(57)【要約】【課題】ロール角度が大きい場合であっても、カント走行における車体のずり落ちが速やかに補正され、車体の直進走行性が確保されるパーソナルビークル制御装置を提供する。【解決手段】パーソナルビークル制御装置は、旋回角度に関する指令値を含んだ原指令値を入力するための操作部１４と、ロール角度および旋回角度に関する物理量を検知するための軸角度センサ５１と、右車輪センサ５３Ｒと、左車輪センサ５３Ｌと、制御部２とを有する。制御部２は、ロール角度および原指令値に基づいて右車輪および左車輪を駆動するための回転角速度に関する実指令値を求める第１演算則、ならびに、旋回角度に関する指令値と旋回角度に関する物理量との差および／または比率を時間積分した積分値および原指令値に基づいて実指令値を求める第２演算則のうち少なくとも一方の演算則を実施する。【選択図】図３
2013226387.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、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の右側の右車輪と、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の左側の左車輪とを有するパーソナルビークルを制御するパーソナルビークル制御装置であって、
前記車体の旋回角度に関する指令値を含んだ原指令値を入力するための操作部と、
前記車体のロール軸に対するロール角度に関する物理量、および前記車体のヨー軸に対する旋回角度に関する物理量を検知するための軸角度センサと、
前記右車輪の回転角速度に関する物理量を検知するための右車輪センサと、
前記左車輪の回転角速度に関する物理量を検知するための左車輪センサと、
前記軸角度センサで検知された前記ロール角度に関する物理量からロール角度を求め、求めたロール角度および前記原指令値に基づいて、前記右車輪および前記左車輪を駆動するための回転角速度に関する実指令値を求める第１演算則、ならびに、
前記操作部から入力された前記旋回角度に関する指令値と、前記軸角度センサで検知された前記旋回角度に関する物理量との差および／または比率を時間積分した積分値を求め、求めた積分値および前記原指令値に基づいて、前記差が小さくなるようにおよび／または前記比率が１に近づくように前記実指令値を求める第２演算則のうち少なくとも一方の演算則を実施する制御部と、
を備えるパーソナルビークル制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記差および／または前記比率に基づいてカント走行時における前記車体のずり落ちの有無を推定し、前記差および／または前記比率ならびに前記原指令値に基づいて、前記差が小さくなるようにおよび／または前記比率が１に近づくように前記実指令値を求める第３演算則を実施する請求項１に記載のパーソナルビークル制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記車体が平地直進していると判定されるとき、前記軸角度センサで検知された前記旋回角度に関する物理量と、前記右車輪センサおよび前記左車輪センサに基づいて求められた前記車体の旋回角度に関する物理量とを求め、二つの前記物理量の差または二つの前記物理量のうちの大なる量を小なる量で除算した比率が所定値以上で且つ所定時間以上継続するとき、前記右車輪の径と前記左車輪の径とのアンバランスまたは前記車体のフレームのアンバランスが発生していると推定し、前記実指令値を補正する請求項１または２に記載のパーソナルビークル制御装置。
【請求項４】
前記車体の加速度を検知する加速度計を備え、
前記制御部は、前記加速度計の計測値を時間積分した積分値に基づく車体走行速度と、前記右車輪センサおよび前記左車輪センサに基づく車体走行速度とを求め、二つの前記車体走行速度の差または二つの前記車体走行速度のうちの大なる速度を小なる速度で除算した比率が所定値以上で且つ所定時間以上継続するとき、前記右車輪および／または前記左車輪の径が変化したと推定し、前記径の変化に応じて実際の車体走行速度が最高速度リミット値を超えないように前記実指令値を補正する請求項１〜３のいずれか一項に記載のパーソナルビークル制御装置。
【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の走行を制御するためのパーソナルビークル制御装置に関する。
【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右側の右車輪と、車体に設けられ着座部に着座する使用者の左側の左車輪とを有する。パーソナルビークルの車体には、車体走行速度および車体の旋回角度に関する指令値が入力される操作部が設けられている。
【０００３】
ところで、傾斜している路面を横切る方向にパーソナルビークルが直進走行（以降ではカント走行と記す）する際に、路面の傾斜がきつく車体のロール軸に対するロール角度が大きい場合には問題が生じる。すなわち、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、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。
【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制御装置を特許文献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（便宜的にこの制御を制御則４と呼ぶ）する制御部を備えている。
【０００５】
図１１に、特許文献１に開示された制御則４のフローチャートを示す。制御則４は次のように実行される。まず、制御部は、路面のロール角度を読み込む（ステップＳ４０２）。路面のロール角度が一定以上であれば（ステップＳ４０４でＹＥＳの場合）、制御部は、パーソナルビークルに備わるレートジャイロにより検知されるヨー軸に対するパーソナルビークルの旋回角速度ωgyawを求める（ステップＳ４０６）。次に、制御部は、操作部から入力された旋回角速度指令値ωrefを求める（ステップＳ４０８）。更に、制御部は、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差または比率を求める（ステップＳ４１０）。
【０００６】
そして、差または比率が一定値以上あれば（ステップＳ４１２でＹＥＳの場合）、制御部は、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差または比率に旋回角速度フィードバックゲインを乗算して、左右の車輪の回転角速度補正値を求める。そして、この回転角速度補正値により、使用者が指令した右車輪の回転角速度指令値θドットR_refを補正し、且つ、使用者が指令した左車輪の回転角速度指令値θドットL_refを補正する（ステップＳ４１４）。
【０００７】
