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Patent Searching and Data


Title:
VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/047070
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a vehicle which makes it possible to control the vehicle traveling state and the vehicle attitude with a high degree of precision, even when the vehicle is traveling quickly, and affords safe and pleasant travel for a range of traveling conditions, by the appropriate correction of the drive torque of a drive wheel in response to the traveling velocity of the vehicle and the position of the center of gravity of the vehicle body. For this purpose, the vehicle comprises a drive wheel (12) rotatably mounted on the vehicle body, and a vehicle control device for controlling the drive torque imparted to the drive wheel (12) to control the attitude of the vehicle. The vehicle control device causes the center of gravity of the vehicle body to move relative to the drive wheel by an amount corresponding to the rotational angular velocity of the drive wheel in the direction of travel of the drive wheel.

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WO/2010/145198FOLDABLE SCOOTER
JP2010247741COAXIAL MOTORCYCLE
Inventors:
DOI KATSUNORI (JP)
Application Number:
PCT/JP2009/005418
Publication Date:
April 29, 2010
Filing Date:
October 16, 2009
Export Citation:
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Assignee:
EQUOS RES CO LTD (JP)
DOI KATSUNORI (JP)
International Classes:
B62K17/00; B60L15/20; B62K3/00
Domestic Patent References:
WO2008022067A22008-02-21
Foreign References:
JP2006176088A2006-07-06
JP2006306375A2006-11-09
Attorney, Agent or Firm:
AOKI, TOSHIAKI (JP)
Toshiaki Aoki (JP)
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Claims:
 回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、
 該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
 該車両制御装置は、
 車両速度が大きくなるに従って前記駆動輪及び/又は前記車体に作用する抵抗トルクである速度依存抵抗トルクを推定する推定手段と、
 該推定手段によって推定された速度依存抵抗トルクに応じて前記車体の重心を前記駆動輪の進行方向に、前記駆動輪と相対的に移動させる姿勢制御手段とを備えることを特徴とする車両。
 前記車両制御装置は、前記車体を傾けることによって前記車体の重心を移動させる請求項1に記載の車両。
 前記車体に対して移動可能に取り付けられた能動重量部を更に有し、
 前記車両制御装置は、前記能動重量部を移動させることによって前記車体の重心を移動させる請求項1又は2に記載の車両。
 前記推定手段は、前記車体に作用する空気抵抗のトルクである車体空気抵抗トルク、及び/又は、前記駆動輪の回転に対する摩擦抵抗である駆動輪摩擦抵抗及び/又は前記空気抵抗の反トルクを推定する請求項1~3のいずれか1項に記載の車両。
 回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、
 該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
 該車両制御装置は、対気速度を計測する対気速度計測手段とを備え、
 該対気速度計測手段によって計測された対気速度の大きさに応じた量だけ、前記車体の重心を対気速度の方向に、前記駆動輪と相対的に移動させることを特徴とする車両。
 回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、
 該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
 該車両制御装置は、前記駆動輪の回転状態及び/又は前記車体の重心位置及び/又は前記駆動トルクの時間履歴によって、車両速度に伴って前記駆動輪及び/又は前記車体に作用する抵抗トルクである速度依存抵抗トルクを推定する推定手段と、
 該推定手段によって推定された速度依存抵抗トルクに応じて前記車体の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備えることを特徴とする車両。
 前記推定手段は、前記駆動輪の回転角速度、前記駆動輪の回転角加速度及び前記車体の傾斜角のいずれか1つ以上についての時間履歴によって前記速度依存抵抗トルクを推定する請求項6に記載の車両。
 前記車体に対して移動可能に取り付けられた能動重量部を更に有し、
 前記推定手段は、前記能動重量部の駆動輪との相対位置の時間履歴によって速度依存抵抗トルクを推定する請求項6又は7に記載の車両。
 前記推定手段は、前記車体に作用する空気抵抗である車体空気抵抗及び/又は前記空気抵抗に伴い前記車体に作用するトルクである車体空気抵抗トルク及び/又は前記駆動輪の回転に対する摩擦抵抗である駆動輪摩擦抵抗トルクを推定する請求項6~8のいずれか1項に記載の車両。
 前記推定手段は、前記車体の重心の移動速度又は移動加速度が所定の閾値以上であるときの時間履歴を推定に用いることを禁止する請求項6~9のいずれか1項に記載の車両。
 前記推定手段は、前記駆動輪の回転角速度が所定の閾値以下であるときの前記速度依存抵抗トルクの推定値をオフセット量として前記速度依存抵抗トルクの推定値を補正する請求項6~10のいずれか1項に記載の車両。
 前記車両制御装置は、前記駆動輪の回転角速度及び前記速度依存抵抗トルクの推定値の時間履歴によって前記駆動輪の回転角速度の累乗と前記速度依存抵抗トルクの相関パラメータである速度依存抵抗パラメータを決定するパラメータ決定手段を備え、
 前記推定手段は、前記速度依存抵抗パラメータに応じて前記速度依存抵抗トルクを推定する請求項6~11のいずれか1項に記載の車両。
 前記パラメータ決定手段は、前記空気抵抗と前記駆動輪の回転角速度の累乗との比である車体空気抵抗係数と前記車体空気抵抗の作用中心の高さである車体空気抵抗中心高さと前記駆動輪の摩擦抵抗と前記駆動輪の回転角速度の累乗との比である駆動輪摩擦抵抗係数の少なくとも1つを決定する請求項12に記載の車両。
 前記パラメータ決定手段は、現在から所定の時間だけ前までの範囲における前記駆動輪の回転角速度と前記速度依存抵抗トルクの推定値の組データに対する最小二乗法によって、前記速度依存抵抗パラメータを決定する請求項12又は13に記載の車両。
Description:
車両

 本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用 た車両に関するものである。

 従来、倒立振り子の姿勢制御を利用した 両に関する技術が提案されている。例えば 同軸上に配置された2つの駆動輪を有し、運 転者の重心移動による車体の姿勢変化を感知 して駆動する車両、球体状の単一の駆動輪に 取り付けられた車体の姿勢を制御しながら移 動する車両等の技術が提案されている(例え 、特許文献1参照。)。

 この場合、センサで車体のバランスや動 の状態を検出しながら、回転体の動作を制 して車両を停止又は移動させるようになっ いる。

特開2004-129435号公報

  しかしながら、前記従来の車両におい は、車両の加速度に応じて車体の重心位置 制御することによって、車体の倒立姿勢を 持するようになっているが、車両の走行速 が高くなると、たとえ定速走行(車両の加速 が零の状態)であっても、車体に作用する空 気抵抗などの影響によって、走行速度や車体 姿勢の制御における誤差が大きくなってしま う。そのため、操縦性や乗り心地が悪化する ことがある。

 また、車両の走行速度に応じて走行状態 車体姿勢を制御する場合、あらかじめ設定 れた所定のパラメータによって走行速度の 響を推定することができるが、搭乗者の体 又は搭載物の形状の違いや摩擦特性の経年 化などによって、その実際のパラメータ値 設定値と異なると、走行速度や車体姿勢の 御における誤差が大きくなってしまい、操 性や乗り心地が悪化することがある。

 本発明は、前記従来の車両の問題点を解 して、車両の走行速度に応じて駆動輪の駆 トルクと車体の重心位置を適切に補正する とによって、高速走行時であっても走行状 及び車体姿勢を高精度で制御することがで 、様々な走行条件に対して、安全に、かつ 快適に走行することができる車両を提供し また、駆動輪の回転状態、車体の重心位置 駆動トルク等の時間履歴に基づいて、走行 度に応じて車両に作用する影響である速度 存抵抗トルクを推定することによって、後 的な推定やパラメータ補正を実現できるた 、様々な使用条件や使用履歴に対して、走 速度に適応する走行状態及び車体姿勢の制 を高精度で実行することができ、安全に、 つ、快適に走行することができる車両を提 することを目的とする。

 そのために、本発明の車両においては、 転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、 駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前 車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有 、該車両制御装置は、前記駆動輪の進行方 に前記駆動輪の回転角速度に応じた量だけ 記車体の重心を前記駆動輪と相対的に移動 せる。

 本発明の他の車両においては、さらに、 記車両制御装置は、前記車体を傾けること よって前記車体の重心を移動させる。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記車体に対して移動可能に取り付けら た能動重量部を更に有し、前記車両制御装 は、前記能動重量部を移動させることによ て前記車体の重心を移動させる。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、車両速度に伴って前記駆動輪及び/又は前 記車体に作用する抵抗トルクである速度依存 抵抗トルクを前記駆動輪の回転角速度によっ て推定する推定手段を備え、前記車両制御装 置は、前記推定手段により推定された速度依 存抵抗トルクに応じて前記車体の重心を移動 させる。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記推定手段は、前記車体に作用する空 抵抗のトルクである車体空気抵抗トルク、 び/又は、前記駆動輪の回転に対する摩擦抵 抗である駆動輪摩擦抵抗及び/又は前記空気 抗の反トルクを推定する。

