KR20110120271A - 도립 이륜 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램 - Google Patents

도립 이륜 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램 Download PDF

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Abstract

도립 이륜 장치는, 차륜을 구동시키는 구동 수단과, 구동 수단의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 제어 수단과, 차량의 자세 정보를 검출하는 자세 검출 수단을 구비하고 있다. 또한, 도립 이륜 장치는 도립 상태를 유지하여 주행할 수 있다. 또한, 제어 수단은, 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 자세 검출 수단에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행한다.

Description

도립 이륜 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램{INVERTED TWO-WHEEL APPARATUS, AND CONTROL METHOD AND CONTROL PROGRAM THEREOF}
본 발명은, 도립(倒立) 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램에 관한 것이다.
탑승자가 중심(重心)을 전후 혹은 좌우로 이동시키는 주행 조작에 따라, 도립 상태를 유지하면서 원하는 주행을 행하는 도립 이륜 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2006-315666호
상기 특허문헌 1에 나타내는 도립 이륜 장치에 있어서, 예를 들어, 가속시에 탑승자가 중심을 전방으로 지나치게 크게 이동시키면 차량이 지나치게 앞으로 기울어져, 차륜을 구동시키는 전동 모터에 대한 토크 지령값이 최대가 되기 때문에 전동 모터의 출력이 최대값이 된다. 이때, 차량의 피치 각도가 앞으로 기울어지는 방향이고 또한 피치 각속도가 전방으로 발생하고 있으면, 차량으로서는 전방으로 전도되고 있으나, 전동 모터의 토크는 더 이상 출력되지 않기 때문에, 차량의 자세를 바로잡을 수 없어, 도립 제어는 파탄 상태가 되어 있다. 또한, 차속이 상승하면서 차량은 전방으로 전도되어 가기 때문에, 차속도가 빠른 상태 그대로 전도에 이를 가능성이 있다.
본 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 보다 안전성을 향상시킨 도립 이륜 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 차륜을 구동시키는 구동 수단과, 상기 구동 수단의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 제어 수단과, 차량의 자세 정보를 검출하는 자세 검출 수단을 구비하고, 도립 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치이다.
이 일 양태에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 도립 제어와 분리된 별도의 속도 제어를 실행해도 된다.
또한, 이 일 양태에 있어서, 차속도를 검출하는 차속 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하고, 또한, 상기 차속도 검출 수단에 의해 검출된 상기 차속도가 소정 속도 이하일 때, 정지 상태가 되도록 상기 구동 수단을 제어해도 된다.
또한, 이 일 양태에 있어서, 상기 제어 수단은, 차속도를 점감시키는 상기 속도 제어를 실행해도 된다.
또한, 이 일 양태에 있어서, 차속도를 검출하는 차속 검출 수단과, 차륜의 회전 정보를 검출하는 회전 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 상기 자세 정보와, 상기 차속 검출 수단에 의해 검출된 상기 차속도와, 상기 회전 검출 수단에 의해 검출된 상기 회전 정보에 기초하여 속도 지령값을 생성하는 제어기와, 당해 제어기에 의해 생성된 속도 지령값과 상기 회전 검출 수단에 의해 검출된 상기 회전 정보에 기초하여 상기 토크 지령값을 생성하는 속도 제어기를 갖고 있어도 된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 도립 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치의 제어 방법에 있어서, 차륜을 구동시키는 구동 수단의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 공정과, 차량의 자세 정보를 검출하는 공정과, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치의 제어 방법이어도 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 도립 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치의 제어 프로그램에 있어서, 차륜을 구동시키는 구동 수단의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 처리와, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 차량의 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 도립 이륜 장치의 제어 프로그램이어도 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 차륜을 구동시키는 차륜 구동 유닛과, 상기 차륜 구동 유닛의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 제어 장치와, 차량의 자세 정보를 검출하는 자세 센서를 구비하고, 도립 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 자세 센서에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치여도 된다.
