JP2018030515A - 走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールベース長に応じた目標速度を設定して速度制御を行うと、走行面の段差等から外力を受けたときに、走行装置の構造によっては不意にホイールベース長が短くなり、速度が変動して、当該段差等を乗り越えられないことがある。【解決手段】走行装置は、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、前輪および後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、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、前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置を計測する計測部と、計測部の計測結果に対応付けられた目標速度に基づいて駆動部を制御する制御部と、走行面から前輪に外力が作用したときに、前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置の変化を軽減するように外力の少なくとも一部を吸収する吸収機構とを備える。【選択図】図４

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

ホイールベース長に応じた目標速度を設定して速度制御を行うと、走行面の段差等から外力を受けたときに、走行装置の構造によっては不意にホイールベース長が短くなり、速度が変動して、当該段差等を乗り越えられないことがある。

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、走行面の段差等をより確実に乗り越えられる走行装置を提供するものである。

本発明の第１の態様における走行装置は、走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、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、前輪および後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、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、前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置を計測する計測部と、計測部の計測結果に対応付けられた目標速度に基づいて駆動部を制御する制御部と、走行面から前輪に外力が作用したときに、前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置の変化を軽減するように外力の少なくとも一部を吸収する吸収機構とを備える。

このような構成により、前輪に加わる外力によりホイールベース長が短縮しても、吸収機構の作用により、ホイールベース長の短縮量に対して計測部が計測する前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置の変化量は小さくなる。したがって、目標速度は急激に変動することなく、駆動トルクを維持して段差等を乗り越えることができる。

本発明の第２の態様における走行装置は、走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、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、前輪および後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、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、前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置を計測する計測部と、計測部の計測結果に対応付けられた目標速度に基づいて駆動部を制御する制御部とを備え、目標速度は、ホイールベース長が長くなるほど大きくなるように対応付けられており、制御部は、ホイールベース長が長くなるように調整機構が調整された場合に目標速度に追従する応答時間より、ホイールベース長が短くなるように調整機構が調整された場合に目標速度に追従する応答時間を長くする。

このような構成により、走行面の段差等により不意にホイールベース長が短くなる場合であっても、急激に目標速度が落ちることはなく、少なくとも暫くの間は段差等を乗り越えるための駆動トルクを維持することが期待できる。

本発明の第３の態様における走行装置は、走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、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、前輪および後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、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、前輪支持部材と後輪支持部材の相対位置を計測する計測部と、計測部の計測結果に対応付けられた目標速度に基づいて駆動部を制御する制御部とを備え、目標速度は、ホイールベース長が長くなるほど大きくなるように対応付けられており、かつ、最短となるホイールベース長に０より大きい速度が対応付けられている。
このような構成により、前輪が走行面の段差等から外力を受けてホイールベース長が最短となっても、一定の段差を乗り越えるための駆動力は維持される。

本発明により、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しながら、走行面の段差等をより確実に乗り越えられる走行装置を提供することができる。

第１実施例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。 図１の走行装置の上面概観図である。 図１の走行装置の高速走行時における側面概観図である。 段差接触前後のホイールベース長と回転角の関係を説明する説明図である。 走行装置の制御ブロック図である。 回転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。 第２実施例に係る走行装置の側面概観図である。 第３実施例に係る走行装置の側面概観図である。 段差接触前後のホイールベース長と回転角の関係を説明する説明図である。 第１の例における目標速度に追従する応答時間を示すグラフである。 第２の例における目標速度に追従する応答時間を示すグラフである。 第３の例における目標速度に追従する応答時間を示すグラフである。 第４実施例に係る回転角と目標速度の関係を示すグラフである。

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。

第１実施例について説明する。図１は、第１実施例に係る走行装置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、車軸１０３で連結されており、不図示のモータと減速機構によって駆動されて、駆動輪として機能する。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。コイルオーバー１１６を挟んで前側支柱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。

