CN1689894A - 车辆、车辆控制装置以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆、车辆控制装置以及控制方法。一种平衡式电动滑板车包括回转传感器。演算处理部根据回转传感器的输出信号计算倾斜角度变化值。控制模式为待机模式时,如果倾斜角度变化值的绝对值比乘车角速度阈值大,则控制模式切换部将控制模式切换到乘车模式。在控制模式为乘车模式时,如果倾斜角度变化值的绝对值比下车角速度阈值大,则控制模式切换部将控制模式切换到待机模式。
Description
技术领域
本发明涉及独轮车和同轴两轮车等车辆、车辆控制装置以及控制方法。
背景技术
一直以来,能够使车辆本体的姿态独立地稳定的独轮车和同轴两轮车等不稳定车辆是公知的(例如参考特开平9-175462号公报、专利第3070015号公报或特表2003-502002号公报)。这种不稳定车辆具有以车轮为支点而自由摆动的结构。
在特开平9-175462号公报中,记载了一种能够降低摆动同时能够调整自立稳定力的独轮车。在这种独轮车中,由CMG(控制力矩回转仪/陀螺仪)减摆装置来降低车轴的摆动角速度。由此使行驶中的独轮车前后方向和左右方向的稳定性提高。
在专利第3070015号公报中记载了独轮车等不稳定车辆的行驶控制装置。这种不稳定车辆的行驶控制装置通过根据车架的倾斜方向、倾斜角度和倾斜角速度而驱动转动体,以使不稳定车辆行驶。
在特表2003-502002号公报中记载了一种同轴两轮车等个人用移动车辆。在该个人用移动车辆中,根据车辆前后方向的倾斜确定车辆行进方向和行进速度。
然而上述特开平9-175462号公报的独轮车和专利第3070015号公报的不稳定车辆的行驶控制装置不能对使用者的乘车和下车进行判断。因而,在使用者乘车或下车时,也由减摆装置或行驶控制装置控制车辆本体的姿态。因此,特别是在专利第3070015号公报记载的自行式车辆中,在乘车或下车时,存在车辆进行与使用者意图相反的动作的情形。由此,乘车和下车变得困难。
另一方面,在上述特表2003-502002号公报的个人用移动车辆中,虽然由邻接传感器进行使用者的乘车和下车的判断,但是由设置所述邻接传感器而提高了制造成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、安全的车辆、车辆控制装置和控制方法,其能够防止使用者意图之外的动作并能够按照使用者的意图切换动作模式。
根据本发明一种情形的车辆包括:使用者所乘的本体部;自由转动地支承在所述本体部上的车轮;驱动所述车轮的驱动部;检测与所述本体部的倾斜角度有关的信息的第1检测部;和以多个动作模式控制所述驱动部的控制部,其中,所述控制部,根据由所述第1检测部所检测到的与所述本体部的倾斜角度有关的信息,切换所述动作模式。
在根据本发明的车辆中,由控制部以多个动作模式对驱动部进行控制。由第1检测部检测与本体部的倾斜角度有关的信息。然后,根据由上述第1检测部所检测到的与上述本体部的倾斜角度有关的信息,由上述控制部切换动作模式。
此时,使用者通过按照意图移动/摆动所述本体部来调整与本体部的倾斜角度有关的信息,能够切换动作模式。由此,由于防止车辆进行使用者意图之外的动作,提高了安全性。而且,由于没有必要分开设置用于切换动作模式的传感器和开关等,能够降低车辆制造成本。
与上述倾斜角度有关的信息也可以包含上述本体部的倾斜角度的变化率。此时,使用者通过以规定的变化率使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
上述本体部的倾斜角度的变化率也可以是单位规定时间的所述本体部的倾斜角度的变化量。此时,通过使用者以规定的角速度使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
控制部也可以在所述倾斜角度的变化率大于等于规定阈值时切换动作模式。此时,通过使用者以大于等于规定阈值的变化率使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
上述多个动作模式也可以包括用于所述本体部进行行进动作的行进模式以及用于所述本体部停止的停止模式。
此时,通过使用者按照意图移动/摆动所述本体部而调整与本体部的倾斜角度有关的信息,能够使本体部行进和停止。由此,由于能够防止在使用者完全乘上本体部之前不管使用者的意图而本体部开始行进动作,能够在使用者完全乘上本体部之后根据使用者自己的意图开始本体部的行进动作。而且,由于能够防止在使用者从本体部下车时不管使用者的意图而本体部开始行进动作,使用者能够安全地从本体部上下车。
所述车辆还包括检测与所述车轮的转动角度有关的信息的第2检测部;所述控制部,在所述行进模式中根据与所述倾斜角度有关的信息以及与所述转动角度有关的信息,控制由所述驱动部进行的所述行进动作。
此时,通过使用者有意地调整与倾斜角度有关的信息,能够调整行进动作中的行进方向和行进速度。而且,能够将车轮的实际转动状态反馈到行进动作中,由此,能够进行圆滑的速度调整。
与上述倾斜角度有关的信息包括所述本体部的倾斜角度的变化率和所述本体部的倾斜角度,与所述转动角度有关的信息包括所述车轮的转动角度的变化率。
此时,通过使用者有意地调整本体部的倾斜角度的变化率和本体部的倾斜角度,能够调整进行动作中的行进方向和行进速度。而且,能够将车轮的实际转动角度的变化率反馈到行进动作中,由此,能够进行圆滑的速度调整。
车辆还包括检测与所述车轮的转动角度有关的信息的第2检测部;所述控制部,在所述停止模式中,以根据与所述转动角度有关的信息停止所述车轮的方式控制所述驱动部。
此时,由于根据与车辆的转动角度有关的信息使车轮停止转动,所以动作模式从行进模式切换到停止模式后,能够防止本体部由行进动作时的惯性而继续本体部的行进动作。由此,能够防止与使用者意图相反的行进动作。
与上述车轮转动角度有关的信息也可以包括所述车轮的转动角度的变化率。此时,由于根据车辆转动角度的变化率使车轮停止转动,所以能够对应于本体部的速度可靠地停止本体部的行进。
上述转动角度的变化率是单位规定时间的所述车轮的转动角度的变化量。此时,由于根据单位规定时间的车轮转动角度的变化量使得车轮停止转动,所以能够对应于本体部的速度可靠地停止本体部的行进。
车轮以能够绕与所述本体部的行进方向交叉的方向上的轴转动的方式设置在所述本体部的中央部的下面侧上。此时,使用者能够容易地调整与倾斜角度有关的信息,同时容易在本体部上保持平衡。
上述本体部也可以设置成以所述车轮为支点上下自由地倾斜。此时,使用者能够更容易地调整与倾斜角度有关的信息,由此,能够容易地切换动作模式。
根据本发明其它情形的车辆控制装置是一种对包括使用者所乘的本体部、自由转动地支承在所述本体部上的车轮、驱动所述车轮的驱动部的车辆进行控制的控制装置,所述控制装置包括:检测与所述本体部的倾斜角度有关的信息的第1检测部;和以多个动作模式控制所述驱动部的控制部,其中,所述控制部,根据由所述第1检测部所检测到的与所述本体部的倾斜角度有关的信息,切换所述动作模式。
