JP4792254B2 - 車両の制御装置および車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動スケートボード等の車両の制御装置および車両に関する。より詳細には、本発明は、車両への乗降時、および、乗車中における車両の駆動制御に関する。

従来より、電動式モータを駆動力とする電動式移動体として、電動スケートボード、電動サーフボード、電動車椅子等が知られている。電動式移動体の使用者は、スロットル、ジョイスティック等を利用して手動操作を行うことにより、電動式移動体の速度および加減速の制御、前後進の変更等を行うことができる。

手動操作を必要とする電動式移動体では、使用者は走行時に操作に気を取られがちで快適な走行ができない。そして、手動操作手段を配設すると使用者の乗車位置が制約される。

特許文献１は、使用者の手動操作が不要な電動式移動体を開示している。特許文献１においては、スケートボードの前後に設けられた２つの圧力センサが荷重（使用者の体重）を検出する。そしてこれらの荷重の差に基づいてモータが制御されて車輪が駆動され、スケートボードが前進または後進する。

より具体的には、このスケートボードは、前の圧力センサに加わる荷重が後ろの圧力センサに加わる荷重よりも大きいときには前進し、前の圧力センサに加わる荷重が後ろの圧力センサに加わる荷重よりも小さいときには後進する。そして、前の圧力センサに加わる荷重と後ろの圧力センサに加わる荷重との差が増加すると加速し、減少すると減速する。
特開平１０−２３６１３号公報

使用者はスケートボードへの乗車および降車に熟練を要するため、スケートボードを容易に使いこなすことはできない。すなわち安全に使用できるようになるまでには相当時間がかかる。熟練を要する理由は、手動操作が不要な従来のスケートボードは乗降時に使用者の意思に反して動作するためである。

例えば、使用者が両足をボードに乗せて走行している状態で停止しようとして後ろ側の足を降ろすと、スケートボードは使用者の意思に反して加速する。後ろの圧力センサに加わる荷重のみがなくなり、前後の圧力センサに加わる荷重差が増加するからである。そのため、使用者は片足を降ろしてスケートボードを停止させることが困難となる。

また、スケートボードが停止した状態で使用者が片足をボードの前に乗せると、スケートボードが急に発進する。前の圧力センサに加わる荷重のみが増加し、前後の圧力センサに加わる荷重の差が増加するからである。

本発明の目的は、使用者が容易かつ安全に車両に乗車および降車できるよう車両を制御することである。

本発明による制御装置は、車両を制御する際に利用される。前記車両は、使用者が乗車する本体部と、前記本体部を移動させるための動力を発生させる動力発生部と、前記本体部に与えられた荷重に応じた荷重値を出力する第１センサおよび第２センサとを有している。前記制御装置は、前記第１センサによって検出された第１荷重値、および、前記第２センサによって検出された第２荷重値に基づいて荷重の偏りを計算し、前記偏りに応じた指令値を出力する演算部と、前記指令値に基づいて前記動力発生部を制御する駆動部とを備えている。

前記演算部は、前記第１センサおよび前記第２センサの中央位置を基準としたときの荷重の偏りを計算してもよい。

前記演算部は、前記第１荷重値および前記第２荷重値との合計に対する第１荷重値および第２荷重値の少なくとも一方の割合を、前記偏りとして計算してもよい。

前記制御装置は、前記割合と前記指令値との対応関係を規定したマップを格納した記憶部をさらに備えていてもよい。前記演算部は、計算によって得られた前記割合および前記マップに基づいて前記指令値を取得してもよい。

前記制御装置は、前記本体部の走行状態を検出する状態検出部をさらに備えていてもよい。前記記憶部は、第１移動方向に対する第１マップ、および、前記第１移動方向とは異なる第２移動方向に対する第２マップを格納しており、前記演算部は、検出された走行状態のうちの移動方向に基づいて前記第１マップおよび前記第２マップを切り換えて、計算によって得られた前記割合および選択したマップに基づいて前記指令値を取得してもよい。

前記演算部は、前記割合と前記指令値との関係式を予め保持しており、計算によって得られた前記割合および前記関係式に基づいて前記指令値を取得してもよい。

前記制御装置は、出力された指令値、および、指令値の変化許容量を示すしきい値を格納する記憶部をさらに備えていてもよい。前記演算部は、計算によって得られた前記割合に基づいて指令値を生成し、前記記憶部に格納された前回の指令値に対する前記指令値の変化量が前記しきい値を超えたときには、前記前回の指令値に対して前記しきい値を加算し、加算結果を新たな指令値として出力してもよい。

前記記憶部は、前記第１荷重値および前記第２荷重値の各々に対応して、前記使用者の乗車状態を特定する第１しきい値および第２をさらに格納しており、前記演算部は、前記第１荷重値と前記第１しきい値とを比較し、かつ、前記第２荷重値と前記第２しきい値とを比較して、比較結果に応じて、前記動力発生部を制御するための複数の制御方法の間で制御方法を切り換えて、前記指令値を出力してもよい。

本発明による車両は、使用者が乗車する本体部と、前記本体部を移動させるための動力を発生させる動力発生部と、前記本体部に与えられた荷重に応じた荷重値を検出する第１センサおよび第２センサと、制御装置とを有している。前記制御装置は、前記第１センサによって検出された第１荷重値、および、前記第２センサによって検出された第２荷重値に基づいて荷重の偏りに応じた指令値を出力する演算部と、前記指令値に基づいて前記動力発生部を制御する駆動部とを備えている。

前記車両は、前記本体部を支える第１車輪および第２車輪を備えていてもよい。前記第１車輪および前記第２車輪の少なくとも一方は前記動力発生部と力学的に結合されていてもよい。

前記本体部はボード状であり、かつ、前記第１車輪および前記第２車輪を結ぶ方向に長くてもよい。

前記第１車輪および前記第２車輪は、前記本体部の中央位置に関して、互いに反対の位置に配置されていてもよい。

前記動力発生部は、前記第１車輪および前記第２車輪を結ぶ方向に前記本体部を移動させてもよい。

前記車両はスケートボードであってもよい。

本発明による制御装置は、車両を制御する際に利用される。前記車両は、使用者が乗車する本体部と、前記本体部を移動させるための動力を発生させる動力発生部と、前記本体部に与えられた荷重に応じた荷重値を出力する第１センサおよび第２センサとを有している。前記制御装置は、前記第１センサによって検出された第１荷重値、および、前記第２センサによって検出された第２荷重値に基づいて指令値を出力する演算部と、前記指令値に基づいて前記動力発生部を制御する駆動部とを備えている。

