JP6561946B2

JP6561946B2 - 走行装置

Info

Publication number: JP6561946B2
Application number: JP2016170185A
Authority: JP
Inventors: 釜　剛史; 剛史釜; 森　淳; 淳森; 英祐青木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP2018034687A

Description

本発明は、ユーザが搭乗して走行する走行装置に関する。

近年、パーソナルモビリティが脚光を浴びている。パーソナルモビリティは、小回りを優先させて小型に製造されることが多く、そのために高速走行時の安定性には欠けるという課題があった。パーソナルモビリティに限らず、高速走行時の安定性を高める観点から、ホイールベース長を調整できる車輌が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開平１−１０６７１７号公報特開２００５−２３１４１５号公報

搭乗者が調整機構を調整してホイールベース長を変化させ、変化させたホイールベース長に応じた速度制御を行う走行装置では、即座に速度を落とすことが難しい場合があった。すなわち、急ブレーキを掛けたいような状況では、搭乗者は、調整機構を素早く調整してホイールベース長を短くする必要があるが、このような素早い動作は誰でもできるわけではない。また、急停止する場合にホイールベース長が短いと、搭乗者がバランスを取りづらいという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、通常の走行時においては、低速走行時の小回りの良さと高速走行時の安定性を両立し、急ブレーキを掛けたいような状況においては、搭乗者の身体能力によらず素早く減速できる上に、搭乗者がバランスを取りやすい走行装置を提供するものである。

本発明の一態様における走行装置は、走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、ユーザが搭乗して走行する走行装置であって、前輪を回転可能に支持する前輪支持部材と、後輪を回転可能に支持する後輪支持部材と、前輪および後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置を変化させることにより、前輪と後輪のホイールベース長を調整する調整機構と、ホイールベース長が長くなるほど大きくなるように対応付けられた目標速度に基づいて駆動部を制御する制御部と、ユーザの操作に基づいて後輪の回転を制動する後輪制動部材とを備え、制御部は、後輪制動部材により後輪の回転が制動される場合に、目標速度に基づく制御を中止する。

このように、通常の走行時にはユーザは調整機構を調整して速度を増減させるので、低速走行時の小回りの良さと高速走行時の安定性を両立できる。また、急ブレーキを掛けたいような状況においては、後輪の回転を制動部材によって抑制するので、急激に速度を落とすことができる。このとき、前輪は慣性により回転速度を維持しようとするので、前輪と後輪の速度差によりホイールベース長は伸長する。また、後輪の制動時にはホイールベース長に対応する目標速度に追従する制御を中止するので、ホイールベース長が長い状態で減速する。したがって、急激に減速しても、ユーザはバランスを取りやすい。

本発明により、通常の走行時においては、低速走行時の小回りの良さと高速走行時の安定性を両立し、急ブレーキを掛けたいような状況においては、搭乗者の身体能力によらず素早く減速できる上に、搭乗者がバランスを取りやすい走行装置を提供できる。

第１実施例に係る走行装置の低速走行時における側面概観図である。走行装置の上面概観図である。走行装置の高速走行時における側面概観図である。走行装置の制御ブロック図である。回転角と目標速度の関係を示すグラフである。他の例の回転角と目標速度の関係を示すテーブルである。走行中の処理を示すフロー図である。第２実施例に係る走行装置の側面概観図である。ブレーキレバーの把持量とディスクブレーキの押圧力の関係を示す図である。ディスクブレーキの作動のタイミングを示す図である。第３実施例に係る走行装置の低速走行時における側面概観図である。走行装置の上面概観図である。走行装置の高速走行時における側面概観図である。走行装置の制御ブロック図である。ＷＢ長と目標速度の関係を示すグラフである。走行中の処理を示すフロー図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

第１実施例について説明する。図１は、第１実施例に係る走行装置１００の低速走行時における側面概観図であり、図２は、図１の状態における走行装置１００を上方から観察した上面概観図である。なお、図２では、図１において点線で示すユーザ９００を省いている。

走行装置１００は、パーソナルモビリティの一種であり、ユーザが立って搭乗することを想定した電動式の移動用車輌である。走行装置１００は、走行方向に対して１つの前輪１０１と２つの後輪１０２（右側後輪１０２ａ、左側後輪１０２ｂ）を備える。前輪１０１は、搭乗者たるユーザ９００がハンドル１１５を操作することで向きが変わり、操舵輪として機能する。右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂは、車軸１０３で連結されており、不図示のモータと減速機構によって駆動されて、駆動輪として機能する。走行装置１００は、３つの車輪によって３点で接地しており、ユーザ９００が搭乗していない駐機状態でも自立する、静的安定車輌である。

前輪１０１は、前輪支持部材１１０により回転可能に支持されている。前輪支持部材１１０は、前側支柱１１１とフォーク１１２を含む。フォーク１１２は、前側支柱１１１の一端側に固定されており、前輪１０１を両側方から挟んで回転自在に軸支している。前側支柱１１１の他端側には、ハンドル１１５が前輪１０１の回転軸方向に延伸するように固定されている。ユーザ９００がハンドル１１５を旋回操作すると、前側支柱１１１は、その操作力を伝達して前輪１０１の向きを変える。

後輪１０２は、後輪支持部材１２０により回転可能に支持されている。後輪支持部材１２０は、後側支柱１２１と本体部１２２を含む。本体部１２２は、後側支柱１２１の一端側を固定支持すると共に、車軸１０３を介して右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂを回転自在に軸支している。本体部１２２は、上述のモータと減速機構、モータに給電するバッテリ等を収容する筐体の機能も担う。本体部１２２の上面にはユーザ９００が足を置くためのステップ１４１が設けられている。

