【手続補正書】
【提出日】平成22年1月12日(2010.1.12)
【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９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
同軸上に配置された複数の車輪を独立に駆動し、前記複数の車輪を連結する本体の姿勢情報としての姿勢角度及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出し、前記複数の車輪を駆動するための駆動指令を生成して、前記生成した駆動指令に応じて前記複数の車輪を駆動して走行する走行装置の制御方法であって、  車両を加速又は減速させる場合に、  前記本体と前記複数の車輪との相対角速度を検出する車輪角速度検出ステップと、  前記姿勢角速度を検出し、前記検出した姿勢角速度と、前記検出した前記複数の車輪の車輪角速度とに基づいて、車両の速度を検出する車両速度検出ステップと、  前記車両の車両速度指令を設定する車両速度指令設定ステップと、  前記検出した姿勢情報と、前記検出した車両速度と、前記入力する姿勢情報指令と、前記設定した車両速度指令とに基づいて、前記本体の擬似姿勢情報指令としての擬似姿勢角度指令及び擬似姿勢角速度指令の少なくとも一つを生成する擬似姿勢指令生成ステップと、  前記検出した姿勢情報が、前記生成した前記本体の擬似姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行う姿勢制御ステップと、を有する  ことを特徴とする走行装置の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】  本発明に係る走行装置の制御方法は、同軸上に配置された複数の車輪を独立に駆動し、前記複数の車輪を連結する本体の姿勢情報としての姿勢角度及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出し、前記複数の車輪を駆動するための駆動指令を生成して、前記生成した駆動指令に応じて前記複数の車輪を駆動して走行する走行装置の制御方法であって、車両を加速又は減速させる場合に、前記本体と前記複数の車輪との相対角速度を検出する車輪角速度検出ステップと、前記姿勢角速度を検出し、前記検出した姿勢角速度と、前記検出した前記複数の車輪の車輪角速度とに基づいて、車両の速度を検出する車両速度検出ステップと、前記車両の車両速度指令を設定する車両速度指令設定ステップと、前記検出した姿勢情報と、前記検出した車両速度と、前記入力する姿勢情報指令と、前記設定した車両速度指令とに基づいて、前記本体の擬似姿勢情報指令としての擬似姿勢角度指令及び擬似姿勢角速度指令の少なくとも一つを生成する擬似姿勢指令生成ステップと、前記検出した姿勢情報が、前記生成した前記本体の擬似姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行う姿勢制御ステップと、を有するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】  本実施の形態１に係る走行装置は、本体１と、本体１に同軸上に取り付けられた１対の駆動ユニット２Ａ及び２Ｂと、駆動ユニット２Ａ及び２Ｂによりそれぞれ回転駆動される車輪３Ａ及び３Ｂと、乗員がつかまるＴ字型のハンドル４と、本体１の前後（Ｙ軸周り）の傾きを検出する姿勢検出装置５と、旋回操作を指示するための旋回操作装置６と、ハンドル４の端部にブレーキレバー７と、ブレーキレバー７の操作情報（操作量、操作速度）を検出するブレーキ検出装置８と、を備えている。また、本体１には、図示しないが、後述する車両の制御を行う制御装置が設けられている。尚、本体１には乗員の乗車を識別するセンサ、或いはスイッチ（図示せず）を内蔵していてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】  走行中に乗員によりブレーキレバー７が操作された場合には、ブレーキ検出装置８は、乗員が操作したブレーキレバー７の操作量と操作速度とを検出する。車両速度検出手段としての車両速度検出装置１２は、駆動ユニット２Ａ及び２Ｂで検出された本体１と車輪との相対角速度である車輪角速度と、姿勢検出装置５で検出された車両ピッチ角速度とから、現在の車両速度を求める。そして、車両速度指令設定手段としての車両速度指令設定装置２３は、ブレーキ検出装置８と車両速度検出装置１２との出力から減速度を決定し、車両速度指令を決定する。即ち、上述した処理によって、車両速度指令設定装置２３はブレーキ操作量とブレーキ操作速度の大きさによって、減速度を適切に調節する。これにより、制御装置１１は、車両ピッチ角度指令（＝０、即ち水平に保つ）と、車両ピッチ角速度指令（＝０、即ち現在の角度に保つ）と、車両速度指令と、ヨー角速度指令とに、車両を安定的に追従させる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】  車両速度検出装置１２は、車輪角速度検出手段で検出された車輪角速度と、姿勢検出装置５で検出された車両ピッチ角速度とから、現在の車両速度を求める。現在の車両速度は、車両ピッチ角速度と車輪角速度との差（又は和）に車輪径を掛けることにより計算する。