JP6493342B2 - 走行装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザが搭乗して走行する走行装置に関する。

近年、パーソナルモビリティが脚光を浴びている。パーソナルモビリティは、小回りを優先させて小型に製造されることが多く、そのために高速走行時の安定性には欠けるという課題があった。パーソナルモビリティに限らず、高速走行時の安定性を高める観点から、ホイールベース長を調整できる車輌が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開平１−１０６７１７号公報 特開２００５−２３１４１５号公報

ホイールベース長が調整できるこれまでに提案されている車輌は、パーソナルモビリティとはいえ、乗用車をベースとして提案されたものが多く、旋回機構もパーソナルモビリティに特化したものではなかった。パーソナルモビリティの利点のひとつとして、狭小空間で小回りが利く点が挙げられるが、ホイールベース長が調整できる車輌は、その状態に応じて旋回軌跡が異なり、搭乗者は意図通りに旋回できないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、搭乗者たるユーザが狭小空間においても意図通りに旋回できる走行装置を提供するものである。

本発明の一態様における走行装置は、ユーザの操作によって操舵される前輪と互いに独立して回転駆動される２つの後輪とが走行方向に沿って配置された、ユーザが搭乗して走行する走行装置であって、前輪を回転可能に支持する前輪支持部材と、後輪を回転可能に支持する後輪支持部材と、ユーザが前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置を変化させることにより、前輪と後輪のホイールベース長を調整する調整機構と、前輪の移動軌跡と後輪の移動軌跡とが同心円弧を描くように、ホイールベース長と前輪の操舵角度に基づいて、後輪のそれぞれの回転速度を制御する制御部とを備える。

このような構成により、旋回時点のホイールベース長も考慮することにより、走行装置は、ユーザによって操舵された前輪の軌跡と駆動輪としての２つの後輪のそれぞれの軌跡がひとつの中心点周りに弧を描くように移動するので、前輪の移動方向と後輪の移動方向が相違するような不安定な動作を防ぐことができる。

本発明により、搭乗者たるユーザが狭小空間においても意図通りに旋回できる走行装置を提供できる。

本実施形態に係る走行装置の低速走行時における側面概観図である。 走行装置の上面概観図である。 走行装置の旋回の様子を示す上面概観図である。 走行装置の高速走行時における側面概観図である。 ＷＢ長が一定であるときの旋回角と旋回中心の関係を説明する図である。 旋回角が一定であるときのＷＢ長と旋回中心の関係を説明する図である。 駆動輪の回転速度の導出を説明する図である。 走行装置の制御ブロック図である。 回転角、旋回角と目標速度の関係を示すグラフである。 他の例の回転角、旋回角と目標速度の関係を示すテーブルである。 走行中の処理を示すフロー図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る走行装置１００の低速走行時における側面概観図であり、図２は、図１の状態における走行装置１００を上方から観察した上面概観図である。なお、図２では、図１において点線で示すユーザ９００を省いている。

走行装置１００は、パーソナルモビリティの一種であり、ユーザが立って搭乗することを想定した電動式の移動用車輌である。走行装置１００は、走行方向に対して１つの前輪１０１と２つの後輪１０２（右側後輪１０２ａ、左側後輪１０２ｂ）を備える。前輪１０１は、ユーザ９００がハンドル１１５を操作することで向きが変わり、操舵輪として機能する。右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂは、互いに独立して回転駆動される駆動輪である。右側後輪１０２ａは、減速機構を介して右側モータ１０５ａによって駆動され、左側後輪１０２ｂは、減速機構を介して左側モータ１０５ｂによって駆動される。右側後輪１０２ａの車軸である右側車軸１０３ａと、左側後輪１０２ｂの車軸である左側車軸１０３ｂとは、互いに軸線が一致するように配列されている。走行装置１００は、３つの車輪によって３点で接地しており、ユーザ９００が搭乗していない駐機状態でも自立する、静的安定車輌である。

前輪１０１は、前輪支持部材１１０により回転可能に支持されている。前輪支持部材１１０は、前側支柱１１１とフォーク１１２を含む。フォーク１１２は、前側支柱１１１の一端側に固定されており、前輪１０１を両側方から挟んで回転自在に軸支している。前側支柱１１１の他端側には、ハンドル１１５が前輪１０１の回転軸方向に延伸するように固定されている。ユーザ９００がハンドル１１５を旋回操作すると、前側支柱１１１は、その操作力を伝達して前輪１０１の向きを変える。

