(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
前記車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、
前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、前記車体の傾斜を制御する車両であって、
乗員が要求する前記車体の要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段と、
車速を検出する車速検出手段とを更に有し、
前記制御装置は、前記横加速度センサが検出する横加速度に基づくフィードバック制御を行うとともに、前記要求旋回量検出手段が検出する要求旋回量及び前記車速検出手段が検出する車速に基づくフィードフォワード制御を行って前記車体の傾斜を制御することを特徴とする車両。
【請求項２】
前記制御装置は、前記車体のロールレートのうちの外乱分のロールレートを前記外乱による変化分として抽出し、前記外乱分のロールレートが大きくなるほど値が大きくなる外乱制御用ゲインを前記外乱分のロールレートに乗じた値を、前記外乱による変化分に対応する制御値とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記制御装置は、前記外乱による部材の弾性変形に応じて、前記外乱による変化分に対応する制御値を変化させる請求項１又は２に記載の車両。
【請求項４】
前記制御装置は、前記外乱による部材の弾性変形が開始されてから終了するまでの期間、前記車体の傾斜を制御するための制御ゲインを巻き戻すように、前記外乱による変化分に対応する制御値を変化させる請求項３に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギ資源の枯渇問題に鑑み、車両の省燃費化が強く要求されている。その一方で、車両の低価格化等から、車両の保有者が増大し、１人が１台の車両を保有する傾向にある。そのため、例えば、４人乗りの車両を運転者１人のみが運転することで、エネルギが無駄に消費されるという問題点があった。車両の小型化による省燃費化としては、車両を１人乗りの三輪車又は四輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。
【０００３】
しかし、走行状態によっては、車両の安定性が低下してしまうことがある。そこで、車体を横方向に傾斜させることによって、旋回時の車両の安定性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５６７１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、旋回性能を向上させるために、車体を旋回方向内側に傾斜させることができるようになっているが、路面の段差、横風等によって横方向の大きな外乱を受けると、車体の傾斜制御を適切に行うことができず、車両が不安定となり、乗員が不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがある。
【０００６】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、傾斜方向への外乱を受けたときには、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、外乱による変化分に応じた制御値を加えて車体の傾斜角度を制御することによって、旋回性能を向上させることができるとともに、傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を実現することができる安全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】
【０００７】
そのために、本発明の車両においては、互いに連結された操舵（だ）部及び駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前記車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサと、前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、前記車体の傾斜を制御する車両であって、乗員が要求する前記車体の要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段と、車速を検出する車速検出手段とを更に有し、前記制御装置は、前記横加速度センサが検出する横加速度に基づくフィードバック制御を行うとともに、前記要求旋回量検出手段が検出する要求旋回量及び前記車速検出手段が検出する車速に基づくフィードフォワード制御を行って前記車体の傾斜を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、傾斜方向への外乱を受けたときにも、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、乗員が不安を感じることがなく、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる。また、遠心力と重力とが釣り合うような角度となるように車体の傾斜角度を制御することができ、かつ、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが生じることがない。
【０００９】
請求項２の構成によれば、外乱が小さいときや外乱がないときには過大な制御ゲインに起因する制御の安定性の低下を適切に防止することができるとともに、大きな又は急激な外乱を受けたときには外乱の影響を抑制して車体の傾斜角度を適切に制御することができる。
【００１１】
請求項３及び４の構成によれば、部材の弾性変形による傾斜制御への影響を除去することができ、傾斜方向への大きな外乱を受けたときであっても、共振が発生することなく、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、車体の安定を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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右側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における横加速度演算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横加速度推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フィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における外乱演算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リンク角速度算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態におけるゲインの例を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における傾斜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１の実施の形態におけるリンクモータ制御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１の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成の変形例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における傾斜制御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２の実施の形態におけるワインドダウン制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第２の実施の形態における外乱加速度演算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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右側面図、図２は本発明の第１の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図、図３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背面図である。なお、図３において、（ａ）は車体が直立している状態を示す図、（ｂ）は車体が傾斜している状態を示す図である。
【００１５】
図において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の駆動部としての本体部２０と、乗員が搭乗して操舵する操舵部としての搭乗部１１と、車体の前方において幅方向の中心に配設された前輪である操舵輪としての車輪１２Ｆと、後輪として後方に配設された駆動輪である左側の車輪１２Ｌ及び右側の車輪１２Ｒとを有する。さらに、前記車両１０は、車体を左右に傾斜させる、すなわち、リーンさせるためのリーン機構、すなわち、車体傾斜機構として、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを支持するリンク機構３０と、該リンク機構３０を作動させるアクチュエータである傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ２５とを有する。なお、前記車両１０は、前輪が左右二輪であって後輪が一輪の三輪車であってもよいし、前輪及び後輪が左右二輪の四輪車であってもよいが、本実施の形態においては、図に示されるように、前輪が一輪であって後輪が左右二輪の三輪車である場合について説明する。
