JP6120370B2 - パーソナルビークル - Google Patents

Description

本発明は電動式の車いす等のパーソナルビークルに関する。

車いす等のパーソナルビークルは、使用者が着座する着座部を有する車体と、車体に設けられ着座部に着座する使用者の右側の右車輪と、車体に設けられ着座部に着座する使用者の左側の左車輪とを有する。パーソナルビークルの車体には、車体走行速度および車体の旋回角度に関する指令値が入力される操作部が設けられている。

ところで、傾斜している路面を横切る方向などパーソナルビークルが左右の何れかに傾きながら直進走行（以降ではカント走行と記す）する際に、その車体のロール軸に対するロール角度に応じて車体の直進性が低下するおそれがある。すなわち、カント走行を行っていると、パーソナルビークルが直進走行するように使用者が操作部を操作しているにもかかわらず、車体の傾きに起因して路面上で車体のずり落ち（片流れ）が発生し、パーソナルビークルの直進走行性が損なわれるおそれがある。

本願出願人は、上記の問題を低減したパーソナルビークルを特許文献１に開示している。特許文献１のパーソナルビークルの制御装置は、パーソナルビークルがカント走行するにあたり、パーソナルビークルのロール角度が大きい場合であっても、操作部が直進するように操作されている限り車体のずり落ちが抑制され、パーソナルビークルの直進走行性が確保されるように制御（便宜的にこの制御を制御則４と呼ぶ）する制御部を備えている。

図１４に、特許文献１に開示された制御則４のフローチャートを示す。制御則４は次のように実行される。まず、制御部は、路面のロール角度を読み込む（ステップＳ４０２）。路面のロール角度が一定以上であれば（ステップＳ４０４でＹＥＳの場合）、制御部は、パーソナルビークルに備わるレートジャイロにより検知されるヨー軸に対するパーソナルビークルの旋回角速度ωgyawを求める（ステップＳ４０６）。次に、制御部は、操作部から入力された旋回角速度指令値ωrefを求める（ステップＳ４０８）。更に、制御部は、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差または比率を求める（ステップＳ４１０）。

そして、差または比率が一定値以上あれば（ステップＳ４１２でＹＥＳの場合）、制御部は、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差または比率に旋回角速度フィードバックゲインを乗算して、左右の車輪の回転角速度補正値を求める。そして、この回転角速度補正値により、使用者が指令した右車輪の回転角速度指令値θドットR_refを補正し、且つ、使用者が指令した左車輪の回転角速度指令値θドットL_refを補正する（ステップＳ４１４）。

更に、制御部は、右車輪エンコーダにより検知された右車輪の回転角速度θドットRと右車輪の回転角速度指令値θドットR_refとの差、および右車輪エンコーダにより検知された右車輪の回転角度θRと回転角速度指令値θドットR_refの積分値との差に基づいて右車輪の駆動トルクＴRを補正する。また、制御部は、左の車輪エンコーダにより検知された左車輪の回転角速度θドットLと左車輪の回転角速度指令値θドットL_refとの差、および左の車輪エンコーダにより検知された左車輪の回転角度θLと回転角速度指令値θドットL_refの積分値との差に基づいて左車輪の駆動トルクＴLを補正する（ステップＳ４１６）。これにより、カント走行しているパーソナルビークルのずり落ちが抑制される。

特開２０１０−１９３９３９号公報

上述した制御則４においては、パーソナルビークルの旋回角速度の指令値と実測値との差に基づいて、左右の車輪の回転角速度補正値を求めている。従って、制御則４が繰り返し実行されることにより、旋回角速度の指令値と実測値との差が徐々に０に近づいて、パーソナルビークルのずり落ちが徐々に抑制されていく。しかし、この制御則４においては、一度パーソナルビークルに発生したずり落ち（片流れ）や旋回角度のずれを元に戻すことはできない。従って、カント走行が長時間継続されると、ずり落ちや旋回角度のずれが蓄積されてパーソナルビークルの直進走行性が損なわれるという問題がある。

特に、パーソナルビークルのカント走行においては、カント走行開始時や急な路面の傾斜変化、マンホールの乗り越え時などに、パーソナルビークルのずり落ちや旋回角度のずれが大きく発生し易い。ところが、上述したように、制御則４においては、一度発生したずり落ちや旋回角度のずれを元に戻すことはできない。また、制御則４のようなフィードバック補正による制御では、発生したずり落ちや旋回角度のずれを元に戻すまでに時間を要するという問題がある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、カント走行開始時や急な路面の傾斜変化、マンホールの乗り越え時などにも速やかに、且つ使用者の操作も考慮してパーソナルビークルの走行を制御するパーソナルビークル制御装置を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するための本発明の構成上の特徴は、使用者が着座する着座部を有する車体と、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の右側の右車輪と、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の左側の左車輪と、前記左右車輪を駆動する駆動部と、前記右車輪および前記左車輪の回転角速度に関する実指令値に基づいて前記駆動部を制御する制御装置とを有するパーソナルビークルであって、
前記制御装置は、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ原指令値を入力するための操作部と、
前記車体のヨー軸に対する実旋回角速度を検出するための旋回角速度検出部と、
前記目標旋回角速度と前記実旋回角速度との差である旋回角速度差を時間で積分した積分値と、前記旋回角速度差とにより、前記原指令値を補正して、前記旋回角度差が小さくなるように前記実指令値を求める制御部と、
前記旋回角速度差の大きさに応じて求められる寄与に応じて前記制御部における積分値による補正の程度を変化させる積分値寄与度変更部とを備えることにある。

フィードバック補正の積分項は、後から遅れて緩やかに制御が効いてくるという特徴があり、路面の急な傾斜変化などにより車体が使用者の意図しない方向に旋回した際は、実指令値への積分項の寄与の程度を大きくすることで、本来の旋回方向に車体を回復する方向に緩やかに旋回させる作用が働く。しかし、傾斜面を横切るようなカント走行ではない通常走行の場合、実指令値への積分項の寄与の程度が大きいと、左右操作に対するレスポンスが悪くなる。

そこで、旋回角速度差が大きいときに実指令値への積分項の寄与の程度を大きく変化させることで、通常走行には影響を与えず、急な挙動変化には速やかに対応した制御を行うことができる。特に、積分項は、使用者の操作で決まる目標旋回角速度と実際の車体の実旋回角速度との旋回角速度差を時間積分するため、使用者の意図する方向に基づいて急な挙動変化による車体の方向を補正することができる。

ここで、積分項の寄与の程度を大きくする（小さくする）方法としては積分項により補正する程度を大きく（小さく）する方法があり、その場合にその補正の大きさ自体を寄与の程度の変動に応じて変化させる方法の他、補正の大きさ自体の変化に加えて補正の大きさを変化させる時間を変化（補正の大きさを大きくする時間を変動させる。時間を長くすることで寄与の大きさを大きく出来る）させる方法が例示できる。

上記（１）の発明は以下に記す（２）および（３）の構成のうちの１つ以上を任意に加えて採用できる。

（２）前記実指令値への前記積分値の前記寄与の程度は前記旋回角速度差の大きさに比例して前記原指令値を補正することで変化させる。車体の挙動変化が大きい場合には旋回角速度差も大きくなると考えられるため、旋回角速度差が大きければ大きく、旋回角度差が小さければ小さく、補正において積分項の寄与の程度を変えることで、通常走行に大きな影響を与えずに使用者の意図しない方向への車体の急な旋回時に速やかに対応した制御を行うことができる。

