JP5109099B2 - Personal vehicle - Google Patents
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Description
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。 The present invention can be used in personal vehicles such as electric wheelchairs.
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。 An electric wheelchair will be described as an example of a typical personal vehicle. An electric wheelchair equipped with an electric unit basically follows the structure of a manual wheelchair, and the front caster drive wheel (front wheel) is small so as not to obstruct getting on and off. Therefore, the height of the step that can be traversed is low (usually about 2 to 3 cm). For example, inconvenience may occur even when traversing the low step when climbing from the roadway to the sidewalk.
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。
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。 According to the above-described technique, it is not always sufficient to achieve a running stability and a good traversability with respect to a step with a simple mechanism. For this reason, there is a need in the industry for a personal vehicle that has a simple mechanism that provides running stability on the road surface and good traversability against steps.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a personal vehicle having a running stability on a road surface and a good leveling performance with respect to a step with a simple mechanism.
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。
A personal vehicle according to a first aspect of the invention (hereinafter also referred to as a vehicle) includes a vehicle body having a seating portion on which a user is seated, drive wheels attached to the vehicle body on the left and right sides thereof, and drive wheels attached to the vehicle body. A driving source for rotational driving; an operating unit for controlling driving of the driving source; a front wheel attached to the vehicle body positioned in front of the driving wheel; a rear wheel support member attached to the vehicle body; and a road surface The rear wheel is attached to the rear wheel support member in such a manner that it can be grounded, and when contacting the road surface, a rear wheel positioned on the rear side of the ground point of the driving wheel, and the rear wheel support member is operated to cause the rear wheel to move to the road surface An actuator for grounding and floating with respect to
The front wheels are provided on the left and right sides of the vehicle body, the rear wheels are singular, the first mode is a mode in which the left and right drive wheels, the left and right front wheels and the rear wheels are driven, and the left and right front wheels. A control device capable of switching between a second mode, which is a mode for driving the left and right drive wheels and the rear wheels while floating, and a travel speed detecting means for detecting a travel speed of the personal vehicle, and / or A target travel speed setting means for setting a speed target value of the travel speed in the moving direction of the personal vehicle is provided, the operation unit is switched to the second mode, and the travel speed in the forward direction is equal to or higher than the set speed. When at least one of the conditions that the speed target value in the forward direction by the operation unit is equal to or greater than a certain value is satisfied, the control device And performing control for switching from mode to the second mode.
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、 A personal vehicle according to a second aspect of the present invention includes a vehicle body having a seating portion on which a user is seated, drive wheels attached to the left and right sides of the vehicle body, and a drive source attached to the vehicle body for rotationally driving the drive wheels. An operation unit that controls driving of the drive source; a front wheel that is positioned in front of the drive wheel and attached to the vehicle body; a rear wheel support member that is attached to the vehicle body; A rear wheel mounted on a wheel support member and positioned on the rear side of the ground point of the drive wheel when contacting the road surface, and the rear wheel support member is operated to ground and float the rear wheel with respect to the road surface A first mode for traveling with at least the driving wheel and the front wheel, and a second traveling with the driving wheel and the rear wheel in contact with the road surface with the front wheel floating. Comprising a control device capable of switching and over de, a,
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。 Travel speed detecting means for detecting the travel speed of the personal vehicle and / or target travel speed setting means for setting a speed target value of the travel speed in the moving direction of the personal vehicle are provided, When at least one of the following conditions is satisfied: switching to the second mode, that the traveling speed in the forward direction is greater than or equal to the set speed, and that the speed target value in the forward direction by the operation unit is greater than or equal to a certain value. The control device performs control to switch from the first mode to the second mode.
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。 When the actuator operates in one direction, the rear wheel moves in a direction that increases the degree of contact of the rear wheel with the road surface. As a result, the vehicle can travel in a mode in which the vehicle travels on the drive wheels, front wheels, and rear wheels. On the other hand, when the actuator operates in the other direction, the rear wheel moves in the direction of rising from the road surface. As described above, the actuator can be switched between grounding of the rear wheel provided behind the driving wheel (increasing the degree of grounding on the road surface) and flying. If the rear wheels are in contact with the road surface, the vehicle can stably travel with the drive wheels and the rear wheels even if the front wheels are lifted off the road surface. Therefore, if the front wheels are lifted off the road surface with the drive wheels and the rear wheels in contact with the ground, the vehicle can travel in the front wheel lifting mode. In this case, since the rear wheels are in contact with the road surface in addition to the driving wheels, the posture of the vehicle body can be stably maintained.
