車輛、車輛控制裝置以及控制方法
2023-06-13 16:28:26 2
專利名稱：車輛、車輛控制裝置以及控制方法
技術領域：
本發明涉及獨輪車和同軸兩輪車等車輛、車輛控制裝置以及控制方法。
背景技術：
一直以來，能夠使車輛本體的姿態自立地穩定的獨輪車和同軸兩輪車等不穩定車輛是公知的(例如參考特開平9-175462號公報、專利第3070015號公報或特表2003-502002號公報)。這種不穩定車輛具有以車輪為支點而自由擺動的結構。
在特開平9-175462號公報中，記載了一種能夠降低擺動同時能夠調整自立穩定力的獨輪車。在這種獨輪車中，由CMG(控制力矩迴轉儀/陀螺儀)減擺裝置來降低車軸的擺動角速度。由此使行駛中的獨輪車前後方向和左右方向的穩定性提高。
在專利第3070015號公報中記載了獨輪車等不穩定車輛的行駛控制裝置。這種不穩定車輛的行駛控制裝置通過根據車架的傾斜方向、傾斜角度和傾斜角速度而驅動轉動體，使不穩定車輛行駛。
在特表2003-502002號公報中記載了一種同軸兩輪車等個人用移動車輛。在該個人用移動車輛中，根據車輛前後方向的傾斜確定車輛行進方向和行進速度。
然而上述特開平9-175462號公報的獨輪車和專利第3070015號公報的不穩定車輛的行駛控制裝置不能對使用者乘車和下車進行判斷。因而，在使用者乘車或下車時，也由減擺裝置或行駛控制裝置控制車輛本體的姿態。因此，特別是在專利第3070015號公報記載的自行式車輛中，在下車時，存在車輛進行與使用者意圖相反的動作的情形。由此，下車變得困難。
另一方面，在上述特表2003-502002號公報的個人用移動車輛中，雖然由鄰接傳感器進行使用者乘車和下車的判斷，但是由設置所述鄰接傳感器而提高了製造成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠按照使用者意圖結束行進動作的低成本並安全的車輛、車輛控制裝置和控制方法。
根據本發明一種情形的車輛，它包括使用者所乘的本體部；自由轉動地支承在所述本體部上的車輪；驅動所述車輪的驅動部；檢測與所述車輪的轉動動作有關的信息的第1檢測部；檢測與所述本體部的運動/移動和姿態有關的信息的第2檢測部；和以所述本體部進行行進動作的方式控制所述驅動部的控制部，其中，所述控制部，根據與所述車輪的轉動動作有關的信息、與所述本體部的運動有關的信息以及與所述本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，控制所述驅動部以結束所述行進動作。
在根據本發明的車輛中，以本體部進行行進動作的方式由控制部控制所述驅動部。由第1檢測部檢測與車輪的轉動動作有關的信息。由第2檢測部檢測與上述本體部的運動和姿態有關的信息。而且，根據與上述車輪的轉動動作有關的信息、與上述本體部的運動有關的信息以及與上述本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，由控制部對驅動部進行控制以結束上述行進動作。
此時，使用者通過有意地調整與上述車輪的轉動動作有關的信息、與上述本體部的運動有關的信息以及與上述本體部的姿態有關的信息，能夠按照使用者意圖結束本體部的行進動作。由此使用者可以安全地從本體部下車。而且由於無需單獨設置用於結束行進動作的傳感器和開關等，能夠降低車輛的製造成本。
與所述轉動動作有關的信息包含所述車輪的轉動角度的變化率；所述控制部在所述轉動角度的變化率滿足第1條件時，控制所述驅動部以結束所述行進動作。
此時，當車輪的轉動角度的變化率滿足第1條件時，本體部的行進動作結束。由此，由於能夠防止在違反使用者意圖的速度下的行進動作，使用者能夠安全地享受車輛的行駛。而且，在行進動作結束時，使用者能夠安全地從本體部下車。
上述轉動角度的變化率也可以是單位規定時間的轉動角度的變化量。此時，當單位規定時間的轉動角度的變化量滿足第1條件時，本體部的行進動作結束。由此，由於能夠防止在違反使用者意圖的速度下的行進動作，使用者能夠安全地享受車輛的行駛。而且，在行進動作結束時，使用者能夠安全地從本體部下車。
上述第1條件也可以包含所述轉動角度的變化率大於等於規定的第1閾值的情況。此時，當轉動角度的變化率變得大於等於規定的第1閾值時，本體部的行進動作結束。由此，由於能夠防止違反使用者意圖而增大車輛的行進速度，使用者能夠更安全地享受車輛的行駛。而且，在行進動作結束時，使用者能夠安全地從本體部下車。
與上述本體部的運動和姿態有關的信息包括所述本體部的加速度；所述控制部在所述加速度滿足第2條件時，控制所述驅動部以結束所述行進動作。此時，當本體部的加速度滿足第2條件時，行進動作結束。由此，使用者能夠安全地從本體部下車。
上述第2條件包含所述加速度大於等於規定的第2閾值而且該狀態持續一大於等於規定時間的時間的情況。此時，使用者通過有意地使加速度大於等於規定的第2閾值，並使該狀態持續規定時間或更長時間，能夠結束行進動作。由此，使用者能夠安全地從本體部下車。
第2條件也可以包含所述加速度在規定期間內以小於等於規定時間的周期上下變動並且所述加速度的振幅的最大值超過所述規定期間內規定的第3閾值的情況。
此時，當在規定期間內本體部的加速度以短周期變動而且其振幅超過規定的第3閾值時行進動作結束。因而，在使用者從本體部下車而不能維持本體部穩定的場合下行進動作結束。由此，能夠防止在使用者沒乘在本體部上的狀態下繼續進行行進動作。
與上述轉動動作有關的信息包含所述車輪的轉動角度的變化率；與所述本體部的運動和姿態有關的信息包括所述本體部的傾斜角度和傾斜角度的變化率，其中，所述控制部，根據所述轉動角度的變化率、所述傾斜角度和所述傾斜角度的變化率計算所述驅動部的驅動轉矩的指令值，根據所述指令值控制所述驅動部以進行所述行進動作、並在所述轉動角度的變化率和所述指令值滿足第3條件時控制所述驅動部以結束所述行進動作。
此時，根據轉動角度的變化率、上述傾斜角度和傾斜角度的變化率來計算驅動轉矩的指令值，並根據所算出的指令值驅動上述驅動部。而且，當轉動角度的變化率和指令值滿足第3條件時，上述行進動作結束。因而，能夠由使用者有意地調整轉動角度的變化率和指令值來結束行進動作。
上述第3條件也可以包括所述轉動角度的變化率為0並且所述驅動轉矩的指令值大於等於第4閾值的狀態持續一大於等於規定時間的時間的情況。此時，在驅動轉矩的指令值大於等於第4閾值的狀態下，當使用者有意地制止車輪的轉動一規定時間或更長時間時，控制部控制所述驅動部以結束行進動作。由此，由於在強迫停止車輪的狀態下能夠防止將驅動轉矩給予驅動部，從而能夠降低電力消耗並能夠延長驅動部的壽命。
與本體部的運動和姿態有關的信息包括所述本體部的傾斜角度，所述控制部在所述傾斜角度滿足第4條件時控制所述驅動部以結束所述行進動作。
此時，為了滿足第4條件，使用者可有意地調整與本體部的運動和姿態有關的信息，從而能夠結束行進動作。
第4條件也可以包括所述傾斜角度大於等於規定的第5閾值並且該狀態持續一大於等於規定時間的時間的情況。此時，使用者通過有意地使本體部的傾斜角度大於等於規定的第5閾值並使該狀態持續一規定時間或更長時間，能夠結束行進動作。
所述車輪也可以以能夠繞與本體部的行進方向交叉的方向上的軸轉動的方式設置在所述本體部的中央部的下面側上。此時，使用者容易調整與本體部的姿態有關的信息，同時，能夠在本體部上容易地保持平衡。
所述本體部也可以被設置成以所述車輪為支點上下自由地傾斜。此時，使用者能夠更容易地調整與本體部的姿態有關的信息。
所述控制部也可以根據在所述行進動作結束後與所述轉動動作有關的信息控制所述驅動部以停止所述車輪。
