(57)【要約】  搭乗者にとって乗り心地のよい倒立振り子の姿勢制御を利用した車両を提供することを目的とする。  搭乗者が指示した目標加速度α＊に応じたバランサ目標位置λ２＊（算出値）を決定する。そして、現在のバランサ位置λ２（測定値）が、決定したバランサ目標位置λ２＊に近づくように、状態フィードバック制御によりバランサの駆動推力ＳＢを決定し、バランサを駆動する。このバランサの駆動に伴う現在のバランサ位置λ２（測定値）から、駆動輪アクチュエータの出力τＷを決定する。これにより、バランサの実位置から駆動トルクτＷを決定するので、バランサが目標位置まで到達するまでの過渡的な状態でも、安定した直立姿勢制御が実現できる。
2008065853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪と、
駆動輪の回転軸に回動可能に支持された車体と、
前記車体に対して移動可能に配置されたバランサと、
目標加速度を取得する目標加速度取得手段と、
前記取得した目標加速度に応じて、前記駆動輪の駆動トルクと、前記バランサを移動するためのバランサ推力を決定する決定手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記バランサは、搭乗部を一部又は全部として構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両。
【請求項３】
前記車体は、重量体を乗せる搭乗部を一部として構成されており、
前記バランサは、前記搭乗部に対して移動可能に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項４】
バランサの位置を取得するバランサ位置取得手段と、
前記取得した目標加速度に応じて前記バランサの目標位置を決定する目標位置決定手段と、を備え、
前記決定手段は、前記決定したバランサ目標位置と前記取得したバランサ位置とに応じてバランサ推力を決定すると共に、前記取得したバランサ位置に応じて前記駆動トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の車両。
【請求項５】
バランサの位置を取得するバランサ位置取得手段を備え、
前記決定手段は、前記取得した目標加速度に応じて前記駆動トルクを決定すると共に、当該決定した駆動トルクに応じてバランサ目標位置を決定し、該決定したバランサ目標位置と前記取得したバランサ位置とに応じてバランサ推力を決定する、
ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に係り、例えば、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立振り子の姿勢制御を利用した車両（以下、単に倒立振り子車両という）が注目され、例えば、特許文献１の搬送措置が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１２９４３５公報
【０００３】
この特許文献１提案の搬送装置では、センサ部で筐体のバランス状態および動作状態を検出しながら、制御部が回転体の動作を制御して搬送装置を静止若しくは移動させるようにしている。
そして、車体の傾斜角に応じて、カウンタウェイト部の重量（バランサ）を移動させることにより、重心移動も併せることで姿勢制御を行うようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１記載の車両では、バランサを前後に動かすことで、姿勢制御を行うようにしているが、車両の加減速時における具体的な制御方法については開示されていない。
このため例えば、バランサを前方に動かすことで、車両の重心を前方へ移動させて加速するとき、その重心位置、あるいは、バランサの位置に適した駆動トルクを駆動輪に与えないと、車両の力学的バランスを保つために、車体も傾けなくてはならなくなる。
このように、特許文献１において、加減速時に車体が傾き、搭乗者にとって乗り心地が悪いという課題がある。【０００５】
そこで本発明は、搭乗者にとって乗り心地のよい倒立振り子の姿勢制御を利用した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】