본 발명에 의하면, 보다 안전성을 향상시킨 도립 이륜 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 개략적인 시스템 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 제어 처리 플로우의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 제어 장치의 제어기에 의한 속도 제어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 개략적인 시스템 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2는, 본 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이다. 본 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치(1)는, 자세 센서(2)와, 회전 센서(3)와, 한 쌍의 차륜 구동 유닛(4L, 4R)과, 제어 장치(5)를 구비하고 있다.
또한, 도립 이륜 장치(1)는, 예를 들어, 탑승자가 차량 본체(6)에 선 상태로 승차할 수 있는 서서 타는 형의 동축 이륜차로서 구성되어 있다. 또한, 이 동축 이륜차는, 예를 들어, 탑승자가 중심을 전후로 이동시킴으로써 전진 후퇴를 행하고, 탑승자가 중심을 좌우로 이동시킴으로써 좌우 선회를 행할 수 있도록 구성되어 있다.
자세 센서(2)는, 자세 검출 수단의 일 구체예로서, 차량 본체(6)에 있어서의 피치 각도나 롤 각도 등의 경사 각도, 피치 각속도나 롤 각속도 등의 경사 각속도, 피치 각가속도나 롤 각가속도 등의 경사 각가속도 등의 자세 정보를 검출한다. 자세 센서(2)는, 예를 들어, 탑승자가 중심을 전후로 이동시킴으로써 발생한 차량 본체(6)의 피치 각도, 피치 각속도, 또는 피치 각가속도를 검출하고, 또한, 탑승자가 중심을 좌우로 이동시킴으로서 발생한 차량 본체(6)[또는 분할 스텝(9L, 9R)]의 롤 각도, 롤 각속도, 또는 롤 각가속도를 검출할 수 있다.
자세 센서(2)는, 제어 장치(5)에 접속되어 있고, 검출한 차량 본체(6)의 자세 정보를 제어 장치(5)에 대해 출력한다. 또한, 자세 센서(2)는, 예를 들어, 자이로 센서나 가속도 센서 등에 의해 구성되어 있다. 또한, 피치축이란, 한 쌍의 차륜(7L, 7R)의 차축에 상당하는 축이다. 또한, 롤축이란, 차량 본체(6)의 중심을 지나고, 도립 이륜 장치(1)의 주행 방향과 평행을 이루는 축이다.
회전 센서(3)는, 회전 검출 수단의 일 구체예로서, 차량 본체(6)에 설치된 차륜(7L, 7R)의 회전 각도, 회전 속도, 회전 가속도 등의 회전 정보를 검출한다. 회전 센서(3)는, 제어 장치(5)에 접속되어 있고, 검출한 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보를 제어 장치(5)에 대해 출력한다. 또한, 제어 장치(5)는, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보(회전 각도, 회전 속도, 회전 가속도 등)를 이용하여, 도립 이륜 장치(1)의 가속도, 차속도, 이동량 등을 산출할 수 있다.
한 쌍의 차륜 구동 유닛(4L, 4R)은, 차량 본체(6)에 회전 가능하게 설치된 좌우 한 쌍의 차륜(7L, 7R)을 구동시킴으로써, 도립 이륜 장치(1)를 주행시킨다. 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)은, 예를 들어, 전동 모터와, 그 전동 모터의 회전축에 동력 전달 가능하게 연결된 감속 기구 등에 의해 구성할 수 있다. 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)은, 구동 회로(8L, 8R)를 통해 제어 장치(5)에 접속되어 있고, 제어 장치(5)로부터의 제어 신호에 따라, 각 차륜(7L, 7R)의 구동을 제어한다.
제어 장치(5)는, 제어 수단의 일 구체예로서, 도립 이륜 장치(1)가 도립 상태를 유지하는 도립 제어를 행하면서, 원하는 주행(전진, 후진, 가속, 감속, 정지, 좌선회, 우선회 등)을 행하도록, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)을 제어하여, 각 차륜(7L, 7R)의 회전을 제어한다. 또한, 제어 장치(5)는, 자세 센서(2)에 의해 검출된 도립 이륜 장치(1)의 자세 정보와, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보에 기초하여, 피드백 제어나 로버스트 제어 등의 주지된 제어를 행한다.
