(57)【要約】【課題】車体の旋回速度を安価に検知することが可能である手段を備えるパーソナルビークルを提供することを解決すべき課題とする。【解決手段】操作部は、前後方向への傾斜の大きさにより目標車速を入力し、左右方向への傾斜の大きさにより前記目標旋回角速度を入力する前後左右方向に揺動可能に支持された竿状部材をもつ。前輪として採用するキャスタ１５Ｒ，１５Ｌの旋回角度αＲ、αＬの平均値を竿状部材の揺動方向に近づける制御を行う。【選択図】図８
2015024013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する１または２以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも１つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
を有し、
前記制御部は、
前記指令値信号から前記キャスタの目標キャスタ旋回角度を算出する目標旋回角度算出部と、
前記目標キャスタ旋回角度と前記実キャスタ旋回角度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有する、
パーソナルビークル。
【請求項２】
前記操作部は、前後方向への傾斜の大きさにより目標車速を入力し、左右方向への傾斜の大きさにより前記目標旋回角速度を入力する前後左右方向に揺動可能に支持された竿状部材をもち、
前記目標旋回角度算出部は、前記目標キャスタ旋回角度を前記竿状部材の揺動方向とする、請求項１に記載のパーソナルビークル。
【請求項３】
使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する１または２以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも１つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
前記左右車輪の実車輪回転速度を検知する回転速度センサと、
を有し、
前記制御部は、
前記実キャスタ旋回角度と前記実車輪回転速度とから前記車体の実旋回角速度を算出する実旋回角速度算出部と、
前記目標旋回角速度と前記実旋回角速度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有する、
パーソナルビークル。
【請求項４】
前記キャスタおよび前記キャスタセンサはそれぞれ２以上あり、
前記制御部は、
２以上の前記キャスタセンサが検知する２以上の前記実キャスタ旋回角度の間の差が所定値よりも大きい場合には前記フィードバック制御部を作動させない請求項１〜３のうちの少なくとも１項に記載のパーソナルビークル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動式の車いす等のパーソナルビークルに関する。
【背景技術】
【０００２】
車いす等のパーソナルビークルは、使用者が着座する着座部を有する車体と、車体に設けられ着座部に着座する使用者の左右に設けられた駆動輪である車輪とを有する。パーソナルビークルの車体等には、車体走行速度および車体の旋回角速度に関する指令値が入力される操作部が設けられており、左右の車輪の回転数を制御することにより車体の進行方向、速度を制御している。
【０００３】
ところで、傾斜している路面を横切る方向等パーソナルビークルが左右の何れかに傾きながら直進走行（以降ではカント走行と記す）する際に、その車体のロール軸（前後方向の軸）を回転軸とするロール角度に応じて車体の直進性が低下するおそれがある。すなわち、カント走行を行っていると、パーソナルビークルが直進走行するように使用者が操作部を操作しているにもかかわらず、車体の傾きに起因して路面上で車体のずり落ち（片流れ）が発生し、パーソナルビークルの直進走行性が損なわれるおそれがある。具体的には車体が左右に傾くと、使用者が着座した状態におけるパーソナルビークルの重心位置が車輪の回転軸よりも前方にあるため車体が傾いている方向に曲げられる方向の旋回モーメントが発生し、車体が傾いている方向に旋回・ずり落ちてしまうことになる。
【０００４】
本願出願人は、上記の問題を低減したパーソナルビークルを特許文献１に開示している。特許文献１のパーソナルビークルの制御装置は、パーソナルビークルがカント走行するにあたり、パーソナルビークルのロール角度が大きい場合であっても、操作部が直進するように操作されている限り車体のずり落ちが抑制され、パーソナルビークルの直進走行性が確保されるように制御する制御部を備えている。制御部は、車体の実際の旋回角速度と、使用者の操作で決まる旋回角速度指令値との差が小さくなるようにフィードバック補正等を行っている。従って、カント走行時等における直進性を向上するためには車体の旋回角速度を精確に検知する必要がある。
【０００５】
また、特許文献２では前輪のフリーキャスタに前輪転回抑制手段を設け、直進走行時（左右の車輪をそれぞれ駆動するモータへの電流が同じとき）には前輪の転回を抑制することによりカント走行時等におけるずり落ちが起きないように制限している。
【０００６】
そのため、特許文献２においては、直進走行時から左右に旋回を行うときに前輪転回抑制手段を解除してから旋回を開始する必要があるため旋回時の反応が遅くなって使用者が不快に感じたり、左右それぞれのモータの電流は直進時であっても相違することがあるため、直進時に電流が相違する場合には意図しない車体の動きになる可能性があったりする。また、左右のモータに供給する電流が同じ時に前輪のフリーキャスタの旋回を固定することにより直進性を確保する構成のため、路面の状況などにより電流の値が同じにならない場合には直進時でも直進性の低下を防ぐことは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１９３９３９号公報
【特許文献２】特開平３−２１８７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、車体の制御に利用するため、車体の旋回速度を安価に検知することが可能である手段を備えるパーソナルビークルを提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための（１）の発明の構成上の特徴は、使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する１または２以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも１つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