２つの後輪１０２は、後輪支持部材１２０により回転可能に支持されている。後輪支持部材１２０は、後側支柱１２１と本体部１２２を含む。本体部１２２は、後側支柱１２１の一端側を固定支持する。また、本体部１２２は、右側車軸１０３ａを介して右側後輪１０２ａを、左側車軸１０３ｂを介して左側後輪１０２ｂを、回転自在に軸支している。本体部１２２は、上述の右側モータ１０５ａと左側モータ１０５ｂ、減速機構、モータに給電するバッテリ等を収容する筐体の機能も担う。本体部１２２の上面にはユーザ９００が足を置くためのステップ１４１が設けられている。

前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とは、旋回継手１３１とヒンジ継手１３２を介して連結されている。旋回継手１３１は、前輪支持部材１１０を構成する前側支柱１１１のうち、ハンドル１１５が固定された他端寄りの位置に固定されている。さらに、旋回継手１３１は、ヒンジ継手１３２に枢設されており、前側支柱１１１の伸延方向と平行な旋回軸Ｔ_Ａ周りに、ヒンジ継手１３２と相対的に回動する。ヒンジ継手１３２は、後輪支持部材１２０を構成する後側支柱１２１のうち、本体部１２２に支持された一端とは反対側の他端と枢設されており、車軸１０３の伸延方向と平行なヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに、後側支柱１２１と相対的に回動する。

このような構造により、ユーザ９００は、ハンドル１１５を旋回させると、後輪支持部材１２０に対して旋回軸Ｔ_Ａ周りに前輪支持部材１１０が旋回して前輪１０１の向きを変えられる。また、ユーザ９００は、ハンドル１１５を走行方向に対して前方へ傾けると、その動作が伝達することにより、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とがヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに相対的に回転して、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を小さくできる。前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が小さくなると、前輪１０１と後輪１０２のホイールベース（ＷＢ）の間隔であるＷＢ長は短くなる。逆に、ユーザ９００は、ハンドル１１５を走行方向に対して後方へ傾けると、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とがヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに相対的に回転して、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を大きくできる。前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が大きくなると、ＷＢ長は長くなる。すなわち、ユーザ９００は、自身の動作を回転力として作用させることにより、ＷＢ長を短くしたり長くしたりできる。

ヒンジ継手１３２の近傍には、付勢バネ１３３が取り付けられている。付勢バネ１３３は、ヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を小さくする回転方向へ付勢力を発揮する。付勢バネ１３３は、例えば、トーションバネである。付勢バネ１３３の付勢力は、ユーザ９００がハンドル１１５に触れない場合に、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が構造上の最小角になるように変化させ、一方で、ユーザ９００がハンドル１１５を走行方向に対して後方へ容易に傾けられる程度に設定されている。したがって、ユーザ９００は、ハンドル１１５への加重およびステップ１４１への加重の少なくともいずれかを変化させることにより、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を調整でき、ひいてはＷＢ長を調整できる。すなわち、このようなヒンジ継手１３２を介して前側支柱１１１と後側支柱１２１を接続する機構は、ユーザ９００がＷＢ長を調整する調整機構として機能する。

ヒンジ継手１３２の近傍には、回転角センサ１３４が取り付けられている。回転角センサ１３４は、ヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を出力する。回転角センサ１３４は、例えば、ロータリエンコーダである。回転角センサ１３４の出力は、後述する制御部へ送信される。

同様に、旋回継手１３１の近傍には、旋回角センサ１３５が取り付けられている。旋回角センサ１３５は、旋回軸Ｔ_Ａ周りに前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を出力する。旋回角センサ１３５は、例えば、ロータリエンコーダである。旋回角センサ１３５の出力は、後述する制御部へ送信される。

図３は、走行装置１００の旋回の様子を示す上面概観図である。ユーザ９００がハンドル１１５を旋回させると、ハンドル１１５に直結されている前側支柱１１１も追従して旋回する。前側支柱１１１は、旋回継手１３１を介して回動自在に後側支柱１２１と連結されている。したがって、旋回角センサ１３５は、旋回軸Ｔ_Ａを回転中心とした図示する旋回角φを出力する。

走行装置１００は、旋回角φに応じた方向へ向きを変化させて走行する。旋回角が大きくなれば旋回半径は小さくなり、搭乗者であるユーザ９００は大きな遠心力を受ける。同じ旋回角であっても、走行速度が大きくなれば、ユーザ９００が受ける遠心力は大きくなる。

