JP5321637B2 - 走行装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車輪の駆動を制御して倒立制御を行う走行装置及びその制御方法に関し、特に、より安定的な走行を行うことができる走行装置及びその制御方法に関するものである。

従来、車輪の駆動を制御して倒立制御を行う同軸二輪車が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このような同軸二輪車においては、例えば、故障等によって倒立制御が停止すると、その不安定さから乗降が困難になるなどの問題が生じている。この問題を解決すべく、例えば、車両に補助輪等の接地部材を設けて、倒立制御が停止しているときは接地部材を接地させ、当該車両の安定化を図るなどの対策が考えられる。

特開２００６−３１５６６６号公報

しかしながら、上述のように、車両に接地部材を設けた場合において、例えば、車両を傾斜させることで車両の加減速を行うと、接地部材が地面に接触して、意図した加減速度が得られない虞がある。また、例えば、接地部材が段差などに引っ掛かり、その状態で倒立制御が継続された場合、車両の傾斜を戻すために車輪に過度のトルクが付加され、車輪が急回転する虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、より安定的な走行を行うことができる走行装置及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、接地部材が路面に接地した接地状態を検出する接地検出手段と、当該走行装置の倒立状態を維持するように駆動輪に回転トルクを付加する倒立制御を行うと共に、当該走行装置を移動させるように前記駆動輪に回転トルクを付加する駆動制御を行う制御手段と、を備える走行装置であって、前記接地検出手段により前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御手段は、前記倒立制御及び駆動制御のうち、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置である。この一態様によれば、より安定的な走行を行うことができる。

また、この一態様において、車両の制動開始を検出する制動検出手段を更に備え、前記制動検出手段により前記制動開始が検出され、かつ、前記接地検出手段により前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御手段は、前記倒立制御を停止してもよい。さらに、この一態様において、前記制動検出手段は、車両の傾斜角度を検出する傾斜センサを有し、前記制動検出手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度に基づいて、前記車両の制動開始を検出してもよい。さらにまた、この一態様において、前記制動検出手段は、制動を開始させるための制動スイッチを有し、前記制動検出手段は、前記制動スイッチからの出力信号に基づいて、前記車両の制動開始を検出してもよい。なお、この一態様において、前記接地検出手段は、車両の傾斜角度を検出する傾斜センサを有し、前記接地検出手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度が第１所定角度となったときに、前記接地部材の接地状態を検出してもよい。

さらに、この一態様において、前記接地検出手段は、車両の傾斜角度を検出する傾斜センサを有し、前記制御手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度に応じて、前記倒立制御のゲイン値を変化させ、前記倒立制御を停止してもよい。さらにまた、この一態様において、前記制御手段は、前記接地部材が路面に近付くに従って、前記倒立制御のゲイン値を減少させ、前記倒立制御を停止してもよい。ここで、この一態様において、前記車両の傾斜角度に応じて前記倒立制御のゲイン値が変化しない不感帯幅が設定されており、前記制御手段は、当該走行装置の加減速度に応じて、前記不感帯幅を変化させてもよい。なお、この一態様において、前記制御手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度に応じて、車輪駆動制御のゲイン値を変化させ、前記倒立制御を停止してもよい。また、この一態様において、前記制御手段は、前記接地部材が路面に近付くに従って、前記車輪駆動制御のゲイン値を増加させ、前記倒立制御を停止してもよい。この一態様において、前記接地検出手段は、前記接地部材に掛る荷重を検出する荷重検出センサを有し、前記接地検出手段は、前記荷重検出センサにより検出された前記接地部材の荷重に基づいて、前記接地部材の接地状態を検出してもよい。

他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、接地部材が路面に接地した接地状態を検出する接地検出工程と、走行装置の倒立状態を維持するように駆動輪に回転トルクを付加する倒立制御を行うと共に、前記走行装置を移動させるように前記駆動輪に回転トルクを付加する駆動制御を行う制御工程と、を含む走行装置の制御方法であって、前記接地検出工程で前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御工程で、前記倒立制御及び駆動制御のうち、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置の制御方法であってもよい。この一態様において、車両の制動開始を検出する制動検出工程を更に含み、前記制動検出工程で前記制動開始が検出され、かつ、前記接地検出工程で前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御工程において、前記倒立制御を停止してもよい。

