(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動手段を有する制御対象の挙動を、前記駆動手段を個別に制御することによって、制御可能な駆動制御装置であって、
前記複数の駆動手段の各々の駆動を制御する駆動制御手段と、
操舵手段の操舵状態に基づいて、前記制御対象の目的方向を演算する方向演算手段と、
前記制御対象の方向が前記目的方向に制御されるように、前記複数の駆動手段の間で駆動特性差が出るように、前記複数の駆動手段のそれぞれに駆動特性を設定する駆動特性差設定手段と、
前記各駆動手段の駆動状態を検出する駆動状態検出手段と、
を備え、
前記駆動制御手段は、前記操舵状態の際に、前記複数の駆動手段に前記駆動特性差が生じるように、前記各駆動手段をフィードバック制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記複数の駆動手段のそれぞれに対して、
基準周波数信号を出力する第１の回路と、
前記駆動特性差に基づいて第１の分周比を決定し、前記駆動状態検出手段で検出された駆動状態に対応する検出周波数信号を前記決定した第１の分周比で分周する第２の回路と、
前記第１の回路から出力された基準周波数信号と前記第２の回路から出力された基準周波数信号との位相差を検出する第３の回路と、
前記第３の回路から出力された前記位相差に基づいて、前記各駆動手段を駆動する第４の回路と、を備えてなる、
駆動制御装置。
【請求項２】
前記第１の回路は、基本発信周波数信号を第２の分周比で分周して、前記基本周波数信号を発生する、請求項１記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記制御対象の指示速度を設定する速度設定手段を備え、
前記第２の回路は前記第２の分周比を前記指示速度に対応させて設定する、請求項２記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記駆動特性差設定手段は、前記駆動状態検出手段で検出された前記駆動状態と前記操舵状態とに基づいて、前記制御対象の最適な曲率半径を設定し、当該最適な曲率半径に基づいて前記駆動特性差を設定する、請求項１記載の駆動制御装置。
【請求項５】
前記制御対象が車両であり、前記駆動手段が前記車両の車輪を駆動する電動モータであり、前記駆動特性が前記電動モータの回転速度である、請求項１記載の駆動制御装置。
【請求項６】
前記車両は、非操舵、非駆動で前記車両の方向に追従して回転し、当該車両を路面に対して支持する補助輪を備え、
前記車両の走行時に当該補助輪を路面に対して浮上させる浮上状態を維持する浮上制御手段を備える、請求項５記載の駆動制御装置。
【請求項７】
複数の駆動手段と、前記複数の駆動手段を制御する駆動制御装置と、を有する車両において、
前記駆動制御装置は、
前記複数の駆動手段の各々の駆動を制御する駆動制御手段と、
操舵手段の操舵状態に基づいて、前記制御対象の目的方向を演算する方向演算手段と、
前記制御対象の方向が前記目的方向に制御されるように、前記複数の駆動手段の間で駆動特性差が出るように、前記複数の駆動手段のそれぞれに駆動特性を設定する駆動特性差設定手段と、
前記各駆動手段の駆動状態を検出する駆動状態検出手段と、
を備え、
前記駆動制御手段は、前記操舵状態の際に、前記複数の駆動手段に前記駆動特性差が生じるように、前記各駆動手段をフィードバック制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記複数の駆動手段のそれぞれに対して、
基準周波数信号を出力する第１の回路と、
前記駆動特性差に基づいて第１の分周比を決定し、前記駆動状態検出手段で検出された駆動状態に対応する検出周波数信号を前記決定した第１の分周比で分周する第２の回路と、
前記第１の回路から出力された基準周波数信号と前記第２の回路から出力された基準周波数信号との位相差を検出する第３の回路と、
前記第３の回路から出力された前記位相差に基づいて、前記各駆動手段を駆動する第４の回路と、を備えてなる、
車両。
【請求項８】
複数の駆動手段を有する制御対象の挙動を、前記駆動手段を個別に制御することによって、制御可能にする駆動制御方法であって、
前記複数の駆動手段の各々の駆動を制御する第１のステップと、
操舵手段の操舵状態に基づいて、前記制御対象の目的方向を演算する第２のステップと、
前記制御対象の方向が前記目的方向に制御されるように、前記複数の駆動手段の間で駆動特性差が出るように、前記複数の駆動手段のそれぞれに駆動特性を設定する第３のステップと、
前記各駆動手段の駆動状態を検出する第４のステップと、
を備え、
前記第１のステップは、前記操舵状態の際に、前記複数の駆動手段に前記駆動特性差が生じるように、前記各駆動手段をフィードバック制御する第５のステップを有するものであり、
当該第５のステップは、前記複数の駆動手段のそれぞれに対して、
基準周波数信号を出力し、
前記駆動特性差に基づいて第１の分周比を決定し、
前記第４のステップで検出された駆動状態に対応する検出周波数信号を前記決定した第１の分周比で分周し、
前記出力された基準周波数信号と前記第２の回路から出力された基準周波数信号との位相差を検出し、
前記検出された前記位相差に基づいて、前記各駆動手段を駆動する、
駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、複数の駆動手段を有する制御対象の動作方向を、駆動機構を個別に制御することによって、変更可能な方向制御装置に係わり、例えば、２輪駆動であり、かつこの駆動輪の回転差に基づいて車両の走行方向を変更可能な電動車両の方向制御装置に関するものである。なお、この種の電動車両として、例えば、電動車椅子、電動カート、電気自動車、ソーラーカーがある。本発明は、その他、建設機械、福祉器具、ロボット制御、玩具、雲台、光学電動制御（カメラ、プロジェクター）に適用されることができる。
【０００２】
【背景技術】
電動カートや電気自動車等の電動車においては、駆動輪を駆動するための電動モータの回転速度を制御することによって、車両速度が調整される。現状の電動モータ駆動の車両では、速度設定を行う場合、アクセルペダル、或いはスロットルレバーを操作し、その操作量に基づいて加速度が設定され、所望の速度に達した時点で、アクセルベダルを所定レベルにまで戻して速度を維持するように構成されている。