예를 들어, 제어 장치(5)는, 탑승자가 중심을 전후로 이동시켰을 때에, 자세 센서(2)에 의해 검출된 차량 본체(6)의 피치 각도에 따라, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)을 통해 각 차륜(7L, 7R)의 회전을 제어함으로써, 도립 이륜 장치(1)를 전진 또는 후진시킨다. 또한, 제어 장치(5)는, 탑승자가 중심을 좌우로 이동시켰을 때에, 자세 센서(2)에 의해 검출된 차량 본체(6)의 롤 각도에 따라, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)을 제어하여 좌우 차륜(7L, 7R) 사이에서 회전차를 발생시켜, 도립 이륜 장치(1)를 좌선회 또는 우선회시킨다.
또한, 제어 장치(5)는, 예를 들어, 자세 센서(2)에 의해 검출된 차량 본체(6)의 피치 각도에 소정의 제어 게인을 곱하여, 각 차륜(7L, 7R)의 회전 토크를 산출한다. 그리고, 제어 장치(5)는, 산출한 회전 토크가 각 차륜(7L, 7R)에 발생하도록, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)을 제어한다.
이에 의해, 제어 장치(5)는, 차량 본체(6)가 경사져 있는 방향으로 각 차륜(7L, 7R)을 회전시켜, 도립 이륜 장치(1)의 중심 위치를 각 차륜(7L, 7R)의 차축을 지나는 연직선 상으로 되돌리는 도립 제어를 행한다. 또한, 제어 장치(5)는, 각 차륜(7L, 7R)에 대해 적절한 회전 토크를 각각 부가함으로써, 차량 본체(6)의 피치 각도가 어느 일정값을 초과하지 않는 도립 상태를 유지하면서, 또한, 자세 센서(2)로부터의 자세 정보에 따라, 전진, 후진, 정지, 감속, 가속, 좌선회, 우선회 등의 도립 이륜 장치(1)의 이동 제어를 행할 수 있다.
상기 서술한 바와 같은 차량 제어의 구성에 의해, 도립 이륜 장치(1)는, 예를 들어, 탑승자가 중심을 전후로 이동시켜 차량 본체(6)를 전후로 경사지게 함으로써 전진 후퇴를 행하고, 탑승자가 중심을 좌우로 이동시켜 차량 본체(6)를 좌우로 경사지게 함으로써, 좌우 선회를 행할 수 있다. 또한, 탑승자에 의해 선회하고자 하는 원하는 방향으로 회전 운동 조작되었을 때, 그 조작에 따른 조작 신호를 제어 장치(5)에 공급하는 선회 조작부[선회 링, 핸들(11) 등]를 사용하여, 좌우 선회를 행하는 구성이어도 된다.
제어 장치(5)는, 예를 들어, 제어 처리, 연산 처리 등을 행하는 CPU(Central Processing Unit)(5a), CPU(5a)에 의해 실행되는 제어 프로그램, 연산 프로그램 등이 기억된 ROM(Read Only Memory)(5b), 처리 데이터 등을 기억하는 RAM(Random Access Memory)(5c) 등으로 이루어지는 마이크로 컴퓨터를 중심으로 하여, 하드웨어 구성되어 있다.
도립 이륜 장치(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 동축 이륜차로서 구성되어 있고, 차량 본체(6), 차륜(7L, 7R), 분할 스텝(9L, 9R), 핸들(11) 등을 구비하고 있다. 좌우 한 쌍의 분할 스텝(9L, 9R)은, 운전자가 탑승하는 스텝 플레이트의 일례이다. 차량 본체(6)는, 각 분할 스텝(9L, 9R)을 롤 방향으로 자세 변경 가능하게 각각 지지하고 있다. 좌우 한 쌍의 차륜(7L, 7R)은, 차량 본체(6)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 핸들(11)은, 각 분할 스텝(9L, 9R)의 자세를, 차량 본체(6)를 통해 롤 방향으로 변화시키는 조작 레버이다.
차량 본체(6)는, 서로 평행을 이루어 상하에 배치된 차체 상부재(12) 및 차체 하부재(13)와, 서로 평행을 이루어 좌우에 배치됨과 함께 차체 상부재(12) 및 차체 하부재(13)와 회전 운동 가능하게 연결된 한 쌍의 측면 부재(14L, 14R)를 갖는 평행 링크 기구로서 구성되어 있다.
