(57)【要約】【課題】傾斜状態で停止している倒立振り子車両の起立制御と降車制御を実現する。【解決手段】起立が完了するまでに車両が移動する距離（起立移動距離Ｌ１）および、車体が傾斜してストッパが接地するまでに車両が移動する距離（降車移動距離Ｌ２）を移動許容距離として取得する。この移動許容距離を満足する範囲内で、できるだけゆっくり車体を起こすように、駆動輪の出力トルクを制御することで、起立制御および降車制御を行う。【選択図】図２
2008189017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の傾斜状態と駆動輪の回転状態に応じて前記駆動輪のトルクを制御することで、搭乗部を含む車体を倒立状態に保持して走行する車両であって、
停止時において一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構と、
前記制限機構の接地状態から起立するまでの起立移動距離の目標値を取得する起立移動距離取得手段と、
前記取得した起立移動距離の目標値に基づき、前記駆動輪トルクを決定する駆動輪トルク決定手段と、
前記決定した駆動輪トルクで前記駆動輪を駆動制御して車両を起立させる起立制御手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記駆動輪トルク決定手段は、車体の傾斜角、車体の傾斜角速度、駆動輪の回転速度の少なくとも１に対するフィードバックゲインを、前記起立移動距離の目標値に基づいて決定することで駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記駆動輪トルク決定手段は、車体傾斜角をフィードバック制御し、前記車体傾斜角の目標値を起立開始後の時間に応じて変化させることで、前記駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項４】
前記駆動輪トルク決定手段は、起立開始時と起立完了時の起立速度が、起立途中の起立速度よりも小さくなるように、前記駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記搭乗部に対して車両の前後方向に移動可能に配置されたバランサと、
起立時に、前記車体の傾斜角θに応じてバランサ位置を移動する移動手段と、を備え、
前記駆動輪トルク決定手段は、前記バランサの移動により車体に作用する重力トルクを考慮して駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の車両。
【請求項６】
起立方向に存在する障害物までの距離を取得する障害物距離取得手段を備え、
前記駆動輪トルク決定手段は、前記取得した障害物までの距離が前記取得した起立移動距離よりも小さい場合に、前記障害物までの距離に基づき、前記駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の車両。
【請求項７】
車体の傾斜状態と駆動輪の回転状態に応じて前記駆動輪のトルクを制御することで、搭乗部を含む車体を倒立状態に保持して走行する車両であって、
一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構と、
前記制限機構の前記一部が接地し、車体が傾斜して停止した乗降停止までの目標距離を降車移動距離として取得する降車移動距離取得手段と、
前記取得した降車移動距離で乗降停止する駆動輪トルクを決定する駆動輪トルク決定手段と、
前記決定した駆動輪トルクで前記駆動輪を駆動制御して乗降停止させる乗降停止制御手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
【請求項８】
前記駆動輪トルク決定手段は、車体の傾斜角速度、駆動輪の回転速度の少なくとも一方に対するフィードバックゲインを、前記降車移動距離に応じて決定することで駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする請求項７に記載の車両。
【請求項９】
前記駆動輪トルク決定手段は、車体傾斜角をフィードバック制御し、前記車体傾斜角の目標値を乗降停止への移行開始後の時間に応じて変化させることで、前記駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の車両。
【請求項１０】
前記駆動輪トルク決定手段は、乗降停止への移行開始時と完了時の車体傾斜速度が、乗降停止までの途中の車体傾斜速度よりも小さくなるように、前記駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
前記搭乗部に対して車両の前後方向に移動可能に配置されたバランサと、
乗降停止に移行する場合に、前記車体の傾斜角に応じてバランサ位置を移動する移動手段と、を備え、
前記駆動輪トルク決定手段は、前記バランサの移動により車体に作用する重力トルクを考慮して駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項７から請求項１０のうちのいずれか１の請求項に記載の車両。
【請求項１２】
降車移動方向に存在する障害物までの距離を取得する障害物距離取得手段を備え、
前記駆動輪トルク決定手段は、前記障害物までの距離が前記取得した降車移動距離よりも小さい場合に、前記障害物までの距離に基づき、前記駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項７から請求項１１うちのいずれか１の請求項に記載の車両。
【請求項１３】
前記駆動輪トルク決定手段は、車体を所定の方向に傾斜させて乗降停止させるための、車体の傾斜角に応じた付加トルクを加えて、前記駆動輪トルクを決定する、
ことを特徴とする請求項７、請求項８、請求項１１、又は請求項１２に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に係り、例えば、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立振り子の姿勢制御を利用した車両（以下、単に倒立振り子車両という）が注目され、例えば、特許文献１の搬送措置が提案されている。
【０００３】
この特許文献１提案の搬送装置では、センサ部で筐体のバランス状態および動作状態を検出しながら、制御部が回転体の動作を制御して搬送装置を静止若しくは移動させるようにしている
このような倒立振り子車両において、出没可能な補助輪を配置した技術として特許文献１、２記載技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、搭乗者の乗車および降車の際に、補助輪を出して接地させることで、車両の姿勢を安定化させ、搭乗者の乗車、降車を容易にすることについて記載されている。また、姿勢制御が困難な状況に陥ったときにも、補助輪を出すことで車両の姿勢を保つことについて記載されている。
一方、特許文献２では、動作異常時に補助輪を突出させ、車体を安定した状態に保持することについて記載されている。
【特許文献１】特開２００４−７４８１４
【特許文献２】特開２００４−２１７１７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献記載技術は、いずれも車両を傾斜させた状態で安定的に車両を停止させるものではない。すなわち、引用文献記載技術は、車両の水平状態で補助輪を接地させる技術であり、乗車、降車の際には既に水平状態であるため、乗車及び降車の際の制御については特に記載されていない。
これに対して、車両を傾斜させた状態で安定的に車両を停止させる車両の場合には、乗車してから発進するために車両をどのように起立させるか、また、降車する際に車両をどのように傾斜させて停止させるかは、乗車、降車の際の乗り心地を左右する要素となる。
【０００６】
そこで本発明は、傾斜状態で停止している倒立振り子車両を起立させる起立制御を行うことが可能な車両を提供することを第１の目的とする。
また本発明は、倒立振り子車両を傾斜状態で停車させるまでの降車制御を行うことが可能な車両を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１記載の発明では、車体の傾斜状態と駆動輪の回転状態に応じて前記駆動輪のトルクを制御することで、搭乗部を含む車体を倒立状態に保持して走行する車両であって、停止時において一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構と、前記制限機構の接地状態から起立するまでの起立移動距離の目標値を取得する起立移動距離取得手段と、前記取得した起立移動距離の目標値に基づき、前記駆動輪トルクを決定する駆動輪トルク決定手段と、前記決定した駆動輪トルクで前記駆動輪を駆動制御して車両を起立させる起立制御手段と、を車両に具備させて前記第１の目的を達成する。
