(57)【要約】【課題】  車体の重量、車体の慣性モーメント、車体の重心高さが変化しても、車体の傾斜角を精度良く推定することを可能とする。【解決手段】  移動体は、回転軸の周りに回転可能とされる車体と、車体に取付けられており、回転軸周りの車体の傾斜角速度を検出する傾斜角速度検出手段と、車体に取付けられており、回転軸に直交すると共に車体の軸線と直交する方向の車体の加速度を検出する第１加速度検出手段と、回転軸に直交すると共に路面と平行な方向の移動体の加速度を検出する第２加速度検出手段と、傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度と、その傾斜角速度を微分した傾斜角加速度と、第２加速度検出手段で検出される加速度を入力とし、第１加速度検出手段で検出される加速度を観測値とする状態方程式を用いて、傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度の誤差を推定する傾斜角速度誤差推定手段を有する。【選択図】図８
2014080107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面を移動する移動体であって、
回転軸の周りに回転可能とされる車体と、
車体に取付けられており、回転軸周りの車体の傾斜角速度を検出する傾斜角速度検出手段と、
車体に取付けられており、回転軸に直交すると共に車体の軸線と直交する方向の車体の加速度を検出する第１加速度検出手段と、
回転軸に直交すると共に路面と平行な方向の移動体の加速度を検出する第２加速度検出手段と、
傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度と、その傾斜角速度を微分した傾斜角加速度と、第２加速度検出手段で検出される加速度を入力とし、第１加速度検出手段で検出される加速度を観測値とする状態方程式を用いて、傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度の誤差を推定する傾斜角速度誤差推定手段と、を有する移動体。
【請求項２】
車体に回転可能に支持され、回転軸と平行な車軸周りに回転する１又は複数の車輪と、
車輪を駆動する駆動手段と、を有しており
駆動手段が車輪を駆動することで移動体が路面を走行する、請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
第２加速度検出手段は、車輪の回転角を検出するエンコーダと、エンコーダの出力から移動体の加速度を算出する加速度算出部と、を有している、請求項２に記載の移動体。
【請求項４】
移動体は、車体の重心が車軸よりも高い位置にある倒立振子型の移動体であり、
回転軸は、車体のピッチ軸であり、
駆動手段は、傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度を、傾斜角速度誤差推定手段で推定された傾斜角速度誤差により補正した値を用いて車輪を駆動することで、車体のピッチ軸周りの傾斜角を制御する、請求項２又は３に記載の移動体。
【請求項５】
傾斜角速度検出手段は、車体に取付けられたジャイロセンサである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、回転軸周りに回転可能な車体を有する移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の移動体において、回転軸周りの車体の傾斜角を制御するためには、車体の傾斜角を検出（推定）する必要がある。例えば、特許文献１には、倒立２輪型の移動体が開示されている。この移動体は、２軸方向の加速度を検出する加速度センサと、車体の角速度を検出するジャイロセンサを備えている。そして、加速度センサの検出した加速度に基づいて推定された傾斜角と、ジャイロセンサの検出した角速度に基づいて、移動体の線形モデル式をオブザーバとして車体の傾斜角を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８９５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１の技術では、倒立２輪の運動モデルに基づいてオブザーバを設計している。このため、車体の重量、車体の慣性モーメント、車体の重心高さが変化すると、傾斜角の推定精度が劣化してしまう。本明細書は、車体の重量、車体の慣性モーメント、車体の重心高さが変化しても、車体の傾斜角を精度良く推定することを可能とする技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する移動体は、路面を移動する移動体である。この移動体は、回転軸の周りに回転可能とされる車体と、車体に取付けられており、回転軸周りの車体の傾斜角速度を検出する傾斜角速度検出手段と、車体に取付けられており、回転軸に直交すると共に車体の軸線と直交する方向の車体の加速度を検出する第１加速度検出手段と、回転軸に直交すると共に路面と平行な方向の移動体の加速度を検出する第２加速度検出手段と、傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度と、その傾斜角速度を微分した傾斜角加速度と、第２加速度検出手段で検出される加速度を入力とし、第１加速度検出手段で検出される加速度を観測値とする状態方程式を用いて、傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度の誤差を推定する傾斜角速度誤差推定手段を有する。
