(57)【要約】  車両の動作状況等に応じて車両の移動速度の変動を適切に制御することができる倒立振子型車両の制御装置を提供する。倒立振子型車両１の移動動作部制御手段５０は、第１処理モードと第２処理モードとを有し、第１処理モードでは、搭乗部３の傾斜角度と車両１の代表点の移動速度とを目標値に近づけるように制御用操作量を決定する。移動動作部制御手段５０は、第２処理モードでは、車両１の代表点の移動速度の計測値の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が第１処理モードよりも相対的に低くなるようにしつつ、制御用操作量を決定する。
2011033581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部及びアクチュエータ装置が組付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組付けられた乗員の搭乗部とを備えた倒立振子型車両の制御装置であって、
前記搭乗部の実際の傾斜角度に応じた出力を生成する傾斜角度計測手段と、
前記車両の所定の代表点の移動速度に応じた出力を生成する代表点速度計測手段と、
前記移動動作部に付与する駆動力を規定する制御用操作量を決定し、その決定した制御用操作量に応じて前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段とを備え、
前記移動動作部制御手段は、前記搭乗部に乗員が搭乗した状態で前記制御用操作量を決定するための処理モードとして、第１処理モードと、該第１処理モードの処理の実行中に所定の第１条件が成立した場合に該第１処理モードから移行する第２処理モードとを有すると共に、前記第１処理モードでは、前記傾斜角度計測手段の出力が示す前記搭乗部の傾斜角度の計測値と所定値の目標傾斜角度との偏差である傾斜偏差と、前記代表点速度計測手段の出力が示す前記代表点の移動速度の計測値と所定値の目標移動速度との偏差である速度偏差とを“０”に近づけるように、少なくとも前記傾斜偏差と速度偏差とに応じて前記制御用操作量を決定し、前記第２処理モードでは、前記代表点の移動速度の計測値又は該代表点の移動速度の計測値のうちの所定方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなるようにしつつ、前記傾斜偏差及び速度偏差のうちの少なくとも傾斜偏差を“０”に近づけるように、少なくとも該傾斜偏差に応じて前記制御用操作量を決定することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記移動動作部は、床面上を互いに直交する第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能に構成されていると共に、前記搭乗部は、前記第１の方向の軸周りと第２の方向の軸周りとの２軸周りに傾動自在に前記基体に組付けられており、
前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードでは、前記傾斜偏差のうちの第２の方向の軸周り成分である第１傾斜偏差成分と、第１の方向の軸周り成分である第２傾斜偏差成分と、前記速度偏差のうちの第１の方向の成分である第１速度偏差成分と第２の方向の成分である第２速度偏差成分とをそれぞれ“０”に近づけるように前記制御用操作量を決定し、前記第２処理モードでは、前記代表点の移動速度の計測値のうちの少なくとも第１の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなるようにしつつ、前記第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分、第１速度偏差成分及び第２速度偏差成分のうちの少なくとも第１傾斜偏差成分及び第２傾斜偏差成分を“０”に近づけるように前記制御用操作量を決定することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記第１の方向及び第２の方向は、それぞれ前記搭乗部に搭乗した乗員の前後方向、左右方向に設定されており、前記移動動作部制御手段は、前記第２処理モードでは、少なくとも前記代表点の移動速度の計測値のうちの第１の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなり、且つ、前記代表点の移動速度の計測値のうちの第２の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも低くならないようにしつつ、前記第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分、第１速度偏差成分及び第２速度偏差成分のうちの少なくとも第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分及び第２速度偏差成分を“０”に近づけるように、少なくとも該第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分及び第２速度偏差成分に応じて前記制御用操作量を決定することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記移動動作部は、床面上を少なくとも前記所定方向としての第１の方向に移動可能であると共に、前記制御用操作量は、前記第１の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第１制御用操作量を少なくとも含み、
前記移動動作部制御手段は、
前記第１処理モードでは、少なくとも前記第１の方向に直交する方向の軸周りでの前記傾斜偏差に第１ａゲイン係数を乗じてなる第１ａ操作量成分と前記第１の方向での前記速度偏差に第１ｂゲイン係数を乗じてなる第１ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定し、
前記第２処理モードでは、前記第１の方向での前記速度偏差に前記第１ｂゲイン係数よりも小さい絶対値を有する第１ｃゲインを乗じてなる第１ｃ操作量成分と、前記第１の方向での前記代表点の移動速度の計測値と該計測値に一致又は追従させるように該計測値に応じて可変的に決定した前記第１の方向での代表点の目標移動速度との偏差に第１ｄゲイン係数を乗じてなる第１ｄ操作量成分と、“０”とのうちのいずれか１つを前記第１ｂ操作量成分に代わりに用いる前記第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項５】
請求項２記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記制御用操作量は、前記第１の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第１制御用操作量と、前記第２の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第２制御用操作量とから構成され、
前記移動動作部制御手段は、
前記第１処理モードでは、少なくとも前記第１傾斜偏差成分に第１ａゲイン係数を乗じてなる第１ａ操作量成分と、前記第１速度偏差成分に第１ｂゲイン係数を乗じてなる第１ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、少なくとも前記第２傾斜偏差成分に第２ａゲイン係数を乗じてなる第２ａ操作量成分と、前記第２速度偏差成分に第２ｂゲイン係数を乗じてなる第２ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定し、
前記第２処理モードでは、前記第１速度偏差に前記第１ｂゲイン係数よりも小さい絶対値を有する第１ｃゲインを乗じてなる第１ｃ操作量成分と、前記代表点の移動速度の計測値のうちの前記第１の方向の成分と該成分に一致又は追従させるように該成分に応じて可変的に決定した該第１の方向での前記代表点の目標移動速度との偏差に第１ｄゲイン係数を乗じてなる第１ｄ操作量成分と、“０”とのうちのいずれか１つを前記第１ｂ操作量成分に代わりに用いる前記第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、前記第１処理モードと同一の前記第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記移動動作部制御手段は、前記第２処理モードの処理の実行中に所定の第２条件が成立した場合に、前記第１処理モードの処理を再開することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記代表点の移動速度を増速させる要求である加速要求が発生した否かを判断する加速要求判断手段を備え、
前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードの処理の実行中に前記加速要求判断手段の判断結果が肯定的になった場合に、前記所定の第１条件が成立したものとして、前記第２処理モードの処理の実行を開始することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項８】
請求項７記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記移動動作部制御手段は、前記第２処理モードの処理の実行中に、前記加速要求判断手段の判断結果が否定的となる状態が所定時間、継続した場合に、前記所定の第２条件が成立したものとして前記第１処理モードの処理を再開することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【請求項９】
請求項７記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記車両は、前記アクチュエータ装置により前記移動動作部を駆動することによって発生する車両の推進力以外の外力が付加された場合に、該外力によって前記代表点の移動速度を増速可能な車両であり、
前記加速要求判断手段は、少なくとも前記代表点の移動速度の計測値の大きさの時間的変化率又は該計測値のうちの前記所定方向の成分の大きさの時間的変化率である速度変化率に基づいて前記加速要求が発生したか否かを判断することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床面上を移動可能な倒立振子型車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
床面上を移動する移動動作部と、この移動動作部を駆動するアクチュエータ装置とが組み付けられた基体に、鉛直方向に対して傾動自在に乗員の搭乗部が組み付けられた倒立振子型車両が従来より知られている。この倒立振子型車両は、搭乗部の傾斜角度をある目標傾斜角度に保つために（搭乗部が傾倒しないようにするために）、倒立振子の支点を動かすような形態で、移動動作部を移動させる必要がある車両である。【０００３】
この種の倒立振子型車両の制御技術としては、例えば、特許文献１に見られるものが本願出願人により提案されている。【０００４】
この特許文献１には、乗員の搭乗部が組み付けられた車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後方向の軸周りと左右方向の軸周りとの２軸周りに傾動自在に設けられた倒立振子型車両の制御技術が記載されている。この技術では、基体の傾斜角度（＝搭乗部の傾斜角度）の計測値と目標傾斜角度との偏差と、アクチュエータ装置としてのモータの速度（ひいては移動動作部の移動速度）の計測値と目標速度との偏差とを“０”に近づけるようにモータの駆動トルクが逐次決定される。そして、その決定した駆動トルクに応じて、移動動作部の移動動作がモータを介して制御される。【０００５】
なお、倒立振子型車両として機能し得る車両としては、例えば、特許文献２、３に見られるものも本願出願人により提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０７００１５号
【特許文献２】ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７８
【特許文献３】ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１〜３に見られる如き倒立振子型車両では、搭乗部（又は基体）の傾斜角度を安定に一定値に保持することは一般には困難である。すなわち、乗員が、搭乗部の傾斜角度を一定値に保持しようとしても、一般には、該傾斜角度の変動（ふらつき）が生じやすい。従って、搭乗部の傾斜角度が概ね一定に保持されるような定常的な状態では、該傾斜角度の微小変動に伴って移動動作部の移動速度（車両全体の移動速度）が頻繁に変動するのを抑制するために、該移動速度の変動に対して素早くそれを解消するように移動動作部の移動動作を制御することを望ましいと考えられる。すなわち、該移動速度の変動に対して感度よく、該変動を抑制する駆動力が前記移動動作部に付与されるようにモータ等のアクチュエータ装置を制御することが望ましいと考えられる。【０００８】
他方、例えば、乗員が自身の前後方向等で車両の移動速度を増速させようとするような場合のように、乗員が意識的に車両の移動速度を変化させようとする場合には、その移動速度の変化が円滑に行なわれるようにすることが望ましいと考えられる。しかるに、上記のように、移動速度の変動に対して移動動作部に付与される駆動力の変動の感度が高くなるようにした場合には、車両の移動速度の円滑な変化が阻害される恐れがある。【０００９】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、車両の動作状況等に応じて車両の移動速度の変動を適切に制御することができる倒立振子型車両の制御装置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】
【００１０】
本発明の倒立振子型車両の制御装置は、かかる目的を達成するために、床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部及びアクチュエータ装置が組付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組付けられた乗員の搭乗部とを備えた倒立振子型車両の制御装置であって、
前記搭乗部の実際の傾斜角度に応じた出力を生成する傾斜角度計測手段と、
前記車両の所定の代表点の移動速度に応じた出力を生成する代表点速度計測手段と、
前記移動動作部に付与する駆動力を規定する制御用操作量を決定し、その決定した制御用操作量に応じて前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段とを備え、
前記移動動作部制御手段は、前記搭乗部に乗員が搭乗した状態で前記制御用操作量を決定するための処理モードとして、第１処理モードと、該第１処理モードの処理の実行中に所定の第１条件が成立した場合に該第１処理モードから移行する第２処理モードとを有すると共に、前記第１処理モードでは、前記傾斜角度計測手段の出力が示す前記搭乗部の傾斜角度の計測値と所定値の目標傾斜角度との偏差である傾斜偏差と、前記代表点速度計測手段の出力が示す前記代表点の移動速度の計測値と所定値の目標移動速度との偏差である速度偏差とを“０”に近づけるように、少なくとも前記傾斜偏差と速度偏差とに応じて前記制御用操作量を決定し、前記第２処理モードでは、前記代表点の移動速度の計測値又は該代表点の移動速度の計測値のうちの所定方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなるようにしつつ、前記傾斜偏差及び速度偏差のうちの少なくとも傾斜偏差を“０”に近づけるように、少なくとも該傾斜偏差に応じて前記制御用操作量を決定することを特徴とする（第１発明）。【００１１】
なお、本発明において、「床」は、通常的な意味での床（屋内の床など）だけを意味するものではなく、屋外の地面もしくは路面をも含むものとして使用する。【００１２】
上記第１発明によれば、前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードにおいては、前記傾斜偏差と速度偏差とを“０”に近づけるように前記制御用操作量を決定する。このため、前記搭乗部の実際の傾斜角度の変動等に起因して、前記代表点の実際の移動速度、ひいては、速度偏差が変動しようとすると、その変動を抑制する駆動力を移動動作部に付与させるべく前記制御用操作量が決定される。この結果、第１処理モードでは、前記傾斜偏差を概ね一定に保持した状態での前記代表点の移動速度の安定性が高まることとなる。【００１３】
一方、第１処理モードの実行中に前記所定の第１条件が成立した場合には、前記移動動作部制御手段は、前記第２処理モードの処理を実行する。この第２処理モードにおいては、移動動作部制御手段は、前記代表点の移動速度の計測値又は該代表点の移動速度の計測値のうちの所定方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなるようにしつつ、前記傾斜偏差及び速度偏差のうちの少なくとも傾斜偏差を“０”に近づけるように前記制御用操作量を決定する。なお、上記感度が第１処理モードよりも相対的に低くなるということは、該感度が“０”になる（前記制御用操作量が、前記代表点の移動速度の計測値又は該代表点の移動速度の計測値のうちの所定方向の成分の変化に依存しなくなる）場合も含まれるものとする。【００１４】
このため、第２処理モードでは、前記代表点の実際の移動速度又は該代表点の移動速度のうちの所定方向の成分の変化に対して、前記移動動作部に付与される駆動力が変化し難くなるか、もしくは変化しなくなる。このため、代表点の実際の移動速度の自動的な制御が緩和もしくは解消される。従って、該代表点の移動速度が外力等によって柔軟に変化し易くなる。【００１５】
よって、第１発明によれば、車両の動作状況等に応じて車両の移動速度の変動を適切に制御することが可能となる。【００１６】
補足すると、第１発明において、前記所定の第１条件としては、例えば、車両の動作状態、操縦操作状態、環境状態などに関する条件を採用することができる。【００１７】
また、前記代表点としては、前記搭乗部に搭乗した乗員と車両との全体の重心点や、前記移動動作部や基体の所定部位の点等を用いることができる。【００１８】
また、前記代表点の移動速度に係わる前記所定の目標移動速度としては、例えば、その大きさが“０”近傍の所定範囲内の値（“０”を含む）となる速度を採用することが考えられる。このようにした場合には、前記傾斜偏差が“０”もしくはほぼ“０”となる状態で、前記代表点の実際の移動速度を“０”もしくはほぼ“０”に保つようにすることが可能となる。【００１９】
また、前記搭乗部の傾斜角度に係わる前記所定の目標傾斜角度としては、例えば、前記搭乗部に搭乗した乗員と車両とを合わせた全体のうち、該搭乗部と一体的に傾動可能な部分（乗員を含む）の全体の重心点が該搭乗部の傾動中心（傾動の支点）の直上もしくはほぼ直上に位置する状態（すなわち当該重心点に作用する重力によって、該傾動中心の周りに発生するモーメントが“０”もしくはほぼ“０”となる状態）での該搭乗部の傾斜角度を採用することが好適である。【００２０】
かかる第１発明における倒立振子型車両では、前記移動動作部が、床面上を所定の１方向に移動可能に構成され、前記搭乗部が、当該所定の１方向と直交する方向の１軸周りに傾動自在に前記基体に組付けられていてもよい。【００２１】
あるいは、前記移動動作部は、床面上を互いに直交する第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能に構成されていると共に、前記搭乗部は、前記第１の方向の軸周りと第２の方向の軸周りとの２軸周りに傾動自在に前記基体に組付けられていてもよい。この場合には、前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードでは、前記傾斜偏差のうちの第２の方向の軸周り成分である第１傾斜偏差成分と、第１の方向の軸周り成分である第２傾斜偏差成分と、前記速度偏差のうちの第１の方向の成分である第１速度偏差成分と第２の方向の成分である第２速度偏差成分とをそれぞれ“０”に近づけるように前記制御用操作量を決定し、前記第２処理モードでは、前記代表点の移動速度の計測値のうちの少なくとも第１の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなるようにしつつ、前記第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分、第１速度偏差成分及び第２速度偏差成分のうちの少なくとも第１傾斜偏差成分及び第２傾斜偏差成分を“０”に近づけるように前記制御用操作量を決定することが好ましい（第２発明）。【００２２】
なお、第２発明において、前記移動動作部が、「第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能」ということは、該第１の方向及び第２の方向に直交する軸方向で見た場合における各瞬間での該移動動作部の速度ベクトルの向きが、前記アクチュエータ装置による移動動作部の駆動によって、上記軸方向の周りの任意の角度方向の向きを採り得るということを意味する。この場合、上記軸方向は、概ね、上下方向又は床面に垂直な方向である。また、本発明における「直交」は厳密な意味での直交であることは必須ではなく、本発明の本質を逸脱しない範囲で、厳密な意味での直交から若干のずれがあってもよい。【００２３】
この第２発明によれば、前記第１処理モードでは、前記傾斜偏差を概ね一定に保持した状態で、前記第１の方向及び第２の方向を含む全方向における前記代表点の移動速度の安定性が高まることとなる。また、前記第２処理モードでは、少なくとも前記第１の方向での前記代表点の移動速度が柔軟に変化し易くなる。従って、少なくとも第１の方向での前記代表点の移動速度を所望の形態で自在に変化させることが可能となる。【００２４】
この第２発明では、前記代表点の移動速度の計測値のうちの前記第２の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度を、前記第１処理モードと同一とする態様と、第１処理モードと異ならせる態様とを採用することができる。【００２５】
この場合、特に、前記第１の方向及び第２の方向が、それぞれ前記搭乗部に搭乗した乗員の前後方向、左右方向に設定されている場合には、前記移動動作部制御手段は、前記第２処理モードでは、少なくとも前記代表点の移動速度の計測値のうちの第１の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなり、且つ、前記代表点の移動速度の計測値のうちの第２の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも低くならないようにしつつ、前記第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分、第１速度偏差成分及び第２速度偏差成分のうちの少なくとも第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分及び第２速度偏差成分を“０”に近づけるように、少なくとも該第１傾斜偏差成分、第２傾斜偏差成分及び第２速度偏差成分に応じて前記制御用操作量を決定することが好適である（第３発明）。【００２６】
この第３発明によれば、前記第２処理モードでは、乗員の前後方向（第１の方向）では、前記代表点の移動速度の柔軟な変更が可能となる一方、乗員の左右方向（第２の方向）では、前記代表点の移動速度の変動が第１処理モードと同等か、もしくは、それよりも強めに抑制される。換言すれば、第２処理モードでは、前記代表点の移動速度のうち、乗員の前後方向の成分は変化し易いが、乗員の左右方向の成分は変化し難いものとなる。【００２７】
ここで、車両の移動は、多くの場合、乗員の前後方向もしくはこれに近い方向で行なわれる。そして、第３発明によれば、このように乗員の前後方向もしくはこれに近い方向で車両を移動させる場合に、乗員の左右方向での該乗員の上体のふら付き等に起因して車両の代表点の移動速度が左右方向で変動するのを抑制できる。乗員の前後方向もしくはこれに近い方向で車両を移動させるための車両の操縦操作が容易になる。【００２８】
前記第１発明では、より具体的な態様として、次のような態様を採用することができる。すなわち、前記移動動作部が、床面上を少なくとも前記所定方向としての第１の方向に移動可能であると共に、前記制御用操作量は、前記第１の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第１制御用操作量を少なくとも含む。そして、前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードでは、少なくとも前記第１の方向に直交する方向の軸周りでの前記傾斜偏差に第１ａゲイン係数を乗じてなる第１ａ操作量成分と前記第１の方向での前記速度偏差に第１ｂゲイン係数を乗じてなる第１ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定する。また、該移動動作部制御手段は、前記第２処理モードでは、前記第１の方向での前記速度偏差に前記第１ｂゲイン係数よりも小さい絶対値を有する第１ｃゲインを乗じてなる第１ｃ操作量成分と、前記第１の方向での前記代表点の移動速度の計測値と該計測値に一致又は追従させるように該計測値に応じて可変的に決定した前記第１の方向での代表点の目標移動速度との偏差に第１ｄゲイン係数を乗じてなる第１ｄ操作量成分と、“０”とのうちのいずれか１つを前記第１ｂ操作量成分に代わりに用いる前記第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定する（第４発明）。【００２９】
