(57)【要約】  倒立二輪装置は、車輪を駆動する駆動手段と、駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御手段と、車両の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、を備えている。また、倒立二輪装置は倒立状態を維持して走行することができる。さらに、制御手段は、生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う。
2011108029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御手段と、
車両の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、を備え、
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項２】
請求項１記載の倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、倒立制御と切り離した別の速度制御を実行する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の倒立二輪装置であって、
車速度を検出する車速検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断し、かつ、前記車速度検出手段により検出された前記車速度が所定速度以下のとき、停止状態となるように前記駆動手段を制御する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、車速度を漸減させる前記速度制御を実行する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の倒立二輪装置であって、
車速度を検出する車速検出手段と、
車輪の回転情報を検出する回転検出手段と、
を更に備え、
前記制御手段は、
前記姿勢検出手段により検出された前記姿勢情報と、前記車速検出手段により検出された前記車速度と、前記回転検出手段により検出された前記回転情報と、に基づいて速度指令値を生成する制御器と、
該制御器により生成された速度指令値と前記回転検出手段により検出された前記回転情報と、に基づいて前記トルク指令値を生成する速度制御器と、
を有する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項６】
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置の制御方法であって、
車輪を駆動する駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する工程と、
車両の姿勢情報を検出する工程と、
前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う工程と、
を含むことを特徴とする倒立二輪装置の制御方法。
【請求項７】
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置の制御プログラムであって、
車輪を駆動する駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する処理と、
前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、車両の姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う処理と、
をコンピュータに実行させる倒立二輪装置の制御プログラム。
【請求項８】
車輪を駆動する車輪駆動ユニットと、
前記車輪駆動ユニットの駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御装置と、
車両の姿勢情報を検出する姿勢センサと、を備え、
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、
前記制御装置は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢センサにより検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置、その制御方法及び制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
搭乗者が重心を前後あるいは左右へ移動させる走行操作に応じて、倒立状態を維持しつつ所望の走行を行う倒立二輪装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１５６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に示す倒立二輪装置において、例えば、加速時に搭乗者が重心を前方へ大きく移動させ過ぎると車両が前傾し過ぎ、車輪を駆動する電動モータへのトルク指令値が最大となるため電動モータの出力が最大値となる。このとき、車両のピッチ角度が前傾方向かつピッチ角速度が前方に生じていると、車両としては前方へ転倒しつつあるが、電動モータのトルクはこれ以上出力されないため、車両の姿勢を立て直すことができず、倒立制御は破綻状態になっている。さらに、車速が上昇しながら車両は前方へ転倒していくため、車速度が高い状態のまま転倒に至る可能性がある。【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、より安全性を向上させた倒立二輪装置、その制御方法及び制御プログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、車輪を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御手段と、車両の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、を備え、倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置である。【０００７】
この一態様において、前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、倒立制御と切り離した別の速度制御を実行してもよい。【０００８】
また、この一態様において、車速度を検出する車速検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断し、かつ、前記車速度検出手段により検出された前記車速度が所定速度以下のとき、停止状態となるように前記駆動手段を制御してもよい。【０００９】