本発明によれば、より安定的な走行を行うことができる走行装置及びその制御方法を提供できる。

（ａ）本発明の第１実施形態に係る走行装置の構成を示す正面図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る走行装置の構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る走行装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る走行装置の制御装置の概略的なシステム構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）倒立制御の状態にある走行装置の一例を示す概略図である。（ｂ）倒立制御の状態にある走行装置の一例を示す概略図である。（ｃ）補助輪が接地状態にある走行装置の一例を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る走行装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る走行装置の制御装置の概略的なシステム構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る走行装置２０の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。 倒立制御のゲイン値と傾斜角度との関係の一例を示す図である。 倒立制御のゲイン値と傾斜角度との関係の一例を示す図である。 倒立制御のゲイン値と、傾斜角度との関係の一例を示す図である。 倒立制御及び車輪駆動制御のゲイン値と、傾斜角度との関係の一例を示す図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る走行装置の構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る走行装置の構成を示す側面図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る走行装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。

本発明の第１実施形態に係る走行装置１０は、例えば、立ち乗り型の同軸二輪車に適用されているが、これに限らず、例えば、車椅子型の車両にも適用可能であり、倒立制御を行う任意の車両に適用可能である。図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、走行装置１０の構成は、上述の特許文献１に記載された構成と略同一の構成となっている。走行装置１０は、車両本体１２と、駆動輪１３Ｌ，１３Ｒと、車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒと、操作レバー１５と、補助輪２７と、制御装置４６と、を備えている。

操作レバー１５は、これを前後方向へ傾斜することによって、走行装置１０の前進又は後退操作が実行され、ロール方向へ傾斜することによって、走行装置１０の旋回操作が実行される操作部である。ここで、ロール軸は、車両本体１２の中心を通り、走行装置１０の走行方向と平行をなす軸である。

かかる操作レバー１５は、その下端部が操作レバーブラケット２４に固定されている。また、操作レバー１５は、ハンドルポスト３５と、ハンドルポスト３５の上端部に設けられたハンドルレバー３６と、から構成されている。

操作レバー１５の回動支持軸２５には、角度検出センサ３１が取り付けられている。角度検出センサ３１としては、例えば、ポテンショメータやバリコン構造のセンサ等を適用することができる。角度検出センサ３１は、搭乗者によって旋回したいと思う所望の方向へ操作レバー１５が回動されたとき、その操作量及び操作方向を検出する。

角度検出センサ３１は、検出した操作量及び操作方向に応じた操作信号を、制御装置４６に対して供給する。そして、制御装置４６は、角度検出センサ３１からの操作信号に応じて、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒの駆動を制御し、左右の駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに回転差を生じさせる。これにより、走行装置１０は、所望の車速度及び方向へ旋回走行することができる。

ハンドルレバー３６の一方の上端部には、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒの駆動を制御して、走行装置１０の旋回動作を操作できる、旋回操作リング３７が取り付けられている。旋回操作リング３７は、手動操作によって走行装置１０の旋回動作を制御するもので、旋回動作のためのアクセルリングをなすものである。

旋回操作リング３７は、搭乗者により旋回したいと思う所望の方向へ回動操作されたとき、その操作量及び操作方向を検出するポテンショメータ等を内蔵している。また、旋回操作リング３７は、ポテンショメータ等により検出された操作量及び操作方向に応じた操作信号を、制御装置４６に対して供給する。

制御装置４６は、旋回操作リング３７からの操作信号に応じて、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒの駆動を制御し、左右の駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに回転差を生じさせる。これにより、走行装置１０は、所望の車速度及び方向へ旋回走行することができる。

左右の駆動輪１３Ｌ，１３Ｒには、各駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの車輪速度を検出する車輪速度センサ２０Ｌ，２０Ｒが、夫々配設されている。車輪速度センサ２０Ｌ，２０Ｒは、検出した各駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの車輪速度を、制御装置４６に対して供給する。

ハンドルレバー３６の他方の上端部には、走行装置１０を減速停止させるための制動スイッチ３８が設けられている。制動スイッチ３８は、制御装置４６に制動制御を実行させるトリガとなる、制動制御開始信号を出力するスイッチである。なお、制動スイッチ３８は、ハンドルレバー３６に設けられているが、これに限らず、任意の位置に設けることができる。

