(57)【要約】【課題】倒立二輪車の走行環境の推定を行う。【解決手段】倒立二輪車１は、坂道で静止している場合の、搭乗者の体重と、坂道の角度と、車輪３１のトルクと、の関係を決定する所定の傾斜角度係数を、記憶する記憶部１１８と、車体に連結し、複数の方向信号を測定する方向信号測定部１１９、１２０、１２１と、方向信号測定部１１９、１２０、１２１より取得したロール角度と、車体の鉛直軸から傾き角に基づいて走行面の傾斜角度を算出する第１の算出手段１１２と、車輪３１の角速度が所定値以上である場合に、方向信号測定部１２１より取得した２つ以上の方向信号値に基づいて、走行面の傾斜角度を算出する第２の算出手段１１３と、車輪３１の角速度が所定値未満である場合に、記憶部１１に記憶された傾斜角度係数と、搭乗者の体重と、車輪３１に与えられるトルクと、に基づき走行面の傾斜角度を算出する第３の算出手段１１４と、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に支持された搭乗ステップを備え、同軸上に配置された一対の車輪を駆動制御することにより、移動する倒立二輪車であって、
坂道で静止している場合の、搭乗者の体重と、坂道の角度と、車輪のトルクと、の関係を決定する所定の傾斜角度係数を、あらかじめ記憶する記憶部と、
前記車体に連結し、複数の方向信号を測定する方向信号測定部と、
前記方向信号測定部より取得したロール角度と、車体の鉛直軸から傾き角に基づいて走行面の傾斜角度を算出する第１の算出手段と、
判定手段により前記車輪の角速度が所定値以上であると判定された場合に、前記方向信号測定部より取得した２つ以上の方向信号値に基づいて、走行面の傾斜角度を算出する第２の算出手段と、
前記判定手段により前記車輪の角速度が所定値未満であると判定された場合に、前記記憶部に記憶された傾斜角度係数と、搭乗者の体重と、前記車輪に与えられるトルクと、に基づき走行面の傾斜角度を算出する第３の算出手段と、
を備える倒立二輪車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立二輪車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、倒立状態を維持して走行を行う倒立二輪車の開発が行われている。
【０００３】
従来の３輪又は４輪の搭載型モビリティでは、一般に静的に安定である。そのため、これらのモビリティは、坂道などにおいてトルクが無い状態となっても、搭乗者が車輪のロック操作を行うことにより停車することができる。これにより搭乗者は、安定した状態で降車することができる。
【０００４】
しかしながら倒立二輪車は、静的に安定ではない。そのため倒立二輪車は、坂道などにおいてトルクが無い状態になった場合にロック操作を行うと、転倒する恐れがある。したがって倒立二輪車では、３輪又は４輪の搭載型モビリティのように車輪のロックをすることによって停車して降車することはできない。
【０００５】
ここで、倒立二輪車のトルク不足の発生頻度は、走行環境によって左右される。そのため倒立二輪車は、走行環境を精度良く検出することが望まれていた。
【０００６】
特許文献１では、自動車が坂道を走行している場合に、加速度センサ、高度センサ、車輪情報を用いて、傾斜角を高精度に検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２５４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１に記載の発明では、４輪で走行する車両を対象とし、カメラを用いて撮影することにより路面の斜度を推定する。特に特許文献１では、路面の白線を認識することにより斜度を求めているため、白線が無い路面を走行することが想定される倒立二輪車に用いるのは難しい。