（２）請求項２に記載した発明では、請求項１に記載の車両において、前記駆動輪トルク決定手段は、車体の傾斜角、車体の傾斜角速度、駆動輪の回転速度の少なくとも１に対するフィードバックゲインを、前記起立移動距離の目標値に基づいて決定することで駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（３）請求項３に記載した発明では、請求項１に記載の車両において、前記駆動輪トルク決定手段は、車体傾斜角をフィードバック制御し、前記車体傾斜角の目標値を起立開始後の時間に応じて変化させることで、前記駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（４）請求項４に記載した発明では、請求項３に記載の車両において、前記駆動輪トルク決定手段は、起立開始時と起立完了時の起立速度が、起立途中の起立速度よりも小さくなるように、前記駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（５）請求項５に記載した発明では、請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の車両において、前記搭乗部に対して車両の前後方向に移動可能に配置されたバランサと、起立時に、前記車体の傾斜角θに応じてバランサ位置を移動する移動手段と、を備え、前記駆動輪トルク決定手段は、前記バランサの移動により車体に作用する重力トルクを考慮して駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（６）請求項６に記載した発明では、請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の車両において、起立方向に存在する障害物までの距離を取得する障害物距離取得手段を備え、前記駆動輪トルク決定手段は、前記取得した障害物までの距離が前記取得した起立移動距離よりも小さい場合に、前記障害物までの距離に基づき、前記駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（７）請求項７に記載した発明では、車体の傾斜状態と駆動輪の回転状態に応じて前記駆動輪のトルクを制御することで、搭乗部を含む車体を倒立状態に保持して走行する車両であって、一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構と、前記制限機構の前記一部が接地し、車体が傾斜して停止した乗降停止までの目標距離を降車移動距離として取得する降車移動距離取得手段と、前記取得した降車移動距離で乗降停止する駆動輪トルクを決定する駆動輪トルク決定手段と、前記決定した駆動輪トルクで前記駆動輪を駆動制御して乗降停止させる乗降停止制御手段と、を車両に具備させて、前記第２の目的を達成する。
（８）請求項８に記載した発明では、請求項７に記載の車両において、前記駆動輪トルク決定手段は、車体の傾斜角速度、駆動輪の回転速度の少なくとも一方に対するフィードバックゲインを、前記降車移動距離に応じて決定することで駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（９）請求項９に記載した発明では、請求項７に記載の車両において、前記駆動輪トルク決定手段は、車体傾斜角をフィードバック制御し、前記車体傾斜角の目標値を乗降停止への移行開始後の時間に応じて変化させることで、前記駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（１０）請求項１０に記載した発明では、請求項９に記載の車両において、前記駆動輪トルク決定手段は、乗降停止への移行開始時と完了時の車体傾斜速度が、乗降停止までの途中の車体傾斜速度よりも小さくなるように、前記駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（１１）請求項１１に記載した発明では、請求項７から請求項１０のうちのいずれか１の請求項に記載の車両において、前記搭乗部に対して車両の前後方向に移動可能に配置されたバランサと、乗降停止に移行する場合に、前記車体の傾斜角に応じてバランサ位置を移動する移動手段と、を備え、前記駆動輪トルク決定手段は、前記バランサの移動により車体に作用する重力トルクを考慮して駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（１２）請求項１２に記載した発明では、請求項７から請求項１１うちのいずれか１の請求項に記載の車両において、降車移動方向に存在する障害物までの距離を取得する障害物距離取得手段を備え、前記駆動輪トルク決定手段は、前記障害物までの距離が前記取得した降車移動距離よりも小さい場合に、前記障害物までの距離に基づき、前記駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
（１３）請求項１３に記載した発明では、請求項７、請求項８、請求項１１、又は請求項１２に記載の車両において、前記駆動輪トルク決定手段は、車体を所定の方向に傾斜させて乗降停止させるための、車体の傾斜角に応じた付加トルクを加えて、前記駆動輪トルクを決定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１〜請求項６に記載の発明では、停止時において一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構を備え、取得した起立移動距離の目標値に基づき、駆動輪トルクを決定し、決定した駆動輪トルクで駆動輪を駆動制御して車両を起立させるので、傾斜状態で停止している倒立振り子車両を起立させる起立制御を行うことができる。
請求項７〜請求項１３記載の発明では、一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構を備え、取得した降車移動距離で乗降停止する駆動輪トルクを決定し、決定した駆動輪トルクで駆動輪を駆動制御して乗降停止させるので、倒立振り子車両を傾斜状態で停車させる降車制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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２０を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
（ａ）前提
倒立車両では、車両の直立状態よりも傾斜させた状態のほうが乗車、降車を行い易い場合がある。例えば、座席型を備えた倒立車両のように地面から比較的高い位置に搭乗部がある倒立車両の場合、車両の直立状態では搭乗者が乗車することが困難であるため、傾斜状態とすることが好ましい。
本実施形態の車両では、傾斜状態を安定させるために、車体に固定されたの構造体としてのストッパ（制限機構）を配置し、駆動輪の接地点とストッパの接地点との間に搭乗者と車両本体の重心を移動させることで、傾斜状態の車両を安定的に停止させる。
本明細書において、ストッパの前方端部が接地し、車体が傾斜して停止している状態を乗降停止という。
【００１０】
このような車両において、傾斜した車体を起立させる際、及び、ストッパが接地するまで車体を傾斜させる降車の際には、起立や傾斜させるためのトルクを車体に作用させると、その反作用で駆動輪が回転し、車両が移動する。
車体の傾斜角を急激に変化させると乗員の乗り心地が低下する。
一方、車体傾斜をゆっくり変化させると、車体の傾斜状態を保持するための駆動トルクが長時間作用するため、起立が完了するまで、及び車体が傾斜してストッパが接地するまでの車両移動距離が長くなってしまう。
【００１１】
そこで、本実施形態では、起立が完了するまでに車両が移動する距離の目標値（起立移動目標距離Ｌ１）及び、車体が傾斜してストッパが接地するまでに車両が移動する距離の目標値（降車移動目標距離Ｌ２）を移動目標距離として取得する（起立移動距離取得手段、降車移動距離取得手段）。この移動目標距離を実現する範囲内で、できるだけゆっくり車体を起こすように、駆動輪の出力トルクを制御することで、起立制御及び降車制御を行う。
本実施形態において、移動目標距離Ｌ１、Ｌ２は、搭乗者が指定した値を取得するが、予め決められた所定値を記憶しておき該所定値を取得するようにしてもよい。
また、不必要に長い移動目標距離の設定を防ぐ為に、ある閾値（最大移動目標距離、例えば、搭乗者が全く不快に感じないと推定される車体傾斜変化速度に対応）を予め設定し、その値よりも長い移動目標距離を設定した場合には、その閾値を移動目標距離にしてもよい。
【００１２】
本実施形態では、起立制御及び降車制御において、通常の倒立制御時に比べて、車体傾斜角速度のフィードバックゲインを大きくすることで、または、目標軌道を与えることで、車体の起き上がるスピードを調節する。
そして、取得した移動目標距離に対して、可能な限り車体の起き上がり速度を遅くするように駆動トルクを制御する。
【００１３】
また、本実施形態では、降車制御の際に、予め決められた方向に車体が所定角度だけ傾斜するまでのあいだ、該方向のトルクを付加を加える。これにより、車体を決められた方向に確実に倒すことができる。
なお、車体の傾斜方向は、通常前方に傾斜する方向に決められているが、例えば、搭乗部に背もたれが無く座面部だけの場合や、座面部も無い場合のように、後方か乗車するように構成されている車両の場合には、後方を所定の傾斜方向としてもよい。
【００１４】
（２）実施形態の詳細
図１は、本実施形態における車両について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示したものである。
図１に示されるように、車両は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ（１１ｂ）を備えている。
両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２ａ、１２ｂで駆動されるようになっている。
【００１５】