搭乗者が制動スイッチ３８を押下するなどの、所定操作を行うと、制動スイッチ３８は、制動制御開始信号を制御装置４６に対して供給する。制御装置４６は、制動スイッチ３８からの制動制御開始信号に応じて、走行装置１０を減速停止させる制動制御の実行を開始する。

なお、制御装置４６は、制動スイッチ３８からの制動制御開始信号に応じて、制動制御を実行すると共に、搭乗者の降車を補助する降車補助制御を実行してもよい。また、本実施形態において、操作レバー１５、旋回操作リング３７、制動スイッチ３８等を操作することで、走行装置１０の走行を操作する構成であるが、これに限らず、例えば、任意のＨＭＩ（Human Machine Interface）装置を介して走行装置１０を操作する構成であってもよい。

車両本体１２は、操作レバー１５をロール方向へ回転自在に支持する。一対の駆動輪１３Ｌ，１３Ｒは、車両本体１２の走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置されると共に、当該車両本体１２に回転自在に支持されている。

車両本体１２の上面には、操作レバー１５の左右両側に２つのステップ部１１Ｌ，１１Ｒが設けられている。ステップ部１１Ｌ，１１Ｒは、搭乗者が片足ずつ乗せて搭乗するステップであり、人の足裏の大きさと同程度か少し大きく形成された一対の板体により構成されている。

各ステップ部１１Ｌ，１１Ｒには、ステップセンサ３９Ｌ，３９Ｒが設けられている。各ステップセンサ３９Ｌ，３９Ｒは、例えば重量センサにより構成され、各ステップ部１１Ｌ，１１Ｒに搭乗者の足が乗っているか否かを検出する。そして、ステップセンサ３９Ｌ，３９Ｒは、ステップ部１１Ｌ，１１Ｒに足が乗っている場合に、足検知信号を制御装置４６に対して供給する。

車両本体１２は、特許文献１に記載されている平行リンク構造を有する。車両本体１２は、相互に平行を成して上下配置された車体上部材１６及び車体下部材１７と、相互に平行を成して左右配置されると共に、車体上部材１６及び車体下部材１７と回動可能に連結された一対の側面部材１８Ｌ，１８Ｒと、を有する平行リンク機構として構成されている。

車両本体１２の後部には、接地して走行装置１０を安定化させるための補助輪２７等の接地部材が設けられている。なお、車両本体１２には、１つの補助輪２７が設けられているが、これに限らず、複数の補助輪２７が設けられていてもよい。また、補助輪２７は、車両本体１２の後部に設けられているが、これに限らず、例えば、車両本体１２の前部、若しくは前部および後部に設けられていてもよく、任意の位置に設けることが可能である。さらに、補助輪２７は、車両本体１２に対して固定されているが、これに限らず、車両本体１２に対して可動する構成であってもよい。さらにまた、接地部材として、補助輪２７が用いられているが、これに限らず、接地して走行装置１０を安定させることができれば任意の部材を用いることができる。

平行リンク機構の車体上部材１６と車体下部材１７との間には、車体上部材１６及び車体下部材１７と、一対の側面部材１８Ｌ，１８Ｒとが成す角度を夫々直角に維持するようなバネ力を発生する、一対のコイルばね１９Ｌ，１９Ｒが介在されている。

一対の側面部材１８Ｌ，１８Ｒの各外面には、車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒが夫々取り付けられている。車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒは、一対の駆動輪１３Ｌ，１３Ｒを独立して回転駆動することができる。各車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒは、例えば、車輪駆動モータ１４１Ｌ，１４１Ｒと、その車輪駆動モータ１４１Ｌ，１４１Ｒの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギア１４２Ｌ，１４２Ｒと、によって構成することができる。

操作レバー１５の基部である操作レバーブラケット２４の上面には、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒ、制御装置４６、その他の電子機器、等に対して、電力を供給する電源４０の一具体例を示すバッテリー４０が設けられている。バッテリー４０は、電源カバー４１によって覆われている。

