(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が着座する着座部をもつ車体と、
前記車体にこれの左右に取り付けられた駆動輪と、
前記車体に取り付けられ駆動輪を回転駆動させる駆動源と、
前記駆動源の駆動を制御する操作部と、
前記駆動輪の前方に位置して前記車体に取り付けられた前輪と、
前記車体に取り付けられた後輪サポート部材と、
路面に接地可能に前記後輪サポート部材に取り付けられ、路面に接地するとき前記駆動輪の接地点よりも後側に位置する後輪と、
前記後輪サポート部材を作動させて前記後輪を前記路面に対して接地および浮上させるアクチュエータと、を具備し、
前記前輪は前記車体の左右に設けられており、前記後輪は単数であり、
左右の前記駆動輪、左右の前記前輪および前記後輪で走行するモードである第１モードと、左右の前記前輪を浮上させつつ左右の前記駆動輪および前記後輪で走行するモードである第２モードとを切り替え可能な制御装置を備え、
前記パーソナルビークルの走行速度を検知する走行速度検知手段、および／または、前記パーソナルビークルの移動方向の走行速度の速度目標値を設定する目標走行速度設定手段が設けられており、
前記操作部が前記第２モードに切り替えられること、前進方向の走行速度が設定速度以上であること、前記操作部による前進方向の速度目標値が一定値以上であることのうちの少なくとも一つの条件が満足されるとき、
前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替える制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項２】
使用者が着座する着座部をもつ車体と、
前記車体にこれの左右に取り付けられた駆動輪と、
前記車体に取り付けられ前記駆動輪を回転駆動させる駆動源と、
前記駆動源の駆動を制御する操作部と、
前記駆動輪の前方に位置して前記車体に取り付けられた前輪と、
前記車体に取り付けられた後輪サポート部材と、
路面に接地可能に前記後輪サポート部材に取り付けられ、路面に接地するとき前記駆動輪の接地点よりも後側に位置する後輪と、
前記後輪サポート部材を作動させて前記後輪を前記路面に対して接地および浮上させるアクチュエータと、
少なくとも前記駆動輪および前記前輪で走行する第１モードと、前記前輪を浮かせた状態で前記駆動輪および前記後輪を前記路面に接地しつつ走行する第２モードとを切り替え可能な制御装置と、を具備し、
前記パーソナルビークルの走行速度を検知する走行速度検知手段、および／または、前記パーソナルビークルの移動方向の走行速度の速度目標値を設定する目標走行速度設定手段が設けられており、
前記操作部が前記第２モードに切り替えられること、前進方向の走行速度が設定速度以上であること、前記操作部による前進方向の速度目標値が一定値以上であることのうちの少なくとも一つの条件が満足されるとき、
前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替える制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記第１モードでは、前記使用者の体重を含む前記パーソナルビークルの重心位置が前記駆動輪の接地点よりも前方に位置するように走行しており、
前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替えるにあたり、前記使用者の体重を含む前記パーソナルビークルの重心位置が前記駆動輪の接地点よりも後方に位置するような駆動トルクを前記駆動輪に与える制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項４】
請求項３において、前記駆動輪に与える駆動トルクをＴとし、前記使用者の体重を含む前記パーソナルビークルのピッチ軸に対する傾斜角度をθ１とするとき、
前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替えるとき、前記傾斜角度θ１が増加すると、前記駆動輪に与える駆動トルクＴを増加させる制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項５】
請求項３または４において、前記駆動輪が走行する前記路面における路面傾斜角度をαとするとき、
前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替えるとき、路面傾斜角度αが増加すると、前記駆動輪に与える駆動トルクＴを増加させる制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記路面に対する前記後輪の接地および／または浮上を検知する後輪状態検知手段を備えていることを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項７】
請求項１〜６のうちの一項において、前記制御装置は、前記操作部による入力信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い高周波成分をカットするローパスフィルタ手段を備えていることを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項８】
請求項１〜６のうちの一項において、前記制御装置は、前記第２モードで走行しているときにおいて、前記後輪サポート部材の前記後輪が前記路面から浮上するとき、前記駆動輪の回転速度を減速または停止させる操作と、前記後輪サポート部材を作動させて前記後輪を前記路面に向けて下降させる操作とのうちの少なくとも一つを行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項９】
請求項１〜６のうちの一項において、前記制御装置は、前記駆動輪の移動方向に凸状の段差があるとき、前記駆動輪を回転させつつ、前記後輪が前記路面を押す方向に、前記後輪サポート部材を前記路面に向けて下降させることにより、前記駆動輪の段差乗り越えを前記後輪でアシストさせる制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちの一項において、前記駆動輪のスリップを検知する検知手段が設けられていることを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちの一項において、前記制御装置は、前記駆動輪のスリップが検知されるとき、前記後輪を上昇させる方向に前記後輪サポート部材を作動させることにより前記駆動輪の接地性を高めて前記駆動輪のスリップを解除する制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちの一項において、前記制御装置は、前記駆動輪が凸状の段差の上面に移行していることが検知されるとき、前記後輪サポート部材を作動させて前記後輪を下降させることにより、前記後輪を接地させて前記第１モードで走行する制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちの一項において、前記制御装置は、前記第１モードで段差の上面を走行した後、前記段差の上面を降りて前記路面に移行するとき、前記駆動輪がスリップすると、前記後輪サポート部材により前記後輪を上昇させることにより前記駆動輪の接地性を高める制御を行うことを特徴とする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利用できる。
【背景技術】
【０００２】
代表的なパーソナルビークルとして、電動式の車いすを例にとって説明する。電動ユニットを搭載した電動車いすは、手動車いすの構造を基本的には踏襲しており、乗り降りの邪魔にならないように前方のキャスター駆動輪（前輪）が小さい。そのため、踏破できる段差の高さは低く（通常２〜３ｃｍ程度）であり、例えば、車道から歩道に上がる際の低い段差を踏破する際でも、不都合が生じることがある。
【０００３】
そのため、これまでに電動式の車いすに対して、段差を踏破する能力を付加するべく、さまざまな提案がされている。提案を大きく分類すると、（１）前方キャスター駆動輪の形状を工夫（大きさや溝など）する技術、（２）車体を持ち上げるための特別な機構やアクチュエータを付加する方法（特許文献１、特許文献２、特許文献３）、（３）人間の体重移動等で前方キャスター駆動輪を持ち上げる方法（特許文献４、特許文献５、特許文献６）、（４）座面の前後スライド機構により重心位置を変えることで前方キャスター駆動輪を持ち上げる方法（特許文献７）などがある。
【特許文献１】実用新案登録第3077814号
【特許文献２】特開2001-212181号公報
【特許文献３】特開2006-280616号公報
【特許文献４】特開2001-314450号公報
【特許文献５】特開2004-202264号公報
【特許文献６】実用新案登録第3028282号
【特許文献７】特開2001-37816号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した技術によれば、簡便な機構で、走行安定性、段差に対する良好な踏破性を図るためには、必ずしも充分ではない。このため産業界では、簡便な機構で路面における走行安定性、段差に対する良好な踏破性を備えるパーソナルビークルが要望されている。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、簡便な機構で路面における走行安定性、段差に対する良好な踏破性を備えるパーソナルビークル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】
【０００６】
第１発明に係るパーソナルビークル（以下、ビークルともいう）は、使用者が着座する着座部をもつ車体と、前記車体にこれの左右に取り付けられた駆動輪と、前記車体に取り付けられ駆動輪を回転駆動させる駆動源と、前記駆動源の駆動を制御する操作部と、前記駆動輪の前方に位置して前記車体に取り付けられた前輪と、前記車体に取り付けられた後輪サポート部材と、路面に接地可能に前記後輪サポート部材に取り付けられ、路面に接地するとき前記駆動輪の接地点よりも後側に位置する後輪と、前記後輪サポート部材を作動させて前記後輪を前記路面に対して接地および浮上させるアクチュエータと、を具備し、
前記前輪は前記車体の左右に設けられており、前記後輪は単数であり、左右の前記駆動輪、左右の前記前輪および前記後輪で走行するモードである第１モードと、左右の前記前輪を浮上させつつ左右の前記駆動輪および前記後輪で走行するモードである第２モードとを切り替え可能な制御装置を備え、前記パーソナルビークルの走行速度を検知する走行速度検知手段、および／または、前記パーソナルビークルの移動方向の走行速度の速度目標値を設定する目標走行速度設定手段が設けられており、前記操作部が前記第２モードに切り替えられること、前進方向の走行速度が設定速度以上であること、前記操作部による前進方向の速度目標値が一定値以上であることのうちの少なくとも一つの条件が満足されるとき、前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替える制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係るパーソナルビークルは、使用者が着座する着座部をもつ車体と、前記車体にこれの左右に取り付けられた駆動輪と、前記車体に取り付けられ前記駆動輪を回転駆動させる駆動源と、前記駆動源の駆動を制御する操作部と、前記駆動輪の前方に位置して前記車体に取り付けられた前輪と、前記車体に取り付けられた後輪サポート部材と、路面に接地可能に前記後輪サポート部材に取り付けられ、路面に接地するとき前記駆動輪の接地点よりも後側に位置する後輪と、前記後輪サポート部材を作動させて前記後輪を前記路面に対して接地および浮上させるアクチュエータと、少なくとも前記駆動輪および前記前輪で走行する第１モードと、前記前輪を浮かせた状態で前記駆動輪および前記後輪を前記路面に接地しつつ走行する第２モードとを切り替え可能な制御装置と、を具備し、
