JP6575470B2 - 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

これまでのパーソナルモビリティは、ホイールベース長を調整できるなど前進については工夫が施されてきたが、後進についてはほとんど考慮されていなかった。考慮されていたとしても、後進の操作系は前進の操作系と独立したものが設けられており、ユーザが運転操作を直感的に体得できるものではなかった。

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、直感的なユーザインタフェースで前進させることも後進させることもでき、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す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、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、前輪および後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、基準位置より一方側の第１範囲と、基準位置より一方側とは反対の他方側の第２範囲とで変位可能な操作部材と、ユーザが操作部材を第１範囲で基準位置から遠ざかる方向へ変位させると、前輪と後輪のホイールベース長が長くなるように調整する調整機構と、ユーザが第１範囲で操作部材を操作する場合に、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た前進目標速度に基づいて前進するように駆動部を制御する制御部とを備え、制御部は、ユーザが操作部材を第２範囲で操作する場合に、後進するように駆動部を制御する。

このような構成により、操作部材を基準位置より一方向へ操作すればその操作量に応じて速度が増すように前進し、同じ操作部材を基準位置より反対方向へ操作すれば後進するという、直感的なユーザインタフェースを実現することができる。また、少なくとも前進操作は直接的にホイールベース長の調整と直結しており、低速時の小回りの良さと高速時の安定性を簡易な運転操作により実現できる。

本発明により、直感的なユーザインタフェースで前進させることも後進させることもでき、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する走行装置を提供できる。

第１の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。 走行装置の上面概観図である。 走行装置の高速走行時における側面概観図である。 走行装置の基準状態を説明する図である。 走行装置の状態と制御の変化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グラフである。 更に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。 走行装置の第１のオプションについて説明する図である。 走行装置の第２のオプションについて説明する図である。 第２の実施例に係る走行装置の基準状態を説明する図である。 走行装置の状態と制御の変化を説明する図である。 回転角および傾倒角と目標速度の関係を示すグラフである。 他の例の回転角および傾倒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の実施例について説明する。図１は、第１の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。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。

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、例えば、トーションバネである。付勢バネ１３３の付勢力は、ヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに作用し、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の成す角が後述する基準回転角になるように変化させる。一方で、ユーザ９００がハンドル１１５を走行方向に対して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、前進する走行時において、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。走行装置１００の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を変化させることにより前進または後進し、さらに、その回転角θに対応付けられた目標速度に追従するように加減速する。

図４は、走行装置１００の基準状態を説明する図である。走行装置１００の基準状態は、回転角θが基準回転角θ_ＲＰとなる状態である。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とすると、θ_ＲＰは、θ_ＭＩＮ＜θ_ＲＰ＜θ_ＭＡＸを満たすように設定される。例えばθ_ＭＩＮ＝２０度でありθ_ＭＡＸ＝７０度である。基準回転角θ_ＲＰに対応するＷＢ長は基準ホイールベース長ＷＢ_ＲＰである。

上述のように、ハンドル１１５は、調整機構を動作させてＷＢ長を変化させるための操作部材として機能する。基準ホイールベース長ＷＢ_ＲＰとなるとき（すなわち、基準回転角θ_ＲＰとなるとき）のハンドル１１５の位置を基準位置とすると、ユーザ９００は、ハンドル１１５を基準位置から前方にも後方にも傾けられる。ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から後方（すなわち、ユーザ９００が搭乗する側）へ傾けると、回転角θは大きくなり、ＷＢ長は長くなる。基準位置から後方側の操作範囲を第１範囲と定める。ユーザ９００は、第１範囲でハンドル１１５を操作すると、回転角をθ_ＲＰからθ_ＭＡＸまで変化させることができる。ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から前方へ傾けると、回転角θは小さくなり、ＷＢ長は短くなる。基準位置から前方側の操作範囲を第２範囲と定める。ユーザ９００は、第２範囲でハンドル１１５を操作すると、回転角をθ_ＲＰからθ _ＭＩＮ まで変化させることができる。

なお、上述の付勢バネ１３３の付勢力は、第１範囲でハンドル１１５が操作されている場合には、ＷＢ長を縮めるように作用し、第２範囲でハンドル１１５が操作されている場合には、ＷＢ長を伸ばすように作用する。すなわち、付勢バネ１３３は、基準状態が中立点となるように設置されている。