【００１６】
旋回時には、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバ角を変化させるとともに、搭乗部１１及び本体部２０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、図２及び３（ａ）に示される例においては、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して直立している、すなわち、キャンバ角が０度になっている。また、図３（ｂ）に示される例においては、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して右方向に傾斜している、すなわち、キャンバ角が付与されている。
【００１７】
前記リンク機構３０は、左側の車輪１２Ｌ及び該車輪１２Ｌに駆動力を付与する電気モータ等から成る左側の回転駆動装置５１Ｌを支持する左側の縦リンクユニット３３Ｌと、右側の車輪１２Ｒ及び該車輪１２Ｒに駆動力を付与する電気モータ等から成る右側の回転駆動装置５１Ｒを支持する右側の縦リンクユニット３３Ｒと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの上端同士を連結する上側の横リンクユニット３１Ｕと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの下端同士を連結する下側の横リンクユニット３１Ｄと、本体部２０に上端が固定され、上下に延在する中央縦部材２１とを有する。また、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒと上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄとは回転可能に連結されている。さらに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄは、その中央部で中央縦部材２１と回転可能に連結されている。なお、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒ、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒ、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒ、並びに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄを統合的に説明する場合には、車輪１２、回転駆動装置５１、縦リンクユニット３３及び横リンクユニット３１として説明する。
【００１８】
そして、駆動用アクチュエータ装置としての前記回転駆動装置５１は、いわゆるインホイールモータであって、固定子としてのボディが縦リンクユニット３３に固定され、前記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が車輪１２の軸に接続され、前記回転軸の回転によって車輪１２を回転させる。なお、前記回転駆動装置５１は、インホイールモータ以外の種類のモータであってもよい。
【００１９】
また、前記リンクモータ２５は、電気モータ等を含む回転式の電動アクチュエータであって、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、前記ボディが取付フランジ２２を介して本体部２０に固定され、前記回転軸がリンク機構３０の上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されている。なお、リンクモータ２５の回転軸は、本体部２０を傾斜させる傾斜軸として機能し、中央縦部材２１と上側の横リンクユニット３１Ｕとの連結部分の回転軸と同軸になっている。そして、リンクモータ２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動し、リンク機構３０が作動する、すなわち、屈伸する。これにより、本体部２０を傾斜させることができる。なお、リンクモータ２５は、その回転軸が本体部２０及び中央縦部材２１に固定され、そのボディが上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されていてもよい。
【００２０】
また、リンクモータ２５は、リンク機構３０のリンク角の変化を検出するリンク角センサ２５ａを備える。該リンク角センサ２５ａは、リンクモータ２５においてボディに対する回転軸の回転角を検出する回転角センサであって、例えば、レゾルバ、エンコーダ等から成る。前述のように、リンクモータ２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動するのであるから、ボディに対する回転軸の回転角を検出することによって、中央縦部材２１に対する上側の横リンクユニット３１Ｕの角度の変化、すなわち、リンク角の変化を検出することができる。
【００２１】
なお、リンクモータ２５は、回転軸をボディに対して回転不能に固定する図示されないロック機構を備える。該ロック機構は、メカニカルな機構であって、回転軸をボディに対して回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記ロック機構によって、回転軸をボディに対して所定の角度で回転不能に固定することができる。
【００２２】
前記搭乗部１１は、本体部２０の前端に図示されない連結部を介して連結される。該連結部は、搭乗部１１と本体部２０とを所定の方向に相対的に変位可能に連結する機能を有していてもよい。
【００２３】
また、前記搭乗部１１は、座席１１ａ、フットレスト１１ｂ及び風よけ部１１ｃを備える。前記座席１１ａは、車両１０の走行中に乗員が着座するための部位である。また、前記フットレスト１１ｂは、乗員の足部を支持するための部位であり、座席１１ａの前方側（図１における右側）下方に配設される。
【００２４】
さらに、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されないバッテリ装置が配設されている。該バッテリ装置は、回転駆動装置５１及びリンクモータ２５のエネルギ供給源である。また、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されない制御装置、インバータ装置、各種センサ等が収納されている。
【００２５】
そして、座席１１ａの前方には、操縦装置４１が配設されている。該操縦装置４１には、操舵装置としてのハンドルバー４１ａ、速度メータ等のメータ、インジケータ、スイッチ等の操縦に必要な部材が配設されている。乗員は、前記ハンドルバー４１ａ及びその他の部材を操作して、車両１０の走行状態（例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、旋回半径等）を指示する。なお、乗員が要求する車体の要求旋回量を出力するための手段である操舵装置として、ハンドルバー４１ａに代えて他の装置、例えば、ステアリングホイール、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操舵装置として使用することもできる。
【００２６】
また、前記操縦装置４１は、要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段としての操舵角センサ５３を備える。該操舵角センサ５３は、ハンドルバー４１ａと前輪フォーク１７の上端とを接続する図示されない操舵軸部材の、搭乗部１１が備えるフレーム部材に対する回転角度、すなわち、操舵角の変化を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。そして、前記操舵角センサ５３によって、ハンドルバー４１ａの操舵量、すなわち、要求旋回量としての操舵装置の操舵量を検出することができる。
【００２７】
なお、車輪１２Ｆは、サスペンション装置（懸架装置）の一部である前輪フォーク１７を介して搭乗部１１に接続されている。前記サスペンション装置は、例えば、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている前輪用のサスペンション装置と同様の装置であり、前記前輪フォーク１７は、例えば、スプリングを内蔵したテレスコピックタイプのフォークである。そして、一般的なオートバイ、自転車等の場合と同様に、乗員によるハンドルバー４１ａの操作に応じて操舵輪としての車輪１２Ｆ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。
【００２８】
具体的には、前記ハンドルバー４１ａは、図示されない操舵軸部材の上端に接続され、操舵軸部材の下端には前輪フォーク１７の上端が接続されている。前記操舵軸部材は、上端が下端よりも後方に位置するように斜めに傾斜した状態で、搭乗部１１が備える図示されないフレーム部材に、回転可能に取り付けられている。また、前輪である車輪１２Ｆの車軸と後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸との距離、すなわち、ホイールベースはＬH である。
【００２９】
さらに、車輪１２Ｆの車軸を支持する前輪フォーク１７の下端には、車両１０の走行速度である車速を検出する車速検出手段としての車速センサ５４が配設されている。該車速センサ５４は、車輪１２Ｆの回転速度に基づいて車速を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。