在根据本发明的车辆控制装置中,由控制部以多个动作模式对驱动部进行控制,由第1检测部检测与本体部的倾斜角度有关的信息。从而,根据由第1检测部所检测的与本体部的倾斜角度有关的信息,由控制部切换动作模式。
此时,使用者通过按照意图移动/摆动所述本体部来调整与本体部的倾斜角度有关的信息,就能够切换动作模式。由此,由于防止车辆进行使用者意图之外的动作,从而提高了安全性。而且,由于没有必要分开设置用于切换动作模式的传感器和开关等,能够降低车辆制造成本。
与上述倾斜角度有关的信息也可以包含所述本体部的倾斜角度的变化率。此时,使用者通过以规定的变化率使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
上述本体部的倾斜角度的变化率也可以是单位规定时间的所述本体部倾斜角度的变化量。此时,使用者通过以规定的角速度使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
控制部也可以在所述倾斜角度的变化率大于等于规定阈值时切换所述动作模式。此时,使用者通过以大于等于规定阈值的变化率使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
根据本发明另一情形的一种车辆控制方法是一种对包括使用者所乘的本体部、自由转动地支承在所述本体部上的车轮、驱动所述车轮的驱动部的车辆进行控制的控制方法,所述控制方法包括:检测与所述本体部的倾斜角度有关的信息的步骤;和以根据与所述本体部的倾斜角度有关的信息切换动作模式的方式控制所述驱动部的步骤。
在根据本发明的车辆控制方法中,根据与本体部的倾斜角度有关的信息来切换动作模式。
此时,使用者通过按照意图移动/摆动所述本体部而调整与本体部的倾斜角度有关的信息,能够切换动作模式。由此,由于防止车辆进行使用者意图之外的动作,提高了安全性。而且,由于没有必要分开设置用于切换动作模式的传感器和开关等,能够降低车辆制造成本。
与倾斜角度有关的信息也可以包含所述本体部的倾斜角度的变化率。此时,使用者通过以规定的变化率使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
上述本体部的倾斜角度的变化率也可以是单位规定时间的所述本体部的倾斜角度的变化量。此时,使用者通过以规定的角速度使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
控制所述控制部的步骤也可以包括控制所述驱动部以在所述倾斜角度的变化率大于等于规定阈值时切换所述动作模式的步骤。此时,使用者通过以大于等于规定阈值的变化率使本体部的倾斜角度变化,能够容易地切换动作模式。
附图说明
图1是示出根据本发明一实施形态的车辆结构的示意性模式图;
图2是图1的平衡式电动滑板车的示意性侧视图;
图3是示出平衡式电动滑板车的驱动控制部结构的框图;
图4是示出微型计算机的控制动作的示意性流程图;
图5是示出由微型计算机和控制程序实现的运算处理部的功能结构的框图;
图6是示出各控制模式关系的框图;
图7是示出由微型计算机和控制程序实现的控制模式设定部的功能结构的框图;
图8~15是详细示出控制模式设定处理的流程图;
图16是示出在加速度传感器值G2V的绝对值比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大且该状态持续规定时间的场合下,加速度传感器值G2V随时间变化的一个示例的视图;
图17是示出在加速度传感器值G2V的绝对值比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大但是该状态不持续规定时间的场合下,加速度传感器值G2V随时间变化的一个示例的视图;
图18是用于检测异常振动的流程图;
图19是示出平衡式电动滑板车在异常振动状态场合时的加速度传感器值G2V随时间变化的一个示例的视图;
图20是示出在判断为转动角度变化值Δθw为0且驱动指令转矩T的绝对值比第1转矩阈值TH1T大的状态已经持续了规定时间的场合下,驱动指令转矩T随时间变化的示例的视图;
图21是示出平衡式电动滑板车的其它结构的示意性侧视图。
具体实施方式
下文参考附图对根据本发明实施形态的车辆进行说明。
(1)平衡式电动滑板车的结构
图1是示出根据本发明一实施形态的车辆结构的示意性模式图。在图1中,作为车辆的一个示例示出了独轮平衡式电动滑板车(電動バランスボ一ド)1。而且,图1(a)是从斜上方看平衡式电动滑板车1的视图,图1(b)是从斜下方看平衡式电动滑板车1的视图。而且在下文说明中,图1中箭头方向表示前方,其相反方向表示后方。
如图1所示,平衡式电动滑板车1具有由FRP(纤维强化塑料)、木材等构成的板状滑板本体部2。在滑板本体部2的前方侧和后方侧上,分别安装有长条状的支承板3和支承板4。在所述支承板3和支承板4上分别安装有基本与滑板本体部2相同高度的透明搁脚板5和搁脚板6。而且在下文的说明中,将滑板本体部、支承板3、支承板4、搁脚板5和搁脚板6称作滑板部。
由支持件7将车轮8可转动地安装在滑板本体部2的下面。车轮8例如由橡胶或树脂等制成,内置有电机8a和减速机构8b。减速机构8b例如具有行星齿轮机构。而且,在车轮8上设置有车轮转动角检测传感器8c。车轮转动角检测传感器8c例如由3相式编码器构成,以检测车轮8的转动角度。而且,为了使用者容易旋转,车轮8的中央部形成凸状。
在滑板本体部2的中央部埋设有驱动控制部9。驱动控制部9驱动电机8a。
在根据本实施形态的平衡式电动滑板车1中,使用者分别将脚踏在搁脚板5和6上,沿行驶方向(图1中箭头所示方向),在两脚并排状态下,以车轮8为支点,一边由两脚保持滑板部的平衡一边乘车。换句话说,平衡式电动滑板车1是朝向行驶方向的滑板部以车轮8为支点自由倾斜的车辆。
图2是图1的平衡式电动滑板车1的示意性侧视图。
如图2所示,在滑板本体部2的中央下部设置有姿态检测单元GG。姿态检测单元GG由回转传感器(ジヤイロセンサ)G1和加速度传感器G2构成,用以检测滑板本体部2的倾斜角度,而且,回转传感器G1检测滑板本体部2的角速度。此外,加速度传感器G2检测作用于滑板本体部2的重力加速度的倾斜方向的分量。
(2)驱动控制部的结构
下文参考附图说明平衡式电动滑板车1的驱动控制部9的结构。图3是示出平衡式电动滑板车1的驱动控制部9的结构的框图。
如图3所示,驱动控制部9包控制器91、电机驱动器92和成为电源的蓄电池93。控制器91包括微型计算机94、脉冲发生器95和A/D(模拟/数字)转换器96。
A/D转换器96将车轮转动角度检测传感器8c、回转传感器G1和加速度传感器G2的模拟输出信号转换成数字信号,然后将上述数字信号给予微型计算机94。
微型计算机94根据由A/D转换器96给予的数字信号,将由脉冲发生器95脉冲宽度调制(PWM)后的电流指令值给予到电机驱动器92。
电机驱动器92根据来自微型计算机94的电流指令值使驱动电流在电机8a内流动。由此,电机8a通过减速机构8b而驱动车轮8。
(3)微型计算机的处理
下文参考附图说明驱动控制部9的微型计算机94的控制动作。
图4是示出微型计算机94的控制动作的示意性流程图。