（１）請求項１記載の発明では、駆動輪と、駆動輪の回転軸に回動可能に支持された車体と、前記車体に対して移動可能に配置されたバランサと、目標加速度を取得する目標加速度取得手段と、前記取得した目標加速度に応じて、前記駆動輪の駆動トルクと、前記バランサを移動するためのバランサ推力を決定する決定手段と、を車両に具備させて前記目的と達成する。
（２）請求項２記載の発明では、前記バランサは、搭乗部を一部又は全部として構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両を提供する。
（３）請求項３記載の発明では、前記車体は、重量体を乗せる搭乗部を一部として構成されており、前記バランサは、前記搭乗部に対して移動可能に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の車両を提供する。
（４）請求項４記載の発明では、バランサの位置を取得するバランサ位置取得手段と、前記取得した目標加速度に応じて前記バランサの目標位置を決定する目標位置決定手段と、を備え、前記決定手段は、前記決定したバランサ目標位置と前記取得したバランサ位置とに応じてバランサ推力を決定すると共に、前記取得したバランサ位置に応じて前記駆動トルクを決定する、ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の車両を提供する。
（５）請求項５記載の発明では、バランサの位置を取得するバランサ位置取得手段を備え、前記決定手段は、前記取得した目標加速度に応じて前記駆動トルクを決定すると共に、当該決定した駆動トルクに応じてバランサ目標位置を決定し、該決定したバランサ目標位置と前記取得したバランサ位置とに応じてバランサ推力を決定する、ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の車両を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、目標加速度に応じて、駆動輪の駆動トルクと、バランサを移動するためのバランサ推力を決定することで、車両の力学的バランスが駆動出力とバランサ出力間で保たれるので、搭乗者にとって乗り心地のよい車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態における車両の外観構成図である。
【図２】制御ユニットの構成図である。
【図３】バランサ移動機構の構成例を表した説明図である。
【図４】本実施形態のバランサによる直立加減速処理における、車両姿勢制御系の力学モデルの説明図である。
【図５】バランサによる第１の直立加減速処理の概要を表したブロック線図である。
【図６】バランサによる第２の直立加減速処理の概要を表したブロック線図である。
【図７】バランサによる第１の直立加減速処理の内容を表したフローチャートである。
【図８】バランサによる第２の直立加減速処理の内容を表したフローチャートである。
【符号の説明】
【０００９】
１１  駆動輪
１２  駆動モータ
１３  搭乗部
１３１  座面部
１６  制御ユニット
２０  制御ＥＣＵ
２１  主制御ＥＣＵ
２２  駆動輪制御ＥＣＵ
２３  バランサ制御ＥＣＵ
３１  加減速指令装置
４１  角度計
５１  駆動輪回転角度計
５２  駆動輪アクチュエータ
６１  バランサ駆動モータ回転角度計
６２  バランサ駆動アクチュエータ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図１から図８を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
バランサを動かして加減速を行うとき、その車体には、主に次の３つが作用する。
（ａ）慣性力によるトルクＡ
（ｂ）駆動トルクの反作用（反トルク）Ｂ
（ｃ）バランサの移動による車体傾斜トルクＣ
この３つが釣り合うように、すなわちＡ＋Ｂ＝Ｃとなるように、駆動トルクの大きさを決定する必要がある。【００１１】
本実施形態において搭乗部は車体の一部を構成する。そして、バランサとは、搭乗部を含まない車体質量の一部であり、車体に取り付けられたバランサ駆動アクチュエータによって、車体中心軸（車体の重心と車体回転中心を通る直線）と車輪回転中心軸に垂直な方向へ自由に動かすことができる部分をいう。