この第４発明によれば、前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードでは、少なくとも前記第１ａ操作量成分と第１ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第１合成処理により、前記第１の方向での移動動作部の移動動作を制御するための前記第１制御用操作量を決定する。これにより、前記傾斜偏差と速度偏差とを“０”に近づけるように第１制御用操作量を決定することができる。【００３０】
そして、第２処理モードでは、前記移動動作部制御手段は、第１ｃ操作量成分と第１ｄ操作量成分と“０”とのうちのいずれか１つを前記第１ｂ操作量成分に代わりに用いる前記第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定する。これにより、前記記第２処理モードでは、前記代表点の移動速度の計測値のうちの少なくとも第１の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなるようにすることができる。ひいては、該第１の方向での前記代表点の移動速度を、外力等によって柔軟に変化させることが可能となる。【００３１】
また、前記第２発明又は第３発明において、前記制御用操作量が、前記第１の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第１制御用操作量と、前記第２の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第２制御用操作量とから構成される場合には、前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードでは、少なくとも前記第１傾斜偏差成分に第１ａゲイン係数を乗じてなる第１ａ操作量成分と、前記第１速度偏差成分に第１ｂゲイン係数を乗じてなる第１ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、少なくとも前記第２傾斜偏差成分に第２ａゲイン係数を乗じてなる第２ａ操作量成分と、前記第２速度偏差成分に第２ｂゲイン係数を乗じてなる第２ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定することが好ましい。さらに、該移動動作部制御手段は、前記第２処理モードでは、前記第１速度偏差に前記第１ｂゲイン係数よりも小さい絶対値を有する第１ｃゲインを乗じてなる第１ｃ操作量成分と、前記代表点の移動速度の計測値のうちの前記第１の方向の成分と該成分に一致又は追従させるように該成分に応じて可変的に決定した該第１の方向での前記代表点の目標移動速度との偏差に第１ｄゲイン係数を乗じてなる第１ｄ操作量成分と、“０”とのうちのいずれか１つを前記第１ｂ操作量成分に代わりに用いる前記第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、前記第１処理モードと同一の前記第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定することが好ましい（第５発明）。【００３２】
この第５発明によれば、前記第１の方向での車両の代表点の移動に関しては、前記第４発明と同様に、該第１の方向での前記代表点の移動速度を外力等によって柔軟に変化させることができる。【００３３】
一方、第２の方向での車両の代表点の移動に関しては、第１処理モードと第２処理モードとで同一の前記第２合成処理により前記第２制御用操作量が決定される。このため、第１処理モードと第２処理モードとのいずれのモードでも、該第２の方向での代表点の移動速度の目標移動速度に対する制御性が高まる。その結果、第２の方向での代表点の移動速度の変動を抑制することができる。【００３４】
なお、この第５発明は、特に、前記第３発明と組合せることが好適である。これによれば、乗員の前後方向での前記代表点の移動速度の柔軟性を高めつつ、乗員の左右方向での前記代表点の移動速度の拘束性を高めることができる。その結果、車両の操縦性が高まる。【００３５】
補足すると、第２発明において、第２の方向での車両の代表点の移動に関して、第１の方向での代表点の移動の場合と同様に、前記代表点の移動速度の計測値のうちの第２の方向の成分の変化に対する前記制御用操作量の変化の感度が前記第１処理モードよりも相対的に低くなるようにすることも可能である。この場合には、第２制御用操作量を第１制御用操作量と同じ手法で決定するようにすればよい。【００３６】
以上説明した第１〜第５発明では、前記移動動作部制御手段は、前記第２処理モードの処理の実行中に所定の第２条件が成立した場合に、前記第１処理モードの処理を再開することが好ましい（第６発明）。【００３７】
この第６発明によれば、前記第２条件が成立した場合に、第２処理モードから第１処理モードに戻すので、前記第１処理モードでの車両の運転と、第２処理モードでの車両の運転とを車両の動作状況等に適合させて、選択的に行なうことができる。【００３８】
この第６発明では、前記代表点の移動速度を増速させる要求である加速要求が発生した否かを判断する加速要求判断手段を備え、前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードの処理の実行中に前記加速要求判断手段の判断結果が肯定的になった場合に、前記所定の第１条件が成立したものとして、前記第２処理モードの処理の実行を開始することが好ましい（第７発明）。【００３９】
この第７発明によれば、前記加速要求判断手段の判断結果が肯定的になった場合、すなわち、前記加速要求が発生した場合に、前記第２処理モードの処理の実行が開始される。このため、加速要求が発生した状況で、前記代表点の移動速度を円滑に増速させることが可能となる。【００４０】
さらに、上記第７発明では、前記移動動作部制御手段は、前記第２処理モードの処理の実行中に、前記加速要求判断手段の判断結果が否定的となる状態が所定時間、継続した場合に、前記所定の第２条件が成立したものとして前記第１処理モードの処理を再開することが好ましい（第８発明）。【００４１】
この第８発明によれば、加速要求が連続的又は間欠的に発生する状態が解消すると、その解消後、所定時間が経過するまで、処理モードを前記第２処理モードに維持することができる。このため、前記代表点の移動速度の増速後の一定期間において、移動動作部に付与される駆動力が該代表点の移動速度の影響を受け難い状態を継続することができる。その結果、前記代表点の移動速度の増速後に、乗員が前記搭乗部の傾斜角度を保つようにすることによって、該代表点の移動速度を積極的に変動させるような駆動力が移動動作部に付与されないようにすることができる。ひいては、代表点の移動速度の増速後に、乗員が特別な操縦操作をせずとも、車両が慣性力によって滑走するような状態を実現できる。【００４２】
また、上記第７発明又第８発明では、前記車両が、前記アクチュエータ装置により前記移動動作部を駆動することによって発生する車両の推進力以外の外力が付加された場合に、該外力によって前記代表点の移動速度を増速可能な車両である場合には、前記加速要求判断手段は、少なくとも前記代表点の移動速度の計測値の大きさの時間的変化率又は該計測値のうちの前記所定方向の成分の大きさの時間的変化率である速度変化率に基づいて前記加速要求が発生したか否かを判断することが好ましい（第９発明）。【００４３】
かかる第９発明によれば、前記加速要求判断手段は、少なくとも前記速度変化率に基づいて、前記加速要求が発生したか否かを判断するので、その判断を車両の実際の動作状態に即して判断することができる。ひいては、前記第１処理モードから第２処理モードへの移行を車両の実際の動作状態に即した適切なタイミングで行なうことができる。【００４４】
なお、第９発明においては、例えば、前記速度変化率が所定の閾値よりも大きくなるということを、加速要求が発生したと判断することの必要条件（もしくは必要十分条件）として、加速要求が発生したか否かを判断することが考えられる。【００４５】
また、第９発明において、例えば、前記搭乗部に搭乗した乗員が随時、自身の足を着床させることができるように該搭乗部が構成されている場合には、該乗員が自身の足によって床を蹴ることによって、前記外力を車両に作用させることが可能である。あるいは、例えば、車両の外部の作業者もしくは補助者、又は適当な装置によって、適宜、車両に外力を作用させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態の倒立振子型車両の正面図。
【図２】実施形態の倒立振子型車両の側面図。
【図３】実施形態の倒立振子型車両の下部を拡大して示す図。
【図４】実施形態の倒立振子型車両の下部の斜視図。
【図５】実施形態の倒立振子型車両の移動動作部（車輪体）の斜視図。
【図６】実施形態の倒立振子型車両の移動動作部（車輪体）とフリーローラとの配置関係を示す図。
【図７】実施形態の倒立振子型車両の制御ユニットの処理を示すフローチャート。
【図８】実施形態の倒立振子型車両の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図。
【図９】第１実施形態での図７のＳＴＥＰ９の処理に係わる処理機能を示すブロック図。
【図１０】図９に示すゲイン調整部の処理機能を示すブロック図。
【図１１】図１０に示すリミット処理部（又は図１２に示すリミット処理部）の処理機能を示すブロック図。
【図１２】図９に示す重心速度制限部７６の処理機能を示すブロック図。
【図１３】図９に示す姿勢制御演算部８０の処理機能を示すブロック図。
【図１４】図９に示す要求重心速度生成部７４の処理を示すフローチャート。
【図１５】図１４のＳＴＥＰ２３のサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図１６】図１４のＳＴＥＰ２４のサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図１７】第２実施形態での図７のＳＴＥＰ９の処理に係わる処理機能を示すブロック図。
【図１８】図１７に示す速度ゲイン調整部１０６の処理を示すフローチャート。
【図１９】図１８のＳＴＥＰ３３のサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図２０】図１８のＳＴＥＰ３４のサブルーチン処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を以下に説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における倒立振子型車両の構造を説明する。
【００４８】
図１及び図２に示すように、本実施形態における倒立振子型車両１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、床面に接地しながら該床面上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備える。
【００４９】
ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
【００５０】
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
【００５１】
基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７とが組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１３とを備える。
【００５２】
支柱フレーム１３の上部には、該支柱フレーム１３から前方側に張り出したシートフレーム１５が固定されている。そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。従って、本実施形態における倒立振子型車両１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、床面上を移動するものである。
【００５３】
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ、支柱フレーム１３（又はシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。
【００５４】
下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備える。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
【００５５】
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、前記シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。
【００５６】
移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。
【００５７】
なお、本実施形態で例示する移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、例えば前記特許文献２の図１に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構成に関して、前記特許文献２に記載された事項については、簡略的な説明に留める。
【００５８】
本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示す如く、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。
【００５９】
この車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該車輪体５の外周面の下端部にて床面に接地する。
【００６０】
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、床面上を全方向に移動することが可能となっている。
【００６１】
アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材１７Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備える。
【００６２】
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１３等、基体９の適所に搭載されている。
【００６３】
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。
【００６４】
回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示す如く、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。
【００６５】
なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。
【００６６】
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。
【００６７】
回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してにテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
【００６８】
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してにテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。
【００６９】
前記車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
【００７０】
この場合、図１及び図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。
【００７１】
より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。
【００７２】
この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されると共に、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。
【００７３】
以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が床面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
【００７４】
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体４がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
【００７５】
さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
【００７６】
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。
【００７７】
以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
【００７８】
なお、シート（搭乗部）３及び基体９は、車輪体５の軸心Ｃ２を支点として、左右方向の軸心Ｃ２周りに傾動自在となっていると共に、車輪体５の接地面（下端面）を支点として、前後方向の軸周りに該車輪体５と共に傾動自在となっている。
【００７９】
次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図１及び図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。
【００８０】
まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９がシート３と共に傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３と共に前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００８１】
すなわち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、シート３と共に基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。
【００８２】
ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員及び車両１の全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
【００８３】
そこで、本実施形態では、乗員及び車両１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００８４】
また、車両１を発進させる場合等において、アクチュエータ装置７による推進力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足により床を蹴り、それにより車両１の移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を、付加的な外力として車両１に作用させた場合には、それに応じて車両１の移動速度（より正確には、乗員及び車両の全体の重心点の移動速度）が増速するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００８５】
さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００８６】
また、車両１に乗員が搭乗している状態と搭乗していない状態とのいずれの状態においても、基体９の実際の姿勢の目標姿勢からずれが大きいほど、車両１の移動速度が速くなると共に、基体９の実際の姿勢の目標姿勢に一致する状態では、車両１の移動が停止するように車輪体５の移動動作が制御される。
【００８７】
補足すると、「姿勢」は空間的な向きを意味する。本実施形態では、基体９がシート３と共に傾動することで、基体９やシート３の姿勢が変化する。また、本実施形態では、基体９とシート３とは一体的に傾動するので、基体９の姿勢をその目標姿勢に収束させるということは、シート３の姿勢を該シート３に対応する目標姿勢（基体９の姿勢が基体９の目標姿勢に一致する状態でのシート３の姿勢）に収束させるということと等価である。
【００８８】
本実施形態では、以上の如き車両１の動作制御を行なうために、図１及び図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット５０と、基体９の姿勢（又はシート３の姿勢）に関する状態量として、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角度θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌとがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
【００８９】
この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３に取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。
【００９０】
上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１３）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。
【００９１】
この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。
【００９２】
補足すると、本実施形態では、基体９の支柱フレーム１３と一体にシート３が傾動するので、基体傾斜角度θbは、搭乗部３の傾斜角度としての意味も持つ。
【００９３】
なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。
【００９４】
この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。
【００９５】
一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。
【００９６】
さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。
【００９７】
前記荷重センサ５４は、乗員がシート３に着座した場合に該乗員の重量による荷重を受けるようにシート３に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。
【００９８】
なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員がシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。
【００９９】
ロータリエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリエンコーダ５６Ｌについても同様である。
【０１００】
制御ユニット５０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
【０１０１】
なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。
【０１０２】
以下に、制御ユニット５０の制御処理をさらに詳細に説明する。
【０１０３】
制御ユニット５０は、所定の制御処理周期で図７のフローチャートに示す処理（メインルーチン処理）を実行する。
【０１０４】
まず、ＳＴＥＰ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。
【０１０５】
次いで、ＳＴＥＰ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
【０１０６】
なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。
【０１０７】
次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ＳＴＥＰ４の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
【０１０８】
そして、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的である場合には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれＳＴＥＰ５、６で実行する。
【０１０９】
ＳＴＥＰ５においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。
【０１１０】
ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１とシート３に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。
【０１１１】
また、ＳＴＥＰ６においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するｈx，ｈy，Ｋi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）等である。
【０１１２】
一方、ＳＴＥＰ４の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ＳＴＥＰ７、８で実行する。
【０１１３】
ＳＴＥＰ７においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。
【０１１４】
ここで、「自立モード」は、車両１に乗員が搭乗していない場合での車両１の動作モードを意味する。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