駆動輪１１ａ、１１ｂ（両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合には駆動輪１１という。以下他の構成も同じ）及び駆動モータ１２の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗部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。
【００１６】
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。
【００１７】
搭乗部１３の左脇には入力装置３０が配置されている。この入力装置３０は、運転者の操作により、車両の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の指示を行うと共に、本実施形態における起立指示や降車指示を行うためのものである。
【００１８】
本実施形態における入力装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に入力装置３０を配置するようにしてもよい。
【００１９】
また、本実施形態の車両には、入力装置３０が配置されているが、予め決められた走行指令データに従って自動走行する車両の場合には、入力装置３０に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを読み取る読み取り手段で構成し、または／及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成するようにしてもよい。
【００２０】
なお、図１において、搭乗部１３には人が搭乗している場合について表示しているが、必ずしも人が運転する車両には限定されず、荷物だけを乗せて外部からのリモコン操作等により走行や停止をさせる場合、荷物だけを乗せて走行指令データに従って走行や停止をさせる場合、更には何も搭乗していない状態で走行や停止をする場合であってもよい。
この場合の起立指示や降車指示は、走行指令データと同様に、リモコン操作等により行われる。
本実施形態において、入力装置３０の操作により出力される操作信号によって加減速等の制御が行われる。
【００２１】
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。
【００２２】
支持部材１４には、乗降停止状態で、一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構として機能する、１対のストッパ１７が固定されている。
１対のストッパ１７は、駆動輪１２を挟むように配置されているが、駆動輪１２ａ、１２ｂの間に配置するようにしてもよい。
【００２３】
ストッパ１７は、固定される支持部材１４の位置から車両の前後方向に延在した湾曲形状をしており、前方端部Ｐ１及び後方端部Ｐ２が地面に接地することで、車体の傾斜を制限するようになっている。
ストッパ１７は、支持部材１４から前方端部Ｐ１までと後方端部Ｐ２までの距離が同じ（同一長さ）で、車体の水平状態（車体の傾斜角がゼロの状態）において地面から前方端部Ｐ１までの距離と、地面から後方端部Ｐ２までの距離は同一に構成されている。
本実施形態では、前方端部Ｐ１が接地した状態において乗降停止するが、この際の車体傾斜角は、本実施形態では１５度に設定されている。この乗降停止時の傾斜角は車両の最大加速時の車体傾斜角よりも大きければ任意の角度に設定可能である。
【００２４】
また後方端部Ｐ２の接地時における傾斜角も、車両の最大減速時の車体傾斜角よりも大きければ、任意の角度に設定可能である。本実施形態では、この傾斜角度も同じ１５度に設定してるが、要求する加速度、減速度に合わせて、両者を異なる値に設定してもよい。
【００２５】
ストッパ１７の支持部材１４から前方端部Ｐ１までの長さは、前方端部Ｐ１が接地した状態において、搭乗者がいない場合の車両の重心及び想定体重、体型の搭乗者がしる場合の車両の重心とが、ともに駆動輪１１の接地点と前方端部Ｐ１との間の上方に位置するように設計されている。
【００２６】
図２は、制御ユニット１６の構成を表したものである。
制御ユニット１６は、制御ＥＣＵ（電子制御装置）２０、操縦装置３１、起動・降車スイッチ３２、角度計（角速度計）４１、駆動輪回転角度計５１、駆動輪アクチュエータ５２、その他の装置を備えている。
【００２７】
制御ユニット１６は、その他の装置としてバッテリを備えている。バッテリは、駆動モータ１２、駆動アクチュエータ５２、制御ＥＣＵ２０等に駆動用及び演算用の電力を供給するようになっている。
【００２８】
制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２を備えており、駆動輪制御、車体制御（倒立制御）等により、車両の走行、姿勢制御等の各種制御を行うようになっている。また、制御ＥＣＵ２０は、本実施形態における起立・降車制御を行うようになっている。
制御ＥＣＵ２０は、本実施形態における起立・降車制御プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
【００２９】
主制御ＥＣＵ２１には、駆動輪回転角度計５１、角度計（角速度計）４１、及び、入力装置３０として操縦装置３１、起動・降車スイッチ３２が接続されている。
操縦装置３１は、搭乗者による入力装置３０の操作に基づく走行指令を主制御ＥＣＵ２１に供給する。操縦装置３１は、ジョイスティックを備えている。ジョイスティックは直立した状態をニュートラル位置とし、前後方向に傾斜させることで加減速を指示し、左右に傾斜させることで左右方向の旋回曲率を指示するようになっている。傾斜角度に応じて、要求加減速度、旋回曲率が大きくなる。
【００３０】
起動・降車スイッチ３２は、乗車後の起立指示、及び降車の指示（乗降停止状態に移行するための指示）を、搭乗者が車両に対して行うためのスイッチである。
起動・降車スイッチ３２には、起立指示スイッチと、降車指示スイッチ及び、起立制御及び降車制御において搭乗者が許容できる車両の移動距離を指定する距離指定キー（起立移動距離取得手段、降車移動距離取得手段として機能）が配置されている。
距離指定キーで指定された距離は、起立指示スイッチが選択された場合には起立移動目標距離Ｌ１として、降車指示スイッチが選択された場合には降車移動目標距離Ｌ２として主制御ＥＣＵに供給されるようになっている。
なお、本実施形態においては、起立移動目標距離Ｌ１と降車移動目標距離Ｌ２を搭乗者が選択する場合について説明するが、シミュレーションや実車試験に基づいて予め設定した移動目標距離Ｌ１、Ｌ２（固定値）を使用するようにしてもよい。
また、起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２に所定の最大値を設定し、その値で目標値を制限することで不必要に長い移動を防ぐようにしてもよい。
【００３１】
主制御ＥＣＵ２１は、角度計４１と共に車体制御システム４０として機能し、倒立車両の姿勢制御として、車体傾斜状態に基づき、駆動輪の反トルクで車体の姿勢制御を行う。
【００３２】
主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、駆動輪回転角度計５０、駆動輪アクチュエータ５２と共に駆動輪制御システム５０として機能する。
駆動輪回転角度計５１は、駆動輪１１の回転角を主制御ＥＣＵ２１に供給し、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２に駆動トルク指令値を供給し、駆動輪制御ＥＣＵ２２は駆動輪アクチュエータ５２に駆動指令値としての駆動電圧を供給する。
駆動輪動アクチュエータ５２は、指令値に従って、両駆動輪１１ａ、１１ｂを各々独立して駆動制御するようになっている。
主制御ＥＣＵ２１は駆動輪トルク決定手段として機能し、駆動輪制御ＥＣＵ２２と駆動輪アクチュエータ５２は起立制御手段、乗降停止制御手段として機能する。
【００３３】
以上の通り構成された車両における、起立・降車制御について次に説明する。
図３は、起立・降車制御のメインフローを表したフローチャートである。
この図３に示した起立・降車制御のメインフローは、後述する起立制御、降車制御についての第１実施形態から第４実施形態に共通する。
【００３４】
初めに、主制御ＥＣＵ２１は、起動、降車スイッチの信号を取する（ステップ１０）。
次に、主制御ＥＣＵ２１は、車体が倒立状態にあるか否かを判断する（ステップ２０）。なお、この判別は車体傾斜角の計測値を使って行う。
車体が倒立状態になく（ステップ２０；Ｎ）、かつ、起動指示スイッチがＯＮ（ステップ２１；Ｙ）の場合、主制御ＥＣＵ２１は、後述する起立制御処理を実行し（ステップ３０）、その後メインルーチンにリターンする。
起立処理後のメインルーチンでは、通常の倒立制御による走行制御が実行される。
【００３５】
一方、車体が倒立状態であり（ステップ２０；Ｙ）、かつ、降車指示スイッチがＯＮ（（ステップ２２；Ｙ）の場合、主制御ＥＣＵ２１は、車両が倒立状態で停止しているか否かについて判断する（ステップ４０）。
ここで主制御ＥＣＵ２１は、倒立状態で停止しているか否かの判別条件として、左右各々の駆動輪１１の回転速度（絶対値）が共に所定の閾値以下である場合に「停止」とみなす。
例えば、停止するために減速中である場合のように、まだ倒立状態で停止していない場合（ステップ４０；Ｎ）、主制御ＥＣＵ２１は、メインルーチンにリターンし、停止が検出（ステップ４０；Ｙ）されるまで倒立姿勢制御を継続する。
【００３６】
主制御ＥＣＵ２１は、倒立状態で停止していると判断した場合（ステップ４０；Ｙ）、後述する降車制御を実行し（ステップ５０）、その後メインルーチンにリターンする。
