(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-25
(45)【発行日】2024-05-08
(54)【発明の名称】電気制御車両
(51)【国際特許分類】
A61H 3/04 20060101AFI20240426BHJP
【ＦＩ】
A61H3/04
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2019235274
(22)【出願日】2019-12-25
(65)【公開番号】P2021101968
(43)【公開日】2021-07-15
【審査請求日】2022-11-25
(73)【特許権者】
【識別番号】503405689
【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】橋本 浩明
【審査官】今関 雅子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／１８８７２６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２３６２０８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１３７１３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｈ ３／０４
Ｂ６２Ｂ １／００－５／０８
Ａ６１Ｇ ５／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記車体の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、
前記傾斜角度と前記制動力との相関関係を記憶した記憶部と、
前記相関関係と取得した前記傾斜角度とに基づいて前記ブレーキに付与する前記制動力を電気的に制御するブレーキ制御部と、
を備え、
前記ブレーキ制御部は、
前記車体が下り傾斜を進行中に前記傾斜角度取得部が取得した傾斜角度が一定である場合、前記相関関係に基づいて前記取得した傾斜角度に対応する前記制動力を求め、
前記車体が下り傾斜を進行中に前記傾斜角度取得部が取得する傾斜角度が減少した場合、単位時間当たりの制動力の減少量を前記相関関係に基づいて求められる前記取得した傾斜角度に対応する単位時間当たりの前記制動力の減少量よりも減少させる、電気制御車両。
【請求項2】
前記傾斜角度取得部が取得した傾斜角度を記憶する傾斜角度記憶部を備え、前記ブレーキ制御部は、前記傾斜角度記憶部が記憶している傾斜角度の変化履歴に基づいて傾斜角度が減少したと決定する、請求項１に記載の電気制御車両。
【請求項3】
前記ブレーキ制御部は、前記車体が下り傾斜を進行中に前記取得した傾斜角度が増加した場合、単位時間当たりの制動力の増加量を前記相関関係に基づいて求められる前記取得した傾斜角度に対応する単位時間当たりの前記制動力の増加量よりも減少させ、
前記ブレーキ制御部は、傾斜角度が減少するときの単位時間当たりの前記制動力の変化量の絶対値が、傾斜角度が増加するときの単位時間当たりの前記制動力の変化量の絶対値よりも大きくなるように前記ブレーキを作動させる、請求項１又は２に記載の電気制御車両。
【請求項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、前記ブレーキに付与する前記制動力を電気的に制御するブレーキ制御部と、
前記車体のピッチ角度を検出するピッチ角センサとを備え、
前記ブレーキ制御部は、前記ピッチ角センサの検出値に対して時定数の異なる２つの遅延フィルタを適用し得られた２つの値のうち小さい方の値に基づいて前記制動力を決定する、電気制御車両。
【請求項5】
前記車体の旋回を検知する旋回検知部を備え、前記ブレーキ制御部は、前記ピッチ角センサの検出値及び前記旋回検知部の検知結果に基づき車体の下り傾斜に向けた旋回を検知した場合に前記小さい方の値に基づいて決定された制動力よりも強い制動力を発生させる、請求項４に記載の電気制御車両。
【請求項6】
前記車体の旋回を検知する旋回検知部を備え、前記ブレーキ制御部は、前記ピッチ角センサの検出値及び前記旋回検知部の検知結果に基づき車体の下り傾斜に向けた旋回を検知した場合に予め定められた時間だけ前記小さい方の値に基づいて決定された制動力を作用させるタイミングを早める、請求項４に記載の電気制御車両。
【請求項7】
車体のロール角度を検出するロール角センサを備え、前記ブレーキ制御部は、前記ロール角センサの検出値が前記ピッチ角センサの検出値よりも所定量以上大きい場合、前記決定された制動力に関わらず前記決定された制動力を作用させない、請求項４に記載の電気制御車両。
【請求項8】
前記ブレーキ制御部は、下り傾斜を進行中に前記車体に進行方向後方へ力が加えられた場合、前記制動力を弱める、請求項４に記載の電気制御車両。
【請求項9】
車体に設けられた車輪に制動力を付与するブレーキと、前記車体のピッチ角度を検出するピッチ角センサと、
前記ピッチ角度と前記制動力との相関関係を記憶した記憶部と、
前記ブレーキに付与する前記制動力を電気的に制御するブレーキ制御部と、
を備え、
前記ブレーキ制御部は、前記相関関係に基づいて求めた前記ピッチ角センサの検出結果に対応する制動力の値に対して時定数の異なる２つの遅延フィルタを適用して得られた値のうち大きい方の値を制動力に決定する、電気制御車両。
【請求項10】
車体に設けられた車輪に制動力を付与するブレーキと、前記車体の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、
前記傾斜角度と前記制動力との相関関係を記憶した記憶部と、
前記相関関係と取得した前記傾斜角度とに基づいて前記ブレーキに付与する前記制動力を電気的に制御するブレーキ制御部と、
を備え、
前記ブレーキ制御部は、
前記車体が下り傾斜を進行中に前記傾斜角度取得部が取得する傾斜角度が一定である場合、前記相関関係に基づいて前記取得した傾斜角度に対応する前記制動力を求め、
前記車体が下り傾斜を進行中に前記傾斜角度取得部が取得する傾斜角度が減少した場合、単位時間当たりの制動力の減少量を前記相関関係に基づいて求められる前記取得した傾斜角度に対応する単位時間当たりの前記制動力の減少量よりも減少させ、且つ進行方向後方へ力が加えられた場合、前記制動力を弱める、電気制御車両。
【請求項11】
車体に設けられた車輪に制動力を付与し、かつ前記車輪にアシスト力を付与する電動機と、前記車体の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、
前記傾斜角度と前記制動力との相関関係を記憶した記憶部と、