を有し、
前記制御部は、
前記指令値信号から前記キャスタの目標キャスタ旋回角度を算出する目標旋回角度算出部と、
前記目標キャスタ旋回角度と前記実キャスタ旋回角度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有する、ことである。
【００１０】
本発明のパーソナルビークルにおいてはキャスタの動きを検知することにより車体の旋回角速度を精度良く検知することができる。また、キャスタの旋回角度を検知するセンサは車体の旋回角速度を検知するジャイロ等のセンサに比べて安価にできる。
【００１１】
上記（１）の発明は以下に記す（２）の構成を任意に加えて採用できる。
【００１２】
（２）前記操作部は、前後方向への傾斜の大きさにより目標車速を入力し、左右方向への傾斜の大きさにより前記目標旋回角速度を入力する前後左右方向に揺動可能に支持された竿状部材をもち、
前記目標旋回角度算出部は、前記目標キャスタ旋回角度を前記竿状部材の揺動方向とする。
【００１３】
操作部として前後左右に揺動可能な竿状部材を用い、その竿状部材を倒す方向により車体を制御する構成（前後方向で目標車速、左右方向で目標旋回角速度）を採用するときに、竿状部材の倒した方向をそのままキャスタの目標旋回角度に採用することにより、使用者の意図する進行方向と車体の進行方向とを使用者の感覚的に一致させることができ、使用感が向上する。
【００１４】
（３）上記課題を解決するための構成上の特徴は、使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する１または２以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも１つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
前記左右車輪の実車輪回転速度を検知する回転速度センサと、
を有し、
前記制御部は、
前記実キャスタ旋回角度と前記実車輪回転速度とから前記車体の実旋回角速度を算出する実旋回角速度算出部と、  前記目標旋回角速度と前記実旋回角速度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有することである。
【００１５】
本発明のパーソナルビークルにおいてはキャスタの動きと、車輪の回転速度から算出されたパーソナルビークルの速度とから車体の旋回角速度を精度良く検知することができる。また、キャスタの旋回角度を検知するセンサは車体の旋回角速度を検知するジャイロ等のセンサに比べて安価にできる。
【００１６】
上記（１）〜（３）の発明は以下に記す（４）の構成を任意に加えて採用できる。
【００１７】
（４）前記キャスタおよび前記キャスタセンサはそれぞれ２以上あり、
前記制御部は、
２以上の前記キャスタセンサが検知する２以上の前記実キャスタ旋回角度の間の差が所定値よりも大きい場合には前記フィードバック制御部を作動させない。
【００１８】
障害物を巻き込む等してキャスタの旋回が阻害されることがある。そのような場合、キャスタの旋回角度は車体の旋回角速度とは関係の無い値を示すことになる。そこでキャスタを２以上設け、それら複数のキャスタについて旋回角度を測定することにした。キャスタが複数有ってもそれらの旋回角度は原理的に同様の値を示すはずであるため、それらの測定値を相互に比較検証することにより、キャスタの旋回に問題が生じていないかを検証できる。
【発明の効果】
【００１９】
（１）および（３）の発明においては、キャスタの動きを検知することにより車体の旋回角速度を精度良く検知することができる。つまり、キャスタは車体の動きに追従して旋回するので、キャスタの旋回角度から車体が進む方向や旋回角速度が分かる。車体が進む方向や旋回角速度が精度良く検知できるため、パーソナルビークルの制御を円滑に行うことができる。
【００２０】
（２）の構成を採用することにより、使用者による操作とパーソナルビークルの実際の動きとが一致しやすくなり、車体の動作を使用者の意図している方向に近づけることができる。
【００２１】
（４）の構成を採用することにより、キャスタの不具合発生時にも信頼性が高い制御が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態のパーソナルビークルが平地直進走行している状態を模式的に説明する側面図である。
【図２】図１に示したパーソナルビークルが傾斜している路面を上がる方向に走行している状態を模式的に説明する側面図である。
【図３】実施形態のパーソナルビークルの制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面傾斜角度を算出する形態を説明する説明図である。
【図５】図１に示したパーソナルビークルがカント走行している状態を模式的に説明する背面図である。
【図６】加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面のロール角度を算出する形態を説明する説明図である。
【図７】実施形態におけるパーソナルビークルが備える前輪の構造を示す概略図である。
【図８】実施形態のパーソナルビークルが平地右旋回走行している状態を模式的に説明する平面図である。
【図９】実施形態２におけるパーソナルビークルが備える操作部の操作の様子を示す概略図である。
【図１０】変形形態１のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する制御則を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施形態１）  
