JP6790806B2 - 同軸二輪車 - Google Patents

Description

本発明は、一対の車輪をそれぞれ駆動する同軸二輪車に関する。

一対の車輪と、一対の車輪をそれぞれ駆動する一対の駆動手段と、を備える同軸二輪車が知られている（特許文献１参照）。この同軸二輪車は、一対の車輪間の回転数差が大きくなると、差動抑制装置を用いて一対の駆動手段の駆動軸を連結することで、回転数差を抑制し、急旋回などを防止している。

特開２０１４−２１８２４８号公報

しかしながら、上記同軸二輪車において、搭乗者が意図的にその場旋回を行う場合も、一対の車輪間の回転数差が大きくなる可能性がある。このため、差動抑制装置が作動してしまい旋回が抑制され、その場旋回の操作性が低下する虞がある。一方、片方の駆動手段の異常によっても、一対の車輪間の回転数差が大きくなる可能性がある。これに対し、差動抑制装置を用いることなく、単に片方の駆動手段の異常が検出されると、即座に車輪を停止させる方法も考えられる。しかし、この方法は、一対の車輪間の回転数差によって、同軸二輪車は旋回しながら停止することになり、搭乗者の予期しない動作に繋がる虞がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、良好な操作性を維持しつつ、片方の駆動手段に異常が生じた場合でも安全に停止できる同軸二輪車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、
一対の車輪と、
前記一対の車輪をそれぞれ駆動する一対の駆動手段と、
前記一対の駆動手段を制御する制御手段と、
を備える同軸二輪車であって、
前記一対の駆動手段の異常を検出する異常検出手段を備え、
前記異常検出手段が一方の前記駆動手段の異常を検出すると、
前記制御手段は、該一方の駆動手段が駆動する一方の前記車輪の回転数に、他方の前記駆動手段が駆動する他方の前記車輪の回転数を合せるように前記他方の駆動手段を制御した後、前記車輪が停止するように前記駆動手段を制御する、
ことを特徴とする同軸二輪車
である。

本発明によれば、良好な操作性を維持しつつ、片方の駆動手段に異常が生じた場合でも安全に停止できる同軸二輪車を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る同軸二輪車の概略的な構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る同軸二輪車の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置による回転数差抑制制御のフローを示すフローチャートである。 上述した異常の車輪駆動ユニットが正常に戻ったときの回転数差抑制制御のフローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る同軸二輪車の概略的な構成を示す概略図である。
本実施形態に係る同軸二輪車１は、例えば、倒立状態を維持しつつ、搭乗者の重心移動に応じて所望の走行を行う。

同軸二輪車１は、例えば、搭乗者が搭乗する車両本体２と、車両本体２に設けられ搭乗者が操作する操作ハンドル３と、車両本体２に回転可能に設けられた左右一対の車輪４と、を備えている。

車両本体２の上面には、搭乗者の両足が乗るステップ部２１が前後方向へ傾斜可能に設けられている。車両本体２の各側面には、車輪４が回転可能に夫々設けられている。操作ハンドル３は、例えば、車両本体２の前方側かつ中央付近に前後方向へ傾斜可能に設けられている。

図２は、本実施形態に係る同軸二輪車の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る同軸二輪車１は、姿勢センサ５と、左右一対の回転センサ６と、左右一対の車輪駆動ユニット７と、制御装置８と、を備えている。

姿勢センサ５は、車両本体２のステップ部２１のピッチ角度、ピッチ角速度、ピッチ角加速度、ロール角度、ロール角速度、ロール角加速度、ヨー角度、ヨー角速度、ヨー角加速度等の姿勢情報を検出する。姿勢センサ５は、例えば、搭乗者が重心を前後へ移動させることで生じた車両本体２のステップ部２１のピッチ角度（傾斜角度）を検出し、また、搭乗者が重心を左右へ移動させることで生じた車両本体２のステップ部２１のロール角度（傾斜角度）を検出することができる。

姿勢センサ５は、制御装置８に接続されており、検出した姿勢情報を制御装置８に対して出力する。なお、姿勢センサ５は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ、角度センサなどにより構成されている。