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。 Further, when the vehicle gets over the step, if the rear wheel support member is operated and the rear wheel is moved in a direction in which the degree of contact of the rear wheel attached to the rear wheel support member (the degree of contact with the road surface) increases, When the driving wheel rides on the step, the assist force by the rear wheel can be exhibited. Thus, even when the level difference is high, the vehicle can easily get over the level difference.
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。 The personal vehicle described for reference includes a vehicle body having a seating portion on which a user is seated, drive wheels attached to the vehicle body on the left and right sides, a drive source that is attached to the vehicle body and rotationally drives the drive wheels, and drive of the drive source A front wheel mounted on the vehicle body in front of the driving wheel, a rear wheel support member mounted on the vehicle body, and a rear wheel support member that can be grounded on the road surface and grounded on the road surface A rear wheel positioned behind the ground point of the drive wheel, an actuator for operating the rear wheel support member to ground and float the rear wheel with respect to the road surface, and a first traveling at least on the drive wheel and the front wheel And a control device capable of switching between a mode and a second mode of traveling while grounding the driving wheel and the rear wheel with the front wheel floating.
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。 When the actuator is operated in one direction by the control device, the rear wheel moves in a direction that increases the degree of contact with the road surface. As a result, the vehicle can run in a mode in which the vehicle runs on the drive wheels, front wheels, and rear wheels. On the other hand, when the actuator is operated in the other direction by the control device, the rear wheel can move in the direction of rising from the road surface. As described above, the actuator can be switched between grounding of the rear wheel provided behind the driving wheel (increasing the degree of grounding on the road surface) and flying.
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。 Here, if the rear wheel is in contact with the road surface in addition to the drive wheel, the vehicle can stably travel with the drive wheel and the rear wheel even if the front wheel is lifted off the road surface. Therefore, if the front wheels are lifted off the road surface with the drive wheels and the rear wheels in contact with the ground, the vehicle can travel in the front wheel lifting mode. Since the rear wheels are grounded in addition to the driving wheels, the vehicle body posture in the second mode (front wheel floating mode) can be stably maintained.
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。 In addition, when the vehicle gets over the step, the control device operates the rear wheel support member, and if the rear wheel is moved in the direction in which the degree of ground contact of the rear wheel attached to the rear wheel support member increases, When riding on a step, it is possible to exert the assist force by the rear wheels. Thus, even when the level difference is high, the vehicle can easily get over the level difference.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the personal vehicle provided with the running stability in a road surface with the simple mechanism and the favorable traversing property with respect to a level | step difference can be provided.
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。 According to the present invention, stepping over a step is easily realized by adding a rear wheel support member and an actuator for operating the rear wheel support member to a vehicle body constituting a personal vehicle represented by an electric wheelchair or the like. be able to. As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the device added to the driving mechanism of a personal vehicle such as an electric wheelchair, and thus it is possible to suppress the conventional driving feeling from being greatly impaired.
