JP7261321B2 - 電気制御車両 - Google Patents

Description

本発明は電気制御車両に関する。

従来、老人や脚力の弱い人の歩行を補助するための電気制御車両が知られている（例えば特許文献１）。電気制御車両は、歩行時に歩行者（使用者）と一体となって使用される。一部の電気制御車両は、使用者が転倒しそうになったときにモータのトルクブレーキを利用して電気制御車両を停止させ使用者の転倒を抑制している。

特開２０１６－１８７４８５号公報

使用者の転倒を検出する手段の一例として、測距センサにより使用者と電気制御車両との距離を経時的にモニタリングし使用者と電気制御車両との距離が一定以上になったときに転倒が発生したと判断してブレーキを作動させる技術がある。しかしながら使用者と電気制御車両との間の距離を測定しただけでは、例えばコートやネクタイなどの衣服が測距センサを遮ったり、使用者の身体が転倒以外の理由で測距センサの検出領域から外れたり、測距センサが濡れたり汚れたりしたときにブレーキを作動させてしまう可能性があった。従って、使用者の転倒を検出する技術には未だ改善の余地が残されている。

本発明は新たな解決手段により使用者の転倒を検出し安全性を高められる電気制御車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、加速度センサと、ブレーキと、加速度センサで検出された加速度が閾値以上となったときにブレーキを電気的に制御して制動力を強めるブレーキ制御部と、速度に応じて閾値を変更する閾値変更部とを備える。

本発明の一実施の形態による歩行車の斜視図である。 同歩行車の側面図である。 同歩行車の制御系統のブロック図である。 転倒ブレーキの閾値と速度との関係を示すグラフである。 使用者が転倒しそうになったときの加速度の時間毎の変化を示すグラフである。 転倒ブレーキ作動時の制動力と時間との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態による電気制御車両ついて説明する。以下の説明では、同一の構成には同一の符号を付し、それらについての繰り返しの説明は省略する。以下の実施形態では電気制御車両として、例えば高齢者の歩行を補助する歩行車を例示する。しかしながら電気制御車両としては、少なくとも電力によりブレーキを制御するあらゆる車両を採用できる。電気制御車両は、使用者が押す等して車両に入力された力を主動力源として車輪を回転させ駆動する。このような電気制御車両の一例としては歩行車の他に車椅子、ベビーカー、荷を搬送するための台車などがある。

以下の説明を明確化するために、まずは以下の説明で用いられる用語の意味を説明する。本明細書においてブレーキとは、機械的ブレーキと電気的ブレーキの二種類のブレーキを含む。機械的ブレーキとは、車輪又は車軸に対して使用者の意図的操作によりブレーキシュー等の摩擦要素を接触させて摩擦要素の制動力により車輪の回転数を低下させるブレーキをいう。電気的ブレーキとは、使用者の意図的操作によらず電気的な制御により車輪の回転で生じる運動エネルギーを回収することで制動力により車輪の回転数を低下させるブレーキである。また電気的ブレーキは、モータを通常の駆動方向とは逆方向に回転駆動させて車輪の回転数を低下させるブレーキも含む。また本明細書において電気制御車両とは、少なくとも電気的ブレーキを備える車両を意味する。したがって、車両全体において電気で制御される要素が電気的ブレーキのみであっても電気制御車両に含まれる。また本明細書において方向を示す用語として、前方向及び後方向を用いることがある。前方向とは、車両の通常の使用状態において車両を前進させる方向を意味し、後方向とは車両の通常の使用状態において車両を前進させる方向を意味する。また本明細書において車両の姿勢を示す用語として「ピッチ角度」、「ロール角度」、及び「ヨー角度」を用いることがある。ピッチ角度とは、車幅方向に延びる軸（ピッチ軸）周りにおける角度を意味する。ロール角度とは、車両の前後方向に延びる軸（ロール軸）周りにおける角度を意味する。ヨー角度とは、車両の上下方向に延びる軸（ヨー軸）周りにおける角度を意味する。また、ピッチング、ローリング、及びヨーイングとは、それぞれの対応する軸周りにおける回転運動を意味する。また路面の傾斜角度とは、車両の走行面の傾斜角度を意味する。路面の傾斜角度は、実質的には車両の傾斜角度と同一であると推定され、ピッチ軸若しくはロール軸周りの角度、又はピッチ軸及びロール軸周りの角度の組み合わせによって示される。

図１は、本発明の一実施の形態による歩行車の斜視図である。図２は、図１の歩行車１００の側面図である。図１及び図２に示すように、歩行車１００は、本体フレーム１１と、本体フレーム１１に設けられた一対の前輪１２及び一対の後輪１３と、本体フレーム１１に設けられた支持パッド（身体支持部）１４とを備えている。歩行車１００は、老人や脚力の弱い人の歩行を補助する。使用者は、歩行車１００の使用時に支持パッド１４に前腕や肘を載せて、支持パッド１４に体重（荷重）をかけた状態で、ハンドルバー１５とブレーキレバー１６とをつかみながらハンドルバー１５を押して使用者が歩行車１００に力を付与し歩行動作を行う。従ってハンドルバー１５が使用者からの力を受ける受け部となり、歩行車１００は受け部で受けた力で移動する。

本体フレーム１１は、歩行車１００の設置面に垂直な方向から所定の角度だけ傾斜する一対の支持フレーム２１を備えている。支持フレーム２１は、一例としてパイプ状部材により構成される。支持フレーム２１の下端側には、一対の下段フレーム５１が水平に配設されている。下段フレーム５１の前端側には、一対の前輪１２が取り付けられている。下段フレーム５１の後端側には、一対のリンク機構５５が設けられている。

一対の下段フレーム５１の上方には、一対の上段フレーム５４が設けられている。上段フレーム５４の後端側には、一対の後輪フレーム５７の一端側が軸５６を介して回動可能に結合されている。後輪フレーム５７の他端側には、一対の後輪１３がそれぞれ設けられている。