如图4所示,设置在滑板本体部2上的开关(图中未示)一旦被打开,微型计算机94按顺序进行初始化处理(步骤S1)、数字信号获得处理(步骤S2)、运算处理(步骤S3)、控制模式设定处理(步骤S4)和驱动指令处理(步骤S5)。而且在步骤S5的驱动指令处理后,微型计算机94返回步骤S2的数字信号获得处理,在规定周期(例如10毫秒)内反复进行从步骤S2~步骤S5的处理。
下文对步骤S1~步骤S5的各处理进行说明。
(3-1)初始化处理(步骤S1)
在步骤S1的初始化处理中,微型计算机94进行平衡式电动滑板车1的各个部分的初始化。在步骤S1中,将供给到电机驱动器92的电流指令值设定为0。
(3-2)数字信号获得处理(步骤S2)
在步骤S2的数字信号获得处理中,微型计算机94将车轮转动角度检测传感器8c、回转传感器G1和加速度传感器G2的输出信号从A/D转换器96作为数字信号获取。
(3-3)运算处理(步骤S3)
在步骤S3的运算处理中,根据在步骤S2中取得的数字信号,微型计算机94计算出车轮8的转动角度变化值Δθw、滑板本体部2的倾斜角度变化值Δθb以及滑板本体部2的倾斜角度值θb。而且,转动角度变化值Δθw相当于单位采样时间(采样间隔,例如10毫秒)的车轮8的转动角度。倾斜角度变化值Δθb相当于单位采样时间的滑板本体部2的倾斜角度的变化量。倾斜角度值θb相当于滑板本体部2相对于地面的倾斜角度。下文对转动角度变化值Δθw、倾斜角度变化值Δθb和倾斜角度值θb的计算方法进行说明。
图5是示出由微型计算机94和控制程序实现的运算处理部94a的功能结构的框图。下文对在任意采样时的转动角度变化值Δθwn、倾斜角度变化值Δθbn和倾斜角度值θbn的计算方法进行说明。而且在图5中虽然没有示出A/D转换器96,但是车轮转动角度检测传感器8c、回转传感器G1和加速度传感器G2的输出信号通过A/D转换器96被给予运算处理部94a。
(a)转动角度变化值Δθw的计算
如图5所示,从车轮转动角度检测传感器8c,将与平衡式电动滑板车1的电源接通时刻为基准的车轮8的转动角度对应的输出信号作为转动角度值θwn输入到运算处理部94a。运算部941从转动角度值θwn减去上次采样时所检测到的转动角度值θwn-1,由此计算出车轮8的转动角度变化值Δθwn 。
而且,如果以平衡式电动滑板车1前进时车轮8的转动方向为正(向)转动,以其相反方向为逆转动,则转动角度变化值Δθw在车轮8正转动时为正值,在车轮8逆转动时为负值。而且,在平衡式电动滑板车1从电源接通时的位置向前方移动时,转动角度变化值Δθw为正值,而在滑板车向后方移动时,转动角度变化值Δθw为负值。
(b)倾斜角度变化值Δθb的计算
从回转传感器G1将与在采样时间内滑板本体部2的倾斜角度的变化量对应的输出信号作为第1倾斜角度变化值Δθbn1输入运算处理部94a。
运算部942从第1倾斜角度变化值Δθbn1中减去回转传感器G1的补偿值(オフセツト)G1V0。由此,计算出采样时间内滑板本体部2的倾斜角度变化值Δθbn。而且,在补偿值运算部OS中计算出补偿值G1V0。将在下文对补偿值运算部OS进行说明。
而且,倾斜角度变化值Δθb在滑板部(滑板本体部2)的前方侧接近地面地倾斜时为正值,在滑板部(滑板本体部2)的后方侧接近地面地倾斜时为负值。
(c)倾斜角度值θb的计算
在本实施形态中,使用根据回转传感器G1的输出信号计算出的第1倾斜角度值θ1b以及根据加速度传感器G2的输出信号算出的第2倾斜角度值θ2b,来计算倾斜角度值θb。下文对此进行说明。
(c-1)第1倾斜角度值θ1b的计算
运算部943将上述计算出的倾斜角度变化值Δθbn与上回采样时计算出的倾斜角度值θbn-1相加,由此,计算出第1倾斜角度值θ1bn。
(c-2)第2倾斜角度值θ2b的计算
从加速度传感器G2将与滑板本体部2的倾斜角度对应的输出信号作为加速度传感器值G2Vn输入运算处理部94a。而且在本例中使用的加速度传感器G2如上所述检测作用于滑板本体部2的重力加速度的倾斜方向的分量。加速度传感器值G2Vn对应于滑板本体部2的倾斜角度而增减。
运算部944从加速度传感器值G2Vn中减去加速度传感器值G2的补偿值G2V0,计算出加速度传感器值G2Vn1。然后,变换部945将加速度传感器值G2Vn1变换成第2倾斜角度值θ2bn。
(c-3)倾斜角度θbn的计算
在上述第1倾斜角度θ1bn的计算中,根据回转传感器G1的输出信号而计算出的倾斜角度变化值Δθbn以单位采样时间进行加和计算。此时,由于回转传感器G1的输出信号包含误差,导致在每个采样时间在第1倾斜角度θ1bn上误差累积。因而,第1倾斜角度θ1bn不能表示滑板本体部2的正确倾斜角度。
另一方面,上述第2倾斜角度θ2bn的计算是根据加速度传感器G2的输出信号进行的。此时,惯性力对加速度传感器G2的输出信号有很大影响。因而,在大的惯性力作用在加速度传感器G2上时,也就是滑板本体部2高速倾斜时或平衡式电动滑板车1高速前后行进时,如果由加速度传感器G2的输出信号计算滑板本体部2的倾斜角度,则产生大的误差。因而,第2倾斜角度值θ2bn不能表示滑板本体部2的正确的倾斜角度。
于是,在运算部946中计算第1倾斜角度值θ1bn和第2倾斜角度值θ2bn之差(下文称作差分值θ12)。然后在运算部947中,将上述差分值θ12乘以补正系数Ke,计算出补正值Keθ12。然后,运算部948从第1倾斜角度值θ1bn中减去补正值Keθ12。由此,对回转传感器G1和加速度传感器G2的误差进行补正,计算出滑板本体部2的倾斜角度值θbn。而且,补正系数Ke能够通过实验求取。补正系数Ke例如是0.01。
而且,在滑板部(滑板本体部2)相对地面维持水平时,倾斜角度值θb为0。在滑板部(滑板本体部2)的前方侧从水平方向向地面侧倾斜时,倾斜角度值θb为正值。在滑板部(滑板本体部2)的后方侧从水平方向向地面侧倾斜时,倾斜角度值θb为负值。
(d)补偿值运算处理部OS
下文对补偿值运算处理部OS进行简单说明。
在图5中,平衡式电动滑板车1的电源接通时,回转传感器G1的补偿值为G1V1。一般,回转传感器容易受温度变化影响,补偿值G1V1伴随着温度变化而改变。因而,在通过从回转传感器G1的输出信号中减去补偿值G1V1而进行补偿调整时,由环境气体温度而产生测量误差。于是,为了对该测量误差进行补正,补偿值运算部OS的补正部949根据上述差分值θ12计算温度补正值V。然后运算部950从补偿值G1V1中减去温度补正值V。由此,伴随着温度变化的补偿值G1V1的误差被补正,计算出依赖于温度变化的补偿值G1V0。
(3-4)控制模式设定处理(步骤S4)
在步骤S4的控制模式设定处理中,微型计算机94从准备模式、待机模式、乘车模式、起升模式和平衡稳定模式中选择一种控制模式。
图6是示出各个控制模式的关系的框图
如图6所示,如果接通平衡式电动滑板车1的电源,微型计算机94首先将平衡式电动滑板车1的控制模式设定为准备模式,在准备模式中,确保用于使平衡式电动滑板车1的各个部分的输出稳定化的时间。
然后,微型计算机94将控制模式变更为待机模式或继续准备模式。将控制模式的变更条件在下文进行说明。
在待机模式中,判断使用者是否已经乘载到平衡式电动滑板车1上,并对应于所述判断,选择控制模式。