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。 The personal vehicle includes a vehicle body having a seating portion on which a user is seated, drive wheels attached to the left and right sides of the vehicle body, a drive source that rotationally drives the drive wheels, an operation unit that controls drive of the drive source, and drive wheels A front wheel attached to the vehicle body in front of the rear wheel, a rear wheel support member attached to the vehicle body so that the front end of the drive wheel extends beyond the ground point, and a rear wheel support member attached to the rear wheel support member A wheel and an actuator that grounds and floats the rear wheel by moving the rear wheel support member up and down relative to the road surface are provided. The drive source is exemplified by a motor. The drive wheels are attached to the left and right sides of the vehicle body. In general, the diameter of the drive wheels is preferably larger than the diameters of the front wheels and the rear wheels, but in some cases, the front wheels and the rear wheels may have the same diameter. good. The drive source is for rotating the drive wheel, and a motor is exemplified. The operation unit is controlled by an operator (generally, a person sitting on the seating unit or a caregiver) to drive the drive source. The operation unit may be attached to the vehicle body, may be separated from the vehicle body, or may be wireless. The front wheel is located in front of the drive wheel and is attached to the vehicle body. The rear wheel support member attaches the rear wheel to the vehicle body. Examples of the rear wheel support member include a bar shape and a plate shape, but the shape is not particularly limited. The rear wheel is attached to the rear wheel support member. When the rear wheel is in contact with the road surface, the ground point of the rear wheel is located behind the ground point of the driving wheel. The actuator raises and lowers the rear wheel support member with respect to the road surface to ground and float the rear wheel, and examples thereof include a motor, a pneumatic cylinder device, a hydraulic cylinder device, and an electromagnetic device. The actuator may be a direct acting type or a rotating type.
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。 According to one aspect of the present invention, the front wheels are provided on the left and right sides of the vehicle body, the rear wheels are singular, and the first mode is a five-wheel mode in which the vehicle runs on the left and right drive wheels, the left and right front wheels, and the rear wheels ( The second mode (front wheel levitation mode) is a three-wheel mode in which the left and right driving wheels and the rear wheels are driven while the left and right front wheels are levitated. However, a single front wheel may be provided at the center in the vehicle width direction, and a plurality of rear wheels may be provided on both sides in the vehicle width direction.
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。 The first mode represented by the five-wheel mode or the like can mainly be intended for stable running, improved turning performance, stable starting on a slope, and stable running on a slope. If the driving wheels, front wheels, and rear wheels are on the left and right sides of the vehicle body, the first mode is the six-wheel mode. In short, the first mode is a mode in which the front wheels are in contact with the road surface, and there are more wheels that are in contact with the road surface than in the second mode (the front wheel floating mode in which the front wheels are floating on the road surface). The above-mentioned second mode, that is, the front wheel floating mode (for example, the three-wheel mode) is mainly used for steps that cannot be run in the first mode, stepping over grooves, reducing vibrations generated in the first mode, and reclining effect of the riding posture. It can be intended to improve comfort. The personal vehicle is preferably provided with a rear wheel state detecting means for detecting the ground contact and the rising of the rear wheel with respect to the road surface. Examples of the rear wheel state detection means include a micro switch, a limit switch, a pressure sensor, an optical sensor, and an electrostatic sensor.
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。 It is preferable that a travel speed detection stage for detecting the travel speed of the vehicle and / or a target travel speed setting means for setting a speed target value for the travel speed in the direction of movement (including forward and reverse) of the vehicle is provided. . Examples of the traveling speed detection means include a sensor that detects rotation of the drive wheel and a sensor that detects rotation of a motor that rotates the drive wheel. The sensor is exemplified by an encoder. The target travel speed setting means is used by a user or an assistant to set a speed target value of the travel speed in the moving direction of the vehicle, and examples thereof include a joystick and a button switch. When the inclination angle degree for pitch axis of the vehicle, including the weight of the user and .theta.1, it is preferable that the sensor for detecting the inclination angle .theta.1 is provided. This sensor is exemplified by an accelerometer and a rate gyro, but is not limited thereto. In addition, it is preferable that a sensor for detecting the road surface inclination angle α is provided when the road surface inclination angle on which the vehicle travels is α. This sensor is exemplified by an accelerometer and a rate gyro, but is not limited thereto.
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。 According to the personal vehicle of the present invention, it is preferable that the following control mode exemplified is executed.
*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。 * The operation part has been switched to the second mode (front wheel floating mode), the traveling speed in the forward direction is not less than the set speed, and the speed target value by the operation part in the moving direction is not less than a certain value. When at least one of the conditions is satisfied, the control device operates the rear wheel support member to relatively move the rear wheel in the direction of rising from the road surface (even when the rear wheel remains in contact with the road surface). It is preferable to perform control to switch from the first mode to the second mode (front wheel floating mode). If the traveling speed is equal to or higher than the set speed, it is easy to switch to the second mode by raising the front wheels by the driving torque.