【０１１５】
また、ＳＴＥＰ８においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。
【０１１６】
搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。
【０１１７】
以上のＳＴＥＰ４〜８の処理によって、搭乗モード及び自立モードの各動作モード毎に各別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。
【０１１８】
なお、ＳＴＥＰ５，６の処理、又はＳＴＥＰ７，８の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ＳＴＥＰ４の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
【０１１９】
補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“０”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。
【０１２０】
以上の如くＳＴＥＰ５，６の処理、又はＳＴＥＰ７，８の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にＳＴＥＰ９において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。
【０１２１】
次いで、ＳＴＥＰ１０に進んで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ９で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ９で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“０”に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。
【０１２２】
以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。
【０１２３】
次に、上記ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理の詳細を説明する。
【０１２４】
なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。
【０１２５】
また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。
【０１２６】
また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。
【０１２７】
本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図８に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理が行なわれる。
【０１２８】
なお、図８において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。
【０１２９】
この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。
【０１３０】
この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【０１３１】
同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図８の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。
【０１３２】
この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【０１３３】
なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。
【０１３４】
また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。
【０１３５】
ωw_x＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２    ……式０１ａ
ωw_y＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２    ……式０１ｂ
なお、式０１ｂにおける“Ｃ”は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。また、ωw_x，ω_R，ω_Lの正の向きは、仮想車輪６２_xが前方に向かって輪転する場合の該仮想車輪６２_xの回転方向、ωw_yの正の向きは、仮想車輪６２_yが左向きに輪転する場合の該仮想車輪６２_yの回転方向である。
【０１３６】
ここで、図８に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。
【０１３７】
ｄ2θbe_x／dt2＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x    ……式０３ｘ
ｄ2θbe_y／dt2＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y    ……式０３ｙ
式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。
【０１３８】
これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子の質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。
【０１３９】
そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。
【０１４０】
そして、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。
【０１４１】
そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ωL_cmdを決定する。
【０１４２】
なお、本実施形態では、操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdは、それぞれ、後述する式０７ｘ，０７ｙに示す如く、３個の操作量成分を加え合わせることによって決定される。
【０１４３】
補足すると、本実施形態における操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdのうち、ωwdot_x_cmdは、Ｘ軸方向に移動する仮想車輪６２_xの回転角速度であるから、車輪体５をＸ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。また、ωwdot_y_cmdは、Ｙ軸方向に移動する仮想車輪６２_yの回転角速度であるから、車輪体５をＹ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。
【０１４４】
制御ユニット５０は、上記の如き、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理を実行するための機能として、図９のブロック図で示す機能を備えている。
【０１４５】
すなわち、制御ユニット５０は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する偏差演算部７０と、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する重心速度算出部７２と、乗員等による車両１の操縦操作（車両１に推進力を付加する操作）によって要求されていると推定される上記重心速度Ｖb_xyの要求値としての要求重心速度Ｖ_xy_aimを生成する要求重心速度生成部７４と、これらの重心速度推定値Ｖb_xy_s及び要求重心速度Ｖ_xy_aimから、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する重心速度制限部７６と、後述する式０７ｘ，０７ｙのゲイン係数の値を調整するためのゲイン調整パラメータＫr_xyを決定するゲイン調整部７８とを備える。
【０１４６】
制御ユニット５０は、さらに、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する姿勢制御演算部８０と、この仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換するモータ指令演算部８２とを備える。
【０１４７】
なお、図９中の参照符号８４を付したものは、姿勢制御演算部７０が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。
【０１４８】
前記ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。
【０１４９】
すなわち、制御ユニット５０は、まず、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部７２の処理とを実行する。
【０１５０】
偏差演算部７０には、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ＳＴＥＰ５又はＳＴＥＰ７で設定された目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。
【０１５１】
なお、偏差演算部７０の処理は、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理の前に行なうようにしてもよい。例えば、前記ＳＴＥＰ５又は７の処理の中で、偏差演算部７０の処理を実行してもよい。
【０１５２】
前記重心速度算出部７２には、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部７２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。
【０１５３】
具体的には、重心速度算出部７２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。
【０１５４】
Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s    ……０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s    ……０５ｙ
これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さｈ_x，ｈ_yは、前記ＳＴＥＰ６又は８において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。
【０１５５】
上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体９がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。
【０１５６】
なお、前記ロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。
【０１５７】
次に、制御ユニット５０は、要求重心速度生成部７４の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、要求重心速度生成部７４及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。
【０１５８】
そして、要求重心速度生成部７４は、詳細は後述するが、車両１の動作モードが搭乗モードである場合に、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、要求重心速度Ｖ_xy_aim（Ｖ_x_aim，Ｖ_y_aim）を決定する。なお、本実施形態では、車両１の動作モードが自立モードである場合には、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度Ｖ_x_aim及びＶ_y_aimをいずれも“０”とする。
【０１５９】
また、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記ゲイン調整パラメータＫr_xy（Ｋr_x及びＫr_y）を決定する。
【０１６０】
このゲイン調整部７８の処理を図１０及び図１１を参照して以下に説明する。
【０１６１】
図１０に示すように、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをリミット処理部８６に入力する。このリミット処理部８６では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の許容範囲に応じた制限を適宜、加えることによって、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1を生成する。出力値Ｖw_x_lim1は、前記仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xの制限後の値、出力値Ｖw_y_lim1は、前記仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yの制限後の値としての意味を持つ。
【０１６２】
このリミット処理部８６の処理を、図１１を参照してさらに詳細に説明する。なお、図１１中の括弧付きの参照符号は、後述する重心速度制限部７６のリミット処理部１０４の処理を示すものであり、リミット処理部８６の処理に関する説明では無視してよい。
【０１６３】
リミット処理部８６は、まず、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yに入力する。処理部８６a_xは、Ｖb_x_sを仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xで除算することによって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度をＶb_x_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_xの回転角速度ωw_x_sを算出する。同様に、処理部８６a_yは、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度をＶb_y_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_yの回転角速度ωw_y_s（＝Ｖb_y_s／Ｒw_y）を算出する。
【０１６４】
次いで、リミット処理部８６は、ωw_x_s，ωw_y_sの組を、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒの回転角速度ω_R_sと電動モータ３１Ｌの回転角速度ω_L_sとの組に変換する。
【０１６５】
この変換は、本実施形態では、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_s，ωw_y_s，ω_R_s，ω_L_sに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_s，ω_L_sを未知数として解くことにより行なわれる。
【０１６６】
次いで、リミット処理部８６は、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの出力値ω_R_s，ω_L_sをそれぞれ、リミッタ８６c_R，８６c_Lに入力する。このとき、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する右モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_R_sをそのまま出力値ω_R_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、右モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該右モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_R_sに近い方の境界値を出力値ω_R_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Rの出力値ω_R_lim1は、右モータ用許容範囲内の値に制限される。
【０１６７】
同様に、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する左モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_L_sをそのまま出力値ω_L_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、左モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該左モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_L_sに近い方の境界値を出力値ω_L_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Lの出力値ω_L_lim1は、左モータ用許容範囲内の値に制限される。
【０１６８】
上記右モータ用許容範囲は右側の電動モータ３１Ｒの回転角速度（絶対値）が高くなり過ぎないようにし、ひいては、電動モータ３１Ｒが出力可能なトルクの最大値が低下するのを防止するために設定された許容範囲である。このことは、左モータ用許容範囲についても同様である。
【０１６９】
次いで、リミット処理部８６は、リミッタ８６c_R，８６c_Lのそれぞれの出力値ω_R_lim1，ω_L_lim1の組を、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄにより、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x_lim1，ωw_y_lim1の組に変換する。
【０１７０】
この変換は、前記ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの変換処理の逆変換の処理である。この処理は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1，ω_R_lim1，ω_L_lim1に置き換えて得られる連立方程式を、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1を未知数として解くことにより行なわれる。
【０１７１】
次いで、リミット処理部８６は、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄの出力値ωw_x_lim1，ωw_y_lim1をそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yに入力する。処理部８６e_xは、ωw_x_lim1に仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xを乗じることによって、ωw_x_lim1を仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x_lim1に変換する。同様に、処理部８６e_yは、ωw_y_lim1を仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y_lim1（＝ωw_y_lim1・Ｒw_y）に変換する。
【０１７２】
以上のリミット処理部８６の処理によって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xと、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yとをそれぞれ重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合（換言すれば、車輪体５のＸ軸方向の移動速度とＹ軸方向の移動速度とをそれぞれ、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合）に、それらの移動速度を実現するために必要な電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sが、両方とも、許容範囲内に収まっている場合には、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sにそれぞれ一致する出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
【０１７３】
一方、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sの両方又は一方が許容範囲から逸脱している場合には、その両方又は一方の回転角速度が強制的に許容範囲内に制限された上で、その制限後の電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_lim1，ω_L_lim1の組に対応する、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動速度Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
【０１７４】
従って、リミット処理部８６は、その出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1をそれぞれＶb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組を生成する。
【０１７５】
図１０の説明に戻って、ゲイン調整部７８は、次に、演算部８８_x，８８_yの処理を実行する。演算部８８_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1とが入力される。そして、演算部８８_xは、Ｖw_x_lim1からＶb_x_sを減算してなる値Ｖover_xを算出して出力する。また、演算部８８_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_y_lim1とが入力される。そして、演算部８８_yは、Ｖw_y_lim1からＶb_y_sを減算してなる値Ｖover_yを算出して出力する。
【０１７６】
この場合、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合には、Ｖw_x_lim1＝Ｖb_x_s、Ｖw_y_lim1＝Ｖb_y_sとなるので、演算部８８_x，８８_yのそれぞれの出力値Ｖover_x，Ｖover_yはいずれも“０”となる。
【０１７７】
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合には、Ｖw_x_lim1のＶb_x_sからの修正量（＝Ｖw_x_lim1−Ｖb_x_s）と、Ｖw_y_lim1のＶb_y_sからの修正量（＝Ｖw_y_lim1−Ｖb_y_s）とがそれぞれ、演算部８８_x，８８_yから出力される。
【０１７８】
次いで、ゲイン調整部７８は、演算部８８_xの出力値Ｖover_xを処理部９０_x，９２_xに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_xを決定する。また、ゲイン調整部７８は、演算部８８_yの出力値Ｖover_yを処理部９０_y，９２_yに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_yを決定する。なお、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yは、いずれも“０”から“１”までの範囲内の値である。
【０１７９】
上記処理部９０_xは、入力されるＶover_xの絶対値を算出して出力する。また、処理部９２_xは、その出力値Ｋr_xが入力値｜Ｖover_x｜に対して単調に増加し、且つ、飽和特性を有するようにＫr_xを生成する。該飽和特性は、入力値がある程度大きくなると、入力値の増加に対する出力値の変化量が“０”になるか、もしくは、“０”に近づく特性である。
【０１８０】
この場合、本実施形態では、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜があらかじめ設定された所定値以下である場合には、該入力値｜Ｖover_x｜に所定値の比例係数を乗じてなる値をＫr_xとして出力する。また、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜が所定値よりも大きい場合には、“１”をＫr_xとして出力する。なお、上記比例係数は、｜Ｖover_x｜が所定値に一致するときに、｜Ｖover_x｜と比例係数との積が“１”になるように設定されている。
【０１８１】
また、処理部９０_y，９２_yの処理は、それぞれ上記した処理部９０_x，９２_xの処理と同様である。
【０１８２】
以上説明したゲイン調整部７８の処理によって、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yはいずれも“０”に決定される。
【０１８３】
