JP6011372B2 - 同軸二輪車及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、同軸二輪車及びその制御方法に関し、特に、搭乗者を乗せて倒立移動可能な同軸二輪車及びその制御方法に関する。

従来の倒立移動体として、例えば、特許文献１に記載の同軸二輪車が知られている。特許文献１には、ブレーキスイッチを搭乗者が操作すると、速度ゼロへの減速ルーチンを開始する同軸二輪車が開示されている。

特表２００４−５１０６３７号公報

本発明者は、特許文献１などのような従来の倒立移動体（同軸二輪車）における降車制御について、以下のように検討し課題を見出した。

図７は、従来の倒立移動体における降車制御を示している。従来の倒立移動体９００は、搭乗者が降車する際に押下する降車ボタン（不図示）を備えており、まず、搭乗者が降車ボタンを押下する（Ｓ９０１）。

従来の倒立移動体９００は、降車ボタンが押下されたため、降車制御へ移行する（Ｓ９０２）。従来の倒立移動体９００は、降車制御が開始されるまでは（Ｓ９１０〜Ｓ９０２）、符号９０１で示すように、倒立制御により倒立状態が維持されている。

そこで、降車制御が開始されると、従来の倒立移動体９００は、目標姿勢角度を車体後方に設定する（Ｓ９０３）。そうすると、符号９０２で示すように、従来の倒立移動体９００の車体が後方に傾き（Ｓ９０４）、符号９０３で示すように、従来の倒立移動体９００から搭乗者が降車する（Ｓ９０５）。

このように、従来の倒立移動体において、降車時は、車体が後方に強制的に傾くことで搭乗者を降ろす制御を行うことが一般的である。通常制御時、図８（ａ）に示すように、従来の倒立移動体９００は、目標姿勢角度が垂直に設定されて倒立状態が維持されているが、降車制御に移行した際は（降車制御時）、図８（ｂ）に示すように、従来の倒立移動体９００は、目標姿勢角度が後方に設定され、車体が強制的に後方に傾斜する。ところが、このとき搭乗者が操作に慣れていないと、強制的に車体が傾く動作に驚いてしまい、この意図しない動作に違和感を搭乗者によっては感じてしまう。

本発明に係る同軸二輪車は、搭乗者を乗せて倒立移動するため前進方向または後退方向へ回転する車輪と、前記搭乗者が降車の意思を指示する降車操作の入力を検出する降車操作検出部と、前記降車操作の検出に応じて、前記搭乗者の意思に基づく前記後退方向への回転を除いて前記後退方向への前記車輪の回転を禁止する制御部と、を備えるものである。

本発明に係る倒立移動体の制御方法は、搭乗者を乗せて倒立移動するため前進方向または後退方向へ回転する車輪を備えた倒立移動体の制御方法であって、前記搭乗者が降車の意思を指示する降車操作を検出し、前記降車操作の検出に応じて、前記搭乗者の意思に基づく前記後退方向への回転を除いて前記後退方向への前記車輪の回転を禁止するものである。