前記相関関係と取得した前記傾斜角度とに基づいて前記電動機に付与する前記制動力を電気的に制御し、前記車体が下り傾斜を進行中に前記傾斜角度取得部が取得した傾斜角度が一定である場合、前記相関関係に基づいて前記取得した傾斜角度に対応する前記制動力を求め、前記車体が下り傾斜を進行中に前記傾斜角度取得部が取得する傾斜角度が減少した場合に単位時間当たりの制動力の減少量を前記相関関係に基づいて求められる前記取得した傾斜角度に対応する単位時間当たりの前記制動力の減少量よりも減少させるブレーキ制御部と、
前記車体が上り傾斜を進行中に前記傾斜角度取得部の検出値に対して時定数の異なる２つの遅延フィルタを適用して得られた値のうち小さい方の値に基づいて決定したアシスト力で前記電動機を駆動させるアシスト制御部とを備える、電気制御車両。
【請求項12】
前記ブレーキ制御部は、低速領域及び高速領域で前記電動機を逆転させて制動力を発生させ、中速領域では前記電動機の回生ブレーキによる制動力を発生させることで前記電気制御車両のバッテリを充電する、請求項１１に記載の電気制御車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電気制御車両に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、老人や脚力の弱い人の歩行を補助するために、電気制御車両が知られている。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、モータのトルクブレーキを利用して下り傾斜を走行するときに車体と使用者が離れすぎないようにしている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－１８７４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
通常、モータのトルクブレーキによる制動力は、下り傾斜の角度に対応付けて決定されている。従って、例えば下り傾斜角度が急激に減少した場合のように傾斜角度が急激に変化すると、制動力も急激に変化してしまう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、車体に設けられた車輪に制動力を付与するブレーキと、ブレーキに付与する制動力を電気的に制御するブレーキ制御部と、車体の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部とを備え、ブレーキ制御部は、車体が下り傾斜を進行中に傾斜角度取得部が取得する傾斜角度が減少した場合に単位時間当たりの制動力の減少量を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】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】同歩行車の側面図である。
【図3】同歩行車の制御系統のブロック図である。
【図4】使用者が歩行車を押しながら下り坂を歩く様子を模式的に示す図である。
【図5】ブレーキ情報の一例を示すグラフである。
【図6】下り傾斜を走行するときのピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。
【図7】下り傾斜を走行するときのピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。
【図8】下り傾斜を走行するときのピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。
【図9】使用者が歩行車を押しながら下り斜面に向けて旋回する様子を模式的に示す。
【図10】ピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。
【図11】傾斜面を横切るように使用者が歩行車を押しながら歩く様子を模式的に示す。
【図12】更なる実施形態による歩行車の制御系統のブロック図である。
【図13】使用者が歩行車を押しながら上り坂を歩く様子を模式的に示す図である。
【図14】アシスト情報の一例を示すグラフである。
【図15】上り傾斜を走行するときのピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。
【図16】ピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。
【図17】ピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。
【図18】回生ブレーキを駆動したときモータの回転速度と制動力の関係を示すグラフである。
【図19】回生ブレーキと逆転ブレーキを組み合わせたときのモータの回転速度と制動力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
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原動力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。
【0008】
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、機械的ブレーキ及び電気的ブレーキを含む。機械的ブレーキは、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車輪の回転数を低下させる。電気的ブレーキは、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して車輪の回転数を低下させる。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体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、車体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、車体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、車体の走行面の傾斜角度を意味する。路面の傾斜角度は、実質的には車体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。
【0009】
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、車体を構成する本体フレーム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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
一対の後輪１３の外周には、機械的に接触可能な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。