更に、制御部は、右車輪エンコーダにより検知された右車輪の回転角速度θドットRと右車輪の回転角速度指令値θドットR_refとの差、および右車輪エンコーダにより検知された右車輪の回転角度θRと回転角速度指令値θドットR_refの積分値との差に基づいて右車輪の駆動トルクＴRを補正する。また、制御部は、左の車輪エンコーダにより検知された左車輪の回転角速度θドットLと左車輪の回転角速度指令値θドットL_refとの差、および左の車輪エンコーダにより検知された左車輪の回転角度θLと回転角速度指令値θドットL_refの積分値との差に基づいて左車輪の駆動トルクＴLを補正する（ステップＳ４１６）。これにより、カント走行しているパーソナルビークルのずり落ちが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１９３９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した制御則４においては、パーソナルビークルの旋回角速度の指令値と実測値との差または比率のみに基づいて、左右の車輪の回転角速度補正値を求めている。従って、制御則４が繰り返し実行されることにより、旋回角速度の指令値と実測値との差が徐々に０に近づいて、または比率が１に近づいて、パーソナルビークルのずり落ちが徐々に抑制されていく。しかし、この制御則４においては、一度パーソナルビークルに発生したずり落ち（片流れ）や旋回角度のずれを元に戻すことはできない。従って、カント走行が長時間継続されると、ずり落ちや旋回角度のずれが蓄積されてパーソナルビークルの直進走行性が損なわれるという問題がある。
【００１０】
パーソナルビークルのカント走行においては、カント走行開始時に、パーソナルビークルのずり落ちや旋回角度のずれが大きく発生し易い。ところが、上述したように、制御則４においては、一度発生したずり落ちや旋回角度のずれを元に戻すことはできない。また、制御則４のようなフィードバック補正による制御では、発生したずり落ちや旋回角度のずれを元に戻すまでに時間を要するという問題がある。
【００１１】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、傾斜している路面を横切る方向に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、車体のずり落ちが速やかに補正され、直進走行性が確保されるパーソナルビークル制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決する請求項１に係るパーソナルビークル制御装置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、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の右側の右車輪と、前記車体に設けられ前記着座部に着座する使用者の左側の左車輪とを有するパーソナルビークルを制御するパーソナルビークル制御装置であって、前記車体の旋回角度に関する指令値を含んだ原指令値を入力するための操作部と、前記車体のロール軸に対するロール角度に関する物理量、および前記車体のヨー軸に対する旋回角度に関する物理量を検知するための軸角度センサと、前記右車輪の回転角速度に関する物理量を検知するための右車輪センサと、前記左車輪の回転角速度に関する物理量を検知するための左車輪センサと、前記軸角度センサで検知された前記ロール角度に関する物理量からロール角度を求め、求めたロール角度および前記原指令値に基づいて、前記右車輪および前記左車輪を駆動するための回転角速度に関する実指令値を求める第１演算則、ならびに、前記操作部から入力された前記旋回角度に関する指令値と、前記軸角度センサで検知された前記旋回角度に関する物理量との差および／または比率を時間積分した積分値を求め、求めた積分値および前記原指令値に基づいて、前記差が小さくなるようにおよび／または前記比率が１に近づくように前記実指令値を求める第２演算則のうち少なくとも一方の演算則を実施する制御部と、を備えることである。
【００１３】
ここで、軸角度センサとしては、レートジャイロや加速度計を用いることができる。レートジャイロによれば、車体のピッチ方向の角速度、ロール方向の角速度、およびヨー方向の角速度がそれぞれ検知される。また、右車輪センサは、車体の右車輪の回転角速度に関する物理量（例えば回転角速度そのものや回転角度など）を検知する。左車輪センサは、車体の左車輪の回転角速度に関する物理量を検知する。右車輪センサおよび左車輪センサとしては、例えばエンコーダを用いることができる。エンコーダ等の回転角度センサでは、右車輪および左車輪の回転角度が検知される。そして、回転角度の時間変化率（時間微分値）で求められる回転角速度と、右車輪および左車輪の半径との乗算に基づいて、パーソナルビークルの車両走行速度が求められる。
【００１４】
パーソナルビークルがカント走行するように、使用者等により操作部から制御部に対して原指令値が入力される場合がある。ここで、車体のロール角度が大きいと、直進走行するように操作部が操作されているときであっても、車体のずり落ちが重力により発生するおそれがある。この場合、パーソナルビークルの直進走行性は損なわれる。
【００１５】
そこで、本発明の制御部は、以降に説明する第１演算則ならびに第２演算則のうち少なくとも一方の演算則を実施する。第１演算則で、制御部は、軸角度センサで検知されたロール角度に関する物理量からロール角度を求め、求めたロール角度および原指令値に基づいて、右車輪および左車輪を駆動するための回転角速度に関する実指令値を求める（フィードフォワード制御）。第２演算則で、制御部は、操作部から入力された旋回角度に関する指令値（例えば旋回角速度または旋回角度の指令値）と、軸角度センサで検知された旋回角度に関する物理量（例えば旋回角速度または旋回角度の物理量）との差および／または比率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、差が小さくなるようにおよび／または比率が１に近づくように実指令値を求める（積分項を用いたフィードバック制御）。例えば、旋回角速度の差を時間積分した積分値は、車体の旋回角度の指令値と実測値との差に相当する。
【００１６】
このように、制御部により第１演算則のフィードフォワード制御、および、第２演算則の積分項を用いたフィードバック制御の少なくとも一方が行われて、右車輪および左車輪を駆動するための実指令値が求められる。このため、パーソナルビークルがカント走行するとき、車体のずり落ちが抑制され、直進走行性が確保されたままでカント走行することができる。また、仮にカント走行開始時などに車体のずり落ちが発生しても速やかに補正されるので、直進走行性を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載のパーソナルビークル制御装置において、前記制御部は、前記差および／または前記比率に基づいてカント走行時における前記車体のずり落ちの有無を推定し、前記差および／または前記比率ならびに前記原指令値に基づいて、前記差が小さくなるようにおよび／または前記比率が１に近づくように前記実指令値を求める第３演算則を実施することである。
【００１８】