本実施形態のバランサは、車体（搭乗部）に対して移動可能に配置される。【００１２】
そこで本実施形態の車両では、バランサによる直立加減速を次の方法により実現する。
ここで、直立加減速とは、搭乗部を傾斜させることなく車両の加速、減速を行うことを意味する。【００１３】
第１の直立加減速処理では、目標とする加速度に応じた適切な位置（バランサ目標位置）にバランサを移動させると共に、実際のバランサ位置に応じて、駆動輪の駆動トルクを適切に与えることで、車体を傾けることなく車両の加減速を実現する。
この実施形態では、実際のバランサ位置から駆動トルクを決定するので、バランサが目標位置まで到達する間でも、安定した直立姿勢制御が実現できる。【００１４】
また、第２の直立加減速処理では、目標とする加速度に応じた駆動トルクを決定し、その駆動トルクに応じたバランサ目標位置を決定し、バランサ目標位置となるようにバランサを移動することで、車体を傾けることなく車両の加減速を実現する。
この実施形態では、駆動トルクからバランサの目標位置を決定するので、駆動トルクを直接指令できるため、搭乗者の意思に応じた加速度が実現できる。【００１５】
本実施形態ではバランサによる直立加減速の実現することで、搭乗者にとって乗り心地のよい倒立型車両を提供することができる。
すなわち、（ａ）搭乗者視界の激しい変化が無い、（ｂ）車両の加減速をそのまま搭乗者が感じることができ、違和感が無い、（ｃ）加減速開始時の姿勢変化が無く、搭乗者に違和感を与えない、（ｄ）可動部の慣性が小さいため、搭乗者の加速指令入力から実際の車両の加速までの遅れが小さい、という効果が得られる。【００１６】
（２）実施形態の詳細
図１は、本実施形態における車両の外観構成を例示したものである。
図１に示されるように、車両は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ、１１ｂを備えている。
両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２で駆動されるようになっている。【００１７】
駆動輪１１ａ、１１ｂ（両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合には駆動輪１１という。以下他の構成も同じ）及び駆動モータ１２の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗する搭乗部１３（シート）が配置されている。
搭乗部１３は、運転者が座る座面部１３１、背もたれ部１３２、及びヘッドレスト１３３で構成されている。【００１８】
搭乗部１３は、駆動モータ１２が収納されている駆動モータ筐体１２１に固定された支持部材１４により支持されている。【００１９】
搭乗部１３の左脇には入力装置３０が配置されている。この入力装置３０は、運転者の操作により、車両の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の指示を行う為のものである。【００２０】
本実施形態における入力装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に入力装置３０を配置するようにしてもよい。【００２１】
また、本実施形態の車両には、入力装置３０が配置されているが、予め決められた走行指令データに従って自動走行する車両の場合には、入力装置３０に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを読み取る読み取り手段で構成し、または／及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成するようにしてもよい。【００２２】
なお、図１において、搭乗部１３には人が搭乗している場合について表示しているが、必ずしも人が運転する車両には限定されず、荷物だけを乗せて外部からのリモコン操作等により走行や停止をさせる場合、荷物だけを乗せて走行指令データに従って走行や停止をさせる場合、更には何も搭乗していない状態で走行や停止をする場合であってもよい。【００２３】