後輪１０２は、その回転を制動する制動部材としてディスクブレーキ１１７を備える。ディスクブレーキ１１７は、制御部からのブレーキ信号に応じて、ホイールの内側に取り付けられた円盤１１７ａをブレーキパッド１１７ｂで挟み込んで摩擦を生じさせ、後輪１０２の回転速度を低下させる。

ハンドル１１５のうち、ユーザ９００が左手で把持するグリップ近傍には、ブレーキレバー１１６が設けられている。ユーザ９００がブレーキレバー１１６を握り込んでハンドル１１５の側に近づけると、その握り込み量に応じた操作信号が制御部に送信される。制御部は、ブレーキレバー１１６から受信した操作信号に応じて、上述のようにブレーキパッド１１７ｂを動作させるブレーキ信号をディスクブレーキ１１７へ送信する。

前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とは、旋回継手１３１とヒンジ継手１３２を介して連結されている。旋回継手１３１は、前輪支持部材１１０を構成する前側支柱１１１のうち、ハンドル１１５が固定された他端寄りの位置に固定されている。さらに、旋回継手１３１は、ヒンジ継手１３２に枢設されており、前側支柱１１１の伸延方向と平行な旋回軸Ｔ_Ａ周りに、ヒンジ継手１３２と相対的に回動する。ヒンジ継手１３２は、後輪支持部材１２０を構成する後側支柱１２１のうち、本体部１２２に支持された一端とは反対側の他端と枢設されており、車軸１０３の伸延方向と平行なヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに、後側支柱１２１と相対的に回動する。

このような構造により、ユーザ９００は、ハンドル１１５を旋回させると、後輪支持部材１２０に対して旋回軸Ｔ_Ａ周りに前輪支持部材１１０が旋回して前輪１０１の向きを変えられる。また、ユーザ９００は、ハンドル１１５を走行方向に対して前方へ傾けると、その動作が伝達することにより、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とがヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに相対的に回転して、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を小さくできる。前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が小さくなると、前輪１０１と後輪１０２のホイールベース（ＷＢ）の間隔であるＷＢ長は短くなる。逆に、ユーザ９００は、ハンドル１１５を走行方向に対して後方へ傾けると、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とがヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに相対的に回転して、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を大きくできる。前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が大きくなると、ＷＢ長は長くなる。すなわち、ユーザ９００は、自身の動作を回転力として作用させることにより、ＷＢ長を短くしたり長くしたりできる。

ヒンジ継手１３２の近傍には、付勢バネ１３３が取り付けられている。付勢バネ１３３は、ヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を小さくする回転方向へ付勢力を発揮する。付勢バネ１３３は、例えば、トーションバネである。付勢バネ１３３の付勢力は、ユーザ９００がハンドル１１５に触れない場合に、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が構造上の最小角になるように変化させ、一方で、ユーザ９００がハンドル１１５を走行方向に対して後方へ容易に傾けられる程度に設定されている。したがって、ユーザ９００は、ハンドル１１５への加重およびステップ１４１への加重の少なくともいずれかを変化させることにより、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を調整でき、ひいてはＷＢ長を調整できる。すなわち、このようなヒンジ継手１３２を介して前側支柱１１１と後側支柱１２１を接続する機構は、ユーザ９００がＷＢ長を調整する調整機構として機能する。

ヒンジ継手１３２の近傍には、回転角センサ１３４が取り付けられている。回転角センサ１３４は、ヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を出力する。すなわち、回転角センサ１３４は、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０の相対位置を計測する計測部として機能する。回転角センサ１３４は、例えば、ロータリエンコーダである。回転角センサ１３４の出力は、後述する制御部へ送信される。

走行装置１００は、通常の走行時において、ＷＢ長が短ければ低速で走行し、ＷＢ長が長ければ高速で走行する。図１は、ＷＢ長が短い低速走行時の様子を示している。図３は、図１と同様の走行装置１００の側面概観図であるが、ＷＢ長が長い高速走行時の様子を示している。

図示するように、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を、相対的に開く方向を正として、回転角θとする。また、回転角θが取り得る最小値（最小角）をθ_ＭＩＮ、最大値（最大角）をθ_ＭＡＸとする。例えばθ_ＭＩＮ＝１０度でありθ_ＭＡＸ＝８０度である。換言すると、回転角θがθ_ＭＩＮとθ_ＭＡＸの範囲に収まるように、構造上の規制部材が設けられている。

ＷＢ長は、回転角θと一対一に対応し、ＷＢ長＝ｆ（θ）の関数により換算できる。したがって、回転角θを変化させることによりＷＢ長を調整できる。走行装置１００は、通常の走行時において、ユーザ９００が回転角θを大きくすると加速し、小さくすると減速する。つまり、回転角θに対して目標速度が対応付けられており、走行装置１００は、回転角θが変化すると、それに応じた目標速度に到達するように加減速する。