【0014】
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、機械的な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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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、電動機としてのモータ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を一対の後輪の各々に対応させて配置し、それ以外の制御部とバッテリを収容部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。
【0024】
〔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、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後輪１３の回転数が抑制され、モータ１０５が後輪１３に対する制動力を発生させる。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。
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、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後輪１３の回転数が抑制され、モータ１０５が後輪１３に対する制動力を発生させる。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。
【0025】
〔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。
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。
【0026】
〔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。
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。
【0027】
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。このように速度、及び加速度の取得は、加速度センサ１１３、及び速度センサ１１５の何れか１つを用いれば実現可能である。
【0028】
〔制御部〕
制御部１０１は、モータ１０５を制御することにより制動力を制御するブレーキ制御部として機能する。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による制動力を制御する。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強さを演算し、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を制御する。
制御部１０１は、モータ１０５を制御することにより制動力を制御するブレーキ制御部として機能する。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による制動力を制御する。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強さを演算し、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を制御する。
【0029】
以下、制御部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。
【0030】
〔下り傾斜における制御〕
図４は、使用者が歩行車１００を押しながら下り坂を歩く様子を模式的に示す図である。制御部１０１は、走行面が平地から下り傾斜に変化するとき（図４の領域Ａ）、角度変化の無い下り傾斜を走行している間（図４の領域Ｂ）、走行面が下り傾斜から平地に変化するとき（図４の領域Ｃ）、走行面が下り傾斜から平地に変化してから一定期間（図４の領域Ｄ）の各々の場面で制動力を変化させる。
図４は、使用者が歩行車１００を押しながら下り坂を歩く様子を模式的に示す図である。制御部１０１は、走行面が平地から下り傾斜に変化するとき（図４の領域Ａ）、角度変化の無い下り傾斜を走行している間（図４の領域Ｂ）、走行面が下り傾斜から平地に変化するとき（図４の領域Ｃ）、走行面が下り傾斜から平地に変化してから一定期間（図４の領域Ｄ）の各々の場面で制動力を変化させる。
【0031】
制御部１０１は、ピッチ角度θと制動力Ｆｂとの相関関係を示すブレーキ情報を有している。ピッチ角度θの決定方法については後述する。ブレーキ情報は、特定のピッチ角度θに対しては特定の制動力Ｆｂを付与すべきことを示す情報であり、予め作成されてメモリ内に格納されている。したがって制御部１０１は、ブレーキ情報を参照しピッチ角度θに対応する制動力Ｆｂを読み出し、読み出した制動力Ｆｂの値に基づいてモータ１０５を制御する。
【0032】
図５はブレーキ情報の一例を示すグラフである。図５において縦軸は制動力Ｆｂを示し、横軸はピッチ角度θを示す。なおピッチ角度θは、水平面（０度）に対する角度を示す。また、上述したように車体のピッチ角度θは実質的に走行している路面の傾斜角度に相当すると推定されるため、ここではピッチ角度θは実質的に路面の傾斜角度を示していると考えてもよい。従って、ピッチ角度θが小さくなるほど急な下り坂を走行していることを意味する。
【0033】
図５に示すように、ピッチ角度θが値０以下、θ１以上の場合、制御部１０１は制動力Ｆｂを発生させない。微小な傾斜は路面の凹凸であることが考えられ、微小な凹凸が発生する度に制動力Ｆｂを作用させないためである。ピッチ角度θが値θ１度未満、値θ２度以上の場合、制御部１０１はピッチ角度θが減少するにつれて制動力Ｆｂを強くする。ピッチ角度θが値θ２未満の場合、制動力Ｆｂは一定の値（最大値）となる。制動力Ｆｂに最大値を設けることで、後輪１３のロックを防止する。これにより、後輪１３が滑ったり、後輪１３が停止して下り坂を下りられなくなったりするのを防げる。なお、図５の例ではピッチ角度が０以下、θ１以上の場合、制動力Ｆｂを発生させないこととするが必要に応じて弱い制動力Ｆｂを発生させてもよい。
【0034】