本発明によれば、搭乗者の意思に応じてより自然に降車することが可能な同軸二輪車及びその制御方法を提供することができる。

実施の形態１に係る倒立移動体（同軸二輪車）の外観構成の概略を示す側面図及び正面図である。 実施の形態１に係る倒立移動体の機能構成の概略を示すブロック図である。 実施の形態１に係る倒立移動体の降車制御動作の概略を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る倒立移動体の降車制御動作の詳細を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る倒立移動体の降車制御動作時の状態を説明するための説明図である。 実施の形態１に係る倒立移動体の降車制御動作時の状態を説明するための説明図である。 従来の倒立移動体の降車制御動作を示すフローチャートである。 従来の倒立移動体の降車制御動作時の状態を説明するための説明図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。まず、図１及び図２を用いて、本実施の形態に係る倒立移動体（同軸二輪車）の構成について説明する。図１（ａ）は、本実施の形態に係る倒立移動体１０の外観構成の概略を示す側面図であり、図１（ｂ）は、本実施の形態に係る倒立移動体１０の外観構成の概略を示す側面図であり、図２は、本実施の形態に係る倒立移動体１０の機能構成の概略を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、倒立移動体１０は、主に、車両本体１２、車輪１３Ｌ及び１３Ｒ、車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒ、ハンドルレバー１５等を備えており、各部を制御する制御装置３０等を内蔵している。なお、符号に"Ｌ"が付された構成は、搭乗者から見て（前進方向に対して）左側に位置する構成であり、符号に"Ｒ"が付された構成は、搭乗者から見て（前進方向に対して）右側に位置する構成である。

ハンドルレバー１５は、搭乗者が前後方向に傾けることによって前進、後退操作を行い、また、搭乗者がロール方向へ傾けることによって旋回操作を行う操作部である。ハンドルレバー１５の上部には、搭乗者が把持し操作を行う把持部１６が設けられている。例えば、ハンドルレバー１５及び把持部１６が、倒立移動体１０を操作するためのハンドルを構成している。

把持部１６の上端部には、降車ボタン２１が設けられている。降車ボタン（降車スイッチ）２１は、本実施の形態に係る降車制御を実行させるトリガとなる降車制御開始トリガ信号を発生させるスイッチである。搭乗者が降車ボタン２１を押下すると、降車制御開始トリガ信号が制御装置３０に供給される。制御装置３０は、降車制御開始トリガ信号に応じて、本実施の形態に係る降車制御の実行を開始する。降車ボタン２１、もしくは、降車ボタン２１及び制御装置３０が、搭乗者による降車操作の入力を検出する降車操作検出部を構成している。

車両本体１２は、ハンドルレバー１５をロール方向（前後方向）へ回転自在（前後自在）に支持する。一対の車輪１３Ｌ及び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ともに、車両本体１２に回転自在に支持されている。車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒは、一対の車輪１３Ｌ及び１３Ｒを独立して回転駆動する車輪駆動手段である。

車両本体１２の上部（上面）には、ハンドルレバー１５の左右両側に２つのステップ部１１Ｌ及び１１Ｒが設けられている。車両本体１２の上部にステップ部１１Ｌ及び１１Ｒがそれぞれ個別に取り付けられている。一対のステップ部１１Ｌ及び１１Ｒは、車軸方向である左右方向に所定の隙間をあけて同じ高さ位置において水平に展開するように設けられている。一対のステップ部１１Ｌ及び１１Ｒの間隔は、人が自然な状態で立っているときの両足間の距離とされている。ステップ部１１Ｌ及び１１Ｒ（乗車ステップもしくは乗車プラットホーム）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。

ステップ部１１Ｌ及び１１Ｒには、ステップセンサ２４が設けられている。ステップセンサ２４は、例えば重量センサにより構成され、ステップ部１１Ｌ及び１１Ｒのそれぞれに搭乗者の足が乗っているかどうかを検出し、足が乗っている場合に足検出信号を制御装置３０に供給する。制御装置３０は、ステップ部１１Ｌ及び１１Ｒのいずれか一方もしくは両方に搭乗者の足が乗っているかどうかを検知することができる。

車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒは、例えば、駆動モータと、その駆動モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギア列等によって構成することができる。車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒは、車両本体１２の側部に固定される固定部と、その固定部に回転自在に支持された回転部とからなり、その回転部に一対の車輪１３Ｌ及び１３Ｒがそれぞれ取り付けられている。このように一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒを介して車両本体１２の側部に支持された一対の車輪１３Ｌ及び１３Ｒは、平坦な路面上に置いたときには、互いの回転中心が同一軸心線上に一致することになる。車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒは、制御装置３０からの制御にしたがって車輪１３Ｌ及び１３Ｒの回転速度を制御し、また、制御装置３０からの制御にしたがって車輪１３Ｌ及び１３Ｒの後退方向（または前進方向）の回転を制限（禁止）する。