また例えば４輪で走行する車両では、図８に示すように車体の角度が坂道の角度であるとして推定できるが、倒立二輪車では図９に示すように、車体の角度と坂道の角度が異なるため、単に車体の角度を、坂道の角度として算出することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る倒立二輪車は、車体に支持された搭乗ステップを備え、同軸上に配置された一対の車輪を駆動制御することにより、移動する倒立二輪車であって、坂道で静止している場合の、搭乗者の体重と、坂道の角度と、車輪のトルクと、の関係を決定する所定の傾斜角度係数を、あらかじめ記憶する記憶部と、前記車体に連結し、複数の方向信号を測定する方向信号測定部と、前記方向信号測定部より取得したロール角度と、車体の鉛直軸から傾き角に基づいて走行面の傾斜角度を算出する第１の算出手段と、判定手段により前記車輪の角速度が所定値以上であると判定された場合に、前記方向信号測定部より取得した２つ以上の方向信号値に基づいて、走行面の傾斜角度を算出する第２の算出手段と、前記判定手段により前記車輪の角速度が所定値未満であると判定された場合に、前記記憶部に記憶された傾斜角度係数と、搭乗者の体重と、前記車輪に与えられるトルクと、に基づき走行面の傾斜角度を算出する第３の算出手段と、を備える。
これにより、倒立二輪車が坂道で静止している場合及び坂道を走行している場合に、場合分けを行い、異なる方法で坂道の角度を取得することができる。
【発明の効果】
【００１０】
これにより、走行環境の推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる倒立二輪車１の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる倒立二輪車１が坂道に対し直角向きであり、リーン角が０°の場合の図である。
【図３】実施の形態１にかかる倒立二輪車１が坂道に対し直角向きであり、リーン角が０°でない場合の図である。
【図４】実施の形態１にかかる倒立二輪車１が登坂する状態を示した図である。
【図５】実施の形態１にかかる坂道で停止時における坂道の角度と搭乗者の体重の関係を示す図である。
【図６】実施の形態１にかかる坂道の傾斜算出のフローチャートである。
【図７】実施の形態１にかかる第２の算出手段による傾斜算出のフローチャートである。
【図８】関連する４輪の車両が登坂する状態を示した図である。
【図９】関連する倒立二輪車が登坂する状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる倒立二輪車１の構成を示す図である。
【００１３】
倒立二輪車１は、車体１１と、車輪３１を備える。
【００１４】
車体１１は、判定手段１１１と、第１の算出手段１１２と、第２の算出手段１１３と、第３の算出手段１１４と、演算部１１５と、制御部１１６と、動力部１１７と、記憶部１１８と、ジャイロセンサ１１９と、リーン角センサ１２０と、加速度センサ１２１を備える。なお典型的には、車体１１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）ボックスが設けられている。以下では、車体１１の傾斜角はＥＣＵボックスの傾斜角を測定するものであり、ＥＣＵボックスの傾斜角は車体１１の傾斜角と等しいものとして説明する。
【００１５】
判定手段１１１は、倒立二輪車１の走行状態を判定する演算部である。例えば、判定手段１１１は、車輪の角速度が所定値の閾値以上であれば走行中、所定の閾値未満であれば停止中と判定する。
【００１６】
第１の算出手段１１２は、倒立二輪車１の向きが坂道に対して直角である場合に、ロール角度、リーン角度に基づいて傾斜角度を算出する。図２は、倒立二輪車１の向きが坂道に対し直角（Ｙ軸）方向であり、リーン角度が坂道に対して垂直（Ｚ１軸）方向の場合の例である。この場合、車体１１の並行軸は、坂道と並行（Ｘ１軸）方向である。この場合のロール角度とは、車体１１の並行軸（Ｘ１軸）と、水平軸（Ｘ軸）との間の角度である。このとき第１の算出手段１１２は、坂道の傾斜角度θ＝ロール角度θ１として算出する。
【００１７】