然后,微型计算机94将控制模式改变成乘车模式、起升模式或平衡稳定模式中任一种,或继续处于待机模式。
在乘车模式下,当使用者乘载到平衡式电动滑板车1上时,根据使用者的意图,使平衡式电动滑板车1行进或停止。当控制模式处于乘车模式时,微型计算机94将控制模式变更为待机模式,或继续乘车模式。
在起升模式下,当使用者没有乘上平衡式电动滑板车1上时,使平衡式电动滑板车1的搁脚板5或搁脚板6(参考图1)从地面上扬/升起,使滑板部(滑板本体部2和搁脚板5、6)相对于地面为水平状态。当控制模式是起升模式时,微型计算机94将控制模式变更为平衡稳定模式或待机模式,或继续处于起升模式。
在平衡稳定模式下,在起升模式中滑板部相对于地面成为水平状态时,维持该状态规定时间。控制模式为平衡稳定模式时,微型计算机94将控制模式变更为待机模式,或继续平衡稳定模式。
而且在本实施的形态中,由起升模式和平衡稳定模式中的滑板部的运动和姿势控制,在使用者没有乘上平衡式电动滑板车1时,能够确认平衡式电动滑板车1的电源已经接通。由此,在不使用平衡式电动滑板车1时,能够防止在平衡式电动滑板车1的电源接通状态下放置平衡式电动滑板车1。
(a)各个模式的驱动指令转矩
下文说明各个控制模式中的电机8a的驱动指令转矩T。
在本实施形态中,根据图5说明的倾斜角度变化值Δθb、倾斜角度值θb、转动角度变化值Δθw和转动角度值θw,确定各个控制模式中的电机8a的驱动指令转矩T。微型计算机94将与该驱动指令转矩T对应的电流指令值给予电机驱动器92。而且,在驱动指令转矩T的值为正时,向车轮8的正转动方向给予转矩,当驱动指令转矩T的值为负时,向车轮8的负转动方向给予转矩。
表1示出了各个控制模式和驱动指令转矩T的关系。
表1
控制模式 | 驱动指令转矩 |
准备模式 | T=0 |
待机模式 | T=K1d·Δθw |
乘车模式 | T=K2a·θb+K2b·Δθb+K2d·Δθw |
起升模式 | T=K3a·θb+K3b·Δθb |
平衡稳定模式 | T=K4a·θb+K4b·Δθb+K4c·θw+K4d·Δθw |
(a-1)准备模式
如表1所示,在准备模式中,电机8a的驱动指令转矩T设定为0。也就是在准备模式中,平衡式电动滑板车1处于停止状态。
(a-2)待机模式
如表1所示,在待机模式中,电机8a的驱动指令转矩T由下式(1)确定。
T=K1d·Δθw ...(1)
此时,上式(1)的K1d为负系数。因而,驱动指令转矩T的值在转动角度变化值Δθw为正时变成负值,在转动角度变化值Δθw为负时变成正值。也就是在待机模式下,向与车轮8转动方向相反的方向给予转矩。由此,能够向平衡式电动滑板车1上施加制动,使平衡式电动滑板车1停止。而且,在车轮8不转动时,驱动指令转矩T的值为0,平衡式电动滑板车1维持其停止状态。
(a-3)乘车模式
如表1所示,在乘车模式中,电机8a的驱动指令转矩T由下式(2)确定。
T=K2a·θb+K2b·Δθb+K2d·Δθw ...(2)
上式(2)的K2a、K2b和K2d是正系数。
此时,在乘上平衡式电动滑板车1的状态下,使用者通过使滑板部(滑板本体部2)倾斜、任意调整倾斜角度变化值Δθb和倾斜角度值θb,能够确定平衡式电动滑板车1的行进方向和速度。而且,由于能够将转动角度变化值Δθw反馈到驱动指令转矩T中,能够进行圆滑的速度调整。
(a-4)起升模式
如表1所示,在起升模式中,电机8a的驱动指令转矩T由下式(3)确定。
T=K3a·θb+K3b·Δθb ...(3)
上式(3)的K3a、K3b是正系数。
此时,在滑板部的前方侧(搁脚板5)接触地面的状态下,倾斜角度值θb为正。在滑板部的后方侧(搁脚板6)接触地面的状态下,倾斜角度值θb为负。也就是说,在搁脚板5接触地面时,为了使搁脚板5从地面上扬(向上升起),车轮8正转动。在搁脚板6接触地面时,为了使搁脚板6从地面上扬,车轮8逆向转动。
而且,在通过车轮8正转动而使搁脚板5上扬时,在搁脚板5从水平方向向上侧倾斜时,倾斜角度值θb成为负值,车轮8逆向转动。另一方面,在通过车轮8逆向转动而使搁脚板6上扬时,在搁脚板6从水平方向向上侧倾斜时,倾斜角度值θb成为正值,车轮8正向转动。
也就是在滑板部的前方侧接近地面时,车轮8正向转动,滑板部的前方侧上扬。在滑板部的后方侧接近地面时,车轮8逆向转动,滑板部的后方侧上扬。由此,滑板部相对地面变成水平状态。
(a-5)平衡稳定模式
如表1所示,在平衡稳定模式中,电机8a的驱动指令转矩T由下式(4)确定。
T=K4a·θb+K4b·Δθb+K4c·θw+K4d·Δθw ...(4)
上式(4)的K4a、K4b、K4c和K4d是正系数。
此时,平衡式电动滑板车1能够相对于地面维持滑板部的水平状态,同时,能够维持在电源接通时的平衡式电动滑板车1的位置。
(b)控制模式设定处理(步骤S4)的详细情况
下文使用附图对步骤S4的控制模式设定处理进行详细说明。
图7是示出由微型计算机94和控制程序实现的控制模式设定部94b的功能结构的框图。图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14和图15是详细示出控制模式设定处理的流程图。
如图7所示,控制模式设定部94b包括控制模式识别部94c、控制模式确定处理部94d、电流指令值计算部94e和时钟部/计时部94f。而且,控制模式确定处理部94d包括经过时间判定部941d、控制模式切换部942d、车轮转动速度判定部943d、滑板角速度判定部944d、加速度传感器值判定部945d、驱动转矩判定部946d、滑板角度判定部947d和车轮转动角度判定部948d。下文使用附图针对控制模式设定部94b的各个构成部的处理进行说明。
在控制模式设定处理中,如图8所示,首先控制模式识别部94c进行控制模式识别处理(步骤S41)。在该控制模式识别处理中,如下文所述,对目前的控制模式进行识别。
其次,控制模式确定处理部94d实施控制模式确定处理(步骤S42)。在该控制模式确定处理中,如下文所述,根据由控制模式确定处理部94d的各个构成部所判定的各种判定结果,来确定控制模式。
然后,电流指令值计算部94e计算出在步骤S42中所确定的控制模式中的驱动指令转矩T,计算与上述算出的驱动指令转矩T对应的电流指令值(步骤S43)。
然后,控制模式识别部94c判定在步骤S42中控制模式是否发生了变更(步骤S44)。当控制模式发生了变更时,时钟部94f重新设定用于时间管理的计数值(步骤S45)。然后,微型计算机94进行到图4的步骤S5的处理。
当在步骤S44中的控制模式没有变更时,时钟部94f增加计数值(步骤S46)。然后,微型计算机94进行到图4的步骤S5的处理。
下文参考附图,对步骤S41的控制模式识别处理和步骤S42的控制模式确定处理进行详细说明。
(b-1)控制模式识别处理(步骤S41)
如图9所示,在控制模式识别处理中,控制模式识别部94c(参考图7)首先判定目前的控制模式是否为准备模式(步骤S411)。当是准备模式时,微型计算机94进入下文所述的步骤S421的处理。
在步骤S411中,在目前的控制模式不是准备模式时,控制模式识别部94c判定目前的控制模式是否为待机模式(步骤S412)。当是待机模式时,微型计算机94进入下文所述步骤S424的处理(参考图11)。