【００３０】
本実施の形態において、車両１０は横加速度センサ４４を有する。該横加速度センサ４４は、一般的な加速度センサ、ジャイロセンサ等から成るセンサであって、車両１０の横加速度、すなわち、車体の幅方向としての横方向（図３における左右方向）の加速度を検出する。
【００３１】
車両１０は、旋回時に車体を旋回内側に傾斜させて安定させるので、車体を傾斜させることによって、旋回時の旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように制御される。このような制御を行うことによって、例えば、路面１８が進行方向と垂直な方向（進行方向に対する左右方向）に傾斜していたとしても、常に車体を水平に保つことが可能になる。これにより、車体及び乗員には、見かけ上、常に重力が鉛直下向きにかかっていることになり、違和感が低減され、また、車両１０の安定性が向上する。
【００３２】
そこで、本実施の形態においては、傾斜する車体の横方向の加速度を検出するために、横加速度センサ４４を車体に取り付け、横加速度センサ４４の出力がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。これにより、旋回時に作用する遠心力と重力とが釣り合う傾斜角まで、車体を傾斜させることができる。また、進行方向と垂直な方向に路面１８が傾斜している場合でも、車体が鉛直になる傾斜角となるように制御することができる。なお、前記横加速度センサ４４は、車体の幅方向の中心、すなわち、車体の縦方向軸線上に位置するように配設されている。
【００３３】
しかし、横加速度センサ４４が１つであると、不要加速度成分をも検出してしまうことがある。例えば、車両１０の走行中、路面１８の窪（くぼ）みに左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが落下する場合があり得る。この場合、車体が傾斜するので、横加速度センサ４４は、周方向に変位し、周方向の加速度を検出することになる。つまり、遠心力や重力に直接由来しない加速度成分、すなわち、不要加速度成分が検出されてしまう。
【００３４】
また、車両１０は、例えば、車輪１２Ｌ及び１２Ｒのタイヤ部分のように弾性を備え、ばねとして機能する部分を含み、また、各部材の接続部等に不可避的なガタが含まれる。そのため、横加速度センサ４４は、不可避的なガタやばねを介して車体に取り付けられていると考えられるので、ガタやばねの変位によって生じる加速度をも不要加速度成分として検出してしまう。
【００３５】
このような不要加速度成分は、車体傾斜制御システムの制御性を悪化させる可能性がある。例えば、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくすると、不要加速度成分に起因する制御系の振動、発散等が発生するので、応答性を向上させようとしても制御ゲインを大きくすることができなくなってしまう。
【００３６】
そこで、本実施の形態においては、横加速度センサ４４が複数であって、互いに異なる高さに配設されている。図１及び３に示される例において、横加速度センサ４４は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの２つであって、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとは互いに異なる高さ位置に配設されている。第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの位置を適切に選択することで、効果的に不要加速度成分を取り除くことができる。
【００３７】
具体的には、図３（ａ）に示されるように、第１横加速度センサ４４ａは、搭乗部１１の背面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ1 の位置に配設されている。また、第２横加速度センサ４４ｂは、搭乗部１１の背面又は本体部２０の上面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ2 の位置に配設されている。なお、Ｌ1 ＞Ｌ2 である。そして、旋回走行時に、図３（ｂ）に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回すると、第１横加速度センサ４４ａは、横方向の加速度を検出して検出値ａ1 を出力し、第２横加速度センサ４４ｂは、横方向の加速度を検出して検出値ａ2 を出力する。なお、車体が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心は、厳密には路面１８よりわずかに下方に位置するが、実際上は、概略路面１８と等しい位置であると考えられる。
【００３８】
前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、十分に剛性の高い部材に取り付けられることが望ましい。また、Ｌ1 とＬ2 との差は、小さいと検出値ａ1 及びａ2 の差が小さくなるので、十分に大きいこと、例えば、０．３〔ｍ〕以上、とすることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、リンク機構３０よりも上方に配設されることが望ましい。さらに、車体がサスペンション等のばねで支持されている場合、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、いわゆる「ばね上」に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、前輪である車輪１２Ｆの車軸と後輪である車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸との間に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、可能な限り乗員の近くに配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、上側から観て進行方向に延在する車両中心軸上に位置すること、すなわち、進行方向に関してオフセットされないことが望ましい。
【００３９】
また、本実施の形態における車両１０は、制御装置の一部としての車体傾斜制御システムを有する。該車体傾斜制御システムは、一種のコンピュータシステムであり、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等から成る傾斜制御装置を備える。該傾斜制御装置は、プロセッサ等の演算手段、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、リンク角センサ２５ａ、横加速度センサ４４、操舵角センサ５３、車速センサ５４及びリンクモータ２５に接続されている。そして、前記傾斜制御装置は、リンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値を出力する。
【００４０】
前記傾斜制御装置は、旋回走行の際には、フィードバック制御及びフィードフォワード制御を行い、車体の傾斜角度が、横加速度センサ４４が検出する横加速度の値がゼロとなるような角度になるように、リンクモータ２５を作動させる。つまり、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合って、横方向の加速度成分がゼロとなるような角度になるように、車体の傾斜角度を制御する。これにより、車体及び搭乗部１１に搭乗している乗員には、車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用することとなる。したがって、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができる。
【００４１】
また、傾斜方向への外乱を受けたときには、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による部分を抽出し、残余の部分に対しては通常モードで車体の傾斜角度を制御するとともに、抽出した部分に対しては外乱対応モードで車体の傾斜角度を制御する。したがって、外乱を受けたときでも、車体の安定を維持することができる。また、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。
【００４２】
次に、前記車体傾斜制御システムの構成について説明する。
【００４３】
図４は本発明の第１の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。
【００４４】
図において、４６は傾斜制御装置としての傾斜制御ＥＣＵであり、リンク角センサ２５ａ、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ、操舵角センサ５３、車速センサ５４及びリンクモータ２５に接続されている。また、前記傾斜制御ＥＣＵ４６は、横加速度演算部４８、横加速度推定部４９、外乱演算部４３、傾斜制御部４７及びリンクモータ制御部４２を備える。
【００４５】
ここで、前記横加速度演算部４８は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出した横加速度に基づいて合成横加速度を算出する。また、前記横加速度推定部４９は、操舵角センサ５３が検出した操舵角、及び、車速センサ５４が検出した車速に基づいて車体に作用する横加速度予測値を算出する。さらに、前記外乱演算部４３は、第１横加速度センサ４４ａが検出した横加速度、及び、リンク角センサ２５ａが検出したリンク角に基づいて外乱分のロールレートを算出する。
【００４６】