此時，由在行進動作結束後，根據與車輪的轉動動作有關的信息使車輪停止，能夠防止由行進動作時的慣形而造成本體部繼續行進動作。由此，能夠防止與使用者意圖相反的行進動作。
與轉動動作有關的信息也可以包括所述車輪的轉動角度的變化率。此時，由於根據車輪的轉動角度的變化率使車輪停止，從而能夠對應於本體部的速度而可靠地停止本體部的行進。
轉動角度變化率也可以是單位時間的所述車輪的轉動角度的變化量。此時，由於根據單位時間的車輪的轉動角度的變化量使車輪停止，從而能夠對應於本體部的速度而可靠地停止本體部的行進。
根據本發明其它情形的車輛控制裝置，用於對包括使用者所乘的本體部、自由轉動地支承在所述本體部上的車輪、驅動所述車輪的驅動部的車輛進行控制，所述控制裝置包括檢測與所述車輪的轉動動作有關的信息的第1檢測部；檢測與所述本體部的運動和姿態有關的信息的第2檢測部；和以所述本體部進行行進動作的方式控制所述驅動部的控制部，其中，所述控制部，根據與所述車輪的轉動動作有關的信息、與所述本體部的運動有關的信息以及與所述本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，控制所述驅動部以結束所述行進動作。
在根據本發明的車輛控制裝置中，以本體部進行行進動作的方式由控制部對驅動部進行控制。由第1檢測部檢測與車輪的轉動動作有關的信息。由第2檢測部檢測與本體部的運動和姿態有關的信息。由此，根據與車輪的轉動動作有關的信息、與本體部的運動有關的信息以及與本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，控制部控制上述驅動部以結束上述行進動作。
此時，使用者通過有意地調整與車輪的轉動動作有關的信息、與本體部的運動有關的信息以及與本體部的姿態有關的信息，能夠根據使用者意圖結束本體部的行進動作。由此，使用者能夠安全地從本體部下車。由於無需單獨設置用於結束行進動作的傳感器和開關，所以能夠降低製造成本。
根據本發明其它情形的一種車輛控制方法，用於對包括使用者所乘的本體部、自由轉動地支承在所述本體部上的車輪、驅動所述車輪的驅動部的車輛進行控制，所述控制方法包括檢測與所述車輪的轉動動作有關的信息的步驟；檢測與所述本體部的運動和姿態有關的信息的步驟；和根據與所述車輪的轉動動作有關的信息、與所述本體部的運動有關的信息以及與所述本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，控制所述驅動部以使車輛結束行進動作的步驟。
在根據本發明的車輛控制方法中，根據與車輪的轉動動作有關的信息、與本體部的運動有關的信息以及與本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，以結束行進動作的方式控制上述驅動部。
此時，使用者通過有意地調整與車輪的轉動動作有關的信息、與本體部的運動有關的信息以及與本體部的姿態有關的信息，能夠根據使用者意圖結束本體部的行進動作。由此，使用者能夠安全地從本體部下車。由於無需單獨設置用於結束行進動作的傳感器和開關，從而能夠降低製造成本。
圖1是示出根據本發明一實施形態的車輛結構的示意性模式圖；圖2是圖1的平衡式電動滑板車的示意性側視圖；圖3是示出平衡式電動滑板車的驅動控制部結構的框圖；圖4是示出微型計算機的控制動作的示意性流程圖；圖5是示出由微型計算機和控制程序實現的運算處理部的功能結構的框圖；
圖6是示出各控制模式關係的框圖；圖7是示出由微型計算機和控制程序實現的控制模式設定部的功能結構的框圖；圖8～15是詳細示出控制模式設定處理的流程圖；圖16是示出在加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大且該狀態持續規定時間的場合下，加速度傳感器值G2V隨時間變化的一個示例的視圖；圖17是示出在加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大但是該狀態不持續規定時間的場合下，加速度傳感器值G2V隨時間變化的一個示例的視圖；圖18是用於檢測異常振動的流程圖；圖19是示出平衡式電動滑板車在異常振動狀態場合時的加速度傳感器值G2V隨時間變化的一個示例的視圖；圖20是示出在判斷為轉動角度變化值Δθw為0且驅動指令轉矩T的絕對值比第1轉矩閾值TH1T大的狀態已經持續了規定時間的場合下，驅動指令轉矩T隨時間變化的示例的視圖；圖21是示出平衡式電動滑板車的其它結構的示意性側視圖。
具體實施例方式
下文參考附圖對根據本發明實施形態的車輛進行說明。
(1)平衡式電動滑板車的結構圖1是示出根據本發明一實施形態的車輛結構的示意性模式圖。在圖1中，作為車輛的一個示例示出了獨輪平衡式電動滑板車(電動バランスボ一ド)1。而且，圖1(a)是從斜上方看平衡式電動滑板車1的視圖，圖1(b)是從斜下方看平衡式電動滑板車1的視圖。而且在下文說明中，圖1中箭頭方向表示前方，其相反方向表示後方。
如圖1所示，平衡式電動滑板車1具有由FRP(纖維強化塑料)、木材等構成的板狀滑板本體部2。在滑板本體部2的前方側和後方側上，分別安裝有長條狀的支承板3和支承板4。在所述支承板3和支承板4上分別安裝有基本與滑板本體部2相同高度的透明擱腳板5和擱腳板6。而且在下文的說明中，將滑板本體部、支承板3、支承板4、擱腳板5和擱腳板6稱作滑板部。
由支持件7將車輪8可轉動地安裝在滑板本體部2的下面。車輪8例如由橡膠或樹脂等製成，內置有電機(電動機)8a和減速機構8b。減速機構8b例如具有行星齒輪機構。而且，在車輪8上設置有車輪轉動角檢測傳感器8c。車輪轉動角檢測傳感器8c例如由3相式編碼器構成，以檢測車輪8的轉動角度。而且，為了使用者容易旋轉，車輪8的中央部形成凸狀。
在滑板本體部2的中央部埋設有驅動控制部9。驅動控制部9驅動電機8a。
在根據本實施形態的平衡式電動滑板車1中，使用者分別將腳踏在擱腳板5和6上，沿行駛方向(圖1中箭頭所示方向)，在兩腳並排狀態下，以車輪8為支點，一邊由兩腳保持滑板部的平衡一邊乘車。換句話說，平衡式電動滑板車1是朝向行駛方向的滑板部以車輪8為支點自由傾斜的車輛。
圖2是圖1的平衡式電動滑板車1的示意性側視圖。
如圖2所示，在滑板本體部2的中央下部設置有姿態檢測單元GG。姿態檢測單元GG由迴轉傳感器(ジヤイロセンサ)G1和加速度傳感器G2構成，用以檢測滑板本體部2的傾斜角度，而且，迴轉傳感器G1檢測滑板本體部2的角速度。此外，加速度傳感器G2檢測作用於滑板本體部2的重力加速度的傾斜方向的分量。
(2)驅動控制部的結構下文參考
平衡式電動滑板車1的驅動控制部9的結構。圖3是示出平衡式電動滑板車1的驅動控制部9的結構的框圖。
如圖3所示，驅動控制部9包控制器91、電機驅動器92和成為電源的蓄電池93。控制器91包括微型計算機94、脈衝發生器95和A/D(模擬/數字)轉換器96。
A/D轉換器96將車輪轉動角度檢測傳感器8c、迴轉傳感器G1和加速度傳感器G2的模擬輸出信號轉換成數位訊號，然後將上述數位訊號給予微型計算機94。
微型計算機94根據由A/D轉換器96給予的數位訊號，將由脈衝發生器95脈衝寬度調製(PWM)後的電流指令值給予到電機驅動器92。
電機驅動器92根據來自微型計算機94的電流指令值使驅動電流在電機8a內流動。由此，電機8a通過減速機構8b而驅動車輪8。
(3)微型計算機的處理下文參考
驅動控制部9的微型計算機94的控制動作。
圖4是示出微型計算機94的控制動作的示意性流程圖。
