(57)【要約】【課題】車体の左右傾斜状態に応じた駆動トルク差を左右の駆動輪に与え、旋回走行状態に応じたリンクトルクを車体傾斜リンク機構に与えることによって、適切に旋回走行状態と車体の傾斜姿勢を制御することができ、操縦性や快適性が高くなるようにする。【解決手段】回転可能に車体に取り付けられた左右の駆動輪１２と、前記車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構と、前記駆動輪１２の各々に付与する駆動トルク及び前記車体傾斜リンク機構に付与するリンク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、前記車体の左右傾斜状態に応じた駆動トルク差を前記左右の駆動輪１２に付与し、旋回走行状態に応じたリンクトルクを前記車体傾斜リンク機構に付与する。【選択図】図１
2010260531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に車体に取り付けられた左右の駆動輪と、
前記車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構と、
前記駆動輪の各々に付与する駆動トルク及び前記車体傾斜リンク機構に付与するリンク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、前記車体の左右傾斜状態に応じた駆動トルク差を前記左右の駆動輪に付与し、旋回走行状態に応じたリンクトルクを前記車体傾斜リンク機構に付与することを特徴とする車両。
【請求項２】
前記車両制御装置は、前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の計測値と、目標とする走行状態によって決定される前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値との差に応じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第１出力決定手段を備える請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記第１出力決定手段は、前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の計測値と、目標とする走行状態によって決定される前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値との差に、所定の係数を乗じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記車両制御装置は、前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態に応じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第２出力決定手段を更に備え、
前記第１出力決定手段の決定した駆動トルク差及びリンクトルクと前記第２出力決定手段の決定した駆動トルク差及びリンクトルクとの和を前記左右の駆動輪及び車体傾斜リンク機構に付与する請求項２又は３に記載の車両。
【請求項５】
前記第２出力決定手段は、目標とする走行状態によって決定される車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値に応じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する請求項４に記載の車両。
【請求項６】
前記第２出力決定手段は、前記左右の駆動輪の接地点の中点から前記左右の駆動輪の接地荷重の作用中心までの距離を前記中点から前記駆動輪の接地点までの距離で除した値である接地荷重移動率の推定値に応じて前記駆動トルク差を決定する請求項４又は５に記載の車両。
【請求項７】
前記第２出力決定手段は、前記車体に作用する重力及び遠心力により前記車体を左右に傾斜させるトルクである車体傾斜トルクの推定値に応じて前記リンクトルクを決定する請求項４又は５に記載の車両。
【請求項８】
前記車両制御装置は、前記車体の前後傾斜状態及び／又は前記駆動輪の左右平均回転角速度に応じて総駆動トルクを決定する第３出力決定手段を更に備え、
前記総駆動トルク及び前記接地荷重移動率に応じた駆動トルク差を前記左右の駆動輪に更に付与する請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両。
【請求項９】
前記総駆動トルクは、前記車体の前後傾斜状態を目標走行状態に応じた傾斜角に保持するトルクであり、
前記車両制御装置は、前記総駆動トルクに前記接地荷重移動率を乗じた値の駆動トルク差を前記左右の駆動輪に付与する請求項８に記載の車両。
【請求項１０】
前記旋回走行状態は、前記左右の駆動輪の回転角速度の差である請求項１〜９のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１１】
前記車両制御装置は、前記車体傾斜リンク機構を構成する２つの部材の相対回転角の計測値によって前記車体の左右傾斜状態を推定する傾斜推定手段を更に備え、
該傾斜推定手段による前記車体の左右傾斜状態の推定値を前記車体の左右傾斜状態の計測値に代えて、前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する請求項２〜１０のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１２】
前記傾斜推定手段は、左右方向の路面勾配及び／又は前記左右の駆動輪の変形量の差である外的傾斜状態を取得する外的傾斜取得手段を更に備え、
該外的傾斜取得手段が取得した外的傾斜状態によって前記車体の左右傾斜状態の推定値を補正する請求項１１に記載の車両。
【請求項１３】
前記外的傾斜取得手段は、前記２つの部材の相対回転角、前記リンクトルク、車両の左右加速度、前記左右の駆動輪の回転角速度、のいずれか２つ以上の計測値によって前記外的傾斜状態を推定する請求項１２に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の車輪と、一対の車輪を支持するリンク機構とを備える、いわゆる、同軸２輪タイプの倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する技術が提案されている。例えば、同軸上に配設された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等の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この場合、リンク機構によって車体を左右に傾斜させながら走行するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−００１３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の車両においては、旋回走行の状態に応じて、旋回円の内側に車体を傾斜させることで車体姿勢の安定性及び乗員の快適性を保障するようになっているが、特に、超小型の車両の場合、車両の走行状態と車体の姿勢を共に適切な状態に制御できないことがある。例えば、適切な状態からのずれや最適な状態に至るまでの時間遅れ、振動等が生じることがある。
【０００６】
そもそも、前記従来の車両は、旋回走行状態と車体の姿勢が互いに影響し合う力学的構造を有する。例えば、車体を左右方向に適切な角度まで傾斜させる前に旋回を開始した場合、既に発生した遠心力に十分に対応できずに車体を適切な角度まで傾斜できないのとともに、車体の重心移動が不十分である影響により、車両の旋回半径が大きくなるときがある。また、車両の旋回運動と車体の傾斜運動が連成した結果として、車体を左右に揺らしながら車両が蛇行する場合がある。一般に、重心位置が高く、ヨー慣性モーメントが小さい超小型の車両では、この影響が非常に大きい。そのため、車両の操縦性や快適性の向上を妨げる要因となる可能性がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車体の左右傾斜状態に応じた駆動トルク差を左右の駆動輪に与え、旋回走行状態に応じたリンクトルクを車体傾斜リンク機構に与えることによって、適切に旋回走行状態と車体の傾斜姿勢を制御することができ、操縦性や快適性の高い車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのために、本発明の車両においては、回転可能に車体に取り付けられた左右の駆動輪と、前記車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構と、前記駆動輪の各々に付与する駆動トルク及び前記車体傾斜リンク機構に付与するリンク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、前記車体の左右傾斜状態に応じた駆動トルク差を前記左右の駆動輪に付与し、旋回走行状態に応じたリンクトルクを前記車体傾斜リンク機構に付与する。
【０００９】
本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の計測値と、目標とする走行状態によって決定される前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値との差に応じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第１出力決定手段を備える。
【００１０】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記第１出力決定手段は、前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の計測値と、目標とする走行状態によって決定される前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値との差に、所定の係数を乗じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する。
【００１１】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態に応じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第２出力決定手段を更に備え、前記第１出力決定手段の決定した駆動トルク差及びリンクトルクと前記第２出力決定手段の決定した駆動トルク差及びリンクトルクとの和を前記左右の駆動輪及び車体傾斜リンク機構に付与する。
【００１２】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記第２出力決定手段は、目標とする走行状態によって決定される車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値に応じて前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する。
【００１３】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記第２出力決定手段は、前記左右の駆動輪の接地点の中点から前記左右の駆動輪の接地荷重の作用中心までの距離を前記中点から前記駆動輪の接地点までの距離で除した値である接地荷重移動率の推定値に応じて前記駆動トルク差を決定する。
【００１４】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記第２出力決定手段は、前記車体に作用する重力及び遠心力により前記車体を左右に傾斜させるトルクである車体傾斜トルクの推定値に応じて前記リンクトルクを決定する。
【００１５】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の前後傾斜状態及び／又は前記駆動輪の左右平均回転角速度に応じて総駆動トルクを決定する第３出力決定手段を更に備え、前記総駆動トルク及び前記接地荷重移動率に応じた駆動トルク差を前記左右の駆動輪に更に付与する。
【００１６】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記総駆動トルクは、前記車体の前後傾斜状態を目標走行状態に応じた傾斜角に保持するトルクであり、前記車両制御装置は、前記総駆動トルクに前記接地荷重移動率を乗じた値の駆動トルク差を前記左右の駆動輪に付与する。
【００１７】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記旋回走行状態は、前記左右の駆動輪の回転角速度の差である。
【００１８】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体傾斜リンク機構を構成する２つの部材の相対回転角の計測値によって前記車体の左右傾斜状態を推定する傾斜推定手段を更に備え、該傾斜推定手段による前記車体の左右傾斜状態の推定値を前記車体の左右傾斜状態の計測値に代えて、前記駆動トルク差及びリンクトルクを決定する。