図６は、歩行車が下り傾斜を走行するときのピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。より具体的には図６は、歩行車１００が図４に示すような下り傾斜を走行している間のピッチ角度θの実測値の経時的な変化を示す。ピッチ角度θの実測値は、傾斜センサから得られる実測値であっても良いし、加速度センサ１１３の検出結果から算出される算出値であってもよい。図６に示すように時刻ｔ１において走行路面が平地から下り傾斜に変化すると、ピッチ角度θの実測値が減少し始める。時刻ｔ２～時刻ｔ３にかけて歩行車１００が角度変化の無い傾斜を走行している間は、ピッチ角度θの実測値は一定である。時刻ｔ４において走行路面が下り傾斜から平地に変化すると、ピッチ角度θの実測値が増加し始める。時刻ｔ４以降、歩行車１００が平地を走行している間はピッチ角度θの実測値は一定である。仮に、ここでピッチ角度θの変化にあわせてそのままブレーキ情報を適用すると、時刻ｔ１、時刻ｔ３において制動力Ｆｂの急激な変化が発生する。また、時刻ｔ４において走行路面が下り傾斜から平地に変化したときに制動力Ｆｂが突然解除（Ｆｂ＝０）されてしまう。制動力Ｆｂが突然解除されると、歩行車１００が急加速することが考えられる。これらを防止するために、制御部１０１は、制動力Ｆｂを決定するときにピッチ角度θの実測値ではなく、ピッチ角度θの補正値を用いる。
【0035】
制御部１０１は、時定数の異なる２種類の遅延フィルタをピッチ角度θの実測値に適用し、２つの補正値を算出する。制御部１０１は、算出された２つの補正値のうち小さい方の値をピッチ角度θの補正値とする。次いで制御部１０１は、ブレーキ情報を参照しピッチ角度θの補正値に対応する制動力Ｆｂの値を読み出す。読み出された値は、モータ１０５に送信される制動力Ｆｂとなる。遅延フィルタとしては、例えば移動平均又は平滑化平均を用いたローパスフィルタを用いることができる。指数化平均を用いたローパスフィルタの一例を以下の数式１及び数式２に示す。
ここで、値θｓｌｏｗ－１は１つ前のθｓｌｏｗの算出値を示し、値θｆａｓｔ－１は１つ前のθｆａｓｔの算出値を示す。また、数式１及び数式２においては時定数α＜時定数βである。時定数αは、実質的に走行路面の傾斜角度が減少したときの反応速度を表す。時定数βは、実質的に走行路面の傾斜角度が増加したときの速度の回復速度を表す。
【数1】
【数2】
【0036】
図７及び図８は、ピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。より具体的には図７は、図６に上記数式１及び数式２で算出された値θｓｌｏｗ及び値θｆａｓｔを加えたグラフである。図７に示すように、ローパスフィルタを適用したピッチ角度θｓｌｏｗ及びピッチ角度θｆａｓｔは、ピッチ角度の実測値θに対して遅延している。ピッチ角度θｓｌｏｗの遅延量は、ピッチ角度θｆａｓｔの遅延量よりも大きい。制御部１０１は、数式１及び数式２によって得られたピッチ角度θｓｌｏｗ及びピッチ角度θｆａｓｔのうち各時刻において値が小さい方のピッチ角度θｍｉｎを、ピッチ角度θの補正値とする。ピッチ角度θの補正値は、制御部１０１がブレーキ情報を参照するときに使用するピッチ角度θの値である。従って制御部１０１は、ピッチ角度θの補正値に対応する制動力Ｆｂをブレーキ情報から読み出し、読み出した制動力Ｆｂをモータに送信する。なお、算出されたピッチ角度θｆａｓｔ及びピッチ角度θｓｌｏｗはメモリに格納され変化履歴として管理される。格納された値は、次回のピッチ角度θｆａｓｔ＋１及びピッチ角度θｓｌｏｗ＋１を算出するときに使用される。
【0037】
図８は、図６に上記ピッチ角度θの補正値を加えたグラフである。図８に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間では、ピッチ角度θｆａｓｔの値がピッチ角度θの補正値とされる。時刻ｔ３以降はピッチ角度θｓｌｏｗの値がピッチ角度θの補正値とされる。換言すれば、走行路面が平地から下り傾斜に変化するときは時定数が小さいピッチ角度θｆａｓｔの値がピッチ角度θの補正値として使用される。これにより、制動力Ｆｂを急激に強めたい場面では遅延が少ないピッチ角度θの値を使用できる。また、走行路面が下り傾斜から平地に変化するときは時定数が大きいピッチ角度θｓｌｏｗの値がピッチ角度θの補正値として使用される。これにより、制動力Ｆｂをゆっくり弱められる。
【0038】
時刻ｔ３以降のピッチ角度θの補正値に着目すると、ピッチ角度θの補正値の増加量が変曲点以降、緩やかになっている（傾きが減少している）ことが分かる。図５に示すブレーキ情報を参照すると、ピッチ角度θの補正値の増加量が緩やかになることは、制動力Ｆｂの減少量を経時的に減少させることを意味する。従って、ピッチ角度θの補正値を用いることにより、単位時間当たりの制動力Ｆｂの減少量を減少させられる。これにより、領域Ｃの後半から領域Ｄの間では制動力Ｆｂはすぐに解除されず（Ｆｂ＝０にはならず）、徐々に減少する。これにより時刻ｔ３以降、特に時刻ｔ４における歩行車１００の急加速を防止できる。
【0039】
また、領域Ａにおけるピッチ角度θの補正値、及び領域Ｃから領域Ｄにかけてのピッチ角度の補正値に着目すると、後者の方が変化量の絶対値が大きいことが分かる。ここでいう変化量の絶対値とは、ピッチ角度θの実測値に対する遅延量（横軸に沿ってずれる量）を意味する。このような遅延量の大小関係により、走行路面の傾斜角度が減少して歩行車１０を減速させるために制動力Ｆｂが必要となる場面では、急速に制動力Ｆｂを大きくできる。また走行路面の傾斜角度が増加して歩行車１００を減速させる必要がなくなった場面では、徐々に制動力Ｆｂを弱くできる。制御部１０１は、時定数の異なる２種類のローパスフィルタを用い連続的な制御により、走行路面の傾斜角度に対応させた適切な制動力Ｆｂを提供し、かつ制動力Ｆｂを変化させられる。
【0040】
また２つのローパスフィルタを用いることにより、制動力Ｆｂを制御する間、走行路面の傾斜角度の変化履歴を参照し続ける必要がない。換言すれば、制御部１０１において走行路面の傾斜角度が増加しているのか、又は減少しているのかということを検出し判断する必要がない。これは、２つのローパスフィルタを用いることで、ピッチ角度θの変化量の絶対値が実質的に走行路面の状況を反映しているからである。領域Ａに関連して上述したように、走行路面の傾斜角度が減少している場合、ピッチ角度θの変化量の絶対値が相対的に小さくなる。また領域Ｃ及び領域Ｄに関連して上述したように、走行路面の傾斜角度が増加している場合、ピッチ角度θの変化量の絶対値が相対的に大きくなる。したがって、制御部１０１は、走行路面の傾斜角度の増減を検出し判断することなく走行路面の傾斜角度に対応させた適切な制動力Ｆｂを算出できる。また、ピッチ角度θの補正値は連続した値をとるため制動力Ｆｂの急激な増加及び低下を抑制できる。
【0041】
上述したように遅延フィルタは、必ずしも指数化平均を用いたローパスフィルタでなくてもよく他のフィルタを用いてもよい。この場合、遅延フィルタは異なる２種類の時定数として、異なる２種類の遅延量を有する。
