(57)【要約】【課題】車両の走行速度に応じて駆動輪の駆動トルクと車体の重心位置とを補正することによって、高速走行時であっても走行状態及び車体姿勢を高精度で制御し、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ようにする。【解決手段】回転可能に車体に取り付けられた駆動輪１２と、該駆動輪１２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、前記駆動輪の進行方向に前記駆動輪の回転角速度に応じた量だけ前記車体の重心を前記駆動輪と相対的に移動させる。【選択図】図１
2010100137.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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この場合、センサで車体のバランスや動作の状態を検出しながら、回転体の動作を制御して車両を停止又は移動させるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１２９４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の車両においては、車両の加速度に応じて車体の重心位置を制御することによって、車体の倒立姿勢を保持するようになっているが、車両の走行速度が高くなると、たとえ定速走行（車両の加速度が零の状態）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。
【０００５】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車両の走行速度に応じて駆動輪の駆動トルクと車体の重心位置を適切に補正することによって、高速走行時であっても走行状態及び車体姿勢を高精度で制御することができ、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することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記駆動輪の進行方向に前記駆動輪の回転角速度に応じた量だけ前記車体の重心を前記駆動輪と相対的に移動させる。
【０００７】
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、前記車体を傾けることによって前記車体の重心を移動させる。
【０００８】
本発明の更に他の車両においては、さらに、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。
【０００９】
本発明の更に他の車両においては、さらに、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。
【００１０】
本発明の更に他の車両においては、さらに、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。
【００１１】
本発明の更に他の車両においては、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、対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に、前記対気速度の大きさに応じた量だけ、前記車体の重心を前記駆動輪と相対的に移動させる。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は本発明の第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、図２は本発明の第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。
【００２０】
図において、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、倒立振り子の姿勢制御を利用して車体の姿勢を制御する。そして、前記車両１０は、車体を前後に傾斜させることができるようになっている。図１に示される例においては、車両１０は矢印Ａで示される方向に加速中であり、車体が進行方向前方に向かって傾斜した状態が示されている。
【００２１】
前記駆動輪１２は、車体の一部である支持部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によって駆動される。なお、駆動輪１２の軸は図１の図面に垂直な方向に延在し、駆動輪１２はその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。
【００２２】
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、能動重量部として機能する搭乗部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、換言すると、車体回転円の接線方向に相対的に移動可能となるように、取り付けられている。
【００２３】
ここで、能動重量部は、ある程度の質量を備え、本体部１１に対して並進する、すなわち、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である必要はなく、例えば、バッテリ等の重量のある周辺機器を並進可能に本体部１１に対して取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であってもよい。また、搭乗部１４、重量のある周辺機器、専用の重量部材等を併用するものであってもよい。
【００２４】
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、貨物が積載されていてもよい。
【００２５】
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１４ａ、背もたれ部１４ｂ及びヘッドレスト１４ｃを備え、図示されない移動機構を介して本体部１１に取り付けられている。
【００２６】
前記移動機構は、リニアガイド装置等の低抵抗の直線移動機構、及び、能動重量部アクチュエータとしての能動重量部モータ６２を備え、該能動重量部モータ６２によって搭乗部１４を駆動し、本体部１１に対して進行方向に前後させるようになっている。なお、能動重量部アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、リニアモータ等を使用することもできるが、ここでは、回転式の電気モータである能動重量部モータ６２を使用するものとして説明する。
【００２７】
前記リニアガイド装置は、例えば、本体部１１に取り付けられている案内レールと、搭乗部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沿って直線状に形成されている。また、キャリッジの断面はコ字状に形成され、その対向する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。
【００２８】
また、リニアガイド装置は、該リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ又はクラッチを備える。車両１０が停車しているときのように搭乗部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との相対的位置関係を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、本体部１１側の基準位置と搭乗部１４側の基準位置との距離が所定値となるように制御される。
【００２９】
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、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。
【００３０】
なお、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行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、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り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。
【００３１】
また、車両１０は、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及び能動重量部制御ＥＣＵ２３を備える。前記制御ＥＣＵ２０並びに主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及び能動重量部制御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及び能動重量部制御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。
【００３２】
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。
【００３３】
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６２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の一部として機能する。前記能動重量部センサ６１は、エンコーダ等から成り、能動重量部移動状態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／又は移動速度を検出し、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部制御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。そして、該能動重量部モータ６２は、入力電圧に従って搭乗部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、能動重量部アクチュエータとして機能する。
