(57)【要約】      （修正有）【課題】車両に搭乗している重量体の状態に適した姿勢制御を行う。【解決手段】計測器による直接測定、及び／又は、制御結果（履歴）からの推定によって、現在の車両に搭乗している搭乗物を含めた被制御対象全体の実際の力学的特性量を得る（センシング）。そして、推定した力学的特性量に基づいて姿勢制御系における制御系特性量を修正することで、制御に利用する。【選択図】図１
2011255887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗部と、駆動輪の接地面に対し前記搭乗部を水平方向に移動させる搭乗部移動機構とを備えた車体の姿勢制御を行う車両であって、
前記車体の姿勢制御系における、前記搭乗部移動機構を含む被制御対象の力学的特性量を推定する推定手段と、
前記推定した実際の力学的特性量に基づいて、前記姿勢制御系における制御系特性量を修正する制御系特性量修正手段と、を備え、
前記該搭乗部移動機構は前記推定手段により推定した力学的特性量に応じて前記搭乗部を移動させる、
ことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記推定手段は、前記搭乗部移動機構により移動する搭乗部の質量及び重心高さに基づいて、被制御対象の力学的特性量を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に係り、車体の姿勢制御を行う車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立振り子の姿勢制御を利用した車両（以下、単に倒立振り子車両という）が注目され、現在実用化されつつある。
例えば、同軸上に配置された２つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による駆動輪の姿勢を感知して駆動する技術が特許文献１で提案されている。
また、従来の円形状の駆動輪１つや、球体状の駆動輪１つの姿勢を制御しながら移動する車両が特許文献２で提案され、また、特許文献２においても各種倒立振り子車両について指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７６７２７公報
【特許文献２】特開２００４−１２９４３５公報
【０００４】
このような、車両では、運転者による体重移動量、リモコンや操縦装置からの操作量、予め入力されて走行データ等に基づいて、姿勢制御を行いながら停車状態を維持したり走行したりするようになっている。
そして、予め既知の車体重量及び車体重心位置と、一般的な重量体（例えば、荷物や搭乗者）を想定したモデル重量及びモデル重心位置とから設計上の重心（設計車両重心）の位置を使用して、姿勢制御系の制御パラメータが規定されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際に車両には、様々な体重、体型の人が乗ったり、種々の重量、形状の荷物（以下、重量体という）が搭乗することになり、乗る人等によって質量、重心高さ、慣性モーメントが大きく異なるため、姿勢制御系の特性量が設計値からずれることになる。
また、搭乗している重量体についても、常に一定状態が保持されている訳ではなく、搭乗者の姿勢が変わったり（動く、倒れる等）、荷物が増加したりする場合がある。それによっても、質量、重心高さ、慣性モーメント（以下、力学的特性量という）が変化し、設計した姿勢制御系の特性量が設計値からずれることになる。
【０００６】
そして、本実施形態で想定している倒立振り子の姿勢制御を利用した車両では、車体が小さく、軽くなるほど、また搭乗部が高くなるほど、相対的に搭乗物の変化による制御系特性への影響は大きくなる。
このため、設計時に想定した搭乗者に基づく制御パラメータのままでは、安定した姿勢制御を行うことができず、快適な搭乗を搭乗者に提供できなくなる。
【０００７】
そこで本発明は、車両に搭乗している重量体の状態に適した姿勢制御を行うことが可能な車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１記載の発明では、搭乗部と、駆動輪の接地面に対し前記搭乗部を水平方向に移動させる搭乗部移動機構とを備えた車体の姿勢制御を行う車両であって、前記車体の姿勢制御系における、前記搭乗部移動機構を含む被制御対象の力学的特性量を推定する推定手段と、前記推定した実際の力学的特性量に基づいて、前記姿勢制御系における制御系特性量を修正する制御系特性量修正手段と、を備え、前記該搭乗部移動機構は前記推定手段により推定した力学的特性量に応じて前記搭乗部を移動させる、ことを特徴とする車両を提供する。
（２）請求項２記載の発明では、前記推定手段は、前記搭乗部移動機構により移動する搭乗部の質量及び重心高さに基づいて、被制御対象の力学的特性量を推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の車両を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、車体の姿勢制御系における、被制御対象の実際の力学的特性量を推定し、前記姿勢制御系における制御系特性量を修正するようにしたので、搭乗体に適した姿勢制御を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】制御系特性量を実際の車両状態にあわせた最適値に修正する制御系特性量修正処理の概要を表した説明図である。
【図２】本実施形態における車両の外観構成図である。
【図３】制御ユニット１６の構成図である。
【図４】荷重計と座高計の配置説明図である。
【図５】背もたれ部に配置されたウェイトの説明図である。
【図６】制御系特性量修正処理の内容を表したフローチャートである。
【図７】力学的特性量を推定する流れの概要説明図である。
【図８】外乱オブザーバによる外乱推定の方法を概念的に表した説明図である。
【図９】車両の姿勢制御系の力学モデルを表した説明図である。
【図１０】力学的特性量変動Ｐｋ、Ｐｇの使い分けの一例を示した説明図である。
【図１１】決定した力学的特性量変動Ｐｆの分配についての説明図である。
【図１２】パラメータ変更システムにより制御パラメータの修正について、概念的に表した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図１から図１２を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
図１は、本実施形態による、実際の重量体に応じて制御系特性量を最適値に修正する制御系特性量修正処理の概要を表したものである。
なお、本明細書において、車両の中でバランスを取るために傾斜させる部分を「被制御対象」という。
また「搭乗物」は、人、荷物、動物等が該当し、車両外部から搭乗しているもの全てを指し、「重量体」を意味する。
そして、「被制御対象」から「搭乗物」を除いた部分を「車体」という。
【００１２】
本実施形態では、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、計測器による直接測定、及び／又は、制御結果（履歴）からの推定によって、現在の車両に搭乗している搭乗物を含めた被制御対象全体の実際の力学的特性量を得る（センシング）。
そして、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、リアクションとして、推定した力学的特性量に基づいて姿勢制御系における制御系特性量を修正することで、制御に利用する。
【００１３】