本発明によれば、処理部は、第１センサによって検出された第１荷重値、および、第２センサによって検出された第２荷重値に基づいて、本体部に与えられた荷重の偏りを計算し、その偏りに応じた指令値を出力する。この荷重の偏りは、使用者の体重にかかわらず、第１荷重値および第２荷重値の配分によって定まる。そしてその偏りに応じた指令値が出力されるため、使用者の体重にかかわらず車両の速度を確実に制御できる。

本発明によれば、本体部に与えられた荷重に応じた荷重値と荷重しきい値とを比較して、その比較結果に応じて複数の制御方法の間で制御方法を切り換えて動力発生部を制御する。使用者の両足の荷重差のみを利用して動力発生部を制御するのではなく、荷重値と荷重しきい値との比較によって制御方法を切り換えるため、使用者は容易かつ安全に乗車および降車することができる。例えば使用者が本体部に完全に乗車する前に車両は急発進することはなく、または、使用者が一方の足を降ろしても車両が急加速することもない。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による車両の実施形態を説明する。実施形態においては、車両は電動スケートボードであるとする。しかし、これは本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態による電動スケートボード１の外観を概略的に示す。電動スケートボード１は、ボード本体部２と、前輪３と、後輪４と、支持具５および６と、保護カバー７とを有している。

電動スケートボード１は、ボード本体部２に使用者が乗車したときにセンサ（図示せず）を利用して荷重値を取得する。そして荷重値と予め保持された荷重しきい値（以下、単に「しきい値」と称する）とを比較し、その比較結果を利用して使用者の乗車状態に応じた処理を実行する。例えば、荷重値が乗車しきい値以下の値からその値よりも大きくなったときには、使用者が本体部に乗車したことを意味するとして、乗車処理を実行する。また、荷重値が降車しきい値以上の値からその値よりも小さくなったときには、使用者が本体部から降車したことを意味するとして、降車処理を実行する。

乗車状態に応じて乗車処理または降車処理が実行されると、電動式駆動モータ（図示せず）に駆動信号が出力され、モータは駆動される。すなわち、乗車状態に応じた動力がモータから車輪に伝達される。電動スケートボード１は、乗車時には使用者が本体部に完全に乗車する前に発進することはなく、また降車時には使用者が一方の足を降ろすだけで停止する。

以下、各構成要素を説明する。ボード本体部２は、使用者が立ってまたは座って乗る部分である。ボード本体部２は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、木材等で構成されている。ボード本体部２は、後述の前輪３および後輪４の間に渡された細長い板状（ボード状）構造を有している。電動スケートボード１の進行方向は、その細長い方向（長手方向）と実質的に平行な方向である。

前輪３および後輪４は、ボード本体部２の下面に設けられた支持具５および支持具６によってそれぞれ回転可能に取り付けられている。前輪３および／または後輪４は、例えばゴムまたは樹脂等で構成されており、使用者が旋回しやすくなるようにその中央部は凸状に形成されている。前輪３および後輪４は、ボード本体部２の中央位置を挟むように配置されており、好ましくはボード本体部２の中央位置から概ね同じ距離の位置に配置される。

以下、本明細書においては、電動スケートボード１の後輪４から前輪３へ向かう方向（図１の矢印方向）を前方として説明する。本実施形態においては、前輪３が駆動力を与えられない自由輪であり、後輪４が駆動力を与えられる駆動輪であるとする。後に図２および３を参照しながら、前輪３および支持具５の構造と、後輪４および支持具６の構造とをより詳細に説明する。

保護カバー７は、後述するモータ制御ユニットおよびバッテリ等を覆うように配置されており、それらが障害物、突起物との衝突時に損傷しないように保護する。

図２は、電動スケートボード１の側面を概略的に示す。図２から理解されるように、ボード本体部２の下面の前側に外側フレーム８が固定され、ボード本体部２の下面の後ろ側に外側フレーム９が固定されている。外側フレーム８には水平方向に延びるシャフト８ａによって内側フレーム１２が回動可能に取り付けられている。また、外側フレーム９には水平方向に延びるシャフト９ａによって内側フレーム１３が回動可能に取り付けられている。

内側フレーム１２には支持具５が取り付けられている。内側フレーム１３には支持具６が取り付けられている。支持具５には前輪３が回転可能に支持され、支持具６には後輪４が回転可能に支持されている。

支持具５には、電動スケートボード１の長手方向を長径方向とする略楕円形の長孔５ａが設けられている。この長孔５ａに対する前輪３の取り付け位置を変更することにより、電動スケートボード１の旋回性を調整することができる。

図３は、ボード本体部２および支持具５の接合部分を拡大して示す。図３には外側フレーム８の一部の断面も示している。

内側フレーム１２にはホルダ２１が設けられている。ホルダ２１内には皿ばね等からなる緩衝部材２２が装着されている。この緩衝部材２２の上部にはアルミニウム等からなるスペーサ２３が設けられている。内側フレーム１２はシャフト８ａによって外側フレーム８に回動可能に設けられている。

また外側フレーム８には、スペーサ２３に対向して前荷重センサＳ１が取り付けられている。前荷重センサＳ１（以下、「前センサ」と記述する。）は、ボード本体部２からの荷重を検出することができる。

ここで「荷重を検出する」とは、前センサＳ１が、加えられた荷重に応じた荷重値を出力することを意味する。荷重値は、キログラムやパウンド等の単位で表される値でなくてもよく、例えば加えられた荷重の大きさに対応する電流値や電圧値等であればよい。

本実施形態においては、前センサＳ１は歪ゲージ式ロードセルであるが、他の適切なセンサを用いてもよい。歪ゲージ式ロードセルは、外部からの荷重によって材料が押圧されることによって生じる歪みを電気信号に変換する。そして、電気信号の信号値を荷重値として出力する。なお歪ゲージ式ロードセルを設けること、および、その設置位置は例であり、本発明を限定するものではない。他の例は図１０を参照しながら後述する。

