CN101784437A - 车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆，该车辆通过在也考虑车身的姿态变化的前提下推测路面的坡度，可以高精度地推测路面的坡度，从而与路面坡度无关，能够实现车辆的稳定的停止状态和行驶状态。该车辆具有能旋转地安装在车身上的驱动轮(12)和对于赋予该驱动轮(12)的驱动转矩进行控制而对上述车身的姿态进行控制的车辆控制装置，该车辆控制装置基于上述车身的姿态推测路面坡度，根据该路面坡度对上述驱动转矩进行修正。

Description

车辆

技术领域

本发明涉及一种利用倒立摆的姿态控制的车辆。

背景技术

以往，提出了有关利用倒立摆的姿态控制的车辆的技术。例如，提出了具有在同轴上配置的2个驱动轮、通过驾驶人员的重心移动来感知车身的姿态变换从而进行驱动的车辆，利用球体状的单一的驱动轮，一边控制姿态一边移动的车辆等的技术(例如，参照专利文献1)。

此时，利用传感器检测车身的平衡、动作的状态，对旋转体的动作进行控制，使车辆停止或移动。

专利文献1：日本专利特开2004-129435号公报

但是，在上述以往的车辆中，不能在坡道上维持停止状态，或不能进行稳定的行驶。例如，为了在坡道上停车，需要对驱动轮赋予驱动转矩，以使车辆不向下坡方向移动，但是当对驱动轮赋予驱动转矩时，会在车身上产生反作用，使该车身向下坡方向倾斜。另一方面，如果要想在垂直方向保持车身，则由于不能对驱动轮赋予驱动转矩，车辆会向下坡方向移动。

并且，在上述以往的车辆中，如果在坡道上进行与平地上的反馈控制一样的反馈控制，车身会在向下坡方向倾斜的状态下，慢慢地向下坡方向移动。

发明内容

本发明为了解决上述以往的车辆中的问题，其目的在于提供一种实用性高的车辆，该车辆通过在也考虑车身姿态的前提下推测路面的坡度，可以高精度地推测路面的坡度，从而与路面坡度无关，能够实现车辆的稳定的停止状态和行驶状态。

因此，在本发明的车辆中，具有能旋转地安装在车身上的驱动轮和对于赋予该驱动轮的驱动转矩进行控制而对上述车身的姿态进行控制的车辆控制装置，该车辆控制装置基于上述车身的姿态推测路面坡度，根据该路面坡度对上述驱动转矩进行修正。

在本发明的另一车辆中，进而，上述车辆控制装置基于上述驱动轮的状态量和上述车身的姿态推测路面坡度。

在本发明的另一车辆中，还具有能相对于上述车身移动地安装了的能动重量部，上述车辆控制装置对上述驱动转矩和上述能动重量部的位置中的至少一个进行控制而对上述车身的姿态进行控制，并且作为车身的姿态考虑上述车身的倾斜角和上述能动重量部的位置，推测路面坡度。

在本发明的另一车辆中，进而，上述车辆控制装置将与路面坡度成比例地作用在车身上的外力作为等于上述驱动轮的驱动力与惯性力之差的值，推测路面坡度。

在本发明的另一车辆中，具有能旋转地安装在车身上的驱动轮、能相对于上述车身移动地安装的能动重量部和对赋予上述驱动轮的驱动转矩和上述能动重量部的位置中的至少一个进行控制而对上述车身的姿态进行控制的车辆控制装置，该车辆控制装置取得路面坡度，根据该路面坡度使上述能动重量部移动，从而对上述车身的姿态进行控制。

在本发明的另一车辆中，进而，上述车辆控制装置使上述能动重量部移动，以抵消对应于上述路面坡度的上坡转矩的反转矩。

在本发明的另一车辆中，进而，上述车辆控制装置在上坡时使上述能动重量部向前方移动，在下坡时使上述能动重量部向后方移动。

在本发明的另一车辆中，进而，上述车辆控制装置在上述能动重量部的移动到达极限时，使车身倾斜。

在本发明的另一车辆中，进而，上述车辆控制装置在上述能动重量部的位置的目标值尚未达到预先设定的极限时不使车身倾斜，而在上述目标值达到上述极限以上时使车身倾斜。

根据技术方案1的结构，由于考虑车身的姿态，因此能够准确地推测路面坡度。这样，能够提供在坡道上也是安全舒适的车辆。并且，由于不需要测定路面坡度的装置，因此可以简化车辆结构，降低成本。

根据技术方案2的结构，由于考虑作为倒立型车辆固有的状态量的车身的倾斜角，因此能以高精度推测路面坡度。

根据技术方案3的结构，由于作为车身的姿态考虑车身的倾斜角和能动重量部的位置，推测路面坡度，因此能以非常高的精度推测路面坡度。

根据技术方案4的结构，由于将与路面坡度成比例地作用在车身上的外力作为等于驱动轮的驱动力与惯性力之差的值，推测路面坡度，因此能以高精度推测路面坡度。

根据技术方案5的结构，由于根据该路面坡度使能动重量部移动，从而即使在坡道上也能在车身姿态稳定的状态下维持停止状态，并且，能够在坡道上稳定地行驶。因此，能够提供在坡道上也是安全舒适的车辆。