また図３は、車体１１の重心を傾けた場合の例である。倒立二輪車１は、車体１１が傾動により、車体１１の並行軸（Ｘ２軸）は坂道に並行（Ｘ１軸）方向より水平軸（Ｘ軸）方向に近づく状態となる。ここでロール角度θ１は、車体１１の並行軸（Ｘ２軸）と、水平軸（Ｘ軸）方向の間の角度である。またリーン角度θ２は、車体１１を倒立二輪車１の垂直（Ｚ１軸）方向から、坂道方向に傾動させた角度である。第１の算出手段１１２は、ロール角度θ１とリーン角度θ２を加算することにより、傾斜角度θを算出する。第１の算出手段１１２は、算出した傾斜角度を、演算部１１５に出力する。
【００１８】
第２の算出手段１１３は、倒立二輪車１が坂道を進行する場合に、坂道の傾斜角度を算出する。図４は、倒立二輪車１が登坂する状態を示した図である。第２の算出手段１１３は、加速度センサ１２１から入力された２方向の加速度と、車体１１のピッチ角の情報に基づき、傾斜角度θを算出する。なお、ピッチ角θ１は前後方向への傾動角である。言い換えると、第２の算出手段１１３は、ピッチ角θ１と２方向の加速度から、水平（Ｘ軸）方向と、水平面に対して直角に交わる垂直（Ｚ軸）方向に座標変換する。その後第２の算出手段１１３は、Ｘ軸方向とＺ軸方向の加速度をそれぞれ積分し、Ｘ軸、Ｚ軸方向の速度をそれぞれ算出することで傾斜角度θを算出する。第２の算出手段１１３は、演算結果を演算部１１５に出力する。第２の算出手段１１３による傾斜角度θの算出方法については後に詳述する。
【００１９】
第３の算出手段１１４は、判定手段１１１により倒立二輪車１が静止していると判定された場合に、記憶部１１８から入力された搭乗者の体重と、動力部１１７が出力する現在のトルクから、傾斜角度を算出する。第３の算出手段１１４は、演算結果を演算部１１５に出力する。第３の算出手段１１４による傾斜角度の算出方法については、後に詳述する。
【００２０】
演算部１１５は、判定手段１１１の判定結果に応じて、第１の算出手段１１２と、第２の算出手段１１３と、第３の算出手段１１４の演算結果から、傾斜角度の推定を行う。具体的には、判定手段１１１により
【００２１】
制御部１１６は、搭乗者の重心移動による操作信号に基づいて、制御信号を生成する。制御部１１６は、制御信号を動力部１１７に出力する。
【００２２】
動力部１１７は、例えば車体１１に設けられたモータである。動力部１１７は、制御部１１６から入力された制御信号に応じて動作し、車輪３１を回転させるトルクを与える。
【００２３】
記憶部１１８は、事前に測定して算出した傾斜角度係数を記憶する。例えば記憶部１１８は、倒立二輪車１が坂道に停止している場合の、坂道の角度と搭乗者との体重の関係を示すマップを記憶している。図５は、坂道の角度と体重のマップの一例である。また記憶部１１８は、例えば、入力装置により搭乗者が入力した搭乗者の体重を記憶する。記憶部１１８は、記憶した情報を演算部１１５に出力する。
【００２４】
ジャイロセンサ１１９は、車体１１の水平状態からのロール角度とピッチ角度の測定に用いる。ジャイロセンサ１１９は、測定値を第１の算出手段１１２と第３の算出手段１１４に出力する。
【００２５】
リーン角センサ１２０は、リーン角度を測定する。リーン角センサ１２０は、測定値を第１の算出手段１１２に出力する。
【００２６】
加速度センサ１２１は、車体１１に連結されており、所定の方向の加速度を測定する。例えば加速度センサ１２１は、図４に示した太線矢印の２方向についての加速度を測定する。例えば加速度センサ１２１は、倒立二輪車１が平面上に静止し、車体１１の並行軸が水平の状態において、水平方向、及び鉛直下方向の加速度を測定するよう設置する。
【００２７】
車輪３１は、車体１１の左右に同軸上に設けられた一対の車輪である。車輪３１は、動力部１１７からの動力が与えられることにより回転駆動する。
【００２８】
次に、倒立二輪車１の動作について説明する。図６は、倒立二輪車１が坂道の角度を推定するフローチャートである。
【００２９】
判定手段１１１は、車輪の角速度が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。車輪３１の角速度が閾値以上であれば（ステップＳ１でＹｅｓ）、判定手段１１１は、倒立二輪車１が走行状態であると判定して、ステップＳ２に進む。車輪３１の角速度が閾値未満であれば（ステップＳ１でＮｏ）、判定手段１１１は、倒立二輪車１が停止状態であると判定し、ステップＳ４に進む。