第３演算則で、制御部は、旋回角度に関する指令値と、旋回角度に関する物理量とを求める。そして、制御部は、指令値と物理量との差および／または比率に基づいて、カント走行時における車体のずり落ちの有無を推定する。この差が相対的に大きいおよび／またはこの比率が相対的に１から離れている場合には、パーソナルビークルのずり落ちが発生し易い。制御部は、この差が小さくなるようにおよび／またはこの比率が１に近づくように、右車輪および左車輪を駆動するための実指令値を求める（比例項を用いたフィードバック制御）。請求項２に係る発明において、制御部は、第１演算則ならびに第２演算則の少なくとも一方に加えて第３演算則を併用するので、カント走行が長時間継続される場合であっても、パーソナルビークルのずり落ちや旋回角度のずれが蓄積されることがなく、直進走行性がより一層良好に確保される。
【００１９】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記制御部は、前記車体が平地直進していると判定されるとき、前記軸角度センサで検知された前記旋回角度に関する物理量と、前記右車輪センサおよび前記左車輪センサに基づいて求められた前記車体の旋回角度に関する物理量とを求め、二つの前記物理量の差または二つの前記物理量のうちの大なる量を小なる量で除算した比率が所定値以上で且つ所定時間以上継続するとき、前記右車輪の径と前記左車輪の径とのアンバランスまたは前記車体のフレームのアンバランスが発生していると推定し、前記実指令値を補正することである。
【００２０】
ここで、二つの物理量のうちの大なる量を小なる量で除算した比率は１以上となる。この比率が所定値以上であることは、二つの物理量の差が大きいことを意味する。右車輪および左車輪を構成するタイヤの空気圧による右車輪および／または左車輪の径の変動、タイヤの摩耗による径の変動等により右車輪および左車輪にアンバランスが発生していたり、車体のフレームに歪みが発生していたりするときには、二つの物理量の差または比率が所定値以上になり得る。この場合、車体が平地直進しているときであっても、車体の直進走行性が損なわれるおそれがある。
【００２１】
そこで、請求項３に係る発明によれば、車体が平地を直進しているとき、制御部は、軸角度センサで検知された旋回角度に関する物理量（例えば旋回角速度）と、右車輪センサおよび左車輪センサに基づいて求められた車体の旋回角度に関する物理量（例えば旋回角速度）とを求める。そして制御部は、両者の差または両者のうちの大なる量を小なる量で除算した比率が所定値以上で且つ所定時間以上継続するとき、右車輪の径と左車輪の径とのアンバランスまたは車体のフレームのアンバランスが発生していると推定し、実指令値を補正する。これにより、車体の平地における直進走行性が確保される。
【００２２】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパーソナルビークル制御装置において、前記車体の加速度を検知する加速度計を備え、前記制御部は、前記加速度計の計測値を時間積分した積分値に基づく車体走行速度と、前記右車輪センサおよび前記左車輪センサに基づく車体走行速度とを求め、二つの前記車体走行速度の差または二つの前記車体走行速度のうちの大なる速度を小なる速度で除算した比率が所定値以上で且つ所定時間以上継続するとき、前記右車輪および／または前記左車輪の径が変化したと推定し、前記径の変化に応じて実際の車体走行速度が最高速度リミット値を超えないように前記実指令値を補正することである。
【００２３】
パーソナルビークルでは、走行安全などのため、車体走行速度の最高速度リミット値（法定最高速度）が規定されていることが多い。ここで、パーソナルビークルの右車輪および／または左車輪の径が変化することがある。例えば、車輪のタイヤに空気を補充して空気圧が増加したり新品の車輪に交換したりすると車輪の径が増加するため、車輪の回転角速度が同一であっても車体走行速度が増加するおそれがある。結果として、パーソナルビークルの実際の車体走行速度が最高速度リミット値を超えてしまうおそれがある。
【００２４】
ここで、実際の車体走行速度を求めるふたつの方法が考えられる。すなわち、加速度計の計測値を時間積分する第１の方法で、第１の車体走行速度Ｖaccを演算できる。一方、右車輪センサおよび左車輪センサで検知された回転角速度に関する物理量から、右車輪および左車輪の回転角速度そのものを求めることができる。この回転角速度に車輪の径を乗算する第２の方法で、第２の車体走行速度Ｖenを演算できる。通常、ふたつの車体走行速度Ｖacc、Ｖenは一致する。しかしながら、第２の車体走行速度Ｖenは、車輪の径の変化に追従して変化するため、第１の車体走行速度Ｖaccに一致しなくなる場合が起こり得る。請求項４に係る発明で、制御部は、第１の車体走行速度Ｖaccと第２の車体走行速度Ｖenとの差または比率に基づいて、車輪の径が変化したと推定する。そして、車輪の径の変化に応じて実指令値を補正することにより、パーソナルビークルの実際の車体走行速度が法定最高速度を超えないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、路面が傾斜していて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、パーソナルビークルが路面を横切る方向に直進走行（カント走行）するように操作部が操作されていれば、制御部は第１演算則および第２演算則の少なくとも一方を実施し、更には適宜第３演算則を併用して右車輪および左車輪を駆動するための実指令値を適正に求めることができる。従って、路面において車体のずり落ちが速やかに補正される。故に、カント走行におけるパーソナルビークルの直進走行性が良好に確保される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態のパーソナルビークル制御装置が装備された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】実施形態のパーソナルビークル制御装置で実施する制御則３の効果を説明するグラフであって、パーソナルビークルがカント走行したときの走行距離と片流れ量との関係を示している。
【図８】実施形態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１を示すフローチャートである。
【図９】実施形態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２を示すフローチャートである。
【図１０】実施形態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３を示すフローチャートである。
【図１１】従来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４を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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、実施形態のパーソナルビークル制御装置が装備されたパーソナルビークル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。
【００２８】
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、使用者の腰部を支える座部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。
