帯域幅の３分の１より小さいレートで、該シャフト速度信号と該平衡個人用輸送車の特定の速度とに少なくとも基づいて電圧コマンド信号を演算することと、
    （ｄ）該電圧コマンド信号に基づいて該モータに印加された電圧を制御することと
    を包含する、方法。
45. ユーザ入力デバイスを用いて、前記平衡個人用輸送車の特定の速度を提供するステップをさらに包含する、請求項４４に記載の方法。
46. 前記シャフト速度に実質的に比例した信号を生成するステップは、シャフト位置センサからの信号を微分することを包含する、請求項４４に記載の方法。
47. 平衡個人用輸送車であって、
    （ａ）該平衡個人用輸送車の車輪を駆動するシャフトを有するモータと、
    （ｂ）電力を該モータに供給するモータ増幅器であって、内部ループ帯域幅によって特徴付けられるレートで制御されるモータ増幅器と、
    （ｃ）該シャフトの角速度を測定し、シャフト速度信号を提供するシャフトフィードバックセンサと、
    （ｄ）命令された車両速度の詳細を受け取るユーザ入力と、
    （ｅ）該内部ループ帯域幅の３分の１より小さいレートで、該シャフト速度信号と該命令された車両速度とに少なくとも基づいて電圧コマンド信号を演算するコントローラと、
    （ｆ）該電圧コマンド信号に基づいて電圧を該モータに印加する増幅器と
    を含む、平衡個人用輸送車。
48. 平衡個人用輸送車の動作を制御する方法であって、該平衡個人用輸送車は、側方に配置された正確に二つの車輪を有し、各車輪は、モータによって作動され、各モータは、モータ増幅器によって駆動され、
    該方法は、
    （ａ）該平衡個人用輸送車の平衡要求に基づいて、モータ増幅器へのコマンドを演算することと、
    （ｂ）特定の動き方向に基づいて、該モータ増幅器へのコマンドを増加させることと、
    （ｃ）前記増加されたコマンドに部分的に基づいて増幅器出力を生成することと、
    （ｃ）該増幅器出力を感知することと、
    （ｄ）該増幅器出力に基づいて該コマンドを修正することと、
    （ｅ）該増幅器出力を車輪モータに印加することと
    を包含する、方法。
49. 前記増幅器出力は、電圧である、請求項４７に記載の方法。
50. （ａ）各車輪の速度を感知するステップと、
    （ｂ）前記車輪の速度に基づいて二つの車輪増幅器の各々へのコマンドを修正するステップと
    をさらに包含する、請求項４８に記載の方法。

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