*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。 * When switching from the first mode to the second mode (front wheel levitation mode), the control device operates the rear wheel support member to position the rear wheel to lift from the road surface, and also controls the personal vehicle including the weight of the user. It is preferable to perform control to apply driving torque to the driving wheels such that the position of the center of gravity is located behind the ground point of the driving wheels. Accordingly, the front wheel can be lifted from the first mode and easily switched to the second mode. Since the rear wheels are in contact with the ground, excessive leaning toward the rear of the vehicle body can be suppressed.
*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。 * When switching from the first mode to the second mode, the control device increases the total drive torque T applied to the left and right drive wheels as the pitch direction inclination angle θ1 of the center of gravity of the personal vehicle including the weight of the user increases. It is preferable to perform control. As a result, the front wheels can be moved in the direction of raising and can be easily switched from the first mode to the second mode. In this case, if the driving torque T according to the pitch direction inclination angle θ1 is continuously applied to the driving wheels, the second mode (front wheel floating mode) traveling can be maintained.
*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。 * When switching from the first mode to the second mode, it is preferable that the control device performs control to increase the total driving torque T applied to the left and right driving wheels when the road surface inclination angle α increases. Thereby, it is possible to easily switch from the first mode to the second mode.
*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。 * When switching from the first mode to the second mode, it is preferable that the control device performs control to increase the total driving torque T applied to the left and right driving wheels when the road surface inclination angle α increases. Thereby, it is possible to easily switch from the first mode to the second mode. In this case, traveling in the second mode (front wheel floating mode) can be maintained by applying driving torque T corresponding to the road surface inclination angle α to the driving wheels.
*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。 * In addition, when switching from the first mode to the second mode, when the pitch direction inclination angle θ1 and / or the road surface inclination angle α of the gravity center position of the personal vehicle including the weight of the user increases, the control device It is preferable to perform control to increase the total driving torque T applied to the motor. Thereby, it is possible to easily switch from the first mode to the second mode. In this case, if the driving torque T corresponding to the pitch direction inclination angle θ1 and / or the road surface inclination angle α is applied to the driving wheels, the second mode (front wheel floating mode) traveling can be maintained.
*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。 * When the operation unit is suddenly operated, the personal vehicle may suddenly stop or retreat suddenly. In this case, the posture of the personal vehicle may be impaired. According to a preferred embodiment in this regard, the control device includes a filter unit that cuts a high-frequency component higher than a predetermined cutoff frequency in an input signal (for example, a speed command value from the operation unit) by the operation unit. . As a result, a high frequency component (corresponding to when the operating unit is suddenly operated) higher than a predetermined cutoff frequency in the input signal (for example, a speed command value from the operating unit) by the operating unit is cut. Therefore, even if the operation unit is operated suddenly, the possibility that the personal vehicle suddenly stops or retreats is reduced or avoided. In this case, the first mode or the second mode (front wheel floating mode) may be used. The cut-off frequency may be set independently in accordance with the input signal from the operation unit at the time of forward command and the time of reverse command.
*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。 * The cut-off frequency f is preferably determined according to the road surface inclination angle α and / or the inclination angle θ1 in the pitch direction. Here, the cut-off frequency f can be set according to the road surface inclination angle α. For example, the cut-off frequency f is preferably divided into a form in which the cut-off frequency f is increased when the road surface inclination angle α is increased and a form in which the cut-off frequency f is decreased when the road surface inclination angle α is increased. The former form is, for example, a case where excessive tilting forward is suppressed in a three-wheel state. The latter form is, for example, a case where rearward overturning is suppressed in a three-wheel state or a five-wheel state.
*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。 * When the vehicle is traveling in the second mode (front wheel floating mode), the stability of the posture of the personal vehicle may be impaired when the rear wheel attached to the rear wheel support member floats from the road surface. According to a preferred embodiment in this regard, the control device decelerates the rotational speed of the drive wheel when the rear wheel of the rear wheel support member floats from the road surface when traveling in the second mode (front wheel floating mode). Alternatively, it is preferable to perform control to perform at least one of an operation of stopping and an operation of lowering the rear wheel support member and lowering the rear wheel toward the road surface.