前センサＳ１によって検出される「ボード本体部２からの荷重」は、使用者が未乗車のときにはボード本体部２、それに取り付けられたモータ、バッテリ等を合計した重さのうち前輪３にかかる荷重を意味する。また使用者が乗車したときには、未乗車のときの荷重に使用者の体重をさらに加えた重さのうち前輪３にかかる荷重を意味する。

前センサＳ１の下部にはスペーサ２３および緩衝部材２２が設けられている。これは、前センサＳ１への過荷重の防止の効果を発生させるためである。

前センサＳ１には導線２４が接続されている。この導線２４の他端は、後述のモータ制御ユニット（図４）に接続されている。前センサＳ１からの荷重値を示す信号は、導線２４を介してモータ制御ユニットに与えられる。

さらに本実施形態においては、外側フレーム９（図２）には後ろ荷重センサＳ２が取り付けられている。後ろ荷重センサＳ２（以下「後ろセンサＳ２」と記述する。）もまた歪ゲージ式ロードセルであり、荷重値を出力する。後ろセンサＳ２の機能および構成は前センサＳ１と同じであるため、その詳細な説明は省略する。

次に、図４を参照しながら、電動スケートボード１を駆動させる駆動システムの構成を説明する。

図４は、電動スケートボード１の駆動システム７０のハードウェア構成を示す。駆動システム７０は、モータ制御ユニット（ＭＣＵ）７１と、バッテリ７２と、駆動モータ７６と、エンコーダ７７と、荷重検出ユニット７８とを含む。荷重検出ユニット７８は、上述の前センサＳ１および後ろセンサＳ２の総称であり、各センサの構成および動作はすでに説明したとおりである。

以下、各構成要素の機能および構成を詳細に説明する。まず、モータ制御ユニット７１は、バッテリ７２を電源として利用して動作する。モータ制御ユニット７１は、荷重検出ユニット７８から出力される荷重値と内部に保持するしきい値とを比較する。そして、その比較結果に基づいて使用者の乗車状態に応じた処理を実行して駆動信号の信号値を変化させ、駆動モータ７６へ出力する。この駆動信号に基づいて、駆動モータ７６の回転方向および回転速度が制御される。

上述の乗車状態に応じた処理とは、使用者が電動スケートボード１に乗車した時の乗車処理、および、使用者が電動スケートボード１から降車した時の降車処理である。使用者が電動スケートボード１に乗車した後には、荷重値に基づいてボード本体部２に加えられた荷重の偏り（荷重比）を計算し、その偏りの程度に応じて駆動モータ７６への駆動信号の信号値を変化させる。モータ制御ユニット７１は、これらの処理を選択的に実行する。モータ制御ユニット７１が電動スケートボード１の制御方法、より具体的には駆動モータ７６の駆動方法を切り換えることにより、電動スケートボード１が駆動される。

なお荷重の偏りは、前センサＳ１の荷重検出位置と後ろセンサＳ２の荷重検出位置との中央位置を基準として計算される。本実施形態においては、前センサＳ１および後ろセンサＳ２の各荷重検出位置は前輪３および後輪４の上方であり（図３）、かつ、前輪３および後輪４はボード本体部２の中央位置から概ね同じ距離の位置に配置されているため、２つの荷重検出位置の中央と、ボード本体部２の中央とは一致する。

次に、モータ制御ユニット７１の構成を説明する。モータ制御ユニット７１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）７３、ドライバ７４およびメモリ７５を含む。

ＣＰＵ７３は、前センサＳ１および後ろセンサＳ２から出力される各荷重値を受け取る。また、ＣＰＵ７３は、後輪４に設けられているエンコーダ７７から出力された信号を受け取るとともに、フィードバック回路Ｆを介して駆動モータ７６への駆動信号（駆動電流）を受け取る。エンコーダ７７は後輪４の回転方向および回転速度を常時検出し、検出結果を出力している。ＣＰＵ７３は、受け取った信号に基づいて、後述する第１および第２のマップ（図７（ａ））に従った駆動制御が正確に行われていることを検出できる。

ＣＰＵ７３は、前センサＳ１および後ろセンサＳ２からの検出信号に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）された電流指令値を生成し、ドライバ７４に与える。

ドライバ７４は、後輪４内に設けられた駆動モータ７６に接続されている。ドライバ７４は、ＣＰＵ７３からの電流指令値に基づいて電流値が定められた駆動電流を生成し、駆動モータ７６に印加する。駆動モータ７６は駆動電流の電流値に応じた方向および強さで後輪４を駆動する。

メモリ７５は、処理に必要なフラグ、パラメータ等が保持されるＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等である。

次に、モータ制御ユニット７１の駆動制御に基づく電動スケートボード１の動作を概説する。電動スケートボード１が静止している状態で使用者が荷重を偏らせることなく乗車したときには、ＣＰＵ７３の電流指令値は正になるように調整されている。使用者がボード本体部２上で前方に体重移動したときにも、電流指令値は正になるように調整されている。これにより、駆動モータ７６から後輪４へは正回転する方向の力が加えられ、電動スケートボード１が前進する。

また、使用者がボード本体部２上で後方に体重移動したときには、電流指令値が負になるように調整されている。これにより、駆動モータ７６からは逆回転する方向の力が加えられ、電動スケートボード１が後進する。

一方、使用者が電動スケートボード１から片足でも降車すると、ＣＰＵ７３の電流指令値は０になるように調整されている。これにより、駆動モータ７６からの力も０になり、後輪４の回転抵抗等によって最終的に電動スケートボード１が停止する。

次に、図５から図７を参照しながら、上述の駆動制御の詳細を説明する。この処理によって算出された電流指令値に基づいて、電動スケートボード１の前進、後進および停止が制御される。

図５および図６は、電流指令値を算出して電動スケートボード１を駆動する処理手順を示す。以下の説明では、前センサＳ１によって検出される荷重値を前荷重値Ｆｆと呼び、後ろセンサＳ２によって検出される荷重値を後ろ荷重値Ｆｒと呼ぶ。

まず図５を参照する。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、処理が開始される。ステップＳ１において、ＣＰＵ７３は各種フラグ（開始フラグおよび乗車フラグ）を初期値としてオフに設定する。開始フラグおよび乗車フラグは図４のメモリ７５に記憶されている。