 本発明の更に他の車両においては、回転 能に車体に取り付けられた駆動輪と、該駆 輪に付与する駆動トルクを制御して前記車 の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、 気速度を計測する対気速度計測手段を備え 前記車両制御装置は、前記対気速度の方向 、前記対気速度の大きさに応じた量だけ、 記車体の重心を前記駆動輪と相対的に移動 せる。

 本発明の更に他の車両においては、回転 能に車体に取り付けられた駆動輪と、該駆 輪に付与する駆動トルクを制御して前記車 の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、 車両制御装置は、前記駆動輪の回転状態及 /又は前記車体の重心位置及び/又は前記駆 トルクの時間履歴によって、車両速度に伴 て前記駆動輪及び/又は前記車体に作用する 抗トルクである速度依存抵抗トルクを推定 る推定手段を備える。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記推定手段は、前記駆動輪の回転角速 、前記駆動輪の回転角加速度、前記車体の 斜角のいずれか1つ以上についての時間履歴 によって推定する。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記車体に対して移動可能に取り付けら た能動重量部を更に有し、前記推定手段は 前記能動重量部の駆動輪との相対位置の時 履歴によって推定する。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記推定手段は、前記車体に作用する空 抵抗である車体空気抵抗及び/又は前記空気 抵抗に伴い前記車体に作用するトルクである 車体空気抵抗トルク及び/又は前記駆動輪の 転に対する摩擦抵抗である駆動輪摩擦抵抗 ルクを推定する。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記推定手段は、前記車体の重心の移動 度又は移動加速度が所定の閾(しきい)値以 であるときの時間履歴を推定に用いること 禁止する。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記推定手段は、前記駆動輪の回転角速 が所定の閾値以下であるときの前記速度依 抵抗トルクの推定値をオフセット量として 記速度依存抵抗トルクの推定値を補正する

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記車両制御装置は、前記駆動輪の回転 速度及び前記速度依存抵抗トルクの推定値 時間履歴によって前記駆動輪の回転角速度 累乗と前記速度依存抵抗トルクの相関パラ ータである速度依存抵抗パラメータを決定 るパラメータ決定手段を備え、前記推定手 は、前記速度依存抵抗パラメータに応じて 記速度依存抵抗トルクを推定する。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記パラメータ決定手段は、前記空気抵 と前記駆動輪の回転角速度の累乗との比で る車体空気抵抗係数と前記車体空気抵抗の 用中心の高さである車体空気抵抗中心高さ 前記駆動輪の摩擦抵抗と前記駆動輪の回転 速度の累乗との比である駆動輪摩擦抵抗係 の少なくとも1つを決定する。

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記パラメータ決定手段は、現在から所 の時間だけ前までの範囲における前記駆動 の回転角速度と前記速度依存抵抗トルクの 定値の組データに対する最小二乗法によっ 、前記速度依存抵抗パラメータを決定する

 本発明の更に他の車両においては、さら 、前記車両制御装置は、前記推定手段によ て推定された前記速度依存抵抗トルクに応 て前記車体の姿勢を制御する姿勢制御手段 備える。

 請求項1の構成によれば、車両の走行速度 を簡単に推定し、その大きさに応じて車体の 重心位置を適切な位置に移動させるので、高 速走行時でも、走行状態や車体姿勢を高い精 度で安定に制御できる。

 請求項2の構成によれば、重心を移動させ るための余分な機構を加えることなく、簡単 に車体の重心移動を実現できる。

 請求項3の構成によれば、車体を傾斜させ ることなく車体の重心位置を移動できるので 、乗り心地が向上する。

 請求項4の構成によれば、走行速度によっ て車両に作用する影響を推定して、それに応 じて車体の重心位置を適切に設定するので、 走行状態及び車体姿勢をより高い精度で制御 することができる。

 請求項5の構成によれば、走行速度によっ て車両に作用する影響をより厳密に推定する ことで、走行状態や車体姿勢を更に高い精度 で制御できる。

 また、請求項5の構成によれば、駆動輪が 空転していても正しい走行速度を得ることが できるため、走行速度に応じた走行状態と車 体姿勢の制御を安定に実行することができる 。

 請求項6の構成によれば、あらかじめ設定 されたパラメータを使用せずに、車両の走行 状態や車体の姿勢変化と入力の関係から速度 依存抵抗トルクを推定するので、車両の使用 状況や使用履歴に伴うパラメータの変化に依 らず、速度依存抵抗トルクを高い精度で推定 することができる。

 請求項7の構成によれば、速度依存抵抗ト ルクを推定するために特別なセンサを別途用 意する必要が無く、倒立制御に必要なセンサ のみで推定を実現できる。

 請求項8の構成によれば、能動重量部の位 置の情報を活用することで、より高い精度で 推定することができる。

 請求項9の構成によれば、走行速度によっ て車両に作用する影響を細分化して扱うこと で、走行速度による走行状態や車体姿勢への 影響をより適切に考慮できる。

 請求項10の構成によれば、高精度の推定 困難で誤差が大きいと予想される場合にお る速度依存抵抗トルクの推定を積極的に回 するので、より高精度の推定を実現できる

 請求項11の構成によれば、速度依存抵抗 ルクの推定値におけるオフセット量の影響 簡単に取り除くことができる。

 請求項12の構成によれば、速度依存抵抗 ラメータを推定することで、車両の使用状 や使用履歴に伴うパラメータの変化を適切 考慮できるのと共に、その結果を間接的に 度依存抵抗トルクの推定値に反映させるこ で安定な推定とその適応制御を実現できる

 請求項13の構成によれば、走行速度によ て車両に作用する影響及びそのパラメータ 細分化して扱うことで、速度依存抵抗トル をより高精度に推定できる。

 請求項14の構成によれば、走行速度と速 依存抵抗トルクの相関関係及び速度依存抵 パラメータをより簡単に推定することがで る。

 また、請求項14の構成によれば、推定し 速度依存抵抗トルクに応じた車体の姿勢制 を行うので、車体の姿勢を理想的に制御で 、乗り心地が向上する。

本発明の第1の実施の形態における車両 の構成を示す概略図であり乗員が搭乗した状 態で加速前進している状態を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における車両 の制御システムの構成を示すブロック図であ る。 本発明の第1の実施の形態における車両 の高速走行時の動作を示す概略図である。 本発明の第1の実施の形態における車両 の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフロー チャートである。 本発明の第1の実施の形態における車両 の力学モデル及びそのパラメータを示す図で ある。 本発明の第1の実施の形態における状態 量の取得処理の動作を示すフローチャートで ある。 本発明の第1の実施の形態における目標 走行状態の決定処理の動作を示すフローチャ ートである。 本発明の第1の実施の形態における能動 重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値 の変化を示すグラフである。 本発明の第1の実施の形態における目標 車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャ ートである。 本発明の第1の実施の形態におけるア チュエータ出力の決定処理の動作を示すフ ーチャートである。 本発明の第2の実施の形態における車 の制御システムの構成を示すブロック図で る。 本発明の第2の実施の形態における車 の高速走行時の動作を示す概略図である。 本発明の第2の実施の形態における状 量の取得処理の動作を示すフローチャート ある。 本発明の第2の実施の形態における目 車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチ ートである。 本発明の第2の実施の形態におけるア チュエータ出力の決定処理の動作を示すフ ーチャートである。 本発明の第3の実施の形態における車 の制御システムの構成を示すブロック図で る。 本発明の第3の実施の形態における状 量の取得処理の動作を示すフローチャート ある。 本発明の第3の実施の形態における目 車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチ ートである。 本発明の第3の実施の形態におけるア チュエータ出力の決定処理の動作を示すフ ーチャートである。 本発明の第4の実施の形態における駆 輪速度依存抵抗トルクのパラメータ推定を す図である。 本発明の第4の実施の形態における車 速度依存抵抗トルクのパラメータ推定を示 図である。 本発明の第4の実施の形態における状 量の取得処理の動作を示すフローチャート ある。

 以下、本発明の実施の形態について図面 参照しながら詳細に説明する。

 図1は本発明の第1の実施の形態における 両の構成を示す概略図であり乗員が搭乗し 状態で加速前進している状態を示す図、図2 本発明の第1の実施の形態における車両の制 御システムの構成を示すブロック図である。

 図において、10は、本実施の形態におけ 車両であり、車体の本体部11、駆動輪12、支 部13及び乗員15が搭乗する搭乗部14を有し、 立振り子の姿勢制御を利用して車体の姿勢 制御する。そして、前記車両10は、車体を 後に傾斜させることができるようになって る。図1に示される例においては、車両10は 印Aで示される方向に加速中であり、車体が 行方向前方に向かって傾斜した状態が示さ ている。