*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。 * When there is a convex step in the moving direction (forward direction) of the drive wheel, the drive wheel may not be able to get over the step. According to a preferred embodiment in this regard, the control device directs the rear wheel support member toward the road surface in a direction in which the rear wheel pushes the road surface while rotating the drive wheel when there is a convex step in the forward direction of the drive wheel. It is preferable to perform control that assists the rear wheels to overcome the step difference of the drive wheels by lowering the rear wheels. In this case, even when the level difference is high, the driving wheel can get over the level difference with the assistance of the rear wheel.
*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。 * It is preferable that a detecting means for detecting slip of the driving wheel is provided. The detection means may be a slip sensor or may be detected by software.
*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。 * When the front wheels travel on a convex step, slipping of the drive wheels may be detected. In this case, since the drive wheels are slipping, the personal vehicle may not be able to travel. According to a preferred embodiment in this regard, the control device operates the rear wheel support member in the direction in which the rear wheel is raised when slippage of the driving wheel is detected when the front wheel travels a convex step. As a result, it is possible to perform control for releasing the slip of the drive wheel by moving the rear wheel in the direction of separating from the road surface and improving the grounding property of the drive wheel.
*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。 * When at least one of the following conditions is satisfied: the forward speed is equal to or higher than the set speed, and the speed target value by the forward direction operation unit is equal to or higher than a certain value, the control device supports the rear wheel. It is possible to control to switch from the first mode to the second mode (front wheel floating mode) by operating the member and moving the rear wheel in the direction of lifting from the road surface. In this case, it is preferable to apply drive torque to the drive wheels in accordance with the road surface inclination angle α and / or the inclination angle θ1 in the pitch direction.
*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。 * When the control device detects that the driving wheel has shifted to the upper surface of the convex step, the control device causes the rear wheel to descend by operating the rear wheel support member and lowering the rear wheel. It is preferable to set the mode. Since the rear wheels are in contact with the ground as described above, the personal vehicle can stably travel on the upper surface of the step in the first mode. Note that the fact that the drive wheel has shifted to the upper surface of the step can be estimated as the vehicle body is horizontal, and therefore can be detected based on the pitch direction inclination angle θ1 of the center of gravity of the vehicle body with the user placed. is there.
*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。 * When the control device runs on the upper surface of the step in the first mode, descends the upper surface and transitions to the road surface, if the driving wheel slips, the rear wheel is lifted by the rear wheel support member to improve the grounding property of the driving wheel. It is preferable to carry out. In this case, if the drive wheel slips, the vehicle cannot move forward with the drive wheel torque. Therefore, if the drive wheel slips, the rear wheel support member lifts (lifts) the rear wheel, so that the drive wheel can effectively contact the lower surface of the step or the road surface. it can.
以下、本発明を具体化した実施形態1について説明する。 The first embodiment of the present invention will be described below.