（３）前記車体のピッチ軸に対する実ピッチ角度および前記車体のロール軸に対する実ロール角度を含む傾斜角度を検知する傾斜角度センサを備え、
前記制御部は、前記傾斜角度に基づいて、前記右車輪の径および前記左車輪の径の大きさの変化を推定する車輪有効径補正部をもち、
前記旋回角速度検出部は、前記車輪有効径補正部が推定した前記左右車輪の径の大きさと前記左右車輪の回転速度とに基づいて前記実旋回角速度を求める手段である。

車体の傾斜角度が変わると複数有る車輪に対して加わる荷重のバランスも変化する。車輪に加わる荷重の大きさが変わると車輪が弾性変形の大きさが変化するため、車輪の見かけの径（有効径）も変化する。つまり、荷重の大きさが大きくなった車輪（車体が傾斜した方向にある車輪）は弾性変形（車輪が潰れる方向への変形）が大きくなって車輪の有効径が相対的に小さくなる。

車輪の径は車速の制御などに利用しているため、車輪の有効径を精確に検出すると制御がより精密になる。また、傾斜角度により左右の車輪への荷重バランスが変動することで、車輪の凹み具合が変動し、左右の車輪の実質的な径が変化する。つまり、傾斜角度に応じて左右車輪の径が変動することになる。そこで、傾斜角度に基づいて車輪の径の変化を推定し、推定した径の変化をも考慮して左右の車輪の回転数差から旋回角速度を検出する機構を旋回角速度検出部として採用することにより旋回角速度の検出精度を向上することができる。

本発明によれば、使用者の操作で決まる目標旋回角速度と実際の車体の実旋回角速度との旋回角速度差の大きさに応じて積分値が補正に寄与する程度を変化させて実指令値を求めることにより、カント走行開始時や急な路面の傾斜変化時など急な姿勢変化が起こったときにも、使用者の操作を考慮した適正な制御による走行が可能である。

実施形態のパーソナルビークル制御装置が装備されたパーソナルビークルが平地直進走行している状態を模式的に説明する側面図である。 図１に示したパーソナルビークルが傾斜している路面を上がる方向に走行している状態を模式的に説明する側面図である。 実施形態のパーソナルビークル制御装置の構成を説明するブロック図である。 加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面傾斜角度を算出する形態を説明する説明図である。 図１に示したパーソナルビークルがカント走行している状態を模式的に説明する背面図である。 加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面のロール角度を算出する形態を説明する説明図である。 実施形態のパーソナルビークル制御装置で実施する制御則３の効果を説明するグラフであって、パーソナルビークルがマンホールに乗り上げたときの走行距離と進行方向と角速度との関係を示している。 実施形態のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する制御則１を示すフローチャートである。 実施形態のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する制御則２を示すフローチャートである。 実施形態のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する制御則３を示すフローチャートである。 実施形態のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する制御則３を示すブロック図である。 変形形態のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する車輪有効半径補正部及び旋回角速度検出部を示すブロック図である。 変形形態２のパーソナルビークル制御装置で実施する制御則３の効果を説明するグラフであって、パーソナルビークルが傾いたときの走行距離と進行方向からのずれとの関係をシミュレーションした結果を示している。 従来のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する制御則４を示すフローチャートである。

（実施形態１）
本実施形態で、パーソナルビークル１（以下、単にビークル１と呼ぶ）は電動式の車いすに相当する。図１は、実施形態のビークル１が平地直進走行している状態を模式的に説明する側面図である。図１で、前方（矢印Ｆｘ方向）は、ビークル１に正規に着座している使用者の顔面が向いている方向を示し、かつビークル１が前進する方向を示す。後方（矢印Ｒｘ方向）は、ビークル１に正規に着座している使用者の顔面が背向している方向を示し、かつビークル１が後退する方向を示す。また、図２は、図１に示したパーソナルビークル１が傾斜している路面９０を上がる方向に走行している状態を模式的に説明する側面図である。そして、図５は、図１に示したパーソナルビークル１が傾斜している路面９０をその傾斜（右下がりの方向）に直交する方向（紙面奥側に向けて）に走行している状態を模式的に説明する背面図である。

ビークル１は、使用者が着座する着座部１０をもつ車体１１と、車体１１の左右に取り付けられた回転可能な駆動輪である左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌと、車輪１２を回転駆動させる駆動源としての左右の車輪モータ１３Ｒ、１３Ｌと、車輪モータ１３Ｒ、１３Ｌの駆動を操作する操作部１４と、車輪１２の前方に位置して車体１１に取り付けられた回転可能な左右の前輪１５と、車輪１２の後方に向けて延びるように車体１１に取り付けられたサポート部材１６と、サポート部材１６の先端部１６ａに取り付けられた回転可能な後輪１７とを備えている。着座部１０は、使用者の臀部を支える座部１０ａと、使用者の背中を支える背もたれ部１０ｂとを備えている。

左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌは回転軸にスポークなどにより固定されたリムとそのリムに配設されたチューブラータイヤなどの弾性変形可能なタイヤとをもつ。左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転中心１２ａ（図２参照）を結んだ回転軸線は、ビークル１の前後方向において重心位置Ｇの直下またはその付近に配置されている。前輪１５は、左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの径よりも小さい径をもつキャスターである。前輪１５は、左右に設けられているが、場合によっては車幅方向の中央に設けた単数でも良い。後輪１７は、車体１１の左右方向に配置され、左右に移動可能なオムニホィールが例示されるが、これに限定されない。なお、後輪１７は車幅方向の中央に配置されても良く、後輪１７の数も特に限定されない。

図３は、実施形態のパーソナルビークルが備えるパーソナルビークル制御装置（制御装置）の構成を説明するブロック図である。図３に示すように、パーソナルビークル制御装置は、操作部１４、センサ系、制御部２、および車輪駆動系で構成されている。

操作部１４は、着座部１０に着座している使用者が操作し易いように、着座部１０付近に設けられている。なお、操作部１４を設ける位置や態様は、特に限定されず、車体１１から分離するリモコン方式の操作部でもよい。操作部１４は、制御部２内のＡＤ変換器２１を経由してＣＰＵ２３に原指令値を入力するための部位であり、いわゆるジョイスティックで形成されている。操作部１４は、車両走行速度を指令する速度指令部１４１と、旋回角速度を指令する旋回角速度指令部１４２とを備えている。操作部１４を前方に傾けると、速度指令部１４１から前進指令が出力される。操作部１４を後方に傾けると、速度指令部１４１から後退指令が出力される。そして、操作部１４の前後方向の傾き角度に応じて、直進速度指令値Ｖrefが増加する方式が採用されている。また、操作部１４を右方に傾けると、旋回角速度指令部１４２から車体１１を右旋回させる指令が出力される。操作部１４を左方に傾けると、旋回角速度指令部１４２から車体１１を左旋回させる指令が出力される。そして、操作部１４の右左方向の傾き角度に応じて、旋回角速度指令値（目標旋回角速度）ωrefが増加する方式が採用されている。但し、操作部１４はジョイスティックを用いた方式に限定されるものではない。