開始フラグは、電流指令値の算出処理を開始できるか否かの状態を示している。具体的には、開始フラグは、使用者がボード本体部２に乗車していない状態において、前荷重値Ｆｆおよび後ろ荷重値Ｆｒが取得されているか否かを示している。一方の乗車フラグは、使用者が電動スケートボード１に乗車しているか否かを示しており、乗車したときにオンされる。

ステップＳ２においては、ＣＰＵ７３はドライバ７４への電流指令値を０に設定する。ステップＳ３においては、ＣＰＵ７３は開始フラグがオンであるか否かを判定する。開始フラグがオフのときはステップＳ４に進み、オンのときはステップＳ５に進む。

ステップＳ４においては、ＣＰＵ７３は、前センサＳ１からはその時点の前荷重値Ｆｆを初期値Ｆｆ０として取得し、後ろセンサＳ２からはその時点の後ろ荷重値Ｆｒを初期値Ｆｒ０として取得する。そしてＣＰＵ７３は開始フラグをオンにする。

次のステップＳ５において、ＣＰＵ７３は乗車判定処理を行う。乗車判定処理においては、使用者がボード本体部２に乗車する前か後かを判定する。そして乗車前であれば乗車したか否かを判定し、乗車後であれば降車したか否かを判定する。乗車判定処理の詳細は図８および図９を参照しながら後述する。

ステップＳ５の乗車判定処理において使用者がボード本体部２に乗車していると判定された場合には乗車フラグがオンにされ、使用者が降車していると判定された場合には乗車フラグがオフにされる。

次に、ステップＳ６において、ＣＰＵ７３は乗車フラグがオンであるか否かを判定する。乗車フラグがオフのときは、ＣＰＵ７３はステップＳ５の処理に戻り、乗車フラグがオンになるまでステップＳ５およびＳ６の処理を繰り返す。乗車フラグがオンのときは、処理はステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、ＣＰＵ７３は、前センサＳ１および後ろセンサＳ２から現在の前荷重値Ｆｆおよび後ろ荷重値Ｆｒを取得する。そしてステップＳ４において取得した初期値Ｆｆ０およびＦｒ０を用いて前荷重値Ｆｆ'および後ろ荷重値Ｆｒ'を算出する。前荷重値Ｆｆ'および後ろ荷重値Ｆｒ'は次式によって得られる。

Ｆｆ'＝Ｆｆ−Ｆｆ０ …（１）
Ｆｒ'＝Ｆｒ−Ｆｒ０ …（２）

前荷重値Ｆｆ'および後ろ荷重値Ｆｒ'を算出することにより、使用者に起因する荷重のみを得ることができる。以下の処理は、各荷重値Ｆｆ'およびＦｒ'を利用して行われる。

なお式（１）および（２）によれば、センサの経時変化等による測定誤差は較正される。例えば式(１)について説明すると、荷重値ＦｆおよびＦｆ０には同じ測定誤差が含まれている。よって、式（１）によって測定誤差は相殺される。式（２）における荷重値ＦｒおよびＦｒ０も同様である。式（１）および（２）によって得られる前荷重値Ｆｆ'および後ろ荷重値Ｆｒ'は、測定誤差を含まない使用者の荷重を示す。

次のステップＳ８では、ＣＰＵ７３は荷重比Ｗを算出する。荷重比Ｗは、次式によって算出される。

Ｗ＝Ｆｆ'／（Ｆｆ'＋Ｆｒ'）−１／２ …（３）

ここで、使用者の重心位置がボード本体部２の中央位置よりも前方にある場合には、荷重比Ｗの値は正になる。使用者の荷重比がボード本体部２の中央位置よりも後方にある場合には、荷重比Ｗの値は負になる。そして使用者の重心位置がボード本体部２の中央位置にある場合には、荷重比Ｗの値は０になる。すなわち荷重比Ｗは、ボード本体部に加えられた荷重がどの程度偏っているかを示している。荷重比Ｗは、後述のステップＳ１０およびＳ１１において利用される。

荷重比Ｗを定義する目的は、使用者の体重に影響されない制御が可能になることにある。より詳しく説明すると、前後の荷重差のみに基づいて加減速を制御すると、使用者の体重の違いが大きく反映される。体重が重い使用者は前後の荷重差を大きくできるため素早く加減速できるのに対し、体重が軽い使用者は相対的にはその差を大きくすることは困難なため加減速が素早くできないからである。

なお、荷重比Ｗを、次式によって算出してもよい。

Ｗ＝Ｆｒ'／（Ｆｆ'＋Ｆｒ'）−１／２ …（４）

式（４）によって荷重比Ｗを算出すると、使用者の重心位置がボード本体部２の中央位置よりも前方にある場合には荷重比Ｗの値は負になり、使用者の重心位置がボード本体部２の中央位置よりも後方にある場合には、荷重比Ｗの値が正になる。

次に、ステップＳ９において、ＣＰＵ７３は電動スケートボード１が前進または停止しているか、後進しているかを判定する。電動スケートボード１が前進または停止しているときには、処理はステップＳ１０に進み、後進しているときには処理はステップＳ１１に進む。前進、停止、後進の判定は、例えばエンコーダ７７によって検出される回転速度および回転方向に基づいて行うことができる。