ユーザ９００がハンドル１１５を傾斜させたり体重移動したりしてＷＢ長を調整することにより速度を調整する通常走行時においては、回転角θが小さくなるとＷＢ長が短くなって低速で走行するので、小回りが利く。すなわち、狭い場所でも動き回ることができる。逆に回転角θが大きくなるとＷＢ長が長くなるので、走行安定性、特に直進性が向上する。すなわち、高速で走行しても路面上の段差等による揺動を受けにくい。また、速度とＷＢ長が連動して変化するので、低速なのにＷＢ長が長いような状態になることが無く、その速度で必要最低限な投影面積で移動ができる。すなわち、走行装置１００が移動するために必要な路面上の面積が小さく、余分なスペースを必要としない。また、ユーザ９００は、ハンドル１１５を前後に傾けるなどの直感的な動作により、速度とＷＢ長の両方を連動させて変化させることができるので、運転操作としても簡便で容易である。

ユーザ９００は、上述のように、ハンドル１１５を傾斜させたり体重移動したりして、自らの動作を調整機構に作用させることでＷＢ長を調整して速度を落とすことが可能である。しかし、走行方向に突然障害物が現れた場合などにおいて、急激に速度を落としたいような状況では、調整機構に作用させるような全身を使った身体的動作は緩慢に過ぎ、速度を落とすまでに時間がかかってしまうこともある。

そこで、走行装置１００は、上述のようにブレーキレバー１１６とディスクブレーキ１１７を備え、急ブレーキを掛けたいような状況においては、ユーザ９００が反射的に反応し得る「把持」の動作をもって瞬時に減速できるようになっている。すなわち、急ブレーキに相当する構成を備えた。この構成により、ユーザ９００は、走行装置１００の速度を即座に落とすことができる。特に、ディスクブレーキ１１７によって後輪１０２の回転が制動される場合には、回転角θに対応付けられた目標速度に追従する制御を中止するので後輪１０２がモータによって駆動されることがなく、後輪１０２の回転速度を効果的に落とすことができる。

また、ディスクブレーキ１１７を後輪１０２に設けたので、後輪１０２の制動が開始されると、ＷＢ長はおのずと伸長する。すなわち、後輪１０２は、制動の開始により回転速度が急激に落ちるが、前輪１０１は、慣性によりそのまま回転しようとするので、両者の回転速度の差によりＷＢ長が伸びることになる。走行装置１００の速度が急激に落ちるときに、ＷＢ長が短いと、ユーザ９００は前のめりになって搭乗のバランスを崩すこともあり得るが、ＷＢ長が長ければ、そのような恐れも少ない。つまり、急ブレーキ時にもユーザ９００はバランスを取りやすい。

次に走行装置１００のシステム構成について説明する。図４は、走行装置１００の制御ブロック図である。制御部２００は、例えばＣＰＵであり、本体部１２２に収容されている。駆動輪ユニット２１０は、駆動輪である後輪１０２を駆動するための駆動回路やモータを含み、本体部１２２に収容されている。制御部２００は、駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送ることにより、後輪１０２の回転制御を実行する。

車速センサ２２０は、後輪１０２または車軸１０３の回転量を監視して、走行装置１００の速度を検出する。車速センサ２２０は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を速度信号として制御部２００へ送信する。回転角センサ１３４は、上述のように、回転角θを検出する。回転角センサ１３４は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を回転角信号として制御部２００へ送信する。

ブレーキレバー１１６は、ユーザ９００が握り込んだときに、制御部２００へ操作信号を送信する。操作信号は、握り込み量に関する情報を含む。ディスクブレーキ１１７は、後輪１０２の回転を摩擦力により低下させる。制御部２００は、ブレーキレバー１１６から操作信号を受信した場合に、ディスクブレーキ１１７にブレーキ信号を送信して、制動の開始終了および摩擦力の増減を制御する。制御部２００は、摩擦力の増減を、操作信号の握り込み量に関する情報に応じてブレーキパッド１１７ｂが円盤１１７ａを押圧する押圧力を調整することにより制御する。

荷重センサ２４０は、ステップ１４１へ加えられる荷重を検出する、例えば圧電フィルムであり、ステップ１４１に埋め込まれている。荷重センサ２４０は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を荷重信号として制御部２００へ送信する。

メモリ２５０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２５０は、走行装置１００を制御するための制御プログラムの他にも、制御に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶している。メモリ２５０は、回転角θを目標速度に変換する変換テーブル２５１を記憶している。

図５は、回転角θを目標速度に変換する変換テーブル２５１の一例としての、回転角θと目標速度の関係を示すグラフである。図示するように、目標速度は回転角θの一次関数として表されており、回転角θが大きくなるにつれて、目標速度が大きくなるように設定されている。最小角θ_ＭＩＮ（度）のときに目標速度は０であり、最大角θ_ＭＡＸ（度）のときに目標速度は最高速度Ｖ_ｍ（ｋｍ／ｈ）である。このように、変換テーブル２５１は、関数形式であっても良い。

図６は、回転角θを目標速度に変換する変換テーブル２５１の他の一例としての、回転角θと目標速度の関係を示すテーブルである。図５の例では、連続的に変化する回転角θに対して連続的に変化する目標速度を対応付けた。図６の例では、連続的に変化する回転角θを複数のグループに区分して、それぞれにひとつの目標速度を対応付ける。

図示するように、回転角θが、θ_ＭＩＮ以上θ_１未満である場合に目標速度０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_１以上θ_２未満である場合に目標速度５．０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_２以上θ_３未満である場合に目標速度１０．０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_３以上θ_ＭＡＸ以下である場合に目標速度１５．０（ｋｍ／ｈ）を対応付ける。このような場合の変換テーブル２５１は、ルックアップテーブル形式を採用することができる。このように目標速度を、ある程度幅を持たせた回転角θの範囲に対応付けると、例えばユーザ９００の体の揺れに影響されて小刻みに目標速度が変わるようなことがなくなり、滑らかな速度変化を期待できる。もちろん、範囲の境界にヒステリシスを持たせても良く、加速時と減速時で範囲の境界を異ならせれば、より滑らかな速度変化を期待できる。