【００２９】
左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転中心１２ａ（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ーである。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に設けた単数でも良い。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ィ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の数は特に限定されない。
【００３０】
図３は、実施形態のパーソナルビークル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。
【００３１】
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。これに限定されず、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、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ωrefが増加する方式が採用されている。但し、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、およびヨー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。
【００３４】
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）を検知することができる。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、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、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。
【００４０】
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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、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、且つ、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。
【００４３】
【数１】
2013226387.tif 000003
【００４４】
【数２】
2013226387.tif 000004
【００４５】
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、且つ、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。
【００４６】
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。
【００４７】
【数３】
2013226387.tif 000005
【００４８】
【数４】
2013226387.tif 000006
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
【数５】
2013226387.tif 000007
【００５４】
本実施形態において、制御部２は、制御則１（図８参照）、制御則２（図９参照）および制御則３（図１０参照）を実施する。制御則１は、本発明の請求項４で制御部が行う補正内容に相当し、ビークル１の車体走行速度が法定最高速度を超えないように実指令値を補正する制御である。制御則２は、本発明の請求項３で制御部が行う補正内容に相当し、ビークル１の右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌの径のアンバランスや、車体１１のフレームの歪みに対して直進走行性を確保するために実指令値を補正する制御である。制御則３は、本発明の請求項１および請求項２で制御部が行う演算内容に相当し、カント走行時にビークルの１のずり落ちを防止して直進走行性を向上するための制御である。
【００５５】
（制御則１）
本実施形態で実施する制御則１は次のとおりである。通常、ビークル１の車体走行速度は、次のように制御部２で求められる。すなわち、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は、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌにて検知された回転角度θR、θLを時間微分して求められる。従って、ビークル１の車体走行速度Ｖenは、回転角速度θドットRと右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rとの乗算、および回転角速度θドットLと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの乗算で算出される。
【００５６】
しかし、タイヤ空気圧の増加や新品のタイヤへの交換等によってタイヤ径（車輪の径）が増加しているおそれがある。この場合、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて算出されたビークル１の車体走行速度Ｖenに誤差が生じ、実際の車体走行速度が法定最高速度を超えてしまうおそれがある。ビークル１は電動式の車いすであり、法定最高速度が６ｋｍ／ｈに規定されているので、これを超えて走行することを回避する必要がある。
【００５７】
そこで、実施形態のパーソナルビークル制御装置は、制御則１を実施する。すなわち、加速度計５２を用いる第１の方法、および車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌを用いる第２の方法で別々に車体走行速度を求め、ふたつの車体走行速度を比較して第２の方法に含まれる車輪の径を補正することにより、法定最高速度を超えて走行するおそれを解消する。まず、加速度の時間積分は速度に相当するので、加速度計５２で検知されたｘ方向加速度ａccxを時間積分することにより、第１の車体走行速度Ｖaccを求める。ただし、加速度計５２はビークル１が走行する路面９０の路面傾斜角度αx（図２参照）が大きいほど重力加速度ｇの影響を大きく受けるおそれがあるので、この影響をキャンセルする。
【００５８】
すなわち、加速度計５２から出力された車体１１の進行方向（ｘ方向）の加速度ａccxの信号は、重力加速度ｇの影響で路面９０の路面傾斜角度αxに応じた加速度を含んでいる。このため、次の式（６）のように、重力加速度ｇの影響による加速度成分をキャンセルし、１階積分を行うことにより、加速度ａccxに基づいて第１の車体走行速度Ｖaccを求めることができる。
【００５９】
【数６】
2013226387.tif 000008
【００６０】
