(57)【要約】      （修正有）【課題】倒立二輪車におけるトルク不足に起因して車体の姿勢が不安定になることを回避する倒立二輪車の転倒回避方法を提供する。【解決手段】倒立二輪車の転倒回避方法は、車体に取り付けられた操作部からの指示を操作指示信号として出力する操作指示部と、車体の姿勢角を出力するジャイロセンサと、車体に取り付けられた車輪を駆動すると共に、回転軸に発生するトルクを示すトルク測定値及び前記回転軸の回転角度を示す回転角度値を出力するモータと、モータを駆動するモータ制御部と、モータ制御部に速度指令値と、トルク指令値と、回転角指令値との少なくとも１つを出力する車体制御部と、を有する倒立二輪車の転倒回避方法であって、モータ角速度が予め設定した転倒対策処理発動判定閾値を上回り、かつ、トルク測定値が予め設定した転倒対策処理発動閾値を下回ったことに応じて、車体の引き起こし量を多くする。【選択図】図３
2017074866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、
前記車体に取り付けられた操作部からの指示を操作指示信号として出力する操作指示部と、
前記車体の姿勢角を出力するジャイロセンサと、
前記車体に取り付けられた車輪を駆動すると共に、回転軸に発生するトルクを示すトルク測定値及び前記回転軸の回転角度を示す回転角度値を出力するモータと、
前記モータを駆動するモータ制御部と、
前記モータ制御部に前記モータの回転速度を指示する速度指令値と、前記モータのトルクを指示するトルク指令値と、前記モータの回転位置を指示する回転角指令値との少なくとも１つを出力する車体制御部と、を有する倒立二輪車の転倒回避方法であって、
前記回転角度値から算出されたモータ角速度が予め設定した転倒対策処理発動判定閾値を上回り、かつ、前記トルク測定値が予め設定した転倒対策処理発動閾値を下回ったことに応じて転倒対策処理を開始し、
前記転倒対策処理において、前記車体の引き起こし量を多くするように前記車体制御部から前記モータ制御部に指示を出力する倒立二輪車の転倒回避方法。
【請求項２】
前記転倒対策処理では、前記車体の目標速度を算出する速度抑制式を３次関数の式から１次関数の式に切り替えることで前記車体の引き起こし量を多くする請求項１に記載の倒立二輪車の転倒回避方法。
【請求項３】
前記転倒対策処理では、前記車体の目標速度を算出する速度抑制式を前記車体の速度が遅くなる方向にシフトさせることで前記車体の引き起こし量を多くする請求項１に記載の倒立二輪車の転倒回避方法。
【請求項４】
前記転倒対策処理では、前記車体の姿勢角の目標値となる目標姿勢角を前記ジャイロセンサから取得した実際の姿勢角よりも後傾する値とすることで前記車体の引き起こし量を多くする請求項１に記載の倒立二輪車の転倒回避方法。
【請求項５】
車体と、
前記車体に取り付けられた操作部からの指示を操作指示信号として出力する操作指示部と、
前記車体の姿勢角を出力するジャイロセンサと、
前記車体に取り付けられた車輪を駆動すると共に、回転軸に発生するトルクを示すトルク測定値及び前記回転軸の回転角度を示す回転角度値を出力するモータと、
前記モータを駆動するモータ制御部と、
前記モータ制御部に前記モータの回転速度を指示する速度指令値と、前記モータのトルクを指示するトルク指令値と、前記モータの回転位置を指示する回転角指令値との少なくとも１つを出力する車体制御部と、を有し、
前記車体制御部は、
前記回転角度値から算出されたモータ角速度が予め設定した転倒対策処理発動判定閾値を上回り、かつ、前記トルク測定値が予め設定した転倒対策処理発動閾値を下回ったことに応じて転倒対策処理を開始し、
前記転倒対策処理において、前記車体の引き起こし量を多くするように前記モータ制御部に指示を出力する倒立二輪車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は倒立二輪車の転倒回避方法及び倒立二輪車に関し、特に車輪を駆動するモータのトルク不足に起因する倒立二輪車の転倒回避方法及び倒立二輪車に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立二輪車では、車体が路面に対して鉛直方向に立ち上がる（つまり、姿勢角が０度）となるように速度に応じて車体の引き起こし量を制御しながら移動する。しかしながら、トルクが不足すると車体が転倒するおそれがある。そこで、トルク不足に対応した倒立二輪車の制御方法の一例が特許文献１に開示されている。
