JP4576825B2 - 電動スク−タの駆動制御装置およびそれを備えた電動スクータ - Google Patents

Description

本発明は、電動スク−タの駆動制御装置およびそれを備えた電動スクータに関する。

従来の電動スクータの駆動制御装置は、例えば、図６に示すようなものがある。図６は従来の電動スクータの駆動制御装置を示すブロック図である。
図６において、 ３１はアクセル、３２は制御装置、３３はモータ駆動回路、３４は電源、３５はモータである。このような構成において、該電動スクータの駆動制御装置は、足下やハンドル部等に設置されたアクセル３１の操作量が制御装置３２に入力され、制御装置３２がモータ駆動回路３３をコントロールすることにより電源３４からモータ３５に供給される電力を調節するようになっている。
また、この種の電動スクータの類として、キックボードを利用して、人力、電力両用で、走行が安全かつ電力を効率よく利用することが可能な動力付きキックボードの駆動制御装置が提案されており、該装置は運転者が先に人力によりキックボードを押して始動した後、制御装置が起動し、モータに電力が供給されるものもある（例えば、特許文献１を参照）。
また、倒立振子の動作を電動スクータに適用し、運転者の傾斜を元の状態、いわゆる重力に対して釣合う鉛直方向に戻そうとする制御を行うものもある（たとえば、特許文献２を参照）。
このように、従来の電動スクータの駆動制御装置は、アクセルの操作量を検出してスク−タの出力を制御するものか、あるいは倒立振子の動作を電動スク−タに適用して直立状態を保とうとするものである。
実用新案登録第３０８００６８号公報（第３頁、図２） 特表２００３−５０２００２号公報（第４３頁、図３）

しかしながら、従来の電動スクータの駆動制御装置はアクセルの操作量を検出してスクータの出力を制御するものであるが、運転者の前後および左右方向の傾斜を検出する仕組みを持たないので、運転者は加減速時における慣性力および旋回時における遠心力に対し、体を傾斜させてバランスをとらなければ転倒してしまうという問題があった。
また、四輪車などのように転倒はしにくいが、運転者がスク−タの傾斜を操作できない場合は、加減速時の慣性力を前後方向に、旋回時の遠心力を左右方向に受けるので、乗り心地が悪いというような問題もあった。
また、倒立振子の動作を電動スク−タに適用した場合には、該装置は運転者を常に直立した状態に保つように制御を行うため、運転者は倒立振子により体の傾きを戻すような慣性力を常に受けていた。また、該制御手段は、運転者の傾斜に基づいて制御が行われるものであって、運転者の意思に基づいて行われるものではないため、かえって乗り心地を悪化させていた。
また、このような制御では運転者、積載物の重量や重心位置の違いにより操作量と出力されるスクータの加減速力との関係が変化してしまい、運転者が意図したのと異なる動作をしてしまうという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、運転者、積載物の重量や重心位置の違いにより操作量とスクータの加速度および旋回半径の関係が変化することなく操作することができ、乗り心地の悪さを解消することができる電動スクータの駆動制御装置およびそれを備えた電動スクータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、運転者を乗せる車体と、
前記車体の前端に設けられて手で傾斜するハンドルと、
前記車体の底面に設けられて前記車体を支えると共に駆動トルクを持たず自由に回転する
前車輪と、前記車体の底面に設けられた２つの後車輪と、前記車体に設けた前記２つの後車輪を回転させるモータと、前記モータの電源と、前記モータを駆動させるモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路を操作して前記モータの回転角加速度を制御する制御装置と、
前記車体の走行速度を検出する速度センサと、前記車体と前記ハンドルを連結すると共に、運転者は前記車体に立位で乗車し、運転者は自身の胴体と頭部を結ぶ線上に傾斜した体の傾斜方向と平行になるようにハンドルを保持するものとすることにより、前記車体に対して前記ハンドルを運転者の体が傾く方向と一致するよう前後方向と左右方向と自由に回動可能に設けられた連結部と、前記連結部に設けられ、該運転者の前後および左右方向の体の傾きを検出する２軸傾斜センサとを備えた電動スクータの駆動制御装置において、
前記２軸傾斜センサおよび速度センサからの情報に基づいて運転者にかかる重力と前後方向加減速時慣性力と旋回時遠心力の合力の向きが運転者の体の傾斜方向と一致するように加速度指令値と旋回半径指令を生成する指令生成装置を備え、
前記指令生成装置から受け取った加速度指令および旋回半径指令どおりにスクータが動作するように、前記制御装置により前記モータを制御するようにしたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動スクータ駆動制御装置において、前記２軸傾斜センサは、前記連結部に設けられた前記車体と前記ハンドルとの前後および左右方向の傾斜角をそれぞれ検出する角度センサにより構成されることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１〜２のいずれか１項に記載の電動スクータの駆動制御装置を備えた電動スクータであることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、電動スクータの駆動制御装置は、運転者の前後お
よび左右方向の体の傾きを検出する２軸傾斜センサと、該２軸傾斜センサおよび速度セン
サからの情報に基づいて運転者にかかる重力と前後方向加減速時慣性力と旋回時遠心力の
合力の向きが運転者の体の傾斜方向と一致するように加速度指令値と旋回半径指令を生成
する指令生成装置とを設けたので、電動スクータのハンドルの傾斜を検出することにより
、運転者の前後および左右方向の体の傾斜角度を操作量として、スク−タ加速度指令およ
び旋回半径指令を生成することで、加減速時慣性力と旋回時遠心力と重力との合力が運転
者の体の傾斜方向となるようスク−タを容易に制御することができ、乗り心地をよくする
ことができる。
また、請求項２に記載の発明によると、２軸傾斜センサは、連結部に設けられた車体とハンドルとの前後および左右方向の傾斜角をそれぞれ検出する２つの角度センサより構成したので、スクータのハンドル操作に応じて、２つの角度センサにより検出される運転者の前後および左右方向の体の傾斜角度に応じて、加減速時とおよび旋回時における運転者が体を傾斜させてバランスをとる動作とスクータの運転を同時に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施例を示す電動スクータの駆動制御装置のブロック図、図２は本発明の実施例を示す電動スクータ本体の側面図、図３は本発明の実施例を示す電動スク−タ本体の正面図である。
図１乃至図３において、１は２軸傾斜センサ、２は指令生成装置、３は制御装置、４は速度センサ、５は電源、６はモータ駆動回路、７はモータ、８は連結部、９はハンドル、１０Ａは前車輪、１０Ｂは後車輪、１１は車体、１２は前後方向角度センサ、１３は左右方向角度センサである。なお、図２および図３において、２軸傾斜センサ１は前後方向角度センサ１２および左右方向角度センサ１３から構成されており、可変抵抗器またはロータリエンコーダなどを使用している。また、図２および図３において、電源５はバッテリを使用し、モータ７は速度センサ付きのものを使用したものとなっている。
図１および図２において、本電動スク−タは基本的に立って乗車するものであって、運転者を乗せる車体１１の前端には、運転者の手でスク−タの加速度および旋回半径を制御するためのハンドル９が設けられている。該スク−タの車体１１の底面には車体１１を支えると共に駆動トルクを持たず自由に回転する前車輪１０Ａと、２つの後車輪１０Ｂが設けられている。さらに車体１１には後車輪１０Ｂを回転させるモータ７、電源５、モータ７を駆動させるモータ駆動回路６、指令生成装置２および制御装置３が設けられている。