前記パーソナルビークルの走行速度を検知する走行速度検知手段、および／または、前記パーソナルビークルの移動方向の走行速度の速度目標値を設定する目標走行速度設定手段が設けられており、前記操作部が前記第２モードに切り替えられること、前進方向の走行速度が設定速度以上であること、前記操作部による前進方向の速度目標値が一定値以上であることのうちの少なくとも一つの条件が満足されるとき、前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替える制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
アクチュエータが一方向に作動すると、後輪が路面に対して接地する度合が高くなる方向に後輪が移動する。これにより駆動輪、前輪および後輪で走行するモードで走行可能となる。これに対してアクチュエータが他方向に作動すると、後輪が路面から浮上する方向に移動する。このようにアクチュエータの作動により、駆動輪の後方に設けられた後輪の接地（路面に対する接地度増加）および浮上を切り替えることができる。後輪が路面に接地していれば、前輪を路面から浮上させたとしても、ビークルは駆動輪および後輪で安定的に走行できる。従って、駆動輪および後輪が接地している状態で、前輪を路面から浮上させれば、ビークルは前輪持ち上げモードで走行することができる。この場合、駆動輪の他に後輪が路面に接地しているため、車体の姿勢を安定的に保つことができる。
【０００９】
また、ビークルが段差を乗り越えるとき、後輪サポート部材を作動させ、後輪サポート部材に取り付けられている後輪の接地度（路面に対する接地度）が増加する方向に後輪を移動させれば、駆動輪が段差に乗り上げるとき、後輪によるアシスト力を発揮させることができる。これにより段差が高いときであっても、ビークルは段差を容易に乗り越えることができる。
【００１０】
参考までに記載するパーソナルビークルは、使用者が着座する着座部をもつ車体と、車体に左右に取り付けられた駆動輪と、車体に取り付けられ駆動輪を回転駆動させる駆動源と、駆動源の駆動を制御する操作部と、駆動輪の前方に位置して車体に取り付けられた前輪と、車体に取り付けられた後輪サポート部材と、路面に接地可能に後輪サポート部材に取り付けられ、路面に接地するとき駆動輪の接地点よりも後側に位置する後輪と、後輪サポート部材を作動させて後輪を路面に対して接地および浮上させるアクチュエータと、少なくとも駆動輪および前輪で走行する第１モードと、前輪を浮かせた状態で駆動輪および後輪を接地しつつ走行する第２モードとを切り替え可能な制御装置とを具備することを特徴とする。
【００１１】
制御装置によりアクチュエータが一方向に作動すると、後輪が路面に対して接地する度合が高くなる方向に移動する。これにより駆動輪、前輪および後輪でビークルが走行するモードで走行可能となる。これに対して制御装置によりアクチュエータが他方向に作動すると、後輪が路面から浮上する方向に移動することができる。このようにアクチュエータの作動により、駆動輪の後方に設けられた後輪の接地（路面に対する接地度増加）および浮上を切り替えることができる。
【００１２】
ここで、駆動輪の他に後輪が路面に接地していれば、前輪を路面から浮上させたとしても、ビークルは駆動輪および後輪で安定的に走行できる。従って、駆動輪および後輪が接地している状態で、前輪を路面から浮上させれば、ビークルは前輪持ち上げモードで走行することができる。駆動輪の他に後輪が接地しているため、第２モード（前輪浮上モード）の車体姿勢を安定的に保つことができる。
【００１３】
また、ビークルが段差を乗り越えるとき、制御装置により後輪サポート部材を作動させ、後輪サポート部材に取り付けられている後輪の接地度が増加する方向に後輪を移動させれば、駆動輪が段差に乗り上げるとき、後輪によるアシスト力を発揮させることができる。これにより段差が高いときであっても、ビークルは段差を容易に乗り越えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡便な機構で路面における走行安定性、段差に対する良好な踏破性を備えるパーソナルビークルを提供することができる。
【００１５】
本発明によれば、電動式の車いす等に代表されるパーソナルビークルを構成する車体に、後輪サポート部材、後輪サポート部材を作動させるアクチュエータを付加することにより、段差乗り越え等を容易に実現することができる。このように本発明によれば、電動式の車いす等のパーソナルビークルの駆動機構に加える工夫を低減できるため、従来の走行感を大きく損なうことが抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
パーソナルビークルは、使用者が着座する着座部をもつ車体と、車体に左右に取り付けられた駆動輪と、駆動輪を回転駆動させる駆動源と、駆動源の駆動を制御する操作部と、駆動輪の前方に位置して車体に取り付けられた前輪と、駆動輪の接地点よりも先端部が後側に延びるように車体に取り付けられた後輪サポート部材と、後輪サポート部材に取り付けられた後輪と、後輪サポート部材を路面に対して昇降させることにより、後輪を接地および浮上させるアクチュエータとを備えている。駆動源はモータが例示される。駆動輪は、車体に左右に取り付けられており、一般的には駆動輪の径は前輪および後輪の径よりも大きいことが好ましいが、場合によっては、前輪および後輪の径は同じ程度でも良い。駆動源は、駆動輪を回転駆動させるものであり、モータが例示される。操作部は、駆動源の駆動を操作者（一般的には、着座部に着座している者、介護者）が制御するものである。操作部は車体に取り付けられていても良いし、車体から分離されている方式でも良いし、ワイヤレス方式でも良い。前輪は、駆動輪の前方に位置して車体に取り付けられているものである。後輪サポート部材は後輪を車体に取り付けるものである。後輪サポート部材はバー形状、プレート形状等が例示されるが、その形状は特に限定されるものではない。後輪は、後輪サポート部材に取り付けられている。後輪が路面に接地するとき、後輪の接地点が駆動輪の接地点よりも後側に位置する。アクチュエータは、後輪サポート部材を路面に対して昇降させることにより、後輪を接地および浮上させるものであり、モータ、空気圧シリンダ装置、油圧シリンダ装置、電磁機器が例示される。アクチュエータとしては直動タイプでも、回動タイプでも良い。
【００１７】
本発明の一形態によれば、前輪は車体の左右に設けられており、後輪は単数であり、第１モードは、左右の駆動輪、左右の前輪および後輪で走行する５輪モード（全輪モード）であり、第２モード（前輪浮上モード）は、左右の前輪を浮上させつつ左右の駆動輪および後輪で走行する３輪モードである。但し、前輪を車幅方向の中央に単数設け、後輪を車幅方向の両側に複数設けても良い。
【００１８】
５輪モード等に代表される第１モードは、主として、安定走行、旋回性能の向上、坂道での安定発進、坂道での安定走行を意図することができる。駆動輪、前輪および後輪がそれぞれ車体の左右にあれば、第１モードは６輪モードとなる。要するに、第１モードは、前輪が路面に接地しており、第２モード（前輪が路面に対して浮上している前輪浮上モード）よりも、路面に接地する輪が多いモードである。上記した第２モードつまり前輪浮上モード（例えば３輪モード）は、主として、第１モードでは走行できない段差、溝の踏破、第１モードで発生する振動の低減、乗車姿勢のリクライニング効果を図り、乗り心地を改善させることを意図することができる。パーソナルビークルは、路面に対する後輪の接地および浮上を検知する後輪状態検知手段を備えていることが好ましい。後輪状態検知手段は、マイクロスイッチ、リミットスイッチ、圧力センサ、光センサ、静電気センサ等が例示される。
【００１９】
ビークルの走行速度を検知する走行速度検知段、および／または、ビークルの移動（前進および後退を含む）方向の走行速度の速度目標値を設定する目標走行速度設定手段が設けられていることが好ましい。走行速度検知手段としては、駆動輪の回転を検知するセンサ、駆動輪を回転させるモータの回転を検知するセンサが例示される。センサはエンコーダが例示される。目標走行速度設定手段は、使用者または介助者等がビークルの移動方向の走行速度の速度目標値を設定するものであり、ジョイスティク、ボタンスイッチ等が例示される。使用者の体重を含むビークルのピッチ軸に対する傾斜角度をθ１とするとき、傾斜角度θ１を検知するセンサが設けられていることが好ましい。このセンサは加速度計およびレートジャイロが例示されるが、これに限定されるものではない。また、ビークルが走行する路面傾斜角度をαとするとき、路面傾斜角度αを検知するセンサが設けられていることが好ましい。このセンサは加速度計およびレートジャイロが例示されるが、これに限定されるものではない。 
【００２０】
本発明に係るパーソナルビークルによれば、以下の例示される制御形態が実行されることが好ましい。
【００２１】
＊操作部が第２モード（前輪浮上モード）に切り替えられていること、前進方向の走行速度が設定速度以上であること、移動方向の操作部による速度目標値が一定値以上であることのうちの、少なくとも一つの条件が満足されるとき、制御装置は、後輪サポート部材を作動させて後輪を路面から浮上させる方向に相対的に移動させ（後輪が路面に接地したままのときもある）、第１モードから第２モード（前輪浮上モード）に切り替える制御を行うことが好ましい。走行速度が設定速度以上あれば、駆動トルクにより前輪を浮上させて第２モードに切り替え易い。
【００２２】
＊第１モードから第２モード（前輪浮上モード）に切り替えるにあたり、制御装置は、後輪サポート部材を作動させて後輪を路面から持ち上げるように位置させると共に、使用者の体重を含むパーソナルビークルの重心位置が駆動輪の接地点よりも後方に位置するような駆動トルクを駆動輪に与える制御を行うことが好ましい。これにより第１モードから前輪を浮上させて第２モードに容易に切り替えることができる。後輪が接地しているため、車体の後方への過剰傾倒は抑えられる。
【００２３】
＊第１モードから第２モードに切り替えるとき、制御装置は、使用者の体重を含むパーソナルビークルの重心位置のピッチ方向傾斜角度θ１が増加すると、左右の駆動輪に与える合計の駆動トルクＴを増加させる制御を行うことが好ましい。これにより前輪を上昇させる方向に移動させて第１モードから第２モードに容易に切り替えることができる。この場合、ピッチ方向傾斜角度θ１に応じた駆動トルクＴを駆動輪に継続して与えれば、第２モード（前輪浮上モード）走行を維持することができる。
【００２４】
＊第１モードから第２モードに切り替えるとき、制御装置は、路面傾斜角度αが増加すると、左右の駆動輪に与える合計の駆動トルクＴを増加させる制御を行うことが好ましい。これにより第１モードから第２モードに容易に切り替えることができる。
【００２５】
＊第１モードから第２モードに切り替えるとき、制御装置は、路面傾斜角度αが増加すると、左右の駆動輪に与える合計の駆動トルクＴを増加させる制御を行うことが好ましい。これにより第１モードから第２モードに容易に切り替えることができる。この場合、路面傾斜角度αに応じた駆動トルクＴを駆動輪に与えれば、第２モード（前輪浮上モード）走行を維持することができる。
【００２６】
＊また、第１モードから第２モードに切り替えるとき、制御装置は、使用者の体重を含むパーソナルビークルの重心位置のピッチ方向傾斜角度θ１および／または路面傾斜角度αが増加すると、左右の駆動輪に与える合計の駆動トルクＴを増加させる制御を行うことが好ましい。これにより第１モードから第２モードに容易に切り替えることができる。この場合、ピッチ方向傾斜角度θ１および／または路面傾斜角度αに応じた駆動トルクＴを駆動輪に与えれば、第２モード（前輪浮上モード）走行を維持することができる。
【００２７】