図１（ａ）は、搭乗物の力学的特性量を計測器により直接測定する方法について表したものである。
すなわち、搭乗部（シート）の下に体重計（荷重計）を、背もたれ部に座高計をそれぞれ配置し、搭乗物の重量と座高を測定し、搭乗物の各力学的特性量を推定し、それから、被制御対象全体の力学的特性量を計算する（車体の特性量は既知）。
【００１４】
図１（ｂ）は、被制御対象の姿勢変化やトルク入力の履歴から力学的特性量を、例えば外乱オブザーバを使用して、推定する場合について表したものである。
すなわち、与えたトルク（トルク入力）に対して、車体（被制御対象）の姿勢変化、例えば起きるのが遅い／早い場合には、搭乗物が想定値よりも重い又は重心位置が高い／軽い又は低いはずである。
このような影響を外乱オブザーバを使用して推定し、被制御対象全体の力学的特性量を推定する。
【００１５】
以上により推定した被制御対象の実際の力学的特性量を使用して、実際の姿勢制御系の特性量を修正する。
図１（ｃ）は、制御パラメータを修正する場合を表したものである。
推定した力学的特性量から、姿勢制御系におけるフィードバックゲインなどの制御系特性量を修正する。
この場合、推定した力学的特性量に対し、最適な制御パラメータの値を算出する方法と、制御系特性量をできるだけ変えないように制御パラメータの値を修正する方法とがある。本実施形態としては、二者のうちいずれか一方を使用するようにしてもよく、両者を使用するようにしてもよい。両者を使用する場合には、例えば力学的特性量の変化が検出された当初の所定時間は特性不変パラメータ計算により、所定時間経過後は特性最適化パラメータ計算による。
【００１６】
図１（ｄ）は、ウェイト（おもり）による制御系特性量調整について表したものである。
車体背面に上下方向に移動可能に配置したウェイトを移動させることで制御系特性量を基準値に近づける。例えば、乗員が荷物を足下から座席上に上げた場合や、腕を上げた場合に、ウェイトの位置を下げることによって、被制御対象の重心位置を調整すると共に、慣性モーメントを小さくすることで、設計値に近づける。
【００１７】
（２）実施形態の詳細
図２は、本実施形態における車両の外観構成を例示したものである。
図２に示されるように、車両は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ、１１ｂを備えている。
両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２で駆動されるようになっている。
【００１８】
駆動輪１１ａ、１１ｂ（以下、両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合には駆動輪１１という）及び駆動モータ１２の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗する搭乗部１３（シート）が配置されている。
搭乗部１３は、運転者が座る座面部１３１、背もたれ部１３２、及びヘッドレスト１３３で構成されている。
【００１９】
搭乗部１３は、駆動モータ１２が収納されている駆動モータ筐体１２１に固定された支持部材１４により支持されている。
【００２０】
搭乗部１３の左脇には操縦装置３０が配置されている。この操縦装置３０は、運転者の操作により、車両の加速、減速、旋回、回転、停止、制動等の指示を行う為のものである。
【００２１】
本実施形態における操縦装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に操縦装置３０を配置するようにしてもよい。
【００２２】
また、本実施形態の車両には、操縦装置３０が配置されているが、予め決められた走行データに従って自動走行する車両の場合には、操縦装置３０に代えて走行データ取得部が配設される。走行データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行データを読み取る読み取り手段で構成し、または／及び、無線通信により外部から走行データを取得する通信制御手段で構成するようにしてもよい。
【００２３】
なお、図２において、搭乗部１３には人が搭乗している場合について表示しているが、必ずしも人が運転する車両には限定されず、荷物だけを乗せて外部からのリモコン操作等により走行や停止をさせる場合、荷物だけを乗せて走行データに従って走行や停止をさせる場合、更には何も搭乗していない状態で走行や停止をする場合であってもよい。
【００２４】
本実施形態において、操縦装置３０の操作により出力される操作信号によって加減速等の制御が行われるが、例えば、特許文献１に示されるように、運転者が車両に対する前傾きモーメントや前後の傾斜角を変更することで、その傾斜角に応じた車両の姿勢制御及び走行制御を行うように切替可能にしてもよい。
運転者による傾きモーメントによる姿勢制御及び走行制御を行う場合には、本実施形態による姿勢制御は行わない。
【００２５】
搭乗部１３の下側（座面部１３１裏面側）には、図示しないが後述する荷重計５１が配置されている。
また、搭乗部の背面（背もたれ部の裏側、若しくは内部）には、ウェイト（おもり）１３４が配置されている。このウェイト１３４は、後述するウェイト駆動アクチュエータ６２によって上下方向に移動可能に構成されている。
【００２６】
搭乗部１３と駆動輪１１との間には制御ユニット１６が配置されている。
本実施形態において制御ユニット１６は、搭乗部１３の座面部１３１の下面に取り付けられているが、支持部材１４に取り付けるようにしてもよい。
【００２７】
図３は、制御ユニット１６の構成を表したものである。
車両の走行、姿勢制御、及び本実施形態における制御系特性量修正制御等の各種制御を行う制御ＥＣＵ（電子制御装置）２０を備えており、この制御ＥＣＵ２０には、操縦装置３０、走行，姿勢制御用センサ４０、力学的特性量推定用センサ５０、アクチュエータ６０、及びバッテリ等のその他の装置が電気的に接続されている。
【００２８】
バッテリは、駆動モータ１２、ウェイト駆動アクチュエータ６２、制御ＥＣＵ２０等にに電力を供給するようになっている。
【００２９】
制御ＥＣＵ２０は、走行制御プログラム、姿勢制御プログラム、制御系特性量修正処理プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
【００３０】
制御ＥＣＵ２０は走行及び姿勢制御を行う車体基本制御システム２１と、力学的特性量推定制御システム２２を備えている。
力学的特性量推定制御システム２２は、姿勢制御系における、被制御対象の実際の力学的特性量を、力学的特性量推定用センサ５０の測定値から推定すると共に、制御結果（履歴）から外乱オブザーバ２３を使用して推定することで、推定手段として機能する。
また、力学的特性量推定制御システム２２は、推定した実際の力学的特性量に基づいて姿勢制御系の制御系特性量を修正するために、制御パラメータ補正値を車体基本制御システム２１に供給し、ウェイト駆動アクチュエータ６２にウェイト１３４（図１）の移動量を示す指令値を供給する。
【００３１】
走行，姿勢制御用センサ４０は、車両の速度（車輪回転角）を検出する走行速度計（車輪回転計）４１と、車体傾斜角（傾斜角速度）を検出する車体傾斜角度計（角速度計）４２を備えている。
走行，姿勢制御用センサ４０による検出値は、車体基本制御システム２１、及び力学的特性量推定制御システム２２に供給される。
【００３２】
力学的特性量推定用センサ５０は、荷重計５１（又は荷重分布計）と座高計（又は形状測定器）５２を備えている。
図４は、荷重計５１と座高計５２の配置について表したものである。
