WO2008041731A1 - Dispositif de course et procédé de commande de véhicule pour bicyclettes parallèles - Google Patents

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Gousuke Nishikawa
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a traveling device suitable for use in, for example, a parallel motorcycle that independently drives two wheels arranged in parallel, and a vehicle control method for a parallel motorcycle. Specifically, the level of proficiency of passengers in parallel motorcycles is judged so that stable driving is always performed.
  • Patent Documents 1 to 3 described above do not describe a technique for judging the level of proficiency of passengers in a parallel motorcycle and always performing stable running as in the invention of the present application. is there.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 5971091
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-314857
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-263166 Disclosure of Invention
  • a parallel motorcycle as disclosed in Patent Document 1 has been known as a vehicle that travels on two wheels with a person on board.
  • a parallel motorcycle in order to control the posture by driving the wheel according to the movement of the vehicle body, it is necessary to make a difference in the traveling performance depending on whether or not the passenger is used to traveling.
  • the present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to determine the level of proficiency of a passenger in a parallel two-wheeled vehicle so that stable running is always performed. .
  • the passenger is individually identified, the use history stored in the storage device searched for as a result of the individual identification is determined, the proficiency level of the passenger is determined, and the determined proficiency level
  • the setting means for setting the rotation speed of each of the two wheels adjusts at least one of the response slowness and the reaction range restriction. According to this, the passenger is individually identified. Always stable running. The invention's effect
  • an occupant is identified and searched based on the result of this identification.
  • the determination means includes an access means to the storage device, so that personal settings can be used in the plurality of traveling devices.
  • the storage device is provided on the network, and the determination unit includes the connection unit to the network, so that the storage device is commonly used in the plurality of traveling devices. be able to.
  • the measuring device for measuring at least one of the height and weight of the passenger is further provided, and the measured value of at least one of the height and weight of the passenger is adjusted.
  • the adjustment by means more stable driving is performed.
  • the adjusting means adjusts the value of the parameter of the calculation formula used in the setting means, or adjusts the timing of changing the value of the parameter to achieve good adjustment. It can be performed.
  • the determination procedure includes an access procedure to the storage device, so that personal settings can be used in a plurality of traveling devices.
  • the storage device is provided on the network, and the determination procedure includes a procedure for connecting to the network, so that the storage device is shared by a plurality of traveling devices. Can be used.
  • a measurement procedure for measuring at least one of the height and weight of the passenger, and at least one of the measured height and weight of the passenger By adding the value of to the adjustment in the adjustment procedure, more stable driving is performed. 069403
  • the adjustment procedure is performed by adjusting a parameter value of a calculation formula used for setting or by adjusting a timing of changing a parameter value. Good adjustment can be made.
  • FIG. 1 A is a configuration diagram (side view) of an embodiment of a parallel motorcycle to which the invention of the present application is applied.
  • FIG. 1 B is a configuration diagram (top view) of an embodiment of a parallel motorcycle to which the invention of the present application is applied.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining that.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an embodiment of a drive system for a parallel motorcycle to which the invention of the present application is applied.
  • FIG. 4 is a control block diagram for explaining the operation.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram for explaining the effect.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram for explaining the effect.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram for explaining the effect.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram for explaining the effect.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the effect.
  • FIG. 1 1 This is a diagram for explaining the effect. Explanation of symbols
  • a drive unit that independently drives two wheels arranged in parallel, a casing that couples the two wheels, and a detection unit that detects the posture angle of the casing.
  • the traveling device travels by setting the rotational speeds of the two wheels according to the detected attitude angle information.
  • the present invention further stores identification means for individually identifying a passenger, a storage device that stores a use history for each passenger, and a storage device that is searched based on the result of individual identification. Determination means for determining the proficiency level of the passenger according to the usage history. And to the proficiency level judged Three
  • the driving means for independently driving the two wheels arranged in parallel, the casing for connecting the two wheels, and the attitude angle of the casing are detected.
  • the vehicle control method of the parallel two-wheeled vehicle which runs by setting the rotation speed of each of the two wheels according to the detected posture angle information.
  • the identification procedure for identifying the individual passenger, the storage procedure for storing the use history for each passenger in the storage device, and the result of the individual identification are searched.
  • a determination procedure for determining the proficiency level of the passenger according to the usage history stored in the storage device is performed.
  • a procedure is performed for adjusting at least one of the slowness of the reaction and the limit of the reaction range when setting the rotation speeds of the two wheels based on the determined proficiency level.
  • FIG. 1A shows a side view
  • FIG. 1B shows a top view of the configuration of an embodiment of a parallel motorcycle to which the present invention is applied.
  • the parallel motorcycle is a device having wheels 2 L and 2 R parallel to the coaxial line with respect to step 1 where the passenger rides as shown in the figure, and the driving force is independently applied to each of the wheels 2 L and 2 R.
  • Drive devices 3 L and 3 R that can be generated are provided.
  • Step 1 a sensor or switch (not shown) that identifies the passenger's boarding is stored, and from Step 1, a handle 4 is set up to be grasped and operated by the passenger.
  • the coordinate system for the entire parallel two-wheeled vehicle used in the following description is as follows.
  • the vertical direction with respect to the axle is the X axis
  • the axle direction is the Y axis
  • the vertical direction is the Z axis.
  • the axis around the axle is the pitch axis (0)
  • the rotation direction on the X-Y plane from the top of the vehicle is the show axis ( ⁇ ).
  • the self-supporting posture angle 0j is a pitch axis angle in a state where the position of the center of gravity of the vehicle is located directly above the axle.