降車制御後のメインルーチンでは、車両の停止状態になるので、その後の起立制御指令やイグニッションキーのオフ（電源オフ指令）の監視と、対応する処理への移行を行う。
【００３７】
なお、本実施形態では、車体が倒立状態になく、起動指示スイッチがＯＮの場合に起立制御を行うが、荷重センサなどを搭乗部１３の座面部１３１に配設し、起立制御の指令が供給と搭乗者の着座検知を条件に起立制御を開始し、起立指令が与えられたとしても着座を検知できない場合には、起立制御を開始しないようにしてもよい。また、搭乗者の起動・降車スイッチ３２の操作がなくても、着座の検知を条件に起立制御を開始するようにしてもよい。
【００３８】
また、車体が倒立状態にあり、降車指示スイッチがＯＮであり、更に車両が停止状態にある場合に降車制御を行うが、主制御ＥＣＵ２１は、何らかの異常を検出し、車両の姿勢制御を続行することが困難と判断した場合に、強制的に降車制御に移行させるようにしてもよい。
【００３９】
次に、第１実施形態における起立制御（ステップ３０）の内容について説明する。
図４は、第１実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ＥＣＵ２１は、センサから車体傾斜と車輪回転の状態量を取得する（ステップ３１）。すなわち、角度計（角速度計）４１から車体傾斜角（角速度）を取得し、駆動輪回転角度計（回転速度計）５１から駆動輪１１の回転角（回転速度）を取得する。
【００４０】
ついで主制御ＥＣＵ２１は、ステップ３1で取得した各状態量に基づいて、起立に必要な駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値τWを次の数式１に従って決定する（ステップ３２）。
この数式１において、｛θW｝は駆動輪の回転角速度を、θ1は車体の傾斜角を、｛θ1｝は車体の傾斜角速度を表す。
なお、本明細書の各数式における｛｝は時間微分を表し、例えば、[ｎ]はｎの時間微分を意味するものとする。また車輪回転角θWと車体傾斜角θ1は、同回転方向を同符号とし、θWを正の方向に回転させる駆動輪トルクとωを正とする。
【００４１】
（数式１）  τW＝−ＫW2｛θW｝＋ＫW3θ1＋ＫW4｛θ1｝
【００４２】
数式１における右辺各項は次の各役割を有する。
−ＫW2｛θW｝は車輪回転（車体移動）を抑制し、ＫW3θ1は車体を引き起こす（反トルクは車輪を前方へ加速させる方向に作用）という役割を有する。
また、ＫW4｛θ1｝は車体の起立速度を抑制する役割を有する。起立速度の抑制により起立時間が増加し、車両移動量が増加する。
【００４３】
駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値τWを決定する数式１は、倒立制御における駆動輪トルク指令値の決定式と同じ形であるが、そのフィードバックゲイン（ＫW2、ＫW3、ＫW4）の値は異なる。
そして、起立時と倒立時で、この値を切り替えることによって、適切な制御を実現している。
【００４４】
次に、各フィードバックゲイン（ＫW2、ＫW3、ＫW4）の決定方法について説明する。
フィードバックゲインＫW2は、倒立制御のフィードバックゲインと同じ値を設定する。フィードバックゲインＫW3については、次の数式２に従って予め設定する。
フィードバックゲインＫW2、ＫW3は、予め設定した値を固定値として記憶しておく。
【００４５】
（数式２）  ＫW3＝γｍ1ｌ1ｇ
【００４６】
数式２において、ｍ1は本体の質量（乗員を含む）［ｋｇ］、ｌ1は本体の重心距離（車軸から）［ｍ］、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ2］である。
また、γは起き上がり強さを表し、安全係数に相当する。
【００４７】
フィードバックゲインＫW4は、搭乗者によって入力装置３０から入力された、起立移動目標距離Ｌ１に応じて主制御ＥＣＵ２１が決定する。
図５は、起立移動目標距離Ｌ１（縦軸Ｌ）とフィードバックゲインＫw4（横軸）との関係を表した説明図である。
この起立移動目標距離Ｌ１とフィードバックゲインＫw4の関係は、主制御ＥＣＵ２１が記憶するが、数式化して記憶し、またはテーブル化して記憶しておく。以下、各図に示した各値の関係を表すグラフについては、同様に数式化して記憶、又はテーブル化して記憶しておく。
【００４８】
この図５では、所定のフィードバックゲインＫW2、ＫW3（固定値）を使用した場合に、入力された起立移動目標距離Ｌ１で起立が完了するフィードバックゲインＫw4を予めシミュレーションや実車試験で求め、その関係を規定している。
図５の車両移動距離曲線（実線）に示されるように、起立移動目標距離Ｌ１の値が大きくなるに従ってフィードバックゲインＫw4を大きくする。
そして、点線の車体傾斜最大減速度曲線に示されるように、フィードバックゲインＫw4が大きくなると車体傾斜の起き上がりが遅く（ゆっくりと）なる。
すなわち、本実施形態によれば、入力された起立移動目標距離Ｌ１で起立が完了する最も遅い速度となるようにフィードバックゲインＫw4が選択されることで、搭乗者の選択した起立移動目標距離Ｌ１で起立時の乗り心地の向上を実現している。
【００４９】
主制御ＥＣＵ２１は、図５に従って起立移動目標距離Ｌ１から決定したフィードバックゲインＫW4、及びフィードバックゲインＫW2、ＫW3から、数式１に従って決定したトルク指令値τWを、駆動輪制御システムに与える（ステップ３３）。
すなわち、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２に指令値τWを送ると、駆動輪制御ＥＣＵ２２は指令値τWに対応した駆動電圧を駆動輪アクチュエータ５２に供給する。これにより、駆動輪１１からは駆動トルクτWが出力され、車両は起立移動目標距離Ｌ１での起立動作が行われる。
【００５０】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、起立が完了しているか否かを判断する（ステップ３４）。
ここで、起立完了か否かについては、角度計４１から供給される車体傾斜角度θ1の絶対値から判断する。例えば、車体傾斜角度θ1が所定の閾値ｑ度（例えば、ｑ＝±１）以下である場合には起立が完了している、すなわち、倒立状態であると判断する。
【００５１】
主制御ＥＣＵ２１は、起立が完了していなければステップ３１に戻って起立制御を続行し（ステップ３４；Ｎ）、完了していればメインルーチンにリターンする（ステップ３４；Ｙ）。
【００５２】
次に、第１実施形態における降車制御（ステップ５０）の内容について説明する。
図６は、降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ＥＣＵ２１は、起立制御のステップ３１（図４）と同様に、センサから車体傾斜と車輪回転の状態量を取得する（ステップ５１）。
【００５３】
ついで主制御ＥＣＵ２１は、ステップ５１で取得した各状態量に基づいて、乗降停止（ストッパ１７の前方端部Ｐ１が接地し、車両が傾斜して停止している状態）に移行するための、駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値τWを次の数式３に従って決定する（ステップ５２）。
【００５４】
（数式３）
τW＝−ＫW2｛θW｝＋ＫW4｛θ1｝＋ΔτW
【００５５】
この数式３の右辺において、−ＫW2｛θW｝は車輪回転（車体移動）を抑制し、その反トルクは車体を傾ける方向に作用する。
また、ＫW4｛θ1｝は車体の起立速度を抑制し、その反トルクは車輪を前方へ加速させる方向に作用する。
【００５６】
ΔτWは、車体を前に倒すための付加トルクで、次の数式４により決定する。
数式４においてδは、付加トルクを与える車体傾斜角の閾値であり、例えばδ＝１度が設定されている。実際の降車制御では、そのはじめに、この角度δになるまで車体を傾けることになる。
このように、本実施形態によれば付加トルクΔτWを付加することで、必ず決められた方向（本実施形態では前方）に車両を傾斜した状態で乗降停止することができる。
【００５７】
（数式４）
ΔτW＝ＫW3’（θ1−δ）  …  （θ＜δの場合）
ΔτW＝０                 …  （θ≧δの場合）
【００５８】
次に、各フィードバックゲイン（ＫW2、ＫW4）の決定方法について説明する。
フィードバックゲインＫW2は、本実施形態における起立制御と同様に、倒立制御のフィードバックゲインと同じ値を設定し、値を固定値として記憶しておく。
【００５９】
フィードバックゲインＫW4は、搭乗者によって入力装置３０から入力された降車移動目標距離Ｌ２に応じて、主制御ＥＣＵ２１が図５の車両移動距離曲線に従って決定する。
すなわち、主制御ＥＣＵ２１は、図５に示されるように、入力された降車移動目標距離Ｌ２から対応するフィードバックゲインＫw4を決定する。
本実施形態によれば、入力された降車移動目標距離Ｌ２で降車制御が完了して乗降停止状態となる条件内で、最も遅い速度で傾斜するようなフィードバックゲインＫw4が選択されるので、搭乗者の選択した降車移動目標距離Ｌ２で降車制御時の乗り心地向上を実現している。
【００６０】
なお、図５において、車両移動距離曲線は、起立制御と降車制御とで同一の曲線を使用しているが、実際にはその関係は異なる。従って所定のＫW2に対して降車移動目標距離Ｌ２で乗降停止が完了するフィードバックゲインＫw4を予めシミュレーションや実車試験で求ておく必要がある。
【００６１】
主制御ＥＣＵ２１は、図５に従って降車移動目標距離Ｌ２から決定したフィードバックゲインＫW4、及びフィードバックゲインＫW2、付加トルクΔτWから、数式３に従って決定したトルク指令値τWを駆動輪制御システムに与える（ステップ３３）。