ハンドルレバー１５のロール方向への回動量（回転角度）を検出するため、車両本体１２のハンドルレバー１５の支持部には角度検出センサ２３が取り付けられている。角度検出センサ２３は、車両本体１２に固定された軸部と、その軸部との間の相対的な回転変位量を検出する検出部とによって構成される。角度検出センサ２３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２３は、検出した回動量に応じた角度検出信号を、制御装置３０に対して供給する。制御装置３０は、角度検出センサ２３からの角度検出信号に応じて、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒの駆動を制御し、左右の車輪１３Ｌ及び１３Ｒに回転さを生じさせる。これにより、倒立移動体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。

車両本体１２には、車両本体１２やハンドルレバー１５等の姿勢を検出してそれらの姿勢検出信号を出力する姿勢検出手段である姿勢センサユニット２２が内蔵されている。姿勢センサユニット２２は、倒立移動体１０の走行時における角速度や加速度を検出してその角速度や走行加速度を制御するために用いられるもので、例えば、ジャイロセンサと、加速度センサとから構成される。ハンドルレバー１５を前方または後方に傾けると、ステップ部１１Ｌ及び１１Ｒが同方向に傾くことになるが、この姿勢センサユニット２２は、かかる傾斜に対応した角速度や加速度を検出する。制御装置３０は、姿勢センサユニット２２によって検出された角速度や加速度に基づいて、ハンドルレバー１５の傾斜方向に車両が移動するように、車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒを駆動制御する。

車両本体１２には、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒをそれぞれ駆動する一対の駆動回路３３Ｌ及び３３Ｒ、車両本体１２やハンドルレバー１５等の姿勢を検出してそれらの検出信号を出力する姿勢検出手段である姿勢センサユニット２２、各車輪１３Ｌ及び１３Ｒの車輪速度を検出する車輪速度センサ２５が内蔵されている。姿勢センサユニット２２は、検出した姿勢を示す姿勢検出信号を制御装置３０に供給する。車輪速度センサ２５は、各車輪１３Ｌ及び１３Ｒのそれぞれの車輪速度（回転速度）を検出し、検出した車輪速度（各車輪の速度、もしくは、各車輪の速度の平均値）を示す速度検出信号を制御装置３０に供給する。例えば、車輪速度センサ２５が検出する車輪速度に応じて、進行方向（前進または後退）を検出できるため、車輪速度センサ２５、もしくは、車輪速度センサ２５及び制御装置３０が、前進方向または後退方向のいずれかに移動していることを検出する移動方向検出部を構成するといえる。

制御装置（制御部）３０は、例えば、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有する演算回路３１、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭやＲＯＭ等を有する記憶装置３２等を備えている。記憶装置３２には、本実施の形態に係る制御方法（降車制御）を実行するための制御プログラムが記憶されている。このプログラムを演算回路３１が実行することで、本実施の形態に係る制御方法（降車制御）が実現される。

制御装置３０には、一対の駆動回路３３Ｌ及び３３Ｒが接続されており、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒ等を駆動制御するための駆動信号を出力する。一対の駆動回路３３Ｌ及び３３Ｒは、一対の車輪駆動ユニット１４Ｌ及び１４Ｒが個別に接続されており、駆動信号に応じて一対の車輪１３Ｌ及び１３Ｒの回転速度や回転方向等を個別に制御する。

制御装置３０は、姿勢センサユニット２２からの姿勢検出信号、角度検出センサ２３からの角度検出信号、降車ボタン２１からの降車制御開始トリガ信号、ステップセンサ２４からの足検出信号、車輪速度センサ２５からの速度検出信号等に基づき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及び１４Ｒ等に出力する。制御装置３０は、通常の姿勢制御に加えて、降車制御開始トリガ信号に基づいて降車制御を実行する。特に、本実施の形態の制御装置３０は、降車ボタン２１が操作されると、搭乗者の意思に基づく後退方向への回転を除いて後退方向への車輪１３Ｌ及び１３Ｒの回転を禁止する。