回転角θと目標速度の対応付けは、図５や図６の例に限らず、さまざまな対応付けが可能である。例えば、回転角θの変化量に対する目標速度の変化量を、低速領域においては小さく設定し、高速領域においては大きく設定するといったアレンジも可能である。また、本実施形態では、回転角θがＷＢ長と一対一に対応することから、媒介パラメータである回転角θを目標速度と対応付ける変換テーブル２５１を採用しているが、本来の趣旨通りに、ＷＢ長を目標速度と対応付ける変換テーブルを採用しても良い。この場合は、回転角センサ１３４から取得される回転角θを上述の関数を用いてＷＢ長に換算してから、変換テーブルを参照すれば良い。

次に、本実施例における、走行処理について説明する。図７は、走行中の処理を示すフロー図である。フローは、電源スイッチがオンにされ、荷重センサ２４０から荷重ありの信号を受け取った時点、すなわちユーザ９００が搭乗した時点から開始する。

制御部２００は、ステップＳ１０１で、回転角センサ１３４から回転角信号を取得して現在の回転角θを算出する。そして、ステップＳ１０２で、算出した回転角θを、メモリ２５０から読み出した変換テーブル２５１に当てはめ、目標速度を設定する。

制御部２００は、目標速度を設定したら、ステップＳ１０３へ進み、駆動輪ユニット２１０へ対して加減速の駆動信号を送信する。具体的には、まず車速センサ２２０から速度信号を受け取り、現在の速度を確認する。そして、目標速度が、現在の速度より大きければ加速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信し、現在の速度より小さければ減速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する。

制御部２００は、加減速中も回転角θが変化したかを監視する（ステップＳ１０４）。回転角θが変化したと判断したら、再度ステップＳ１０１からやり直す。変化していないと判断したらステップＳ１０５へ進む。なお、図６のような変換テーブルを採用している場合は、回転角θがひとつの範囲に留まる間は、変化していないと判断する。

制御部２００は、ステップＳ１０５で、ユーザ９００にブレーキレバー１１６が操作されたか否かを判断する。具体的には、制御部２００は、ブレーキレバー１１６から操作信号を受信したか否かを確認する。受信していればステップＳ１１１へ進み、受信していなければステップＳ１０６へ進む。

制御部２００は、ステップＳ１０６で、車速センサ２２０から速度信号を受け取り、目標速度に到達したか否かを判断する。目標速度に到達していないと判断したら、ステップＳ１０３へ戻り、加減速を継続する。目標速度に到達したと判断したら、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、目標速度が０であったか否かを確認する。目標速度が０であったなら、ステップＳ１０７の時点では走行装置１００は停止していることになる。この場合は、ステップＳ１１５へ進む。そうでなければ、目標速度により走行中であるので、制御部２００は、その速度で走行を維持するように駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する（ステップＳ１０８）。

制御部２００は、ステップＳ１０８の定速走行時にも、ユーザ９００にブレーキレバー１１６が操作されたかを監視する（ステップＳ１０９）。制御部２００は、ブレーキレバー１１６から操作信号を受信したらステップＳ１１１へ進み、受信していなければステップＳ１１０へ進む。

制御部２００は、ステップＳ１１０で、回転角θが変化したか、つまり、ユーザ９００が調整機構を調整したかを判断する。回転角θが変化したと判断したら、ステップＳ１０１へ戻る。変化していないと判断したら定速走行を続けるべくステップＳ１０８へ戻る。

ステップＳ１０７で目標速度が０であったと確認したら、制御部２００は、ステップＳ１１５へ進み、ユーザ９００が降機したかを荷重センサ２４０から受信する荷重信号から判断する。ユーザ９００が降機していない、つまり荷重があると判断したら、走行制御を継続すべくステップＳ１０１へ戻る。降機したと判断したら、一連の処理を終了する。

制御部２００は、ステップＳ１０５あるいはステップＳ１０９で、ブレーキレバー１１６から操作信号を受信した場合に、ステップＳ１１１へ進み、駆動輪ユニット２１０へ送信する駆動信号を停止する。つまり、回転角θに対応付けられた目標速度に追従する速度制御を中止する。制御部２００は、ステップＳ１１２へ進み、受信している操作信号から握り込み量に関する情報を抽出して、握り込み量に応じた押圧力を発生させるブレーキ信号を生成する。そして、生成したブレーキ信号をディスクブレーキ１１７へ送信することにより後輪１０２の制動を実行する。

制御部２００は、後輪１０２の制動を実行している間、ブレーキレバー１１６の握り込みが解除されたか否かを監視する（ステップＳ１１３）。解除されない間は後輪１０２の制動を継続する。解除されたら、ステップＳ１１４へ進む。

制御部２００は、ステップＳ１１４で、車速センサ２２０から速度信号を取得し、現在の速度が０であるか否かを確認する。速度が０でないと判断したら、回転角θに対応付けられた目標速度に追従する速度制御を再開すべくステップＳ１０１へ戻る。ただし、この場合は、ステップＳ１１１からステップＳ１１３までのブレーキ制御によりＷＢ長が伸びているので、大きな目標速度が設定されて急加速しないように、加減速を調整することが好ましい。速度が０であると判断したら、ステップＳ１１５へ進む。ステップＳ１１５以降の処理は上述の通りである。