【００１９】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜推定手段は、左右方向の路面勾（こう）配及び／又は前記左右の駆動輪の変形量の差である外的傾斜状態を取得する外的傾斜取得手段を更に備え、該外的傾斜取得手段が取得した外的傾斜状態によって前記車体の左右傾斜状態の推定値を補正する。
【００２０】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記外的傾斜取得手段は、前記２つの部材の相対回転角、前記リンクトルク、車両の左右加速度、前記左右の駆動輪の回転角速度、のいずれか２つ以上の計測値によって前記外的傾斜状態を推定する。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の構成によれば、適切に旋回走行状態と車体の左右の傾斜姿勢を制御することができ、操縦性や快適性が向上する。
【００２２】
請求項２及び３の構成によれば、車体の左右の傾斜状態及び旋回走行状態を、適切な状態で安定に維持することができる。
【００２３】
請求項４〜７の構成によれば、車体の左右の傾斜状態及び旋回走行状態を、適切な状態に素早く、かつ、高精度に一致させることができる。
【００２４】
請求項８及び９の構成によれば、車両の加減速や車体の前後傾斜を伴う旋回走行時であっても、旋回走行状態を高精度に制御することができる。
【００２５】
請求項１０の構成によれば、車両の旋回運動を直接的に計測することが不可能であっても、車体の左右の傾斜状態及び旋回走行状態を適切に制御することができる。
【００２６】
請求項１１の構成によれば、車体の左右傾斜状態の計測が不可能であっても、車体の左右の傾斜状態及び旋回走行状態を適切に制御することができる。
【００２７】
請求項１２の構成によれば、車体の左右傾斜状態の計測が不可能であり、かつ、路面が傾斜している場合や大きく変形する駆動輪を装着している場合であっても、車体の左右の傾斜状態及び旋回走行状態を適切に制御することができる。
【００２８】
請求項１３の構成によれば、車体の左右傾斜状態、及び、路面の傾斜状態や駆動輪の変形の計測が不可能であっても、車体の左右の傾斜状態及び旋回走行状態を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における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。
【図４】本発明の第２の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における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。
【図７】本発明の第３の実施の形態における車両の姿勢変化を示す概略図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における車両制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施の形態における通常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における非常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における非常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施の形態における車両の姿勢変化を示す概略図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の第１の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【００３２】
図１において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の本体部１１、駆動輪１２、支持部１３及び乗員１５が搭乗する搭乗部１４を有し、前記車両１０は、車体を前後左右に傾斜させることができるようになっている。そして、倒立振り子の姿勢制御と同様に車体の姿勢を制御する。また、車両１０は前進及び後退することができる。
【００３３】
前記駆動輪１２は、車体の一部である支持部１３に対し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によって駆動される。なお、駆動輪１２の回転軸は車体が直立した状態において水平な方向に存在し、駆動輪１２はその回転軸を中心に回転する。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は個別の駆動モータ５２によって独立して駆動される。なお、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できるが、ここでは、電気モータである駆動モータ５２を使用するものとして説明する。
【００３４】
また、車体の一部である本体部１１は、支持部１３によって下方から支持され、駆動輪１２の上方に位置する。そして、本体部１１には、車両１０の運転者である乗員１５が搭乗する搭乗部１４が取り付けられている。
【００３５】
本実施の形態においては、説明の都合上、搭乗部１４には乗員１５が搭乗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が搭乗している必要はなく、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に乗員１５が搭乗していなくてもよいし、乗員１５に代えて、貨物等の搭載物が積載されていてもよい。なお、前記搭乗部１４は、乗用車、バス等の自動車に使用されるシートと同様のものであり、座面部、背もたれ部及びヘッドレストを備える。
【００３６】
また、前記車両１０は、車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構としてのリンク機構６０を有し、旋回時には、図１に示されるように、左右の駆動輪１２の路面に対する角度、すなわち、キャンバー角を変化させるとともに、搭乗部１４及び本体部１１を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員１５の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両１０は車体を横方向（左右方向）にも傾斜させることができる。
【００３７】
前記リンク機構６０は、左右の駆動輪１２に駆動力を付与する駆動モータ５２を支持するモータ支持部材としても機能する左右の縦リンクユニット６５と、該左右の縦リンクユニット６５の上端同士を連結する上側横リンクユニット６３と、左右の縦リンクユニット６５の下端同士を連結する下側横リンクユニット６４とを有する。また、左右の縦リンクユニット６５と上側横リンクユニット６３及び下側横リンクユニット６４とは回転可能に連結されている。さらに、上側横リンクユニット６３の中央及び下側横リンクユニット６４の中央には、上下方向に延在する支持部１３が回転可能に連結されている。
【００３８】
そして、６１は、リンクトルクを発生する車体傾斜用のアクチュエータとしてのリンクモータであって、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、ボディが上側横リンクユニット６３に固定され、回転軸が支持部１３に固定されている。なお、前記ボディが支持部１３に固定され、回転軸が上側横リンクユニット６３に固定されていてもよい。そして、リンクモータ６１を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、上側横リンクユニット６３に対して支持部１３が回転し、リンク機構６０が屈伸する。なお、前記リンクモータ６１の回転軸は、支持部１３と上側横リンクユニット６３との連結部分の回転軸と同軸になっている。これにより、リンク機構６０を屈伸させて本体部１１を傾斜させることが可能となる。
【００３９】
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を備える入力装置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を操作することによって、車両１０を操縦する、すなわち、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を入力することができる装置であれば、ジョイスティック３１に代えて他の装置、例えば、ペダル、ハンドル、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を目標走行状態取得装置として使用することもできる。
【００４０】
さらに、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、前記ジョイスティック３１が図示されないリモートコントローラに配設され、ジョイスティック３１の操作量は、リモートコントローラから、有線又は無線によって車両１０に配設される受信装置に送信される。この場合、ジョイスティック３１の操縦者は乗員１５以外の者である。
【００４１】
なお、本実施の形態における以降の説明は、搭乗部１４の座面が水平であるときに、駆動輪１２の回転軸に垂直な方向にｘ軸、平行な方向にｙ軸、鉛直上向きにｚ軸を採る座標系に基づくものとする。
【００４２】
車両システムは、図２に示されるように、車両制御装置としての制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０を有し、該制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３を備える。前記制御ＥＣＵ２０並びに主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インタ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や搭乗部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及びリンク制御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。
【００４３】
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、駆動輪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５１は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、駆動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／又は回転角速度を検出し、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動輪制御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、該駆動モータ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。
【００４４】
また、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、車体傾斜センサ４１、駆動モータ５２及びリンクモータ６１とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム４０の一部として機能する。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／又は傾斜角速度を検出し、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動輪制御ＥＣＵ２２に送信する。また、前記主制御ＥＣＵ２１は、リンクトルク指令値をリンク制御ＥＣＵ２３に送信し、該リンク制御ＥＣＵ２３は、受信したリンクトルク指令値に相当する入力電圧をリンクモータ６１に供給する。そして、該リンクモータ６１は、入力電圧に従ってリンク機構６０に駆動トルクを付与し、これにより、傾斜用のアクチュエータとして機能する。
【００４５】
なお、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ４１として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と車体傾斜角速度とを決定してもよい。
【００４６】
また、主制御ＥＣＵ２１には、入力装置３０のジョイスティック３１から走行指令として、操作量が入力される。そして、前記主制御ＥＣＵ２１は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信し、リンクトルク指令値をリンク制御ＥＣＵ２３に送信する。
【００４７】