一対の支持フレーム２１の上端部には、それぞれ一対のハンドル２４が設けられている。一対のハンドル２４は、歩行車１００の設置面に対して概ね水平に設けられる。一対のハンドル２４は、一例としてパイプ状部材により構成される。一対のハンドル２４には、着座時に使用者が姿勢を安定させるためにつかまるグリップ部２３（図２参照）がそれぞれ設けられている。また、一対のハンドル２４の前方側には、ハンドル２４と一体なパイプ状のハンドルバー１５が形成されている。ハンドルバー１５の一端は一対のハンドル２４のうちの一方のハンドル２４に結合され、ハンドルバー１５の他端は他方のハンドル２４に結合されている。なお、ハンドルバー１５が、ハンドル２４とは別部材により構成されてもよい。

一対の後輪１３の外周には、一対のブレーキシュー２５（図１において省略、図２参照）が設けられている。ブレーキシュー２５は、本体フレーム１１内に配設されたブレーキワイヤー（図示せず）の一端に接続される。ワイヤーの他端は、ハンドルバー１５の両側に設けられた一対のブレーキユニット６１のワイヤー接続機構に連結される。なお、ワイヤーは本体フレーム１１内に格納されているが、ワイヤーを本体フレームの外側に配設して、外観上、使用者から見えるような構成にしてもよい。

ハンドルバー１５の前下方向には、ハンドルバー１５に対向するようにブレーキレバー１６が配置されている。ブレーキレバー１６の両端部はそれぞれ、一対のブレーキユニット６１に連結されている。ブレーキレバー１６の両端部は、巻きばね等の付勢手段を介してブレーキユニット６１に取り付けられている。使用者は、ブレーキレバー１６を手前に（図２の矢印Ｒ１の方向に）引くことで、ワイヤアクションにより、機械的ブレーキをかけることができる。すなわち、ブレーキレバー１６の操作によりブレーキシュー２５を制御できる。

使用時には使用者は、ブレーキレバー１６を手前側に（ハンドルバー１５に近づける方向に）ブレーキ作動位置まで引く。ブレーキレバー１６と連結されたワイヤーのアクションによって、ブレーキシュー２５が移動してブレーキシュー２５が後輪１３の外周を押圧する。これによって、機械的なブレーキが行われる。使用者がブレーキレバー１６から手を離すと、ブレーキレバー１６は元の位置（通常位置）に戻る。これに伴って、ブレーキシュー２５も後輪１３から離れ機械的なブレーキが解除される。また、ブレーキレバー１６は矢印Ｒ１の反対方向（下側）に降ろすことができるようになっている。ブレーキレバー１６をパーキング位置まで降ろすことで、ワイヤアクションを介してブレーキシュー２５で後輪１３を押圧した状態を維持するパーキングブレーキがかけられる。

一対のハンドル２４の上方に、一対のハンドル２４にまたがるようにして、上述した支持パッド１４が搭載されている。支持パッド１４は、使用者の身体の一部を支持する身体支持部の一形態である。本実施の形態では、使用者の前腕または肘またはこれらの両方を支持する使用形態を想定する。ただし、あご、手、または胸など、別の部位を支持する使用形態も可能である。

ハンドル２４と支持パッド１４との間には、使用者により歩行車１００が歩行に使用されているかを検出するための検出機構７１（図２参照）が設けられている。具体的には、検出機構７１は、支持パッド１４に使用者から荷重（体重）がかけられているか、又は使用者が支持パッド１４に接触しているかを検出する。

支持パッド１４の形状は、一例として馬蹄状であるが、これに限定されず、他の任意の形状でもよい。支持パッド１４は、一例として、スポンジまたはゴム製素材のようなクッション材を、木板または樹脂板などの板材の上に置き、樹脂性や布製の任意の被覆材で被覆したものとして構成される。ただし、この構成に限定されず、他の任意の構成でもよい。

支持パッド１４の下面の左右両側には、一対のアーム部材２６の一端側が固定されている。アーム部材２６の他端側は、一対のハンドルバー１５の外側にそれぞれ回動可能に取り付けられている。使用者は、支持パッド１４を上方に押し上げる（跳ね上げる）ことで、支持パッド１４が図２の矢印Ｒ２の方向に回動し、所定位置（退避位置）で固定される（図２の仮想線参照）。シート部３７上には、使用者の上半身を収容する空間が確保される。この状態で使用者は、一対のグリップ部２３を両手でつかみながら支持パッド１４を背中側にしてシート部３７に着座できる。グリップ部２３をつかむことで、使用者は、着座の際に自身の姿勢を安定させられる。このように、支持パッド１４は、押し上げられる前の位置（通常位置）において歩行車のシート部３７に使用者が着座することを阻害し、押し上げられた後の位置（退避位置）において、シート部３７に使用者が着座することを許容する。

ここでは、使用者が手動で支持パッド１４を押し上げる構成を示したが、別の例として、図示しないロック機構を設け、ロック機構により固定を解除することで、自動的に支持パッド１４が押し上げられる構成でもよい。または、アーム部材２６を回動させる電動機構（モータ等）を設け、電動機構をスイッチ起動により作動させることで、支持パッド１４を押し上げる構成でもよい。

一対の上段フレーム５４の間には、収容部２７（図２参照）が吊り下げられるように設けられている。収容部２７は、上方が開口した袋形状を有し、内部に荷を収容できる。収容部２７は、樹脂性でもよく、布製であってもよい。収容部２７の蓋部として、上述した着座用のシート部３７が設けられている。

収容部２７の後ろ側に、一対の上段フレーム５４から下方向に延在したレバー２８が設けられている。レバー２８は、使用者がレバー２８を脚で踏みつけることが可能な位置に配設されている。使用者がレバー２８を下げることで一対の後輪フレーム５７および一対の後輪１３が、一対の前輪１２に近づくようにリンク機構５５が折り畳まれる。その結果、歩行車１００を折畳める。