次に第２実施例について説明する。図８は、第２実施例に係る走行装置５００の側面概観図である。走行装置５００は、後輪１０２にディスクブレーキ１１７を備える他に、前輪１０１にもディスクブレーキ１１８を備える点で走行装置１００と相違する。したがって、走行装置１００と同様の機能を担う要素については、第１実施例における符番と同じ符番を付して、その説明を省略する。また、走行装置５００の制御ブロックの構成や処理フローも、走行装置１００のそれらとほぼ同様である。したがって、以下の説明においては、走行装置１００との相違点について説明する。

図８に示すように、走行装置６００の前輪１０１は、その回転を制動する制動部材としてディスクブレーキ１１８を備える。ディスクブレーキ１１８は、制御部２００からのブレーキ信号に応じて、ホイールの内側に取り付けられた円盤１１８ａをブレーキパッド１１８ｂで挟み込んで摩擦を生じさせ、前輪１０１の回転速度を低下させる。

ユーザ９００がブレーキレバー１１６を握り込んでハンドル１１５の側に近づけると、その握り込み量に応じた操作信号が制御部２００に送信される。制御部２００は、ブレーキレバー１１６から受信した操作信号に応じて、ブレーキパッド１１７ｂを動作させるブレーキ信号をディスクブレーキ１１７へ送信すると共に、ブレーキパッド１１８ｂを動作させるブレーキ信号をディスクブレーキ１１８へ送信する。

図９は、ユーザ９００によるブレーキレバー１１６の把持量と、それぞれのブレーキパッド１１７ｂ、１１８ｂの押圧力との関係を示す図である。横軸は、ユーザ９００がブレーキレバー１１６をハンドル１１５側へ変位させた長さである把持量を表し、縦軸は、円盤に押しつけられるブレーキパッドの圧力である押圧力を表す。

図示するように、把持量に対する押圧力は一次関数で表される。後輪用のディスクブレーキ１１７における直線の傾きは、前輪用のディスクブレーキ１１８における直線の傾きより大きい。図の例によれば、同じ把持量であれば、後輪用のディスクブレーキ１１７の押圧力は、前輪用のディスクブレーキ１１８の押圧力の２倍である。例えば、把持量がＬ_０（ｍｍ）である場合、ディスクブレーキ１１７の押圧力がＰ_０（Ｐａ）であるのに対し、ディスクブレーキ１１８の押圧力はＰ_０／２（Ｐａ）である。

このように前輪制動部材であるディスクブレーキ１１８の前輪１０１に対する制動力を、後輪制動部材であるディスクブレーキ１１７の後輪１０２に対する制動力より小さくすると、おのずとＷＢ長が伸長する。すなわち、このような制動力の差により前輪１０１の回転速度よりも後輪１０２の回転速度の方がいち早く低下するので、後輪１０２を支持する後輪支持部材１２０と前輪１０１を支持する前輪支持部材１１０とがヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに回動してＷＢ長が伸びる。このような構成によれば、より急激に走行装置５００の速度を低下させられると共に、急激な速度低下に対してもユーザ９００がバランスを崩す恐れが少ない。

第２実施例の変形例を説明する。本変形例は、走行装置５００の構成はそのままであり、ブレーキ制御が図９で示した例と異なる。図１０は、本変形例に係るディスクブレーキ１１７、１１８の作動のタイミングを示す図である。横軸は、経過時間を示し、縦軸は、円盤に押しつけられるブレーキパッドの圧力である押圧力を表す。

図９のブレーキ制御では、前輪用のディスクブレーキ１１８と後輪用のディスクブレーキ１１７を同じタイミングで作動させた。本変形例では、ユーザ９００がブレーキレバー１１６を握り込んで制動を指示した場合に、前輪用のディスクブレーキ１１８は、後輪用のディスクブレーキ１１７が後輪１０２の制動を開始するよりも遅れて、前輪１０１の制動を開始する。

具体的には、制御部２００は、時刻ｔ_１にブレーキレバー１１６から操作信号を受信すると、即座に後輪用のディスクブレーキ１１７へブレーキ信号を送信する。すると、ディスクブレーキ１１７は、０（Ｐａ）からブレーキレバー１１６の握り込み量に対応するＰ_１（Ｐａ）まで押圧力を高める。そして、時刻ｔ_１から遅延して時刻ｔ_２に前輪用のディスクブレーキ１１８へブレーキ信号を送信する。すると、ディスクブレーキ１１８は、０（Ｐａ）からブレーキレバー１１６の握り込み量に対応するＰ_２（Ｐａ）まで押圧力を高める。

このように前輪の制動開始を後輪の制動開始よりも遅らせると、少なくともこの遅延時間の間におのずとＷＢ長が伸長する。すなわち、このような遅延により前輪１０１の回転速度よりも後輪１０２の回転速度の方がいち早く低下するので、後輪１０２を支持する後輪支持部材１２０と前輪１０１を支持する前輪支持部材１１０とがヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに回動してＷＢ長が伸びる。このような構成によれば、より急激に走行装置５００の速度を低下させられると共に、急激な速度低下に対してもユーザ９００がバランスを崩す恐れが少ない。なお、図示するように、Ｐ_１＞Ｐ_２となるように設定すれば、図９を用いて説明した作用も生じるので、前輪１０１の制動開始後もＷＢ長を伸長させることができる。