【０００３】
一方、車両を操舵する場合、乗員がステアリングを操作することが一般的である。従来この種の電動車両としての電動カートや電動車椅子を例にとると、操舵方式として、ハンドル又はレバーを所定方向に向けて前輪を操舵することによって車両の走行方向を変更するタイプと、左右の後輪に回転差を与えて車両の走行方向を変更するタイプのものがある。
【０００４】
【発明の開示】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前輪操舵方式の車両では、前輪を操舵するための構造が必要となり、また、左右後輪の回転差による操舵方式の車両では、乗員が左右の後輪に妥当な回転差を車両の方向を変えようとする都度与えなければならない不便さがある。
【０００６】
本発明は、前輪を操舵可能にするための構造が必要でなく、かつ、乗員がハンドルやレバー等の操舵装置を所望の方向に変更するだけで左右の駆動輪に回転差が与えられ、この結果、所望の方向に車両の向きを変更可能な制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、左右の駆動輪の前記駆動制御を迅速かつ確実に実現可能な制御技術を提供することである。本発明の他の目的は、操舵装置として円形ハンドル（操舵輪）を適用可能な制御装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、前輪を補助輪とした電動車両において、電動車両の走行時に前記補助輪を浮上させた走行を可能にする制御機構を前記方向制御装置に付加した制御技術を提供することである。本発明のさらに他の目的は、前記制御装置を備えた電動車両を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、複数の駆動手段を有する制御対象の挙動を、前記駆動手段を個別に制御することによって、制御可能な駆動制御装置であって、前記複数の駆動手段の各々の駆動を制御する駆動制御手段と、操舵手段の操舵状態に基づいて、前記制御対象の目的方向を演算する方向演算手段と、前記制御対象の方向が前記目的方向に制御されるように、前記複数の駆動手段の間で駆動特性差が出るように、前記複数の駆動手段のそれぞれに駆動特性を設定する駆動特性差設定手段と、前記各駆動手段の駆動特性の状態を検出する駆動状態検出手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記操舵状態の際に、前記複数の駆動手段に前記駆動特性差が生じるように、前記各駆動手段をフィードバック制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記複数の駆動手段のそれぞれに対して、基準周波数信号を出力する第１の回路と、前記駆動特性差に基づいて第１の分周比を決定し、前記駆動状態検出手段で検出された駆動特性の状態に対応する検出周波数信号を前記決定した第１の分周比で分周する第２の回路と、前記第１の回路から出力された基準周波数信号と前記第２の回路から出力された基準周波数信号との位相差を検出する第３の回路と、前記第３の回路から出力された前記位相差に基づいて、前記各駆動手段を駆動する第４の回路と、を備えてなる、ことを特徴とするものである。
【０００９】
前記第２の回路は、前記駆動特性差設定手段で設定された駆動特性と前記駆動特性検出手段で検出された駆動特性との差に基づいて前記第１の分周比を決定し、当該検出された駆動特性に対応する検出周波数信号を前記決定された第１の分周比で分周する。
【００１０】
前記第１の回路は、基本発信周波数信号を第２の分周比で分周して、前記基本周波数信号を発生する。
【００１１】
前記駆動制御装置は、前記制御対象の指示速度を設定する速度設定手段を備え、前記第２の回路は前記第２の分周比を前記指示速度に対応させて設定する、。
【００１２】
前記駆動特性差設定手段は、前記駆動状態検出手段で検出された前記駆動特性の状態と前記操舵状態とに基づいて、前記制御対象の最適な曲率半径を設定し、当該最適な曲率半径に基づいて前記駆動特性差を設定する。
【００１３】
前記制御対象が車両であり、前記駆動手段が前記車両の車輪を駆動する電動モータであり、前記駆動特性が前記電動モータの回転速度である。
【００１４】
前記車両は、非操舵、非駆動で前記車両の方向に追従して回転し、当該車両を路面に対して支持する補助輪を備え、前記車両の走行時に当該補助輪を路面に対して浮上させる浮上状態を維持する浮上制御手段を備える。
【００１５】
本発明はさらに、複数の駆動手段と、前記複数の駆動手段を制御する駆動制御装置と、を有する車両において、前記駆動制御装置は、前記複数の駆動手段の各々の駆動を制御する駆動制御手段と、操舵手段の操舵状態に基づいて、前記制御対象の目的方向を演算する方向演算手段と、前記制御対象の方向が前記目的方向に制御されるように、前記複数の駆動手段の間で駆動特性差が出るように、前記複数の駆動手段のそれぞれに駆動特性を設定する駆動特性差設定手段と、前記各駆動手段の駆動特性の状態を検出する駆動状態検出手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記操舵状態の際に、前記複数の駆動手段に前記駆動特性差が生じるように、前記各駆動手段をフィードバック制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記複数の駆動手段のそれぞれに対して、基準周波数信号を出力する第１の回路と、前記駆動特性差に基づいて第１の分周比を決定し、前記駆動状態検出手段で検出された駆動特性の状態に対応する検出周波数信号を前記決定した第１の分周比で分周する第２の回路と、前記第１の回路から出力された基準周波数信号と前記第２の回路から出力された基準周波数信号との位相差を検出する第３の回路と、前記第３の回路から出力された前記位相差に基づいて、前記各駆動手段を駆動する第４の回路と、を備えてなる、ことを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、複数の駆動手段を有する制御対象の挙動を、前記駆動手段を個別に制御することによって、制御可能にする駆動制御方法であって、  