如圖4所示，設置在滑板本體部2上的開關(圖中未示)一旦被打開，微型計算機94按順序進行初始化處理(步驟S1)、數位訊號獲得處理(步驟S2)、運算處理(步驟S3)、控制模式設定處理(步驟S4)和驅動指令處理(步驟S5)。而且在步驟S5的驅動指令處理後，微型計算機94返回步驟S2的數位訊號獲得處理，在規定周期(例如10毫秒)內反覆進行從步驟S2～步驟S5的處理。
下文對步驟S1～步驟S5的各處理進行說明。
(3-1)初始化處理(步驟S1)在步驟S1的初始化處理中，微型計算機94進行平衡式電動滑板車1的各個部分的初始化。在步驟S1中，將供給到電機驅動器92的電流指令值設定為0。
(3-2)數位訊號獲得處理(步驟S2)在步驟S2的數位訊號獲得處理中，微型計算機94將車輪轉動角度檢測傳感器8c、迴轉傳感器G1和加速度傳感器G2的輸出信號從MD轉換器96作為數位訊號獲取。
(3-3)運算處理(步驟S3)在步驟S3的運算處理中，根據在步驟S2中取得的數位訊號，微型計算機94計算出車輪8的轉動角度變化值Δθw、滑板本體部2的傾斜角度變化值Δθb以及滑板本體部2的傾斜角度值θb。而且，轉動角度變化值Δθw相當於單位採樣時間(採樣間隔，例如10毫秒)的車輪8的轉動角度。傾斜角度變化值Δθb相當於單位採樣時間的滑板本體部2的傾斜角度的變化量。傾斜角度值θb相當於滑板本體部2相對於地面的傾斜角度。下文對轉動角度變化值Δθw、傾斜角度變化值Δθb和傾斜角度值θb的計算方法進行說明。
圖5是示出由微型計算機94和控制程序實現的運算處理部94a的功能結構的框圖。下文對在任意採樣時的轉動角度變化值Δθwn、傾斜角度變化值Δθbn和傾斜角度值θbn的計算方法進行說明。而且在圖5中雖然沒有示出A/D轉換器96，但是車輪轉動角度檢測傳感器8c、迴轉傳感器G1和加速度傳感器G2的輸出信號通過A/D轉換器96被給予運算處理部94a。
(a)轉動角度變化值Δθw的計算如圖5所示，從車輪轉動角度檢測傳感器8c，將與平衡式電動滑板車1的電源接通時刻為基準的車輪8的轉動角度對應的輸出信號作為轉動角度值θwn輸入到運算處理部94a。運算部941從轉動角度值θwn減去上次採樣時所檢測到的轉動角度值θwn-1，由此計算出車輪8的轉動角度變化值Δθwn。
而且，如果以平衡式電動滑板車1前進時車輪8的轉動方向為正(向)轉動，以其相反方向為逆轉動，則轉動角度變化值Δθw在車輪8正轉動時為正值，在車輪8逆轉動時為負值。而且，在平衡式電動滑板車1從電源接通時的位置向前方移動時，轉動角度變化值Δθw為正值，而在滑板車向後方移動時，轉動角度變化值Δθw為負值。
(b)傾斜角度變化值Δθb的計算從迴轉傳感器G1將與在採樣時間內滑板本體部2的傾斜角度的變化量對應的輸出信號作為第1傾斜角度變化值Δθbn1輸入運算處理部94a。
運算部942從第1傾斜角度變化值Δθbn1中減去迴轉傳感器G1的補償值(オフセツト)G1Vo。由此，計算出採樣時間內滑板本體部2的傾斜角度變化值Δθbn。而且，在補償值運算部OS中計算出補償值G1Vo。將在下文對補償值運算部OS進行說明。
而且，傾斜角度變化值Δθb在滑板部(滑板本體部2)的前方側接近地面地傾斜時為正值，在滑板部(滑板本體部2)的後方側接近地面地傾斜時為負值。
(c)傾斜角度值θb的計算在本實施形態中，使用根據迴轉傳感器G1的輸出信號計算出的第1傾斜角度值θ1b以及根據加速度傳感器G2的輸出信號算出的第2傾斜角度值θ2b，來計算傾斜角度值θb。下文對此進行說明。
(c-1)第1傾斜角度值θ1b的計算運算部943將上述計算出的傾斜角度變化值Δθbn與上回採樣時計算出的傾斜角度值θbn-1相加，由此，計算出第1傾斜角度值θ1bn。
(c-2)第2傾斜角度值θ2b的計算從加速度傳感器G2將與滑板本體部2的傾斜角度對應的輸出信號作為加速度傳感器值G2Vn輸入運算處理部94a。而且在本例中使用的加速度傳感器G2如上所述檢測作用於滑板本體部2的重力加速度的傾斜方向的分量。加速度傳感器值G2Vn對應於滑板本體部2的傾斜角度而增減。
運算部944從加速度傳感器值G2Vn中減去加速度傳感器值G2的補償值G2V0，計算出加速度傳感器值G2Vn1。然後，變換部945將加速度傳感器值G2Vn1變換成第2傾斜角度值θ2bn。
(c-3)傾斜角度θbn的計算在上述第1傾斜角度θ1bn的計算中，根據迴轉傳感器G1的輸出信號而計算出的傾斜角度變化值Δθbn以單位採樣時間進行加和計算。此時，由於迴轉傳感器G1的輸出信號包含誤差，導致在每個採樣時間在第1傾斜角度θ1bn上誤差累積。因而，第1傾斜角度θ1bn不能表示滑板本體部2的正確傾斜角度。
另一方面，上述第2傾斜角度θ2bn的計算是根據加速度傳感器G2的輸出信號進行的。此時，慣性力對加速度傳感器G2的輸出信號有很大影響。
因而，在大的慣性力作用在加速度傳感器G2上時，也就是滑板本體部2高速傾斜時或平衡式電動滑板車1高速前後行進時，如果由加速度傳感器G2的輸出信號計算滑板本體部2的傾斜角度，則產生大的誤差。因而，第2傾斜角度值θ2bn不能表示滑板本體部2的正確的傾斜角度。
於是，在運算部946中計算第1傾斜角度值θ1bn和第2傾斜角度值θ2bn之差(下文稱作差分值θ12)。然後在運算部947中，將上述差分值θ12乘以補正係數Ke，計算出補正值Keθ12。然後，運算部948從第1傾斜角度值θ1bn中減去補正值Keθ12。由此，對迴轉傳感器G1和加速度傳感器G2的誤差進行補正，計算出滑板本體部2的傾斜角度值θbn。而且，補正係數Ke能夠通過實驗求取。補正係數Ke例如是0.01。
而且，在滑板部(滑板本體部2)相對地面維持水平時，傾斜角度值θb為0。在滑板部(滑板本體部2)的前方側從水平方向向地面側傾斜時，傾斜角度值θb為正值。在滑板部(滑板本體部2)的後方側從水平方向向地面側傾斜時，傾斜角度值θb為負值。
(d)補償值運算處理部OS下文對補償值運算處理部OS進行簡單說明。
在圖5中，平衡式電動滑板車1的電源接通時，迴轉傳感器G1的補償值為G1V1。一般，迴轉傳感器容易受溫度變化影響，補償值G1V1伴隨著溫度變化而改變。因而，在通過從迴轉傳感器G1的輸出信號中減去補償值G1V1而進行補償調整時，由環境氣體溫度而產生測量誤差。於是，為了對該測量誤差進行補正，補償值運算部OS的補正部949根據上述差分值θ12計算溫度補正值V。然後運算部950從補償值G1V1中減去溫度補正值V。由此，伴隨著溫度變化的補償值G1V1的誤差被補正，計算出依賴於溫度變化的補償值G1V0。
(3-4)控制模式設定處理(步驟S4)在步驟S4的控制模式設定處理中，微型計算機94從準備模式、待機模式、乘車模式、起升模式和平衡穩定模式中選擇一種控制模式。
圖6是示出各個控制模式的關係的框圖如圖6所示，如果接通平衡式電動滑板車1的電源，微型計算機94首先將平衡式電動滑板車1的控制模式設定為準備模式，在準備模式中，確保用於使平衡式電動滑板車1的各個部分的輸出穩定化的時間。
然後，微型計算機94將控制模式變更為待機模式或繼續準備模式。將控制模式的變更條件在下文進行說明。
在待機模式中，判斷使用者是否已經乘載到平衡式電動滑板車1上，並對應於所述判斷，選擇控制模式。
然後，微型計算機94將控制模式改變成乘車模式、起升模式或平衡穩定模式中任一種，或繼續處於待機模式。
在乘車模式下，當使用者乘載到平衡式電動滑板車1上時，根據使用者的意圖，使平衡式電動滑板車1行進或停止。當控制模式處於乘車模式時，微型計算機94將控制模式變更為待機模式，或繼續乘車模式。