本実施形態において、入力装置３０の操作により出力される操作信号によって加減速等の制御が行われるが、例えば、運転者が車両に対する前傾きモーメントや前後方向の傾斜角を変更することで、その傾斜角に応じた車両の姿勢制御及び走行制御を行うようにしてもよい。また、両方式を切り替え可能にしてもよい。【００２４】
搭乗部１３と駆動輪１１との間には、図示しないが後述するバランサ（重量体）１３４が配置されている。このバランサ１３４は、バランサ駆動アクチュエータ６２によって前後方向（車体直立時に車軸と水平面上で直交する方向）に移動可能に構成されている。【００２５】
搭乗部１３と駆動輪１１との間には制御ユニット１６が配置されている。
本実施形態において制御ユニット１６は、搭乗部１３の座面部１３１の下面に取り付けられているが、支持部材１４に取り付けるようにしてもよい。【００２６】
図２は、制御ユニット１６の構成を表したものである。
制御ユニット１６は、制御ＥＣＵ（電子制御装置）２０、加減速指令装置３１、角度計（角速度計）４１、駆動輪回転角度計５１、駆動輪アクチュエータ５２、バランサの位置センサとして機能するバランサ駆動モータ回転角度計６１、バランサ駆動アクチュエータ６２、その他の装置を備えている。【００２７】
制御ユニット１６は、その他の装置としてバッテリを備えている。バッテリは、駆動モータ１２、駆動アクチュエータ５２、バランサ駆動アクチュエータ６２、制御ＥＣＵ２０等に駆動用及び制御用の電力を供給するようになっている。【００２８】
制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、制御ＥＣＵ２２、及びバランサ制御ＥＣＵ２３を備えており、駆動輪制御、車体制御、バランサ制御等により、車両の走行、姿勢制御等の各種制御を行うようになっている。
制御ＥＣＵ２０は、本実施形態におけるバランサによる直立加減速処理プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。【００２９】
主制御ＥＣＵ２１には、加減速指令装置３１、駆動輪回転角度計５１、角度計（角速度計）４０、バランサ駆動モータ回転角度計（位置センサ）６１が接続されている。【００３０】
主制御ＥＣＵ２１には、入力装置３０として加減速指令装置３１が接続されている。
加減速指令装置３１は、搭乗者による入力装置３０の操作に基づく加減速指令を主制御ＥＣＵ２１に供給する。
入力装置３０は、ジョイスティックを備えている。ジョイスティックは直立した状態をニュートラル位置とし、前後方向に傾斜させることで加減速を指示し、左右に傾斜させることで左右方向の旋回を指示するようになっている。傾斜角度に応じて、要求加減速度、旋回曲率が大きくなる。【００３１】
主制御ＥＣＵ２１は、角度計４１と共に車体制御システム４０として機能し、倒立車両の姿勢制御として、車体傾斜状態に基づき、駆動輪の反トルクで車体の姿勢制御を行う。【００３２】
主制御ＥＣＵ２１は、駆動制御ＥＣＵ２２、駆動輪回転角度計５０、駆動輪アクチュエータ５２と共に駆動輪制御システム５０として機能する。
駆動輪回転角度計５１は、駆動輪１１の回転角を主制御ＥＣＵ２１に供給し、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２に駆動トルク指令値を供給し、駆動輪制御ＥＣＵ２２は駆動輪アクチュエータ５２に駆動指令値としての駆動電圧を供給する。
駆動輪動アクチュエータ５２は、指令値に従って、両駆動輪１１ａ、１１ｂを各々独立して駆動制御するようになっている。【００３３】
主制御ＥＣＵ２１は、バランサ制御ＥＣＵ２３、バランサ駆動モータ回転角度計６１、バランサ駆動アクチュエータ６２と共にバランサ制御システム６０として機能するようになっている。
バランサ駆動モータ回転角度計６１は、バランサ位置に対応したモータ回転角を主制御ＥＣＵ２１に供給し、主制御ＥＣＵ２１は、駆動推力指令値をバランサ制御ＥＣＵ２３に供給し、バランサ制御ＥＣＵ２３は、駆動推力指令値として駆動電圧をバランサ駆動アクチュエータ６２に供給する。【００３４】
図３は、バランサ１３４をバランサ目標位置λ2*に移動させるバランサ移動機構について、その構成例を表したものである。
このバランサ移動機構は、重量体移動手段として機能し、バランサ１３４を前後方向に動かすことによって駆動部（駆動モータ及び駆動輪）を除く車両の重心を移動させる。【００３５】