(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。
(Embodiment 1)
The
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。
As shown in FIG. 1A, a
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。
The
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。
The
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。
FIG. 1B shows a state in which the
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。
As shown in FIG. 1B, the
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。
As shown in FIG. 1D, the three-wheel mode (also referred to as the B mode) which is the second mode (front wheel levitation mode) is a state where the
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。
FIG. 2 shows a block diagram of the control system. As shown in FIG. 2, the
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。
The drive wheel drive system includes a right
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。
The
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。
The sensor system includes a grounding switch 50 (rear wheel grounding and / or levitation detection means, rear wheel state detection means) for detecting that the
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。
The accelerometer 53 can detect acceleration in the forward and backward direction of the
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。
Such an accelerometer 53 and the
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。
As shown in FIG. 2, the bar drive system for driving the rear
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。
Hereinafter, each control item which the
*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。
* Control to switch from 5-wheel mode travel to 3-wheel mode travel (Control A)
In the five-wheel mode, the
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。
When both of the following conditions (i) and (ii) are satisfied, the
(I) The forward travel speed V is equal to or higher than the set speed. (Ii) The forward speed target value Vtarget by the speed command operation unit 142 (for example, joystick) is equal to or higher than a predetermined value. When the
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。
By the way, when traveling in the five-wheel mode, in order to shift from the five-wheel mode to the three-wheel mode, the center of gravity G of the entire vehicle 1 (excluding the left and right drive wheels 12) including the weight of the user. It is preferable to apply a drive torque such that is located behind the
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。
Thus, when shifting from the five-wheel mode to the three-wheel mode, the drive torque T generated in the left and
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。
In FIG. 3, P <b> 2 indicates an imaginary line that passes through the center of gravity position G of the
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。
The pitch direction inclination angle θ1 is obtained from the output value of the accelerometer 53 provided in the
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。
Here, the center-of-gravity position G of the
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。
When the
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。
Here, in consideration of the above equation (2), practically, if torque such as the following equation (3) is generated in the left and
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。
Here, in the above equation (3), M1, M2, J1, J2, L, and R can be estimated as fixed values or almost fixed values. Therefore, according to the above equation (3), the drive torque T applied to the left and
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。
According to the above equations (1) to (3), as the pitch direction inclination angle θ1 increases, the road surface inclination angle α increases and the
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。
The above-described formula (1X) corresponds to the above-described formula (1) when the road surface inclination angle α is zero. The above equation (2X) corresponds to the above equation (2) when the road surface inclination angle α is zero. When the road surface inclination angle α is 0, the above formula (3X) corresponds to the above formula (3). Thus, according to the equation (3X), when the road surface inclination angle α is 0, the
*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。
* By the way, when the
*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。
* Control to switch from running in 3-wheel mode to 5-wheel mode (Control B)
When the
*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。
* In 3-wheel mode and the stable running torque control three-wheel mode and the fifth wheel mode for the respective 5-wheel mode to stabilize traveling
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。
According to equation (4) described above, the driving torque T R of the
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。
In the above equations (4) and (5), the angular velocity feedback gain K VR of the
*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。
* By the way, when the
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。
In consideration of the above circumstances, it is preferable to prevent sudden stop or reverse due to a sudden operation of the normal operation unit 14 (for example, joystick) when the
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。
In other words, the
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。
FIG. 4 shows that the angular velocity target values of the
*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)。
* Adjustment control of cut-off frequency f In the above case, for the cut-off frequency f of filtering by the low-pass filter, the
(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。
(I) In the first case, it is preferable to eliminate a rapid operation input from the speed
*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。
* Control to shift to 5-wheel mode by lowering the rear
Even if the
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。
Therefore, the
(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。
(Embodiment 2)
Since the second embodiment has basically the same configuration and the same function and effect as the first embodiment, the drawings described in the first embodiment are applied mutatis mutandis. According to the present embodiment, in addition to the first embodiment, the control when the
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。
FIGS. 5A to 5F show a sequence in which the
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)。
On the other hand, depending on the degree of the height of the
*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。
* Slip detection of
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。
As shown in FIG. 6, the
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。
As described above, θHL1 based on the output value of the accelerometer 53 is filtered by a low-pass filter. On the other hand, θHL2 based on the output value of the
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。
Here, when the
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。
Here, when the
*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。
* When the drive wheel is slipping, control over the
When slipping of the
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)。
Therefore, the
*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。