【００３４】
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、駆動モータ５２及び能動重量部モータ６２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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
また、前記制御ＥＣＵ２０は、車両速度（駆動輪１２の回転角速度）に応じて速度依存抵抗トルクを推定する推定手段として機能する。また、推定された速度依存抵抗トルクに応じて車体の姿勢を制御する姿勢制御手段として機能する。
【００３７】
なお、速度依存抵抗とは走行速度の上昇に伴い増加する抵抗であり、本実施の形態においては、車体に作用する空気抵抗や駆動輪１２の回転軸に作用する粘性摩擦等の抵抗を速度依存抵抗として考慮する。
【００３８】
また、推定手段は、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、駆動輪１２の回転に対する摩擦抵抗である駆動輪摩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、能動重量部としての搭乗部１４を移動させて車体の重心位置を移動させる。
【００３９】
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傾斜角速度とを決定するようにしてもよい。
【００４０】
次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。まず、走行及び姿勢制御処理の概要について説明する。
【００４１】
図３は本発明の第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、図４は本発明の第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。なお、図３（ａ）は比較のための従来技術による動作例を示し、図３（ｂ）は本実施の形態による動作を示している。
【００４２】
本実施の形態においては、車両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。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の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、能動重量部として機能する搭乗部１４を、図３（ｂ）に示されるように、車両１０の進行方向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なる。
【００４３】
これに対し、仮に、「背景技術」の項で説明した従来の車両のように、走行速度に応じた駆動輪１２の駆動トルクと車体の重心位置の補正を行わない場合、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大きくなる。つまり、倒立型車両の場合、図３（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。
【００４４】
具体的には、速度依存抵抗によって、車両速度が目標値よりも低くなる場合がある。また、車体に作用する空気抵抗のトルクや速度依存抵抗を打ち消すための駆動トルク追加に伴って車体に作用する反トルクにより、車体が後方に傾く場合がある。
【００４５】
その結果、モビリティとして重要な操縦性や乗り心地が悪くなる。特に、一般的な倒立型車両は、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、その影響は車体の姿勢制御に及ぶ。そのため、その対策は重要である。
【００４６】
そこで、本実施の形態においては、車両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は安定して走行することができる。
【００４７】
走行及び姿勢制御処理において、制御ＥＣＵ２０は、まず、状態量の取得処理を実行し（ステップＳ１）、各センサ、すなわち、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１及び能動重量部センサ６１によって、駆動輪１２の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部１４の移動状態を取得する。
【００４８】
次に、制御ＥＣＵ２０は、目標走行状態の決定処理を実行し（ステップＳ２）、ジョイスティック３１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決定する。
【００４９】
次に、制御ＥＣＵ２０は、目標車体姿勢の決定処理を実行し（ステップＳ３）、目標走行状態の決定処理によって決定された車両１０の加速度の目標値と駆動輪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。
【００５０】
最後に、制御ＥＣＵ２０は、アクチュエータ出力の決定処理を実行し（ステップＳ４）、状態量の取得処理によって取得された各状態量、目標走行状態の決定処理によって決定された目標走行状態、及び、目標車体姿勢の決定処理によって決定された目標車体姿勢に基づいて、各アクチュエータの出力、すなわち、駆動モータ５２及び能動重量部モータ６２の出力を決定する。
【００５１】
次に、走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。
【００５２】
図５は本発明の第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、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。
【００５３】
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によって表す。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】
【００５４】
θW ：駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θ1 ：車体傾斜角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
λS ：能動重量部位置（車体中心点基準）〔ｍ〕
【入力】
【００５５】
τW ：駆動トルク（２つの駆動輪の合計）〔Ｎｍ〕
ＳS ：能動重量部推力〔Ｎ〕
【パラメータ】
【００５６】
ｍW ：駆動輪質量（２つの駆動輪の合計）〔ｋｇ〕
ＲW ：駆動輪接地半径〔ｍ〕
ＩW ：駆動輪慣性モーメント（２つの駆動輪の合計）〔ｋｇｍ2 〕
ｍ1 ：車体質量（能動重量部を含む）〔ｋｇ〕
ｌ1 ：車体重心距離（車軸から）〔ｍ〕
Ｉ1 ：車体慣性モーメント（重心周り）〔ｋｇｍ2 〕
ｍS ：能動重量部質量〔ｋｇ〕
ｌS ：能動重量部重心距離（車軸から）〔ｍ〕
ＩS ：能動重量部慣性モーメント（重心周り）〔ｋｇｍ2 〕
【物理定数】
【００５７】
ｇ：重力加速度〔ｍ／ｓ2 〕
2010100137.tif 000003
【００５８】
次に、目標走行状態の決定処理について説明する。
【００５９】
図７は本発明の第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。
【００６０】
目標走行状態の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、操縦操作量を取得する（ステップ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。
【００６１】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、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比例した値を車両加速度の目標値とする。
【００６２】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、決定した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Ｓ２−３）。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径ＲW で除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。
【００６３】
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。
【００６４】
図８は本発明の第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、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。
【００６５】
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、能動重量部位置の目標値及び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って決定された車両加速度の目標値と、駆動輪回転角速度の目標値とに基づき、次の式（１）及び（２）により、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。
【００６６】
【数１】
2010100137.tif 000004
【００６７】
一方、λS,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摩擦抵抗によるトルクの反トルクとに対して車体のバランスをとるのに必要な能動重量部移動量、すなわち、速度依存抵抗による影響を打ち消す移動量である。なお、λS,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、車体に作用する空気抵抗トルクの大きさ（厳密には、車体に作用する空気抵抗が直接的に車体を傾けようとするトルクと、空気抵抗を打ち消すように追加した駆動トルクの反トルクとの和）を表す。