バランサ移動機構は、搭乗部１３の座面部１３１の下部に配置されたバランサ１３４を前後方向に移動させるように構成されている。
本実施形態である図３（ａ）のバランサ移動機構は、スライダ型アクチュエータ１３５によって、スライダ上でバランサ１３４を平行移動させる。【００３６】
図３（ｂ）、（ｃ）に示すバランサ移動機構は、回転移動型バランサを用いた機構である。支持軸１３６の一端にはバランサ１３４が配設され、支持軸１３６の他端部には、バランサ支持軸回転モータ１３７、１３８のロータが固定されている。
そして、バランサ支持軸モータ１３７、１３８によって、支持軸１３６を半径とする円周軌道上でバランサ１３４を移動させる。
図３（ｂ）のバランサ移動機構では、バランサ支持軸回転モータ１３７が座面部１３１の下部に配設され、円周軌道上の下側でバランサ１３４が移動する。
図３（ｃ）のバランサ移動機構では、バランサ支持軸回転モータ１３８が駆動輪１１と同軸上に配設され、円周軌道上の上側でバランサ１３４が移動する。【００３７】
なお、他のバランサ移動機構の例として、伸縮型のアクチュエータによりバランサ１３４を移動させるようにしてもよい。
例えば、２本の伸縮型アクチュエータのそれぞれ一端を車両の前方と後方に固定し、他端をそれぞれバランサ１３４に固定し、両伸縮型アクチュエータの一方を伸ばし、他方を縮めることで、バランサ１３４を平行移動させる。【００３８】
以上の通り構成された車両における、バランサによる直立加減速処理について次に説明する。
図４は、本実施形態のバランサによる直立加減速処理における、車両姿勢制御系の力学モデルを図示したものである。
図４におけるバランサ１３４は、車両の姿勢制御を行うための重量体で、車軸及び車両中心軸に垂直な方向に移動する図３（ａ）の場合を例示している。
なお、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、バランサ１３４がバランサ支持軸回転モータ１３７、１３８を中心とする円周軌道上を移動する場合には、支持軸１３６の角度に基づく換算、又は角度への換算を行う。【００３９】
この図４における各記号は次の通りである。
（ａ）状態量
θW：タイヤの回転角［ｒａｄ］
θ1：本体の傾斜角（鉛直軸基準）［ｒａｄ］
λ2：バランサの位置（車体中心点基準）［ｍ］
（ｂ）入力
τW：駆動モータトルク（２輪合計）［Ｎｍ］
ＳB：バランサ駆動力［Ｎ］
（ｃ）物理定数
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ2］
（ｄ）パラメータ
ｍW：タイヤの質量［ｋｇ］
ＲW：タイヤの半径［ｍ］
ＩW：タイヤの慣性モーメント（車軸周り）［ｋｇｍ2］
ｍ1：本体の質量（乗員含む）［ｋｇ］
ｌ1：本体の重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ1：本体の慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
ｍ2：バランサの質量［ｋｇ］
ｌ2：バランサの基準重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ2：バランサの慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］【００４０】
図５、図６は、バランサによる第１及び第２の直立加減速処理の概要を表したものである。
第１の直立加減速処理では、測定したバランサ１３４の実位置から駆動トルクを決定する。
すなわち、図５に示されるように、搭乗者が指示した目標加速度α*に応じたバランサ目標位置λ*（算出値）を決定する。そして、現在のバランサ位置λ（測定値）が、決定したバランサ目標位置λ*に近づくように、状態フィードバック制御によりバランサ１３４の駆動推力ＳBを決定し、バランサ１３４を駆動する。
このバランサ１３４の駆動に伴う現在のバランサ位置λ（測定値）から、駆動輪アクチュエータ５２の出力τWを決定する。【００４１】
この第１の直立加減速処理によれば、バランサ１３４の実位置から駆動トルクを決定するので、バランサ１３４が目標位置まで到達するまでの過渡的な状態でも、安定した直立姿勢制御が実現できる。【００４２】
一方、第２の直立加減速処理では、駆動トルクからバランサ１３４の目標位置λ2*を決定する。