前記複数の駆動手段の各々の駆動を制御する第１のステップと、操舵手段の操舵状態に基づいて、前記制御対象の目的方向を演算する第２のステップと、前記制御対象の方向が前記目的方向に制御されるように、前記複数の駆動手段の間で駆動特性差が出るように、前記複数の駆動手段のそれぞれに駆動特性を設定する第３のステップと、前記各駆動手段の駆動特性の状態を検出する第４のステップと、を備え、前記第１のステップは、前記操舵状態の際に、前記複数の駆動手段に前記駆動特性差が生じるように、前記各駆動手段をフィードバック制御する第５のステップを有するものであり、当該題のステップは、前記複数の駆動手段のそれぞれに対して、基準周波数信号を出力し、前記駆動特性差に基づいて第１の分周比を決定し、前記駆動状態検出手段で検出された駆動特性の状態に対応する検出周波数信号を前記決定した第１の分周比で分周し、前記出力された基準周波数信号と前記第２の回路から出力された基準周波数信号との位相差を検出し、前記検出された前記位相差に基づいて、前記各駆動手段を駆動する、ことを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、前輪を操舵可能にするための構造が必要でなく、かつ、乗員がハンドルやレバー等の操舵装置を所望の方向に変更するだけで各駆動手段に駆動特性差が与えられ、この結果、所望の方向に車両等の制御対象の向きを変更可能な制御装置を提供することができる。
【００１８】
本発明はさらに、各駆動軸の駆動制御を迅速かつ確実に実現して制御対象の方向を制御可能する制御装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明は、操舵装置として操舵輪を適用可能な制御装置を提供することができる。
【００２０】
本発明は、前輪を補助輪とした電動車両において、電動車両の走行時に補助輪を浮上させた走行を可能にする制御機構を前記方向制御装置に付加した制御技術を提供することができる。本発明はさらに、前記方向制御装置を備えた電動車両を提供することができる。
【００２１】
【発明を実施するための好適な形態】
図１には、本発明の方向制御装置の一例を備えた電動車両１０が示されている。この車両１０は、電動モータ（後述するパルスモータ１２）で左右の各後輪１６Ｂを駆動する。車体１４には、前後に各２個、合計４個の車輪が設けられている。１６Ａは二つの前輪であり、１６Ｂは二つの後輪である。この４個の車輪１６により車両１０を路面に対して支えている。
【００２２】
前輪１６Ａは、車両の走行方向に応じて自由に方向が変わる、所謂キャスタタイプのものであり、かつ非駆動輪である。この前輪１６Ａには操舵装置（ハンドル）によっては操舵されず、車両の移動方向、回転方向に追従するものである。車両の操舵は、後述のように、駆動輪である左右の後輪１６Ｂに回転差を与えることにより達成される。
【００２３】
前輪１６Ａは車両の前側を支え、かつ既述のように、車両の走行方向に追従して前後左右に回転する。また、左右の後輪が互いに逆方向に回転する場合においても、前輪１６Ａは車両の前後方向に対してほぼ横向きとなり、車両１０の回転移動を妨げないようになっている。この前輪１６Ａの近傍には、車両の回転角を検出するための角度エンコーダ１７とジャイロセンサ１９とが設けられている。
【００２４】
左右の後輪１６Ｂのそれぞれはモータ駆動部２０に接続されている。これらのモータ駆動部２０は速度・操舵制御部２２に制御的に接続されている。左右それぞれのモータ駆動部２０は、速度・操舵制御部２２からの制御信号を受けて駆動輪を回転させる。駆動輪の回転速度等の回転状態が制御される。回転状態にある各駆動輪に回転差が与えられる。
【００２５】
モータ駆動部２０は、回転駆動手段としての電動モータであるパルスモータ１２と、このパルスモータ１２の駆動を制御する駆動制御部２４、パルスモータ１２の駆動力を車軸１６Ｂに伝達する伝達機構部２６とを備えて構成されており、前記速度・操舵制御部２２からの指示・制御信号に基づいて、駆動制御部２４は、ある制御特性の下でパルスモータ１２を駆動させて、左右の後輪１６Ｂを別個に転動させる。
【００２６】
なお、左右の後輪１６Ｂを同一回転数・回転速度で回転させると、車両は前進又は後進し、また、左右の後輪に回転数差・回転速度差を与えると、この差分に対応して車両は右方向或いは左方向に転回、或いは回転し、また、左右の後輪を逆方向に回転させると車両は自転する挙動を示す。したがって、左右の後輪に回転差を与えることにより、乗員は車両を操舵することができる。
【００２７】
図２には、速度・操舵制御部２２が行う制御動作に対応する制御ブロック構成が示されている。前記速度・操舵制御部２２は、左右の後輪のそれぞれの駆動制御部２４に、車両の走行／操舵のために、必要な駆動輪制御信号を与える。次に、車両の速度制御について説明する。なお、既述の駆動制御部２４は左右後輪のそれぞれについて存在するが、右輪のものと左輪のものとは同じである。したがって、一方の制御部について説明し他方の説明を省略する。
【００２８】
駆動制御部２４は、位相制御方式であるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）制御回路２２Ａを備えている。基準速度設定部２８は、水晶発振器３０からの周波数信号を、車両の指示速度（後述の速度指示部８０にて指示される。）に対応したＭ値で分周して基準周波数信号Ｍを出力する構造を備えている。基準周波数信号Ｍは位相比較部３２に入力される。
【００２９】
位相比較部３２には、指示速度に対応する周波数信号Ｎが指定速度設定部３４から入力されており、位相比較部３２は周波数信号Ｍと周波数信号Ｎとを比較して、両者の位相差を位相差信号としてＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６に出力する。ＬＰＦ３６は、位相差信号を積分してノイズ等の高周波成分を除去して得た制御電圧信号をＶＣＯ（電圧制御発振回路）３８に出力する。
【００３０】