車両速度指令設定装置１３は、ブレーキ検出装置８と車両速度検出装置１２との出力からある関数ｆに従って減速度指令（ａＶref＝ｆ（Ｂ、Ｂ′、ｘ′））を決定し、車両速度指令（今回のｘ′ｒ＝前回のｘ′−ａＶref）を設定する。関数ｆは、例えばｆ（Ｂ、Ｂ′、ｘ′）＝Ｌ１Ｂ＋Ｌ２Ｂ′＋Ｌ３ｘ′に示すような形式であり、ブレーキ操作量Ｂと、ブレーキ操作速度Ｂ′と、車両本体の速度ｘ′とが大きいときは大きな減速度指令を算出するように係数Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３決める。図５は、減速度指令が異なる場合の車両速度指令の時間変化を示す図である。図５において、ｘ′０は、減速開始時の車両速度を示し、減速度指令がそれぞれ異なる３つの車両速度指令ｘ′ｒ（Ａ）、ｘ′ｒ（Ｂ）、ｘ′ｒ（Ｃ）を示している。尚、関数ｆの決め方によっては、車両本体の速度が小さいときに大きな減速度指令を算出するというような、異なる性質を持たせることもできる。また、車両速度指令が０または負になった場合には、車両速度指令は０とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】  姿勢制御器１８は、通常走行時には、検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′が、車両ピッチ角度指令βｒ及び車両ピッチ角速度指令β′ｒに追従するように姿勢制御を行う。そして、車両を加速又は減速させる場合には、検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′が、擬似姿勢指令生成器１７で生成した擬似車両ピッチ角度指令βｓｒ及び擬似車両ピッチ角速度指令β′ｓｒに追従するように姿勢制御を行う。即ち、入力される擬似車両ピッチ角度指令βｓｒ及び擬似車両ピッチ角速度指令β′ｓｒと、検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′との差を取り、差を０に収束させるようにＰＩＤ（比例・積分・微分）制御を行う。姿勢制御器１８は、以下の数３を用いて姿勢速度指令を計算する。数３において、Ｋｐｐ、Ｋｄｐ、Ｋｉｐはゲインを示す。【数３】
2010035330.tif 000001
これらの制御ゲインによって、モータが擬似車両ピッチ角度指令βｓｒ及び擬似車両ピッチ角速度指令β′ｓｒに対して応答する追従性が変化する。例えば、モータロータは、ゲインＫｐｐを小さくすると、ゆっくりとした追従遅れをもって動くようになり、ゲインＫｐｐを大きくすると、高速に追従するようになる。このように、制御ゲインを変化させることにより、擬似車両ピッチ角度指令βｓｒ及び擬似車両ピッチ角速度指令β′ｓｒに、実際に検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′との誤差の大きさや応答時間を調整することが可能となる。尚、姿勢制御器１８では、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御に限定されず、Ｈ∞制御や、ファジィ制御などを用いて制御を行うようにしてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】  旋回制御手段としての旋回制御器１６は、入力するヨー角速度指令に基づいて旋回速度指令を生成する。ヨー角速度指令は、上述した旋回操作装置６により入力する。旋回制御器１６は、車両のトレッド幅２Ｌと車輪半径Ｒｗとを用いて、入力されるヨー角速度指令γ′ｒを各車輪３への旋回速度指令に分解する。旋回制御器１６は、以下の数４を用いて旋回速度指令を計算する。【数４】
2010035330.tif 000002
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】  制御器１４で生成した姿勢速度指令と、旋回制御器１６で生成した旋回速度指令とを加算器により加算して（又は減算器により減算）、車輪角速度指令として速度制御器１５に入力する。図８に示すように左右の車輪３Ａ、３Ｂに対して車輪角速度指令を生成する場合には、数３で計算した姿勢速度指令と、数４で計算した旋回速度指令とから、以下の数５及び数６を用いて左右の車輪の角速度指令を計算する。（数５）  左車輪角速度指令＝姿勢速度指令−旋回速度指令（数６）  右車輪角速度指令＝姿勢速度指令＋旋回速度指令
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】  速度制御手段としての速度制御器１５は、入力される車輪角速度指令と、車輪角速度検出手段で検出した車輪角速度との差を取り、差を０に収束させるようにＰＩ（比例・積分）制御を行い、検出値が指令値に一致するように速度制御を行う。即ち、速度制御器１５は、入力される車輪角速度指令と、車輪角速度検出手段で検出した車輪角速度とに基づいて、複数の車輪３のトルク指令を生成し、駆動ユニット２へと出力する。速度制御器１５は、モータのエンコーダ情報に基づいた単純なＰＩ制御やＰＤ制御を行なうので、安価なＣＰＵにより十分高速な制御周期を実現することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】  制御装置２１は、車両を目標値である車両ピッチ角度指令と、車両ピッチ角速度指令と、車両速度指令と、車両位置指令と、旋回角速度指令とに、安定に追従するように制御する。