【０００６】
上記の移動体は、傾斜角速度と傾斜角加速度と移動体の加速度を入力とし、第１加速度検出手段で検出される加速度を観測値とする状態方程式を用いて、傾斜角速度の誤差を推定する。後述するように、上記の状態方程式には車体の慣性パラメータが含まれない。このため、車体の重量、車体の慣性モーメント、車体の重心高さが変化しても、傾斜角速度誤差を精度良く推定することができる。その結果、検出された車体の傾斜角速度を推定された傾斜角速度誤差で補正することで、車体の傾斜角速度を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例に係る車両の構成を模式的に示す正面図。
【図２】図１に示す車両の側面図。
【図３】実施例に係る制御系の構成を示すブロック図。
【図４】車輪駆動に係る制御系の構成を示すブロック図。
【図５】旋回時の車両の状態を示す正面図。
【図６】加速時の車両の状態を示す側面図。
【図７】オブザーバーモデルのブロック線図。
【図８】実施例に係る制御系の一例のブロック図。
【図９】比較例に係る制御系の一例のブロック図。
【図１０】実施例に係る車両と比較例に係る車両のピッチ姿勢角の数値シミュレーションの一例を示す図。
【図１１】実施例に係る車両と比較例に係る車両のピッチ姿勢角の数値シミュレーションの他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
【０００９】
（特徴１）  本明細書に開示する移動体は、車体に回転可能に支持され、回転軸と平行な車軸周りに回転する１又は複数の車輪と、車輪を駆動する駆動手段をさらに有していてもよい。そして、駆動手段が車輪を駆動することで移動体が路面を走行してもよい。車輪型の移動体では、車体がピッチ軸周りに回転し、あるいは、車体がロール軸周りに回転することがある。このため、本明細書の技術によってピッチ角速度又はロール角速度を推定することで、車体の姿勢（傾斜角）を精度良く制御することができる。
【００１０】
（特徴２）  本明細書に開示する移動体では、第２加速度検出手段は、車輪の回転角を検出するエンコーダと、エンコーダの出力から移動体の加速度を算出する加速度算出部と、を有していてもよい。このような構成によると、車輪の回転角を検出するエンコーダの出力から移動体の加速度を取得することができる。
【００１１】
（特徴３）  本明細書に開示する移動体は、車体の重心が車軸よりも高い位置にある倒立振子型の移動体であり、回転軸が車体のピッチ軸であってもよい。駆動手段は、傾斜角速度検出手段で検出される傾斜角速度を、傾斜角速度誤差推定手段で推定された傾斜角速度誤差により補正した値を用いて車輪を駆動することで、車体のピッチ軸周りの傾斜角を制御してもよい。このような構成によると、正しい車体のピッチ角速度に基づいて車体のピッチ角が制御されるため、車体のピッチ角（姿勢）を精度良く制御することができる。
【００１２】
（特徴４）  本明細書に開示する移動体では、傾斜角速度検出手段は車体に取付けられたジャイロセンサであってもよい。ジャイロセンサはオフセット誤差を有するため、本明細書に開示の技術を用いることで、車体の傾斜角速度を精度良く推定することができる。
【実施例１】
【００１３】
本実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例では、本明細書に開示する技術を車体のピッチ軸周りのピッチ角制御に適用した例であり、ピッチ角制御に関係のない構成については、従来技術と同様としている。このため、以下の説明では、ピッチ角制御に関係する構成を主に説明し、それ以外の構成については適宜説明を省略する。図１，２に示すように、車両１００は、倒立２輪型の移動体であり、左右の車輪１２ａ，１２ｂと、車輪１２ａ，１２ｂが取付けられた車体１０を備えている。
【００１４】
車輪１２ａ，１２ｂは、車体１０の側面に回転可能に取付けられている。具体的には、車輪１２ａ，１２ｂは、車軸１３の両端に取付けられている。車軸１３は、車体１０の車幅方向と平行に伸びており、車体１０に回転可能に支持されている。各車輪１２ａ，１２ｂは、モータ１４ａ，１４ｂにより独立して駆動される。車輪１２ａ，１２ｂを駆動することで、車両１０は走行面Ｒを走行する。各車輪１２ａ，１２ｂの回転角は、エンコーダ１５ａ，１５ｂ（図３に図示）によって検出される。エンコーダ１５ａ，１５ｂで検出された各車輪１２ａ，１２ｂの回転角は、制御装置２０（図３に図示）に入力される。