式（６）において、ａccxは加速度計５２から出力されたｘ方向加速度を示す。また、路面傾斜角度αxには、図４で説明したフィルタ処理の形態で算出された値を用いる。Ｖaccは、加速度計５２を用いる第１の方法で求めた第１の車体走行速度である。この場合、前述したように積分誤差が累積するという問題が避けられないおそれがあるため、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて求められた第２の車体走行速度Ｖenが０のとき、つまり、ビークル１の停止状態において第１の車体走行速度Ｖaccを初期化して０とする。そして、ビークル１の加速が認められてから一定時間ａの間のみ、加速度計５２から出力された加速度ａccxに基づいて、第１の車体走行速度Ｖaccを求める。説明が前後するが、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌを用いる第２の方法では、右左の車輪１２Ｒ、１２Ｌの回転角速度θドットR、θドットLに左右の車輪１２Ｒ、１２Ｌの径の平均値Ｒを乗算して第２の車体走行速度Ｖen を計算する。次に、第１の車体走行速度Ｖaccと、第２の車体走行速度Ｖenとの比Ｚ（＝Ｖacc／Ｖen）を求め、閾値βを考慮し、次の式（８）および式（９）の比較を行う。なお、ビークル１の直進走行時には、左右の車輪の径Ｒが等しいことを条件として式（７）が成立する。
【００６１】
【数７】
2013226387.tif 000009
【００６２】
【数８】
2013226387.tif 000010
【００６３】
【数９】
2013226387.tif 000011
【００６４】
第１の車体走行速度Ｖaccおよび第２の車体走行速度Ｖenに差があるとき、比Ｚは１にならない。その比Ｚと一定の第１値（１＋β）とを比較し、比Ｚと一定の第２値（１−β）とを比較する。そして、比Ｚが第１値（１＋β）よりも大きいか、比Ｚが第２値（１−β）よりも小さいかを判定する。車輪１２Ｒ、１２Ｌの半径Ｒ_r、Ｒ_lが変化したことを検知するための閾値βにより、判定感度が調整される。
【００６５】
式（８）および式（９）を満足させる時間が所定時間ｂを超えているとき、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび／または左車輪１２Ｌの半径Ｒ_rが変化しており、ビークル１の直進速度追従性が低下していると判断する。そのとき、制御部２は、車輪１２Ｒ、１２Ｌの半径Ｒ_r、Ｒ_lの平均値Ｒを更新すべく、車輪の半径の更新値Ｒ_newを式（１０）に基づいて求める。
【００６６】
【数１０】
2013226387.tif 000012
【００６７】
このように車輪の半径の更新値Ｒ_newとして、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが補正される。そして、補正された右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが式（１）および式（２）に代入され、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が補正される。ひいては、式（３）に基づいて、右車輪１２Ｒの駆動トルクＴRが補正され、式（４）に基づいて、左車輪１２Ｌの駆動トルクＴLが補正される。このように補正された右車輪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の走行制御が実現される。これにより、実指令値を補正して、ビークル１の車体走行速度が法定最高速度を超えないように制御できる。
【００６８】
以上に説明した制御則１のフローチャートは図８に示すとおりである。図８に示すように、ビークル１の電源がオンされると（ステップＳ１０２でＹＥＳの場合）、制御部２は、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて算出される第２の車体走行速度Ｖenが０か否か判定する（ステップＳ１０４）。第２の車体走行速度Ｖenが０であるとき（ステップＳ１０４でＹＥＳの場合）、制御部２は、加速度計５２の出力値の積分により得られる第１の車体走行速度Ｖaccを初期化する（ステップＳ１０６）。
【００６９】
更に、制御部２は、レートジャイロ５１からの信号により、ビークル１が平地直進の最高速度以内か否かを判定する（ステップＳ１０８）。ビークル１が平地直進の最高速度以内であれば（ステップＳ１０８でＹＥＳの場合）、制御部２は、前記した式（６）を用いて第１の車体走行速度Ｖaccを求める（ステップＳ１１０）。次に、制御部２は、初期化からの経過時間が所定時間ａ以内か否か判定する（ステップＳ１１２）。所定時間ａ以内であれば（ステップＳ１１２でＹＥＳの場合）、制御部２は、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌの出力値に基づいて、第２の車体走行速度Ｖenを求める（ステップＳ１１４）。次に、第１の車体走行速度Ｖaccと第２の車体走行速度Ｖenとの比率Ｚを求める（ステップＳ１１６）。なお、比率Ｚに代えて、第１の車体走行速度Ｖaccから第２の車体走行速度Ｖenを減算した差Ｄを求めてもよい（Ｄ＝Ｖacc−Ｖen）。
【００７０】
次に、制御部２は、比率Ｚまたは差Ｄが初期値または前回測定値（閾値）と差があるか否か判定する（ステップＳ１１８）。差があれば（ステップＳ１１８でＹＥＳの場合）、所定時間ｂ以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。所定時間ｂ以上継続していれば（ステップＳ１２０でＹＥＳの場合）、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび／または左車輪１２Ｌの半径Ｒ_rが変化しており、ビークル１の車体走行速度が変化していると判断する。次に、ビークル１の実際の車体走行速度が法定最高速度を超えないように、車輪の半径Ｒ_r、Ｒ_lおよび実指令値を補正する（ステップＳ１２２）。具体的な補正については、式（１０）、式（１）、式（２）、式（３）、および式（４）に基づいて実施することができる。なお、ステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０８、Ｓ１１２、Ｓ１１８、およびＳ１２０の各判断ステップで条件が満たされないＮＯの場合には、直ちにフローを終了する。
【００７１】
（制御則２）
本実施形態で実施する制御則２は次のとおりである。ビークル１で、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとにアンバランスが発生していたり、車体１１のフレームに歪みが発生していたりすることがある。その要因としては、右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌを構成するタイヤの空気圧の変動やタイヤの摩耗等が挙げられる。このような場合には、車体１１が平地直進するように操作部１４が操作されているときであっても、車体１１の直進走行性が損なわれるおそれがある。
【００７２】