なお、前記制御ＥＣＵ２０は、機能の観点から、車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の計測値と、目標走行状態によって決定される車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値との差に応じて駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第１出力決定手段、車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態に応じて駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第２出力決定手段、車体の前後傾斜状態及び駆動輪１２の左右平均回転角速度に応じて総駆動トルクを決定する第３出力決定手段、車体の左右傾斜状態を推定する傾斜推定手段、並びに、外的傾斜状態を推定する外的傾斜取得手段を有する。そして、前記制御ＥＣＵ２０によって姿勢制御が行われることで、車両１０は、旋回走行時には、図１に示されるように、車体を旋回円内側へ適切な角度だけ傾けた状態で旋回する。
【００４８】
次に、前記構成の車両１０の動作について詳細に説明する。まず、走行及び姿勢制御処理について説明する。
【００４９】
図３は本発明の第１の実施の形態における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。
【００５０】
本実施の形態においては、状態量、パラメータ等を次のような記号によって表す。
θWR：右駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θWL：左駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θW ：平均駆動輪回転角〔ｒａｄ〕；θW ＝（θWR＋θWL）／２
ΔθW ：駆動輪回転角左右差〔ｒａｄ〕；ΔθW ＝θWR−θWL
θ1 ：車体傾斜ピッチ角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
φ1 ：車体傾斜ロール角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
τL ：リンクトルク〔Ｎｍ〕
τWR：右駆動トルク〔Ｎｍ〕
τWL：左駆動トルク〔Ｎｍ〕
τW ：総駆動トルク〔Ｎｍ〕；τW ＝τWR＋τWL
ΔτW ：駆動トルク左右差〔Ｎｍ〕；ΔτW ＝τWR−τWL
ｇ：重力加速度〔ｍ／ｓ2 〕
ＲW ：駆動輪接地半径〔ｍ〕
Ｄ：２輪間距離〔ｍ〕
ｍ1 ：車体質量（搭乗部を含む）〔ｋｇ〕
ｍW ：駆動輪質量（２輪合計）〔ｋｇ〕
ｌ1 ：車体重心距離（車軸から）〔ｍ〕
ＩW ：駆動輪慣性モーメント（２輪合計）〔ｋｇｍ2 〕
αX ：車両前後加速度〔ｍ／ｓ2 〕
αY ：車両左右加速度〔ｍ／ｓ2 〕
走行及び姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する（ステップＳ１）。具体的には、駆動輪センサ５１から左右の駆動輪回転角又は回転角速度を取得し、車体傾斜センサ４１から車体傾斜ピッチ角又はピッチ角速度及び車体傾斜ロール角又はロール角速度を取得する。
【００５１】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する（ステップＳ２）。この場合、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。例えば、取得した状態量が駆動輪回転角、車体傾斜ピッチ角及び車体傾斜ロール角である場合には、これらを時間微分することによって、回転角速度、ピッチ角速度及びロール角速度を得ることができる。また、例えば、取得した状態量が回転角速度、ピッチ角速度及びロール角速度である場合には、これらを時間積分することによって、駆動輪回転角、車体傾斜ピッチ角及び車体傾斜ロール角を得ることができる。
【００５２】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、操縦者の操縦操作量を取得する（ステップＳ３）。この場合、操縦者が、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ために操作したジョイスティック３１の操作量を取得する。
【００５３】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値を決定する（ステップＳ４）。この場合、取得したジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両加速度の目標値、例えば、前後及び左右の操作量に比例した値を前後加速度及び左右加速度の目標値とする。
【００５４】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する（ステップＳ５）。具体的には、下記の式によって平均駆動輪回転角速度の目標値を決定する。
【００５５】
【数１】
2010260531.tif 000003
【００５６】
ここで、Δｔは制御処理周期（データ取得間隔）であり、所定値である。なお、本実施の形態における説明において、上付き添字＊は目標値であることを表し、上付き添字（ｎ）は時系列のｎ番目のデータであることを表し、記号上の１ドットは１階時間微分した値、すなわち、速度であることを表し、記号上の２ドットは２階時間微分した値、すなわち、加速度であることを表すものとする。下付き添字Ｘは前後（ｘ軸方向）であることを表し、下付き添字Ｙは左右（ｙ軸方向）であることを表し、下付き添字ｄは操縦指令値であることを表すものとする。
【００５７】
また、下記の式によって駆動輪回転角速度左右差の目標値を決定する。
【００５８】
【数２】
2010260531.tif 000004
【００５９】
このように、走行状態目標値に相当する駆動輪回転角速度の目標値を決定する。つまり、車両前後加速度目標値を時間積分することにより、左右駆動輪の回転角速度の平均値の目標である平均駆動輪回転角速度目標値を決定する。また、車両左右加速度目標値と平均駆動輪回転角速度目標値から左右駆動輪の回転角速度の差の目標である駆動輪回転角速度左右差目標値を決定する。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、操縦装置であるジョイスティック３１の操作量を前後及び左右の加速度と対応させているが、車両速度やヨーレート等に対応させてもよい。また、その車両速度やヨーレート自体を状態量として、フィードバック制御を実行してもよい。
【００６１】
また、本実施の形態においては、駆動輪接地点と路面との間に滑りが存在しないという仮定の下で、車両速度やヨーレートを駆動輪１２の回転角速度に換算しているが、滑りを考慮して駆動輪回転角速度の目標値を決定してもよい。
【００６２】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ６）。具体的には、車両加速度の目標値と車体パラメータとから、下記の式によって車体傾斜ピッチ角の目標値を決定する。
【００６３】
【数３】
2010260531.tif 000005
【００６４】
また、下記の式によって車体傾斜ロール角の目標値を決定する。
【００６５】
【数４】
2010260531.tif 000006
【００６６】
このように、車両加速度の目標値に応じて車体傾斜角の目標値を決定する。つまり、車体傾斜ピッチ角については、前後の車体姿勢と走行状態に関する倒立振り子車両の力学的構造を考慮して、前後加速度で与えられる走行目標を達成できる車体姿勢を目標値として与える。また、車体傾斜ロール角については、接地荷重中心が２つの駆動輪１２の接地点間である安定領域に存在する範囲で、自由に目標姿勢を設定できるが、本実施の形態では乗員１５の負荷が最も少ない姿勢を目標値として与える。
【００６７】
なお、車体傾斜ロール角の目標値として他の値を与えてもよい。例えば、目標左右加速度の絶対値が所定の閾値よりも小さい場合には目標車体傾斜ロール角を零として、小さな左右加速度に対しては直立姿勢を維持させてもよい。
【００６８】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ７）。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することによって、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値をそれぞれ算出する。
【００６９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値から各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する（ステップＳ８）。具体的には、下記の式によってフィードフォワード出力として、総駆動トルクのフィードフォワード量τW,FF、駆動トルク左右差のフィードフォワード量ΔτW,FF及びリンクトルクのフィードフォワード量τL,FFを決定する。
【００７０】
【数５】
2010260531.tif 000007
【００７１】
このように、目標とする走行状態や車体姿勢を実現するのに必要なアクチュエータ出力を力学モデルより予測し、その分をフィードフォワード的に付加することで、車両１０の走行及び姿勢制御を高精度に実行する。つまり、前後方向の走行目標を達成できるように、総駆動トルクのフィードフォワード量を決定する。具体的には、車両前後加速度に応じて発生する慣性力と、車両速度に相当する平均駆動輪回転角速度に応じて発生する走行抵抗を予測し、それを打ち消すような総駆動トルクを与えることで、目標とする前後走行状態を実現する。
【００７２】
また、旋回走行の目標を実現できるように、駆動トルク左右差のフィードフォワード量を決定する。具体的には、接地荷重中心位置の移動に伴って発生するヨーモーメントを予測し、それを打ち消すような駆動トルク左右差を与えることで、目標とする旋回走行目標を実現する。また、車体傾斜ロール角と車両左右加速度に基づいて、接地荷重中心位置の移動率を予測する。
【００７３】
さらに、左右車体傾斜の目標を実現できるように、リンクトルクのフィードフォワード量を決定する。具体的には、車体傾斜ロール角に応じて発生する重力のトルクと、車両左右加速度に応じて発生する遠心力のトルクを予測し、それを打ち消すようなリンクトルクを与えることで、目標とする左右車体傾斜状態を実現する。
【００７４】
なお、本実施の形態においては、力学モデルにおける主な要素をすべて考慮して、必要な出力をフィードフォワード量として与えているが、これらの要素の中で影響が小さいものを無視し、より簡素なモデルによってフィードフォワード量を決定してもよい。また、本実施の形態では考慮していない要素をあらたに考慮してもよい。例えば、駆動輪１２の転がり抵抗やリンク機構６０での乾性摩擦等を考慮してもよい。
【００７５】
さらに、本実施の形態においては、走行状態や車体姿勢の目標値に応じて必要な出力をフィードフォワード量として与えているが、計測値に基づく準フィードバック量として与えてもよい。これにより、目標値と実値に大きな隔たりがある場合でも、適切に制御を行うことができる。
【００７６】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から各アクチュエータのフィードバック出力を決定する（ステップＳ９）。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τW,FB、駆動トルク左右差のフィードバック量ΔτW,FB及びリンクトルクのフィードバック量τL,FBを決定する。
【００７７】
【数６】
2010260531.tif 000008
【００７８】
なお、各フィードバックゲインＫ**の値は、例えば、極配置法等により決定される値をあらかじめ設定しておく。また、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入してもよい。さらに、より簡単な制御として、ＫW2、ＫW3、Ｋd2及びＫL3を除くゲインのいくつかを零にしてもよい。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。
【００７９】
このように、状態フィードバック制御により、実際の状態を目標とする状態に近付けるようにフィードバック出力を与える。具体的には、前後走行状態に相当する平均駆動輪回転状態と、車体の倒立状態に相当する車体傾斜ピッチ角について、計測値と目標値の差に比例する総駆動トルクを与えることで、車両１０の前後走行状態と車体の倒立姿勢を目標とする状態で安定に維持する。
【００８０】
また、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差と、車体の左右傾斜に相当する車体傾斜ロール角について、計測値と目標値の差に比例する駆動トルク左右差を与えることで、車両１０の旋回走行状態を目標とする状態で安定に維持する。このように、車体の左右傾斜状態を考慮することで、より安定かつ高精度に旋回走行状態を制御できる。
【００８１】
さらに、左右傾斜状態に相当する車体傾斜ロール角と、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差について、計測値と目標値の差に比例するリンクトルクを与えることで、車体の左右傾斜状態を目標とする状態で安定に維持する。このように、車両１０の旋回走行状態を考慮することで、より安定かつ高精度に車体左右傾斜状態を制御できる。