そして、前記傾斜制御部４７は、横加速度演算部４８が算出した合成横加速度、横加速度推定部４９が算出した横加速度予測値、及び、外乱演算部４３が算出した外乱分のロールレートに基づいて制御値としての速度指令値を演算して出力する。また、前記リンクモータ制御部４２は、傾斜制御部４７が出力した速度指令値に基づいてリンクモータ２５を作動させるための制御値としてのトルク指令値を出力する。
【００４７】
次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。まず、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作の一部である横加速度演算処理の動作について説明する。
【００４８】
図５は本発明の第１の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図、図６は本発明の第１の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【００４９】
旋回走行が開始されると、車体傾斜制御システムは車体傾斜制御処理を開始する。姿勢制御が行われることで、車両１０は、リンク機構３０によって、旋回走行時には、図３（ｂ）に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回する。また、旋回走行時には、旋回外側への遠心力が車体に作用するとともに、車体を旋回内側に傾けたことによって重力の横方向成分が発生する。そして、横加速度演算部４８は、横加速度演算処理を実行し、合成横加速度ａを算出して傾斜制御部４７に出力する。すると、該傾斜制御部４７は、フィードバック制御を行い、合成横加速度ａの値がゼロとなるような制御値としての速度指令値を出力する。そして、リンクモータ制御部４２は、傾斜制御部４７が出力した速度指令値に基づいてトルク指令値をリンクモータ２５に出力する。
【００５０】
なお、車体傾斜制御処理は、車両１０の電源が投入されている間、車体傾斜制御システムによって繰り返し所定の制御周期ＴS （例えば、５〔ｍｓ〕）で実行される処理であり、旋回時において、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図る処理である。
【００５１】
なお、図５において、４４Ａは車体において第１横加速度センサ４４ａの配設された位置を示す第１センサ位置であり、４４Ｂは車体において第２横加速度センサ４４ｂの配設された位置を示す第２センサ位置である。
【００５２】
第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する加速度は、〈１〉旋回時に車体に作用する遠心力、〈２〉車体を旋回内側に傾けたことによって発生する重力の横方向成分、〈３〉左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、並びに、〈４〉リンクモータ２５の作動又はその反作用により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、の４つであると考えられる。これら４つの加速度のうち、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さ、すなわち、Ｌ1 及びＬ2 と無関係である。一方、前記〈３〉及び〈４〉は、周方向に変位することによって生じる加速度であるから、ロール中心からの距離に比例する、すなわち、概略Ｌ1 及びＬ2 に比例する。
【００５３】
ここで、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈３〉の加速度をａX1及びａX2とし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈４〉の加速度をａM1及びａM2とする。また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈１〉の加速度をａT とし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈２〉の加速度をａG とする。なお、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さに無関係なので、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値は等しい。
【００５４】
そして、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等による周方向の変位の角速度をωR とし、その角加速度をωR ’とする。また、リンクモータ２５の作動又はその反作用による周方向の変位の角速度をωM とし、その角加速度をωM ’とする。なお、角速度ωM 又は角加速度ωM ’は、リンク角センサ２５ａの検出値から取得することができる。
【００５５】
すると、ａX1＝Ｌ1 ωR ’、ａX2＝Ｌ2 ωR ’、ａM1＝Ｌ1 ωM ’、ａM2＝Ｌ2 ωM ’となる。
【００５６】
また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出して出力する加速度の検出値をａ1 及びａ2 とすると、ａ1 及びａ2 は、４つの加速度〈１〉〜〈４〉の合計であるから、次の式（１）及び（２）で表される。
ａ1 ＝ａT ＋ａG ＋Ｌ1 ωR ’＋Ｌ1 ωM ’  ・・・式（１）
ａ2 ＝ａT ＋ａG ＋Ｌ2 ωR ’＋Ｌ2 ωM ’  ・・・式（２）
そして、式（１）から式（２）を減算すると、次の式（３）を得ることができる。
ａ1 −ａ2 ＝（Ｌ1 −Ｌ2 ）ωR ’＋（Ｌ1 −Ｌ2 ）ωM ’  ・・・式（３）
ここで、Ｌ1 及びＬ2 の値は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さであるから既知である。また、ωM ’の値は、リンクモータ２５の角速度ωM の微分値であるから既知である。すると、前記式（３）の右辺においては、第１項のωR ’の値のみが未知であり、他の値はすべて既知である。したがって、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ1 及びａ2 から、ωR ’の値を得ることが可能である。つまり、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ1 及びａ2 に基づいて、不要加速度成分を取り除くことができる。
【００５７】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部４８は、横加速度演算処理を開始し、まず、第１横加速度センサ値ａ1 を取得するとともに（ステップＳ１）、第２横加速度センサ値ａ2 を取得する（ステップＳ２）。そして、横加速度演算部４８は、加速度差Δａを算出する（ステップＳ３）。該Δａは次の式（４）によって表される。
Δａ＝ａ1 −ａ2   ・・・式（４）
続いて、横加速度演算部４８は、ΔＬ呼出を行うとともに（ステップＳ４）、Ｌ2 呼出を行う（ステップＳ５）。前記ΔＬは次の式（５）によって表される。
ΔＬ＝Ｌ1 −Ｌ2   ・・・式（５）
続いて、横加速度演算部４８は、合成横加速度ａを算出する（ステップＳ６）。なお、合成横加速度ａは、横加速度センサ４４が１つである場合における横加速度センサ値ａに相当する値であって、第１横加速度センサ値ａ1 と第２横加速度センサ値ａ2 とを合成した値であり、次の式（６）及び（７）によって得られる。
ａ＝ａ2 −（Ｌ2 ／ΔＬ）Δａ  ・・・式（６）
ａ＝ａ1 −（Ｌ1 ／ΔＬ）Δａ  ・・・式（７）
理論上は、式（６）によっても式（７）によっても、同じ値を得ることができるが、周方向の変位によって生じる加速度はロール中心からの距離に比例するので、実際上は、ロール中心により近い方の横加速度センサ４４、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂの検出値であるａ2 を基準にすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、式（６）によって合成横加速度ａを算出することとする。
【００５８】
最後に、横加速度演算部４８は、傾斜制御部４７へ合成横加速度ａを送出して（ステップＳ７）、横加速度演算処理を終了する。
【００５９】
このように、本実施の形態においては、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとを互いに異なる高さ位置に配設し、第１横加速度センサ値ａ1 と第２横加速度センサ値ａ2 とを合成した合成横加速度ａを算出し、該合成横加速度ａの値がゼロとなるように、フィードバック制御を行って車体の傾斜角度を制御する。
【００６０】
これにより、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。
【００６１】
なお、本実施の形態においては、横加速度センサ４４が２つである場合について説明したが、横加速度センサ４４は、複数であって互いに異なる高さに配設されていれば、３つ以上であってもよく、いくつであってもよい。
【００６２】
次に、旋回走行における横加速度を推定する横加速度推定処理の動作について説明する。
【００６３】
図７は本発明の第１の実施の形態における横加速度推定処理の動作を示すフローチャート、図８は本発明の第１の実施の形態におけるフィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００６４】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度推定部４９は横加速度推定処理を開始する。横加速度推定部４９は、まず、操舵角センサ５３が検出した操舵角の値である操舵角センサ値θを取得するとともに（ステップＳ１１）、車速センサ５４が検出した車速の値である車速センサ値νを取得する（ステップＳ１２）。
