CN101772436A

CN101772436A - 车辆

Info

Publication number: CN101772436A
Application number: CN200880102140A
Authority: CN
Inventors: 土井克则; 安藤正夫
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-07-07
Also published as: JP5013256B2; WO2009020184A1; JP2009044828A; US20120123647A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够维持驾驶的舒适性且能够取得更大的最大加减速度的车辆。设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，平衡器的最大移动量为λ，平衡器的质量为m时，以满足下述公式1的方式，决定平衡器的质量m或平衡器的最大移动量λ。从公式1，即(m/M)(λ/L)＝α，最佳地设定相对于车辆总质量M的平衡器质量m，平衡器最大移动量λ。由此，可以相对于车辆的最大加减速度α决定平衡器的质量m及最大移动量λ。

Description

车辆

技术领域

本发明涉及一种车辆，例如涉及一种利用倒立摆的姿态控制的车辆。

背景技术

利用倒立摆的姿态控制的车辆(下面简称为倒立型车辆)受到注目，例如，提出了专利文献所述的用于搭乘人的倒立型车辆。

在专利文献1中，记载了通过根据车身的倾斜角来移动配重物体(平衡器)，以进行倒立控制的技术。在专利文献2中，记载了通过在制动时移动锤子，从而能够进行急减速的技术。

专利文献1：日本专利特开2004-129435号公报

专利文献2：日本专利特开2004-276727号公报

当乘员搭乘倒立型车辆行驶时，出于对车辆的运动性能的要求，希望的是能够满足某种程度的加速度(减速度)的车辆。

在进行倒立姿态控制的车辆中，虽然需要根据加速度来移动车身的重心位置，但是如果必须大幅度地倾斜车身以通过车身倾斜来实现重心位置移动时，会造成乘坐感觉不舒服。另一方面，如果不倾斜车身，就不能维持倒立姿态。

因此，为了同时维持倒立姿态和确保舒适性，需要抑制最大的加速度。

与此对应，在专利文献所述的倒立型车辆中，虽然能够通过平衡器的移动来移动重心，但考虑到车辆整体的质量(尤其是在包括搭乘人员的重量的情况下)、重心位置的高度，由于平衡器自身相对于车辆整体的重量来说太小，从而只能取得对重心位置进行微调整的效果。

另一方面，即使是质量小的平衡器，如果增大移动量，也可能增大重心移动量，但是车辆尺寸中能够收容的移动量、如专利文献2所述的锤子27程度的平衡器尺寸、移动量，即使能够用于对于车辆静止时的扰动等的姿态控制的微调整，所取得的重心移动的效果也不能达到大幅度减小相对于加减速的车身的倾斜角的程度。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够维持驾驶的舒适性、且能够取得更大的最大加减速度的倒立型车辆。

(1)为了达成上述目的，在技术方案1所述的发明中，提供一种车辆，其包括：驱动轮；能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和行驶控制机构，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述平衡器相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制，其特征在于，设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ时，上述平衡器的质量m满足m≥(L/λ)αM。

(2)在技术方案2所述的发明中，提供一种车辆，其包括：驱动轮；能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和行驶控制机构，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述平衡器相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制，其特征在于，设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ，从上述车身和上述平衡器的重心至上述驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ时，上述平衡器的质量m满足m≥{(L/λ)α-(L₁/λ)θ}M。

(3)在技术方案3所述的发明中，提供一种车辆，其包括：驱动轮；能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和行驶控制机构，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述平衡器相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制，其特征在于，设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ，从上述车身和上述平衡器的重心至上述驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ，上述车身与上述平衡器的合计质量为M₁，包括上述驱动轮的旋转惯性换算质量的车辆总质量为M^-，上述驱动轮的接地半径为R_W时，上述平衡器的质量m满足m≥((M₁L₁+M^～R_W)/λ)α-(M₁L₁/λ)θ。

(4)在技术方案4所述的发明中，提供一种车辆，其包括：驱动轮；能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和行驶控制机构，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述平衡器相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制，其特征在于，设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ，从上述车身和上述平衡器的重心至上述驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ，上述车身与上述平衡器的合计质量为M₁，包括上述驱动轮的旋转惯性换算质量的车辆总质量为M^～，上述驱动轮的接地半径为R_W，φ＝tan^-1α时，上述平衡器的质量m满足m≥(M₁L₁/λ)tan(φ-θ)+(M^～R_W/λ)(sinφ/(cos(φ-θ)))。

(5)在技术方案5所述的发明中，提供一种车辆，其包括：驱动轮；能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和行驶控制机构，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述平衡器相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制，其特征在于，设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的质量为m时，上述平衡器的最大移动量λ满足λ≥LαM/m。

(6)在技术方案6所述的发明中，提供根据技术方案1至5中任一项所述的车辆，其特征在于，车辆总质量M和平衡器的质量m，包含搭乘部和重叠在该搭乘部上的乘员的质量m_M。

(7)在技术方案7所述的发明中，提供根据技术方案1至6中任一项所述的车辆，其特征在于，具有取得目标行驶状态的目标取得机构，包括乘员和该乘员搭乘的搭乘部而构成上述平衡器，上述行驶控制机构根据上述目标行驶状态，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述搭乘部相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制。