図３に示すように、センサ系は、車体１１に設けられたレートジャイロ（ヨー方向（天地方向、図１および２における±Ｚ方向）を軸とする旋回角速度（ヨーレート）を検出する旋回角速度検出部を含む）５１、加速度計５２、右の車輪エンコーダ５３Ｒ、および左の車輪エンコーダ５３Ｌを備えている。レートジャイロ５１および加速度計５２の信号は、それぞれ制御部２内のＡＤ変換器２１を介してＣＰＵ２３に入力される。各車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌの信号は、それぞれ制御部２内のカウンタ２２を介してＣＰＵ２３に入力される。なお、レートジャイロ５１の機能のうちヨーレートを検出する機能は左右車輪の車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌにより代用することが出来る。つまり、左右車輪の回転速度をそれぞれの車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌから取得し、その回転速度差を算出した上で、それぞれの車輪の径を考慮することで車体１１のヨーレートを検出することができる（レートジャイロ５１のヨーレート検出機能に代えて車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌを採用した場合、ヨーレートの測定は以下の説明におけるレートジャイロ５１を用いてヨーレートを測定する際の説明がほぼそのまま適用できる。）。

レートジャイロ５１によれば、車体１１の重心位置Ｇを中心とするピッチ方向の角速度、ロール方向の角速度、およびヨー方向の角速度（実旋回角速度）がそれぞれ検知される。ピッチ方向とは、ビークル１の前進後退方向（図２の矢印Ｆｘ、Ｒｘ方向）において、車輪１２の径方向の中心１２ａの周りに回転運動する方向を意味する。なお、左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転中心１２ａを結んだ回転軸線は、ピッチ方向の運動の中心であるピッチ軸に相当する。

加速度計５２は、ビークル１の車体１１の前進後退方向（ｘ方向）の加速度、車体１１の左右移動方向（ｙ方向）の加速度、車体１１の上下方向（ｚ方向）の加速度をそれぞれ検知することができる。加速度計５２の出力値は、ビークル１がピッチ方向に傾斜しているとき、重力加速度ｇの影響を受ける。このため、加速度計５２は、ビークル１のピッチ角度θ１（図２参照）やロール角度を検知することができる。

このように、レートジャイロ５１および加速度計５２は、図２の水平線に対する路面９０の路面傾斜角度αx、すなわち車体１１のピッチ方向の傾斜角度θ１を求めるセンサとして機能することができる。更に、レートジャイロ５１および加速度計５２は、図Ａの水平線に対する路面９０の路面傾斜角度αｙ、すなわち車体１１のピッチ方向の傾斜角度θ２を求めるセンサとしても機能することができる。

路面傾斜角度αxの検知形態について、更に説明を加える。図４は、加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面傾斜角度αxを算出する形態を説明する説明図である。加速度計５２は、路面９０の路面傾斜角度αxを検知する傾斜計としての利用が可能である。しかしながら、加速度計５２は車体１１の前進後退の加速度の影響を受けるため、それが路面傾斜角度αxの計測誤差の要因となる。一方、レートジャイロ５１が求めたレートジャイロ信号をＣＰＵ２３で積分することにより路面傾斜角度αxが得られるが、積分によるドリフトの累積誤差が問題となる。ピッチ方向の路面傾斜角度αｘにおける上述の説明はロール方向の路面傾斜角度αｙについても同様に適用できる（図４における記載のうち、ｘ軸方向をｙ軸方向に、ピッチ方向をロール方向にそれぞれ修正することによりロール方向の路面傾斜角度αｙについての説明に変換できる。以下、「ピッチ方向の路面傾斜角度αｘ」についての説明を行うことにより「ロール方向の路面傾斜角度αｙ」についての説明も併せて行う。）。

そこで、図４に示すように、制御部２は、一方のセンサとしての加速度計５２から求めたビークル１のｘ方向の加速度の出力ａccxに基づいて、重力加速度ｇを考慮し、ｓｉｎ^−１（ａccx／ｇ）の値を求める。更に、その値をローパスフィルタ（カットオフ周波数ｆｃ）でフィルタリングして、高周波域のノイズを除去した値θHL1xを求める。また、制御部２は、他方のセンサとしてのレートジャイロ５１の出力値であるピッチ方向の旋回角速度ωgpitを時間積分した積分値を求め、その積分値をハイパスフィルタ（カットオフ周波数ｆｃ）でフィルタリングして、低周波域のノイズを除去した値θHL2xを求める。

制御部２は、２つの値θHL1xおよび値θHL2xを加算して路面傾斜角度αxを求める。上記したように加速度計５２の出力値に基づく値θHL1xについては、ローパスフィルタによりフィルタリングしている。これに対して、レートジャイロ５１の出力値に基づく値θHL2xについては、ハイパスフィルタによりフィルタリングしている。つまり、高周波域で精度が充分ではない加速度計５２と、低周波域で精度が充分ではないレートジャイロ５１とで、それぞれのセンサ特性を互いに補い合っている。これにより、低周波数域から高周波数域を通して路面傾斜角度αxの検知精度を高めることができる。なお、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃはハイパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃと同値にするのが好ましく、これに限定されない。

右の車輪エンコーダ５３Ｒは、右車輪１２Ｒの回転角度θRを検知する右車輪センサであり、後述する左の車輪のエンコーダ５３Ｌと併せてビークル１の速度センサとしても機能する。左の車輪エンコーダ５３Ｌは、左車輪１２Ｌの回転角度θLを検知する左車輪センサであり、右の車輪エンコーダ５３Ｒと併せてビークル１の速度センサとしても機能する。ＣＰＵ２３により、右車輪１２Ｒの回転角度θR、および左車輪１２Ｌの回転角度θLをそれぞれ時間微分すると、右車輪１２Ｒの回転角速度θドットR、および左車輪１２Ｌの回転角速度θドットLが得られる。ドットは微分値を意味する。つまり、右左の車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌは、回転角速度θドットR、θドットLを検知する回転角速度センサとしても機能する。

制御部２は、インターフェース機能をもつＡＤ変換器２１と、カウンタ２２と、単数または複数のＣＰＵ２３と、インターフェース機能をもつＤＡ変換器２４とを備える。ＡＤ変換器２１は、操作部１４、レートジャイロ５１、および加速度計５２から入力された信号をＡＤ変換してＣＰＵ２３に受け渡す。カウンタ２２は、右の車輪エンコーダ５３Ｒおよび左の車輪エンコーダ５３Ｌから入力された信号をＣＰＵ２３に受け渡す。ＣＰＵ２３は、ＡＤ変換器２１およびカウンタ２２から各種信号を受け取り、後述する各種の演算を行ってビークル１の走行制御に必要な実指令値を求める。ＤＡ変換器２４は、ＣＰＵ２３の実指令値をＤＡ変換して車両駆動系に出力する。

車輪駆動系は、右の車輪モータ１３Ｒ、右の車輪モータドライバ１３１、左の車輪モータ１３Ｌ、および左の車輪モータドライバ１３２を備えている。右左の車輪モータドライバ１３１、１３２には、ＣＰＵ２３からＤＡ変換器２４を介して実指令値が入力される。右の車輪モータドライバ１３１により右の車輪モータ１３Ｒが制御され、右車輪１２Ｒの回転駆動が制御される。左の車輪モータドライバ１３２により左の車輪モータ１３Ｌが制御され、左車輪１２Ｌの回転駆動が制御される。