すなわち、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２に指令値τWを送ると、駆動輪制御ＥＣＵ２２は指令値τWに対応した駆動電圧を駆動輪アクチュエータ５２に供給する。これにより、駆動輪１１からは駆動トルクτWが出力され、車両は降車移動目標距離Ｌ２での乗降停止移行動作が行われる。
【００６２】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、ストッパ１７が接地しているか否かを判断する（ステップ５４）。
ここで、ストッパ１７が接地しているか否かについては、車体の傾斜角速度から判断する。例えば、車体傾斜角速度｛θ1｝が所定の閾値rad／Ｓ（例えば、ｒ＝±０．００１）以下である場合には車体が接地している、すなわち、乗降停止状態であると判断する。
なお、ストッパ１７が接地する前方端部Ｐ１（図１参照）に、接地を確認するセンサ（接触センサ、距離センサ）を配置し、その出力から接地か否かを判断するようにしてもよい。
また、車体傾斜角θ1の値が所定の閾値（水平面における乗降停止状態での車体傾斜角の設計値）以上であれば接地とみなすようにしてもよい。
【００６３】
主制御ＥＣＵ２１は、接地していなければステップ５１に戻って降車制御を続行し（ステップ５４；Ｎ）、接地していればメインルーチンにリターンする（ステップ５４；Ｙ）。
【００６４】
次に第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、起立速度及び車体傾斜速度を抑制するフィードバックＫw4を起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２に応じ変化させることで、できるだけ遅い立ち上がり及び車体傾斜を実現する場合について説明した。
第２の実施形態では、車体傾斜角の目標値θ1*を、走行制御及び降車制御の開始からの時間ｔと車体傾斜目標時間Ｔの関数とし、車体傾斜目標時間Ｔを起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２から決定することで、起立運動及び乗降停止状態への移行運動をより精密に制御する。
第２実施形態における車両の制御ユニットの構成は、図２に示した構成と同様である。
【００６５】
図７は、第２実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
なお、以下説明する各実施形態における構成図、フローチャートの説明では、第１実施形態と同様の部分について同一の符号、ステップ番号を付し、異なる部分について説明し、同一部分については適宜その説明を省略することとする。
【００６６】
センサから車体傾斜角と車輪回転の状態量を取得した後（ステップ３１）、主制御ＥＣＵ２１は、次の数式５に示す目標値関数により、車体傾斜角目標値θ1*を設定する（ステップ３１１）。
【００６７】
（数式５）
θ1*（ｔ）＝θ1,0cos2（（π／２）（ｔ／Ｔ1））  …  （ｔ≦Ｔ1）
θ1*（ｔ）＝０                                  …  （ｔ＞Ｔ1）
【００６８】
数式５におけるＴ1は、車体傾斜の目標時間で、大きい方が車体傾斜の変化が緩やかでゆっくりと起立することになる。
θ1,0は、初期車体傾斜角、すなわち、起立制御を開始する直前の車体傾斜角である。
【００６９】
図８は、各値決定のための曲線を表したものである。
図８（ａ）は、数式５の目標値関数θ1*（ｔ）を表したものである。
この図８（ａ）に示すように、目標値θ1*のを、時間ｔで変化させる。また、同一の時間ｔにおいて、車体傾斜目標時間Ｔ1（後述するように起立移動目標距離Ｌ１に応じて決定）が大きいほど車体傾斜角目標値θ1*は大きくなる。
【００７０】
この実施形態によれば、図８（ａ）に示されるように、数式５の目標値関数θ1*（ｔ）を直線的に変化させるのではなく、降車開始直後と完了直前における車体傾斜角目標値θ1*の変化率を、その中間の変化率よりも小さくなるように変化させている。これにより、開始直後の加速度及び完了直前の減速度を抑え搭乗者の不快感を軽減することができる。
なお、目標値の３回時間微分（ジャーク）が小さくなるように目標値変数θ1*（ｔ）を設定してもよい。これにより、搭乗者にとってより快適な姿勢制御が実現できる。
【００７１】
図８（ｂ）は、起立移動目標距離Ｌ１と車体傾斜目標時間Ｔ1との関係を表したものである。
この図８（ｂ）に示される、起立移動目標距離Ｌ１と車体傾斜目標時間Ｔ1との関係も、起立移動目標距離Ｌ１で起立が完了する車体傾斜目標時間Ｔ1を予めシミュレーションや実車試験で予めておくことで規定される。
【００７２】
ついで主制御ＥＣＵ２１は、ステップ３1で取得した各状態量に基づいて、起立に必要な駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値τWを次の数式６に従って決定する（ステップ３２）。
【００７３】
（数式６）
τW＝−ＫW2｛θW｝＋ＫW3（θ1−θ1*）＋ＫW4（｛θ1｝−｛θ1｝*）
【００７４】
また、数式６における右辺各項はそれぞれ以下の各役割を有する。
−ＫW2｛θW｝は、車輪回転（車体移動）を抑制する役割を有する。
ＫW3（θ1−θ1*）は、目標車体傾斜角を実現するもので、実際の値θ1を目標値θ1*に近づける。
ＫW4（｛θ1｝−｛θ1｝*）は、目標車体傾斜角速度を実現するもので、実際の値｛θ1｝を目標値｛θ1｝*に近づける。
【００７５】
数式６におけるフィードバックゲイン（ＫW2、ＫW3、ＫW4）については、倒立制御におけるフィードバックゲインと同じ値を与える。
【００７６】
主制御ＥＣＵ２１は、トルク指令値τWを数式６に従って決定すると、第１実施形態と同様に、駆動輪制御システムに与え（ステップ３３）、起立が完了していなければステップ３１に戻り（ステップ３４；Ｎ）、起立が完了していればメインルーチンにリターンする（ステップ３４；Ｙ）。
なお、起立の判断条件については第１実施形態と同じである（以下の実施形態でも同じ）。
【００７７】
次に、第２実施形態における降車制御（ステップ５０）の内容について説明する。
図９は、降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
センサから車体傾斜角と車輪回転の状態量を取得した後（ステップ５１）、主制御ＥＣＵ２１は、次の数式７に示す目標値関数により、車体傾斜角目標値θ1*を設定する（ステップ５１１）。
【００７８】
（数式７）
θ1*（ｔ）＝θ1,0sin2（（π／２）（ｔ／Ｔ2））  …  （ｔ≦Ｔ2）
θ1*（ｔ）＝０                                  …  （ｔ＞Ｔ2）
【００７９】
数式７におけるＴ2は、車体傾斜の目標時間で、この値が大きいほど車体が緩やかに傾斜する。
θ1,0は、ストッパ１７の前方端部Ｐ１が接地した乗降停止状態での車体傾斜角であり、平らな地面を仮定した時の設計値を使用する。
【００８０】
図８（ｃ）は、数式７の目標値関数θ1*（ｔ）を表したものである。
この図８（ｃ）に示すように、目標値θ1*の値を時間ｔで変化させる。また、同一の時間ｔにおいて、車体傾斜目標時間Ｔ2（後述するように降車移動目標距離Ｌ２に応じて決定）が大きいほど車体傾斜角目標値θ1*は小さくなる。
車体傾斜目標時間Ｔ2は、本実施形態における起立制御と同様に、図８（ｂ）と同様な曲線に従って降車移動目標距離Ｌ２から決定する。
【００８１】
この実施形態によれば、図８（ｃ）に示されるように、数式７の目標値関数θ1*（ｔ）を直線的に変化させるのではなく、降車開始直後と完了直前における車体傾斜角目標値θ1*の変化率を、その中間の変化率よりも小さくなるように変化させている。
これにより、開始直後の加速度、及び完了直前の減速度を抑え、搭乗者の不快感を軽減することができる。また、本実施形態の起立制御と同様に、ジャークを考慮して目標値関数θ1*（ｔ）を設定してもよい。
【００８２】
ついで主制御ＥＣＵ２１は、ステップ３1で取得した各状態量に基づいて、車体傾斜に必要な駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値τWを、決定する（ステップ５２）。本実施形態の降車制御におけるトルク指令値τWについては、上記した起立制御における数式６を使用する。
各フィードバックゲイン（ＫW2、ＫW3、ＫW4）についても、起立制御と同様に、倒立制御におけるフィードバックゲインと同じ値を与える。
なお、降車制御の場合、数式６右辺１項の−ＫW2｛θW｝は、車輪回転（車体移動）を抑制し、反トルクは起立制御とは異なり車体傾斜を速くする。
【００８３】
主制御ＥＣＵ２１は、トルク指令値τWを数式６に従って決定すると、第１実施形態と同様に、駆動輪制御システムに与え（ステップ５３）、ストッパ１７が接地していなければステップ３１に戻り（ステップ５４；Ｎ）、接地してしていればメインルーチンにリターンする（ステップ５４；Ｙ）。
なお、接地の判断条件については第１実施形態と同じである（以下の実施形態でもおなじ）。
【００８４】
次に第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態では、バランサを配設し、該バランサを前後に動かすことで起立制御及び降車制御を補助するものである。
バランサは、搭乗部１３を含まない車体質量の一部であり、車体に取り付けられたアクチュエータによって、車軸と鉛直軸に垂直な方向へ自由に動かすことができる部分をいう。