さらに、この一態様において、前記制御手段は、車速度を漸減させる前記速度制御を実行してもよい。【００１０】
さらにまた、この一態様において、車速度を検出する車速検出手段と、車輪の回転情報を検出する回転検出手段と、を更に備え、前記制御手段は、前記姿勢検出手段により検出された前記姿勢情報と、前記車速検出手段により検出された前記車速度と、前記回転検出手段により検出された前記回転情報と、に基づいて速度指令値を生成する制御器と、該制御器により生成された速度指令値と前記回転検出手段により検出された前記回転情報と、に基づいて前記トルク指令値を生成する速度制御器と、を有していてもよい。【００１１】
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置の制御方法であって、車輪を駆動する駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する工程と、車両の姿勢情報を検出する工程と、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う工程と、を含むことを特徴とする倒立二輪装置の制御方法であってもよい。【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置の制御プログラムであって、車輪を駆動する駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する処理と、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、車両の姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う処理と、をコンピュータに実行させる倒立二輪装置の制御プログラムであってもよい。【００１３】
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、車輪を駆動する車輪駆動ユニットと、前記車輪駆動ユニットの駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御装置と、車両の姿勢情報を検出する姿勢センサと、を備え、倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、前記制御装置は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢センサにより検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、より安全性を向上させた倒立二輪装置、その制御方法及び制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る倒立二輪装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る倒立二輪装置の概略的な構成を示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る倒立二輪装置の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。
【図４】本発明の一実施形態に係る倒立二輪装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る制御装置の制御器による速度制御の一例を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る倒立二輪装置の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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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倒立二輪装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る倒立二輪装置の概略的な構成を示す正面図である。本実施形態に係る倒立二輪装置１は、姿勢センサ２と、回転センサ３と、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒと、制御装置５と、を備えている。
【００１７】
また、倒立二輪装置１は、例えば、搭乗者が車両本体６に立った状態で乗車することができる立ち乗り型の同軸二輪車として構成されている。また、この同軸二輪車は、例えば、搭乗者が重心を前後に移動させることで前進後退を行い、搭乗者が重心を左右に移動させることで左右旋回を行うことができるように構成されている。
【００１８】
姿勢センサ２は、姿勢検出手段の一具体例であり、車両本体６におけるピッチ角度やロール角度などの傾斜角度、ピッチ角速度やロール角速度などの傾斜角速度、ピッチ角加速度やロール角加速度などの傾斜角加速度、等の姿勢情報を検出する。姿勢センサ２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６のピッチ角度、ピッチ角速度、又はピッチ角加速度を検出し、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６（又は分割ステップ９Ｌ、９Ｒ）のロール角度、ロール角速度、又はロール角加速度を検出することができる。
【００１９】
姿勢センサ２は、制御装置５に接続されており、検出した車両本体６の姿勢情報を制御装置５に対して出力する。なお、姿勢センサ２は、例えば、ジャイロセンサや加速度センサなどにより構成されている。また、ピッチ軸とは、一対の車輪７Ｌ、７Ｒの車軸に相当する軸である。また、ロール軸とは、車両本体６の中心を通り、倒立二輪装置１の走行方向と平行をなす軸である。
【００２０】
回転センサ３は、回転検出手段の一具体例であり、車両本体６に設けられた車輪７Ｌ、７Ｒの回転角度、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３は、制御装置５に接続されており、検出した各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報を制御装置５に対して出力する。また、制御装置５は、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報（回転角度、回転速度、回転加速度等）を用いて、倒立二輪装置１の加速度、車速度、移動量等を算出することができる。
【００２１】