＊操作部が急激に操作されるとき等には、パーソナルビークルが急停止したり、急後退したりするおそれがある。この場合、パーソナルビークルの姿勢が損なわれるおそれがある。この点について好ましい形態によれば、制御装置は、操作部による入力信号（例えば操作部からの速度指令値）のうち、所定のカットオフ周波数よりも高い高周波成分をカットするフィルタ部を備えている。この結果、操作部による入力信号（例えば操作部からの速度指令値）のうち、所定のカットオフ周波数よりも高い高周波成分（操作部が急激に操作されるときに相当）は、カットされる。従って、操作部が急激に操作されたとしても、パーソナルビークルが急停止したり、急後退したりするおそれが低減又は回避される。この場合、第１モードでも良いし、第２モード（前輪浮上モード）でも良い。また、上記カットオフ周波数については、操作部による入力信号が前進指令時、後退指令時に合わせて、独立して設定しても良い。
【００２８】
＊カットオフ周波数ｆは、路面傾斜角度α、および／または、ピッチ方向への傾斜角度θ１に応じて求められることが好ましい。ここで、カットオフ周波数ｆについては、路面傾斜角度αに応じて設定することができる。例えば、カットオフ周波数ｆについては、路面傾斜角度αが大きくなればカットオフ周波数ｆを増加させる形態と、路面傾斜角度αが大きくなればカットオフ周波数ｆを減少させる形態とに分けることが好ましい。前者の形態は、例えば、３輪状態において前方への過剰傾倒を抑える場合である。後者の形態は、例えば、３輪状態または５輪状態において後方への転倒を抑える場合である。
【００２９】
＊第２モード（前輪浮上モード）で走行しているときにおいて、後輪サポート部材に取り付けられている後輪が路面から浮上するとき、パーソナルビークルの姿勢の安定性が損なわれるおそれがある。この点について好ましい形態によれば、制御装置は、第２モード（前輪浮上モード）で走行しているときにおいて、後輪サポート部材の後輪が路面から浮上するとき、駆動輪の回転速度を減速または停止させる操作と、後輪サポート部材を下降させて後輪を路面に向けて下降させる操作とのうちの少なくとも一つを行う制御を行うことが好ましい。
【００３０】
＊駆動輪の移動方向（前進方向）に凸状の段差があるとき、駆動輪が段差を乗り越えられないおそれがある。この点について好ましい形態によれば、制御装置は、駆動輪の前進方向に凸状の段差があるとき、駆動輪を回転させつつ、後輪が路面を押す方向に後輪サポート部材を路面に向けて下降させることにより、駆動輪の段差乗り越えを後輪でアシストさせる制御を行うことが好ましい。この場合、段差が高いときであっても、後輪によるアシストにより駆動輪が段差を乗り越えることができる。
【００３１】
＊駆動輪のスリップを検知する検知手段が設けられていることが好ましい。検知手段はスリップセンサとしても良いし、ソフトウェア的に検知しても良い。
【００３２】
＊前輪が凸状の段差を走行するとき等において、駆動輪のスリップが検知されるときがある。この場合、駆動輪がスリップしているため、パーソナルビークルは走行できないおそれがある。この点について好ましい形態によれば、制御装置は、前輪が凸状の段差を走行するときにおいて、駆動輪のスリップが検知されるとき、後輪を上昇させる方向に後輪サポート部材を作動させることにより、後輪を路面から離間させる方向に移動させると共に駆動輪の接地性を高めて駆動輪のスリップを解除する制御を行うことができる。
【００３３】
*前進方向の走行速度が設定速度以上であること、前進方向の操作部による速度目標値が一定値以上であることのうちの少なくとも一つの条件が満足されるとき、制御装置は、後輪サポート部材を作動させて後輪を路面から持ち上げる方向に移動させ、第１モードから第２モード（前輪浮上モード）に切り替える制御を行うことができる。この場合、路面傾斜角度α、および／または、ピッチ方向への傾斜角度θ１に応じて駆動トルクを駆動輪に与えることが好ましい。
【００３４】
＊制御装置は、駆動輪が凸状の段差の上面に移行していることが検知されるとき、後輪サポート部材を作動させて後輪を下降させることにより、後輪を接地させ、第１モードに設定することが好ましい。このように後輪が接地しているため、パーソナルビークルは段差の上面を第１モードで安定的に走行できる。なお、駆動輪が段差の上面に移行していることは、車体が水平であることとして推定できるため、使用者を載せた状態の車体の重心位置のピッチ方向傾斜角度θ１に基づいて検知可能である。
【００３５】
＊制御装置は、第１モードで段差の上面を走行し上面を降りて路面に移行するとき、駆動輪がスリップすると、後輪サポート部材により後輪を上昇させて駆動輪の接地性を高める制御を行うことが好ましい。この場合、駆動輪のスリップが生じれば、駆動輪のトルクでビークルは前進できない。そこで、駆動輪のスリップが生じれば、後輪サポート部材により後輪を上昇（浮上）させると、駆動輪は段差の下面または路面に効果的に接地できるため、駆動輪のトルクでビークルは前進できる。
【００３６】
以下、本発明を具体化した実施形態１について説明する。
【００３７】
（実施形態１）
本実施形態のパーソナルビークル１は電動式の車いすに相当する。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、ビークル１が進行する方向を示す。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、ビークル１が後退する方向を示す。
【００３８】
図１（ａ）に示すように、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に左右に取り付けられた回転可能な左右の駆動輪１２（１２Ｒ，１２Ｌ）と、駆動輪１２を回転駆動させる駆動源としての駆動輪モータ１３（１３Ｒ，１３Ｌ）と、駆動輪モータ１３（１３Ｒ，１３Ｌ）の駆動を制御する操作部１４と、駆動輪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、駆動輪１２の後方に向けて延びるように車体１１に取り付けられた後輪サポート部材としての後輪サポートバー１６と、後輪サポートバー１６の先端部に取り付けられた回転可能な後輪１７と、後輪サポートバー１６を路面９０に対して接地および浮上させるアクチュエータ１８とを備えている。
【００３９】
駆動輪１２は右の駆動輪１２Ｒ，左の駆動輪１２Ｌを備えている。駆動輪モータ１３は右の駆動輪１２Ｒを回転駆動させる右の駆動輪モータ１３Ｒ，左の駆動輪１２Ｌを回転駆動させる左の駆動輪モータ１３Ｌを備えている。 ここで、右の駆動輪１２Ｒ，左の駆動輪１２Ｌを区別する必要があるときには、駆動輪１２Ｒ，駆動輪１２Ｌと称する。右の駆動輪１２Ｒ，左の駆動輪１２Ｌをまとめるときには、駆動輪１２と称することがある。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１０ｃとを備える。
【００４０】
操作部１４は、着座部１０に着座している使用者が操作できるように、着座部１０付近に設けられている。駆動輪１２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は駆動輪１２の径よりも小さく且つ後輪１７の径よりも大きな径をもち、キャスター駆動輪である。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は駆動輪１２および前輪１５の径よりも小さな径をもち、キャスター駆動輪、または、車体１１の左右方向にも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いるが、車幅方向の左右に設けても良く、後輪１７の数は特に限定されない。
【００４１】
図１（ｂ）はビークル１が５輪モードで走行している状態を示す。図１（ｄ）はビークル１が３輪モードで走行している状態を示す。図１（ｂ）→図１（ｃ）→図１（ｄ）は、５輪モードから３輪モードに切り替える形態を示す。図１（ｄ）→図１（ｃ）→図１（ｂ）は、３輪モードから５輪モードに切り替える形態とを示す。駆動輪１２の接地点１２ｃは、駆動輪１２が路面９０に接触している部位を示す。
【００４２】
ビークル１は、通常時には、図１（ｂ）に示すように、第１モードである５輪モード（Ａモードともいう）で走行し、走行安定性を得る。５輪モードは、駆動輪１２、前輪１５および後輪１７を路面９０に接地させることを目的として走行するモードである。５輪モードは、主として、安定走行、旋回性能の向上、坂道での安定発進、坂道での安定走行を意図することができる。
【００４３】
第２モード（前輪浮上モード）である３輪モード（Ｂモードともいう）は、図１（ｄ）に示すように、前輪１５を路面９０から充分に浮かせた状態で、駆動輪１２および後輪１７を路面９０に接地させることを目的として走行するモードである。３輪モードは、主として、５輪モードでは走行できない段差、溝の踏破、５輪モードで発生する振動の低減、乗車姿勢のリクライニング効果を図り、乗り心地を改善させることを意図することができる。また５輪モードによれば、重心位置Ｇは駆動輪１２の接地点１２ｃ付近または接地点１２ｃよりも前方に位置する。３輪モードによれば、重心位置Ｇは駆動輪１２の接地点１２ｃよりも後方に位置する。ここで、重心位置Ｇは、使用者の体重を含むビークル１の全体（左右の駆動輪１２を除く）の重心位置を意味する。このように２つの走行モードを１台のビークル１で実現することができる。
【００４４】
図２は、制御系のブロック図を示す。図２に示すように、制御装置２は５輪モードと３輪モードとを切り替える制御を行う。図２に示すように、制御装置２は、デジタルＩＯ２０と、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。デジタルＩＯ２０およびＡＤ変換器２１は、操作部１４およびセンサ系からの信号が入力される。カウンタ２２は、左の駆動輪エンコーダ５５Ｌおよび右の駆動輪エンコーダ５５Ｒからの信号が入力される。左の駆動輪エンコーダ５５Ｌは、左の駆動輪１２Ｌに対する角速度センサ、回転数センサ、ビークル１の速度センサ（走行速度検知手段）として機能することができる。右の駆動輪エンコーダ５５Ｒは、右の駆動輪１２Ｒに対する角速度センサ、回転数センサ、ビークル１の速度センサ（走行速度検知手段）として機能することができる。
【００４５】
駆動輪駆動系は、右の駆動輪モータ１３Ｒ（第１駆動源）と、ＣＰＵ２３からの指令に基づき右の駆動輪モータ１３Ｒを駆動するための右の駆動輪モータドライバ１３１と、左の駆動輪モータ１３Ｌ（第２駆動源）と、ＣＰＵ２３からの指令に基づき左の駆動輪モータ１３Ｌを駆動するための左の駆動輪モータドライバ１３２とを備えている。右の駆動輪モータドライバ１３１により右の駆動輪モータ１３Ｒが制御され、右の駆動輪１２Ｒが制御される。左の駆動輪モータドライバ１３２により左の駆動輪モータ１３Ｌが制御され、左の駆動輪１２Ｌが制御される。
【００４６】
操作部１４は、着座部１０に着座している着座者が操作し易いように、車体１１のうち着座部１０付近に保持されていることが好ましいが、車体１１から分離するリモコン方式でも良い。操作部１４は、５輪モードと３輪モードとを使用者等が切り替えるためのモード切替ボタン１４１（モード切替スイッチ）と、ビークル１の速度を使用者が指令する速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック、目標走行速度設定手段）とを備えている。なお、速度指令操作部１４２を前方に傾けると、前進指令が出力され、後方に傾けると、後退指令が出力され、そして、傾き角度に応じて速度目標が増加する方式が採用されている。但し、この方式に限定されるものではない。
【００４７】
センサ系は、後輪サポートバー１６に取り付けられている後輪１７が路面９０に接地および浮上したことを検知するための接地スイッチ５０（後輪接地および／または浮上検知手段，後輪状態検知手段）と、車体１１に設けられたレートジャイロ５２と、車体１１に設けられた加速度計５３と、右の駆動輪１２Ｒの回転速度および／または回転角度を検知するために車体１１に設けられた右の駆動輪エンコーダ５５Ｒと、左の駆動輪１２Ｌの回転速度および／または回転角度を検知するために車体１１に設けられた左の駆動輪エンコーダ５５Ｌと、後輪サポートバー１６の位置および／または傾斜角度を検知することにより後輪サポートバー１６の位置を検知するために車体１１に設けられた位置センサ５７とを備えている。接地スイッチ５０は、後輪サポートバー１６または車体１１に設けられている。各センサ、各エンコーダの信号は、それぞれデジタルＩＯ２０、ＡＤ変換器２１、カウンタ２２を介して、制御装置２に入力される。