本実施形態で、パーソナルビークル１（以下、単にビークル１と呼ぶ）は電動式の車いすに相当する。図１は、実施形態のビークル１が平地直進走行している状態を模式的に説明する側面図である。図１で、前方（矢印Ｆｘ方向）は、ビークル１に正規に着座している使用者の顔面が向いている方向を示し、かつビークル１が前進する方向を示す。後方（矢印Ｒｘ方向）は、ビークル１に正規に着座している使用者の顔面が背向している方向を示し、かつビークル１が後退する方向を示す。また、図２は、図１に示したパーソナルビークル１が傾斜している路面９０を上がる方向に走行している状態を模式的に説明する側面図である。そして、図５は、図１に示したパーソナルビークル１が傾斜している路面９０をその傾斜（右下がりの方向）に直交する方向（紙面奥側に向けて）に走行している状態を模式的に説明する背面図である。
【００２４】
ビークル１は、使用者が着座する着座部１０をもつ車体１１と、車体１１の左右に取り付けられた回転可能な駆動輪である左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌと、車輪１２を回転駆動させる駆動源としての左右の車輪モータ１３Ｒ、１３Ｌと、車輪モータ１３Ｒ、１３Ｌの駆動を操作する操作部１４と、車輪１２の前方に位置して車体１１に取り付けられた回転可能な左右の前輪１５と、車輪１２の後方に向けて延びるように車体１１に取り付けられたサポート部材１６と、サポート部材１６の先端部１６ａに取り付けられた回転可能な後輪１７とを備えている。着座部１０は、使用者の臀部を支える座部１０ａと、使用者の背中を支える背もたれ部１０ｂとを備えている。
【００２５】
左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌは回転軸にスポーク等により固定されたリムとそのリムに配設されたチューブラータイヤ等の弾性変形可能なタイヤとをもつ。左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転中心１２ａ（図１および図２参照）を結んだ回転軸線は、ビークル１の前後方向において重心位置Ｇの直下またはその後付近に配置されている。前輪１５は、左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの径よりも小さい径をもつキャスタである。前輪１５は、左右に設けられているが、場合によっては車幅方向の中央付近に設けた単数でも良い。前輪１５は、車輪１５２と車輪１５２を軸受１５０にて回動自在に支承するフォーク１５１とフォーク１５１を軸Ｓを旋回軸として自在に旋回可能に車体１１に支承している。車体１１にはポテンショメータ５４を介して配設される。軸Ｓは天地方向（図１、２における±Ｚ方向）に向いている。ポテンショメータ以外にもロータリエンコーダ等回転角度を検知可能なセンサが採用できる。
【００２６】
フォーク１５１は旋回軸である軸Ｓと車輪１５２を支承する軸受１５０の軸とが、図７に示す間隔ａだけ離れたねじれの関係にある。そのため、車体１１の動きにより前輪１５Ｒ，１５Ｌは旋回する。具体的には軸Ｓにより支承されるフォーク１５１は、軸Ｓにより車体１１の進行方向に引っ張られ、軸受１５０により進行方向とは逆方向に引っ張られ、結果として軸受１５０から軸Ｓに至る方向ＦＲ，ＦＬが、車体１１が前輪１５Ｒ，１５Ｌを支承する部分の動く方向に一致するように前輪１５Ｒ，１５Ｌは旋回することになる。軸Ｓとフォーク１５１とは自在に相対回転可能に配設されるため、前輪１５Ｒ，１５Ｌの旋回角度（実キャスタ旋回角度）は前輪１５Ｒ，１５Ｌが配設された位置における車体の速度（移動方向）を良く反映した角度になっている。そのため、前輪１５の旋回角度を検知できれば、車体１１における前輪１５が支承された部位の移動方向が算出できる。ここで、間隔ａの値は小さい方が車体の細かな動きに追従可能であり、旋回角速度が速やかに前輪１５の旋回角度に反映され、間隔ａの値が大きい方が旋回角速度に関係無い外乱の影響を排除できるため、必要な性能が得られるように間隔ａの大きさが設定される。
【００２７】
以下、前輪１５の旋回角度と車体の旋回角速度および各車輪１２Ｒ、１２Ｌの速度との関係について概略を説明する。図８に示すように、２つの前輪１５Ｒ，１５Ｌがそれぞれ左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌから前方の延長線上に配設されている場合、つまり車輪１２Ｒ，１２Ｌの間の長さである駆動輪のトレッドＴと、前輪１５Ｒ，１５Ｌの間の距離である前輪トレッドが同じである場合について考える。そうすると、前輪のトレッドが駆動輪のトレッドと同じであるため、右の車輪１２Ｒの速度と右の前輪１５Ｒの速度とが同じであり、左の車輪１２Ｌの速度と左の前輪１５Ｌの速度とが同じになる。
【００２８】
この条件下でパーソナルビークルが右方向に旋回しながら前進する場合を想定する。まず、右車輪１２Ｒの速度がＶＲ、左車輪１２Ｌの速度がＶＬであるとき、右に旋回しているため、ＶＬ＞ＶＲである。そして、車体の旋回角速度は双方ともωｇｙａｗ（＝（ＶＲ−ＶＬ）／Ｔ）で同じであり、車体の回転中心からの距離に応じた速度で旋回方向に速度成分をもつことになる。
【００２９】
従って、右の前輪１５Ｒの旋回角度αＲはＶＲと、ωｇｙａｗから算出される前輪１５Ｒ，１５Ｌ位置での旋回角速度由来の旋回速度とを合成した方向になり、左の前輪１５Ｌの旋回角度αＬはＶＬと、ωｇｙａｗとを合成した方向になる。そのため、前輪１５Ｒ、１５Ｌから検知した旋回角度αＲ，αＬと、左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転速度から算出した左右の車輪１２Ｒ，１２Ｌの速度ＶＲ，ＶＬとから、旋回角速度ωｇｙａｗが算出できる。パーソナルビークルの旋回中心としては重心の位置（パーソナルビークルの±Ｚ方向で車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転軸の高さにおいて重心が投影される位置Ｇ（重心からの鉛直線が車輪１２Ｒ，１２Ｌの回転軸がある水平面に交わる位置））であると近似できる。その場合にはロール角やピッチ角の大きさにより車体の傾きを求め、その傾きに応じて移動する重心の位置を考慮して旋回中心を推定し、その位置を反映して前輪１５Ｒ、１５Ｌの位置での旋回角速度を算出する。簡易的には重心の位置は変動がないものとして計算する方法、車輪１２Ｒ，１２Ｌの回転軸の中央Ｃであると近似する方法が例示できる。
【００３０】