【００６５】
そして、横加速度推定部４９は、θに対してフィルタ処理を実行し（ステップＳ１３）、Ψ（ｔ）を算出する。Ψ（ｔ）は、速度によるカットオフ周波数可変ローパスフィルタによってフィルタ処理された操舵角である。
【００６６】
フィルタ処理において、横加速度推定部４９は、まず、制御周期ＴS を取得する（ステップＳ１３−１）。
【００６７】
続いて、横加速度推定部４９は、カットオフ周波数ｗ（ν）を算出する（ステップＳ１３−２）。該ｗ（ν）は、速度別のカットオフ周波数であり、入力が車速νであって出力がカットオフ周波数となる関数である。例えば、車速に反比例する関数であるが、いかなる関数であってもよい。なお、入力である車速νと出力であるカットオフ周波数との関係を示すテーブルをあらかじめ作成し、該テーブルを参照することによって、演算を行うことなく、カットオフ周波数ｗ（ν）を取得することもできる。
【００６８】
続いて、横加速度推定部４９は、Ψold 呼出を行う（ステップＳ１３−３）。Ψold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたΨ（ｔ）の値である。なお、初期設定においては、Ψold ＝０とされている。
【００６９】
続いて、横加速度推定部４９は、フィルタ処理された操舵角Ψ（ｔ）を算出する（ステップＳ１３−４）。該Ψ（ｔ）は、次の式（８）によって算出される。
Ψ（ｔ）＝Ψold ／（１＋ＴS ｗ（ν））＋ＴS ｗ（ν）θ／（１＋ＴS ｗ（ν））
・・・式（８）
該式（８）は、バンドパスフィルタとして一般的に使用されるＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタの式であり、一次遅れ系のローパスフィルタであるカットオフ周波数可変ローパスフィルタを表している。
【００７０】
そして、横加速度推定部４９は、Ψold ＝Ψ（ｔ）として保存し（ステップＳ１３−５）、フィルタ処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に算出したΨ（ｔ）の値をΨold として、記憶手段に保存する。
【００７１】
続いて、横加速度推定部４９は、ＬH 呼出を行い（ステップＳ１４）、横加速度予測値ａf を算出する（ステップＳ１５）。該横加速度予測値ａf は、次の式（９）によって算出される。
ａf ＝ν2 ｔａｎ｛Ψ（ｔ）｝／ＬH   ・・・式（９）
該式（９）は、ハンドルバー４１ａの操舵によって生じる横加速度、すなわち、旋回走行によって生じる遠心力を表している。
【００７２】
最後に、横加速度推定部４９は、傾斜制御部４７へ横加速度予測値ａf を送出して（ステップＳ１６）、横加速度推定処理を終了する。
【００７３】
このように、本実施の形態においては、合成横加速度ａの値がゼロとなるようにフィードバック制御を行うとともに、要求旋回量及び車速から横加速度予測値ａf を算出し、算出した横加速度予測値ａf を使用したフィードフォワード制御を行う。
【００７４】
これにより、旋回時における車体の傾斜角を横加速度と重力とが釣り合うような角度に適切に制御することができる。また、路面１８が横方向に傾斜していても、車体を鉛直に保つことができる。さらに、旋回開始時及び終了時のように、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが発生することがない。このため、車両１０の安定性を高く保つことができ、乗員の違和感を低減し、快適性を向上させることができる。
【００７５】
また、取得した要求旋回量に、車速によってカットオフ周波数を変化させるローパスフィルタをかけることにより、高速走行時の安定性を確保することができる。
【００７６】
次に、車体のロールレートのうちの外乱分のロールレートを算出する外乱演算処理の動作について説明する。
【００７７】
図９は本発明の第１の実施の形態における外乱演算処理の動作を示すフローチャート、図１０は本発明の第１の実施の形態におけるリンク角速度算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００７８】
外乱演算部４３は、外乱演算処理を開始すると、まず、第１横加速度センサ４４ａから第１横加速度センサ値ａ1 を取得するとともに（ステップＳ２１）、横加速度演算部４８から合成横加速度ａを取得する（ステップＳ２２）。そして、外乱演算部４３は、傾斜加速度ａS を算出する（ステップＳ２３）。該ａS は次の式（１０）によって表される。
ａS ＝ａ1 −ａ  ・・・式（１０）
そして、外乱演算部４３は、算出した傾斜加速度ａS をリングバッファに保存する（ステップＳ２４）。該リングバッファは、傾斜制御ＥＣＵ４６のメモリ領域に確保されたデータ保持用のバッファである。そして、あらかじめ用意したｔ秒分のリングバッファに、現在からｔ秒前までの傾斜加速度ａS を保存する。
【００７９】
続いて、外乱演算部４３は、ロールレートを算出する（ステップＳ２５）。車体のロールレートをωS とすると、該ωS は、傾斜加速度ａS を過去ｔ秒分だけ積分することによって算出される。具体的には、ロールレートωS は次の式（１１）によって算出される。
ωS ＝（ΣａS ）Δｔ／Ｌ1   ・・・式（１１）
ここで、Σの項は、リングバッファに保存されている傾斜加速度ａS の値の総和を意味する。また、Δｔはサンプリング周期である。なお、リングバッファは、ｔ／Δｔ個分の保存領域を備える。
【００８０】
なお、前記式（１１）は、積分による誤差を緩和するためのものであり、積分領域ｔ、すなわち、積分する時間ｔ秒は、横加速度センサ４４の性能等によって変化するので、遅れ等を考慮して、実験的に決定される。
【００８１】
続いて、外乱演算部４３は、リンク角速度算出処理を実行し（ステップＳ２６）、Δηを算出する。Δηは、リンク機構３０のリンク角の角速度であって、リンク角センサ２５ａが検出したリンク角センサ値ηを微分することによって算出される。
【００８２】
リンク角速度算出処理において、外乱演算部４３は、まず、リンク角センサ２５ａが検出したリンク角センサ値ηを取得する（ステップＳ２６−１）。
【００８３】
続いて、外乱演算部４３は、ηold 呼出を行うとともに（ステップＳ２６−２）、制御周期ＴS を取得する（ステップＳ２６−３）。ηold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたηの値である。なお、初期設定においては、ηold ＝０とされている。
【００８４】
続いて、外乱演算部４３は、ηの微分値、すなわち、Δηを算出する（ステップＳ２６−４）。Δηは、次の式（１２）によって算出される。
Δη＝（η−ηold ）／ＴS   ・・・式（１２）
そして、外乱演算部４３は、ηold ＝ηとして保存し（ステップＳ２６−５）、リンク角速度算出処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に算出したηの値をηold として、記憶手段に保存する。
【００８５】
続いて、外乱演算部４３は、外乱分のロールレートを算出する（ステップＳ２７）。外乱分のロールレートをωN とすると、該ωN は、次の式（１３）によって算出される。
ωN ＝ωS −Δη  ・・・式（１３）
つまり、実際の車体のロールレートωS から、リンク機構３０のリンク角の角速度Δηを減じることによって外乱分のロールレートωN を得ることができる。
【００８６】
最後に、外乱演算部４３は、傾斜制御部４７へ外乱分のロールレートωN を送出して（ステップＳ２８）、外乱演算処理を終了する。
【００８７】
このように、本実施の形態においては、横加速度センサ４４の一方（具体的には、第１横加速度センサ４４ａ）の検出値ａ1 から合成横加速度ａを減ずることで、車体の傾斜方向の振動成分、すなわち、傾斜加速度ａS を得ることができる。さらに、傾斜加速度ａS を積分した値から、リンク角センサ２５ａが検出したリンク角センサ値ηを微分した値、すなち、リンク角の角速度Δηを減ずることで、車体の不安定要因となる傾斜方向への外乱分のロールレートωN を算出する。換言すると、横加速度から、旋回による遠心力の分力、傾斜による重力の分力、及び、リンクモータ２５による傾斜動作で発生する横加速度の３つを減ずることによって、路面の段差、横風等の外乱により車体の傾斜角度の変化を選択的に抽出する。
【００８８】
このようにして算出した外乱分のロールレートωN を用いて、これに応じた値をリンクモータ２５の目標速度に加えることによって、傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を得ることができる制御を実現することができる。
【００８９】
次に、傾斜制御処理及びリンクモータ制御処理の動作について説明する。
【００９０】
図１１は本発明の第１の実施の形態におけるゲインの例を示す図、図１２は本発明の第１の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャート、図１３は本発明の第１の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。
【００９１】
傾斜制御部４７は、傾斜制御処理を開始すると、まず、横加速度演算部４８から合成横加速度ａを受信する（ステップＳ３１）。
【００９２】
続いて、傾斜制御部４７は、ａold 呼出を行う（ステップＳ３２）。ａold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された合成横加速度ａである。なお、初期設定においては、ａold ＝０とされている。