【００１５】
車体１０は、上述したように車軸１３に対して回転可能となっている。すなわち、車軸１３はピッチ軸であり、車体１０は車軸１３（ピッチ軸）周りに回転可能となっている。車体１０の重心Ｇは車軸１３より高い位置にあり、車両１００は倒立２輪型の移動体となっている。また、車体１０は、ロール軸周りに回転可能となっている。ロール軸は、車軸１３に直交しており、車軸１３の車幅方向の略中央を通過している。車体１０には、車体１０のピッチ角速度を検出するジャイロセンサ１６と、車体１０の加速度を検出する加速度センサ１７と、車体１０のロール角度を制御するためのアクチュエータ１８と、モータ１４ａ，１４ｂ及びアクチュエータ１８を制御する制御装置２０（図３に図示）を備えている。
【００１６】
ジャイロセンサ１６は、車体１０の車軸（ピッチ軸）１３周りの角速度（ピッチ角速度）を検出する１軸のジャイロセンサである。図３に示すように、ジャイロセンサ１６は、制御装置２０に電気的に接続されている。ジャイロセンサ１６から出力されるピッチ角速度信号は、制御装置２０に入力される。
【００１７】
加速度センサ１７は、車体１０の加速度を検出する１軸の加速度センサである。具体的には、加速度センサ１７は、車軸１３（ピッチ軸）に直交すると共に車体１０の軸線２６（車軸１３と重心Ｇとを結ぶ鉛直線）と直交する方向の加速度を検出する。このため、例えば、図６に示すように車体１０がピッチ角θｐだけ傾斜しているときは、加速度センサ１７はＸ’軸方向の加速度を検出する。図３に示すように、加速度センサ１７は、制御装置２０に電気的に接続されている。加速度センサ１７から出力される加速度信号は、制御装置２０に入力される。加速度センサ１７は、車軸１３から高さｈｓだけ高い位置に配置されている。
【００１８】
アクチュエータ１８は、車体１０のロール角度を調整するための装置である。アクチュエータ１８は、車体１０に対してロール軸周りのトルクτを付与する。図３に示すように、アクチュエータ１８は、制御装置２０に電気的に接続されている。制御装置２０から出力される制御指令値に基づいてアクチュエータ１８は、ロール軸周りにトルクτを発生する。アクチュエータ１８には、例えば、ギア付きサーボモータを用いることができる。なお、アクチュエータ１８の出力軸の回転角は、図示しないエンコーダによって検出され、制御装置２０に入力される。制御装置は、入力されるアクチュエータ１８の出力軸の回転角に応じてアクチュエータを制御することで、車体１０のロール角を制御する。これによって、旋回時の走行安定性の向上が図られている。なお、車体１０のロール角制御は、従来公知の方法で実施できるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００１９】
制御装置２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータによって構成されている。制御装置２０は、車体１０に設置されている。制御装置２０は、ジャイロセンサ１６と加速度センサ１７とアクチュエータ１８とモータ１４ａ，１４ｂとエンコーダ１５ａ，１５ｂに電気的に接続されている。制御装置２０がモータ１４ａ，１４ｂを駆動することで、車体１０のピッチ軸周りの姿勢角（ピッチ角）が制御される。以下、制御装置２０について詳細に説明する。
【００２０】
図４に示すように、制御装置２０は、ジャイロセンサ１６から入力されるピッチ角速度と、エンコーダ１５ａ，１５ｂから入力される車輪１２ａ，１２ｂの回転角と、加速度センサ１７から入力される加速度に基づいてピッチ角速度誤差を推定し、その推定したピッチ角速度誤差を用いてジャイロセンサ１６から入力されるピッチ角速度を補正する傾斜角速度推定部２２と、補正したピッチ角速度に基づいてモータ１４ａ，１４ｂを駆動する車輪駆動部２４を有している。
【００２１】
傾斜角度推定部２２は、車体１０のピッチ角を推定するために、まず、ジャイロセンサ１６に生じる角速度誤差をオブザーバにより推定する。オブザーバの構成を説明する前に、まず、車体１０のロール方向の姿勢変化に起因してジャイロセンサ１６に角速度誤差が生じることを説明する。ジャイロセンサ１６がオフセット誤差を生じることは知られているが、ジャイロセンサ１６の出力には車体１０のロール方向の姿勢変化に起因して誤差が生じる。すなわち、図５に示すように、車体１０がロール軸周りにθｒｏｌｌだけ傾斜すると、車体１０に取付けられたジャイロセンサ１６が検出する角速度ｄθｐｓ／ｄｔの方向もＹ’軸周りの角速度となる。したがって、ジャイロセンサ１６が検出するＹ’軸周りの角速度ｄθｐｓ／ｄｔは、次の式（１）で表される。ここで、ｄθｐ／ｄｔは車体１０のＹ軸周りの角速度であり、ｄθｙ／ｄｔは車体１０のＺ軸周りの角速度である。
【００２２】
【数１】
2014080107.tif 000003