コイルオーバー１１６は、前側支柱１１１のうち、フォーク１１２が固定された一端寄りの位置に設けられた吸収機構である。コイルオーバー１１６は、コイルスプリングとショックアブソーバが組み合わされて構成され、段差等により走行面から前輪１０１に外力が作用したときに、その衝撃を吸収する。

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と共に、車軸１０３を介して右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂを回転自在に軸支している。本体部１２２は、上述のモータと減速機構、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。すなわち、回転角センサ１３４は、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０の相対位置を計測する計測部として機能する。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。

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３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、後述するコイルオーバー１１６の作用が無い場合において、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、回転角θに対して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。

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。

さらに、ＷＢ長の調整はユーザ９００の動作によって生じる作用力が伝達することによって実現されており、ＷＢ長を調整するためのアクチュエータを必要としない。したがって、本実施例における走行装置１００は装置全体として軽量化が図られており、例えばユーザ９００が走行装置１００を容易に電車に持ち込むことができるなど、これまでのパーソナルモビリティにはない利便性を提供できる。

図４は、走行面上に存在する段差ＢＰに前輪１０１が接触する直前と直後のＷＢ長と回転角θの関係を説明する説明図である。図４（ａ）は直前の様子を表し、図４（ｂ）は直後の様子を表す。

図４（ａ）で示すように回転角θがθ_０の状態で走行している場合には、回転角θ_０に対応付けられた目標速度（例えばＶ_０）で走行している。制御部は、速度Ｖ_０が維持されるように駆動輪を回転駆動する。走行面が平面である通常走行時には、コイルオーバー１１６は自然長であり、図４（ａ）で示す段差ＢＰへの接触直前までは、ＷＢ長は回転角θ_０に対応するＷＢ_０である。

速度Ｖ_０で段差ＢＰに前輪１０１が接触すると、図４（ｂ）で示すように、前輪１０１は、段差ＢＰから外力を受け、少なくともその一部は、前輪１０１を後方へ押し戻す力として働く。一方、後輪１０２は、駆動輪としての推進力と慣性により前方へ進もうとする。

もしコイルオーバー１１６が設けられていないと、図４（ｂ）で示す２つの太矢印の力の作用により、前側支柱１１１と後側支柱１２１は、ヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに相対的に回転して、回転角θ_０は、小さくなる方向に急激に変化する。後述するように、回転角θが大きくなるほど目標速度も大きくなるように対応付けられているので、回転角θが急激に小さくなると、対応付けられている目標速度も瞬時に小さくなる場合がある。すると、後輪１０２の駆動力が一気に低下し、段差ＢＰを乗り越えられないという状況が生じ得る。

しかし、本実施例においては、コイルオーバー１１６が設けられている。具体的には、コイルオーバー１１６は、前側支柱１１１において、ヒンジ継手１３２に枢設された旋回継手１３１が設けられた位置と、前輪１０１を支持するフォーク１１２が固定された他端との間に設けられている。また、コイルオーバー１１６は、回転角θが取り得るθ_ＭＩＮとθ_ＭＡＸの範囲内において、車輪１０１が後方へ押し戻される外力を受けたときに、当該外力の少なくとも一部を吸収して縮むように、その向きが調整されて配置されている。

したがって、本実施例における走行装置１００は、速度Ｖ_０で段差ＢＰに前輪１０１が接触した直後において、車輪１０１を後方へ押し戻す外力はコイルオーバー１１６によって少なくともその一部が吸収される。このとき、コイルオーバー１１６は、その吸収により走行方向に対して長さｄだけ縮んだとすると、ＷＢ長は、ＷＢ_１（＝ＷＢ_０−ｄ）に縮む。しかし、コイルオーバー１１６のこの作用により、前側支柱１１１と後側支柱１２１の相対的な位置関係は段差ＢＰの接触前後で維持されるので、両者の回転角θはθ_０を保つ。