在起升模式下，當使用者沒有乘上平衡式電動滑板車1上時，使平衡式電動滑板車1的擱腳板5或擱腳板6(參考圖1)從地面上揚/升起，使滑板部(滑板本體部2和擱腳板5、6)相對於地面為水平狀態。當控制模式是起升模式時，微型計算機94將控制模式變更為平衡穩定模式或待機模式，或繼續處於起升模式。
在平衡穩定模式下，在起升模式中滑板部相對於地面成為水平狀態時，維持該狀態規定時間。控制模式為平衡穩定模式時，微型計算機94將控制模式變更為待機模式，或繼續平衡穩定模式。
而且在本實施的形態中，由起升模式和平衡穩定模式中的滑板部的運動和姿勢控制，在使用者沒有乘上平衡式電動滑板車1時，能夠確認平衡式電動滑板車1的電源已經接通。由此，在不使用平衡式電動滑板車1時，能夠防止在平衡式電動滑板車1的電源接通狀態下放置平衡式電動滑板車1。
(a)各個模式的驅動指令轉矩下文說明各個控制模式中的電機8a的驅動指令轉矩T。
在本實施形態中，根據圖5說明的傾斜角度變化值Δθb、傾斜角度值θb、轉動角度變化值Δθw和轉動角度值θw，確定各個控制模式中的電機8a的驅動指令轉矩T。微型計算機94將與該驅動指令轉矩T對應的電流指令值給予電機驅動器92。而且，在驅動指令轉矩T的值為正時，向車輪8的正轉動方向給予轉矩，當驅動指令轉矩T的值為負時，向車輪8的負轉動方向給予轉矩。
表1示出了各個控制模式和驅動指令轉矩T的關係。
表1
(a-1)準備模式如表1所示，在準備模式中，電機8a的驅動指令轉矩T設定為0。也就是在準備模式中，平衡式電動滑板車1處於停止狀態。
(a-2)待機模式如表1所示，在待機模式中，電機8a的驅動指令轉矩T由下式(1)確定。
T＝K1d·Δθw...(1)此時，上式(1)的K1d為負係數。因而，驅動指令轉矩T的值在轉動角度變化值Δθw為正時變成負值，在轉動角度變化值Δθw為負時變成正值。也就是在待機模式下，向與車輪8轉動方向相反的方向給予轉矩。由此，能夠向平衡式電動滑板車1上施加制動，使平衡式電動滑板車1停止。而且，在車輪8不轉動時，驅動指令轉矩T的值為0，平衡式電動滑板車1維持其停止狀態。
(a-3)乘車模式如表1所示，在乘車模式中，電機8a的驅動指令轉矩T由下式(2)確定。
T＝K2a·θb+K2b·Δθb+K2d·Δθw...(2)上式(2)的K2a、K2b和K2d是正係數。
此時，在乘上平衡式電動滑板車1的狀態下，使用者通過使滑板部(滑板本體部2)傾斜、任意調整傾斜角度變化值Δθb和傾斜角度值θb，能夠確定平衡式電動滑板車1的行進方向和速度。而且，由於能夠將轉動角度變化值Δθw反饋到驅動指令轉矩T中，能夠進行圓滑的速度調整。
(a-4)起升模式如表1所示，在起升模式中，電機8a的驅動指令轉矩T由下式(3)確定。
T＝K3a·θb+K3b·Δθb...(3)上式(3)的K3a、K3b是正係數。
此時，在滑板部的前方側(擱腳板5)接觸地面的狀態下，傾斜角度值θb為正。在滑板部的後方側(擱腳板6)接觸地面的狀態下，傾斜角度值θb為負。也就是說，在擱腳板5接觸地面時，為了使擱腳板5從地面上揚(向上升起)，車輪8正轉動。在擱腳板6接觸地面時，為了使擱腳板6從地面上揚，車輪8逆向轉動。
而且，在通過車輪8正轉動而使擱腳板5上揚時，在擱腳板5從水平方向向上側傾斜時，傾斜角度值θb成為負值，車輪8逆向轉動。另一方面，在通過車輪8逆向轉動而使擱腳板6上揚時，在擱腳板6從水平方向向上側傾斜時，傾斜角度值θb成為正值，車輪8正向轉動。
也就是在滑板部的前方側接近地面時，車輪8正向轉動，滑板部的前方側上揚。在滑板部的後方側接近地面時，車輪8逆向轉動，滑板部的後方側上揚。由此，滑板部相對地面變成水平狀態。
(a-5)平衡穩定模式如表1所示，在平衡穩定模式中，電機8a的驅動指令轉矩T由下式(4)確定。
T＝K4a·θb+K4b·Δθb+K4c·θw+K4d·Δθw...(4)上式(4)的K4a、K4b、K4c和K4d是正係數。
此時，平衡式電動滑板車1能夠相對於地面維持滑板部的水平狀態，同時，能夠維持在電源接通時的平衡式電動滑板車1的位置。
(b)控制模式設定處理(步驟S4)的詳細情況下文使用附圖對步驟S4的控制模式設定處理進行詳細說明。
圖7是示出由微型計算機94和控制程序實現的控制模式設定部94b的功能結構的框圖。圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15是詳細示出控制模式設定處理的流程圖。
如圖7所示，控制模式設定部94b包括控制模式識別部94c、控制模式確定處理部94d、電流指令值計算部94e和時鐘部/計時部94f。而且，控制模式確定處理部94d包括經過時間判定部941d、控制模式切換部942d、車輪轉動速度判定部943d、滑板角速度判定部944d、加速度傳感器值判定部945d、驅動轉矩判定部946d、滑板角度判定部947d和車輪轉動角度判定部948d。下文使用附圖針對控制模式設定部94b的各個構成部的處理進行說明。
在控制模式設定處理中，如圖8所示，首先控制模式識別部94c進行控制模式識別處理(步驟S41)。在該控制模式識別處理中，如下文所述，對目前的控制模式進行識別。
其次，控制模式確定處理部94d實施控制模式確定處理(步驟S42)。在該控制模式確定處理中，如下文所述，根據由控制模式確定處理部94d的各個構成部所判定的各種判定結果，來確定控制模式。
然後，電流指令值計算部94e計算出在步驟S42中所確定的控制模式中的驅動指令轉矩T，計算與上述算出的驅動指令轉矩T對應的電流指令值(步驟S43)。
然後，控制模式識別部94c判定在步驟S42中控制模式是否發生了變更(步驟S44)。當控制模式發生了變更時，時鐘部94f重新設定用於時間管理的計數值(步驟S45)。然後，微型計算機94進行到圖4的步驟S5的處理。
當在步驟S44中的控制模式沒有變更時，時鐘部94f增加計數值(步驟S46)。然後，微型計算機94進行到圖4的步驟S5的處理。
下文參考附圖，對步驟S41的控制模式識別處理和步驟S42的控制模式確定處理進行詳細說明。
(b-1)控制模式識別處理(步驟S41)
如圖9所示，在控制模式識別處理中，控制模式識別部94c(參考圖7)首先判定目前的控制模式是否為準備模式(步驟S411)。當是準備模式時，微型計算機94進入下文所述的步驟S421的處理。
在步驟S411中，在目前的控制模式不是準備模式時，控制模式識別部94c判定目前的控制模式是否為待機模式(步驟S412)。當是待機模式時，微型計算機94進入下文所述步驟S424的處理(參考圖11)。
在步驟S412中，當目前的控制模式不是待機模式時，控制模式識別部94c判定目前的控制模式是否為乘車模式(步驟S413)。當是乘車模式時，微型計算機94進入下文所述步驟S430的處理(參考圖12)。
在步驟S413中，當目前的控制模式不是乘車模式時，控制模式識別部94c判定目前的控制模式是否為起升模式(步驟S414)。當是起升模式時，微型計算機94進入下文所述步驟S438的處理(參考圖14)。
在步驟S414的處理中，當判斷目前的控制模式不是起升模式時，也就是當控制模式識別部94c判定目前的控制模式是平衡穩定模式時，微型計算機94進入下文所述步驟S443的處理(參考圖15)。
(b-2)控制模式確定處理(步驟S42)在控制模式確定處理中，在圖9的步驟S411中控制模式為準備模式時，如圖10所示，經過時間判定部941d(參考圖7)判斷是否已經經過了規定時間(例如0.5秒)(步驟S421)。設置該步驟S421的處理是用以確保在平衡式電動滑板車1的電源接通後直到平衡式電動滑板車1的各個部分的輸出穩定為止的時間。而且，在平衡式電動滑板車1的電源剛接通後，控制模式設定為準備模式。
