JP4862865B2

JP4862865B2 - 平行二輪車制御装置及び方法

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Publication number: JP4862865B2
Application number: JP2008188393A
Authority: JP
Inventors: 豪介西川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: US8340891B2; JP2010023705A; US20100023248A1

Description

本発明は、平行二輪車の制御に関し、特に搭乗時の安全性を確保するための技術に関するものである。

近年、同軸上に平行に配置された２つの車輪を備えて構成される平行二輪車の開発が進んでいる。このような平行二輪車においては、搭乗時における安全性を確保するための技術が必要とされる。

特許文献１において、平行二輪車に関する先行技術が開示されている。この特許文献１に係る走行装置は、車両が空車状態にある時や、空車状態と乗車状態との間で遷移する際に、車両を安定に動作させるための手段を備えるものである。そして、この特許文献１に係る走行装置においては、搭乗時に姿勢制御等を開始させるために、制御開始スイッチ（サーボスイッチ）を操作することが要求される。
特開２００７−３３１４４３号公報

上記のように、従来の平行二輪車においては、搭乗時に所定の手順（操作）を実行することが要求される。このような手順を実行しなければ、車両の姿勢制御、走行制御等が開始されなかったり、正しく実行されなかったりする場合がある。しかしながら、実際の利用状況において、全ての利用者が搭乗時にこのような手順を実行するとは限らない。従って、搭乗時に転倒、誤作動等の不具合が発生する可能性があった。

そこで、本発明は、搭乗時に所定の手順を実行しなくても、安全に搭乗できる平行二輪車を提供することを目的とする。

上記課題の解決を図る本発明は、同軸上に平行に配置された２つの車輪を独立に駆動させる駆動手段と、前記車輪に連結された搭乗部に搭乗者の足が接地しているか否かを検出する搭乗者検出手段と、車両の姿勢を検出する車両検出手段と、前記駆動手段に対する制御指令を生成し、空車状態から乗車状態へ遷移する際に前記車両のピッチ軸角度の変化を安定させる初期制御を実行する制御手段とを有し、前記車両検出手段は、前記搭乗者検出手段により前記搭乗部に前記搭乗者の足が接地していることが検出されたことのみをもって、前記初期制御における前記車両のピッチ軸角度を検出し、前記制御手段は、前記初期制御において検出されたピッチ軸角度を暫定目標ピッチ軸角度に設定し、該暫定目標ピッチ軸角度を、徐々に最終目標ピッチ軸角度に変化させる平行二輪車制御装置である。

この構成により、搭乗者が搭乗部に適正に搭乗しさえすれば、自動的に車両の制御が開始される。そして、搭乗時から通常時（搭乗完了時）の制御が開始されるまでの制御的な移行（遷移）がスムーズに行われる。これにより、搭乗者は、搭乗時に決められた手順を実行することなく、安全且つ快適に平行二輪車に搭乗することが可能となる。

このように、目標ピッチ軸角度の設定を、前記姿勢検出手段による実測値から、通常制御で使用される最終目標ピッチ軸角度へと徐々に変化させることにより、前記初期制御部における姿勢制御がスムーズに行われると共に、急な動作を防止することができる。