【００８２】
さらに、旋回走行状態に相当する状態量として、駆動輪回転角速度左右差を用いる。このように、駆動輪１２の回転状態を制御することで、駆動輪１２がロックや空転の状態に至る可能性を低減できる。
【００８３】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて（ステップＳ１０）、走行及び姿勢制御処理を終了する。なお、走行及び姿勢制御処理は、所定の時間間隔（例えば、１００〔μｓ〕毎）で繰り返し実行される。また、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３に、下記の式によって決定される指令値として、右駆動トルク指令値τWR、左駆動トルク指令値τWL、総駆動トルク指令値τW 、駆動トルク左右差指令値ΔτW 及びリンクトルク指令値τL を与える。
【００８４】
【数７】
2010260531.tif 000009
【００８５】
このように、各フィードフォワード出力と各フィードバック出力の和を指令値として与える。また、総駆動トルクと駆動トルク左右差が要求する値になるように、右駆動トルクと左駆動トルクの指令値を与える。
【００８６】
そして、接地荷重の偏心状態に応じて、駆動トルク左右差の値を補正する。具体的には、総駆動トルク指令値に接地荷重移動率を乗じた値を駆動トルク左右差として付加する。このように、接地荷重の移動に伴って発生するヨーモーメントを打ち消すように駆動トルク左右差を与えることで、旋回走行状態をより高精度に制御することができる。
【００８７】
また、車体傾斜ロール角と車両左右加速度に基づいて、接地荷重移動率を推定する。これにより、車体傾斜状態や旋回走行状態によって変化する接地荷重中心位置の移動を適切に考慮することができる。
【００８８】
さらに、左右の駆動輪１２の回転速度に基づいて、車両左右加速度を推定する。これにより、車両１０の左右加速度を計測するセンサがなくても、走行及び姿勢制御を実行できる。
【００８９】
なお、本実施の形態においては、接地荷重移動率を、車体傾斜状態と旋回走行状態の計測値に基づいて推定しているが、目標値に基づいて推定してもよい。これにより、制御の安定性がより高くなる場合がある。
【００９０】
また、本実施の形態においては、接地荷重移動率の推定に必要な車両左右加速度の値を左右の駆動輪１２の回転角速度から推定しているが、左右加速度を計測する計測手段を備え、その計測値を用いてもよい。また、ヨーレート等の計測値から車両１０の左右加速度を決定してもよい。
【００９１】
このように、本実施の形態においては、車体の左右傾斜状態に応じた駆動トルク差を左右の駆動輪に与え、旋回走行状態に応じたリンクトルクを車体傾斜リンク機構に与える。具体的には、計測手段によって取得した車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の計測値と、目標走行状態によって決定される車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値との差に応じて駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第１出力決定手段を備える。そして、計測値と目標値の差に所定の係数を乗じた値の駆動トルク差とリンクトルクを与える。
【００９２】
また、車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態に応じて、駆動トルク差及びリンクトルクを決定する第２出力決定手段を備え、両出力決定値の和の駆動トルク差とリンクトルクを与える。この場合、車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値に応じて、駆動トルク差とリンクトルクを決定する。そして、旋回走行状態の駆動輪１２の接地荷重移動率の推定値に応じて、駆動トルク差を決定する。また、旋回走行状態の車体に作用する重力と遠心力の推定値に応じて、リンクトルクを決定する。
【００９３】
さらに、車体の前後傾斜状態と駆動輪１２の左右平均回転角速度に応じて総駆動トルクを決定する第３出力決定手段を備え、総駆動トルクと接地荷重移動率に応じた駆動トルク差を更に与える。この場合、総駆動トルクは車体の倒立制御に必要なトルクである。そして、総駆動トルクに接地荷重移動率を乗じた値の駆動トルクを左右の駆動輪１２に加える。なお、旋回走行状態は、右輪回転角速度と左輪回転角速度の差である。
【００９４】
これにより、より適切に車両１０の旋回走行状態と車体の傾斜姿勢を制御できる。その結果、操縦性や快適性のより高い車両１０を提供できる。
【００９５】
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。
【００９６】
図４は本発明の第２の実施の形態における車両の構成を示す概略図、図５は本発明の第２の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【００９７】
前記第１の実施の形態においては、車体傾斜センサ４１による車体傾斜ロール角の計測値を必要とするが、車体傾斜センサ４１が高価である場合、より安価な車両１０を実現するためには、比較的安価なセンサ、例えば、リンク機構６０の各リンクユニットの回転角を計測するセンサで代用できることが望ましい。また、車体傾斜センサ４１を備える場合でも、該車体傾斜センサ４１の故障時に備えて、別のセンサ又は制御手法を備えることが望ましい。
【００９８】
そこで、本実施の形態においては、車体傾斜ロール角の計測値を用いずに、旋回走行状態と車体姿勢を適切に制御する。そのため、車体傾斜センサ４１に代えて、車体を傾斜させる機構であるリンク機構６０の幾何学的状態を計測するセンサを備え、該センサの計測値から幾何学的条件に基づいて、車体傾斜ロール角を推定する。また、図４に示されるように、車体傾斜ロール角は、路面勾配や駆動輪１２の変形に影響されるので、これらの影響を推定して補正する必要がある。そこで、本実施の形態においては、左右方向の路面勾配による傾斜角及び／又は左右の駆動輪１２の変形量の差による傾斜角である外的傾斜角を取得し、その値によって車体傾斜ロール角の推定値を補正する。さらに、リンク機構６０の幾何学的状態及び駆動輪回転角速度の計測値によって、外的傾斜角を推定する。
【００９９】
本実施の形態における車両システムは、図５に示されるように、車体制御システム４０の一部として機能するリンクセンサ４２を有する。該リンクセンサ４２は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、リンク機構６０に配設され、該リンク機構６０の相互に回転するリンクユニットの角度、例えば、支持部１３と上側横リンクユニット６３との角度、すなわち、リンク回転角及び／又は回転角速度を検出して主制御ＥＣＵ２１に送信する。なお、車体傾斜センサ４１は省略されている。
【０１００】
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、説明を省略する。
【０１０１】
なお、本実施の形態においては、リンク機構６０の幾何学的状態を決定する状態量として、リンク回転角及び／又は回転角速度を計測しているが、リンク機構６０の幾何学的状態を唯一に決定する状態量であれば、他の状態量を計測してもよい。また、リンク機構６０と異なる構造のリンク機構についても、その状態を唯一に決定する状態量を計測することで、本実施の形態と同様の制御を実施できる。
【０１０２】
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理について説明する。
【０１０３】
図６は本発明の第２の実施の形態における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。
【０１０４】
走行及び姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する（ステップＳ１１）。具体的には、駆動輪センサ５１から左右の駆動輪回転角又は回転角速度を取得し、リンクセンサ４２からリンク回転角又は回転角速度を取得する。
【０１０５】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する（ステップＳ１２）。この場合、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。例えば、取得した状態量が駆動輪回転角及びリンク回転角である場合には、これらを時間微分することによって、駆動輪回転角速度及びリンク回転角速度を得ることができる。また、例えば、取得した状態量が駆動輪回転角速度及びリンク回転角速度である場合には、これらを時間積分することによって、駆動輪回転角及びリンク回転角を得ることができる。
【０１０６】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜ロール角を推定する（ステップＳ１３）。具体的には、下記の式によって車体傾斜ロール角を推定する。
φ1 ＝φ1L＋η(n) 
ここで、φ1Lはリンク回転角基準車体傾斜ロール角であり、φ1L＝ｆ（φL ）である。なお、φL はリンク回転角、ｆはリンク機構６０の幾何学的条件に基づいてリンク回転角を車体傾斜ロール角に変換する関数である。
【０１０７】
【数８】
2010260531.tif 000010
【０１０８】
なお、本実施の形態においては、駆動トルクの値として１つ前の制御ステップにおいて決定された値を用いる。また、車体傾斜ロール角加速度の値は、車体傾斜ロール角の計測値を２階時間微分（差分）することで得られる。
【０１０９】
このように、リンク機構６０のリンク回転角を計測し、その計測値から車体傾斜ロール角を推定する。つまり、リンク回転角と車体傾斜ロール角の幾何学的対応関係から、車体傾斜ロール角を推定する。これにより、車体傾斜状態を計測するセンサである車体傾斜センサ４１がなくても、又は、車体傾斜センサ４１が故障しても、車体傾斜ロール角に基づく旋回走行状態と車体傾斜姿勢の制御を実行できる。
【０１１０】
また、左右方向の路面勾配による車体傾斜ロール角及び／又は左右の駆動輪１２の変形量の差によって生じる車体傾斜ロール角である外的傾斜角の推定値を取得し、その値によって車体傾斜ロール角の推定値を補正する。これにより、バンク角を有する路面上の走行時や内圧の低いタイヤの装着時においても、妥当な車体傾斜ロール角の推定値を取得できる。
【０１１１】
さらに、リンク回転角、駆動輪回転角速度及びリンクトルクの時間履歴から、車体傾斜ロール運動の力学モデルに基づいて、車体傾斜ロール角を推定する。この場合、車体の回転慣性、粘性抵抗、重力トルク、旋回走行に伴う遠心力及びリンクトルクを考慮する。そして、考慮していない作用が外的傾斜角によるものであると仮定して、外的傾斜角を推定する。これにより、該外的傾斜角を計測するセンサを追加することなく、高精度に車体傾斜ロール角を推定し、旋回走行状態と車体傾斜姿勢を適切な状態に制御できる。
【０１１２】
さらに、ローパスフィルタによって、外乱による影響を除去する。例えば、乗員１５の一時的な動作、路面の凹凸、センサ信号のノイズ等の影響を除去する。なお、これを実現するために、本実施の形態においては、車体重心ずれ推定のローパスフィルタ時定数を５秒程度に設定する。
【０１１３】
なお、本実施の形態においては、接地荷重移動率の推定に必要な車両左右加速度の値を各駆動輪１２の回転角速度から推定しているが、左右加速度を計測する計測手段を備え、その計測値を用いてもよい。また、ヨーレート等の計測値から車両１０の左右加速度を決定してもよい。
【０１１４】
また、本実施の形態においては、車体の傾斜運動に関する力学モデルに基づき、重力、粘性摩擦力、慣性力等を考慮しているが、その一部を省略してもよい。また、乾性摩擦等の他の要素を考慮して、より厳密に外的傾斜角及び車体傾斜ロール角を推定してもよい。さらに、旋回走行運動に関する力学モデルに基づいて推定してもよい。
【０１１５】
さらに、本実施の形態においては、線形化した関数によって外的傾斜角を推定しているが、より厳密な非線形の関数によって推定してもよい。また、非線形の関数をマップとして具備し、それを用いて決定してもよい。
【０１１６】
さらに、本実施の形態においては、１次のローパスフィルタによって外乱による影響を除いているが、より高次のフィルタを用いてもよい。
【０１１７】
さらに、本実施の形態においては、外的傾斜角を推定によって取得しているが、計測によって取得してもよい。例えば、路面形状を計測する路面センサを備え、その計測値から路面勾配を決定してもよい。また、駆動輪１２のタイヤの内圧を計測する内圧センサを備え、各駆動輪１２のタイヤの内圧の計測値及び推定される接地荷重に基づいて、タイヤの変形量及びそれに起因する外的傾斜角の大きさを決定してもよい。
【０１１８】
さらに、本実施の形態においては、リンク回転角から推定された車体傾斜ロール角の推定値をフィードバック制御しているが、リンク回転角自体をフィードバック制御してもよい。このとき、リンク傾斜角の目標値を推定した外的傾斜角によって補正することで、実質的に本実施の形態における制御と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