ここで、前輪１５Ｒ，１５Ｌの旋回角度は特にどこを基準としてもよいが、本明細書においては真っ直ぐ前方に走行したときの前輪１５Ｒ，１５Ｌの向きを０°（すなわち、軸Ｓに対して車輪１５２の回転軸が真後ろに存在する方向である）とし、そこを基準として左右に１８０°〜−１８０°の範囲でキャスタの旋回角度を表すこととする。
【００３１】
このように旋回角速度を算出する場合に、右前輪１５Ｒの旋回角度αＲから算出された旋回角速度と、左前輪１５Ｌの旋回角度αＬから算出された旋回角速度との双方を用いて旋回角速度を算出することが望ましい。例えば、単純に相加平均を行うことができる。更に、両者の値を比較して一定以上の大きさの差が存在する場合には少なくとも一方の前輪について旋回角度が車体の運動状態を反映していないものと推測する。例えば、一定以上の差が存在する場合には前輪から算出した旋回角速度の値を用いないようにすることができる。また、駆動用の左右の車輪１２Ｒ，１２Ｌの回転数から両者の速度ＶＲ、ＶＬを算出し、それらの値から旋回角速度を算出した値を旋回角速度としてそのまま用いたり、算出した値と、左右の前輪１５Ｒ，１５Ｌから検知した旋回角速度αＲ．αＬの値と比較して、より近い値を精確な値であると推定して用いたりすることができる。
【００３２】
後輪１７は、車体１１の左右方向に配置され、左右に移動可能なオムニホイールが例示されるが、これに限定されない。なお、後輪１７は車幅方向の中央に配置されても良く、後輪１７の数も特に限定されない。なお、本実施形態においては前輪の旋回角度を求めて車体の旋回角速度を検知する構成であるが後輪に回転自在なキャスタを採用することにより後輪を用いた旋回角速度の検知手段を構成することも可能である。前輪、後輪のうちどちらを旋回角速度の検知に用いると望ましいかは前輪、後輪のうち常時路面に接地している状態に近い方を用いることが望ましい。
【００３３】
図３は、実施形態のパーソナルビークルが備えるパーソナルビークル制御装置（制御装置）の構成を説明するブロック図である。図３に示すように、パーソナルビークル制御装置は、操作部１４、センサ系、制御部２、および車輪駆動系で構成されている。
【００３４】
操作部１４は、着座部１０に着座している使用者が操作し易いように、着座部１０付近に設けられている。なお、操作部１４を設ける位置や態様は、特に限定されず、車体１１から分離するリモコン方式の操作部でもよい。操作部１４は、制御部２内のＡＤ変換器２１を経由してＣＰＵ２３に原指令値を入力するための部位であり、いわゆるジョイスティックで形成されている。操作部１４は、車両走行速度を指令する速度指令部１４１と、旋回角速度を指令する旋回角速度指令部１４２とを備えている。操作部１４を前方に傾けると、速度指令部１４１から前進指令が出力される。操作部１４を後方に傾けると、速度指令部１４１から後退指令が出力される。そして、操作部１４の前後方向の傾き角度に応じて、直進速度指令値Ｖrefが増加する方式が採用されている。また、操作部１４を右方に傾けると、旋回角速度指令部１４２から車体１１を右旋回させる指令が出力される。操作部１４を左方に傾けると、旋回角速度指令部１４２から車体１１を左旋回させる指令が出力される。そして、操作部１４の右左方向の傾き角度に応じて、旋回角速度指令値（目標旋回角速度）ωrefの絶対値が増加する方式が採用されている。ただし、操作部１４はジョイスティックを用いた方式に限定されるものではない。
【００３５】
図３に示すように、センサ系は、車体１１に設けられたレートジャイロ（ピッチ軸、ロール軸を軸とする旋回角速度（ピッチレート、ロールレート）を検出する旋回角速度検出部を含む）５１、加速度計５２、右の車輪エンコーダ５３Ｒ、および左の車輪エンコーダ５３Ｌを備えている。レートジャイロ５１および加速度計５２の信号は、それぞれ制御部２内のＡＤ変換器２１を介してＣＰＵ２３に入力される。各車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌの信号は、それぞれ制御部２内のカウンタ２２を介してＣＰＵ２３に入力される。
【００３６】
先述した旋回角速度ωｇｙａｗの算出はセンサ系から入力された種々の信号からＣＰＵ２３上のロジックにより算出される。具体的にはポテンショメータ（前輪旋回角度センサ）５４から入力される前輪１５Ｒ、１５Ｌの旋回角度、左右の車輪エンコーダ５３Ｒ，５３Ｌからカウンタ２２を介して入力される左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転速度とから前述の方法にて算出する（実旋回角速度算出部）。
【００３７】
なお、左右車輪の車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌからカウンタ２２を介して入力された左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転速度の差からヨーレートを検出する機能を設けても良い。つまり、左右車輪の回転速度をそれぞれの車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌから取得し、その回転速度差を算出した上で、それぞれの車輪の径を考慮することで車体１１のヨーレートを検出することができる。
【００３８】
レートジャイロ５１によれば、車体１１の重心位置Ｇを中心とするピッチ方向の角速度、ロール方向の角速度がそれぞれ検知される。ピッチ方向とは、ビークル１の前進後退方向（図２の矢印Ｆｘ、Ｒｘ方向）において、車輪１２の径方向の中心１２ａの周りに回転運動する方向を意味する。なお、左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転中心１２ａを結んだ回転軸線は、ピッチ方向の運動の中心であるピッチ軸に相当する。
【００３９】
加速度計５２は、ビークル１の車体１１の前進後退方向（ｘ方向）の加速度、車体１１の左右移動方向（ｙ方向）の加速度、車体１１の上下方向（ｚ方向）の加速度をそれぞれ検知することができる。加速度計５２の出力値は、ビークル１がピッチ方向に傾斜しているとき、重力加速度ｇの影響を受ける。このため、加速度計５２は、ビークル１のピッチ角度θ１（図２参照）やロール角度θ２を検知することができる。
【００４０】