また、前記制御手段は、前記目標ピッチ軸角度の変化率を一定に保つ演算処理を行うことが好ましい。

これにより、目標ピッチ軸角度を最終目標ピッチ軸角度へとスムーズに変化させることができる。

また、前記制御手段は、前記変化率に基づいて、前記暫定目標ピッチ軸角度を前記最終目標ピッチ軸角度に変化させるまでの時間を設定することが好ましい。

また、前記車両検出手段は、前記搭乗者が前記搭乗部に両足を乗せていることが検知された場合に、前記初期制御における前記ピッチ軸角度の検出を開始することが好ましい。

また、前記制御手段は、前記ピッチ軸角度が適正範囲内にある場合に限り、前記制御指令を生成することが好ましい。

これにより、搭乗者の搭乗状態、又は車両の姿勢状態が適正である場合に限り、制御を実行することができる。

また、本発明は、平行二輪車が空車状態から乗車状態へ遷移する際に車両のピッチ軸角度の変化を安定させる初期制御を実行する平行二輪車制御方法であって、同軸上に平行に配置された２つの車輪に連結された搭乗部に搭乗者の足が接地しているか否かを検出するステップと、前記搭乗部に前記搭乗者の足が接地していることのみをもって、前記初期制御における前記車両のピッチ軸角度を検出するステップと、前記初期制御において検出されたピッチ軸角度を暫定目標ピッチ軸角度に設定し、該暫定目標ピッチ軸角度を、徐々に最終目標ピッチ軸角度に変化させるステップと、
を有する平行二輪車制御方法である。

また、前記平行二輪車制御方法において、前記目標ピッチ軸角度の変化率を一定に保つ演算処理を行うステップを実行することが好ましい。

また、前記平行二輪車制御方法において、前記変化率に基づいて、前記暫定目標ピッチ軸角度を前記最終目標ピッチ軸角度に変化させるまでの時間を設定するステップを実行することが好ましい。

また、前記平行二輪車制御方法において、前記搭乗者が前記搭乗部上に両足を乗せていることが検出された場合に、前記初期制御における前記ピッチ軸角度の検出が開始されることが好ましい。

また、前記平行二輪車制御方法において、前記ピッチ軸角度が適正範囲内にある場合に限り、前記車輪の駆動を制御する制御指令を生成することが好ましい。

上記平行二輪車制御方法に係る作用効果は、上記平行二輪車制御装置に係るものと同様である。

上記本発明によれば、搭乗時に所定の手順を実行しなくても、安全に搭乗できる平行二輪車を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。図１において、本発明に係る平行二輪車制御装置１の基本的な構成が示されている。この平行二輪車制御装置１は、駆動手段２、搭乗者検出手段３、車両検出手段４、及び制御手段５を有している。

前記駆動手段２は、同軸上に平行に配置された２つの車輪を独立に駆動させるものである。

前記搭乗者検出手段３は、前記車輪に連結された搭乗部において搭乗者の状態を検出するものである。

前記車両検出手段４は、車両（平行二輪車）の姿勢を検出するものである。

前記制御手段５は、前記駆動手段２に対する制御指令を生成し、前記搭乗者検出手段３により前記搭乗者が前記搭乗部に所定の搭乗条件を満たして搭乗したことが検出された場合に、前記車両検出手段４による検出結果に基づいて、搭乗時から通常時までの制御の移行を最適化する初期制御部１０を有するものである。

この構成により、搭乗者が搭乗部に適正に搭乗しさえすれば、自動的に車両の制御が開始される。そして、搭乗時から通常時の制御が開始されるまでの制御的な移行（遷移）がスムーズに行われる。これにより、搭乗者は、搭乗時に決められた手順を実行することなく、安全且つ快適に平行二輪車に搭乗することが可能となる。

図２（Ａ），（Ｂ）において、本発明の平行二輪車制御装置１が適用される平行二輪車２０の概略的な構成が示されている。この平行二輪車２０は、搭乗者が乗る搭乗部２１に対し、同軸線上に平行に車輪２２Ｌ，２２Ｒが配置され、それぞれの車輪２２Ｌ，２２Ｒに対して独立して駆動力を発生させる電動モータ等からなる駆動装置２３Ｌ，２３Ｒを有する。前記搭乗部２１には、搭乗者の状態（搭乗者と搭乗部２１との関係）を検出する各種センサ又はスイッチが設置され、又この例においては、搭乗者が操作時に把持するハンドル２４が立設されている。また、図２（Ａ），（Ｂ）において、この平行二輪車２０に対応する座標系（以下の説明で用いる）が示されており、車軸に対して垂直方向をＸ軸、車軸方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸、車軸周りの角度をピッチ軸角度θとする。

