JP2011046287A - 同軸二輪車及びその制御方法 - Google Patents

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幸一 池田
Susumu Oikawa
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Abstract

【課題】同軸二輪車及びその制御方法の省電力化を効率的に図ること。
【解決手段】同軸二輪車10は、電源と、電源の充電量を検出する充電量検出部と、電源からの電力により車輪を駆動する車輪駆動部と、車速が制限速度以下となるように車輪駆動部の制御を行う制御装置46と、を備えている。また、同軸二輪車10は、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行する。さらに、制御装置46は、充電量検出部により検出された電源の充電量が第1所定量以下になるとき、制限速度を低下させる。
【選択図】図4

Description

本発明は、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行する同軸二輪車及びその制御方法に関するものである。
一般に、電池等の電源に蓄電された電気エネルギーによって走行する車両は、1回の充電で走行し得る連続走行距離がある程度制限される。このため、電池容量の効率的な使用が重要な課題となり、種々の制御方法が考案されている。例えば、車両の電池容量が予め設定された残容量値まで低下したとき、車両の最高速度、加速度特性等を制限する電気自動車が知られている(特許文献1参照)。
また、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行する同軸二輪車についても、電池容量の効率的な使用が重要な課題となっている。このため、本出願人により、電源の充電量が所定量以下になるとき、車輪駆動部の駆動を停止させる停止制御を実行する同軸二輪車が提案されている。この同軸二輪車は、電源の充電量が所定量以下に低下すると安全に停止して、搭乗者を確実に降車させることで、突然の転倒等を予防するものである。
特開平5−038003号公報
しかしながら、上記同軸二輪車は、電源の充電量が低下した場合に、安全に停止して、搭乗者を確実に降車させることができるが、一方で、停止制御を実行するまでの省電力化について、十分に考慮されているとは言えない。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、省電力化を効率的に図ることができる同軸二輪車及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、電源と、該電源の充電量を検出する充電量検出部と、前記電源からの電力により車輪を駆動する車輪駆動部と、車速が制限速度以下となるように前記車輪駆動部の制御を行う制御装置と、を備え、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行する同軸二輪車であって、前記制御装置は、前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が第1所定量以下になるとき、前記制限速度を低下させる、ことを特徴とする同軸二輪車である。
また、この一態様において、前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が前記第1所定量よりも大きな第2所定量以下となるとき、該充電量の低下を警告する警告部を更に備えていてもよい。さらに、この一態様において、前記制御装置は、前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が前記第1所定量よりも小さな第3所定量以下となるとき、前記車輪駆動部の駆動を停止させる停止制御を実行してもよい。
さらにまた、この一態様において、前記制御装置は、前記停止制御後に、搭乗者の降車を補助する降車補助制御を実行してもよい。また、この一態様において、前記制御装置は、前記停止制御後に、接地部材を路面に接地させてもよい。さらに、この一態様において、前記制御装置は、過去の制御状態に応じて、前記第1乃至第3所定量のうち少なくとも1つを変更してもよい。