前輪１０１が段差ＢＰに接触した直後において回転角θがθ_０のままであれば、対応付けられている目標速度Ｖ_０も維持されるので、後輪１０２の駆動力が一気に低下することがなく、より高い確率で段差ＢＰを乗り越えられることが期待できる。なお、前輪１０１が段差ＢＰに接触してコイルオーバー１１６が縮み始めた後に、あるいは縮み切った後に、回転角θが徐々にθ_０より小さくなっても、前輪１０１が段差ＢＰを乗り越える初期段階において大きな駆動力を確保できるので、いずれにしても段差乗り越えには有利である。

図５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、後輪１０２の回転制御を実行する。

車速センサ２２０は、後輪１０２または車軸１０３の回転量を監視して、走行装置１００の速度を検出する。車速センサ２２０は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を速度信号として制御部２００へ送信する。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。

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６は、回転角θ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と目標速度の関係を示すグラフである。図示するように、目標速度は回転角θの一次関数として表されており、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。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_ｍ（ｋｍ／ｈ）である。このように、変換テーブル２５１は、関数形式であっても良い。

図７は、回転角θ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。

図示するように、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）を対応付け、θ_１以上θ_２未満である場合に目標速度５．０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_２以上θ_３未満である場合に目標速度１０．０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_３以上θ_ＭＡＸ以下である場合に目標速度１５．０（ｋｍ／ｈ）を対応付ける。このような場合の変換テーブル２５１は、ルックアップテーブル形式を採用することができる。このように目標速度を、ある程度幅を持たせた回転角θ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、加速時と減速時で範囲の境界を異ならせれば、より滑らかな速度変化を期待できる。

回転角θと目標速度の対応付けは、図５や図６の例に限らず、さまざまな対応付けが可能である。例えば、回転角θの変化量に対する目標速度の変化量を、低速領域においては小さく設定し、高速領域においては大きく設定するといったアレンジも可能である。

低速走行時の小回りの良さはＷＢ長が短いからであり、高速走行時の安定性はＷＢ長が長いからであるので、本来はＷＢ長と目標速度が直接的に対応付けられるべきものである。しかし、本実施例の走行装置１００は、目標速度を回転角θに対応付け、前側支柱１１１にコイルオーバー１１６を設けることで、小回りの良さと安定性の利点を享受しつつ、ＷＢ長の急激な変化によらず走行面の段差を乗り越えられる可能性を高めている。

次に、本実施例における、走行処理について説明する。図８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。そして、ステップＳ１０２で、算出した回転角θ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、駆動輪ユニット２１０へ対して加減速の駆動信号を送信する。具体的には、まず車速センサ２２０から速度信号を受け取り、現在の速度を確認する。そして、目標速度が、現在の速度より大きければ加速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信し、現在の速度より小さければ減速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する。

制御部２００は、加減速中も回転角θが変化したか、つまり、ユーザ９００がハンドル１１５を前後に傾けたかを監視する（ステップＳ１０４）。回転角θ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が変化したか、つまり、ユーザ９００がハンドル１１５を前後に傾けたかを監視する（ステップＳ１０８）。回転角θ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。なお、このとき前輪１０１が段差ＢＰに接触しても、その直後は回転角θに変化が現れないので、制御部２００は、定速走行を続けようとする。

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。

以上説明した第１実施例においては、走行面から前輪１０１に外力が作用したときに、前輪支持部材１１０と前記後輪支持部材１２０の相対位置の変化を軽減するように外力の少なくとも一部を吸収する吸収機構としてコイルオーバー１１６を採用した。しかし、吸収機構はこれに限らない。前輪１０１に外力が加わった直後において、回転角θを検出する回転角センサ１３４の検出結果にその外力の影響が及ばないように設けられた吸収機構であれば、様々な態様を採用し得る。コイルオーバー１１６の代わりに、弾性部材として機能するものであれば、例えば段差ＢＰからの外力によって撓む板バネを設けても良い。

また、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０の相対位置を計測する計測部であれば、回転角センサ１３４に限らず、他のセンサを採用しても良い。例えば、前側支柱１１１と後側支柱１２１のそれぞれに重力センサを設けて、重力方向に対するそれぞれの傾きを検出するように構成しても良い。