図３において、本発明の平行二輪車制御装置１の具体的な構成が示されている。この平行二輪車制御装置１は、制御演算装置３１、搭乗者検出センサ３２、姿勢検出センサ３３、駆動装置３４、モータ３５Ｌ，３５Ｒを有している。

前記制御演算装置３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、所定のプログラム等の協働により構成され、後述する搭乗者検出センサ３２及び姿勢検出センサ３３からの検出信号、モータ３５Ｌ，３５Ｒからのフィードバック信号等に基づいて、駆動装置３４に対する制御指令τを生成し出力する。アクチュエータ等からなる駆動装置３４は、前記制御指令τを受けて所定の駆動トルクを生成し、これを駆動指令としてそれぞれのモータ３５Ｌ，３５Ｒに供給する。モータ３５Ｌ，３５Ｒの回転に伴う情報、即ち車両位置ｘ、車両速度ｖは、前記制御演算装置３１にフィードバックされる。これにより、平行二輪車２０の姿勢制御や走行制御が実行される。前記制御指令τは、例えば下記の式（１）によって求めることができる。

尚、Ｋp，Ｋd，Ｋiは制御ゲインパラメータである。また、この式（１）におけるθrefは目標ピッチ軸角度、ωrefは目標ピッチ軸角速度である。

前記搭乗者検出センサ３２は、前記搭乗部２１において搭乗者の状態を検出するための複数のセンサ群であり、例えば加重センサ４１、近接センサ４２、接触センサ４３等から構成される。これらのセンサ４１，４２，４３による検出結果は、前記制御演算装置３１に出力され、搭乗者の両足が搭乗部２１に接地しているか、片足のみ接地しているか、搭乗者が搭乗部２１上に存在しているか否か、搭乗部２１上のどの位置に乗っているか等の判定に用いられる。尚、これらのセンサ４１，４２，４３としては、周知の構成及び作用効果を有するものを適宜選択して用いることができる。

前記姿勢検出センサ３３は、前記平行二輪車２０の姿勢を検出するための複数のセンサ群であり、例えばジャイロセンサ４５，加速度センサ４６等から構成される。これらのセンサ４５，４６による検出結果は、前記制御演算装置３１に出力され、前記ピッチ軸角度θやピッチ軸角速度ω等の判定に用いられる。尚、これらのセンサ４５，４６としては、周知の構成及び作用効果を有するものを適宜選択して用いることができる。

そして、前記制御演算装置３１は、前記搭乗者検出センサ３２及び前記姿勢検出センサ３３からの検出信号、及びモータ３５Ｌ，３５Ｒからのフィードバック信号（車両位置ｘ、車両速度ｖ）等に基づいて、搭乗者の搭乗時から通常時までの制御を最適化する初期制御が行われる。

図４において、前記初期制御のフローの例が示されている。このルーチンは、例えば前記平行二輪車２０の主電源をＯＮにすることにより開始される。先ず、前記乗車検出センサ３２により、前記搭乗部２１と搭乗者の足との関係に関する情報が収集され（Ｓ１０１）、搭乗者の両足が前記搭乗部２１に接地しているか否かが判定される（Ｓ１０２）。このステップＳ１０２において、両足が接地していない場合（Ｎ）には、前記ステップＳ１０１に戻り、両足が接地している場合（Ｙ）には、前記姿勢検出センサ３３による検出結果に基づいて、平行二輪車２０の姿勢を制御するための目標値を設定し（Ｓ１０３）、姿勢制御を開始する（Ｓ１０４）。

即ち、前記Ｓ１０２〜Ｓ１０４において、搭乗者の両足が前記搭乗部２１の接地した時点で、その時のピッチ軸角度θを検出し、このθを前記式（１）における暫定目標ピッチ軸角度θrefとして設定し、式（１）による姿勢制御を開始する。