着座部１０に着座している使用者が操作部１４を操作すると、操作部１４の操作に応じて、ビークル１の直進速度指令値Ｖrefおよび旋回角速度指令値ωrefが制御部２へと出力される。制御部２で、直進速度指令値Ｖrefおよび旋回角速度指令値ωrefは、例えば、次の式（１）に基づいて右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refに変換され、且つ、式（２）に基づいて左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refに変換される。式（１）および式（２）において、Ｔは右車輪１２Ｒと左車輪１２Ｌとの間の距離（トレッド）を示す。Ｒ_rは右車輪１２Ｒの半径を示す。Ｒ_lは左車輪１２Ｌの半径を示す。

式（１）および式（２）によれば、直進速度指令値Ｖrefが大きいほど、且つ、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが小さいほど、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refおよび左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refは増加する。右左の回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refは、実指令値である。

更に、制御部２で、下記の式（３）に基づいて右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが求められ、同様に、下記の式（４）に基づいて左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが求められる。

式（３）および式（４）において、ＫVRは右車輪１２Ｒの回転角速度フィードバックゲインを示し、ＫVLは左車輪１２Ｌの回転角速度フィードバックゲインを示す。また、ＫPRは右車輪１２Ｒの回転角度フィードバックゲインを示し、ＫPLは左車輪１２Ｌの回転角度フィードバックゲインを示す。θRは右車輪１２Ｒの回転角度を示し、θLは左車輪１２Ｌの回転角度を示す。θドットRは右車輪１２Ｒの回転角度を時間で微分した回転角速度を示す。θドットLは左車輪１２Ｌの回転角度を時間で微分した回転角速度を示す。求められた右左の駆動トルクＴR、ＴLは実指令値である。

式（３）によれば、検知された右車輪１２Ｒの回転角速度θドットRと、指令された右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refとの差が大きいほど、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが大きい。また式（４）によれば、検知された左車輪１２Ｌの回転角速度θドットLと、指令された左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refとの差が大きいほど、左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが大きい。

このように求められた右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLに基づいて、ビークル１の前進後退の制御および旋回の制御が制御部２により実現される。右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが基本的に同一であれば、ビークル１は直進する。右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLよりも大きければ、ビークル１は左方に旋回走行する。左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRがよりも大きければ、ビークル１は右方に旋回走行する。

なお、右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_r、半径Ｒ_lは、基本的には通常ほぼ同じ長さであると考えられるため、次の式（５）が成立する。従って、式（１）および式（２）において式（５）を代入し、演算処理を簡素化してもよい。

本実施形態において、制御部２は、制御則１（図８参照）、制御則２（図９参照）および制御則３（図１０、図１１参照）を実施する。制御則１は、ビークル１の車体走行速度が法定最高速度を超えないように実指令値を補正する制御である。制御則２は、ビークル１の右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌの径のアンバランスや、車体１１のフレームの歪みに対して直進走行性を確保するために実指令値を補正する制御である。制御則３は、本発明のパーソナルビークルの制御部が必須に行う演算内容に相当し、カント走行時にビークル１のずり落ちを防止して直進走行性を向上するための制御である。

（制御則１）
本実施形態で実施する制御則１は次のとおりである。通常、ビークル１の車体走行速度は、次のように制御部２で求められる。すなわち、右車輪１２Ｒの回転角速度θドットRおよび左車輪１２Ｌの回転角速度θドットLは、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌにて検知された回転角度θR、θLを時間微分して求められる。従って、ビークル１の車体走行速度Ｖenは、回転角速度θドットRと右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rとの乗算、および回転角速度θドットLと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの乗算で算出される。

しかし、タイヤ空気圧の増加や新品のタイヤへの交換等によってタイヤ径（車輪の径）が増加しているおそれがある。この場合、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて算出されたビークル１の車体走行速度Ｖenに誤差が生じ、実際の車体走行速度が法定最高速度を超えてしまうおそれがある。ビークル１は電動式の車いすであり、法定最高速度が６ｋｍ／ｈに規定されているので、これを超えて走行することを回避する必要がある。

そこで、実施形態のパーソナルビークル制御装置は、制御則１を実施する。すなわち、加速度計５２を用いる第１の方法、および車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌを用いる第２の方法で別々に車体走行速度を求め、ふたつの車体走行速度を比較して第２の方法に含まれる車輪の径を補正することにより、法定最高速度を超えて走行するおそれを解消する。まず、加速度の時間積分は速度に相当するので、加速度計５２で検知されたｘ方向加速度ａccxを時間積分することにより、第１の車体走行速度Ｖaccを求める。ただし、加速度計５２はビークル１が走行する路面９０の路面傾斜角度αx（図２参照）が大きいほど重力加速度ｇの影響を大きく受けるおそれがあるので、この影響をキャンセルする。

すなわち、加速度計５２から出力された車体１１の進行方向（ｘ方向）の加速度ａccxの信号は、重力加速度ｇの影響で路面９０の路面傾斜角度αxに応じた加速度を含んでいる。このため、次の式（６）のように、重力加速度ｇの影響による加速度成分をキャンセルし、１階積分を行うことにより、加速度ａccxに基づいて第１の車体走行速度Ｖaccを求めることができる。

式（６）において、ａccxは加速度計５２から出力されたｘ方向加速度を示す。また、路面傾斜角度αxには、図４で説明したフィルタ処理の形態で算出された値を用いる。Ｖaccは、加速度計５２を用いる第１の方法で求めた第１の車体走行速度である。この場合、前述したように積分誤差が累積するという問題が避けられないおそれがあるため、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて求められた第２の車体走行速度Ｖenが０のとき、つまり、ビークル１の停止状態において第１の車体走行速度Ｖaccを初期化して０とする。そして、ビークル１の加速が認められてから一定時間ａの間のみ、加速度計５２から出力された加速度ａccxに基づいて、第１の車体走行速度Ｖaccを求める。説明が前後するが、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌを用いる第２の方法では、右左の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転角速度θドットR、θドットLに左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの径の平均値Ｒを乗算して第２の車体走行速度Ｖen を計算する。次に、第１の車体走行速度Ｖaccと、第２の車体走行速度Ｖenとの比Ｚ（＝Ｖacc／Ｖen）を求め、閾値βを考慮し、次の式（８）および式（９）の比較を行う。なお、ビークル１の直進走行時には、左右の車輪の径Ｒが等しいことを条件として式（７）が成立する。

第１の車体走行速度Ｖaccおよび第２の車体走行速度Ｖenに差があるとき、比Ｚは１にならない。その比Ｚと一定の第１値（１＋β）とを比較し、比Ｚと一定の第２値（１−β）とを比較する。そして、比Ｚが第１値（１＋β）よりも大きいか、比Ｚが第２値（１−β）よりも小さいかを判定する。車輪１２Ｒ、１２Ｌの半径Ｒ_r、Ｒ_lが変化したことを検知するための閾値βにより、判定感度が調整される。