ＶＣＯ３８よりのクロック信号は前記駆動部２４の前記パルスモータ１２を駆動するためにパルスモータドライバ４０へ送出される。したがって、パルスモータドライバ４０は、位相比較部３２の位相差信号に基づいてパルスモータ１２を駆動制御する。
【００３１】
パルスモータ１２には、回転スピードエンコーダ４２が設けられている。このスピードエンコーダ４２は各後輪の回転に対応してパルス信号を出力する。このエンコード信号は、実測値設定部４４において後輪駆動用モータの周波数信号Ｓとして設定される。
【００３２】
この周波数信号Ｓは比較部４６に入力される。比較部４６においては、分配部７４にて左右の各後輪毎に分配された、各後輪の指示回転速度に対応する周波数信号と前記実測周波数信号Ｓとが比較されて両者の差が演算され、分配部７４は、各後輪ごとに回転を増速するべきか、減速するべきか、さらには、どの程度の加速度で回転を増速又は減速するかを判断してＮ値を決定して、これを各駆動輪の比較部４６に分配する。比較部４６或いは指定速度設定部３４は、前記周波数信号ＳをＮ分周してこれを指定速度周波数信号として、これを指定速度設定部３４に設定する。指定速度周波数信号Ｎは指定速度設定部３４から前記位相比較部３２に出力される。
【００３３】
したがって、周波数信号Ｍと周波数信号Ｎとの位相とが一致するような制御が既述のとおり実行されることにより、車両の速度が指示速度に収束制御されるように各後輪の回転が制御される。既述の制御構成によれば、後輪の回転速度の制御がＰＬＬ制御方式によって簡単かつ迅速に行われる。
【００３４】
なお、車両の制動時には、左右のパルスモータを図示しない電源から切り離し、モータを発電機として運転させ、発電電力を蓄電池に供給するようにする。また、車両の急制動時には、係るモータ発電の他に、電磁ブレーキ等の専用ブレーキ手段を使用することができる。緩い制動或いは非加速状態ではモータ発電を利用し、急制動の場合にはこれに加えて専用ブレーキ手段を利用すれば良い。
【００３５】
車両１０の走行方向を変更するためには、左右の後輪１６Ｂに回転差が与えられる。前輪１６Ａは、既述のようにキャスタであるため、左右の後輪１６Ｂの回転差に応じて車両１０の走行方向が変化される。速度・操舵制御部２２では、左右の後輪１６Ｂに対して独立して設けられた駆動制御部２４に、左右の後輪に回転差を与えながら、指示された車両の走行速度になるように、各駆動輪に回転速度を与える制御を実行する。
【００３６】
速度・操舵制御部２２は、車両１０の旋回時の曲率半径を設定する曲率設定部７６と、センサからの検出値から車両の実際の旋回方向を演算する旋回方向演算部７８と、を備えている。曲率設定部７６には、車両のインストルメントパネル５０（図３参照）に設けられた速度指示部８０からの指示速度が入力されると共に、方向指示部８２からの指示方向が入力されるようになっている。
【００３７】
また、この曲率設定部７６には、スピードエンコーダ４２から実際の速度が入力される。これにより、曲率設定部７６では、指定された旋回方向、指示された車両速度（駆動輪の回転速度）と、現実の速度とから、最適な曲率を演算して求め、この結果を分配部７４へ送出する。すなわち、低速であれば急旋回しても良く、高速走行時は曲率半径を大きくする。
【００３８】
一方、旋回方向演算部７８には、車両１０に設けられた角度エンコーダ１７とジャイロセンサ１９からの信号が入力されるようになっており、例えば、直進時の方角を基準とした場合の車両の旋回角度が演算されて、前記分配部７４へ出力するようになっている。分配部７４では、指定の方向と実際の方向との差分、指示速度に基づいて各後輪１６Ｂを駆動するための指定値Ｎが各駆動輪の駆動制御部２４に分配・送出される。
【００３９】
図３には、車両１０の乗員が乗車する運転席に設けられたインストルメントパネル５０の模式図が示されている。このインストルメントパネル５０には、イグニションキーシリンダ５２が設けられており、乗員はこのイグニッションキーシリンダ５２に図示しないキーを挿入し、オン位置へキーを回すことで、駆動系の制御動作が可能となる。
【００４０】
また、インストルメントパネル５０には、指示速度を表示する指示速度表示部５４（速度指示部８０）と、現在の速度を表示する現在速度表示部５６と、が設けられ、乗員は指示速度表示部５４に表示される指示速度と、現在速度表示部５６に表示される現在速度とを目視で比較することができる。なお、図３では、それぞれの表示部５４、５６を７セグメント表示としたが、ドットマトリクス表示や、アナログ表示であってもよい。
【００４１】
この指示速度表示部５４と現在速度表示部５６との間には、車両の走行方向を表示する表示部８４が設けられている。この走行方向表示部８４は、矢印８８が標記された回転円盤８６を備え、この円板部８６の周囲には車両の回転量を指標する指標部９０が設けられている。車両を転舵して走行方向を変更すると、その方向に矢印８８が向くように円盤８６が回転し、車両が指定された方向に向くに従って、円盤の矢印は直進方向の位置に戻るように（図３の表示位置）回転する。
【００４２】
さらに、このインストルメントパネル５０には、速度と旋回方向を指定する速度・旋回方向指示操作桿４８が設けられている。この操作桿４８はパネルからほぼ直角に突出しており、前後左右の任意の方向い所定角度傾倒させることができるようになっている（図３の鎖線参照）。また、図示しない付勢手段の付勢力で、乗員が手を離すと、図３の実線のようにほぼ直角に立設した状態に戻る構造となっている。
【００４３】
この操作桿９２を傾ける方向によって車両速度指示と車両旋回方向の指示が個別にできるようになっており、前後に傾倒させることで、指示速度の増減が行われる。すなわち、例えば、前側に倒している間は、速度指示値が増加し、操作桿９２を離した時点で速度指示値が確定する。後ろ側に操作桿を倒すと速度指示値は減少する。操作桿９２を左又は右に傾倒させることで、車両の走行方向の指定、即ち、操舵が可能となる。例えば、右に倒すと前記円盤８６が、所定の速度で図３の時計回りに回転し続け、操作桿９２を離した時点で車両の指示回転角度が確定する。左に倒すとその逆である。
【００４４】
左右の各駆動後輪１６Ｂを速度制御することによって、駆動輪間に回転差が生じ車両が旋回し始める。次いで、前記円盤８６は徐々に車両直進状態の位置向けて戻ろうとし、円盤の位置が図３に示した状態となると車両の旋回は終了する。