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、前記修正量Ｖover_x，Ｖover_yのそれぞれの絶対値に応じて、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Ｋr_xは、“１”を上限値して、修正量Ｖx_overの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Ｋr_yについても同様である。
【０１８４】
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、重心速度算出部７２及び要求重心速度生成部７４の処理を前記した如く実行した後、次に、重心速度制限部７６の処理を実行する。
【０１８５】
この重心速度制限部７６には、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）と、要求重心速度生成部７４で決定された要求重心速度Ｖb_xy_aim（Ｖb_x_aim及びＶb_y_aim）とが入力される。そして、重心速度制限部７６は、これらの入力値を使用して、図１２のブロック図で示す処理を実行することによって、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfd（Ｖb_x_mdfd及びＶb_y_mdfd）を決定する。
【０１８６】
具体的には、重心速度制限部７６は、まず、定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行する。
【０１８７】
この場合、定常偏差算出部９４_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されると共に、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdの前回値Ｖb_x_mdfd_pが遅延要素９６_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部９４_xは、まず、入力されるＶb_x_sが比例・微分補償要素（ＰＤ補償要素）９４a_xに入力する。この比例・微分補償要素９４_xは、その伝達関数が１＋Ｋd・Ｓにより表される補償要素であり、入力されるＶb_x_sと、その微分値（時間的変化率）に所定値の係数Ｋdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。
【０１８８】
次いで、定常偏差算出部９４_xは、入力されるＶb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素９４_xの出力値から減算してなる値を演算部９４b_xにより算出した後、この演算部９４b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ９４c_xに入力する。このローパスフィルタ９４c_xは、伝達関数が（１＋Ｔ2・Ｓ）／（１＋Ｔ1・Ｓ）により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部９４_xは、このローパスフィルタ９４c_xの出力値Ｖb_x_prdを出力する。
【０１８９】
また、定常偏差算出部９４_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sが入力されると共に、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdの前回値Ｖb_y_mdfd_pが遅延要素９６_yを介して入力される。
【０１９０】
そして、定常偏差算出部９４_yは、上記した定常偏差算出部９４_xと同様に、比例・微分補償要素９４a_y、演算部９４b_y及びローパスフィルタ９４c_yの処理を順次実行し、ローパスフィルタ９４c_yの出力値Ｖb_y_prdを出力する。
【０１９１】
ここで、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdは、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＹ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動状態）から推測される、将来のＸ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。同様に、定常偏差算出部９４_y出力値Ｖb_y_prdは、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＸ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動状態）から推測される、将来のＹ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。以降、定常偏差算出部９４_x，９４_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdを重心速度定常偏差予測値という。
【０１９２】
重心速度制限部７６は、上記の如く定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行した後、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdに要求重心速度Ｖb_x_aimを加算する処理と、定常偏差算出部９４_yの出力値Ｖb_y_prdに要求重心速度Ｖb_y_aimを加算する処理とをそれぞれ、演算部９８_x，９８_yにより実行する。
【０１９３】
従って、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tは、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdに、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを付加した速度となる。同様に、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tは、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdに、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを付加した速度となる。
【０１９４】
なお、車両１の動作モードが自立モードである場合等、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdがそのまま、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tとなる。同様に、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”である場合には、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdがそのまま、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとなる。
【０１９５】
次いで、重心速度制限部７６は、演算部９８_x，９８_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tを、リミット処理部１００に入力する。このリミット処理部１００の処理は、前記したゲイン調整部７８のリミット処理部８６の処理と同じである。この場合、図１１に括弧付きに参照符号で示す如く、リミット処理部１００の各処理部の入力値及び出力値だけがリミット処理部８６と相違する。
【０１９６】
具体的には、リミット処理部１００では、前記仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、Ｖb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致させたと仮定した場合の各仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tがそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yにより算出される。そして、この回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tの組が、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度ω_R_t，ω_L_tの組に変換される。
【０１９７】
さらに、これらの回転角速度ω_R_t，ω_L_tが、リミッタ８６c_R，８６c_Lによって、それぞれ、右モータ用許容範囲内の値と左モータ用許容範囲内の値とに制限される。そして、この制限処理後の値ω_R_lim2，ω_L_lim2が、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄによって、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に変換される。
【０１９８】
次いで、この各回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に対応する各仮想車輪６２_x，６２_yの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yによって算出され、これらの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がリミット処理部１００から出力される。
【０１９９】
以上のリミット処理部１００の処理によって、リミット処理部１００は、リミット処理部８６と同様に、その出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2をそれぞれＶb_x_t，Ｖb_y_tに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組を生成する。
【０２００】
なお、リミット処理部１００における右モータ用及び左モータ用の各許容範囲は、リミット処理部８６における各許容範囲と同一である必要はなく、互いに異なる許容範囲に設定されていてもよい。
【０２０１】
図１２の説明に戻って、重心速度制限部７６は、次に、演算部１０２_x，１０２_yの処理を実行することによって、それぞれ制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdを算出する。この場合、演算部１０２_xは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2から、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdを減算してなる値をＸ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして算出する。同様に、演算部１０２_yは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2から、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdを減算してなる値をＹ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして算出する。
【０２０２】
以上のようにして決定される制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは、リミット処理部１００での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ、そのまま、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。
【０２０３】
なお、この場合、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”であれば、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdも“０”となり、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”であれば、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdも“０”となる。
【０２０４】
一方、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2が、入力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、Ｘ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2の入力値Ｖb_x_tからの修正量（＝Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_t）だけ、要求重心速度Ｖb_x_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_x_aimに加算した値）が、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。
【０２０５】
また、Ｙ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2の入力値Ｖb_y_tからの修正量（＝Ｖw_y_lim2−Ｖb_y_t）だけ、要求重心速度Ｖb_y_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_y_aimに加算した値）が、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして決定される。
【０２０６】
この場合において、例えばＸ軸方向の速度に関し、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”でない場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、要求重心速度Ｖb_x_aimよりも“０”に近づくか、もしくは、要求重心速度Ｖb_x_aimと逆向きの速度となる。また、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、定常偏差算出部９４_xが出力するＸ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdと逆向きの速度となる。これらのことは、Ｙ軸方向の速度に関しても同様である。
【０２０７】
以上が、重心速度制限部７６の処理である。
【０２０８】
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、以上の如く重心速度算出部７２、重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、及び偏差演算部７０の処理を実行した後、次に、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。
【０２０９】
この姿勢制御演算部８０の処理を、以下に図１３を参照して説明する。なお、図１３において、括弧を付していない参照符号は、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_comを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_comを決定する処理に係わる参照符号である。
【０２１０】
姿勢制御演算部８０には、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、重心速度制限部７６で算出された制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdと、ゲイン調整部７８で算出されたゲイン調整パラメータＫr_xyとが入力される。
【０２１１】
そして、姿勢制御演算部８０は、まず、これらの入力値を用いて、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを算出する。
【０２１２】
ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd)    ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝K1_y・θbe_y_s＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd)        ……式０７ｙ
従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。
【０２１３】
この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定され、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。
【０２１４】
式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、図１３中にただし書きで示した如く、次式０９ｘ、０９ｙにより、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yに応じて決定される。
【０２１５】
Ｋi_x＝（１−Ｋr_x）・Ｋi_a_x＋Ｋr_x・Ｋi_b_x    ……式０９ｘ
Ｋi_y＝（１−Ｋr_y）・Ｋi_a_y＋Ｋr_y・Ｋi_b_y    ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）
ここで、式０９ｘにおけるＫi_a_x、Ｋi_b_xは、それぞれ、第ｉゲイン係数Ｋi_xの最小側（“０”に近い側）のゲイン係数値、最大側（“０”から離れる側）のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式０９ｙにおけるＫi_a_y、Ｋi_b_yについても同様である。
【０２１６】
従って、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて変化させられる。このため、Ｋr_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_a_xとなり、Ｋr_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_b_xとなる。そして、Ｋr_xが“０”から“１”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_a_xからＫi_b_x近づいていく。
【０２１７】
同様に、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_y、Ｋi_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて変化させられる。このため、Ｋi_xの場合と同様に、Ｋr_yの値が“０”から“１”の間で変化するに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_yの値が、Ｋi_a_yとＫi_b_yとの間で変化する。
【０２１８】
補足すると、上記定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_x及びＫi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）は、前記ＳＴＥＰ６又は８において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。
【０２１９】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行なうことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。
【０２２０】
さらに詳細には、図１３を参照して、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第１ゲイン係数Ｋ1_xを乗じてなる操作量成分ｕ1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第２ゲイン係数Ｋ2_xを乗じてなる操作量成分ｕ2_xとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差（＝Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_xを乗じてなる操作量成ｕ3_xを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_x，ｕ2_x，ｕ3_xを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_comを算出する。
【０２２１】
同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行なうことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。
【０２２２】
この場合には、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第１ゲイン係数Ｋ1_yを乗じてなる操作量成分ｕ1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第２ゲイン係数Ｋ2_yを乗じてなる操作量成分ｕ2_yとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_y_sと制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとの偏差（＝Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_yを乗じてなる操作量成ｕ3_yを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_y，ｕ2_y，ｕ3_yを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_comを算出する。
【０２２３】
ここで、式０７ｘの右辺の第１項（＝第１操作量成分ｕ1_x）及び第２項（＝第２操作量成分ｕ2_x）は、Ｘ軸周り方向での基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sを、フィードバック制御則としてのＰＤ則（比例・微分則）により“０”に収束させる（基体傾斜角度計測値θb_x_sを目標値θb_x_objに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。
【０２２４】
また、式０７ｘの右辺の第３項（＝第３操作量成分ｕ3_x）は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差をフィードバック制御則としての比例則により“０”に収束させる（Ｖb_x_sをＶb_x_mdfdに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。
【０２２５】
これらのことは、式０７ｙの右辺の第１〜第３項（第１〜第３操作量成分ｕ1_y，ｕ2_y，ｕ3_y）についても同様である。
【０２２６】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_com，ωwdot_y_comを算出した後、次に、これらのωwdot_x_com，ωwdot_y_comをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comを決定する。
【０２２７】
以上が姿勢制御演算部８０の処理の詳細である。
【０２２８】
補足すると、式０７ｘの右辺の第３項を、Ｖb_x_sに応じた操作量成分（＝K3_x・Ｖb_x_s）と、Ｖb_x_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_x・Ｖb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comを算出するようにしてよい。同様に、式０７ｙの右辺の第３項を、Ｖb_y_sに応じた操作量成分（＝K3_y・Ｖb_y_s）と、Ｖb_y_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_y・Ｖb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comを算出するようにしてよい。
【０２２９】
また、本実施形態では、車両系重心点の挙動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角加速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを用いるようにしたが、例えば、仮想車輪６２_x，６２_yの駆動トルク、あるいは、この駆動トルクを各仮想車輪６２_x，６２_yの半径Ｒw_x，Ｒw_yで除算してなる並進力（すなわち仮想車輪６２_x，６２_yと床面との間の摩擦力）を操作量として用いるようにしてもよい。
【０２３０】
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、次に、姿勢制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_coｍと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_comとを決定する。このモータ指令演算部８２の処理は、前記リミット処理部８６（図１１参照）のＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの処理と同じである。
【０２３１】