(8)在技术方案8所述的发明中，提供根据技术方案7所述的车辆，其特征在于，上述行驶控制机构，包括：决定机构，根据上述取得的目标行驶状态，决定上述驱动轮的驱动转矩和使上述搭乘部移动的移动推力；驱动机构，将利用上述决定机构决定的驱动转矩赋予上述驱动轮；和搭乘部移动机构，将利用上述决定机构决定的移动推力赋予上述搭乘部。

(9)在技术方案9所述的发明中，提供根据技术方案8所述的车辆，其特征在于，包括：目标倾斜角决定机构，根据上述目标行驶状态，决定使上述车身转动的目标倾斜角；和目标位置决定机构，基于上述目标行驶状态和上述目标倾斜角，决定使上述搭乘部移动的目标位置，上述车辆中，上述行驶控制机构根据上述目标行驶状态、上述目标倾斜角、上述目标位置，控制上述车身的转动和上述搭乘部的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制。

在技术方案1所述的发明中，通过将相对于车辆的总质量的平衡器质量设定为适合的值，可以提高车辆的最大加速度，并确保驾驶的舒适性。

在技术方案2所述的发明中，由于设从车身和平衡器的重心至驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ，还考虑了车身倾斜引起的重心移动部分，因此通过设定更为合适的平衡器质量，能够进一步提高车辆的最大加速度，并确保驾驶的舒适性。

在技术方案3所述的发明中，由于设车身与平衡器的合计质量为M₁，包括驱动轮的旋转惯性换算质量的车辆总质量为M^～，驱动轮的接地半径为R_W，还考虑了驱动轮的旋转惯性，因此通过设定更为合适的平衡器质量，能够进一步提高车辆的最大加速度，并确保驾驶的舒适性。

在技术方案4所述的发明中，由于设φ＝tan^-1α，考虑了非线性因素，因此通过设定更为合适的平衡器质量，能够进一步提高车辆的最大加速度，并确保驾驶的舒适性。

在技术方案5所述的发明中，通过将相对于车辆的总质量的平衡器的最大移动量设定为更为适合的值，能够进一步提高车辆的最大加速度，并确保驾驶的舒适性。

在技术方案6所述的发明中，由于更加正确地考虑行驶状态下的质量，将车辆总质量M和平衡器的质量m作为包括搭乘部的设想质量m_M的值，因此能够将平衡器的质量设定为更加适合的值。

在技术方案7所述的发明中，由于包括乘员和该乘员搭乘的搭乘部而构成平衡器，根据目标行驶状态，通过车身相对于旋转轴的转动和搭乘部相对于车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制，因此能够将车身的倾斜角抑制得较小，可以提供搭乘人员乘坐感觉舒适的车辆。

在技术方案8所述的发明中，根据目标行驶状态，决定驱动轮的驱动转矩和使搭乘部移动的移动推力，对驱动轮赋予驱动转矩，对搭乘部赋予移动推力，从而能够适当地控制车身倾斜量和搭乘部位置。

在技术方案9所述的发明中，根据车身的目标倾斜角决定搭乘部的目标位置和驱动转矩，从而可以在保持任意车身倾斜角的状态下进行加减速，进而能够提供乘坐感觉更舒适的车辆。

附图说明

图1是表示本实施方式的包括平衡器的车辆姿态控制系的力学模型的说明图。

图2是表示本实施方式中、利用搭乘部的移动在小倾斜角下进行加速的状态的说明图。

图3是针对本实施方式的车辆表示乘员乘车向前方行驶的状态的外观结构的图。

图4是第1实施方式的控制系统的结构图。

图5是第1实施方式的行驶、姿态控制的流程图。

图6是表示车辆目标加速度α^*(横轴)和目标车身倾斜角θ₁ ^*以及搭乘部目标位置λ_S ^*的关系图。

图7是第1实施方式的变形例的目标值决定处理的流程图。

标号说明

11驱动轮

12驱动电动机

13搭乘部

14支承部件

131接触面部

132靠背部

133头枕

16控制单元

20控制ECU

21主控制ECU

22驱动轮控制ECU

23搭乘部控制ECU

30输入装置

31操纵杆

41车身倾斜传感器

50驱动轮控制系统

51驱动轮传感器

52驱动电动机

60搭乘部控制系统

61搭乘部传感器

62搭乘部电动机

63移动机构

具体实施方式

以下，参照图1至图7，详细说明本发明的车辆的优选实施方式。

(1)实施方式概要

在本实施方式中，设包括乘员和货物等的车辆总质量为M，包括乘员和货物等的车辆整体的重心即车辆重心的车身直立时离开地面的高度为L，作为车辆的要求行驶性能所设定的最大加减速度为α，从车身中心相对移动的平衡器的最大移动量为λ，平衡器的质量为m时，按照满足下列公式1的条件，决定平衡器的质量m和平衡器的最大移动量λ。