なお、この一態様において、前記制御装置は、通常走行において、前記制限速度を第1速度に設定し、前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が第1所定量以下になると、前記制限速度を前記第1速度から徐徐に低下させ、第2速度に設定してもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、電源の充電量を検出する工程と、前記電源からの電力により車輪を駆動する工程と、車速が制限速度以下となるように制御を行う工程と、を含み、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行する同軸二輪車の制御方法であって、前記検出された電源の充電量が第1所定量以下になるとき、前記制限速度を低下させる、ことを特徴とする同軸二輪車の制御方法であってもよい。
本発明によれば、同軸二輪車及びその制御方法の省電力化を効率的に図ることができる。
本発明の一実施形態に係る同軸二輪車の構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る同軸二輪車のシステム構成の一例を示すブロック図である。 制限速度とバッテリーの充電量との一関係例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る同軸二輪車の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る同軸二輪車の構成を示す正面図である。また、図2は、本発明の一実施形態に係る同軸二輪車のシステム構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る同軸二輪車10は、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行を行うことができるものである。図1に示すように、同軸二輪車10は、車両本体12と、車輪13L,13Rと、車輪駆動ユニット14L,14Rと、操作ハンドル15と、制御装置46と、を備えている。
操作ハンドル15は、これを前後方向に傾けることによって、同軸二輪車10の前進又は後退操作が実行され、ロール方向へ傾けることによって、同軸二輪車10の旋回操作が実行される操作部である。ここで、ロール軸とは、車両本体12の中心を通り、同軸二輪車10の走行方向と平行をなす軸である。
操作ハンドル15の一方の上端部には、同軸二輪車10の旋回を操作できる旋回操作リング37が配設されている。この旋回操作リング37を、運転者が旋回したいと思う所望の方向へ回動することにより、その操作量に応じた操作信号が、制御装置46に対して出力される。制御装置46は、旋回操作リング37からの操作信号に応じて、一対の車輪駆動ユニット14L,14Rの駆動を制御し、左右の車輪13L,13Rに回転差を生じさせる。これにより、同軸二輪車10は、所望の速度及び方向で旋回走行することができる。
操作ハンドル15の他方の上端部には、降車スイッチ38が設けられている。搭乗者が降車スイッチ38を押下すると、降車補助開始トリガ信号が制御装置46に対して供給される。制御装置46は、降車補助開始トリガ信号に応じて、降車補助制御の実行を開始する。
車両本体12は、操作ハンドル15をロール方向へ回転自在に支持する。また、一対の車輪13L,13Rは、車両本体12の走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置されると共に当該車両本体12に回転自在に支持されている。
車両本体12の上面には、操作ハンドル15の左右両側に2つのステップ部11L,11Rが設けられている。ステップ部11L,11Rは、搭乗者が片足ずつ乗せて搭乗するステップである。各ステップ部11L,11Rには、ステップセンサ39L,39Rが夫々設けられている。ステップセンサ39L,39Rは、例えば重量センサにより構成され、ステップ部11L,11Rの夫々に搭乗者の足が乗っているか否かを検出し、足が乗っている場合に足検知信号を制御装置46に対して供給する。
車両本体12は、例えば、互いに平行をなして上下に配置された車体上部材16及び車体下部材17と、互いに平行をなして左右に配置されると共に車体上部材16及び車体下部材17と回動可能に連結された一対の側面部材18L,18Rと、を有する平行リンク機構として構成されている。この平行リンク機構の車体上部材16と車体下部材17との間には、車体上部材16及び車体下部材17と、一対の側面部材18L,18Rと、が成す角度を夫々直角に維持するようにばね力を発生する、一対のコイルばね19L,19Rが介在されている。