【００９３】
続いて、傾斜制御部４７は、制御周期ＴS を取得し（ステップＳ３３）、ａの微分値を算出する（ステップＳ３４）。ここで、ａの微分値をΔａとすると、該Δａは次の式（１４）によって算出される。
Δａ＝（ａ−ａold ）／ＴS   ・・・式（１４）
そして、傾斜制御部４７は、ａold ＝ａとして保存する（ステップＳ３５）。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した合成横加速度ａをａold として、記憶手段に保存する。
【００９４】
続いて、傾斜制御部４７は、第１制御値ＵP を算出する（ステップＳ３６）。ここで、比例制御動作の制御ゲイン、すなわち、比例ゲインをＧP とすると、第１制御値ＵP は次の式（１５）によって算出される。
ＵP ＝ＧP ａ  ・・・式（１５）
続いて、傾斜制御部４７は、第２制御値ＵD を算出する（ステップＳ３７）。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をＧD とすると、第２制御値ＵD は次の式（１６）によって算出される。
ＵD ＝ＧD Δａ  ・・・式（１６）
続いて、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕを算出する（ステップＳ３８）。該第３制御値Ｕは、第１制御値ＵP と第２制御値ＵD との合計であり、次の式（１７）によって算出される。
Ｕ＝ＵP ＋ＵD   ・・・式（１７）
なお、前記ステップＳ３１〜Ｓ３８の動作は、合成横加速度ａの値がゼロとなるように車体の傾斜角度を制御するフィードバック制御を表している。
【００９５】
続いて、傾斜制御部４７は、横加速度推定部４９から横加速度予測値ａf を受信する（ステップＳ３９）。
【００９６】
続いて、傾斜制御部４７は、ａfold呼出を行う（ステップＳ４０）。ａfoldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された横加速度予測値ａf である。なお、初期設定においては、ａfold＝０とされている。
【００９７】
続いて、傾斜制御部４７は、ａf の微分値を算出する（ステップＳ４１）。ここで、ａf の微分値をΔａf とすると、該Δａf は次の式（１８）によって算出される。
Δａf ＝（ａf −ａfold）／ＴS   ・・・式（１８）
そして、傾斜制御部４７は、ａfold＝ａf として保存する（ステップＳ４２）。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した横加速度予測値ａf をａfoldとして、記憶手段に保存する。
【００９８】
続いて、傾斜制御部４７は、第４制御値ＵfDを算出する（ステップＳ４３）。ここで、微分制御動作の制御ゲインをＧyDとすると、第４制御値ＵfDは次の式（１９）によって算出される。
ＵfD＝ＧyDΔａf   ・・・式（１９）
続いて、傾斜制御部４７は、第５制御値Ｕを算出する（ステップＳ４４）。該第５制御値Ｕは、第３制御値Ｕと第４制御値ＵfDとの合計であり、次の式（２０）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ＋ＵfD  ・・・式（２０）
なお、前記ステップＳ３９〜Ｓ４４の動作は、操舵角及び車速に基づいて得られた横加速度予測値ａf を使用したフィードフォワード制御を表している。
【００９９】
続いて、傾斜制御部４７は、外乱演算部４３から外乱分のロールレートωN を受信する（ステップＳ４５）。
【０１００】
続いて、傾斜制御部４７は、外乱制御用ゲインＧwPを算出するとともに（ステップＳ４６）、第６制御値ＵwPを算出する（ステップＳ４７）。ここで、第６制御値ＵwPは次の式（２１）によって算出される。
ＵwP＝ＧwPωN   ・・・式（２１）
なお、外乱制御用ゲインＧwPは、簡単化する場合には定数であってよく、さらに、制御系が理想の系である場合には、ＧwP＝１とすることができる。しかし、本実施の形態における車体傾斜制御システムのような実際の制御系においては、制御対象であるリンクモータ２５の遅れや、横加速度センサ４４、リンク角センサ２５ａ等のセンサの観測遅れ等があるため、外乱制御用ゲインＧwPの値を調整する必要がある。
【０１０１】
また、振動等に過敏に応答してしまうことを避けるため、外乱分のロールレートωN の値が大きい場合には、外乱制御用ゲインＧwPの値も大きくなるように調整することが望ましい。
【０１０２】
例えば、ＧwP＝｜ωN ｜とすると、第６制御値ＵwPを次の式（２２）で表すことができる。
ＵwP＝｜ωN ｜ωN ＝ｓｉｇｎ（ωN ）ωN 2   ・・・式（２２）
ここで、ｓｉｇｎ（ｘ）は、ｘが正の値であるときは＋１、負の値であるときは−１を表す。
【０１０３】
もっとも、前記式（２２）では、外乱分のロールレートωN の値が小さいと第６制御値ＵwPの値が小さくなり過ぎる場合がある。このような場合には、外乱制御用ゲインＧwPの値を、例えば、図１１に示されるように、外乱分のロールレートωN の値に応じて変化させるようにしてもよい。つまり、図１１に示されるような関数を用いて、外乱制御用ゲインＧwPの値を決定することができる。なお、図１１において、Ｇ１は、最低限作用させたい外乱制御用ゲインＧwPの値であり、ω１は外乱制御用ゲインＧwPの値を増加させたい外乱分のロールレートωN の値である。
【０１０４】
続いて、傾斜制御部４７は、第７制御値Ｕを算出する（ステップＳ４８）。該第７制御値Ｕは、第５制御値Ｕと第６制御値ＵwPとの合計であり、次の式（２３）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ＋ＵwP  ・・・式（２３）
最後に、傾斜制御部４７は、第７制御値Ｕを速度指令値としてリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ４９）、処理を終了する。
【０１０５】
また、リンクモータ制御部４２は、リンクモータ制御処理を開始すると、まず、傾斜制御部４７から第７制御値Ｕを受信する（ステップＳ５１）。
【０１０６】
続いて、リンクモータ制御部４２は、リンク角センサ２５ａが検出したリンク角センサ値ηを取得し（ステップＳ５２）、リンク角速度算出処理を実行して（ステップＳ５３）、リンク機構３０のリンク角の角速度Δηを算出する。なお、リンク角速度算出処理の動作は、外乱演算部４３が実行するリンク角速度算出処理の動作、すなわち、図１０に示されるステップＳ２６−１〜Ｓ２６−５の動作と同様であるので、説明を省略する。
【０１０７】
また、リンクモータ制御部４２は、リンク角の角速度Δηの値を外乱演算部４３から取得することによって、前記ステップＳ５２及びＳ５３の動作を省略することもできる。
【０１０８】
続いて、リンクモータ制御部４２は、制御誤差を算出する（ステップＳ５４）。ここで、制御誤差をεとすると、該εは、次の式（２４）によって算出される。
ε＝Ｕ−Δη  ・・・式（２４）
なお、Ｕは傾斜制御部４７から受信した第７制御値Ｕである。
【０１０９】
続いて、リンクモータ制御部４２は、モータ制御比例ゲインＧMPを取得する（ステップＳ５５）。該モータ制御比例ゲインＧMPの値は、実験等に基づいて設定された値であり、あらかじめ記憶手段に格納されている。
【０１１０】
続いて、リンクモータ制御部４２は、リンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値を算出する（ステップＳ５６）。ここで、トルク指令値をＵT とすると、該ＵT は次の式（２５）によって算出される。
ＵT ＝ＧMPε  ・・・式（２５）
最後に、リンクモータ制御部４２は、トルク指令値をＵT をリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ５７）、処理を終了する。
【０１１１】
このように、本実施の形態においては、車体の傾斜方向への外乱を受けたとき、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による変化分を抽出し、抽出した外乱による変化分に対応する制御値を加えて、車体の傾斜を制御する。具体的には、車体の不安定要因となる傾斜方向への外乱分のロールレートωN を求め、外乱分のロールレートωN に応じた制御値を加えて車体の傾斜角度を制御する。これにより、路面の段差、横風等によって車両１０が傾斜方向への外乱を受けたときにも、安定した走行状態を得ることができる。なお、前記外乱は、例えば、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの一方が路面１８から浮き上がることが想定される程度の大きさの横方向の外力である。
【０１１２】
また、外乱分のロールレートωN が大きくなるほど外乱制御用ゲインＧwPの値を大きくすることによって、外乱が小さいときや外乱がないときには過大な制御ゲインに起因する制御の安定性の低下を適切に防止することができるとともに、大きな又は急激な外乱を受けたときには外乱の影響を抑制して車体の傾斜角度を適切に制御することができる。
【０１１３】
さらに、合成横加速度ａの値がゼロとなるようにフィードバック制御を行うとともに、横加速度予測値ａf を使用したフィードフォワード制御を行うので、旋回時における車体の傾斜角を横加速度と重力とが釣り合うような角度に適切に制御することができる。また、路面１８が横方向に傾斜していても、車体を鉛直に保つことができる。さらに、旋回開始時及び終了時のように、横加速度の変化が大きいときであっても、制御に遅れが発生することがない。このため、車両１０の安定性を高く保つことができ、乗員の違和感を低減し、快適性を向上させることができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態においては、外乱演算部４３が横加速度センサ４４の一方の検出値及び合成横加速度ａに基づいて、車体のロールレートωS を算出する例について説明したが、車体のロールレートωS はセンサによって直接検出することもできる。