次に、本実施の形態に係る倒立移動体１０の降車制御方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る降車制御方法の概要を示しており、図４は、本実施の形態に係る降車制御方法の詳細を示している。

本実施の形態に係る降車制御では、図３に示すように、まず、搭乗者が倒立移動体１０に乗車して姿勢制御を実行している状態において、搭乗者が降車ボタン２１を押下する（Ｓ１０１）。すなわち、搭乗者は、倒立移動体１０を降車モード（降車制御）に移行させるため、降車ボタン２１を押下する。続いて、倒立移動体１０は、降車制御に移行する（Ｓ１０２）。すなわち、倒立移動体１０は、搭乗者により降車ボタン２１が押下されると、その時点の速度を記憶し、Ｓ１０３以降の降車制御に移行する。

続いて、倒立移動体１０は、車輪１３Ｌ及び１３Ｒの回転方向を制限する（Ｓ１０３）。具体的には、倒立移動体１０が前進している場合、速やかに車輪１３Ｌ及び１３Ｒの回転方向を制限し、その後、車輪１３Ｌ及び１３Ｒが後方に回転できないようにする（後方への回転を禁止する）。また、倒立移動体１０が後退している場合、徐々に車輪１３Ｌ及び１３Ｒの速度を落としていき、最終的に車輪１３Ｌ及び１３Ｒが後方へ回転できないようにする。本実施の形態では、搭乗者が倒立移動体１０から降りようとするまでは（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）、符号１０１で示すように、倒立状態が維持されている。

続いて、搭乗者が倒立移動体１０の後方へ降りようとすると（Ｓ１０４）、倒立移動体１０が後方へ傾き（Ｓ１０５）、搭乗者が倒立移動体１０から降車する（Ｓ１０６）。すなわち、上記のように車輪１３Ｌ及び１３Ｒの回転方向が制限された後、搭乗者が降車しようと意図し、倒立移動体１０の後方に体重を掛けた場合、符号１０２で示すように、倒立移動体１０はそれに応じて後方に自然に傾き、符号１０３で示すように、倒立移動体１０から搭乗者が降車することができる。

図４のＳ２０２は図３のＳ１０１に相当し、図４のＳ２０３は図３のＳ１０２に相当し、図４のＳ２０４〜Ｓ２０７及びＳ２１０〜Ｓ２１１は図３のＳ１０３に相当し、図４のＳ２０８は図３のＳ１０４及びＳ１０５に相当し、図４のＳ２０９は図３のＳ１０６に相当する。なお、図５は、前進しているときに降車制御を行った場合の倒立移動体の状態を示しており、図６は、後退しているときに降車制御を行った場合の倒立移動体の状態を示しており、図５及び図６を参照しつつ、図４の降車制御を説明する。

図４に示すように、Ｓ２０１〜Ｓ２０２では、倒立移動体１０は、通常の倒立制御モードで動作する（図５（ａ）及び図６（ａ））。すなわち、搭乗者が倒立移動体１０に乗車し、制御装置３０が倒立制御を行っている（Ｓ２０１）。例えば、制御装置３０は、目標姿勢角度を垂直に設定し、姿勢センサユニット２２の姿勢検出信号に応じて、目標姿勢角度を保ちつつ倒立移動するように駆動信号を生成し、車輪駆動ユニット１４Ｒ及び１４Ｌを駆動する。