【００４５】
また、操作桿９２の近傍には、停止キー６２が設けられている。停止キーは、指示速度を瞬時に０にするものであり、通常の停止動作をこの停止キーを押下することにより行えば、車両は急制動と成らない範囲で最適な加速度（マイナス）で減速されて停止するように制御される。この停止キー６２が操作されると、指示速度表示部５４の表示は０となる。なお、別途、急制動のためのキー又はペダルを設けることも可能である。
【００４６】
以下に本実施形態の動作を、図４のフローチャート及び図５のタイムチャートに従い説明する。
【００４７】
まず、図４（Ａ）に示す速度制御ルーチンのステップ１００では、イグニッションキーシリンダ５２にキーが挿入されて、オン状態となっているか否かが判断され、肯定判定されると、ステップ１０２へ移行する。
【００４８】
ステップ１０２では、指示速度が０であるか否かが判断され、肯定判定の場合には、指示速度が０であるため、ステップ１００へ戻る。また、このステップ１０２において、否定判定されると速度指示があると判断されステップ１０４へ移行する。
【００４９】
ステップ１０４では、各後輪の回転速度がスピードエンコーダ４２によって測定されその実測値Ｓが読み取られる。次のステップ１０６では、車両の指示速度と実速度とが比較され、これらに速度差があった場合、速度調整をする必要があるため、ステップ１０８において速度調整が必要か否かが判断される。
【００５０】
ステップ１０８において、速度調整が不要と判定（否定判定）された場合には、現在の速度が指示速度で安定していると判断され、ステップ１００へ戻る。また、ステップ１０８で、速度調整が必要と判定された場合は、ＰＬＬ制御による速度制御を行うべくステップ１１０へ移行する。ステップ１１０では、既述のとうり、位相比較部３２において周波数信号の位相を比較し、位相差に基づいて各駆動輪の駆動を制御する。すなわち、ステップ１１２にあるように、各駆動輪の現在の回転速度が指示された回転速度の周波数Ｎとなるように、基準となる周波数ＭをＰＬＬ回路に供給して、各駆動輪の電動モータ１２を駆動制御する。
【００５１】
次のステップ１１４では、指示速度に変更があったか否かが判断される。すなわち、インストルメントパネル５０の速度・旋回方向操作桿９２が操作されたか否かが判断され、指示速度に変更がない場合には、ステップ１３０へ移行する。このステップ１３０では、旋回方向の指示があったか否かが判断される。
【００５２】
すなわち、操作桿９２が図３の左右方向に操作されたか否かが判断され、否定判定された場合は、ステップ１００へ戻り、現在の指示速度及び走行方向で車両１０が走行制御される。
【００５３】
ここで、ステップ１１４において指示速度に変更があった場合には、比較部４６での速度差の演算結果が変わるため、ステップ１１６へ移行して指示速度に対応する周波数信号Ｎの設定がなされ、以後、この変更後の周波数信号Ｎによって速度が制御される。
【００５４】
また、ステップ１３０において方向指示があった場合には、ステップ１３２へ移行して現在速度に基づいて車両の最適旋回曲率が選択される。本実施の形態では、車両の曲率に合わせて各駆動輪において選択される曲率を図６のように定めている。すなわち、直進の場合には、左右の後輪１６Ｂは等速度で駆動している。
【００５５】
これを基準として、左旋回の場合には、左の後輪１６Ｂの右の車輪１Ｂの駆動速度の１／２とするパターンと、左の後輪１６Ｂの駆動を停止するパターンと、左の後輪１６Ｂを右の後輪１６Ｂの駆動速度の１／２で逆転するパターンと、左の後輪１６Ｂを右の後輪１６Ｂの駆動速度と同一の駆動速度で逆転するパターンとを設けている。
【００５６】
また、右旋回の場合には、右の後輪１６Ｂの左の車輪１Ｂの駆動速度の１／２とするパターンと、右の後輪１６Ｂの駆動を停止するパターンと、右の後輪１６Ｂを左の後輪１６Ｂの駆動速度の１／２で逆転するパターンと、右の後輪１６Ｂを左の後輪１６Ｂの駆動速度と同一の駆動速度で逆転するパターンと、を設けている。
【００５７】
例えば、図６に、車両の左緩旋回を例にとり説明する。この車両の運動状態を数式化すると次のとおりである。
【００５８】
【式１】
0004193496.tif 000002
θ：直進（現在進行方向）に対する旋回する方向の角度
Ｗ：左右の後輪のピッチ寸法
ＭＶＬ：左右の後輪の単位時間当りの線速度差
これらの各パターンが、車両の緩旋回、通常旋回、急旋回、転回に分類され、車両の速度に応じて各駆動輪の駆動態様として選択される。
【００５９】
ステップ１３２で車両の走行方向の曲率半径のパターンが選択されると、ステップ１３４へ移行して選択された曲率に基づいて各後輪１６Ｂの回転速度差を演算し、次いでステップ１３６において、現在速度に基づいて各後輪１６Ｂの速度を制御する既述の指定値Ｎが設定されステップ１００へ戻る。
【００６０】
既述の制御ルーチン中に、停止キー６２が操作されると、図４（Ｂ）の制動割込みルーチンが起動され、ステップ１２０においてモータ回転の実測値Ｓが読み取られると共に、ステップ１２２において、実測値Ｓに基づいて所定の加速度（マイナス）で減速が開始される。この結果、車両速度は０に収束するために後に車両１０は停止する。
【００６１】
次に、位相制御部３２からＶＣ０３８を経てドライバ４０に至る制御を図５のタイムチャートに従い、実際に車両１０を増速、減速を繰り返して走行させた場合を例にとり説明する。なお、この図５において、制御パラメータとして、速度指示値、設定周波数信号Ｎ、ＰＬＬ制御周波数信号Ｍ、及び周波数の増減を表すベクトル値が説明されている。
【００６２】
車両１０が直進している形態を例としたが、車両の操舵時には、各後輪１６Ｂに回転速度差が生じるように各後輪が異なる速度指示値で制御される。時間軸に対して速度指示値の変化が示されており、縦軸の紙面上方向が高速であり、紙面下方向が低速であることを示す。また、周波数増減に対応するベクトル表示は、ベクトルが紙面上方向に向いているときには、モータの回転速度を高めるために、設定周波数信号Ｎの周波数を高めている（増速）ことを意味し、反対に下向きの場合にはその周波数を低くしている（減速）ことを意味する。なお、ベクトルが時間軸に対して平行になっている部分は、設定周波数信号Ｎの周波数を一定にして車両を定速度状態に維持する場合であることを意味する。