一対の側面部材18L,18Rの各外面には、車輪駆動部の一具体例を示す車輪駆動ユニット14L,14Rが夫々取り付けられている。車輪駆動ユニット14L,14Rは、一対の車輪13L,13Rを独立して回転駆動することができる。車輪駆動ユニット14L,14Rは、例えば、車輪駆動モータと、その車輪駆動モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギアと、によって構成することができる。
また、一対の側面部材18L,18Rの上端部は、ステップ部11L,11Rが夫々独立して取り付けられている。車両本体12には、操作ハンドル15の操作量(回動量)を検出するための角度検出センサ31が取り付けられている。角度検出センサ31としては、例えば、ポテンショメータやバリコン構造のセンサ等を適用することができる。
操作ハンドル15の基部には、一対の車輪駆動ユニット14L,14R、制御装置46、その他の電子機器、電気装置等に対して電力を供給する電源の一具体例を示すバッテリー40が設けられている。バッテリー40は、電源カバー41によって覆われている。
バッテリー40には、例えば、高容量かつ高電圧の二次電池システムが採用されている。また、バッテリー40には、電池パック内に過充電や過放電から二次電池セルを保護するための補助システムが搭載されている。
バッテリー40には、バッテリー40の充電量を検出する充電量検出部42の一具体例を示す電圧センサ42が設けられている。電圧センサ42は制御装置46に接続されており、検出したバッテリー40の充電量を、電圧信号として制御装置46に供給する。
操作ハンドル15には、搭乗者に対して警告を行う警告部43の一具体例を示す警告灯(インジケータ)43が設けられている。警告灯43は制御装置46に接続されており、制御装置46からの警告信号に応じて点灯又は点滅を行う。
例えば、制御装置46は、電圧センサ42からの電圧信号に基づいて、バッテリー40の充電量が第2所定量N2以下であると判断したとき、警告灯43に警告信号を送信する。警告灯43は、制御装置46から警告信号を受信すると、例えば、点灯又は点滅を行うことで、搭乗者に対して「バッテリーの充電量が低下したので以降、注意して操縦するように」との旨の警告を行う。
なお、警告部43の一具体例として警告灯43を例示したが、これに限らず、例えば、操作ハンドル15、ステップ部11L,11R等を振動させて、警告を行う振動装置(モータ等)であってもよく、警告音を発生して警告を行うスピーカであってもよい。また、警告部43は操作ハンドル15に設けられているが、搭乗者が視認できれば任意の位置に設けることが可能である。
車体上部材16には、一対の車輪駆動ユニット14L,14R等を駆動する駆動回路44L,44Rが内蔵されている。また、車体下部材17には、車両本体12や操作ハンドル15等の姿勢を検出してそれらの検出信号を出力する姿勢センサユニット45と、一対の車輪駆動ユニット14L,14R等を駆動制御するための制御信号を出力する制御装置46と、が設けられている。
制御装置46は、姿勢センサユニット45からの検出信号、角度検出センサ31からの検出信号、降車スイッチ38からの降車補助開始トリガ信号、ステップセンサ39から足検出信号、電圧センサ42からの電圧信号、等に基づいて所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を一対の車輪駆動ユニット14L,14R等に対して出力する。また、制御装置46は、各車輪駆動ユニット14L,14Rを制御することで、同軸二輪車10の倒立状態を維持する倒立制御を実行する。
また、制御装置46は、例えば、マイクロコンピュータ(CPU)を有する演算回路47と、プログラムメモリ、データメモリ、その他のRAM、ROM等を有する記憶装置48と、を備えている。
制御装置46には、バッテリー40と一対の駆動回路44L,44Rが接続されている。一対の駆動回路44L,44Rは、一対の車輪13L,13Rの回転速度や回転方向等を独立して制御するもので、これらに一対の車輪駆動ユニット14L,14Rが個別に接続されている。
制御装置46には、角度検出センサ31からの検出信号と、姿勢センサユニット45からの検出信号と、降車スイッチ38からの降車補助開始トリガ信号と、ステップセンサ39から足検出信号と、電圧センサ42からの電圧信号と、が供給される。制御装置46は、通常の倒立制御に加えて、例えば、降車補助開始トリガ信号や足検出信号に基づいて降車補助制御を実行することができる。