在步骤S412中,当目前的控制模式不是待机模式时,控制模式识别部94c判定目前的控制模式是否为乘车模式(步骤S413)。当是乘车模式时,微型计算机94进入下文所述步骤S430的处理(参考图12)。
在步骤S413中,当目前的控制模式不是乘车模式时,控制模式识别部94c判定目前的控制模式是否为起升模式(步骤S414)。当是起升模式时,微型计算机94进入下文所述步骤S438的处理(参考图14)。
在步骤S414的处理中,当判断目前的控制模式不是起升模式时,也就是当控制模式识别部94c判定目前的控制模式是平衡稳定模式时,微型计算机94进入下文所述步骤S443的处理(参考图15)。
(b-2)控制模式确定处理(步骤S42)
在控制模式确定处理中,在图9的步骤S411中控制模式为准备模式时,如图10所示,经过时间判定部941d(参考图7)判断是否已经经过了规定时间(例如0.5秒)(步骤S421)。设置该步骤S421的处理是用以确保在平衡式电动滑板车1的电源接通后直到平衡式电动滑板车1的各个部分的输出稳定为止的时间。而且,在平衡式电动滑板车1的电源刚接通后,控制模式设定为准备模式。
步骤S421中当经过规定时间时,微型计算机94判断平衡式电动滑板车1的各个部分的输出已经稳定。此时,控制模式切换部942d(参考图7)将控制模式切换成待机模式(步骤S422)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
在步骤S421的处理中当没有经过规定时间时,微型计算机94判断平衡式电动滑板车1的各个部分的输出尚未稳定。此时,控制模式切换部942d持续准备模式(步骤S423)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
在图9的步骤S412中控制模式为待机模式时,如图11所示,经过时间判定部941d判断是否已经经过了规定时间(例如0.5秒)(步骤S424)。设置该步骤S424的处理用以确保当控制模式从其它模式切换为待机模式后直到平衡式电动滑板车1的各个部分的输出稳定为止的时间。
在步骤S424中,当经过规定时间时,微型计算机94判断平衡式电动滑板车1各个部分的输出已稳定。此时,车轮转动速度判定部943d(参考图7)和经过时间判定部941d判断转动角度变化值Δθw(平衡式电动滑板车1的车速)是否为0且该状态是否持续了规定时间(例如3秒)(步骤S425)。当转动角度变化值Δθw为0且该状态持续了规定时间时,微型计算机94判断使用者没有乘上平衡式电动滑板车1。此时,控制模式切换部942d将控制模式切换成起升模式(步骤S426)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
在步骤S425中,当转动角度变化值Δθw不是0或没有持续规定时间时,滑板角速度判定部944d(参考图7)判断倾斜角度变化值Δθb的绝对值是否比乘车角速度的阈值THonΔθb大(步骤S427)。当倾斜角度变化值Δθb的绝对值比乘车角速度的阈值THonΔθb大时,微型计算机94判断为:使用者乘上平衡式电动滑板车1而有意使滑板部的前方侧或后方侧上扬以在平衡式电动滑板车1上行进。此时,控制模式切换部942d将控制模式切换为乘车模式(步骤S428)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理中。而且,乘车角速度的阈值THonΔθb设定成:在滑板本体部2的倾斜角速度例如大于等于180°/s时倾斜角度变化值Δθb的绝对值比乘车角速度的阈值THonΔθb大。
在步骤S424中没有经过规定时间时,微型计算机94判断平衡式电动滑板车1的各个部分的输出不稳定。此时,控制模式切换部942d持续待机模式(步骤S429),然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
在步骤S427中,当倾斜角度变化值Δθb的绝对值小于等于乘车角速度的阈值THonΔθb时,微型计算机94判断使用者无意使滑板部的前方侧或后方侧上扬,此时,控制模式切换部942d持续待机模式(步骤S429),然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
在图9的步骤S413的处理中,当判断控制模式为乘车模式时,如图12所示,滑板角速度判定部944d判断倾斜角度变化值Δθb的绝对值是否比下车角速度的阈值THoffΔθb大(步骤S430)。当倾斜角度变化值Δθb的绝对值比下车角速度的阈值THoffΔθb大时,微型计算机94判断使用者要从平衡式电动滑板车1下车。此时,控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式(图13的步骤S431)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。而且,下车角速度的阈值THoffΔθb设定成:在滑板本体部2的倾斜角速度例如大于等于180°/s时倾斜角度变化值Δθb的绝对值比乘车角速度的阈值THoffΔθb大。
在步骤S430中,当倾斜角度变化值Δθb的绝对值小于等于下车角速度的阈值THoffΔθb时,车轮转动速度判定部943d判断转动角度变化值Δθw的绝对值是否比停止速度阈值THstΔθw大(步骤S432)。当转动角度变化值Δθw的绝对值比停止速度阈值THstΔθw大时,控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式(图13的步骤S431)。而且,将停止速度阈值THstΔθw设置成:当平衡式电动滑板车1的行驶速度例如大于等于10km/h时,转动角度变化值Δθw的值比停止速度阈值THstΔθw大。此时,使用者能够安全地享受平衡式电动滑板车1的行驶。
在步骤S432中,转动角度变化值Δθw小于等于停止速度阈值THstΔθw时,加速度传感器值判定部945d和经过时间判定部941d判断加速度传感器值G2V(参考图5)的绝对值是否比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大而且是否该状态持续了规定时间(例如100毫秒)(步骤S433)。
在此使用附图对步骤S433的处理进行说明。图16是示出在步骤S433中,在加速度传感器值G2V的绝对值比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大而且该状态持续了规定时间场合下,加速度传感器值G2V随时间变化的一个示例的视图。而图17是示出在步骤S431的处理中,在加速度传感器值G2V的绝对值比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大但是该状态没有持续规定时间的场合下,加速度传感器值G2V随时间变化的一个示例的视图。而且在图16和图17中,纵轴表示加速度传感器值G2V,横轴表示时间。