式（８）および式（９）を満足させる時間が所定時間ｂを超えているとき、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび／または左車輪１２Ｌの半径Ｒ_rが変化しており、ビークル１の直進速度追従性が低下していると判断する。そのとき、制御部２は、車輪１２Ｒ、１２Ｌの半径Ｒ_r、Ｒ_lの平均値Ｒを更新すべく、車輪の半径の更新値Ｒ_newを式（１０）に基づいて求める。

このように車輪の半径の更新値Ｒ_newとして、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが補正される。そして、補正された右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが式（１）および式（２）に代入され、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refおよび左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refが補正される。ひいては、式（３）に基づいて、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが補正され、式（４）に基づいて、左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが補正される。このように補正された右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLに基づいて、ビークル１の走行制御が実現される。これにより、実指令値を補正して、ビークル１の車体走行速度が法定最高速度を超えないように制御できる。

以上に説明した制御則１のフローチャートは図８に示すとおりである。図８に示すように、ビークル１の電源がオンされると（ステップＳ１０２でＹＥＳの場合）、制御部２は、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて算出される第２の車体走行速度Ｖenが０か否か判定する（ステップＳ１０４）。第２の車体走行速度Ｖenが０であるとき（ステップＳ１０４でＹＥＳの場合）、制御部２は、加速度計５２の出力値の積分により得られる第１の車体走行速度Ｖaccを初期化する（ステップＳ１０６）。

更に、制御部２は、レートジャイロ５１からの信号により、ビークル１が平地直進の最高速度以内か否かを判定する（ステップＳ１０８）。ビークル１が平地直進の最高速度以内であれば（ステップＳ１０８でＹＥＳの場合）、制御部２は、前記した式（６）を用いて第１の車体走行速度Ｖaccを求める（ステップＳ１１０）。次に、制御部２は、初期化からの経過時間が所定時間ａ以内か否か判定する（ステップＳ１１２）。所定時間ａ以内であれば（ステップＳ１１２でＹＥＳの場合）、制御部２は、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌの出力値に基づいて、第２の車体走行速度Ｖenを求める（ステップＳ１１４）。次に、第１の車体走行速度Ｖaccと第２の車体走行速度Ｖenとの比率Ｚを求める（ステップＳ１１６）。なお、比率Ｚに代えて、第１の車体走行速度Ｖaccから第２の車体走行速度Ｖenを減算した差Ｄを求めてもよい（Ｄ＝Ｖacc−Ｖen）。

次に、制御部２は、比率Ｚまたは差Ｄが初期値または前回測定値（閾値）と差があるか否か判定する（ステップＳ１１８）。差があれば（ステップＳ１１８でＹＥＳの場合）、所定時間ｂ以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。所定時間ｂ以上継続していれば（ステップＳ１２０でＹＥＳの場合）、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび／または左車輪１２Ｌの半径Ｒ_rが変化しており、ビークル１の車体走行速度が変化していると判断する。次に、ビークル１の実際の車体走行速度が法定最高速度を超えないように、車輪の半径Ｒ_r、Ｒ_lおよび実指令値を補正する（ステップＳ１２２）。具体的な補正については、式（１０）、式（１）、式（２）、式（３）、および式（４）に基づいて実施することができる。なお、ステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０８、Ｓ１１２、Ｓ１１８、およびＳ１２０の各判断ステップで条件が満たされないＮＯの場合には、直ちにフローを終了する。

（制御則２）
本実施形態で実施する制御則２は次のとおりである。ビークル１で、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとにアンバランスが発生していたり、車体１１のフレームに歪みが発生していたりすることがある。その要因としては、右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌを構成するタイヤの空気圧の変動やタイヤの摩耗等が挙げられる。このような場合には、車体１１が平地直進するように操作部１４が操作されているときであっても、車体１１の直進走行性が損なわれるおそれがある。

そこで、実施形態のパーソナルビークル制御装置は、制御則２を実施する。制御部２は、レートジャイロ５１からの信号によってビークル１が平地直進していると判定されるときに、制御則２を実施する。制御部２は、まず、レートジャイロ５１で検知されたヨー軸に対する車体１１の旋回に関する物理量である第１の旋回角速度ωgyawと、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて求められた車体１１の旋回に関する物理量である第２の旋回角速度ωenとを求める。そして、制御部２は、両者の差または両者の比率が所定値以上で、且つ、所定時間ｄ以上継続するとき、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとにアンバランスが発生し、または車体１１のフレームのアンバランスが発生していると推定する。これにより、制御部２は、実指令値を補正して、車体１１の平地における直進走行性が確保される。

以下、上記した制御則２について、更に説明を加える。制御部２は、レートジャイロ５１から求めた第１の旋回角速度ωgyawと、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌから計算で求めた第２の旋回角速度ωenとの差の絶対値Ｄabs（＝｜ωgyaw−ωen｜）を求める。制御部２は、この差の絶対値Ｄabsと閾値βωとの大小関係を式（１１）に基づいて監視する。なお、閾値βωは、右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌの径のアンバランスを検知するための量であり、閾値βωにより判定感度が調整される。

式（１１）の満足される時間が所定時間ｄ以上継続する場合、制御部２は、車輪径のアンバランスまたはフレームの歪みが発生していると判断する。ここで、車輪径のアンバランスに起因するとき、旋回角速度の差の絶対値Ｄabsが大きいほど、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの差が大きく、平地におけるビークル１の直進走行性が損なわれていると考えられる。なお、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの差Ｒ_diff_newは、式（１２）に基づいて求められる。

更に、式（１０）および式（１２）で計算された値を用いて、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rは、下記の式（１３）のように補正されて更新される。また、左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lは、下記の式（１４）のように補正されて更新される。

そして、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが式（１）および式（２）に代入されることにより、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refが補正され、且つ、左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refが補正される。そして、式（３）および式（４）に基づいて、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lに応じて、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが補正される。これにより、ビークル１が平地を直進走行するときに、ビークル１の車体走行速度やビークル１の直進走行性を確保することができる。

以上に説明した制御則２のフローチャートは図９に示すとおりである。図９に示すように、制御部２は、まず操作部１４の原指令値の信号を読み込む（ステップＳ２０２）。制御部２は、ビークル１が平地直進指令か否かを判定する（ステップＳ２０４）。平地直進指令であれば（ステップＳ２０４でＹＥＳの場合）、制御部２は、レートジャイロ５１の出力値から第１の旋回角速度ωgyawを求め（ステップＳ２０６）、且つ、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌの出力値から第２の旋回角速度ωenを求める（ステップＳ２０８）。更に、制御部２は、第１の旋回角速度ωgyawと第２の旋回角速度ωenとの差の絶対値Ｄabsを求める（ステップＳ２１０）。なお、差の絶対値Ｄabsに限定されず、正負の符号付きの差Ｄ２、または第１の旋回角速度ωgyawを第２の旋回角速度ωenで除算した比率Ｚ２を求めるようにしてもよい。

次に、制御部２は、差の絶対値Ｄabs（または差Ｄ２あるいは比率Ｚ２）が初期値または前回測定値（閾値）と差があるか否か判定する（ステップＳ２１２）。差があるとき（ステップＳ２１２でＹＥＳの場合）、制御部２は、差のある時間が所定時間ｄ以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ２１４）。そして、所定時間ｄ以上継続していれば（ステップＳ２１４でＹＥＳの場合）、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとにアンバランスが生じていると判断する。このとき、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの差Ｒ_diff_newを求める（ステップＳ２１６）。