一対の車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒは、車両本体６に回転可能に設けられた左右一対の車輪７Ｌ、７Ｒを駆動することで、倒立二輪装置１を走行させる。各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒは、例えば、電動モータと、その電動モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速機構等によって構成することができる。各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒは、駆動回路８Ｌ、８Ｒを介して制御装置５に接続されており、制御装置５からの制御信号に応じて、各車輪７Ｌ、７Ｒの駆動を制御する。
【００２２】
制御装置５は、制御手段の一具体例であり、倒立二輪装置１が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４Ｌ、４Ｒを制御して、各車輪７Ｌ、７Ｒの回転を制御する。また、制御装置５は、姿勢センサ２により検出された倒立二輪装置１の姿勢情報と、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報と、に基づいて、フィードバック制御やロバスト制御等の周知の制御を行う。
【００２３】
例えば、制御装置５は、搭乗者が重心を前後に移動させたときに、姿勢センサ２により検出された車両本体６のピッチ角度に応じて、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを介して各車輪７Ｌ、７Ｒの回転を制御することで、倒立二輪装置１を前進又は後進させる。また、制御装置５は、搭乗者が重心を左右に移動させたときに、姿勢センサ２により検出された車両本体６のロール角度に応じて、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御して左右車輪７Ｌ、７Ｒ間で回転差を生じさせ、倒立二輪装置１を左旋回又は右旋回させる。
【００２４】
さらに、制御装置５は、例えば、姿勢センサ２により検出された車両本体６のピッチ角度に所定の制御ゲインを乗算して、各車輪７Ｌ、７Ｒの回転トルクを算出する。そして、制御装置５は、算出した回転トルクが各車輪７Ｌ、７Ｒに生じるように、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御する。
【００２５】
これにより、制御装置５は、車両本体６が傾斜している方向へ各車輪７Ｌ、７Ｒを回動させ、倒立二輪装置１の重心位置を各車輪７Ｌ、７Ｒ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５は、各車輪７Ｌ、７Ｒ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６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２からの姿勢情報に応じて、前進、後進、停止、減速、加速、左旋回、右旋回等の倒立二輪装置１の移動制御を行うことができる。
【００２６】
上述のような車両制御の構成により、倒立二輪装置１は、例えば、搭乗者が重心を前後に移動させ車両本体６を前後に傾斜させることで前進後退を行い、搭乗者が重心を左右に移動させ車両本体６を左右に傾斜させることで、左右旋回を行うことができる。なお、搭乗者によって旋回したいと思う所望の方向へ回動操作されたとき、その操作に応じた操作信号を制御装置５に供給する旋回操作部（旋回リング、ハンドル１１等）を用いて、左右旋回を行う構成であってもよい。
【００２７】
制御装置５は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）５ａ、ＣＰＵ５ａ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）５ｂ、処理データ等を記憶するＲＡＭ（Random
Access Memory）５ｃ等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。
【００２８】
倒立二輪装置１は、図２に示すように、同軸二輪車として構成されており、車両本体６、車輪７Ｌ、７Ｒ、分割ステップ９Ｌ、９Ｒ、ハンドル１１等を備えている。左右一対の分割ステップ９Ｌ、９Ｒは、運転者が搭乗するステッププレートの一例である。車両本体６は、各分割ステップ９Ｌ、９Ｒをロール方向へ姿勢変更可能にそれぞれ支持している。左右一対の車輪７Ｌ、７Ｒは、車両本体６に回転可能に支持されている。ハンドル１１は、各分割ステップ９Ｌ、９Ｒの姿勢を、車両本体６を介してロール方向へ変化させる操作レバーである。
【００２９】
車両本体６は、互いに平行をなして上下に配置された車体上部材１２及び車体下部材１３と、互いに平行をなして左右に配置されると共に車体上部材１２及び車体下部材１３と回動可能に連結された一対の側面部材１４Ｌ、１４Ｒと、を有する平行リンク機構として構成されている。
【００３０】
この平行リンク機構の車体上部材１２と車体下部材１３との間には、車体上部材１２及び車体下部材１３と一対の側面部材１４Ｌ、１４Ｒとがなす角度をそれぞれ直角に維持するように、ばね力を発生する一対のコイルばね１５Ｌ、１５Ｒが介在されている。一対の側面部材１４Ｌ、１４Ｒの各外面には、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒがそれぞれ取り付けられている。
【００３１】
このように一対の車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを介して一対の側面部材１４Ｌ、１４Ｒに支持された一対の車輪７Ｌ、７Ｒは、平坦な路面Ｅ上に置いたときには、互いの回転中心が同一軸心線上に一致することになる。なお、倒立二輪装置１は、同軸二輪車として構成されているが、これに限らず、例えば、搭乗者の重心移動により走行操作が行われ、かつ倒立制御を行う任意の車両に適用可能である。
【００３２】
ところで、従来の倒立二輪装置において、例えば、加速時に搭乗者が重心を前方へ大きく移動させ過ぎると車両が前傾し過ぎ、各車輪駆動ユニットの電動モータへのトルク指令値が最大となるため電動モータの出力が最大値（正方向）となり飽和状態となる。このとき、車両本体のピッチ角度が前傾方向かつピッチ角速度が進行方向前方（転倒方向）に生じていると、車両としては前方に転倒しつつあるが、電動モータのトルクは飽和状態でそれ以上出力されないため、車両の姿勢を立て直すことができず、倒立制御は破綻状態（制御不能状態）になっている。さらに、車速が上昇しながら車両は前方へ転倒していくため、車速度が高い状態のまま転倒に至る可能性がある。
【００３３】