如上所述,惯性力对加速度传感器G2的输出信号有很大影响。因而,例如,当使用者有意使平衡式电动滑板车1向前后迅速移动时,加速度传感器值G2V如图16所示缓缓变化,此时,加速度传感器值G2V的绝对值比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大的状态持续规定时间(图16中,100毫秒)以上。
另一方面,当平衡式电动滑板车1由地面凹凸不平等影响而振动时,加速度传感器值G2V如图17所示急剧变化。此时,虽然加速度传感器值G2V的绝对值比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大,但是该状态不持续规定时间(在图17中,100毫秒)以上。也就是说在步骤S433中,判断是否使用者有意使加速度传感器值G2V变化。而且,在步骤S433中,对应于平衡式电动滑板车1的结构对规定时间和第1加速度传感器阈值TH1G2V进行设置。
在步骤S433的处理中,在加速度传感器值G2V的绝对值比第1加速度传感器的阈值TH1G2V大且该状态持续规定时间的场合下,微型计算机94判断使用者要从平衡式电动滑板车1上下车。此时,控制模式切换部942d将控制模式切换到待机模式(图13的步骤S431)。
在步骤S433中,在加速度传感器值G2V的绝对值小于等于第1加速度传感器的阈值TH1G2V或没有持续规定时间的场合下,加速度传感器值判定部945d判断是否平衡式电动滑板车1处于异常振动状态(步骤S434)。
在此利用附图对步骤S434的处理进行说明。图18是用于检测步骤S434中异常振动的流程图。
在步骤S434中,如图18所示,加速度传感器值判定部945d首先以100毫秒的采样时间读取过去1秒间的加速度传感器值G2V(步骤S4341)。也就是,在步骤S4321中,读入10次加速度传感器值G2V。
然后,加速度传感器值判定部945d计算在步骤S4341中作为正值读入的加速度传感器值G2V的个数以及作为负值读入的加速度传感器值G2V的个数之差(步骤S4342)。
然后,加速度传感器值判定部945d判断在步骤S4342中算出的差值是否小于等于2(步骤S4343)。当差值小于等于2时,加速度传感器值判定部945d判断在步骤S4341中所读取的加速度传感器值G2V的绝对值中至少1个是否比第2加速度传感器阈值TH2G2V大(步骤S4344)。
当步骤S4341中所读取的加速度传感器值G2V的绝对值中至少1个比第2加速度传感器阈值TH2G2V大时,加速度传感器值判定部945d判断平衡式电动滑板车1处于异常振动状态(步骤S4345)。
步骤S4342中计算出的差大于等于3时,在步骤S4343中,加速度传感器值判定部945d判断平衡式电动滑板车1不处于异常振动状态(步骤S4346)。
在步骤S4344中,步骤S4341中读取的加速度传感器值G2V的绝对值中所有值都小于等于第2加速度传感器阈值TH2G2V时,加速度传感器值判定部945d判断平衡式电动滑板车1不处于异常振动状态(步骤S4346)。
下文使用附图对判断平衡式电动滑板车1处于异常振动状态的场合进行说明。图19是示出平衡式电动滑板车1在异常振动状态的场合时,加速度传感器值G2V随时间变化的一个示例的视图。而且在图19中,纵轴表示加速度传感器值G2V,横轴表示时间。
当控制模式是乘车模式而且使用者没有乘上平衡式电动滑板车1时,平衡式电动滑板车1的滑板部不稳定。因而,滑板部不规则地振动,加速度传感器值G2V如图19所示以短周期上下往复变化。
在图19所示任意期间P中,当以100毫秒的采样时间读取10次加速度传感器值G2V的场合下,正值有4个,负值有6个。此时,在图18的步骤S4343中,判断为所述差小于等于2个。
而且,在图19中,所读取的加速度传感器值G2V的绝对值中5个比第2加速度传感器阈值TH2G2V大。此时,在图18的步骤S4344的处理中,判断为所读取的加速度传感器值G2V的绝对值中至少1个比第2加速度传感器阈值TH2G2V大,从而断定平衡式电动滑板车1处于异常振动状态。
另一方面,当使用者乘上平衡式电动滑板车1时,由于由使用者的体重使滑板部稳定,即使平衡式电动滑板车1因地面凹凸等振动时,加速度传感器输出值G2V的绝对值的最大值也不比第2加速度传感器阈值TH2G2V大。也就是说,通过设置图18的步骤S4344的处理,在使用者乘上平衡式电动滑板车1时,能够防止将平衡式电动滑板车1判断为异常振动状态。
而且,在乘车模式下进行普通行驶时,加速度传感器值G2V缓缓变化。此时,如果以100毫秒的采样时间读取10次加速度传感器值G2V,则10个加速度传感器值G2V基本上全是正值或负值。因而在步骤S4343中,判断为所述差大于等于3个。由此判断平衡式电动滑板车1不处于异常振动状态。即,通过设置步骤S4343的处理,在通常行驶状态下,能够防止将平衡式电动滑板车1判断为异常振动状态。
如上所述,通过在图12的步骤S434中判断平衡式电动滑板车1是否处于异常振动状态,能够在乘车模式下判断使用者是否已乘上平衡式电动滑板车1。而且,步骤S434中的采样时间和第2加速度传感器阈值TH2G2V最好对应于平衡式电动滑板车1的结构等由实验求取。
当在步骤S434中判定为异常振动状态时,微型计算机94判断使用者没有乘上平衡式电动滑板车1。此时,控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式(图13的步骤S431)。由此,能够防止平衡式电动滑板车1在使用者没有乘车的状态下行驶。
在图12的步骤S434中判断不处于异常振动状态时,如图13所示,车轮转动速度判定部943d、驱动转矩判定部946d(参考图7)和经过时间判定部941d进行如下判断:转动角度变化值Δθw是否为0(平衡式电动滑板车停止状态)并且由上述式(4)计算的驱动指令转矩T的绝对值比第1转矩阈值TH1T大的状态是否持续了规定时间(步骤S435)。
在此,使用附图对步骤S435的处理进行说明。图20是示出在步骤S435中,在判断为转动角度变化值Δθw为0且驱动指令转矩T的绝对值比第1转矩阈值TH1T大的状态已经持续了规定时间的场合下,驱动指令转矩T随时间变化的示例的视图。在图20中,纵轴表示驱动指令转矩T,横轴表示时间。
图20(a)示出使滑板部倾斜成滑板部前方侧接近地面并在此状态下使平衡式电动滑板车1停止时的驱动指令转矩T随时间变化的一个示例。在图20(a)的时刻T1-T2之间,滑板部相对于地面呈大致水平状态,在时刻T2-T3之间,滑板部以前方侧接近地面的方式缓缓倾斜。此外,在时刻T3之后,在滑板部以一定角度倾斜的状态下,平衡式电动滑板车1停止。
而且,图20(b)示出使滑板部倾斜成滑板部后方侧接近地面并在此状态下使平衡式电动滑板车1停止时的驱动指令转矩T随时间变化的一个示例。在图20(b)的时刻T4-T5之间,滑板部相对于地面大致呈水平状态,在时刻T5-T6之间,滑板部以后方侧接近地面的方式缓缓倾斜。而且,在时刻T6之后,在滑板部以一定角度倾斜的状态下,平衡式电动滑板车1停止。