  • the configuration of the drive system includes an attitude detection device 11 for detecting the tilt of the vehicle by a gyro sensor, an acceleration sensor, etc., and an operation related to the handle 4
  • a turning operation device 12 for inputting a turning command by a lever, a passenger sensor 13 by a load sensor, a proximity sensor, a contact switch, etc. for detecting a passenger's behavior (e.g., raising and lowering of a foot)
  • a control arithmetic unit (CPU) 14 for calculating a torque command for driving the vehicle based on information from these devices 11-13.
  • control torque command calculated by the control arithmetic unit 14 is transmitted to the drive unit 15, and the drive torque formed by the drive unit 15 is provided independently for the above-described wheels 2L and 2R.
  • the drive torque formed by the drive unit 15 is provided independently for the above-described wheels 2L and 2R.
  • information associated with the rotation of the motors 16L and 16R is fed back to the control arithmetic unit 14.
  • Such a drivetrain configuration controls a vehicle that becomes a parallel two-wheeled vehicle.
  • the pitch axis control (Equation 1) for controlling the attitude of the vehicle
  • the X axis control (Equation 2) for controlling the position of the vehicle, and the turning of the vehicle are controlled.
  • the required torque is obtained by the following calculation
  • the output torque [Equation 4] supplied to the drive unit is obtained as the sum.
  • Kpp, Kdp, Kip, Kpx, Kdx, Kix, Kpy, Kdy, Kiy are control gain parameters.
  • ⁇ ref is the target uniaxial angular velocity
  • the control arithmetic unit 14 calculates the output torque ⁇ , which is necessary for each of the wheels 2 L and 2 R in performing the desired control. .
  • the calculated control torque command is transmitted to the drive device 15, and the drive torque formed by the drive device 15 is supplied to the motors 16 L and 16 R.
  • the wheels 2L and 2R are driven so as to obtain desired motions, respectively, and desired motions such as traveling and turning in a desired direction, and increasing or decreasing the traveling speed are realized.
  • FIG. 4 shows a functional block diagram of processing performed in the control arithmetic unit 14 in order to realize the above-described [Equation 1] to [Equation 4]. That is, in FIG. 4, the rotations of the motors 16 L and 16 R are converted into vehicle positions by the encoder 17. Further, information on the vehicle pitch axis angle 0, the show axis angle Y, and the speed detected by the attitude detection device 11 are supplied to each part. And between each target value from the turning operation device 1 2 parameters Kpp, Kdp, K The calculation is performed using ip, Kpx, Kdx, Kix, Kpy, Kdy, Kiy, and 1, ⁇ ⁇ is calculated as the output torque.
  • the output torque ⁇ , r is calculated in the control arithmetic unit 14, and the motors 16L, 16R are driven through the drive unit 15 in accordance with these output torques ⁇ , ⁇ ⁇ . That is, in the above description, the normal operation in the parallel motorcycle is performed.
  • a key detection device 18 for a personal identification key for further individual identification is provided.
  • This personal identification key is used to identify each passenger, and lending is prohibited.
  • more accurate individual identification can be performed by using biometric means such as fingerprint authentication and iris authentication together. Therefore, each of the passengers is identified by the key detection device 18, and the information individually identified by the key detection device 18 is supplied to the control arithmetic device 14.
  • control arithmetic device 14 searches the storage device 19 based on the information individually identified by the key detection device 18.
  • the storage device 19 stores a history of use such as the past number of boarding for each passenger, the total boarding time, and the contents of the operation performed at the last boarding.
  • the contents of the operation performed when boarding also store the number of times the vehicle inclination detected by the control limit angle detection device 20 by the gyro sensor, the acceleration sensor, etc. reaches the limit.
  • the storage device 19 is, for example, an RF tag or the like provided near or in close proximity to a personal identification key (not shown), and has access means on the vehicle side. It can also be realized by providing. Alternatively, the storage device 19 may be provided on the network, and a means for connecting to the network may be provided on the vehicle side. As a result, the storage device 19 can be commonly used in a plurality of vehicles.
  • the storage device 19 is searched through the mode selection device 21, the internal memory 2 2, and the network device 23, and the searched usage history is returned to the control arithmetic unit 14. Is done. Further, in the control arithmetic device 14, the proficiency level of the passenger identified by the individual identification is determined based on the use history, and the calculation for calculating the output torque performed in the control arithmetic device 14 is performed. Adjustments are made to [Equation 4].
  • step S1 when the personal identification key (authentication key) is used in step S1, authentication is confirmed in step S2.
  • step S3 it is determined whether the authentication is OK. If the answer is no (N o), the activation is rejected in step S 4 and the power is turned off in step S 5.
  • step S 4 When the result is OK in step S 4 (Y es), the storage device 19 is searched based on the information identified in step S 6 and information is acquired. Then, the parameters of the vehicle device are changed according to the information acquired in step S7, and the boarding / alighting sequence is started in step S8. This boarding / alighting sequence is based on the circle when getting on and off a parallel motorcycle. 9403
  • a predetermined torque is applied to the motors 16 L, 16 R, etc. of the parallel two-wheeled vehicle for smooth running.
  • the above-mentioned various control gain parameters and the inclination angle of the vehicle device when shifting from the empty state to the riding state are expressed by the following formulas according to the getting on / off of the driver. It is a thing to change based on.
  • the state of the self-supporting posture in the empty state is as shown in Fig. 2.
  • ⁇ ref (t) ( ⁇ ref_drive- ⁇ j) / t res X t + ⁇ j
  • T res represents the time required to shift to the riding position.
  • K ** (t) (K ** — drive—K ** — empty) / t res X t + K * one empty
  • t is the gain transition elapsed time after transition to the boarding complete state
  • K ** represents each gain shown in Equation 1 to Equation 3.