右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rは、式（１３）のように補正されて更新され、且つ、左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lは、式（１４）のように補正されて更新される（ステップＳ２１８）。そして、補正された半径Ｒ_r、径Ｒ_lが式（１）および式（２）に代入されて、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refおよび左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refが補正される（ステップＳ２２０）。更に、式（３）および式（４）に基づいて、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが補正される（ステップＳ２２２）。なお、ステップＳ２０４、Ｓ２１２、およびＳ２１４の各判断ステップで条件が満たされないＮＯの場合には、直ちにフローを終了する。

（制御則３）
本実施形態で実施する制御則３は次のとおりである。制御則３は、図５に例示されたカント走行時に行うビークル１のずり落ちを防止して直進走行性を向上する制御である。図５は、図１に示したパーソナルビークルがカント走行している状態を模式的に説明する背面図である。図５に示すように、路面９０のロール角度αyが大きいとき、ビークル１がカント走行する場合に、ヨー軸回りのモーメントが発生するおそれがある。この場合、ビークル１に着座している使用者が、操作部１４（ジョイスティック）で路面９０を横切る方向（図５の紙面の垂直方向）に直進走行指令を入力しているにもかかわらず、路面９０の斜面下方へ向けてビークル１が重力の影響でずり落ちるおそれがある（図５中の白抜きの幅広の矢印参照。片流れ。）。

そこで、実施形態のパーソナルビークル制御装置は、制御則３を実施する。制御則３として第１演算則、および第２演算則に分解して説明する。第１および２演算則のうち、第１演算則は必須の演算則である。
第１演算則は、操作部から入力された旋回角度に関する指令値と、ヨー軸に対する旋回角速度との差および原指令値に基づいて、その差が小さくなるように実指令値を求め、更に、操作部から入力された旋回角度に関する指令値と、ヨー軸に対する旋回角速度との差を時間積分した積分値を求め、求めた積分値および原指令値に基づいて、その差が小さくなるように実指令値を求める演算則である。

第２演算則は、算出又は検出されたロール角度および前記原指令値に基づいて、前記右車輪および前記左車輪を駆動するための回転角速度に関する実指令値を求める演算則である。

・第１演算則（途中まで）
まず、第１演算則について説明する。制御部２は、レートジャイロ５１により検知されるビークル１のヨー軸に対する旋回角速度ωgyawを求める。制御部２は、次に、操作部１４から入力された旋回角速度指令値ωrefを求める。制御部２は、更に、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差（ωref−ωgyaw）を求める。差（ωref−ωgyaw）が大きいほど、路面９０をカント走行するビークル１はずり落ちるおそれが増加する。この差（ωref−ωgyaw）はいわゆる比例項として用いる。また、式（１５）に基づいて、制御部２は、差（ωref−ωgyaw）を時間積分した積分値θiを求める。積分値θiは、車体１１の旋回角度の指令値と実測値との差に相当する。従って、積分値θiが大きいほど、路面９０をカント走行するビークル１のずり落ち量（片流れ量）が大きい。積分値θiはいわゆる積分項として用いる。

・第２演算則（途中まで）
次に、第２演算則の途中までについて説明する。制御部２は、図４で説明した路面傾斜角度αxの検知形態と同様な図６の形態で、ビークル１および路面９０のロール角度αyを精度よく求める。図６は、加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面９０のロール角度αｙを算出する形態を説明する説明図である。図６に示すように、制御部２は、一方のセンサとしての加速度計５２から求めたビークル１のｙ方向の加速度の出力ａccyに基づいて、重力加速度ｇを考慮し、ｓｉｎ^−１（ａccy／ｇ）の値を求める。更に、その値をローパスフィルタ（カットオフ周波数ｆｃ）でフィルタリングして、高周波域のノイズを除去した値θHL1yを求める。また、制御部２は、他方のセンサとしてのレートジャイロ５１の出力値であるロール方向の旋回角速度ωgrolを時間積分した積分値を求め、その積分値をハイパスフィルタ（カットオフ周波数ｆｃ）でフィルタリングして、低周波域のノイズを除去した値θHL2yを求める。そして、制御部２は、ふたつの値θHL1yおよび値θHL2yを加算してロール角度αｙを求める。

・第１及び第２演算則（続き）
次に、第１および第２演算則の途中以降について、一括して説明する。制御部２は、式（１６）に基づいて、差（ωref−ωgyaw）（第１演算則）、差（ωref−ωgyaw）の積分値θi（第１演算則）、およびロール角度αy（第２演算則）を考慮しつつ、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refを求める。更に、制御部２は、式（１７）に基づいて、差（ωref−ωgyaw）（第１演算則）、差の積分値θi（第１演算則）、およびロール角度αy（第２演算則）を考慮しつつ、左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refを求める。このような実指令値の演算は、原指令値である直進速度指令値Ｖrefおよび旋回角速度指令値ωrefに基づく演算、ならびに、フィードフォワード制御およびフィードバック制御による補正演算で実現されている。

詳述すると、式（１６）および式（１７）の右辺は、５つの項で構成されている。右辺の第１項は直進速度指令値Ｖrefを車輪の半径Ｒ_r、Ｒ_lで除算した項であり、第２項は右左の車輪間距離Ｔ（トレッド）を車輪の半径Ｒ_r、Ｒ_lの２倍で除算して旋回角速度指令値ωrefを乗算した項である。つまり、第１項および第２項は原指令値に基づいた項である。また、差（ωref−ωgyaw）に旋回角速度フィードバックゲインＫωを乗算した第３項は、第１演算則に係る項であり、換言すれば比例項を用いたフィードバック制御の項である。積分値θiに旋回角度フィードバックゲインＫωiを乗算した第４項は、第１演算則に係る項であり、換言すれば積分項を用いたフィードバック制御の項である。

本実施形態では旋回角度フィードバックゲインＫωiの値が可変であることが特徴になっている。旋回角度フィードバックゲインＫωiは差（ωref−ωgyaw）の大きさに応じて変化させる。例えば（ａ）旋回角度フィードバックゲインＫωiの値として複数の大きさの値を用意しておき、差（ωref−ωgyaw）の大きさにより選択する方法、（ｂ）差（ωref−ωgyaw）の大きさに比例した値にする方法である。

（ａ）の方法として具体的には差（ωref−ωgyaw）が所定値より大きくなった場合に旋回角度フィードバックゲインＫωiをそれまで設定している値よりも大きな値に変更する方法が挙げられる。大きな値に変更する時間としては差（ωref−ωgyaw）が所定値より大きくなっている間だけ大きな値にする方法、差（ωref−ωgyaw）が所定値より大きくなった時から所定時間だけ大きな値にする方法、差（ωref−ωgyaw）が所定値より大きくなった後、差（ωref−ωgyaw）が所定値以下に戻った後も所定の時間は大きな値に保持する方法などがある。