이 평행 링크 기구의 차체 상부재(12)와 차체 하부재(13) 사이에는, 차체 상부재(12) 및 차체 하부재(13)와 한 쌍의 측면 부재(14L, 14R)가 이루는 각도를 각각 직각으로 유지하도록, 스프링력을 발생시키는 한 쌍의 코일 스프링(15L, 15R)이 개재되어 있다. 한 쌍의 측면 부재(14L, 14R)의 각 외면에는, 차륜 구동 유닛(4L, 4R)이 각각 장착되어 있다.
이와 같이 한 쌍의 차륜 구동 유닛(4L, 4R)을 통해 한 쌍의 측면 부재(14L, 14R)에 지지된 한 쌍의 차륜(7L, 7R)은, 평탄한 노면(E) 상에 두었을 때에는, 서로의 회전 중심이 동일 축심선 상에 일치하게 된다. 또한, 도립 이륜 장치(1)는, 동축 이륜차로서 구성되어 있는데, 이에 한정하지 않고, 예를 들어, 탑승자의 중심 이동에 의해 주행 조작이 행해지고, 또한 도립 제어를 행하는 임의의 차량에 적용 가능하다.
그런데, 종래의 도립 이륜 장치에 있어서, 예를 들어, 가속시에 탑승자가 중심을 전방으로 지나치게 크게 이동시키면 차량이 지나치게 앞으로 기울어져, 각 차륜 구동 유닛의 전동 모터에 대한 토크 지령값이 최대가 되기 때문에 전동 모터의 출력이 최대값[정(正)방향]이 되어 포화 상태가 된다. 이때, 차량 본체의 피치 각도가 앞으로 기울어지는 방향이고 또한 피치 각속도가 진행 방향 전방(전도 방향)으로 발생하고 있으면, 차량으로서는 전방으로 전도되고 있으나, 전동 모터의 토크는 포화 상태로 그 이상 출력되지 않기 때문에, 차량의 자세를 바로잡을 수 없어, 도립 제어는 파탄 상태(제어 불능 상태)가 되어 있다. 또한, 차속이 상승하면서 차량은 전방으로 전도되어 가기 때문에, 차속도가 빠른 상태 그대로 전도에 이를 가능성이 있다.
마찬가지로, 감속시에 탑승자가 중심을 후방으로 지나치게 크게 이동시키면 차량이 지나치게 뒤로 기울어져, 각 차륜 구동 유닛의 전동 모터에 대한 토크 지령값이 최대가 되기 때문에 전동 모터의 출력이 최대값[부(負)방향]이 되어 포화 상태가 된다. 이때, 차량 본체의 피치 각도가 뒤로 기울어지는 방향이고 또한 피치 각속도가 진행 방향 후방(전도 방향)으로 발생하고 있으면, 차량으로서는 후방으로 전도되고 있으나, 전동 모터의 토크는 포화 상태로 그 이상 출력되지 않기 때문에, 차량의 자세를 바로잡을 수 없어, 도립 제어는 파탄 상태가 되어 있다. 이 때문에, 완전히 감속되지 않은 채로 후방으로의 전도에 이르거나, 혹은 감속 정지 후에 후방으로 가속되어 전도에 이를 가능성이 있다.
그래서, 본 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치(1)에 있어서, 제어 장치(5)는, 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 자세 센서(2)에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행한다. 이에 의해, 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대한 토크 지령값이 소정값 이상의 포화 상태가 되고, 또한 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있기 때문에 도립 제어가 불능이 되어 있는 경우에도, 도립 이륜 장치(1)를 확실하게 감속, 정지시킬 수 있어, 안전하게 탑승자를 하차시킬 수 있다. 즉, 도립 이륜 장치(1)의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 3은, 본 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태에 관련된 제어 장치(5)는, 도립 이륜 장치(1)의 차속도를 결정하기 위한 속도 지령값을 생성하는 제어기(51)와, 제어기(51)에 의해 생성된 속도 지령값에 기초하여, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 속도 제어기(52)를 갖고 있다.