为了作为由各公式决定的质量m的平衡器、以及用于决定最大移动量λ所设定的质量m的平衡器，本实施方式的平衡器由搭乘部和其它部分构成。

但是，由于平衡器的主要部分由搭乘部构成，在本实施方式中，为了方便起见，将质量m的平衡器作为搭乘部进行说明。

(公式1)

(m/M)(λ/L)＝α

根据公式1，可以对于车辆总质量M、车辆重心高度L以及车辆的最大加减速度α，决定平衡器的质量m和最大移动量λ。

在本实施方式中，假定车辆的最大加速度与最大减速度相等，以及平衡器的最大前方移动量与最大后方移动量相等，但是这些二者之间也可以不相等。此时，在公式1中，使最大加速度和最大前方移动量、最大减速度和最大后方移动量分别对应，求出各自的条件，决定平衡器质量m、最大前方移动量、最大后方移动量，以满足其两个条件。另外，该假定以及不相等时的对应方法，在下面说明中仍然一样。

并且，由包括搭乘人员的搭乘部整体构成平衡器(能动重量部)。车辆总质量M和平衡器质量m为包括作为乘员预先设想的质量m_M的值。平衡器质量m在利用搭乘部和乘员质量m_M仍不充分时，则包括控制部或者/以及电池，构成平衡器。

通过如此构成，相对于车辆重量的平衡器重量增大，最大加减速的边界值大幅上升，同时可以确保驾驶的舒适性。

例如，在车身倾斜10度时可以对应于0.1G的加减速度的车辆中，如果没有平衡器，或者如上述专利文献所述的搭载小的平衡器，则为了在0.4G下进行制动，车身需要向后倾斜40度。

与此对应，在本实施方式的车辆中，由于构成为使相对于车辆总质量M的质量比例较大的搭乘部移动，因此可以利用搭乘部的移动来取得重心移动的效果，例如即使不倾斜车身，通过使搭乘部移动10cm，可以对应0.1G的加减速。

所以，例如将座椅向后移动30cm，则只需将车身向后倾斜10度，就能够对应0.4G的制动。

图2用于表示本实施方式中，利用搭乘部的移动在小倾斜角下进行加速的状态。

在本实施方式中，通过使包括搭乘人员的搭乘部相对于车辆的前后方向平移移动，保持车身的平衡(倒立状态)。

即，如图2(a)所示，为了保持因基于搭乘人员操作的目标行驶状态(加速、减速、停止等)的加减速而作用于在车身上的驱动轮的反转矩和伴随加速度的惯性力之间的平衡，沿加速度方向平移移动包括搭乘人员的搭乘部。

由此，可以减小相对于加减速度的车身的倾斜角，提供舒适安全的倒立型车辆。

(2)实施方式的详细内容

图3针对本实施方式的车辆，表示了乘员乘车向前方行驶的状态的外观结构。

如图3所示，车辆具有配置在同轴上的2个驱动轮11a、11b。

两个驱动轮11a、11b分别由驱动电动机12a、12b进行驱动。

另外，对于车辆的驱动轮和驱动电动机，不仅在同轴上配置2个，也可以分别配置1个或者3个以上。

驱动轮11a、11b(在表示两个驱动轮11a和11b时，称为驱动轮11。以下的其他结构也一样)和驱动电动机12的上部，配置有搭乘作为重量体的货物、乘员等的搭乘部13(座椅)。

搭乘部13由驾驶员乘坐的接触面部131、靠背部132和头枕133构成。

在本实施方式中，搭乘部13和搭乘人员(设想质量m_M)构成平衡器。

从车辆总质量M、车辆整体的重心高度L、车辆的最大加减速度α、平衡器的最大移动量λ等各值，根据与上述公式1相关的下面的公式2，决定本实施方式的搭乘部13(平衡器)的质量m。

在公式2中，平衡器的最大移动量λ是车身直立状态下以通过驱动轮11的旋转轴的铅直线为基准的车身前后方向的相对移动量。

并且，搭乘部质量m和车辆总质量M为包括搭乘人员的设想质量m_M的值。

(公式2)

m＝(L/λ)αM

搭乘部13经由移动机构63，受到支承部件14的支承。支承部件14被固定在收容驱动电动机12的驱动电动机框体中。

作为移动机构63，采用例如直线引导装置那样的低阻力线性移动机构，利用搭乘部驱动电动机的驱动转矩，变更搭乘部13与支承部件14之间的相对位置。

直线引导装置具有固定在支承部件14上的导轨、固定在搭乘部驱动电动机上的滑块和滚动体。

导轨的左右侧面部上沿长度方向以直线状形成有2条轨道槽。

滑块的截面呈コ字形状，在其相向的2个侧面部内侧分别与导轨的轨道槽相向地形成有2条轨道槽。

滚动体安装在上述轨道槽之间，伴随导轨与滑块之间的相对直线运动，在轨道槽内滚动。

另外，在滑块中形成有连接轨道槽的两端的返回通路，滚动体在轨道槽和返回通路中循环。

在直线引导装置中，配置有固定直线引导装置的动作的制动器(离合器)。在车辆停车时一样不需要搭乘部的动作的情况下，利用制动器，将滑块固定在导轨上，从而保持固定有导轨的支承部件14与固定有滑块的搭乘部13之间的相对位置。当需要进行动作时，解除该制动，将支承部件14侧的基准位置与搭乘部13侧的基准位置之间的距离控制为预定值。