【００６８】
また、ＤW は駆動輪回転角速度に対する駆動輪摩擦抵抗係数、Ｄ1 は駆動輪回転角速度に対する車体空気抵抗係数、ｈ1,D は車体空気抵抗中心高さ（路面から空気抵抗作用中心までの高さ）をそれぞれ表し、所定の定数をあらかじめ与えておく。
【００６９】
【数２】
2010100137.tif 000005
【００７０】
一方、θ1,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摩擦抵抗によるトルクの反トルクとに対して車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消す傾斜角である。
【００７１】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３−２）。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り、駆動輪回転角、車体傾斜角速度及び能動重量部移動速度の目標値を算出する。
【００７２】
このように、本実施の形態においては、車両加速度の目標値に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、駆動輪回転角速度（車両速度）の目標値に伴って車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗及び駆動モータ反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。
【００７３】
このとき、車体に作用して車体を傾斜させようとするトルク、すなわち、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両１０が前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。
【００７４】
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を移動させ、該搭乗部１４が能動重量部移動限界に達すると、車体の傾斜を開始させる。そのため、細かい加減速又は低速走行時には車体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。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、速度依存抵抗の大きさを推定するための駆動輪回転角速度として、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、実値を使用してもよい。また、空気抵抗の推定時に駆動輪１２のスリップ率も加えて考慮してもよい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、能動重量部移動限界が前方と後方とで等しい場合を想定しているが、前方と後方とで異なる場合には、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有無を切り替えるようにしてもよい。例えば、加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くに設定する必要がある。
【００７７】
さらに、本実施の形態においては、加速度や速度が低いときには、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。
【００７８】
さらに、本実施の形態においては、駆動輪摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式を使用し、車体空気抵抗は速度の２乗に比例するモデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用してもよい。
【００７９】
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。
【００８０】
図１０は本発明の第１の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。
【００８１】
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フィードフォワード出力を決定する（ステップＳ４−１）。この場合、各目標値から、次の式（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。
【００８２】
【数３】
2010100137.tif 000006
【００８３】
このように、力学モデルによって推定された速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを付加することによって、車両１０の走行及び姿勢制御を高精度で実行することができるとともに、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、低速走行時と同様の加減速を行うことができる。
【００８４】
【数４】
2010100137.tif 000007
【００８５】
このように、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現する。
【００８６】
なお、本実施の形態においては、搭乗部１４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項として、駆動輪回転角速度を２乗した値に、搭乗部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。
【００８７】
また、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。
【００８８】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、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Ｓ４−２）。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、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のフィードバック出力を決定する。
【００８９】
【数５】
2010100137.tif 000008
【００９０】
なお、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することもできる。また、より簡単な制御として、ＫW2、ＫW3及びＫS5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。
【００９１】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与える（ステップＳ４−３）。この場合、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及び能動重量部制御ＥＣＵ２３に送信する。
【００９２】
このように、本実施の形態においては、車両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、走行状態と車体姿勢とを高精度に制御することができ、操縦性や乗り心地をより向上させることができる。
【００９３】
なお、本実施の形態においては、速度依存抵抗として、駆動輪１２に作用する粘性摩擦と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、駆動輪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に作用する空気抵抗を、駆動輪１２に作用する粘性摩擦と同様の方法で考慮することで、より高精度の制御を実現することができる。
【００９４】
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。
【００９５】
図１１は本発明の第２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、図１２は本発明の第２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。なお、図１２（ａ）は比較のための従来技術による動作例を示し、図１２（ｂ）は本実施の形態による動作を示している。
【００９６】
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、構造や制御システムの複雑化、コスト高、重量増、等が問題になる場合がある。当然のことながら、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。
【００９７】
そこで、本実施の形態においては、搭乗部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が省略され、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。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、その説明は省略する。
【００９８】
そして、本実施の形態においては、車両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、車体に作用する粘性抵抗の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、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、高速走行時でも操縦性や乗り心地の良い安価な倒立型の車両１０を提供することが可能となる。
【００９９】
これに対し、仮に、「背景技術」の項で説明した従来の車両のように、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の補正を行わない場合、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大きくなる。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。