ステップＳ１０では、ＣＰＵ７３は後述する第１のマップを用いたマップ補完処理によってドライバ７４への電流指令値を算出する。またステップＳ１１では、ＣＰＵ７３は、後述する第２のマップを用いたマップ補完処理によってドライバ７４への電流指令値を算出する。第１のマップおよび第２のマップはメモリ７５に格納されており、ＣＰＵ７３は実行する処理に応じて、第１マップおよび第２のマップの一方を選択してメモリ７５から読み出す。第１のマップおよび第２のマップを利用した処理の詳細は、図７を参照しながら後述する。ステップＳ１０およびＳ１１の後は、処理は図６に示すステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、ＣＰＵ７３は、現在のドライバ７４への電流指令値と前回のドライバ７４への電流指令値との差（変化量）を算出する。後述のように、「前回の電流指令値」はメモリ７５に記憶されている。なお電源がオンされた直後は、前回の電流指令値は初期化によって「０」に設定されている。続くステップＳ１３において、ＣＰＵ７３は、ステップＳ１２において算出された電流指令値の差が、予め定められた電流しきい値よりも大きいか否かを判定する。大きいときにはステップＳ１４に進み、同じかそれよりも小さいときにはステップＳ１５に進む。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ７３は、電流指令値を電流しきい値分だけ変化させる。すなわち、現在の電流指令値が前回の電流指令値から電流しきい値分以上増加した場合には、前回の電流指令値に対して電流しきい値を加算し、加算結果を新たな電流指令値として設定する。一方、現在の電流指令値が前回の電流指令値から電流しきい値分以上減少した場合には、前回の電流指令値から電流しきい値を減算し、減算結果を新たな電流指令値として設定する。これらの処理から明らかなように、電流しきい値は電流指令値の変化許容量を示している。

次のステップＳ１５においては、ＣＰＵ７３は、新たな電流指令値をメモリ７５に記憶させるとともにドライバ７４に新たな電流指令値を出力する。ドライバ７４は、電流指令値に応じた電流値を有する駆動電流を生成し、駆動モータ７６に与える。これにより電動スケートボード１が駆動される。その後、処理はステップＳ３に戻り、ステップＳ３からステップＳ１５の処理を繰り返す。

上述のステップＳ１２からＳ１４までの処理によれば、前回の電流指令値に対する現在の電流指令値の差の絶対値が、電流しきい値以下のときは電流指令値が更新されず、しきい値を超えたときには電流指令値が電流しきい値分だけ変化する。それにより、電動スケートボード１が急激に加減速されることを防止できるとともに、電動スケートボード１の移動を滑らかにすることができる。

次に図７（ａ）および（ｂ）を参照しながら、上述のステップＳ１０およびＳ１１に関連するマップ補完処理を説明する。

図７（ａ）は、マップ補完処理に用いられる第１および第２のマップを示す。第１および第２のマップは、使用者の荷重比Ｗと電流指令値との関係を示している。横軸は電流指令値算出処理によって算出される荷重比Ｗを示し、縦軸はＣＰＵ７３のドライバ７４への電流指令値を示す。

図４のメモリ７５には、使用者の荷重比と電流指令値との関係が第１および第２のマップとしてテーブル形式で記憶されている。すなわち、メモリ７５のアドレスに荷重比が対応付けられ、各アドレスに電流指令値を示すデータが格納されている。なお図７（ａ）においては、第１のマップおよび第２のマップの各々は連続的なグラフとして示されているが、実装上は荷重比の算出精度に適合する程度の離散的な値をテーブルに格納すればよい。

第１のマップおよび第２のマップの曲線に示されるように、荷重比Ｗが０近傍のときは電流指令値の絶対値は比較的小さい。また、各曲線の傾きも小さい。一方、荷重比Ｗの絶対値が大きくなるにつれ、電流指令値の絶対値は徐々に大きくなっていく。そして各曲線の傾きも比較的大きくなる。荷重比Ｗの絶対値が極めて大きくなったとき、すなわち使用者がボード本体部２の前端または後端に乗車したときには、電流指令値の絶対値は急激に上昇する。このときの駆動力は非常に大きくなる。

荷重比Ｗの値が正のときは、使用者の荷重がボード本体部２の中心位置より前方に偏っていることを意味する。このとき、後輪４には正回転方向への駆動力が与えられる。これにより、電動スケートボード１は前進する。一方、荷重比Ｗの値が負のときは、使用者の荷重がボード本体部２の中心位置より後方に偏っていることを意味する。このとき、後輪４には逆回転方向への駆動力が与えられる。これにより、電動スケートボード１が静止しているときには電動スケートボード１は後進を開始し、電動スケートボード１が前進しているときにはブレーキ効果が生じ、最終的には停止する。

図７（ａ）の第１のマップは、ステップＳ９（図５）の処理によって電動スケートボード１が停止し、または前進していると判定されたときの制御に利用される。また、図７（ａ）の第２のマップは、ステップＳ９（図５）の処理によって電動スケートボード１が後進していると判定されたときの制御に利用される。

ここで図７（ｂ）を参照しながら、電動スケートボード１が停止しているときの電流指令値の出力例を説明する。図７（ａ）に示すように、停止状態の電動スケートボード１に使用者が乗車した後、その荷重値がＷ₀（＞０）として計算されたとする。荷重比Ｗ₀における電流指令値はＩ₀である。

図７（ｂ）は、所定の時間間隔Δｔ（例えば１０ミリ秒）でステップ状に変化する電流指令値の出力例を示す。ＣＰＵ７３は、時間ｔ₀をかけて最終的に電流指令値Ｉ₀を出力するように電流指令値の出力を制御する。換言すれば、ＣＰＵ７３はドライバ７４に対して、初めから電流指令値Ｉ₀を出力することはない。その理由は、ドライバ７４に対して突然電流指令値Ｉ₀を与えるとドライバ７４はその値に応じた駆動力を急に発生させ、電動スケートボード１が急発進するため乗り心地が悪くなるからである。

ＣＰＵ７３が図７（ｂ）に示す波形で電流指令値を出力すると、ドライバ７４は、この電流指令値に基づいて電流値がステップ状に変化する駆動電流を生成し、駆動モータ７６に与える。よって電動スケートボード１は急に発進することはなく、使用者は容易かつ安全に発進することができる。間隔Δｔを小さくすると、電流指令値の変化幅をさらに小さくできる。それにより、急発進をより確実に防ぐことができる。

この制御方法は、ステップＳ１４（図５）と同じ概念である。したがって、電動スケートボード１が前進中または後進中であっても、急激な変化を伴う電流指令値の出力は制限されることが好ましい。

第１のマップおよび第２のマップを用いることによってＣＰＵ７３のドライバ７４への電流指令値を算出する代わりに、ＣＰＵ７３が次式によって電流指令値Ｔを算出することも可能である。

Ｔ＝Ｋ・（Ｆｆ'／（Ｆｆ'＋Ｆｒ'）−１／２）＋Ｋ_V ・Ｖ …（５）

上式（５）において、ＫおよびＫ_V はそれぞれ所定の係数であり、Ｖは電動スケートボード１の速度である。式（５）を利用すると、メモリ７５に対して第１のマップおよび第２のマップのデータを記憶させる必要がなくなる。