次に第２実施例について説明する。図９は、第２実施例に係る走行装置５１０の側面概観図である。走行装置５１０は、実施例１の走行装置１００に対してコイルオーバー１１６を備えておらず、代わりにロータリダンパー５１１を備えている。したがって、走行装置１００と同様の機能を担う要素については、第１実施例における符番と同じ符番を付して、その説明を省略する。また、制御ブロックの構成や処理フローも、図５から図８を用いて説明したものと同様である。したがって、以下の説明においては、主にハードウェアとしての相違点について説明する。

ロータリダンパー５１１は、ヒンジ継手１３２のヒンジ軸Ｈ_Ａの回転に作用するように、ヒンジ継手１３２の近傍に設けられている。ロータリダンパー５１１は、ヒンジ軸Ｈ_Ａにおいて、前輪支持部材１１０の前側支柱１１１と後輪支持部材１２０の後側支柱１２１との相対角度の変化を抑制する回転抑制機構の一例である。具体的には、ロータリダンパー５１１は、例えば、シーリングされた円筒空間内にシリコンオイルが充填されており、その中をヒンジ軸に直結された回転軸が回転するときに、回転軸に複数設けられたベーンがシリコンオイルから受ける圧力により、回転粘性抵抗を生じさせるものである。

走行装置５１０は、ロータリダンパー５１１を設けることにより、回転角θが急激に変化することを抑制している。つまり、走行面から前輪１０１に外力が作用したときに、前側支柱１１１と後側支柱１２１の相対位置の変化を軽減するように外力の少なくとも一部を吸収する吸収機構として機能する。実施例１のように前輪１０１が段差ＢＰに接触した直後においては回転角θがθ_０に維持されるわけではないが、ロータリダンパー５１１は、回転角θが小さくなる変化を遅延させることができる。したがって、後輪１０２の駆動力が一気に低下することがなく、より高い確率で段差ＢＰを乗り越えられることが期待できる。

なお、ロータリダンパー５１１は、回転角θが小さくなる方向への抵抗が、大きくなる方向への抵抗よりも大きいものであればより良い。このようなロータリダンパーであれば、ユーザ９００が速度を上げたいときに、ハンドル操作の妨げになりにくい。

また、回転抑制機構は、ロータリダンパーに限らず、他の機構を採用しても良い。例えば、急激な衝撃を感知する衝撃検知センサを設け、当該センサが衝撃を感知したときに突出するソレノイドにより、前側支柱１１１と後側支柱１２１の間に設けたラチェット機構を作用させて、一時的に両者の相対的な回転を妨げるように構成しても良い。もちろん、ラチェット機構に限らず、電磁ブレーキなど他の機構を採用しても良い。

次に第３実施例について説明する。第１実施例および第２実施例では、走行装置に、ハードウェアとしての吸収機構により、走行面上の段差ＢＰを乗り越えられる確率を高めたが、本実施例では、制御部２００の制御によって類似の効果が得られるようにする。

図１０は、第３実施例に係る走行装置６００の側面概観図である。走行装置６００のハードウェア構成は、第２実施例に係る走行装置５１０に対してロータリダンパー５１１を取り外したものと同等である。第１実施例に係る走行装置１００と同様の機能を担う要素については、第１実施例における符番と同じ符番を付して、その説明を省略する。また、制御ブロックの構成や処理フローも、特に言及しない限り図５から図８を用いて説明したものと同様である。

図１１は、段差接触前後のＷＢ長と回転角θの関係を説明する説明図である。図１１（ａ）は直前の様子を表し、図１１（ｂ）は直後の様子を表す。

図１１（ａ）で示すように回転角θがθ_０の状態で走行している場合には、回転角θ_０に対応付けられた目標速度（例えばＶ_０）で走行している。制御部は、速度Ｖ_０が維持されるように駆動輪を回転駆動する。段差ＢＰへの接触直前までは、ＷＢ長は回転角θ_０に対応するＷＢ_０である。