特許文献１には、制御変数に部分的に基づいて、該平衡個人用輸送車の動きを制御するコントローラを有する平衡個人用輸送車の動作を制御する方法が開示されている。特許文献１に記載の制御方法では（ａ）故障条件を検出するステップと、（ｂ）該制御変数の目標値を設定するステップと、（ｃ）該目標値の方向に特定の増分で該制御変数を調節するステップと、（ｄ）該制御変数が目標値に等しくなるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップとを包含する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１６２９９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の制御方法では、故障によるトルク減少には対応できるものの、正常状態でトルク不足が発生した場合、移動体本体上の搭乗者は不安定となり移動体上にとどまるのが難しくなる虞がある。これは、正常状態では故障条件が満たされないため制御変数を新たに設定した目標値まで調節する処理が働かないためである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる倒立二輪車の転倒回避方法の一態様は、車体と、前記車体に取り付けられた操作部からの指示を操作指示信号として出力する操作指示部と、前記車体の姿勢角を出力するジャイロセンサと、前記車体に取り付けられた車輪を駆動すると共に、回転軸に発生するトルクを示すトルク測定値及び前記回転軸の回転角度を示す回転角度値を出力するモータと、前記モータを駆動するモータ制御部と、前記モータ制御部に前記モータの回転速度を指示する速度指令値と、前記モータのトルクを指示するトルク指令値と、前記モータの回転位置を指示する回転角指令値との少なくとも１つを出力する車体制御部と、を有する倒立二輪車の転倒回避方法であって、前記回転角度値から算出されたモータ角速度が予め設定した転倒対策処理発動判定閾値を上回り、かつ、前記トルク測定値が予め設定した転倒対策処理発動閾値を下回ったことに応じて転倒対策処理を開始し、前記転倒対策処理において、前記車体の引き起こし量を多くするように前記車体制御部から前記モータ制御部に指示を出力する。
【０００６】
本発明にかかる倒立二輪車の転倒回避方法の一態様によれば、正常な状態であってもトルク不足により生じた車体の前傾を強制的な引き起こし量の増加により補正することができる。
【０００７】
本発明にかかる倒立二輪車の転倒回避方法の第１の別の態様は、前記転倒対策処理では、前記車体の目標速度を算出する速度抑制式を３次関数の式から１次関数の式に切り替えることで前記車体の引き起こし量を多くする。これにより、本発明にかかる倒立二輪車は、複雑な計算を行うことなく車体の引き起こし量を多くすることができる。
【０００８】
本発明にかかる倒立二輪車の転倒回避方法の第２の別の態様は、前記転倒対策処理では、前記車体の目標速度を算出する速度抑制式を前記車体の速度が遅くなる方向にシフトさせることで前記車体の引き起こし量を多くする。これにより、本発明にかかる倒立二輪車は、複数の式を準備することなく車体の引き起こし量を多くすることができる。
【０００９】
本発明にかかる倒立二輪車の転倒回避方法の第３の別の態様は、前記転倒対策処理では、前記車体の姿勢角の目標値となる目標姿勢角を前記ジャイロセンサから取得した実際の姿勢角よりも後傾する値とすることで前記車体の引き起こし量を多くする。これにより、本発明にかかる倒立二輪車は、速度抑制式を変更することなく車体の引き起こし量を多くすることができる。
【００１０】
本発明にかかる倒立二輪車の一態様は、車体と、前記車体に取り付けられた操作部からの指示を操作指示信号として出力する操作指示部と、前記車体の姿勢角を出力するジャイロセンサと、前記車体に取り付けられた車輪を駆動すると共に、回転軸に発生するトルクを示すトルク測定値及び前記回転軸の回転角度を示す回転角度値を出力するモータと、前記モータを駆動するモータ制御部と、前記モータ制御部に前記モータの回転速度を指示する速度指令値と、前記モータのトルクを指示するトルク指令値と、前記モータの回転位置を指示する回転角指令値との少なくとも１つを出力する車体制御部と、を有し、前記車体制御部は、前記回転角度値から算出されたモータ角速度が予め設定した転倒対策処理発動判定閾値を上回り、かつ、前記トルク測定値が予め設定した転倒対策処理発動閾値を下回ったことに応じて転倒対策処理を開始し、前記転倒対策処理において、前記車体の引き起こし量を多くするように前記モータ制御部に指示を出力する。