さらに、本実施の形態においては、常時、リンク回転角の計測値に基づく車体傾斜ロール角の推定を実行しているが、車体傾斜ロール角を計測するセンサの故障等によって、車体傾斜ロール角の取得が不可能になった時にのみ車体傾斜ロール角の推定を実行してもよい。
【０１２０】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、操縦者の操縦操作量を取得する（ステップＳ１４）。なお、以降の動作、すなわち、ステップＳ１４〜Ｓ２１の動作は、前記第１の実施の形態における図３に示されるステップＳ３〜Ｓ１０の動作と同様であるので、説明を省略する。
【０１２１】
このように、本実施の形態においては、車体傾斜ロール角の計測値を用いずに、車体傾斜ロール角を推定するので、車体傾斜センサ４１を用いなくても、旋回走行状態と車体傾斜状態を適切に制御することができ、操縦性や快適性が高く、かつ、安価な車両１０を提供することができる。
【０１２２】
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及び第２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。
【０１２３】
図７は本発明の第３の実施の形態における車両の姿勢変化を示す概略図である。なお、図７において、（ａ）は正常時を示し、（ｂ）は異常時を示す。
【０１２４】
ところで、前記第１及び第２の実施の形態おける車両１０では、左右の駆動輪１２に各々駆動トルクを付与する手段の一方が故障して、一方の駆動輪１２に駆動トルクを付与することができなくなると、旋回走行状態を制御できなくなる可能性がある。
【０１２５】
操舵（だ）輪を具備しない同軸２輪タイプの車両１０では、左右の駆動輪１２に等しい駆動トルクを付与して前後に加減速すると同時に、左右の駆動輪１２に駆動トルク差を付与して旋回走行状態を制御する。そのため、故障等により、片方の駆動輪１２に駆動トルクを付与できなくなると、前後加減速状態及び旋回走行状態を同時に制御することができない。この結果、車両１０を緊急停止させる必要がある。
【０１２６】
また、倒立型の車両１０においては、駆動トルクを車体の姿勢制御にも用いているため、車両１０の緊急停止と同時に車体の姿勢制御も停止する必要がある。この結果、緊急時に使用可能な環境が制限されるとともに、姿勢制御緊急停止時の対応策を必要とする。したがって、安全に利用できるモビリティとして、使い勝手が悪い。
【０１２７】
そこで、本実施の形態においては、一方の駆動輪１２への駆動トルクの付与が不可能であるときに、車両重心位置移動手段によって車両１０の重心位置を他方の駆動輪１２の方向へ移動させる。これにより、例えば、駆動モータ５２が故障したときのように、片方の駆動輪１２への駆動トルクの付与が不可能になったときでも、旋回走行状態を制御でき、安全な場所まで容易に走行させることができる。
【０１２８】
なお、本実施の形態において、制御ＥＣＵ２０は、機能の観点から、車体の前後傾斜状態と左右の駆動輪１２の左右平均回転角速度とに応じた駆動トルクを正常な駆動輪１２に付与することを決定する駆動トルク決定手段を備える。さらに、リンク機構６０は車両重心位置を左右に移動させる車両重心位置移動手段として機能する。
【０１２９】
前記制御ＥＣＵ２０によって姿勢制御が行われることで、通常の状態での直進走行時には、図７（ａ）に示されるように、車体が直立状態を維持し、乗員１５も含む車両１０の重心１７を通る鉛直線が左右の駆動輪１２の接地点間を通過し、かつ、矢印で示されるように、左右の駆動輪１２に接地荷重が均等にかかる。しかし、故障によっていずれか一方の駆動輪１２、すなわち、第１駆動輪１２１への駆動トルクの付与が不可能になった場合には、図７（ｂ）に示されるように、リンク機構６０によって車体を正常な他方の駆動輪１２、すなわち、第２駆動輪１２２の側に傾け、重心１７を通る鉛直線が第２駆動輪１２２の接地点を通過し、第２駆動輪１２２に接地荷重が集中する。
【０１３０】
次に、前記構成の車両１０の動作について詳細に説明する。まず、車両制御処理の概要について説明する。
【０１３１】
図８は本発明の第３の実施の形態における車両制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０１３２】
車両制御処理において、制御ＥＣＵ２０は、まず、異常判定を行い、片輪が異常であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。この場合、駆動モータ５２の一方が駆動トルク発生不可能であるか否かを判定する。具体的には、駆動輪制御ＥＣＵ２２がモータ診断手段を備え、所定の駆動モータ５２が駆動トルクを発生不能、すなわち、異常と診断した場合に所定の信号を主制御ＥＣＵ２１に送信する。すると、該主制御ＥＣＵ２１は、その信号を受信した場合に、所定の駆動モータ５２が駆動トルク発生不可能である、すなわち、異常と判定する。
【０１３３】
そして、片輪が異常でない、すなわち、いずれの駆動モータ５２も駆動トルクを発生可能であると判定すると、制御ＥＣＵ２０は、通常走行・姿勢制御処理を実行し（ステップＳ３２）、図７（ａ）に示されるような直立状態を基準の姿勢として車体姿勢と走行状態を制御し、乗員１５からの走行指令を実現して車両制御処理を終了する。なお、該車両制御処理は、所定の時間間隔（例えば、１００〔μｓ〕毎）で繰り返し実行される。
【０１３４】
一方、片輪が異常であるか否かを判定して異常である場合、制御ＥＣＵ２０は、非常走行・姿勢制御処理を実行し（ステップＳ３３）、図７（ｂ）に示されるような車体を傾けた状態を基準の姿勢として車体姿勢と走行状態を制御し、乗員１５からの走行指令を実現して車両制御処理を終了する。
【０１３５】
次に、通常走行・姿勢制御処理について説明する。
【０１３６】
図９は本発明の第３の実施の形態における通常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０１３７】
通常走行・姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する（ステップＳ３２−１）。具体的には、駆動輪センサ５１から駆動輪回転角又は回転角速度を取得し、車体傾斜センサ４１から車体傾斜ピッチ角又はピッチ角速度及び車体傾斜ロール角又はロール角速度を取得する。
【０１３８】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する（ステップＳ３２−２）。この場合、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。例えば、取得した状態量が駆動輪回転角、車体傾斜ピッチ角及び車体傾斜ロール角である場合には、これらを時間微分することによって、回転角速度、ピッチ角速度及びロール角速度を得ることができる。また、例えば、取得した状態量が回転角速度、ピッチ角速度及びロール角速度である場合には、これらを時間積分することによって、駆動輪回転角、車体傾斜ピッチ角及び車体傾斜ロール角を得ることができる。
【０１３９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、操縦者の操縦操作量を取得する（ステップＳ３２−３）。この場合、操縦者が、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ために操作したジョイスティック３１の操作量を取得する。
【０１４０】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値を決定する（ステップＳ３２−４）。この場合、取得したジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両加速度の目標値、例えば、前後及び左右の操作量に比例した値を前後加速度及び左右加速度の目標値とする。なお、ジョイスティック３１の操作量は、前後については、前方への操作を正の値、後方への操作を負の値で表し、左右については、車両１０の後方から見て左方への操作を正の値、右方への操作を負の値で表すものとする。
【０１４１】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する（ステップＳ３２−５）。具体的には、下記の式によって平均駆動輪回転角速度の目標値を決定する。
【０１４２】
【数９】
2010260531.tif 000011
【０１４３】
ここで、Δｔは制御処理周期（データ取得間隔）であり、所定値である。なお、本実施の形態における説明において、上付き添字＊は目標値であることを表し、上付き添字（ｎ）は時系列のｎ番目のデータであることを表し、記号上の１ドットは１階時間微分した値、すなわち、速度であることを表し、記号上の２ドットは２階時間微分した値、すなわち、加速度であることを表すものとする。下付き添字Ｘは前後（ｘ軸方向）であることを表し、下付き添字Ｙは左右（ｙ軸方向）であることを表し、下付き添字ｄは操縦指令値であることを表すものとする。
【０１４４】
また、下記の式によって駆動輪回転角速度左右差の目標値を決定する。
【０１４５】
【数１０】
2010260531.tif 000012
【０１４６】
このように、走行状態目標値に相当する駆動輪回転角速度の目標値を決定する。つまり、車両前後加速度目標値を時間積分することによって、左右駆動輪の回転角速度の平均値の目標である平均駆動輪回転角速度目標値を決定する。また、車両左右加速度目標値と平均駆動輪回転角速度目標値から左右駆動輪の回転角速度の差の目標である駆動輪回転角速度左右差目標値を決定する。
【０１４７】
なお、本実施の形態においては、操縦装置であるジョイスティック３１の操作量を前後及び左右の加速度と対応させているが、車両速度やヨーレート等に対応させてもよい。また、その車両速度やヨーレート自体を状態量として、フィードバック制御を実行してもよい。
【０１４８】
また、本実施の形態においては、駆動輪接地点と路面との間に滑りが存在しないという仮定の下で、車両速度やヨーレートを駆動輪１２の回転角速度に換算しているが、滑りを考慮して駆動輪回転角速度の目標値を決定してもよい。
【０１４９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ３２−６）。具体的には、車両加速度の目標値と車体パラメータとから、下記の式によって車体傾斜ピッチ角の目標値を決定する。
【０１５０】
【数１１】
2010260531.tif 000013
【０１５１】
また、下記の式によって車体傾斜ロール角の目標値を決定する。
【０１５２】
【数１２】
2010260531.tif 000014
【０１５３】
このように、車両加速度の目標値に応じて車体傾斜角の目標値を決定する。つまり、車体傾斜ピッチ角については、前後の車体姿勢と走行状態に関する倒立振り子の力学的構造を考慮して、前後加速度で与えられる走行目標を達成できる車体姿勢を目標値として与える。また、車体傾斜ロール角については、接地荷重中心が２つの駆動輪１２の接地点間である安定領域に存在する範囲で、自由に目標姿勢を設定できるが、本実施の形態では乗員１５の負荷が最も少ない姿勢を目標値として与える。
【０１５４】
なお、車体傾斜ロール角の目標値として他の値を与えてもよい。例えば、目標左右加速度の絶対値が所定の閾値よりも小さい場合には目標車体傾斜ロール角を零として、小さな左右加速度に対しては直立姿勢を維持させてもよい。
【０１５５】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３２−７）。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することによって、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値をそれぞれ算出する。
【０１５６】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値から各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する（ステップＳ３２−８）。具体的には、下記の式によってフィードフォワード出力として、総駆動トルクのフィードフォワード量τW,FF、駆動トルク左右差のフィードフォワード量ΔτW,FF及びリンクトルクのフィードフォワード量τL,FFを決定する。
【０１５７】
【数１３】
2010260531.tif 000015
【０１５８】
このように、目標とする走行状態や車体姿勢を実現するのに必要なアクチュエータ出力を力学モデルより予測し、その分をフィードフォワード的に付加することで、車両１０の走行及び姿勢制御を高精度に実行する。つまり、前後方向の走行目標を達成できるように、総駆動トルクのフィードフォワード量を決定する。具体的には、車両前後加速度に応じて発生する慣性力と、車両速度に相当する平均駆動輪回転角速度に応じて発生する走行抵抗を予測し、それを打ち消すような総駆動トルクを与えることで、目標とする前後走行状態を実現する。
【０１５９】