【００２３】
ロール角θｒｏｌｌが充分に小さいと仮定すると、ｓｉｎθｒｏｌｌ＝θｒｏｌｌとなり、ｃｏｓθｒｏｌｌ＝１となり、上記の式（１）は線形化されて下記の式（２）となる。
【００２４】
【数２】
2014080107.tif 000004
【００２５】
上記の式（２）から明らかなように、ジャイロセンサ１６で検出される角速度ｄθｐｓ／ｄｔには、Ｚ軸周りのヨー角速度ｄθｙ／ｄｔの成分が含まれる。また、車体１０のロール角θｒｏｌｌが大きくなると、ジャイロセンサ１６で検出される角速度ｄθｐｓ／ｄｔに含まれるヨー角速度成分θｒｏｌｌ・ｄθｙ／ｄｔも大きくなる。このように、ジャイロセンサ１６が検出するピッチ角速度は、車体１０のロール方向の姿勢変化に起因して誤差が生じる。本実施例では、ジャイロセンサ１６で検出される角速度ｄθｐｓ／ｄｔに含まれる誤差成分をｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔとし、この誤差成分ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔをオブザーバにより推定する。
【００２６】
次に、ジャイロセンサ１６の角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを推定するオブザーバについて説明する。このオブザーバは、制御装置２０の傾斜角速度推定部２２（図４に図示）の内部に構築される。まず、角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを推定するオブザーバのための数式モデルについて説明する。次の式（３）に示すように、ジャイロセンサ１６の検出値（角速度）ｄθｐｓ／ｄｔは、角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔと真値ｄθｐ／ｄｔの和となる。
【００２７】
【数３】
2014080107.tif 000005
【００２８】
一方、図６に示すように、車体１０の加速度センサ１７が設けられた位置には、重力による加速度と、車両１００のＸ軸方向の加速度と、車体１０のロール角運動による加速度が作用する。したがって、加速度センサ１７の検出値ａｓは、次の式（４）により表される。ここで、ｇは重力加速度であり、ａは車両１００のｘ軸方向の加速度である
【００２９】
【数４】
2014080107.tif 000006
【００３０】
車体１０のピッチ角θｐが充分に小さいと仮定すると、ｓｉｎθｐ＝θｐとなり、ｃｏｓθｐ＝１となり、上記の式（４）は線形化されて下記の式（５）となる。
【００３１】
【数５】
2014080107.tif 000007
【００３２】
ここで、角速度ｄθｐｓ／ｄｔは角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを含むが、角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔが定常的な誤差であると仮定すると、ｄ２θｐ／ｄｔ２＝ｄ２θｐｓ／ｄｔ２とみなすことができる。また、車両１００のＸ軸方向の加速度ａは、車輪１２ａ，１２ｂの回転角を検出するエンコーダ１５ａ，１５ｂの検出値θＲ、θＬを２階微分して車輪半径ｒを掛け合わせることで、下記の式（６）に示すように算出することができる。
【００３３】
【数６】
2014080107.tif 000008
【００３４】
ただし、本実施例では、車両１００が倒立２輪型の移動体であるため、車体１０のピッチ角加速度を考慮して、車両１００のＸ軸方向の加速度ａは、次の式（７）で表される。
【００３５】
【数７】
2014080107.tif 000009
【００３６】
以上の各式から、次の状態方程式が導かれる（下記の式（８））。なお、この状態方程式を、ブロック図で表現すると、図７に示すようになる。ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは状態行列、ｘ（ｔ）は状態量であり、ｕ（ｔ）は入力である。
【００３７】
【数８】
2014080107.tif 000010
【００３８】
次に、上記の式（８）の状態方程式から、状態量ｘ（ｔ）を推定するオブザーバを設計する。このために、まず、式（８）の状態方程式を離散化する。上記の式（８）を離散化すると、次の式（９）となる。式（９）において、Ａｄ、Ｂｄ，Ｃｄ，Ｄｄは、離散化後の状態行列を表し、ｋはステップ数を表している。
【００３９】
【数９】
2014080107.tif 000011
【００４０】
次に、上記の式（９）に基づいてオブザーバを設計すると、次の式（１０）となる。
【００４１】
【数１０】
2014080107.tif 000012
【００４２】
さらに、上記の式（１０）を展開して整理すると、次の式（１１）となる。
【００４３】
【数１１】
2014080107.tif 000013
【００４４】