제어기(51)는, 차량 본체(6)의 경사 상태를 결정하는 피치 각도 지령값 및 피치 각속도 지령값과, 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도 및 피치 각속도와, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 속도와, 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보에 기초하여 산출한 차속도에 기초하여 속도 지령값을 생성하고, 생성한 속도 지령값을 속도 제어기(52)에 대해 출력한다.
또한, 제어기(51)는, 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도 및 피치 각속도에 기초하여, 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있는지의 여부를 판단한다. 예를 들어, 제어기(51)는, 토크 지령값이 정방향으로 포화되어 있고, 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도가 차량 본체(6)의 앞으로 기울어진 방향이며, 또한, 피치 각속도가 정방향인 경우에, 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단한다. 마찬가지로, 제어기(51)는, 토크 지령값이 부방향으로 포화되어 있고, 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도가 차량 본체(6)의 뒤로 기울어진 방향이며, 또한, 피치 각속도가 부방향인 경우에, 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단한다.
속도 제어기(52)는, 제어기(51)에 의해 생성된 속도 지령값과, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 속도에 기초하여 토크 지령값을 생성하고, 생성한 토크 지령값을 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대해 출력한다. 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)은, 속도 제어기(52)에 의해 생성된 토크 지령값에 따라, 각 차륜(7L, 7R)의 회전 구동을 제어한다.
각 분할 스텝(9L, 9R)에는, 각 분할 스텝(9L, 9R)에 가해지는 탑승자의 하중을 검출하기 위한 하중 센서(55)가 설치되어 있다. 하중 센서(55)는 제어기(51)에 접속되어 있고, 검출한 하중값을 제어기(51)에 대해 출력한다. 제어기(51)는, 하중 센서(55)로부터의 하중값에 기초하여, 탑승자의 하차를 검출할 수 있다. 이에 의해, 탑승자는 도립 이륜 장치(1)로부터 안전하고 또한 용이하게 하차할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치(1)의 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 4는, 본 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치의 제어 처리 플로우의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
먼저, 제어 장치(5)의 제어기(51)는, 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대한 토크 지령값이 소정값 이상이 되어 있고, 토크 지령값이 최대가 되는 포화 상태에 있는지의 여부를 판단한다(단계 S101). 여기에서, 토크 지령값의 소정값은, 예를 들어, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)의 전동 모터의 능력, 요구하는 가감속도, 탑승자의 체중 등에 기초하여 설정할 수 있다.
다음으로, 제어기(51)는, 토크 지령값이 최대가 되는 포화 상태에 있다고 판단하였을 때(단계 S101의 YES), 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도 및 피치 각속도에 기초하여, 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있는지의 여부를 판단한다(단계 S102). 한편, 제어기(51)는, 토크 지령값이 최대가 되는 포화 상태가 되어 있지 않다고 판단하였을 때(단계 S101의 NO), 상기 서술한 통상적인 도립 제어를 계속하고(단계 S103), 본 처리를 종료한다. 이 경우, 도립 제어는 정상적으로 기능하고 있기 때문에, 통상적인 도립 제어가 계속된다.
그 후, 제어기(51)는, 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도 및 피치 각속도에 기초하여, 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때(단계 S102의 YES), 도립 제어가 불능 상태에 있다고 판단하고, 또한, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보에 기초하여 산출한 차속도가 소정 속도 이하(예를 들어, 0 부근으로서 정지에 가까운 상태)인지의 여부를 판단한다(단계 S104). 한편, 제어기(51)는, 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도 및 피치 각속도에 기초하여, 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있지 않다고 판단하였을 때(단계 S102의 NO), 상기 서술한 통상적인 도립 제어를 계속하고(단계 S103), 본 처리를 종료한다. 이 경우, 상기와 마찬가지로, 도립 제어는 정상적으로 기능하고 있기 때문에, 통상적인 도립 제어가 계속된다.
또한, 제어기(51)는, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보에 기초하여 산출한 차속도가 소정 속도 이하라고 판단하면(단계 S104의 YES), 통상적인 도립 제어와 분리된 속도 제어로 이행하여, 차속도가 대략 0(정지 상태)으로 유지되는 속도 지령값을 생성한다(단계 S105).