具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_com，ωw_y_com，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_coｍ，ω_L_comを決定する。
【０２３２】
以上により前記ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理が完了する。
【０２３３】
以上説明した如く制御ユニット５０が制御演算処理を実行することによって、前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、基体９の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_sの両方が“０”となる姿勢（以下、この姿勢を基本姿勢という）に保たれるように、換言すれば、車両系重心点（車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点）の位置が、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態に保たれるように、操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。より詳しく言えば、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点の移動速度の推定値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdに収束させるように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。なお、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdは、通常は（詳しくは搭乗モードで乗員等が車両１の付加的な推進力を付与しない限り）、“０”である。この場合には、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点がほぼ静止するように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定されることとなる。
【０２３４】
そして、ωdotw_xy_comの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_comを変換してなる電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdに従って、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転速度が制御される。ひいては車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_comに対応する仮想車輪６２_xの移動速度と、ωw_y_comに対応する仮想車輪６２_yの移動速度とに各々一致するように制御される。
【０２３５】
このため、例えば、Ｙ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_xが目標値θb_x_objから前傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が前方に向かって移動する。同様に、実際のθb_xが目標値θb_x_objから後傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が後方に向かって移動する。
【０２３６】
また、例えば、Ｘ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_yが目標値θb_y_objから右傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が右向きに移動する。同様に、実際のθb_yが目標値θb_y_objから左傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が左向きに移動する。
【０２３７】
さらに、実際の基体傾斜角度θb_x，θb_yの両方が、それぞれ目標値θb_x_obj，θb_y_objからずれると、θb_xのずれを解消するための車輪体５の前後方向の移動動作と、θb_yのずれを解消するための車輪体５の左右方向の移動動作とが合成され、車輪体５がＸ軸方向及びＹ軸方向の合成方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に対して傾斜した方向）に移動することとなる。
【０２３８】
このようにして、基体９が前記基本姿勢から傾くと、その傾いた側に向かって、車輪体５が移動することとなる。従って、例えば前記搭乗モードにおいて、乗員が意図的にその上体を傾けると、その傾けた側に、車輪体５が移動することとなる。
【０２３９】
なお、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdが“０”である場合には、基体９の姿勢が基本姿勢に収束すると、車輪体５の移動もほぼ停止する。また、例えば、基体９のＹ軸周り方向の傾斜角度θb_xを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持すると、車輪体５のＸ軸方向の移動速度は、その角度に対応する一定の移動速度（制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdと一定の定常偏差を有する移動速度）に収束する。このことは、基体９のＸ軸周り方向の傾斜角度θb_yを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持した場合も同様である。
【０２４０】
また、例えば、前記要求重心速度生成部７４で生成される要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの両方が“０”となっている状況において、基体９の前記基本姿勢からの傾き量（基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_s）が比較的大きくなり、それを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度（これらの移動速度は、それぞれ、図１２に示した前記重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd、Ｖb_y_prdに相当する）が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるような状況では、該車輪体５の移動速度に対して逆向きとなる速度（詳しくは、Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_prd及びＶw_y_lim2−Ｖb_y_prd）が制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。そして、制御入力を構成する操作量成分のうちの操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yが、この制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ収束させるように決定される。このため、基体９の前記基本姿勢からの傾き量が過大になるのを予防し、ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が高速になり過ぎるのが防止される。
【０２４１】
さらに、前記ゲイン調整部７８では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sの一方又は両方が大きくなり、ひいては、基体９の前記基本姿勢からの傾きを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になる恐れがある状況では、その逸脱が顕著になるほど（詳しくは、図１０に示すＶover_x，Ｖover_yの絶対値が大きくなるほど）、前記ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの一方又は両方が“０”から“１”に近づけられる。
【０２４２】
この場合、前記式０９ｘにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、Ｋr_xが“１”に近づくほど、最小側の定数値Ｋi_a_xから最大側の定数値Ｋi_b_xに近づく。このことは、前記式０９ｙにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても同様である。
【０２４３】
そして、上記ゲイン係数の絶対値が大きくなることによって、基体９の傾きの変化に対する操作量（仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmd）の感度が高まる。従って、基体９の基本姿勢からの傾き量が大きくなろうとすると、それを素早く解消するように、車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、基体９が基本姿勢から大きく傾くことが強めに抑制され、ひいては、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるのを防止することができる。
【０２４４】
また、搭乗モードにおいて、要求重心速度生成部７４が、乗員等の操縦操作による要求に応じて要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aim（Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの一方又は両方が“０”でない要求重心速度）を生成した場合には、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が許容範囲を逸脱するような高速の回転角速度にならない限り（詳しくは図１２に示すＶw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がＶb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致する限り）、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。このため、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを実現するように（実際の重心速度が要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimに近づくように）、車輪体５の移動速度が制御される。
【０２４５】
次に、説明を後回しにした、前記要求重心速度生成部７４の処理の詳細を説明する。
【０２４６】
要求重心速度生成部７４は、本実施形態では、車両１の動作モードが自立モードである場合には、前記したように、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを“０”とする。
【０２４７】
一方、要求重心速度生成部７４は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、本実施形態では、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを“０”に保ちつつ、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを乗員等による車両１の操縦操作（車両１に推進力を付加する操作）に応じて可変的に決定する。
【０２４８】
ここで、例えば、車両１の乗員が、車両１の発進時等において、車両１の移動速度（車両系重心点の移動速度）を前後方向で積極的に増速させようとする場合には、自身の足により床を蹴り、それにより車両１に移動速度を前後方向で増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を車両１に付加する。あるいは、例えば、車両１の乗員の要求に応じて、外部の補助者等が、車両１にその移動速度を前後方向で増速させる推進力を付加する場合もある。
【０２４９】
このような場合に、要求重心速度生成部７４は、前記重心速度算出部７２で算出されるＸ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sの大きさ（絶対値）の時間的変化率に基づいて、車両１の移動速度（詳しくは、車両系重心点の移動速度）をＸ軸方向で増速させる要求としての加速要求の発生の有無を判断しつつ、それに応じて、要求重心速度Ｖb_x_aimを逐次決定する。なお、加速要求の発生時とその直後の期間とを除く通常的な状態では、要求重心速度生成部７４は、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを“０”に保持する。
【０２５０】
具体的には、要求重心速度生成部７４は、図１４のフローチャートに示す処理を所定の制御処理周期で逐次実行することによって、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを決定する。
【０２５１】
以下説明すると、要求重心速度生成部７４は、まず、ＳＴＥＰ２１の処理を実行する。この処理では、要求重心速度生成部７４は、入力される重心速度推定値Ｖb_x_sの絶対値｜Vb_x_s｜の時間的変化率（微分値）DVb_x_sを算出する。以降、DVb_x_sを重心速度絶対値変化率DVb_x_sという。
【０２５２】
次いで、ＳＴＥＰ２２に進んで、前記仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_x_cmdを決定するための制御ユニット５０の現在の演算処理モードが、どのモードであるかを判断する。
【０２５３】
ここで、本実施形態では、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度Ｖb_x_aimの基本値（以下、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1）を決定した上で、この要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1に一次遅れの応答時定数で追従させる（定常的には一致させる）ように要求重心速度Ｖb_x_aimを決定する。この場合、この要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1の決定の仕方が、上記演算処理モードによって規定されるようになっている。
【０２５４】
そして、本実施形態では、該演算処理モードとしては、第１処理モード及び第２処理モードの２種類のモードがある。
【０２５５】
第１処理モードは、車両１の移動速度を減衰させる（前記第３操作量成分ｕ3_xyの機能によってＸ軸方向及びＹ軸方向の重心速度Ｖb_xyを“０”に近づけていく）ように、ωdotw_x_cmd，ωdotw_x_cmdを決定する処理モードである。この第１処理モードでは、要求重心速度生成部７４は、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを“０”に保持しつつ、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを“０”に収束させる（定常的には“０”に保持する）ように、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を逐次決定する。
【０２５６】
また、第２処理モードは、第１処理モードに比して、Ｘ軸方向での車両１の移動速度の減衰が生じ難いように（Ｘ軸方向における第３操作量成分ｕ3_xが“０”もしくはそれに近い値になるように）、ωdotw_x_cmd，ωdotw_x_cmdを決定する処理モードである。この第２処理モードでは、要求重心速度生成部７４は、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを“０”に保持しつつ、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを、車両系重心点の実際のＸ軸方向の移動速度としての重心速度推定値Ｖb_x_sに追従させるように（ほぼ一致させるように）、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を逐次決定する。
【０２５７】
なお、制御ユニット５０の起動時等に該制御ユニット５０が初期化された状態での演算処理モード（初期演算処理モード）は、第１処理モードである。
【０２５８】
要求重心速度生成部７４は、上記ＳＴＥＰ２２において、現在の演算処理モードが第１処理モードである場合と、第２処理モードである場合とで、それぞれ、次に、ＳＴＥＰ２３の演算処理、ＳＴＥＰ２４の演算処理を実行し、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を決定する。
【０２５９】
これらの各モードに対応する演算処理は、次のように実行される。
【０２６０】
ＳＴＥＰ２３における第１処理モード用の演算処理は、図１５のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部７４は、まず、前記ＳＴＥＰ２１で算出した重心速度絶対値変化率DVb_x_sが、あらかじめ設定された正の値の第１閾値DV1_x（＞０）よりも大きいか否かをＳＴＥＰ２３−１で判断する。この判断処理は、車両１の移動速度を車両１の前後方向で増速させようとする加速要求が有るか否かを判断する処理である。
【０２６１】
この場合、DVb_x_s＞DV1_xであるということは、Ｘ軸方向での実際の重心速度Ｖb_xの絶対値｜Ｖb_x｜が第１閾値DV1_xよりも大きな時間的変化率で増加している状況を意味する。従って、ＳＴＥＰ２３−１の判断結果が肯定的になる状況は、乗員あるいは外部の補助者等により前後方向での重心速度Ｖb_xの大きさを増加させようとする操縦操作（車両１に概略前後方向の推進力を付加する操縦操作）が行なわれている状況である。
【０２６２】
ＳＴＥＰ２３−１の判断結果が否定的となる場合、すなわち、車両１の加速要求（前後方向での車両１の加速要求）が無い場合には、要求重心速度生成部７４は、次に、ＳＴＥＰ２３−４において、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1の値を“０”に設定し、図１５の処理を終了する。
【０２６３】
一方、ＳＴＥＰ２３−１の判断結果が肯定的となる場合、すなわち、前後方向での車両１の加速要求が発生した場合には、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２３−２で要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を決定する。この場合、要求重心速度生成部７４は、重心速度算出部７２から入力されたＸ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sに、あらかじめ設定された所定値の第１比率γ1を乗じてなる値を、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1として決定する。上記第１比率γ1は、本実施形態では、“１”よりも若干小さい正の値（例えば０．８）に設定されている。このようなＳＴＥＰ２３−２の処理は、Ｖb_x_aim1の決定の仕方を、次回の制御処理サイクルから開始する第２処理モードに合わせるものである。
【０２６４】
なお、上記第１比率γ1の値が“１”よりも若干小さいことは必須ではなく、例えば、該第１比率γ1の値を“１”あるいはそれよりも若干大きい値に設定してもよい。本実施態では、車両１の移動速度の増速中に、乗員が体感的（感覚的）に認識する車両１の移動速度（詳しくは、車両系重心点の移動速度）が、実際の移動速度に比べて高速であるかのように認識されるのを防止するために、第１比率γ1の値を“１”よりも若干小さい値に設定している。
【０２６５】
次いで、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２３−３で演算処理モードを第１処理モードから第２処理モードに変更し、図１５の処理を終了する。
【０２６６】
以上が、ＳＴＥＰ２３における第１処理モード用の演算処理である。
【０２６７】
なお、ＳＴＥＰ２３−１の判断結果が否定的となる場合には、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、第１処理モードに維持されることとなる。
【０２６８】
次に、ＳＴＥＰ２４における第２処理モード用の演算処理は、図１６のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部７４は、まず、前記ＳＴＥＰ２１で算出した重心速度絶対値変化率DVb_x_sが、あらかじめ設定された負の値の第３閾値DV3（＜０）よりも小さいか否かをＳＴＥＰ２４−１において判断する。この判断処理は、車両１の乗員が重心速度Ｖb_xの大きさを積極的に減少させようとする減速要求が発生したか否かを判断するものである。この場合、車両１の乗員が意図的に自身の足を接地させ、自身の足と床との間に車両１の制動方向の摩擦力を発生させたような場合にＳＴＥＰ２４−１の判断結果が肯定的になる。
【０２６９】
そして、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２４−１の判断結果が肯定的である場合（減速要求が発生した場合）には、ＳＴＥＰ２４−９において、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1の値を“０”に設定する。さらに、要求重心速度生成部７４は、演算処理モードを第２処理モードから第１処理モードに変更した後、図１６の処理を終了する。
【０２７０】
また、ＳＴＥＰ２４−１の判断結果が否定的である場合（減速要求が発生していない場合）には、要求重心速度生成部７４は、次に、ＳＴＥＰ２４−２の判断処理を実行する。
【０２７１】
この判断処理では、要求重心速度生成部７４は、前記重心速度絶対値変化率DVb_x_s（ＳＴＥＰ２１で算出した値）が、あらかじめ設定された第２閾値DV2よりも小さいか否かを判断する。この第２閾値DV2は、本実施形態では、前記第３閾値DV3よりも大きい（DV3よりも“０”に近い）負の所定値に設定されている。なお、第２閾値DV2は、“０”もしくは“０”よりも若干大きい正の値（但し、前記第１閾値DV1よりも小さい値）に設定されていてもよい。
【０２７２】
このＳＴＥＰ２４−２の判断処理は、加速要求が解消したか否か（車両１の移動速度の増速のために車両１に推進力が付加される状態が終了したか否か）を判断するものである。
【０２７３】
そして、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２４−２の判断結果が否定的である場合には、加速要求が継続しているものとして、ＳＴＥＰ２４−３において要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を決定し、図１６の処理を終了する。この場合、ＳＴＥＰ２４−３では、前記ＳＴＥＰ２３−２と同じ処理によりＶb_x_aim1が決定される。すなわち、要求重心速度生成部７４は、重心速度算出部７２から入力されたＸ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sに、前記第１比率γ1を乗じてなる値をＶb_x_aim1として決定する。なお、この場合、演算処理モードは、次回の制御処理周期でも第２処理モードに維持される。
【０２７４】
また、ＳＴＥＰ２４−２の判断結果が肯定的である場合、すなわち、加速要求が解消したものと判断される場合には、要求重心速度生成部７４は、さらに、ＳＴＥＰ２４−４の判断処理を実行する。
【０２７５】
この判断処理では、前記重心速度絶対値変化率DVb_x_sの前回値DVb_x_s_pが、前記第２閾値DV2以上であるか否か、すなわち、前回の制御処理周期においてＳＴＥＰ２４−２の判断結果が否定的であったか否かが判断される。
【０２７６】
このＳＴＥＰ２４−４の判断結果が肯定的となるということは、現在の制御処理周期が、加速要求が継続している状態から解消状態に切替わった直後のタイミングであることを意味する。そして、この場合には、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２４−５において、カウントダウンタイマを初期化する。
【０２７７】
このカウントダウンタイマは、加速要求の解消後の経過時間（詳しくは、加速要求及び減速要求が発生しない状態での経過時間）を計時するタイマである。そして、ＳＴＥＰ２４−５では、該タイマの計時値CNTに、あらかじめ設定された初期値Ｔmがセットされる。初期値Ｔmは、加速要求の解消後、加速要求及び減速要求が発生しない状態で第２処理モードを継続させようとする時間の設定値を意味する。
【０２７８】
次いで、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２４−６において要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を決定し、図１６の処理を終了する。なお、この場合、演算処理モードは、次回の制御処理周期でも第２処理モードに維持される。
【０２７９】
本実施形態では、上記ＳＴＥＰ２４−６では、要求重心速度生成部７４は、重心速度算出部７２から入力されたＸ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sに、あらかじめ設定された所定値の第２比率γ2を乗じてなる値を、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1として決定する。上記第２比率γ2は、本実施形態では、例えば、前記第１比率γ1よりも“１”に近い正の値（例えば０．９）に設定されている。