 前記駆動輪12は、車体の一部である支持 13によって回転可能に支持され、駆動アクチ ュエータとしての駆動モータ52によって駆動 れる。なお、駆動輪12の軸は図1の図面に垂 な方向に延在し、駆動輪12はその軸を中心 回転する。また、前記駆動輪12は、単数であ っても複数であってもよいが、複数である場 合、同軸上に並列に配設される。本実施の形 態においては、駆動輪12が2つであるものとし て説明する。この場合、各駆動輪12は個別の 動モータ52によって独立して駆動される。 お、駆動アクチュエータとしては、例えば 油圧モータ、内燃機関等を使用することも きるが、ここでは、電気モータである駆動 ータ52を使用するものとして説明する。

 また、車体の一部である本体部11は、支 部13によって下方から支持され、駆動輪12の 方に位置する。そして、本体部11には、能 重量部として機能する搭乗部14が、車両10の 後方向に本体部11に対して相対的に並進可 となるように、換言すると、車体回転円の 線方向に相対的に移動可能となるように、 り付けられている。

 ここで、能動重量部は、ある程度の質量 備え、本体部11に対して並進する、すなわ 、前後に移動させることによって、車両10の 重心位置を能動的に補正するものである。そ して、能動重量部は、必ずしも搭乗部14であ 必要はなく、例えば、バッテリ等の重量の る周辺機器を並進可能に本体部11に対して り付けた装置であってもよいし、ウェイト 錘(おもり)、バランサ等の専用の重量部材を 並進可能に本体部11に対して取り付けた装置 あってもよい。また、搭乗部14、重量のあ 周辺機器、専用の重量部材等を併用するも であってもよい。

 本実施の形態においては、説明の都合上 乗員15が搭乗した状態の搭乗部14が能動重量 部として機能する例について説明するが、搭 乗部14には必ずしも乗員15が搭乗している必 はなく、例えば、車両10がリモートコントロ ールによって操縦される場合には、搭乗部14 乗員15が搭乗していなくてもよいし、乗員15 に代えて、貨物が積載されていてもよい。

 前記搭乗部14は、乗用車、バス等の自動 に使用されるシートと同様のものであり、 面部14a、背もたれ部14b及びヘッドレスト14c 備え、図示されない移動機構を介して本体 11に取り付けられている。

 前記移動機構は、リニアガイド装置等の 抵抗の直線移動機構、及び、能動重量部ア チュエータとしての能動重量部モータ62を え、該能動重量部モータ62によって搭乗部14 駆動し、本体部11に対して進行方向に前後 せるようになっている。なお、能動重量部 クチュエータとしては、例えば、油圧モー 、リニアモータ等を使用することもできる 、ここでは、回転式の電気モータである能 重量部モータ62を使用するものとして説明す る。

 前記リニアガイド装置は、例えば、本体 11に取り付けられている案内レールと、搭 部14に取り付けられ、案内レールに沿ってス ライドするキャリッジと、案内レールとキャ リッジとの間に介在するボール、コロ等の転 動体とを備える。そして、案内レールには、 その左右側面部に2本の軌道溝が長手方向に って直線状に形成されている。また、キャ ッジの断面はコ字状に形成され、その対向 る2つの側面部内側には、2本の軌道溝が、案 内レールの軌道溝と各々対向するように形成 されている。転動体は、軌道溝の間に組み込 まれており、案内レールとキャリッジとの相 対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するよ うになっている。なお、キャリッジには、軌 道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されてお り、転動体は軌道溝及び戻し通路を循環する ようになっている。

 また、リニアガイド装置は、該リニアガ ド装置の動きを締結するブレーキ又はクラ チを備える。車両10が停車しているときの うに搭乗部14の動作が不要であるときには、 ブレーキによって案内レールにキャリッジを 固定することで、本体部11と搭乗部14との相 的位置関係を保持する。そして、動作が必 であるときには、このブレーキを解除し、 体部11側の基準位置と搭乗部14側の基準位置 の距離が所定値となるように制御される。

 前記搭乗部14の脇(わき)には、目標走行状 態取得装置としてのジョイスティック31を備 る入力装置30が配設されている。乗員15は、 操縦装置であるジョイスティック31を操作す ことによって、車両10を操縦する、すなわ 、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、 停止、制動等の走行指令を入力するようにな っている。なお、乗員15が操作して走行指令 入力することができる装置であれば、ジョ スティック31に代えて他の装置、例えば、 ョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン の装置を目標走行状態取得装置として使用 ることもできる。

 なお、車両10がリモートコントロールに って操縦される場合には、前記ジョイステ ック31に代えて、コントローラからの走行指 令を有線又は無線で受信する受信装置を目標 走行状態取得装置として使用することができ る。また、車両10があらかじめ決められた走 指令データに従って自動走行する場合には 前記ジョイスティック31に代えて、半導体 モリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶 れた走行指令データを読み取るデータ読取 装置を目標走行状態取得装置として使用す ことができる。

 また、車両10は、車両制御装置としての 御ECU(Electronic Control Unit)20を有し、該制御ECU 20は、主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重 量部制御ECU23を備える。前記制御ECU20並びに 制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制 ECU23は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディス 、半導体メモリ等の記憶手段、入出力イン ーフェイス等を備え、車両10の各部の動作を 制御するコンピュータシステムであり、例え ば、本体部11に配設されるが、支持部13や搭 部14に配設されていてもよい。また、前記主 制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制 ECU23は、それぞれ、別個に構成されていても よいし、一体に構成されていてもよい。

 そして、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、 駆動輪センサ51及び駆動モータ52とともに、 動輪12の動作を制御する駆動輪制御システム 50の一部として機能する。前記駆動輪センサ5 1は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、駆 輪回転状態計測装置として機能し、駆動輪12 の回転状態を示す駆動輪回転角及び/又は回 角速度を検出し、主制御ECU21に送信する。ま た、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆 輪制御ECU22に送信し、該駆動輪制御ECU22は、 受信した駆動トルク指令値に相当する入力電 圧を駆動モータ52に供給する。そして、該駆 モータ52は、入力電圧に従って駆動輪12に駆 動トルクを付与し、これにより、駆動アクチ ュエータとして機能する。

 また、主制御ECU21は、能動重量部制御ECU23 、能動重量部センサ61及び能動重量部モータ6 2とともに、能動重量部である搭乗部14の動作 を制御する能動重量部制御システム60の一部 して機能する。前記能動重量部センサ61は エンコーダ等から成り、能動重量部移動状 計測装置として機能し、搭乗部14の移動状態 を示す能動重量部位置及び/又は移動速度を 出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制 御ECU21は、能動重量部推力指令値を能動重量 制御ECU23に送信し、該能動重量部制御ECU23は 、受信した能動重量部推力指令値に相当する 入力電圧を能動重量部モータ62に供給する。 して、該能動重量部モータ62は、入力電圧 従って搭乗部14を並進移動させる推力を搭乗 部14に付与し、これにより、能動重量部アク ュエータとして機能する。

 さらに、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、 能動重量部制御ECU23、車体傾斜センサ41、駆 モータ52及び能動重量部モータ62とともに、 体の姿勢を制御する車体制御システム40の 部として機能する。前記車体傾斜センサ41は 、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り 、車体傾斜状態計測装置として機能し、車体 の傾斜状態を示す車体傾斜角及び/又は傾斜 速度を検出し、主制御ECU21に送信する。そし て、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆 輪制御ECU22に送信し、能動重量部推力指令 を能動重量部制御ECU23に送信する。

 なお、主制御ECU21には、入力装置30のジョ イスティック31から走行指令が入力される。 して、前記主制御ECU21は、駆動トルク指令 を駆動輪制御ECU22に送信し、能動重量部推力 指令値を能動重量部制御ECU23に送信する。

 また、前記制御ECU20は、車両速度(駆動輪1 2の回転角速度)に応じて速度依存抵抗トルク 推定する推定手段として機能する。また、 定された速度依存抵抗トルクに応じて車体 姿勢を制御する姿勢制御手段として機能す 。

 なお、速度依存抵抗とは走行速度の上昇 伴い増加する抵抗であり、本実施の形態に いては、車体に作用する空気抵抗や駆動輪1 2の回転軸に作用する粘性摩擦等の抵抗を速 依存抵抗として考慮する。

 また、推定手段は、車体に作用する空気 抗のトルクである車体空気抵抗トルク、駆 輪12の回転に対する摩擦抵抗である駆動輪 擦抵抗及び空気抵抗の反トルクを推定する さらに、姿勢制御手段は、能動重量部とし の搭乗部14を移動させて車体の重心位置を移 動させる。