速度Ｖ_０で段差ＢＰに前輪１０１が接触すると、図１１（ｂ）で示すように、前輪１０１は、段差ＢＰから外力を受け、少なくともその一部は、車輪１０１を後方へ押し戻す力として働く。一方、後輪１０２は、駆動輪としての推進力と慣性により前方へ進もうとする。走行装置６００は、上述の実施例における吸収機構を備えていないので、２つの太矢印で示す力の作用により、前側支柱１１１と後側支柱１２１は、ヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに相対的に回転して、回転角θは、小さくなる方向に急激に変化してθ_１となる。すると、ＷＢ長が走行方向に対して長さｄだけ縮んでＷＢ_０からＷＢ_１に変化する。

ここで、目標速度をθ_０に対応するＶ_０からθ_１に対応するＶ_Ｌへ瞬時に変更してしまうと、後輪１０２の駆動力が一気に低下し、段差ＢＰを乗り越えられないという状況が生じ得る。そこで、本実施例においては、ＷＢ長が長くなるように調整機構が調整された場合に目標速度に追従する応答時間より、ＷＢ長が短くなるように調整機構が調整された場合に目標速度に追従する応答時間を長くする制御により、段差ＢＰを乗り越えられる確率を高める。

このような制御手法の例をいくつか説明する。図１２は、第１の例における目標速度に追従する応答時間を示すグラフである。横軸は時刻（ｓ）を表し、縦軸は走行装置６００の速度を表す。

図１２（ａ）は、例えばユーザ９００がハンドル１１５を操作することによりＷＢ長を長くした場合の変化を示す。ＷＢ長がＷＢ_０（このときの回転角はθ_０）のときに、θ_０に対応付けられた現速度Ｖ_０で走行している状態から、時刻ｔ_１において、ＷＢ長がＷＢ_Ｈ（このときの回転角はθ_Ｈ）に広げられたとする。回転角θ_Ｈに対応付けられた目標速度がＶ_Ｈだとすると、制御部２００は、時刻ｔ_１から、駆動輪ユニット２１０へ加速する駆動信号を送信する。この駆動信号により、走行装置６００は、時刻ｔ_２に目標速度Ｖ_Ｈに到達する。すなわち、目標速度Ｖ_Ｈに追従するまでの応答時間はｔ_２−ｔ_１である。

図１２（ｂ）は、例えばユーザ９００がハンドル１１５を操作したり、段差ＢＰから外力を受けたりして、ＷＢ長を短くした（短くなった）場合の変化を示す。ＷＢ長がＷＢ_０（このときの回転角はθ_０）のときに、θ_０に対応付けられた現速度Ｖ_０で走行している状態から、時刻ｔ_１において、ＷＢ長がＷＢ_Ｌ（このときの回転角はθ_Ｌ）に縮められたとする。回転角θ_Ｌに対応付けられた目標速度がＶ_Ｌだとすると、制御部２００は、時刻ｔ_１から、駆動輪ユニット２１０へ減速する駆動信号を送信する。なお、ここでは、Ｖ_Ｈ−Ｖ_０＝Ｖ_０−Ｖ_Ｌとする。この駆動信号により、走行装置６００は、時刻ｔ_２よりも遅いｔ_３に目標速度Ｖ_Ｌに到達する。すなわち、目標速度Ｖ_Ｌに追従するまでの応答時間はｔ_３−ｔ_１であり、ｔ_２−ｔ_１より長い。

つまり、制御部２００は、現速度から目標速度までの変化量が同じであれば、速度を上げる場合に目標速度に追従する応答時間より、速度を下げる場合に目標速度に追従する応答時間を長くするように調整している。換言すると、制御部２００は、駆動輪ユニット２１０へ送信する駆動信号を、速度を下げる場合における単位時間あたりの速度減少量の絶対値が、速度を上げる場合における単位時間あたりの速度増加量の絶対値より小さくなるように、生成している。このように応答時間を設定すると、後輪１０２の駆動力が一気に低下することがなく、より高い確率で段差ＢＰを乗り越えられることが期待できる。なお、応答時間にどれくらいの差を与えるかは、現速度、目標速度と現速度との差などに応じて変更するように、例えばルックアップテーブル形式により予め設定しておいても良い。