步驟S421中當經過規定時間時，微型計算機94判斷平衡式電動滑板車1的各個部分的輸出已經穩定。此時，控制模式切換部942d(參考圖7)將控制模式切換成待機模式(步驟S422)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
在步驟S421的處理中當沒有經過規定時間時，微型計算機94判斷平衡式電動滑板車1的各個部分的輸出尚未穩定。此時，控制模式切換部942d持續準備模式(步驟S423)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
在圖9的步驟S412中控制模式為待機模式時，如圖11所示，經過時間判定部941d判斷是否已經經過了規定時間(例如0.5秒)(步驟S424)。設置該步驟S424的處理用以確保當控制模式從其它模式切換為待機模式後直到平衡式電動滑板車1的各個部分的輸出穩定為止的時間。
在步驟S424中，當經過規定時間時，微型計算機94判斷平衡式電動滑板車1各個部分的輸出已穩定。此時，車輪轉動速度判定部943d(參考圖7)和經過時間判定部941d判斷轉動角度變化值Δθw(平衡式電動滑板車1的車速)是否為0且該狀態是否持續了規定時間(例如3秒)(步驟S425)。當轉動角度變化值Δθw為0且該狀態持續了規定時間時，微型計算機94判斷使用者沒有乘上平衡式電動滑板車1。此時，控制模式切換部942d將控制模式切換成起升模式(步驟S426)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
在步驟S425中，當轉動角度變化值Δθw不是0或沒有持續規定時間時，滑板角速度判定部944d(參考圖7)判斷傾斜角度變化值Δθb的絕對值是否比乘車角速度的閾值THonΔθb大(步驟S427)。當傾斜角度變化值Δθb的絕對值比乘車角速度的閾值THonΔθb大時，微型計算機94判斷為使用者乘上平衡式電動滑板車1而有意使滑板部的前方側或後方側上揚以在平衡式電動滑板車1上行進。此時，控制模式切換部942d將控制模式切換為乘車模式(步驟S428)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理中。而且，乘車角速度的閾值THonΔθb設定成在滑板本體部2的傾斜角速度例如大於等於180°/s時傾斜角度變化值Δθb的絕對值比乘車角速度的閾值THonΔθb大。
在步驟S424中沒有經過規定時間時，微型計算機94判斷平衡式電動滑板車1的各個部分的輸出不穩定。此時，控制模式切換部942d持續待機模式(步驟S429)，然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
在步驟S427中，當傾斜角度變化值Δθb的絕對值小於等於乘車角速度的閾值THonΔθb時，微型計算機94判斷使用者無意使滑板部的前方側或後方側上揚，此時，控制模式切換部942d持續待機模式(步驟S429)，然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
在圖9的步驟S413的處理中，當判斷控制模式為乘車模式時，如圖12所示，滑板角速度判定部944d判斷傾斜角度變化值Δθb的絕對值是否比下車角速度的閾值THoffΔθb大(步驟S430)。當傾斜角度變化值Δθb的絕對值比下車角速度的閾值THoffΔθb大時，微型計算機94判斷使用者要從平衡式電動滑板車1下車。此時，控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式(圖13的步驟S431)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。而且，下車角速度的閾值THoffΔθb設定成在滑板本體部2的傾斜角速度例如大於等於180°/s時傾斜角度變化值Δθb的絕對值比乘車角速度的閾值THoffΔθb大。
在步驟S430中，當傾斜角度變化值Δθb的絕對值小於等於下車角速度的閾值THoffΔθb時，車輪轉動速度判定部943d判斷轉動角度變化值Δθw的絕對值是否比停止速度閾值THstΔθw大(步驟S432)。當轉動角度變化值Δθw的絕對值比停止速度閾值THstΔθw大時，控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式(圖13的步驟S431)。而且，將停止速度閾值THstΔθw設置成當平衡式電動滑板車1的行駛速度例如大於等於10km/h時，轉動角度變化值Δθw的值比停止速度閾值THstΔθw大。此時，使用者能夠安全地享受平衡式電動滑板車1的行駛。
在步驟S432中，轉動角度變化值Δθw小於等於停止速度閾值THstΔθw時，加速度傳感器值判定部945d和經過時間判定部941d判斷加速度傳感器值G2V(參考圖5)的絕對值是否比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大而且是否該狀態持續了規定時間(例如100毫秒)(步驟S433)。
在此使用附圖對步驟S433的處理進行說明。圖16是示出在步驟S433中，在加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大而且該狀態持續了規定時間場合下，加速度傳感器值G2V隨時間變化的一個示例的視圖。而圖17是示出在步驟S431的處理中，在加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大但是該狀態沒有持續規定時間的場合下，加速度傳感器值G2V隨時間變化的一個示例的視圖。而且在圖16和圖17中，縱軸表示加速度傳感器值G2V，橫軸表示時間。
如上所述，慣性力對加速度傳感器G2的輸出信號有很大影響。因而，例如，當使用者有意使平衡式電動滑板車1向前後迅速移動時，加速度傳感器值G2V如圖16所示緩緩變化，此時，加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大的狀態持續規定時間(圖16中，100毫秒)以上。
另一方面，當平衡式電動滑板車1由地面凹凸不平等影響而振動時，加速度傳感器值G2V如圖17所示急劇變化。此時，雖然加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大，但是該狀態不持續規定時間(在圖17中，100毫秒)以上。也就是說在步驟S433中，判斷是否使用者有意使加速度傳感器值G2V變化。而且，在步驟S433中，對應於平衡式電動滑板車1的結構對規定時間和第1加速度傳感器閾值TH1G2V進行設置。
在步驟S433的處理中，在加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器的閾值TH1G2V大且該狀態持續規定時間的場合下，微型計算機94判斷使用者要從平衡式電動滑板車1上下車。此時，控制模式切換部942d將控制模式切換到待機模式(圖13的步驟S431)。
在步驟S433中，在加速度傳感器值G2V的絕對值小於等於第1加速度傳感器的閾值TH1G2V或沒有持續規定時間的場合下，加速度傳感器值判定部945d判斷是否平衡式電動滑板車1處於異常振動狀態(步驟S434)。
在此利用附圖對步驟S434的處理進行說明。圖18是用於檢測步驟S434中異常振動的流程圖。