この状態で、制御装置３０は、降車ボタン２１のＯＮ／ＯＦＦを判定する（Ｓ２０２）。制御装置３０は、降車ボタン２１からの降車制御開始トリガ信号に応じて、降車ボタン２１のＯＮ／ＯＦＦを判定する。制御装置３０は、降車制御開始トリガ信号が入力されず、降車ボタン２１がＯＦＦ（押下されない）の場合、倒立制御を続ける（Ｓ２０１）。

制御装置３０は、降車ボタン２１が押下されて降車制御開始トリガ信号が入力されると、車輪速度センサ２５から速度Ｖｃを取得する（Ｓ２０３）。制御装置３０は、取得した速度Ｖｃを記憶装置３２に記憶する。

続いて、制御装置３０は、車体が前進または後退しているかどうか判断する（Ｓ２０４）。例えば、制御装置３０は、速度Ｖｃの大きさに応じて前進または後退を判断する。制御装置３０は、速度Ｖｃが０より大きい場合に前進していると判断し、速度Ｖｃが０以下の場合に後退していると判断する。制御装置３０は、左右の各車輪１３Ｌ及び１３Ｒの車輪速度（回転速度）の平均値により、車体の前進または後退を判断する。搭乗者により降車ボタン２１がＯＮ（押下された）となり、倒立移動体１０が前進している場合、後退速度を０に制限し、後方に車輪が回転しないように制限（後方への回転を禁止）する（図５（ｂ））。すなわち、速度Ｖｃが０より大きい（倒立移動体１０が前進している）場合、制御装置３０は、後退速度制限値Ｖｍｉｎを０に設定する（Ｓ２０５）。

さらに、Ｓ２０６〜Ｓ２０８において、倒立移動体１０の後方に体重をかけて搭乗者が降車しようとした場合、車輪が停止し車体が後方に傾く（図５（ｃ））。すなわち、降車ボタン２１が押下されて、倒立移動体１０が前進している場合、制御装置３０は、倒立制御を行い（Ｓ２０６）、倒立移動体１０が前進または後退（停止）しているかどうか判断する（Ｓ２０７）。制御装置３０は、Ｓ２０４と同様に、速度Ｖｃの大きさに応じて前進または後退を判断する。

速度Ｖｃが０より大きい、すなわち、倒立移動体１０が前進している場合、制御装置３０は、倒立制御を続ける（Ｓ２０６）。搭乗者が後方へ降りようと車体を後方へ傾けると、前進方向への速度が減速する。そして、速度Ｖｃが０である、すなわち、倒立移動体１０が停止した場合、制御装置３０は倒立制御を停止し、搭乗者が後方へ降りようとしているため、倒立移動体１０が後方に傾斜し（Ｓ２０８）、この状態で倒立移動体１０から搭乗者が降車する（Ｓ２０９、図５（ｄ））。

一方、搭乗者により降車ボタン２１がＯＮ（押下された）となり、倒立移動体１０が後退している場合、倒立移動体１０は後退速度を徐々に落としていく（図６（ｂ））。すなわち、Ｓ２０４でＶｃ≦０の場合（倒立移動体１０が後退している場合）、制御装置３０は、後退速度制限値Ｖｍｉｎを速度Ｖｃに設定し（Ｓ２１０）、一定時間かけて後退速度制限値Ｖｍｉｎを０に低下させる（Ｓ２１１）。後退速度制限値Ｖｍｉｎが０になり、すなわち、倒立移動体１０が停止した場合、前進の場合と同様に、制御装置３０は倒立制御を停止して、倒立移動体１０が後方に傾斜し（Ｓ２０８、図６（ｃ））、この状態で倒立移動体１０から搭乗者が降車する（Ｓ２０９、図６（ｄ））。

以上のように本実施の形態では、ＷＩＮＧＬＥＴ（登録商標）のような倒立型移動体において、降車制御に移行した際に、車体から強制的に傾斜をさせるのではなく、搭乗者の意思で降りることができるような制御方法を実現する。すなわち、車体の倒立制御を行い走行する倒立型移動体において、降車モードへの切り替えを搭乗者が指示する降車ボタンを備え、降車ボタンが押下されると、前進する場合はそれまでと同様に姿勢制御を行い車輪を回転させるが、後退方向へは車輪を回転させない（後方への車輪速度を０にする）制御を行う。また、降車モードに移行する際に後退している場合は一定時間で車輪速度を落としていく。