図３は、制御系統のブロック図である。歩行車１００は制御部１０１と、センサ群１０３と、モータ１０５と、バッテリ１０７とを備える。歩行車１００は、センサ群１０３で検知された各種情報を制御部１０１に供給する。制御部１０１は、センサ群１０３から供給された情報を処理しモータ１０５を制御する。制御部１０１、モータ１０５、センサ群１０３、及びバッテリ１０７は、１つの筐体内に収容され、制御対象となる後輪１３と一体的に設けられてもよい。この場合、一対の後輪１３の各々に制御部１０１、モータ１０５、センサ群１０３、及びバッテリ１０７を収容した筐体を取り付けてもよい。また、センサ群１０３のうち後輪１３の回転数を検出するセンサ及びモータ１０５を一対の後輪１３の各々に対応させて配置し、それ以外の制御部１０１とバッテリ１０７を収容部２７内に収容してもよい。また、一対の後輪１３の各々に制御部１０１、バッテリ１０７、後輪１３の回転数を検出するセンサ、及び傾斜角を検出するセンサを収容した筐体を取り付けてもよい。

〔モータ〕
モータ１０５は、後輪１３の車軸と接続されており制御部１０１による制御のもと後輪１３の回転数を制御する。より具体的にはモータ１０５は、制動力を発生させて後輪１３の回転数を抑制する電気式ブレーキとして機能する。モータ１０５は、後輪１３の回転により生じた運動エネルギーにより回転する。モータ１０５が回転することで運動エネルギーが回収されモータ１０５による後輪１３の制動力を高め、これにより後輪１３の回転数を低下させる。モータ１０５が回収した運動エネルギーはバッテリ１０７に蓄えられる。したがってモータ１０５は、回生ブレーキ又は発電ブレーキとして機能する。なお、バッテリ１０７が外部電源を用いて充電可能な場合には、モータ１０５によってバッテリ１０７を充電する必要はなく、電気式ブレーキとして渦電流ブレーキや電磁式リターダのような運動エネルギーを回収して消費するブレーキを用いてもよい。回生ブレーキとして用いられるモータ１０５としては、サーボモータ、ステッピングモータ、ＡＣモータ、ＤＣモータ等がある。また例えば歩行車１００がアシスト機能を備えている場合、モータ１０５は歩行車１００を前進させる方向とは逆方向に回転して後輪１３の回転数を低下させる逆転ブレーキを発生させてもよい。

〔バッテリ〕
バッテリ１０７は、制御部１０１に電気的に接続され制御部１０１が駆動するための電力を供給する。また、バッテリ１０７をセンサ群１０３の各センサと電気的に接続しセンサ群１０３を駆動するための電力を供給してもよい。バッテリ１０７としてはリチウムイオン電池のような二次電池又はキャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。バッテリ１０７は、外部電源を用いて充電可能なものであってもよいし、モータ１０５で回収した電気エネルギーのみによって充電されるものであってもよい。

〔センサ群〕
センサ群１０３は、単数又は複数のセンサを備え各センサの検出結果を制御部１０１に送信する。センサ群１０３は、ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸周りの車両の角速度を検出する角速度センサ１１１と、ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸周りの車両の加速度を検出する加速度センサ１１３と、後輪１３の回転数及び回転方向を検出する速度センサ１１５とを備える。角速度センサ１１１及び加速度センサ１１３として、これらを組み合わせた６軸慣性センサを用いてもよい。また、例えばヨー軸周りの角速度及び加速度を検出する必要がない場合には、少なくともピッチ軸及びロール軸周りの角速度及び加速度を検出可能な４軸慣性センサを用いてもよい。速度センサ１１５としてはホール素子を用いてもよいし、モータ１０５の逆起電力から速度を算出してもよい。また加速度センサの代わりに地磁気センサを用いてもよい。各センサの検出結果は、有線方式又は無線方式で信号として制御部１０１に送信される。

また、センサ群１０３は車両のピッチ軸又はピッチ軸周りの水平面に対する傾斜角度を検出する傾斜センサ１１７を備えていてもよい。また、ロール角を検出する必要がない場合には、ピッチ軸周りの角速度及びロール軸方向の加速度を検出可能なセンサを用いてもよい。またピッチ角又はロール軸周りの回転を検出するためには加速度だけを検出できればよく、必ずしも角速度は必要ではない。また、水平面に対する傾斜角度又は傾斜の有無を検出するために加速度センサ１１３の検出値の履歴又は経時的な変化を用いてもよく、この場合には傾斜センサ１１７は不要である。また、センサ群１０３は加加速度を検出するためのジャークセンサ１１９を備えていてもよい。また、加加速度を取得するために加速度センサ１１３の検出値を微分して算出してもよく、この場合にはジャークセンサ１１９は不要である。また速度を検出するために加速度センサ１１３の検出値を積分してもよく、この場合には速度センサ１１５は不要である。また前後方向の加速度を検出する加速度センサ１１３を設けずに、速度センサ１１５の検出値を微分して前後方向の加速度を算出してもよい。この場合、前後方向の加加速度を算出するために速度センサ１１５の検出値を２階微分してもよい。このように速度、加速度、及び加加速度の取得は、加速度センサ１１３、速度センサ１１５、及びジャークセンサ１１９の少なくとも何れか１つを用いれば実現可能である。従って、速度センサ１１５は制御部１０１と共働して速度取得部及び加速度取得部に相当し得るし、加速度センサ１１３も制御部１０１と共働して速度取得部及び加速度取得部に相当し得る。

〔走行抵抗推定部〕
歩行車１００は、走行抵抗推定部１２１を備えていてもよい。走行抵抗推定部１２１は、歩行車１００が走行している路面の抵抗を推定する。一例として走行抵抗推定部１２１は、歩行車１００の走行時の鉛直方向の加速度を経時的にモニタリングし、路面の走行抵抗を推定する。また、走行抵抗推定部１２１は走行路面を撮像し、撮像画像を解析して路面の抵抗を推定してもよい。