 なお、各センサは、複数の状態量を取得 るものであってもよい。例えば、車体傾斜 ンサ41として加速度センサとジャイロセン とを併用し、両者の計測値から車体傾斜角 傾斜角速度とを決定するようにしてもよい

 次に、前記構成の車両10の動作について 明する。まず、走行及び姿勢制御処理の概 について説明する。

 図3は本発明の第1の実施の形態における 両の高速走行時の動作を示す概略図、図4は 発明の第1の実施の形態における車両の走行 及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャー トである。なお、図3(a)は比較のための従来 術による動作例を示し、図3(b)は本実施の形 による動作を示している。

 本実施の形態においては、車両10の走行 度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の重 心位置とを補正する。具体的には、速度依存 抵抗トルク(粘性抵抗トルク)を打ち消すよう 駆動トルクを追加するとともに、車体に作 する空気抵抗のトルク及び駆動トルクの追 分に対する反トルクを車体の重心移動に伴 重力トルクで打ち消すように、能動重量部 して機能する搭乗部14を、図3(b)に示される うに、車両10の進行方向に移動させること よって、車両10の重心位置を能動的に補正す るようになっている。これにより、高速走行 時でも、走行状態と車体姿勢を高精度に制御 できる。その結果、操縦性や乗り心地のより 良い倒立型の車両10を提供することが可能と る。

 これに対し、仮に、「背景技術」の項で 明した従来の車両のように、走行速度に応 た駆動輪12の駆動トルクと車体の重心位置 補正を行わない場合、走行速度が高くなる 、走行速度や車体姿勢の制御における誤差 大きくなる。つまり、倒立型車両の場合、 3(a)に示されるように、車両速度が高くなる 、速度依存抵抗、すなわち、車両10に作用 る空気抵抗や駆動輪12の回転軸に作用する粘 性摩擦のような抵抗が増加し、走行及び姿勢 制御への影響が強くなる。

 具体的には、速度依存抵抗によって、車 速度が目標値よりも低くなる場合がある。 た、車体に作用する空気抵抗のトルクや速 依存抵抗を打ち消すための駆動トルクの追 に伴って車体に作用する反トルクにより、 体が後方に傾く場合がある。

 その結果、モビリティとして重要な操縦 や乗り心地が悪くなる。特に、一般的な倒 型車両は、重量に対する投影面積が大きく また、前後方向が短い形状をしているため 空気抵抗の影響を受けやすい。そして、そ 影響は車体の姿勢制御に及ぶ。そのため、 の対策は重要である。

 そこで、本実施の形態においては、車両1 0の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと 車体の重心位置とを補正するように走行及び 姿勢制御処理を実行することによって、車両 10の走行速度が上昇しても、車両10は安定し 走行することができる。

 走行及び姿勢制御処理において、制御ECU2 0は、まず、状態量の取得処理を実行し(ステ プS1)、各センサ、すなわち、駆動輪センサ5 1、車体傾斜センサ41及び能動重量部センサ61 よって、駆動輪12の回転状態、車体の傾斜 態及び搭乗部14の移動状態を取得する。

 次に、制御ECU20は、目標走行状態の決定 理を実行し(ステップS2)、ジョイスティック3 1の操作量に基づいて、車両10の加速度の目標 値、及び、駆動輪12の回転角速度の目標値を 定する。

 次に、制御ECU20は、目標車体姿勢の決定 理を実行し(ステップS3)、目標走行状態の決 処理によって決定された車両10の加速度の 標値と駆動輪12の回転角速度の目標値に基づ いて、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾 斜角及び能動重量部位置の目標値を決定する 。

 最後に、制御ECU20は、アクチュエータ出 の決定処理を実行し(ステップS4)、状態量の 得処理によって取得された各状態量、目標 行状態の決定処理によって決定された目標 行状態、及び、目標車体姿勢の決定処理に って決定された目標車体姿勢に基づいて、 アクチュエータの出力、すなわち、駆動モ タ52及び能動重量部モータ62の出力を決定す る。

 次に、走行及び姿勢制御処理の詳細につ て説明する。まず、状態量の取得処理につ て説明する。

 図5は本発明の第1の実施の形態における 両の力学モデル及びそのパラメータを示す 、図6は本発明の第1の実施の形態における状 態量の取得処理の動作を示すフローチャート である。

 本実施の形態においては、状態量、入力 パラメータ、物理定数等を次のような記号 よって表す。なお、図5には状態量やパラメ ータの一部が示されている。

状態量

θ :駆動輪回転角〔rad〕
θ :車体傾斜角(鉛直軸基準)〔rad〕
λ :能動重量部位置(車体中心点基準)〔m〕

入力

τ :駆動トルク(2つの駆動輪の合計)〔Nm〕
S :能動重量部推力〔N〕

パラメータ

m :駆動輪質量(2つの駆動輪の合計)〔kg〕
R :駆動輪接地半径〔m〕
I :駆動輪慣性モーメント(2つの駆動輪の合計) kgm
m :車体質量(能動重量部を含む)〔kg〕
l :車体重心距離(車軸から)〔m〕
I :車体慣性モーメント(重心周り)〔kgm
m :能動重量部質量〔kg〕
l :能動重量部重心距離(車軸から)〔m〕
I :能動重量部慣性モーメント(重心周り)〔kgm

物理定数

g:重力加速度〔m/s

 次に、目標走行状態の決定処理について 明する。

 図7は本発明の第1の実施の形態における 標走行状態の決定処理の動作を示すフロー ャートである。

 目標走行状態の決定処理において、主制 ECU21は、まず、操縦操作量を取得する(ステ プS2-1)。この場合、乗員15が、車両10の加速 減速、旋回、その場回転、停止、制動等の 行指令を入力するために操作したジョイス ィック31の操作量を取得する。

 続いて、主制御ECU21は、取得したジョイ ティック31の操作量に基づいて、車両加速度 の目標値を決定する(ステップS2-2)。例えば、 ジョイスティック31の前後方向への操作量に 例した値を車両加速度の目標値とする。

 続いて、主制御ECU21は、決定した車両加速 の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値 算出する(ステップS2-3)。例えば、車両加速 の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径R で除した値を駆動輪回転角速度の目標値とす る。

 次に、目標車体姿勢の決定処理について 明する。

 図8は本発明の第1の実施の形態における 動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目 値の変化を示すグラフ、図9は本発明の第1の 実施の形態における目標車体姿勢の決定処理 の動作を示すフローチャートである。

 目標車体姿勢の決定処理において、主制 ECU21は、まず、能動重量部位置の目標値及 車体傾斜角の目標値を決定する(ステップS3-1 )。この場合、目標走行状態の決定処理によ て決定された車両加速度の目標値と、駆動 回転角速度の目標値とに基づき、次の式(1) び(2)により、能動重量部位置の目標値及び 体傾斜角の目標値を決定する。

 一方、λ S,V  は、車体に作用する空気抵抗によるトルクと 、駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の 擦抵抗によるトルクの反トルクとに対して 体のバランスをとるのに必要な能動重量部 動量、すなわち、速度依存抵抗による影響 打ち消す移動量である。なお、λ S,V  を表す式の分子の第1項は、駆動輪12の回転軸 に作用する粘性摩擦等の摩擦抵抗トルクの大 きさを表し、同第2項は、車体に作用する空 抵抗トルクの大きさ(厳密には、車体に作用 る空気抵抗が直接的に車体を傾けようとす トルクと、空気抵抗を打ち消すように追加 た駆動トルクの反トルクとの和)を表す。

 また、D は駆動輪回転角速度に対する駆動輪摩擦抵抗 係数、D は駆動輪回転角速度に対する車体空気抵抗係 数、h 1,D  は車体空気抵抗中心高さ(路面から空気抵抗 用中心までの高さ)をそれぞれ表し、所定の 数をあらかじめ与えておく。

 一方、θ 1,V  は、車体に作用する空気抵抗によるトルクと 、駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の 擦抵抗によるトルクの反トルクとに対して 体のバランスをとるのに必要な車体傾斜角 すなわち、速度依存抵抗による影響を打ち す傾斜角である。

 続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を 出する(ステップS3-2)。すなわち、各目標値 時間微分又は時間積分することにより、駆 輪回転角、車体傾斜角速度及び能動重量部 動速度の目標値を算出する。

 このように、本実施の形態においては、 両加速度の目標値に伴って車体に作用する 性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、 動輪回転角速度(車両速度)の目標値に伴っ 車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗 び駆動モータ反トルクも考慮して、車体姿 の目標値、すなわち、能動重量部位置の目 値及び車体傾斜角の目標値を決定する。