【００６３】
速度指示値を上げると、これに応じて先ず設定周波数Ｎが高くなり、これに追従するようにＰＬＬ制御周波数Ｍが高くなっている（周波数ベクトルが上向きとなる領域）。また、車両の速度指示値を下げると、これに応じて、まず設定周波数Ｎが低くなり、これに追従するようにＰＬＬ制御周波数Ｍが低くなる（周波数ベクトルが下向きの領域）。さらに、速度を維持する場合は、設定周波数ＮとＰＬＬ制御周波数Ｍとが一致する（周波数ベクトルが水平の領域）。周波数信号Ｎ，Ｍとの位相差に基づいて、既述の制御が前記ＰＬＬ制御方式によって実現される。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態では、ＰＬＬ回路による周波数位相比較制御を車両１０の速度制御に用い、このＰＬＬ回路によってパルスモータ１２の駆動状態を制御するようにしたため、予め指示した速度に車両速度が自動的に増速又は減速され、車両速度が指示速度になると車両はこの速度で安定して走行するため、乗員の負担を軽くすることができる。このような速度制御は、電動車椅子の制御には最適である。また、既述の速度制御によれば、乗員が不要に車両速度を増速する必要がないために、電動モータの消費電力を必要最小限とすることができ、将来のソーラーカー等、電力が限られている車両に好適である。
【００６５】
既述の電動車両においては操作桿９２を左右に傾倒することによって車両の旋回方向を指示し、次いで既述のように自動的に最適な曲率で車両が旋回するように成ったため、車両の操舵が簡単に行われる。また、上記左右後輪に回転差を与えるために左右の駆動輪を独立に制御することをＰＬＬ制御により実現したため、車両の旋回動作が精度よく、かつ応答性よく達成される。
【００６６】
なお、本実施の形態では、図６に示されるような旋回パターンを予め設定しているが、これらのパターンに固定する必要もなく、かつ、車両走行状態の検出値からリアルタイムに左右の駆動輪の回転差を演算によって求めるようにしても良い。
【００６７】
また、本実施の形態では、速度を検出する手段として、スピードエンコーダ４２を用い、パルスモータ１２の回転を監視することで、車両１０の速度を得るようにしたが、路面に向けて発光素子からレーザービームや赤外線を発光し、その反射光を検出してＡＣ成分解析するといった非接触型のセンサを適用して、速度を検出するようにしてもよい。
【００６８】
このような非接触型の速度計測機器としては、パーソナルコンピュータのマウスの移動速度や、野球やゴルフにおいて打球の速度を検出する技術に適用されている公知のものを広く適用できる（例えば、特開平６−３１３７４９公報、同７−１３４１３９公報を参照）。
【００６９】
このような非接触型のセンサを用いることで、例えば、本実施の形態に記載したように駆動部（パルスモータ１２）にスピードエンコーダ４２を設置した場合における空転時の速度誤検出を防止することができる。
【００７０】
また、補助輪等、駆動力を有しない車輪にスピードエンコーダ４２を設置した場合には、外部物体による補助輪ロック現象による回転ロック速度を検出してしまう。このような不具合も、非接触型のセンサを用いれば解消することができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態では、操作桿９２を前後に傾倒させることで、指示速度の増減が行われ、前側に倒している間は指示速度の数字が上昇し、操作スティック９２を離した時点で確定する構成としたが、傾倒角度によって速度設定が可能な構成としてもよい。この場合、操作桿９２を速度設定のために所定角度に傾倒させた状態で、左右に傾倒させることで、車両の走行方向の指示が可能となる。
【００７２】
次に本発明の他の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、この実施形態に係わる制御ブロックの構成図である。図７において、速度指示部７００は車両速度を既述の後述の速度制御手段に指示するためのアクセルペダル及びその関連装置であり、７０２は位置指示部、すなわちトランスミッションであり、車両の駐車、ニュートラル、前進移動、後進移動、又は転回移動が選択される。前進モード又は後進モードは左右の後輪（駆動輪）を同方向に回転させて車両を前進或いは後退させる状態を意味し、転回は左右の後輪を互いに逆方向に回転させて車両を転回させる状態である。
【００７３】
補助輪浮上指示部７０４とは、非駆動・非操舵輪である既述の前輪１６Ａ、即ち補助輪を車両が前進走行時に接地面（路面）から浮上させる場合に操作される操作手段である。回転角度指示部７０６は、操舵手段としての操舵輪によって後述の速度ベクトル制御部に車両の移動方向（回転角度）を指示するものである。車両の操舵状態は操舵角センサ、操舵角速度センサ７０７等で検出できる。
【００７４】
前後傾きセンサ７０８は、車両の前後方向の傾きを検出するもので、例えば、特開平６−２７０６３０号に記載のものがある。Ｒ側駆動輪の回転速度センサー７１０は、右後輪の回転角速度を検出するロータリーエンコーダである。Ｌ側駆動輪回転速度センサー７１２は左後輪に対するセンサである。右側／左側速度制御ベクトル制御部７１３は、マイクロコンピュータによって構成されるものであり、既述の回転角度指示部７０６、左右後輪毎の回転速度センサー７１０，７１２、位置指示部７０２、速度指示部７００、補助輪浮上指示部７０４からの信号が供給され、これら信号に基づいて予めメモリに記憶されている運転プログラムに基づいて左後輪・右後輪を別個に適切な回転特性（速度ベクトル）で回転駆動させるために必要な処理を行う。
【００７５】
図８は、各後輪毎に設けられた、前記電動モーターを回転させるための制御回路（駆動制御手段）の詳細を示すブロック図であり、この制御回路はＰＬＬ制御回路によって主に構成されている。駆動動回転速度センサー７１０，７１２からの信号はＰＬＬ制御回路７１４によって後述の基準周波数信号と比較されるサンプリング信号に変換される。すなわち、ロータリエンコダー７１０（７１２）の信号は位相比較器７１６に入力されて、電圧制御発振器７１８からの周波数信号が分周器７２０で１／ＦｒＮ分周された周波数信号の位相と比較される。位相比較器７１６からの位相差検出信号はローパスフィルタ７１７を介して既述の電圧制御発振器７１８に供給される。電圧制御発振器７１８からの周波数信号は、Ｎ分周器７１９において分周される。この結果、ロータリエンコーダからのサンプリング信号から、後述の基準周波数信号と比較されるサンプリング周波数信号が作られる。