姿勢センサユニット45は、同軸二輪車10の走行時における角速度や角加速度を検出するのもで、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサなどから構成される。搭乗者が操作ハンドル15を前方または後方に傾けると、ステップ部11L,11Rが同方向に傾くことになるが、この姿勢センサユニット45は、かかる傾斜に対応した角速度や角加速度を検出する。
そして、制御装置46は、姿勢センサユニット45によって検出された角速度や角加速度に基づいて、操作ハンドル15の傾斜方向に同軸二輪車10が移動するように、車輪駆動ユニット14L,14Rを駆動制御する。このように搭乗者は、重心移動によりステップ部11L,11Rを傾斜させることで、同軸二輪車10を前進又は後進させることができる。
また、制御装置46は、例えば、安全な走行を目的として、当該同軸二輪車10の車速が制限速度V以下となるように各車輪駆動ユニット14L,14Rを駆動制御している。さらに、制御装置46は、電圧センサ42により検出されたバッテリー40の充電量が第1所定量N1(第1所定量N1<第2所定量N2)以下になるとき、制限速度Vを低下させる。このように、バッテリー40の充電量が第1所定量N1以下に低下したとき、制限速度Vを低下させることで、自動的に車速を低く抑えた低消費電力の走行に切替えることができ、同軸二輪車10の省電力化を効率的に図ることができる。
なお、例えば、制限速度Vとバッテリー40の充電量との関係を示すマップ情報が、予め記憶装置48に記憶されており、制御装置46は、このマップ情報に基づいて、上述のように制限速度Vを低下させる。
また、マップ情報において、電圧センサ42により検出された充電量が第1所定量N1以上となる通常走行では、制限速度Vに第1速度V1が設定され、電圧センサ42により検出された充電量が第1所定量N1以下になると、制限速度Vは第1速度V1から徐徐に低下し、第2速度V2になる(図3)。ここで、第2速度V2には、例えば、同軸二輪車10を最も低消費電力で走行させるのに最適な速度が設定されている。
このように、制限速度Vを第1速度V1からより低速の第2速度V2へ滑らかに切替えることにより、この速度切替時に生じるショックを緩和することができる。したがって、同軸二輪車10の快適性及び操作性を向上させることができる。なお、図3に示すマップ情報は一例であり、速度切替時に生じるショックを緩和できれば、制限速度Vの速度切替方法を任意に設定することができる。
さらにまた、制御装置46は、電圧センサ42により検出されたバッテリー40の充電量が第3所定量N3(第3所定量N3<第1所定量N1<第2所定量N2)以下になると、車輪駆動ユニット14L,14Rの駆動を安全に停止させる停止制御を実行する。これにより、バッテリー40の充電量が低下した場合でも、必要最低限のバッテリー40の充電量を確実に確保して、車輪13L,13Rの駆動力を適切に制御することで、同軸二輪車10を安全かつ確実に停止させることができる。
ここで、第3所定量N3は、同軸二輪車10が安全に停止するために必要な消費電力以上の値であり、例えば、搭乗者の体重、路面の勾配等の負荷状態、電圧センサ42の測定誤差、安全係数等を総合的に考慮して、設定される。また、例えば、第3所定量N3には、第1所定量N1よりも大きな安全係数が設定されている。さらに、第1所定量N1には、第2所定量N2よりも大きな安全係数が設定されている。
上述のように、まず、バッテリー40の充電量が第2所定量N2以下になると、警告部43により搭乗者に対して警告を行うことで、搭乗者自身に対して低消費電力となる走行操作を促す。その後、バッテリー40の充電量が低下して第1所定量N1以下になると、制御装置46は制限速度Vを低下させることで、自動的に低消費電力となる最適な低速度で同軸二輪車10を走行させる。さらに、バッテリー40の充電量が低下して第3所定量N3以下になると、制御装置46は車輪駆動ユニット14L,14Rの駆動を安全に停止させる停止制御を実行する。以上のようにして、段階的に低消費電力化を行うことで、同軸二輪車10の走行距離を延ばしつつ、最終的に安全に停止させることが可能となる。
次に、本実施形態に係る同軸二輪車10の上記制御処理フローについて、詳細に説明する。図4は、本実施形態に係る同軸二輪車の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