すなわち、図６に示されるように、搭乗者が指示した目標加速度α*に応じた駆動輪アクチュエータ出力τWを決定し、この駆動輪アクチュエータ出力τWに応じたバランサ目標位置λ2*を決定する。
そして、現在のバランサ位置λ（測定値）が、決定したバランサ目標位置λ*となるように、状態フィードバック制御によりバランサ１３４の駆動推力ＳBを決定し、バランサ１３４を駆動する。【００４３】
この第２の直立加減速処理によれば、駆動トルクからバランサ１３４の目標位置λ2*を決定するので、駆動トルクを直接指令できるため、搭乗者の意思に応じた加速度を実現することができる。【００４４】
図７は、バランサによる第１の直立加減速処理の内容を表したフローチャートである。
まず主制御ＥＣＵ２１は、搭乗者の入力指令（目標加速度α*）を取得する（ステップ１０）。
目標加速度α*は、例えば、搭乗者による搭乗者のジョイスティック操作量を取得し、その値に応じて所定の関数、又は、操作量−目標加速度マップに基づいて主制御ＥＣＵ２１で決定する。
但し、入力装置３０の加減速指令装置３１において、操作量に応じた目標加速度α*を関数又はマップから決定して主制御ＥＣＵ２１に供給し、主制御ＥＣＵ２１は、供給された目標加速度α*を取得するようにしてもよい。【００４５】
なお、本実施例では、操作入力として加速度目標α*を与えているが、速度や駆動トルクの目標を与え、それを目標加速度α*に変換してもよい。この場合、目標加速度α*への変換は、主制御ＥＣＵ２１で行うようにしても、また、入力装置３０で行うようにしてもよい。【００４６】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、取得した目標加速度α*に応じたバランサ１３４の目標位置λ2*を、次の数式（１）に従って決定する（ステップ１１）。
数式（１）におけるηとＭは数式（２）、（３）による。【００４７】
（数式１）
λ2*＝（Ｍ／ｍ2）（１＋η）ＲWα*【００４８】
（数式２）
η＝（ｍ1ｌ1＋ｍ2ｌ2）／（ＭＲW）
（数式３）
Ｍ＝ｍ1＋ｍ2＋ｍW＋ＩW／ＲW2【００４９】
数式（１）において、両辺にバランサの重量ｍ2ｇを乗じると、左辺のλ2*ｍ2ｇはバランサ１３４の重心移動による車体傾斜トルクＣを表す。
一方右辺第１項のＭＲWα*ｇは駆動トルクの反トルクＢを表し、第２項のＭηＲWα*ｇは慣性力によるトルクＡを表す。
このように、数式１は、慣性力のトルクＡ、駆動トルクの反トルクＢと、車体傾斜トルクＣとのバランス状態を表している。【００５０】
次に、主制御ＥＣＵ２１は、各センサから走行と姿勢の状態量を検出する（ステップ１２）。
すなわち、ＥＣＵ２１は、角度計４１から車体傾斜角（角速度）を、駆動輪回転角度計５１から駆動輪回転角（回転角速度）を、バランサ駆動モータ回転角度計６１からバランサ１３４の位置（バランサ支持軸回転モータ１３７、１３８の回転角）の値を、それぞれ取得する。【００５１】
次に、主制御ＥＣＵ２１は、ステップ１１で決定したバランサ目標位置λ2*と、ステップ１２で取得したバランサ位置λ2に応じて、バランサ駆動アクチュエータ６２の出力指令値を決定する（ステップ１３）。
すなわち走行制御部２１は、状態フィードバックを表す次の数式（４）に従って、バランサ駆動アクチュエータ６２の出力指令値（バランサ駆動推力）ＳBを決定する。
なお、数式４における｛｝は時間微分を表し、例えば、[ｎ]はｎの時間微分を意味するものとする。【００５２】
（数式４）
ＳB＝−ＫB1θW−ＫB2｛θW｝−ＫB3θ1−ＫB4｛θ1｝−ＫB5（λ2−λ2*）−ＫB6（｛λ2｝−｛λ2*｝）【００５３】
また、主制御ＥＣＵ２１は、車輪駆動アクチュエータ５２の出力指令値（駆動トルク）τWを決定する（ステップ１４）。
すなわち主制御ＥＣＵ２１は、直立姿勢保持用トルクと状態フィードバックを表す次の数式５に従って、ステップ１２で取得した現時点でのバランサ位置λ2に応じた出力指令値τWを決定する。【００５４】
（数式５）
τW＝τW,0−ＫW1θW−ＫW2｛θW｝−ＫW3θ1−ＫW4｛θ1｝−ＫW5（λ2−λ2*）−ＫW6（｛λ2｝−｛λ2*｝）
τW,0＝ｍ2ｇλ2／（１＋η）【００５５】
続いて主制御ＥＣＵ２１は、各出力指令値ＳB、τWを各アクチュエータ駆動システムに与えて（ステップ１５）、メインルーチンにリターンする。