【００４８】
加速度計５３は、ビークル１の車体１１の前進後退方向における加速度を検知することができる。加速度計５３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、重力加速度の影響で、ビークル１の重心位置Ｇのピッチ方向の傾斜角度θ１に応じた加速度を検知することができる。このため加速度計５３は、前記した重心位置Ｇのピッチ方向の傾斜角度θ１を検知することができる。レートジャイロ５２は、重心位置Ｇのピッチ方向の角速度を検知することができる。
【００４９】
このような加速度計５３およびレートジャイロ５２は、水平線に対する路面傾斜角度α、および／または、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。ピッチ方向とは、ビークル１の前進方向（矢印Ｆｘ，Ｒｘ方向）において、駆動輪１２の径方向の軸中心１２ｅに対する傾斜角度を意味する。なお、駆動輪１２の径方向の軸中心１２ｅは、ピッチ方向の運動の中心であるピッチ軸に相当する。
【００５０】
図２に示すように、後輪サポートバー１６を駆動させるバー駆動系は、後輪サポートバー１６を作動させるために車体１１に設けられたアクチュエータ１８と、制御装置２からの指令に基づきアクチュエータ１８を駆動させる後輪サポートバードライバ１９とを備えている。制御装置２からの指令は、右の駆動輪モータドライバ１３１、左の駆動輪モータドライバ１３２、後輪サポートバードライバ１９に入力され、これらを制御する。
【００５１】
以下、本実施形態に係る制御装置２が実行する各制御項目について説明する。＊は実行される制御項目を示す。
【００５２】
＊５輪モードの走行から３輪モードの走行へ切替える制御（制御Ａ）
５輪モードでは、ビークル１は、駆動輪１２、前輪１５および後輪１７の合計５輪を路面９０に接地しつつ走行しており、走行安定性が高い。これに対して、３輪モードでは、ビークル１は、前輪１５を路面９０から浮かせた状態で、駆動輪１２および後輪１７を路面９０に接地しつつ走行する。３輪モードでは、前輪１５が路面９０から浮上しているため、走行中のビークル１の前方に段差が存在していたとしても、ビークル１は段差を乗り越え易い。
【００５３】
次に示す（ｉ）（ｉｉ）の双方の条件が満足される場合において、操作者（一般的には着座している使用者）等によりモード切替ボタン１４１を一定時間連続的にまたは断続的に操作されると、制御装置２は、モードを５輪モードから３輪モードへ自動的に切替える。モード切替ボタン１４１の一定時間の操作を条件としたのは、モード切替ボタン１４１の押し間違い、速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック）の誤操作などによる意図に反して予期しない３輪モードへの移行が生じないようにするためである。ビークル１の前進走行速度が速ければ、使用者の体重を含めたビークル１の全体（左右の駆動輪１２を除く）の重心位置Ｇが駆動輪１２の接地点１２ｃよりも後方に移動し易くなり、前輪１５が路面９０から浮上し易くなり、５輪モードから３輪モードとなり易い。
（ｉ）前進走行速度Ｖが設定速度以上であること
（ｉｉ）速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック）による前進速度の目標値Ｖtargetが一定値以上であること
逆に、３輪モードから５輪モードへは、モード切替スイッチとして機能するモード切替ボタン１４１が一定時間、連続的または断続的に操作された場合には、制御装置２は、ビークル１の移動速度に依存することなく、３輪モードから、走行安定性が高い５輪モードへ直ちに移行させる。この場合、実際の前進走行速度、前進速度の目標値に依存しない。
【００５４】
ところで、５輪モードで走行しているとき、５輪モードから３輪モードへ移行させるためには、使用者の体重を含めたビークル１の全体（左右の駆動輪１２を除く）の重心位置Ｇが駆動輪１２の接地点１２ｃよりも後方に来るような駆動トルクを与えることが好ましい。同時に、車体１２の後方への傾倒を確保すべく、後輪１７を路面９０に接地させつつ、後輪サポートバー１６を上方（矢印Ｕ方向，浮上させる方向）に持ち上げる指令をアクチュエータ１８に出力する。その結果、ビークル１全体が前方に進みながら後方に傾倒し（一般的には、後輪１７を路面９０に接地させつつ）、３輪モードに移行する。
【００５５】
このように５輪モードから３輪モードに移行する場合、左右の駆動輪１２で発生する駆動トルクＴは、次の式（１）で計算されるトルク以上とする。
【００５６】
【数１】
0005109099.tif 000002
図３は、式（１）で用いられるパラメータを示す。図３および式（１）において、Ｇは、使用者の体重を含むビークル１（駆動輪を除く）の重心位置を示す。図３に示すように、Ｐ１は、駆動輪１２の軸中心１２ｅ（ピッチ運動の中心であるピッチ軸）を通る鉛直線を示す。θ１は、使用者の体重を含むビークル１の重心位置Ｇが駆動輪１２の軸中心１２ｅ（ピッチ軸に相当）に対してピッチ方向（前方）へ傾斜している傾斜角度（駆動輪１２の軸中心１２ｅを通る鉛直線Ｐ１に対するピッチ方向傾斜角度）を示す。
【００５７】
図３において、Ｐ２は、ビークル１の重心位置Ｇと駆動輪１２の軸中心１２ｅとを通る仮想線を示す。Ｍ１は、使用者（人間）の体重を含むビークル１（駆動輪を除く）の質量を示す。Ｊ１は、使用者（人間）の体重を含むビークル１（駆動輪を除く）の重心位置Ｇ回りの慣性モーメントを示す。Ｍ２は、左右の駆動輪１２の質量の合計を示す。Ｊ２は、重心位置Ｇ回りの駆動輪１２の慣性モーメントを示す。Ｌは、重心位置Ｇと駆動輪１２の軸中心１２ｅとの距離（仮想線Ｐ２と平行な距離）を示す。Ｒは、駆動輪１２の半径を示す。Ｔは左右の駆動輪１２Ｒ，１２Ｌの合計の駆動トルクを示す。ｇは重力加速度を示す。αは、水平線に対する実際の路面傾斜角度を示す。αは、段差９５の踏破時における段差９５の傾斜も含む。なお、路面傾斜角度αが正値で大きくなることは、路面９０が登り坂となることを意味する。
【００５８】
ピッチ方向傾斜角度θ１は、車体１１に設けられた加速度計５３の出力値およびレートジャイロ５２の出力値から求められる。具体的には、ピッチ方向傾斜角度θ１はθHLと同じものであり、θHLの場合と同様に、制御装置２は、レートジャイロ５２の出力値である角速度θｇ（ドット）を時間積分した積分値（レートジャイロ５２で求めたθHLに相当）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）によりフィルタリングにより低周波域のノイズを除去した値θHL2を求める。制御装置２はθHL1およびθHL2を加算し、θHL（θHL＝θHL1＋θHL2）＝θ１を求める。
【００５９】
ここで、ビークル１の重心位置Ｇとは、使用者が着座部１０に着座しているとき、使用者の体重を含めたビークル１の全体（但し、左右の駆動輪１２を除く）の重心をいう。使用者が着座部１０に着座しているとき、ビークル１の全体の重心位置Ｇは、前後方向において、左右の駆動輪１２の接地点１２ｃ近傍にある。ここで、θ１，αはそれぞれ大きな角度ではない。このため、便宜上、ｓｉｎθ１≒θ１、ｃｏｓ（θ１＋α）≒（１−（θ１＋α））≒１と取り扱うことができるため、次の式（２）のように線形近似を行うことが可能である。
【００６０】
【数２】
0005109099.tif 000003
制御装置２が５輪モードから３輪モードへモードを移行させるにあたり、式（２）において、Ｍ１，Ｍ２，Ｒ，Ｊ１、Ｊ２、Ｌ，ｇはほぼ固定値であると推定できる。このため、式（２）によれば、ビークル１の全体の重心位置Ｇの傾斜角度θ１および路面傾斜角度αが増加するにつれて、左右の駆動輪１２に発生する駆動トルクＴを増加させる必要がある。このように駆動トルクＴを増加させれば、使用者の体重を含めたビークル１の全体（左右の駆動輪１２を除く）の重心位置Ｇが駆動輪１２の接地点１２ｃよりも前方（鉛直線Ｐ１よりも前方）から、後方（鉛直線Ｐ１よりも後方）に移動することができ、ビークル１を走行させつつ、前輪１５を路面９０から浮上させることができる。
【００６１】
なお、駆動輪１２，前輪１５および後輪１７が路面９０に接地しているときには、路面傾斜角度αは、後述の角度θHL（＝θ１）と、水平面上にビークル１が存在するときのθ１（重心位置Ｇと駆動輪１２の軸中心１２ｅとを結ぶ線と鉛直線Ｐ１との成す角度）で定義される角度θ1Sとに基づいて、α≒θ1S−θHLで算出される。ここで、傾斜角度θHLは、ビークル１のピッチ軸（具体的には、駆動輪１２の軸中心１２ｅ）回りに取り付けられたレートジャイロ５２の出力値と、前後進方向の加速度計５３の出力値とから、後述の図６に示す手法により演算で求めて算出する。従って、レートジャイロ５２および加速度計５３は、路面傾斜角度αを検知する路面傾斜角度センサ、および／または、ビークル１の重心位置Ｇのピッチ方向へのピッチ方向傾斜角度θ１を検知するピッチ方向傾斜角度検知センサとして機能することができる。
【００６２】
ここで、上記した式（２）を考慮し、実用的には、下記の式(３)ようなトルクを左右の駆動輪１２Ｒ，１２Ｌで発生させれば、５輪モードから３輪モードへの確実なモード移行を実現することができる。従って５輪モードから３輪モードに切り替えるに当たり、制御装置２は駆動トルクＴを演算またはマップから求める。駆動トルクＴは、５輪モードから３輪モードに切り替えるための駆動トルクである。駆動トルクＴ以上のトルクが駆動輪１２Ｒ，１２Ｌに与えられると、ビークル１は５輪モードから３輪モードに切り替えられる。
【００６３】
【数３】
0005109099.tif 000004
上記した式(３)において、Ｔｃは、摩擦等の補償トルクを示す。Ｋｐは、ピッチ方向傾斜角度θ１に関するフィードバックゲインを示す。θｔは、ビークル１の重心位置Ｇのピッチ方向の目標角度を示し、ビークル１に応じて予め設定されている固定値である。
【００６４】
ここで上記した式(３)において、Ｍ１，Ｍ２，Ｊ１，Ｊ２，Ｌ，Ｒは固定値またはほぼ固定値と推定できる。このため上記した式(３)によれば、左右の駆動輪１２に与えられる駆動トルクＴは、路面傾斜角度αおよびピッチ方向傾斜角度θ１に基づいて求められる。従って、駆動トルクＴは、ピッチ方向傾斜角度θ１が大きくなるほど増加し、路面傾斜角度αが増加するほど増加する。従って、５輪モードから３輪モードへ切り替えるにあたり、制御装置２は、ピッチ方向傾斜角度θ１および路面傾斜角度αを求め、式(３)に基づいて駆動トルクＴを設定し、制御装置２は、駆動輪１２に与えられる駆動トルクがＴとなるようフィードバック制御する。これにより３輪モードで安定的に走行できる。
【００６５】
上記した式（１）〜式(３)によれば、ピッチ方向傾斜角度θ１が増加するにつれて、路面傾斜角度αが増加して路面９０が登り勾配が急になるにつれて、左右の駆動輪１２に発生する駆動トルクＴを増加させる必要がある。ここで、式（１）〜式(３)における駆動トルクＴは、左右の駆動輪１２の総和である。よってビークル１が５輪モードから３輪モードに切り替わるとき、左の駆動輪１２の駆動トルクはＴ／２であり、右の駆動輪１２の駆動トルクはＴ／２である。
【００６６】
上記した式（１Ｘ）は路面傾斜角度αが０のとき、上記した式（１）に相当する。上記した式（２Ｘ）は路面傾斜角度αが０のとき、上記した式（２）に相当する。上記した式（３Ｘ）は路面傾斜角度αが０のとき、上記した式（３）に相当する。このように式（３Ｘ）によれば、路面傾斜角度αが０のときには、ピッチ方向傾斜角度θ１が増加するにつれて、制御装置２は、左右の駆動輪１２に発生する駆動トルクＴを増加させる必要がある。なお、式(３Ｘ)において、前述同様に、Ｔｃは、摩擦等の補償トルクを示す。Ｋｐは、ピッチ方向傾斜角度θ１に関するフィードバックゲインを示す。θｔは、ビークル１の重心位置Ｇのピッチ方向の目標角度を示し、ビークル１に応じて予め設定されている固定値である。
【００６７】