【００３０】
第１の算出手段１１２は、倒立二輪車１の向きが坂道に対して直角である場合に、車輪３１にかかるロール角度、リーン角度に基づいて傾斜角度を算出する（ステップＳ２）。すなわち図２に示すように、第１の算出手段１１２は、車体１１の鉛直軸が坂道に対して垂直（Ｚ１軸方向）であれば、車体１１のロール角度θ１を坂道の角度θとして算出する。
【００３１】
また図３のように、第１の算出手段１１２は、車体１１の鉛直軸が坂道に対して垂直（Ｚ１軸方向）ではない場合には、車体１１のロール角度θ１とリーン角度θ２に基づいて算出する。ここで、倒立二輪車１の並行軸（Ｘ２軸）が坂道に並行（Ｘ１軸）方向からずれる角度θ３は、リーン角の角度θ２とは異なる場合がある。したがって第１の算出手段１１２は、あらかじめリーン角度θ２の変化と、倒立二輪車１が並行軸からずれる角度θ３との関係から算出した補正値を記憶しておき、リーン角度θ２の変化量及び補正値に基づいて推定した角度θ３と、ロール角度θ１とを加算することにより、坂道の角度θを算出することが望ましい。その後、ステップＳ３に進む。
【００３２】
第２の算出手段１１３は、加速度センサ１２１から得られた加速度の情報に基づいて、傾斜角度の算出を行う（ステップＳ３）。図７は、第２の算出手段１１３が、傾斜角度を算出する手順を示したフローである。
【００３３】
加速度センサ１２１は、２方向の加速度を取得する（ステップＳ１１）。ここで加速度センサ１２１は、車体１１の並行軸が水平の状態において、水平方向、及び鉛直下方向の加速度を測定するよう設置されている。したがって加速度センサ１２１は、図４の太線矢印の２方向について車体１１の向きを基準として、太線矢印方向に係る加速方向及び加速度の測定を行う。図４において、坂道と略並行方向の測定値をｘ、坂道と略垂直方向の測定値をｚとする。
【００３４】
第２の算出手段１１３は、前方への傾きのピッチ角度θ１を取得する（ステップＳ１２）。
【００３５】
第２の算出手段１１３は、加速度センサ１２１で取得した値と、ピッチ角度から、空間加速度を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、第２の算出手段１１３は、ピッチ角度θ１を用い、Ｘ軸方向の空間加速度Ｘと、Ｚ軸方向の空間加速度Ｚについて、
【数１】
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により算出する。なお、加速度センサ１２１により測定された測定値ｚは重力加速度の影響を受けているため、算出した空間加速度Ｚから重力加速度分を減算することが望ましい。
【００３６】
第２の算出手段１１３は、ステップＳ１３で取得した空間加速度を積分し、速度へ変換する（ステップＳ１４）。具体的には、第２の算出手段１１３は、Ａ点における空間加速度（Ｘａ、Ｚａ）と、Ａ点より以前に測定したＢ点における空間加速度（Ｘｂ、Ｚｂ）と、Ｂ点でのＸ方向の速度ＶＸｂと、Ｚ方向の速度ＶＺｂとを用い、Ａ点でのＸ方向の速度ＶＸａと、Ｚ方向の速度ＶＺａについて、
【数２】
2015093494.tif 000004
により算出する。
【００３７】
第２の算出手段１１３は、傾斜角度を算出する（ステップＳ１５）。具体的には、第２の算出手段１１３は、Ｘ方向の速度ベクトルＶＸと、Ｙ方向の速度ベクトルＶＺに基づき、坂道の傾斜角度θを
【数３】
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により算出する。その後、ステップＳ６に進む。
【００３８】
第３の算出手段１１４は、搭乗者が入力した体重と、動力部１１７が出力する現在のトルクに基づいて、傾斜角度を算出する（ステップＳ４）。ここで記憶部１１８には、倒立二輪車１が静止した状態における、坂道の角度と、搭乗者の体重と、車輪３１に与えられるトルクの関係を示す傾斜角度係数が記憶されている。例えば図５の例では、各体重に対する１ｄｉｇ／Ｎｍの割合から、傾斜角度係数は、−０．５×体重＋６３．２であると算出される。第３の算出手段１１４は、現在のトルクと傾斜角度係数を乗算することにより、傾斜角度を推定する。その後、ステップＳ５に進む。