図１３は、第２の例における目標速度に追従する応答時間を示すグラフである。例えばユーザ９００がハンドル１１５を操作することによりＷＢ長を長くした場合の変化は、図１２（ａ）の第１の例と同じなので、ここでは、ＷＢ長を短くした（短くなった）場合について説明する。

制御部２００は、時刻ｔ_１においてＷＢ長がＷＢ_Ｌに縮められると、第１の例では時刻ｔ_１から直ちに減速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信したが、第２の例では時刻ｔ_１から時間ｔ_ｄだけ遅延させて減速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する。すなわち、制御部２００は、ＷＢ長がＷＢ_Ｌに縮められても、暫くは現速度Ｖ_０を維持する。このようにＷＢ長が短くなった場合にのみ遅延させることにより、速度を上げる場合に目標速度に追従する応答時間より、速度を下げる場合に目標速度に追従する応答時間を長くしている。このように応答時間を設定しても、後輪１０２の駆動力が一気に低下することがなく、より高い確率で段差ＢＰを乗り越えられることが期待できる。なお、遅延時間ｔ_ｄは、現速度、目標速度と現速度との差などに応じて変更するように、例えばルックアップテーブル形式により予め設定しておいても良い。

図１４は、第３の例における目標速度に追従する応答時間を示すグラフである。例えばユーザ９００がハンドル１１５を操作することによりＷＢ長を長くした場合の変化は、図１２（ａ）の第１の例と同じなので、ここでは、ＷＢ長を短くした（短くなった）場合について説明する。

制御部２００は、時刻ｔ_１においてＷＢ長がＷＢ_Ｌに縮められると、第１の例では時刻ｔ_１から時刻ｔ_３まで連続的に速度を漸減させたが、第３の例では現速度Ｖ_０と目標速度Ｖ_Ｌの間に暫定速度Ｖ_Ｒを設定し、まずは暫定速度Ｖ_Ｒまで減速する。そして、時刻ｔ_１とｔ_３の間のｔ_４から再び減速し、時刻ｔ_３で目標速度Ｖ_Ｌに到達するように調整する。このようにＷＢ長が短くなった場合にのみ暫定速度Ｖ_Ｒを設定することにより、速度を上げる場合に目標速度に追従する応答時間より、速度を下げる場合に目標速度に追従する応答時間を長くしている。このように応答時間を設定しても、後輪１０２の駆動力が一気に低下することがなく、より高い確率で段差ＢＰを乗り越えられることが期待できる。

暫定速度Ｖ_Ｒは、例えば、現速度Ｖ_０と目標速度Ｖ_Ｌを一定の割合で内分する速度に設定することができる。あるいは、現速度Ｖ_０ごとに暫定速度Ｖ_Ｒを設定しても良い。また、時刻ｔ_４は、時刻ｔ_１とｔ_３を一定の割合で内分する時刻に設定することができる。あるいは、現速度Ｖ_０から暫定速度Ｖ_Ｒまでの単位時間あたりの速度変化量が、暫定速度Ｖ_Ｒから目標速度Ｖ_Ｌまでの単位時間あたりの速度変化量と等しくなるように、時刻ｔ_４を設定しても良い。ただし、時刻ｔ_４は、暫定速度Ｖ_Ｒに到達する時刻より後の時刻となるように調整する。このように調整することにより、少なくとも暫定速度Ｖ_Ｒに対応する駆動力を一定時間出力させることができる。

次に第４実施例について説明する。第１実施例および第２実施例では、走行装置に、ハードウェアとしての吸収機構により、走行面上の段差ＢＰを乗り越えられる確率を高めたが、本実施例では、第３実施例と同様に、制御部２００の制御によって類似の効果が得られるようにする。したがって、ハードウェア構成、制御ブロックの構成、処理フローは、特に言及しない限り第３実施例の走行装置６００と同様であり、制御部２００による制御の相違点を以下に説明する。