예를 들어, 제어기(51)는, 속도 지령값=0을 속도 제어기(52)에 대해 계속적으로 출력하는 속도 제어를 실행하고, 하중 센서(55)로부터의 하중값에 기초하여 탑승자의 하차를 확인하면(단계 S106의 YES), 본 처리를 종료한다. 이 경우, 도립 제어는 불능 상태가 되어 있으나 정지 상태에 가깝기 때문에, 탑승자가 보다 안전하게 하차할 수 있도록 정지 상태로 속도 제어한다.
한편, 제어기(51)는, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보에 기초하여 산출한 차속도가 소정 속도보다 빠르다고 판단하면(단계 S104의 NO), 자세 센서(2)에 의해 검출된 차량 본체(6)의 피치 각도가 소정 각도 이상인지의 여부를 판단한다(단계 S107). 여기에서, 소정 각도는, 예를 들어, 더 이상 경사지면 차량 본체(6)의 일부가 노면에 접촉할 것 같은 각도이다.
제어기(51)는, 자세 센서(2)에 의해 검출된 차량 본체(6)의 피치 각도가 소정 각도 이상이라고 판단하였을 때(단계 S107의 YES), 통상적인 도립 제어와 분리된 별도의 속도 제어를 이행하여, 차속도가 대략 0(정지 상태)으로 유지되는 속도 지령값을 생성한다(단계 S105).
예를 들어, 제어기(51)는, 속도 지령값=0을 속도 제어기(52)에 대해 계속적으로 출력하는 속도 제어를 실행하고, 하중 센서(55)로부터의 하중값에 기초하여 탑승자의 하차를 확인 후에, 본 처리를 종료한다. 이에 의해, 도립 제어가 불능이 되고, 차량 본체(6)의 일부가 노면에 접촉하여 차륜(7L, 7R)이 부상한 경우에도, 차륜(7L, 7R)이 공전(空轉)하지 않아 안전하게 제어를 종료할 수 있다.
한편, 제어기(51)는, 자세 센서(2)에 의해 검출된 차량 본체(6)의 피치 각도가 소정 각도보다 작다고 판단하였을 때(단계 S107의 NO), 통상적인 도립 제어와 분리된 별도의 속도 제어를 이행하여, 속도 지령값에 의한 속도 제어를 실행하고(단계 S108), 하중 센서(55)로부터의 하중값에 기초하여 탑승자의 하차를 확인하면(단계 S109의 YES), 본 처리를 종료한다. 한편, 제어기(51)는, 탑승자의 하차를 확인할 수 없을 때(단계 S109의 NO), 상기(단계 S107)의 처리로 되돌아간다.
여기에서, 제어기(51)는, 예를 들어, 도 5에 나타내는 바와 같이, 시간이 경과함에 따라 속도 지령값을 점감시켜, 차속도를 점감시키는 속도 제어를 실행한다. 이에 의해, 도립 제어가 불능이 된 경우에도, 차량을 확실하게 감속, 정지시켜, 탑승자는 안전하게 하차할 수 있다. 또한, 도 5에 나타내는 속도 지령값의 변화 방법은 일례이며, 차속도가 점감된다면 임의의 방법이어도 된다.
이상, 본 실시형태에 관련된 도립 이륜 장치(1)에 있어서, 제어 장치(5)는, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 자세 센서(2)에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행한다. 이에 의해, 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대한 토크 지령값이 소정값 이상의 포화 상태가 되고, 또한 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있기 때문에 도립 제어가 불능이 되어 있는 경우에도, 도립 이륜 장치(1)를 확실하게 감속, 정지시킬 수 있다. 즉, 안전하게 탑승자를 하차시킬 수 있어, 도립 이륜 장치(1)의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정된 것은 아니며, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시형태에 있어서, 제어 장치(5)는 제어기(51)와 속도 제어기(52)를 갖는 구성이지만, 제어 장치(60)의 제어기(61)가 속도 제어기(52)의 기능을 갖는 구성이어도 된다(도 6).