在搭乘部13的旁边配置有输入装置30，在输入装置30上配置有操纵杆31。

驾驶员通过对操纵杆31进行操作，进行车辆的加速、减速、转弯、原地旋转、停止、制动等的指示。

本实施方式的输入装置30固定在接触面部131上，但也可以通过以有线或无线方式连接的遥控器来构成。并且，也可以设置扶手，并在其上部设置输入装置30。

并且，在本实施方式的车辆中，配置有输入装置30，但对于按照预先决定的行驶指令数据进行自动行驶的车辆，设置行驶指令数据取得部，以取代输入装置30。行驶指令数据取得部例如可由从例如半导体存储器等各种存储介质中读取行驶指令数据的读取机构或者/以及利用无线通信从外部取得行驶指令数据的通信控制机构所构成。

另外，在图3中，表示在搭乘部13搭乘人的情况，但并不局限于人驾驶的车辆，也可以是在搭乘货物的状态或者是没有搭乘任何东西的状态下，根据来自外部的遥控操作、行驶指令数据，进行行驶、停止。

在搭乘部13与驱动轮11之间，配置有控制单元16。

在本实施方式中，控制单元16安装在支承部件14上。

另外，控制单元16也可以安装在搭乘部13的接触面部131的下面。此时，控制单元通过移动机构63与搭乘部13一起向前后移动。

本实施方式的车辆，作为其它装置而具有电池。电池配置在支承部件14上，向驱动电动机12、搭乘部电动机、控制ECU20等供给驱动用和运算用的电力。

在以下的说明中，将驱动轮11以及固定在其上面与其一起旋转的部分称为“驱动轮”，将从包括搭乘人员的车辆整体中除去驱动轮的部分称为“车身”，将搭乘部13以及固定在其上面与其一起平移移动的部分(包括搭乘人员)称为“搭乘部”。

在本实施方式中，“搭乘部”由搭乘部13、输入装置30、移动机构63(直线引导装置)的一部分构成，也可以通过将控制单元16、电池配置在搭乘部13上，将其加入到“搭乘部”。由此，可增加“搭乘部”的重量以及其移动带来的效果。

图4用于表示本实施方式的控制系统的结构。

控制系统具有作为行驶姿态控制机构发挥功能的控制ECU(电子控制装置)20、操纵杆31、车身倾斜传感器41、驱动轮传感器51、驱动电动机52(与驱动电动机12相同)、搭乘部传感器61、搭乘部电动机62(搭乘部驱动电动机)、其它装置。

控制ECU20具有主控制ECU21、驱动轮控制ECU22、搭乘部控制ECU23，通过驱动轮控制、车身控制(倒立控制)等，进行车身的行驶、姿态控制等的各种控制。

控制ECU20由具有存储本实施方式的行驶、姿态控制处理程序等各种程序、数据的ROM、用作工作区域的RAM、外部存储装置、界面部等的计算机系统构成。

在主控制ECU21上，连接着驱动轮传感器51、车身倾斜传感器41、搭乘部传感器61以及作为输入装置30的操纵杆31。

操纵杆31向主控制ECU21供给基于搭乘人员的操作的行驶指令(操纵操作量)。

操纵杆31的直立状态为零位，通过使其向前后方向倾斜，指示加减速，通过向左右倾斜，指示转弯行驶时的横方向加速度。要求加减速度、横方向加速度与倾斜角度对应地增加。

车身倾斜传感器41发挥检测车身的倾斜角的倾斜检测机构的功能，检测以驱动轮11的车轴为旋转中心的车身的前后方向的倾斜状态。

车身倾斜传感器41具有检测加速度的加速度传感器和检测车身倾斜角速度的陀螺传感器。通过从检测的加速度计算出车身倾斜角θ₁，并从所检测的车身倾斜角速度计算出车身倾斜角θ₁，提高其精度。另外，也可以只配置其中某一个传感器，从其检测值计算出车身倾斜角、角速度。

主控制ECU21发挥取得作为目标的目标行驶状态的目标行驶状态取得机构的功能。另外，还发挥根据所取得的目标行驶状态而决定驱动轮的驱动转矩和搭乘部的移动推力的输出决定机构的功能。

主控制ECU21发挥下述目标姿态决定机构的功能：根据基于来自操纵杆31的信号的目标行驶状态而决定作为目标的车身倾斜角和作为目标的搭乘部位置。

并且，主控制ECU21发挥下述前馈输出决定机构的功能：根据目标行驶状态和目标姿态(目标车身倾斜角和目标搭乘部位置)，决定各促动器(驱动电动机52和搭乘部电动机62)的前馈输出。

另外，主控制ECU21发挥下述反馈输出决定机构的功能：根据车身倾斜角的目标值与实测值之间的偏差，决定驱动电动机52的反馈输出，并且根据搭乘部位置的目标值与实测值之间的偏差，决定搭乘部电动机62的反馈输出。