図４（ｂ）に示されるように、荷重計５１は搭乗部１３の下側、具体的には座面部１３１の下面部に配置されており、搭乗物の質量が計測され、力学的特性量推定制御システム２２に供給される。荷重計５１は、搭乗部１３の下側に配置されることで、搭乗部に配置された搭乗物だけでなく、背もたれ部１３２やヘッドレスト１３３に掛けられた荷物の荷重や、その他の箇所に配置された全ての搭乗物の荷重を測定可能に構成されている。
なお、車体の重量（以下車体重量という）と、その重心位置（以下車体重心位置という）は固定されており、設計時に予め決定してあるので、荷重計５１の計測対象外である。
【００３３】
本実施形態の荷重計５１としては、１成分荷重計１つによって直立低速走行時に乗員の質量を測定するようになっているが、姿勢制御に用いる本体傾斜角度センサと並進加速度センサ、あるいは、３成分の荷重計を使用するようにしてもよい。
これにより、傾斜時、加速時にも荷重を測定することが可能になる。
また、複数の荷重計を配置し、荷重分布を測定することで、搭乗者の大きさを推定するようにしてもよい。
【００３４】
図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、背もたれ部１３２には、乗員等の搭乗物の座高（高さ）を測定するための座高計５２が配設されている。
座高計５２は、複数の固定型光センサをｚ軸方向（高さ方向）に配置し、乗員の座高を離散的に測定し、測定値を力学的特性量推定制御システム２２（図３）に供給するようになっている。
なお、座高計５２は、移動型（走査型）の光センサをｚ軸方向に走査させるようにしてもよく、これにより高精度な測定が可能になる。
また、固定型光センサを平面上に分布、または、走査型光センサを平面上に走査させることで、搭乗者の大きさや形を特定し、搭乗物を区別（人、荷物等）するようにしてもよい。
【００３５】
図５は、背もたれ部１３２に配置されたウェイト１３４を表したものである。
図５（ａ）に示されるように、ウェイト１３４は背もたれ部１３２に配置されており、上下方向に移動可能に構成されている。上下方向の移動は、ボールネジにより、また、リニアモータを利用してレール上を移動することにより、その他各種方法により実現される。
このウェイト１３４を上下に移動させることで、車体の重心位置や慣性モーメントを変化させる車体変形手段として機能する。
なお、図５（ｂ）に示されるように、搭乗部１３（被制御対象）の高さを変えることで、車体の重心位置や慣性モーメントを変化させてもよい。
また、車体の重量分布を変更する重量分布変更手段を用いて車体の重心位置や慣性モーメントを変化させてもよい。
【００３６】
図３において、アクチュエータ６０は、車体基本制御システム２１から供給される指令値に従って駆動輪１１を駆動するタイヤ回転アクチュエータ６１と、力学的特性量推定制御システム２２から供給される指令値に従ってウェイト１３４を上下方向に移動させるウェイト駆動アクチュエータ６２を備えている。
【００３７】
以上のように構成された１実施形態としての車両における制御系特性量修正処理について次に説明する。
図６は、制御系特性量修正処理の内容を表したフローチャートである。
この制御系特性量修正処理では、被制御対象（車体＋搭乗物）の実際の力学的特性量を推定し（推定手段：ステップ１１〜ステップ１７）、続いて、求めた力学的特性量に基づいて、姿勢制御系における制御系特性量を修正する（制御系特性量修正手段：ステップ１８〜ステップ２３）。
以下、各ステップの内容について説明する。
【００３８】
荷重計５１と座高計５２の測定値を使用してステップ１１〜ステップ１３により、また、外乱オブザーバ２３を使用してステップ１４〜ステップ１６により、実際の力学的特性量を推定する。
なお、実際の力学的特性量の推定については、両処理が並行して行われる。
【００３９】
まず、力学的特性量推定用センサ５０において、搭乗部１３に配設した荷重計５１と座高計５２により搭乗物の重量と高さが測定され、力学的特性量推定制御システム２２に供給される（ステップ１１）。
【００４０】
そして、力学的特性量推定制御システム２２では、取得した測定データから、被制御対象の質量（ｍ1）と一次モーメント（ｍ1ｌ1）、慣性モーメント（Ｉ1＋ｍ1ｌ12）を以下のようにして推定する（ステップ１２）。
すなわち、力学的特性量推定制御システム２２は、測定によって得られた質量ｍHと座高ζHの値から、例えば、次の閾値によって搭乗物が何かを判別する。
（ａ）ｍH＜０．２ｋｇ、かつ、ζH＜０．０１ｍの場合搭乗物は「無し」と判別する。
（ｂ）ｍH＞８ｋｇ、かつ、ζH＞０．３ｍ、かつ、ｍH／ζH＞３０ｋｇ／ｍの場合搭乗物は「人」と判別する。
（ｃ）その他の場合（上記（ａ）、（ｂ）以外の場合）、搭乗物は「荷物」であると判別する。
以上の判別条件において、人の判別条件（ｂ）で体重が８ｋｇと小さいのは子供が乗車している場合も想定しているためである。また、単位座高当たりの重さ（ｍH／ζH）を人の判別条件に加えることで、人の判定をより正確に行うことが可能になる。この場合、小さくて重い荷物（例えば、鉄塊）を乗せた場合も人と判定しないために、上限としてｍH／ζH＜ｐ（例えば、８０ｋｇ／ｍ）を判別条件（アンド条件）に加えてもよい。
なお、各判別条件及び判別値は、一例であり、想定される使用条件に応じて適宜変更され、判定される。
【００４１】
以下、力学的特性量推定制御システム２２は、判別した搭乗物の種類に応じて、搭乗物の重心高さ（座面部１３１からの高さ）ｈHと、慣性モーメント（重心周り）ＩHを推定する。このように、搭乗物を判別し、その種類に応じた式により評価することで、より正確な力学的特性量を推定することができる。
【００４２】
（ａ）搭乗物が「無し」の場合
ｈH＝０
ＩH＝０
（ｂ）搭乗物が「人」の場合
ｈH＝（ζH／ζH,0）ｈH,0
ＩH＝（ｍH／ｍH,0）（ζH／ζH,0）2ＩH,0
ここで、ζH,0、ｈH,0、ＩH,0は、人体の座高、重心高さ、慣性モーメント（重心周り）の標準値である。本実施形態では、標準値として、ζH,0＝０．９０２ｍ、ｈH,0＝０．２６４ｍ、ＩH,0＝５．１９ｋｇｍ2が使用される。
【００４３】
（ｃ）搭乗物が「荷物」の場合
ｈH＝（（１−γ）／２）ζH
ＩH＝（（１−３γ2）／１２）ｍHζH2
ここで、γは重心の下方向のズレを表す偏心度である。
本実施形態における偏心度としては、例えば、γ＝０．４が使用されるが、想定される使用条件に応じて適宜変更可能である。
【００４４】
ついで力学的特性量推定制御システム２２は、測定した搭乗物の質量ｍHと、推定した搭乗物の重心高さｈH、慣性モーメントＩHから、被制御対象の実際の力学的特性量である質量（ｍ1）、一次モーメント（ｍ1ｌ1）、及び慣性モーメント（Ｉ1＋ｍ1ｌ12）を算出する（ステップ１３）。
すなわち、力学的特性量推定制御システム２２は、搭乗物と車体の、質量、駆動輪１１の軸から重心までの高さ、及び慣性モーメントを、それぞれ（ｍH、ｌH、ＩH）、（ｍc、ｌc、Ｉc）とした場合、被制御対象の質量ｍ1、駆動輪１１の軸から重心までの高さｌ1、慣性モーメントＩ1は次の（ａ）〜（ｃ）により求まる。
（ａ）ｍ1＝ｍH＋ｍc（ｂ）ｌ1＝（ｍHｌH＋ｍcｌc）／ｍ1（ｃ）Ｉ1＝ＩH＋ｍH（ｌH−ｌ1）2＋Ｉc＋ｍc（ｌc−ｌ1）2
【００４５】
なお、搭乗物の質量ｍHはステップ１１の計測値であり、慣性モーメントＩHはステップ１２で算出した慣性モーメントＩHである。
また、重心までの高さｌHは、駆動輪１１の軸から座面部１３１の座面までの高さをｈ0として、ステップ１２で算出した重心高さｈHから、ｌH＝ｈ0＋ｈHにより求まる。
【００４６】
一方、力学的特性量推定制御システム２２は、車体の運動、姿勢制御結果（時間履歴）から外乱オブザーバ２３で外乱（実際の力学的特性量）を推定する（ステップ１４〜１６）。