 このとき、車体に作用して車体を傾斜さ ようとするトルク、すなわち、車体傾斜ト クを重力の作用によって打ち消すように、 体の重心を移動させる。例えば、車両10が 進走行するときには、搭乗部14をより前方へ 移動させ、あるいは、さらに車体を前方へ傾 ける。また、車両10が後退走行するときには 搭乗部14をより後方へ移動させ、あるいは さらに車体を後方へ傾ける。

 本実施の形態においては、図8に示される ように、まず、車体を傾斜させずに搭乗部14 移動させ、該搭乗部14が能動重量部移動限 に達すると、車体の傾斜を開始させる。そ ため、細かい加減速又は低速走行時には車 が前後に傾かないので、乗員15にとっての乗 り心地が向上するのと共に視界の揺動が抑制 される。

 なお、本実施の形態においては、速度依 抵抗の大きさを推定するための駆動輪回転 速度として、その目標値を使用しているが 実際に計測した値、すなわち、実値を使用 てもよい。また、空気抵抗の推定時に駆動 12のスリップ率も加えて考慮してもよい。

 また、本実施の形態においては、能動重 部移動限界が前方と後方とで等しい場合を 定しているが、前方と後方とで異なる場合 は、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有 を切り替えるようにしてもよい。例えば、 速性能よりも制動性能を高く設定する場合 後方の能動重量部移動限界を前方よりも遠 に設定する必要がある。

 さらに、本実施の形態においては、加速 や速度が低いときには、搭乗部14の移動だ で対応させているが、その車体傾斜トルク 一部又は全部を車体の傾斜で対応させても い。車体を傾斜させることにより、乗員15に 作用する前後方向の力を軽減させることがで きる。

 さらに、本実施の形態においては、駆動 摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式 使用し、車体空気抵抗は速度の二乗に比例 るモデルに基づいた式を使用しているが、 り正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮 たモデルに基づいた式を使用してもよい。 お、式が非線形になる場合には、マップの 式で関数を適用してもよい。

 次に、アクチュエータ出力の決定処理に いて説明する。

 図10は本発明の第1の実施の形態における クチュエータ出力の決定処理の動作を示す ローチャートである。

 アクチュエータ出力の決定処理において 主制御ECU21は、まず、各アクチュエータの ィードフォワード出力を決定する(ステップS 4-1)。この場合、各目標値から、次の式(3)に り駆動モータ52のフィードフォワード出力を 決定し、また、次の式(4)により能動重量部モ ータ62のフィードフォワード出力を決定する

 このように、力学モデルによって推定さ た速度依存抵抗を打ち消すように駆動トル を付加することによって、車両10の走行及 姿勢制御を高精度で実行することができる ともに、常に同様の操縦感覚を乗員15に提供 することができる。すなわち、高速走行時で あっても、ジョイスティック31の一定の操縦 作に対して、低速走行時と同様の加減速を うことができる。

 このように、本実施の形態においては、 論的にフィードフォワード出力を与えるこ によって、より高精度な制御を実現する。

 なお、本実施の形態においては、搭乗部1 4に作用する空気抵抗による搭乗部14の位置制 御への影響を考慮していないが、これを考慮 してもよい。例えば、式(4)の右辺第3項とし 、駆動輪回転角速度を二乗した値に、搭乗 14の形状や投影面積に基づいてあらかじめ設 定される所定の係数を乗じた値を加えてもよ い。これにより、さらに高精度な姿勢制御が 実現することができる。

 また、必要に応じて、フィードフォワー 出力を省略することもできる。この場合、 ィードバック制御により、定常偏差を伴い つ、フィードフォワード出力に近い値が間 的に与えられる。また、前記定常偏差は、 分ゲインを適用することによって低減させ ことができる。

 続いて、主制御ECU21は、各アクチュエー のフィードバック出力を決定する(ステップS 4-2)。この場合、各目標値と実際の状態量と 偏差から、次の式(5)により駆動モータ52のフ ィードバック出力を決定し、また、次の式(6) により能動重量部モータ62のフィードバック 力を決定する。

 なお、スライディングモード制御等の非線 のフィードバック制御を導入することもで る。また、より簡単な制御として、K W2 、K W3 及びK S5 を除くフィードバックゲインのいくつかをゼ ロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくす ために、積分ゲインを導入してもよい。

 最後に、主制御ECU21は、各要素制御シス ムに指令値を与える(ステップS4-3)。この場 、主制御ECU21は、前述のように決定したフィ ードフォワード出力とフィードバック出力と の和を駆動トルク指令値及び能動重量部推力 指令値として、駆動輪制御ECU22及び能動重量 制御ECU23に送信する。

 このように、本実施の形態においては、 両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トル クと車体の重心位置とを補正する。つまり、 速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを 追加するとともに、車体に作用する空気抵抗 トルク及び駆動トルクの追加分に対する反ト ルクを車体の重心移動に伴う重力トルクで打 ち消すように、搭乗部14を前後に移動させる これにより、高速走行時でも、走行状態と 体姿勢とを高精度に制御することができ、 縦性や乗り心地をより向上させることがで る。

 なお、本実施の形態においては、速度依 抵抗として、駆動輪12に作用する粘性摩擦 車体に作用する空気抵抗を考慮しているが 他の作用も考慮してもよい。例えば、駆動 12の転がり摩擦抵抗における速度と共に増加 する成分、あるいは、駆動輪12に作用する空 抵抗を、駆動輪12に作用する粘性摩擦と同 の方法で考慮することで、より高精度の制 を実現することができる。

 次に、本発明の第2の実施の形態について 説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構 を有するものについては、同じ符号を付与 ることによってその説明を省略する。また 前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効 についても、その説明を省略する。

 図11は本発明の第2の実施の形態における 両の制御システムの構成を示すブロック図 図12は本発明の第2の実施の形態における車 の高速走行時の動作を示す概略図である。 お、図12(a)は比較のための従来技術による 作例を示し、図12(b)は本実施の形態による動 作を示している。

 前記第1の実施の形態においては、搭乗部 14が、車両10の前後方向に本体部11に対して相 対的に並進可能となるように取り付けられ、 能動重量部として機能する。この場合、能動 重量部モータ62を備える移動機構が配設され これにより搭乗部14を並進させるので、構 や制御システムの複雑化、コスト高、重量 、等が問題になる場合がある。当然のこと がら、搭乗部14を移動させる移動機構を持た ない倒立型車両に適用することは不可能であ る。

 そこで、本実施の形態においては、搭乗 14を移動させる移動機構が省略されている また、図11に示されるように、制御システム からも、能動重量部制御システム60が省略さ 、能動重量部制御ECU23、能動重量部センサ61 及び能動重量部モータ62が省略されている。 お、その他の点の構成については、前記第1 の実施の形態と同様であるので、その説明は 省略する。

 そして、本実施の形態においては、車両1 0の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと 車体の傾斜角とを補正する。具体的には、速 度依存抵抗トルク(粘性抵抗トルク)を打ち消 ように駆動トルクを追加するとともに、車 に作用する粘性抵抗のトルク及び駆動トル の追加分に対する反トルクを車体の重心移 に伴う重力トルクで打ち消すように、図12(b )に示されるように、車体を車両10の進行方向 に傾斜させることによって車両10の重心位置 能動的に補正するようになっている。これ より、高速走行時でも、走行状態と車体姿 を高精度に制御できる。その結果、高速走 時でも操縦性や乗り心地の良い安価な倒立 の車両10を提供することが可能となる。

 これに対し、仮に、「背景技術」の項で 明した従来の車両のように、走行速度に応 て駆動輪12の駆動トルクと車体の傾斜角の 正を行わない場合、走行速度が高くなると 走行速度や車体姿勢の制御における誤差が きくなる。つまり、倒立型車両の場合、図12 (a)に示されるように、車両速度が高くなると 、速度依存抵抗、すなわち、車両10に作用す 空気抵抗や駆動輪12の回転軸に作用する粘 摩擦のような抵抗が増加し、走行及び姿勢 御への影響が強くなる。

 具体的には、速度依存抵抗によって、車 速度が目標値よりも低くなる場合がある。 た、車体に作用する空気抵抗のトルクや速 依存抵抗を打ち消すための駆動トルクの追 に伴って車体に作用する反トルクにより、 体が後方に傾く場合がある。その結果、モ リティとして重要な操縦性や乗り心地が悪 なる。

 そこで、本実施の形態においては、車両1 0の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと 車体の傾斜角とを補正するように走行及び姿 勢制御処理を実行することによって、車両10 走行速度が上昇しても、車両10は安定して 止及び走行することができる。

 次に、本実施の形態における走行及び姿 制御処理の詳細について説明する。なお、 行及び姿勢制御処理の概要及び目標走行状 の決定処理については、前記第1の実施の形 態と同様であるので、説明を省略し、状態量 の取得処理、目標車体姿勢の決定処理及びア クチュエータ出力の決定処理についてのみ説 明する。まず、状態量の取得処理について説 明する。