また、左右車体傾斜の目標を実現できるように、リンクトルクのフィードフォワード量を決定する。具体的には、車体傾斜ロール角に応じて発生する重力のトルクと、車両左右加速度に応じて発生する遠心力のトルクを予測し、それを打ち消すようなリンクトルクを与えることで、目標とする左右車体傾斜状態を実現する。
【０１６０】
なお、本実施の形態においては、力学モデルにおける主な要素をすべて考慮して、必要な出力をフィードフォワード量として与えているが、これらの要素の中で影響が小さいものを無視し、より簡素なモデルによってフィードフォワード量を決定してもよい。また、本実施の形態では考慮していない要素をあらたに考慮してもよい。例えば、駆動輪１２の転がり抵抗やリンク機構６０での乾性摩擦等を考慮してもよい。
【０１６１】
さらに、本実施の形態においては、走行状態や車体姿勢の目標値に応じて必要な出力をフィードフォワード量として与えているが、計測値に基づく準フィードバック量として与えてもよい。これにより、目標値と実値に大きな隔たりがある場合でも、適切に制御を行うことができる。
【０１６２】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から各アクチュエータのフィードバック出力を決定する（ステップＳ３２−９）。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τW,FB、駆動トルク左右差のフィードバック量ΔτW,FB及びリンクトルクのフィードバック量τL,FBを決定する。
【０１６３】
【数１４】
2010260531.tif 000016
【０１６４】
なお、各フィードバックゲインＫ**の値は、例えば、極配置法等により決定される値をあらかじめ設定しておく。また、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入してもよい。さらに、より簡単な制御として、ＫW2、ＫW3、Ｋd2及びＫL3を除くゲインのいくつかを零にしてもよい。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。
【０１６５】
このように、状態フィードバック制御により、実際の状態を目標とする状態に近付けるようにフィードバック出力を与える。具体的には、前後走行状態に相当する平均駆動輪回転状態と、車体の倒立状態に相当する車体傾斜ピッチ角について、計測値と目標値の差に比例する総駆動トルクを与えることで、車両１０の前後走行状態と車体の倒立姿勢を目標とする状態で安定に維持する。
【０１６６】
また、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差について、計測値と目標値の差に比例する駆動トルク左右差を与えることで、車両１０の旋回走行状態を目標とする状態で安定に維持する。
【０１６７】
さらに、左右傾斜状態に相当する車体傾斜ロール角について、計測値と目標値の差に比例するリンクトルクを与えることで、車体の左右傾斜状態を目標とする状態で安定に維持する。
【０１６８】
さらに、旋回走行状態に相当する状態量として、駆動輪回転角速度左右差を用いる。このように、駆動輪１２の回転状態を制御することで、駆動輪１２がロックや空転の状態に至る可能性を低減できる。
【０１６９】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて（ステップＳ３２−１０）、通常走行・姿勢制御処理を終了する。主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３に、下記の式によって決定される指令値として、右駆動トルク指令値τWR、左駆動トルク指令値τWL、総駆動トルク指令値τW 、駆動トルク左右差指令値ΔτW 及びリンクトルク指令値τL を与える。
【０１７０】
【数１５】
2010260531.tif 000017
【０１７１】
なお、ξは接地荷重移動率である。
【０１７２】
このように、各フィードフォワード出力と各フィードバック出力の和を指令値として与える。また、総駆動トルクと駆動トルク左右差が要求する値になるように、右駆動トルクと左駆動トルクの指令値を与える。
【０１７３】
次に、非常走行・姿勢制御処理について説明する。
【０１７４】
図１０は本発明の第３の実施の形態における非常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０１７５】
非常走行・姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する（ステップＳ３３−１）。具体的には、駆動輪センサ５１から駆動輪回転角又は回転角速度を取得し、車体傾斜センサ４１から車体傾斜ピッチ角又はピッチ角速度及び車体傾斜ロール角又はロール角速度を取得する。
【０１７６】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する（ステップＳ３３−２）。この場合、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。
【０１７７】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、操縦者の操縦操作量を取得する（ステップＳ３３−３）。この場合、操縦者が、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ために操作したジョイスティック３１の操作量を取得する。
【０１７８】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値を決定する（ステップＳ３３−４）。この場合、取得したジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両加速度の目標値、例えば、前後及び左右の操作量に比例した値を前後加速度及び左右加速度の目標値とする。
【０１７９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する（ステップＳ３３−５）。具体的には、下記の式によって平均駆動輪回転角速度の目標値を決定する。
【０１８０】
【数１６】
2010260531.tif 000018
【０１８１】
また、下記の式によって駆動輪回転角速度左右差の目標値を決定する。
【０１８２】
【数１７】
2010260531.tif 000019
【０１８３】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ３３−６）。具体的には、車両加速度の目標値と車体パラメータとから、下記の式によって車体傾斜ピッチ角の目標値を決定する。
【０１８４】
【数１８】
2010260531.tif 000020
【０１８５】
また、下記の式によって車体傾斜ロール角の目標値を決定する。
【０１８６】
【数１９】
2010260531.tif 000021
【０１８７】
なお、式中の正負の符号は、左側の駆動輪１２が異常であるときには正、右側の駆動輪１２が異常であるときには負であるものとする。
【０１８８】
このように、第２駆動輪１２２、すなわち、駆動モータ５２が正常な駆動輪１２の方へ車体を傾斜させるように、車体傾斜ロール角目標値を決定する。つまり、図７（ｂ）に示されるように、接地荷重が第２駆動輪１２２に集中するように、車体を正常な駆動輪１２側に傾斜させる。この場合、直進走行時において、駆動モータ５２が正常な駆動輪１２の接地点を通る鉛直線上に車両１０の重心１７が位置する状態に車体が傾斜するような車体傾斜ロール角目標値を決定する。このように、駆動力の作用点と車両重心位置とのずれに起因して発生するヨーモーメントを減少させることで、一方の駆動モータ５２が異常である場合でも、適切に車両１０の旋回走行状態を制御できる。
【０１８９】
また、車両左右加速度目標値に応じて、車体傾斜ロール角目標値を補正する。具体的には、旋回走行時において、車両左右加速度に伴う遠心力と重力との合力ベクトルに平行で車両１０の重心１７を通る直線が正常な駆動輪１２の接地点を通過するような車体傾斜ロール角目標値を決定する。このように、車体傾斜角の補正によって、遠心力による接地荷重中心位置のずれを補償することができ、片輪、すなわち、第２駆動輪１２２による旋回走行時においても、旋回走行状態と車体姿勢を安定に保つことができる。
【０１９０】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３３−７）。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することによって、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値をそれぞれ算出する。
【０１９１】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値から各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する（ステップＳ３３−８）。具体的には、下記の式によってフィードフォワード出力として、総駆動トルクのフィードフォワード量τW,FF及びリンクトルクのフィードフォワード量τL,FFを決定する。
【０１９２】
【数２０】
2010260531.tif 000022
【０１９３】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から各アクチュエータのフィードバック出力を決定する（ステップＳ３３−９）。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τW,FB及びリンクトルクのフィードバック量τL,FBを決定する。
【０１９４】
【数２１】
2010260531.tif 000023
【０１９５】
このように、状態フィードバック制御により、実際の状態を目標とする状態に近付けるようにフィードバック出力を与える。具体的には、左右傾斜状態に相当する車体傾斜ロール角と、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差について、計測値と目標値の差に比例するリンクトルクを与えることで、車体の左右傾斜状態と車両１０の旋回走行状態を目標とする状態に制御する。このように、車両１０の旋回走行状態をフィードバック状態量に加え、旋回走行状態と車体傾斜姿勢を同時に制御することで、車体の傾斜姿勢を維持しつつ、所望の旋回走行状態を実現できる。
【０１９６】
また、正常時と異常時では、異なるフィードバックゲインの値を用いる。これにより、考慮する状態量が増加しても、適切な制御を実行することができる。
【０１９７】
なお、各フィードバックゲインＫ**の値は、例えば、極配置法等により決定される値をあらかじめ設定しておく。また、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入してもよい。さらに、より簡単な制御として、ＫW2、ＫW3、ＫL2及びＫL3を除くゲインのいくつかを零にしてもよい。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。
【０１９８】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて（ステップＳ３３−１０）、非常走行・姿勢制御処理を終了する。主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３に、下記の式によって決定される指令値として、右駆動トルク指令値τWR、左駆動トルク指令値τWL、総駆動トルク指令値τW 及びリンクトルク指令値τL を与える。
【０１９９】
【数２２】
2010260531.tif 000024
【０２００】
このように、正常な駆動輪１２が総駆動トルクのすべてを担うように、駆動トルク指令値を決定する。すなわち、両輪正常時の駆動トルクに対して、２倍の駆動トルクを正常な駆動モータ５２側の駆動輪１２に付与する。これにより、車両１０の前後加減速や車体の倒立姿勢についても、正常時と全く同様に、安定に制御することができる。
【０２０１】
このように、本実施の形態においては、第１駆動輪１２１への駆動トルク付与が不可能であるときに、リンク機構６０により、車両１０の重心位置を第２駆動輪１２２の方向へ移動させる。具体的には、第２駆動輪１２２の接地点を通る鉛直線上に重心１７が位置するように、車両１０の重心位置を移動させる。
【０２０２】
また、車両左右加速度に応じて、車両１０の重心位置を補正する。具体的には、車両左右加速度に伴う遠心力と重力との合力ベクトルに平行で重心１７を通る直線が第２駆動輪１２２の接地点を通過するように車両１０の重心位置を制御する。
【０２０３】
さらに、車体傾斜センサ４１によって取得した旋回走行状態の計測値と、ジョイスティック３１の入力によって決定される旋回走行状態の目標値との差に応じた力又はトルクをリンクモータ６１に付与して車両１０の重心位置を移動させる。具体的には、計測値と目標値の差に所定の係数を乗じた値の力又はトルクをリンクモータ６１に付与する。なお、旋回走行状態は、第１駆動輪１２１と第２駆動輪１２２の回転角速度の差である。
【０２０４】
さらに、車体の前後傾斜状態と駆動輪１２の左右平均回転角速度に応じた前後駆動トルクを第２駆動輪１２２に付与する。そして、第１駆動輪１２１への前後駆動トルクの付与が不可能であるときに、第２駆動輪１２２に付与する駆動トルクを２倍にする。