すなわち主制御ＥＣＵ２１は、ステップ１３で求めたバランサ駆動推力ＳBをバランサ制御ＥＣＵ２３に供給し、ステップ１４で求めた駆動トルクτWの指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に供給する。【００５６】
これにより、バランサ制御ＥＣＵ２３ではバランサ駆動推力ＳBに対応した駆動電圧でバランサ駆動アクチュエータ６２を制御し、駆動輪制御ＥＣＵ２２では駆動トルクτWに対応した駆動電圧で駆動輪アクチュエータを制御することにより、直立状態を維持しながら車両が加減速される。【００５７】
図８は、バランサ１３４による第２の直立加減速処理の内容を表したフローチャートである。
まず主制御ＥＣＵ２１は、搭乗者の入力指令（目標加速度α*）を取得し（ステップ２０）、さらに、各センサから走行と姿勢の状態量を検出する（ステップ２１）。
このステップ２０の処理は第１の直立加減速処理のステップ１０と同様であり、ステップ２１の処理はステップ１２と同様である。【００５８】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、車輪駆動アクチュエータ５２の出力指令値（駆動トルク）τWを決定する（ステップ２２）。
すなわち主制御ＥＣＵ２１は、車両加減速用トルクと状態フィードバックを表す次の数式（６）に基づいて、ステップ２０で取得した目標過速度α*に応じた駆動トルクτWを決定する。【００５９】
（数式６）
τW＝τW,0−ＫW1θW−ＫW2｛θW｝−ＫW3θ1−ＫW4｛θ1｝
τW,0＝ＭｇＲWα*【００６０】
この、この第２直立加減速処理では、数式８に示されるように、駆動トルクτWの決定にバランサ１３４の現在位置λ2やバランサ目標位置λ２*は関与しない。すなわち、バランサ１３４の位置に関係なく、まず目標加速度α*に応じた駆動トルクτWが決定される。【００６１】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、ステップ２２で決定した駆動トルクτWに応じて直立姿勢を実現するためのバランサ目標位置λ2*を、次の数式（７）に従って決定する（ステップ２３）。
数式（７）におけるη、Ｍは、上記した数式（２）、（３）である。【００６２】
（数式７）
λ2*＝（１＋η）τW／（ｍ2ｇ）【００６３】
本実施形態では、τWに指令値を与えているが、駆動モータ１２の駆動電流と回転速度から実際のトルクを推定して与えてもよい。また、駆動輪の回転運動状態からオブザーバにより推定してもよい。【００６４】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、ステップ２３で決定したバランサ目標位置λ2*と、ステップ２１で取得したバランサ位置λ2に応じて、バランサ駆動アクチュエータ６２の出力指令値ＳBを決定する（ステップ２４）。
出力指令値ＳBは、状態フィードバックを表す上記した数式（４）に従って決定する。【００６５】
続いて主制御ＥＣＵ２１は、各出力指令値ＳB、τWを各アクチュエータ駆動システムに与えて（ステップ２５５）、メインルーチンにリターンする。
すなわち主制御ＥＣＵ２１は、ステップ２２で求めた駆動トルクτWの指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に供給し、ステップ２４で求めたバランサ駆動推力ＳBをバランサ制御ＥＣＵ２３に供給する。【００６６】
これにより、バランサ制御ＥＣＵ２３ではバランサ駆動推力ＳBに対応した駆動電圧でバランサ駆動アクチュエータ６２を制御し、駆動輪制御ＥＣＵ２２では駆動トルクτWに対応した駆動電圧で駆動輪アクチュエータを制御することにより、直立状態を維持しながら車両が加減速される。【００６７】
なお、数式（４）、数式（５）、数式（６）における、Ｋはフィードバックゲインであり、例えば、最適レギュレータ理論に基づいて、予め設定しておく。
また、目的によっては、その一部を零にしてもよい。
例えば、出力指令値τWを求める数式（５）の右辺第２項の−ＫW1θWは、駆動輪の回転を抑える役割を有する項である。このため、停止時においては有効であるが、駆動輪が動いている走行時には不要になる。そこで、停止時にはＫw,1≠０，Ｋw,2≠０とし、車両の移動を抑え、走行時には、Ｋw,1＝Ｋw,2＝０として車両移動をスムーズにするように切り替えてもよい。【００６８】