 図13は本発明の第2の実施の形態における状 量の取得処理の動作を示すフローチャート ある。

 次に、目標車体姿勢の決定処理について 明する。

 図14は本発明の第2の実施の形態における 標車体姿勢の決定処理の動作を示すフロー ャートである。

 目標車体姿勢の決定処理において、主制 ECU21は、まず、車体傾斜角の目標値を決定 る(ステップS3-11)。この場合、目標走行状態 決定処理によって決定された車両加速度の 標値と駆動輪回転角速度の目標値とに基づ 、次の式(7)により、車体傾斜角の目標値を 定する。

 一方、θ 1,V  は、車体に作用する空気抵抗によるトルク、 駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の摩 抵抗によるトルクの反トルクに対して車体 バランスをとるのに必要な車体傾斜角、す わち、速度依存抵抗による影響を打ち消す 斜角である。

 続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を 出する(ステップS3-12)。すなわち、各目標値 時間微分又は時間積分することにより、駆 輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値を算 する。

 このように、本実施の形態においては、 両加速度の目標値に伴って車体に作用する 性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、 動輪回転角速度(車両速度)の目標値に伴っ 車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗 び駆動モータ反トルクも考慮して、車体傾 角の目標値を決定する。

 このとき、車体に作用して車体を傾斜さ ようとするトルク、すなわち、車体傾斜ト クを重力の作用によって打ち消すように、 体の重心を移動させる。例えば、車両10が 進走行するときには、車体をより前方へ傾 る。また、車両10が後退走行するときには、 車体をより後方へ傾ける。

 なお、本実施の形態においては、駆動輪 擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式を 用し、車体空気抵抗は速度の二乗に比例す モデルに基づいた式を使用しているが、よ 正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮し モデルに基づいた式を使用してもよい。な 、式が非線形になる場合には、マップの形 で関数を適用してもよい。

 次に、アクチュエータ出力の決定処理に いて説明する。

 図15は本発明の第2の実施の形態における クチュエータ出力の決定処理の動作を示す ローチャートである。

 アクチュエータ出力の決定処理において 主制御ECU21は、まず、アクチュエータのフ ードフォワード出力を決定する(ステップS4-1 1)。この場合、各目標値から、前記第1の実施 の形態において説明した前記式(3)により駆動 モータ52のフィードフォワード出力を決定す 。

 前記式(3)に表されるように、力学モデル よって推定された速度依存抵抗を打ち消す うに駆動トルクを付加することによって、 両10の走行及び姿勢制御を高精度で実行す ことができるとともに、常に、同様の操縦 覚を乗員15に提供することができる。すなわ ち、高速走行時であっても、ジョイスティッ ク31の一定の操縦操作に対して、低速走行時 同様の加減速を行うことができる。

 続いて、主制御ECU21は、アクチュエータ フィードバック出力を決定する(ステップS4-1 2)。この場合、各目標値と実際の状態量との 差から、次の式(8)により駆動モータ52のフ ードバック出力を決定する。

 なお、スライディングモード制御等の非線 のフィードバック制御を導入することもで る。また、より簡単な制御として、K W2 及びK W3 を除くフィードバックゲインのいくつかをゼ ロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくす ために、積分ゲインを導入してもよい。

 最後に、主制御ECU21は、要素制御システ に指令値を与える(ステップS4-13)。この場合 主制御ECU21は、前述のように決定したフィ ドフォワード出力とフィードバック出力と 和を駆動トルク指令値として、駆動輪制御EC U22に送信する。

 このように、本実施の形態においては、 両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トル クと車体の重心位置とを補正する。つまり、 速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを 追加するとともに、車体に作用する空気抵抗 トルク及び駆動トルクの追加分に対する反ト ルクを車体の重心移動に伴う重力トルクで打 ち消すように、車体を前方に傾斜させる。し たがって、搭乗部14の移動機構を持たない倒 型車両に適用することができる。また、構 及び制御システムを簡素化することができ 安価で軽量な倒立型車両を実現することが きる。

 次に、本発明の第3の実施の形態について 説明する。なお、第1及び第2の実施の形態と じ構造を有するものについては、同じ符号 付与することによってその説明を省略する また、前記第1及び第2の実施の形態と同じ 作及び同じ効果についても、その説明を省 する。

 図16は本発明の第3の実施の形態における 両の制御システムの構成を示すブロック図 ある。

 本実施の形態においては、対気速度を計 し、その計測値に基づいて車両10の制御を うようになっている。

 駆動輪回転角速度に基づいて空気抵抗を 定すると、駆動輪12が空転した場合に空気 抗の推定値に大きな誤差が生じることがあ 。一般的に、駆動輪12の回転速度から推定し た車両速度を用いると、空気抵抗が過大に評 価される。これは、空気抵抗が速度の二乗に 比例するため、誤差が著しく大きくなるから である。また、誤った空気抵抗の推定値に対 して駆動トルクを増加させるため、駆動輪12 空転状態を更に悪化させる可能性がある。 らに、誤った空気抵抗の推定値と釣り合う うに車体重心を移動させるため、車体が大 く傾く可能性がある。なお、駆動輪12がロ クして路面上をスリップした場合にも、同 の問題が生じる。

 また、外気風が強くなると、走行速度や 体姿勢の制御における誤差が大きくなる。 れは、強風に伴う大きな空気抵抗が、車両1 0の走行及び姿勢制御に影響を及ぼすためで る。そのため、モビリティとして、操縦性 乗り心地が悪くなってしまう。一般的に、 立型車両は走行速度が低いため、相対的に 気風の影響が大きくなる。

 そこで、本実施の形態においては、駆動 12の回転速度と車両10の対気速度とに応じて 、駆動輪12の駆動トルク及び搭乗部14の位置 補正する。具体的には、駆動輪回転角速度 基づいて、駆動輪12に作用する粘性摩擦を推 定するとともに、対気速度計によって計測し た対気速度に基づいて、車体に作用する空気 抵抗を推定する。

 これにより、例えば駆動輪12が空転して 、走行状態と車体姿勢の高精度な制御を実 し、操縦性や乗り心地の良い倒立型の車両10 を提供することができる。また、強風発生時 にも、同様に、走行状態と車体姿勢の高精度 な制御を実現し、操縦性や乗り心地の良い倒 立型の車両10を提供することができる。

 そのため、車両10は、図16に示されるよう に、対気速度計測手段としての対気速度セン サ71を有する。該対気速度センサ71は、例え 、ピトー管による計測装置であって動圧を 測するものを使用するが、対気速度を計測 能なものであれば、いかなる種類のセンサ あってもよい。

 また、車両10は、対気速度センサ71を含む 対気速度計測システム70を有する。そして、 気速度センサ71は、外気に対する車両10の速 度である対気速度を計測して主制御ECU21に送 する。

 次に、本実施の形態における走行及び姿 制御処理の詳細について説明する。なお、 行及び姿勢制御処理の概要及び目標走行状 の決定処理については、前記第1の実施の形 態と同様であるので、説明を省略し、状態量 の取得処理、目標車体姿勢の決定処理及びア クチュエータ出力の決定処理についてのみ説 明する。まず、状態量の取得処理について説 明する。

 図17は本発明の第3の実施の形態における状 量の取得処理の動作を示すフローチャート ある。

 続いて、主制御ECU21は、対気速度を取得 る(ステップS1-23)。この場合、対気速度セン 71の計測した対気速度を取得する。

 次に、目標車体姿勢の決定処理について 明する。

 図18は本発明の第3の実施の形態における 標車体姿勢の決定処理の動作を示すフロー ャートである。

 目標車体姿勢の決定処理において、主制 ECU21は、まず、能動重量部位置の目標値及 車体傾斜角の目標値を決定する(ステップS3-2 1)。この場合、目標走行状態の決定処理によ て決定された車両加速度の目標値と駆動輪 転角速度の目標値、及び、対気速度センサ7 1の計測した対気速度に基づき、前記第1の実 の形態において説明した前記式(1)及び(2)に り、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜 の目標値を決定する。

 続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を 出する(ステップS3-22)。すなわち、各目標値 時間微分又は時間積分することにより、駆 輪回転角、車体傾斜角速度及び能動重量部 動速度の目標値を算出する。

 このように、本実施の形態においては、 両加速度の目標値に伴って車体に作用する 性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、 動輪回転角速度(車両速度)の目標値に伴っ 車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗 び駆動モータ反トルクも考慮して、車体姿 の目標値、すなわち、能動重量部位置の目 値及び車体傾斜角の目標値を決定する。