【0042】
また上述したローパスフィルタは、ピッチ角度θの補正値を算出するものであるが、制動力Ｆｂを補正する遅延フィルタを用いてもよい。この場合、制御部１０１は、ピッチ角度θの実測値からブレーキ情報に基づいて制動力Ｆｂを決定する。制御部１０１は決定した制動力Ｆｂに対して時定数の異なる２つの遅延フィルタを適用する。制御部１０１は、遅延フィルタを適用することで得られた２つの制動力Ｆｂの補正値の小さい方を制動力Ｆｂとしてモータに送信する。このような方法によっても、ピッチ角度θを補正するのと同様の効果を得られる。
【0043】
〔傾斜面における急旋回時の制御〕
使用者が歩行車１００を押しながら下り傾斜に向けて旋回した場合の制御を説明する。なお、以下の説明では、下り傾斜に向けて旋回した場合の制御を、ピッチ角度θを補正するローパスフィルタを用いた歩行車１００に適用した例を説明する。以下の制御は制動力Ｆｂを補正するローパスフィルタを用いた歩行車１０についても適用可能である。
使用者が歩行車１００を押しながら下り傾斜に向けて旋回した場合の制御を説明する。なお、以下の説明では、下り傾斜に向けて旋回した場合の制御を、ピッチ角度θを補正するローパスフィルタを用いた歩行車１００に適用した例を説明する。以下の制御は制動力Ｆｂを補正するローパスフィルタを用いた歩行車１０についても適用可能である。
【0044】
図９は、使用者が歩行車を押しながら下り斜面に向けて旋回する様子を模式的に示す。より具体的には図９は使用者が斜面の途中で下り斜面に向けて旋回する様子を示す。歩行車１００が下り斜面に向けて旋回した場合、図５に関連して説明したようにピッチ角度θの補正値がθ１度未満になったときに下り傾斜を進行中であるものとして制動力Ｆｂを発生させる。ピッチ角度θの補正値は遅延を含む連続値である。従って、下り傾斜に向けて旋回する直前の走行路面の状況によっては、下り傾斜に向けて旋回したときのピッチ角度θの補正値が、正の値を示している場合が想定される。ピッチ角度θの補正値が正の値を示している場合としては、走行路面の凹凸が大きい場合、及び斜面を登っているときに例えば１８０°旋回して斜面を下り始める場合がある。ピッチ角度θの補正値が０より大きい正の値を示している状態からθ１度未満になるまでにかかる時間は、ピッチ角度θが０を示している状態からθ１度未満になるまでにかかる時間よりも長くなる。これは制動力Ｆｂが発生するまでの時間が遅れることを意味する。
【0045】
制動力Ｆｂの発生の遅れを抑制するために、制御部１０１は斜面の途中で下り斜面に向けて旋回されたと判断された場合に上述したローパスフィルタを用いた制動力Ｆｂの制御に関わらず制動力Ｆｂの大きさ又は制動力Ｆｂを適用するタイミングを補正する。制御部１０１は、歩行車１００が旋回し、かつ旋回した先の走行路面が下り傾斜である場合に、斜面の途中で下り斜面に向けて旋回されたと判断する。歩行車１００が旋回したか否かの判断は、制御部１０１が各後輪１３の速度センサ１１５の検出値を参照し、一方の後輪１３の速度が他方の後輪１３の速度よりも所定以上速いか否かを判断して実行される。従って、制御部１０１及び各後輪１３に設けられた２つの速度センサが旋回検知部に相当する。また、歩行車１００がヨー角センサを備えている場合には、制御部１０１がヨー角センサの検出値に基づいて旋回の有無を判断してもよい。この場合、制御部１０１及びヨー角センサが旋回検知部に相当する。旋回の有無の判断の精度を上げるためにロール角度の変化履歴を参照してもよい。旋回した先の走行路面が下り傾斜であるか否かの判断は、ピッチ角度θｆａｓｔとピッチ角度θｓｌｏｗとを比較することに基づく。ピッチ角度θｆａｓｔがピッチ角度θｓｌｏｗよりも小さい場合、旋回した先の走行路面が下り傾斜であると判断される。
【0046】
制御部１０１が、斜面の途中で下り斜面に向けて旋回されたと判断した場合、制御部１０１は制動力Ｆｂを強めるか、制動力Ｆｂを適用するタイミングを早めるか、その両方を同時に行う。制動力Ｆｂを強める場合、制御部１０１は予め決定された制動力Ｆｂの補正値をモータ１０５に送信する。制動力Ｆｂの補正値は例えば制動力Ｆｂの最大値（図５参照）のように、旋回した瞬間にローパスフィルタを適用することで得られるであろう制動力Ｆｂの算出値よりも大きい値とされる。制動力Ｆｂを適用するタイミングを早める場合、制御部１０１は予め決定された時間だけ制動力Ｆｂを適用するタイミングを早めローパスフィルタを適用したことによる遅延を打ち消す。この場合、制御部１０１はピッチ角度θｆａｓｔが値θ１を下回っているか否かに関わらず制動力Ｆｂを作用させる。また、下り傾斜に旋回するときに使用されるピッチ角度θの補正値は実質的に時定数が小さいピッチ角度θｆａｓｔの値となる。従って、数式２の値βよりもさらに小さい時定数のローパスフィルタを使用することも考えられる。
【0047】
また別の態様として、ピッチ角度θの補正値θｒｅｖを算出し、補正値θｒｅｖに基づいてブレーキ情報を参照して制動力Ｆｂを決定してもよい。図１０は、ピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。図１０に示すように、ピッチ角度θの補正値θｒｅｖは、ピッチ角度θの実測値に対して遅延し、ピッチ角度θの最小値θｍｉｎとして扱われるピッチ角度θｆａｓｔよりも遅延量が少ない値とされる。このような補正値θｒｅｖに基づいてブレーキ情報を参照して制動力Ｆｂを読み出すことで、遅延量を減らせる。従って、より速いタイミングでより強い制動力Ｆｂを得られる。これにより歩行車１００が斜面の途中で下り斜面に向けて旋回したときに適切な制動力Ｆｂを得られる。
【0048】
〔後退時の制動力解除〕
下り傾斜を走行しており制動力Ｆｂが強められている間に、歩行車１００を後退させたい場合がある。制動力Ｆｂが強められていると後輪の順回転に対してのみならず逆回転に対しても抵抗となるため、歩行車１００を後退させるときの抵抗となる。制御部１０１は、このような場合に制動力Ｆｂを弱め、後退し易くする。制動力Ｆｂを弱める制御は、他の制御に基づいて算出された制動力Ｆｂを適用することに優先して実行される。
下り傾斜を走行しており制動力Ｆｂが強められている間に、歩行車１００を後退させたい場合がある。制動力Ｆｂが強められていると後輪の順回転に対してのみならず逆回転に対しても抵抗となるため、歩行車１００を後退させるときの抵抗となる。制御部１０１は、このような場合に制動力Ｆｂを弱め、後退し易くする。制動力Ｆｂを弱める制御は、他の制御に基づいて算出された制動力Ｆｂを適用することに優先して実行される。
【0049】