如图20(a)、20(b)所示,一旦在滑板部以一定角度倾斜的状态下使平衡式电动滑板车1停止,驱动指令转矩T维持对应于滑板部的倾斜角度的一定值。在没有设置步骤S435的处理场合下,虽然平衡式电动滑板车1停止,但是仍然继续向电机8a供应驱动电流。由此,尽管平衡式电动滑板车1已停止,但是电流消耗增加。而且,由于在电机8a上施加大的负荷,所以电机8a发生故障的概率增高。
在此,通过在本实施形态中设置步骤S435的处理,在使用者有意使平衡式电动滑板车1停止的场合,可以防止给予电机8a电流。由此,能够削减电能消耗,同时能够延长电机8a的寿命。而且,在步骤S435中规定时间和第1转矩阈值TH1T可对应于平衡式电动滑板车1的结构等进行设定。
在步骤S435中,当转动角度变化值Δθw为0而且驱动指令转矩T的绝对值比第1转矩阈值TH1T大的状态持续规定时间时,微型计算机94判断使用者要从平衡式电动滑板车1上下车而有意地停止平衡式电动滑板车1。此时,控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式(步骤S431)。
在步骤S435中,当转动角度变化值Δθw不为0,驱动指令转矩T的绝对值小于等于第1转矩阈值TH1T或没有持续规定时间时,滑板角度判定部947d(参考图7)和经过时间判定部941d判断倾斜角度θb的绝对值是否比第1倾斜角度阈值TH1θb大并且该状态是否持续规定时间(步骤S436)。当判定倾斜角度θb的绝对值比第1倾斜角度阈值TH1θb大而且该状态持续了规定时间时,微型计算机94判断使用者使滑板部的前方侧或后方侧接近地面以使平衡式电动滑板车1停止,此时,控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式(步骤S431)。
在步骤S436中,当倾斜角度θb的绝对值小于等于第1倾斜角度阈值TH1θb或没有持续规定时间时,微型计算机94判定使用者要使平衡式电动滑板车1继续行驶。此时控制模式切换部942d继续乘车模式(步骤S437)。而且,使用者能够任意设定在步骤S436中的第1倾斜角度阈值TH1θb和规定时间。
在图9的步骤S414中控制模式是起升模式时,如图14所示,经过时间判定部941d判定是否已经过了规定时间(例如1秒)(步骤S438)。当经过了规定时间时,控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式(步骤S439)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
在本实施形态中,控制模式成为起升模式后,当在1秒内不能转换为平衡稳定模式时,认为向平衡稳定模式的转换失败。即,步骤S438的处理设置成用于:在从起升模式向平衡稳定模式的转换失败时,使控制模式转换到待机模式。
在步骤S438中,当没有经过规定时间时,滑板角度判定部947b和车轮转动速度判定部943d进行如下判断:倾斜角度θb的绝对值是否比第2倾斜角度阈值TH2θb小,并且转动角度变化值Δθw的绝对值是否比静止角速度阈值THquΔθw小(步骤S440)。当倾斜角度θb的绝对值比第2倾斜角度阈值TH2θb小,并且转动角度变化值Δθw的绝对值比静止角速度阈值THquΔθw小时,微型计算机94判断平衡式电动滑板车1静止并将滑板部维持成大致水平。此时,控制切换部942d将控制模式切换为平衡稳定模式(步骤S441),然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。而且,在步骤S440中,第2倾斜角度阈值TH2θb和静止角速度阈值THquΔθw根据平衡式电动滑板车1的结构等进行设定。
在步骤S440中,当倾斜角度θb的绝对值大于等于第2倾斜角度阈值TH2θb,或转动角度变化值Δθw的绝对值大于等于静止角速度阈值THquΔθw时,微型计算机94判断为平衡式电动滑板车1不处于静止并将滑板部维持成大致水平的状态。此时,控制切换部942d持续起升模式(步骤S442)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
在图9的步骤S414中,当控制模式不是起升模式时,即控制模式为平衡稳定模式时,如图15所示,车轮转动角度判定部948d(参考图7)判断转动角度值θw的绝对值是否大于转动角度阈值THθw(步骤S443)。当转动角度值θw的绝对值大于转动角度阈值THθw时,控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式(步骤S444)。然后,微型计算机94进入图8的步骤S43的处理。
步骤S443被设置成用于:从电源接通直至成为平衡稳定模式为止,当转动角度值θw变化很大时即平衡式电动滑板车1的位置移动很大时,结束平衡稳定模式。而且,转动角度阈值THθw的值可根据平衡式电动滑板车1的使用场所等条件进行设定。
在步骤S443中,当转动角度值θw的绝对值小于等于转动角度阈值THθw时,车轮转动角度判定部948d、驱动转矩判定部944d和经过时间判定部941d进行如下判断:转动角度变化值Δθw(平衡式电动滑板车1的车速)是否为0、并且驱动指令转矩T的绝对值比第2转矩阈值TH2T大的状态是否持续了规定时间(步骤S445)。当转动角度变化值Δθw为0,并且驱动指令转矩T的绝对值比第2转矩阈值TH2T大的状态持续了规定时间时,微型计算机94判断由使用者有意地停止平衡式电动滑板车1。此时,控制模式转换部942d将控制模式转换为待机模式(步骤S444)。而且,在步骤S445中,使用者能够任意设定第2转矩阈值TH2T和规定时间。
在步骤S445中,当转动角度变化值Δθw不是0、驱动指令转矩T的绝对值小于等于第2转矩阈值TH2T、或没有持续规定时间时,控制模式转换部942d持续平衡稳定模式(步骤S446)。
(3-5)驱动指令处理(步骤S5)
在步骤S5的驱动指令处理(参考图4)中,微型计算机94将图8的步骤S43的电流指令值计算处理中所算出的电流指令值给予电机驱动器92。由此,平衡式电动滑板车1进行对应于各个控制模式的动作。
(4)根据本实施形态的平衡式电动滑板车的效果
如上所述,在根据本实施形态的平衡式电动滑板车1中,控制模式设定部94b根据由运算处理部94a计算出的各个值来设定控制模式。此时,微型计算机94能够在判断使用者乘车和下车的同时对应于所判定的状态控制平衡式电动滑板车1的动作。因而,没有必要设置用于判断使用者乘车和下车的装置以及用于切换控制模式的开关等,由此,能够降低平衡式电动滑板车1的制造成本。
而且,如图11的步骤S427所示,当控制模式是待机模式时,当倾斜角度变化值Δθb的绝对值变得比乘车角速度阈值THonΔθb大时,控制模式变换为乘车模式。即,当使用者按照意图以大于等于规定(角速度)值的角速度使平衡式电动滑板车1的滑板部的倾斜角度变化时,则控制模式切换为乘车模式,平衡式电动滑板车1行驶。此时,由于防止在使用者完全乘车前平衡式电动滑板车1开始行驶,从而能够在使用者安全乘上滑板部后根据自己的意图使平衡式电动滑板车1行驶。