なお、旋回角センサ１３５は、直進方向をφ＝０とし、直進方向に対して右に旋回する場合に正の角度を出力し、左に旋回する場合に負の角度を出力する。単に旋回角が大きいなどと説明する場合は、絶対値｜φ｜を表すものとする。また、本実施形態における走行装置１００は、一例としてφ＝±８０度の範囲で旋回させられるものとする。

本実施例における走行装置１００は、ユーザ９００が旋回角｜φ｜を小さくすると減速し、大きくすると加速する。つまり、旋回角｜φ｜に対して目標速度が対応付けられており、旋回角｜φ｜が変化すると、それに応じた目標速度に到達するように加減速する。

走行装置１００は、ＷＢ長が短ければ低速で走行し、ＷＢ長が長ければ高速で走行する。図１は、ＷＢ長が短い低速走行時の様子を示している。図４は、図１と同様の走行装置１００の側面概観図であるが、ＷＢ長が長い高速走行時の様子を示している。

図示するように、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を、相対的に開く方向を正として、回転角θとする。また、回転角θが取り得る最小値（最小角）をθ_ＭＩＮ、最大値（最大角）をθ_ＭＡＸとする。例えばθ_ＭＩＮ＝１０度でありθ_ＭＡＸ＝８０度である。換言すると、回転角θがθ_ＭＩＮとθ_ＭＡＸの範囲に収まるように、構造上の規制部材が設けられている。

ＷＢ長は、回転角θと一対一に対応し、ＷＢ長＝ｆ（θ）の関数により換算できる。したがって、回転角θを変化させることによりＷＢ長を調整できる。本実施例における走行装置１００は、ユーザ９００が回転角θを大きくすると加速し、小さくすると減速する。つまり、旋回角｜φ｜に加え、回転角θに対しても目標速度が対応付けられており、回転角θが変化すると、それに応じた目標速度に到達するように加減速する。別言すれば、回転角θを媒介変数としてＷＢ長と目標速度が対応付けられており、ユーザ９００がＷＢ長を調整すると、目標速度がそのＷＢ長に応じて変化する構成となっている。

回転角θが小さくなるとＷＢ長が短くなるので、小回りが利く。すなわち、狭い場所でも動き回ることができる。逆に回転角θが大きくなるとＷＢ長が長くなるので、走行安定性、特に直進性が向上する。すなわち、高速で走行しても路面上の段差等による揺動を受けにくい。また、速度とＷＢ長が連動して変化するので、低速なのにＷＢ長が長いような状態になることが無く、その速度で必要最低限な投影面積で移動ができる。すなわち、走行装置１００が移動するために必要な路面上の面積が小さく、余分なスペースを必要としない。これは駐機する場合にも特にその効果を発揮する。また、ユーザ９００は、ハンドル１１５を前後に傾ければ、速度とＷＢ長の両方を連動させて変化させることができるので、運転操作としても簡便で容易である。

上述のように、ユーザ９００は、ハンドル１１５を操作することにより、ＷＢ長の調整と旋回角φの調整を独立して行うことができる。すなわち、ユーザ９００は、走行装置１００を、ＷＢ長を長くした状態で旋回させることもできれば、ＷＢ長を短くした状態で旋回させることもできる。また、いずれのＷＢ長であっても、ハンドル１１５を少し旋回させて緩やかにカーブさせることもできれば、大きく旋回させて方向転換を図ることもできる。このようにＷＢ長と旋回角が互いに独立して様々な値を取る場合には、それぞれの状況に応じて駆動輪の回転を適切に制御する必要がある。駆動輪の回転を適切に制御しなければ、前輪の進行方向と後輪の進行方向が異なってしまい、ユーザの意図にそぐわない不安定な動作を引き起こすことになる。そこで、本実施形態における走行装置１００は、ＷＢ長と旋回角φに応じて駆動輪の回転を制御する。この制御について順に説明する。

図５は、ＷＢ長が一定であるときの旋回角と旋回中心の関係を説明する図である。図は、前輪１０１、右側後輪１０２ａおよび左側後輪１０２ｂの相対的な位置関係とそれぞれの向きを、走行装置１００の上方から観察した様子として模式的に示している。