本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、本発明は、車体１１とハンドル９を連結すると共に、車体１１に対してハンドル９を運転者の体が傾いている方向となる前後方向と左右方向の双方向に回動可能に連結部８が設けられると共に、連結部８に設けられた車体１１とハンドル９との前後方向の傾斜角を検出する前後方向角度センサ１２および左右方向の傾斜角を検出する左右方向角度センサ１３よりなる２軸傾斜センサ１を備え、２軸傾斜センサ１と速度センサ４からの情報に基づいて、運転者にかかる重力と前後方向加減速時慣性力と旋回時遠心力の合力の向きが運転者の体の傾斜方向と一致するように加速度指令と旋回半径指令を生成する指令生成装置２を備えた点である。

次に、本実施例の動作について説明する。
図４および図５はそれぞれ本実施例による電動スク−タの本体に運転者が乗車する場合の動作を説明するための側面図と正面図である。運転者は車体１１に立位で乗車する。運転者は自身の胴体と頭部を結ぶ線上に傾斜した体の傾斜方向と平行になるようにハンドル９を保持するものとする。これによりハンドルの傾斜方向は運転者の体の傾斜方向とみなすことができる。前後方向角度センサ１２と左右方向角度センサ１３は、車体１１に垂直な方向からのハンドルの前後および左右方向の角度をそれぞれ検出する。本実施例では、前後方向角度センサ１２と左右方向角度センサ１３が２軸傾斜センサ１の役割を果たす。検出された前後左右の傾斜角と、速度センサ付きのモータ７より得られた速度フィードバック値を元に、指令生成装置２が運転者にかかる重力と加減速時の慣性力の合力の向き、ならびに旋回時時の遠心力と重力との合力の向きがそれぞれ運転者の体の傾斜方向と等しくなるような加速度指令ａと旋回半径指令ｒとを生成する。
指令生成装置２が生成する加速度指令ａは、重力加速度をｇ、２軸傾斜センサにより検出した運転者の前後方向傾斜角度をθとして、ａ＝ｇ×ｔａｎθまたはその近似式であるａ＝ｇ×θにより決定する。また、旋回半径指令ｒは、２軸傾斜センサ１により検出した運転者の左右方向傾斜角度をφ、速度センサにより検出したスク−タの走行速度をｖとして、ｒ＝ｖ^２／（ｇ×ｔａｎφ）またはその近似式であるｒ＝ｖ^２／（ｇ×φ）により決定する。
制御装置３は、指令生成装置２が生成した加減速指令ａと旋回半径指令ｒをモータへの回転角加速度指令に換算し、モータ駆動回路６を介して２つの後車輪１０Ｂを駆動する。加減速指令と旋回半径指令が与えられたとき２つの後車輪１０Ｂへの回転角加速度指令は、左旋回のとき（１）式および（２）式により与えられ、右旋回のとき（３）式および（４）式により与えられる。