次に、図８および図９を参照しながら、乗車判定処理（図５のステップＳ５）を詳細に説明する。以下に示す乗車判定処理では、ＣＰＵ７３によって複数のしきい値と前センサＳ１および後ろセンサＳ２からの荷重値とが比較される。その比較結果に基づけば使用者の乗車および降車が判定できる。

本実施形態においては、複数のしきい値として、使用者が降車している状態でその後に乗車したことを判定するためのしきい値ＴＨｆ１およびＴＨｒ１を規定し、使用者が乗車している状態でその後に降車したことを判定するためのしきい値ＴＨｆ２およびＴＨｒ２を規定している。下記の表１は、各しきい値とその利用条件との対応を示す。各しきい値は、メモリ７５に記憶されて、必要に応じて読み出される。

図８（ａ）はしきい値ＴＨｆ１およびＴＨｆ２の関係を示す。乗車前に利用されるしきい値ＴＨｆ１は、乗車後に利用されるしきい値ＴＨｆ２よりも大きく設定されていることが理解される。一方、図８（ｂ）はしきい値ＴＨｒ１およびＴＨｒ２の関係を示す。しきい値ＴＨｒ１はしきい値ＴＨｒ２よりも大きく設定されている。

ただし、しきい値ＴＨｆ１およびＴＨｒ１の各々にどのような値を設定するかは、適宜決定しうる。例えば、電動スケートボード１の使用対象年齢が「１０歳以上」と定められているときにおいては、最低年齢である１０歳児の平均体重（約３４ｋｇ）の半分よりも小さい体重（１５ｋｇ）に対応する値である。または、使用者が電動スケートボード１に設けられた設定ボタン（図示せず）等を利用して、自らの体重に適合する値を設定してもよい。しきい値ＴＨｆ２およびＴＨｒ２についても同様であり、例えば１０歳児の平均体重の１／４程度（８．５ｋｇ）に対応する値である。本実施形態においてはしきい値ＴＨｆ１およびＴＨｒ１は同じ値であるとするが、異なっていてもよい。またしきい値ＴＨｆ２およびＴＨｒ２についても同じ値であるとするが、異なっていてもよい。

図９は、乗車判定処理の手順を示す。まずステップＳ５１において、ＣＰＵ７３は乗車フラグがオンであるか否かを判定する。乗車フラグがオフのとき、すなわち使用者が未乗車のときは、ＣＰＵ７３はステップＳ５２からＳ５５までの処理を行う。一方、乗車フラグがオンのときはすでに使用者が乗車しているとして、ＣＰＵ７３はステップＳ５６からＳ６１までの処理を行う。

ステップＳ５２からＳ５５までの処理は、前荷重値Ｆｆ'がしきい値ＴＨｆ１以上でかつ後ろ荷重値Ｆｒ'がしきい値ＴＨｒ１以上のときにおいて、使用者が未乗車状態から乗車状態に移行したと判定する処理である。これは、使用者の両足がボード本体部２に乗った場合のみ使用者が乗車したと判定されることを意味する。それにより、使用者がボード本体部２に完全に乗車する前に電動スケートボード１が発進することが防止される。しきい値が上述の条件を満たさないときには、使用者は依然未乗車である（降車状態を継続している）と判定して処理が行われる。

以下、ステップＳ５２からＳ５５を具体的に説明する。まずステップＳ５２においては、ＣＰＵ７３は、前荷重値Ｆｆ'としきい値ＴＨｆ１とを比較して、前荷重値Ｆｆ'がしきい値ＴＨｆ１よりも小さいか否かを判定する。小さいときは処理は終了してステップＳ６（図５）に復帰する。一方、前荷重値Ｆｆ'がしきい値ＴＨｆ１以上のときは、ステップＳ５３に進む。

ステップＳ５３において、ＣＰＵ７３は、後ろ荷重値Ｆｒ'としきい値ＴＨｒ１とを比較して、後ろ荷重値Ｆｒ'がしきい値ＴＨｒ１よりも小さいか否かを判定する。小さいときは処理は終了して、ステップＳ６（図５）に復帰する。前荷重値Ｆｒ'がしきい値ＴＨｒ１以上のときは、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４において、ＣＰＵ７３は、使用者が乗車したと判定してドライバ７４をオンし、さらに次のステップＳ５５において乗車フラグをオンにする。その後、処理はステップＳ６（図５）に復帰する。ドライバ７４がオンされ、かつ乗車フラグがオンされているため、その後の処理によって電流指令値が算出されると、駆動モータ７６が駆動され、電動スケートボード１が移動を開始する。

続いて、ステップＳ５６からＳ６１までの処理を説明する。

ステップＳ５６からＳ６１までの処理は、前荷重値Ｆｆ'がしきい値ＴＨｆ２以上でかつ後ろ荷重値Ｆｒ'がしきい値ＴＨｒ２以上のときにおいて、使用者が乗車状態を継続していると判定する処理である。これは、使用者の片足がボード本体部２から降車された場合に使用者が降車したと判定されることを意味する。それにより、使用者は一方の足を降ろすだけで容易に電動スケートボード１を停止させることができる。しきい値が上述の条件を満たさないときには、使用者が降車したと判定して処理する。

以下、ステップＳ５６からＳ６１を具体的に説明する。まずステップＳ５６においては、ＣＰＵ７３は、前荷重値Ｆｆ'としきい値ＴＨｆ２とを比較して、前荷重値Ｆｆ'がしきい値ＴＨｆ２よりも小さいか否かを判定する。小さいときは使用者が降車したとして、処理はステップＳ５８に進む。前荷重値Ｆｆ'がしきい値ＴＨｆ２以上のときは、処理はステップＳ５７に進む。

次に、ステップＳ５７において、ＣＰＵ７３は、後ろ荷重値Ｆｒ'としきい値ＴＨｒ２とを比較して、後ろ荷重値Ｆｒ'がしきい値ＴＨｒ２よりも小さいか否かを判定する。小さいときはステップＳ５８に進む。後ろ荷重値Ｆｒ'がしきい値ＴＨｒ２以上のときは、ＣＰＵ７３は、使用者が乗車状態を継続したと判定し、処理はステップＳ６（図５）に復帰する。