＊ところで、万が一、ビークル１が５輪モードで走行しているとき、５輪モードから予期せぬ３輪モードへの移行が発生したりすることがある。また、５輪モードから３輪モードへの移行中に危険な状態に陥ったりする場合には、操作部１４（ジョイスティック等）による人間の意図的な動作（反対方向への目標速度指令など）により、その場で、制御装置２は、左右の駆動輪１２の駆動を止める指令を出力すると共に、後輪サポートバー１６を下げて後輪１７の接地性を高める指令を出力することにより、モードを５輪モードに戻す。これによりビークル１は３輪モードから５輪モードに安定的に戻ることができる。なお、５輪モードから３輪モードに切り替えるにあたり、上記した（ｉ）および（ｉｉ）の条件を満足させることにしているが、場合によっては、（ｉ）および（ｉｉ）のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【００６８】
＊３輪モードにおける走行から５輪モードに切り替える制御（制御Ｂ）
３輪モードにおいてビークル１が走行しているとき、着座部１０に着座している使用者の重心移動など、または、予想外の要因により、後輪１７が浮上するおそれがある。この場合には、路面９０に対する後輪１７の接地および浮上を検知する接地スイッチ５０から後輪浮上信号が制御装置２に出力される。そこで制御装置２は、後輪サポートバー１６を下降させる指令をアクチュエータ１８に出力する。これにより制御装置２は後輪１７を路面９０に接地させ、安定走行を図り得る５輪モードに切り替える。この場合、操作部１４のモード切替ボタン１４１が３輪モードを選択している場合には、制御装置２は３輪モードに移行させる制御を行う。この場合においても、３輪モードに移行させるためには、前記した（ｉ）（ｉｉ）の条件を満足させることが好ましい。
【００６９】
＊３輪モード及び５輪モードのそれぞれにおける安定走行のためのトルク制御
３輪モード及び５輪モードにおいてビークル１を安定走行させるためには、右の駆動輪１２Ｒの駆動トルクがＴＲに維持されるように、且つ、左の駆動輪１２Ｌの駆動トルクがＴＬに維持されるように、駆動輪１２Ｒ，１２Ｌについてそれぞれ独立にフィードバック制御を行う。これにより左右の駆動輪１２Ｒ，１２Ｌに対して独立に回転数の制御を行う。ここで、式（４）に示されるＴＲは、安定走行のための右の駆動輪１２Ｒの駆動トルクを示す。式（５）に示されるＴＬは、安定走行のための左の駆動輪１２Ｌの駆動トルクを示す。
【００７０】
【数４】
0005109099.tif 000005
【００７１】
【数５】
0005109099.tif 000006
ここで、式（４）（５）において、θRは右の駆動輪１２Ｒの回転角度を示す。θＬは左の駆動輪１２Ｌの回転角度を示す。回転角度θR，θＬの微分は角速度θ（ドット）R，θ（ドット）Ｌとなる。θ（ドット）R−refは、右の駆動輪１２Ｒの角速度の目標値を示し、操作部１４の速度指令操作部１４２（ジョイスティック等）を介して使用者により随時変更される。また、θ（ドット）L−refは、左の駆動輪１２Ｌの角速度の目標値を示し、操作部１４の速度指令操作部１４２（ジョイスティック等）を介して使用者により随時変更される。式（４）（５）において、θR等に付されているドットは時間による微分値を意味する。なお、θRは、右の駆動輪エンコーダ５５Ｒにより求められる。θLは、左の駆動輪エンコーダ５５Ｌにより求められる。θＲ（ドット）とθＬ（ドット）は計算機上での時間による差分により求められる。なお、θＲ（ドット）とθＬ（ドット）は、エンコーダではなくタコジェネレータ等の角速度センサにより求めても良い。
【００７２】
上記した式（４）によれば、右の駆動輪１２Ｒの駆動トルクＴＲは、右の駆動輪１２Ｒについて、角速度θR（ドット）と角速度目標値θR（ドット）−refとの差に基づいて、または、回転角度θRと角速度目標値の積分値（時間積分）との差に基づいて求められる。また、上記した式（５）によれば、左の駆動輪１２Ｌの駆動トルクＴＬは、左の駆動輪１２について、角速度θL（ドット）と角速度目標値θ（ドット）L−refとの差に基づいて、または、回転角度θLと角速度目標値の積分値（時間積分）との差に基づいて求められる。なお、時間積分の基準となる時間は、予め任意に設定された単位時間、速度指令操作部１４２（ジョイスティック等）の操作時間に基づく。
【００７３】
なお、上記した式（４）（５）において、右の駆動輪１２Ｒの角速度フィードバックゲインＫＶＲ、左の駆動輪１２Ｌの角速度フィードバックゲインＫＶＬ、右の駆動輪１２Ｒの角度フィードバックゲインＫＰＲ、左の駆動輪１２Ｌの角度フィードバックゲインＫＰＬはそれぞれ、実験的に適宜求められ、任意値とする。上記したように式（４）（５）によれば、右の駆動輪１２Ｒの駆動トルクＴＲは、右の駆動輪１２の回転角度θRに基づいて求められる。左の駆動輪１２Ｌの駆動トルクＴＬは、左の駆動輪１２の回転角度θLに基づいて求められる。
【００７４】
＊ところで、ビークル１が３輪モードで走行しているとき、図１の右図のように、使用者の重心位置Ｇが駆動輪１２の接地点１２ｃに近い位置にある。このため、ビークル１の急停止や急後退などのときには、あるいは、使用者の重心移動などにより、車体１２が前方に傾いたり、後輪サポートバー１６に取り付けられている後輪１７が浮上したりするおそれがある。さらに、ビークル１が５輪モードで走行しているときにおいても、後輪サポートバー１６が短く、かつ、登り傾斜面で急発進する場合などには、ビークル１の姿勢安定性が損なわれ、ビークル１が後方へ過剰傾倒するおそれがある。
【００７５】
上記した事情を考慮すると、ビークル１が３輪モードで走行しているとき等、通常の操作部１４（例えばジョイスティック）の急激な操作による急停止や急後退を防止することが好ましい。このため制御装置２は、操作部１４の速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック）の操作による入力信号（速度指令値）に対して、ソフトウェア上で、ローパスフィルタ（フィルタ部）をかける。これにより、カットオフ周波数ｆよりも低い周波数域の入力信号のみを入力させ、操作部１４の速度指令操作部１４２の急激な操作によりビークル１が急停止したり、急後退したり、ビークル１の姿勢が過剰に傾倒することを抑制する。
【００７６】
換言すると、制御装置２は、操作部１４の速度指令操作部１４２による入力信号（速度指令信号）のうち所定のカットオフ周波数ｆよりも高い高周波成分をカットし、操作部１４の速度指令操作部１４２による入力信号のうち所定のカットオフ周波数ｆよりも低い低周波成分を選択する。つまり、制御装置２は、速度指令操作部１４２の入力信号（速度指令信号，右の駆動輪１２Ｒに対する角速度目標値θR（ドット）−ref，左の駆動輪１２Ｌに対する角速度目標値θL（ドット）−ref）をローパスフィルタによりフィルタリングする。これにより右の駆動輪１２Ｒの速度目標値（角速度目標値θR（ドット）−ref−LP）と、左の駆動輪１２Ｌの速度目標値（角速度目標値θL（ドット）−ref−LP）とを決定する。このように操作部１４による入力信号（速度指令信号）のうち所定のカットオフ周波数ｆよりも高い高周波成分をカットしている。このため、操作部１４の速度指令操作部１４２が急激に操作されるときであっても、例えば３輪モードにおいてビークル１を安定走行させることができる。
【００７７】
図４は、右の駆動輪１２Ｒおよび左の駆動輪１２Ｌの角速度目標値をローパスフィルタによりフィルタリングすることを示す。図４によれば、右の駆動輪１２Ｒの角速度目標値θR（ドット）−refは、ローパスフィルタでフィルタリングされ、角速度目標値θR−ref−LPとなる。また、左の駆動輪１２Ｌの角速度目標値θL（ドット）−refは、ローパスフィルタでフィルタリングされ、角速度目標値θL（ドット）−ref−LPとなる。
【００７８】
＊カットオフ周波数ｆの調整制御
上記した場合、ローパスフィルタによるフィルタリングのカットオフ周波数ｆについては、制御装置２は、水平線に対する路面傾斜角度α（α≒θ1S−θHL）を求め、路面傾斜角度α（α≒θ1S−θHL）の大きさに応じて、下記のようにフィルタリングのカットオフ周波数ｆを決定することが好ましい。ここで、ビークル１が３輪モードで前進しているとき、操作部１４の速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック）の操作により後退速度が速くなるように急激に入力操作されると、ビークル１が慣性力により前方に過剰傾倒し、３輪モードが維持できないおそれがある（第１の場合）。また、ビークル１が３輪及び５輪モードにて移動（前進および後退を含む）しているとき、操作部１４により前進速度が速くなるように急激に入力操作されると、バー１６の長さが短いとき等には、慣性力によりビークル１が後方に過剰に傾倒するおそれがある（第２の場合）。
【００７９】
（ｉ）第１の場合には、操作部１４の速度指令操作部１４２等の急激な操作入力を排除することが好ましい。そこで制御装置２は、式（６）に基づいて、制御装置２は演算またはマップなどによりローパスフィルタのカットオフ周波数ｆを決定する。ここで、式（６）において、ｆ(＝1／２πＴ)は、駆動目標値に対するローパスフィルタのカットオフ周波数を示す。ｆｒは、平地上での上記基準カットオフ周波数を示す。ｋｒ（＞0）は、路面傾斜角度αに応じた補正係数を示す。式（６）によれば、カットオフ周波数ｆは路面傾斜角度αに応じて変化する。具体的には、路面傾斜角度αが大きくなり、路面９０が急勾配の登り坂となれば、平地上での上記基準カットオフ周波数に比較して、カットオフ周波数ｆを高くする。これにより３輪モードで走行しているとき、操作部１４の速度指令操作部１４２が急激に操作されるときであっても、ビークル１の走行加速度が抑制され、ビークル１の前方への過剰傾倒を阻止することができる。なお路面傾斜角度αが正値で大きくなることは、登り坂となることを意味する。
【００８０】
【数６】
0005109099.tif 000007
（ｉｉ）第２の場合には、式（７）に基づいて、制御装置２は演算またはマップなどによりカットオフ周波数ｆを決定する。
【００８１】
【数７】
0005109099.tif 000008
ここで、式（７）において、ｆ(＝1／２πＴ)は、前方への駆動目標値に対するローパスフィルタのカットオフ周波数を示す。ｆｒは、平地上での上記基準カットオフ周波数を示す。ｋｆ（＞0）は、路面傾斜角度αに応じた補正係数を示す。式（７）によれば、カットオフ周波数ｆは路面傾斜角度α（≒θHL）に応じて変化する。具体的には、路面傾斜角度αが大きくなり、路面９０が勾配が大きな登り坂であれば、平地上での上記基準カットオフ周波数に比較して、カットオフ周波数ｆを低くする。これにより３輪状態および５輪状態で走行しているとき、ビークル１の走行加速度が抑制され、後方への過剰傾倒を阻止することができる。
【００８２】
＊３輪モード走行において後輪サポートバー１６を下降させることにより、５輪モードへ移行させる制御（制御Ｃ）
前述のようなビークル１の急停止や急後退を抑制する制御を施したとしても、それを上回る過大な急停止や急後退、人間の姿勢変化による過大な重心位置Ｇ変化など、あるいは、それ以外の予想外の事情が発生するおそれがある。この場合、３輪モード走行中において後輪サポートバー１６の後輪１７が路面９０よりも浮上する場合が想定される。この場合、後輪１７の接地および／または浮上を検知する接地スイッチ５０（後輪状態検知手段）が後輪サポートバー１６に搭載されているため、接地スイッチ５０の信号の読込により、路面９０に対する後輪サポートバー１６の浮上（路面９０に対する後輪１７の浮上）が検知される。
【００８３】
そこで、制御装置２は、駆動輪１２をその場で静止または減速させる指令を出力すると共に、後輪サポートバー１６を５輪モードの位置まで下降させる指令を出力することで、即座に５輪モードに移行する。５輪モードは走行の安定性に優れている。このため過大な急停止や急後退、人間の姿勢変化による過大な重心位置Ｇ変化、あるいは、予想外の事情が発生したとしても、ビークル１の走行は安定である。なお、後輪１７ばかりではなく、右の駆動輪１２Ｒ、左の駆動輪１２Ｌ、前輪１５、後輪１７の全てが路面に対して接地および／または浮上していることを検知するセンサを設けることができる。
【００８４】
（実施形態２）