図５は、走行装置１００の状態と制御の変化を説明する図である。中央の走行装置１００は基準状態を表し、左側の走行装置１００はＷＢ長が最短となるＷＢ_ＭＩＮの状態を表し、右側の走行装置１００はＷＢ長が最長となるＷＢ_ＭＡＸの状態を表している。

本実施例における走行装置１００は、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置より後倒させて第１範囲で操作する場合は前進し、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置より前倒させて第２範囲で操作する場合は後進する。そして、基準状態である場合に停止する。すなわち、後述する制御部は、回転角センサ１３４の出力を参照して、回転角θがθ_ＲＰからθ_ＭＡＸの範囲にある場合は前進制御を行い、回転角θがθ_ＭＩＮからθ_ＲＰの範囲にある場合は後進制御を行い、回転角θがθ_ＲＰである場合には、走行装置１００を停止させる制御を行う。制御部が実行する具体的な前進制御、後進制御および停止制御については後述する。

なお、基準回転角θ_ＲＰは、最小角θ_ＭＩＮから最大角θ _ＭＡＸ の範囲を二分する角度よりも、最小角θ_ＭＩＮ寄りに設定することが好ましい。すなわち、ハンドル１１５を第１範囲で操作できる操作量を、第２範囲で操作できる操作量よりも大きくすると良い。第１範囲で操作できる操作量を大きくすることで、ＷＢ長に対する前進制御の幅を拡充することができる。

図６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。制御部２００が駆動輪ユニット２１０へモータを正転させる駆動信号を送信すれば、走行装置１００は前進し、逆転させる駆動信号を送信すれば、走行装置１００は後進する。

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７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。横軸は、回転角θ（度）であり、縦軸は、目標速度（ｋｍ／ｈ）である。図示するように、目標速度は回転角θの関数として表されている。なお、目標速度は、前進する場合も後進する場合も、単位時間あたりの移動距離として、正の値で表す。

上述のように、制御部２００は、回転角θがθ_ＭＩＮからθ_ＲＰの範囲にある場合は後進制御を行う。この範囲における目標速度は、回転角θがθ_ＭＩＮ（度）のときにＶ_ＢＭ（ｋｍ／ｈ）であり、θ_ＲＰ（度）のときに０（ｋｍ／ｈ）となる一次関数で表される。例えば、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から徐々に前倒させると、走行装置１００は、目標速度に追従するように後ろ向きに進む速度を上げる。

制御部２００は、回転角θがθ_ＲＰからθ_ＭＡＸの範囲にある場合は前進制御を行う。この範囲における目標速度は、回転角θがθ_ＲＰ（度）のときに０（ｋｍ／ｈ）であり、θ_ＭＡＸ（度）のときにＶ_ＦＭ（ｋｍ／ｈ）となる一次関数で表される。例えば、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から徐々に後倒させると、走行装置１００は、目標速度に追従するように前向きに進む速度を上げる。

なお、図示するように、前進する場合の最高速度はＶ_ＦＭ（ｋｍ／ｈ）であり、後進するときの最高速度はＶ_ＢＭ（ｋｍ／ｈ）である。移動の効率や搭乗時の姿勢の安定性を考慮すると、図示するように、Ｖ_ＦＭ＞Ｖ_ＢＭであることが好ましい。

このように回転角θと目標速度が関数で対応付けられる場合は、変換テーブル２５１を関数形式で記述することができる。関数形式で記述された変換テーブル２５１は、メモリ２５０に記憶され、適宜参照される。

以上のように回転角θと目標速度を対応付けると、走行方向に沿って傾けられるハンドル１１５の操作と走行装置１００の走行が良好に相応し、運転操作として直感的なユーザインタフェースを実現することができる。ユーザ９００がハンドル１１５を手前に倒せば倒すほど走行装置１００は前進しながら加速し、逆にユーザ９００がハンドル１１５を基準位置に戻せば走行装置１００は徐々に減速して停止する。ユーザ９００がハンドル１１５をさらに奥に倒せば、走行装置１００は今度は後ろ向きに進み出し、より奥に倒せばその速度が増す。ユーザ９００がハンドル１１５を戻せば走行装置１００は減速する。このように、ユーザ９００は、走行方向に沿って操作部材を操作する簡潔で一貫した操作手順により、前進も、後進も、加速も、減速も、停止も連続的に指示することができる。