以上説明した第１実施例の走行装置１００および第２実施例の走行装置５００では、回転角センサ１３４を用いて回転角θを検出した。しかし、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０の相対位置を計測する計測部であれば、回転角センサ１３４に限らず、他のセンサを採用しても良い。例えば、前側支柱１１１と後側支柱１２１のそれぞれに重力センサを設けて、重力方向に対するそれぞれの傾きを検出するように構成しても良い。また、回転角θを媒介パラメータとして相対位置を計測する場合に限らず、他のパラメータを用いて相対位置を間接的に計測することもできる。その場合は、目標速度を当該他のパラメータに対応付けた変換テーブル２５１を構築すれば良い。もちろん、距離センサ等を用いてＷＢ長を直接的に計測しても良く、その場合は、媒介パラメータを利用すること無く、目標速度をＷＢ長に対応付けた変換テーブル２５１、押圧力ＰをＷＢ長に対応付けた変換テーブルを準備すれば良い。

次に第３実施例について説明する。図１１は、第３の実施例に係る走行装置６００の低速走行時における側面概観図であり、図１２は、図１１の状態における走行装置６００を上方から観察した上面概観図である。なお、図１２では、図１１において点線で示すユーザ９００を省いている。走行装置６００は、第１の実施例の走行装置１００と同様に、パーソナルモビリティの一種であり、ユーザが立って搭乗することを想定した電動式の移動用車輌である。走行装置１００と同様の機能を担う要素については、第１の実施例における符番と同じ符番を付して、その説明を省略する。

第１の実施例における走行装置１００は、前輪１０１と後輪１０２のＷＢ長を調整する機構として、ヒンジ継手１３２を介して前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０を接続し、これらを相対的に回転させる機構を採用した。そして、ユーザ９００は、ハンドル１１５を前後に傾けることにより自らの力を作用させてＷＢ長を調整した。第３の実施例における走行装置６００は、前輪１０１と後輪１０２のＷＢ長を調整する機構として、前輪支持部材１１０と後輪支持部材として機能する本体部１２２との間に介在するように設けられた伸縮ロッド６１０を伸縮させる機構を採用する。伸縮ロッド６１０は、制御部２００の制御信号により不図示のアクチュエータが駆動されて伸縮する。

伸縮ロッド６１０は、互いに径の異なる中空の連結棒が入れ子状に複数配列されており、それぞれの連結棒を収縮状態から伸長状態へまたは伸長状態から収縮状態へ変位させることができる構造を有する。したがって、制御部２００は、ＷＢ長を、連結棒の数に応じて、段階的に長くしたり短くしたりすることができる。

旋回継手１３１は、前輪支持部材１１０を構成する前側支柱１１１のうち、フォーク１１２が固定された一端寄りの位置に固定されている。さらに、旋回継手１３１は、連結器６２０を構成する軸受部６２１に枢設されており、前側支柱１１１の伸延方向と平行な旋回軸Ｔ_Ａ周りに、軸受部６２１と相対的に回動する。連結器６２０は、軸受部６２１の他に接続部６２２を有し、軸受部６２１と接続部６２２は一体的に形成されている。接続部６２２は、前側支柱１１１とほぼ平行に伸延する柱状部材であり、軸受部６２１が設けられた一端側とは反対の他端側で収容ボックス６３０を支持している。

収容ボックス６３０は、伸縮ロッド６１０を構成する連結棒のうち最細の連結棒の先端部を固定支持すると共に、収縮時には入れ子状となった連結棒の外周面の少なくとも一部を覆うように伸縮ロッド６１０を収容する。伸縮ロッド６１０を構成する連結棒のうち最太の連結棒の後端部は、本体部１２２に固定支持されている。

走行装置６００は、ハンドル１１５を構成する右側のグリップが、伸縮ロッド６１０を伸張、収縮させる操作グリップ６１６として構成されている。操作グリップ６１６は、ハンドル１１５の伸延方向の軸周りに前回転と後回転ができるようになっており、ユーザ９００によって前回転されると伸張信号が、後回転されると収縮信号が制御部２００へ送信される。

なお、走行装置６００も、ブレーキレバー１１６の操作によって後輪１０２の回転を制動するディスクブレーキ１１７を備える。ディスクブレーキ１１７は、制御部２００からのブレーキ信号に応じて、ホイールの内側に取り付けられた円盤１１７ａをブレーキパッド１１７ｂで挟み込んで摩擦を生じさせ、後輪１０２の回転速度を低下させる。

走行装置６００は、操作グリップ６１６を介してユーザから伸縮ロッド６１０を伸縮させる指示を受けてＷＢ長を調整する。そして、そのＷＢ長に対応付けられた目標速度に追従するように速度調整が行われる。図１３は、図１１と同様の走行装置６００の側面概観図であるが、高速走行時にＷＢ長を長くしている様子を示している。

このような構成においても、操作グリップ６１６を介してＷＢ長を調整する通常走行時においては、低速で走行しているときにはＷＢ長が短くなるので、小回りが利く。すなわち、狭い場所でも動き回ることができる。逆に高速で走行しているときにはＷＢ長が長くなるので、走行安定性、特に直進性が向上する。すなわち、高速で走行しても路面上の段差等による揺動を受けにくい。また、ＷＢ長と速度が連動して変化するので、低速なのにＷＢ長が長いような状態になることが無く、その速度で必要最低限な投影面積で移動ができる。すなわち、走行装置６００が移動するために必要な路面上の面積が小さく、余分なスペースを必要としない。また、ユーザ９００は、操作グリップ６１６を前後に回転させれば、ＷＢ長と速度の両方を連動させて変化させることができるので、運転操作としても簡便で容易である。