【００４７】
力学的特性量推定制御システム２２は、姿勢制御における入力ｕ（→）（図１におけるタイヤ回転アクチュエータ６１に対するトルク指令値）、及び、出力ｙ（→）（図１における走行、姿勢制御用センサ４０の検出値（速度、車体傾斜角））を取得する（ステップ１４）。
そして、力学的特性量推定制御システム２２は、想定した搭乗者に基づく設計上の力学的特性量に基づく挙動と異なる挙動が、想定とは異なる搭乗物が搭乗しているという外乱に基づいていると想定し、取得した入力ｕ、出力ｙと、外乱オブザーバ２３を使用して外乱を推定する（ステップ１５）。
次いで、力学的特性量推定制御システム２２は、得られたデータから被制御対象の質量、一次モーメント、及び慣性モーメントを決定する（ステップ１６）。
【００４８】
以下、外乱オブザーバ２３を使用して実際の力学的特性量を推定する処理について説明する。
図７は、力学的特性量を推定する流れの概要を表したものである。
まず、外乱オブザーバを用いて外乱推定値ｄ（→∧）を算出し（ステップ３１）、車両制御用センサ（走行、姿勢制御用センサ４０）で検出（ないし検出値に基づき算出）されるタイヤ回転角加速度θW（・・）、本体傾斜角加速度θ1（・・）、本体傾斜角θ1からなる車両状態量ξ（→）を決定する（ステップ３２）。
なお、本明細書では、表記の都合上、図面とは表記を変えている。例えば、ｄ（→∧）やθ（・・）のように、文字の後のカッコ内の記号のうち、「→」はベクトル量（行列）であることを表し「∧」は推定値であることを表し、また「・」と「・・」はカッコの前の文字についての１回微分と２回微分を表すものとする。
【００４９】
ついで力学的特性量推定制御システム２２は、外乱推定値ｄ（→∧）と車両状態量ξ（→）とから、最小二乗法により変動量行列Λを推定し（ステップ３３）、変動量行列Λから本体（被制御対象）の各力学特性量変動を推定する（ステップ３４）。
以下、力学的特性の変動量推定の詳細について説明する。
【００５０】
図８は、外乱オブザーバ２３により外乱推定の状態を概念的に表したものである。
図８において、制御器は車体基本制御システム２１に相当し、制御対象実物はタイヤ回転アクチュエータ６１（入力）と車両全体（被制御対象）に相当する。
【００５１】
外乱オブザーバ２３は、制御対象モデルと推定器で構成される。
制御対象モデルは、搭乗者の想定値に基づく設計上の力学的特性量を使用した姿勢制御系の理論的なモデルである。
【００５２】
制御器からの入力ｕ（→）は、制御対象実物と制御対象モデルの両者に入力される。
すると、制御対象モデルからは理論値としての出力ｙ（→∧）が出力される。
これに対して制御対象実物（被制御対象）からは外乱ｄ（→）が作用している状態に対する出力ｙ（→）（傾斜角θ等の実測値）として出力される。
【００５３】
この理論値である出力ｙ（→∧）と、実測値である出力ｙ（→）との両者の差から、推定器により作用している外乱の推定値ｄ（→∧）を、次の数式１に従って算出する。
この推定器における推定（数式１）では、設計値と異なる体重、体型の搭乗者等が搭乗していることによる影響を外乱の原因とみなして推定している。すなわち、変動量＝力学的特性量のノミナル値（想定値）との差異の影響を外乱とみなして、外乱オブザーバ２３により推定する。
この推定において、本実施形態では、最小次元オブザーバを利用して、計算時間を短くしているが、ロバスト性を優先する場合には、同一次元オブザーバを利用するようにしてもよい。
推定速度は、外乱オブザーバ２３のフィードバックゲインＬによって決定される。ここで、推定速度を速くしすぎると推定が不安定になるため、推定にはある程度の時間が必要となる。
【００５４】
【数１】
2011255887.tif 000003
【００５５】
次に、外乱推定値ｄ（→∧）を算出する上記数式１の導出について説明する。
図９は、車両姿勢制御系の力学モデルを図示したものである。
図９におけるバランサは、車両の姿勢制御を行うための重量体で、車軸及び車両中心軸に垂直な方向に移動する場合を例示している。また、上下方向に移動するウェイト１３４は本体に含まれる。
この図９における各記号は次の通りである。
（ａ）状態量
θW：タイヤの回転角［ｒａｄ］
θ1：本体の傾斜角（鉛直軸基準）［ｒａｄ］
λ2：バランサの位置（車体中心点基準）［ｍ］
（ｂ）入力
τW：駆動モータトルク（２輪合計）［Ｎｍ］
ＳB：バランサ駆動力［Ｎ］
（ｃ）物理定数
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ2］
（ｄ）パラメータ
ｍW：タイヤの質量［ｋｇ］
ＲW：タイヤの半径［ｍ］
ＩW：タイヤの慣性モーメント（車軸周り）［ｋｇｍ2］
ＤW：タイヤ回転に対する粘性減衰係数［Ｎｍｓ／ｒａｄ］
ｍ1：本体の質量（乗員含む）［ｋｇ］
ｌ1：本体の重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ1：本体の慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
Ｄ1：本体回転に対する粘性減衰係数［Ｎｍｓ／ｒａｄ］
ｍ2：バランサの質量［ｋｇ］
ｌ2：バランサの基準重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ2：バランサの慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
Ｄ2：バランサ並進に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｍ］
【００５６】
図９の力学モデルは、数式２の線形２階微分方程式で表現される。
数式２中の各値は数式３に示す通りである。
また、数式３におけるＩW,a、Ｉ12,aは次の通りである。
ＩW,a＝ＩW＋（ｍ1＋ｍ2＋ｍW）ＲW2
Ｉ12,a＝（Ｉ1＋ｍ1ｌ12）＋（Ｉ2＋ｍ2ｌ22）
【００５７】
【数２】
2011255887.tif 000004
【００５８】
【数３】
2011255887.tif 000005
【００５９】
そして、搭乗者のパラメータ変動による外乱ｄ（→∧）は、車両状態量をξ（→）、変動量行列をΛ、外乱進入経路をＰdとすると、次の数式４で表される。
数式４において、車両状態量ξ（→）において、θ1、θ1（・・）、θW（・・）は上述したように、本体（車体）傾斜角、本体傾斜角加速度、タイヤ回転角速度である。
なお、外乱進入経路Ｐdの第３行要素Ｐd31＝０、Ｐd32＝０であることから、本体のパラメータ変動はバランサの運動特性に直接影響を及ぼさないことになる。
【００６０】
【数４】
2011255887.tif 000006
【００６１】
さらに、外乱オブザーバ２３で扱いやすいように、数式２を一般的な状態方程式の形にすると数式５で表現される。
数式５中の各値は数式６に示す通りであり、Ｉは単位行列である。
【００６２】
【数５】
2011255887.tif 000007
【００６３】
【数６】
2011255887.tif 000008
【００６４】
外乱オブザーバ２３は、姿勢制御における入力ｕ（図１におけるタイヤ回転アクチュエータ６１に対するトルク指令値）、及び、出力ｙ（同走行，姿勢制御用センサ４０の検出値（速度、車体傾斜角）を取得する。
そして、外乱オブザーバ２３は、上記数式１を推定器（図８）で解くことで、外乱の推定値ｄ（→∧）を算出する（ステップ３２）。
なお、外乱オブザーバでは、最小次元オブザーバを利用しているが、同一次元オブザーバでも推定可能である。
【００６５】