本実施形態では、バランサとして独立した重量体を配置しているが、車両を構成するために必要な重量体、例えば、バッテリ、制御ユニット１６の構成体等の少なくとも一部を重量体に追加してもよく、または、単独でバランサとして構成してもよい。これにより、車体の重量増加を抑えることができる。
【００８５】
本実施形態のバランサは、後述する直線移動型のバランサ（図１１（ａ））が使用されるが、回転振子型（同（ｂ））、回転倒立振子型（同（ｃ））のバランサを使用してもよい。
このバランサによる補助は、第１の実施形態、第２の実施形態、及び後述する第４の実施形態の動作に対し適用することが可能である。
【００８６】
図１０は、第３の実施形態における制御ユニット１６の構成を表したものである。
図１０に示されるように、本実施形態における制御ユニット１６は、
バランサ制御ＥＣＵ２３、バランサ駆動モータ回転角度計６１、バランサ駆動アクチュエータ（モータ）６２を更に備えており、主制御ＥＣＵ２１はこれら各部と共にバランサ制御システム６０として機能するようになっている。
【００８７】
バランサ駆動モータ回転角度計６１は、バランサ位置に対応したモータ回転角を主制御ＥＣＵ２１に供給し、主制御ＥＣＵ２１は、駆動推力指令値をバランサ制御ＥＣＵ２３に供給し、バランサ制御ＥＣＵ２３は、駆動推力指令値として駆動電圧をバランサ駆動アクチュエータ６２に供給する。
他の構成については、図１で説明した第１実施形態と同様である。
【００８８】
図１１は、バランサ１３４を任意の位置に移動させるバランサ移動機構について、その構成例を表したものである。
このバランサ移動機構は、重量体移動手段として機能し、バランサ１３４を前後方向に動かすことによって車両の重心を移動させる。
バランサ１３４は、搭乗部１３と駆動輪１１との間に配置されている。このバランサ１３４は、バランサ駆動アクチュエータ６２によって前後方向（車体直立時に車軸と水平面上で直交する方向）に移動可能に構成されている。
【００８９】
バランサ移動機構は、搭乗部１３の座面部１３１の下部に配置されたバランサ１３４を前後方向に移動させるように構成されている。
本実施形態である図１１（ａ）のバランサ移動機構は、スライダ型アクチュエータ１３５によって、スライダ上でバランサ１３４を平行移動させる。
【００９０】
図１１（ｂ）、（ｃ）に示すバランサ移動機構は、回転移動型バランサを用いた機構である。支持軸１３６の一端にはバランサ１３４が配設され、支持軸１３６の他端部には、バランサ支持軸回転モータ１３７、１３８のロータが固定されている。
そして、バランサ支持軸モータ１３７、１３８によって、支持軸１３６を半径とする円周軌道上でバランサ１３４を移動させる。
図１１（ｂ）のバランサ移動機構では、バランサ支持軸回転モータ１３７が座面部１３１の下部に配設され、円周軌道上の下側でバランサ１３４が移動する。
図１１（ｃ）のバランサ移動機構では、バランサ支持軸回転モータ１３８が駆動輪１１と同軸上に配設され、円周軌道上の上側でバランサ１３４が移動する。
【００９１】
なお、他のバランサ移動機構の例として、伸縮型のアクチュエータによりバランサ１３４を移動させるようにしてもよい。
例えば、２本の伸縮型アクチュエータのそれぞれ一端を車両の前方と後方に固定し、他端をそれぞれバランサ１３４に固定し、両伸縮型アクチュエータの一方を伸ばし、他方を縮めることで、バランサ１３４を平行移動させる。
【００９２】
図１２は、本実施形態のバランサによる直立加減速処理における、車両姿勢制御系の力学モデルを図示したものである。
図１２におけるバランサ１３４は、車軸及び車両中心軸に垂直な方向に移動する図１１（ａ）の場合を例示している。
なお、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、バランサ１３４がバランサ支持軸回転モータ１３７、１３８を中心とする円周軌道上を移動する場合には、支持軸１３６の回転角度をバランサの車体中心軸からの変位（位置）に換算して制御する。
【００９３】
この図１２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：バランサ駆動推力［Ｎ］
（ｃ）物理定数
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ2］
（ｄ）パラメータ
ｍW：タイヤの質量［ｋｇ］
ＲW：タイヤの半径［ｍ］
ＩW：タイヤの慣性モーメント（車軸周り）［ｋｇｍ2］
ｍ1：本体の質量（乗員を含む）［ｋｇ］
ｌ1：本体の重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ1：本体の慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
ｍ2：バランサの質量［ｋｇ］
ｌ2：バランサの基準重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ2：バランサの慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
なお、バランサの位置λ2は、車両前方を正とする（車体傾斜角θ1の正方向と同じ）。
【００９４】
このように構成された第３実施形態における車両の起立制御及び降車制御について次に説明する。
図１３は、第３実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ＥＣＵ２１は、センサから車体傾斜角と車輪回転の状態量を取得した後（ステップ３１）、取得した各状態量に基づいて、起立に必要な駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値τWを決定する（ステップ３２）。
トルク指令値τWの決定には、第１実施形態の起立制御で説明した数式１を使用する。
数式１において、フィードバックゲインＫW2、ＫW3は、第１実施形態と同じ値を使用する。
【００９５】
一方、フィードバックゲインＫW4は、バランサ１３４の移動によるトルク補助を考慮して、第１実施形態とは異なる値を用いる。
図１４は、トルク指令値τWを決定するための各種関係を表したものである。
図１４（ａ）は、移動目標距離ＬとフィードバックゲインＫW4との関係を表したものである。点線で示したバランサ１３４を使用しない場合（第１実施形態の図５参照）の車両移動距離曲線に比べ、同一の移動目標距離ＬにあるフィードバックゲインＫW4（車体起立速度を抑える役割のゲイン）が大きく設定される（ＫW4＞ＫW4´）。
【００９６】
これように、バランサ１３４の移動を利用することにより同一の起立移動目標距離Ｌに対して、より穏やかな傾斜角変化を実現することができる。また、同一の傾斜角加速度に対して、バランサ１３４を利用することにより、車体の移動量をより小さくすることができる（Ｌ＜Ｌ´）。
【００９７】
主制御ＥＣＵ２１は、決定したトルク指令値τWを、第１実施形態と同様に駆動輪制御システムに与える（ステップ３３）。
ついで主制御ＥＣＵ２１は、次の数式８に示す目標値関数から、バランサ１３４の目標位置λ2*を決定する（ステップ３３１）。
なお、以降の数式においてmin[ｘ，ｙ]はｘとｙのうち小さい方の値を、その関数値とすることを表す。
【００９８】
（数式８）
λ2*（θ1）＝−min｛（（ｍ1ｌ1＋ｍ2ｌ2）／ｍ2）θ1，λ2,max｝
なお、λ2,Maxは、バランサ１３４を後方に移動した場合の最大移動量（正の値）である。
【００９９】
図１４（ｂ）は、数式８によるバランサの目標位置λ2*と車体傾斜角θ1との関係を表したものである。
起立制御において、初めにバランサを後方まで動かした後、車体の起立と共に中央へ動かす。
ランサ１３４を予め（降車制御完了時に）後方最大位置λ2,Maxに移動させておくことにより、起立制御開始時におけるバランサの急速後方への移動を省いてもよい。
【０１００】
このように、バランサ１３４の目標位置λ2*を車体傾斜角θ1の関数として規定し、また、車体の起き上がりを助けるようにバランサ１３４を動かすことにより、車体傾斜による偏心トルクを、バランサ１３４の移動による偏心トルクで減らす、もしくは打ち消すことができる。これにより、車体を起こすのに必要なトルクを小さくできるので、その反トルクによる車両の移動量も低減できる。
【０１０１】
図１４（ｂ）のθ1,limは、バランサ１３４が車体傾斜による偏心トルクを打ち消すことができる最大の車体傾斜角であり、次の数式９で与えられる。
ｍ2、ｌ2は、図１２で説明したように、バランサの質量と車軸からの基準重心距離である。
【０１０２】
（数式９）
θ1,lim＝（ｍ2λ2,max）／（ｍ1ｌ1＋ｍ2ｌ2）
【０１０３】
なお、本実施例では、バランサ１３４の移動による１次モーメントが車体傾斜の１次モーメントに比べて、ある程度小さい場合を想定している。バランサの１次モーメントが大きい場合には、車体傾斜に対して、より細かくバランサの位置を制御することで、理想的な起立制御、降車制御（後述）を実現できる。
【０１０４】
主制御ＥＣＵ２１は、センサからバランサの位置を取得する（ステップ３３２）。すなわち、バランサ駆動モータの回転角度計（位置センサ）６１からバランサ１３４の位置を取得する。
次いで主制御ＥＣＵ２１は、バランサ駆動アクチュエータ６２の推力指令値（バランサ駆動推力指令値）ＳBを、次の数式１０から決定する（ステップ３３３）。
【０１０５】
（数式１０）
ＳB＝−ＫB5（λ2−λ2*）−ＫB6（｛λ2｝−｛λ2*｝）
【０１０６】
数式１０において、−ＫB5（λ2−λ2*）はバランサを目標位置に近づける役割、−ＫB6（｛λ2｝−｛λ2*｝）はバランサの速度をその目標値に近づける役割を果たす。