【００１１】
本発明にかかる倒立二輪車の一態様によれば、正常な状態であってもトルク不足により生じた車体の前傾を強制的な引き起こし量の増加により補正することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる倒立二輪車の転倒回避方法及び倒立二輪車は、故障に起因しないモータトルクの不足に起因して車体が不安定になることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる倒立二輪車のブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる倒立二輪車における転倒回避処理の概要を説明する図である。
【図３】実施の形態１にかかる倒立二輪車における転倒回避処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１にかかる転倒対策処理で用いられる転倒対策処理発動判定閾値及び転倒対策処理発動閾値を説明する図である。
【図５】実施の形態１にかかる倒立二輪車における転倒対策処理を説明するグラフである。
【図６】実施の形態２にかかる倒立二輪車における転倒対策処理を説明するグラフである。
【図７】実施の形態３にかかる倒立二輪車における転倒対策処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１５】
まず、図１に実施の形態１にかかる倒立二輪車１のブロック図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる倒立二輪車１は、操縦指示部１０、車体制御部１１、ジャイロセンサ１２、モータ制御部１３、モータ１４、車輪１５を有する。また、モータ制御部１３は、右車輪モータ制御部１３ａ、左車輪モータ制御部１３ｂを含む。モータ１４は、右車輪モータ１４ａ、左車輪モータ１４ｂを含む。車輪１５は、右車輪１５ａ、左車輪１５ｂを含む。また、図１では図示を省略したが、これら構成要素は、車体に取り付けられているものである。
【００１６】
操縦指示部１０は、車体に取り付けられた操作部（例えば、搭乗者による荷重変化を検出する荷重センサ）からの指示を操作指示信号として出力する。この操作指示信号は、例えば、車体の加速、減速、旋回を指示するものである。
【００１７】
車体制御部１１は、例えば、ＣＰＵ等のプログラムを実行可能な演算装置であって、実行するプログラムに応じて倒立二輪車１が動作するための各種処理を行う。図１では、車体制御部１１において転倒対策処理を行うプログラムが実行されていることを明示するために転倒対策処理部を示した。このプログラムは、プログラムモジュールのような形で複数のプログラムの１つとして車体制御部１１で実行されるプログラム群に組み込まれる。
【００１８】
上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００１９】
車体制御部１１は、モータ制御部１３にモータ１４の回転速度を指示する速度指令値ＮｃＲ、ＮｃＬと、モータ１４のトルクを指示するトルク指令値ＴｃＲ、ＴｃＬと、モータ１４の回転位置を指示する回転角指令値ＲｃＲ、ＲｃＬとの少なくとも１つを出力する。なお、車体制御部１１がいずれの指令値を出力するかは、倒立二輪車１をどのように移動させるかによって切り替えられるものである。
【００２０】
また、車体制御部１１は、転倒対策処理部を有する。この転倒対策処理部は、モータ１４が出力する回転角度値ＲｍＲ、ＲｍＬから算出されたモータ角速度が予め設定した転倒対策処理発動判定閾値を上回り、かつ、トルク測定値ＴｍＲ、ＴｍＬが予め設定した転倒対策処理発動閾値を下回ったことに応じて転倒対策処理を開始する。そして、転倒対策処理部は、この転倒対策処理において、車体の引き起こし量を多くするようにモータ制御部１３に指示を出力する。
【００２１】