【０２８０】
なお、上記第２比率γ2の値が第１比率γ1よりも“１”に近い値であることは必須ではなく、例えば、該第２比率γ2の値を第１比率γ1と同じ値に設定してもよい。あるいは、第２比率γ2を“１”、あるいは“１”よりも若干大きい値、あるいは、第１比率γ1よりも若干小さい値に設定してもよい。第２比率γ2は、基本的には、“１”近傍の値で、第１比率γ1と一致もしくはほぼ一致することが好ましい。
【０２８１】
ＳＴＥＰ２４−４の判断結果が否定的である場合（詳しくは、加速要求の解消後で、加速要求及び減速要求が無い状態が継続している場合）には、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２４−７において、前記カウントダウンタイマの計時値CNTをデクリメントする。すなわち、計時値CNTの現在値から所定値ΔＴ（制御処理周期の時間）を差し引くことによって、計時値CNTを更新する。
【０２８２】
次いで、要求重心速度生成部７４は、カウントダウンタイマの計時値CNTが“０”よりも大きいか否か、すなわち、カウントダウンタイマの計時が終了したか否かをＳＴＥＰ２４−８にて判断する。
【０２８３】
このＳＴＥＰ２４−８の判断結果が肯定的である場合は、加速要求が解消してから、カウントダウンタイマの前記初期値Ｔmにより表される時間が未だ経過していない場合である。この場合には、要求重心速度生成部７４は、前記ＳＴＥＰ２４−６の処理を実行することで、Ｖb_x_s・γ2を要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1として決定し、図１６の処理を終了する。なお、この場合、演算処理モードは、次回の制御処理周期でも第２処理モードに維持される。
【０２８４】
前記ＳＴＥＰ２４−８の判断結果が否定的となった場合、すなわち、加速要求が解消してから、カウントダウンタイマの前記初期値Ｔmにより表される所定時間が経過した場合には、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２５−９において、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1の値を“０”に設定する。
【０２８５】
さらに、要求重心速度生成部７４は、ＳＴＥＰ２４−１０にて、演算処理モードを第２処理モードから第１処理モードに戻し、図１６の処理を終了する。
【０２８６】
以上が、ＳＴＥＰ２４における第２処理モード用の演算処理である。
【０２８７】
図１４の説明に戻って、要求重心速度生成部７４は、以上の如くＳＴＥＰ２３、２４のいずれかの演算処理を実行した後、次に、その演算処理により決定した要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1をフィルタに通す処理をＳＴＥＰ２５にて実行する。
【０２８８】
該フィルタは、例えば一次遅れのフィルタ（ローパスフィルタ）である。従って、ＳＴＥＰ２５で得られるフィルタの出力値は、ある時定数で要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1に追従していくものとなる。このため、演算処理モードの切替わりの直後等でＶb_x_aim1が急激もしくは不連続に変化しても、該フィルタの出力値が滑らかに変化しつつ、Ｖb_x_aim1に追従する（定常的には、Ｖb_x_aim1に一致する）こととなる。
【０２８９】
次いで、ＳＴＥＰ２６に進んで、要求重心速度生成部７４は、上記フィルタの出力値をリミッタに通すことによって、最終的にＸ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを決定する。この場合、該リミッタは、要求重心速度Ｖb_x_aimの絶対値が過大になるのを防止するためのものであり、フィルタの出力値があらかじめ設定された所定の上限値（＞０）と下限値（＜０）との間の範囲に収まる場合には、フィルタの出力値をそのまま要求重心速度Ｖb_x_aimとして出力する。また、該リミッタは、フィルタの出力値の絶対値が上記上限値と下限値との間の範囲から逸脱している場合には、該上限値と下限値とのうちのフィルタの出力値に近い方の限界値を要求重心速度Ｖb_x_aimとして出力する。
【０２９０】
なお、上記上限値と下限値とは、それらの絶対値が同一でなくてもよく、それらの絶対値が互いに異なっていてもよい。
【０２９１】
以上がＸ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimの生成処理の詳細である。
【０２９２】
補足すると、ＳＴＥＰ２５で用いるフィルタの時定数を、演算処理モード等に応じて変化させてもよい。例えば、第１処理モードでは、フィルタの時定数を相対的に長めの時間値に設定し、第２処理モードではフィルタの時定数を相対的に短めの時間値に設定してもよい。このようにすることで、第１処理モードでは、特に、第２処理モードからの移行直後に、要求重心速度Ｖb_x_aimが急減に減衰するのが防止される。また、第２処理モードでは、特に、車両１のＸ軸方向での実際の重心速度Ｖb_xの増速中に、要求重心速度Ｖb_x_aimを素早く実際の該重心速度Ｖb_xの変化に追従させることができる。また、例えば、第１処理モードでは、減速要求が発生している状況では、減速要求が発生していない状況よりも、上記フィルタの時定数を短めに設定し、要求重心速度Ｖb_x_aimをより素早く“０”に減衰させるようにしてもよい。
【０２９３】
また、例えば、演算処理モードが第２処理モードから第１処理モードに切替わった直後においては、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1自体を、所定の変化速度（所定の時間的変化率）で“０”まで徐々に変化させていくようにしてもよい。
【０２９４】
以上説明した要求重心速度生成部７４の処理によって、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimは、以下のような態様で決定されることとなる。
【０２９５】
例えば、車両１の移動速度を乗員の前後方向（Ｘ軸方向）で増速するために、乗員が自身の足平で床を蹴ることによって、あるいは、補助者等が車両１を押すことによって、車両１に対して、概略前後方向の推進力（詳しくは、前記ＳＴＥＰ２３−１の判断結果が肯定的となるような推進力）を付加した場合を想定する。
【０２９６】
なお、推進力を付加する前の演算処理モードは、前記第１処理モードであるとする。また、ここでは、理解の便宜上、図１４のＳＴＥＰ２５で得られるフィルタの出力値は、ＳＴＥＰ２６でのリミッタによる強制的な制限がかからない程度の範囲内に収まるものとする。すなわち、ＳＴＥＰ２６で逐次決定される要求重心速度Ｖb_x_aimは、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1をフィルタに通した値に一致するものとする。同様に、実際の重心速度Ｖb_x，Ｖb_yが、前記リミット処理部１０４での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれない程度の範囲内に収まるものとする。すなわち、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは、それぞれ要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimに一致するものとする。このような状況は、車両１の標準的（通常的）な動作状況である。
【０２９７】
この場合、車両１に推進力を付加することによって、前記ＳＴＥＰ２３−１の判断結果が肯定的となると、図１５のＳＴＥＰ２３−３の処理によって、演算処理モードが第１処理モードから第２処理モードに変更されることとなる。
【０２９８】
この第２処理モードでは、減速要求が発生しない状況（ＳＴＥＰ２４−１の判断結果が否定的となる状況）で、加速要求が解消するまでの期間（ＳＴＥＰ２４−２の判断結果が肯定的になるまでの期間）において、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sの今回値（現在値）に、所定値の第１比率γ1を乗じてなる値、すなわち、Ｖb_x_sよりも若干小さい大きさの速度値が、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1として逐次決定される。
【０２９９】
このため、要求重心速度生成部７４が逐次決定する要求重心速度Ｖb_x_aimは、車両１に付加された推進力によって増速する実際の重心速度Ｖb_xにほぼ一致する速度値（＝γ1・Ｖb_x_s）に追従するように、決定されることとなる。
【０３００】
そして、このように決定される要求重心速度Ｖb_x_aimがＸ軸方向の前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。従って、Ｖb_x_mdfdは、γ1・Ｖb_x_sに一致又はほぼ一致する値となる。また、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimは“０”に保持されるので、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは“０”となる。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる第３操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを各々収束させるように決定される。
【０３０１】
この結果、乗員が車両１に付加した推進力による車両系重心点の実際の移動速度の増速（概略前後方向での増速）が該推進力による要求に即して速やかに行なわれるように、車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、車両１が付加された推進力によって乗員の前後方向で円滑に加速することとなる。
【０３０２】
さらに詳細には、上記の如くＶb_x_mdfdは、γ1・Ｖb_x_sに一致又はほぼ一致する値となるので、Ｘ軸方向に係わる第３操作量成分ｕ3_xは、ｕ3_x＝Ｋ3_x・（Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）≒Ｋ3_x・（１−γ1）・Ｖb_x_sとなる。そして、Ｋ3_x・（１−γ1）が、Ｖb_x_sの変化に対するωdotw_x_cmdの変化の感度（以下、対速度感度ということがある）に相当するものとなる。この場合、１−γ1は、“０”に近い値（本実施形態では、例えば０．２）であるので、上記対速度感度も“０”に近いものとなる。従って、ωdotw_x_cmdは、Ｖb_x_sに対する依存性が低いものとなり、Ｖb_x_sが変化してもωdotw_x_cmdの変化は微小なものとなる。ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによって車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力は、Ｖb_x_sの値に応じた規制を受け難いものとなる。その結果、上記の如く、車両１が付加された推進力によって乗員の前後方向で円滑に加速することとなる。
【０３０３】
次に、第２処理モードにおいて、車両１への推進力の付加が終了し、加速要求が継続的に解消すると（図１６のＳＴＥＰ２４−２、２４−４の判断結果がそれぞれ、肯定的、否定的になると）、前記カウントダウンタイマの計時が終了するまでの所定時間Ｔmの期間において、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sの今回値（現在値）に、所定値の第２比率γ2を乗じてなる値、すなわち、Ｖb_x_sよりも若干小さい大きさの速度値が、要求重心速度基本値Ｖb_x__aim1として逐次決定される。
【０３０４】
このため、要求重心速度生成部７４が逐次決定する要求重心速度Ｖb_x_aimは、第２処理モードの開始後、加速要求が解消するまでの期間と同様に、実際の重心速度Ｖb_xにほぼ一致する速度値（＝γ2・Ｖb_x_s）に追従するように、決定されることとなる。
【０３０５】
そして、このように決定される要求重心速度Ｖb_x_aimがＸ軸方向の前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。従って、Ｖb_x_mdfdは、γ2・Ｖb_x_sに一致又はほぼ一致する値となる。また、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimは“０”に保持されるので、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは“０”となる。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる第３操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを各々収束させるように決定される。
【０３０６】
この場合、Ｘ軸方向に係わる第３操作量成分ｕ3_xは、ｕ3_x＝Ｋ3_x・（Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）≒Ｋ3_x・（１−γ2）・Ｖb_x_sとなる。従って、Ｋ3_x・（１−γ2）が、前記対速度感度に相当するものとなる。そして、１−γ2は、“０”に近い値（本実施形態では、例えば０．１）であるので、上記対速度感度も“０”に近いものとなる。このため、第２処理モードの開始後、加速要求が解消するまでの期間と同様に、ωdotw_x_cmdは、Ｖb_x_sに対する依存性が低いものとなる。
【０３０７】
この結果、加速要求が解消しても、その解消後、所定時間Ｔmが経過するまでの期間は、減速要求が発生しない限り、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによって車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力は、Ｖb_x_sの値の影響を受け難いものとなる。この場合、乗員が車両系重心点を、前記基本姿勢での位置よりも、車両１の後方側にずらすよように、基体９及びシート３を傾動させない限り、車輪体５には、制動方向の駆動力がほとんど作用しないこととなる。このため、車両１の加速後、所定時間Ｔmの期間は、乗員がその上体を積極的に動かすような操縦操作をせずとも、車両１が滑走するような状態が維持されることとなる。
【０３０８】
次に、第２処理モードにおいて、減速要求が発生するか、又は、加速要求の解消後、所定時間Ｔmが経過した場合には、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”に減衰していき、最終的に“０”に保たれるように決定される。そして、このように決定されれるＶb_x_aimが、Ｘ軸方向の前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。また、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimは“０”に保持されるので、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは“０”となる。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる第３操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを各々収束させるように決定される。
【０３０９】
この場合、Ｘ軸方向に係わる第３操作量成分ｕ3_xが制動方向で増加していくこととなる。このため、車両１のＸ軸方向の移動速度が減衰していくこととなる。
【０３１０】
補足すると、第１処理モードでは、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、基本的には、“０”となるか、もしくは、単調に“０”に近づけられていく。そして、この状態では、上記対速度感度は、前記第３ゲイン係数Ｋ3_x（＞Ｋ3_x・（１−γ1））に一致するか、又は、Ｋ3_x・（１−γ2）からＫ3_xに近づいていく。従って、第２処理モードでは、前記対速度感度は、第１処理モードよりも相対的に低いものとなる。また、第１処理モードでは、Ｖb_x_sを“０”に近づけるように車輪体５に付与される駆動力が、第２処理モードよりも強めに作用することとなる。
【０３１１】
また、第１処理モードと第２処理モードとのいずれにおいても、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、基本的には、“０”となる。従って、本実施形態では、Ｙ軸方向での車両系重心点の移動速度Ｖb_yは、変動し難いものとなる。
【０３１２】
なお、例えばγ1，γ2を“１”に設定することによって、第２処理モードでの第３操作量成分ｕ3_xを“０”にすることもできる。このようにした場合には、第２処理モードにおいて、Ｘ軸方向の重心速度Ｖb_x_sの影響を全く受けないようにして、ωdotw_x_cmdを決定することができることとなる。
【０３１３】
ここで、本実施形態の車両１と本発明との対応関係を補足しておく。
【０３１４】
本実施形態では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向がそれぞれ本発明における第１の方向、第２の方向に相当する。
【０３１５】
また、傾斜センサ５２と、図７のＳＴＥＰ２の処理とによって、本発明における傾斜角度計測手段が実現される。そして、基体９の傾斜角度θb_x，θb_yが本発明における搭載部の傾斜角度に相当する。
【０３１６】
また、前記車両系重心点（詳しくは車両・乗員全体重心点）が、本発明における車両の所定の代表点に相当し、前記重心速度算出部７２によって、本発明における代表点速度計測手段が実現される。そして、重心速度Ｖb_x，Ｖb_yが本発明における代表点の移動速度に相当する。
【０３１７】
また、制御ユニット５０が実行する図７のＳＴＥＰ９，１０の処理によって、本発明における移動動作部制御手段が実現される。
【０３１８】
また、前記仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmdがそれぞれの本発明における制御用操作量に相当する。この場合、詳しくは、ωdotw_x_cmdが第１制御用操作量に相当し、ωdotw_y_cmdが第２制御用操作量に相当する。
【０３１９】
また、本実施形態では、第１処理モードでの前記第１ゲイン係数Ｋ1_x、第３ゲイン係数Ｋ3_x、第１操作量成分ｕ1_x（式０７ｘの右辺第１項）、第３操作量成分ｕ3_x（式０７ｘの右辺第３項）がそれぞれ、本発明における第１ａゲイン係数、第１ｂゲイン係数、第１ａ操作量成分、第１ｂ操作量成分に相当し、式０７ｘの演算処理が第１合成処理に相当する。また、第２処理モードでの第３ゲイン係数Ｋ3_x、第３操作量成分ｕ3_x（式０７ｘの右辺第３項）がそれぞれ、本発明における第１ｄゲイン係数、第１ｄ操作量に相当する。なお、本実施形態では、第１ｂゲイン係数と第１ｄゲイン係数とは同一の値となるが、第３ゲイン係数Ｋ3_xの値を第１処理モードと第２処理モードとで異ならせるようにしてもよい。
【０３２０】
また、本実施形態では、前記ＳＴＥＰ２３−１の判断処理によって、本発明における加速要求判断手段が実現される。そして、このＳＴＥＰ２３−１の判断結果が肯定的となる場合が、本発明における所定の第１条件が成立する場合に相当する。さらに、ＳＴＥＰ２４−１の判断結果が肯定的となる場合、あるいは、ＳＴＥＰ２４−２とＳＴＥＰ２４−４との判断結果がそれぞれ、肯定的、否定的となる場合が、本発明における所定の第２条件が成立する場合に相当する。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図１７〜図２０を参照して説明する。なお、本実施形態は、制御ユニット５０の一部の処理のみが第１実施形態と相違するものとである。従って、本実施形態の説明では、第１実施形態と同一の構成部分又は同一の機能部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用い、詳細な説明を省略する。
【０３２１】
本実施形態では、制御ユニット５０は、前記した図７のＳＴＥＰ９の車両制御演算処理を実行するための機能として、図１７のブロック図で示す機能を備えている。
【０３２２】
この場合、本実施形態では、制御ユニット５０は、第１実施形態と同様に、偏差演算部７０、重心速度算出部７２、ゲイン調整部７８、重心速度制限部７６、姿勢制御演算部８０、モータ指令演算部８２、遅延要素８４を備える。
【０３２３】
一方、本実施形態では、制御ユニット５０は、第１実施形態における前記要求重心速度生成部７４の代わりに、前記第３操作量成分ｕ3_xに係わる第３ゲイン係数Ｋ3_xの値を調整するためのゲイン調整用パラメータＫr_3を決定する速度ゲイン調整部１０６が備えられている。そして、この速度ゲイン調整部１０６に、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されるようになっている。また、姿勢制御演算部８０には、前記第１実施形態で説明した前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_s、基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s、ゲイン調整パラメータＫr_xy、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdの他に、速度ゲイン調整部１０６が決定するゲイン調整用パラメータＫr_3が入力されるようになっている。
【０３２４】
なお、本実施形態では、搭乗モードと自立モードとのいずれの動作モードにおいても、重心速度制限部７６の処理（図１２に示した処理）で使用する要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの値は常に“０”とされる。このため、図１７では、重心速度制限部７６にＶb_x_aim，Ｖb_y_aimを入力することを省略している
そして、本実施形態における制御ユニット５０の処理は、速度ゲイン調整部１０６の処理と、姿勢制御演算部８０の一部の処理とが、第１実施形態と相違し、それ以外は、第１実施形態と同じである。
【０３２５】
本実施形態は、車両１に概略前後方向の推進力が付加された場合に、第１実施形態の如くＸ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aim、ひいては、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdを可変的に調整する代わりに、第１ゲイン係数Ｋ3_xの値を調整するようにしたものである。
【０３２６】
そして、この第１ゲイン係数Ｋ3_xの値の調整のためのゲイン調整パラメータＫr3_xが、前記速度ゲイン調整部１０６により逐次決定される。この場合、速度ゲイン調整部１０６は、図１８のフローチャートに示す処理によって、ゲイン調整パラメータＫr3_xを決定する。
【０３２７】
以下説明すると、速度ゲイン調整部１０６は、まず、前記ＳＴＥＰ２１と同じ処理をＳＴＥＰ３１で実行し、重心速度絶対値変化率DVb_x_sを算出する。
【０３２８】
次いで、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３２の判断処理を実行する。この判断処理は、前記ＳＴＥＰ２２と同じ判断処理であり、現在の演算処理モード（仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_x_cmdの決定の仕方のモード）が第１処理モードであるか、第２処理モードであるかが判断される。この場合、第１実施形態と同様に、第１処理モードは、車両１の移動速度を減衰させる（前記第３操作量成分ｕ3_xyの機能によってＸ軸方向及びＹ軸方向の重心速度Ｖb_xyを“０”に近づけていく）ように、ωdotw_x_cmd，ωdotw_x_cmdを決定する処理モードである。また、第２処理モードは、第１処理モードに比して、Ｘ軸方向での車両１の移動速度の減衰が生じ難いように（Ｘ軸方向における第３操作量成分ｕ3_xが“０”もしくはそれに近い値になるように）、ωdotw_x_cmd，ωdotw_x_cmdを決定する処理モードである。
【０３２９】
そして、速度ゲイン調整部１０６は、上記ＳＴＥＰ３２において、現在の演算処理モードが第１処理モードである場合と、第２処理モードである場合とで、それぞれ、次に、ＳＴＥＰ３３の演算処理、ＳＴＥＰ３４の演算処理を実行し、ゲイン調整パラメータＫr3_xの基本値Ｋr3_x_1（以下、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1という）を決定する。
【０３３０】
ＳＴＥＰ３３における第１処理モード用の演算処理は、図１９のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、速度ゲイン調整部１０６は、まず、前記ＳＴＥＰ２３−１と同じ判断処理をＳＴＥＰ３３−１で実行することによって、車両１の加速要求が発生したか否かを判断する。
【０３３１】
そして、ＳＴＥＰ３３−１の判断結果が否定的である場合（加速要求が発生していない場合）には、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３３−４において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“１”に決定し、図１９の処理を終了する。なお、この場合、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、第１処理モードに維持されることとなる。