【０１１５】
次に、車体のロールレートωS を直接検出するようにした変形例について説明する。
【０１１６】
図１４は本発明の第１の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成の変形例を示すブロック図である。
【０１１７】
変形例における車体傾斜制御システムでは、図に示されるように、傾斜制御ＥＣＵ４６にロールレートセンサ４４ｃが接続されている。該ロールレートセンサ４４ｃは、車体の傾斜運動の角速度、すなわち、車体のロールレートωS を検出する一般的なロールレートセンサであって、例えば、ジャイロセンサを、地面と垂直で、かつ、車両１０の直進方向と垂直な面内での回転角速度を検出することができるように車体に取り付けたものである。前記ロールレートセンサ４４ｃは、地面と垂直で、かつ、車両１０の直進方向と垂直な面内であれば、車体の任意の位置に取り付けることができる。
【０１１８】
そして、外乱演算部４３は、ロールレートセンサ４４ｃが検出した車体のロールレートωS を取得する。したがって、図９に示される外乱演算処理におけるステップＳ２１〜Ｓ２５の動作を省略することができる。
【０１１９】
なお、その他の点の構成及び動作については、同様であるので、説明を省略する。
【０１２０】
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。
【０１２１】
図１５は本発明の第２の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャート、図１６は本発明の第２の実施の形態におけるワインドダウン制御処理のサブルーチンを示すフローチャート、図１７は本発明の第２の実施の形態における外乱加速度演算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【０１２２】
車両１０が小型であると、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒが備えるタイヤの弾性変形、車体の各部の弾性変形、サスペンションを備える場合にはサスペンションのスプリングの弾性変形等が車体の傾斜制御に及ぼす影響が相対的に大きくなる。
【０１２３】
例えば、タイヤは、理論上、スプリングとダンパとを組み合わせたものと同じような振動特性を備えるので、サスペンションと同様に、共振点を有する。そして、車両１０が小型である場合、前記共振点で車両１０全体が揺すられると、振幅が大きくなるので、傾斜が大きくなって、安全性が損なわれる。特に、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの一方のみが段差を通過した場合や、車両１０が突然の横風を受けた場合のように、インパルス状又はステップ状の大入力が車両１０に加えられると、前記共振点で車両１０全体が大きく揺すられ、車体の傾斜が非常に大きくなってしまうことがあり得る。
【０１２４】
このような弾性変形による傾斜制御への影響を除去するためには、例えば、横加速度、ロールレートの微分値等の加速度要素を利用することが考えられる。しかし、実際のセンサによる加速度要素の検出値は、振動的なので、フィードバック要素として利用すると、更に振動的となって、フィードバックゲインを大きくすることができず、制御の効果を発揮させることができない。また、フィードバックゲインを大きくするために、センサによる加速度要素の検出値にフィルタをかけると、遅れが大きくなるので、制御の効果を発揮させることができない。
【０１２５】
そこで、本実施の形態においては、タイヤやその他の部分の弾性変形を考慮した制御としての巻き戻し制御、すなわち、ワインドダウン制御を行う。
【０１２６】
該ワインドダウン制御では、一定以上の入力があった場合、タイヤやその他の部分の弾性変形開始を検知して素早く制御値の符号を反転するとともに、弾性変形終了を検知して制御値の符号を元に戻すようになっている。これにより、衝撃を吸収して車両１０の共振を減少させることができるので、インパルス状又はステップ状の大入力が車両１０に加えられた場合であっても、車体の傾斜が大きくなることを防止することができる。
【０１２７】
本実施の形態において、車両１０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、その説明を省略し、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作についてのみ説明する。
【０１２８】
車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部４８は横加速度演算処理を実行し、横加速度推定部４９は横加速度推定処理を実行し、外乱演算部４３は外乱演算処理を実行し、リンクモータ制御部４２はリンクモータ制御処理を実行するが、本実施の形態における横加速度演算処理、横加速度推定処理、外乱演算処理及びリンクモータ制御処理の動作は、前記第１の実施の形態における横加速度演算処理、横加速度推定処理、外乱演算処理及びリンクモータ制御処理の動作、すなわち、図６〜１０及び１３のフローチャートに示される動作と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２９】
また、傾斜制御部４７は、傾斜制御処理を開始すると、まず、横加速度演算部４８から合成横加速度ａを受信する（ステップＳ６１）。なお、該合成横加速度ａを受信してから第６制御値ＵwPを算出するまでの動作、すなわち、図１５に示されるステップＳ６１〜Ｓ７７までの動作は、前記第１の実施の形態において説明したステップＳ３１〜Ｓ４７と同様であるので、その説明を省略する。
【０１３０】
そして、第６制御値ＵwPを算出すると、傾斜制御部４７は、ワインドダウン制御処理を実行する（ステップＳ７８）。前述のように、ワインドダウン制御では、タイヤやその他の部分の弾性変形開始を検知して制御値の符号を反転するとともに、弾性変形終了を検知して制御値の符号を元に戻すようになっている。つまり、ワインドダウン制御では、弾性部材が外乱を受けて弾性変形を開始してからその弾性変形が終了するまでの期間だけワインドダウンを実行し、弾性部材がそれ自体の弾性によって復元を開始してから以降の期間ではワインドダウンを停止する。ワインドダウンを停止している、又は、実行しないときは、前記第１の実施の形態と同様の制御が行われる。
【０１３１】
例えば、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの一方のみが凹部を通過した際に凹部に落下する場合を例にとって説明すると、一方の車輪のタイヤは、宙に浮いた状態から落下して凹部の底面に接地する。そして、前記タイヤは、接地してから縮み、縮み終わると、膨らんで元の形状に復帰する。ワインドダウンは、タイヤが接地してから縮み終わるまでの期間だけ実行され、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わってから以降の期間には実行されない。
【０１３２】
ワインドダウン制御処理において、傾斜制御部４７は、まず、外乱分のロールレートωN を取得（ステップＳ７８−１）し、外乱加速度演算処理を実行する（ステップＳ７８−２）。なお、外乱分のロールレートωN は、ステップＳ７５において外乱演算部４３から受信したものである。
【０１３３】
そして、外乱加速度演算処理において、傾斜制御部４７は、まず、ωN-1 呼出を行うとともに（ステップＳ７８−２−１）、制御周期ＴS を取得する（ステップＳ７８−２−２）。ωN-1 は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された外乱分のロールレートωN の値である。なお、初期設定においては、ωN-1 ＝０とされている。
【０１３４】
続いて、傾斜制御部４７は、外乱分のロールレートωN の微分値を算出して（ステップＳ７８−２−３）、外乱加速度演算処理を終了する。ここで、ωN の微分値をΔωN とすると、該ΔωN は次の式（２６）によって算出される。
ΔωN ＝（ωN −ωN-1 ）／ＴS   ・・・式（２６）
続いて、傾斜制御部４７は、フラグＦに１がセットされているか否か、すなわち、Ｆ＝１であるか否かを判断する（ステップＳ７８−３）。なお、初期設定においては、フラグＦにはゼロがセットされている、すなわち、Ｆ＝０である。また、Ｆ＝１は、前記例において、タイヤが接地してから縮み終わるまでの期間であることを示している。
【０１３５】
そして、Ｆ＝１である場合、傾斜制御部４７は、ΔωN ΔωN-1 ＜０であるか否かを判断する（ステップＳ７８−４）。ΔωN は、外乱分のロールレートωN の微分値であって外乱分のロールレートωN の変化率、すなわち、外乱分のロールレートωN の変化を示す曲線の傾斜を示すものである。したがって、ΔωN ΔωN-1 ＜０であることは、前回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜と、今回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜とが異なること、すなわち、外乱分のロールレートωN を示す曲線上の変曲点を通過したことを意味する。
【０１３６】
そして、ΔωN ΔωN-1 ＜０である場合、傾斜制御部４７は、フラグＦにゼロをセットする、すなわち、Ｆ＝０とする（ステップＳ７８−５）。
【０１３７】