ここで、数式１で示されるモデルでは外乱の推定値ｄ（→∧）について、ｄ（→∧・）＝０（外乱の変動速度は推定速度より遅いこと）を仮定しているために、高周波成分の信頼性が低い。
このため本実施形態では後述するように、高周波成分については外乱オブザーバ２３ではなく、計測器（力学的特性量推定用センサ５０）の計測値から算出（ステップ１１〜ステップ１３）した値を使用することで、高周波成分についての信頼性を確保するようにしている。
【００６６】
一方、外乱オブザーバ２３は、走行、姿勢制御用センサ４０から、車両状態量ξ（→）を取得する（ステップ３２）。
そして、外乱オブザーバ２３は、車両状態量ξ（→）と外乱推定値ｄ（→∧）の時間履歴から変動量行列Λを最小二乗法で推定する（ステップ３３）。
すなわち、Ｎ個の離散時間データ列ξ(k)（→）、ｄ(k)（→∧）に対して、次の数式７から、数式８に示す変動量行列Λ（数式４中の式と同じ）を推定する。
なお、参照時間Ｔref＝ＮΔｔ（Δｔは離散データの時間刻み）は、オブザーバの推定時間よりも長くする。
【００６７】
なお、数式７において、ξ（→）の相関を無視する、すなわちテンソル積ξ(k)（→）ξ(k)（→）の非対角成分を０とすることにより、計算を簡素化してもよい。
【００６８】
【数７】
2011255887.tif 000009
【００６９】
【数８】
2011255887.tif 000010
【００７０】
ついで外乱オブザーバ２３は、推定した変動量行列における各成分の値から、本体（被制御対象）の３つのパラメータ変動量として、質量Δｍ1、一次モーメントΔ（ｍ1ｌ1）、慣性モーメントΔ（Ｉ1＋ｍ1ｌ12）を数式９に示すとおり推定する（ステップ３４）。
【００７１】
数式９
Δｍ1＝（１／Ｒw2）Λ11Δ（ｍ1ｌ1）＝−（１／ｇ）Λ23＝（１／Ｒw）Λ12＝（１／Ｒw）Λ21Δ（Ｉ1＋ｍ1ｌ12）＝Λ22
【００７２】
一次モーメントの変動量Δ（ｍ1ｌ1）は、数式９に示されるように、変動量行列の３つの要素Λ23、Λ12、Λ21のいずれからも推定（算出）可能である。
そして、各要素Λ23は状態量のθ1に、Λ12は状態量のθ1（・・）に、Λ21は状態量のθw（・・）に対応している。
そこで、本実施形態では、一次モーメントの変動量Δ（ｍ1ｌ1）については、３つの状態量θ1、θ1（・・）、θw（・・）のうち、参照時間内で変動幅が最大の状態量に対応する式を使用することで、精度の高い値を算出することができる。
【００７３】
以上の処理によって、力学的特性量推定用センサ５０の測定値から力学的特性量を推定し、また、外乱オブザーバ２３から力学的特性量を推定すると、力学的特性量推定制御システム２２は、２つのデータを比較し、力学的特性量である被制御対象の質量、一次モーメント（重心高さ）、慣性モーメントを決定する（図６、ステップ１７）。
なお、以下の説明では、力学的特性量推定用センサ５０の測定値から推定した力学的特性量Ｐｋで表し、また、外乱オブザーバ２３で推定した力学的特性量をＰｇで表す。
【００７４】
本実施形態では、２つの方法により力学的特性量Ｐｋ、Ｐｇを推定したが、この両者を次の（１）〜（４）のように使用することで、より高精度な力学的特性量変動の推定を実現している。
図１０は、力学的特性量Ｐｋ、Ｐｇの使い分けの一例を示したものである。
（１）信頼性に応じた使い分け
各力学的特性量の要素３つについて、評価の信頼性の高い推定システムは異なるので、図１０（ａ）に示すように、信頼度に応じた重みを与える。
計測器は、質量（ｍ1）の信頼性が高く、外乱オブザーバは１次モーメント（ｍ1ｌ1）の信頼性が高い。
そこで、図１０（ａ）に例示したように、力学的特性量Ｐｋ、Ｐｇを次の割合で重み付けして使用する。なお、両者の割合については例示であり、他の値とすることも可能である。
質量についてはＰｋを９０％使用し、Ｐｇを１０％使用する。
また一次モーメントについては、Ｐｋを３０％使用し、Ｐｇを７０％使用する。
また慣性モーメントについては、Ｐｋを５０％使用し、Ｐｇを５０％使用する。
【００７５】
（２）周波数成分に応じた使い分け
計測値を使用して算出（ステップ１１〜１３）した力学的特性量Ｐｋと、外乱オブザーバ２３で推定（ステップ１４〜１６）した力学的特性量Ｐｇには、評価可能な上限の周波数ｆ１、ｆ２がある。
すなわち、力学的特性量Ｐｋには、固有振動数や応答性能といったハードとしての上限ｆ１がある。
一方、外乱オブザーバ２３による力学的特性量Ｐｇには、推定速度（極）から決定される安定性（ロバスト性）に対する上限ｆ２がある。
【００７６】
そこで、本実施形態では、両力学的特性量Ｐｋ、Ｐｇの周波数成分に対して、上限ｆ１、ｆ２に基づいて、各周波数成分に基づく重み付けが、図１０（ｂ）に例示されるように、決められている。
【００７７】
（ａ）外乱オブザーバ２３による力学的特性量Ｐｇについては、周波数の上限ｆ２よりも大きくなるに従って重みを小さくする。
（ｂ）計測値に基づく力学的特性量Ｐｋについては、周波数の上限ｆ１よりも大きくなるに従って重みを小さくする。
（ｃ）外乱オブザーバ２３の信頼性が高い範囲（上限ｆ２以下の周波数範囲）については、外乱オブザーバ２３による力学的特性量Ｐｇに対する重みを大きくし、計測値による力学的特性量Ｐｋに対する重みは、徐々に小さくなるようにする。
（ｄ）計測値による力学的特性量Ｐｋだけを使用するｆ１以上の周波数に対しては１以下の重みとし、ｆ１未満の周波数に対する両重みの合計は１とする。
【００７８】
（３）走行状態に応じた使い分け
外乱オブザーバは加速度の変化、姿勢の変化が大きく、十分な観測時間が無いと、高精度で推定できない。
そこで、制御開始時（制御開始から所定時間Ｔ１までの間）や、穏やかな走行時（加速度の変化率及び姿勢角の変化率がα１％以下の場合）には、計測値による力学的特性量Ｐｋを１００％使用し、その値を外乱オブザーバの初期値として与える。
それ以外の場合については、上記（１）、又は（２）による。
【００７９】
（４）フェイルセーフとしての併用
本実施形態では、両力学的特性量Ｐｋ、Ｐｇについて、一方の値を他方の値のフェイル判定指標として用いている。
すなわち、各周波数成分について、両者の値の差を評価し、差が大きい場合には、詳細な検討を行い、誤りである可能性が高い方をフェイルとみなすようにしている。
一方がフェイルと判定された場合、他方の特性量を重み１で使用する。
なお、このフェイルセーフ判定指標としてのＰｋ、Ｐｇの使用については、上記（１）〜（３）とは独立して常時使用され、判断されている。
【００８０】
以上により、各周波数成分毎に採用する力学的特性量変動（Ｐｆとする）が決まると（ステップ１７）、力学的特性量推定制御システム２２は、対応すべき力学的特性量変動Ｐｆを、各対応機構（システム）へ適切に分配する（ステップ１８）。
ここで、各対応機構（システム）は、図１の（ｃ）、（ｄ）で概要を説明した、制御パラメータ自体の修正（以下パラメータ変更システムという）と、ウェイトによる制御系特性量調整（以下ウェイト調整機構という）の各機構である。
【００８１】
対応すべき力学的特性量変動Ｐｆの、パラメータ変更システムとウェイト調整機構への分配については、次のいずれかの方法による。
（１）周波数成分に応じた使い分け
すなわち、パラメータ変更システムにおいて、制御パラメータの再計算は時間がかかるので、比較的高い周波数域では、ウェイト調整機構を用いる。
パラメータ変更システムでは、計算時間、安定性（ロバスト性）から、上限周波数ｆ４が存在し、ウェイト調整機構にはハード的限界から上限周波数ｆ３が存在すると共に、姿勢制御系との連成をふせぐために姿勢制御系の基本周波数帯を回避する必要がある。