制御部１０１は、制動力Ｆｂが強められている状態で歩行車１００が使用者によって引っ張られたとき、ブレーキ情報に基づく制動力Ｆｂの値に関わらず制動力Ｆｂを弱める。このとき制動力Ｆｂを値０にするのが好ましい。具体的には制御部１０１は、加速度センサ１１３の検出値に基づいて進行方向とは逆向きの力が加えられたと判断したとき、又は速度センサ１１５の検出値に基づいて後進したと判断したとき歩行車１００が使用者によって引っ張られたと判断する。その後制御部１０１は、モータに対して制動力Ｆｂを弱める信号を送信する。
【0050】
〔後退時の制動力増加〕
上述の制動力を解除する制御とは別に、水平な走行面又は上り傾斜を走行している間に使用者が歩行車を引っ張ったときに、制動力を強めてもよい。この場合、電気的ブレーキを作動させてもよいし、構造上可能であれば制御部１０１によりブレーキシュー等の摩擦要素を作動させて後輪１３に押し当て制動力を強めてもよい。具体的には制御部１０１は、水平な走行面を走行中に使用者が歩行車を引っ張ったときに制動力Ｆｂを強める。制御部１０１は、加速度センサ１１３の検出値を参照し進行方向とは逆向きの力が加えられたと判断したとき、又は速度センサ１１５の検出値に基づいて後進したと判断したときに歩行車が使用者によって引っ張られたか、重力により上り傾斜を後進したと判断する。このとき作用させる制動力Ｆｂは、予め決定された値であり走行している路面の傾斜に応じて制動力Ｆｂを変えることが好ましい。水平な走行面を走行している場合には、旋回動作等の使用者の意図的な操作を妨げないように制動力Ｆｂを図５に示す制動力の最大値よりも小さい値とするのがよい。上り傾斜を走行している場合には、歩行車１００の更なる後進を抑制するために、図５に示す制動力Ｆｂの最大値よりも更に大きい値とするのがよい。
上述の制動力を解除する制御とは別に、水平な走行面又は上り傾斜を走行している間に使用者が歩行車を引っ張ったときに、制動力を強めてもよい。この場合、電気的ブレーキを作動させてもよいし、構造上可能であれば制御部１０１によりブレーキシュー等の摩擦要素を作動させて後輪１３に押し当て制動力を強めてもよい。具体的には制御部１０１は、水平な走行面を走行中に使用者が歩行車を引っ張ったときに制動力Ｆｂを強める。制御部１０１は、加速度センサ１１３の検出値を参照し進行方向とは逆向きの力が加えられたと判断したとき、又は速度センサ１１５の検出値に基づいて後進したと判断したときに歩行車が使用者によって引っ張られたか、重力により上り傾斜を後進したと判断する。このとき作用させる制動力Ｆｂは、予め決定された値であり走行している路面の傾斜に応じて制動力Ｆｂを変えることが好ましい。水平な走行面を走行している場合には、旋回動作等の使用者の意図的な操作を妨げないように制動力Ｆｂを図５に示す制動力の最大値よりも小さい値とするのがよい。上り傾斜を走行している場合には、歩行車１００の更なる後進を抑制するために、図５に示す制動力Ｆｂの最大値よりも更に大きい値とするのがよい。
【0051】
制御部１０１は、歩行車１００が再び使用者によって進行方向に向けて押されるまで制動力Ｆｂを保持させてもよい。このように制動力Ｆｂを保持することにより、例えば使用者が着座している状態から立ち上がるときに歩行車１００を補助として使用できる。また、制御部１０１は、制動力Ｆｂを作用させて歩行車１００が停止したときすぐに制動力Ｆｂを解除させてもよい。歩行車１００が停止したか否かは加速度センサ１１３の検出値を参照して判断される。このように制動力Ｆｂをすぐに解除することにより、例えば歩行車１００が停止している状態から歩行車１００を旋回させる操作が容易になる。
【0052】
水平な走行面又は上り傾斜を走行している間に使用者が歩行車１００を引っ張ったときに制動力Ｆｂを作用させることで、安全性を高められる。具体的には水平な走行面を走行中に制動力Ｆｂを作用させることで、惰性により歩行車１００が前進するのを抑制できる。また上り傾斜を走行中に制動力Ｆｂを強めることで、歩行車１００が後退するのを抑制できる。
【0053】
〔片傾斜走行〕
図１１は、傾斜面を横切るように使用者が歩行車を押しながら歩く様子を模式的に示す。傾斜面を横切るとは傾斜に従わずに走行している状態をいい、傾斜面を走行中にロール角センサが０°以外の値を検出している状態をいう。傾斜面を横切りながら歩行車１００を走行させる場合、傾斜面の影響により歩行車１００が特に下り傾斜方向に向けて蛇行し易くなる。この状態で、上述したローパスフィルタを適用した下り傾斜における制御を実行すると、蛇行する度に制動力Ｆｂが強められることがある。したがって制御部１０１は、傾斜面を横切って走行している場合、ロール角度がピッチ角度よりも所定量以上大きい場合には、ローパスフィルタを適用して得られた制動力Ｆｂの値に関わらず、制動力Ｆｂを作用させない。ロール角度がピッチ角度よりも所定量以上大きい場合とは、ロール角センサによって検出されたロール角度の絶対値と、ピッチ角センサによって検出されたピッチ角度の絶対値とを比較した結果、ロール角度の絶対値が所定量以上大きい場合をいう。「所定量」とは、任意に設定される値であり、例えば２倍、３倍等の倍数を用いても良いし、任意で定めた角度としてもよい。この制御によれば、図１１に示すブレーキ領域ＢＡに向けて旋回したときのみ、ブレーキ情報に基づく制動力Ｆｂが作用する。また例えばロール角度がピッチ角度の２倍以上大きい場合は、片傾斜を走行していると考えられる。歩行車１００が片傾斜走行をしている間は少し蛇行するだけでピッチ角が頻繁に変化し、制御が不安定になる。したがって、歩行車１００が片傾斜走行をしている間に下り傾斜を検知したとしても、制動力Ｆｂを強めないことが好ましい。これにより蛇行する度に制動力Ｆｂが強まるのを抑制できる。
図１１は、傾斜面を横切るように使用者が歩行車を押しながら歩く様子を模式的に示す。傾斜面を横切るとは傾斜に従わずに走行している状態をいい、傾斜面を走行中にロール角センサが０°以外の値を検出している状態をいう。傾斜面を横切りながら歩行車１００を走行させる場合、傾斜面の影響により歩行車１００が特に下り傾斜方向に向けて蛇行し易くなる。この状態で、上述したローパスフィルタを適用した下り傾斜における制御を実行すると、蛇行する度に制動力Ｆｂが強められることがある。したがって制御部１０１は、傾斜面を横切って走行している場合、ロール角度がピッチ角度よりも所定量以上大きい場合には、ローパスフィルタを適用して得られた制動力Ｆｂの値に関わらず、制動力Ｆｂを作用させない。ロール角度がピッチ角度よりも所定量以上大きい場合とは、ロール角センサによって検出されたロール角度の絶対値と、ピッチ角センサによって検出されたピッチ角度の絶対値とを比較した結果、ロール角度の絶対値が所定量以上大きい場合をいう。「所定量」とは、任意に設定される値であり、例えば２倍、３倍等の倍数を用いても良いし、任意で定めた角度としてもよい。この制御によれば、図１１に示すブレーキ領域ＢＡに向けて旋回したときのみ、ブレーキ情報に基づく制動力Ｆｂが作用する。また例えばロール角度がピッチ角度の２倍以上大きい場合は、片傾斜を走行していると考えられる。歩行車１００が片傾斜走行をしている間は少し蛇行するだけでピッチ角が頻繁に変化し、制御が不安定になる。したがって、歩行車１００が片傾斜走行をしている間に下り傾斜を検知したとしても、制動力Ｆｂを強めないことが好ましい。これにより蛇行する度に制動力Ｆｂが強まるのを抑制できる。