即ち、制御装置２１は、これら目標値と姿勢検出装置５及び旋回操作装置６とから入力される情報とに基づいて、全体系を倒れないように安定化させるのに必要な駆動トルクを計算し、駆動ユニット２Ａ、２Ｂの各モータを駆動する。駆動ユニット２Ａ、２Ｂの各モータの回転に伴う車輪３Ａ、３Ｂの車輪角度及び車輪角速度が制御装置２１にフィードバックされる。このような車両制御の構成により、同軸二輪車は、乗員が重心を前後にずらすことで前進後退を行い、乗員が旋回操作装置６を操作することで左右旋回を行う。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】  図１０において、制御器２５は、姿勢検出装置５で検出した車両ピッチ角度及び車両ピッチ角速度と、車両速度検出装置１２で検出した車両速度と、車両位置検出装置２３で検出した車両位置とが、入力する車両ピッチ角度指令及び車両ピッチ角速度指令と、車両速度指令設定装置２２で決定した車両速度指令と、車両位置指令設定装置２４で決定した車両位置指令とに追従するように姿勢制御を行う。即ち、制御器２５は、姿勢検出装置５で検出した車両ピッチ角度及び車両ピッチ角速度と、車両速度検出装置１２で検出した車両速度と、車両位置検出装置２３で検出した車両位置と入力する車両ピッチ角度指令及び車両ピッチ角速度指令と、車両速度指令設定装置２２で決定した車両速度指令と、車両位置指令設定装置２３で決定した車両位置とに基づいて、駆動ユニット２の姿勢速度指令を生成し、姿勢速度指令についての制御を行う。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】  姿勢制御器２９は、検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′が、車両ピッチ角度指令βｒ及び車両ピッチ角速度指令β′ｒに追従するように姿勢制御を行う。そして、車両を加速又は減速させる場合には、検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′が、擬似姿勢指令生成器２８で生成した擬似車両ピッチ角度指令βｓｒ及び擬似車両ピッチ角速度指令β′ｓｒに追従するように姿勢制御を行う。旋回制御器２７は、入力するヨー角速度指令に基づいて旋回速度指令を生成する。ヨー角速度指令は、上述した旋回操作装置６により入力する。姿勢制御器２９で生成した姿勢速度指令と、旋回制御器２７で生成した旋回速度指令とを加算器により加算して（又は減算器により減算）、車輪角速度指令として速度制御器２６に入力する。図１２に示すように左右の車輪３Ａ、３Ｂに対して車輪角速度指令を生成する場合には、姿勢制御器２９で計算した姿勢速度指令と、旋回制御器２７で計算した旋回速度指令とから、左右の車輪の角速度指令を計算する。速度制御器２６は、入力される車輪角速度指令と、車輪角速度検出手段で検出した車輪角速度との差を取り、差を０に収束させるようにＰＩ（比例・積分）制御を行い、検出値が指令値に一致するように速度制御を行う。尚、姿勢制御器２９と、旋回制御器２７と、速度制御器２６とが行う制御は、上述した実施の形態１における姿勢制御器１８と、旋回制御器１６と、速度制御器１５とが行う制御と同一であり、ここではその詳細な説明を省略する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る走行装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る走行装置の要部の構成を示す図である。
【図３】本実施の形態１に係る同軸二輪車の車両制御の構成を示す制御ブロック図である。
【図４】本実施の形態１に係る同軸二輪車の動作制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図５】本実施の形態１に係る減速時に設定される車両速度指令の一例を示す図である。
【図６】図４に示す制御器のより詳細な構成を示す制御ブロック図である。
【図７】本実施の形態１に係る減速時に設定される擬似車両ピッチ角度指令及び擬似車両ピッチ角速度指令の一例を示す図である。
【図８】本実施の形態１に係る同軸二輪車の動作制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図９】本実施の形態２に係る同軸二輪車の車両制御の構成を示す制御ブロック図である。
【図１０】本実施の形態２に係る同軸二輪車の動作制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図１１】図１０に示す制御器のより詳細な構成を示す制御ブロック図である。
【図１２】本実施の形態２に係る同軸二輪車の動作制御系の構成を示す制御ブロック図である
【図１３】本実施の形態２に係る同軸二輪車の一般的な車輪型倒立振子の物理モデルを説明するための図である。
【図１４】他の実施の形態に係る同軸二輪車の車両制御の構成を示す制御ブロック図である。
【図１５】従来の同軸二輪車の制御系の構成を示す制御ブロック図である。