図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、いずれもＷＢ長がＷＢ_Ｓ１の状態でハンドル１１５を旋回させた様子を示す。前輪１０１の旋回角φは、図５（ａ）の状態が１５（度）であり、図５（ｂ）の状態が６０（度）であり、図５（ｃ）の状態が７５（度）である。本実施形態においては、ＷＢ長を、２つの後輪１０２の回転中心である後輪軸線に直交する方向沿う、前輪１０１の中心と後輪軸線の距離とする。なお、実際の走行装置においては、旋回角φが変化すれば、前側支柱１１１と前輪１０１の回転軸のオフセット量に応じて、前輪１０１と走行面の接地点も変化するが、ここでは理解を容易にするため、いずれの旋回角においても前輪の接地点を不変としている。

図５（ａ）に示すように、旋回角φが比較的小さい場合は、前輪１０１の回転軸中心である前輪軸線と後輪軸線が交差する点として定められる旋回中心は、走行装置１００から比較的離れて存在する。つまり、旋回半径は比較的大きい。図５（ｂ）に示すように、旋回角φが大きくなってくると、旋回中心は右側後輪１０２ａに寄ってきて、旋回半径が小さくなってくる。旋回角φが更に大きくなると、やがて旋回中心は、図５（ｃ）に示すように、右側後輪１０２ａの接地点と一致する。

もし右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂが同じ回転速度で回転すると、後輪１０２は直進しようとし、前輪１０１は旋回しようとするので、図５（ｃ）のように旋回角φが大きい場合には、前輪１０１の回転がロックされ、滑らかに旋回できなくなる。図５（ａ）や図５（ｂ）の場合であっても、ユーザが意図する旋回軌跡に沿った移動ができない。すなわち、前輪１０１、右側後輪１０２ａ、左側後輪１０２ｂのそれぞれが、円弧状の矢印で図示すように、旋回中心を中心点とする同心円弧を描く軌跡に沿って旋回するためには、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂのそれぞれを、旋回半径に応じて回転速度を調整する必要がある。

このような関係は、ＷＢ長を一定に保って旋回角φを変化させる場合に限らず、ＷＢ長を変化させて旋回させる場合も同様である。図６は、旋回角φが一定であるときのＷＢ長と旋回中心の関係を説明する図である。図６も図５と同様に、前輪１０１、右側後輪１０２ａおよび左側後輪１０２ｂの相対的な位置関係とそれぞれの向きを、走行装置１００の上方から観察した様子として模式的に示している。

図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、いずれも旋回角φが６０度の状態を示す。図６（ｂ）は、図５（ｂ）と同じ状態である。ＷＢ長は、図６（ａ）の状態では、ＷＢ_Ｓ１より長いＷＢ_Ｓ２であり、図６（ｃ）の状態では、ＷＢ_Ｓ１より短いＷＢ_Ｓ３である。

図６（ａ）に示すように、ＷＢ長が比較的長い場合は、旋回中心は、走行装置１００から比較的離れて存在する。つまり、旋回半径は比較的大きい。図６（ｂ）に示すように、ＷＢ長が短くなってくると、旋回中心は右側後輪１０２ａに寄ってきて、旋回半径が小さくなってくる。ＷＢ長が更に短くなると、やがて旋回中心は、図６（ｃ）に示すように、右側後輪１０２ａの接地点と一致する。

すなわち、前輪１０１、右側後輪１０２ａ、左側後輪１０２ｂのそれぞれが、円弧状の矢印で図示すように、旋回中心を中心点とする同心円弧を描く軌跡に沿って旋回するためには、旋回角φが変化する場合に限らずＷＢ長が変化する場合にも、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂのそれぞれを、旋回半径に応じて回転速度を調整する必要がある。なお、図５、図６では、右側に旋回する場合（旋回角φが正の値）について説明したが、左側に旋回する場合（旋回角φが負の値）も、同様に旋回半径に応じて回転速度を調整する必要がある。

上述のように、ＷＢ長を短くすることができるパーソナルモビリティの利点の一つとして狭小空間で小回りが利く点が挙げられるが、小回りが利くという利点は、このように、旋回角φを大きくして旋回半径を小さくできる構造上の特長によってもたらされる。逆に言えば、このように旋回角φを大きくして旋回半径を小さくしても、円滑に旋回移動ができなければならない。しかし、上述のように旋回半径が非常に大きく変化する装置構造においては、通常の車輌に用いられるデファレンシャルギアを利用した差動装置では、内外輪の回転差を調整しきれない。特に、図５（ｃ）、図６（ｃ）で示すような、内輪側の回転を止めて旋回するいわゆる信地旋回は、通常の差動装置では対応できない。そこで、本実施形態における走行装置１００は、駆動輪である右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂをそれぞれ独立に回転駆動する制御を実行する。