車体上部材１６の筐体部には、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒ等を駆動する駆動回路４４Ｌ，４４Ｒが内蔵されている。また、車体下部材１７には、車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜角度θを検出する傾斜センサ４５と、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒを駆動制御するための制御信号を出力する制御装置４６と、が設けられている。

制御装置４６は、旋回操作リング３７からの操作信号、傾斜センサ４５からの傾斜角度θ、角度検出センサ３１からの操作信号、制動スイッチ３８からの制動制御開始信号、ステップセンサ３９から足検出信号、等に基づいて所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒに対して出力する。

図２に示すように、制御装置４６は、例えば、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有する演算回路４７と、プログラムメモリ、データメモリ、その他のＲＡＭ、ＲＯＭ等を有する記憶装置４８と、を有している。

制御装置４６には、バッテリー４０と一対の駆動回路４４Ｌ，４４Ｒとが接続されている。また、バッテリー４０には、一対の駆動回路４４Ｌ，４４Ｒが接続されている。一対の駆動回路４４Ｌ，４４Ｒは、一対の駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの回転速度や回転方向等を独立して制御するもので、これら駆動回路４４Ｌ，４４Ｒには、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒが個別に接続されている。

傾斜センサ４５は、例えば、走行装置１０の走行時における車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜角度θ（ピッチ角度）を検出することができる。また、傾斜センサ４５は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ等により構成されている。例えば、操作レバー１５を前方または後方に傾斜させると、車両本体１２のステップ部１１Ｌ，１１Ｒが同方向へ傾斜することになるが、この傾斜センサ４５は、かかる傾斜に対応した傾斜角度θを検出することができる。そして、制御装置４６は、傾斜センサ４５により検出された車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜角度θに基づいて、車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜方向へ走行装置１０が移動するように、車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒを駆動制御する。

図３は、第１実施形態に係る走行装置の制御装置の概略的なシステム構成の一例を示すブロック図である。制御装置４６は、接地検出部４６ａと、倒立制御部４６ｂと、を有している。

接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが第１所定角度θ_ａになったとき、補助輪２７が路面Ｅに接触した接地状態を検出する。ここで、第１所定角度θ_ａには、例えば、補助輪２７が路面Ｅに接触したときの車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜角度が予め計測され、設定されている（図４（ｃ））。接地検出部４６ａは、補助輪２７の接地状態を検出すると、検出信号を倒立制御部４６ｂに対して出力する。一方で、接地検出部４６ａは、補助輪２７の接地状態（傾斜角度θ＝θ_ａ）から、再び、傾斜角度θが第２所定角度θ_ｂ以下（θ≦θ_ｂ＜θ_ａ）となり、補助輪２７が路面Ｅに接触しない非接地状態を検出すると、不検出信号を倒立制御部４６ｂに対して出力する。

なお、接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θに基づいて、補助輪２７の接地状態を検出しているが、これに限らず、補助輪２７の接地状態を適切に検出できれば任意のセンサ及び方法を用いることができる。例えば、補助輪２７に設けられた圧電センサ等の荷重センサにより検出された荷重値に基づいて、補助輪２７の接地状態を検出してもよく、レーザセンサ等の距離センサにより検出された路面Ｅの距離に基づいて、補助輪２７の接地状態を検出してもよい。また、上記センサを任意に組み合わせて、補助輪２７の接地状態を検出してもよい。

倒立制御部（制御手段）４６ｂは、駆動輪１３Ｌ,１３Ｒを制御して、走行装置１０の倒立状態を維持するための倒立制御を行う（図４（ａ））。倒立制御部４６ｂは、例えば、走行装置１０の駆動輪１３Ｌ,１３Ｒが路面Ｅに対して接地する接地点から垂直方向に伸び、車軸を通る直線Ｌと、走行装置１０の重心位置と車軸とを結ぶ直線と、が成す傾斜角度θが、目標傾斜角度θ_０（例えば、θ_０＝０°）となるように、各駆動輪１３Ｌ,１３Ｒの回転駆動を制御する（図４（ｂ））。なお、図４（ａ）乃至（ｃ）において、例えば、車両本体１２が水平状態となるときを傾斜角度０°とし、時計方向を正方向とする。