〔制御部〕
制御部１０１は、モータ１０５を制御することによりブレーキを制御する。制御部１０１は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）のような各種演算処理を行うプロセッサ、情報及び命令を格納するメモリ、プロセッサによる演算の際に用いられる一時メモリのようなハードウェアにより構成される。制御部１０１はバッテリ１０７と電気的に接続され各ハードウェアを駆動するための電力はバッテリ１０７から供給される。制御部１０１は、各センサから得られた検出結果を利用してモータ１０５による制動力を強めたり弱めたりする。具体的には制御部１０１は、各センサから得られた検出結果を利用して制動力の大きさを演算し、制動力を発生させるために必要な抵抗値をモータ１０５に送信することで制動力の強さを調整する。

制御部１０１は、それぞれ異なる作動条件で、異なる制動原理に基づき制動力を発生させる速度ブレーキ制御部１２３、傾斜ブレーキ制御部１２５、及び転倒ブレーキ制御部１２７を備える。実施形態の例では、転倒ブレーキ制御部１２７が「ブレーキ制御部」又は「第１ブレーキ制御部」として機能し、傾斜ブレーキ制御部１２５及び速度ブレーキ制御部１２３の少なくとも一方が「第２ブレーキ制御部」として機能する。制御部１０１は、歩行車１００の走行環境、走行状態等の各種条件を検出し様々な制動原理によりモータ１０５により制動力を発生させる。速度ブレーキ制御部１２３は、入力された速度値に基づいて速度を制御する。傾斜ブレーキ制御部１２５は、入力された走行路面の傾斜値（又は歩行車１００のピッチ角）に基づいて速度を制御する。「ブレーキ制御部」としての転倒ブレーキ制御部１２７は、入力された加速度に基づいてモータ１０５を制御して使用者の転倒を抑制する。ブレーキシュー２５が速度ブレーキ制御部１２３、傾斜ブレーキ制御部１２５、又は転倒ブレーキ制御部１２７により電気的に制御できる場合には、速度ブレーキ、傾斜ブレーキ、及び転倒ブレーキをブレーキシュー２５の制御だけで行ってもよい。また、ブレーキシュー２５が速度ブレーキ制御部１２３、傾斜ブレーキ制御部１２５、及び転倒ブレーキ制御部１２７により電気的に制御できる場合には、速度ブレーキ、傾斜ブレーキ、及び転倒ブレーキをブレーキシュー２５とモータ１０５との組み合わせで実行してもよい。

〔アシスト制御〕
また歩行車１００は、歩行車１００の加速をアシストするアシスト機能を備えていてもよい。アシスト制御部１２９は、加速度センサ１１３で検出された歩行車１００の前進方向への加速度に基づいてアシスト力を算出する。アシスト制御部１２９はモータ１０５で生じさせるアシスト力を算出し、算出値に基づきモータ１０５を制御する。モータ１０５はアシスト制御部１２９による制御に基づいて後輪１３にアシスト力を付与し、歩行車１００に前進力を付与する。アシスト制御部１２９は、ピッチ角センサの検出値に基づく上り傾斜の有無、走行抵抗推定部１２１による走行抵抗の推定値等に基づいてアシスト力を増減させてもよい。

以下、制御部１０１による具体的なモータ１０５の制御プロセスについて説明する。以下の説明において制御部１０１、速度ブレーキ制御部１２３、傾斜ブレーキ制御部１２５、転倒ブレーキ制御部１２７、及びアシスト制御部１２９が主体的に行う動作は、プロセッサがメモリに格納された命令及び情報を参照し一時メモリ上で演算を実行することで実現される。

〔速度ブレーキ〕
一例として速度ブレーキ制御部１２３は、歩行車１００の速度が所定以上になったときに速度を抑制して速度ブレーキを作動させる。この場合、速度ブレーキ制御部１２３は速度センサ１１５の検出値を取得し検出値をモニタリングする。速度ブレーキが作動すると、例えばモータ１０５が制動力を発生させ後輪１３の回転速度を抑制する。これにより歩行車１００の速度が抑制され安全性を高められる。

〔傾斜ブレーキ〕
一例として傾斜ブレーキ制御部１２５は、歩行車１００が走行する路面が所定角度以下の下り傾斜であるときに傾斜ブレーキを作動させて歩行車１００の速度を抑制する。また他の例として、傾斜ブレーキ制御部１２５は、歩行車１００が所定距離にわたり所定角度以下の傾斜を走行し続けている場合に傾斜ブレーキを発生させてもよい。また他の例として、傾斜ブレーキ制御部１２５は、歩行車１００が所定時間にわたり所定角度以下の傾斜を走行し続けている場合に傾斜ブレーキを発生させてもよい。これらの場合、傾斜ブレーキ制御部１２５は加速度センサ１１３又は傾斜センサ１１７の検出値を取得し加速度を継続的にモニタリングする。傾斜ブレーキが作動すると、例えばモータ１０５が制動力を発生させ後輪１３の回転速度を抑制する。これにより歩行車１００の速度が抑制され安全性を高められる。

〔転倒ブレーキ〕
一例として転倒ブレーキ制御部１２７は、使用者が転倒する可能性が高い場合に歩行車１００の速度を抑制して転倒ブレーキを作動させる。歩行車１００が平地を走行中に使用者が転倒する場合、歩行車１００の加速度が急速に増加する傾向にある。従って転倒ブレーキ制御部１２７は、歩行車１００の加速度が所定の閾値以上となった場合に転倒の恐れがあるとして転倒ブレーキを作動させる。