ステップＳ５８において、ＣＰＵ７３は、使用者が降車したと判定し、ドライバ７４への電流指令値を０または０近傍の値に設定し、車両を減速させる。続いてＣＰＵ７３は、ステップＳ５９においてドライバ７４をオフにし、ステップＳ６０において乗車フラグをオフにし、ステップＳ６１において開始フラグをオフにする。その後処理はステップＳ６（図５）に復帰する。ドライバ７４がオフであり、乗車フラグがオフであるため、その状態では駆動モータ７６は駆動されることはない。電動スケートボード１は徐々に減速し、最終的には停止する。

以上、本発明による車両の実施形態として電動スケートボード１を挙げて、その構成および動作を説明した。

本実施形態においては、しきい値ＴＨｆ１はしきい値ＴＨｆ２よりも大きく、しきい値ＴＨｒ１はしきい値ＴＨｒ２よりも大きく設定されている。それにより、使用者が乗車しようとしてボード本体部２に若干の振動等を与えても、使用者が乗車したと判定されることはない。よって、電動スケートボード１が急に発進することもない。また、使用者がボード本体部２に乗車している状態でわずかな荷重の変化が生じても、使用者が降車したと判定されることもない。よって電動スケートボード１が急に停止することもない。これにより、使用者の滑らかな乗車および降車が可能となる。

また本実施形態においては、前荷重値Ｆｆ'および後ろ荷重値Ｆｒ'の和に対する前荷重値Ｆｆ'または後ろ荷重値Ｆｒ'の割合が荷重比Ｗとして算出され、この荷重比Ｗに基づいて電流指令値が算出される。この荷重比Ｗは、使用者の体重にかかわらず前センサＳ１および後ろセンサＳ２に加わる荷重の配分によって定まる。それにより、使用者の体重にかかわらず確実に電動スケートボード１の加減速を制御することが可能となる。

さらに、本実施形態においては、前センサＳ１および後ろセンサＳ２を設けておけば、それらによって検出された各荷重値が、電動スケートボード１の加減速の制御処理および使用者の乗車および降車の判定処理に共用される。センサＳ１およびＳ２以外のセンサは特に必要ないため、部品点数を削減することができる。

また、本実施の形態においては、前センサＳ１および後ろセンサＳ２として、歪みゲージ式ロードセルを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、静電容量式のロードセルまたは圧力センサ等を用いてもよい。

また、ロードセル等の荷重を直接検出する前センサＳ１および後ろセンサＳ２に代えて、ばね等の弾性部材と、弾性部材の変位を検出して荷重を検出する位置センサとを組み合わせて荷重を検出してもよい。それらを一体として荷重検出ユニット７８（図４）が構成される。そのような構造を採用すると、大幅な低コスト化を実現することができる。

例えば図１０（ａ）および（ｂ）は、ばねおよび位置センサを利用した荷重検出ユニットの構成を示す。この荷重検出ユニットにおいては、フレーム３５ａがボード本体部２に取り付けられる。フレーム３５ａとフレーム２５ａとはシャフト４５によって連結され、両フレーム２５ａおよび３５ａ間の先端部にばね３６が介挿されている。位置センサ３６１は、フレーム３５ａの側面にボルト３６３によって取り付けられたセンサ支持部３６２によって支持されている。位置センサ３６１にはスリットが設けられ、当該スリット内を左右方向に移動可能に短冊状部材３６４が設けられている。位置センサ３６１は、スリット内における短冊状部材３６４のセンサ長手方向（矢印Ｃ方向）の変位を検出することによってボード２にかかる荷重を検出する。また、フレーム３５ａの側面から突出しているシャフト４５の端部にはコンロッド状の連結部材３６５の一端部が嵌合され、ねじ３６６によって連結部材３６５はシャフト４５ひいてはフレーム２５ａに一体化されている。なお、連結部材はフレーム３５ａには固定されていない。連結部材３６５の他端部には保持部材３６７が金具３６８によって固定され、保持部材３６７の頭部には短冊状部材３６４が挿通され、保持部材３６７によって短冊状部材３６４が保持されている。

このような構成において、ボード本体部２に荷重が加わるとフレーム３５ａがシャフト４５を中心として矢印Ｄ方向下向きに揺動し、ばね３６が圧縮される。このとき、連結部材３６５自体は動かないが位置センサ３６１がフレーム３５ａとともに動くので、位置センサ３６１内における短冊状部材３６４の位置が変わる（矢印Ｃ右方向に変位する）。位置センサ３６１が短冊状部材３６４のセンサ長手方向における変位量を見ることによって、ボード本体部２へ加わる荷重を検出できる。

本実施形態においては、前輪３を自由輪とし後輪４の駆動輪として説明したが、これは例である。前輪３を駆動輪とし後輪４を自由輪としてもよいし、前輪３および後輪４を駆動輪としてもよい。後者の場合には、少なくとも、前輪３の駆動を制御するドライバおよび駆動モータと、後輪４の駆動を制御するドライバおよび駆動モータとが必要となる。それらは独立して制御される。このときＣＰＵは１つであってもよいし、各ドライバに対して１つ設けてもよい。さらには、前輪３および後輪４の各々に対して、ＣＰＵ、ドライバおよびメモリを含むモータ制御ユニットを設けてもよい。

本発明の実施形態として、電動スケートボード１を挙げて説明した。電動スケートボード１のボード本体部２は細長い板状（ボード状）であるとしたが、これは厳密でなくてもよい。例えば平板状に限らず若干の起伏があってもよい。

さらに本発明の概念は、電動サーフボード、電動車椅子等の他の電気による動力源を有する車両に対しても同様に適用できる。また、動力源は電気モータに限らず、内燃機関であってもよい。本発明を内燃機関を利用して実施する際には、上述の電流指令値はスロットルの開き量に関する指令値とし、駆動モータ７６への駆動電流は、スロットルを駆動する駆動モータへの駆動電流と読み替えればよい。