これによって、搭乗者が下りる意思を持ち後方に体重を掛けたときに、それに応じて自然に車体を傾ける。したがって、降車ボタンを押した際に、前進方向への速度制限はないため、搭乗者に無理やり降車させられる感覚（違和感）を与えず、搭乗者が後傾したときに車輪が後方へ移動しないため、搭乗者の意思で降車可能となる。従来のように車体を強制的に傾けることがないため、搭乗者の意思に応じて自然に降車することができ、搭乗者が驚いてしまい安全性に支障をきたすことを防ぐことができる。

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。

１０ 倒立移動体
１１Ｌ、１１Ｒ ステップ部
１２ 車両本体
１３Ｌ、１３Ｒ 車輪
１４Ｌ、１４Ｒ 車輪駆動ユニット
１５ ハンドルレバー
１６ 把持部
２１ 降車ボタン
２２ 姿勢センサユニット
２３ 角度検出センサ
２４ ステップセンサ
２５ 車輪速度センサ
３０ 制御装置
３１ 演算回路
３２ 記憶装置
３３Ｌ、３３Ｒ 駆動回路

Claims (4)

1. 同軸二輪車であって、
   搭乗者を乗せて倒立移動するため前進方向または後退方向へ回転する車輪と、
   前記搭乗者が降車の意思を指示する降車操作の入力を検出する降車操作検出部と、
   前記同軸二輪車が前記前進方向または前記後退方向のいずれかに移動していることを検出する移動方向検出部と、
   前記降車操作及び前記移動の方向の検出に応じて、前記後退方向への前記車輪の回転を制限する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記同軸二輪車が前記後退方向へ移動していることを検出し、かつ、前記降車操作が検出された場合、前記車輪の後退速度を前記降車操作が入力されたときの速度に制限した後、前記後退速度が徐々に０となるように収束させ、
   前記同軸二輪車が前記前進方向へ移動していることを検出し、かつ、前記降車操作が検出された場合、前記後退速度を０に制限し、
   前記後退速度を０に収束させた後、または、前記後退速度を０に制限した後、倒立制御を停止し後方傾斜可能とする、
   同軸二輪車。
2. 前記移動方向検出部は、前記車輪の速度に応じて、前記同軸二輪車が前記前進方向または前記後退方向のいずれかに移動していることを検出する、
   請求項１に記載の同軸二輪車。
3. 前記降車操作検出部は、前記搭乗者が操作可能な降車スイッチである、
   請求項１または２に記載の同軸二輪車。
4. 搭乗者を乗せて倒立移動するため前進方向または後退方向へ回転する車輪を備えた同軸二輪車の制御方法であって、
   前記搭乗者が降車の意思を指示する降車操作を検出し、
   前記同軸二輪車が前記前進方向または前記後退方向のいずれかに移動していることを検出し、
   前記降車操作及び前記移動の方向の検出に応じて、前記後退方向への前記車輪の回転を制限し、
   前記車輪の回転の制限では、
   前記同軸二輪車が前記後退方向へ移動していることを検出し、かつ、前記降車操作が検出された場合、前記車輪の後退速度を前記降車操作が入力されたときの速度に制限した後、前記後退速度が徐々に０となるように収束させ、
   前記同軸二輪車が前記前進方向へ移動していることを検出し、かつ、前記降車操作が検出された場合、前記後退速度を０に制限し、
   前記後退速度を０に収束させた後、または、前記後退速度を０に制限した後、倒立制御を停止し後方傾斜可能とする、
   同軸二輪車の制御方法。

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