【０３３２】
また、ＳＴＥＰ３３−１の判断結果が肯定的である場合（加速要求が発生した場合）には、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３３−２において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“０”に決定する。さらに、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３３−３において、演算処理モードを第１処理モードから第２処理モードに変更し、図１９の処理を終了する。
【０３３３】
以上が、ＳＴＥＰ３３における第１処理モード用の演算処理である。
【０３３４】
次に、ＳＴＥＰ３４における第２処理モード用の演算処理は、図２０のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、速度ゲイン調整部１０６は、まず、前記ＳＴＥＰ２４−１と同じ判断処理をＳＴＥＰ３４−１で実行することによって、車両１の減速要求が発生したか否かを判断する。
【０３３５】
そして、この判断結果が肯定的である場合（減速要求が発生した場合）には、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３４−９において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“１”に決定する。さらに、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３４−１０において、演算処理モードを第２処理モードから第１処理モードに戻し、図２０の処理を終了する。
【０３３６】
また、ＳＴＥＰ３４−１の判断結果が否定的である場合（減速要求が発生していない場合）には、前記ＳＴＥＰ２４−２と同じ判断処理をＳＴＥＰ３４−２で実行することによって、加速要求が解消したか否かを判断する。そして、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３４−２の判断結果が肯定的である場合（加速要求が継続しているものと見なされる場合）には、ＳＴＥＰ３４−３において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“０”に決定し、図２０の処理を終了する。なお、この場合、演算処理モードは、次回の制御処理周期でも第２処理モードに維持される。
【０３３７】
一方、ＳＴＥＰ３４−２の判断結果が肯定的である場合には、速度ゲイン調整部１０６は、前記ＳＴＥＰ２４−４と同じ判断処理をＳＴＥＰ３４−４で実行することによって、現在の制御処理周期が、加速要求が継続している状態から解消状態に切替わった直後のタイミングであるか否かを判断する。
【０３３８】
そして、速度ゲイン調整部１０６は、前記ＳＴＥＰ２４−５と同じ処理をＳＴＥＰ３４−５で実行することによって、加速要求の解消後の経過時間を計時するためのカウントダウンタイマの計時値CNTを初期化する（計時値CNTとして所定時間Ｔmを設定する）。
【０３３９】
次いで、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３４−６において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“０”に決定し、図２０の処理を終了する。なお、この場合、演算処理モードは、次回の制御処理周期でも第２処理モードに維持される。
【０３４０】
ＳＴＥＰ３４−４の判断結果が否定的である場合（加速要求の解消後で、加速要求及び減速要求が無い状態が継続している場合）には、速度ゲイン調整部１０６は、前記ＳＴＥＰ２４−７と同じ処理をＳＴＥＰ３４−７で実行することによって、カウントダウンタイマの計時値CNTをデクリメントする。
【０３４１】
次いで、速度ゲイン調整部１０６は、前記ＳＴＥＰ２４−８と同じ判断処理をＳＴＥＰ３４−８で実行することによって、カウントダウンタイマの計時が終了したか否かを判断する。
【０３４２】
このＳＴＥＰ３４−８の判断結果が肯定的である場合（加速要求が解消してから、所定時間Ｔmが未だ経過していない場合）には、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３４−６において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“０”に決定し、図２０の処理を終了する。なお、この場合、演算処理モードは、次回の制御処理周期でも第２処理モードに維持される。
【０３４３】
また、ＳＴＥＰ３４−８の判断結果が否定的となった場合（加速要求が解消してから、所定時間Ｔmが経過した場合）には、速度ゲイン調整部１０６は、前記したＳＴＥＰ３４−９、３４−１０の処理を実行し、図２０の処理を終了する。すなわち、速度ゲイン調整部１０６は、要求重心速度生成部７４は、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“１”に決定すると共に、演算処理モードを第２処理モードから第１処理モードに戻す。
【０３４４】
以上が、ＳＴＥＰ３４における第２処理モード用の演算処理である。
【０３４５】
図１８の説明に戻って、速度ゲイン調整部１０６は、以上の如くＳＴＥＰ３３、３４のいずれかの演算処理を実行した後、次に、その演算処理により決定したゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1をフィルタに通す処理をＳＴＥＰ３５で実行することによって、最終的にゲイン調整パラメータＫr3_xを決定する。
【０３４６】
該フィルタは、例えば一次遅れのフィルタ（ローパスフィルタ）である。従って、ゲイン調整パラメータＫr3_xは、ある時定数でゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1に追従していくものとなる。このため、ゲイン調整パラメータＫr3_xは、滑らかに変化しつつ、Ｋr3_x_1に追従する（定常的には、Ｋr3_x_1に一致する）こととなる。
【０３４７】
以上が速度ゲイン調整部１０６の処理の詳細である。
【０３４８】
補足すると、前記第１実施形態におけるＳＴＥＰ２５で用いるフィルタに関する時定数と同様に、ＳＴＥＰ３５で用いるフィルタの時定数を、演算処理モード等に応じて変化させてもよい。例えば、第１処理モードでは、フィルタの時定数を相対的に長めの時間値に設定し、第２処理モードではフィルタの時定数を相対的に短めの時間値に設定してもよい。また、例えば、第１処理モードでは、減速要求が発生している状況では、減速要求が発生していない状況よりも、上記フィルタの時定数を短めに設定し、ゲイン調整パラメータＫr3_xが、より素早く“１”に復帰するようにしてもよい。
【０３４９】
また、例えば、演算処理モードが第２処理モードから第１処理モードに切替わった直後においては、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1自体を、所定の変化速度（所定の時間的変化率）で“０”から“１”まで徐々に変化させていくようにしてもよい。
【０３５０】
本実施形態では、以上の如く決定されるゲイン調整パラメータＫr3_xが入力される姿勢制御演算部８０は、以下に説明するようにように操作量（制御入力）としての前記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。そして、姿勢制御演算部８０は、第１実施形態と同様に、ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを積分することにより、仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comを決定して出力する。
【０３５１】
この場合、本実施形態では、Ｙ軸方向に係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdの決定の仕方は、前記第１実施形態と同じである。すなわち、姿勢制御演算部８０は、ゲイン調整部７８から入力されるゲイン調整パラメータＫr_yを用いて前記式０９ｙにより第１〜第３ゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）を決定する。そして、姿勢制御演算部８０は、この決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）を用いて、前記式０７ｙの演算によりωwdot_y_cmdを決定する。
【０３５２】
一方、本実施形態では、Ｘ軸方向に係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdの決定の仕方は、前記第１実施形態と相違する。具体的には、姿勢制御演算部８０は、まず、第１実施形態と同様に、ゲイン調整部７８から入力されるゲイン調整パラメータＫr_xを用いて前記式０９ｘにより第１〜第３ゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）を決定する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの第１〜第３ゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、前記速度ゲイン調整部部１０６から入力されるゲイン調整パラメータＫr3_xとを用いて、次式０７ｘ２の演算により、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを決定する。
【０３５３】
ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋（K3_x・Kr3）・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd)    
……式０７ｘ２
すなわち、姿勢制御演算部８０は、前記式０７ｘの右辺の第３項（第３操作量成分ｕ3_x）におけるゲイン係数Ｋ3_xの代わりに、このゲイン係数Ｋ3_xにゲイン調整パラメータＫr3_xを乗じてなるゲイン係数（＝K3_x・Kr3_x）を用いた式によって、ωwdot_x_cmdを決定する。この場合、Ｋr3＝０である場合には、式０７ｘ２の第３項は、“０”となる。
【０３５４】
本実施形態は、以上説明した事項以外は、前記第１実施形態と同一である。
【０３５５】
かかる本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０３５６】
より具体的には、演算処理モードが前記第１処理モードに継続的に維持されている状況で、第１実施形態の場合と同様に、車両１に対して、概略前後方向の推進力を付加した場合を想定する。
【０３５７】
なお、ここでは、理解の便宜上、実際の重心速度Ｖb_x，Ｖb_yが、前記リミット処理部１０４での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれない程度の範囲内に収まるものとする。すなわち、車両１の動作状況は、標準的（通常的）な動作状況であり、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdが、それぞれ要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aim（本実施形態では、Ｖb_x_aim＝Ｖb_y_aim＝０）に一致するものとする。。
【０３５８】
この場合、車両１に推進力を付加することによって、前記ＳＴＥＰ３３−１の判断結果が肯定的となると（加速要求が発生すると）、図１９のＳＴＥＰ３３−３の処理によって、演算処理モードが第１処理モードから第２処理モードに変更される。
【０３５９】
そして、この第２処理モードでは、減速要求が発生しない状況（ＳＴＥＰ３４−１の判断結果が否定的となる状況）において、加速要求が解消した後、所定時間Ｔmが経過するまでの期間において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値が“０”に決定される。
【０３６０】
このため、ゲイン調整パラメータＫr3_xは、“０”に保持されるか、又は、“１”よりも“０”に近い値に決定されることとなる。
【０３６１】
ここで、前記式０７ｘ２から明らかなように、本実施形態では、Ｘ軸方向に関しては、Ｋ3_x・Ｋr3_xが、Ｖb_x_sの変化に対するωdotw_x_cmdの変化の感度（対速度感度）に相当するものとなる。そして、上記の如く、第２処理モードでＫr3_xが“０”に保持されるか、又は、“１”よりも“０”に近い値に決定される状況では、Ｋ3_x・Ｋr3_x、ひいては、対速度感度は“０”もしくはこれに近い値になる。従って、ωdotw_x_cmdは、Ｖb_x_sに対する依存性が低いものとなり、Ｖb_x_sが変化してもωdotw_x_cmdが変化しないか、もしくは、その変化が微小なものとなる。ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによって車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力は、Ｖb_x_sの値に応じた規制を受け難いものとなる。その結果、車両１が付加された推進力によって乗員の前後方向で円滑に加速することとなる。
【０３６２】
次に、第２処理モードにおいて、車両１への推進力の付加が終了し、加速要求が継続的に解消すると（図２０のＳＴＥＰ３４−２、３４−４の判断結果がそれぞれ、肯定的、否定的になると）、所定時間Ｔmが経過するまでの期間において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値が引き続き、“０”に保持される。このため、ゲイン調整パラメータＫr3_xも“０”に保持されることとなる。
【０３６３】
そして、このような状況では、前記対速度感度も“０”となり、ωdotw_x_cmdは、Ｖb_x_sの影響を受けないものとなる。従って、加速要求が解消しても、その解消後、所定時間Ｔmが経過するまでの期間は、減速要求が発生しない限り、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによって車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力は、Ｖb_x_sの値の影響を受けないものとなる。
【０３６４】
この結果、第１実施形態と同様に、車両１の加速後、所定時間Ｔmの期間は、乗員がその上体を積極的に動かすような操縦操作をせずとも、車両１が滑走するような状態が維持されることとなる。
【０３６５】
次に、第２処理モードにおいて、減速要求が発生するか、又は、加速要求の解消後、所定時間Ｔmが経過した場合には、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値が“０”から“１”に変更される。このため、ゲイン調整パラメータＫr3_xは、“０”から“１”に近づいていき、最終的に、“１”に保たれる。
【０３６６】
この場合、前記式０７ｘ２の第３項（第３操作量成分ｕ3_x）が制動方向で増加していくこととなる。このため、車両１のＸ軸方向の移動速度が減衰していくこととなる。
【０３６７】
補足すると、本実施形態における第１処理モードでは、前記対速度感度は、前記第３ゲイン係数Ｋ3_x（＞Ｋ3_x・Ｋr3_x）に一致するか、又は、Ｋ3_x・Ｋr3_xからＫ3_xに近づいていく。従って、本実施形態においても、第２処理モードでは、前記対速度感度は、第１処理モードよりも相対的に低いものとなる。また、第１処理モードでは、Ｖb_x_sを“０”に近づけるように車輪体５に付与される駆動力が、第２処理モードよりも強めに作用することとなる。
【０３６８】
また、Ｙ軸方向に関しては、第１処理モードと第２処理モードとで、第３ゲイン係数Ｋ3_yは同じである。従って、第１処理モードと第２処理モードとのいずれにおいても、第１実施形態と同様に、Ｙ軸方向での車両系重心点の移動速度Ｖb_yは、変動し難いものとなる。
【０３６９】
なお、本実施形態では、第２処理モードでのＳＴＥＰ３４−３、３４−６において、ゲイン調整パラメータ基本値Ｋr3_x_1の値を“０”としたが、ＳＴＥＰ３４−３、３４−６の両方又は一方において、Ｋr3_x_1の値を“０”よりも若干大きい値（例えば０．１）に設定してもよい。このようにしても、基本的には、第２処理モードにおける対速度感度を十分に小さくして、車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力が、Ｖb_x_sの値の影響を受け難いようにすることができる。
【０３７０】
ここで、本実施形態の車両１と本発明との対応関係を補足しておく。
【０３７１】
本実施形態では、第１処理モードでの前記第１ゲイン係数Ｋ1_x、第３ゲイン係数Ｋ3_x、第１操作量成分ｕ1_x（式０７ｘの右辺第１項）、第３操作量成分ｕ3_x（式０７ｘの右辺第３項）がそれぞれ、本発明における第１ａゲイン係数、第１ｂゲイン係数、第１ａ操作量成分、第１ｂ操作量成分に相当し、式０７ｘの演算処理が第１合成処理に相当する。また、第２処理モードでの第３ゲイン係数Ｋ3_xとゲイン調整パラメータＫr3_xとの積（＝Ｋ3_x・Ｋr3_x）、式０７ｘ２の右辺第３項がそれぞれ、本発明における第１ｄゲイン係数、第１ｄ操作量に相当する。
【０３７２】
また、本実施形態では、前記ＳＴＥＰ３３−１の判断処理によって、本発明における加速要求判断手段が実現される。そして、このＳＴＥＰ３３−１の判断結果が肯定的となる場合が、本発明における所定の第１条件が成立する場合に相当する。さらに、ＳＴＥＰ３４−１の判断結果が肯定的となる場合、あるいは、ＳＴＥＰ３４−２とＳＴＥＰ３４−４との判断結果がそれぞれ、肯定的、否定的となる場合が、本発明における所定の第２条件が成立する場合に相当する。
【０３７３】
上記以外は、本実施形態と本発明との対応関係が、第１実施形態の場合と同様である。
【０３７４】
次に、以上説明した実施形態に係わる変形態様に関していくつか説明しておく。
【０３７５】
前記各実施形態では、Ｙ軸方向に関しては、前記第１処理モードと第２処理モードとで、同じ処理により操作量としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを決定するようにしたが、Ｘ軸方向の場合と同様に、第１処理モードと第２処理モードとで異なル処理によりωwdot_y_cmdを決定するようにしてもよい。この場合、例えば、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを第１実施形態と同様に、第１処理モードと第２処理モードとで変化させるように決定すればよい。あるいは、例えば、前記式０７ｙの第３項のゲイン係数を調整するためのゲイン調整パラメータを第２実施形態と同様の手法で、第１処理モードと第２処理モードとで変化させるように決定し、このゲイン調整パラメータを、式０７ｙの第３項にさらに乗算してなる式によって、ωwdot_y_cmdを決定するようにすればよい。
【０３７６】
また、前記実施形態では、図１及び図２に示した構造の車両１を例示したが、本発明における倒立振子型車両１は、本実施形態で例示した車両に限られるものではない。
【０３７７】
具体的には、本実施形態の車両１の移動動作部としての車輪体５は一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献３の図１０に記載されているような構造のものであってもよい。すなわち、剛性を有する円環状の軸体に、複数のローラをその軸心が該軸体の接線方向に向くようにして回転自在に外挿し、これらの複数のローラを軸体に沿って円周方向に配列させることによって、車輪体を構成してもよい。
【０３７８】
さらに移動動作部は、例えば、特許文献２の図３に記載されているようなクローラ状の構造のものであってもよい。
【０３７９】
あるいは、例えば、前記特許文献２の図５、特許文献３の図７、もしくは特許文献１の図１に記載されているように、移動動作部を球体により構成し、この球体を、アクチュエータ装置（例えば前記車輪体５を有するアクチュエータ装置）によりＸ軸周り方向及びＹ軸周り方向に回転駆動するように車両を構成してもよい。
【０３８０】
また、前記実施形態では、乗員の搭乗部としてシート３を備えた車両１を例示したが、本発明における倒立振子型車両は、例えば特許文献３の図８に見られるように、乗員が両足を載せるステップと、そのステップ上で起立した乗員が把持する部分とを基体に組付けた構造の車両であってもよい。
【０３８１】
このように本発明は、前記特許文献１〜３等に見られる如き、各種の構造の倒立振子型車両に適用することが可能である。
【０３８２】
さらには、本発明における倒立振子型車両は、移動動作部を複数（例えば、左右方向に２つ、あるいは、前後方向に２つ、あるいは、３つ以上）備えていてもよい。
【０３８３】
また、移動動作部は、全方向に移動可能である必要はなく、１方向にのみ移動可能なものであってもよい。この場合、運搬対象物体の搭載部は、１軸周りでのみ傾動自在に基体に組付けられておればよい。例えば、前記実施形態での車輪体５の代わりに、Ｘ軸方向（乗員の前後方向）にのみ移動可能で、且つ、Ｘ軸周り方向での傾動が不能である（又は傾動し難い）移動動作部（例えば、Ｙ軸方向の軸周りにのみ回転自在な複数の車輪をＹ軸方向に同軸心に並列させてなる移動動作部を車両１に備えてもよい。そして、この場合、運搬対象物体の搭載部をＹ軸方向の軸周りにのみ傾動自在とし、その傾動に応じて移動動作部がＸ軸方向に移動するようにしてもよい。
【０３８４】
また、本発明における倒立振子型車両は、基体が乗員の搭乗部と共に傾動することは必須ではない。例えば、複数の移動動作部を有する場合に、これらの移動動作部を組付ける基体が床面に対して傾動しないようにすると共に、この基体に対して搭乗部を傾動自在に組付けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０３８５】
１…倒立振子型車両、３…シート（搭乗部）、５…車輪体（移動動作部）、７…アクチュエータ装置、９…基体、５２…傾斜センサ（傾斜角度計測手段）、７２…重心速度算出部（代表点速度計測手段）、ＳＴＥＰ２…傾斜姿勢計測手段、ＳＴＥＰ９，１０…移動動作部制御手段、ＳＴＥＰ２３−１…加速要求判断手段。
【図１】
2011033581.tif 000003
【図２】
2011033581.tif 000004
【図３】
2011033581.tif 000005
【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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【図１２】
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【図１３】
2011033581.tif 000015
【図１４】
2011033581.tif 000016
【図１５】
2011033581.tif 000017
【図１６】
2011033581.tif 000018
【図１７】
2011033581.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2011033581.tif 000021
【図２０】
2011033581.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月24日(2012.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項２記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記制御用操作量は、前記第１の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第１制御用操作量と、前記第２の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第２制御用操作量とから構成され、
前記移動動作部制御手段は、
前記第１処理モードでは、少なくとも前記第１傾斜偏差成分に第１ａゲイン係数を乗じてなる第１ａ操作量成分と、前記第１速度偏差成分に第１ｂゲイン係数を乗じてなる第１ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、少なくとも前記第２傾斜偏差成分に第２ａゲイン係数を乗じてなる第２ａ操作量成分と、前記第２速度偏差成分に第２ｂゲイン係数を乗じてなる第２ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定し、
前記第２処理モードでは、前記第１速度偏差成分に前記第１ｂゲイン係数よりも小さい絶対値を有する第１ｃゲインを乗じてなる第１ｃ操作量成分と、前記代表点の移動速度の計測値のうちの前記第１の方向の成分と該成分に一致又は追従させるように該成分に応じて可変的に決定した該第１の方向での前記代表点の目標移動速度との偏差に第１ｄゲイン係数を乗じてなる第１ｄ操作量成分と、“０”とのうちのいずれか１つを前記第１ｂ操作量成分に代わりに用いる前記第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、前記第１処理モードと同一の前記第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