在步驟S434中，如圖18所示，加速度傳感器值判定部945d首先以100毫秒的採樣時間讀取過去1秒間的加速度傳感器值G2V(步驟S4341)。也就是，在步驟S4321中，讀入10次加速度傳感器值G2V。
然後，加速度傳感器值判定部945d計算在步驟S4341中作為正值讀入的加速度傳感器值G2V的個數以及作為負值讀入的加速度傳感器值G2V的個數之差(步驟S4342)。
然後，加速度傳感器值判定部945d判斷在步驟S4342中算出的差值是否小於等於2(步驟S4343)。當差值小於等於2時，加速度傳感器值判定部945d判斷在步驟S4341中所讀取的加速度傳感器值G2V的絕對值中至少1個是否比第2加速度傳感器閾值TH2G2V大(步驟S4344)。
當步驟S4341中所讀取的加速度傳感器值G2V的絕對值中至少1個比第2加速度傳感器閾值TH2G2V大時，加速度傳感器值判定部945d判斷平衡式電動滑板車1處於異常振動狀態(步驟S4345)。
步驟S4342中計算出的差大於等於3時，在步驟S4343中，加速度傳感器值判定部945d判斷平衡式電動滑板車1不處於異常振動狀態(步驟S4346)。
在步驟S4344中，步驟S4341中讀取的加速度傳感器值G2V的絕對值中所有值都小於等於第2加速度傳感器閾值TH2G2V時，加速度傳感器值判定部945d判斷平衡式電動滑板車1不處於異常振動狀態(步驟S4346)。
下文使用附圖對判斷平衡式電動滑板車1處於異常振動狀態的場合進行說明。圖19是示出平衡式電動滑板車1在異常振動狀態的場合時，加速度傳感器值G2V隨時間變化的一個示例的視圖。而且在圖19中，縱軸表示加速度傳感器值G2V，橫軸表示時間。
當控制模式是乘車模式而且使用者沒有乘上平衡式電動滑板車1時，平衡式電動滑板車1的滑板部不穩定。因而，滑板部不規則地振動，加速度傳感器值G2V如圖19所示以短周期上下往復變化。
在圖19所示任意期間P中，當以100毫秒的採樣時間讀取10次加速度傳感器值G2V的場合下，正值有4個，負值有6個。此時，在圖18的步驟S4343中，判斷為所述差小於等於2個。
而且，在圖19中，所讀取的加速度傳感器值G2V的絕對值中5個比第2加速度傳感器閾值TH2G2V大。此時，在圖18的步驟S4344的處理中，判斷為所讀取的加速度傳感器值G2V的絕對值中至少1個比第2加速度傳感器閾值TH2G2V大，從而斷定平衡式電動滑板車1處於異常振動狀態。
另一方面，當使用者乘上平衡式電動滑板車1時，由於由使用者的體重使滑板部穩定，即使平衡式電動滑板車1因地面凹凸等振動時，加速度傳感器輸出值G2V的絕對值的最大值也不比第2加速度傳感器閾值TH2G2V大。也就是說，通過設置圖18的步驟S4344的處理，在使用者乘上平衡式電動滑板車1時，能夠防止將平衡式電動滑板車1判斷為異常振動狀態。
而且，在乘車模式下進行普通行駛時，加速度傳感器值G2V緩緩變化。此時，如果以100毫秒的採樣時間讀取10次加速度傳感器值G2V，則10個加速度傳感器值G2V基本上全是正值或負值。因而在步驟S4343中，判斷為所述差大於等於3個。由此判斷平衡式電動滑板車1不處於異常振動狀態。即，通過設置步驟S4343的處理，在通常行駛狀態下，能夠防止將平衡式電動滑板車1判斷為異常振動狀態。
如上所述，通過在圖12的步驟S434中判斷平衡式電動滑板車1是否處於異常振動狀態，能夠在乘車模式下判斷使用者是否已乘上平衡式電動滑板車1。而且，步驟S434中的採樣時間和第2加速度傳感器閾值TH2G2V最好對應於平衡式電動滑板車1的結構等由實驗求取。
當在步驟S434中判定為異常振動狀態時，微型計算機94判斷使用者沒有乘上平衡式電動滑板車1。此時，控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式(圖13的步驟S431)。由此，能夠防止平衡式電動滑板車1在使用者沒有乘車的狀態下行駛。
在圖12的步驟S434中判斷不處於異常振動狀態時，如圖13所示，車輪轉動速度判定部943d、驅動轉矩判定部946d(參考圖7)和經過時間判定部941d進行如下判斷轉動角度變化值Δθw是否為0(平衡式電動滑板車停止狀態)並且由上述式(4)計算的驅動指令轉矩T的絕對值比第1轉矩閾值TH1T大的狀態是否持續了規定時間(步驟S435)。
在此，使用附圖對步驟S435的處理進行說明。圖20是示出在步驟S435中，在判斷為轉動角度變化值Δθw為0且驅動指令轉矩T的絕對值比第1轉矩閾值TH1T大的狀態已經持續了規定時間的場合下，驅動指令轉矩T隨時間變化的示例的視圖。在圖20中，縱軸表示驅動指令轉矩T，橫軸表示時間。
圖20(a)示出使滑板部傾斜成滑板部前方側接近地面並在此狀態下使平衡式電動滑板車1停止時的驅動指令轉矩T隨時間變化的一個示例。在圖20(a)的時刻T1-T2之間，滑板部相對於地面呈大致水平狀態，在時刻T2-T3之間，滑板部以前方側接近地面的方式緩緩傾斜。此外，在時刻T3之後，在滑板部以一定角度傾斜的狀態下，平衡式電動滑板車1停止。
而且，圖20(b)示出使滑板部傾斜成滑板部後方側接近地面並在此狀態下使平衡式電動滑板車1停止時的驅動指令轉矩T隨時間變化的一個示例。在圖20(b)的時刻T4-T5之間，滑板部相對於地面大致呈水平狀態，在時刻T5-T6之間，滑板部以後方側接近地面的方式緩緩傾斜。而且，在時刻T6之後，在滑板部以一定角度傾斜的狀態下，平衡式電動滑板車1停止。
如圖20(a)、20(b)所示，一旦在滑板部以一定角度傾斜的狀態下使平衡式電動滑板車1停止，驅動指令轉矩T維持對應於滑板部的傾斜角度的一定值。在沒有設置步驟S435的處理場合下，雖然平衡式電動滑板車1停止，但是仍然繼續向電機8a供應驅動電流。由此，儘管平衡式電動滑板車1已停止，但是電流消耗增加。而且，由於在電機8a上施加大的負荷，所以電機8a發生故障的概率增高。
在此，通過在本實施形態中設置步驟S435的處理，在使用者有意使平衡式電動滑板車1停止的場合，可以防止給予電機8a電流。由此，能夠削減電能消耗，同時能夠延長電機8a的壽命。而且，在步驟S435中規定時間和第1轉矩閾值TH1T可對應於平衡式電動滑板車1的結構等進行設定。
在步驟S435中，當轉動角度變化值Δθw為0而且驅動指令轉矩T的絕對值比第1轉矩閾值TH1T大的狀態持續規定時間時，微型計算機94判斷使用者要從平衡式電動滑板車1上下車而有意地停止平衡式電動滑板車1。此時，控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式(步驟S431)。
在步驟S435中，當轉動角度變化值Δθw不為0，驅動指令轉矩T的絕對值小於等於第1轉矩閾值TH1T或沒有持續規定時間時，滑板角度判定部947d(參考圖7)和經過時間判定部941d判斷傾斜角度θb的絕對值是否比第1傾斜角度閾值TH1θb大並且該狀態是否持續規定時間(步驟S436)。當判定傾斜角度θb的絕對值比第1傾斜角度閾值TH1θb大而且該狀態持續了規定時間時，微型計算機94判斷使用者使滑板部的前方側或後方側接近地面以使平衡式電動滑板車1停止，此時，控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式(步驟S431)。
在步驟S436中，當傾斜角度θb的絕對值小於等於第1傾斜角度閾值TH1θb或沒有持續規定時間時，微型計算機94判定使用者要使平衡式電動滑板車1繼續行駛。此時控制模式切換部942d繼續乘車模式(步驟S437)。而且，使用者能夠任意設定在步驟S436中的第1傾斜角度閾值TH1θb和規定時間。