次いで、前記暫定目標ピッチ軸角度θrefを、搭乗完了時の最終目標ピッチ軸角度θref_driveまで徐々に変化させる（Ｓ１０５）。例えば、θrefを下記の式（２）に従って変化させることができる。

しかし、式（２）のみでは、搭乗者の両足が前記搭乗部２１に接地した角度によって、前記暫定目標ピッチ軸角度θrefの変化する割合（式（２）の傾き成分）が可変となってしまうため、搭乗者は一定の乗車感覚を得ることができない可能性がある。

そこで、前記暫定目標ピッチ軸角度θrefを変化させる際の変化率を一定にするために、下記式（３）の条件を加える。これにより、搭乗者の両足が前記搭乗部２１に接地した角度に関わらず、一定の乗車感覚を得ることが可能となる。

尚、ｔは、両足が前記搭乗部２１に接地し、姿勢制御が開始してからの経過時間である。θref_driveは、乗車完了時（通常時）の目標ピッチ軸角度、即ち最終目標ピッチ軸角度（例えば、乗車完了時の車両の姿勢を水平に保つ場合は０°）である。θref_startは、両足が前記搭乗部２１に接地した時点での車両のピッチ軸角度である。t_resは、最終目標ピッチ軸角度θref_driveに移行するまでの時間である。式（３）におけるrateは、式（２）において一定の変化率（傾き成分）を規定するための設定値である。

そして、t_resが経過したら（θrefがθref_driveに達したら）、搭乗完了となり、通常制御が実行される（Ｓ１０６）。

上記本実施の形態に係る平行二輪車制御装置１によれば、搭乗者が搭乗部２１に適正に搭乗しさえすれば、自動的に平行二輪車２０の姿勢制御が開始される。そして、搭乗時から通常時（搭乗完了時）の制御が開始されるまでの制御的な移行（遷移）がスムーズに行われる。これにより、搭乗者は、搭乗時に決められた手順を実行することなく、安全且つ快適に平行二輪車に搭乗することが可能となる。

また、所定の搭乗条件が満たされると、即ち本実施の形態では前記搭乗部２１に両足が接地すると、車両のピッチ軸角度θが検出され、これを暫定目標ピッチ軸角度θrefに設定し、該暫定目標ピッチ軸角度θrefが、徐々に最終目標ピッチ軸角度θref_driveに変化される。これにより、搭乗時から通常時までの姿勢制御をスムーズに行うことができると共に、急な動作を防止することができる。尚、本発明は、前記搭乗条件が、搭乗者の両足の接地であることに限定されるものではない。

また、式（３）の条件を加えることにより、前記暫定目標ピッチ軸角度θrefの変化率が一定に保たれるので、この暫定目標ピッチ軸角度θrefを最終目標ピッチ軸角度θref_driveへとスムーズに変化させることができる。また、搭乗者の両足が前記搭乗部２１に接地した角度に関わらず、一定の乗車感覚を得ることができる。

また、図５において、前記初期制御のフローの他例が示されている。このルーチンにおいては、前記ステップＳ１０２と前記ステップＳ１０３との間に、ステップＳ２０２が挿入されている。即ち、前記ステップＳ１０２において、搭乗者の両足が前記搭乗部２１に接地していると判定された場合（Ｙ）には、更にステップＳ２０２において、前記ピッチ軸角度θが適正範囲内であるか否かが判定される。そして、このステップＳ２０２において、前記ピッチ軸角度θが適正範囲内ではないと判定された場合には、前記ステップＳ１０１へ戻り、適正範囲内であると判定された場合（Ｙ）には、前記ステップＳ１０３へ移行する。

これにより、前記搭乗部２１に両足が接地している場合であっても、車両が異常な角度で傾いている場合には、姿勢制御が行われないようにすることができるので、図４に示した例よりも更に安全性を向上させることができる。