また、数式（４）、数式（５）、数式（６）では、各種項を加えることでより精度よい値を算出するようにしているが、必要最低限の項として、数式（４）に代えて次の数式（８）、数式（５）に代えて次の数式（９）、数式（６）に代えて次の数式（１０）を使用するようにしてもよい。【００６９】
（数式８）
ＳB＝−ＫB5（λ2−λ2*）
（数式９）
τW＝τW,0＝ｍ2ｇλ2／（１＋η）
（数式１０）
τW＝τW,0＝ＭｇＲWα*【００７０】
説明した実施形態では、搭乗部が車体の一部を構成し、搭乗部と別途配設したバランサにより第１及び第２の直立加減速を実現する場合について説明したが、バランサが搭乗部（又は搭乗部を含む制御ユニット、バッテリ等の他の重量体）を含む形で構成することも可能である。
この場合、搭乗部は車体質量の一部であり、車体中心軸（車体の重心と車体回転中心を通る直線）と車輪回転中心軸に垂直な方向へ自由に移動可能に構成することで、バランサとして機能する。【００７１】
この場合、バランサとして機能する搭乗部１３を移動させる移動機構を配設し、搭乗部１３の前後移動に伴う重心移動も利用することで、第１及び第２の直立加減速を実現する及び車体の姿勢制御を実現する。【００７２】
搭乗部１３を移動させる移動機構として、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、搭乗部駆動モータの駆動トルクにより搭乗部１３と支持部材１４の相対的な位置関係を制御する。
リニアガイド装置は、支持部材１４に固定された案内レールと、搭乗部駆動モータに固定されたスライダと、転動体を備えている。
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。
スライダの幅方向に沿う断面はコ字状に形成されており、その対向する二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、前述した軌道溝の間に組み込まれて、案内レールとスライダ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、スライダには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝と戻し通路を循環するようになっている。
リニアガイド装置には、リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ（クラッチ）が配設されている。車両が停車している時のように搭乗部の動作が不要であるときには、ブレーキにより、案内レールにスライダを固定することで、案内レールが固定されている支持部材１４と、スライダが固定されている搭乗部１３との相対的位置を保持する。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、支持部材１４側の基準位置と搭乗部１３側の基準位置との距離が所定値となるように制御する。
このように構成された車両において、搭乗者を含む搭乗部を車両の前後方向に並進移動させることでバランサ（説明した実施形態におけるバランサ１３４）として機能させ、第１及び第２の直立加減速を実現する。【００７３】
また、バランサを２つ設けてもよい。
例えば、車体に相対的に移動可能な重量物を第一のバランサ、車体及び第一のバランサに相対的に移動可能な搭乗部１３を第二のバランサとして、構成してもよい。
この場合、加速度が低い場合には、第一のバランサである重量物を、説明した実施形態におけるバランサ１３４として直立加減速を実現し、加速度が高く、第一のバランサが移動限界に達した場合には、その重心移動不足分を補うように、第二のバランサである搭乗部１３を、説明した実施形態におけるバランサ１３４として動かすことで、直立加減速を実現してもよい。
あるいは、加減速の高周波成分に応じて第一のバランサである重量物を移動させ、低周波成分に応じて第二のバランサである搭乗部１３を移動させることにより、直立加減速制御を実現するようにしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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