  • K ** _ drive is the final set gain in the riding state
  • K ** _ em P ty is the set gain in the empty state
  • t res represents the time until the gain shift.
  • the vehicle device recognizes information that the number of times of boarding and the time of boarding are short (or the distance traveled is short, or the number of times of reaching the control limit angle is high). By manipulating, for example, slowing down the operation of a vehicle device, it can be done when the vehicle speed is limited to a lower value.
  • the vehicle device recognizes information that the number of times of boarding, the boarding time, the mileage, etc. is sufficient, and by operating the parameters of the vehicle device, for example, It can make the turning motion sensitive or set the vehicle speed higher. Therefore, by using the technology of the present invention as described above, by giving various information to the key for one vehicle device, the function of the vehicle device according to the purpose and application of the user, Properties and performance can be changed.
  • the time t for changing each gain is changed by the time of 11 to t 2 when the rider starts riding.
  • the time t 2 is changed to t 2 ′ in order to set the time t 2 longer.
  • the state of the vehicle can be changed more slowly than the skilled person, so that the vehicle can be boarded more stably.
  • stable rides can be achieved by changing the pitch axis target angle switching time between the expert and the beginner. That is, as shown in FIG. 8, the switching time t of the pitch axis target angle is changed by the time from t 1 to t 2 at the start of boarding in the case of an expert. On the other hand, if the vehicle determines that it is a beginner, it changes to to set the time t 2 longer. As a result, the state of the vehicle can be changed more slowly than that of an expert, so that the vehicle can be boarded more stably.
  • FIG. 9 shows the effect of the present invention by performing the above-described change processing of various parameters.
  • t 1 is the time when a certain driver starts getting into the vehicle
  • t 2 is the stable end time before taking the measures of the present invention.
  • Let t 2 be the stable end time after the above measures.
  • t 1 is the time when a certain driver starts getting into the vehicle
  • t 2 is the stable end time after the above measures.
  • the time to change the tilt angle and the time to change the gain and the magnitude of the gain can be changed according to the physical values and purpose of use of the beginner, expert, or driver. A safer and more comfortable ride can be realized.
  • the limit angle and the behavior of the speed limit for limiting the speed of the vehicle By changing the vehicle speed to be restricted, it is possible to ensure the stability during riding.
  • filter processing may be performed when the control calculation result is finally output to the drive unit.