* Control of return of the reference position of the rear
In the state shown in FIG. 5D, the
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)。
Here, if the pitch direction inclination angle θ1 is within a predetermined angle (for example, 0 degree), the
*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。
* Slip detection of the
FIG. 7 shows a sequence in the case where the
*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。
* Control that prevents excessive tilting of the
(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。
(Embodiment 3)
9 to 11 show the third embodiment. This embodiment is applied to the
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。
As shown in FIG. 9, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 9, the
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。
Although not shown, the
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。
As shown in FIG. 10, a single rear
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。
As can be understood from FIG. 9, when the moving
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。
FIGS. 11A and 11B show the vicinity of the
(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。
(Embodiment 4)
FIG. 12 shows a fourth embodiment. This embodiment is applied to an
(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。
(flowchart)
* FIG. 13 illustrates a flowchart of the control A for switching from the five-wheel mode to the three-wheel mode when the
*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)。
* FIG. 14 illustrates a flowchart of control B for switching from the three-wheel mode to the five-wheel mode. The flowchart is an example, and the present invention is not limited to this. First, the
*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)。
* FIG. 15 illustrates a flowchart of the control C. The flowchart is an example, and the present invention is not limited to this. First, the
*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)。
* FIG. 16 shows a flowchart of the control D that is executed when overcoming the step. The flowchart is an example, and the present invention is not limited to this. First, the
*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)。
* FIG. 17 illustrates a flowchart of the control E executed at the time of overcoming the step. The flowchart is an example, and the present invention is not limited to this. First, the
*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。
* FIG. 18 exemplifies a flowchart of this control F that is executed at the time of overcoming the step. The flowchart is an example, and the present invention is not limited to this. First, the
*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)。
* FIG. 19 illustrates a flowchart of the control G. The flowchart is an example, and the present invention is not limited to this. First, the
(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。
(Other)
According to the first embodiment described above, the operation unit is switched to the second mode, the traveling speed in the forward direction is not less than the set speed, and the speed target value by the operation unit in the forward direction is not less than a certain value. When the condition is satisfied, the control device performs control to switch from the first mode to the second mode. However, the control device is not limited to this, and when the operation unit is switched to the second mode, the control device May be controlled to switch from the first mode to the second mode. Personal vehicles are not limited to wheelchairs where elderly people, persons with disabilities, etc. are boarded, but simple vehicles that can carry one or more healthy persons (two persons, etc.) at venues such as expositions, stages, and amusement parks. It can also be applied to vehicles. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.
上記した思想から次の技術的思想も把握できる。 The following technical idea can also be grasped from the above idea.
(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。 (Additional Item 1) A vehicle body having a seating portion on which a user is seated, drive wheels attached to the left and right sides of the vehicle body, a drive source attached to the vehicle body for rotationally driving the drive wheels, and the drive source An operation unit that controls the driving of the vehicle, a front wheel that is located in front of the drive wheel and is attached to the vehicle body, a rear wheel support member that is attached to the vehicle body, and a rear wheel support member that is attached to the road surface. A rear wheel located on the rear side of the ground point of the driving wheel when contacting the road surface, and a first mode in which the vehicle travels with at least the driving wheel and the front wheel; and the driving with the front wheel floating And a control device capable of switching between a second mode in which the vehicle travels while the wheel and the rear wheel are in contact with the road surface. In this case, the first mode traveling and the second mode traveling can be switched. An actuator that operates the rear wheel support member to ground and float the rear wheel with respect to the road surface may or may not be provided.
(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。
(Additional Item 2) In
(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。
(Additional Item 3) In
(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。 (Additional Item 4) In Additional Item 3, when switching from the first mode to the second mode, the driving torque applied to the driving wheel is T, and the pitch direction of the gravity center position of the personal vehicle including the weight of the user When the inclination angle of the vehicle is θ1, the control device controls the drive torque T generated in the drive wheels based on the pitch direction inclination angle θ1 of the vehicle body. In this case, if the pitch direction inclination angle θ1 of the vehicle body is detected and a driving torque T corresponding to the pitch direction inclination angle θ1 is applied to the driving wheels, the second mode (front wheel floating mode) traveling can be maintained. Further, when the pitch direction inclination angle θ1 decreases, if the driving torque T generated on the driving wheel is decreased, the vehicle can stably travel in the second mode (front wheel floating mode). Similarly, when the pitch direction inclination angle θ1 increases, if the driving torque T generated on the driving wheel is increased, the vehicle can stably travel in the second mode (front wheel floating mode).
(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。 (Additional Item 5) In Additional Item 3, a driving torque applied to the driving wheel when switching from the first mode to the second mode is T, a road surface inclination angle on the road surface on which the driving wheel travels is α, and When the inclination angle in the pitch direction of the gravity center position of the personal vehicle including the weight of the user is θ1, the control device drives the driving when the pitch direction inclination angle θ1 and / or the road surface inclination angle α of the vehicle body increase. A personal vehicle characterized by performing control to increase a driving torque T generated in a wheel. In this case, it is possible to switch from the first mode (front wheel contact mode) to the second mode (front wheel floating mode).