実施形態２は実施形態１と基本的に同様の構成および同様の作用効果を有するため、実施形態１で説明した図面を準用する。本実施形態によれば、実施形態１に加えて、駆動輪１２が段差９５を乗り越えるときにおける制御を実施する。５輪モードにおける駆動輪１２および前輪１５の双方の接地は、走行安定性に有利であるものの、前輪１５が段差９５に衝突し乗り越えられにくいという問題を抱えている。前輪１５の径を大きくすれば、段差９５を乗り越え易いが、前輪１５の径の増加には限界がある。
【００８５】
図５（ａ）〜図５（ｆ）は、３輪モードを活用することによりビークル１の駆動輪１２が段差９５を昇って乗り越えるシーケンスを示す。ビークル１が３輪モードで走行しているとき、図５（ａ）に示すように、駆動輪１２および後輪１７が路面９０に接地しているものの、前輪１５が路面９０から浮上している。このためビークル１が前進すると、段差９５の上面９６に容易に駆動輪１２を上げることができる（図５（ａ）〜図５（ｃ））。その後、駆動輪１２の発生トルクのみの力で乗り越えられる程度の低い段差９５に対しては、操作部１４の速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック等）による前進指令操作に基づいて、駆動輪１２の通常の発生トルクのみで段差９５の上面９６を乗り越えることができる。
【００８６】
これに対して、段差９５の上面９６の高さ等の程度によっては、図５の（ｂ）に示す状態において、駆動輪１２の駆動トルクのみで乗り越えられない場合がある。この場合、駆動輪１２の駆動トルクが不足し、駆動輪１２がスリップする。このような段差９５に対しては、制御装置２は制御Ｄを実施する。即ち、制御装置２は操作部１４の速度指令操作部１４２の速度指令値と、駆動輪１２Ｒ，１２Ｌの実際の回転速度とを読み込む。そして過大な速度指令値と駆動輪回転速度との関係から、即ち、過大な速度指令値に比較して駆動輪回転速度が遅いとき、ビークル１がそのままでは乗り越え不可能な段差９５と判断する。そこで、制御装置２は、後輪サポートバー１６を矢印Ｄ方向（図５（ｂ）参照）に下降させる指令をアクチュエータ１８に出力する。これにより後輪サポートバー１６に取り付けられている後輪１７が路面９０を矢印Ｆ１方向（図５の（ｂ）参照）に押圧する。これにより反力により、後輪１７は、ビークル１を押し上げるアシスト力を発生させる。アシスト力の結果、段差９５の上面９６の高さが高いときであっても、ビークル１は段差９５を乗り越えることが容易となる（図５（ｃ）参照）。
【００８７】
＊駆動輪１２のスリップ検知
ビークル１には、図２に示すように、加速度計５３（ビークル１の前進および後退方向における加速度を検知する）と、レートジャイロ５２（ビークル１のピッチ方向の角速度を検知する）が搭載されている。ａｃｃは、加速度計５３から求めたビークル１の加速度の出力値を示す。θａｃｃは、駆動輪回転角度センサ（つまりロータリエンコーダ５５，５５Ｌの出力値を計算機で時間に関する差分により求めたものであり、前進後退方向におけるビークル１の加速度を示す。
【００８８】
そして図６に示すように、制御装置２は、加速度計５３から求めたビークル１の加速度の出力ａｃｃに基づいて、重力加速度ｇを考慮し、ｓｉｎ−１（ａｃｃ／ｇ）の値（加速度計５３で求めたθHLに相当）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）によるフィルタリングにより高周波域のノイズを除去した値θHL1を求める。また、制御装置２は、レートジャイロ５２の出力値である角速度θｇ（ドット）を時間積分した積分値（レートジャイロ５２で求めたθHLに相当）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）によりフィルタリングにより低周波域のノイズを除去した値θHL2を求める。制御装置２はθHL1およびθHL2を加算し、θHL（θHL＝θHL1＋θHL2）を求める。
【００８９】
上記したように加速度計５３の出力値に基づくθHL1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５２の出力値に基づくθHL2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。これは、高周波域で精度が充分ではない加速度計５３と、低周波域で精度が充分ではないレートジャイロ５２の時間に関する積分値とのそれぞれのセンサ特性を考慮しているためである。これにより低い周波数域〜高い周波数域においてθHL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と同値である。
【００９０】
ここで、駆動輪１２，前輪１５および後輪１７が路面９０に実質的に接地しているときには、加速度計５３およびレートジャイロ５２で求められた角度θHLは、実際の路面傾斜角度αに相当する（α≒θHL）。このように２種類のセンサ、即ち、加速度計５３の出力値とレートジャイロ５２の出力値との双方を利用することにより、ビークル１が走行している実際の路面傾斜角度α（α≒θHL）を、角度θHLとして求めることができる。
【００９１】
ここで、ビークル１がピッチ方向に傾いている場合には、加速度計５３は、重力加速度の影響で、ビークル１のピッチ方向傾斜角度θ１に応じた加速度を検知することができるため、結果として、加速度計５３によりビークル１のピッチ方向傾斜角度θ１が求められる。下記の式（８）に基づいて駆動輪１２のスリップ値が求められる。
【００９２】
【数８】
0005109099.tif 000009
そして、スリップ値がスリップ検知のための閾値ａｃｃ−ｓを超えた場合には、制御装置２は、駆動輪１２がスリップしていると判定することができる。ここで、式（８）によれば、加速度計５３からの加速度出力ａｃｃ［m／sec２］と車体ピッチ方向の重力加速度成分（gsinθHL）の和と駆動輪回転角加速度から求めた車体前後方向加速度θａｃｃとの差が大きいほど、また、θHL（つまりｓｉｎθHL）が大きいほど、スリップ値が高くなり、駆動輪１２がスリップしていると判定される。即ち、駆動輪１２のスリップの有無は、加速度計５３からの加速度出力，θHL，θａｃｃのうちの少なくとも一つの値に基づいて検知される。
【００９３】
＊駆動輪がスリップしているとき、アシスト力に基づく段差９５の乗り越えリトライの制御（制御Ｅ）
上記の手法でビークル１が段差９５を乗り越え中において、図５（ｃ）に示す状態において、上記したスリップ判定アルゴリズム（式（８）参照）に基づいて駆動輪１２のスリップが検知される場合には、駆動輪１２の駆動トルクが不足し、ビークル１は段差９５を乗り越え不能であると、制御装置２は判定する。
【００９４】
そこで制御装置２は、後輪サポートバー１６を矢印Ｕ方向（図５（ｃ）参照）４）に上昇させる指令をアクチュエータ１８に出力する。これにより図５の（ｂ）に示す左右の駆動輪１２が重力により下降して路面９０に確実に接地するため、駆動輪１２のスリップが解除される。その後、制御装置２は、再度、後輪サポートバー１６を矢印Ｄ方向に下降させる指令をアクチュエータ１８に出力する。これにより駆動輪１２を回転させつつ、再度、後輪サポートバー１６に取り付けられている後輪１７が路面９０を押圧する。このため、反力に基づいて、後輪サポートバー１６および後輪１７によるアシスト力（駆動輪１２が段差９５を乗り越えるアシスト力）が発生する。このように駆動輪１２を回転させつつ、後輪１７がアシスト力を発生させるため、駆動輪１２は段差９５の上面９６に乗り上げることができる（図５（ｄ）参照）。
【００９５】
＊段差９５の昇り終了後における後輪サポートバー１６の基準位置復帰の制御（制御Ｆ）
図５の（ｄ）に示す状態では、駆動輪１２は段差９５の上面９６に移行しているので、駆動輪１２が段差９５の上面９６に持ち上がっている。この場合、加速度計５３およびレートジャイロ５２により求められるビークル１のピッチ方向傾斜角度θ１に基づいて、制御装置２は、ビークル１が段差９５の上面９６への移行を終了したこと（即ち、駆動輪１２が段差９５の上面９６に存在すること）を検知することができる。
【００９６】
ここで、ピッチ方向傾斜角度θ１が所定角以内（例えば０度）であれば、ビークル１はほぼ水平と推定でき、制御装置２は、ビークル１が段差９５の上面９６に存在しており、上面９６への移行を終了したことを、制御装置２は検知することができる。すると、制御装置２は、図５の（ｆ）に示すように、後輪サポートバー１６を矢印Ｄ方向に下降させて、後輪サポートバー１６の基準位置（５輪モードにおける後輪サポートバー１６の使用位置）に復帰させる指令をアクチュエータ１８に出力し、後輪１７を段差９５の上面９６に接地させる。これによりビークル１は５輪モードに戻り、段差９５の上面９６を５輪モードで安定的に走行する（図５の（ｆ）参照）。
【００９７】
＊５輪モード走行時において段差９５を降りる時の駆動輪１２のスリップ検知、及び、後輪サポートバー１６によるスリップ解除の制御（制御Ｇ）
図７は、ビークル１が５輪モードで段差９５の上面９６を走行し、更に段差９５の上面９６を降りて路面９０に移行する場合のシーケンスを示す。この場合、図７の（ｄ）に示す状態によれば、後輪１７が段差９５の上面９６に接地すると共に前輪１５が路面９０に接地するため、駆動輪１２が路面９０および段差９５の上面９６の双方に非接触となり、駆動輪１２がスリップし、駆動輪１２の駆動力が路面９０に伝わらない状態になる場合が生じるおそれがある。この場合、ビークル１の走行に支障をきたすおそれがある。そこで制御装置２は、前述したような駆動輪１２のスリップ検知アルゴリズム（式（８）参照）に基づいて、駆動輪１２のスリップを検知する。そして、制御装置２は、駆動輪１２のスリップが生じなくなるまで、後輪１７および後輪サポートバー１６を矢印Ｕ方向（図７（ｄ）参照）に上昇させる指令をアクチュエータ１８に出力する。これにより駆動輪１２の接地性が向上する。そして、駆動輪１２のスリップが生じなくなれば、駆動輪１２のトルクでビークル１は前進可能となる。このため制御装置２は、駆動輪１２のスリップが解除されたことを検知したら、後輪サポートバー１６を矢印Ｄ方向に下降させる指令をアクチュエータ１８に出力し、後輪サポートバー１６の後輪１７を下降させ、後輪１７を５輪モードの基準位置まで戻す。このようにビークル１が段差９５を降りるときに駆動輪１２のスリップが発生するときであっても、後輪サポートバー１６および後輪１７を上昇させれば、ビークル１の駆動輪１２は良好に段差９５の上面９６から路面９０に接地できる。なお、段差９５の上面９６を降りたビークル１は５輪モードで路面９０を走行できる。
【００９８】
＊斜面走行時、段差９５の乗り越え時等におけるビークル１の後方への過剰傾倒を防止する制御
斜面走行時、段差９５の乗り越え時等において、駆動輪１２の駆動トルクが大き過ぎると、ビークル１が後方へ過剰に傾倒することがある。これに対処することが好ましい。この場合、前述したように、レートジャイロ５２の出力値、加速度計５３の出力値の合成によって路面傾斜角度α（≒θHL）が制御装置２により求められる。路面傾斜角度α（段差９５の踏破時における段差９５の傾斜も含む）を考慮に入れ、斜面走行時や段差９５の踏破時等におけるビークル１の後方への転倒を阻止することが好ましい。ここで、駆動輪１２のトルクが大き過ぎると、ビークル１が後方に過剰に傾倒するおそれがある。そこで制御装置２は、ビークル１が５輪モードにおいて走行中しているとき、駆動輪１２のトルクが過剰になることを抑えるトルク抑制制御を行う。この場合、駆動輪１２の最大トルクＴlimit（駆動輪１２Ｒ，１２Ｌに与えられる総和トルク）については、ビークル１の機構から式（９）に基づいて決定する。制御装置２は、５輪モードで走行しているとき、駆動トルクを駆動輪１２に与えるにあたり、最大トルクＴlimitを越えないように駆動トルクをフィードバック制御している。
【００９９】
【数９】
0005109099.tif 000010