具体的には、倒立制御部４６ｂは、まず、傾斜センサ４５により検出された車両本体１２の傾斜角度θに、倒立制御のゲイン値Ｇを乗算して、各駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの回転トルクＴ（Ｔ＝θ×Ｇ）を算出する。そして、倒立制御部４６ｂは、算出した回転トルクＴが各駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに生じるように、各車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒを、駆動回路４４Ｌ，４４Ｒを介して夫々制御する。これにより、倒立制御部４６ｂは、車両本体１２が傾斜している方向へ、各駆動輪１３Ｌ，１３Ｒを回動させ、走行装置１０の重心位置を、駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの車軸を通る直線Ｌ上へ戻すような倒立制御を行うことができる。

倒立制御部４６ｂは、上述の如く、各駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに対して適切な回転トルクＴを夫々付加することで、直線Ｌに対して成す傾斜角度θがある一定値を超えないような倒立状態を維持する倒立制御を行う。さらに、倒立制御部４６ｂは、上記倒立制御の回転トルクＴに加えて、角度検出センサ３１、旋回操作リング３７からの操作信号や、傾斜センサ４５からの傾斜角度θに応じて、前進、後進、減速、加速、右折、左折、左旋回、右旋回等の車輪駆動制御を行うための回転トルクを、各駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに対して付加する。なお、倒立制御部４６ｂは、上記駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに対する回転トルク制御を、例えば、状態フィードバック制御、ロバスト制御等の周知の制御方法を用いて行ってもよい。

ところで、従来の走行装置において、例えば、車両本体を傾斜させ、車両の加減速を行ったとき、補助輪等の接地部材が地面などに接触して、意図した加減速度が得られない虞がある。また、接地部材が段差などに引っ掛かり、その状態で倒立制御が継続された場合、車両本体の傾斜を戻すために駆動輪に過度の回転トルクが付加され、駆動輪が急回転する虞がある。そこで、本実施形態に係る走行装置１０において、倒立制御部４６ｂは、接地検出部４６ａから検出信号を受信し、補助輪２７が路面Ｅに接触し、接地状態にあると判断すると、上記倒立制御のみを停止する。これにより、走行装置１０は、より安定的な走行を行うことができる。

図５は、本発明の第１実施形態に係る走行装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、図５及び後述の図６に示す制御処理は、例えば、所定時間毎に繰り返し実行される。

例えば、制御装置４６の倒立制御部４６ｂは、傾斜センサ４５により検出された車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜角度θに基づいて、車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒを駆動制御して、車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜方向へ走行装置１０が移動させつつ、倒立制御を実行する。（ステップＳ１０１）。また、接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが第１所定角度θ_ａ（θ＝θ_ａ）になる、補助輪２７の接地状態を検出する（ステップＳ１０２）。

接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが第１所定角度θ_ａになり、補助輪２７の接地状態を検出すると（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、検出信号を倒立制御部４６ｂに対して出力する。そして、倒立制御部４６ｂは、接地検出部４６ａから検出信号を受信すると、倒立制御のみを停止し（ステップＳ１０３）、下記（ステップＳ１０４）に移行する。

次に、接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが第２所定角度θ_ｂ以下（θ≦θ_ｂ）となる、補助輪２７の非接地状態を検出する（ステップＳ１０４）。接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが所定角度θ_ｂ以下となる、補助輪２７の非接地状態を検出すると（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、倒立制御を再度開始し（ステップＳ１０５）、本制御処理を終了する。一方、接地検出部４６ａは、補助輪２７の非接地状態を検出しないとき（ステップＳ１０４のＮＯ）、本制御処理を終了する。

以上、第１実施形態に係る走行装置１０において、倒立制御部４６ｂは、接地検出部４６ａから検出信号を受信し、補助輪２７が路面Ｅに接触し、接地状態にあると判断したとき、上記倒立制御のみを停止する。これにより、補助輪２７が接地状態にあるとき、不要な倒立制御を確実に停止させることで、走行装置１０をより安定的に走行させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る走行装置１０の制御装置５６は、第１実施形態に係る走行装置１０の制御装置４６の構成に加えて、搭乗者の制動意思である制動開始トリガを検出する制動検出部４６ｃを更に備えている（図６）。