而且如图12的步骤S430所示,当控制模式是乘车模式时,当倾斜角度变化值Δθb的绝对值变得比下车角速度阈值THoffΔθb大时,控制模式变换为待机模式。即,当使用者按照意图以大于等于规定值的角速度使平衡式电动滑板车1的滑板部的倾斜角度变化时,则控制模式切换为待机模式,平衡式电动滑板车1停止。由此,使用者能够安全地从平衡式电动滑板车1上下车。
如上所述,在根据本发明的平衡式电动滑板车1中,能够通过使用者有意地使所述滑板部运动来切换控制模式。由此,由于可防止车辆实施使用者设想之外的动作,从而可提高平衡式电动滑板车1的安全性。
(5)权利要求的各个构成要素与实施形态的各个部分的对应
在上述实施形态中,滑板部相当于本体部,电机8a相当于驱动部,回转传感器G1和加速度传感器G2相当于第1检测部,驱动控制部9和微型计算机94相当于控制部。车轮转动角度检测传感器8c相当于第2检测部,控制模式相当于动作模式,乘车模式相当于行进模式,待机模式相当于停止模式。
而且倾斜角度值θb和倾斜角度变化值Δθb相当于与倾斜角度有关的信息;倾斜角度变化值Δθb相当于倾斜角度变化率和单位规定时间的倾斜角度变化量;转动角度变化值Δθw相当于与转动角度有关的信息,相当于转动角度变化率和单位规定时间的车轮转动角度变化量;乘车角速度阈值THonΔθb和下车角速度阈值THoffΔθb相当于规定阈值。
(6)其它实施形态
在上述实施形态中,图5的运算处理部94a和图7的控制模式设定部94b的各个功能部由微型计算机94和其控制程序实现,但是运算处理部94a和控制模式设定部94b的各个功能部的一部分或全体也可以由逻辑电路等硬件实现。而且,也可以使用CPU和存储器替代微型计算机94。
而且,本体部并不局限于上述实施形态的滑板部,例如,也可以使用一体形成的板状部件作为滑板部。而且,作为驱动部,也可以使用发动机等其它转动力发生器来替代电机8a。
在上述实施形态中,以具有1个车轮8的平衡式电动滑板车1为例进行了说明,但是,也可以设置同轴的多个车轮来替代一个车轮8。即也可以在与行驶方向垂直的方向上具有多个车轮。
而且,第1检测部并不局限于回转传感器G1和加速度传感器G2,也可以使用回转传感器G1和加速度传感器G2中的任一个。而且,第2检测部并不局限于编码器,也可以使用各种光学传感器、机械开关等。
而且在图13的步骤S436中,根据滑板部的倾斜角度,判断是否将控制模式切换为待机模式,但是也可以由下述说明的方法判断是否将控制模式切换为待机模式。
图21是示出平衡式电动滑板车的其它结构的示意性侧视图。图21的平衡式电动滑板车与图2的平衡式电动滑板车1不同之处如下所述。
在图21的平衡式电动滑板车1a中,在搁脚板5和搁脚板6的前端部和后端部上设置有辅助轮5a和辅助轮6a。而且,辅助轮5a和辅助轮6a分别具有开关5b和开关6b。例如开关5b和开关6b设定成在辅助轮5a和辅助轮6a接触地面时接通。
此时,通过测量开关5b或开关6b处于接通状态的时间,能够测定在辅助轮5a或辅助轮6a接触地面状态即滑板部处于大的倾斜状态下,平衡式电动滑板车1的行驶时间。因而,当开关5b或开关6b处于接通状态持续了规定时间时,也可以由控制模式切换部942d将控制模式切换为待机模式。由此,能够进行与图13的步骤S436相同的判断。
Claims (20)
1.一种车辆,它包括:
使用者所乘的本体部;
自由转动地支承在所述本体部上的车轮;
驱动所述车轮的驱动部;
检测与所述本体部的倾斜角度有关的信息的第1检测部;和
以多个动作模式控制所述驱动部的控制部,
其中,所述控制部根据由所述第1检测部所检测到的与所述本体部的倾斜角度有关的信息切换所述动作模式。
2.如权利要求1所述的车辆,其特征在于,与所述倾斜角度有关的信息包含所述本体部的倾斜角度的变化率。
3.如权利要求2所述的车辆,其特征在于,所述本体部的倾斜角度的变化率是单位规定时间的所述本体部的倾斜角度的变化量。
4.如权利要求2所述的车辆,其特征在于,所述控制部在所述倾斜角度的变化率大于等于规定阈值时切换所述动作模式。
5.如权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述多个动作模式包括用于所述本体部进行行进动作的行进模式以及用于所述本体部停止的停止模式。
6.如权利要求5所述的车辆,其特征在于,还包括检测与所述车轮的转动角度有关的信息的第2检测部;所述控制部在所述行进模式中根据与所述倾斜角度有关的信息以及与所述转动角度有关的信息控制由所述驱动部进行的所述行进动作。
7.如权利要求6所述的车辆,其特征在于,与所述倾斜角度有关的信息包括所述本体部的倾斜角度的变化率和所述本体部的倾斜角度,与所述转动角度有关的信息包括所述车轮的转动角度的变化率。
8.如权利要求5所述的车辆,其特征在于,还包括检测与所述车轮的转动角度有关的信息的第2检测部;所述控制部在所述停止模式中以根据与所述转动角度有关的信息停止所述车轮的方式控制所述驱动部。
9.如权利要求8所述的车辆,其特征在于,与所述车轮的转动角度有关的信息包括所述车轮的转动角度的变化率。
10.如权利要求9所述的车辆,其特征在于,所述转动角度的变化率是单位规定时间的所述车轮的转动角度的变化量。
11.如权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述车轮以能够绕与所述本体部的行进方向交叉的方向上的轴转动的方式设置在所述本体部的中央部的下面侧上。
12.如权利要求11所述的车辆,其特征在于,所述本体部被设置成以所述车轮为支点上下自由地倾斜。
13.一种车辆控制装置,它是一种对包括使用者所乘的本体部、自由转动地支承在所述本体部上的车轮、驱动所述车轮的驱动部的车辆进行控制的控制装置,所述控制装置包括:
检测与所述本体部的倾斜角度有关的信息的第1检测部;和
以多个动作模式控制所述驱动部的控制部,
其中,所述控制部根据由所述第1检测部所检测到的与所述本体部的倾斜角度有关的信息切换所述动作模式。
14.如权利要求13所述的车辆控制装置,其特征在于,与所述倾斜角度有关的信息包含所述本体部的倾斜角度的变化率。
15.如权利要求14所述的车辆控制装置,其特征在于,所述本体部的倾斜角度的变化率是单位规定时间的所述本体部倾斜角度的变化量。
16.如权利要求14所述的车辆控制装置,其特征在于,所述控制部在所述倾斜角度的变化率大于等于规定阈值时切换所述动作模式。
17.一种车辆控制方法,它是一种对包括使用者所乘的本体部、自由转动地支承在所述本体部上的车轮、驱动所述车轮的驱动部的车辆进行控制的控制方法,所述控制方法包括:
检测与所述本体部的倾斜角度有关的信息的步骤;和
以根据与所述本体部的倾斜角度有关的信息切换动作模式的方式控制所述驱动部的步骤。
18.如权利要求17所述的车辆控制方法,其特征在于,与所述倾斜角度有关的信息包含所述本体部的倾斜角度的变化率。
19.如权利要求18所述的车辆控制方法,其特征在于,所述本体部的倾斜角度的变化率是单位规定时间的所述本体部的倾斜角度的变化量。
20.如权利要求18所述的车辆控制方法,其特征在于,控制所述驱动部的步骤包括控制所述驱动部以在所述倾斜角度的变化率大于等于规定阈值时切换所述动作模式的步骤。
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