  • This filter plays the role of removing noise from the posture detection device and drive device and suppressing the vibration of the vehicle itself. Since the position of the center of gravity differs depending on the height and weight of the driver, the vibration of this vehicle changes depending on individual differences. Therefore, by using the authentication in this case, it is possible to obtain the effect of suppressing the vibration of the vehicle according to the driver by changing the constant of the filter based on the height and weight of the driver.
  • Fig. 10 shows some examples of the correlation of each parameter depending on the characteristics and capabilities of the driver or operator. For example, if you look at the beginners and experts, the value of the gain Kpp can be set stably by setting the beginners lower than the values of the experts. It becomes like this. If this gain ⁇ is set high, vehicle operation becomes more sensitive.
  • the gain Kdp is set higher for beginners than for experts, so that the damping (vibration damping) effect can be enhanced by the vehicle, so the rider can ride more stably. It becomes like this. However, if this gain Kdp is set too high, the vehicle will behave slowly (dull), making it difficult for the skilled person to feel comfortable (light) driving.
  • each parameter should be set according to the tendency shown in Fig. 11. This makes it possible to achieve a ride that suits each driver.
  • the present invention it is possible to change the operation and performance of a single vehicle device according to the use of a plurality of users having different abilities. Therefore, it is conceivable that the vehicle device will grow at the same time as the user, or that one vehicle device will be used by multiple pilots (rental) depending on the situation.

Description

明 細 書 走行装置及び平行二輪車の車両制御方法 技術分野
[ 0 0 0 1 ]
本発明は、 例えば平行に配置された二車輪を独立に駆動する平行二輪車 に使用して好適な走行装置及び平行二輪車の車両制御方法に関する。 詳 しくは、 平行二輪車において搭乗者の習熟度を判断し、 常に安定な走行 が行われるようにしたものである。 背景技術
[ 0 0 0 2 ]
従来の平行二輪車では、 複数のジャイロにより車両の傾きを検出して、 車両の姿勢制御を行うようにしている (例えば、 特許文献 1参照。 ) 。
[ 0 0 0 3 ]
一方、 例えば乗用車において、 個人認証手段を応用し、 認証された個人 別に装置の機能の実行を制限するシステムが提案されている (例えば、 特許文献 2参照。 ) 。
[ 0 0 0 4 ]
また、 例えば乗用車においては、 シート位置、 ハンドル位置、 ミラー 位置などの搭乗者に個別の設定を I Cカード等に記憶し、 搭乗者の嗜好 に合わせて自動調整を行うようにしているものもある (例えば、 特許文 献 3参照。 ) 。
[ 0 0 0 5 ] しかしながら、 上述の特許文献 1〜3では、 本願の発明のように、 平 行二輪車において搭乗者の習熟度を判断し、 常に安定な走行が行われる ようにする技術に関しては記載されていないものである。
[特許文献 1 ] 米国特許第 5971091号公報
[特許文献 2] 特開 2004— 314857号公報
[特許文献 3 ] 特開 2005— 263166号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006]
例えば、 人を搭乗させて二輪で走行する乗り物として、 従来から上記の 特許文献 1に開示されているような平行二輪車が知られている。 ところ ヽ このような平行二輪車では、 車体の動きに応じて車輪を駆動して姿 勢を制御するために、 搭乗者が、 走行に慣れているかいないかによって 走行性能に差異を設ける必要が生じる。
[0007]
すなわち、 初心者用には走行性能を下げて操作をしやすくすることが 必要だが、 それでは熟練者には走行性能が不満足になってしまう恐れが ある。 このため従来は、 個々の搭乗者の習熟度に合わせて走行性能を調 整することが考えられていた。 しかし、 そのような方法は、 1台の装置 を複数人が交代で使用する場合には適用できないものである。
[0008]
この発明はこのような点に鑑みて成されたものであって、 本発明の目 的は、 平行二輪車において搭乗者の習熟度を判断し、 常に安定な走行が 行われるようにするものである。 課題を解決するための手段