各回転センサ６は、車両本体２に設けられた車輪４の回転数、回転角度、回転速度、回転加速度等の回転情報を検出する。回転センサ６は、例えば、エンコーダである。回転センサ６は、制御装置８に接続されており、検出した回転情報を制御装置８に対して出力する。

各車輪駆動ユニット７は、駆動手段の一具体例である。各車輪駆動ユニット７は、車両本体２に回転可能に設けられた各車輪４を夫々駆動することで、車両本体２を走行させる。各車輪駆動ユニット７は、例えば、モータ７１と、モータ７１を駆動する駆動回路７２と、モータ７１の回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギア７３などによって構成することができる。駆動回路７２は、例えば、モータドライバＩＣ（Integrated Circuit）やＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などである。各車輪駆動ユニット７は、制御装置８に接続されており、制御装置８からの制御信号（回転指令値）に応じて、各車輪４を駆動する。

制御装置８は、車両本体２が、例えば、倒立状態を維持する倒立制御を行いつつ、所望の走行（前進、後進、加速、減速、停止、左旋回、右旋回等）を行うように、各車輪駆動ユニット７を制御して、各車輪４の回転を制御する。また、制御装置８は、姿勢センサ５により検出された車両本体２の姿勢情報と、回転センサ６により検出された各車輪４の回転情報と、に基づいて、フィードバック制御、ロバスト制御等の周知の制御を行う。

例えば、制御装置８は、搭乗者が重心を前後に移動させたときに、姿勢センサ５により検出された車両本体２のステップ部２１のピッチ角度に応じて、各車輪駆動ユニット７を介して各車輪４の回転を制御することで、車両本体２を前進又は後進させる。また、制御装置８は、搭乗者が重心を左右に移動させたときに、姿勢センサ５により検出された車両本体２のステップ部２１のロール角度に応じて、各車輪駆動ユニット７を制御して左右車輪間で回転数差を生じさせ、車両本体２を左旋回又は右旋回させる。

さらに、制御装置８は、例えば、姿勢センサ５により検出された車両本体２のステップ部２１のピッチ角度に所定の制御ゲインを乗算して、各車輪４の回転トルクを算出する。そして、制御装置８は、算出した回転トルクが各車輪４に生じるように、各車輪駆動ユニット７を制御する。

これにより、制御装置８は、車両本体２が傾斜している方向へ各車輪４を回動させ、車両本体２の重心位置を各車輪４の車軸を通る鉛直線上へ戻すような倒立制御を行う。また、制御装置８は、各車輪４に対して適切な回転トルクを夫々付加することで、車両本体２のピッチ角度がある一定値を超えないような倒立状態を維持しつつ、さらに、姿勢センサ５からの姿勢情報に応じて、前進、後進、停止、減速、加速、左旋回、右旋回等の車両本体２の移動制御を行うことができる。

なお、制御装置８は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）８ａ、ＣＰＵ８ａによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ８ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）８ｃ、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、それぞれ、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ８ａ、メモリ８ｂ、及びインターフェイス部８ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。

ところで、従来の同軸二輪車は、一対の車輪間の回転数差が大きくなると、例えば、一対の車輪駆動ユニット７の駆動軸を連結することで、回転数差を抑制し、急旋回などを防止している。しかしながら、搭乗者が意図的にその場旋回を行う場合も、一対の車輪間の回転数差が大きくなる可能性がある。このため、上記回転差抑制機能が作動してしまい旋回が抑制され、その場旋回の操作性が低下する虞がある。一方、片方の車輪駆動ユニットの異常によっても、一対の車輪間の回転数差が大きくなる可能性がある。これに対し、上記回転差抑制機能を用いることなく、単に片方の車輪駆動ユニットの異常が検出されると、即座に車輪を停止させる方法も考えられる。しかし、この方法は、一対の車輪間の回転数差によって、同軸二輪車は旋回しながら停止することになり、搭乗者の予期しない動作に繋がる虞がある。

これに対し、本実施形態に係る同軸二輪車１は、一方の車輪駆動ユニット７の異常を検出すると、一方の車輪駆動ユニット７が駆動する一方の車輪４の回転数に、他方の車輪駆動ユニット７が駆動する他方の車輪４の回転数を合せるように、他方の車輪駆動ユニット７を制御した後、車輪４が停止するように車輪駆動ユニット７を制御する。