そこで、実施形態のパーソナルビークル制御装置は、制御則２を実施する。制御部２は、レートジャイロ５１からの信号によってビークル１が平地直進していると判定されるときに、制御則２を実施する。制御部２は、まず、レートジャイロ５１で検知されたヨー軸に対する車体１１の旋回に関する物理量である第１の旋回角速度ωgyawと、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌに基づいて求められた車体１１の旋回に関する物理量である第２の旋回角速度ωenとを求める。そして、制御部２は、両者の差または両者の比率が所定値以上で、且つ、所定時間ｄ以上継続するとき、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとにアンバランスが発生し、または車体１１のフレームのアンバランスが発生していると推定する。これにより、制御部２は、実指令値を補正して、車体１１の平地における直進走行性が確保される。
【００７３】
以下、上記した制御則２について、更に説明を加える。制御部２は、レートジャイロ５１から求めた第１の旋回角速度ωgyawと、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌから計算で求めた第２の旋回角速度ωenとの差の絶対値Ｄabs（＝｜ωgyaw−ωen｜）を求める。制御部２は、この差の絶対値Ｄabsと閾値βωとの大小関係を式（１１）に基づいて監視する。なお、閾値βωは、右車輪１２Ｒおよび左車輪１２Ｌの径のアンバランスを検知するための量であり、閾値βωにより判定感度が調整される。
【００７４】
【数１１】
2013226387.tif 000013
【００７５】
式（１１）の満足される時間が所定時間ｄ以上継続する場合、制御部２は、車輪径のアンバランスまたはフレームの歪みが発生していると判断する。ここで、車輪径のアンバランスに起因するとき、旋回角速度の差の絶対値Ｄabsが大きいほど、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの差が大きく、平地におけるビークル１の直進走行性が損なわれていると考えられる。なお、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの差Ｒ_diff_newは、式（１２）に基づいて求められる。
【００７６】
【数１２】
2013226387.tif 000014
【００７７】
更に、式（１０）および式（１２）で計算された値を用いて、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rは、下記の式（１３）のように補正されて更新される。また、左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lは、下記の式（１４）のように補正されて更新される。
【００７８】
【数１３】
2013226387.tif 000015
【００７９】
【数１４】
2013226387.tif 000016
【００８０】
そして、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lが式（１）および式（２）に代入されることにより、右車輪１２Ｒの回転角速度指令値θドットR_refが補正され、且つ、左車輪１２Ｌの回転角速度指令値θドットL_refが補正される。そして、式（３）および式（４）に基づいて、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lに応じて、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が補正される。これにより、ビークル１が平地を直進走行するときに、ビークル１の車体走行速度やビークル１の直進走行性を確保することができる。
【００８１】
以上に説明した制御則２のフローチャートは図９に示すとおりである。図９に示すように、制御部２は、まず操作部１４の原指令値の信号を読み込む（ステップＳ２０２）。制御部２は、ビークル１が平地直進指令か否かを判定する（ステップＳ２０４）。平地直進指令であれば（ステップＳ２０４でＹＥＳの場合）、制御部２は、レートジャイロ５１の出力値から第１の旋回角速度ωgyawを求め（ステップＳ２０６）、且つ、車輪エンコーダ５３Ｒ、５３Ｌの出力値から第２の旋回角速度ωenを求める（ステップＳ２０８）。更に、制御部２は、第１の旋回角速度ωgyawと第２の旋回角速度ωenとの差の絶対値Ｄabsを求める（ステップＳ２１０）。なお、差の絶対値Ｄabsに限定されず、正負の符号付きの差Ｄ２、または第１の旋回角速度ωgyawを第２の旋回角速度ωenで除算した比率Ｚ２を求めるようにしてもよい。
【００８２】
次に、制御部２は、差の絶対値Ｄabs（または差Ｄ２あるいは比率Ｚ２）が初期値または前回測定値（閾値）と差があるか否か判定する（ステップＳ２１２）。差があるとき（ステップＳ２１２でＹＥＳの場合）、制御部２は、差のある時間が所定時間ｄ以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ２１４）。そして、所定時間ｄ以上継続していれば（ステップＳ２１４でＹＥＳの場合）、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとにアンバランスが生じていると判断する。このとき、制御部２は、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rと左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lとの差Ｒ_diff_newを求める（ステップＳ２１６）。
【００８３】
右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rは、式（１３）のように補正されて更新され、且つ、左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lは、式（１４）のように補正されて更新される（ステップＳ２１８）。そして、補正された半径Ｒ_r、径Ｒ_lが式（１）および式（２）に代入されて、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が補正される（ステップＳ２２０）。更に、式（３）および式（４）に基づいて、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が補正される（ステップＳ２２２）。なお、ステップＳ２０４、Ｓ２１２、およびＳ２１４の各判断ステップで条件が満たされないＮＯの場合には、直ちにフローを終了する。
【００８４】
（制御則３）
本実施形態で実施する制御則３は次のとおりである。制御則３は、図５に例示されたカント走行時に行うビークル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。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）。
【００８５】