図８は、他の例の回転角θと目標速度の関係を示すグラフである。図７と同様に横軸は、回転角θ（度）であり、縦軸は、目標速度（ｋｍ／ｈ）である。図８の例は、後進時に一定速度にする点において図７の例と異なる。

具体的には、後進制御を行うθ_ＭＩＮからθ_ＲＰの範囲において、目標速度をＶ_ＢＭ（ｋｍ／ｈ）の一定値に設定する。このように設定すると、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から徐々に前倒させても、走行装置１００は、目標速度のＶ_ＢＭの到達した後はその速度を維持して後進する。

ユーザ９００が走行装置１００を後進させるときには、後方を振り返ったりすることによりバランスを取りにくいことが多く、ハンドル１１５を不用意に前後させることもあり得る。しかし、このように後進時の速度を一定に保てば、ユーザ９００は、意図せず後進速度を増減させてしまうことがなく、バランスも取りやすい。

図９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９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。なお、目標速度は、前進する場合も後進する場合も、単位時間あたりの移動距離として、正の値で表す。

本例においては、θ_ＭＩＮからθ_ＭＡＸの範囲は６つのグループに区分されている。制御部２００は、回転角θが、θ_ＭＩＮ以上θ_１未満のグループ、θ_１以上θ_２未満のグループのいずれかに含まれる場合に後進制御を行い、θ_ＲＰを含むθ_２以上θ_３未満のグループに含まれる場合に停止制御を行い、θ_３以上θ_４未満のグループ、θ_４以上θ_５未満のグループ、θ_５以上θ_ＭＡＸ以下のグループのいずれかに含まれる場合に前進制御を行う。

図示するように、回転角θが、θ_ＭＩＮ以上θ_１未満である場合に後進する目標速度として４．０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_１以上θ_２未満である場合に後進する目標速度として２．０（ｋｍ／ｈ）を対応付けている。また、θ_ＲＰを含むθ_２以上θ_３未満である場合に目標速度として０（ｋｍ／ｈ）を対応付けている。また、θ_３以上θ_４未満である場合に前進する目標速度として５．０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_４以上θ_５未満である場合に前進する目標速度として１０．０（ｋｍ／ｈ）を対応付け、θ_５以上θ_ＭＡＸ以下である場合に前進する目標速度として１５．０（ｋｍ／ｈ）を対応付けている。

このように回転角θと目標速度が区分されたグループごとに対応付けられる場合は、変換テーブル２５１をルックアップテーブル形式で記述することができる。ルックアップテーブル形式で記述された変換テーブル２５１は、メモリ２５０に記憶され、適宜参照される。このように目標速度を、ある程度幅を持たせた回転角θの区分に対応付けると、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７から図９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。また、本実施例では、回転角θがＷＢ長と一対一に対応することから、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長を目標速度と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。

以上説明したように、本実施例における走行装置１００は、回転角θに対して目標速度が対応付けられており、ユーザ９００の操作により回転角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。

ハンドル１１５が第１範囲で操作される前進走行においては、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。ハンドル１１５が第２範囲で操作される後進走行においては、回転角θが小さくＷＢ長が短い状態であるので、狭い場所でも切り返し操作などを行いやすい。

次に、本実施例における、走行処理について説明する。図１０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、前進か後進かの走行方向と目標速度を設定する。

制御部２００は、走行方向と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、現在の走行方向と速度を確認する。そして、走行方向が同じ方向の場合には、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、目標速度が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。

ハンドル１１５が第１範囲から第２範囲、あるいは第２範囲から第１範囲に変位されて走行方向が反転する場合には、制御部２００は、一旦駆動信号の送信を停止し、車速センサ２２０から速度０の速度信号を受け取った後に、反転する走行方向に加速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する。つまり、前輪および後輪の少なくともいずれかが停止した後に走行方向を反転させることにより、駆動系に負荷を与えることなく円滑に走行方向を反転させる。

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９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。

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。

次に、走行装置１００に装備し得るいくつかのオプションについて説明する。図１１は、走行装置１００の第１のオプションについて説明する図である。走行装置１００は、第１のオプションとして、非使用時においてＷＢ長を基準ホイールベース長ＷＢ_ＲＰよりも短い長さに保つための繋止機構を備える。

繋止機構は、繋止バー１７１と２つの突起１７２、１７３を含む。繋止バー１７１は、基端側に設けられ前側支柱１１１に回転自在に軸支される軸支部１７１ａと、先端側に設けられ突起１７２、１７３に繋止されるフック１７１ｂを有する。