ここで、ｘ＾［ｋ］はｋステップ目に推定した状態量であり、Ｋはオブザーバゲインである。固有値（Ａｄ−Ｋ・Ｃｄ）の大きさが１以内となるように、オブザーバゲインＫを設定することで、安定なオブザーバを構成することができる。なお、上記の式（８）に示す状態方程式から明らかなように、本実施例のオブザーバは、車体１０の質量、慣性モーメント及び車体１０の重心位置に依存しない。このため、車体１０に人が搭乗し、あるいは、車体１０に荷物を搭載する等して車体１０の質量が変化しても、オブザーバのための数式モデルは変化しない。したがって、本実施例のオブザーバによると、ジャイロセンサ１６の角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを精度良く推定することができる。具体的には、サンプリング周期毎に式（１１）を計算することで、状態量（すなわち、ジャイロセンサ１６の角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔ）を推定することができる。
【００４５】
上述のようにジャイロセンサ１６の角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔが推定されると、傾斜角度推定部２２は、ジャイロセンサ１６で検出された角速度ｄθｐｓ／ｄｔから角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを減算することで、車体１０のピッチ角速度ｄθｐ／ｄｔを算出する。上述したように、オブザーバによって推定される角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔは、車体１０の慣性パラメータが含まれていない。このため、角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを精度よく推定でき、車体１０のピッチ角速度ｄθｐ／ｄｔを精度よく推定することができる。
【００４６】
車輪駆動部２４は、傾斜角度推定部２２が推定した車体１０のピッチ角速度ｄθｐ／ｄｔ（ジャイロセンサ１６の検出値ｄθｐｓ／ｄｔを角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔで補正した値）に基づいてモータ１４ａ，１４ｂを駆動する。具体的には、車体１０のピッチ角度（ピッチ角速度ｄθｐ／ｄｔを積分した値）と、車体１０のピッチ角速度ｄθｐ／ｄｔと、車輪１２の回転角度（エンコーダ１５の検出値）と、車輪１２の回転角速度（エンコーダ１５の検出値の微分値）をフィードバックすることで、車体１０のピッチ角を制御して車体１０の倒立状態を維持する（いわゆる、倒立２輪制御を行う）。また、車輪１２の回転速度指令を与えることで、車両１００のＸ軸方向の速度を制御する。なお、倒立２輪制御及び車両１００の速度制御については、従来公知の方法（例えば、ＰＩＤ制御、状態フィードバック制御、Ｈ∞制御等）で行うことができるため、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
図８は、上述した制御装置２０の倒立２輪制御用の構成の一例を示すブロック図である。図８に示す例では、ジャイロセンサ１６の検出値ｄθｐｓ／ｄｔと、エンコーダ１５の検出値の微分値ｄθｗ／ｄｔ（＝（ｄθＲ／ｄｔ＋ｄθＬ／ｄｔ）／２）をフィードバックする制御構成が採られている。すなわち、ジャイロセンサ１６の検出値ｄθｐｓ／ｄｔと、その検出値ｄθｐｓ／ｄｔを微分した微分値ｄ２θｐｓ／ｄｔ２（符号４６を参照）が、オブザーバ４４に入力される。また、車輪１２の回転角速度ｄθｗ／ｄｔを微分した値は車輪１２の半径ｒが乗算され、その乗算された値がオブザーバ４４に入力される。オブザーバ４４は、ジャイロセンサ１６で検出される角速度の誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを出力し、その角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔでジャイロセンサ１６の検出値ｄθｐｓ／ｄｔが補正され、その補正された値がフィードバック補償器３８に入力される。フィードバック補償器３８には、車輪１２の回転角速度ｄθｗ／ｄｔが入力され、また、車輪１２の目標回転角速度ｄθｗｒｅｆ／ｄｔが入力される。フィードバック補償器３８は、車輪１２が目標回転角速度ｄθｗｒｅｆ／ｄｔとなるように、車輪１２を駆動するモータ１４に駆動トルクτを出力する。これによって、車体１０はピッチ角を所望の角度としながら、走路面Ｒを走行することができる。なお、符号４０は、車輪１２へのトルクτの入力からジャイロセンサ１６の検出値ｄθｐｓ／ｄｔ及びエンコーダ１５の検出値の微分値ｄθｗ／ｄｔまでの車両１００の特性を表している。
【００４８】