図７は、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂのぞれぞれの回転速度を導出する手順を説明する説明図である。図７は、図５および図６と同様に、ある状態における前輪１０１、右側後輪１０２ａおよび左側後輪１０２ｂの相対的な位置関係とそれぞれの向きを、走行装置１００の上方から観察した様子として模式的に示している。ここでは、走行装置１００の基準点を右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂの中間点と定める。

図において、ｄは、基準点と右側後輪１０２ａ、基準点と左側後輪１０２ｂの距離である。すなわちトレッドの半分の長さである。ｎは、基準点と前輪１０１の中心の、後輪軸線に沿ったずれ量である。ｒは、旋回半径であり、ここでは、旋回中心から前輪１０１の中心までの、後輪軸線に沿った長さとして定義する。Ｖは、旋回半径における接線方向の速度である。Ｖ_Ｒは、右側後輪１０２ａの接地点における接線方向の速度であり、Ｖ_Ｌは、左側後輪１０２ｂの接地点における接線方向の速度である。

走行装置１００の旋回角速度をωとすると、
Ｖ＝ｒω （１）
Ｖ_Ｌ＝（ｒ−（ｄ＋ｎ））ω （２）
Ｖ_Ｒ＝（ｒ−（ｄ−ｎ））ω （３）
と表される。また、旋回半径は、
ｒ＝ＷＢ／ｔａｎφ （４）
であるので、（２）式と（３）式は、（１）式と（４）式を用いて、
Ｖ_Ｌ＝Ｖ＋（ｄ＋ｎ）（ｔａｎφ／ＷＢ）Ｖ （５）
Ｖ_Ｒ＝Ｖ−（ｄ−ｎ）（ｔａｎφ／ＷＢ）Ｖ （６）
と表される。（５）式と（６）式を見ると、それぞれ右辺第一項は並進指令に対する速度成分であり、第二項は旋回指令に対する速度成分であると捉えることができる。旋回角φは、旋回角センサ１３５の出力から取得でき、ＷＢは、回転角センサ１３４の出力を用いて換算できる。また、ｄは車体構造から定まる値であり、ｎは車体構造とφとθから算出される値である。したがって、制御部は、第一項が旋回時の目標速度として与えられると、その目標速度にＷＢ長と旋回角φに基づいて計算される第二項分を増減させることにより、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂの速度指令値を算出することができる。

さらには、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂの速度指令値をそれぞれ車輪の半径で除すれば、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂの目標回転速度をそれぞれ算出することができる。制御部は、算出した目標回転速度に追従するように、右側モータ１０５ａと左側モータ１０５ｂを駆動する駆動信号を生成する。

制御部がこのような駆動信号を生成して駆動輪を制御すると、前輪１０１の移動軌跡と後輪１０２の移動軌跡とが旋回中心を中心点とする同心円弧を描くように走行装置１００を移動させることができる。すなわち、搭乗者たるユーザ９００は、違和感なく思い通りに走行装置１００を旋回させることができる。特に、狭小空間で急旋回させるような操作においても、走行装置１００を円滑に旋回させることができる。

図８は、走行装置１００の制御ブロック図である。制御部２００は、例えばＣＰＵであり、本体部１２２に収容されている。駆動輪ユニット２１０は、駆動輪である後輪１０２を駆動するための駆動回路やモータを含み、本体部１２２に収容されている。制御部２００は、駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送ることにより、上述のように後輪１０２の回転制御を実行する。

車速センサ２２０は、制御部２００の要求に応じて、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂの回転量をそれぞれ検出し、検出結果を速度信号として制御部２００へ送信する。制御部２００は、受け取った速度信号から上述のＶに相当する並進速度を算出する。回転角センサ１３４は、上述のように、回転角θを検出する。回転角センサ１３４は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を回転角信号として制御部２００へ送信する。旋回角センサ１３５は、上述のように、旋回角φを検出する。旋回角センサ１３５は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を旋回角信号として制御部２００へ送信する。

荷重センサ２４０は、ステップ１４１へ加えられる荷重を検出する、例えば圧電フィルムであり、ステップ１４１に埋め込まれている。荷重センサ２４０は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を荷重信号として制御部２００へ送信する。