主控制ECU21与驱动轮控制ECU22、驱动电动机52一起作为驱动机构发挥作用，另外，包括驱动轮传感器51，构成驱动轮控制系统50。

驱动轮传感器51检测作为驱动轮11的旋转状态的驱动轮旋转角(旋转角速度)，并供给到主控制ECU21。本实施方式的驱动轮传感器51由分解器构成，检测驱动轮旋转角。通过计算从该驱动轮旋转角计算出旋转角速度。

主控制ECU21向驱动轮控制ECU22供给驱动转矩指令值，驱动轮控制ECU22向驱动电动机52供给相当于驱动转矩指令值的输入电压(驱动电压)。驱动电动机52发挥根据输入电压向驱动轮11赋予驱动转矩的驱动轮促动器的作用。

并且，主控制ECU21与搭乘部控制ECU23、搭乘部传感器61、搭乘部电动机62一起构成搭乘部控制系统60。

搭乘部传感器61发挥检测搭乘部的相对位置的位置检测机构的功能，向主控制ECU21供给所检测的搭乘部位置(移动速度)的数据。本实施方式的搭乘部传感器61由编码器构成，检测搭乘部位置。从该搭乘部位置的检测值计算出搭乘部的移动速度。

主控制ECU21向搭乘部控制ECU23供给搭乘部推力指令值。搭乘部控制ECU23向搭乘部电动机62供给相当于搭乘部推力指令值的输入电压(驱动电压)。搭乘部电动机62发挥根据输入电压赋予用于使搭乘部13平移移动的推力的搭乘部促动器的功能。

接着，说明利用如上所述地构成的车辆的行驶、姿态控制处理。

图5是表示行驶、姿态控制处理的内容的流程图。

首先，说明基于该行驶、姿态控制处理的处理整体的概要。

在本实施方式的行驶、姿态控制中，根据加减速、停止等作为目标的行驶状态，控制车身倾斜、搭乘部位置，保持车身的平衡，同时实现作为目标的行驶状态。

主控制ECU21首先按照搭乘人员的意志，决定车辆怎样动作、即车辆的行驶目标(步骤110～步骤130)。

接着，主控制ECU21对于所决定的行驶目标，决定如保持车身的平衡(维持倒立姿态)的车身目标姿态(目标车身倾斜角和目标搭乘部位置)(步骤140)。

由此，通过优化车身倾斜量和搭乘部位置，减小车身倾斜，防止乘坐感觉的恶化，从而可以赋予搭乘人员适当的加速感。

然后，主控制ECU21决定为实现作为目标的车辆行驶状态和车身姿态所需的驱动电动机52、搭乘部电动机62的输出值。根据该值，利用驱动轮控制ECU22和搭乘部控制ECU23，控制驱动电动机52和搭乘部电动机62的实际输出(步骤150～步骤200)。

接着，说明行驶、姿态控制处理的详情。

主控制ECU21取得搭乘人员对操纵杆31的操纵操作量(行驶指令)(步骤110)。

然后，主控制ECU21基于所取得的操作量，决定车辆加速度的目标值(车辆目标加速度)α^*(步骤120)。例如，将与操纵杆31的前后操作量成比例的值作为车辆目标加速度α^*的值。

主控制ECU21从所决定的车辆目标加速度α^*，计算出驱动轮角速度的目标值(驱动轮目标角速度)[θω^*](步骤130)。

其中，符号[n]表示对n的时间微分。例如，计算出对车辆目标加速度α^*进行时间积分，再用预定的驱动轮接地半径相除后的值作为驱动轮目标角速度[θω^*]。

接着，主控制ECU21决定车身倾斜角和搭乘部位置的目标值(步骤140)。即，根据步骤120所决定的车辆目标加速度α^*的大小，利用下面的公式3～公式5，决定车身倾斜角的目标值(目标车身倾斜角)θ₁ ^*。

然后，基于所决定的目标车身倾斜角θ₁ ^*，利用与车辆目标加速度α^*的大小对应的公式6～公式8，决定搭乘部位置的目标值(搭乘部目标位置)λ_S ^*。

(公式3)θ₁ ^*＝φ^*-β_Max+sin^-1(γsinφ^*cosβ_Max)(α^*＜-α_Max)

(公式4)θ₁ ^*＝(1-C_Sense)φ^*(-α_Max≤α^*≤α_Max)

(公式5)θ₁ ^*＝φ^*+β_Max+sin^-1(γsinφ^*cosβ_Max)(α^*＞α_Max)

(公式6)λ_S ^*＝-λ_S，Max(α^*＜-α_Max)

(公式7)λ_S ^*＝l₁(m₁/m_S){tan(φ^*-θ₁ ^*)+γ(sinφ^*/cos(φ^*-θ₁ ^*))}(-α_Max≤α^*≤α_Max)

(公式8)λ_S ^*＝λ_S，Max(α^*＞α_Max)

在公式3～公式8中，φ^*、β_Max、γ定义如下：

φ^*＝tan^-1α^*

β_Max＝tan^-1(m_Sλ_S，Max/m₁l₁)