【０１００】
具体的には、速度依存抵抗によって、車両速度が目標値よりも低くなる場合がある。また、車体に作用する空気抵抗のトルクや速度依存抵抗を打ち消すための駆動トルクの追加に伴って車体に作用する反トルクにより、車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性や乗り心地が悪くなる。
【０１０１】
そこで、本実施の形態においては、車両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の走行速度が上昇しても、車両１０は安定して停止及び走行することができる。
【０１０２】
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要及び目標走行状態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。
【０１０３】
図１３は本発明の第２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。
2010100137.tif 000009
【０１０４】
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。
【０１０５】
図１４は本発明の第２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。
【０１０６】
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ３−１１）。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と駆動輪回転角速度の目標値とに基づき、次の式（７）により、車体傾斜角の目標値を決定する。
【０１０７】
【数６】
2010100137.tif 000010
【０１０８】
一方、θ1,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擦抵抗によるトルクの反トルクに対して車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消す傾斜角である。
【０１０９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３−１２）。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り、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値を算出する。
【０１１０】
このように、本実施の形態においては、車両加速度の目標値に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、駆動輪回転角速度（車両速度）の目標値に伴って車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗及び駆動モータ反トルクも考慮して、車体傾斜角の目標値を決定する。
【０１１１】
このとき、車体に作用して車体を傾斜させようとするトルク、すなわち、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両１０が前進走行するときには、車体をより前方へ傾ける。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。
【０１１２】
なお、本実施の形態においては、駆動輪摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式を使用し、車体空気抵抗は速度の２乗に比例するモデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用してもよい。
【０１１３】
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。
【０１１４】
図１５は本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。
【０１１５】
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ィードフォワード出力を決定する（ステップＳ４−１１）。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る。
【０１１６】
前記式（３）に表されるように、力学モデルによって推定された速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを付加することによって、車両１０の走行及び姿勢制御を高精度で実行することができるとともに、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、低速走行時と同様の加減速を行うことができる。
【０１１７】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、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Ｓ４−１２）。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式（８）により駆動モータ５２のフィードバック出力を決定する。
【０１１８】
【数７】
2010100137.tif 000011
【０１１９】
なお、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することもできる。また、より簡単な制御として、ＫW2及びＫW3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。
【０１２０】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、要素制御システムに指令値を与える（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として、駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信する。
【０１２１】
このように、本実施の形態においては、車両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立型車両に適用することができる。また、構造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１６は本発明の第３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。
【０１２４】
本実施の形態においては、対気速度を計測し、その計測値に基づいて車両１０の制御を行うようになっている。
【０１２５】
駆動輪回転角速度に基づいて空気抵抗を推定すると、駆動輪１２が空転した場合に空気抵抗の推定値に大きな誤差が生じることがある。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２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の空転状態を更に悪化させる可能性がある。さらに、誤った空気抵抗の推定値と釣り合うように車体重心を移動させるため、車体が大きく傾く可能性がある。なお、駆動輪１２がロックして路面上をスリップした場合にも、同様の問題が生じる。
【０１２６】
また、外気風が強くなると、走行速度や車体姿勢の制御における誤差が大きくなる。これは、強風に伴う大きな空気抵抗が、車両１０の走行及び姿勢制御に影響を及ぼすためである。そのため、モビリティとして、操縦性や乗り心地が悪くなってしまう。一般的に、倒立型車両は走行速度が低いため、相対的に外気風の影響が大きくなる。
【０１２７】
そこで、本実施の形態においては、駆動輪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の位置を補正する。具体的には、駆動輪回転角速度に基づいて、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。
【０１２８】
これにより、例えば駆動輪１２が空転しても、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。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。
【０１２９】
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、例えば、ピトー管による計測装置であって動圧を計測するものを使用するが、対気速度を計測可能なものであれば、いかなる種類のセンサであってもよい。
【０１３０】
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、対気速度センサ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に送信する。
【０１３１】
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要及び目標走行状態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。
【０１３２】
図１７は本発明の第３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。
2010100137.tif 000012
【０１３３】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、対気速度を取得する（ステップＳ１−２３）。この場合、対気速度センサ７１の計測した対気速度を取得する。
【０１３４】
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。
【０１３５】