そこで、図１１に示されるように、ステップ１７で決定した力学的特性量変動Ｐｆを、周波数成分に応じた重み付けにより、パラメータ変更システムとウェイト調整機構に分配する。
なお、本実施形態におけるシステムは力学的特性量の準定常的な変動（姿勢制御系の特性速度よりも遅い変動、例えば、数秒単位の動き）を対象としているため、図１１に示されるように、高周波成分をカットすることで、かなり速い変動は無視する。
【００８２】
（２）能力の限界に対する代用
一方、ウェイト調整機構には、質量を調整（増減）できないという定性的限界と、ウェイトの質量、可動ストロークが有限であるという定量的な限界がある。
そこで、ウェイト調整機構の限界を越える部分について、パラメータ変更システムによって対応、修正する。
【００８３】
（３）フェイルセーフとしての代用
例えば、パラメータ変更システムでは、制御パラメータ再計算の破綻、例えば、陰的な方程式を繰り返し計算法で解くときに、解が発散する可能性がある。
また、ウェイト調整機構のハード的な故障が発生する可能性もある。
そこで、本実施形態では、一方が故障したとき、それを他方で補うように使用する。
【００８４】
配分する力学的特性量変動Ｐｆが決まると、力学的特性量推定制御システム２２は、パラメータ変更システムとウェイト調整機構による、姿勢制御系の制御系特性量修正を行う（ステップ１９〜２０、ステップ２１〜２３）。
図１２は、パラメータ変更システムによる制御パラメータの修正について、概念的に表したものである。
この図１２に示されるように、力学的特性量変動Ｐｆの配分（質量、一次モーメント、慣性モーメント）の条件に適した制御パラメータに修正する。
【００８５】
この制御対象モデルは、数式１０で表され、これを扱い易いようにシステムの状態方程式の形で表すと数式１１で表現される。
数式１０における、ｘs（→）、ｕ（→）、Ｍs、Ｃs、Ｋsについては、上記数式３の通りである。
なお、数式１０では、外乱を推定する外乱オブザーバのモデル（数式２）と異なり、Ｐdｄ（→）の項は存在せず、また、数式１１においても、システムの状態方程式（数式５）と異なり、Ｄｄ（→）の項は存在しない。
【００８６】
【数１０】
2011255887.tif 000011
【００８７】
【数１１】
2011255887.tif 000012
【００８８】
力学的特性量推定制御システム２２は、上記数式１０又は数式１１に従って、分配された力学的特性量変動Ｐｆに対して最適な制御パラメータ（フィードバックゲインＧ）を再計算し（ステップ１９）、得られた制御パラメータを制御システムに導入する（ステップ２０）。
ここで、分配された力学的特性量変動Ｐｆに対する制御パラメータの算出方法として、特性最適化パラメータ計算と、特性不変パラメータ計算の２つがある。
【００８９】
特性最適化パラメータ計算では、例えば最適レギュレータ等を使用することでフィードバックゲインＧを一から計算し直すことで、条件（分配された力学的パラメータ量Ｐｆ）に最適なゲインＧを得る。
一方、特性不変パラメータ計算では、設計時の制御系特性をできるだけ変えないようなゲインＧを計算する。
【００９０】
特性最適化パラメータ計算では、条件に最適なゲインが得られるが、計算に時間がかかるというデメリットがある。
これに対して特性不変パラメータ計算では、最適値ではないが、ある程度妥当なゲインを短時間で算出できるというメリット、また制御系設計時の詳細な調整を生かすことができるというメリットがある。
本実施形態では、２つの制御パラメータ計算方法（設定システム）を次のように使い分けている。
すなわち、最初は特性不変パラメータ計算で仮設定を行い、特性最適化パラメータ計算による最適値が算出された後に、最適値である制御パラメータに最終変更する。
なお、ゲインを急に変更することにより、姿勢制御が不安定になることを防止するために、各パラメータについて線形に遷移させることで、ゲインの変更を滑らかに行なう。
【００９１】
ここで、制御パラメータの設定における、特性不変パラメータ計算について説明する。
状態フィードバックによる姿勢制御系において、制御パラメータを修正する前のモデル（ノミナルモデル）は数式１２で表され、この特性方程式は数式１３で表される。
【００９２】
【数１２】
2011255887.tif 000013
【００９３】
【数１３】
2011255887.tif 000014
【００９４】
そして、修正前のノミナルモデルに対して、数式１４で表される実際の制御対象の力学的特性を考慮した場合、その推定モデルは数式１５で表される。そして、この場合の特性方程式は数式１６で表される。
なお、数式１４の制御対象特性において、Ｍs、Ｋsには上述した数式３で示されるように、分配された力学的特性量変動（質量、一次モーメント、慣性モーメント）を含んでいる。
【００９５】
【数１４】
2011255887.tif 000015
【００９６】
【数１５】
2011255887.tif 000016
【００９７】
【数１６】
2011255887.tif 000017
【００９８】
力学的特性量推定制御システム２２では、閉ループ系の極配置（フィードバック制御系の基本特性）ができるだけ変わらないようにフィードバックゲインＧを修正する。
そして、制御パラメータ（ゲイン）の変更前後で、閉ループ系の特性方程式（数式１３と数式１６）が同じになる条件は、数式１７で表される。
【００９９】
【数１７】
2011255887.tif 000018
【０１００】
力学的特性量推定制御システム２２は、数式１７の２式から、ゲイン修正量ΔＧK、ΔＧCを求める。
ここで、行列Ｐuが正則であれば、正確な計算が可能であり、極配置を全く変えないようにゲインを変更することができる。一方、Ｐuが正則でなければ、上式を完全に満足するようなゲインは無いので、最小二乗法などで、近似的にゲインを求める。
一般に、一輪車、二輪車の姿勢制御ではＰｕは正則でないので、本実施形態の力学的特性量推定制御システム２２では、近似的にゲイン修正量（ΔＧk，ΔＧc）を求める。
なお、算出したゲイン修正量（ΔＧk，ΔＧc）でフィードバックゲインＧを修正した後に、その閉ループ系の安定性を確認計算する必要があり、不安定になる場合には、修正は行わずに修正前の値のまま姿勢制御を継続する。
【０１０１】
次に、ウェイト調整機構による、姿勢制御系の制御系特性量の修正について説明する。
力学的特性量推定制御システム２２は、分配された力学的特性量に基づく値とノミナル値（制御想定値）との差異を最小とするようなウェイト１３４（図５参照）の配置を計算し（ステップ２１）、計算した位置をウェイトの目標位置に設定する（ステップ２２）。
そして、力学的特性量推定制御システム２２は、ウェイト駆動アクチュエータ６２に目標位置へウェイトを動かすための指令値を出力する。これによりウェイト駆動アクチュエータ６２により、車体に取り付けたウェイト１３４が目標位置に移動され、力学的特性量の値がノミナル値に近づく（ステップ２３）ことになる。
【０１０２】
具体的には、ノミナル値（制御想定値）に対する実際の力学的特性量のズレを、一次モーメントΔ（ｍ1ｌ1）、慣性（２次）モーメントΔ（Ｉ1＋ｍ1ｌ12）（車軸基準）で表すと、このズレを相殺するために、次の数式１８に従って、ウェイトｍb(k)を上下方向にΔｈb(k)だけ動かす。
ここで、数式１８は、それぞれ独立して上下動可能なＮ個のウェイトが配置される場合を想定した式であり、(k)はＮ個の中のｋ番目のウェイトを指し、ｌb(k)は車軸からウェイト基準位置までの距離を表す。
【０１０３】
【数１８】
2011255887.tif 000019
【０１０４】
上記数式１８から決定された、目標位置へのサーボ制御を各ウェイトに対して行なう（ただし、既存の姿勢制御システムの特性速度よりも遅く動かす）。