【０２０５】
さらに、車体を左右に傾斜させることで、車両１０の重心位置を移動させる。
【０２０６】
これにより、例えば、駆動モータ５２が故障したときのように、片方の駆動輪１２への駆動トルクの付与が不可能になったときでも、走行状態を制御でき、安全な場所まで容易に走行させることができる。
【０２０７】
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。
【０２０８】
図１１は本発明の第４の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【０２０９】
前記第３の実施の形態においては、片輪の駆動モータ５２に異常が発生した場合、常に車体を大きく傾ける必要があるが、必要な場合にのみ、車体を傾ける方が望ましい。
【０２１０】
そこで、本実施の形態においては、前後加速度が零及び／又は負である場合には、車両１０の重心位置を第２駆動輪１２２の方向へ移動させる制御を禁止する。そのために、第１駆動輪１２１に作用する制動トルクに応じて、車両前後加速度目標値を決定する。この場合、ジョイスティック３１によって入力される車両前後加速度の目標値を複数の所定値に限定する。また、第１駆動輪１２１に作用する制動トルクと等しいトルクを第２駆動輪１２２に付与する。さらに、旋回走行状態の計測値と目標値の差に応じた駆動トルクを第２駆動輪１２２に付与する。さらに、各駆動輪１２は、制動トルクを付与する制動手段を備える。
【０２１１】
本実施の形態における車両システムは、図１１に示されるように、制動手段としての駆動輪ブレーキ５３を有する。該駆動輪ブレーキ５３は、駆動モータ５２と同様に、左右の駆動輪１２の各々に配設され、主制御ＥＣＵ２１から供給される作動電圧に従って各駆動輪１２を個別に制動する。また、前記駆動輪ブレーキ５３は、電力遮断時に解除されるもの、例えば、励磁作動型の電磁ブレーキである。
【０２１２】
なお、本実施の形態においては、主制御ＥＣＵ２１から駆動輪ブレーキ５３に作動電圧を直接入力しているが、主制御ＥＣＵ２１が駆動輪制御ＥＣＵ２２にブレーキ動作信号を送信し、駆動輪制御ＥＣＵ２２が同信号の受信に応じて、駆動輪ブレーキ５３に作動電圧を与えるようにしてもよい。
【０２１３】
また、制御ＥＣＵ２０は、機能の観点から、駆動輪１２に作用する制動トルクを推定する制動トルク推定手段を更に備える。
【０２１４】
その他の点の構成については、前記第３の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２１５】
次に、本実施の形態における車両１０の動作について詳細に説明する。なお、車両制御処理の概要、及び、通常走行・姿勢制御処理については、前記第１の実施の形態と同様であるので説明を省略し、非常走行・姿勢制御処理について説明する。
【０２１６】
図１２は本発明の第４の実施の形態における非常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０２１７】
なお、本実施の形態において、センサから各状態量を取得してから操縦者の操縦操作量を取得するまでの動作、すなわち、ステップＳ３３−１１〜Ｓ３３−１３の動作は、前記第３の実施の形態における図１０に示されるステップＳ３３−１〜Ｓ３３−３の動作と同様であるので、説明を省略する。
【０２１８】
そして、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値を補正する（ステップＳ３３−１４）。この場合、取得したジョイスティック３１の操作量に基づいて決定した車両前後加速度の目標値を下記の式によって補正する。
【０２１９】
【数２３】
2010260531.tif 000025
【０２２０】
なお、τW,D0は、駆動輪ブレーキ５３による制動トルク（所定値）である。
【０２２１】
このように、加速走行時を除いて、車両前後加速度目標値を補正する。具体的には、車両前後加速度目標値が零以下である場合に限り、目標値を目標限定値に変更する。このように、加速に必要な駆動トルクを付与できない加速時には、車体を大きく傾けることで旋回走行状態を制御し、それ以外の場合には、異常な駆動モータ５２側の駆動輪１２に作用する制動トルクに適応することで、車体を大きく傾けることなく走行状態を制御できる。
【０２２２】
また、車両１０の前後走行運動に関する力学モデルに基づく推定により、車両前後加速度目標限定値を決定する。この場合、異常側の駆動輪１２に作用するブレーキトルクを考慮し、同量の制動トルクを正常側の駆動輪１２に付与した場合における車両減速度を推定し、その値を限定値とする。加えて、走行抵抗による減速度を考慮し、限定値を補正する。このように、一方の駆動輪１２への駆動トルク付与が不可能になった車両１０において、両方の駆動輪１２に作用するトルクを等しくすることが可能な状況に限り、その状況下で予測される車両減速度を限定値とすることで、車体を大きく傾けることなく旋回走行状態を制御できるような車両前後加速度目標値を適切に設定することができる。
【０２２３】
さらに、車両前後加速度目標値が負である場合、その目標値を所定値に限定する。すなわち、駆動輪ブレーキ５３を作動させたときの所定の制動トルク値を、ブレーキトルクの値とする。このように、定量的なトルク制御が比較的困難なブレーキトルクを所定値とすることで、より高い精度での車両前後加速度目標値の設定、及び、より安定な旋回走行状態の制御が可能となる。
【０２２４】
なお、本実施の形態においては、駆動輪ブレーキ５３による制動トルクを所定値としているが、制動トルクの定量的な調整が可能である駆動輪ブレーキを用いる場合には、車両減速度の目標値に応じた値を制動トルクとしてもよい。また、駆動輪ブレーキを作動させる強弱の程度に応じた複数の離散的な代表値を制動トルクとしてもよい。これにより、操縦者が減速状態を調整することが可能になり、非常時の操縦性が更に向上する。
【０２２５】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する（ステップＳ３３−１５）。具体的には、下記の式によって平均駆動輪回転角速度の目標値を決定する。
【０２２６】
【数２４】
2010260531.tif 000026
【０２２７】
また、下記の式によって駆動輪回転角速度左右差の目標値を決定する。
【０２２８】
【数２５】
2010260531.tif 000027
【０２２９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ３３−１６）。具体的には、車両加速度の目標値と車体パラメータとから、下記の式によって車体傾斜ピッチ角の目標値を決定する。
【０２３０】
【数２６】
2010260531.tif 000028
【０２３１】
また、下記の式によって車体傾斜ロール角の目標値を決定する。
【０２３２】
【数２７】
2010260531.tif 000029
【０２３３】
なお、式中の正負の符号は、左側の駆動輪１２が異常であるときには正、右側の駆動輪１２が異常であるときには負であるものとする。
【０２３４】
このように、車両１０の加速時に限って、正常な駆動輪１２側へ大きく傾斜するような車体傾斜ロール角目標値を与える。具体的には、操縦操作量に基づく車両前後加速度目標値が正である場合、接地荷重が正常な駆動輪１２に集中するように、車体を正常な駆動輪１２側に傾斜させる。また、操縦操作量に基づく車両前後加速度目標値が零又は負である場合、正常時と同様に、直立姿勢を基準とする車体傾斜ロール角目標値を与える。このように、緊急時の退避走行において最も使用頻度が低いと想定される加速動作時を除いて、正常時と同様な車体姿勢を維持することで、退避走行時の乗り心地や操縦性が大幅に向上する。
【０２３５】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３３−１７）。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することによって、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値をそれぞれ算出する。
【０２３６】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値から各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する（ステップＳ３３−１８）。具体的には、下記の式によってフィードフォワード出力として、総駆動トルクのフィードフォワード量τW,FF及びリンクトルクのフィードフォワード量τL,FFを決定する。
【０２３７】
【数２８】
2010260531.tif 000030
【０２３８】
なお、車両１０の加速時を除き、総駆動トルクのフィードフォワード量τW,FFは、実質的に次式で表される。
【０２３９】
【数２９】
2010260531.tif 000031
【０２４０】
したがって、車両１０の加速時を除いて、上記の式によって総駆動トルクのフィードフォワード量τW,FFを与えてもよい。
【０２４１】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から各アクチュエータのフィードバック出力を決定する（ステップＳ３３−１９）。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τW,FB、駆動トルク左右差のフィードバック量ΔτW,FB及びリンクトルクのフィードバック量τL,FBを決定する。
【０２４２】
【数３０】
2010260531.tif 000032
【０２４３】
なお、各フィードバックゲインＫ**の値は、例えば、極配置法等により決定される値をあらかじめ設定しておく。また、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入してもよい。さらに、より簡単な制御として、ＫW2、ＫW3、Ｋd2及びＫL3を除くゲインのいくつかを零にしてもよい。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。
【０２４４】
このように、加速走行時とそれ以外の時で、旋回走行状態のフィードバック制御を切り替える。具体的には、操縦操作量に基づく車両前後加速度目標値が正である場合、旋回走行状態としての駆動輪回転角速度左右差のフィードバック制御をリンクトルク、すなわち、車体重心位置の左右移動に伴うヨーモーメントによって実行する。また、操縦操作量に基づく車両前後加速度目標値が零又は負である場合、旋回走行状態としての駆動輪回転角速度左右差のフィードバック制御を駆動トルク左右差、すなわち、正常な駆動輪１２の駆動トルクによって実行する。このように、旋回走行制御の影響を前後走行状態と車体左右傾斜状態のどちらが被るかを切り替えることで、車両１０の状況に応じた適切な制御を実行できる。
【０２４５】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて（ステップＳ３３−２０）、非常走行・姿勢制御処理を終了する。主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３に、下記の式によって決定される指令値として、右駆動トルク指令値τWR、左駆動トルク指令値τWL及びリンクトルク指令値τL を与える。
【０２４６】
【数３１】
2010260531.tif 000033
【０２４７】
このように、異常な駆動輪１２の制動トルクを考慮して、要求される総駆動トルク指令値と駆動トルク左右差指令値を左右両輪で満足するように正常な駆動輪１２に付与する駆動トルクを決定する。具体的には、操縦操作量に基づく車両前後加速度目標値が正である場合、すなわち、車両１０の加速時においては、異常な駆動輪１２への駆動トルク付与が不可能であるため、要求される駆動トルクのすべてを正常な駆動輪１２が請け負う。また、操縦操作量に基づく車両前後加速度目標値が零又は負である場合、すなわち、車両１０の定速走行時、静止時又は制動時においては、異常な駆動輪１２に作用する制動トルクを利用して、残りの必要な駆動トルクを正常な駆動輪１２が請け負う。このように、前後走行に関する駆動トルクを実質的に両輪に等分配して、駆動トルクによる過度なヨーモーメントの発生を防ぐことで、車両１０の重心１７を大きく移動させることなく、旋回走行状態を制御できる。
【０２４８】
このように、本実施の形態においては、前後加速度が零及び／又は負である場合には、車両１０の重心位置を第２駆動輪１２２の方向へ移動させる制御を禁止することにより、定速走行時及び減速時に限り、車体を大きく傾けることなく、旋回走行状態を適切に制御できる。例えば、走行中に駆動モータ５２の故障により、近辺の安全な場所への退避が必要となった場合、一度も車体を大きく傾けることなく、車両１０を退避させて停止させることができる可能性がある。したがって、操縦性や快適性が高く、かつ、安価な車両１０を提供することができる。
【０２４９】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１〜第４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４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。