（ｂ）の方法として具体的には、旋回角度フィードバックゲインＫωiを差（ωref−ωgyaw）に比例する値にそのまま設定する方法が挙げられる。例えば、単純に比例する場合：Ｋωi＝γ・｜ωref−ωgyaw｜、最低値が設定される場合：Ｋωi＝γ・｜ωref−ωgyaw｜＋Ｌなどが考えられる。ここで、｜ωref−ωgyaw｜は、差（ωref−ωgyaw）の絶対値である。なお、γの値は大きくすることにより差（ωref−ωgyaw）が大きくなるにつれて積分項の影響が大きくなるようになり、Ｌの値は差（ωref−ωgyaw）の大きさにかかわらず想定される積分項の影響を表す値である。また、差（ωref−ωgyaw）が大きくなったときに旋回角度フィードバックゲインＫωiが大きくなり過ぎないように旋回角度フィードバックゲインＫωiの値としては一定の上限値を設定することができる。

更に、差（ωref−ωgyaw）に比例する場合以外に、任意の関数にて旋回角度フィードバックゲインＫωiを算出するようにしても良い。例えば、前述の（ａ）の方法は関数としてステップ関数を採用しても表現可能である。

また、旋回角度フィードバックゲインＫωiの値を差（ωref−ωgyaw）の大きさから算出する場合であっても、一旦、旋回角度フィードバックゲインＫωiの値が上昇した場合には一定時間はその値を保持し、しばらくは積分項が寄与する大きさを大きく保っておくような関数を採用することも出来る。

なお、旋回角度フィードバックゲインＫωiの値としてあまりに大きい値が設定されると積分項による補正が急激に大きなものになるため、旋回角度フィードバックゲインＫωiの値としては上限を設けることが望ましい。

ロール角度αyにロール角度フィードフォワードゲインＫrを乗算した第５項は、第２演算則に係る項であり、換言すればフィードフォワード制御によりカント走行開始時などに速やかな補正行う項である。この第５項は旋回角度フィードバックゲインＫωiの値を可変にしたことにより同等の機能が実現可能になったため、省略可能である。

第１項のみは、式（１６）および式（１７）でともに正符号である。また、第２項〜第５項は、互いに絶対値が等しく、式（１６）で正符号、式（１７）で負符号となっている。なお、式（１６）および式（１７）の第３項は、差（ωref−ωgyaw）の代わりに旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの比率（ωref／ωgyaw）を含む項や、差（ωref−ωgyaw）および比率（ωref／ωgyaw）の両方を含む項に置き換えることもできる。

そして、求められた回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refが式（３）および式（４）に代入されることにより、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが求められる。これにより、路面９０をカント走行するビークル１のずり落ちが抑制され、ビークル１の直進走行性が確保される。

ここで、式（１６）および式（１７）に基づけば、差（ωref−ωgyaw）が大きいほど、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refと左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットＬ_refとの差が増加する。且つ、差（ωref−ωgyaw）が小さいほど、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットＲ_refと左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refとの差が減少する。このためカント走行のときには、差（ωref−ωgyaw）を減少させるように（好ましくは０にさせるように）することが好ましい。式（１６）、式（１７）においては右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refと左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットＬ_refとを直接導出しているが、計算の途中に種々の物理量を介して計算を行うことができるのは言う迄も無い。

・制御則３のフローチャートによる説明
以上に説明した制御則３のフローチャートは図１０に示すとおりである。また、本制御則３のブロック図を図１１に示す。図１０および図１１に示すように、制御部２は、操作部１４から原指令値を読み込み、且つ、各センサ５１、５２、５３Ｒ、５３Ｌの出力値を読み込む（ステップＳ３０２）。次に、制御部２は、レートジャイロ５１により検知されるヨー軸に対するビークル１の旋回角速度ωgyawを求める（ステップＳ３０６）。次に、制御部２は、原指令値のうちの旋回角速度指令値ωrefを求める（ステップＳ３０８）。更に、制御部２は、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差（ωref−ωgyaw）または比率を求める（ステップＳ３１０）。

次に、制御部２は、式（１３）を用いて差（ωref−ωgyaw）の積分値θiを求める（ステップＳ３１２）。このとき積分値θiに上限値を設定しておくことにより、積分値θiに基づいて急激に実指令値が補正されることを防止し、実指令値を滑らかに変化させることが可能となる。そして、積分値θiが一定値以下になっている時間が一定時間継続すると（ステップＳ３１４でＹＥＳの場合）、カント走行の状況が変化したと判断して、積分値θiを０にリセットして（ステップＳ３１６）、ステップＳ３１８に進む。一方、積分値θiが一定値を超える場合や一定値以下でも一定時間継続していない場合には（ステップＳ３１４でＮＯの場合）、そのままステップＳ３１８に進む。

次に、差（ωref−ωgyaw）、ωrefとωgyawとの比率、または積分値θiが一定値以上であれば（ステップＳ３１８でＹＥＳの場合）、制御部２は、レートジャイロ５１から出力された旋回角速度ωgrolおよび加速度計５２から出力されたｙ方向加速度ａccyに基づいて、ロール角度αyを精度よく求める（ステップＳ３２０）。更に、制御部２は、式（１６）および式（１７）の右辺の第１項から第５項を全て求め、最終的に左辺の回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refを求める（ステップＳ３２２）。ここで、先述したように、積分項θｉの係数である旋回角度フィードバックゲインＫωiは差（ωref−ωgyaw）の大きさに基づいて大きさが調整される。更に、制御部２は、式（３）および式（４）に基づいて、右左の駆動トルクＴR、ＴLを求める（ステップＳ３２４）。

（変形形態１）
本形態のパーソナルビークルは、基本的な構成は前述の実施形態１のパーソナルビークルと同じ構成および作用効果を有する。以下では、異なる構成を中心に説明していく。

本形態のパーソナルビークルで用いられる制御部２は、右車輪エンコーダ５３Ｒと左車輪エンコーダ５３Ｌと組み合わされて旋回角速度検出部を構成する。つまり、制御部２は、右車輪エンコーダ５３Ｒ及び左車輪エンコーダ５３Ｌから入力される回転角度θＲ及びθＬから、各車輪１２Ｒ及び１２Ｌの回転角速度を算出し、その各車輪１２Ｒ及び１２Ｌの回転角速度と各車輪１２Ｒ及び１２Ｌの有効径とから各車輪１２Ｒ及び１２Ｌの速度を算出する。制御部２は算出した各車輪１２Ｒ及び１２Ｌの速度の差に基づきヨー方向の角速度（実旋回角速度）を算出する。実旋回角速度が０で有れば各車輪１２Ｒ及び１２Ｌの速度は同じになり、その差が大きいほど実旋回角速度が大きくなる。

そのため本形態の構成においてはレートジャイロ５１がヨー方向の角速度（実旋回角速度）を検知する必要がなく、ヨー方向のレートジャイロを削減できるため、安価な構成となる。

（変形形態２）
本形態のパーソナルビークルは、基本的な構成は前述の実施形態１又は変形形態１のパーソナルビークルと同じ構成および作用効果を有する。以下では、異なる構成を中心に説明していく。