制動検出部４６ｃは、例えば、制動スイッチ３８からの制動制御開始信号を受信することで、制動開始トリガを検出することができる。制動検出部４６ｃは、制動開始を検出すると、倒立制御部４６ｂに対して制動指示信号を出力する。倒立制御部４６ｂは、制動検出部４６ｃから制動指示信号を受信し、かつ、接地検出部４６ａから検出信号を受信したとき、上記倒立制御のみを停止する。なお、制動検出部４６ｃは、制動スイッチ３８からの制動制御開始信号に基づいて、制動開始を検出しているが、これに限らず、例えば、傾斜センサ４５により検出された車両本体１２の傾斜角度θに基づいて、制動開始を検出してもよく、任意のセンサ、及び方法を用いて検出してもよい。

第２実施形態に係る走行装置２０において、他の構成は第１実施形態に係る走行装置１０と略同一である。したがって、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る走行装置２０の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。例えば、制御装置５６の倒立制御部４６ｂは、傾斜センサ４５により検出された車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜角度θに基づいて、車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒを駆動制御して、車両本体１２又は操作レバー１５の傾斜方向へ走行装置２０を移動させつつ、倒立制御を実行する。（ステップＳ２０１）。

次に、制動検出部４６ｃは、制動スイッチ３８からの制動制御開始信号を受信し、走行装置２０の制動開始を検出すると（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが第１所定角度θ_ａ（θ＝θ_ａ）になる、補助輪２７の接地状態を検出する（ステップＳ２０３）。

接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが第１所定角度θ_ａになり、補助輪２７の接地状態を検出すると（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、検出信号を倒立制御部４６ｂに対して出力する。そして、倒立制御部４６ｂは、接地検出部４６ａから検出信号を受信すると、倒立制御のみを停止し（ステップＳ２０４）、下記（ステップＳ２０５）に移行する。このとき、倒立制御部４６ｂは、例えば、制動制御開始信号に基づいて走行装置１０の目標速度を０に設定し、その目標速度に応じた回転トルクが駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに付加されるように、車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒを制御する。したがって、例えば、走行装置１０が傾斜路面を走行している場合でも、上記目標速度＝０（停止状態）となるように駆動輪１３Ｌ，１３Ｒに回転トルクが付加されるため、走行装置１０を斜面上で安定的に停止させることができる。

次に、接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが第２所定角度θ_ｂ（θ≦θ_ｂ）となる、補助輪２７の非接地状態を検出する（ステップＳ２０５）。接地検出部４６ａは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが所定角度θ_ｂ以下となる、補助輪２７の非接地状態を検出すると（ステップＳ２０５のＹＥＳ）、倒立制御を再度開始し（ステップＳ２０６）、本制御処理を終了する。一方、接地検出部４６ａは、補助輪２７の非接地状態を検出しないとき（ステップＳ２０５のＮＯ）、本制御処理を終了する。

以上、第２実施形態に係る走行装置２０において、制御装置５６の倒立制御部４６ｂは、制動検出部４６ｃから制動指示信号を受信し、かつ、接地検出部４６ａから検出信号を受信したとき、倒立制御のみを停止する。これにより、制動状態でかつ補助輪２７が接地状態にあるとき、不要な倒立制御を確実に停止させることで、走行装置１０をより安定的に走行させ、停車させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る走行装置１０、２０において、制御装置４６、５６の倒立制御部４６ｂは、傾斜センサ４５により検出された車両本体１２の傾斜角度θに応じて、倒立制御のゲイン値Ｇを減少させ、倒立制御を停止してもよい。倒立制御部４６ｂは、例えば、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが漸増し、補助輪２７が路面Ｅに近付くに従って、倒立制御のゲイン値Ｇを減少させてもよい（図８）。

例えば、図８に示すように、０≦傾斜角度θ≦θ_１のときは、ゲイン値Ｇは通常のゲイン値Ｇ１で一定（Ｇ＝Ｇ１）となり、θ_１≦傾斜角度θ≦θ_２のときは、ゲイン値Ｇは一定の比例定数α（α＜０）で漸減し（Ｇ＝α・θ）、θ_２≦傾斜角度θ＜θ_ａのときは、ゲイン値Ｇは微小値Ｇ２で一定（Ｇ＝Ｇ２）となる。このように、ゲイン値Ｇは、傾斜角度θが増加するに従って、段階的に（所定ステップで）減少してもよい。