 このとき、車体に作用して車体を傾斜さ ようとするトルク、すなわち、車体傾斜ト クを重力の作用によって打ち消すように、 体の重心を移動させる。例えば、車両10が 進走行するとき、あるいは、前方からの向 い風が存在するときには、搭乗部14をより前 方へ移動させ、あるいは、さらに車体を前方 へ傾ける。また、車両10が後退走行するとき あるいは、後方からの追い風が存在すると には、搭乗部14をより後方へ移動させ、あ いは、さらに車体を後方へ傾ける。

 本実施の形態においては、前記第1の実施 の形態において説明した図8に示されるよう 、まず、車体を傾斜させずに搭乗部14を移動 させ、該搭乗部14が能動重量部移動限界に達 ると、車体の傾斜を開始させる。そのため 低速走行時や弱い外気風に対しては車体が 後に傾かないので、乗員15にとっての乗り 地が向上するのと共に、視界の揺動が抑制 れる。

 なお、本実施の形態においては、駆動輪1 2の粘性摩擦を推定するための駆動輪回転角 度として、その目標値を使用しているが、 際に計測した値、すなわち、実値を使用し もよい。

 また、本実施の形態においては、能動重 部移動限界が前方と後方とで等しい場合を 定しているが、前方と後方とで異なる場合 は、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有 を切り替えるようにしてもよい。例えば、 速性能よりも制動性能を高く設定する場合 後方の能動重量部移動限界を前方よりも遠 に設定する必要がある。

 さらに、本実施の形態においては、車両1 0の加速度や速度が低いときや外気風が弱い きには、搭乗部14の移動だけで対応させてい るが、その車体傾斜トルクの一部又は全部を 車体の傾斜で対応させてもよい。車体を傾斜 させることによって、乗員15に作用する前後 向の力を軽減させることができる。

 さらに、本実施の形態においては、駆動 摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式 使用し、車体空気抵抗は速度の二乗に比例 るモデルに基づいた式を使用しているが、 り正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮 たモデルに基づいた式を使用してもよい。 お、式が非線形になる場合には、マップの 式で関数を適用してもよい。

 次に、アクチュエータ出力の決定処理に いて説明する。

 図19は本発明の第3の実施の形態における クチュエータ出力の決定処理の動作を示す ローチャートである。

 アクチュエータ出力の決定処理において 主制御ECU21は、まず、各アクチュエータの ィードフォワード出力を決定する(ステップS 4-21)。この場合、各目標値と対気速度とから 次の式(9)により駆動モータ52のフィードフ ワード出力を決定し、また、前記第1の実施 形態において説明した前記式(4)により能動 量部モータ62のフィードフォワード出力を 定する。

 このように、力学モデルによって推定さ た速度依存抵抗トルクを打ち消すように駆 トルクを付加することによって、車両10の 行及び姿勢制御を高精度で実行することが きるとともに、常に同様の操縦感覚を乗員15 に提供することができる。すなわち、高速走 行時や強い外気風が存在する場合であっても 、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対 て、低速走行時と同様の加減速を行うこと できる。

 続いて、主制御ECU21は、各アクチュエー のフィードバック出力を決定する(ステップS 4-22)。この場合、各目標値と実際の状態量と 偏差から、前記第1の実施の形態において説 明した前記式(5)により駆動モータ52のフィー バック出力を決定し、また、前記第1の実施 の形態において説明した前記式(6)により能動 重量部モータ62のフィードバック出力を決定 る。

 なお、スライディングモード制御等の非線 のフィードバック制御を導入することもで る。また、より簡単な制御として、K W2 、K W3 及びK S5 を除くフィードバックゲインのいくつかをゼ ロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくす ために、積分ゲインを導入してもよい。

 最後に、主制御ECU21は、各要素制御シス ムに指令値を与える(ステップS4-23)。この場 、主制御ECU21は、前述のように決定したフ ードフォワード出力とフィードバック出力 の和を駆動トルク指令値及び能動重量部推 指令値として、駆動輪制御ECU22及び能動重量 部制御ECU23に送信する。

 このように、本実施の形態においては、 動輪12の回転速度と車両10の対気速度とに応 じて、駆動輪12の駆動トルク及び搭乗部14の 置を補正する。つまり、駆動輪回転角速度 基づいて、駆動輪12に作用する摩擦抵抗トル クを推定するとともに、対気速度計によって 計測した対気速度に基づいて、車体に作用す る空気抵抗を推定する。

 これにより、駆動輪12が空転やスリップ 態にあっても、走行状態と車体姿勢とを高 度に制御することができるので、操縦性や り心地の良い倒立型の車両10を提供すること ができる。また、外気風が強い場合において も、同様に、走行状態と車体姿勢とを高精度 に制御することができるので、操縦性や乗り 心地の良い倒立型の車両10を提供することが きる。

 なお、本実施の形態においては、対気速 センサ71から取得した対気速度に基づいて 気抵抗を推定する例について説明したが、 気速度センサ71としてピトー管等の動圧計測 型のセンサを使用する場合には、動圧値を直 接取得して空気抵抗を推定してもよい。これ により、大気の密度変化による影響を正しく 考慮することができる。

 次に、本発明の第4の実施の形態について 説明する。なお、第1~第3の実施の形態と同じ 構造を有するものについては、同じ符号を付 与することによってその説明を省略する。ま た、前記第1~第3の実施の形態と同じ動作及び 同じ効果についても、その説明を省略する。

 図20は本発明の第4の実施の形態における 動輪速度依存抵抗トルクのパラメータ推定 示す図、図21は本発明の第4の実施の形態に ける車体速度依存抵抗トルクのパラメータ 定を示す図、図22は本発明の第4の実施の形 における状態量の取得処理の動作を示すフ ーチャートである。

 本実施の形態においては、走行状態、車 姿勢等の時間履歴に基づいて速度依存抵抗 パラメータを推定するようになっている。

 速度依存抵抗のパラメータは、車両10の 用状況や使用履歴によって変化する。例え 、駆動輪摩擦抵抗係数は、経年変化が生じ すい。また、車体空気抵抗係数や作用中心 さは、搭乗部14上の乗員15又は積載物の形状 より相違する。そして、速度依存抵抗のパ メータに誤差があると、走行及び姿勢制御 適切に実行されない場合がある。また、使 状況や使用履歴によっては、操縦性や乗り 地が悪化する場合がある。

 そこで、本実施の形態においては、計測 た走行状態、車体姿勢及びアクチュエータ 力に基づいて、速度依存抵抗のパラメータ 推定する。具体的には、種々の駆動輪回転 速度と速度依存抵抗トルクとの関係の時間 歴から、パラメータを推定する。さらに、 体姿勢の変化速度が低い場合におけるデー のみを推定に利用する。そして、車両速度 低い状態おける推定値を速度依存抵抗トル のオフセット値として誤差の修正に利用す 。

 これにより、車両10の使用状況や使用履 に依らず、車両10に作用する速度依存抵抗の 値を高精度で推定することができる。したが って、操縦性や乗り心地のより良い倒立型の 車両10を提供することができる。

 次に、本実施の形態における走行及び姿勢 御処理の詳細について説明する。なお、走 及び姿勢制御処理の概要並びに目標走行状 の決定処理、目標車体姿勢の決定処理及び クチュエータ出力の決定処理については、 記第1の実施の形態と同様であるので、説明 を省略し、状態量の取得処理についてのみ説 明する。

 続いて、主制御ECU21は、車体姿勢は安定 否かを判断する(ステップS1-33)。この場合、 体傾斜角速度、車体傾斜角加速度、能動重 部移動速度及び能動重量部移動加速度のす ての絶対値が所定の閾値以下であるとき、 体姿勢は安定である、すなわち、車体の姿 変化の影響が小さいと判断する。

 本実施の形態における速度依存抵抗のパ メータの推定においては、車体姿勢の変化 のデータは使用しない。具体的には、車体 斜角速度、車体傾斜角加速度、能動重量部 動速度及び能動重量部移動加速度の各車体 勢状態量について、それらの絶対値のいず かが、それぞれについてあらかじめ設定さ た閾値より大きいときには、車体姿勢変化 よるパラメータ推定値への影響が大きいと 断して、速度依存抵抗のパラメータの推定 の更新を行わず、また、そのときのデータ 以降の速度依存抵抗のパラメータの推定値 反映させない。

 つまり、車体の姿勢が激しく変化してい ときには、速度依存抵抗のパラメータを推 しない。これは、速度依存抵抗のパラメー が短時間で急激に変化する可能性は極めて く、車体の姿勢が激しく変化しているよう 場合の推定は不要とする考えに基づく。

 このように、高精度の推定が困難で誤差 大きいと予想される場合を積極的に回避す ことで、高精度の推定を簡単に実現するこ ができる。

 なお、本実施の形態においては、車体姿 変化時のデータを速度依存抵抗のパラメー の推定に使用しないようにしているが、他 要因によってデータの使用を禁止してもよ 。例えば、坂路走行時、段差昇降時、急加 速時、車両停止時、搭乗者乗降時、システ 異常時等には、データの使用を禁止するよ にしてもよい。一方、これらの要因を十分 精度に考慮することができる推定モデルを いる場合には、それらの要因を考慮して、 度依存抵抗のパラメータの推定を行っても い。