このように、レートジャイロ５１および加速度計５２は、図２の水平線に対する路面９０の路面傾斜角度αx、すなわち車体１１のピッチ方向の傾斜角度θ１を求めるセンサとして機能することができる。更に、レートジャイロ５１および加速度計５２は、図５の水平線に対する路面９０の路面傾斜角度αy、すなわち車体１１のロール方向の傾斜角度θ２を求めるセンサとしても機能することができる。
【００４１】
路面傾斜角度αxの検知形態について、更に説明を加える。図４は、加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面傾斜角度αxを算出する形態を説明する説明図である。加速度計５２は、路面９０の路面傾斜角度αxを検知する傾斜計としての利用が可能である。しかしながら、加速度計５２は車体１１の前進後退の加速度の影響を受けるため、それが路面傾斜角度αxの計測誤差の要因となる。一方、レートジャイロ５１が求めたレートジャイロ信号をＣＰＵ２３で積分することにより路面傾斜角度αxが得られるが、積分によるドリフトの累積誤差が問題となる。ピッチ方向の路面傾斜角度αxにおける上述の説明はロール方向の路面傾斜角度αyについても同様に適用できる（図４における記載のうち、ｘ軸方向をｙ軸方向に、ピッチ方向をロール方向にそれぞれ修正することによりロール方向の路面傾斜角度αyについての説明に変換できる。以下、「ピッチ方向の路面傾斜角度αxについての説明を行うことにより「ロール方向の路面傾斜角度αy」についての説明も併せて行う。）。
【００４２】
そこで、図４に示すように、制御部２は、一方のセンサとしての加速度計５２から求めたビークル１のｘ方向の加速度の出力ａccxに基づいて、重力加速度ｇを考慮し、ｓｉｎ−１（ａccx／ｇ）の値を求める。更に、その値をローパスフィルタ（カットオフ周波数ｆｃ）でフィルタリングして、高周波域のノイズを除去した値θHL1xを求める。また、制御部２は、他方のセンサとしてのレートジャイロ５１の出力値であるピッチ方向の旋回角速度ωgpitを時間積分した積分値を求め、その積分値をハイパスフィルタ（カットオフ周波数ｆｃ）でフィルタリングして、低周波域のノイズを除去した値θHL2xを求める。
【００４３】
制御部２は、２つの値θHL1xおよび値θHL2xを加算して路面傾斜角度αxを求める。上記したように加速度計５２の出力値に基づく値θHL1xについては、ローパスフィルタによりフィルタリングしている。これに対して、レートジャイロ５１の出力値に基づく値θHL2xについては、ハイパスフィルタによりフィルタリングしている。つまり、高周波域で精度が充分ではない加速度計５２と、低周波域で精度が充分ではないレートジャイロ５１とで、それぞれのセンサ特性を互いに補い合っている。これにより、低周波数域から高周波数域を通して路面傾斜角度αxの検知精度を高めることができる。なお、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃはハイパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃと同値にするのが好ましく、これに限定されない。
【００４４】
右の車輪エンコーダ５３Ｒは、右車輪１２Ｒの回転角度θRを検知する右車輪センサであり、後述する左の車輪のエンコーダ５３Ｌと併せてビークル１の速度センサとしても機能する。左の車輪エンコーダ５３Ｌは、左車輪１２Ｌの回転角度θLを検知する左車輪センサであり、右の車輪エンコーダ５３Ｒと併せてビークル１の速度センサとしても機能する。ＣＰＵ２３により、右車輪１２Ｒの回転角度θR、および左車輪１２Ｌの回転角度θLをそれぞれ時間微分すると、右車輪１２Ｒの回転角速度θドットR、および左車輪１２Ｌの回転角速度θドットLが得られる。ドットは微分値を意味する。つまり、右左の車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌは、回転角速度θドットR、θドットLを検知する回転角速度センサとしても機能する。
【００４５】
制御部２は、インターフェース機能をもつＡＤ変換器２１と、カウンタ２２と、単数または複数のＣＰＵ２３と、インターフェース機能をもつＤＡ変換器２４とを備える。ＡＤ変換器２１は、操作部１４、レートジャイロ５１、ポテンショメータ５４、および加速度計５２から入力された信号をＡＤ変換してＣＰＵ２３に受け渡す。カウンタ２２は、右の車輪エンコーダ５３Ｒおよび左の車輪エンコーダ５３Ｌから入力された信号をＣＰＵ２３に受け渡す。ＣＰＵ２３は、ＡＤ変換器２１およびカウンタ２２から各種信号を受け取り、後述する各種の演算を行ってビークル１の走行制御に必要な実指令値を求める。ＤＡ変換器２４は、ＣＰＵ２３の実指令値をＤＡ変換して車両駆動系に出力する。
【００４６】
車輪駆動系は、右の車輪モータ１３Ｒ、右の車輪モータドライバ１３１、左の車輪モータ１３Ｌ、および左の車輪モータドライバ１３２を備えている。右左の車輪モータドライバ１３１、１３２には、ＣＰＵ２３からＤＡ変換器２４を介して実指令値が入力される。右の車輪モータドライバ１３１により右の車輪モータ１３Ｒが制御され、右車輪１２Ｒの回転駆動が制御される。左の車輪モータドライバ１３２により左の車輪モータ１３Ｌが制御され、左車輪１２Ｌの回転駆動が制御される。
【００４７】
着座部１０に着座している使用者が操作部１４を操作すると、操作部１４の操作に応じて、ビークル１の直進速度指令値Ｖrefおよび旋回角速度指令値ωrefが制御部２へと出力される。制御部２で、直進速度指令値Ｖrefおよび旋回角速度指令値ωrefは、例えば、次の式（１）に基づいて右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refに変換され、かつ、式（２）に基づいて左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refに変換される。式（１）および式（２）において、Ｔは右車輪１２Ｒと左車輪１２Ｌとの間の距離（トレッド）を示す。Ｒ_rは右車輪１２Ｒの半径を示す。Ｒ_lは左車輪１２Ｌの半径を示す。
【００４８】
【数１】
2015024013.tif 000003
【００４９】
【数２】
2015024013.tif 000004
【００５０】