この場合、ウェイト１３４を２つ使えば、両パラメータ（一次モーメントと慣性モーメント）の適合が可能になる。
また、ウエイト１３４を更に増やすことで、ウェイトの移動距離やエネルギー消費の低減が可能になる。
例えば、ウェイト１３４が１つの場合、数式１８（ａ）又は（ｂ）より、一次モーメント又は慣性モーメントの一方を調整する。この場合、直接的な調整は一方だけであるが、一般的には一次モーメントと慣性モーメントとの一方を調整することで他方もそれに伴って良い方向に変化する。
【０１０５】
また、ウェイト１３４が２つの場合、数式１８（ａ）及び（ｂ）より、一次モーメントと慣性モーメントの両者を調整する。
さらに、ウェイト１３４が３つ以上である場合、両パラメータ調整に加えて、ウェイト１３４の移動距離最小制御や消費エネルギー最小制御が可能になる。
【０１０６】
なお、図５（ｂ）に示したように、ウェイト１３４の移動に加えて、又はウェイト１３４に変えて、シートの高さを変えることでも制御可能である。
【０１０７】
次に第２実施形態について説明する。
説明した実施形態（第１実施形態）では、バランサ（図9参照）を車両の姿勢制御を行うために、搭乗部に対して車両前後方向に移動する重量体として説明したが、第2実施形態では、搭乗部を含む車体の一部であり、車体基準軸に対して車両前後方向に移動可能な部分をバランサとする。
この場合、搭乗部１３を移動させる移動機構を配設し、搭乗部１３の前後移動に伴う重心移動も利用することで、車体の姿勢制御を実現する。
【０１０８】
搭乗部１３を移動させる移動機構として、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、搭乗部駆動モータの駆動トルクにより搭乗部１３と支持部材１４の相対的な位置関係を制御する。
リニアガイド装置は、支持部材１４に固定された案内レールと、搭乗部駆動モータに固定されたスライダと、転動体を備えている。
案内レールには、その左右側面部に２本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。
スライダの幅方向に沿う断面はコ字状に形成されており、その対向する二つの側面部内側には、２本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。
転動体は、前述した軌道溝の間に組み込まれて、案内レールとスライダとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。
なお、スライダには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝と戻し通路を循環するようになっている。
リニアガイド装置には、リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ（クラッチ）が配設されている。車両が停車している時のように搭乗部の動作が不要であるときには、ブレーキにより、案内レールにスライダを固定することで、案内レールが固定されている支持部材１４と、スライダが固定されている搭乗部１３との相対的位置を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、支持部材１４側の基準位置と搭乗部１３側の基準位置との距離が所定値となるように制御する。
【０１０９】
このように構成された車両において、本実施例では、搭乗者を含む搭乗部を車両の前後方向に並進移動させることにより、車体のバランス（倒立状態）を保つ。
【０１１０】
このように構成された第２実施形態における、制御パラメータの決定について説明する。なお、第１実施形態と同様に決定されるため、第２実施形態が第１実施形態と異なる部分について説明をし、第１実施形態と同様部分についてはその説明を適宜省略する。
【０１１１】
第１実施形態における力学的特性量推定制御システム２２では、ステップ１２において、取得した測定データから、被制御対象の質量（ｍ1）と一次モーメント（ｍ1ｌ1）、慣性モーメント（Ｉ1＋ｍ1ｌ12）を推定している。
これに対して、第２実施形態における力学的特性量推定制御システム２２では、取得した測定データから、バランサの質量（ｍ2）と一次モーメント（ｍ2ｌ2）、慣性モーメント（Ｉ2＋ｍ2ｌ22）を第１実施形態と同様に推定する。
【０１１２】
第２実施形態において力学的特性量推定制御システム２２は、ステップ１３において、測定した搭乗物の質量ｍHと、推定した搭乗物の重心高さｈH、慣性モーメントＩHから、バランサの実際の力学的特性量である質量（ｍ2）、一次モーメント（ｍ2ｌ2）、及び慣性モーメント（Ｉ2＋ｍ2ｌ22）を算出する。
すなわち、力学的特性量推定制御システム２２は、搭乗物の質量、駆動輪１１の軸から重心までの高さ、及び慣性モーメントを、（ｍH、ｌH、ＩH）、バランサの搭乗部を除く部分の各パラメータを（ｍc、ｌc、Ｉc）とした場合、バランサの質量ｍ2、駆動輪１１の軸から重心までの高さｌ2、慣性モーメントＩ2は次の（ａ）〜（ｃ）により求まる。
（ａ）ｍ2＝ｍH＋ｍc
（ｂ）ｌ2＝（ｍHｌH＋ｍcｌc）／ｍ2
（ｃ）Ｉ2＝ＩH＋ｍH（ｌH−ｌ2）＋Ｉc＋ｍc（ｌc−ｌ2）
【０１１３】
そして第２実施形態の力学的特性量推定制御システム２２は、ステップ１６において、得られたデータからバランサの質量、一次モーメント、及び慣性モーメントを決定する。
【０１１４】
第２実施形態において、外乱オブザーバ２３を使用して実際の力学的特性量を推定する場合、外乱オブザーバを用いて外乱推定値ｄ（→∧）を算出し（ステップ３１）、車両制御用センサ（走行、姿勢制御用センサ４０）で検出（ないし検出値に基づき算出）されるタイヤ回転角加速度θW（・・）、本体傾斜角加速度θ1（・・）、本体傾斜角θ1、バランサ加速度λ（・・）、バランサ位置λ2からなる車両状態量ξ（→）を決定する（ステップ３２）。
ついで力学的特性量推定制御システム２２は、外乱推定値ｄ（→∧）と車両状態量ξ（→）とから、最小二乗法により変動量行列Λを推定し（ステップ３３）、変動量行列Λからバランサの各力学特性量変動を推定する（ステップ３４）。
【０１１５】
外乱の推定値ｄ（→∧）は数式１に従って算出するが、その力学モデルを図示した図９において、バランサは本実施形態の移動機構によって前後に移動する搭乗部と搭乗物を表し、ｍ1が本体（乗員を含まない）の質量であり、ｍ2が本実施形態におけるバランサ（乗員を含む）の質量である。それ以外の記号については、第１実施形態と同じである。
【０１１６】
そして、搭乗者のパラメータ変動による外乱ｄ（→∧）は、車両状態量をξ（→）、変動量行列をΛ、外乱進入経路をＰdとすると、第１実施形態の数式４に代えて、次の数式１９で表される。
数式４において、車両状態量ξ（→）において、θ1、θ1（・・）、θW（・・）、λ2、λ2（・・）、は上述したように、本体（車体）傾斜角、本体傾斜角加速度、タイヤ回転角加速度、バランサ位置、バランサ加速度である。
【０１１７】
【数１９】
2011255887.tif 000020
【０１１８】
一方、外乱オブザーバ２３は、各センサから、車両状態量ξ（→）を取得する（ステップ３２）。
そして、外乱オブザーバ２３は、車両状態量ξ（→）と外乱推定値ｄ（→∧）の時間履歴から変動量行列Λを最小二乗法で推定する（ステップ３３）。
すなわち、Ｎ個の離散時間データ列ξ(k)（→）、ｄ(k)（→∧）に対して、次の数式７から、数式２０に示す変動量行列Λ（数式１９中の式と同じ）を推定する。
なお、参照時間Ｔref＝ＮΔｔ（Δｔは離散データの時間刻み）は、オブザーバの推定時間よりも長くする。
【０１１９】
【数２０】