γ＝M^～R_W/m₁l₁、M^～＝m₁+m_W+I_W/R_W ²

α^*是车辆目标加速度(G)。并且，λ_S，Max是利用搭乘部移动量最大值的设定值。

阈值α_Max是当在公式7中λ^*＝λ_S，Max时，即，搭乘部移动到边界值时的车辆目标加速度α^*。该阈值α_Max是既定值，由于不能利用解析方法求出，因此利用循环计算、近似公式等来决定。

图6是表示利用公式3～公式8赋予的车辆目标加速度α^*(横轴)和目标车身倾斜角θ₁ ^*以及搭乘部目标位置λ_S ^*的关系图。

车辆目标加速度α^*处于阈值±α_Max之间时(-α_Max≤α^*≤α_Max)，利用公式4决定目标车身倾斜角θ₁ ^*，利用公式7决定搭乘部目标位置λ_S ^*。

由此，在-α_Max≤α^*≤α_Max范围内，一边将车身倾斜到θ₁ ^*，一边将搭乘部也移动到λ_S ^*，可保持车身的平衡，同时可以赋予搭乘人员适当的加速感。

由此，在阈值±α_Max的范围内，利用车身倾斜和搭乘部移动的二者来进行实现车辆目标加速度α^*所需的重心位置的移动，决定其重心移动的分担的是公式4和公式7中的搭乘人员加速度感受系数C_Sense。C_Sense的值为0≤C_Sense≤1，预先进行设定。

对于某个车辆目标加速度α^*，随着设定值C_Sense的值增大，目标车身倾斜角θ₁ ^*增大(公式4)，搭乘部目标位置λ_S ^*变小(公式7)。

C_Sense相当于搭乘人员感觉加速度的程度。

即，当C_Sense＝1，目标车身倾斜角θ₁ ^*＝0(公式4)，车身完全不倾斜，因此搭乘人员原样感觉车辆的加减速产生的惯性力。

另一方面，当C_Sense＝0，θ₁ ^*＝φ^*＝tan^-1α^*，车身倾斜到平衡倾斜角(重力与惯性力的合力的角度)为止，搭乘人员感觉不到惯性力(但是，对于搭乘人员来说，向下的力增加)。

本实施方式中，作为搭乘人员感觉的最佳的加速度的值，预先设定C_Sense＝p。

例如，当C_Sense＝1，为实现车辆目标加速度α^*所需的重心位置的移动全部由搭乘部13的移动来实现，从而维持车身的直立状态地控制的同时行驶。

当搭乘部移动量到达边界值±λ_S，Max时，即，车辆目标加速度α^*＜-α_Max或者α^*＞α_Max时，如图6所示，更大幅度地倾斜车身，以保持平衡(公式3、5)。

另外，当搭乘部移动量还有富余时，也可以限制车身倾斜角。

(决定目标车身倾斜角θ₁ ^*和搭乘部目标位置λ_S ^*的变形例)。

上述实施方式的说明中，说明了从车辆目标加速度α^*与阈值±α_Max的关系，选择公式3～公式5中的任一个以及公式6～公式8中的任一个，决定目标车身倾斜角θ₁ ^*和搭乘部目标位置λ_S ^*的情况。

与此对应，也可以利用图7所示的目标值决定处理，决定目标车身倾斜角θ₁ ^*和搭乘部目标位置λ_S ^*。

图7是表示第1实施方式的目标值决定处理的内容的流程图。

主控制ECU21最初从公式4计算与车辆目标加速度α^*对应的目标车身倾斜角θ₁ ^*(步骤10)。

然后，利用所决定的θ₁ ^*，根据公式7计算出搭乘部目标位置λ_S ^*(步骤11)，判断计算值λ_S ^*是否处于搭乘部能够移动的-λ_S，Max≤λ_S ^*≤λ_S，Max的范围内(步骤12)。

如果计算值λ_S ^*是处于搭乘部能够移动的范围内(步骤12；是)，主控制ECU21将在步骤10计算出的θ₁ ^*决定为目标车身倾斜角，将在步骤11计算出的λ_S ^*决定为搭乘部目标位置(步骤13)，然后结束处理。

另一方面，如果计算值λ_S ^*处于搭乘部能够移动的范围之外(步骤12；否)，主控制ECU21将搭乘部移动量最大值±λ_S，Max决定为搭乘部目标位置λ_S ^*(步骤14)，

然后，再次利用公式3或公式5，计算出与车辆目标加速度α^*对应的θ₁ ^*，将其决定为目标车身倾斜角θ₁ ^*(步骤15)，之后结束处理。

根据上述的目标值决定处理，不采用用来决定是否使用公式3～公式5、公式6～公式8中的任一公式的阈值α_Max，就可以决定目标车身倾斜角θ₁ ^*和搭乘部目标位置λ_S ^*。

在本实施方式中，利用作为严密的理论公式的的公式3～公式8，决定车身目标姿态，但也可以利用更为简单的公式。例如，也可以利用对公式3～公式8进行线形化处理的公式。并且，也可以取代公式，事先预备关于车辆目标加速度α^*和车身目标姿态的关系的变换，利用该变换来决定车身目标姿态。