式（１）および式（２）によれば、直進速度指令値Ｖrefが大きいほど、かつ、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが小さいほど、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refおよび左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refは増加する。右左の回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refは、実指令値である。
【００５１】
更に、制御部２で、下記の式（３）に基づいて右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが求められ、同様に、下記の式（４）に基づいて左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが求められる。
【００５２】
【数３】
2015024013.tif 000005
【００５３】
【数４】
2015024013.tif 000006
【００５４】
式（３）および式（４）において、ＫVRは右車輪１２Ｒの回転角速度フィードバックゲインを示し、ＫVLは左車輪１２Ｌの回転角速度フィードバックゲインを示す。また、ＫPRは右車輪１２Ｒの回転角度フィードバックゲインを示し、ＫPLは左車輪１２Ｌの回転角度フィードバックゲインを示す。θRは右車輪１２Ｒの回転角度を示し、θLは左車輪１２Ｌの回転角度を示す。θドットRは右車輪１２Ｒの回転角度を時間で微分した回転角速度を示す。θドットLは左車輪１２Ｌの回転角度を時間で微分した回転角速度を示す。求められた右左の駆動トルクＴR、ＴLは実指令値である。
【００５５】
式（３）によれば、検知された右車輪１２Ｒの回転角速度θドットRと、指令された右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refとの差が大きいほど、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが大きい。また式（４）によれば、検知された左車輪１２Ｌの回転角速度θドットLと、指令された左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refとの差が大きいほど、左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが大きい。
【００５６】
このように求められた右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLに基づいて、ビークル１の前進後退の制御および旋回の制御が制御部２により実現される。右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが基本的に同一であれば、ビークル１は直進する。右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLよりも大きければ、ビークル１は左方に旋回走行する。左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRがよりも大きければ、ビークル１は右方に旋回走行する。
【００５７】
なお、右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_r、半径Ｒ_lは、基本的には通常ほぼ同じ長さであると考えられるため、次の式（５）が成立する。従って、式（１）および式（２）において式（５）を代入し、演算処理を簡素化してもよい。
【００５８】
【数５】
2015024013.tif 000007
【００５９】
本実施形態においては直進走行性を向上するために車体のヨー軸周りの実際の旋回角速度（旋回角速度ωｇｙａｗ）を目標とする旋回角速度（旋回角速度指令値ωref）に近づけるようなフィードバック制御を行う。例えば、図５に例示されたカント走行時には車体のヨー軸周りの旋回角速度が存在するため、いわゆる片流れが生じるが、そのような片流れを解消することを目的として行うビークル１のずり落ちを防止して直進走行性を向上する制御である。また、片流れが生じない場合であっても予期せぬ事象により車体が旋回することも考えられ、その場合にはその予期せぬ旋回を回復することが望まれる。
【００６０】
旋回角速度に関する具体的な制御内容を以下に記載する。図５は、図１に示したパーソナルビークルがカント走行している状態を模式的に説明する背面図である。図５に示すように、路面９０のロール角度αyが大きいとき、ビークル１がカント走行する場合に、ヨー軸回りのモーメントが発生するおそれがある。この場合、ビークル１に着座している使用者が、操作部１４（ジョイスティック）で路面９０を横切る方向（図５の紙面の垂直方向）に直進走行指令を入力しているにもかかわらず、路面９０の斜面下方へ向けてビークル１が重力の影響でずり落ちるおそれがある（図５中の白抜きの幅広の矢印参照。片流れ。）。
【００６１】
まず、操作部から入力された旋回角度に関する指令値と、ヨー軸に対する旋回角速度との差および原指令値に基づいて、その差が小さくなるように実指令値を求め、更に、操作部から入力された旋回角度に関する指令値と、ヨー軸に対する旋回角速度との差を時間積分した積分値を求め、求めた積分値および原指令値に基づいて、その差が小さくなるように実指令値を求める。
【００６２】
制御部２は、前輪１５Ｒおよび１５Ｌの旋回角度である実キャスタ旋回角度から旋回角速度ωｇｙａｗを上述した方法により算出する。制御部２は、次に、操作部１４から入力された旋回角速度指令値ωrefを求める。制御部２は、更に、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωｇｙａｗとの差（ωref−ωｇｙａｗ）を求める。差（ωref−ωｇｙａｗ）が大きいほど、路面９０をカント走行するビークル１はずり落ちるおそれが増加する。この差（ωref−ωｇｙａｗ）はフィードバック制御のいわゆる比例項として用いる。
【００６３】
つまり、制御部２は前述した式（１）に代えて式（６）を用いることができ、式（２）に代えて式（７）を用いることができる。式（１）や（２）を式（６）や（７）に切り替えることは常に行っても良いし何らかの条件（ロール角度の大きさなど）により切り替えても良い。以下、式（６）および（７）について詳述する。