ａ_ｌ＝（１−ｗ／２ｒ）／Ｒ×ａ ・・・・・（１）式
ａ_ｒ＝（１＋ｗ／２ｒ）／Ｒ×ａ ・・・・・（２）式
ａ_ｌ＝（１＋ｗ／２ｒ）／Ｒ×ａ ・・・・・（３）式
ａ_ｒ＝（１−ｗ／２ｒ）／Ｒ×ａ ・・・・・（４）式
なお、ここで、ａは加速度指令、ｒは旋回半径指令、ａ_ｌは左後車輪への回転角加速度指令、ａ_ｒは右後車輪への回転角加速度指令、ｗは２つの後車輪の地面との接地点間の距離、Ｒは後車輪半径を示している。

このスク−タは、運転者が体を前に傾けることで前進加速し、目標の速度に達したら運転者が体の傾斜を鉛直に戻すことにより、スク−タは一定の速度で走行する。運転者が体を右に傾けることでスク−タは右旋回し、体を左に傾けることでスク−タは左旋回し、また、体を後方に傾けることにより減速することができる。運転者の体の傾斜を入力とし、加減速時慣性力と旋回時遠心力と重力との合力の向きを運転者の体の傾きに一致させているため、運転者はスク−タの運転操作と加減速時および旋回時のバランス維持を同時に行うことができ、乗り心地もよい。

運転者の体の傾斜を検出してそれに応じて加減速や旋回半径を制御することによって運転者の乗り心地を向上することができ、操作方法を容易にすることができるので、移動手段あるいは荷物運搬手段としてのスク−タやスポーツ用あるいは玩具としてのスク−タの駆動制御という用途にも適用できる。

本発明の実施例を示す電動スクータの駆動制御装置のブロック図 本発明の実施例を示す電動スクータ本体の側面図 本発明の実施例を示す電動スク−タ本体の正面図 本実施例を示す電動スク−タの本体に運転者が乗車する場合の動作を説明するための側面図 本実施例を示す電動スク−タの本体に運転者が乗車する場合の動作を説明するための正面図 従来の電動スク−タの駆動制御装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１ ２軸傾斜センサ
２ 指令生成装置
３ 制御装置
４ 速度センサ
５ 電源
６ モータ駆動回路
７ モータ
８ 連結部
９ ハンドル
１０Ａ 前車輪
１０Ｂ 後車輪
１１ 車体
１２ 前後方向角度センサ
１３ 左右方向角度センサ

Claims (3)

1. 運転者を乗せる車体と、
   前記車体の前端に設けられて手で傾斜するハンドルと、
   前記車体の底面に設けられて前記車体を支えると共に駆動トルクを持たず自由に回転する
   前車輪と、
   前記車体の底面に設けられた２つの後車輪と、
   前記車体に設けた前記２つの後車輪を回転させるモータと、
   前記モータの電源と、
   前記モータを駆動させるモータ駆動回路と、
   前記モータ駆動回路を操作して前記モータの回転角加速度を制御する制御装置と、
   前記車体の走行速度を検出する速度センサと、
   前記車体と前記ハンドルを連結すると共に、運転者は前記車体に立位で乗車し、運転者は自身の胴体と頭部を結ぶ線上に傾斜した体の傾斜方向と平行になるようにハンドルを保持するものとすることにより、前記車体に対して前記ハンドルを運転者の体が傾く方向と一致するよう前後方向と左右方向と自由に回動可能に設けられた連結部と、
   前記連結部に設けられ、該運転者の前後および左右方向の体の傾きを検出する2軸傾斜センサとを備えた電動スクータの駆動制御装置において、
   前記2軸傾斜センサおよび速度センサからの情報に基づいて運転者にかかる重力と前後方向加減速時慣性力と旋回時遠心力の合力の向きが運転者の体の傾斜方向と一致するように加速度指令値と旋回半径指令を生成する指令生成装置を備え、
   前記指令生成装置から受け取った加速度指令および旋回半径指令どおりにスクータが動作するように、前記制御装置により前記モータを制御するようにしたことを特徴とする電動スクータの駆動制御装置。
2. 前記２軸傾斜センサは、前記連結部に設けられた前記車体と前記ハンドルとの前後および左右方向の傾斜角をそれぞれ検出する２つの角度センサにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動スク−タの駆動制御装置。
3. 請求項１〜２のいずれか１項に記載の電動スク−タの駆動制御装置を備えたことを特徴とする電動スク−タ。
   
   

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