【００７６】
一方、水晶発振器７２０から発振周波数はＭ分周器７２２で１／Ｍ分周され位相比較器７２４に供給され、以後ローパスフィルタ７２６、電圧制御発振器７２８を経てＮ分周器７３０を経て前記位相比較器７２４に帰還される。ＰＬＬ制御回路７３２によって周波数が一定となった基準周波数信号が位相比較器７３４に供給される。
【００７７】
既述のロータリエンコーダのサンプリング信号Ｆ１と基準周波数信号Ｆ２との位相差が前記位相比較器７３４で比較され、この位相差に基づいて、後輪を駆動させるステッピングモータ１２の駆動制御装置（加減速制御装置）に制御信号が供給される。
【００７８】
前記速度制御ベクトル制御部７１３は、車両速度、或いは駆動輪の回転速度等種々の運転状況を表す値から前記Ｍ分周器７２２のＭ値、Ｎ分周器７２０，７３０のＮ値を設定する。すなわち、例えば車両の各速度において、基準周波数とサンプリング周波数と位相を一致させるＭ値及びＮ値を予めシミュレートしておきこれをマイクロコンピュータのメモリの所定領域にメモリテーブルの形で記憶させておき、車両の速度（目的速度或いは検出速度等）からこのＭ，Ｎ値を読み出し、前記ＰＬＬ回路の分周器７１９，７２２のＭ又はＮ値として指定する。
【００７９】
図９は図７に示した前記位置指示部、補助輪指示部、回転角度指示部、制動指示部、速度指示部の外観を模式的に示したものである。位置指示部７０２、補助輪指示部７０４はレバー状に構成されており、回転角度指示部７０６は操舵輪からなり、速度指示部７００はブレーキペダル７００Ａとアクセルペダル７００Ｂからなる。７０７は操舵輪の舵角及び操舵角速度を検出するセンサである。
【００８０】
位置指示部のレバーの動作パターンは、図１０に示されており、前進、後進、駐車、回転、ニュートラルの５段階に切換可能である。図１１に示すように、補助輪浮上指示部は、大きくは補助輪を接地面から浮上することが無いモード（接地）と、補助輪浮上モード（自動）があり、後者のモードではさらに操作される都度補助輪の浮上量が減少するモード（アップ）と、反対に補助輪の浮上量が増加するモード（ダウン）とにレバーを変位可能である。なお、操作レバーが浮上有りの位置にシフトされた場合、操作レバーはオートモード（自動）の位置に付勢されており、ダウン側あるいはアップ側に操作された後自動的にこの位置リターンするようになっている。
【００８１】
補助輪を浮上させるための制御の詳細について説明する。補助輪１６Ａは、停車時、低速走行時、転回時に車両の前部を支持する役割を持っているが、車両の中・高速走行時には走行抵抗となる。既述の電動車両は後輪駆動であり、かつ、モータ等の駆動系、及びバッテリ等の周辺装置は車両の後ろ側にあることから重心は比較的車両後部にあり、車両が中高速走行時、特に直進走行時においては、補助輪が接地面から浮き上っても車両は安定して走行可能である。
車両の重心位置を車両の走行状態に合わせて制御することにより、前輪の浮き上がり走行を実現できる。重心位置を変更する装置・手段は、例えば特開平６−２４５６２５号に記載されている。例えば、車両が加走行中は補助輪が浮き上がり、定速度走行に移行した後は、重心移動装置によって車両の重心位置を基準位置から前輪浮き上がり姿勢を維持可能な車両後方に向けて移動させれば良い。この重心移動によって車両は前輪を浮き上がらせた車両姿勢での定速度走行を行う。
【００８２】
車両の減速時には補助輪を接地させようとするベクトルが車両前部に加わるが、重心位置をより車両後方に移動させることによって補助輪の浮き上がりを維持することが可能である。大きい減速の場合には、補助輪の浮き上がりを維持する必要は無いので、重心位置をさらに車両後方に向けて移動させる必要は無いか、重心位置は駐停車時に対応した基準位置まで戻せば良い。車両が転舵された際には、車両姿勢を安定させる観点から重心位置を、補助輪を接地させる方向に変化させることが望ましい。
【００８３】
図１２は加速度と補助輪浮上比との関係を示した特性図であり、加速度が増加するにしたがって、車両重心を一定とした場合には補助輪浮上比が高くなる。補助輪浮上比が１００％とは、補助輪が完全に接地面から浮いている状態を示しており、浮上比が０％とは、駐停車時等補助輪が完全に接地している状態である。補助輪の浮き上がり量とは、例えば最大で１０ｃｍである。
【００８４】
図１３は、補助輪が接地している状態から浮上している状態を示している。補助輪１６Ａが路面Ｇから浮上しようとする際は、補助輪に対して重力加速度とは逆向きに浮上ベクトル８００が加わり、後輪（駆動輪）１６Ｂは路面に接地していることから、浮上ベクトル８００は重力８０２に抗して補助輪は符号８０３に示すように接地面から浮上する。車両が定速度に移行した後は、車両の重心を後方にずらして車両をバランスさせ補助輪浮上状態維持するようにする。重心の移動量は車速等によって適宜制御される。
【００８５】
次に、図７，８に示す制御ブロックの動作を速度制御ベクトル制御部７１３のＣＰＵが実行する制御動作を中心にして説明する。先ず、ＣＰＵは、操舵センサ７０７，速度指示部７００，位置指示部７０２，補助輪浮上部７０４からの信号を読みとる。ＣＰＵは操舵センサ７０７からの信号により操舵角、操舵角速度を求め、速度指示部７００の操作量から車両指示速度（目的速度）を求め、位置指示部７０２からの信号によりシフト位置を求め、補助輪浮上指示部７０４からの信号により補助輪浮上の制御態様を求める。また、車速センサ、即ち既述のロータリエンコーダ７１０，７１２からのパルス信号に基づいて左右の各駆動輪の回転速度或いは積算回転数を演算することによって、車両の走行速度、車両の走行方向を演算する。
【００８６】
ＣＰＵは、左右の駆動輪毎に指示された駆動状態（回転角速度、回転角加速度等）を演算し、この演算値から既述のＭ値を決定しこれをＭ分周器７２２に設定し、かつ、同様にＮ値を決定しこれをＮ分周器７１９に設定する。
【００８７】