【０２５０】
図１３は本発明の第５の実施の形態における車両の姿勢変化を示す概略図である。なお、図１３において、（ａ）は正常時を示し、（ｂ）は異常時を示す。
【０２５１】
本実施の形態において、車両１０は、車両重心位置を左右に移動させる車両重心位置移動手段としての能動重量部である乗員１５を含む搭乗部１４を左右方向に相対平行移動させる能動重量部スライド手段を備える。具体的には、本体部１１には、能動重量部として機能する搭乗部１４が、車両１０の左右方向に本体部１１に対して相対的にスライド可能となるように取り付けられている。
【０２５２】
そして、通常の状態での直進走行時には、図１３（ａ）に示されるように、車体が直立状態を維持し、乗員１５も含む車両１０の重心１７を通る鉛直線が左右の駆動輪１２の接地点間を通過し、かつ、矢印で示されるように、左右の駆動輪１２に接地荷重が均等にかかる。しかし、故障によっていずれか一方の駆動輪１２、すなわち、第１駆動輪１２１への駆動トルクの付与が不可能になった場合には、図１３（ｂ）に示されるように、能動重量部としての搭乗部１４を正常な駆動輪１２、すなわち、第２駆動輪１２２の側に移動させ、重心１７を通る鉛直線が第２駆動輪１２２の接地点を通過し、かつ、第２駆動輪１２２に接地荷重が集中するようにする。
【０２５３】
これにより、車体を大きく傾けることなく、片輪故障時の旋回走行状態と車体傾斜姿勢の制御を実行できる。
【０２５４】
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第３及び第４の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２５５】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、第１〜第５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５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。
【０２５６】
図１４は本発明の第６の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図、図１５は本発明の第６の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【０２５７】
本実施の形態においては、車両１０が３輪以上の車輪を有するものである場合について説明する。つまり、前記車両１０は、例えば、前輪が１輪であり後輪が２輪である３輪車、前輪が２輪であり後輪が１輪である３輪車、前輪及び後輪が２輪である４輪車等であるが、３輪以上の車輪を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよい。
【０２５８】
ここでは、説明の都合上、前記車両１０が、車体の前方に配設され、操舵輪として機能する１つの前輪と、車体の後方に配設され、駆動輪１２として機能する左右２つの後輪とを有する３輪車であるものとして説明する。この場合、車両１０は、前記第１〜第５の実施の形態と同様に、リンク機構６０によって左右の後輪のキャンバー角を変化させるとともに、搭乗部１４及び本体部１１を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員１５の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両１０は車体を横方向（左右方向）にも傾斜させることができる。なお、倒立振り子の姿勢制御のような姿勢制御は行わないものとする。すなわち、車体の前後方向の姿勢制御は行わないものとする。
【０２５９】
また、本実施の形態における車両１０の入力装置３０は、図に示されるように、ジョイスティック３１を備えておらず、その代わりに、操舵角センサ３２、スロットルグリップ３４及びブレーキレバー３５を操縦装置として備える。
【０２６０】
前記車両１０は操舵装置としてのハンドル３３を有する。該ハンドル３３は、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている棒状の部材である。そして、乗員１５がハンドル３３を操作すると、それに応じて操舵輪としての前輪は舵角を変化させ、これにより、車両１０の進行方向が変化する。また、操舵量検出器としての操舵角センサ３２は、操舵装置の操舵量としての前記舵角を検出して主制御ＥＣＵ２１に送信する。
【０２６１】
また、前記スロットルグリップ３４は、一般的なオートバイ等において使用されているスロットルグリップと同様の部材であり、棒状のハンドル３３の一端に回転可能に取り付けられ、その回転角度、すなわち、スロットル開度に応じて、車両１０を加速するような走行指令を入力する装置である。
【０２６２】
さらに、前記ブレーキレバー３５は、一般的なオートバイ、自転車等において使用されているブレーキレバーと同様の部材であり、棒状のハンドル３３の一端に揺動可能に取り付けられ、その操作量、すなわち、ブレーキ操作量に応じて、車両１０を減速するような走行指令を入力する装置である。
【０２６３】
そして、前記制御ＥＣＵ２０によって姿勢制御が行われることで、車両１０は、旋回走行時には、図１４に示されるように、車体を旋回円内側に傾けた状態で旋回する。
【０２６４】
なお、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、その説明を省略する。
【０２６５】
次に、本実施の形態における車両１０の動作について詳細に説明する。ここでは、走行及び姿勢制御処理について説明する。
【０２６６】
走行及び姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する。本実施の形態においては、ホイールベースＬ〔ｍ〕を取得する。なお、車体重心距離、及び、車体傾斜ピッチ角又はピッチ角速度は、不要なので取得しない。
【０２６７】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出するが、ピッチ角速度又は車体傾斜ピッチ角は、不要なので算出しない。
【０２６８】
なお、次に行われる操縦者の操縦操作量を取得する動作、及び、車両加速度の目標値を決定する動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２６９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する。ここで、平均駆動輪回転角速度の目標値を決定する動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２７０】
また、本実施の形態において、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪回転角速度左右差の目標値を下記の式によって決定する。
【０２７１】
【数３２】
2010260531.tif 000034
【０２７２】
このように、本実施の形態においては、操舵角と平均駆動輪回転角速度目標値から左右の駆動輪１２の回転角速度の差の目標である駆動輪回転角速度左右差目標値を決定する。
【０２７３】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する。なお、本実施の形態においては前後方向の姿勢制御は行わないので、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する際に、車体傾斜ピッチ角の目標値は算出せずに、車体傾斜ロール角の目標値のみを決定する。
【０２７４】
車体傾斜ロール角については、接地荷重中心が２つの駆動輪１２の接地点間である安定領域に存在する範囲で、自由に目標姿勢を設定できるが、本実施の形態では乗員１５の負荷が最も少ない姿勢を目標値として与える。
【０２７５】
なお、次に行われる残りの目標値を算出する動作、及び、各目標値から各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２７６】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から各アクチュエータのフィードバック出力を決定する。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τW,FB、駆動トルク左右差のフィードバック量ΔτW,FB及びリンクトルクのフィードバック量τL,FBを決定する。
【０２７７】
【数３３】
2010260531.tif 000035
【０２７８】
このように、状態フィードバック制御により、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差と、車体の左右傾斜に相当する車体傾斜ロール角について、計測値と目標値の差に比例する駆動トルク左右差を与えることで、車両１０の旋回走行状態を目標とする状態で安定に維持する。このように、車体の左右傾斜状態を考慮することで、より安定かつ高精度に旋回走行状態を制御できる。
【０２７９】
さらに、左右傾斜状態に相当する車体傾斜ロール角と、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差について、計測値と目標値の差に比例するリンクトルクを与えることで、車体の左右傾斜状態を目標とする状態で安定に維持する。このように、車両１０の旋回走行状態を考慮することで、より安定かつ高精度に車体左右傾斜状態を制御できる。
【０２８０】
さらに、旋回走行状態に相当する状態量として、駆動輪回転角速度左右差を用いる。このように、駆動輪１２の回転状態を制御することで、駆動輪１２がロックや空転の状態に至る可能性を低減できる。
【０２８１】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて、走行及び姿勢制御処理を終了するが、各要素制御システムに指令値を与える動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２８２】
このように、本実施の形態においては、車体の左右傾斜状態に応じた駆動トルク差を左右の駆動輪に与え、旋回走行状態に応じたリンクトルクを車体傾斜リンク機構に与える。具体的には、計測手段によって取得した車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の計測値と、目標走行状態によって決定される車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値との差に応じて駆動トルク差及びリンクトルクを決定する。そして、計測値と目標値の差に所定の係数を乗じた値の駆動トルク差とリンクトルクを与える。
【０２８３】
また、車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態に応じて、駆動トルク差及びリンクトルクを決定し、両出力決定値の和の駆動トルク差とリンクトルクを与える。この場合、車体の左右傾斜状態及び旋回走行状態の目標値に応じて、駆動トルク差とリンクトルクを決定する。そして、旋回走行状態の駆動輪１２の接地荷重移動率の推定値に応じて、駆動トルク差を決定する。また、旋回走行状態の車体に作用する重力と遠心力の推定値に応じて、リンクトルクを決定する。
【０２８４】
さらに、駆動輪１２の左右平均回転角速度に応じて総駆動トルクを決定し、総駆動トルクと接地荷重移動率に応じた駆動トルク差を更に与える。そして、総駆動トルクに接地荷重移動率を乗じた値の駆動トルクを左右の駆動輪１２に加える。なお、旋回走行状態は、右輪回転角速度と左輪回転角速度の差である。
【０２８５】
これにより、より適切に車両１０の旋回走行状態と車体の傾斜姿勢を制御できる。その結果、操縦性や快適性のより高い車両１０を提供できる。
【０２８６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０２８７】
本発明は、車両に適用することができる。
【符号の説明】
【０２８８】
１０    車両
１２    駆動輪
２０    制御ＥＣＵ
６０    リンク機構
【図１】
2010260531.tif 000036
【図２】
2010260531.tif 000037
【図３】
2010260531.tif 000038
【図４】
2010260531.tif 000039
【図５】
2010260531.tif 000040
【図６】
2010260531.tif 000041
【図７】
2010260531.tif 000042
【図８】
2010260531.tif 000043
【図９】
2010260531.tif 000044
【図１０】
2010260531.tif 000045
【図１１】
2010260531.tif 000046
【図１２】
2010260531.tif 000047
【図１３】
2010260531.tif 000048
【図１４】
2010260531.tif 000049
【図１５】
2010260531.tif 000050