そこで、実施形態のパーソナルビークル制御装置は、制御則３を実施する。制御則３は、本発明の第１演算則、第２演算則、および第３演算則のすべてを含んでいる。まず、第２演算則および第３演算則の途中までについて説明する。制御部２は、レートジャイロ５１により検知されるビークル１のヨー軸に対する旋回角速度ωgyawを求める。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）は第３演算則で用いる。また、式（１５）に基づいて、制御部２は、差（ωref−ωgyaw）を時間積分した積分値θiを求める。積分値θiは、車体１１の旋回角度の指令値と実測値との差に相当する。従って、積分値θiが大きいほど、路面９０をカント走行するビークル１のずり落ち量（片流れ量）が大きい。積分値θiは第２演算則で用いる。
【００８６】
【数１５】
2013226387.tif 000017
【００８７】
次に、第１演算則の途中までについて説明する。制御部２は、図４で説明した路面傾斜角度αxの検知形態と同様な図６の形態で、ビークル１および路面９０のロール角度αyを精度よく求める。図６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９０のロール角度αｙを算出する形態を説明する説明図である。図６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ｙ方向の加速度の出力ａccyに基づいて、重力加速度ｇを考慮し、ｓｉｎ−１（ａccy／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θHL1y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の出力値であるロール方向の旋回角速度ωgrol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θHL2yを求める。そして、制御部２は、ふたつの値θHL1yおよび値θHL2yを加算してロール角度αｙを求める。
【００８８】
次に、第１〜第３演算則の途中以降は共通の演算処理であるので、一括して説明する。制御部２は、式（１６）に基づいて、差（ωref−ωgyaw）、差（ωref−ωgyaw）の積分値θi、およびロール角度αyを考慮しつつ、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（１７）に基づいて、差（ωref−ωgyaw）、差の積分値θi、およびロール角度αyを考慮しつつ、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、ならびに、フィードフォワード制御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。
【００８９】
詳述すると、式（１６）および式（１７）の右辺は、５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３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。積分値θiに旋回角度フィードバックゲインＫωiを乗算した第４項は、第２演算則に係る項であり、換言すれば積分項を用いたフィードバック制御の項である。ロール角度αyにロール角度フィードフォワードゲインＫrを乗算した第５項は、第１演算則に係る項であり、換言すればフィードフォワード制御によりカント走行開始時などに速やかな補正行う項である。
【００９０】
第１項のみは、式（１６）および式（１７）でともに正符号である。また、第２項〜第５項は、互いに絶対値が等しく、式（１６）で正符号、式（１７）で負符号となっている。なお、式（１６）および式（１７）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。
【００９１】
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。
【００９２】
ここで、式（１６）および式（１７）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。且つ、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。
【００９３】
【数１６】
2013226387.tif 000018
【００９４】
【数１７】
2013226387.tif 000019
【００９５】
以上に説明した制御則３のフローチャートは図１０に示すとおりである。図１０に示すように、制御部２は、操作部１４から原指令値を読み込み、且つ、各センサ５１、５２、５３Ｒ、５３Ｌの出力値を読み込む（ステップＳ３０２）。次に、制御部２は、レートジャイロ５１により検知されるヨー軸に対するビークル１の旋回角速度ωgyawを求める（ステップＳ３０６）。次に、制御部２は、原指令値のうちの旋回角速度指令値ωrefを求める（ステップＳ３０８）。更に、制御部２は、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差（ωref−ωgyaw）または比率を求める（ステップＳ３１０）。
【００９６】
次に、制御部２は、式（１３）を用いて差（ωref−ωgyaw）の積分値θiを求める（ステップＳ３１２）。このとき積分値θiに上限値を設定しておくことにより、積分値θiに基づいて急激に実指令値が補正されることを防止し、実指令値を滑らかに変化させることが可能となる。そして、積分値θiが一定値以下になっている時間が一定時間継続すると（ステップＳ３１４でＹＥＳの場合）、カント走行の状況が変化したと判断して、積分値θiを０にリセットして（ステップＳ３１６）、ステップＳ３１８に進む。一方、積分値θiが一定値を超える場合や一定値以下でも一定時間継続していない場合には（ステップＳ３１４でＮＯの場合）、そのままステップＳ３１８に進む。
【００９７】
次に、差（ωref−ωgyaw）、ωrefとωgyawとの比率、または積分値θiが一定値以上であれば（ステップＳ３１８でＹＥＳの場合）、制御部２は、レートジャイロ５１から出力された旋回角速度ωgrolおよび加速度計５２から出力されたｙ方向加速度ａccyに基づいて、ロール角度αyを精度よく求める（ステップＳ３２０）。更に、制御部２は、式（１６）および式（１７）の右辺の第１項から第５項を全て求め、最終的に左辺の回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refを求める（ステップＳ３２２）。更に、制御部２は、式（３）および式（４）に基づいて、右左の駆動トルクＴR、ＴLを求める（ステップＳ３２４）。
【００９８】
次に、本発明の実施形態を応用した第１〜第５応用形態について説明する。本発明では、制御則３で第１〜第３演算則の３つ全てを必ずしも実施する必要はない。各応用形態では、制御則３で第１〜第３演算則の一部を省略しており、これにより、制御部２の演算処理を簡略化できる。
【００９９】
本発明の第１応用形態では、制御則３で第１演算則のフィードフォワード制御のみを実施する。つまり、式（１６）および式（１７）の右辺の第３項および第４項を省略する。これにより、右左の回転角速度指令値θドットＲ_ref、θドットL_refは次の式（１８）および式（１９）で求められる。
【０１００】
【数１８】
2013226387.tif 000020
【０１０１】