另一方面，也可以利用更为复杂的关系式。例如，可以设定关系式，以在当车辆目标加速度α^*的绝对值小于预定阈值时，完全不倾斜车身，而只移动搭乘部；超过该阈值时，则开始倾斜车身。

另外，在本实施方式中，从搭乘部的基准位置起的最大前方移动量与最大后方移动量相等，当二者也可以不相等。例如，通过增大最大后方移动量，与加速性能相比，可以提高制动性能。此时，修正阈值α_Max，使之分别与各自的边界值对应，可以容易地实现同样的控制。

回到行驶、姿态控制处理(图5)的说明。主控制ECU21利用所决定的各目标值，计算出剩余的目标值(步骤150)。

即，通过对各目标值进行时间微分或时间积分，分别计算出驱动轮旋转目标值θ_W ^*、车身倾斜角速度目标值[θ₁ ^*]、搭乘部移动目标值[λ_S ^*]。

接着，决定各促动器的前馈输出(步骤160)。

主控制ECU21利用下面的公式9，决定实现车辆目标加速度α^*所需的预想的驱动电动机52的前馈输出τ_W，FF。另外，公式9中的M^～为考虑了驱动轮的旋转惯性部分的车辆的总质量。

并且，利用公式30，从各目标值决定搭乘部电动机62的前馈输出S_S，FF。该S_S，FF相当于对应目标车身倾斜角θ₁ ^*、不让搭乘部因重力而移动、且停留在目标位置上时所需的搭乘部推力。

(公式9)τ_W，FF＝M^～R_Wgα^*

(公式30)S_S，FF＝-m_Sgsinθ₁ ^*

通过赋予如公式9、30一样的前馈输出，可以更高精度地控制各状态量。

另外，该方法尤其是对于减少状态量的稳态偏差有效，但作为取代方法，也可以在反馈控制(步骤190)中赋予积分增益。

接着，主控制ECU21从各传感器取得各状态量(步骤170)。即，从驱动轮传感器51取得驱动轮旋转角(旋转角速度)，从车身倾斜传感器41取得车身倾斜角(倾斜角速度)，从搭乘部传感器61取得搭乘部位置(移动速度)。

并且，主控制ECU21计算剩余的状态量(步骤180)。即，通过对驱动轮旋转角(旋转角速度)、车身倾斜角(倾斜角速度)、搭乘部位置(移动速度)进行时间积分或微分，计算剩余的状态量。

接着，主控制ECU21决定各促动器的反馈输出(步骤190)。

即，从各目标值与实际的状态量的偏差，利用公式31决定驱动电动机52的反馈输出τ_W，FB，利用公式32决定搭乘部电动机62的反馈输出S_S，FB。

其中，公式31、公式32中的K_**为反馈增益，各反馈增益K_**例如作为最佳调节器的值而预先进行设定。并且，如前所述，为了消除稳态偏差，也可以导λ积分增益。

(公式31)τ_W，FB＝-K_W1(θ_W-θ_W ^*)-K_W2([θ_W]-[θ_W ^*])-K_W3(θ₁-θ₁ ^*)-K_W4([θ₁]-[θ₁ ^*])-K_W5(λ_S-λ_S ^*)-K_W6([λ_S]-[λ_S ^*])

(公式32)S_S，FB＝-K_S1(θ_W-θ_W ^*)-K_S2([θ_W]-[θ_W ^*])-K_S3(θ₁-θ₁ ^*)-K_S4([θ₁]-[θ₁ ^*])-K_S5(λ_S-λ_S ^*)-K_S6([λ_S]-[λ_S ^*])

另外，也可以通过将几个反馈增益设定为0，简化公式。例如，也可以取代公式31，采用τ_W，FB＝-K_W2([θ_W]-[θ_W ^*])-K_W3(θ₁-θ₁ ^*)。并且，也可以取代公式32，采用S_S，FB＝-K_S5(λ_S-λ_S ^*)。

最后，主控制ECU21对各要素控制系统赋予指令值(步骤200)，然后返回主程序。

即，主控制ECU21将在步骤160决定的前馈输出τ_W，FF与和在步骤190决定的反馈输出S_S，FB的和(τ_W，FF+τ_W，FB)作为驱动转矩指令值τ_W，供给到驱动轮控制ECU22。并且，将前馈输出S_S，FF与反馈输出S_S，FB的和(S_S，FF+S_S，FB)作为搭乘部推力指令值S_S，供给到搭乘部控制ECU23。

由此，驱动轮控制ECU22将与驱动转矩指令值τ_W对应的输入电压(驱动电压)供给到驱动电动机52，对驱动轮赋予驱动转矩τ_W。

并且，搭乘部控制ECU23将与搭乘部推力指令值S_S对应的输入电压(驱动电压)供给到搭乘部电动机62，使搭乘部移动。

在上述说明的实施方式中，根据公式2决定搭乘部(平衡器)的质量，但也可以利用下面各公式进行决定。

即，设从车身和平衡器的重心至驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ时，也可以从考虑了车身倾斜的下面公式13来决定平衡器质量m。