 そして、車体姿勢が安定していると判断 た場合、主制御ECU21は、速度依存抵抗トル を推定する(ステップS1-34)。この場合、各状 量、及び、前回(1つ前の時間ステップ)の走 及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ 力の決定処理で決定した各アクチュエータ 出力に基づき、次の式(10)及び(11)により、 動輪速度依存抵抗トルク及び車体速度依存 抗トルクをそれぞれ推定する。

 このように、本実施の形態においては、 両10の走行状態、車体姿勢及び駆動トルク 値に基づいて、速度依存抵抗トルクを推定 る。つまり、駆動輪12や車体に作用するトル クから、車両速度に依存する粘性抵抗トルク の成分を抽出する。具体的には、駆動トルク から、駆動輪回転角速度、車体傾斜角及び能 動重量部位置の計測値に基づいて、理論的な 力学モデルにより想定される他のトルク成分 を取り除くことで、粘性抵抗トルクの成分を 抽出する。本実施の形態においては、駆動輪 12に作用する駆動トルクから、車両10の慣性 の成分を除いた値を駆動輪速度依存抵抗ト クとする。さらに、車体に作用する駆動ト クの反トルクから、車体傾斜に伴う重力ト ク、車両10の加速度に伴う慣性力によるトル ク、及び、搭乗部14の位置ずれに伴う重力ト クを除いた値を車体速度依存抵抗トルクと る。

 また、各速度依存抵抗トルクの推定値か 、車両速度に無関係な成分を取り除く。具 的には、駆動輪回転角速度が所定の閾値よ も低いときの速度依存抵抗トルクの推定値 、車両速度に無関係な成分とする。そして この条件を満たす推定値を選択的に抽出し 所定の時定数で定義されるローパスフィル をかけた値を、速度依存抵抗トルク推定値 オフセット値(定数成分)とみなし、逐次得 れる推定値からこのオフセット成分を取り くことで、速度依存抵抗トルク推定値を補 する。この成分は、力学モデルで考慮され いない他の成分(例えば、車体の重心ずれ、 面勾(こう)配、静止摩擦等)に相当し、これ できる限り取り除くことによって、速度依 抵抗トルク推定値の精度を向上させること できる。

 なお、本実施の形態においては、簡単な 形の力学モデルに基づき、抵抗トルクの推 値から主要な他の成分を取り除いているが 各成分について、より厳密な非線形モデル 用いてもよい。また、他の成分を理論的に 慮してもよい。例えば、他のオブザーバに り車体の重心ずれや路面勾配の値を推定し その成分を除去してもよい。

 さらに、本実施の形態においては、駆動 回転角速度に基づいて無関係な成分を抽出 ているが、異なる条件に基づいて、想定さ る他の成分を抽出し、補正に利用してもよ 。

 続いて、主制御ECU21は、速度依存抵抗パ メータを推定する(ステップS1-35)。この場合 初めに、推定した駆動輪速度依存抵抗トル と車体速度依存抵抗トルク、及び、駆動輪 転角速度の時間履歴に基づき、次の式(12)に より、駆動輪摩擦抵抗係数、車体空気抵抗係 数及び車体空気抵抗中心高さを推定するのに 必要な、各速度依存抵抗トルクと駆動輪回転 角速度との関係式における各係数を求める。

 前記式(12)は、各速度依存抵抗トルクと駆 動輪回転角速度との関係式を二次関数と仮定 し、その各係数を最小二乗法によって推定す る計算式である。

 図20は駆動輪速度依存抵抗トルクのパラ ータ推定を説明する図であり、縦軸は駆動 速度依存抵抗トルクを示し、横軸は駆動輪 転角速度を示している。そして、白抜きの ○は、所定時間だけ前の時刻から現時点ま の間に推定された駆動輪速度依存抵抗トル の推定値とそれに対応する駆動輪回転角速 の値とをプロットしたものである。また、 線Bは複数の丸○が示す駆動輪速度依存抵抗 ルクの推定値と駆動輪回転角速度の値との 係を次の式(13)で表される二次関数で仮定し て、最小二乗法によって求めた結果を示す。

 また、図21は車体速度依存抵抗トルクの ラメータ推定を説明する図であり、縦軸は 体速度依存抵抗トルクを示し、横軸は駆動 回転角速度を示している。そして、白抜き 丸○は、所定時間だけ前の時刻から現時点 での間に推定された車体速度依存抵抗トル の推定値とそれに対応する駆動輪回転角速 の値とをプロットしたものである。また、 線Cは複数の丸○が示す車体速度依存抵抗ト クの推定値と駆動輪回転角速度の値との関 を、次の式(14)で表される二次関数で仮定し て、最小二乗法によって求めた結果を示す。

 次に、得られた各速度依存抵抗トルクと駆 輪回転角速度との関係式における各係数の に基づいて、駆動輪摩擦抵抗係数、車体空 抵抗係数及び車体空気抵抗中心高さを推定 る。具体的には、駆動輪摩擦抵抗係数D の値をD =C W,1  より、車体空気抵抗係数D の値をD =C W,2  /R より、車体空気抵抗中心高さh 1,D  の値をh 1,D  =(C 1,2  +R )/D よりそれぞれ推定する。

 このように、本実施の形態においては、 両速度及び速度依存抵抗トルク推定値の時 履歴から、速度依存抵抗パラメータを推定 る。具体的には、所定の時間だけ前の時刻 ら現在までの駆動輪回転角速度と速度依存 抗トルク推定値とを用いて、駆動輪回転角 度と速度依存抵抗トルクとの相関関係及び のパラメータを推定する。この場合、最小 乗法によりパラメータを求める。このとき 速度依存抵抗トルクは定数項並びに駆動輪 転角速度の1次項及び2次項の3項から成ると 定する。

 なお、理論的な力学モデルでは、駆動輪 度依存抵抗トルクは1次項と2次項とから成 、車体速度依存抵抗トルクは2次項のみから るが、他の項も仮定することにより、力学 デルで考慮していない要素が速度依存抵抗 ラメータの推定値に影響する程度を軽減し いる。

 そして、相関パラメータから、各速度依 抵抗パラメータを求める。つまり、駆動輪 擦抵抗係数を、駆動輪速度依存抵抗トルク 1次の係数により決定する。また、車体空気 抵抗係数を、駆動輪速度依存抵抗トルクの2 の係数により決定する。さらに、車体空気 抗中心高さを、車体速度依存抵抗トルクの2 の係数により決定する。

 なお、本実施の形態においては、最小二 法により所定の時間内における平均的な相 関係を推定しているが、他の方法を用いて よい。例えば、3点のデータから瞬間的な相 関関係を求め、その相関パラメータにローパ スフィルタをかけることで、平均的な相関関 係を少ないメモリ容量及び演算量で算出する ことができる。

 また、本実施の形態においては、相関関 を二次関数で仮定しているが、より高次の 数や他の非線形関数を用いてもよい。これ より、より正確に速度依存抵抗成分を抽出 ることができる可能性がある。

 そして、主制御ECU21は、このようにして 定した速度依存抵抗パラメータに基づいて 以降の目標走行状態の決定処理、目標車体 勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決 処理を実行する。なお、車体姿勢は安定か かを判断して、安定でないと判断した場合 は、主制御ECU21は、速度依存抵抗トルクを推 定することなく、かつ、速度依存抵抗パラメ ータも推定することなく、そのまま、状態量 の取得処理を終了する。

 このように、本実施の形態においては、 行状態、車体姿勢等の時間履歴に基づいて 度依存抵抗のパラメータを推定する。具体 には、種々の駆動輪回転角速度と各速度依 抵抗トルクとの関係からパラメータを推定 る。さらに、車体姿勢の変化速度が低い状 のデータのみを利用する。そして、車両速 が低いときの推定値をオフセット値として 差の修正に利用する。

 これにより、車両10の使用状況や使用履 に依らず、車両10に作用する速度依存抵抗の 値を高精度で推定することができる。また、 車両速度が低い状態おける推定値をオフセッ ト値とすることにより、把握不能な抵抗等の 種々の因子を誤差としてオフセットすること ができる。

 なお、本発明は前記実施の形態に限定さ るものではなく、本発明の趣旨に基づいて 々変形させることが可能であり、それらを 発明の範囲から排除するものではない。

 この発明は、倒立振り子の姿勢制御を利 した車両に適用することができる。

10  車両
12  駆動輪
14  搭乗部
20  制御ECU
71  対気速度センサ