本形態のパーソナルビークルで用いられる制御部２は、図１２に示すように、車輪有効半径補正部Ｂ１と実旋回角速度計算部Ｂ２とを有する。車輪有効半径補正部Ｂ１は、ピッチ角度θ１およびロール角度θ２に基づいて、左右車輪それぞれの半径を補正して、それぞれの有効半径（Ｒ_r、Ｒ_l）を算出する。旋回角速度検出部Ｂ２は、補正・算出された左右車輪の有効半径（Ｒ_r、Ｒ_l）、左右車軸角速度（θＲ、θＬ）、および車両トレッドに基づいて、実旋回角速度を求める。車輪の有効半径を求める方法としては特に限定しないが以下のような方法が例示できる。重心の位置は左右車輪の車軸よりも上にあることが普通であるため、車体が傾くと各車輪に加わる荷重のバランスが変動する重心の車軸からの高さをｈとすると、車軸における重心の移動は前後方向ではｈ・ｓｉｎθ１、左右方向ではｈ・ｓｉｎθ２になり、移動した分だけ、荷重バランスが変化することになる。変化した荷重バランスに応じて各車輪に印加される荷重の大きさが算出でき、その荷重に応じた各車輪の設置面への荷重の大きさ、延いては車輪の基準状態からの凹み具合が算出できる。算出された車輪の凹みを基準状態から差し引くことで各車輪の有効径が算出できる。なお、車輪の半径の補正には上限下限を設けることも出来る。

よって、車輪の径を用いて行う制御を精密にすることが可能になる。例えば、車輪の径と車輪の角速度とから各車輪の速度を算出する場合には算出される速度が精密になる（結果、上述した制御則１などを精密に実行できる。）。また、特に変形形態１の構成と併せる場合には、左右の車輪の角速度と有効径とからヨー方向の角速度を求める際の正確性も向上するため、ヨー方向の角速度を測定するセンサを精度良く代替することが可能になる。

（その他）
なお、本発明のパーソナルビークルは、上述した実施形態および変形形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。

［実施例］
（その１）
以下に述べる実施例により、実施形態で制御部２が実施する制御則３の効果を検証した。図７は、実施形態のパーソナルビークル制御装置で実施する制御則３の効果を説明するグラフであって、パーソナルビークル１において、操作部では直進状態を維持していたときに、右側車輪がマンホールに乗り上げることによって車体が左方向に急旋回したときの挙動を比較した。実施例（本発明）においては上述した制御則３をそのまま適用した場合であり、比較例（従来）では制御則３のうち、差（ωref−ωgyaw）の値によって、旋回角度フィードバックゲインＫωiを変動させる制御を行わないものとした。結果を図７に示す。

時間ｔ０にてマンホールに乗り上げ、結果、車体が左方向に旋回していることが図７から明らかになった。実施例では実旋回角速度と目標旋回角速度との差（本実施例では目標旋回角速度が０であるため実旋回角速度がそのまま差となる）が比較例よりも小さな値で留まっている。その後、経過時間ｔ１に至ると積分項の補正量が大きくなり、補正量の合計が実旋回角速度が増加する速度（滑りの大きさ）よりも大きくなって車体の向き（車体旋回角度）が小さくなっていくことが分かった。その後、経過時間ｔ２において実施例においては当初の目標としていた車体旋回角度（０°）近傍に向けて車体が進行しているのに対して比較例では初期に大きく目標の方向がずれたことを補正しきれずにずれた方向に向けて直進するようになった。また、実施例の実旋回角速度の変動の幅は比較例の実旋回角速度の変動の幅よりも小さくなっており、安定した走行が実現されていることが分かった。

（その２）
以下に述べる実施例により、変形形態２で制御部２が実施する制御則３の効果を検証した。
車体が右方向に傾いた状態で車体を真っ直ぐ直進させたときの制御部内で認識する車体の位置情報を検討した。車体が右方向に傾いているため、右車輪への荷重が左車輪への荷重に比べて高くなり、結果、右車輪の径が左車輪の径よりも小さくなる。図１３より明らかなように、補正を行わない比較例では右車輪の回転速度の方が左の車輪の回転速度よりも大きくなって、車輪の径を考慮せずに左右それぞれの速度を算出することで車体は左方向（ｙ軸のマイナス方向）に向けて曲がっているものと認識する（３ｍ進んだところで左方向に０．３ｍ程度曲がっているものと誤認識した）。実施例においては車体の傾きによる車輪の径の補正により右車輪の方が左車輪よりも小さくなっていることを考慮して左右の車輪における速度を算出するため、右車輪の回転速度が増加した分が右車輪の径が小さくなったことで相殺され、結果、直進状態に近い、実際の状態と近似した状態を認識することが可能になった（３ｍ進んだところで左方向に０．０５ｍ程度曲がっているものと認識した）。

本発明は、電動式の車いす、個人用乗物等に代表されるパーソナルビークルに利用することができる。外乱などにより急激なヨー方向の旋回が生じたときの進行方向の乱れが低減できる。

１ … パーソナルビークル １０ … 着座部
１１ … 車体 １２ … 車輪
１２Ｒ… 右車輪 １２Ｌ… 左車輪
１４ … 操作部 １４１… 速度指令部
１４２… 旋回角速度指令部
２ … 制御部
５１ … レートジャイロ（軸角度センサ） ５２ … 加速度計（軸角度センサ）
５３Ｒ… 右の車輪エンコーダ（車輪センサ）
５３Ｌ… 左の車輪エンコーダ（車輪センサ）
ａccx … ｘ方向加速度 Ｒ … 右左の車輪の半径の平均値
Ｒ_r … 右車輪の半径 Ｒ_l … 左車輪の半径
Ｖacc … 加速度計に基づく車体走行速度
Ｖen … 車輪センサに基づく車体走行速度
αy … ロール角度 θR … 右車輪の回転角度
θL … 左車輪の回転角度 θi … 旋回角速度の差の積分値
ωref … 旋回角速度指令値 ωgyaw… 車体の旋回角速度

Claims (3)

1. 使用者が着座する着座部を有する車体と、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の右側の右車輪と、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の左側の左車輪と、前記左右車輪を駆動する駆動部と、前記右車輪および前記左車輪の回転角速度に関する実指令値に基づいて前記駆動部を制御する制御装置とを有するパーソナルビークルであって、
   前記制御装置は、
   前記車体の目標旋回角速度を含んだ原指令値を入力するための操作部と、
   前記車体のヨー軸に対する実旋回角速度を検出するための旋回角速度検出部と、
   前記目標旋回角速度と前記実旋回角速度との差である旋回角速度差を時間で積分した積分値と、前記旋回角速度差とにより、前記原指令値を補正して、前記旋回角度差が小さくなるように前記実指令値を求める制御部と、
   前記旋回角速度差の大きさに応じて求められる寄与に応じて前記制御部における積分値による補正の程度を変化させる積分値寄与度変更部とを備える、
   パーソナルビークル制御装置。
2. 前記実指令値への前記積分値の前記寄与の程度は前記旋回角速度差の大きさに比例して前記原指令値を補正することで変化させる請求項１に記載のパーソナルビークル制御装置。
3. 前記車体のピッチ軸に対する実ピッチ角度と、前記車体のロール軸に対する実ロール角度を含む傾斜角度を検知する傾斜角度センサを備え、
   前記制御部は、前記傾斜角度に基づいて、前記右車輪の径および前記左車輪の径の大きさの変化を推定する車輪有効径補正部をもち、
   前記旋回角速度検出部は、前記車輪有効径補正部が推定した前記左右車輪の径の大きさと前記左右車輪の回転速度とに基づいて前記実旋回角速度を求める手段である、
   請求項１又は２に記載のパーソナルビークル制御装置。

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