ジャイロセンサ１２は、車体の姿勢角を検出して検出した姿勢角の情報を姿勢角値Ａｍとして出力する。モータ制御部１３は、車体制御部１１が出力する速度指令値、トルク指令値及び回転角指令値のいずれかに基づいてモータ１４を駆動する駆動信号を出力する。モータ１４は、モータ制御部１３が出力する駆動信号に基づき、車体に取り付けられた車輪１５を駆動する。また、モータ１４は、モータ１４の回転軸に発生するトルクを示すトルク測定値（例えば、右車輪トルク測定値ＴｍＲ及び左車輪トルク測定値ＴｍＬ）及び回転軸の回転角度を示す回転角度値（例えば、回転角度値ＲｍＲ及び回転角度値ＲｍＬ）を出力する。
【００２２】
実施の形態１にかかる倒立二輪車１では、車体制御部１１の転倒対策処理を実施することで倒立二輪車１の転倒を回避する。そこで、この転倒対策処理について以下で詳細に説明する。まず、図２に実施の形態１にかかる倒立二輪車における転倒回避処理の概要を説明する図を示す。
【００２３】
図２に示すように、実施の形態１における転倒回避処理を行わない場合、坂道等で等速の移動であっても多くのトルクを有する状態で急加速を行うとトルク不足に起因して、車体が前傾姿勢となる。そして、その状態が続くと車体の前傾が大きくなり倒立二輪車１の搭乗者が車体上にとどまることが出来なくなる虞がある。
【００２４】
一方、実施の形態１における転倒回避処理を行った場合、転倒回避処理を行わない場合と同様に坂道等で急加速を行うとトルク不足に起因して、車体が前傾姿勢となる。このとき、実施の形態１における転倒回避処理では、モータ角速度及びモータ１４のトルク測定値からこの車体の前傾状態を検出して、車体の引き起こし量を多くする。
【００２５】
続いて、実施の形態１にかかる倒立二輪車１における転倒回避処理の流れについて詳細に説明する。図３に実施の形態１にかかる倒立二輪車における転倒回避処理の流れを説明するフローチャートを示す。図３に示したフローチャートは、１回の転倒回避処理を示すものであり、実施の形態１にかかる倒立二輪車１では、このフローチャートで示す処理を周期的に実行する。また、図３に示すフローチャートに示す処理は、車体制御部１１内の転倒対策処理部が実施する処理である。
【００２６】
図３に示すように、実施の形態１にかかる転倒回避処理では、まず、モータ１４が出力する回転角度値に基づき車体制御部１１が算出するモータ角速度が予め設定した転倒対策処理発動判定閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。このステップＳ１において、モータ角速度が転倒対策処理発動判定閾値以下であると判断された場合、転倒対策処理部は処理を終了する。一方、ステップＳ１において、モータ角速度が転倒対策処理発動判定閾値よりも大きいと判断された場合、転倒対策処理部はステップＳ２の処理を実施する。
【００２７】
ステップＳ２では、モータ１４が出力するトルク測定値が予め転倒対策処理発動閾値よりも小さいか否かを判定する。このステップＳ２において、トルク測定値が転倒対策処理発動閾値以上であると判断された場合、転倒対策処理部は処理を終了する。一方、ステップＳ２において、トルク測定値が転倒対策処理発動閾値よりも小さい判断された場合、転倒対策処理部はステップＳ３の転倒対策処理を実施する。そして、ステップＳ３の転倒対策処理が完了すると転倒対策処理部は処理を終了する。
【００２８】
ここで、転倒対策処理発動判定閾値及び転倒対策処理発動閾値について説明する。そこで、図４に実施の形態１にかかる転倒対策処理で用いられる転倒対策処理発動判定閾値及び転倒対策処理発動閾値を説明する図を示す。図４に示すグラフは、トルクが充足している状態のトルク−速度曲線とトルクが不足しているときのトルク−速度曲線とを比較したものである。また、図４に示すグラフでは、横軸を速度に対応するモータ角速度とし、縦軸をトルクとした。
【００２９】
図４に示すように、トルクが不足している場合、速度に対して十分な大きさのトルクを得ることができない。そして、転倒対策処理発動判定閾値は、倒立二輪車１が移動するために十分な速度に対応するモータ角速度に対応する値に設定する。また、転倒対策発動閾値は、坂道等の高いトルクを要する状況に十分に対応できるトルク値を速度毎に設定する。
【００３０】