また、制御部１０１は転倒ブレーキ制御部１２７が参照する閾値を管理し、状況に応じて変更する閾値変更部１３１を備える。

図４は、転倒ブレーキの閾値と速度との関係を示すグラフである。図４では縦軸に加速度の閾値を示し、横軸に歩行車１００の速度を示す。図４に示すように歩行車１００の現在の速度が遅い場合には加速度の閾値が相対的に高くなり、歩行車１００の現在の速度が速い場合には加速度の閾値が相対的に低くなる。また、図示の例では中速領域において加速度の閾値を速度が速くなるに従って漸減させている。閾値変更部１３１は、速度センサ１１５の検出値を参照し検出された速度に対応する閾値を読み出す。次いで閾値変更部１３１は読み出した閾値を、転倒ブレーキを作動させる閾値として設定する。閾値変更部１３１は、一連の閾値を変更する処理を少なくとも歩行車１００が前進している間、継続する。

低速領域の閾値は、使用者が意図的に歩行車１００を急加速させたい場合の加速度を考慮して比較的高めに設定される。また歩行車１００を高速で進行させている状態で使用者が転倒しそうになっても、歩行車１００の加速度はそれほど高くならず変化が少ないことが考えられる。従って高速領域の閾値は低速領域よりも相対的に低く設定するのがよい。図示の例では、速度Ａ未満を低速領域とし、速度Ａ以上、速度Ｂ未満を中速領域とし、速度Ｂ以上を高速領域としている。速度Ａのときの加速度に関する閾値を１とした場合に、速度Ａ未満の低速領域では加速度に関する閾値は例えば１０に設定される。中速領域では速度が大きくなるにつれて加速度に関する閾値が１／３まで漸減する。高速領域では加速度に関する閾値が１／３に設定される。

図示の例では、閾値を実質的に高速領域、中速領域、及び低速領域の三段階に分けている。しかしながら閾値を高速領域、中速領域、及び低速領域において段階的に分けず、速度と閾値が、速度が増加するにつれて閾値が低下するような一次関数又は二次関数によって表される関係を有していてもよい。また上述の例では閾値を三段階に分けたが、高速領域における閾値と低速領域における閾値との二段階に分けてもよい。この場合、閾値変更部１３１は、例えば通常運手時には閾値を高速領域に設定しおき速度が所定値よりも低くなったときに閾値を相対的に高めるという二値制御を行ってもよい。また、図示の例では高速領域と低速領域における閾値を一定としたが、これらの領域においても速度が大きくなるにつれて閾値を漸減させてもよい。また、各領域内で加速度に関する閾値と速度を反比例させてもよい。

このように走行時の速度に基づいて転倒ブレーキを作動させるための加速度に関する閾値を変更できる。これにより、低速時及び高速時における転倒の検出精度を高められる。また低速時に加速度に関する閾値を相対的に高くすることで、使用者が意図的に加速しようとしたときに転倒ブレーキが作動するのを抑制できる。また歩行車１００は測距センサを用いることなく高い精度で転倒のおそれを検出できる。なお、このような効果は歩行車１００に補助的に測距センサを設け、転倒の検出精度を更に高めることを妨げるものではない。

〔転倒ブレーキと、他のブレーキとの関係〕
転倒ブレーキと、他の電気的ブレーキとでは制動原理、即ちモータ１０５により制動力を発生させるときの検出値が異なる。したがって、例えば傾斜ブレーキが作動している間に転倒ブレーキを作動させる条件が満たされることも考えられる。例えば下り傾斜を進行中に傾斜ブレーキが作動しておりこの状態で使用者が転倒しそうになった場合、既に傾斜ブレーキにより減速力が発生しているため転倒時には加速が少ないことが考えられる。速度ブレーキの作動中でも同様の理由により転倒時には加速が少ないことが考えられる。

従って、転倒ブレーキとは異なる制動原理（この例では傾斜ブレーキと速度ブレーキの少なくとも何れか一方）によりモータ１０５の制動力が制御されている場合に閾値変更部１３１が閾値を変更してもよい。例えば転倒ブレーキが作動する加速度に関する閾値を１とした場合、転倒ブレーキ以外のブレーキにより制動力が作用している間は、加速度に関する閾値が１／３に変更される。閾値変更部１３１は傾斜ブレーキ制御部１２５及び速度ブレーキ制御部１２３の状態を検出し、傾斜ブレーキ及び速度ブレーキの発生の有無を検知する。

また、閾値変更部１３１が速度に基づいて加速度に関する閾値を変更する場合には、転倒ブレーキとは異なる制動原理によりモータ１０５の制動力が制御されている間、閾値変更部１３１が加速度に関する閾値を補正してもよい。なおここでいう閾値を補正することとは閾値を変更することの具体的な１つの手段であり、閾値を変更することに含まれる。一例として、傾斜ブレーキが作動している間は、閾値変更部１３１は図４に関連して説明した閾値を元の値の１／３倍に補正する。従って、閾値変更部１３１は、低速領域での閾値を１０／３にし、高速領域での閾値を１／９にし、中速領域での閾値を１／３から１／９まで漸減させる。

このように転倒ブレーキとは制動原理の異なる他のブレーキが作動している間は閾値を変更し、又は補正することで転倒の検出精度を高められる。転倒ブレーキとは制動原理の異なる他のブレーキが作動している間に転倒ブレーキを発生させる場合には、転倒ブレーキと他のブレーキの制動力の合計が転倒ブレーキを単独で作動させたときの制動力と等しくなるように制御してもよい。

〔転倒ブレーキとアシスト制御との関係〕
歩行車１００がアシスト機能を備えている場合、アシスト制御を実行中に転倒ブレーキを作動させる条件が満たされることも考えられる。アシスト制御を実行中には、使用者によって歩行車１００を押す力、及びモータ１０５のアシスト力の合計が歩行車１００を加速させる。したがって、アシスト制御を実行中にはアシスト制御を実行していない場合と比較して歩行車１００の加速度が加速度に関する閾値に達し易い傾向にある。従って、アシスト制御部１２９がアシスト制御を実行している間、閾値変更部１３１が閾値を変更してもよい。例えば転倒ブレーキが作動する加速度に関する閾値を１とした場合、アシスト制御部１２９がアシスト制御を実行している間は、加速度に関する閾値が１．３に変更される。閾値変更部１３１はアシスト制御部１２９の状態を検出し、アシスト制御の有無を検知する。