突起１７２は前側支柱１１１に設けられている。走行装置１００の使用時において繋止バー１７１が邪魔にならないように、フック１７１ｂを突起１７２に繋止して、繋止バー１７１を前側支柱１１１に固定する。突起１７３は後側支柱１２１に設けられている。走行装置１００の非使用時において前側支柱１１１と後側支柱１２１が相対的に回転しないように、フック１７１ｂを突起１７３に繋止して、繋止バー１７１を前側支柱１１１と後側支柱１２１の間に懸架する。このような繋止機構により、走行装置１００は、非使用時においてコンパクトに畳むことができ、持ち運びに便利である。

図１２は、走行装置１００の第２のオプションについて説明する図である。走行装置１００は、第２のオプションとして、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から第２範囲へ変位させる操作および基準位置から第１範囲へ変位させる操作に、ユーザ９００の操作感として抵抗感を生じさせる抵抗機構を備える。抵抗機構は、ヒンジ軸Ｈ_Ａの周辺に設けられる。

図１２（ａ）は、走行装置１００のヒンジ軸Ｈ_Ａの周辺を拡大した図であり、ハンドル１１５が第１範囲で操作されていときの抵抗機構の様子を示す。抵抗機構は、ヒンジ継手１３２に設けられた凹部１３２ａ、押圧球１８１、押圧バネ１８２、後側支柱１２１に設けられたガイド１２１ａを含む。ガイド１２１ａは、押圧球１８１と押圧バネ１８２が作用方向に沿って摺動するように案内する案内部材であるが、押圧球１８１と押圧バネ１８２の様子がわかるように、図では一部のみを示している。

前側支柱１１１と後側支柱１２１とがヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに相対的に回転する場合、ヒンジ継手１３２は、旋回継手１３１と共に前側支柱１１１と一体的に回転し、押圧球１８１および押圧バネ１８２は、後側支柱１２１と一体的に回転する。したがって、ハンドル１１５が第１範囲で操作されていときには、押圧球１８１は、押圧バネ１８２の作用によりヒンジ継手１３２の縁部側面に押しつけられ、旋回継手１３１が回転すると縁部側面上を相対的に摺動する。

ハンドル１１５が第２範囲で操作されていときも、第１範囲で操作されているときと同様に、押圧球１８１は、押圧バネ１８２の作用によりヒンジ継手１３２の縁部側面に押しつけられ、旋回継手１３１が回転すると縁部側面上を相対的に摺動する。

図１２（ｂ）も、図１２（ａ）と同様に、走行装置１００のヒンジ軸Ｈ_Ａの周辺を拡大した図であり、ハンドル１１５が基準位置にあるときの抵抗機構の様子を示す。図示するように、ハンドル１１５が基準位置にあるとき、すなわち走行装置１００が基準状態にあるときには、押圧球１８１が押圧バネ１８２に押されてヒンジ継手１３２の凹部１３２ａに落ち込む。

このような抵抗機構は、ハンドル１１５が操作されて押圧球１８１が凹部１３２ａから縁部側面に乗り上げるときに押圧バネ１８２を圧縮するので、そのハンドル操作に対して抵抗を生じさせる。すなわち、走行装置１００を基準状態に留める力が作用し、ハンドル１１５を基準位置から第２範囲へ変位させる操作および基準位置から第１範囲へ変位させる操作に対し、押圧バネ１８２を圧縮するだけの付加的な操作力を必要とする。換言すると、当該操作に対して、ユーザ９００の操作感に抵抗感を生じさせる。

このような作用により、ハンドル１１５が基準位置を跨いで不用意に操作されることが少なくなり、ユーザの意図に反して走行方向が逆転することを防ぐことが期待できる。なお、上記の抵抗機構は、ハンドル１１５を基準位置から第２範囲へ変位させる操作および基準位置から第１範囲へ変位させる操作に対して抵抗を与えたが、いずれかのみに抵抗を与える機構であっても良い。この場合、ユーザが意図せず走行装置１００が後進することを防ぐべく、ハンドル１１５を基準位置から第２範囲へ変位させる操作に対して抵抗を与えることが好ましい。一方の操作に対して抵抗を与えないのであれば、対応する凹部１３２ａの段差をなだらかにすれば良い。