2011255887.tif 000021
【０１２０】
ついで外乱オブザーバ２３は、推定した変動量行列における各成分の値から、バランサの３つのパラメータ変動量として、質量Δｍ2、一次モーメントΔ（ｍ2ｌ2）、慣性モーメントΔ（Ｉ2＋ｍ2ｌ22）を、次の数式２１によって推定する（ステップ３４）。
【０１２１】
数式２１
Δｍ2＝Λ11／ＲW ＝Λ13／ＲW＝Λ31／ＲW＝Λ33＝−Λ25／ｇ＝−Λ34／ｇ
Δ（ｍ2ｌ2）＝Λ12／ＲW＝Λ21／ＲW＝Λ23＝Λ32＝−Λ24／ｇ
Δ（Ｉ2＋ｍ2ｌ2 ）＝Λ22
【０１２２】
数式２１における変動量Δｍ2およびΔ（ｍ2ｌ2）は、変動量行列の複数の要素から推定可能であり、第１実施形態と同様に、参照時間内で変動量が最大の状態量に対応する式を用いてもよい。
【０１２３】
以上説明した第２実施形態では、バランサとして搭乗者を含む搭乗部を移動機構により動かす場合について説明したが、第２のバランサとして、搭乗部に対して相対的に前後方向に移動可能な小荷重を配置してもよい。この小荷重は、小荷重移動機構により移動する。この場合の小荷重は、実施形態１におけるバランサに相当する。
そして、この変形例では、搭乗部移動機構と小荷重移動機構を利用した倒立型車両の姿勢制御を行う。
このような姿勢制御を行う変形例においても第２実施形態と同様にして各制御パラメータを決定する。
【０１２４】
説明した実施形態では、１軸の二輪車における前後方向の姿勢制御を例に説明したが、本発明では、一輪車の姿勢制御、一輪車、二輪車の左右の姿勢制御に対しても、本実施形態における力学的特性量推定及び制御系特性量修正の方法を適用することも可能である。
【０１２５】
また、本発明は次の各構成とすることも可能である。
（１）構成１
車体の姿勢制御を行う車両であって、
前記車体の姿勢制御系における、被制御対象の力学的特性量を推定する推定手段と、
前記推定した実際の力学的特性量に基づいて、前記姿勢制御系における制御系特性量を修正する制御系特性量修正手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
（２）構成２
前記車体は、重量体を乗せる搭乗部と、
前記重量体の荷重を検出する荷重センサと、
前記重量体の高さを検出する高さセンサと、を備え、
前記推定手段は、前記荷重センサ及び前記高さセンサの検出値から、前記被制御対象の力学的特性量を推定する直接推定手段を有する、
ことを特徴とする構成１に記載の車両。
（３）構成３
前記被制御対象の実際の車体傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
駆動輪に対して与えた駆動トルクに基づいて、前記被制御対象の車体傾斜角の状態を想定する傾斜角想定手段と、
前記実際の車体傾斜角と、前記想定した車体傾斜角とに基づいて外乱を推定する外乱オブザーバと、を備え、
前記推定手段は、前記外乱オブザーバに基づいて、前記被制御対象の力学的特性量を推定する間接推定手段を有する、
ことを特徴とする構成１又は構成２に記載の車両。
（４）構成４
前記車体は、重量体を乗せる搭乗部と、
前記重量体の荷重を検出する荷重センサと、
前記重量体の高さを検出する高さセンサと、
前記被制御対象の実際の車体傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
駆動輪に対して与えた駆動トルクに基づいて、前記被制御対象の車体傾斜角の状態を想定する傾斜角想定手段と、
前記実際の車体傾斜角と、前記想定した車体傾斜角とに基づいて外乱を推定する外乱オブザーバと、を備え、
前記推定手段は、前記荷重センサ及び前記高さセンサの検出値から、前記被制御対象の力学的特性量を推定する直接推定手段と、前記外乱オブザーバに基づいて、前記被制御対象の力学的特性量を推定する間接推定手段を有し、
前記推定手段は、前記直接推定手段及び前記間接推定手段による推定値に基づいて、前記被制御対象の力学的特性量を推定する、
ことを特徴とする構成１に記載の車両。
（５）構成５
前記推定手段は、前記直接推定手段及び間接推定手段による推定値の周波数成分に基づいて、力学的特性量を推定する、
ことを特徴とする構成４に記載の車両。
（６）構成６
前記制御系特性量修正手段は、前記推定手段により推定した力学的特性量に応じて、前記車体の姿勢制御系における制御パラメータを変更することで前記制御系特性量を修正する、
ことを特徴とする構成１から構成５のうちのいずれか１の構成に記載の車両。
（７）構成７
前記制御系特性量修正手段は、前記推定した力学的特性量に応じて、車体の形状を変化させることで前記制御系特性量を修正する車体変形手段を有する、
ことを特徴とする構成１から構成５のうちのいずれか１の構成に記載の車両。
（８）構成８
前記制御系特性量修正手段は、
前記推定手段により推定した力学的特性量に応じて、前記車体の姿勢制御系における制御パラメータを変更することで前記制御系特性量を修正する制御パラメータ修正手段と、
前記推定した力学的特性量に応じて、車体の形状を変化させることで前記制御系特性量を修正する車体変形手段と、
前記推定手段で推定した力学的特性量を、前記制御パラメータ修正手段、及び前記車体変形手段に分配する力学的特性量分配手段と、
を具備したことを特徴とする構成１から構成５のうちのいずれか１の構成に記載の車両。
（９）構成９
前記力学的特性量分配手段は、前記推定手段で推定した力学的特性量の周波数成分に基づいて分配する、
ことを特徴とする構成８に記載の車両。
（１０）構成１０
前記車体に対して移動可能に配置されたウェイトを備え、
前記車体変形手段は、前記推定手段により推定した力学的特性量に応じて、前記ウェイトを移動させることで車体の形状を変化させる、
ことを特徴とする構成７、構成８、又は構成９に記載の車両。
（１１）構成１１
前記車体は、搭乗部と、
駆動輪の接地面に対し、前記搭乗部を水平方向に移動させる搭乗部移動機構と、を備え、
前記被制御対象は前記搭乗部移動機構を含み、該搭乗部移動機構は前記推定手段により推定した力学的特性量に応じて前記搭乗部を移動させる、
ことを特徴とする構成１に記載の車両。
（１２）構成１２
駆動輪の接地面に対し、前記搭乗部を水平方向に移動させる搭乗部移動機構と、を備え、
前記被制御対象は前記搭乗部移動機構を含み、該搭乗部移動機構は前記推定手段により推定した力学的特性量に応じて前記搭乗部を移動させる、
ことを特徴とする構成２から構成６のうちのいずれか１の構成に記載の車両。
（１３）構成１３
前記推定手段は、前記搭乗部移動機構により移動する搭乗部の質量及び重心高さに基づいて、被制御対象の力学的特性量を推定する、
ことを特徴とする構成１１又は構成１２に記載の車両。
【符号の説明】
【０１２６】
１１  駆動輪
１２  駆動モータ
１３  搭乗部
１３１  座面部
１４  支持部材
１６  制御ユニット
２０  制御ＥＣＵ
２１  車体基本制御システム
２２  力学的特性量推定制御システム
２３  外乱オブザーバ
３０  操縦装置
４０  走行、姿勢制御用センサ
４１  走行速度計
４２  車体傾斜角度計
５０  力学的特性量推定用センサ
５１  荷重計
５２  座高計
６０  アクチュエータ
６１  タイヤ回転アクチュエータ
６２  ウェイト駆動アクチュエータ
１３４  ウェイト
【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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【図１２】
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