図4に示すように、まず、制御装置46は、バッテリーチェックタスクを実行する(ステップS101)。このバッテリーチェックタスクにおいて、制御装置46は、所定周期(例えば、数秒〜10数秒)で、電圧センサ42により検出されたバッテリー40の充電量を、記憶装置48に逐次記憶する。
次に、制御装置46は、検出したバッテリー40の充電量が第2所定量N2以下であるか否かを判断する(ステップS102)。制御装置46は、バッテリー40の充電量が第2所定量N2以下でないと判断したとき(ステップS102のNO)、上述の(ステップS101)に戻る。
一方、制御装置46は、バッテリー40の充電量が第2所定量N2以下であると判断したとき(ステップS102のYES)、警告灯43を点灯又は点滅させることで(ステップS103)、搭乗者に対して警告を行う。これにより、搭乗者は、バッテリー40の充電量が低下し、低消費電力の操縦が必要であることを認識できる。
次に、制御装置46は、検出したバッテリー40の充電量が第1所定量N1以下であるか否かを判断する(ステップS104)。制御装置46は、検出したバッテリー40の充電量が第1所定量N1以下であると判断したとき(ステップS104のYES)、記憶装置48に記憶されたマップ情報に基づいて、制限速度Vを低下させる(ステップS105)。
このように、バッテリー40の充電量が第1所定量N1以下になったとき、制限速度Vを低下させることで、自動的に低消費電力となる最適な低速度で同軸二輪車10を走行させることができる。すなわち、同軸二輪車10の省電力化を効率的に図ることができる。これにより、後述の停止制御が開始され、同軸二輪車10が安全に停止するまでのバッテリー容量のマージンをより大きく確保することができる。また、例えば、同軸二輪車10がバッテリー40の充電場所に移動するまでの間、走行速度を上記制限速度Vに低く抑えることで、バッテリー残量の低下を緩やかにすることができる。
一方、制御装置46は、検出したバッテリー40の充電量が第1所定量N1以下でないと判断したとき(ステップS104のNO)、上述の(ステップS101)に戻る。その後、制御装置46は、検出したバッテリー40の充電量が第3所定量N3以下であるか否かを判断する(ステップS106)。
制御装置46は、バッテリー40の充電量が第3所定量N3以下でないと判断したとき(ステップS106のNO)、上述の(ステップS101)に戻る。一方、制御装置46は、バッテリー40の充電量が第3所定量N3以下であると判断したとき(ステップS106のYES)、車輪駆動ユニット14L,14Rの停止制御を実行する(ステップS107)。
制御装置46は、この車輪駆動ユニット14L,14Rの停止制御を実行すると、同軸二輪車10の車速度を0に収束させるように、車輪駆動ユニット14L,14Rを制御する。これにより、搭乗者は同軸二輪車10から安全に降車することができる(ステップS108)。このように、バッテリー40の充電量が低下した場合でも、必要最低限のバッテリー40の充電量を確実に確保して、車輪13L,13Rの駆動力を適切に制御することで、同軸二輪車10を安全に停止させることができる。
以上、本実施形態に係る同軸二輪車10において、制御装置46は、検出したバッテリー40の充電量が第1所定量N1以下であると判断したとき、記憶装置48に記憶されたマップ情報に基づいて、制限速度Vを低下させる。これにより、バッテリー40の充電量が第1所定量N1以下になったとき、制限速度Vを低下させることで、自動的に低消費電力となる最適な低速度で同軸二輪車10を走行させることができる。したがって、同軸二輪車10の省電力化を効率的に図ることができ、例えば、上記停止制御を開始するまでのバッテリー容量のマージンを確実に確保できる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記一実施形態において、制御装置46は、上記停止制御を実行し、同軸二輪車10が停止したと判断したとき、車両本体12に設けられるスタンド、補助輪等の接地部材(不図示)を可動させ、路面に接地させてもよい。これにより、同軸二輪車10が停止したときの安定性が向上し、より安全かつ確実な停止が実現する。
また、上記一実施形態において、制御装置46は、停止制御の実行後に、降車補助制御を実行させてもよい。制御装置46は、この降車補助制御において、搭乗者の降車方向に対する、ステップ部11L,11Rの傾斜角度を増加させる制御を行う。