次に第２の実施例について説明する。図１３は、第２の実施例に係る走行装置６００の基準状態を説明する図である。走行装置６００は、主に、第２範囲においてハンドル１１５が前側支柱１１１に対して傾倒する点で走行装置１００と相違する。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、走行装置６００の制御ブロックの構成や処理フローも、走行装置１００のそれらとほぼ同様である。したがって、以下の説明においては、走行装置１００との相違点について説明する。

走行装置６００は、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から前方（第２範囲）へ傾ける場合に、ハンドル１１５をヒンジ軸Ｈ_Ａと平行な傾倒軸Ｓ_Ａ周りに傾倒させる傾倒機構６３０を備える。ハンドル１１５は、ハンドル支柱６１１の一端に固定されており、ハンドル支柱６１１の他端は、傾倒機構６３０に軸支されている。ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から後方（第１範囲）へ傾ける場合には、傾倒機構６３０が備える不図示のロックが作用してハンドル支柱６１１と前側支柱１１１が一体化され、ハンドル支柱６１１は、前側支柱１１１と一体的にヒンジ軸Ｈ_Ａ周りに回転する。

走行装置６００においては、基準回転角θ_ＲＰが最小角θ_ＭＩＮであり、基準ホイールベース長ＷＢ_ＲＰが最短となるＷＢ_ＭＩＮである。ＷＢ長は、ハンドル１１５の第１範囲の操作に対して調整される。調整機構は、第２範囲でハンドル１１５が操作されているときには、基準状態に対応するＷＢ_ＲＰ（＝ＷＢ_ＭＩＮ）を維持する。

第１範囲にあるハンドル１１５を徐々に前方に倒していくと、基準位置に到達するまでは、走行装置１００と同様に、回転角θが徐々に小さくなってＷＢ長が縮まる。そして、基準位置に到達すると、前側支柱１１１はヒンジ軸Ｈ_Ａ周りにそれ以上回転できなくなってハンドル支柱６１１と前側支柱１１１のロックが外れる。基準位置を超えると、ＷＢ長はＷＢ_ＭＩＮのまま留まり、ハンドル支柱６１１が前側支柱１１１に対して傾倒軸Ｓ_Ａ周りに傾倒する。ハンドル支柱６１１の傾倒軸Ｓ_Ａ周りの傾倒角は、傾倒軸Ｓ_Ａ近傍に設置された傾倒角センサ６３４によって検出される。傾倒角センサ６３４は、例えば、ロータリエンコーダである。傾倒角センサ６３４の出力は、制御部２００へ送信される。

なお、傾倒機構６３０は、ハンドル支柱６１１を基準位置に戻すように付勢する付勢バネを備えている。したがって、ユーザ９００は、ハンドル１１５を基準位置から第２範囲へ変位させる場合には、付勢バネの付勢力に抗して操作することになる。このような付勢バネの作用により、ユーザの意図に反して走行装置６００が後進することを防ぐことが期待できる。

図１４は、走行装置６００の状態と制御の変化を説明する図である。図５と同様の説明図であるが、走行装置６００は、基準状態でＷＢ長が最短となるので、基準状態からハンドルを前倒させても、回転角θはθ_ＲＰのままであり、ＷＢ長はＷＢ_ＲＰのままである。

本実施例における走行装置６００は、走行装置１００と同様に、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置より後倒させて第１範囲で操作する場合は前進し、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置より前倒させて第２範囲で操作する場合は後進する。そして、基準状態である場合に停止する。ただし、走行装置６００では、前進制御においては、回転角センサ１３４の出力を参照して回転角θに応じて前進する目標速度を決定し、後進制御においては、傾倒角センサ６３４の出力を参照して傾倒角γに応じて後進する目標速度を決定する。回転角θがθ_ＲＰであって、傾倒角γが０（＝ハンドル支柱６１１と前側支柱１１１が一体化されたときの角度）である場合には、走行装置１００を停止させる制御を行う。制御部２００が実行する具体的な前進制御、後進制御および停止制御については後述する。

図１５は、回転角θおよび傾倒角γと目標速度の関係を示すグラフである。図１５（ａ）は、前進制御に用いる、回転角θと目標速度の関係を示すグラフであり、図１５（ｂ）は、後進制御に用いる、傾倒角γと目標速度の関係を示すグラフである。横軸は、回転角θ（度）または傾倒角γ（度）であり、縦軸は、目標速度（ｋｍ／ｈ）である。なお、目標速度は、前進する場合も後進する場合も、単位時間あたりの移動距離として、正の値で表す。