[0009]
このため本発明においては、 搭乗者を個体識別し、 この個体識別の結 果により検索される記憶装置に記憶された使用履歴に従レ、搭乗者の習熟 度を判定し、 判定された習熟度に基づき二車輪の回転数をそれぞれ設定 する設定手段の反応の緩急と反応の範囲の制限との少なくとも一方を調 整するようにしたものであって、 これによれば、 搭乗者を個体識別して 常に安定な走行が行われる。 発明の効果
[0010]
本発明の好適な実施形態によれば、 搭乗者を個体識別し、 この個体識 別の結果により検索される。
[001 1]
本発明の好適な実施形態の走行装置によれば、 判定手段は記憶装置へ のアクセス手段を含むことによって、 複数の走行装置において個人の設 定を用いることができる。
[0012]
本発明の好適な実施形態の走行装置によれば、 記憶装置はネットヮー ク上に設けられ、 判定手段はネットワークへの接続手段を含むことによ つて、 複数の走行装置において記憶装置を共通に用いることができる。
[0013]
本発明の好適な実施形態の走行装置によれば、 搭乗者の身長と体重と の少なくとも一方を測定する測定手段をさらに設け、 測定された搭乗者 の身長と体重との少なくとも一方の値を調整手段での調整に加味するこ とによって、 より安定した走行が行われる。 [ 0 0 1 4 ]
本発明の好適な実施形態の走行装置によれば、 調整手段は、 設定手段 で用いる計算式のパラメータの値を調整する、 若しくは前記パラメータ の値の変更のタイミングを調整することによって、 良好な調整を行うこ とができる。
[ 0 0 1 5 ]
本発明の好適な実施形態によれば、 搭乗者を個体識別し、 この個体識 別の結果により検索される記憶装置に記憶された使用履歴に従い搭乗者 の習熟度を判定する判定手順と、 判定された習熟度に基づき二車輪の回 転数をそれぞれ設定する際の反応の緩急と反応の範囲の制限との少なく とも一方を調整する調整手順とを有することによって、 搭乗者を個体識 別して常に安定な走行が行われるようにすることができる。
[ 0 0 1 6 ]
本発明の好適な実施形態の平行二輪車の車両制御方法によれば、 判定 手順は記憶装置へのアクセス手順を含むことによって、 複数の走行装置 において個人の設定を用いることができる。
[ 0 0 1 7 ]
本発明の好適な実施形態の平行二輪車の車両制御方法によれば、 記憶 装置はネットワーク上に設けられ、 判定手順はネットワークへの接続手 順を含むことによって、 複数の走行装置において記憶装置を共通に用い ることができる。
[ 0 0 1 8 ]
本発明の好適な実施形態の平行二輪車の車両制御方法によれば、 搭乗 者の身長と体重との少なくとも一方を測定する測定手順をさらに設け、 測定された搭乗者の身長と体重との少なくとも一方の値を調整手順での 調整に加味することによって、 より安定した走行が行われる。 069403
5
[0019]
本発明の好適な実施形態の平行二輪車の車両制御方法によれば、 調整 手順は、 設定で用いる計算式のパラメータの値を調整する、 若しくはパ ラメータの値の変更のタイミングを調整することによって、 良好な調整 を行うことができる。
[0020]
従って本発明において、 従来の技術では、 搭乗者の習熟度に応じて装 置の走行性能などを調整する必要があり、 1台の装置を複数人が交代で 使用することができないなどの問題点があつたが、 本発明を採用するこ とによって、 そのような問題点を良好に解消することができるものであ る。 図面の簡単な説明
[0021]
[図 1 A] 本願の発明の適用される平行二輪車の一実施形態の構成 図 (側面視) である。
[図 1 B] 本願の発明の適用される平行二輪車の一実施形態の構成 図 (上面視) である。
[図 2] その説明のための図である。
[図 3] 本願の発明の適用される平行二輪車の駆動系の一実施形態 の構成図である。
[図 4] その動作の説明のための制御プロック図である。
[図 5] その動作の説明のためのフローチャート図である。
[図 6] その効果の説明のための特性図である。
[図 7] その効果の説明のための特性図である。
[図 8] その効果の説明のための特性図である。 [図 9] その効果の説明のための特性図である。
[図 10] その効果の説明のための線図である。
[図 1 1] その効果の説明のための線図である。 符号の説明
[0022]
1…ステップ、 2L, 2R…車輪、 3 L, 3 R…駆動装置、 4···ノヽンド ル、 1 1…姿勢検出装置、 12…旋回操作装置、 1 3…搭乗者検出装置、
14…制御演算装置 (CPU) 、 1 5…駆動装置、 16 L, 16R…モ ータ、 1 7…エンコーダ、 18…鍵検出装置、 1 9…記憶装置、 20'·· 制御限界角度検出装置、 21…モード選択装置、 22…内部メモリ、 2
3…ネッ トワーク装置 発明を実施するための最良の形態
[0023]
すなわち本発明の走行装置においては、 平行に配置された二車輪を独 立に駆動する駆動手段と、 二車輪を連結する筐体と、 筐体には自身の姿 勢角度を検出する検出手段とが設けられる。 そして、 検出された姿勢角 度の情報に従い二車輪の回転数をそれぞれ設定して走行を行う走行装置 である。
[0024]
このような走行装置において、 さらに本発明では、 搭乗者を個体識別 する識別手段と、 搭乗者ごとの使用履歴を保存する記憶装置と、 個体識 別の結果により検索される記憶装置に記憶された使用履歴に従い搭乗者 の習熟度を判定する判定手段とを有する。 そして、 判定された習熟度に 3
7
基づき二車輪の回転数をそれぞれ設定する設定手段の反応の緩急と反応 の範囲の制限との少なくとも一方を調整する調整手段を有している。
[ 0 0 2 5 ]
また、 本発明の平行二輪車の車両制御方法においては、 平行に配置さ れたニ車輪を独立に駆動する駆動手段と、 二車輪を連結する筐体と、 筐 体には自身の姿勢角度を検出する検出手段とが設けられる。 そして、 検 出された姿勢角度の情報に従い二車輪の回転数をそれぞれ設定して走行 を行う平行二輪車の車両制御方法である。
[ 0 0 2 6 ]
このような平行二輪車の車両制御方法において、 さらに本発明では、 搭乗者を個体識別する識別手順と、 搭乗者ごとの使用履歴を記憶装置に 保存する保存手順と、 個体識別の結果により検索される記憶装置に記憶 された使用履歴に従い搭乗者の習熟度を判定する判定手順とが行われる。 そして、 判定された習熟度に基づき二車輪の回転数をそれぞれ設定する 際の反応の緩急と反応の範囲の制限との少なくとも一方を調整する手順 が行われる。
[ 0 0 2 7 ]