(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。
(Additional Item 6) In one of the
(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。
(Additional Item 7) The personal vehicle according to any one of
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。 The present invention can be used for personal vehicles represented by electric wheelchairs and the like.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
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。 A vehicle body having a seating portion on which a user is seated;
Driving wheels attached to the left and right of the vehicle body;
A drive source attached to the vehicle body for driving the drive wheels to rotate;
An operation unit for controlling the drive of the drive source;
A front wheel attached to the vehicle body in front of the drive wheel;
A rear wheel support member attached to the vehicle body;
A rear wheel that is attached to the rear wheel support member so as to be able to be grounded on a road surface, and is located on the rear side of the ground point of the driving wheel when grounded on the road surface;
An actuator that operates the rear wheel support member to ground and float the rear wheel with respect to the road surface;
The front wheels are provided on the left and right sides of the vehicle body, and the rear wheels are single.
The first mode is a mode in which the left and right drive wheels, the left and right front wheels and the rear wheels travel, and the second mode is a mode in which the left and right front wheels float and the left and right drive wheels and the rear wheels travel. It has a control device that can switch between modes,
Travel speed detection means for detecting the travel speed of the personal vehicle and / or target travel speed setting means for setting a speed target value of the travel speed in the moving direction of the personal vehicle are provided,
At least one of the conditions that the operation unit is switched to the second mode, the traveling speed in the forward direction is not less than a set speed, and the speed target value in the forward direction by the operation unit is not less than a certain value. Is satisfied,
The personal vehicle, wherein the control device performs control to switch from the first mode to the second mode.
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。 A vehicle body having a seating portion on which a user is seated;
Driving wheels attached to the left and right of the vehicle body;
A drive source attached to the vehicle body for rotationally driving the drive wheel;
An operation unit for controlling the drive of the drive source;
A front wheel attached to the vehicle body in front of the drive wheel;
A rear wheel support member attached to the vehicle body;
A rear wheel that is attached to the rear wheel support member so as to be able to be grounded on a road surface, and is located on the rear side of the ground point of the driving wheel when grounded on the road surface;
An actuator that operates the rear wheel support member to ground and float the rear wheel with respect to the road surface;
A control device capable of switching between at least a first mode that travels with the driving wheel and the front wheel and a second mode that travels while the driving wheel and the rear wheel are in contact with the road surface with the front wheel floating; Comprising
Travel speed detection means for detecting the travel speed of the personal vehicle and / or target travel speed setting means for setting a speed target value of the travel speed in the moving direction of the personal vehicle are provided,
At least one of the conditions that the operation unit is switched to the second mode, the traveling speed in the forward direction is not less than a set speed, and the speed target value in the forward direction by the operation unit is not less than a certain value. Is satisfied,
The personal vehicle , wherein the control device performs control to switch from the first mode to the second mode .
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。 In Claim 1 or 2 , in the 1st mode, it runs so that the gravity center position of the personal vehicle including the weight of the user may be located ahead of the grounding point of the driving wheel,
When the control device switches from the first mode to the second mode, the control device applies a driving torque such that the position of the center of gravity of the personal vehicle including the weight of the user is located behind the ground point of the driving wheel. A personal vehicle characterized by performing control applied to a drive wheel.
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。 In claim 3 , when the driving torque applied to the driving wheel is T, and the inclination angle of the personal vehicle including the weight of the user with respect to the pitch axis is θ1,
It said controller, when switching from said first mode to said second mode, before the Ki傾 oblique angle θ1 increases, personal vehicles and performing control for increasing the drive torque T to be applied to the driving wheels.
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。 In claim 3 or 4 , when the road surface inclination angle on the road surface on which the driving wheel travels is α,
When switching from the first mode to the second mode, the control device performs control to increase the driving torque T applied to the driving wheels when the road surface inclination angle α increases.
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