これにより、一方の車輪駆動ユニット７の異常が検出されると、その異常である一方の車輪駆動ユニット７が駆動する一方の車輪４の回転数に、正常である他方の車輪駆動ユニット７が駆動する他方の車輪４の回転数が合わせられ、その後、各車輪４が停止する。したがって、片方の車輪駆動ユニット７に異常が生じた場合でも、意図しない旋回を抑制でき、安全に停止できる。さらに、片方の車輪駆動ユニット７の異常によって一対の車輪間の回転数差が生じるときのみ、上記回転数差を抑制する制御が機能する。このため、車輪駆動ユニット７の異常以外の搭乗者の意図するその場旋回などを確実に実行でき、良好な操作性が維持される。すなわち、良好な操作性を維持しつつ、片方の車輪駆動ユニット７に異常が生じた場合でも安全に停止できる。またさらに、上記回転数差を抑制する差動抑制装置を設けるなどのハードウェア変更を行う必要がないため、コスト低減にも繋がる。

図３は、本実施形態に係る制御装置８の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る制御装置８は、一対の車輪駆動ユニット７の異常を検出する異常検出部８１と、異常検出部８１により検出された検出結果に応じて、各車輪駆動ユニット７を制御する制御部８２と、を有している。

異常検出部８１は、異常検出手段の一具体例である。異常検出部８１は、次の異常検出条件に基づいて、一対の車輪駆動ユニット７の異常を検出する。

例えば、異常検出部８１は、各車輪駆動ユニット７のモータ７１の電流値が閾値以上（モータ７１の回転がロックするロック故障など）あるいは閾値以下のとき、その車輪駆動ユニット７の異常を検出してもよい。

異常検出部８１は、温度センサ９により検出された駆動回路７２の温度が閾値以上のとき、その車輪駆動ユニット７の異常を検出してもよい。異常検出部８１は、温度センサ９により検出されたモータ７１の温度が閾値以上のとき、その車輪駆動ユニット７の異常を検出してもよい。異常検出部８１は、上記異常検出条件を任意に組み合わせて、一対の車輪駆動ユニット７の異常を検出してもよい。なお、上記異常検出条件は一例であり、これに限定されない。異常検出部８１は、上記異常検出条件に基づいて各車輪駆動ユニット７の異常を検出し、異常検出した車輪駆動ユニット７を示す検出信号を制御部８２に出力する。

制御部８２は、制御手段の一具体例である。制御部８２は、異常検出部８１により検出された検出結果に応じて、各車輪駆動ユニット７を制御する。

例えば、異常検出部８１は、上記異常検出条件に基づいて右側の車輪駆動ユニット７の異常を検出し、その検出信号を制御部８２に出力する。制御部８２は、異常検出部８１からの右側の車輪駆動ユニット７の検出信号に基づいて、右側の回転センサ６により検出された右側の車輪４の回転数を、左側の車輪４の回転数の目標値に設定する。制御部８２は、該設定した左側の車輪４の回転数の目標値に基づいて、左側の車輪駆動ユニット７を制御する。

これにより、右側の車輪駆動ユニット７に異常が生じ、左右車輪間で回数数差が生じそうになった場合でも、その異常である右側の車輪駆動ユニット７が駆動する右側の車輪４の回転数に、正常である左側の車輪駆動ユニット７が駆動する左側の車輪４の回転数を合せることができる。したがって、意図しない旋回を抑制できる。

同様に、異常検出部８１は、上記異常検出条件に基づいて左側の車輪駆動ユニット７の異常を検出し、その検出信号を制御部８２に出力する。制御部８２は、異常検出部８１からの左側の車輪駆動ユニット７の検出信号に基づいて、左側の回転センサ６により検出された左側の車輪４の回転数を、右側の車輪４の回転数の目標値に設定する。制御部８２は、該設定した右側の車輪４の回転数の目標値に基づいて、右側の車輪駆動ユニット７を制御する。