이 경우, 제어기(61)는, 입력된 피치 각도 지령값 및 피치 각속도 지령값과, 자세 센서(2)에 의해 검출된 피치 각도 및 피치 각속도와, 회전 센서(3)에 의해 검출된 각 차륜(7L, 7R)의 회전 속도와, 각 차륜(7L, 7R)의 회전 정보에 기초하여 산출한 차속도에 기초하여 토크 지령값을 생성하고, 생성한 토크 지령값을 각 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대해 출력한다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 제어 장치(5)는, 차륜 구동 유닛(4L, 4R)에 대한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 자세 센서(2)에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들어, 차륜 속도가 소정 속도 이상 혹은 차륜 가속도가 소정 가속도 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 자세 센서(2)에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명을 하드웨어의 구성으로서 설명하였으나, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 도 4에 나타내는 처리를, CPU(5a)에 컴퓨터 프로그램을 실행시킴으로써 실현할 수도 있다.
이 경우, 컴퓨터 프로그램은, 기록 매체에 기록하여 제공할 수도 있고, 또한, 인터넷, 기타 통신 매체를 통해 전송함으로써 제공할 수도 있다. 또한, 기억 매체에는, 예를 들어, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD, ROM 카트리지, 배터리 백업 첨부 RAM 메모리 카트리지, 플래시 메모리 카트리지, 불휘발성 RAM 카트리지 등이 포함된다. 또한, 통신 매체에는, 전화 회선 등의 유선 통신 매체, 마이크로파 회선 등의 무선 통신 매체 등이 포함된다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 예를 들어, 탑승자가 중심을 전후 혹은 좌우로 이동시키는 주행 조작에 따라, 도립 상태를 유지하면서 원하는 주행을 행하는 도립 이륜 장치에 이용 가능하다.
1 도립 이륜 장치
2 자세 센서
3 회전 센서
4L, 4R 차륜 구동 유닛
5 제어 장치
6 차량 본체
7L, 7R 차륜
51 제어기
52 속도 제어기

Claims (8)

  1. 차륜을 구동시키는 구동 수단과,
    상기 구동 수단의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 제어 수단과,
    차량의 자세 정보를 검출하는 자세 검출 수단을 구비하고,
    도립(倒立) 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 도립 제어와 분리된 별도의 속도 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    차속도를 검출하는 차속 검출 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하고, 또한, 상기 차속도 검출 수단에 의해 검출된 상기 차속도가 소정 속도 이하일 때, 정지 상태가 되도록 상기 구동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 차속도를 점감시키는 상기 속도 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    차속도를 검출하는 차속 검출 수단과,
    차륜의 회전 정보를 검출하는 회전 검출 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 자세 검출 수단에 의해 검출된 상기 자세 정보와, 상기 차속 검출 수단에 의해 검출된 상기 차속도와, 상기 회전 검출 수단에 의해 검출된 상기 회전 정보에 기초하여 속도 지령값을 생성하는 제어기와,
    당해 제어기에 의해 생성된 속도 지령값과 상기 회전 검출 수단에 의해 검출된 상기 회전 정보에 기초하여 상기 토크 지령값을 생성하는 속도 제어기를 갖는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치.
  6. 도립 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치의 제어 방법에 있어서,
    차륜을 구동시키는 구동 수단의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 공정과,
    차량의 자세 정보를 검출하는 공정과,
    상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치의 제어 방법.
  7. 도립 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치의 제어 프로그램에 있어서,
    차륜을 구동시키는 구동 수단의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 처리와,
    상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 차량의 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 도립 이륜 장치의 제어 프로그램.
  8. 차륜을 구동시키는 차륜 구동 유닛과,
    상기 차륜 구동 유닛의 구동 토크를 제어하기 위한 토크 지령값을 생성하는 제어 장치와,
    차량의 자세 정보를 검출하는 자세 센서를 구비하고,
    도립 상태를 유지하여 주행하는 도립 이륜 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 생성한 토크 지령값이 소정값 이상에서 포화 상태가 되어 있고, 또한, 상기 자세 센서에 의해 검출된 자세 정보에 기초하여 도립 제어가 파탄 상태가 되어 있다고 판단하였을 때, 탑승자를 하차시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 도립 이륜 장치.
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