ユーザ９００は、上述のように、操作グリップ６１６を操作してＷＢ長を短くすれば速度を落とすことが可能である。換言すれば、ＷＢ長を短くしなければ速度を落とせず、走行方向に突然障害物が現れた場合などにおいて、操作グリップ６１６を勢いよく回転させて急激に速度を落とせば、ＷＢ長も一気に短縮してしまい、ユーザ９００はバランスを保つことが難しいとも言える。

そこで、走行装置６００は、上述のようにブレーキレバー１１６とディスクブレーキ１１７を備え、走行装置６００の速度を即座に落とすことができるようにすると共に、ディスクブレーキ１１７を作動させるときには、ＷＢ長を伸長させる制御を実行する。すなわち、制御部２００は、ディスクブレーキ１１７にブレーキ信号を送信する場合には、ＷＢ長に対応付けられた目標速度に追従させる速度制御を中止し、伸縮ロッド６１０を伸長させる。このような制御により、急ブレーキ時にもユーザ９００はバランスを取りやすくなる。

図１４は、走行装置６００の制御ブロック図である。走行装置１００と同様の機能を担う機能ブロックについては、第１実施例における符番と同じ符番を付して、その説明を省略する。

操作グリップ６１６は、上述のように、前回転を検出したら伸長信号を、後回転を検出したら収縮信号を制御部２００へ送信する。その回転量も検出して、単位時間あたりの伸長量、収縮量を変化させても良い。

ＷＢ調整機構２３０は、伸縮ロッド６１０と、伸縮ロッド６１０を伸縮させるための駆動回路やアクチュエータを含む。ＷＢ調整機構２３０は、アクチュエータの駆動力によってＷＢ長を伸長させる伸長駆動部としての機能を担う。制御部２００は、ＷＢ調整機構２３０へ伸縮信号を送ることにより、伸縮ロッド６１０の伸縮制御を実行する。

図１５は、ＷＢ長に対応付けられた目標速度に追従させる速度制御を行う場合の、ＷＢ長と目標速度の関係を示すグラフである。図示するように、目標速度はＷＢ長の一次関数として表されており、ＷＢ長が大きくなるにつれて、目標速度が大きくなるように設定されている。最小ＷＢ長ＷＢ_ＭＩＮ（ｍｍ）のときに目標速度は０であり、最大角ＷＢ長ＷＢ_ＭＡＸ（ｍｍ）のときに目標速度は最高速度Ｖ_ｍ（ｋｍ／ｈ）である。この関係は、ＷＢ長を目標速度に変換する変換テーブル２５１としてメモリ２５０に記憶されている。

また、第１実施例で図６を用いて説明した例のように、連続的に変化するＷＢ長を複数のグループに区分して、それぞれにひとつの目標速度を対応付けたルックアップテーブル形式を採用しても良い。また、ＷＢ長と目標速度の対応付けは、ＷＢ長の変化量に対する目標速度の変化量を、低速領域においては小さく設定し、高速領域においては大きく設定するなど、様々なアレンジも可能である。

次に、本実施例における、走行処理について説明する。図１６は、走行中の処理を示すフロー図である。フローは、電源スイッチがオンにされ、荷重センサ２４０から荷重ありの信号を受け取った時点、すなわちユーザ９００が搭乗した時点から開始する。図７中の処理と同等の処理については、図７のステップ番号と同じ番号を付す。

制御部２００は、ステップＳ２０１で、操作グリップ６１６の回転を検出し、伸張信号または収縮信号を受信する。そして、ステップＳ２０２で、受信した伸張信号または収縮信号に応じてＷＢ調整機構２３０へ伸縮信号を送信し、ＷＢ長を調整する。制御部２００は、ステップＳ１０２へ進み、調整したＷＢ長を、メモリ２５０から読み出した変換テーブル２５１に当てはめ、目標速度を設定する。

制御部２００は、加減速中も操作グリップ６１６が回転されたかを監視する（ステップＳ２０４）。操作グリップ６１６が回転されたと判断したら、再度ステップＳ２０１からやり直す。操作グリップ６１６が回転されていないと判断したらステップＳ１０５へ進む。

制御部２００は、ステップＳ１０８の定速走行時にも、ユーザ９００にブレーキレバー１１６が操作されたかを監視する（ステップＳ１０９）。制御部２００は、ブレーキレバー１１６から操作信号を受信したらステップＳ１１１へ進み、受信していなければステップＳ２１０へ進む。

制御部２００は、ステップＳ２１０で、操作グリップ６１６が回転されたか否かを判断する。操作グリップ６１６が回転されたと判断したら、ステップＳ２０１へ戻る。操作グリップ６１６が回転されていないと判断したら定速走行を続けるべくステップＳ１０８へ戻る。

ステップＳ１０７で目標速度が０であったと確認したら、制御部２００は、ステップＳ１１５へ進み、ユーザ９００が降機したかを荷重センサ２４０から受信する荷重信号から判断する。ユーザ９００が降機していない、つまり荷重があると判断したら、走行制御を継続すべくステップＳ２０１へ戻る。降機したと判断したら、一連の処理を終了する。