倒立制御部４６ｂは、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが所定角度θ_ａとなり、補助輪２７が接地したと判断したとき、倒立制御のゲイン値Ｇを０にして、倒立制御を停止する。これにより、補助輪２７を接地させる際の補助輪２７と路面Ｅとの間に生じる所謂チャタリングを抑制し、補助輪２７をより安定的に接地させることができる。したがって、走行装置１０の安定性及び快適性がより向上する。

第３実施形態に係る走行装置１０、２０において、他の構成は上記第１及び第２実施形態に係る走行装置１０、２０と略同一である。したがって、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

また、上記第３実施形態において、倒立制御部４６ｂは、傾斜角度θが増加するに従って、ゲイン値Ｇを段階的に減少させているが、これに限らず、例えば、ゲイン値Ｇをリニアに減少させてもよく（図９）、また、傾斜角度θ＝θ_ａなったときにゲイン値Ｇを直ちに０に減少させてもよく、任意の減少方法を用いることができる。

さらに、上記第３実施形態において、不感帯Ｇ＝Ｇ２となるθ_２≦傾斜角度θ＜θ_ａの不感帯幅を駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの加減速度に応じて、変化させてもよい。例えば、駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの加速時において、θ_２≦傾斜角度θ＜θ_ａの不感帯幅をより大きくし、一方で、駆動輪１３Ｌ，１３Ｒの減速時において、θ_２≦傾斜角度θ＜θ_ａの不感帯幅をより小さくしてもよい（図１０）。これにより、上記チャタリングをより効果的に抑制し、補助輪２７をより安定的に接地させることができる。

さらにまた、上記第３実施形態において、倒立制御部４６ｂは、傾斜センサ４５により検出された傾斜角度θに応じて、倒立制御のゲイン値Ｇ（実線）を減少させつつ、駆動輪１３Ｌ，１３Ｒを駆動制御（移動制御）するためのゲイン値Ｇ'（一点鎖線）を増加させてもよい（図１１）。

倒立制御部４６ｂは、例えば、傾斜センサ４５からの傾斜角度θが漸増し、補助輪２７が路面Ｅに近付くに従って、倒立制御のゲイン値Ｇを減少させつつ、車輪駆動制御のゲイン値Ｇ'を増加させる。これは、通常の走行時において、走行装置１０、２０の転倒を確実に防止するために、倒立制御は、車輪駆動制御よりもより優先度が高くなる。したがって、倒立制御のゲイン値Ｇは、車輪駆動制御のゲイン値Ｇ'と比較して、より高く設定される。一方で、本実施形態のように倒立制御を停止させる際は、逆に、車輪駆動制御は倒立制御よりも優先度が高くなる。したがって、上述のように、倒立制御のゲイン値Ｇを減少させつつ、車輪駆動制御のゲイン値Ｇ'を増加させることで、より適切な制御を行うことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記第１乃至第３実施形態において、制御装置４６、５６は、当該装置４６、５６や車輪駆動ユニット１４Ｌ，１４Ｒなどの倒立制御に大きな影響を与える機器に対する故障を検出したとき、上記倒立制御の停止を行うと共に、搭乗者の降車を補助する降車補助制御を実行してもよい。制御装置４６、５６は、この降車補助制御を実行すると、例えば、走行装置１０、２０を一定時間、加速させることで、車両本体１２を強制的に後方へ傾斜させる。これにより、補助輪２７が接地し、倒立制御部４６ｂは上記制御処理を実行して倒立制御を停止することで、走行装置１０の安定性より向上させることができる。

本発明は、例えば、同軸二輪車、車椅子型の車両等の、倒立制御を実行しつつ走行する走行装置に利用可能である。

１０ 走行装置
１１Ｌ，１１Ｒ ステップ部
１２ 車両本体
１３Ｌ，１３Ｒ 駆動輪
１４Ｌ，１４Ｒ 車輪駆動ユニット
１５ 操作レバー
２７ 補助輪
３１ 角度検出センサ
３８ 制動スイッチ
４５ 傾斜センサ
４６，５６ 制御装置
４６ａ 接地検出部
４６ｂ 倒立制御部
４６ｃ 制動検出部

Claims (13)