同様に、減速時に搭乗者が重心を後方へ大きく移動させ過ぎると車両が後傾し過ぎ、各車輪駆動ユニットの電動モータへのトルク指令値が最大となるため電動モータの出力が最大値（負方向）となり飽和状態となる。このとき、車両本体のピッチ角度が後傾方向かつピッチ角速度が進行方向後方（転倒方向）に生じていると、車両としては後方に転倒しつつあるが、電動モータのトルクは飽和状態でそれ以上出力されないため、車両の姿勢を立て直すことができず、倒立制御は破綻状態になっている。このため、減速しきれないまま後方への転倒に至るか、あるいは減速停止後に後方へ加速して転倒に至る可能性がある。
【００３４】
そこで、本実施形態に係る倒立二輪装置１において、制御装置５は、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対するトルク指令値が所定値以上で飽和状態になっており、かつ、姿勢センサ２により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う。これにより、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対するトルク指令値が所定値以上の飽和状態となり、かつ倒立制御が破綻状態となっているため倒立制御が不能となっている場合でも、倒立二輪装置１を確実に減速、停止させることができ、安全に搭乗者を降車させることができる。すなわち、倒立二輪装置１の安全性をより向上させることができる。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る倒立二輪装置の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。本実施形態に係る制御装置５は、倒立二輪装置１の車速度を決定するための速度指令値を生成する制御器５１と、制御器５１により生成された速度指令値に基づいて、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒの駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する速度制御器５２と、を有している。
【００３６】
制御器５１は、車両本体６の傾斜状態を決定するピッチ角度指令値及びピッチ角速度指令値と、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度及びピッチ角速度と、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転速度と、各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報に基づいて算出した車速度と、に基づいて速度指令値を生成し、生成した速度指令値を速度制御器５２に対して出力する。
【００３７】
また、制御器５１は、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度及びピッチ角速度に基づいて、倒立制御が破綻状態となっているか否かを判断する。例えば、制御器５１は、トルク指令値が正方向に飽和しており、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度が車両本体６の前傾方向であり、かつ、ピッチ角速度が正方向である場合に、倒立制御が破綻状態となっていると判断する。同様に、制御器５１は、トルク指令値が負方向に飽和しており、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度が車両本体６の後傾方向であり、かつ、ピッチ角速度が負方向である場合に、倒立制御が破綻状態となっていると判断する。
【００３８】
速度制御器５２は、制御器５１により生成された速度指令値と、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転速度と、に基づいてトルク指令値を生成し、生成したトルク指令値を各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対して出力する。各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒは、速度制御器５２により生成されたトルク指令値に応じて、各車輪７Ｌ、７Ｒの回転駆動を制御する。
【００３９】
各分割ステップ９Ｌ、９Ｒには、各分割ステップ９Ｌ、９Ｒに掛かる搭乗者の荷重を検出するための荷重センサ５５が設けられている。荷重センサ５５は制御器５１に接続されており、検出した荷重値を制御器５１に対して出力する。制御器５１は、荷重センサ５５からの荷重値に基づいて、搭乗者の降車を検出することができる。これにより、搭乗者は倒立二輪装置１から安全かつ容易に降車することができる。
【００４０】
次に、本実施形態に係る倒立二輪装置１の制御方法について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る倒立二輪装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、制御装置５の制御器５１は、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対するトルク指令値が所定値以上となっており、トルク指令値が最大となる飽和状態にあるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ここで、トルク指令値の所定値は、例えば、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒの電動モータの能力、要求する加減速度、搭乗者の体重などに基づいて設定することができる。
【００４２】
次に、制御器５１は、トルク指令値が最大となる飽和状態にあると判断したとき（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度及びピッチ角速度に基づいて、倒立制御が破綻状態となっているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。一方、制御器５１は、トルク指令値が最大となる飽和状態になっていないと判断したとき（ステップＳ１０１のＮＯ）、上述した通常の倒立制御を継続し（ステップＳ１０３）、本処理を終了する。この場合、倒立制御は正常に機能しているため、通常の倒立制御が継続される。
【００４３】