【0054】
次に本発明の更なる実施形態について説明する。本実施形態では、歩行車の走行時にモータを駆動させて歩行のアシストを行う歩行車について説明する。
【0055】
図１２は、歩行車の制御系統のブロック図である。図１２に示すように歩行車１２０の制御部１２１は、上述した実施形態の制御部１０１に相当するブレーキ制御部１２３に加えてアシスト制御部１２５を備える。また、モータ１０５は、回生ブレーキとしての作用に加えて後輪にアシスト力を付与する電動機としても作用する。
【0056】
〔アシスト制御〕
アシスト制御部１２５は、加速度センサ１１３で検出された歩行車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１２５はモータ１０５にアシスト力を送信する。モータ１０５は受信したアシスト力に基づいて後輪１３にアシスト力を付与し、歩行車１２０に前進力を付与する。アシスト制御部１２５は、ピッチ角センサの検出値に基づく上り傾斜の有無、走行抵抗の推定値等に基づいてアシスト力を増減させてもよい。
アシスト制御部１２５は、加速度センサ１１３で検出された歩行車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１２５はモータ１０５にアシスト力を送信する。モータ１０５は受信したアシスト力に基づいて後輪１３にアシスト力を付与し、歩行車１２０に前進力を付与する。アシスト制御部１２５は、ピッチ角センサの検出値に基づく上り傾斜の有無、走行抵抗の推定値等に基づいてアシスト力を増減させてもよい。
【0057】
このようなアシスト機能を有する歩行車１２０に対しても、上述した〔下り傾斜における制御〕、〔傾斜面における急旋回時の制御〕、〔後退時の制動力解除〕、〔後退時の制動力増加〕、及び〔片傾斜走行〕の制御を適用できる。
【0058】
また、アシスト制御部１２５が上り傾斜におけるアシスト力を決定するにあたり、時定数の異なる２種類のローパスフィルタを用いてもよい。
【0059】
図１３は、使用者が歩行車１２０を押しながら上り坂を歩く様子を模式的に示す図である。アシスト制御部１２５は、走行面が平地から上り傾斜に変化するとき（図１３の領域Ｅ）、角度変化の無い上り傾斜を走行している間（図１３の領域Ｆ）、走行面が上り傾斜から平地に変化するとき（図１３の領域Ｇ）、走行面が上り傾斜から平地に変化してから一定期間（図１３の領域Ｈ）の各々の場面でアシスト力を変化させる。
【0060】
アシスト制御部１２５は、ピッチ角度θとアシスト力との相関関係を示すアシスト情報を有している。アシスト情報は、特定のピッチ角度θに対しては特定のアシスト力を付与すべきことを示す情報であり、予め作成されてメモリ内に格納されている。したがってアシスト制御部１２５は、アシスト情報を参照しピッチ角度θに対応するアシスト力を読み出し、読み出したアシスト力の値に基づいてモータ１０５を制御する。
【0061】
図１４はアシスト情報の一例を示すグラフである。図１４において縦軸はアシスト力Ａｓを示し、横軸はピッチ角度θを示す。なおピッチ角度θは、水平面（０度）に対する角度を示す。また、上述したようにピッチ角度は実質的に走行している路面の傾斜角度に相当すると推定されるため、ここではピッチ角度θは実質的に路面の傾斜角度を示していると考えてもよい。従って、ピッチ角度θが小さくなるほど急な下り坂を走行していることを意味する。
【0062】
図１４に示すように、ピッチ角度θが値０以下、θ１１以上の場合、アシスト制御部１２５はアシスト力Ａｓを発生させない。微小な傾斜は路面の凹凸であることが考えられ、微小な凹凸が発生する度にアシスト力Ａｓを作用させないためである。ピッチ角度θが値θ１１度未満、値θ１２度以上の場合、アシスト制御部１２５はピッチ角度θが増加するにつれてアシスト力Ａｓを大きくする。ピッチ角度θが値θ１２未満の場合、アシスト力Ａｓは一定の値（最大値）となる。アシスト力Ａｓに最大値を設けることで、歩行車１２０が使用者から離れるのを防止する。なお、図１４の例ではピッチ角度が０以上、θ１１以下の場合、アシスト力Ａｓを発生させないこととするが必要に応じて弱いアシスト力Ａｓを発生させてもよい。
【0063】
図１５は、上り傾斜を走行するときのピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。より具体的には図１５は、図１３に示すような上り傾斜を走行している間のピッチ角度θの実測値の経時的な変化を示す。ピッチ角度θの実測値は、傾斜センサから得られる実測値であっても良いし、加速度センサ１１３の検出結果から算出される算出値であってもよい。図１５に示すように時刻ｔ１１において走行路面が平地から上り傾斜に変化すると、ピッチ角度θの実測値が増加し始める。時刻ｔ１２～時刻ｔ１３にかけて歩行車１２０が角度変化の無い傾斜を走行している間は、ピッチ角度θの実測値は一定である。時刻ｔ１４において走行路面が上り傾斜から平地に変化すると、ピッチ角度θの実測値が増加し始める。時刻ｔ１４以降、平地を走行している間はピッチ角度θの実測値は一定である。仮に、ここでピッチ角度θの変化にあわせてそのままアシスト情報を適用すると、時刻ｔ１１、時刻ｔ１３においてアシスト力Ａｓの急激な変化が発生する。また、時刻ｔ１１において走行路面が平地から上り傾斜に変化したときにアシスト力Ａｓが突然作用してしまう。アシスト力Ａｓが突然作用すると、歩行車１２０が急加速することが考えられる。これらを防止するために、アシスト制御部１２５は、アシスト力Ａｓを決定するときにピッチ角度θの実測値ではなく、ピッチ角度θの補正値を用いる。
【0064】
アシスト制御部１２５は、時定数の異なる２種類の遅延フィルタをピッチ角度θの実測値に適用し、２つの補正値を算出する。アシスト制御部１２５は、算出された２つの補正値のうち小さい方の値をピッチ角度θの補正値とする。次いでアシスト制御部１２５は、アシスト情報を参照しピッチ角度θの補正値に対応するアシスト力Ａｓの値を読み出す。読み出された値は、モータに送信されるアシスト力Ａｓとなる。遅延フィルタとしては、例えば移動平均又は平滑化平均を用いたローパスフィルタを用いることができる。指数化平均を用いたローパスフィルタの一例をとして、上述した数式１及び数式２を利用できる。
【0065】