以下、 図面を参照して本願の発明を説明する。 まず、 本発明の適用さ れる平行二輪車の一実施形態の構成の側面視を図 1 Aに, 上面視を図 1 Bに示す。 すなわち平行二輪車は、 図示のように搭乗者の乗るステップ 1に対し同軸線上に平行に車輪 2 L, 2 Rを有する装置で、 それぞれの 車輪 2 L , 2 Rに対して独立して駆動力を発生させることのできる駆動 装置 3 L , 3 Rを有する。 またステップ 1には搭乗者の乗車を識別する センサ、 若しくはスィッチ (図示せず) が內蔵され、 ステップ 1からは 搭乗者が掴んで操作を行うハンドル 4が植立されている。
「0 0 2 8 ] さらに、 以下の説明で用いる平行二輪車の車両の全体に対する各座標 系を、 図中に記载のように、 車軸に対して垂直方向を X軸、 車軸方向を Y軸、 鉛直方向を Z軸、 車軸周りをピッチ軸 (0) 、 車両上面視より X 一 Y平面上の回転方向をョー軸 (γ) とする。 また、 例えば自立姿勢で 車両を静止させておく場合には、 図 2に示すように自立姿勢角度 0jに 設定することで、 車両は自立姿勢を保つたまま静止することができる。 ここで自立姿勢角度 0jとは、 車両の重心位置が、 車軸の真上に位置す る状態のピッチ軸角度である。
[0029]
このような平行二輪車において、 駆動系の構成としては、 図 3に示す ように、 ジャイロセンサ、 加速度センサなどにより車両の傾きを検出す るための姿勢検出装置 1 1と、 ハンドル 4に関連した操作レバーによつ て旋回指令を入力するための旋回操作装置 12と、 搭乗者の挙動 (足の 昇降など) を検出するための荷重センサ、 近接センサ、 接触スィッチな どによる搭乗者検出装置 13とを備え、 これら装置 1 1〜13からの情 報を元に、 車両を駆動するためのトルク指令を算出するための制御演算 装置 (CPU) 14を有する。
[0030]
さらに、 この制御演算装置 14にて算出された制御トルク指令を駆動 装置 15へ伝達し、 駆動装置 15で形成された駆動トルクを、 上述の車 輪 2L, 2 Rに対しそれぞれ独立して設けられたモータ 16 L, 16 R に供給する。 また、 モータ 16L, 16 Rの回転に伴う情報が制御演算 装置 14にフィードバックされる構成となっている。 このような駆動系 の構成によって、 平行二輪車となる車両の制御が行われている。
[0031] そして車両の動作を制御するには、 車両の姿勢を制御するためのピッ チ軸制御 〔数 1〕 、 車両の位置を制御するための X軸制御 〔数 2〕 、 車 両の旋回を制御するためのョー軸制御 〔数 3〕 について、 それぞれ以下 の演算により必要なトルクを求め、 その合計として駆動装置へ供給され る出力トルク 〔数 4〕 が求められる。 なお、 以下の式において、 Kpp、 Kdp、 Kip、 Kpx、 Kdx, Kix、 Kpy、 Kdy、 Kiyは制御ゲインパラメ ータである。
[0032]
ピッチ軸制御 [数 1 ]
て p = -Kppx(0ref-9)-Kdpx C^ref-^) -Kipx J (0ref-0)dt ただし、 0refは目標ピッチ軸角度、 refは目標ピッチ軸角速度
[0033]
X軸位置制御
[数 2]
X = -Kpxx(Xref-X)-Kdxx ( ref-ズ) - Kix x J (Xref-X)dt ただし、 Xrefは目搮車両位置、 refは目搮車両速度
[0034]
ョ一軸旋回制御 [数 3]
て y = pyx ( γ ref - γ )+ dy χ ( , ref- ,)+Ki y x J ( rref - r ) dt
ただし、 r refは目標ョ一軸角度、 ^refは目搮ョ一軸角速度
[003 5]
出力トルク (片軸)
[数 4]
て 1=て p+て x+て y
Figure imgf000012_0001
て r=て p+て X— て y [也:^の旱田ノ
[0036]
従って、 これらの 〔数 1〕 〜 〔数 4〕 により、 制御演算装置 14では、 所望の制御を行うに当たり各々の車輪 2 L, 2 Rに対してそれぞれ必要 な出力トルク τ ΐ, が算出される。 この算出された制御トルク指令が 駆動装置 1 5へ伝達され、 駆動装置 1 5で形成された駆動トルクがモー タ 1 6 L, 1 6 Rに供給される。 これにより、 車輪 2 L, 2Rにおいて は各々所望の動作が得られるように駆動が行われ、 例えば所望の方向へ の走行や旋回、 また走行速度の増速や減速などの所望の動作が実現され る。
[003 7]
さらに図 4には、 上述の 〔数 1〕 〜 〔数 4〕 を実現するため制御演算 装置 14内で行われる処理の機能プロック図を示す。 すなわち図 4にお いては、 モータ 1 6 L, 1 6 Rの回転がエンコーダ 1 7で車両位置 に 変換される。 また、 姿勢検出装置 1 1で検出された車両ピッチ軸角度 0、 ョー軸角度 Yやその速度の情報が各部に供給される。 そして、 旋回操作 装置 1 2からのそれぞれの目標値との間で、 パラメータ Kpp、 Kdp、 K ip、 Kpx、 Kdx、 Kix、 Kpy、 Kdy、 Kiyを用いて演算が行われ、 出力 トルク て 1, τι·が算出される。
[0038]
このようにして、 制御演算装置 14内で出力トルク τΐ, て rが算出さ れ、 これらの出力トルク τΐ, τΐ·に従い駆動装置 15を通じてモータ 1 6 L, 16Rが駆動される。 すなわちここまでの説明において、 平行二 輪車における通常の動作が行われるものである。
[0039]
そして本発明においては、 上述の図 3の構成において、 さらに個体識 別を行うための個人識別鍵に対する鍵検出装置 18が設けられる。 この 個人識別鍵は、 搭乗者の 1人ずつを識別するためのものであつて貸与等 は禁じられる。 また、 指紋認証や虹彩認証等のバイオメトリック手段を 併用することによって、 より正確な個体識別を行うことが可能とされる。 従って、 この鍵検出装置 18では搭乗者の 1人ずつが識別され、 この鍵 検出装置 18で個体識別された情報が制御演算装置 14に供給される。
[0040]
さらに制御演算装置 14では、 鍵検出装置 18で個体識別された情報 に基づき記憶装置 19が検索される。 この記憶装置 19には、 搭乗者の 1人ずつの過去の搭乗回数や累計の搭乗時間、 直前の搭乗の際に行った 操作の内容などの使用履歴が記憶されている。 なお、 搭乗の際に行った 操作の内容には、 制御限界角度検出装置 20でジャイロセンサ、 加速度 センサなどにより検出された車両の傾きが限界に達した回数なども記憶 される。
[0041]