ＰＬＬ回路７３２は、水晶発振器７２０からの発信周波数信号を設定されたＭ値で分周して、基準発進周波数信号を構成して、これを位相比較器７３４に出力し、一方、ＰＬＬ回路７１４はロータリエンコーダ７１０（７１２）からの検出信号を設定されたＮ値で分周して検出周波数信号を構成して、これを位相比較器７３４に出力する。
【００８８】
位相比較器７３４は、これら周波数信号の位相差を求め、この位相差から伝導モータの回転をアップさせる信号（ＵＰ）、或いは、モータの回転をダウンさせる信号（ＤＯＷＮ）を電動モータのドライバ回路に出力する。これらの駆動輪の制御は左右の駆動輪毎に行われるために、車両を前進又は後進させ、あるいは車両を進行方向右側に回転させ、或いは進行方向左側に回転させ、或いは車両を転回（自転）させることもできる。検出した駆動輪の回転数が指示値に達しない場合には、ＵＰ信号がモータドライバに供給され、駆動輪の回転数が指示値を越える場合にはＤＯＷＮ信号がモータドライバに供給される。
【００８９】
モータドライバにＵＰ信号が供給されると電動モータの回転数は増加され、反対にＤＯＷＮ信号がモータドライバに供給されると電動モータは電源から切り離され発電機として機能する。位相差が無いか、ほぼ無いと認められる状態ではモータは現在の回転数を維持するように動作する。
【００９０】
各駆動輪の回転状態に伴う速度ベクトルの制御は既述の図６とほぼ同じであるが、本実施例では、操舵手段を操作桿から操舵輪に変わっている。操作輪の操作と各駆動輪の速度ベクトルの制御状態を図１４乃至図１６に基づいて説明する。図１４は車両が前進状態にある時に操舵輪を反時計方向に操舵した場合を示す。操舵輪の操舵角（θ）に応じて左後輪の回転速度ベクトル１４０Ａは右後輪の回転速度ベクトル１４０Ｂに比べて小さい値に制御され、車両速度ベクトル１４０Ｃはハンドルを反時計方向に操舵した後車両の回転に沿って時計方向に戻すのに合わせて図１４に示す軌跡をとる。
【００９１】
この結果、車両は左方向に回転して後に直進状態に戻る。なお、操舵輪を最大角度にまで操舵すると（θＭａｘ）、左後進の回転速度ベクトルは０になる。左右後輪の回転速度ベクトルの大きさの差は操舵輪の操舵角・操舵角速度・操舵角速度等の操舵特性によって適宜変更される。
【００９２】
図１５は車両が後退状態にある時に操舵輪を反時計方向に操舵した場合を示している。図１６は、車両が転回モード（自転）状態にあるときの左右後輪それぞれの回転ベクトルの制御状態である。操舵輪を反時計方向に操舵すると、左右後輪の回転速度ベクトルは互いに同じ大きさでかつ反対向きとなる。この場合、後輪の回転速度ベクトルの大きさは、アクセルの操作量によって変更される。
【００９３】
次いで、ＣＰＵは補助輪浮上指示部のシフト状態を読み込むとともに、車両が補助輪浮上可能状態にあるか否かを判定する。補助輪浮上状態可能状態とは、車両が直進走行状態であり、車両の車速が所定値以上であり、かつ、補助輪浮上指示部のシフトが自動位置にある場合である。補助輪が浮上状態にあるか否かは車両に設けられた傾きセンサからの検出信号を受けてＣＰＵは検出可能である。
【００９４】
車両が直進方向に加速すると、その加速度に応じて車両の補助輪が浮き上がる。次いで、車両が定速度走行状態に移行すると、ＣＰＵはその速度検出値に応じて最適な浮き上がり量を記憶メモリの所定のテーブルから読み出し、この浮き上がり量に応じて既述の重心位置変更装置を駆動させて車両の重心を所定量車両の後方に移動させる。車速が比較的低速な場合には車両の重心をより後方にし、車両が比較的高速な場合には車両の重心を低速の場合より前方に変更する。
【００９５】
車両の浮き上がり量は、乗員がシフト装置を操作することによって、微小な範囲で適宜調製可能である。補助輪の浮き上がり量を増加させる場合には車両の重心を後方になるようにし、反対にこの浮き上がり量を減少させる場合には車両の重心を前側になるようにする。浮き上がり量を調製することによって、乗員は所望の運転特性を選択できる。
【００９６】
次いで、ＣＰＵは補助輪の浮き上がりが維持するか否かを判断し、操舵輪が所定以上の角度で操作された場合、車両が減速される場合等では車両の重心を進行方向側に移動させて補助輪を接地するようにする。即ち、車両が操舵された場合、車両が減速される場合では車両の挙動を安定化させるために補助輪が接地される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明が適用される車両を示す構成図である。
【図２】  図２は、速度・操舵制御部の制御ブロック図である。
【図３】  図３は、車両のインストルメントパネルの正面図である。
【図４】  図４は、速度制御のためのフローチャートである。
【図５】  図５は、速度制御のためのタイミングチャートである。
【図６】  図６は、車両の旋回パターンを示す特性図である。
【図７】  図７は、他の実施形態に係わる方向制御装置の制御ブロックの構成図である。
【図８】  図８は、各後輪毎に設けられた回転制御回路（駆動制御手段）の詳細を示すブロック図である。
【図９】  図９は、図７に示した前記位置指示部、補助輪指示部、回転角度指示部、制動指示部、速度指示部の外観を模式的に示す図である。
【図１０】  図１０は、位置指示部におけるシフトパターンを示す図である。
【図１１】  図１１は、補助輪浮上指示部におけるシフトパターンを示す図である。
【図１２】  図１２は、補助輪浮上比と車両加速度との関係を示す特性図である。
【図１３】  図１３は、補助輪の浮上状態を示す模式図である。
【図１４】  図１４は、操舵輪の操舵方向と車両の方向との関係を示す模式図である。
【図１５】  図１５は、操舵輪の操舵方向と車両の転回方向との関係を示す第２の模式図である。
【図１６】  図１６は、操舵輪の操舵方向と車両の転舵方向との関係を示す第３の模式図である。
【図１】
0004193496.tif 000003
【図２】
0004193496.tif 000004
【図３】
0004193496.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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