(公式13)m＝{(L/λ)α-(L₁/λ)θ}M

另外，可以设驱动轮的接地半径为R_W，驱动轮以及与其一起旋转的部分的质量为M_W，同一质量部的围绕旋转轴的惯性转矩为I_W，包括旋转惯性换算质量的车辆总质量为M^～＝M+I_W/R_W ²，则也可以从考虑了驱动轮的旋转惯性的下面的公式14，决定平衡器质量m。

(公式14)M＝((M₁L₁+M^～R_W)/λ)α-(M₁L₁/λ)θ

另外，也可以设φ＝tan^-1α，作为还考虑了非线性要素的严密的值，从下面的公式15，决定平衡器质量m。

公式15M＝(M₁L₁/λ)tan(φ-θ)+(M^～R_W/λ)(sinφ/(cos(φ-θ)))

并且，在所说明的实施方式和上述变形例中，说明了首先设定车辆的总质量M、平衡器的最大移动量λ，然后利用该值，根据公式13～15决定最合适的平衡器质量的情况。

与此对应，也可以首先设定车辆的总质量M、平衡器的质量m，然后利用该值，根据对公式2变形后的公式16决定平衡器的最大移动量λ。

(公式16)λ＝LαM/m

并且，与对公式2变形后的公式16一样，也可以根据对公式13～公式15变形后的公式，决定平衡器的最大移动量λ。

并且，在所说明的实施方式中，利用公式2、公式13、公式14、公式15决定平衡器质量m，利用公式16决定平衡器的最大移动量λ，但也可以将利用该公式的平衡器质量m作为最小值，采用比其大的值。

即，也可以取代这些公式2、公式13、公式14、公式15、公式16，采用下面的公式17～公式21。

(公式17)m≥(L/λ)αM

(公式18)m≥{(L/λ)α-(L₁/λ)θ}M

(公式19)m≥((M₁L₁+M^～R_W)/λ)α-(M₁L₁/λ)θ

(公式20)m≥(M₁L₁/λ)tan(φ-θ)+(M^～R_W/λ)(sinφ/(cos(φ-θ)))

(公式21)λ≥LαM/m

Claims

1.一种车辆，其包括：

驱动轮；

能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；

能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和

行驶控制机构，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述平衡器相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制，其特征在于，

设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ时，上述平衡器的质量m满足

m≥(L/λ)αM。

2.一种车辆，其包括：

驱动轮；

能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；

能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和

设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ，从上述车身和上述平衡器的重心至上述驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ时，上述平衡器的质量m满足

m≥{(L/λ)α-(L₁/λ)θ}M。

3.一种车辆，其包括：

驱动轮；

能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；

能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和

设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ，从上述车身和上述平衡器的重心至上述驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ，上述车身与上述平衡器的合计质量为M₁，包括上述驱动轮的旋转惯性换算质量的车辆总质量为M^～，上述驱动轮的接地半径为R_W时，上述平衡器的质量m满足

m≥((M₁L₁+M^～R_W)/λ)α-(M₁L₁/λ)θ。

4.一种车辆，其包括：

驱动轮；

能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；

能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和

设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的最大移动量为λ，从上述车身和上述平衡器的重心至上述驱动轮的旋转轴的距离为L₁，最大车身倾斜角为θ，上述车身与上述平衡器的合计质量为M₁，包括上述驱动轮的旋转惯性换算质量的车辆总质量为M^～，上述驱动轮的接地半径为R_W，φ＝tan^-1α时，上述平衡器的质量m满足

m≥(M₁L₁/λ)tan(φ-θ)+(M^～R_W/λ)(sinφ/(cos(φ-θ)))。

5.一种车辆，其包括：

驱动轮；

能转动地支承在上述驱动轮的旋转轴的车身；

能相对移动地配置于上述车身上的平衡器；和

设车辆总质量为M，车辆整体的重心高度为L，车辆的最大加减速度为α，上述平衡器的质量为m时，上述平衡器的最大移动量λ满足λ≥LαM/m。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆，其特征在于，车辆总质量M和平衡器的质量m，包含搭乘部和重叠在该搭乘部上的乘员的质量m_M。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的车辆，其特征在于，

具有取得目标行驶状态的目标取得机构，

包括乘员和该乘员搭乘的搭乘部而构成上述平衡器，

上述行驶控制机构根据上述目标行驶状态，通过车身相对于上述旋转轴的转动和上述搭乘部相对于上述车身的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，

上述行驶控制机构，包括：

决定机构，根据上述取得的目标行驶状态，决定上述驱动轮的驱动转矩和使上述搭乘部移动的移动推力；

驱动机构，将利用上述决定机构决定的驱动转矩赋予上述驱动轮；和

搭乘部移动机构，将利用上述决定机构决定的移动推力赋予上述搭乘部。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，包括：

目标倾斜角决定机构，根据上述目标行驶状态，决定使上述车身转动的目标倾斜角；和

目标位置决定机构，基于上述目标行驶状态和上述目标倾斜角，决定使上述搭乘部移动的目标位置，

上述车辆中，上述行驶控制机构根据上述目标行驶状态、上述目标倾斜角、上述目标位置，控制上述车身的转动和上述搭乘部的移动，调整上述车身的重心的同时对行驶进行控制。