【０１０７】
主制御ＥＣＵ２１は、数式１０から決定したバランサ１３４の推力指令値ＳBをバランサ制御システムに与える（ステップ３３４）。
すなわち主制御ＥＣＵ２１は、バランサ制御ＥＣＵ２３に推力指令値ＳBを送ると、バランサ制御ＥＣＵ２３は推力指令値ＳBに対応した駆動電圧をバランサ駆動アクチュエータ６２２に供給する。これにより、バランサ１３４は、対応する推力で適切に動かされ、起立制御を補助する。
【０１０８】
主制御ＥＣＵ２１は、推力指令値ＳBをバランサ制御システムに与えた後、起立が完了していなければステップ３１に戻り（ステップ３４；Ｎ）、起立が完了していればメインルーチンにリターンする（ステップ３４；Ｙ）。
【０１０９】
次に、第３実施形態における降車制御（ステップ５０）の内容について説明する。
図１５は、降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ＥＣＵ２１は、センサから車体傾斜角と車輪回転の状態量を取得した後（ステップ３１）、取得した各状態量に基づいて、乗降停止するための傾斜に必要な駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値τWを決定する（ステップ５２）。
トルク指令値τWの決定には、第１実施形態の降車制御で説明した数式３を使用する。フィードバックゲインＫW2、ＫW4については、第１実施形態と同様にして決定する。
ただし、フィードバックゲインＫW4の値は、本実施形態の起立制御と同様に、バランサの効果を考慮して大きくする。
一方、数式３のΔτW（車体を乗降停止の傾斜方向と反対方向、本実施形態の場合には後ろ方向に倒さないための付加トルク）については、次の数式１１に従って決定する。これは数式４でδ＝０とした場合と同じであり、本実施形態では、バランサにλ2,δとして、この役割に代替させる（後述参照）。
【０１１０】
（数式１１）
ΔτW＝ＫW3’θ1  …  （θ＜０の場合）
ΔτW＝０         …  （θ≧０の場合）
【０１１１】
主制御ＥＣＵ２１は、決定したトルク指令値τWを、第１実施形態と同様に駆動輪制御システムに与える（ステップ５３）。
ついで主制御ＥＣＵ２１は、次の数式１２（数１２）に示す目標値関数から、バランサ１３４の目標位置λ2*を決定する（ステップ５３１）。
【０１１２】
【数１２】
2008189017.tif 000003
【０１１３】
この数式１２において、λ2,δとλ2,Rは次の通りである。
λ2,δ＝λ2,Max
λ2,R＝min｛λ2,Max ，（（ｍ1ｌ1＋ｍ2ｌ2）／ｍ2）θ1,R｝
【０１１４】
θ1,δ、θ1,Rはパラメータであり、予め決定しておく。車体傾斜角θ1が閾値θ1,δよりも小さい場合には、バランサを前方にλ2,δ動かすことで車体後傾を防止する（θ1,δは数式４のδに相当）
一方、車体傾斜角θ1が閾値θ1,Rよりも大きい場合には、バランサを後方にλ2,R動かすことで、車体傾斜速度を抑える（この時、車体の傾斜を抑えずに、逆に傾き始めることがないように、移動量λ2,Rに制限を与えている）。
【０１１５】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、起立制御と同様に、バランサ駆動モータの回転角度計（位置センサ）６１からバランサの位置を取得し（ステップ５３２）、バランサ駆動アクチュエータ６２の推力指令値ＳBを、数式１０から決定する（ステップ５３３）。
そして、その推力指令値ＳBを、起立制御と同様にバランサ制御システムに与え（ステップ５３４）、ストッパ１７が接地していなければステップ５１に戻り（ステップ５４；Ｎ）、接地していればメインルーチンにリターンする（ステップ５４；Ｙ）。
【０１１６】
次に第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態では、車両の前方に存在する障害物を検知して、制御パラメータ（起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２）を修正するものである。
この障害物検知による制御パラメータの変更は、第１〜第３の各実施形態の動作に対し適用することが可能である。
【０１１７】
図１６は、第４の実施形態における制御ユニット１６の構成を表したものである。
第４実施形態における制御ユニット１６には、他の実施形態の構成に加えて、距離センサ（障害物センサ）７１を備えた車両周辺認識システム７０が追加されている。
距離センサ７１は、車両前方に存在する障害物を検出し、前方障害物までの距離を主制御ＥＣＵ２１に供給する。
【０１１８】
距離センサ７１には、レーザーセンサ、超音波センサなどが使用され、車体前部に設置される。
なお、車体は傾斜するので、その影響を、車体制御システムの角度計４１の検出値θ1に基づいて補正するようになっている。
【０１１９】
このように構成された第４実施形態における車両の起立制御及び降車制御について次に説明する。
図１７は、第４実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
まず主制御ＥＣＵ２１は、前方障害物までの距離を取得する（ステップ３０１）。すなわち、走行制御部２１は、はじめに、距離センサ７１によって、車両前縁から前方障害物までの距離Λを取得する。なお、前方に障害物が無い場合には、測定可能距離の最大値が距離Λとして設定される。
なお、障害物までの距離を実際の測定値よりも小さい値に変更してもよい。例えば、測定値Λ〜に対して、設定値Λ＝Λ〜／Ｃsafe（Ｃsafeは安全係数）としてもよい。
【０１２０】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、取得した前方障害物までの距離Λに対して、次の数式１３に基づいて駆動輪制御パラメータを修正する（ステップ３０２）。本実施形態では、駆動輪制御パラメータであるフィードバックゲインＫW4を修正対象とし、搭乗者が設定した起立移動目標距離Ｌ１よりも実際の前方障害物距離Λが長い場合に、起立移動目標距離Ｌ１を前方障害物距離Λに修正して、車両の移動を抑え、車両と障害物との衝突、接触を防ぐ。
【０１２１】
（数式１３）
ＫW4＝ｆ（Ｌ１）…（Ｌ1＜Λの場合）
ＫW4＝ｆ（Λ）  …（Ｌ1≧Λの場合）
【０１２２】
図１８は、数式１３に基づくフィードバックゲインＫW4の修正について表したもので、ＫW4＝ｆ（Ｌ）は、第１、第３実施形態における車両移動距離曲線（図５、図１４（ａ）参照）と同じである。なお、第２実施形態に適用する場合には、図８（ｂ）の曲線で車体傾斜目標時間Ｔを設定すると共に、起立移動移動目標距離Ｌ１と同様に修正すればよい。
【０１２３】
図１８に示されるように、入力された起立移動目標距離Ｌ１が障害物までの距離Λ未満である場合には、障害物よりも手前で起立制御が完了するため、修正せずに起立移動目標距離Ｌ１からフィードバックゲインＫW4を決定する（ＫW4＝ＫW4(S)）。
一方、入力された起立移動目標距離Ｌ１が障害物までの距離Λ以上である場合（Ｌ＝Ｌ(D)）、図１８に示すように、起立移動目標距離Ｌ１を障害物までの距離Λに置き換えて、距離Λに対応するフィードバックゲインＫW4に修正する（ＫW4＝ＫW4(D)）。
【０１２４】
主制御ＥＣＵ２１は、実施形態１と同様に、センサから車体傾斜と車輪回転の状態量を取得し（ステップ３１）、再度車両前縁から前方障害物（新たな障害物）までの距離ΛSを取得する（ステップ３１２）。
この前方障害物距離の再取得は、本実施形態による起立制御の途中で突然前方に障害物が現れた場合を想定し、起立制御を中止してその障害物の手前で車両を急停止させるために取得を行う。
【０１２５】
主制御ＥＣＵ２１は、最初に取得した障害物までの距離Λによって修正されたフィードバックゲインＫW4と、新たに取得した障害物までの距離ΛSから、次の数式１４に従って駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値を決定する（ステップ３２）。
【０１２６】
（数式１４）
τW＝−ＫW2｛θW｝＋ＫW3θ1＋ＫW4｛θ1｝＋ΔτW,OB
【０１２７】
数式１４において、フィードバックゲインＫW2、ＫW3については第１実施形態の起立制御と同じであり、フィードバックゲインＫW4は、ステップ３０２による修正値を使用する。
一方、ΔτW,OBは、新たな障害物への衝突を防ぐための緊急付加トルクで、新たな障害物までの距離ΛSを使用して、次の数式１５から決定する。
数式１５において、ΛS,0、ＫW,OB、Ｎは、予め設定しておくパラメータである。
【０１２８】
（数式１５）
ΔτW,OB＝−ＫW,OB（ΛS／ΛS,0）-N
【０１２９】
この付加トルクは、車両の前進を抑える方向に駆動輪に作用し、その反トルクは車体を前に傾ける。従って、この付加トルクが大きくなると、この場合に限り、車体を起こすことができなくなるが、車両を停止させることができる。
【０１３０】
なお、数式１５で示した関数は一例であり、障害物までの距離が小さくなると、付加トルクの値が大きくなるような他の関数でもよい。また、関数内のパラメータについては、車両の走行条件や力学的特性量、制御の安定性等を考慮した上で、あらかじめ値を設定しておく。
【０１３１】
主制御ＥＣＵ２１は、トルク指令値τWを数式１４に従って決定すると、第１実施形態の起立制御と同様に、駆動輪制御システムに与え（ステップ３３）、起立が完了していなければステップ３１に戻り（ステップ３４；Ｎ）、起立が完了していればメインルーチンにリターンする（ステップ３４；Ｙ）。
【０１３２】