図１５は、第４実施例に係る回転角θと目標速度の関係を示すグラフであり、第１実施例として図６を用いて説明した回転角θと目標速度の関係と同様の内容を示すグラフである。図６のグラフとの相違点は、回転角θが最小角θ_ＭＩＮのときでも、目標速度は０ではなく、０より大きいＶ_ｉが与えられている点である。すなわち、制御部２００は、ＷＢ長が最短の場合であっても、一定速度Ｖ_ｉで走行するように駆動輪ユニット２１０に駆動信号を送信し続ける。このように制御することで、駆動輪である後輪１０２は、少なくとも速度Ｖ_ｉ以上に対応する駆動力を出力するので、段差ＢＰから受ける外力によりＷＢ長が短くなっても、走行装置６００は、ある程度の高さの段差であれば乗り越えることができる。

なお、走行装置６００に速度を０にするための操作ボタンを設けておき、ユーザ９００が搭乗中に当該操作ボタンを操作したら、制御部２００は、減速して速度を０にするように構成しても良い。このように、速度を０にする制御を別途定めて、図８に示す処理フローを適宜修正すれば良い。

また、第４実施例は、第１実施例としての図６の関係をベースとして説明したが、図７の関係をベースとしても良い。図７の関係をベースとする場合には、回転角θがθ_ＭＩＮ以上θ_１未満までの範囲に対して、０より大きく、５．０（ｋｍ／ｈ）より小さい目標速度を設定すれば良い。

以上各実施例を説明したが、それぞれの実施例を組み合わせて走行装置を構成しても良い。例えば、コイルオーバー１１６とロータリダンパー５１１を共に備えた走行装置であっても良い。また、走行装置の前輪、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。

１００、５１０、６００ 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、１１６ コイルオーバー、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、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、５１１ ロータリダンパー、９００ ユーザ

Claims (5)

1. 走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、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、
   前記前輪および前記後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、
   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、
   前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対位置を計測する計測部と、
   前記計測部の計測結果に対応付けられた目標速度に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
   走行面から前記前輪に外力が作用したときに、前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対位置の変化を軽減するように前記外力の少なくとも一部を吸収する吸収機構と
   を備える走行装置。
2. 前記調整機構は、前記前輪支持部材と前記後輪支持部材を相対的に回転させるヒンジを含み、
   前記計測部は、前記ヒンジにおける前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の成す角を計測し、
   前記吸収機構は、前記前輪支持部材において前記ヒンジが設けられた位置と前記前輪を支持する位置との間に設けられた弾性部材を含む請求項１に記載の走行装置。
3. 前記調整機構は、前記前輪支持部材と前記後輪支持部材を相対的に回転させるヒンジを含み、
   前記吸収機構は、前記ヒンジによる前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対角度の変化を抑制する回転抑制機構を含む請求項１または２に記載の走行装置。
4. 走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、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、
   前記前輪および前記後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、
   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、
   前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対位置を計測する計測部と、
   前記計測部の計測結果に対応付けられた目標速度に基づいて前記駆動部を制御する制御部と
   を備え、
   前記目標速度は、前記ホイールベース長が長くなるほど大きくなるように対応付けられており、
   前記制御部は、前記ホイールベース長が長くなるように前記調整機構が調整された場合に前記目標速度に追従する応答時間より、前記ホイールベース長が短くなるように前記調整機構が調整された場合に前記目標速度に追従する応答時間を長くする走行装置。
5. 走行方向に対して少なくとも前輪と後輪を有し、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、
   前記前輪および前記後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、
   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、
   前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対位置を計測する計測部と、
   前記計測部の計測結果に対応付けられた目標速度に基づいて前記駆動部を制御する制御部と
   を備え、
   前記目標速度は、前記ホイールベース長が長くなるほど大きくなるように対応付けられており、かつ、最短となる前記ホイールベース長に０より大きい速度が対応付けられている走行装置。

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