在圖9的步驟S414中控制模式是起升模式時，如圖14所示，經過時間判定部941d判定是否已經過了規定時間(例如1秒)(步驟S438)。當經過了規定時間時，控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式(步驟S439)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
在本實施形態中，控制模式成為起升模式後，當在1秒內不能轉換為平衡穩定模式時，認為向平衡穩定模式的轉換失敗。即，步驟S438的處理設置成用於在從起升模式向平衡穩定模式的轉換失敗時，使控制模式轉換到待機模式。
在步驟S438中，當沒有經過規定時間時，滑板角度判定部947b和車輪轉動速度判定部943d進行如下判斷傾斜角度θb的絕對值是否比第2傾斜角度閾值TH2θb小，並且轉動角度變化值Δθw的絕對值是否比靜止角速度閾值THquΔθw小(步驟S440)。當傾斜角度θb的絕對值比第2傾斜角度閾值TH2θb小，並且轉動角度變化值Δθw的絕對值比靜止角速度閾值THquΔθw小時，微型計算機94判斷平衡式電動滑板車1靜止並將滑板部維持成大致水平。此時，控制切換部942d將控制模式切換為平衡穩定模式(步驟S441)，然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。而且，在步驟S440中，第2傾斜角度閾值TH2θb和靜止角速度閾值THquΔθw根據平衡式電動滑板車1的結構等進行設定。
在步驟S440中，當傾斜角度θb的絕對值大於等於第2傾斜角度閾值TH2θb，或轉動角度變化值Δθw的絕對值大於等於靜止角速度閾值THquΔθw時，微型計算機94判斷為平衡式電動滑板車1不處於靜止並將滑板部維持成大致水平的狀態。此時，控制切換部942d持續起升模式(步驟S442)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
在圖9的步驟S414中，當控制模式不是起升模式時，即控制模式為平衡穩定模式時，如圖15所示，車輪轉動角度判定部948d(參考圖7)判斷轉動角度值θw的絕對值是否大於轉動角度閾值THθw(步驟S443)。當轉動角度值θw的絕對值大於轉動角度閾值THθw時，控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式(步驟S444)。然後，微型計算機94進入圖8的步驟S43的處理。
步驟S443被設置成用於從電源接通直至成為平衡穩定模式為止，當轉動角度值θw變化很大時即平衡式電動滑板車1的位置移動很大時，結束平衡穩定模式。而且，轉動角度閾值THθw的值可根據平衡式電動滑板車1的使用場所等條件進行設定。
在步驟S443中，當轉動角度值θw的絕對值小於等於轉動角度閾值THθw時，車輪轉動角度判定部948d、驅動轉矩判定部944d和經過時間判定部941d進行如下判斷轉動角度變化值Δθw(平衡式電動滑板車1的車速)是否為0、並且驅動指令轉矩T的絕對值比第2轉矩閾值TH2T大的狀態是否持續了規定時間(步驟S445)。當轉動角度變化值Δθw為0，並且驅動指令轉矩T的絕對值比第2轉矩閾值TH2T大的狀態持續了規定時間時，微型計算機94判斷由使用者有意地停止平衡式電動滑板車1。此時，控制模式轉換部942d將控制模式轉換為待機模式(步驟S444)。而且，在步驟S445中，使用者能夠任意設定第2轉矩閾值TH2T和規定時間。
在步驟S445中，當轉動角度變化值Δθw不是0、驅動指令轉矩T的絕對值小於等於第2轉矩閾值TH2T、或沒有持續規定時間時，控制模式轉換部942d持續平衡穩定模式(步驟S446)。
(3-5)驅動指令處理(步驟S5)在步驟S5的驅動指令處理(參考圖4)中，微型計算機94將圖8的步驟S43的電流指令值計算處理中所算出的電流指令值給予電機驅動器92。由此，平衡式電動滑板車1進行對應於各個控制模式的動作。
(4)根據本實施形態的平衡式電動滑板車的效果如上所述，在根據本實施形態的平衡式電動滑板車1中，控制模式設定部94b根據由運算處理部94a計算出的各個數值設定控制模式。此時，微型計算機94能夠在判斷使用者的乘車和下車的同時對應於所判定的狀態控制平衡式電動滑板車1的動作。因而，沒有必要設置用於判斷使用者的乘車和下車的裝置以及用於切換控制模式的開關等，由此，能夠降低平衡式電動滑板車1的製造成本。
而且如圖12的步驟S432所示，當控制模式是乘車模式時，當轉動角度變化值Δθw的絕對值變得比停止速度閾值THstΔθw大時，控制模式變換為待機模式。即當平衡式電動滑板車1的車速變得大於等於規定速度時，控制模式切換為待機模式，平衡式電動滑板車1停止。由此，使用者能夠安全地享受行駛並能夠安全地從平衡式電動滑板車1上下車。
而且如圖12的步驟S433所示，當控制模式是乘車模式時，當加速度傳感器值G2V的絕對值比第1加速度傳感器閾值TH1G2V大而且該狀態持續規定時間時，控制模式變換為待機模式。即在使用者有意使滑板部向前後迅速地移動時，控制模式變換為待機模式，平衡式電動滑板車1停止。由此，使用者能夠安全地從平衡式電動滑板車1下車。
而且如圖12的步驟S434所示，當控制模式是乘車模式時，當判斷平衡式電動滑板車1振動異常時，控制模式變更為待機模式。即，當使用者在平衡式電動滑板車1行駛中從平衡式電動滑板車1上下車時，控制模式切換為待機模式，平衡式電動滑板車1停止。由此，在使用者沒有乘車的狀態下，能夠防止平衡式電動滑板車1行駛。
而且如圖13的步驟S435所示，當控制模式是乘車模式時，當轉動角度變化值Δθw為0而且驅動指令轉矩T的絕對值比第1轉矩閾值TH1T大的狀態持續規定時間時，控制模式變換為待機模式。即在使用者有意地使平衡式電動滑板車1停止時，控制模式切換為待機模式，平衡式電動滑板車1停止。由此，使用者能夠安全地從平衡式電動滑板車1下車。而且，由於在強制車輪8停止的狀態下防止給予驅動電機8a驅動轉矩，所以能夠降低電力消耗，同時，延長驅動電機8a的壽命。
而且如圖13的步驟S436所示，當控制模式是乘車模式時，當傾斜角度值θb的絕對值變得比第1傾斜角度閾值TH1θb大而且該狀態持續規定時間時，控制模式變換為待機模式。即當使用者在使滑板部處於大的傾斜狀態下規定時間以上而使平衡式電動滑板車1行駛時，控制模式變換為待機模式，平衡式電動滑板車1停止。由此，使用者能夠安全地從平衡式電動滑板車1下車。
(5)權利要求的各個構成要素與實施形態的各個部分的對應在上述實施形態中，滑板部相當於本體部，電機8a相當於驅動部，車輪轉動角度檢測傳感器8c相當於第1檢測部，迴轉傳感器G1和加速度傳感器G2相當於第2檢測部，驅動控制部9和微型計算機94相當於控制部。
而且，轉動角度變化值Δθw相當於與車輪的轉動動作有關的信息，相當於車輪的轉動角度的變化率和單位規定時間的轉動角度的變化量。加速度傳感器值G2V相當於與本體部的運動有關信息和加速度，傾斜角度值θb和傾斜角度變化值Δθb相當於與本體部的姿態有關的信息，傾斜角度值θb相當於本體部的傾斜角度，傾斜角度變化值Δθb相當於傾斜角度的變化率，停止速度閾值THstΔθw相當於第1閾值。第1加速度傳感器閾值TH1G2V相當於第2閾值，第2加速度傳感器閾值TH2G2V相當於第3閾值。第1轉矩閾值TH1T相當於第4閾值，第1傾斜角度閾值TH1θb相當於第5閾值。