これにより、左側の車輪駆動ユニット７に異常が生じ、左右車輪間で回数数差が生じそうになった場合でも、その異常である左側の車輪駆動ユニット７が駆動する左側の車輪４の回転数に、正常である右側の車輪駆動ユニット７が駆動する右側の車輪４の回転数を合せることができる。したがって、意図しない旋回を抑制できる。

このように、片方の車輪駆動ユニット７に異常が生じた場合でも、一対の車輪間の回転数差が抑制され、同軸二輪車１の挙動を前後並進方向のみに限定できる。このため、例えば、搭乗者やその搭乗者を介助する介助者は、その挙動を容易に予測でき、事前に体制を整えやすくなり、安全性が大幅に向上する。

なお、制御部８２は、上述の如く、異常が検出された一方の車輪駆動ユニット７が駆動する一方の車輪４の回転数に、他方の車輪駆動ユニット７が駆動する他方の車輪４の回転数を合せる、回転数差抑制制御を実行するとき、報知装置１０を用いて、その旨を搭乗者に報知するようにしてもよい。報知装置１０は、例えば、警告灯を点灯／点滅させ、警告音を出力し、あるいは、操作ハンドル３やステップ部などを振動させる。これにより、搭乗者は車輪駆動ユニット７が異常であることを確実に認識できる。

制御部８２は、上述の回転数差抑制制御の実行後、この制御を終了させる終了条件を判定する。制御部８２は、終了条件を満たした判定すると、車輪駆動ユニット７を制御して、車輪４を停止させる。

例えば、制御部８２は、異常が検出された側の車輪４の回転数が閾値以下であるとき、車輪駆動ユニット７を制御して、回転数差抑制制御を終了させ、車輪４を停止させる制御を行ってもよい。

制御部８２は、搭乗者が同軸二輪車１を停止させる停止ボタン或いは同軸二輪車１の電源オフスイッチを押圧したと判断したとき、車輪駆動ユニット７を制御して、回転数差抑制制御を終了させ、車輪４を停止させる制御を行ってもよい。なお、停止ボタンは、例えば、操作ハンドル３などに設けられている。搭乗者は、同軸二輪車１を緊急停止したときにこの押圧ボタンを押圧する。停止ボタンは制御部８２に接続されており、搭乗者によるの押圧に応じて、停止信号を制御部８２に出力する。

制御部８２は、姿勢センサ５により検出された車両本体２のピッチ角度が閾値以上となり、接地部材などが接地したと判断したとき、車輪駆動ユニット７を制御して、回転数差抑制制御を終了させ、車輪４を停止させる制御を行ってもよい。接地部材が接地すれば、車両本体２が安定するため、回転数差抑制制御を終了させることができる。

図４は、本実施形態に係る制御装置８による回転数差抑制制御のフローを示すフローチャートである。
異常検出部８１は、各車輪駆動ユニット７のモータ７１の電流値などに基づいて、各車輪駆動ユニット７の異常を検出する（ステップＳ１０１）。

異常検出部８１は、一方の車輪駆動ユニット７の異常を検出すると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、制御部８２は、異常検出部８１により異常と検出された車輪駆動ユニット７側の回転センサ６から車輪４の回転数を取得する（ステップＳ１０２）。

制御部８２は、取得した車輪４の回転数を、正常である車輪駆動ユニット７側の車輪４の回転数の目標値に設定し、該設定した車輪４の回転数の目標値に基づいて、その車輪駆動ユニット７を制御する（ステップＳ１０３）。

制御部８２は、この回転数差抑制制御の終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０４）。制御部８２は、終了条件を満たすと判定すると（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、各車輪駆動ユニット７を制御して各車輪４を停止させる（ステップＳ１０５）。制御部８２は、終了条件を満たさないと判定すると（ステップＳ１０４のＮＯ）、上記（ステップＳ１０２）に戻る。

なお、一方の車輪駆動ユニット７が異常となった場合でも、その後、その車輪駆動ユニット７が正常に戻ることも考えられる。したがって、異常検出部８１は、異常を検出した車輪駆動ユニット７のモータ７１の電流値などを継続して監視してもよい。そして、異常検出部８１は、その車輪駆動ユニット７が正常に戻ったとき（車輪駆動ユニット７のモータ７１の電流値が閾値未満になるなど）、異常の車輪駆動ユニット７が正常に戻ったことを示す未検出信号を制御部８２に出力する。