また、閾値変更部１３１が速度に基づいて加速度に関する閾値を変更する場合には、アシスト制御部１２９によりアシスト制御が実行されている間、閾値変更部１３１が加速度に関する閾値を補正してもよい。一例として、アシスト制御が実行されている間、閾値変更部１３１は図４に関連して説明した閾値を元の値の１．３倍に補正する。従って、閾値変更部１３１は、低速領域での閾値を１３にし、高速領域での閾値を１．３／３にし、中速領域での閾値を１．３から１．３／３まで漸減させる。

このようにアシスト制御を実行している間は閾値を変更し、又は補正することで転倒の検出精度を高められる。具体的にはアシスト制御の実行中に使用者が転倒していないにも関わらず転倒ブレーキが作動するのを抑制できる。

〔転倒ブレーキとピッチ角との関係〕
閾値変更部１３１は、歩行車１００が走行している路面の傾斜に応じて閾値を変更してもよい。例えば歩行車１００が上り傾斜を走行中に使用者が転倒しそうになった場合、上り傾斜の抵抗により歩行車１００の加速度が上がり難いことが考えられる。この場合には、転倒ブレーキが作動し難い。反対に歩行車１００が下り傾斜を走行中には加速度が上がり易く使用者が転倒していなくても加速度が閾値に達することが考えられる。例えば歩行車１００が上り傾斜を走行中の場合、使用者は歩行車１００に体重をかけるために前傾姿勢を取り使用者の重心位置が歩行車１００から離れる傾向にある。またこのとき使用者は歩行車１００を押し上げるために加速する傾向にある。このような場合、転倒ブレーキの閾値を高めに設定しておかなければ頻繁に転倒ブレーキが作動する可能性がある。反対に歩行車１００が下り傾斜を走行中には使用者が歩行車１００を身体に近づける傾向にあり、使用者が転倒しそうになっても歩行車１００が加速しにくい。この場合は、閾値を低めに設定しておかなければ転倒の検知が遅れる可能性がある。従って閾値変更部１３１は、ピッチ角センサの検出値に基づいて閾値を変更してもよい。例えば転倒ブレーキが作動する加速度に関する閾値を１とした場合、歩行車１００が下り傾斜を走行している間は加速度に関する閾値が１／３に変更され、歩行車１００が上り傾斜を走行している間は加速度に関する閾値が１．３に変更される。閾値変更部１３１はピッチ角センサの検出値に基づき上り傾斜又は下り傾斜の有無を判断する。

また、閾値変更部１３１が速度に基づいて加速度に関する閾値を変更する場合には、上り傾斜又は下り傾斜を走行中に、閾値変更部１３１が加速度に関する閾値を補正してもよい。一例として、歩行車１００が下り傾斜を走行中している間、閾値変更部１３１は図４に関連して説明した閾値を元の値の１．３倍に補正する。従って、閾値変更部１３１は、低速領域での閾値を１３にし、高速領域での閾値を１．３／３にし、中速領域での閾値を１．３から１．３／３まで漸減させる。一方で歩行車１００が上り傾斜を走行している間、閾値変更部１３１は図４に関連して説明した閾値を元の値の１／３倍に補正する。従って、閾値変更部１３１は、低速領域での閾値を１０／３にし、高速領域での閾値を１／９にし、中速領域での閾値を１／３から１／９まで漸減させる。

このようにピッチ角に基づいて閾値を変更し、又は補正することで転倒の検出精度を高められる。具体的には歩行車１００が下り傾斜を走行中には、転倒ブレーキの閾値を下げることで転倒していないにも関わらず転倒ブレーキが作動するのを抑制できる。また歩行車１００が上り傾斜を走行中には、転倒ブレーキの閾値を上げることで転倒をより検出し易くする。

〔転倒ブレーキと走行抵抗との関係〕
閾値変更部１３１は、歩行車１００が走行している路面の抵抗に応じて閾値を変更してもよい。例えば歩行車１００が走行抵抗の高い路面を走行中には、使用者が転倒しそうになっても加速度が上がり難いことが考えられる。この場合には、転倒ブレーキが作動し難い。従って閾値変更部１３１は、走行抵抗推定部１２１の推定結果に基づいて閾値を変更してもよい。例えば転倒ブレーキが作動する加速度に関する閾値を１とした場合、歩行車１００が走行抵抗の高い路面を走行している間は加速度に関する閾値が１／３に変更される。この場合、走行抵抗を二値的に検出できればよく、走行抵抗推定部１２１を簡易的な構成にしてもよい。また走行抵抗の検出精度の高い走行抵抗推定部１２１を用いた場合、閾値変更部１３１は走行抵抗が高くになるにつれて加速度に関する閾値を低くしてもよい。

また、閾値変更部１３１が速度に基づいて加速度に関する閾値を変更する場合には、歩行車１００が走行抵抗の高い路面を走行中に、閾値変更部１３１が加速度に関する閾値を補正してもよい。一例として、歩行車１００が走行抵抗の高い路面を走行している間、閾値変更部１３１は図４に関連して説明した閾値を元の値の１／３倍に補正する。従って、閾値変更部１３１は、低速領域での閾値を１０／３にし、高速領域での閾値を１／９にし、中速領域での閾値を１／３から１／９まで漸減させる。

このように走行抵抗に基づいて閾値を変更し、又は補正することで転倒の検出精度を高められる。具体的には歩行車１００が走行抵抗の高い路面を走行中には、転倒ブレーキの閾値を下げることで転倒をより検出し易くする。

以上のように歩行車１００は、歩行車１００の走行速度に基づいて加速度の閾値を変更し、転倒の検出精度を高められる。これにより歩行車１００は適切なタイミングで転倒ブレーキを作動させられる。