(6)其它實施形態在上述實施形態中，圖5的運算處理部94a和圖7的控制模式設定部94b的各個功能部由微型計算機94和其控制程序實現，但是運算處理部94a和控制模式設定部94b的各個功能部的一部分或全體也可以由邏輯電路等硬體實現。而且，也可以使用CPU和存儲器替代微型計算機94。
而且，本體部並不局限於上述實施形態的滑板部，例如，也可以使用一體形成的板狀部件作為滑板部。而且，作為驅動部，也可以使用發動機等其它轉動力發生器來替代電機8a。
在上述實施形態中，以具有1個車輪8的平衡式電動滑板車1為例進行說明，但是，也可以設置同軸的多個車輪來替代一個車輪8。即也可以在與行駛方向垂直的方向上具有多個車輪。
而且，第1檢測部並不局限於編碼器，也可以使用各種光學傳感器、機械開關等。而且，第2檢測部並不局限於迴轉傳感器G1和加速度傳感器G2。也可以使用迴轉傳感器G1和加速度傳感器G2中的任一個。
而且在圖13的步驟S436中，根據滑板部的傾斜角度判斷是否將控制模式切換為待機模式，但是也可以由下述說明的方法判斷是否將控制模式切換為待機模式。
圖21是示出平衡式電動滑板車的其它結構的示意性側視圖。圖21的平衡式電動滑板車與圖2的平衡式電動滑板車1不同之處如下所述。
在圖21的平衡式電動滑板車1a中，在擱腳板5和擱腳板6的前端部和後端部上設置有輔助輪5a和輔助輪6a。而且，輔助輪5a和輔助輪6a分別具有開關5b和開關6b。例如開關5b和開關6b設定成在輔助輪5a和輔助輪6a接觸地面時接通。
此時，通過測量開關5b或開關6b處於接通狀態的時間，能夠測定在輔助輪5a或輔助輪6a接觸地面狀態即滑板部處於大的傾斜狀態下，平衡式電動滑板車1的行駛時間。因而，當開關5b或開關6b處於接通狀態持續了規定時間時，也可以由控制模式切換部942d將控制模式切換為待機模式。由此，能夠進行與圖13的步驟S436相同的判斷。
權利要求
1.一種車輛，它包括使用者所乘的本體部；自由轉動地支承在所述本體部上的車輪；驅動所述車輪的驅動部；檢測與所述車輪的轉動動作有關的信息的第1檢測部；檢測與所述本體部的運動和姿態有關的信息的第2檢測部；和以所述本體部進行行進動作的方式控制所述驅動部的控制部，其中，所述控制部根據與所述車輪的轉動動作有關的信息、與所述本體部的運動有關的信息以及與所述本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，控制所述驅動部以結束所述行進動作。
2.如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，與所述轉動動作有關的信息包含所述車輪的轉動角度的變化率；所述控制部在所述轉動角度的變化率滿足第1條件時，控制所述驅動部以結束所述行進動作。
3.如權利要求2所述的車輛，其特徵在於，所述轉動角度的變化率是單位規定時間的轉動角度的變化量。
4.如權利要求2所述的車輛，其特徵在於，所述第1條件包含所述轉動角度的變化率大於等於規定的第1閾值的情況。
5.如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，與所述本體部的運動和姿態有關的信息包括所述本體部的加速度；所述控制部在所述加速度滿足第2條件時，控制所述驅動部以結束所述行進動作。
6.如權利要求5所述的車輛，其特徵在於，所述第2條件包含所述加速度大於等於規定的第2閾值而且該狀態持續一大於等於規定時間的時間的情況。
7.如權利要求5所述的車輛，其特徵在於，所述第2條件包含所述加速度在規定期間內以小於等於規定時間的周期上下變動並且所述加速度的振幅的最大值超過所述規定期間內規定的第3閾值的情況。
8.如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，與所述轉動動作有關的信息包含所述車輪的轉動角度的變化率；與所述本體部的運動和姿態有關的信息包括所述本體部的傾斜角度和傾斜角度的變化率，其中，所述控制部根據所述轉動角度的變化率、所述傾斜角度和所述傾斜角度的變化率計算所述驅動部的驅動轉矩的指令值，根據所述指令值控制所述驅動部以進行所述行進動作、並在所述轉動角度的變化率和所述指令值滿足第3條件時控制所述驅動部以結束所述行進動作。
9.如權利要求8所述的車輛，其特徵在於，所述第3條件包括所述轉動角度的變化率為0並且所述驅動轉矩的指令值大於等於第4閾值的狀態持續一大於等於規定時間的時間的情況。
10.如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，與所述本體部的運動和姿態有關的信息包括所述本體部的傾斜角度，所述控制部在所述傾斜角度滿足第4條件時控制所述驅動部以結束所述行進動作。
11.如權利要求10所述的車輛，其特徵在於，所述第4條件包括所述傾斜角度大於等於規定的第5閾值並且該狀態持續一大於等於規定時間的時間的情況。
12.如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，所述車輪以能夠繞與所述本體部的行進方向交叉的方向上的軸轉動的方式設置在所述本體部的中央部的下面側上。
13.如權利要求12所述的車輛，其特徵在於，所述本體部被設置成以所述車輪為支點上下自由地傾斜。
14.如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，所述控制部根據在所述行進動作結束後與所述轉動動作有關的信息控制所述驅動部以停止所述車輪。
15.如權利要求14所述的車輛，其特徵在於，與所述轉動動作有關的信息包括所述車輪的轉動角度的變化率。
16.如權利要求15所述的車輛，其特徵在於，所述轉動角度變化率是單位時間的所述車輪的轉動角度的變化量。
17.一種車輛控制裝置，用於對包括使用者所乘的本體部、自由轉動地支承在所述本體部上的車輪、驅動所述車輪的驅動部的車輛進行控制，所述控制裝置包括檢測與所述車輪的轉動動作有關的信息的第1檢測部；檢測與所述本體部的運動和姿態有關的信息的第2檢測部；和以所述本體部進行行進動作的方式控制所述驅動部的控制部，其中，所述控制部，根據與所述車輪的轉動動作有關的信息、與所述本體部的運動有關的信息以及與所述本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，控制所述驅動部以結束所述行進動作。
18.一種車輛控制方法，用於對包括使用者所乘的本體部、自由轉動地支承在所述本體部上的車輪、驅動所述車輪的驅動部的車輛進行控制，所述控制方法包括檢測與所述車輪的轉動動作有關的信息的步驟；檢測與所述本體部的運動和姿態有關的信息的步驟；和根據與所述車輪的轉動動作有關的信息、與所述本體部的運動有關的信息以及與所述本體部的姿態有關的信息中的至少一種信息，控制所述驅動部以使車輛結束行進動作的步驟。
全文摘要
本發明涉及車輛、車輛控制裝置以及控制方法。平衡式電動滑板車包括車輪轉動角度檢測傳感器、迴轉傳感器和加速度傳感器。運算處理部根據車輪轉動角度檢測傳感器、迴轉傳感器和加速度傳感器的輸出信號計算轉動角度變化值、轉動角度值、傾斜角度變化值和傾斜角度值。控制模式為乘車模式時，控制模式切換部根據轉動角度變化值、轉動角度值、傾斜角度變化值和傾斜角度值將控制模式切換到待機模式。
文檔編號B62D1/00GK1689895SQ20051006792
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月28日 優先權日2004年4月28日
發明者平松裕二 申請人:山葉發動機株式會社