その後、制御器５１は、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度及びピッチ角速度に基づいて、倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、倒立制御が不能状態にあると判断し、さらに、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報に基づいて算出した車速度が所定速度以下（例えば、０近辺であり停止に近い状態）であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。一方、制御器５１は、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度及びピッチ角速度に基づいて、倒立制御が破綻状態となっていないと判断したとき（ステップＳ１０２のＮＯ）、上述した通常の倒立制御を継続し（ステップＳ１０３）、本処理を終了する。この場合、上記同様に、倒立制御は正常に機能しているため、通常の倒立制御が継続される。
【００４４】
さらに、制御器５１は、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報に基づいて算出した車速度が所定速度以下であると判断すると（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、通常の倒立制御と切り離した速度制御に移行し、車速度が略０（停止状態）に維持されるような速度指令値を生成する（ステップＳ１０５）。
【００４５】
例えば、制御器５１は、速度指令値＝０を速度制御器５２に対して継続的に出力する速度制御を実行し、荷重センサ５５からの荷重値に基づいて搭乗者の降車を確認すると（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、本処理を終了する。この場合、倒立制御は不能状態になっているが停止状態に近いため、搭乗者がより安全に降車できるように停止状態に速度制御する。
【００４６】
一方、制御器５１は、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報に基づいて算出した車速度が所定速度より大きいと判断すると（ステップＳ１０４のＮＯ）、姿勢センサ２により検出された車両本体６のピッチ角度が所定角度以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ここで、所定角度は、例えば、これ以上傾斜したら車両本体６の一部が路面に接触するような角度である。
【００４７】
制御器５１は、姿勢センサ２により検出された車両本体６のピッチ角度が所定角度以上であると判断したとき（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、通常の倒立制御と切り離した別の速度制御を移行し、車速度が略０（停止状態）に維持されるような速度指令値を生成する（ステップＳ１０５）。
【００４８】
例えば、制御器５１は、速度指令値＝０を速度制御器５２に対して継続的に出力する速度制御を実行し、荷重センサ５５からの荷重値に基づいて搭乗者の降車を確認後に、本処理を終了する。これにより、倒立制御が不能となり、車両本体６の一部が路面に接触して車輪７Ｌ、７Ｒが浮いた場合にも、車輪７Ｌ、７Ｒが空転することなく安全に制御を終了することができる。
【００４９】
一方、制御器５１は、姿勢センサ２により検出された車両本体６のピッチ角度が所定角度より小さいと判断したとき（ステップＳ１０７のＮＯ）、通常の倒立制御と切り離した別の速度制御を移行し、速度指令値による速度制御を実行し（ステップＳ１０８）、荷重センサ５５からの荷重値に基づいて搭乗者の降車を確認すると（ステップＳ１０９のＹＥＳ）、本処理を終了する。一方、制御器５１は、搭乗者の降車が確認できないとき（ステップＳ１０９のＮＯ）、上記（ステップＳ１０７）の処理に戻る。
【００５０】
ここで、制御器５１は、例えば、図５に示すように、時間が経過するに従って速度指令値を漸減させ、車速度を漸減させる速度制御を実行する。これにより、倒立制御が不能となった場合でも、車両を確実に減速、停止させ、搭乗者は安全に降車することができる。なお、図５に示す速度指令値の変化方法は一例であり、車速度が漸減すれば任意の方法でよい。
【００５１】
以上、本実施形態に係る倒立二輪装置１において、制御装置５は、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対するトルク指令値が所定値以上で飽和状態になっており、かつ、姿勢センサ２により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う。これにより、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対するトルク指令値が所定値以上の飽和状態となり、かつ倒立制御が破綻状態となっているため倒立制御が不能となっている場合でも、倒立二輪装置１を確実に減速、停止させることができる。すなわち、安全に搭乗者を降車させることができ、倒立二輪装置１の安全性をより向上させることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施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。
【００５３】
例えば、上記実施形態において、制御装置５は制御器５１と速度制御器５２とを有する構成であるが、制御装置６０の制御器６１が速度制御器５２の機能を有する構成であってもよい（図６）。
【００５４】
この場合、制御器６１は、入力されたピッチ角度指令値及びピッチ角速度指令値と、姿勢センサ２により検出されたピッチ角度及びピッチ角速度と、回転センサ３により検出された各車輪７Ｌ、７Ｒの回転速度と、各車輪７Ｌ、７Ｒの回転情報に基づいて算出した車速度と、に基づいてトルク指令値を生成し、生成したトルク指令値を各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対して出力する。
【００５５】
また、上記実施形態において、制御装置５は、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒに対するトルク指令値が所定値以上で飽和状態になっており、かつ、姿勢センサ２により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行っているが、これに限らず、例えば、車輪速度が所定速度以上あるいは車輪加速度が所定加速度以上で飽和状態となっており、かつ、姿勢センサ２により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行ってもよい。
【００５６】
なお、上記実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、図４に示す処理を、ＣＰＵ５ａにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００５７】