また、閾値変更部１３１は、転倒ブレーキ以外のブレーキの作動状況、アシスト制御の作動状況、ピッチ角、及び走行抵抗に基づいて閾値を変更できる。閾値変更部１３１が転倒ブレーキ以外のブレーキの作動状況、アシスト制御の作動状況、ピッチ角、及び走行抵抗に基づいて閾値を変更する場合、必ずしも閾値変更部１３１が速度に基づいて閾値を変更する機能を備えていなくてもよい。

また閾値変更部１３１が速度に基づいて閾値を変更する機能を備えている場合、閾値変更部１３１は速度に基づいて加速度の閾値を変更し、さらに転倒ブレーキ以外のブレーキの作動状況、アシスト制御の作動状況、ピッチ角、及び走行抵抗に基づいて加速度に関する閾値を補正する。従って転倒ブレーキ制御部１２７は補正後の加速度に関する閾値に基づいて転倒ブレーキの制動力を制御する。

〔転倒ブレーキと、加加速度との関係〕
閾値変更部１３１が速度に応じて加速度に関する閾値を変更する態様において、転倒ブレーキ制御部１２７は加加速度に基づいて転倒ブレーキを作動させないようにしてもよい。例えば使用者が横断歩道を渡ろうとして意図的に歩行車１００を加速させたいことが考えられる。このような場合に歩行車１００の加速度が加速度に関する閾値に達し転倒ブレーキが作動するのは好ましくない。

図５は、使用者が転倒しそうになったときの加速度の時間毎の変化を示すグラフである。使用者が意図的に歩行車１００を加速させる場合、実線Ｌ１で示すように歩行車１００の加速度が増加し続ける傾向にある。使用者が転倒して歩行車１００が加速する場合、破線Ｌ２で示すように歩行車１００の加速度は増加するが使用者の身体の鉛直方向に対する傾斜角度が大きくなるにつれて歩行車１００の加速度が鈍化するか、減少する傾向にある。従って、転倒ブレーキ制御部１２７は歩行車１００の加加速度を参照し、加加速度が加加速度に関する閾値以下になっていることを条件として、加速度が加速度に関する閾値以上となったときに転倒ブレーキを作動させる。簡潔に言えば、歩行車１００の加加速度の値が転倒ブレーキを作動させるための条件となる。

転倒ブレーキ制御部１２７は、速度センサ１１５の検出値を２階微分するか加速度センサ１１３の検出値を微分し加加速度を取得する。センサ群１０３にジャークセンサ１１９が設けられている場合には、ジャークセンサ１１９の検出値を取得してもよい。加加速度に関する閾値は、利用者の姿勢、状態を推定するための基準の値であり、例えば値０を設定できる。加加速度に関する閾値を値０に設定すると、加速度が増加している場合には転倒ではなく使用者による意図的な加速であると判断される。転倒ブレーキ制御部１２７は加加速度が閾値０を超えている場合、加速度センサ１１３の検出値が加速度に関する閾値を超えていたとしても転倒ブレーキを作動させない。反対に加速度が減少している場合には加加速度が閾値０以下となる。この場合、加速度センサ１１３の検出値が加速度に関する閾値を超えた場合に転倒ブレーキを作動させる。これにより、使用者の意図的な加速に対して転倒ブレーキが作動するのを抑制できる。

〔転倒ブレーキの解除条件〕
上述したいずれかの方法により作動した転倒ブレーキを解除するための条件は以下の通りであることが好ましい。

一例として転倒ブレーキ制御部１２７は、転倒ブレーキにより制動力を強めた後の経過時間に基づいて転倒ブレーキを解除してもよい。この場合、転倒ブレーキ制御部１２７は転倒ブレーキにより制動力を強めたときに時間の計測を開始し、予め決められた時間（例えば０．２秒）に関する閾値を経過した後、転倒ブレーキを解除し制動力を弱める。転倒ブレーキ制御部１２７は、歩行車１００の転倒ブレーキが一定時間作動したら使用者が体勢を立て直したと推定する。このタイミングで転倒ブレーキを解除することにより、転倒ブレーキにより制動力が高められたまま使用者が歩行車１００を押し始めるのを抑制できる。

また歩行車１００がアシスト機能を備えておりモータ１０５を逆転させる逆転ブレーキにより制動力を高められる場合には、転倒ブレーキ制御部１２７は更に小さい閾値（例えば０．１秒）に基づいて転倒ブレーキを解除してもよい。逆転ブレーキにより制動力を高めた場合、逆転ブレーキをかけ続けると歩行車１００が後進するおそれがある。従って、この場合転倒ブレーキ制御部１２７は逆転ブレーキにより制動力を高めた後、０．１秒経過後に転倒ブレーキを解除する。

また他の例として転倒ブレーキ制御部１２７は、転倒ブレーキにより制動力を強めた後、歩行車１００の速度が、予め決められた速度に関する閾値を所定時間下回っていたら転倒ブレーキを解除してもよい。所定時間の経過の判断は、予め決められた時間に関する閾値（例えば０．２秒）を超えたか否かで判断できる。また、閾値変更部１３１は歩行車１００の速度に応じて時間に関する閾値を変更してもよい。例えば歩行車１００の速度が遅い場合には時間に関する閾値を低くし、歩行車１００の速度が速い場合には時間に関する閾値を高くする。転倒ブレーキ制御部１２７は、歩行車１００の速度が一定時間だけ一定速度を下回っていたら使用者が体勢を立て直したと判断する。このタイミングで転倒ブレーキを解除することにより、転倒ブレーキにより制動力が高められたまま使用者が歩行車１００を押し始めるのを抑制できる。また歩行車１００の速度から使用者の体勢を判断することで、使用者が体勢を立て直していないにも関わらず転倒ブレーキを解除するのを抑制できる。なお、転倒ブレーキ制御部１２７が使用者の体勢を判断するためには速度に代えて歩行車１００の加速度を参照してもよい。