続いて、ステップＳ３の転倒対策処理の具体例について説明する。実施の形態１にかかる倒立二輪車１では、速度制御を行うに当たり、速度に対する引き起こし量を算出し、速度に応じた車体の前傾状態を補正しながら倒立二輪車１を移動させる。実施の形態１にかかる倒立二輪車１は、この速度に対応した引き起こし量の算出に３次関数に基づき目標速度を決定する第１の速度抑制式と、１次関数に基づき目標速度を決定する第２の速度抑制式と、を用いる。
【００３１】
そこで、図５に実施の形態１にかかる倒立二輪車における転倒対策処理を説明するグラフを示す。図５に示すように、実施の形態１にかかる倒立二輪車１では、転倒対策処理を行わない場合、３次関数の第１の速度抑制式に基づき引き起こし量を決定する。また、第１の速度抑制式及び第２の速度抑制式のいずれを利用しても速度が速くなるにつれて引き起こし量が大きくなるが、引き起こし量の大きさは第２の速度抑制式を用いた場合の方が大きくなる。そして、実施の形態１にかかる倒立二輪車１は、転倒対策処理を実施する場合、引き起こし量を算出する速度抑制式を１次関数の第２の速度抑制式に切り替える。これにより、実施の形態１にかかる倒立二輪車１では同じ速度であっても引き起こし量が大きくなる。なお、実施の形態１にかかる倒立二輪車１では、車体が後傾する方向に引き起こし量を大きくする。
【００３２】
上記説明より、実施の形態１にかかる倒立二輪車１では、車体の転倒が予測されるモータ角速度とトルク測定値となった場合に、車体の引き起こし量を大きくする。これにより、実施の形態１にかかる倒立二輪車１は車体の安定性を向上させることができる。
【００３３】
また、実施の形態１にかかる倒立二輪車１では、引き起こし量の変更を引き起こし量を決定する速度抑制式を切り替えることで行う。これにより、実施の形態１にかかる倒立二輪車１は、複雑な計算を行うことなく車体の引き起こし量を多くすることができる。
【００３４】
実施の形態２
実施の形態２では、図３で示したステップＳ３の転倒対策処理の別の形態について説明する。そこで、図６に実施の形態２にかかる倒立二輪車における転倒対策処理を説明するグラフを示す。
【００３５】
図６に示すように、実施の形態２にかかる転倒対策処理では、３次関数の速度抑制式のみを用いる。そして、実施の形態２にかかる転倒対策処理では、この３次関数の速度抑制式を車体の速度が遅くなる方向にシフトさせることで前記車体の引き起こし量を多くする。
【００３６】
上記説明より、実施の形態２にかかる転倒対策処理では、１つの速度抑制式を準備するのみで引き起こし量を増加させる。つまり、実施の形態２にかかる転倒対策処理では、複数の式を準備することなく車体の引き起こし量を多くすることができる。
【００３７】
実施の形態３
実施の形態３では、図３で示したステップＳ３の転倒対策処理の別の形態について説明する。そこで、図７に実施の形態３にかかる倒立二輪車における転倒対策処理を説明する図を示す。
【００３８】
図７に示すように、実施の形態３にかかる転倒対策処理では、速度抑制式の切り替えは行わずに、トルク不足が検出された場合には、トルク充足時よりも目標姿勢角を大きくする。つまり、実施の形態３にかかる転倒対策処理では、車体の姿勢角の目標値となる目標姿勢角をジャイロセンサ１２から取得した実際の姿勢角値Ａｍよりも後傾する値とすることで車体の引き起こし量を多くする
【００３９】
上記説明より、実施の形態３にかかる転倒対策処理では、速度抑制式を変更することなく車体の引き起こし量を多くする。これにより、実施の形態３にかかる転倒対策処理では、転倒対策処理に要する計算量を削減することができる。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
１  倒立二輪車
１０  操縦指示部
１１  車体制御部
１２  ジャイロセンサ
１３  モータ制御部
１３ａ  右車輪モータ制御部
１３ｂ  左車輪モータ制御部
１４  モータ
１４ａ  右車輪モータ
１４ｂ  左車輪モータ
１５  車輪
１５ａ  右車輪
１５ｂ  左車輪
Ｔｃ  トルク指令値
Ｎｃ  速度指令値
Ｒｃ  回転角指令値
Ｔｍ  トルク測定値
Ｒｍ  回転角度値
【図１】
2017074866.tif 000003
【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】
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