ここで、図８に示すように、Ｐ３は、重心位置Ｇを通るような路面９０に対する路面垂直線を示す。Ｌｂは、路面垂直線Ｐ３と後輪１７の接地点との最短の距離を示す。Ｌａは、後輪１７の接地点と駆動輪１２の中心１２ｃとの距離を示す。Ｒは駆動輪１２の中心１２ｃからの半径を示す。上記した式（９）において、Ｒ，Ｌｂ，Ｌａ，Ｍ１，Ｊ１は固定値またはほぼ固定値とみなし得る。このため、上記した式（９）によれば、路面傾斜角度αが小さくてｃｏｓαの値（路面９０がほぼ水平のとき、ｃｏｓα≒１）が大きいと、最大トルクＴlimitは大きくなる。また、路面傾斜角度αが大きく、ｃｏｓαの値が小さくなると、最大トルクＴlimitは小さくなる。また、距離Ｌｂが増加すると、最大トルクＴlimitは大きくなる。更に距離Ｌａが増加すると、最大トルクＴlimitは小さくなる。但しＬｂが増加すると、Ｌａも増加する。上記したように駆動輪１２に与えられる駆動トルクが最大トルクＴlimitを越えないように、制御装置２はモータ１３Ｒ，１３Ｌをフィードバック制御している。このため斜面走行時、段差９５の乗り越え時などにおいても、ビークル１の姿勢が安定し、後方へ過剰に傾くことが防止される。
【０１００】
（実施形態３）
図９〜図１１は実施形態３を示す。本実施形態は電動式の車いす１Ｂに適用している。本実施形態は実施形態１と同様の構成および作用効果を有する。実施形態１に共通する部位には共通の符号を付する。図９に示すように、ビークルとしての車いす１Ｂは、使用者が着座する着座部１０をもつ車体１１と、車体１１に左右に取り付けられた回転可能な左右の駆動輪１２と、駆動輪１２を回転駆動させる駆動源としての駆動輪モータ１３と、駆動輪モータ１３の駆動を制御する操作部１４と、駆動輪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、車体１１に取り付けられた後輪サポート部材としての後輪サポートバー１６と、後輪サポートバー１６の先端部１６ｅに保持部１９を介して取り付けられた回転可能な後輪１７と、後輪サポートバー１６を路面９０に対して昇降させることにより、後輪１７を路面９０に対して接地および浮上させるアクチュエータ１８とを備えている。図９に示すように、車体１１は、着座部１０に着座している使用者の脚を支えるフットレスト１１１と、着座部１０に着座している使用者の腕を支えるアームレスト１１２と、介助者が車いす１Ｂの後側から操作する操作レバー１１３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１０ｃとを備える。
【０１０１】
図９に示すように、後輪サポートバー１６の先端部１６ｅは、駆動輪１２の接地点１２ｃよりもが後方に向けて延びると共に、駆動輪１２の最外周面１２ｐよりも後方に位置している。後輪サポートバー１６の基端部１６ｆは、車体１１のうち着座部１０よりも下方の取付フレーム１１ｘにおいて、枢支部１１ｋ（枢支軸）により上下方向に揺動可能に取り付けられている。従って、後輪サポートバー１６および後輪１７は、枢支部１１ｋを回動中心として上下方向（矢印Ｕ方向，矢印Ｄ方向）に揺動できる。従って、前記した後輪１７によるアシスト力は、枢支部１１ｋを中心として与えられる。
【０１０２】
後輪サポートバー１６の基端部１６ｆは、駆動輪１２の軸中心１２ｅよりも後方に取り付けられているが、これに限定されるものではない。駆動輪１２は右の駆動輪１２Ｒ，左の駆動輪１２Ｌを備えている。
【０１０３】
図９に示すように、アクチュエータ１８は、アクチュエータ本体１８０と、アクチュエータ本体１８０に設けられ後輪１７を路面９０に対して接地させる方向および浮上させる方向に移動させる移動体１８２とを備えている。アクチュエータ本体１８０の一端部１８０ａは、車体１１の取付部１１５に昇降可能に枢支部１１６（枢支軸）により上下方向に沿って揺動可能に枢支されて取り付けられている。移動体１８２はアクチュエータ本体１８０の他端部１８０ｃから路面９０に向けて伸縮可能に突出しており、後輪サポートバー１６の長さ方向の中間部に枢支部１８５（枢支軸）を介して揺動可能に枢支されている。後輪１７が路面９０に接地しているとき、後輪１７の接地点１７ｃは、駆動輪１２の接地点１２ｃよりも後方に位置すると共に、駆動輪１２の最後端１２ｒよりも後方に位置する。
【０１０４】
アクチュエータ１８は電動式であり、図示しないものの、雌螺子部と、雌螺子部に螺進退可能に螺合する雄螺子部とを備える螺子構造を有する。雌螺子部および雄螺子部により、アクチュエータ本体１８０に対して移動体１８２を矢印Ｄ方向（路面への接地方向）に直動前進させたり、矢印Ｕ方向（路面からの浮上方向）に直動後退させたりできる。
【０１０５】
図１０に示すように、後輪サポートバー１６は、車体１１の幅方向（前進後退方向と直交する方向，Ｋ１方向）の中央域に位置するように、単数設けられている。後輪サポートバー１６に接続されているアクチュエータ１８は、後輪サポートバー１６と同様に、車体の幅方向（Ｋ１方向）の中央域に位置するように、単数設けられている。
【０１０６】
図９から理解できるように、移動体１８２がアクチュエータ本体１８０から路面９０に向けて矢印Ｄ方向（路面への接地方向，下方）に前進すると、後輪サポートバー１６の先端部１６ｅを路面９０に接近させ、後輪１７を路面９０に接地させる方向に移動（下降）させることができる。これに対して、移動体１８２がアクチュエータ本体１８０に接近する方向に、つまり、矢印Ｕ方向（路面からの浮上方向、上方）に移動して路面９０から離間すると、後輪サポートバー１６の先端部１６ｅを路面９０から離間させる方向に相対的に持ち上げ、後輪１７を路面９０から浮上（上昇）させることができる。但し、後輪サポートバー１６の先端部１６ｅを路面９０から離間させる方向に相対的に持ち上げたとしても、ビークル１が後方に傾倒するときには、後輪１７が路面９０に接地したままのときもある。
【０１０７】
図１１（ａ）（ｂ）は後輪１７付近を示す。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、後輪サポートバー１６の先端部１６ｅには、後輪１７を保持するための保持部１９の腕部１９ｘが枢支軸１９ｗにより上下方向に揺動可能に設けられている。保持部１９は、上下方向に沿っている軸芯Ｐ５の回りで軸受１７ａにより左右方向（矢印Ｋ３方向）に回転可能に設けられ後輪ホルダ１７ｂと、後輪ホルダ１７ｂの下部に回転可能に設けられ後輪１７用の横軸形の車軸１７ｃと、接地時における衝撃を緩衝するためのバネ１７ｅとを備えている。路面９０に対する後輪１７の接地および／または浮上を検知するリミットスイッチで形成された接触スイッチ５０が設けられている。接触スイッチ５０は後輪サポートバー１６の先端部１６ｅに設けられている。後輪１７が接地すると、保持部１９に設けられている腕部１９ｘが接触スイッチ５０を操作させる。但しこれに限らず、後輪サポートバー１６の傾斜角度により後輪１７の接地および／または浮上を検知することにしても良い。
【０１０８】
（実施形態４）
図１２は実施形態４を示す。本実施形態は電動式の車いす１Ｃに適用している。本実施形態は実施形態１と同様の構成および作用効果を有する。実施形態１に共通する部位には共通の符号を付する。図１２に示すように、車いす１Ｃは、車体１１に取り付けられた後輪サポート部材としての後輪サポートバー１６と、後輪サポートバー１６の先端部１６ｅに保持部１９を介して取り付けられた回転可能な後輪１７と、後輪サポートバー１６を路面９０に対して昇降させることにより、後輪１７を路面９０に対して接地および浮上させるアクチュエータとしての捻りコイルバネ１８８とを備えている。捻りコイルバネ１８８は、後輪サポートバー１６の基端部１６ｆを介して後輪１７を路面９０に向けて下方（矢印Ｄ方向，接地方向）に付勢する付勢部材として機能しており、後輪１７の路面９０に対する接地性を高めている。前輪１５が路面９０よりも浮上して３輪モードになるときには、重心位置Ｇが駆動輪１２の接地点１２ｃよりも後方となるため、車体１１が後方に傾斜する。この場合、後輪サポートバー１６は、車体１１のフレーム１１ｘに取り付けられたストッパ部１１ｓに当たる。故に、後輪サポートバー１６がそれ以上、矢印Ｕ方向に上昇することは抑えられる。このように捻りコイルバネ１８８は、後輪サポートバー１６を路面９０に向けて作動させて後輪１７を路面９０に対して接地させたり、捻りコイルバネ１８８のバネ力に抗して矢印Ｕ方向（路面９０から離間させる方向）に浮上させたりする機能を備えている。なお、捻りコイルバネ１８８に限らず、コイルバネ、板バネ、皿バネなどの付勢部材でも良い。
【０１０９】
（フローチャート）
＊図１３は、ビークル１が走行しているとき、５輪モードから３輪モードに切り替える制御Ａのフローチャートを例示する。フローチャートは一例であり、これに限定されるものではない。まず、制御装置２は各種センサおよびスイッチ（モード切替ボタン１４１および速度指令操作部１４２、エンコーダ５５Ｒ，５５Ｌを含む）の出力を読み込む（ステップＳ１０２）。モード切替ボタン１４１が５輪モードから３輪モードに切り替えられたか否か判定する（ステップＳ１０４）。３輪モードに切り替えられていれば（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、モード切替ボタン１４１の操作時間Ｔが一定時間Ｔｃ以上操作されていること（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、ビークル１の前進走行速度Ｖが設定速度Ｖｃ以上であること（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック）による前進速度の目標値Ｖtargetが一定値Ｖtｃ以上であること（ステップＳ１１０のＹＥＳ）の条件が満足されたら、駆動輪１２の駆動トルクＴを演算で求め、モータドライバ１３１および１３２に出力すると共に、バー１６を後輪１７と共に持ち上げる動作を実施する（ステップＳ１１２）。これにより３輪モードに切り替わる。なお、モード切替ボタン１４１の操作時間Ｔが一定時間Ｔｃ以上操作されているとしても（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、前進走行速度Ｖが設定速度Ｖｃ以上でないこと（ステップＳ１０８のＮＯ）、速度指令操作部１４２（例えばジョイスティック）による前進速度の目標値Ｖtargetが一定値Ｖtｃ以上でないこと（ステップＳ１１０のＮＯ）の条件が満足されたら、モードは５輪モードから３輪モードに切り替わらない。
【０１１０】
＊図１４は３輪モードから５輪モードに切り替える制御Ｂのフローチャートを例示する。フローチャートは一例であり、これに限定されるものではない。まず、制御装置２は各種センサおよびスイッチ（モード切替ボタン１４１、接地スイッチ５０、エンコーダ５５Ｒ，５５Ｌ等を含む）の出力を読み込む（ステップＳ２０２）。モード切替ボタン１４１が５輪モードに切り替えられているか否か判定する（ステップＳ２０４）。５輪モードに切り替えられていれば（ステップＳ２０４のＹＥＳ）、後輪１７が路面９０から浮上しているか否か判定する（ステップＳ２０６）。後輪１７が路面９０から浮上していれば（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、バー１６を下降させて後輪１７を路面９０に接地させ、５輪モードに切り替え、走行安定性を図る（ステップＳ２０８）。
【０１１１】
＊図１５は制御Ｃのフローチャートを例示する。フローチャートは一例であり、これに限定されるものではない。まず、制御装置２は各種センサおよびスイッチ（モード切替ボタン１４１、接地スイッチ５０等を含む）の出力を読み込む（ステップＳ３０２）。ビークル１の走行が３輪モードであり、後輪１７が路面９０から浮上しているか否か判定する（ステップＳ３０４）。後輪１７が路面９０から浮上していれば（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、ビークル１の姿勢の安定性が損なわれるので、駆動輪１２を静止または減速させる指令をモータ１３Ｒ，１３Ｌに出力すると共に、バー１６を下降させて後輪１７を路面９０に接地させる（ステップＳ３０６）。  
【０１１２】