図５は、上述した異常の車輪駆動ユニット７が正常に戻ったときの回転数差抑制制御のフローを示すフローチャートである。なお、本図５に示す（ステップＳ２０１）乃至（ステップＳ２０３）は、上記図４に示す（ステップＳ１０１）乃至（ステップＳ１０３）と同一であるため、説明は省略する。

制御部８２は、異常検出部８１から未検出信号を受信し、異常を検出した車輪駆動ユニット７が正常に戻ったか否かを判断する（ステップＳ２０４）。制御部８２は、異常検出部８１から未検出信号を受信し、異常を検出した車輪駆動ユニット７が正常に戻ったと判断すると（ステップＳ２０４のＹＥＳ）、姿勢センサ５により検出した車両本体２のピッチ角度に基づいて、車両本体２のピッチ角度が通常の制御に復帰可能なピッチ角度（姿勢角度）であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。一方、制御部８２は、異常検出部８１から未検出信号を受信せず、異常を検出した車輪駆動ユニット７が正常に戻っていないと判断すると（ステップＳ２０４のＮＯ）、後述の（ステップＳ２０７）に移行する。

制御部８２は、通常の制御に復帰可能なピッチ角度であるかと判断すると（ステップＳ２０５のＹＥＳ）、回転数差抑制制御を終了し、通常の制御（倒立制御）を実行し（ステップＳ２０６）、本処理を終了する。

制御部８２は、この回転数差抑制制御の終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０７）。制御部８２は、終了条件を満たすと判定すると（ステップＳ２０７のＹＥＳ）、各車輪駆動ユニット７を制御して各車輪４を停止させる（ステップＳ２０８）。一方、制御部８２は、終了条件を満たさないと判定すると（ステップＳ２０７のＮＯ）、上記（ステップＳ２０２）に戻る。本処理により、一度異常が検出された車輪駆動ユニット７が再度正常に戻った場合を考慮したより最適な回転数差抑制制御を行うことができる。

以上、本実施形態に係る同軸二輪車１は、一方の車輪駆動ユニット７の異常を検出すると、一方の車輪駆動ユニット７が駆動する一方の車輪４の回転数に、他方の車輪駆動ユニット７が駆動する他方の車輪４の回転数を合せるように、他方の車輪駆動ユニット７を制御した後、車輪４が停止するように車輪駆動ユニット７を制御する。これにより、片方の車輪駆動ユニット７に異常が生じた場合でも、意図しない旋回を抑制でき、安全に停止できる。さらに、片方の車輪駆動ユニット７の異常によって一対の車輪間の回転数差が生じるときのみ、上記回転数差を抑制する制御が機能する。このため、車輪駆動ユニット７の異常以外の搭乗者の意図するその場旋回などを確実に実行でき、良好な操作性が維持される。すなわち、良好な操作性を維持しつつ、片方の車輪駆動ユニット７に異常が生じた場合でも安全に停止できる。

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。

１ 同軸二輪車、２ 車両本体、３ 操作ハンドル、４ 車輪、５ 姿勢センサ、６ 回転センサ、７ 車輪駆動ユニット、８ 制御装置、９ 温度センサ、１０ 報知装置、２１ ステップ部、７１ モータ、７２ 駆動回路、７３ 減速ギア、８１ 異常検出部、８２ 制御部

Claims (1)

1. 一対の車輪と、
   前記一対の車輪をそれぞれ駆動する一対の駆動手段と、
   前記一対の駆動手段を制御する制御手段と、
   を備える同軸二輪車であって、
   前記一対の駆動手段の異常を検出する異常検出手段を備え、
   前記異常検出手段が一方の前記駆動手段の異常を検出した場合、次のステップで、一方の前記駆動手段が駆動する一方の前記車輪の回転数に、他方の前記駆動手段が駆動する他方の前記車輪の回転数を合せるように他方の前記駆動手段を制御した後、前記車輪が停止するように前記駆動手段を制御する、
   ことを特徴とする同軸二輪車。

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