また他の例として、センサ群１０３により検出可能であり使用者の体勢に関連する条件に予め点数を付与しておき、条件が達成される度に点数を加算し、合計点数が一定値以上になったときに転倒ブレーキを解除してもよい。例えば徐行状態（例えば時速０．５ｋｍ以下の走行）になったときに１点を加算し、停止状態（例えば時速０．１ｋｍ以下の走行）になったときに１０点を加算し、後進（例えば後方に時速０．１ｋｍ以上の走行）になったときに２０点を加算する。転倒ブレーキ制御部１２７はセンサ群１０３の検出値から条件が達成される度に点数を加算し、合計点数が例えば２００点になったときに転倒ブレーキを解除する。

このような転倒ブレーキの解除条件を設定することで、使用者が体勢を立て直した後にスムーズに歩行を再開できる。

図６は転倒ブレーキ作動時の制動力と時間との関係を示すグラフである。図６に示すように転倒ブレーキを解除する場合、モータ１０５による制動力を徐々に弱めてもよい。この場合、逆転ブレーキと回生ブレーキとを組み合わせることができる。転倒ブレーキを作動させて転倒する使用者を支えるときは強い制動力が必要となる。転倒ブレーキ制御部１２７は転倒ブレーキを作動させるとき、及び転倒ブレーキを維持する間はモータ１０５を逆転させ逆転ブレーキを発生させる。転倒ブレーキの解除条件が達成された後、転倒ブレーキ制御部１２７はモータ１０５を制御して逆転ブレーキを回生ブレーキに切り替える。次いで転倒ブレーキ制御部１２７は回生ブレーキにより制動力を徐々に弱める。これにより、転倒を防止するときには強い制動力を作用させ、使用者が歩行を再開するときには徐々に制動力を弱められる。図示の例では制動力を漸減させているが、制動力を一定の変化量で単位時間あたりの減少量を減少させて弱めたり、段階的に弱めたりしてもよい。モータ１０５が逆転ブレーキ機能を有していない場合、又は逆転ブレーキを発生させるだけの電力がバッテリ１０７に残っていない場合には回生ブレーキの強さを段階的に調整してもよい。

また、転倒ブレーキの作動時にも回生ブレーキと逆転ブレーキとを組み合わせてもよい。この場合、転倒ブレーキにより制動力を高めるときに僅かな時間だけ回生ブレーキを作動させる。その後、モータ１０５を逆回転させることで逆転ブレーキにより制動力を更に高める。このような制御により転倒ブレーキの作動時に急停止を抑制できる。また急減速によるギア破損等を抑制できる。

以上のように歩行車１００によれば適切なタイミングで転倒ブレーキを作動させ、使用者の安全性を高められる。

上述の実施形態は例示であり、各構成は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。特に上述の例では複数の数値を示したが、各数値は使用される歩行車１００の性能、機能等に基づいて適宜変更可能である。

本発明は、電気制御車両の分野において産業上利用性を有する。

１００ 歩行車、 １０１ 制御部、 １０３ センサ群、 １０５ モータ、 １１３ 加速度センサ、 １１５ 速度センサ、 １２１ 走行抵抗推定部、 １２３ 速度ブレーキ制御部、 １２５ 傾斜ブレーキ制御部、 １２７ 転倒ブレーキ制御部、 １２９ アシスト制御部、 １３１ 閾値変更部

Claims (8)

1. 車体に設けられた車輪に制動力を付与するブレーキと、
   前記車体の速度を取得する速度取得部と、
   前記車体の加速度を取得する加速度取得部と、
   前記加速度取得部で取得された加速度が閾値以上となったときに前記ブレーキを電気的に制御して制動力を強めるブレーキ制御部と、
   前記速度取得部で取得された速度に応じて前記閾値を変更する閾値変更部とを備える、
   使用者によって入力された力を主動力源として車輪を回転させ駆動する電気制御車両。
2. 前記閾値変更部は、前記速度取得部で取得された速度が小さいときには前記閾値を相対的に高める請求項１に記載の電気制御車両。
3. 前記閾値変更部は、前記速度取得部で取得された速度が大きいときには前記閾値を相対的に低める請求項１又は２に記載の電気制御車両。
4. 車体に設けられた車輪に制動力を付与するブレーキと、
   前記車体の速度を取得する速度取得部と、
   前記車体の加速度を取得する加速度取得部と、
   前記車体の加加速度を取得する加加速度取得部と、
   前記ブレーキを電気的に制御し前記加加速度取得部が取得した加加速度が所定の閾値以下であり、かつ前記加速度取得部で取得された加速度が所定の閾値以上となったときに制動力を強めるブレーキ制御部と、
   前記速度取得部が取得した速度に応じて前記加速度に関する閾値を変更する閾値変更部とを備える、
   使用者によって入力された力を主動力源として車輪を回転させ駆動する電気制御車両。
5. 車体に設けられた車輪に制動力を付与するブレーキと、
   前記車体の速度を取得する速度取得部と、
   前記車体の加速度を取得する加速度取得部と、
   前記ブレーキを電気的に制御し前記加速度取得部で取得された加速度が所定の閾値以上となったときに制動力を強め、前記速度取得部で取得された速度が所定の閾値以下になったときに制動力を弱めるブレーキ制御部と、
   前記速度取得部で取得した速度に応じて前記加速度に関する閾値を変更する閾値変更部とを備える、
   使用者によって入力された力を主動力源として車輪を回転させ駆動する電気制御車両。
6. 前記ブレーキ制御部は、前記速度取得部で取得された速度が所定の期間以上、前記閾値以下になったときに前記ブレーキに付与している制動力を弱める請求項５に記載の電気制御車両。
7. 前記閾値変更部は、前記速度取得部で取得された速度に応じて前記所定の期間を変更する請求項５に記載の電気制御車両。
8. 前記ブレーキ制御部は、前記速度取得部で取得された速度が前記速度に関する閾値以下になったときに徐々にブレーキ力を低下させて前記ブレーキの制動力を弱める、請求項４又は５に記載の電気制御車両。

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