具体的には、搭乗者が同軸二輪車10に対して前方に降りる場合には、ステップ部11L,11Rの前傾角度を増加させる。一方、搭乗者が同軸二輪車10に対して後方に降りる場合には、ステップ部11L,11Rの後傾角度を増加させる。これにより、搭乗者の降車動作を補助し、不自然な姿勢をとらずとも降車できる。すなわち、同軸二輪車10の安全性をより向上させることができる。
さらに、上記一実施形態において、制御装置46は、同軸二輪車10の過去の制御状態のデータに基づいて現在の走行負荷を予測し、この予測結果に基づいて、第2所定量N2及び/又は第3所定量N3を最適な値に変更してもよい。これにより、バッテリー40の電力を効率的に活用した走行が可能となり、同軸二輪車10の走行距離を伸ばすことができる。
なお、上記一実施形態において、制御装置46は、例えば、上記制限速度Vを低下させる制御のみを行ってもよく、また、上記警告部43による警告及び制限速度Vを低下せる制御のみを行ってもよく、さらに、制限速度Vを低下させる制御及び停止制御のみを行ってもよく、これらを任意に組合わせてもよい。
10 同軸二輪車
11L,11R ステップ部
12 車両本体
13L,13R 車輪
14L,14R 車輪駆動ユニット
15 操作ハンドル
16 車体上部材
17 車体下部材
18L,18R 側面部材
31 角度検出センサ
38 降車スイッチ
39 ステップセンサ
40 バッテリー(電源)
41 電源カバー
42 電圧センサ(充電量検出部)
43 警告部(警告灯)
44L,44R 駆動回路
45 姿勢センサユニット
46 制御装置
47 演算回路
48 記憶装置

Claims (8)

  1. 電源と、該電源の充電量を検出する充電量検出部と、前記電源からの電力により車輪を駆動する車輪駆動部と、車速が制限速度以下となるように前記車輪駆動部の制御を行う制御装置と、を備え、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行する同軸二輪車であって、
    前記制御装置は、前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が第1所定量以下になるとき、前記制限速度を低下させる、ことを特徴とする同軸二輪車。
  2. 請求項1記載の同軸二輪車であって、
    前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が前記第1所定量よりも大きな第2所定量以下となるとき、該充電量の低下を警告する警告部を更に備える、ことを特徴とする同軸二輪車。
  3. 請求項1又は2記載の同軸二輪車であって、
    前記制御装置は、前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が前記第1所定量よりも小さな第3所定量以下となるとき、前記車輪駆動部の駆動を停止させる停止制御を実行する、ことを特徴とする同軸二輪車。
  4. 請求項3記載の同軸二輪車であって、
    前記制御装置は、前記停止制御後に、搭乗者の降車を補助する降車補助制御を実行する、ことを特徴とする同軸二輪車。
  5. 請求項3又は4記載の同軸二輪車であって、
    前記制御装置は、前記停止制御後に、接地部材を路面に接地させる、ことを特徴とする同軸二輪車。
  6. 請求項1乃至5のうちいずれか1項記載の同軸二輪車であって、
    前記制御装置は、過去の制御状態に応じて、前記第1乃至第3所定量のうち少なくとも1つを変更する、ことを特徴とする同軸二輪車。
  7. 請求項1乃至6のうちいずれか1項記載の同軸二輪車であって、
    前記制御装置は、通常走行において、前記制限速度を第1速度に設定し、前記充電量検出部により検出された前記電源の充電量が第1所定量以下になると、前記制限速度を前記第1速度から徐徐に低下させ、第2速度に設定する、ことを特徴とする同軸二輪車。
  8. 電源の充電量を検出する工程と、前記電源からの電力により車輪を駆動する工程と、車速が制限速度以下となるように制御を行う工程と、を含み、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行する同軸二輪車の制御方法であって、
    前記検出された電源の充電量が第1所定量以下になるとき、前記制限速度を低下させる、ことを特徴とする同軸二輪車の制御方法。
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