制御部２００は、回転角θがθ_ＲＰからθ_ＭＡＸの範囲にある場合は前進制御を行う。この範囲における目標速度は、回転角θがθ_ＲＰ（度）のときに０（ｋｍ／ｈ）であり、θ_ＭＡＸ（度）のときにＶ_ＦＭ（ｋｍ／ｈ）となる一次関数で表される。例えば、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から徐々に後倒させると、走行装置６００は、目標速度に追従するように前向きに進む速度を上げる。なお、前進制御時における傾倒角センサ６３４の出力は、γ＝０である。

制御部２００は、傾倒角γが０からγ_ＭＡＸの範囲にある場合は後進制御を行う。この範囲における目標速度は、傾倒角γがγ_ＭＡＸ（度）のときにＶ_ＢＭ（ｋｍ／ｈ）であり、傾倒角γが０（度）のときに０（ｋｍ／ｈ）となる一次関数で表される。例えば、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から徐々に前倒させると、走行装置６００は、目標速度に追従するように後ろ向きに進む速度を上げる。なお、後進制御時における回転角センサ１３４の出力は、θ＝θ_ＲＰである。

以上のように回転角θおよび傾倒角γと目標速度を対応付けると、走行方向に沿って傾けられるハンドル１１５の操作と走行装置６００の走行が良好に相応し、運転操作として直感的なユーザインタフェースを実現することができる。ユーザ９００がハンドル１１５を手前に倒せば倒すほど走行装置６００は前進しながら加速し、逆にユーザ９００がハンドル１１５を基準位置に戻せば走行装置６００は徐々に減速して停止する。ユーザ９００がハンドル１１５をさらに奥に倒せば、走行装置６００は今度は後ろ向きに進み出し、より奥に倒せばその速度が増す。ユーザ９００がハンドル１１５を戻せば走行装置６００は減速する。このように、ユーザ９００は、走行方向に沿って操作部材を操作する簡潔で一貫した操作手順により、前進も、後進も、加速も、減速も、停止も連続的に指示することができる。

図１６は、他の例の回転角θおよび傾倒角γと目標速度の関係を示すグラフである。図１５と同様に横軸は、回転角θ（度）または傾倒角γ（度）であり、縦軸は、目標速度（ｋｍ／ｈ）である。図１６の例は、後進時に一定速度にする点において図７の例と異なる。

具体的には、傾倒角γが０からγ_ＭＡＸの範囲において、目標速度をＶ_ＢＭ（ｋｍ／ｈ）の一定値に設定する。このように設定すると、ユーザ９００がハンドル１１５を基準位置から徐々に前倒させても、走行装置６００は、目標速度のＶ_ＢＭの到達した後はその速度を維持して後進する。

ユーザ９００が走行装置６００を後進させるときには、後方を振り返ったりすることによりバランスを取りにくいことが多く、ハンドル１１５を不用意に前後させることもあり得る。しかし、このように後進時の速度を一定に保てば、ユーザ９００は、意図せず後進速度を増減させてしまうことがなく、バランスも取りやすい。

走行装置６００の走行処理は、図１０を用いて説明した走行装置１００の走行処理と概ね同様である。走行装置１００の走行処理において回転角θに関する処理を、回転角θと傾倒角γに関する処理に置き換えれば良い。すなわち、制御部２００は、回転角センサ１３４の出力を参照すると共に傾倒角センサ６３４の出力も参照し、ユーザ９００がハンドル１１５を第１範囲で操作しているか第２範囲で操作しているかを判断して、それに応じた走行制御を実施すれば良い。

また、図１２を用いて説明したオプションは、走行装置６００にも適用できる。ハンドル１１５を基準位置から第２範囲に変位させるときにユーザ９００に抵抗感を生じさせるためには、抵抗機構を傾倒軸Ｓ_Ａの周辺に設けると良い。また、抵抗機構は、押圧球を用いた機構に限らず、様々な機構を採用し得る。他の機構としては、例えば、板バネを利用したものが知られている。