また、 この記憶装置 19は、 例えば個人識別鍵 (図示せず) に併設、 若しくは近接して設けられる RFタグ等とし、 車両側にアクセス手段を 設けることによつても実現できる。 あるいは、 記憶装置 1 9をネットヮ ーク上に設け、 車両側にネットワークへの接続手段を設けるようにして も良レ、。 これによつて、 記憶装置 1 9は複数の車両において共通に利用 することができるようになる。
[ 0 0 4 2 ]
そして制御演算装置 1 4からは、 例えばモード選択装置 2 1や内部メ モリ 2 2、 ネットワーク装置 2 3を通じて記憶装置 1 9の検索が行われ、 検索された使用履歴が制御演算装置 1 4に返信される。 さらに制御演算 装置 1 4では、 この使用履歴に基づき個体識別された搭乗者の習熟度が 判定され、 制御演算装置 1 4で行われる出力トルクての算出のための計 算 〔数 1〕 〜 〔数 4〕 に対して調整が加えられる。
[ 0 0 4 3 ]
すなわち、 一般的には、 搭乗回数が多く、 累計の搭乗時間が長ければ 習熟度は高いと考えられ、 より高度な操作が行えるように調整が加えら れる。 そこで、 例えば走行装置への乗車を行う際の動作を例に取って説 明すると、 最初に図 5のフローチャートに示す処理が行われる。 図 5に おいてステップ S 1で個人識別鍵 (認証鍵) が使用されると、 ステップ S 2で認証確認が行われる。 さらにステップ S 3で認証が O Kか否か判 断される。 ここで否のとき (N o ) はステップ S 4で起動が拒否され、 ステップ S 5で電源がオフされる。
[ 0 0 4 4 ]
また、 ステップ S 4で O Kのとき (Y e s ) は、 ステップ S 6で個体 識別された情報に基づき記憶装置 1 9が検索されて情報が取得される。 そして、 ステップ S 7で取得された情報に応じて車両装置のパラメータ を変更し、 ステップ S 8で乗降車のシーケンスが開始される。 なおこの 乗降車のシーケンスは、 平行二輪車への乗り降りの際に、 その乗降を円 9403
13
滑に行わせるため平行二輪車のモータ 16 L, 16 R等に所定のトルク を与えるようにしているものである。
[0045]
そこで本発明においては、 例えばこの乗降車のシーケンスでは、 上述 の各種制御ゲインパラメータや空車状態から乗車状態へ移行する際の車 両装置の傾き角度を、 操縦者の乗降に応じて、 以下の式を元に変更する ものである。 なお、 空車状態での自立姿勢の状態は図 2に示した通りと する。
[0046]
まず、 車両傾き角度の変更は、 〔数 5〕 のように行う。
[数 5]
Θ ref (t)= ( Θ ref_drive- Θ j) / t res X t + Θ j
ここで、 tは乗車開始状態に遷移してからのピッチ軸目標角度移行経過 時間であり、 0 ref— driveとは、 乗車モードでの姿勢ピッチ軸角度 (乗 車姿勢を水平に保つ場合はゼロ度) であり、 t resとは、 乗車姿勢に移 行するまでの時間を表している。
[0047]
次に、 制御ゲインパラメータの変更、 〔数 6〕 のように行う。
[数 6]
K**(t)= (K**— drive— K**— empty) / t res X t + K *一 empty ここで、 tは乗車完了状態に遷移してからのゲイン移行経過時間であり、 K**は、 式 1〜式 3に示す各ゲインを表している。 K**_driveは、 乗車 状態での最終設定ゲイン、 K**_emPtyは空車状態での設定ゲイン、 t resは、 ゲインを移行するまでの時間を表している。
[0048] このようにして、 例えば乗降車のシーケンスにおけるパラメータ等の 調整が行われる。 すなわち、 初心者については、 乗車回数、 乗車時間が 少ない (もしくは走行距離が短い、 制御限界角度以上に達した回数が多 いなど) という情報を車両装置が認識することによって、 車両装置のパ ラメータを操作することで、 例えば車両装置の動作を緩慢にする、 ある レ、は車両速度を低めに制限するといつたことができる。
[ 0 0 4 9 ]
これに対して、 熟練者の場合には、 乗車回数、 乗車時間、 走行距離等 が十分であるという情報を車両装置が認識することによって、 車両装置 のパラメータを操作することで、 例えば車両装置の旋回動作を敏感にす る、 あるいは車両速度を高めに設定することができる。 そこで、 上述の ように本発明の技術を用いて、 一つの車両装置に対して、 鍵に様々な情 報を持たせることにより、 使用する人の目的、 用途に応じて、 車両装置 の機能、 性質、 性能を変化させることが可能となる。
[ 0 0 5 0 ]
さらに、 ゲインの変化のさせ方について考える。 図 6に示す通り各ゲ ィンを変化させる時間 tを、 熟練者の場合は乗車開始の 1 1カゝら t 2の 時間を掛けて変化させる。 一方で、 初心者であると車両が判断した場合 には、 時間 t 2 をより長く設定するために t 2' に変更する。 これにより、 車両の状態を熟練者に比べてゆっく り変化させることができるため、 よ り安定して車両に乗車することができるようになる。
[ 0 0 5 1 ]
次に、 ゲインを変化させる時間だけではなく、 ゲインの値そのものも 熟練者と初心者で変化させることで、 安定した乗車を実現することがで きる。 すなわち図 7に示すように、 操縦者の特性に合わせて各種ゲイン を変化させることで、 より安定で安心できる昇降を行うことができるよ うなる。 さらに上述のゲイン及び時間の変更と同様に、 自立姿勢角度か ら乗車姿勢角度までの目標角度の変化についても同じ対応を適用するこ とができる。
[ 0 0 5 2 ]
また、 ピッチ軸目標角度の切り替え時間も熟練者と初心者で変化させ ることで、 安定した乗車を実現することができる。 すなわち図 8に示す ように、 ピッチ軸目標角度の切り替え時間 tを、 熟練者の場合は乗車開 始の t 1から t 2の時間を掛けて変化させる。 一方で、 初心者であると 車両が判断した場合には、 時間 t 2をより長く設定するために に変 更する。 これにより、 車両の状態を熟練者に比べてゆっく り変化させる ことができるため、 より安定して車両に乗車することができるようにな る。
[ 0 0 5 3 ]
さらに、 上述してきた各種パラメータ等の変更処理を施すことによる 本発明の効果について、 図 9に示す。 この図では、 ある操縦者が車両に 乗り込みを開始した時間を t 1とし、 乗り込んでから車両の傾きが安定 するまでの時間について、 本発明の対策前の安定終了時間を t 2, 、 本 発明の対策後の安定終了時間を t 2とする。 この場合に、 図 9に示す通 り、 本発明によりある操縦者に対して各パラメータを変更することで、 より安定した乗車を実現することができるようになる。
[ 0 0 5 4 ]