次に、上述した制御装置２０によるピッチ角制御をシミュレーションした結果について説明する。シミュレーションでは、倒立状態を維持している状態で車輪１２に回転角速度指令ｄθｗｒｅｆ／ｄｔを与えて車両１００の走行を開始させ、車両１００が走行している状態で角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを与えた。比較例として、図９に示す制御構成（すなわち、オブザーバによる補正が無い場合）についても、同様のシミュレーションを行った。
【００４９】
図１０，１１において、上段は車輪１２の回転角速度ｄθｗ／ｄｔであり、中段が車体１０のピッチ角ｄθｐ／ｄｔであり、下段はジャイロセンサ１６の角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔである。上段中の破線は目標値（指令値）であり、点線は比較例についての車輪の回転角速度ｄθｗ／ｄｔである。また、中段、下段の実線はオブザーバで推定した結果であり、破線は真値を表している。また、図１０は、固有値（Ａ−Ｃ・Ｋ）が２・π・０．３となるようにオブザーバゲインＫを設定したときのシミュレーション結果であり、図１１は、固有値（Ａ−Ｃ・Ｋ）が２・π・１．０となるようにオブザーバゲインＫを設定したときのシミュレーション結果である。図１０，１１に示すように、本実施例では、角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔが良好に推定され、その結果、概ね良好なピッチ角制御が実現されている。一方、比較例においては、車輪１２の回転角速度が目標値（指令値）から大きくずれる結果となった。
【００５０】
上述した説明から明らかなように、本実施例の車両１００では、車体１０の慣性パラメータが含まれていないオブザーバによりジャイロセンサ１６の角速度誤差ｄθｅｒｒｏｒ／ｄｔを推定する。その結果、車体１０のピッチ角速度を良好に推定することができ、車体１０のピッチ角（姿勢角）を良好に制御することができる。
【００５１】
なお、本実施例の制御技術は、ショートホイールベース及びショートトレッド幅の小型移動体に好適に適用することができる。すなわち、この種の小型移動体では、走行状態に応じて車体の傾斜角を変化させ、車体の姿勢を安定化することが要求される。例えば、車両の旋回時には車体をロール軸周りに傾斜させ、車両の加減速時には車体をピッチ軸周りに傾斜させる。このような車両において車体の姿勢角を良好に制御するためには、車体の姿勢角を精度良く推定する必要がある。本実施例の制御技術を用いると、車体の姿勢角を精度良く推定することができるため、車体の姿勢角を良好に制御することができる。これによって、小型移動体の走行安定性を向上することができる。
【００５２】
最後に、上述した実施例と請求項との対応関係を説明しておく。車体１０のピッチ軸が請求項でいう「回転軸」の一例であり、ジャイロセンサ１６が「傾斜角速度検出手段」の一例であり、加速度センサ１７が「第１加速度検出手段」の一例であり、エンコーダ１５ａ，１５ｂと制御装置２０が「第２加速度検出手段」の一例であり、傾斜角速度推定部２２の一部の機能が「傾斜角速度誤差推定手段」の一例である。
【００５３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
【００５４】
例えば、上述した実施例は、本明細書に開示する技術を車体のピッチ角制御に適用した例であったが、本明細書に開示する技術は、車体のピッチ角制御以外にも適用でき、例えば、車体のロール角制御に適用することができる。本明細書に開示する技術を車体のロール角制御に適用する場合は、車体のロール角を検出するジャイロセンサと、ロール角方向に対応する方向の車体の加速度を検出する加速度センサを装備すればよい。
【００５５】
また、上述した実施例は、倒立２輪型の移動体であったが、ホイールベースを有する３輪又は４輪以上の車輪を有する移動体であってもよい。このような場合、オブザーバ用の数式モデルに用いる高さｈｓは、ピッチ軸から加速度センサを設置する位置までの高さとすればよい。また、上述した実施例では、ロール角を制御するアクチュエータ１８を備えているが、ロール角を制御するアクチュエータ１８を備えていなくてもよい。さらに、ピッチ軸から加速度センサを設置した位置までの高さｈｓが充分に小さい場合は、高さｈｓを０としてもよい。この場合は、式（５）の右辺の第３項が０となり、状態方程式を簡略化することができる。
【００５６】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５７】
１０    車体
１２ａ，１２ｂ  車輪
１３  車軸
１４ａ，１４ｂ  モータ
１５ａ，１５ｂ  エンコーダ
１６  ジャイロセンサ
１７  加速度センサ
１８  アクチュエータ
２０  制御装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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