メモリ２５０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２５０は、走行装置１００を制御するための制御プログラムの他にも、制御に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶している。メモリ２５０は、回転角θおよび旋回角｜φ｜を目標速度に変換する変換テーブル２５１を記憶している。

図９は、回転角θおよび旋回角｜φ｜を目標速度に変換する変換テーブル２５１の一例としての、回転角θおよび旋回角｜φ｜と目標速度Ｖの関係を示すグラフである。図示するように、目標速度Ｖは、旋回角｜φ｜ごとに定義された、回転角θの一次関数として表されており、それぞれの旋回角｜φ｜ごとに、回転角θが大きくなるにつれて、目標速度が大きくなるように設定されている。例えば旋回角｜φ｜＝０度においては、最小角θ_ＭＩＮ（度）のときに目標速度は０であり、最大角θ_ＭＡＸ（度）のときに目標速度は最高速度Ｖ_０（ｋｍ／ｈ）である。

図中のａ、ｂ、ｃは、０＜ａ＜ｂ＜ｃの関係を有する。いずれの旋回角であっても、回転角θが最小角θ_ＭＩＮ（度）のときの目標速度は０であり、それぞれの旋回角に対する一次関数はいずれも（θ、Ｖ）＝（θ_ＭＩＮ、０）を通る。そして、｜φ｜＝ａにおける最大角θ_ＭＡＸ（度）の目標速度はＶ_ａであり、｜φ｜＝ｂにおける最大角θ_ＭＡＸ（度）の目標速度はＶ_ｂであり、｜φ｜＝ｃにおける最大角θ_ＭＡＸ（度）の目標速度はＶ_ｃである。このとき、Ｖ_０＞Ｖ_ａ＞Ｖ_ｂ＞Ｖ_ｃ＞０の関係を有する。つまり、旋回角｜φ｜が大きいほど目標速度としての最高速度は小さくなるように設定されている。また、それぞれの旋回角｜φ｜に対する回転角θと目標速度Ｖの関係は一次関数であるので、θ_ＭＩＮより大きい任意の回転角θにおいて、回転角θが一定であれば旋回角｜φ｜が大きいほど目標速度が小さくなる関係が成り立っている。

このような関係式によって目標速度を予め対応付けておけば、旋回角が一定であればＷＢ長が長くなるほど自動的に走行速度が大きくなるので、低速走行時の小回りの良さと高速走行時の安定性を両立できる。また、ＷＢ長が一定であれば旋回角が大きくなるほど自動的に走行速度は小さくなるので、遠心力によってバランスを崩すようなこともなく安全な搭乗を実現できる。

なお、図においては、旋回角｜φ｜が０、ａ、ｂ、ｃの４つの場合について説明したが、もちろんより多くの旋回角｜φ｜に対して一次関数を定義しても良い。また、一次関数に限らず、他の様々な関数を適用しても良い。また、目標速度Ｖを二変数関数ｆ（θ、φ）によって定義しても良い。

目標速度Ｖは、図７を用いて説明した並進指令に対する速度成分Ｖとして設定される。したがって、右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂの目標回転速度は、目標速度Ｖを用いて上述の（５）式および（６）式に基づいて算出される。

図１０は、回転角θおよび旋回角｜φ｜を目標速度に変換する変換テーブル２５１の他の一例としての、回転角θおよび旋回角｜φ｜と目標速度の関係を示すテーブルである。図６の例では、連続的に変化する回転角θに対して連続的に変化する目標速度を対応付けた。図７の例では、連続的に変化する回転角θおよび旋回角｜φ｜を複数のグループに区分して、それぞれにひとつの目標速度を対応付ける二次元ルックアップテーブルとして設定する。

図示するように、例えば旋回角｜φ｜が０度以上２度未満の範囲においては、回転角θが、θ_ＭＩＮ以上θ_１未満である場合に目標速度０（ｋｍ／ｈ）が対応付けられ、θ_１以上θ_２未満である場合に目標速度５．０（ｋｍ／ｈ）が対応付けられ、θ_２以上θ_３未満である場合に目標速度１０．０（ｋｍ／ｈ）が対応付けられ、θ_３以上θ_ＭＡＸ以下である場合に目標速度１５．０（ｋｍ／ｈ）が対応付けられている。旋回角｜φ｜は、０度以上２度未満の範囲に続いて、２度以上２０度未満、２０度以上４０度未満、４０度以上８０度（＝最大旋回角）以下に区分されており、各々の旋回角範囲においても、同様に回転角の範囲ごとに目標速度が対応付けられている。