次に、第４実施形態における降車制御（ステップ５０）の内容について説明する。
図１９は、降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ＥＣＵ２１は、起立制御と同様に、前方障害物までの距離を取得し（ステップ５０１）、その値に基づいて駆動輪制御パラメータ（フィードバックゲインＫW4）を修正する（ステップ５０２）。
なお、フィードバックゲインＫW4の修正方法は、起立制御と同様である（図１７ステップ３０２、図１８参照）。
【０１３３】
次いで主制御ＥＣＵ２１は、第１実施形態と同様に、センサから車体傾斜と車輪回転の状態量を取得し（ステップ５１）、新たな障害物の出現に備えて再度車両前縁から前方障害物（新たな障害物）までの距離ΛSを取得する（ステップ５１２）。
主制御ＥＣＵ２１は、最初に取得した障害物までの距離Λの値によって修正されたフィードバックゲインＫW4と、新たな障害物までの距離ΛSから、次の数式１５に従って駆動輪アクチュエータ５２のトルク指令値を決定する（ステップ５２）。
【０１３４】
（数式１６）
τW＝−ＫW2｛θW｝＋ＫW4｛θ1｝＋ΔτW＋ΔτW,OB
【０１３５】
数式１７において、フィードバックゲインＫW2については第１実施形態の降車制御と同じであり、フィードバックゲインＫW4は、ステップ５０２による修正値を使用する。
ΔτWは、車体を前に倒すための付加トルクで、第１実施形態における降車制御と同様に、数式４により決定する。
一方、ΔτW,OBは、新たな障害物への衝突を防ぐための付加トルクで、新たな障害物までの距離ΛSを使用して、本実施形態の起立制御と同様に、数式１５から決定する。
この付加トルクは、車両の前進を抑える方向に駆動輪を作用し、その反トルクは車体を前に傾ける。従って、この付加トルクが大きくなると、車体を強引に倒し、降車制御を強制的に終了させると同時に障害物への衝突も回避できる。
【０１３６】
主制御ＥＣＵ２１は、トルク指令値τWを数式１６に従って決定すると、第１実施形態の降車制御と同様に、駆動輪制御システムに与え（ステップ５３）、ストッパ１７が接地していなければステップ５１に戻り（ステップ５４；Ｎ）、接地していればメインルーチンにリターンする（ステップ５４；Ｙ）。
【０１３７】
以上説明したように、第１〜第の実施形態によれば、搭乗者が指定した起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２で起立制御、降車制御を遂行することができる。従って、搭乗から起立の際、及び降車のための乗降停止に移行する際に、前方に広いスペースを確保する必要が無い。
【０１３８】
また、第１、３、４の実施形態では、通常の倒立制御時に比べて車体傾斜角速度のフィードバックゲインを大きくすることにより、第２の実施形態では、目標軌道を与えることにより、起立制御時における車体が起き上がる速度を抑え、また、降車制御時における車体の傾斜速度を抑えることができる。従って、急激な起き上がりによる搭乗者の負担、不快感を抑えることができる。
【０１３９】
また第２の実施形態によれば、車体傾斜角の目標値を与えることで、起立、降車両制御の開始、終了の際の車体傾斜速度をより小さくする等の、車体の傾斜運動をより精密に制御することができる。
さらに第３の実施形態によれば、起立制御時及び降車制御時にバランサ１３４を前後に動かすことで、同一の移動距離でも、バランサを移動しない場合に比べて車体傾斜速度をより小さくすることができる。また、同一の車体傾斜速度でも車両移動距離を短くすることができる。
また第４の実施形態によれば、前方に障害物を検出した場合、を起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２を障害物までの距離に置き換えることで、制御パラメータを修正するので、障害物の手前で起立、降車制御を完了することができる。
【０１４０】
また降車制御において、第１、第３、第４の各実施形態では、駆動輪トルク指令値τWを決定する式において付加トルクΔτWを加えているので、また、第２の実施形態では、目標軌道を与えているので、予め決められた方向（本実施形態の場合には前方）に確実に傾斜した乗降停止をさせることができる。
【０１４１】
以上、本発明の車両における各実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した第１実施形態及びこれと同様の処理をする他の実施形態では、駆動輪トルク指令値τWを決定する数式（例えば、数式１）において、フィードバックゲインＫW2、ＫW3を固定値とし、入力された起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２対応してフィードバックゲインＫW4を決定する場合について説明した。
【０１４２】
これに限らず、３つのフィードバックゲインＫW2、ＫW3、ＫW4のうちの１つ又は２つ以上を起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２に対応して決定するようにしてもよい。
例えば、図２０に示されるように、起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２に対応して、フィードバックゲインの比ＫW2／ＫW4を決定することで、ＫW2及びＫW4を設定するようにしてもよい。
具体的な決定方法としては、基準値として、倒立姿勢制御におけるフィードバックゲインと同じ値を仮設定し、起立移動目標距離Ｌ１、降車移動目標距離Ｌ２に対応して図２０からＫW2、ＫW4の値を修正する。
なお、この場合のフィードバックゲインＫW3は倒立制御と同じ値で固定する。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本実施形態における車両について、前方に走行している状態の外観構成を例示した図である。
【図２】第１、第２の実施形態における制御ユニットの構成図である。
【図３】起立・降車制御のメインフローを表したフローチャートである。
【図４】第１実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図５】入力された移動目標距離とフィードバックゲインとの関係図である。
【図６】第１実施形態における降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図７】第２実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図８】第２実施形態における各値決定のための曲線を表した図である。
【図９】第２実施形態における降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図１０】第３実施形態における制御ユニットの構成図である。
【図１１】バランサ移動機構の各構成例を表した図である。
【図１２】第３実施形態における車両姿勢制御系の力学モデル図である。
【図１３】第３実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図１４】第３実施形態における起立制御、降車制御の各値決定の方法を表した説明図である。
【図１５】第３実施形態における降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図１６】第４実施形態における制御ユニットの構成図である。
【図１７】第４実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図１８】第４実施形態におけるフィードバックゲインの修正について表した説明図である。
【図１９】第４実施形態における降車制御の処理内容を表したフローチャートである。
【図２０】他のフィードバックゲインの決定方法についての説明図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１１  駆動輪
１２  駆動モータ
１３  搭乗部
１３１  座面部
１６  制御ユニット
２０  制御ＥＣＵ
２１  主制御ＥＣＵ
２２  駆動輪制御ＥＣＵ
２３  バランサ制御ＥＣＵ
３１  操縦装置
４１  角度計
５１  駆動輪回転角度計
５２  駆動輪アクチュエータ
６１  バランサ駆動モータ回転角度計
６２  バランサ駆動アクチュエータ（モータ）
【図１】
2008189017.tif 000004
【図２】
2008189017.tif 000005
【図３】
2008189017.tif 000006
【図４】
2008189017.tif 000007
【図５】
2008189017.tif 000008
【図６】
2008189017.tif 000009
【図７】
2008189017.tif 000010
【図８】
2008189017.tif 000011
【図９】
2008189017.tif 000012
【図１０】
2008189017.tif 000013
【図１１】
2008189017.tif 000014
【図１２】
2008189017.tif 000015
【図１３】
2008189017.tif 000016
【図１４】
2008189017.tif 000017
【図１５】
2008189017.tif 000018
【図１６】
2008189017.tif 000019
【図１７】
2008189017.tif 000020
【図１８】
2008189017.tif 000021
【図１９】
2008189017.tif 000022
【図２０】
2008189017.tif 000023