制御部２００は、ステップＳ１０５あるいはステップＳ１０９で、ブレーキレバー１１６から操作信号を受信した場合に、ステップＳ１１１へ進み、駆動輪ユニット２１０へ送信する駆動信号を停止する。つまり、ＷＢ長に対応付けられた目標速度に追従する速度制御を中止する。制御部２００は、ステップＳ２１２へ進み、ＷＢ長の伸長を開始する。具体的には、制御部２００は、操作グリップ６１６の回転によらず、伸縮信号をＷＢ調整機構２３０へ送信し、ＷＢ長を一定速度で伸長させる。また、制御部２００は、ステップＳ１１２で、受信している操作信号から握り込み量に関する情報を抽出して、握り込み量に応じた押圧力を発生させるブレーキ信号を生成する。そして、生成したブレーキ信号をディスクブレーキ１１７へ送信することにより後輪１０２の制動を実行する。

制御部２００は、後輪１０２の制動を実行している間、ブレーキレバー１１６の握り込みが解除されたか否かを監視する（ステップＳ１１３）。解除されない間はＷＢ長の伸長（ステップＳ２１２）と後輪１０２の制動（ステップＳ１１２）を継続する。なお、ＷＢ長がＷＢ_ＭＡＸに到達したら伸長を停止する。ブレーキレバー１１６の握り込みが解除されたら、ステップＳ１１４へ進む。

制御部２００は、ステップＳ１１４で、車速センサ２２０から速度信号を取得し、現在の速度が０であるか否かを確認する。速度が０でないと判断したら、ＷＢ長に対応付けられた目標速度に追従する速度制御を再開すべくステップＳ２０１へ戻る。ただし、この場合は、ステップＳ１１１からステップＳ１１３までのブレーキ制御によりＷＢ長が伸びているので、大きな目標速度が設定されて急加速しないように、加減速を調整することが好ましい。速度が０であると判断したら、ステップＳ１１５へ進む。ステップＳ１１５以降の処理は上述の通りである。

以上説明した走行装置６００は、後輪１０２を制動するディスクブレーキ１１７を備えたが、第２実施例に係る走行装置５００のように、前輪１０１を制動するディスクブレーキ１１８を備えても良い。その場合の押圧力は、図９および図１０を用いて説明したように制御することが好ましい。

以上本実施形態を各実施例により説明したが、前輪、後輪は、車輪でなくても良く、球状輪、クローラなどの接地要素であっても構わない。この場合、制動部材は、それぞれに適したものを採用すれば良い。また、車輪を採用する場合であっても、制動部材はディスクブレーキに限らず、様々な機構を採用し得る。例えば、電磁ブレーキを採用しても良い。また、ユーザ９００によるブレーキレバー１１６の操作を電気信号に変換することなく、例えば油圧などによって操作力を増幅して制動部材を作動させる機構を採用しても良い。また、制動部材を作動させる操作部材はブレーキレバーに限らず、様々な操作部材を採用し得る。例えば押しボタン形式の操作部材を採用しても良い。また、駆動輪を駆動する動力源はモータに限らず、ガソリンエンジンなどであっても構わない。

１００、５００、６００走行装置、１０１前輪、１０２後輪、１０３車軸、１１０前輪支持部材、１１１前側支柱、１１２フォーク、１１５ハンドル、１１６ブレーキレバー、１１７、１１８ディスクブレーキ、１２０後輪支持部材、１２１後側支柱、１２２本体部、１３１旋回継手、１３２ヒンジ継手、１３３付勢バネ、１３４回転角センサ、１４１ステップ、２００制御部、２１０駆動輪ユニット、２２０車速センサ、２３０ＷＢ調整機構、２４０荷重センサ、２５０メモリ、２５１変換テーブル、６１０伸縮ロッド、６１６操作グリップ、６２０連結器、６２１軸受部、６２２接続部、６３０収容ボックス、９００ユーザ

Claims

走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、ユーザが搭乗して走行する走行装置であって、
前記前輪を回転可能に支持する前輪支持部材と、
前記後輪を回転可能に支持する後輪支持部材と、
前記前輪および前記後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、
前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対位置を変化させることにより、前記前輪と前記後輪のホイールベース長を調整する調整機構と、
前記ホイールベース長が長くなるほど大きくなるように対応付けられた目標速度に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
前記ユーザの操作に基づいて前記後輪の回転を制動する後輪制動部材と
を備え、
前記制御部は、前記後輪制動部材により前記後輪の回転が制動される場合に、前記目標速度に基づく制御を中止する走行装置。
前記ユーザの操作に基づいて前記前輪の回転を制動する前輪制動部材を備え、
前記前輪制動部材の前記前輪に対する制動力は、前記後輪制動部材の前記後輪に対する制動力より小さい請求項１に記載の走行装置。
前記ユーザの操作に基づいて前記前輪の回転を制動する前輪制動部材を備え、
前記ユーザが前記後輪制動部材と前記前輪制動部材に対して制動を指示する操作を行った場合に、前記前輪制動部材は、前記後輪制動部材が前記後輪の制動を開始するよりも遅れて、前記前輪の制動を開始する請求項１または２に記載の走行装置。
前記調整機構は、アクチュエータの駆動力によって前記ホイールベース長を伸長させる伸長駆動部を含み、
前記伸長駆動部は、前記後輪制動部材により前記後輪の回転が制動される場合に、前記ホイールベース長を伸長させる請求項１から３のいずれか１項に記載の走行装置。