【００６４】
制御部２は、式（６）に基づいて、差（ωref−ωｇｙａｗ）の大きさに応じて、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refを求める。更に、制御部２は、式（７）に基づいて、差（ωref−ωｇｙａｗ）の大きさに応じて、左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refを求める。このような実指令値の演算は、原指令値である直進速度指令値Ｖrefおよび旋回角速度指令値ωrefに基づく演算およびフィードバック制御による補正演算で実現されている。
【００６５】
詳述すると、式（６）および式（７）の右辺は、３つの項で構成されている。右辺の第１項は直進速度指令値Ｖrefを車輪の半径Ｒ_r、Ｒ_lで除算した項であり、第２項は右左の車輪間距離Ｔ（トレッド）を車輪の半径Ｒ_r、Ｒ_lの２倍で除算して旋回角速度指令値ωrefを乗算した項である。つまり、第１項および第２項は原指令値に基づいた項である。また、差（ωref−ωｇｙａｗ）に旋回角速度フィードバックゲインＫωを乗算した第３項は、第１演算則に係る項であり、換言すれば比例項を用いたフィードバック制御の項である。
【００６６】
第１項のみは、式（６）および式（７）でともに正符号である。また、第２項および第３項は、互いに絶対値が等しく、式（６）で正符号、式（７）で負符号となっている。なお、式（６）および式（７）の第３項は、差（ωref−ωｇｙａｗ）の代わりに旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωｇｙａｗとの比率（ωref／ωｇｙａｗ）を含む項や、差（ωref−ωｇｙａｗ）および比率（ωref／ωｇｙａｗ）の両方を含む項に置き換えることもできる。
【００６７】
そして、求められた回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refが式（３）および式（４）に代入されることにより、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRおよび左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが求められる。これにより、路面９０をカント走行するビークル１のずり落ちが抑制され、ビークル１の直進走行性が確保される。
【００６８】
ここで、式（６）および式（７）に基づけば、差（ωref−ωｇｙａｗ）が大きいほど、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refと左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットＬ_refとの差が増加する。かつ、差（ωref−ωｇｙａｗ）が小さいほど、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットＲ_refと左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refとの差が減少する。このためカント走行のときには、差（ωref−ωｇｙａｗ）を減少させるように（好ましくは０にさせるように）することが好ましい。式（６）、式（７）においては右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refと左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットＬ_refとを直接導出しているが、計算の途中に種々の物理量を介して計算を行うことができるのは言う迄も無い。
【００６９】
【数６】
2015024013.tif 000008
【数７】
2015024013.tif 000009
【００７０】
（実施形態２）
本形態のパーソナルビークルは、基本的な構成は前述の実施形態１のパーソナルビークルと同じ構成および作用効果を有する。以下では、異なる構成を中心に説明していく。
【００７１】
本形態のパーソナルビークルでは前述の操作部１４に代えて、操作部１４Ａを採用する。操作部１４Ａは操作部１４と同じ装置から構成され、前後左右方向に揺動自在でかつ操作しないときには基準位置Ｂ（前後方向および左右方向における中央）に復帰する竿状部材１４３を備える（図９）。
【００７２】
操作部１４Ａは、制御部２内のＡＤ変換器２１を経由してＣＰＵ２３に原指令値を入力するための部位であり、いわゆるジョイスティックで形成されている。操作部１４Ａは、竿状部材１４３の前後方向の傾きの大きさを出力する前後方向傾き出力部１４１Ａと、旋竿状部材１４３の左右方向の傾きの大きさを出力する左右方向傾き出力部１４２Ａとを備えている。
【００７３】
前後方向傾き出力部１４１Ａは、竿状部材１４３を前方又は後方に傾けると、傾けた角度に応じた大きさの前後方向傾き信号を出力する（前方向が正、後ろ方向が負）。また、竿状部材１４３を右方又は左方に傾けると、左右方向傾き出力部１４２Ａから傾けた角度に応じた大きさの左右方向傾き信号を出力する（右方向が正、左方向が負）。
【００７４】
制御部２では前後方向傾き信号から直進速度指令値Ｖrefを算出し、前後方向傾き信号と左右方向傾き信号とから竿状部材１４３を傾けた方向である操作角度を算出する（例えば、（操作角度）＝ｓｉｎ−１［（左右方向傾き信号）／｛（前後方向傾き信号）２＋（左右方向傾き信号）２｝０．５］）。
【００７５】
以下、図９に基づいて具体的に説明を行う。図９は操作部１４Ａの竿状部材１４３の動きについて説明するための模式図であり、操作部１４Ａを竿状部材１４３の基準位置の延長線方向から見た図である。図９で示す基準位置Ｂが操作部１４Ａの竿状部材１４３について何も操作しない場合の基準の位置である。操作部１４Ａは、竿状部材１４３を図９のように前進方向から右方向に操作角度θだけ傾いた方向に揺動（図９では揺動の大きさは反映していない）するとき、前後進方向への揺動の大きさ（パーソナルビークルの前後方向への速度に関する指令値である前述の直進速度指令値Ｖref）と、竿状部材１４３が前進方向から左右方向に何度傾いているか（操作角度θ：前輪の目標旋回角度θ：右方向が正、左方向が負）とを出力する。