【００３９】
第１の算出手段１１２は、車体１１のロール角、リーン角に基づいて、坂道の傾斜角度θを算出する（ステップＳ５）。第１の算出手段１１２により坂道の傾斜角度θを算出する方法は、ステップＳ２と同様の方法を用いる。その後、ステップＳ６に進む。
【００４０】
演算部１１５は、第１の算出手段１１２と、第２の算出手段１１３と、第３の算出手段１１４により算出した傾斜角度に基づいて、傾斜角度の推定を行う（ステップＳ６）。言い換えると、演算部１１５は、判定手段１１１により倒立二輪車１が走行していると判定した場合には、第１の算出手段１１２により算出した傾斜角度と、第２の算出手段１１３により算出した傾斜角度から、最終的な傾斜角度の推定を行う。また演算部１１５は、判定手段１１１により倒立二輪車１が静止していると判定した場合には、第２の算出手段１１３により算出した傾斜角度と、第３の算出手段１１４により算出した傾斜角度から、最終的な傾斜角度の推定を行う。
【００４１】
これにより、倒立二輪車１が坂道に静止している場合及び走行している場合に、それぞれ異なる方法を用いて坂道の角度を取得することができる。より具体的には、第１の算出手段１１２では、倒立二輪車１が坂道に対して直角方向を向いた状態について、車体１１のロール角と、リーン角を利用することにより坂道の角度を算出する。第２の算出手段１１３では、車体に設けられた加速度センサから得られた情報と、リーン角度に基づいて、傾斜角度を算出する。第３の算出手段１１４では、現在のトルクと、あらかじめ定めた傾斜角度係数を用いて傾斜角度を算出する。倒立二輪車１は、坂道を走行している場合には、第１の算出手段１１２と第２の算出手段１１３の組み合わせ、坂道で静止している場合には、第１の算出手段１１２と、第３の算出手段１１４を組み合わせて、坂道の角度を推定することができる。
また倒立二輪車１には、新たに路面を撮影するカメラ等を設置する必要が無く、低コストで発明の実施が可能である。また、場合分けを用いることにより、倒立二輪車１の走行の向きに応じた推定が可能となる。
【００４２】
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。例えば、判定手段１１１と、第１の算出手段１１２と、第２の算出手段１１３と、第３の算出手段１１４と、演算部１１５は、１つの演算装置によりそれぞれの処理を実行させることで実現しても良い。また例えば、ステップＳ２、ステップＳ３における第３の算出手段１１４による処理と、第１の算出手段１１２による処理は、必ずしもこの順序の通りに行う必要は無く、例えば並列して演算を行っても良い。ステップＳ４、ステップＳ５の第１の算出手段１１２による処理と、第２の算出手段１１３による処理についても同様に、並列して演算を行っても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１１            車体
３１            車輪
１１１            判定手段
１１２            第１の算出手段
１１３            第２の算出手段
１１４            第３の算出手段
１１５            演算部
１１６            制御部
１１７            動力部
１１８            記憶部
１１９            ジャイロセンサ
１２０            リーン角センサ
１２１            加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015093494.tif 000012
【図８】
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【図９】
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