1. 接地部材が路面に接地した接地状態を検出する接地検出手段と、
   当該走行装置の倒立状態を維持するように駆動輪に回転トルクを付加する倒立制御を行うと共に、当該走行装置を移動させるように前記駆動輪に回転トルクを付加する駆動制御を行う制御手段と、を備える同軸二輪の走行装置であって、
   前記接地検出手段により前記接地部材の接地状態が検出されないとき、前記制御手段は、前記倒立制御を実行し、
   前記接地検出手段により前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御手段は、前記倒立制御及び駆動制御のうち、当該走行装置の傾斜を戻すために前記駆動輪に過度の回転トルクが付加されるのを抑制するために前記倒立制御のみを停止する、ことを特徴とする走行装置。
2. 請求項１記載の走行装置であって、
   車両の制動開始を検出する制動検出手段を更に備え、
   前記制動検出手段により前記制動開始が検出され、かつ、前記接地検出手段により前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御手段は、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置。
3. 請求項２記載の走行装置であって、
   前記制動検出手段は、車両の傾斜角度を検出する傾斜センサを有し、
   前記制動検出手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度に基づいて、前記車両の制動開始を検出する、ことを特徴とする走行装置。
4. 請求項２又は３記載の走行装置であって、
   前記制動検出手段は、制動を開始させるための制動スイッチを有し、
   前記制動検出手段は、前記制動スイッチからの出力信号に基づいて、前記車両の制動開始を検出する、ことを特徴とする走行装置。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の走行装置であって、
   前記接地検出手段は、車両の傾斜角度を検出する傾斜センサを有し、
   前記接地検出手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度が第１所定角度となったときに、前記接地部材の接地状態を検出する、ことを特徴とする走行装置。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の走行装置であって、
   前記接地検出手段は、車両の傾斜角度を検出する傾斜センサを有し、
   前記制御手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度に応じて、前記倒立制御のゲイン値を変化させ、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置。
7. 請求項６記載の走行装置であって、
   前記制御手段は、前記接地部材が路面に近付くに従って、前記倒立制御のゲイン値を減少させ、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置。
8. 請求項６又は７記載の走行装置であって、
   前記車両の傾斜角度に応じて前記倒立制御のゲイン値が変化しない不感帯幅が設定されており、
   前記制御手段は、当該走行装置の加減速度に応じて、前記不感帯幅を変化させる、ことを特徴とする走行装置。
9. 請求項６乃至８のうちいずれか１項記載の走行装置であって、
   前記制御手段は、前記傾斜センサにより検出された前記車両の傾斜角度に応じて、車輪駆動制御のゲイン値を変化させ、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置。
10. 請求項９記載の走行装置であって、
    前記制御手段は、前記接地部材が路面に近付くに従って、前記車輪駆動制御のゲイン値を増加させ、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれか１項記載の走行装置であって、
    前記接地検出手段は、前記接地部材に掛る荷重を検出する荷重検出センサを有し、
    前記接地検出手段は、前記荷重検出センサにより検出された前記接地部材の荷重に基づいて、前記接地部材の接地状態を検出する、ことを特徴とする走行装置。
12. 接地部材が路面に接地した接地状態を検出する接地検出工程と、
    走行装置の倒立状態を維持するように駆動輪に回転トルクを付加する倒立制御を行うと共に、前記走行装置を移動させるように前記駆動輪に回転トルクを付加する駆動制御を行う制御工程と、を含む同軸二輪の走行装置の制御方法であって、
    前記接地検出工程で前記接地部材の接地状態が検出されないとき、前記制御工程で、前記倒立制御を実行し、
    前記接地検出工程で前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御工程で、前記倒立制御及び駆動制御のうち、当該走行装置の傾斜を戻すために前記駆動輪に過度のトルクが付加されるのを抑制するために前記倒立制御のみを停止する、ことを特徴とする走行装置の制御方法。
13. 請求項１２記載の走行装置の制御方法であって、
    車両の制動開始を検出する制動検出工程を更に含み、
    前記制動検出工程で前記制動開始が検出され、かつ、前記接地検出工程で前記接地部材の接地状態が検出されたとき、前記制御工程において、前記倒立制御を停止する、ことを特徴とする走行装置の制御方法。

Images