また、前記第２発明又は第３発明において、前記制御用操作量が、前記第１の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第１制御用操作量と、前記第２の方向での移動動作部の移動動作を制御するために該移動動作部に付与する駆動力を規定する第２制御用操作量とから構成される場合には、前記移動動作部制御手段は、前記第１処理モードでは、少なくとも前記第１傾斜偏差成分に第１ａゲイン係数を乗じてなる第１ａ操作量成分と、前記第１速度偏差成分に第１ｂゲイン係数を乗じてなる第１ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、少なくとも前記第２傾斜偏差成分に第２ａゲイン係数を乗じてなる第２ａ操作量成分と、前記第２速度偏差成分に第２ｂゲイン係数を乗じてなる第２ｂ操作量成分とを含む所定の複数種類の操作量成分を合成する第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定することが好ましい。さらに、該移動動作部制御手段は、前記第２処理モードでは、前記第１速度偏差成分に前記第１ｂゲイン係数よりも小さい絶対値を有する第１ｃゲインを乗じてなる第１ｃ操作量成分と、前記代表点の移動速度の計測値のうちの前記第１の方向の成分と該成分に一致又は追従させるように該成分に応じて可変的に決定した該第１の方向での前記代表点の目標移動速度との偏差に第１ｄゲイン係数を乗じてなる第１ｄ操作量成分と、“０”とのうちのいずれか１つを前記第１ｂ操作量成分に代わりに用いる前記第１合成処理により前記第１制御用操作量を決定すると共に、前記第１処理モードと同一の前記第２合成処理により前記第２制御用操作量を決定することが好ましい（第５発明）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３８】
これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４１】
そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４３】
補足すると、本実施形態における操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdのうち、ωwdot_x_cmdは、Ｘ軸方向に移動する仮想車輪６２_xの回転角加速度であるから、車輪体５をＸ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。また、ωwdot_y_cmdは、Ｙ軸方向に移動する仮想車輪６２_yの回転角加速度であるから、車輪体５をＹ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４７】
なお、図９中の参照符号８４を付したものは、姿勢制御演算部８０が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８３】
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、前記修正量Ｖover_x，Ｖover_yのそれぞれの絶対値に応じて、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Ｋr_xは、“１”を上限値して、修正量Ｖover_xの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Ｋr_yについても同様である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８７】
この場合、定常偏差算出部９４_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されると共に、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdの前回値Ｖb_x_mdfd_pが遅延要素９６_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部９４_xは、まず、入力されるＶb_x_sが比例・微分補償要素（ＰＤ補償要素）９４a_xに入力する。この比例・微分補償要素９４a_xは、その伝達関数が１＋Ｋd・Ｓにより表される補償要素であり、入力されるＶb_x_sと、その微分値（時間的変化率）に所定値の係数Ｋdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８８】
次いで、定常偏差算出部９４_xは、入力されるＶb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素９４a_xの出力値から減算してなる値を演算部９４b_xにより算出した後、この演算部９４b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ９４c_xに入力する。このローパスフィルタ９４c_xは、伝達関数が（１＋Ｔ2・Ｓ）／（１＋Ｔ1・Ｓ）により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部９４_xは、このローパスフィルタ９４c_xの出力値Ｖb_x_prdを出力する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０２】
以上のようにして決定される制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは、リミット処理部１００での出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ、そのまま、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０９】
この姿勢制御演算部８０の処理を、以下に図１３を参照して説明する。なお、図１３において、括弧を付していない参照符号は、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdを決定する処理に係わる参照符号である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１１】
そして、姿勢制御演算部８０は、まず、これらの入力値を用いて、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdを算出する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１２】
ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd)    ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝K1_y・θbe_y_s＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd)        ……式０７ｙ
従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２０】
さらに詳細には、図１３を参照して、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第１ゲイン係数Ｋ1_xを乗じてなる操作量成分ｕ1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第２ゲイン係数Ｋ2_xを乗じてなる操作量成分ｕ2_xとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差（＝Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_xを乗じてなる操作量成ｕ3_xを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_x，ｕ2_x，ｕ3_xを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２２】
この場合には、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第１ゲイン係数Ｋ1_yを乗じてなる操作量成分ｕ1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第２ゲイン係数Ｋ2_yを乗じてなる操作量成分ｕ2_yとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_y_sと制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとの偏差（＝Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_yを乗じてなる操作量成ｕ3_yを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_y，ｕ2_y，ｕ3_yを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２６】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを算出した後、次に、これらのωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを決定する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２８】
補足すると、式０７ｘの右辺の第３項を、Ｖb_x_sに応じた操作量成分（＝K3_x・Ｖb_x_s）と、Ｖb_x_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_x・Ｖb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出するようにしてよい。同様に、式０７ｙの右辺の第３項を、Ｖb_y_sに応じた操作量成分（＝K3_y・Ｖb_y_s）と、Ｖb_y_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_y・Ｖb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出するようにしてよい。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３０】
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、次に、姿勢制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmdと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmdとを決定する。このモータ指令演算部８２の処理は、前記リミット処理部８６（図１１参照）のＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの処理と同じである。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３１】
具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_cmd，ωw_y_cmd，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３３】
以上説明した如く制御ユニット５０が制御演算処理を実行することによって、前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、基体９の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_sの両方が“０”となる姿勢（以下、この姿勢を基本姿勢という）に保たれるように、換言すれば、車両系重心点（車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点）の位置が、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態に保たれるように、操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdが決定される。より詳しく言えば、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点の移動速度の推定値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdに収束させるように、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdが決定される。なお、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdは、通常は（詳しくは搭乗モードで乗員等が車両１の付加的な推進力を付与しない限り）、“０”である。この場合には、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点がほぼ静止するように、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdが決定されることとなる。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３４】
そして、ωwdot_xy_cmdの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを変換してなる電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdに従って、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転速度が制御される。ひいては車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度と、ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度とに各々一致するように制御される。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４３】
そして、上記ゲイン係数の絶対値が大きくなることによって、基体９の傾きの変化に対する操作量（仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmd）の感度が高まる。従って、基体９の基本姿勢からの傾き量が大きくなろうとすると、それを素早く解消するように、車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、基体９が基本姿勢から大きく傾くことが強めに抑制され、ひいては、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるのを防止することができる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５２】
次いで、ＳＴＥＰ２２に進んで、前記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定するための制御ユニット５０の現在の演算処理モードが、どのモードであるかを判断する。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５５】
第１処理モードは、車両１の移動速度を減衰させる（前記第３操作量成分ｕ3_xyの機能によってＸ軸方向及びＹ軸方向の重心速度Ｖb_xyを“０”に近づけていく）ように、ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する処理モードである。この第１処理モードでは、要求重心速度生成部７４は、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを“０”に保持しつつ、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを“０”に収束させる（定常的には“０”に保持する）ように、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を逐次決定する。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５６】
また、第２処理モードは、第１処理モードに比して、Ｘ軸方向での車両１の移動速度の減衰が生じ難いように（Ｘ軸方向における第３操作量成分ｕ3_xが“０”もしくはそれに近い値になるように）、ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する処理モードである。この第２処理モードでは、要求重心速度生成部７４は、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを“０”に保持しつつ、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを、車両系重心点の実際のＸ軸方向の移動速度としての重心速度推定値Ｖb_x_sに追従させるように（ほぼ一致させるように）、要求重心速度基本値Ｖb_x_aim1を逐次決定する。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０２】
さらに詳細には、上記の如くＶb_x_mdfdは、γ1・Ｖb_x_sに一致又はほぼ一致する値となるので、Ｘ軸方向に係わる第３操作量成分ｕ3_xは、ｕ3_x＝Ｋ3_x・（Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）≒Ｋ3_x・（１−γ1）・Ｖb_x_sとなる。そして、Ｋ3_x・（１−γ1）が、Ｖb_x_sの変化に対するωwdot_x_cmdの変化の感度（以下、対速度感度ということがある）に相当するものとなる。この場合、１−γ1は、“０”に近い値（本実施形態では、例えば０．２）であるので、上記対速度感度も“０”に近いものとなる。従って、ωwdot_x_cmdは、Ｖb_x_sに対する依存性が低いものとなり、Ｖb_x_sが変化してもωwdot_x_cmdの変化は微小なものとなる。ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによって車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力は、Ｖb_x_sの値に応じた規制を受け難いものとなる。その結果、上記の如く、車両１が付加された推進力によって乗員の前後方向で円滑に加速することとなる。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０５】
そして、このように決定される要求重心速度Ｖb_x_aimがＸ軸方向の前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。従って、Ｖb_x_mdfdは、γ2・Ｖb_x_sに一致又はほぼ一致する値となる。また、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimは“０”に保持されるので、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdは“０”となる。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる第３操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを各々収束させるように決定される。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０６】
この場合、Ｘ軸方向に係わる第３操作量成分ｕ3_xは、ｕ3_x＝Ｋ3_x・（Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）≒Ｋ3_x・（１−γ2）・Ｖb_x_sとなる。従って、Ｋ3_x・（１−γ2）が、前記対速度感度に相当するものとなる。そして、１−γ2は、“０”に近い値（本実施形態では、例えば０．１）であるので、上記対速度感度も“０”に近いものとなる。このため、第２処理モードの開始後、加速要求が解消するまでの期間と同様に、ωwdot_x_cmdは、Ｖb_x_sに対する依存性が低いものとなる。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０８】
次に、第２処理モードにおいて、減速要求が発生するか、又は、加速要求の解消後、所定時間Ｔmが経過した場合には、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”に減衰していき、最終的に“０”に保たれるように決定される。そして、このように決定されれるＶb_x_aimが、Ｘ軸方向の前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。また、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimは“０”に保持されるので、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdは“０”となる。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdにそれぞれ含まれる第３操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを各々収束させるように決定される。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３１１】
また、第１処理モードと第２処理モードとのいずれにおいても、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdは、基本的には、“０”となる。従って、本実施形態では、Ｙ軸方向での車両系重心点の移動速度Ｖb_yは、変動し難いものとなる。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３１８】
また、前記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdがそれぞれの本発明における制御用操作量に相当する。この場合、詳しくは、ωwdot_x_cmdが第１制御用操作量に相当し、ωwdot_y_cmdが第２制御用操作量に相当する。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３２８】
次いで、速度ゲイン調整部１０６は、ＳＴＥＰ３２の判断処理を実行する。この判断処理は、前記ＳＴＥＰ２２と同じ判断処理であり、現在の演算処理モード（仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdの決定の仕方のモード）が第１処理モードであるか、第２処理モードであるかが判断される。この場合、第１実施形態と同様に、第１処理モードは、車両１の移動速度を減衰させる（前記第３操作量成分ｕ3_xyの機能によってＸ軸方向及びＹ軸方向の重心速度Ｖb_xyを“０”に近づけていく）ように、ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する処理モードである。また、第２処理モードは、第１処理モードに比して、Ｘ軸方向での車両１の移動速度の減衰が生じ難いように（Ｘ軸方向における第３操作量成分ｕ3_xが“０”もしくはそれに近い値になるように）、ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する処理モードである。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３５０】
本実施形態では、以上の如く決定されるゲイン調整パラメータＫr3_xが入力される姿勢制御演算部８０は、以下に説明するようにように操作量（制御入力）としての前記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。そして、姿勢制御演算部８０は、第１実施形態と同様に、ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを積分することにより、仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを決定して出力する。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３６１】
ここで、前記式０７ｘ２から明らかなように、本実施形態では、Ｘ軸方向に関しては、Ｋ3_x・Ｋr3_xが、Ｖb_x_sの変化に対するωwdot_x_cmdの変化の感度（対速度感度）に相当するものとなる。そして、上記の如く、第２処理モードでＫr3_xが“０”に保持されるか、又は、“１”よりも“０”に近い値に決定される状況では、Ｋ3_x・Ｋr3_x、ひいては、対速度感度は“０”もしくはこれに近い値になる。従って、ωwdot_x_cmdは、Ｖb_x_sに対する依存性が低いものとなり、Ｖb_x_sが変化してもωwdot_x_cmdが変化しないか、もしくは、その変化が微小なものとなる。ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによって車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力は、Ｖb_x_sの値に応じた規制を受け難いものとなる。その結果、車両１が付加された推進力によって乗員の前後方向で円滑に加速することとなる。
【手続補正３７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３６３】
そして、このような状況では、前記対速度感度も“０”となり、ωwdot_x_cmdは、Ｖb_x_sの影響を受けないものとなる。従って、加速要求が解消しても、その解消後、所定時間Ｔmが経過するまでの期間は、減速要求が発生しない限り、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによって車輪体５にＸ軸方向で付与される駆動力は、Ｖb_x_sの値の影響を受けないものとなる。
【国際調査報告】
2011033581.tif 000023
2011033581.tif 000024