【００７６】
制御部２では前輪１５Ｒ，１５Ｌが向いている方向ＦＲ，ＦＬから求めた旋回角度αＲ，αＬの算術平均（実際の旋回角度α）が操作角度θ（目標旋回角度）に近づくように制御する。具体的には（操作角度θ）−（実際の旋回角度α）が正の場合には補正後操作角度θαを増加させ、負の場合には減少させる。
【００７７】
例えば、図１０に示すように、操作部１４Ａからの操作信号から操作角θを算出し、前輪１５Ｒ，１５Ｌから前輪の実際の角度である旋回角度αを算出する。つまり、算出した操作角度θから旋回角度αを減算した値（差分β）を用いて操作角度θの値を補正して補正後操作角度θαを算出する。具体的には差分βに比例定数Ｋｋを乗じた値と、差分βの積分値βｉに積分定数Ｋｋｉを乗じた値とを操作角度θに加算し、補正後の操作角度θαとする。差分βの絶対値、積分値βｉのそれぞれについて一定の大きさを超えないように値を制限する。補正の結果、実際の旋回角度αが操作角度θに近づくような補正後操作角度θαが算出される。
【００７８】
得られた補正後操作角度θαから旋回角速度指令値ωrefを算出する。すなわち、制御部２は補正後操作角度θαの値から反対に竿状部材１４３の前後方向の傾きと左右方向の傾きとを逆算する。制御部２は、得られた前後方向の傾きの大きさに応じた大きさをもつ、直進速度指令値Ｖrefと、得られた左右方向の傾きの大きさに応じた大きさをもつ、旋回角速度指令値（目標旋回角速度）ωrefとを算出する。直進速度指令値Ｖrefおよび目標旋回角速度ωrefを求めた以降の制御は実施形態１と同様である。すなわち直進速度指令値Ｖrefと目標旋回角速度ωrefとを用い、上記した制御方法に従い、左右の車輪１２を駆動する。なお、直進速度指令値Ｖrefについては、操作部１４Ａから入力された、竿状部材１４３の前後方向傾き信号から、直接、算出しても良い。竿状部材１４３の前後方向の傾きはそのまま前後方向への速度を反映しているものと推測されるため、補正して変化させない方が良いことが考えられる。
【００７９】
ここで、操作部１４Ａが揺動する角度（操作角θ）も、前輪１５Ｒ，１５Ｌの旋回角度αも共に、パーソナルビークルの速度を前後方向、ヨー軸周りの旋回角速度を左右方向として合成して得られた角度である。そのため、両者を一致させる方向への制御を行うことにより使用者の意図がそのまま車体の動き（速度および旋回角速度）に反映されることになる。
【００８０】
その他にも（操作角θ）−（実際の旋回角度α）が正の場合には左の車輪１２Ｌの回転速度を大きく（右の車輪１２Ｒの回転速度を小さく）したり、負の場合には左の車輪１２Ｌの回転速度を小さく（右の車輪１２Ｒの回転速度を大きく）したりしても実現可能である。更に、（操作角θ）−（実際の旋回角度α）が正の場合には旋回角速度指令値ωrefを大きく（右方向への旋回角速度を大きくする）したり、負の場合には旋回角速度指令値ωrefを小さく（左方向への旋回角速度を大きくする）したりしても実現可能である。
【００８１】
旋回角度αについては前回値を記憶しておき、記憶した値と比較して急激に変動している場合には何らかの不具合の発生が疑われるため、旋回角度αの値を前回の値そのままとしたり、車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転速度から求めた旋回角速度と置き換えたりできる。
【００８２】
本実施形態では差（ωref−ωｇｙａｗ）に基づいたフィードバック制御（式（６）および（７））を行うが、本変形態様ではこのフィードバック制御は行わないこともできる。
【００８３】
（変形形態１）
操作部として、前後左右方向に揺動可能な装置に代えて、前後方向と左右方向とのそれぞれに独立して揺動可能な２つの装置に置き換えたり、揺動の大きさ（角度）を変化させて指令値を入力する装置に代えて前後方向、左右方向に平行移動する移動距離の大きさにより指令値を入力する装置を採用することができる。
【００８４】
（その他）
なお、本発明のパーソナルビークルは、上述した実施形態および変形形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８５】
１    …  パーソナルビークル              １０  …  着座部
１１  …  車体                            １２  …  車輪
１２Ｒ…  右車輪                          １２Ｌ…  左車輪
１４  …  操作部                          １４１…  速度指令部
１４２…  旋回角速度指令部
１５Ｒ…  右前輪                          １５Ｌ…  左前輪
２    …  制御部
５１  …  レートジャイロ（軸角度センサ）    ５２  …  加速度計（軸角度センサ）
５３Ｒ…  右の車輪エンコーダ（車輪センサ）
５３Ｌ…  左の車輪エンコーダ（車輪センサ）
ａccx …  ｘ方向加速度                  Ｒ    …  右左の車輪の半径の平均値
Ｒ_r  …  右車輪の半径                  Ｒ_l  …  左車輪の半径
Ｖacc …  加速度計に基づく車体走行速度
Ｖen  …  車輪センサに基づく車体走行速度
αy   …  ロール角度                    θR   …  右車輪の回転角度
θL   …  左車輪の回転角度              θi   …  旋回角速度の差の積分値
ωref  …  旋回角速度指令値             ωｇｙａｗ…  車体の旋回角速度
【図１】
2015024013.tif 000010
【図２】
2015024013.tif 000011
【図３】
2015024013.tif 000012
【図４】
2015024013.tif 000013
【図５】
2015024013.tif 000014
【図６】
2015024013.tif 000015
【図７】
2015024013.tif 000016
【図８】
2015024013.tif 000017
【図９】
2015024013.tif 000018
【図１０】
2015024013.tif 000019