図示するルックアップテーブルは、旋回角｜φ｜の範囲が同じであれば、回転角θの第１の範囲に対応付けられた目標速度が、第１の範囲よりも大きい第２の範囲に対応付けられた目標速度を上回らないように設定されている。また、回転角θの範囲が同じであれば、旋回角｜φ｜の第１の範囲に対応付けられた目標速度が、第１の範囲より小さい第２の範囲に対応付けられた目標速度を上回らないように設定されている。

例えば、旋回角｜φ｜の範囲が４０度以上８０度以下の範囲である場合に、θ_１以上θ_２未満の範囲には３．０（ｋｍ／ｈ）が対応付けられており、θ_２以上θ_３未満の範囲に対応付けられた６．０（ｋｍ／ｈ）を上回っていない。また、回転角θの範囲がθ_２以上θ_３未満の範囲である場合に、旋回角｜φ｜が２度以上２０度未満の範囲には１０．０（ｋｍ／ｈ）が対応付けられており、０度以上２度未満の範囲に対応付けられた１０．０（ｋｍ／ｈ）を上回っていない。

このように目標速度を、ある程度幅を持たせた回転角θと旋回角｜φ｜のそれぞれの範囲に対応付けると、例えばユーザ９００の体の揺れに影響されて小刻みに目標速度が変わるようなことがなくなり、滑らかな速度変化を期待できる。もちろん、範囲の境界にヒステリシスを持たせても良く、加速時と減速時でそれぞれの範囲の境界値を異ならせれば、より滑らかな速度変化を期待できる。

また、図の例では、旋回角｜φ｜が２度未満であれば直進と見なして目標速度を設定している。このような設定により、ユーザはハンドル１１５が多少ぶれても直進する速度を一定に保つことができる。また、回転角θが大きくなるほど、旋回角｜φ｜の増加に対する目標速度の低下の割合を大きくしている。このような設定により、ユーザは旋回時に生じる遠心力に対してバランスが取りやすくなる。

回転角θおよび旋回角｜φ｜と目標速度の対応付けは、図９や図１０の例に限らず、さまざまな対応付けが可能である。また、本実施形態における走行装置１００では、回転角θがＷＢ長と一対一に対応することから、ＷＢ長に代えて媒介変数である回転角θを目標速度と対応付ける変換テーブル２５１を採用しているが、本来の趣旨通りに、ＷＢ長および旋回角｜φ｜と目標速度とを対応付ける変換テーブルを採用しても良い。この場合は、回転角センサ１３４から取得される回転角θを上述の関数を用いてＷＢ長に換算してから、変換テーブルを参照すれば良い。関数形式の変換テーブルを採用する場合であれ、ルックアップテーブル形式の変換テーブルを採用する場合であれ、旋回角が同じであれば、第１のＷＢ長に対応付けられた第１の目標速度が、第１のＷＢ長よりも長い第２のＷＢ長に対応付けられた第２の目標速度を上回らないように設定され、ＷＢ長が同じであれば、第１の旋回角に対応付けられた第３の目標速度が、第１の旋回角より小さい第２の旋回角に対応付けられた第４の目標速度を上回らないように設定されていれば良い。

次に、本実施例における、走行処理について説明する。図１１は、走行中の処理を示すフロー図である。フローは、電源スイッチがオンにされ、荷重センサ２４０から荷重ありの信号を受け取った時点、すなわちユーザ９００が搭乗した時点から開始する。

制御部２００は、ステップＳ１０１で、回転角センサ１３４から回転角信号を取得して現在の回転角θを算出する。また、旋回角センサ１３５から旋回角信号を取得して現在の旋回角｜φ｜を算出する。そして、ステップＳ１０２で、算出した回転角θおよび旋回角｜φ｜を、メモリ２５０から読み出した変換テーブル２５１に当てはめ、目標速度を設定する。

制御部２００は、目標速度を設定したら、ステップＳ１０３へ進み、上述のように右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂの駆動信号を生成して駆動輪ユニット２１０へ送信する。これにより、目標速度が、現在の速度より大きければ加速し小さければ減速する。