図１は、本発明の平行二輪車制御装置の基本的な構成を示す図である。図２（Ａ），（Ｂ）は、平行二輪車の概略的構造を示す図である。図３は、本発明の平行二輪車制御装置の具体的な構成を示す図である。図４は、本発明の平行二輪車制御装置における初期制御のフローの一例である。図５は、本発明の平行二輪車制御装置における初期制御のフローの他例である。

符号の説明

１平行二輪車制御装置
２駆動装置
３搭乗者検出手段
４車両検出手段
５制御手段
１０初期制御部
２０平行二輪車
２１搭乗部
３１制御演算装置
３２搭乗者検出センサ
３３姿勢検出センサ
３４駆動装置
３５Ｌ，３５Ｒモータ

Claims

同軸上に平行に配置された２つの車輪を独立に駆動させる駆動手段と、
前記車輪に連結された搭乗部に搭乗者の足が接地しているか否かを検出する搭乗者検出手段と、
車両の姿勢を検出する車両検出手段と、
前記駆動手段に対する制御指令を生成し、空車状態から乗車状態へ遷移する際に前記車両のピッチ軸角度の変化を安定させる初期制御を実行する制御手段と、
を有し、
前記車両検出手段は、前記搭乗者検出手段により前記搭乗部に前記搭乗者の足が接地していることが検出されたことのみをもって、前記初期制御における前記車両のピッチ軸角度を検出し、
前記制御手段は、前記初期制御において検出されたピッチ軸角度を暫定目標ピッチ軸角度に設定し、該暫定目標ピッチ軸角度を、徐々に最終目標ピッチ軸角度に変化させる、
平行二輪車制御装置。
前記制御手段は、前記目標ピッチ軸角度の変化率を一定に保つ演算処理を行う、
請求項１記載の平行二輪車制御装置。
前記制御手段は、前記変化率に基づいて、前記暫定目標ピッチ軸角度を前記最終目標ピッチ軸角度に変化させるまでの時間を設定する、
請求項２記載の平行二輪車制御装置。
前記車両検出手段は、前記搭乗者が前記搭乗部に両足を乗せていることが検知された場合に、前記初期制御における前記ピッチ軸角度の検出を開始する、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の平行二輪車制御装置。
前記制御手段は、前記ピッチ軸角度が適正範囲内にある場合に限り、前記制御指令を生成する、
請求項４記載の平行二輪車制御装置。
平行二輪車が空車状態から乗車状態へ遷移する際に車両のピッチ軸角度の変化を安定させる初期制御を実行する平行二輪車制御方法であって、
同軸上に平行に配置された２つの車輪に連結された搭乗部に搭乗者の足が接地しているか否かを検出するステップと、
前記搭乗部に前記搭乗者の足が接地していることのみをもって、前記初期制御における前記車両のピッチ軸角度を検出するステップと、
前記初期制御において検出されたピッチ軸角度を暫定目標ピッチ軸角度に設定し、該暫定目標ピッチ軸角度を、徐々に最終目標ピッチ軸角度に変化させるステップと、
を有する平行二輪車制御方法。
前記目標ピッチ軸角度の変化率を一定に保つ演算処理を行うステップ、
を実行する請求項６記載の平行二輪車制御方法。
前記変化率に基づいて、前記暫定目標ピッチ軸角度を前記最終目標ピッチ軸角度に変化させるまでの時間を設定するステップ、
を実行する請求項７記載の平行二輪車制御方法。
前記搭乗者が前記搭乗部上に両足を乗せていることが検出された場合に、前記初期制御における前記ピッチ軸角度の検出が開始される、
請求項６〜８のいずれか１つに記載の平行二輪車制御方法。
前記ピッチ軸角度が適正範囲内にある場合に限り、前記車輪の駆動を制御する制御指令を生成する、
請求項９記載の平行二輪車制御方法。