図１６及び図１７は、ピッチ角度θの経時的な変化を示すグラフである。より具体的には図１６は、図１５に上記数式１及び数式２で算出された値θｓｌｏｗ及び値θｆａｓｔを加えたグラフである。図１６に示すように、ローパスフィルタを適用したピッチ角度θｓｌｏｗ及びピッチ角度θｆａｓｔは、ピッチ角度 の実測値θに対して遅延している。ピッチ角度θｓｌｏｗの遅延量は、ピッチ角度θｆａｓｔの遅延量よりも大きい。アシスト制御部１２５は、数式１及び数式２によって得られたピッチ角度θｓｌｏｗ及びピッチ角度θｆａｓｔのうち各時刻において値が小さい方のピッチ角度θｍｉｎを、ピッチ角度θの補正値とする。ピッチ角度θの補正値は、アシスト制御部１２５がアシスト情報を参照するときに使用するピッチ角度θの値である。従ってアシスト制御部１２５は、ピッチ角度θの補正値に対応するアシスト力Ａｓをアシスト情報から読み出し、読み出したアシスト力Ａｓをモータに送信する。なお、算出されたピッチ角度θｆａｓｔ及びピッチ角度θｓｌｏｗはメモリに格納され変化履歴として管理される。格納された値は、次回のピッチ角度θｆａｓｔ＋１及びピッチ角度θｓｌｏｗ＋１を算出するときに使用される。
【0066】
図１７は、図１５に上記ピッチ角度θの補正値を加えたグラフである。図１７に示すように、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３の間では、ピッチ角度θｓｌｏｗの値がピッチ角度θの補正値とされる。時刻ｔ１３以降はピッチ角度θｆａｓｔの値がピッチ角度θの補正値とされる。換言すれば、走行路面が平地から上り傾斜に変化するときは時定数が大きいピッチ角度θｓｌｏｗの値がピッチ角度θの補正値として使用される。これにより、アシスト力Ａｓを徐々に増加させ体場面では遅延が大きいピッチ角度θの値を使用できる。また、走行路面が上り傾斜から平地に変化するときは時定数が小さいピッチ角度θｆａｓｔの値がピッチ角度θの補正値として使用される。これにより、傾斜の頂に到達したときにアシスト力Ａｓをすぐに弱められる。
【0067】
時刻ｔ１３以前のピッチ角度θの補正値に着目すると、ピッチ角度θの補正値の増加量が変曲点以前は緩やかになっている（緩やかに傾きが増加している）ことが分かる。図１４に示すアシスト情報を参照すると、ピッチ角度θの補正値の増加量が緩やかになることは、アシスト力Ａｓの増加量を経時的に増加させることを意味する。従って、ピッチ角度θの補正値を用いることにより、単位時間当たりのアシスト力Ａｓの増加量を増加させられる。これにより、領域Ａから領域Ｂの前半の間ではアシスト力は徐々に増加する。これにより時刻ｔ１３以前、特に時刻ｔ１１における歩行車１０の急加速を防止できる。
【0068】
以上のようにアシスト制御部１２５は、時定数の異なる２種類のローパスフィルタを用い連続的な制御により、走行路面の傾斜角度に対応させた適切なアシスト力Ａｓを提供できる。
【0069】
また２つのローパスフィルタを用いることにより、アシスト力Ａｓを制御する間、走行路面の傾斜角度の変化履歴を参照し続ける必要がない。換言すれば、アシスト制御部１２５において走行路面の傾斜角度が増加しているのか、又は減少しているのかということを検出し判断する必要がない。これは、２つのローパスフィルタを用いることで、ピッチ角度θの変化量の絶対値が実質的に走行路面の状況を反映しているからである。したがって、アシスト制御部１２５は、走行路面の傾斜角度の増減を検出し判断することなく走行路面の傾斜角度に対応させた適切なアシスト力Ａｓを算出できる。また、ピッチ角度θの補正値は連続した値をとるためアシスト力Ａｓの急激な増加及び低下を抑制できる。
【0070】
上述したように遅延フィルタは、必ずしも指数化平均を用いたローパスフィルタでなくてもよく他のフィルタを用いてもよい。この場合、遅延フィルタは異なる２種類の時定数として、異なる２種類の遅延量を有する。
【0071】
また上述したローパスフィルタは、ピッチ角度θの補正値を算出するものであるが、アシスト力Ａｓを補正する遅延フィルタを用いてもよい。この場合、アシスト制御部は、ピッチ角度θの実測値からアシスト情報に基づいてアシスト力Ａｓを決定する。アシスト制御部は決定したアシスト力Ａｓに対して時定数の異なる２つの遅延フィルタを適用する。アシスト制御部は、遅延フィルタを適用することで得られた２つのアシスト力Ａｓの補正値の小さい方をアシスト力Ａｓとしてモータに送信する。このような方法によっても、ピッチ角度θを補正するのと同様の効果を得られる。
【0072】
〔逆転ブレーキと回生ブレーキの併用〕
歩行車がアシスト機能を有する場合、下り傾斜を走行する際の電気的ブレーキとしてモータによる回生ブレーキに加え、モータをアシスト時とは逆回転させる逆転ブレーキを利用できる。
歩行車がアシスト機能を有する場合、下り傾斜を走行する際の電気的ブレーキとしてモータによる回生ブレーキに加え、モータをアシスト時とは逆回転させる逆転ブレーキを利用できる。
【0073】
図１８は、回生ブレーキを駆動したときモータの回転速度と制動力の関係を示すグラフである。図１８に示すように低速領域（例えば５００ｒ／ｍｉｎ以下）では、ピークコイル電流の値が小さいため回生制動力（ブレーキトルク）が弱い。また、高速領域（例えば１８００ｒ／ｍｉｎ以上）では、モータのコイルインダクタンスによりインピーダンスが低下する。これによりピークコイル電流が流れにくくなり、回生制動力が弱くなる。従って、ブレーキ制御部は、モータの回転速度に応じて使用するブレーキの種類（モータの制御方法）を変えて、得られる制動力が回転速度に比例して直線状に増加するように制御する。
【0074】
図１９は、回生ブレーキと逆転ブレーキを組み合わせたときのモータの回転速度と制動力の関係を示すグラフである。図１９に示すようにブレーキ制御部は、モータの回転数に応じて制動力Ｆｂを強める方法を切り替える。ブレーキ制御部１２３は、中速領域においては回生ブレーキにより制動力Ｆｂを強める。これにより制動力Ｆｂを強めながら、バッテリを充電できる。またブレーキ制御部１２３は、低速領域及び高速領域においてはモータ１０５を逆転させる逆転ブレーキにより制動力Ｆｂを強める。このような制御により、制動力を回転速度に比例させられる。
【0075】
また回生ブレーキにより制動力Ｆｂを作用させている間はバッテリを充電できる。従って、このような制御によりバッテリ１０７の充電量を維持できる。
【0076】
本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、実施形態の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。
【符号の説明】
【0077】
１０１ 制御部、 １０３ センサ群、 １０５ モータ、 １１１ 角速度センサ、 １１３ 加速度センサ、 １２０ 歩行車、 １２１ 制御部、 １２３ ブレーキ制御部、 １２５ アシスト制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】