＊図１６は上記した段差乗り越え時に実行される制御Ｄのフローチャートを示す。フローチャートは一例であり、これに限定されるものではない。まず制御装置２は、各種センサおよびスイッチの出力値（速度指令操作部１４２の速度指令値、エンコーダ５５Ｒ，５５Ｌの駆動輪回転速度）を読み込む（ステップＳ４０２）。そして過大な速度指令値と駆動輪回転速度との関係から、乗り越え不可能な段差９５か否か判断する（ステップＳ４０４）。乗り越え不可能な段差９５であれば（ステップＳ４０４のＹＥＳ）、制御装置２は、段差乗り越えをアシストすべく、後輪サポートバー１６を下降させる後輪アシスト力を発生させる（ステップＳ４０６）。
【０１１３】
＊図１７は上記した段差乗り越え時に実行される制御Ｅのフローチャートを例示する。フローチャートは一例であり、これに限定されるものではない。まず、制御装置２は各種センサおよびスイッチ（モード切替ボタン１４１、接地スイッチ５０、レートジャイロ５２，加速度計５３を含む）の出力を読み込む（ステップＳ５０２）。ビークル１の走行が３輪モードであり、段差乗り越え動作中か否か判定する（ステップＳ５０４）。段差乗り越え動作中であれば（ステップＳ５０４のＹＥＳ）、駆動輪１２のスリップが発生しているか否か判定する（ステップＳ５０６）。駆動輪１２のスリップが発生していれば（ステップＳ５０６のＹＥＳ）、バー１６を所定時間上昇させて後輪１７を浮上させる（ステップＳ５０８）。これにより駆動輪１２の接地性を高める。その後、段差乗り越えをアシストすべく、バー１６を下降させて後輪１７を下降させて後輪アシスト力を発揮させる（ステップＳ５１０）。  
【０１１４】
＊図１８は上記した段差乗り越え時に実行されるこの制御Ｆのフローチャートを例示する。フローチャートは一例であり、これに限定されるものではない。まず、制御装置２は各種センサおよびスイッチ（モード切替ボタン１４１、接地スイッチ５０、レートジャイロ５２，加速度計５３を含む）の出力を読み込む（ステップＳ６０２）。ビークル１が段差９５の上面９６に移行したか否か判定する（ステップＳ６０４）。ビークル１が段差９５の上面９６に移行して水平となっていれば（ステップＳ６０４のＹＥＳ）、バー１６を下降させて基準位置まで戻す（ステップＳ６０６）。これにより５輪モードに戻る。これにより段差９５の上面９６を５輪モードで走行できる。ここで、後輪サポートバー１６の基準位置とは、５輪モードにおける後輪サポートバー１６の使用位置を意味する。
【０１１５】
＊図１９は制御Ｇのフローチャートを例示する。フローチャートは一例であり、これに限定されるものではない。まず、制御装置２は各種センサおよびスイッチ（モード切替ボタン１４１、接地スイッチ５０、レートジャイロ５２，加速度計５３を含む）の出力を読み込む（ステップＳ７０２）。ビークル１が段差９５を降りているときか否か判定する（ステップＳ７０４）。ビークル１が段差９５を降りているときであれば（ステップＳ７０４のＹＥＳ）、上記したスリップ判定アルゴリズムにより駆動輪１２のスリップの有無を検知する（ステップＳ７０６）。駆動輪１２のスリップが検知されれば（ステップＳ７０６のＹＥＳ）、バー１６および後輪１７を所定時間上昇させることにより駆動輪１２を下降させて駆動輪１２の接地性を高める（ステップＳ７０８）。そして駆動輪１２のスリップ解除が検知されれば（ステップＳ７１０のＹＥＳ）、バー１６および後輪１７を下降させる（ステップＳ７１２）。
【０１１６】
（その他）
上記した実施形態１によれば、操作部が第２モードに切り替えられこと、前進方向の走行速度が設定速度以上であること、前進方向の前記操作部による速度目標値が一定値以上であることのうちの条件が満足されるとき、制御装置は、第１モードから第２モードに切り替える制御を行うことにしているが、これに限らず、操作部が第２モードに切り替えられると、制御装置は、第１モードから第２モードに切り替える制御を行うことにしても良い。パーソナルビークルは、高齢者、障害者等が搭乗する車いすに限定されるものではなく、博覧会、舞台、遊園地等の会場において、単数または複数の健常者（二名等）が搭乗できる簡易的なビークルにも適用できる。本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【０１１７】
上記した思想から次の技術的思想も把握できる。
【０１１８】
（付記項１）使用者が着座する着座部をもつ車体と、前記車体にこれの左右に取り付けられた駆動輪と、前記車体に取り付けられ前記駆動輪を回転駆動させる駆動源と、前記駆動源の駆動を制御する操作部と、前記駆動輪の前方に位置して前記車体に取り付けられた前輪と、前記車体に取り付けられた後輪サポート部材と、前記後輪サポート部材に取り付けられ、路面に接地可能であり路面に接地するとき前記駆動輪の接地点よりも後側に位置する後輪と、少なくとも前記駆動輪および前記前輪で走行する第１モードと、前記前輪を浮かせた状態で前記駆動輪および前記後輪を前記路面に接地しつつ走行する第２モードとを切り替え可能な制御装置と、を具備していることを特徴とするパーソナルビークル。この場合、第１モード走行および第２モード走行を切り替えることができる。なお、後輪サポート部材を作動させて後輪を前記路面に対して接地および浮上させるアクチュエータを設けても良いし、設けなくても良い。
【０１１９】
（付記項２）付記項１において、前記前輪は前記車体の左右に設けられており、前記後輪は単数であり、前記第１モードは、左右の前記駆動輪、左右の前記前輪および前記後輪で走行する５輪モードであり、前記第２モードは、左右の前記前輪を浮上させつつ左右の前記駆動輪および前記後輪で走行する３輪モードであることを特徴とするパーソナルビークル。
【０１２０】
（付記項３）付記項１または２において、前記第１モードでは、前記使用者の体重を含む前記ビークルの重心位置が前記駆動輪の接地点よりも前方に位置するように走行しており、前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モード（前輪浮上モード）に切り替えるにあたり、前記使用者の体重を含む前記ビークルの重心位置が前記駆動輪の接地点よりも後方に位置するような駆動トルクを前記駆動輪に発生させる制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。これにより第１モード走行（前輪接地モード）から第２モード走行（前輪浮上モード）に切り替えることができる。
【０１２１】
（付記項４）付記項３において、前記第１モードから前記第２モードに切り替えるとき、前記駆動輪に与える駆動トルクをＴとし、前記使用者の体重を含む前記パーソナルビークルの重心位置のピッチ方向の傾斜角度をθ１とするとき、前記制御装置は、前記車体のピッチ方向傾斜角度θ１に基づいて、前記駆動輪に発生させる駆動トルクＴを制御することを特徴とするパーソナルビークル。この場合、車体のピッチ方向傾斜角度θ１を検知し、ピッチ方向傾斜角度θ１に応じた駆動トルクＴを駆動輪に与えれば、第２モード（前輪浮上モード）走行を維持することができる。また、ピッチ方向傾斜角度θ１が減少するときには、駆動輪に発生させる駆動トルクＴを減少させれば、第２モード（前輪浮上モード）で安定的に走行できる。同様にピッチ方向傾斜角度θ１が増加するきには、駆動輪に発生させる駆動トルクＴを増加させれば、第２モード（前輪浮上モード）で安定的に走行できる。
【０１２２】
（付記項５）付記項３において、前記第１モードから前記第２モードに切り替えるとき前記駆動輪に与える駆動トルクをＴとし、前記駆動輪が走行する前記路面における路面傾斜角度をαとし、前記使用者の体重を含む前記パーソナルビークルの重心位置のピッチ方向の傾斜角度をθ１とするとき、前記制御装置は、前記車体のピッチ方向傾斜角度θ１および／または路面傾斜角度αが増加すると、前記駆動輪に発生させる駆動トルクＴを増加させる制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。この場合、第１モード（前輪接地モード）から第２モード（前輪浮上モード）に切り替えることができる。
【０１２３】
（付記項６）付記項１〜５のうちの一項において、前記パーソナルビークルの走行速度を検知する走行速度検知手段、および／または、前記パーソナルビークルの前進方向の走行速度の速度目標値を設定する目標走行速度設定手段が設けられており、前記操作部が前記第２モードに切り替えられること、前進方向の走行速度が設定速度以上であること、前記操作部による前進方向の速度目標値が一定値以上であることのうちの少なくとも一つの条件が満足されるとき、前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードに切り替える制御を行うことを特徴とするパーソナルビークル。この場合、第１モード（前輪接地モード）から第２モード（前輪浮上モード）に切り替えることができる。
【０１２４】
（付記項７）付記項１〜６のうちの一項において、前記路面に対する前記後輪の接地および浮上を検知する後輪状態検知手段を備えていることを特徴とするパーソナルビークル。この場合、後輪の接地および浮上を検知することができる。従って、第１モード走行の安定走行の確保、段差乗り越え等に貢献できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、電動式の車いす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。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】（ａ）は５輪モードで走行している状態を模式的に示す側面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は５輪モードおよび３輪モードを切り替える形態を模式的に示す側面図である。
【図２】制御系を模式的に示す図である。
【図３】５輪モードで走行しているときにおけるパラメータを示す図である。
【図４】両輪の角速度目標値のローパスフィルタリングを示す図である。
【図５】段差昇りシーケンスを模式的に示す側面図である。
【図６】加速度計の出力値のローパスフィルタリングした値と、レートジャイロの積分値のハイパスフィルタリングした値との融合を示す図である。
【図７】段差降りシーケンスを模式的に示す側面図である。
【図８】５輪モードで走行しているときにおけるパラメータを示す図である。
【図９】車いすを示す側面図である。
【図１０】車いすを示す背面図である。
【図１１】（ａ）は後輪付近を示す背面図であり、（ｂ）は後輪付近を示す側面図である。
【図１２】車いすを示す側面図である。
【図１３】ビークルが走行しているとき、５輪モードから３輪モードに切り替える制御Ａを示すフローチャートである。
【図１４】３輪モードから５輪モードに切り替える制御Ｂを示すフローチャートである。
【図１５】制御Ｃを示すフローチャートである。
【図１６】制御Ｄを示すフローチャートである。
【図１７】制御Ｅを示すフローチャートである。
【図１８】制御Ｆを示すフローチャートである。
【図１９】制御Ｇを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２７】
１はビークル、１０は着座部、１１は車体、１２は駆動輪、１２Ｒは右の駆動輪、１２Ｌは左の駆動輪、１３は駆動輪モータ（駆動源）、１４は操作部、１５は前輪、１６は後輪サポートバー（後輪サポート部材）、１７は後輪、１８はアクチュエータ、２は制御装置、２３はＣＰＵ、１３Ｒは右の駆動輪モータ（第１駆動源）、１３Ｌは左の駆動輪モータ（第２駆動源）、１４は操作部、１４１はモード切替ボタン１４１（モード切替スイッチ）、１４２は速度指令操作部、５０は接地スイッチ（後輪状態検知手段）、５２はレートジャイロ、５３は加速度計、５５Ｒは右の駆動輪エンコーダ（走行速度検知手段）、５５Ｌは左の駆動輪エンコーダ（走行速度検知手段）、５７は位置センサ、１４２は速度指令操作部（目標走行速度設定手段）を示す。
【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】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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