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。なお、ユーザが操作する操作部材は、基準位置を有し、当該基準位置より一方側の第１範囲と、当該基準位置より他方側の第２範囲とで変位可能なものであれば、ハンドルでなくても良い。例えば、操舵のためのハンドルとは別に、レバーやスライドスイッチなどを設けても良い。この場合、ユーザが、操作部材を第１範囲で基準位置から遠ざかる方向へ変位させると、調整機構がホイールベース長を長くすると共に走行装置が前進し、第２範囲で変位させると走行装置が後進すれば、運転操作として直感的なユーザインタフェースを実現することができる。特に、操作部材の操作方向が走行方向に沿っていれば、より直感的な操作感が期待できる。

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、１４１ ステップ、１７１ 繋止バー、１７２、１７３ 突起、１８１ 押圧球、１８２ 押圧バネ、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、６００ 走行装置、６１１ ハンドル支柱、６３０ 傾倒機構、６３４ 傾倒角センサ、９００ ユーザ

Claims (9)

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、
   基準位置より一方側であって前記走行方向に沿った第１範囲と、前記基準位置より前記一方側とは反対の他方側の第２範囲とで変位可能な、前記ユーザが把持するハンドルである操作部材と、
   前記ユーザが前記操作部材を前記第１範囲で前記基準位置から遠ざかる方向へ変位させると、前記前輪と前記後輪のホイールベース長が長くなるように調整する調整機構と、
   前記ユーザが前記第１範囲で前記操作部材を操作する場合に、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た前進目標速度に基づいて前進するように前記駆動部を制御する制御部と
   を備え、
   前記調整機構は、前記操作部材を操作する前記ユーザの操作力により、前記前輪を支持する前輪支持部材と前記後輪を支持する後輪支持部材が、前記前輪支持部材のうち前記前輪を支持する端と前記ハンドルを支持する端との間に設けられたヒンジ継手のヒンジ軸周りに回転することにより相対位置を変化させて、前記ホイールベース長を調整し、
   前記制御部は、前記ユーザが前記操作部材を前記第２範囲で操作する場合に、後進するように前記駆動部を制御する走行装置。
2. 前記調整機構は、前記ユーザが前記操作部材を前記第２範囲で前記基準位置から遠ざかる方向へ変位させると、前記前輪と前記後輪のホイールベース長が短くなるように調整し、
   前記制御部は、前記ユーザが前記第２範囲で前記操作部材を操作する場合には、前記ホイールベース長が短くなるほど大きくなるように対応付けられた目標速度に基づいて後進するように前記駆動部を制御する請求項１に記載の走行装置。
3. 前記調整機構は、前記ユーザが前記操作部材を前記第２範囲で前記基準位置から遠ざかる方向へ変位させると、前記前輪と前記後輪のホイールベース長が短くなるように調整し、
   前記制御部は、前記ユーザが前記第２範囲で前記操作部材を操作する場合には、前記ホイールベース長に関わらず予め定められた速度で後進するように前記駆動部を制御する請求項１に記載の走行装置。
4. 前記ユーザが前記操作部材を前記第１範囲または前記第２範囲で変位させる操作をしない場合に、前記ホイールベース長を前記基準位置に対応する基準長に復帰させる付勢バネを備える請求項２または３に記載の走行装置。
5. 非使用時において前記ホイールベース長を前記基準長よりも短い長さに保つための繋止機構を備える請求項４に記載の走行装置。
6. 前記調整機構は、前記ユーザが前記操作部材を前記第２範囲で変位させる場合には、前記基準位置に対応するホイールベース長を維持し、
   前記制御部は、前記ユーザが前記第２範囲で前記操作部材を操作する場合には、前記操作部材が前記基準位置から大きく操作されるほど大きくなるように対応付けられた目標速度に基づいて後進するように前記駆動部を制御する請求項１に記載の走行装置。
7. 前記調整機構は、前記ユーザが前記操作部材を前記第２範囲で変位させる場合には、前記基準位置に対応するホイールベース長を維持し、
   前記制御部は、前記ユーザが前記第２範囲で前記操作部材を操作する場合には、予め定められた速度で後進するように前記駆動部を制御する請求項１に記載の走行装置。
8. 前記ユーザが前記操作部材を前記基準位置から前記第２範囲へ変位させる操作に、前記ユーザの操作感として抵抗感を生じさせる抵抗機構を備える請求項１から７のいずれか１項に記載の走行装置。
9. 前記制御部は、前記操作部材が前記第１範囲から前記第２範囲に変位された場合に、前記前輪および前記後輪の少なくともいずれかが停止した後に、後進するように前記駆動部を駆動する請求項１から８のいずれか１項に記載の走行装置。

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