図１８は本発明の第３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。
【０１３６】
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ３−２１）。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と駆動輪回転角速度の目標値、及び、対気速度センサ７１の計測した対気速度に基づき、前記第１の実施の形態において説明した前記式（１）及び（２）により、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。
【０１３７】
【数８】
2010100137.tif 000013
【０１３８】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３−２２）。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り、駆動輪回転角、車体傾斜角速度及び能動重量部移動速度の目標値を算出する。
【０１３９】
このように、本実施の形態においては、車両加速度の目標値に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、駆動輪回転角速度（車両速度）の目標値に伴って車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗及び駆動モータ反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。
【０１４０】
このとき、車体に作用して車体を傾斜させようとするトルク、すなわち、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両１０が前進走行するとき、あるいは、前方からの向か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。
【０１４１】
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に示されるように、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すると、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。
【０１４２】
なお、本実施の形態においては、駆動輪１２の粘性摩擦を推定するための駆動輪回転角速度として、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、実値を使用してもよい。
【０１４３】
また、本実施の形態においては、能動重量部移動限界が前方と後方とで等しい場合を想定しているが、前方と後方とで異なる場合には、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有無を切り替えるようにしてもよい。例えば、加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くに設定する必要がある。
【０１４４】
さらに、本実施の形態においては、車両１０の加速度や速度が低いときや外気風が弱いときには、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に作用する前後方向の力を軽減させることができる。
【０１４５】
さらに、本実施の形態においては、駆動輪摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式を使用し、車体空気抵抗は速度の２乗に比例するモデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用してもよい。
【０１４６】
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。
【０１４７】
図１９は本発明の第３の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。
【０１４８】
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フィードフォワード出力を決定する（ステップＳ４−２１）。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のフィードフォワード出力を決定し、また、前記第１の実施の形態において説明した前記式（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。
【０１４９】
【数９】
2010100137.tif 000014
【０１５０】
このように、力学モデルによって推定された速度依存抵抗トルクを打ち消すように駆動トルクを付加することによって、車両１０の走行及び姿勢制御を高精度で実行することができるとともに、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して、低速走行時と同様の加減速を行うことができる。
【０１５１】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、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Ｓ４−２２）。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、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のフィード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する。
【０１５２】
なお、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することもできる。また、より簡単な制御として、ＫW2、ＫW3及びＫS5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。
【０１５３】
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与える（ステップＳ４−２３）。この場合、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及び能動重量部制御ＥＣＵ２３に送信する。
【０１５４】
このように、本実施の形態においては、駆動輪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の位置を補正する。つまり、駆動輪回転角速度に基づいて、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。
【０１５５】
これにより、駆動輪１２が空転やスリップ状態にあっても、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を提供することができる。
【０１５６】
なお、本実施の形態においては、対気速度センサ７１から取得した対気速度に基づいて空気抵抗を推定する例について説明したが、対気速度センサ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。
【０１５７】
また、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。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】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。
【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３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】本発明の第１の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定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２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１２】本発明の第２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。
【図１３】本発明の第２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。
【図１４】本発明の第２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。
【図１５】本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第３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１７】本発明の第３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。
【図１８】本発明の第３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。
【図１９】本発明の第３の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１５９】
１０    車両
１２    駆動輪
１４    搭乗部
２０    制御ＥＣＵ
７１    対気速度センサ
【図１】
2010100137.tif 000015
【図２】
2010100137.tif 000016
【図３】
2010100137.tif 000017
【図４】
2010100137.tif 000018
【図５】
2010100137.tif 000019
【図６】
2010100137.tif 000020
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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