制御部２００は、加減速中も回転角θおよび旋回角｜φ｜が変化したか、つまり、ユーザ９００がハンドル１１５を前後左右に操作したかを監視する（ステップＳ１０４）。回転角θおよび旋回角｜φ｜の少なくともいずれかが変化したと判断したら、再度ステップＳ１０１からやり直す。変化していないと判断したらステップＳ１０５へ進む。なお、図７のような変換テーブルを採用している場合は、回転角θあるいは旋回角｜φ｜がひとつの範囲に留まる間は、変化していないと判断する。

制御部２００は、ステップＳ１０５で、車速センサ２２０から速度信号を受け取り、目標速度に到達したか否かを判断する。目標速度に到達していないと判断したら、ステップＳ１０３へ戻り、加減速を継続する。目標速度に到達したと判断したら、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、目標速度が０であったか否かを確認する。目標速度が０であったなら、ステップＳ１０６の時点では走行装置１００は停止していることになる。そうでなければ、目標速度により走行中であるので、制御部２００は、その速度で走行を維持するように駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する（ステップＳ１０７）。

制御部２００は、ステップＳ１０７で定速走行している間も、回転角θおよび旋回角｜φ｜が変化したか、つまり、ユーザ９００がハンドル１１５を前後左右に操作したかを監視する（ステップＳ１０８）。回転角θおよび旋回角｜φ｜の少なくともいずれかが変化したと判断したら、ステップＳ１０１へ戻る。変化していないと判断したら定速走行を続けるべく、ステップＳ１０７へ戻る。

ステップＳ１０６で目標速度が０であったと確認したら、ステップＳ１０９へ進み、ユーザ９００が降機したかを荷重センサ２４０から受信する荷重信号から判断する。ユーザ９００が降機していない、つまり荷重があると判断したら、走行制御を継続すべくステップＳ１０１へ戻る。降機したと判断したら、一連の処理を終了する。

以上本実施形態を各実施例により説明したが、前輪、後輪は、車輪でなくても良く、球状輪、クローラなどの接地要素であっても構わない。また、駆動輪を駆動する動力源はモータに限らず、ガソリンエンジンなどであっても構わない。また、調整機構は、操作部材を操作するユーザの操作力を利用してホイールベース長を調整する機械的な機構に限らず、アクチュエータにより調整される機構であっても良い。

１００ 走行装置、１０１ 前輪、１０２ 後輪、１０３ 車軸、１１０ 前輪支持部材、１１１ 前側支柱、１１２ フォーク、１１５ ハンドル、１２０ 後輪支持部材、１２１ 後側支柱、１２２ 本体部、１３１ 旋回継手、１３２ ヒンジ継手、１３３ 付勢バネ、１３４ 回転角センサ、１３５ 旋回角センサ、１４１ ステップ、２００ 制御部、２１０ 駆動輪ユニット、２２０ 車速センサ、２４０ 荷重センサ、２５０ メモリ、２５１ 変換テーブル、９００ ユーザ

Claims (3)

1. ユーザの操作によって操舵される前輪と互いに独立して回転駆動される２つの後輪とが走行方向に沿って配置された、ユーザが搭乗して走行する走行装置であって、
   前記前輪を回転可能に支持する前輪支持部材と、
   前記後輪を回転可能に支持する後輪支持部材と、
   前記ユーザが前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対位置を変化させることにより、前記前輪と前記後輪のホイールベース長を調整する調整機構と、
   前記前輪の移動軌跡と前記後輪の移動軌跡とが同心円弧を描くように、前記ホイールベース長と前記前輪の操舵角度に基づいて、前記後輪のそれぞれの回転速度を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記操舵角度によって定まる前記走行装置の旋回角度が同じ場合に、第１ホイールベース長に対応付けられた第１目標速度が、前記第１ホイールベース長よりも長い第２ホイールベース長に対応付けられた第２目標速度を上回らないように設定された目標速度に基づいて、前記後輪のそれぞれの回転速度を制御する走行装置。
2. 前記制御部は、前記ホイールベース長が同じ場合に、第１旋回角度に対応付けられた第３目標速度が、前記第１旋回角度より小さい第２旋回角度に対応付けられた第４目標速度を上回らないように設定された目標速度に基づいて、前記後輪のそれぞれの回転速度を制御する請求項１に記載の走行装置。
3. 前記ユーザが、前記走行方向に沿って傾斜させるとその操作力が前記調整機構に伝達して前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対位置を変化させ、旋回させるとその操作力が前記前輪支持部材に伝達して前記操舵角度を変化させるハンドル部を備える請求項１または２に記載の走行装置。

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