なお、 上述の式の中で、 傾き角を傾ける時間やゲインを変化させる時 間やゲインの大きさを、 初心者や熟練者、 もしくは運転者の身体的数値 や使用目的に応じて変化させることで、 より安全で快適な乗車を実現す ることができる。 さらに、 前述の制御パラメータ以外にも、 車両の速度 を制限するための速度リミットの挙動についても、 そのリミツト角度や 制限する車両速度を変化させることにより、 乗車中の安定性を確保する ことが出来る。
[ 0 0 5 5 ]
また、 制御演算結果を最終的に駆動装置に出力する際に、 フィルタ処 理を施すことがある。 このフィルタは、 姿勢検出装置や駆動装置からの ノィズ除去や車両自体の振動を押さえる役割を果たしている。 この車両 の振動は、 操縦者の身長や体重により重心の位置が異なるため、 個人差 により振動の様子が変わってくる。 そこで、 本件の認証を用いることに より、 操縦者の身長や体重を元に、 フィルタの定数を変化させることで、 操縦者に合わせて車両の振動を押さえる効果が得られる。
[ 0 0 5 6 ]
最後に、 運転者もしくは操縦者の特性および能力に応じた、 各パラメ ータの相関関係について、 図 1 0にそのいくつかの例を示す。 図の見方 としては、 例えば初心者と熟練者で見てみると、 ゲイン Kppの値につい ては、 熟練者の数値よりも初心者の方を低めに設定することで、 安定し て乗車することができるようになる。 このゲイン Κρρを高めに設定する と、 車両の動作が敏感になる。
[ 0 0 5 7 ]
さらにゲイン Kdpについては、 熟練者の数値よりも初心者の数値を高 めに設定することで、 車両によりダンピング (振動の減衰) 効果を高め ることができるため、 より安定して乗車することができるようになる。 ただし、 このゲイン Kdpの値を高く設定しすぎてしまうと、 車両の動作 が緩慢な (鈍い) 挙動になってしまうため、 熟練者には快適な (軽快 な) 走行に感じなくなってしまう。
[ 0 0 5 8 ] その他にも、 速度リミットについては、 初心者が慣れるまでは、 最高 速の制限速度を低めに設定しておくことにより、 より安全な走行を実現 することができるようになる。 運転に慣れるに従って、 徐々に制限速度 を上げていく、 といったことが本発明によりできるようになる。
[ 0 0 5 9 ]
また、 身長の高い運転者と低い運転者の場合、 高い運転者の方が車両 に対して重心の位置が高くなつてしまうため、 図 1 1に示すような傾向 で、 各パラメータを設定することにより、 それぞれの運転者に合わせた 乗り心地を実現することができるようになる。
[ 0 0 6 0 ]
こうして本発明によれば、 一つの車両装置に対して、 複数の能力の異 なった使用者のそれぞれの用途に合わせた動作、 性能に変化させること ができるようになる。 従って、 車両装置が使用者と同時に成長していく ことや、 状況に応じて 1台の車両装置を複数の操縦者で使いまわし (レ ンタル) する方法などが考えられる。
[ 0 0 6 1 ]
なお本発明は、 上述の説明した実施形態に限定されるものではなく、 本発明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能とされるものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 平行に配置された二車輪を独立に駆動する駆動手段と、 前記二車輪 を連結する筐体と、 前記筐体には自身の姿勢角度を検出する検出手段と が設けられ、 前記検出された姿勢角度の情報に従い前記二車輪の回転数 をそれぞれ設定して走行を行う走行装置であって、
搭乗者を個体識別する識別手段と、
前記搭乗者ごとの使用履歴を保存する記憶装置と、
前記個体識別の結果により検索される前記記憶装置に記憶された前記 使用履歴に従い前記搭乗者の習熟度を判定する判定手段と、
前記判定された習熟度に基づき前記二車輪の回転数をそれぞれ設定す る設定手段の反応の緩急と反応の範囲の制限との少なくとも一方を調整 する調整手段と
を有することを特徴とする走行装置。
2. 請求項 1記載の走行装置において、
前記判定手段は前記記憶装置へのアクセス手段を含む
ことを特徴とする走行装置。
3. 請求項 1記載の走行装置において、
前記記憶装置はネットワーク上に設けられ、
前記判定手段は前記ネットワークへの接続手段を含む
ことを特徴とする走行装置。
4. 請求項 1記載の走行装置において、
前記搭乗者の身長と体重との少なくとも一方を測定する測定手段をさ らに設け、
前記測定された前記搭乗者の身長と体重との少なくとも一方の値を前 記調整手段での調整に加味する ことを特徴とする走行装置。
5. 請求項 1記載の走行装置において、
前記調整手段は、 前記設定手段で用レ、る計算式のパラメータの値を調 整する、 若しくは前記パラメータの値の変更のタイミングを調整する ことを特徴とする走行装置。
6. 平行に配置された二車輪を独立に駆動する駆動手段と、 前記二車輪 を連結する筐体と、 前記筐体には自身の姿勢角度を検出する検出手段と が設けられ、 前記検出された姿勢角度の情報に従い前記二車輪の回転数 をそれぞれ設定して走行を行う平行二輪車の車両制御方法であって、 搭乗者を個体識別する識別手順と、
前記搭乗者ごとの使用履歴を記憶装置に保存する保存手順と、 前記個体識別の結果により検索される前記記憶装置に記憶された前記 使用履歴に従い前記搭乗者の習熟度を判定する判定手順と、
前記判定された習熟度に基づき前記二車輪の回転数をそれぞれ設定す る際の反応の緩急と反応の範囲の制限との少なくとも一方を調整する調 整手順と
が行われるようにした平行二輪車の車両制御方法。
7. 請求項 6記載の平行二輪車の車両制御方法において、
前記判定手順は前記記憶装置へのアクセス手順を含む
ことを特徴とする平行二輪車の車両制御方法。
8. 請求項 6記載の平行二輪車の車両制御方法において、
前記記憶装置はネットワーク上に設けられ、
前記判定手順は前記ネットワークへの接続手順を含む
ことを特徴とする平行二輪車の車両制御方法。
9. 請求項 6記載の平行二輪車の車両制御方法において、 前記搭乗者の身長と体重との少なくとも一方を測定する測定手順をさ らに e¾【つ、
前記測定された前記搭乗者の身長と体重との少なくとも一方の値を前 記調整手順での調整に加味する
ことを特徴とする平行二輪車の車両制御方法。
10. 請求項 6記載の平行二輪車の車両制御方法において、
前記調整手順は、 前記設定で用レ、る計算式のパラメータの値を調整する、 若しくは前記パラメータの値の変更のタイミングを調整する
ことを特徴とする平行二輪車の車両制御方法。
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