続いて、傾斜制御部４７は、外乱分のロールレートωN の絶対値があらかじめ設定された所定の閾（しきい）値Ａ1 より大きいか否か、すなわち、｜ωN ｜＞Ａ1 であるか否かを判断する（ステップＳ７８−６）。なお、ステップＳ７８−３でＦ＝１であるか否かを判断してＦ＝１でない場合、及び、ステップＳ７８−４でΔωN ΔωN-1 ＜０であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 ＜０でない場合には、そのまま、｜ωN ｜＞Ａ1 であるか否かを判断する。
【０１３８】
ここで、Ａ1 は、車体への入力が一定以上であるか否かを判断するために設定された閾値であり、外乱分のロールレートωN の絶対値がＡ1 より大きい場合には、一定以上の入力があったものと判断され、タイヤやその他の部分の弾性変形開始が検知され、制御値の符号が反転される。なお、Ａ1 は０以上の値である。また、Ａ1 は、ワインドダウンを実行しない場合に車両１０が転倒しない最大の外乱分のロールレートωN の絶対値を基準とし、それよりも絶対値が小さくなるように設定される。
【０１３９】
したがって、｜ωN ｜＞Ａ1 である場合、傾斜制御部４７は、ΔωN ΔωN-1 ＜０であるか否かを判断する（ステップＳ７８−７）。そして、ΔωN ΔωN-1 ＜０である場合、傾斜制御部４７は、フラグＦに１をセットする、すなわち、Ｆ＝１とする（ステップＳ７８−８）。
【０１４０】
続いて、傾斜制御部４７は、ωN ωN-1 ＜０であるか否かを判断する（ステップＳ７８−９）。なお、ステップＳ７８−６で｜ωN ｜＞Ａ1 であるか否かを判断して｜ωN ｜＞Ａ1 でない場合、ステップＳ７８−７でΔωN ΔωN-1 ＜０であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 ＜０でない場合、及び、ステップＳ７８−４でΔωN ΔωN-1 ＜０であるか否かを判断してΔωN ΔωN-1 ＜０であった場合には、そのまま、ωN ωN-1 ＜０であるか否かを判断する。
【０１４１】
ここで、ωN ωN-1 ＜０であることは、前回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN の正負と、今回の車体傾斜制御処理実行時における外乱分のロールレートωN の正負とが異なること、すなわち、外乱分のロールレートωN を示す曲線がゼロを示す軸（Ｘ軸）を通過したこと（いわゆるゼロクロスしたこと）を意味する。
【０１４２】
そして、ωN ωN-1 ＜０である場合、傾斜制御部４７は、フラグＦにゼロをセットする、すなわち、Ｆ＝０とする（ステップＳ７８−１０）。
【０１４３】
続いて、傾斜制御部４７は、フラグＦに１がセットされているか否か、すなわち、Ｆ＝１であるか否かを判断する（ステップＳ７８−１１）。なお、ステップＳ７８−９でωN ωN-1 ＜０であるか否かを判断してωN ωN-1 ＜０でない場合には、そのまま、Ｆ＝１であるか否かを判断する。
【０１４４】
そして、傾斜制御部４７は、Ｆ＝１でない場合にはワインドダウン制御用ゲインＧwSを１とし（ステップＳ７８−１２）、Ｆ＝１である場合にはワインドダウン制御用ゲインＧwSを−１とする（ステップＳ７８−１３）。
【０１４５】
続いて、傾斜制御部４７は、第７制御値Ｕを算出する（ステップＳ７８−１４）。該第７制御値Ｕは、第５制御値Ｕと、第６制御値ＵwPにワインドダウン制御用ゲインＧwSを乗じた値との合計であり、次の式（２７）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ＋ＵwPＧwS  ・・・式（２７）
最後に、傾斜制御部４７は、ωN-1 ＝ωN として保存し、かつ、ΔωN-1 ＝ΔωN として保存し（ステップＳ７８−１５）、ワインドダウン制御処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時のωN 及びΔωN の値をωN-1 及びΔωN-1 として、記憶手段に保存する。
【０１４６】
すると、傾斜制御部４７は、第７制御値Ｕを速度指令値としてリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ７９）、処理を終了する。
【０１４７】
なお、ワインドダウン制御処理におけるステップＳ７８−６の動作は、ワインドダウンを実行すべき入力であるか否かを判断することに相当する。｜ωN ｜＞Ａ1 であることは、ワインドダウンを実行すべき入力であることに相当する。
【０１４８】
そして、ステップＳ７８−７の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、宙に浮いているタイヤが接地したか否かを判断することに相当する。ΔωN ΔωN-1 ＜０であることは、タイヤが接地して外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜が変化したことに相当するので、ワインドダウンを実行するためにステップＳ７８−８でＦ＝１とする。
【０１４９】
また、ステップＳ７８−９の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、接地しているタイヤが縮み終わったか否かを判断することに相当する。ωN ωN-1 ＜０であることは、タイヤが縮み終わって外乱分のロールレートωN を示す曲線がゼロクロスしたことに相当するので、ワインドダウンを停止するためにステップＳ７８−１０でＦ＝０とする。
【０１５０】
タイヤが接地してから縮み終わるまでは、Ｆ＝１なのでＧwS＝−１であるから、前記式（２７）によって、第７制御値Ｕは次の式（２８）で表される。
Ｕ＝Ｕ−ＵwP  ・・・式（２８）
該式（２８）を前記式（２３）で表される第１の実施の形態における第７制御値Ｕと比較すると、ＵwPの２倍だけ小さいことが分かる。これにより、タイヤが接地してから縮み終わるまでは、ワインドダウンを実行することによって、傾斜制御における制御ゲインを巻き戻して小さくしていることが分かる。
【０１５１】
一方、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わった後の期間では、Ｆ＝０なのでＧwS＝１であるから、前記式（２７）によって、第７制御値Ｕは次の式（２９）で表される。
Ｕ＝Ｕ＋ＵwP  ・・・式（２９）
該式（２９）は前記式（２３）と同一である。これにより、タイヤが接地するまでの期間、及び、タイヤが縮み終わった後の期間では、ワインドダウンを実行せず、前記第１の実施の形態と同様の制御を行うことが分かる。
【０１５２】
また、ステップＳ７８−３及びＳ７８−４の動作は、前記タイヤの例に則して説明すると、タイヤが縮み終わらないうちに、車輪１２が別の凹部に落下して、再びタイヤが宙に浮いた状態になったか否かを判断することに相当する。ΔωN ΔωN-1 ＜０であることは、タイヤが再び宙に浮いて外乱分のロールレートωN を示す曲線の傾斜が変化したことに相当するので、ワインドダウンを停止するためにステップＳ７８−５でＦ＝０とする。
【０１５３】
このように、本実施の形態においては、外乱による部材の弾性変形に応じて、外乱による変化分に対応する制御値を変化させる。好ましくは、外乱による部材の弾性変形が開始されてから終了するまでの期間、車体の傾斜を制御するための制御ゲインを巻き戻すように、外乱による変化分に対応する制御値を変化させる。
【０１５４】
具体的には、タイヤやその他の部分の弾性変形を考慮したワインドダウン制御を行い、一定以上の入力があった場合、タイヤやその他の部分が弾性変形を開始してから終了するまでの期間だけワインドダウンを実行し、傾斜制御における制御ゲインを巻き戻して小さくするようになっている。なお、前記弾性変形は、タイヤやその他の部分の前記入力を受けることによる一方向への変形であって、タイヤやその他の部分のそれ自体の弾性による反対方向への変形（いわゆるバウンスバック）は含まない。つまり、ワインドダウンは、タイヤやその他の部分が前記入力を受けて変形を開始してからバウンスバックを開始するまでの期間だけ実行される。
【０１５５】
これにより、タイヤやその他の部分の弾性変形による傾斜制御への影響を除去することができ、傾斜方向への大きな外乱を受けたときであっても、共振が発生することなく、車体の傾斜角度を適切に制御することができ、安定した走行状態を得ることができる。
【０１５６】
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】
【０１５７】
本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１０    車両
１１    搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ    車輪
２０    本体部
２５    リンクモータ
４４    横加速度センサ
４４ａ    第１横加速度センサ
４４ｂ    第２横加速度センサ
５３    操舵角センサ
５４    車速センサ
【図１】
0005521865.tif 000002
【図２】
0005521865.tif 000003
【図３】
0005521865.tif 000004
【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】
0005521865.tif 000009
【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】
0005521865.tif 000014
【図１４】
0005521865.tif 000015
【図１５】
0005521865.tif 000016
【図１６】
0005521865.tif 000017
【図１７】
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