本発明の第２応用形態では、制御則３で第２演算則の積分項を用いたフィードバック制御のみを実施する。つまり、式（１６）および式（１７）の右辺の第３項および第５項を省略する。これにより、右左の回転角速度指令値θドットＲ_ref、θドットL_refは次の式（２０）および式（２１）で求められる。
【０１０２】
【数１９】
2013226387.tif 000021
【０１０３】
本発明の第３応用形態では、制御則３で第１演算則のフィードフォワード制御および第２演算則の積分項を用いたフィードバック制御を併せて実施する。つまり、式（１６）および式（１７）の右辺の第３項を省略する。これにより、右左の回転角速度指令値θドットＲ_ref、θドットL_refは次の式（２２）および式（２３）で求められる。
【０１０４】
【数２０】
2013226387.tif 000022
【０１０５】
本発明の第４応用形態では、制御則３で第１演算則のフィードフォワード制御および第３演算則の比例項を用いたフィードバック制御を併せて実施する。つまり、式（１６）および式（１７）の右辺の第４項を省略する。これにより、右左の回転角速度指令値θドットＲ_ref、θドットL_refは次の式（２４）および式（２５）で求められる。
【０１０６】
【数２１】
2013226387.tif 000023
【０１０７】
本発明の第５応用形態では、制御則３で第２演算則の積分項を用いたフィードバック制御および第３演算則の比例項を用いたフィードバック制御を併せて実施する。つまり、式（１６）および式（１７）の右辺の第５項を省略する。これにより、右左の回転角速度指令値θドットＲ_ref、θドットL_refは次の式（２６）および式（２７）で求められる。
【０１０８】
【数２２】
2013226387.tif 000024
【０１０９】
［実施例］
以下に述べる実施例により、実施形態で制御部２が実施する制御則３の効果を検証した。図７は、実施形態のパーソナルビークル制御装置で実施する制御則３の効果を説明するグラフであって、パーソナルビークル１がカント走行したときの走行距離と片流れ量（ずり落ち量）との関係を示している。本実施例においては、路面９０のロール角度αyを５度として（図５参照）、ビークル１の制御部２に操作部１４（ジョイスティック）から直進走行指令を出力してビークル１のカント走行を行った。つまり、カント走行中、操作部１４（ジョイスティック）を左右方向には動かさずに前方のみに傾斜させ、一定の直進速度指令値Ｖrefを保った。
【０１１０】
図７中に実線で示す実施例１のグラフは、本実施形態の第１〜第３演算則を含んだ制御則３により制御されている場合のビークル１のカント走行の結果である。実施例１のグラフでは、ビークル１が走行距離２．３ｍまで走行した時点で、片流れがほとんど発生していない。図７中に一点鎖線で示す実施例２のグラフは、第２および第３演算則を含んだ制御則３により制御されている場合のビークル１のカント走行の結果である。実施例２のグラフでは、ビークル１が走行距離２．３ｍまで走行した時点で、０．３ｍ弱の片流れ量が発生している。
【０１１１】
これに対して、図７中に二点鎖線で示す比較例１のグラフは、前記した式（１６）および式（１７）の第３項〜第５項まで省略したずり落ち抑制のための制御を行わない場合のビークル１のカント走行の結果である。比較例１のグラフでは、ビークル１が走行距離２．３ｍまで走行した時点で、０．４５ｍ程度の片流れ量が発生している。
【０１１２】
上記した実施例１と比較例１との対比から、第１〜第３演算則を含んだ制御則３を実施することにより、路面９０をカント走行するビークル１のずり落ちがきわめて良好に抑制される効果が立証された。また、実施例２と比較例１との対比から、第１演算則を省略し第２および第３演算則を含んだ制御則３でも、ビークル１のずり落ちが抑制される効果が立証された。
【０１１３】
このような実施形態や応用形態によると、制御則１により、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび／または左車輪１２Ｌの半径Ｒ_rが変化に応じて実指令値を補正できるため、ビークル１の車体走行速度が法定最高速度を超えないようにすることができる。また、制御則２により、右車輪１２Ｒの半径Ｒ_rおよび左車輪１２Ｌの半径Ｒ_lのアンバランスに応じて実指令値を補正できるため、ビークル１が平地を直進走行するときに車体走行速度や直進走行性を確保することができる。
【０１１４】
また、制御則３により、第１および第２演算則の少なくとも一方を実施し、更には適宜第３演算則を併用して右車輪および左車輪を駆動するための実指令値を適正に求めることができる。これにより、ビークル１がカント走行するとき、路面９０における車体１１のずり落ちが抑制され、車体１１の直進走行性が確保されたままカント走行することができる。詳しくは、差（ωref−ωgyaw）に基づく比例項を用いたフィードバック制御により、カント走行時の車体１１の旋回が徐々に抑制される。また、差（ωref−ωgyaw）の積分値θiに基づく積分項を用いたフィードバック制御により、一度ビークル１に発生した旋回角度のずれを元に戻すことができる。これにより、カント走行が長時間継続される場合であっても、ビークル１のずり落ちや旋回角度のずれが蓄積されることがなく、ビークル１の直進走行性が確保される。更に、ロール角度αｙに基づくフィードフォワード制御により、路面９０における車体１１のずり落ちが速やかに補正され、カント走行開始時などにおける直進走行性を向上させることができる。
【０１１５】
なお、本発明のパーソナルビークル制御装置は、上述した実施形態および第１〜第５応用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。
【０１１６】
例えば、本実施形態のパーソナルビークル制御装置は、制御部２が制御則１、制御則２、および制御則３の全てを実施しているが、制御則３のみを実施する形態、制御則１および制御則３を実施する形態、ならびに、制御則２および制御則３を実施する形態とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、電動式の車いす、個人用乗物等に代表されるパーソナルビークルに利用することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
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
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】
2013226387.tif 000025
【図２】
2013226387.tif 000026
【図３】
2013226387.tif 000027
【図４】
2013226387.tif 000028
【図５】
2013226387.tif 000029
【図６】
2013226387.tif 000030
【図７】
2013226387.tif 000031
【図８】
2013226387.tif 000032
【図９】
2013226387.tif 000033
【図１０】
2013226387.tif 000034
【図１１】
2013226387.tif 000035