なおＣＰＵ７３の処理は電動スケートボード１上で行われなくてもよい。

本発明によるモータコントロールユニットおよびモータコントロールユニットを備えた車両は、コンピュータプログラムに基づいて上述した処理を行うことができる。コンピュータプログラムは、例えば図５、図６、図９に示すフローチャートに基づいて記述されておりＣＰＵによって実行される。コンピュータプログラムは、光ディスクに代表される光記録媒体、ＳＤメモリカード、ＥＥＰＲＯＭに代表される半導体記録媒体、フレキシブルディスクに代表される磁気記録媒体等の記録媒体に記録することができる。このようなコンピュータプログラムは、記録媒体に記録されて、または、インターネット等の電気通信回線を介して、製品として市場を流通する。

本発明は、電動スケートボード等の車両の制御装置および車両に利用することができる。

本発明の実施形態による電動スケートボード１の外観を概略的に示す図である。 電動スケートボード１の側面図である。 電動スケートボード１の側面の一部を拡大した図である。 電動スケートボード１の駆動システム７０のハードウェア構成を示すブロック図である。 電流指令値を算出して電動スケートボード１を駆動する処理手順を示すフローチャートである。 電流指令値を算出して電動スケートボード１を駆動する処理手順を示すフローチャートである。 （ａ）はマップ補完処理に用いられる第１および第２のマップを示す図であり、（ｂ）は所定の時間間隔Δｔでステップ状に変化する電流指令値の出力例を示す。 （ａ）はしきい値ＴＨｆ１およびＴＨｆ２の関係を示す図であり、（ｂ）はしきい値ＴＨｒ１およびＴＨｒ２の関係を示す図である。 乗車判定処理の手順を示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、ばねおよび位置センサを利用した荷重検出ユニットの構成を示す図である。

符号の説明

１ 電動スケートボード
２ ボード本体部
３ 前輪
４ 後輪
５，６ 支持具
７ 保護カバー
８，９ 外側フレーム
１２，１３ 内側フレーム
２１ ホルダ
２２ 緩衝部材
２３ スペーサ
２４ 導線
７０ 駆動システム
７１ モータ制御ユニット
７２ バッテリ
７３ ＣＰＵ
７４ ドライバ
７５ メモリ
７６ 駆動モータ
７７ エンコーダ
７８ 荷重検出ユニット

Claims (10)

1. 車両を制御する制御装置であって、
   前記車両は、使用者が乗車する本体部と、前記本体部を移動させるための動力を発生させる動力発生部と、前記本体部に与えられた荷重に応じた荷重値を出力する第１センサおよび第２センサとを有しており、
   前記制御装置は、
   前記第１センサによって検出された第１荷重値、および、前記第２センサによって検出された第２荷重値の合計に対する第１荷重値および第２荷重値の少なくとも一方の割合を、荷重の偏りとして計算し、前記偏りに応じた指令値を出力する演算部と、
   前記指令値に基づいて前記動力発生部を制御する駆動部と、
   前記割合と前記指令値との対応関係を規定したマップを格納した記憶部であって、第１移動方向に対する第１マップ、および、前記第１移動方向とは異なる第２移動方向に対する第２マップを格納した記憶部と、
   前記本体部の走行状態を検出する状態検出部と
   を備え、
   前記演算部は、検出された走行状態のうちの移動方向に基づいて前記第１マップおよび前記第２マップを切り換えて、計算によって得られた前記割合および選択したマップに基づいて前記指令値を取得する、制御装置。
2. 前記演算部は、前記第１センサおよび前記第２センサの中央位置を基準としたときの荷重の偏りを計算する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記記憶部は、出力された指令値、および、指令値の変化許容量を示すしきい値を格納しており、
   前記演算部は、計算によって得られた前記割合に基づいて指令値を生成し、前記記憶部に格納された前回の指令値に対する前記指令値の変化量が前記しきい値を超えたときには、前記前回の指令値に対して前記しきい値を加算し、加算結果を新たな指令値として出力する、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記記憶部は、前記車両の第１センサに対応して設けられた、前記使用者の乗車状態を特定する第１しきい値と、前記車両の第２センサに対応して設けられた、前記使用者の乗車状態を特定する第２しきい値とをさらに格納しており、
   前記演算部は、前記第１荷重値と前記第１しきい値とを比較し、かつ、前記第２荷重値と前記第２しきい値とを比較して、比較結果に応じて、少なくとも前記本体部の前進時に利用される制御方法および後進時に利用される制御方法を含む複数の制御方法の間で制御方法を切り換えて、前記指令値を出力する、請求項３に記載の制御装置。
5. 使用者が乗車する本体部と、
   前記本体部を移動させるための動力を発生させる動力発生部と、
   前記本体部に与えられた荷重に応じた荷重値を検出する第１センサおよび第２センサと、
   制御装置と
   を有する車両であって、前記制御装置は、
   前記第１センサによって検出された第１荷重値、および、前記第２センサによって検出された第２荷重値の合計に対する第１荷重値および第２荷重値の少なくとも一方の割合を、荷重の偏りとして計算し、前記荷重の偏りに応じた指令値を出力する演算部と、
   前記指令値に基づいて前記動力発生部を制御する駆動部と、
   前記割合と前記指令値との対応関係を規定したマップを格納した記憶部であって、第１移動方向に対する第１マップ、および、前記第１移動方向とは異なる第２移動方向に対する第２マップを格納した記憶部と、
   前記本体部の走行状態を検出する状態検出部と
   を備え、
   前記演算部は、検出された走行状態のうちの移動方向に基づいて前記第１マップおよび前記第２マップを切り換えて、計算によって得られた前記割合および選択したマップに基づいて前記指令値を取得する、車両。
6. 前記本体部を支える第１車輪および第２車輪を備え、
   前記第１車輪および前記第２車輪の少なくとも一方が前記動力発生部と力学的に結合されている、請求項５に記載の車両。
7. 前記本体部はボード状であり、かつ、前記第１車輪および前記第２車輪を結ぶ方向に長い、請求項６に記載の車両。
8. 前記第１車輪および前記第２車輪は、前記本体部の中央位置に関して、互いに反対の位置に配置されている、請求項７に記載の車両。
9. 前記動力発生部は、前記第１車輪および前記第２車輪を結ぶ方向に前記本体部を移動させる、請求項８に記載の車両。
10. スケートボードである、請求項６に記載の車両。

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