この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。また、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等が含まれる。また、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、例えば、搭乗者が重心を前後あるいは左右へ移動させる走行操作に応じて、倒立状態を維持しつつ所望の走行を行う倒立二輪装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１    倒立二輪装置
２    姿勢センサ
３    回転センサ
４Ｌ、４Ｒ    車輪駆動ユニット
５    制御装置    
６    車両本体
７Ｌ、７Ｒ    車輪
５１    制御器
５２    速度制御器
【図１】
2011108029.tif 000003
【図２】
2011108029.tif 000004
【図３】
2011108029.tif 000005
【図４】
2011108029.tif 000006
【図５】
2011108029.tif 000007
【図６】
2011108029.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御手段と、
車両の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、を備え、
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項２】
請求項１記載の倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、倒立制御と切り離した別の速度制御を実行する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の倒立二輪装置であって、
車速度を検出する車速検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断し、かつ、前記車速度検出手段により検出された前記車速度が所定速度以下のとき、停止状態となるように前記駆動手段を制御する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、車速度を漸減させる前記速度制御を実行する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の倒立二輪装置であって、
車速度を検出する車速検出手段と、
車輪の回転情報を検出する回転検出手段と、
を更に備え、
前記制御手段は、
前記姿勢検出手段により検出された前記姿勢情報と、前記車速検出手段により検出された前記車速度と、前記回転検出手段により検出された前記回転情報と、に基づいて速度指令値を生成する制御器と、
該制御器により生成された速度指令値と前記回転検出手段により検出された前記回転情報と、に基づいて前記トルク指令値を生成する速度制御器と、
を有する、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項６】
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置の制御方法であって、
車輪を駆動する駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する工程と、
車両の姿勢情報を検出する工程と、
前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う工程と、
を含むことを特徴とする倒立二輪装置の制御方法。
【請求項７】
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置の制御プログラムであって、
車輪を駆動する駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する処理と、
前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、車両の姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う処理と、
をコンピュータに実行させる倒立二輪装置の制御プログラム。
【請求項８】
車輪を駆動する車輪駆動ユニットと、
前記車輪駆動ユニットの駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御装置と、
車両の姿勢情報を検出する姿勢センサと、を備え、
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、
前記制御装置は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢センサにより検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、搭乗者を降車させる制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【請求項９】
車輪を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御手段と、
車両の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、を備え、
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、車速度を減速させる制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月5日(2012.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
車輪を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の駆動トルクを制御するためのトルク指令値を生成する制御手段と、
車両の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、を備え、
倒立状態を維持して走行する倒立二輪装置であって、
前記制御手段は、前記生成したトルク指令値が所定値以上で飽和状態となっており、かつ、前記姿勢検出手段により検出された姿勢情報に基づいて倒立制御が破綻状態となっていると判断したとき、車速度を減速させるように倒立制御と切り離した別の速度制御を行う、ことを特徴とする倒立二輪装置。
【国際調査報告】
2011108029.tif 000009
2011108029.tif 000010