根据技术方案6的结构，由于车辆没有前后倾斜，因此提高了乘员的乘坐舒适感。并且，由于在坡道上也维持车身的直立状态，因此容易确保乘员的视野。

根据技术方案7的结构，可以在坡道上直立地维持车身，也可以对应陡坡。

根据技术方案8的结构，由于在小坡度的坡道上车身不发生倾斜，因此提高了乘员的乘坐舒适感。

根据技术方案9的结构，可以在坡道上直立地维持车身，也可以对应陡坡。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式的车辆的结构的概略图，表示在乘员搭载状态下进行加速前进时的状态。

图2是表示本发明第1实施方式的车辆的控制系统的结构的方框图。

图3是表示本发明第1实施方式的车辆在坡道的动作的概略图。

图4是表示本发明第1实施方式的车辆的行驶及姿态控制处理的动作的流程图。

图5是表示本发明第1实施方式的车辆的力学模型的图。

图6是表示本发明第1实施方式的状态量的取得处理的动作的流程图。

图7是表示本发明第1实施方式的路面坡度的取得处理的动作的流程图。

图8是表示本发明第1实施方式的目标行驶状态的决定处理的动作的流程图。

图9是表示本发明第1实施方式的能动重量部位置的目标值和车身倾斜角的目标值的变化的图。

图10是表示本发明第1实施方式的目标车身姿态的决定处理的动作的流程图。

图11是表示本发明第1实施方式的促动器输出的决定处理的动作的流程图。

图12是表示本发明第2实施方式的车辆的控制系统的结构的方框图。

图13是表示本发明第2实施方式的车辆在坡道的动作的概略图。

图14是表示本发明第2实施方式的状态量的取得处理的动作的流程图。

图15是表示本发明第2实施方式的路面坡度的取得处理的动作的流程图。

图16是表示本发明第2实施方式的目标车身姿态的决定处理的动作的流程图。

图17是表示本发明第2实施方式的促动器输出的决定处理的动作的流程图。

图18是表示本发明第3实施方式的车辆的结构的概略图，表示在坡道上停止的状态。

图19是表示本发明第3实施方式的车辆的控制系统的结构的方框图。

图20是表示本发明第3实施方式的路面坡度取得时的几何学条件的图。

图21是表示本发明第3实施方式的路面坡度的取得处理的动作的流程图。

标号说明

10 车辆

12 驱动轮

14 搭乘部

20 控制ECU

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明第1实施方式的车辆的结构的概略图，表示在乘员搭载状态下前进的状态。图2是表示本发明第1实施方式的车辆的控制系统的结构的方框图。

在图中，10为本实施方式的车辆，具有车身的本体部11、驱动轮12、支承部13以及搭载乘员15的搭乘部14，利用倒立摆的姿态控制对车身的姿态进行控制。上述车辆10可以使车身前后倾斜。在图1所示的例中，车辆10沿箭头A所示方向进行加速，车身处于向前进方向倾斜的状态。

上述驱动轮12可旋转地被作为车身一部分的支承部13支承，通过作为驱动促动器的驱动马达52受到驱动。另外，驱动轮12的轴沿着与图1的图面垂直的方向延伸，驱动轮12以该轴为中心进行旋转。并且，上述驱动轮12可以是单个，也可以是多个。当为多个时，在同轴上并列配置。在本实施方式中，说明驱动轮12具有2个的情况。此时，各驱动轮12通过各自的驱动马达52独立地受到驱动。另外，作为驱动促动器，例如可以采用液压马达、内燃机等，这里说明采用作为电动机的驱动马达52的情况。

并且，作为车身的一部分的本体部11受到支承部13的来自下方的支承，位于驱动轮12的上方。发挥能动重量部的作用的搭乘部14安装在本体部11上，能够沿车辆10的前后方向相对于本体部11相对地进行平移，换句话说，能够沿着车身旋转圆的切线方向相对地移动。

在这里，能动重量部具有某种程度的重量，通过相对于本体部11的平移、即前后移动，对车辆10的重心位置能动性地进行修正。能动重量部并不一定是搭乘部14，也可以是例如可相对本体部11平移地安装电池等具有重量的周边设备的装置，或者是可相对于本体部11平移地安装重物、锤子(重量体)、平衡器等专用的重量部件的装置。并且，也可以同时使用搭乘部14、具有重量的周边设备、专用的重量部件等。

在本实施方式中，为了说明方便，说明了搭载乘员15的状态的搭乘部14作为能动重量部的例子，但搭乘部14并不一定要搭乘乘员15，例如，当车辆10利用遥控操作进行操纵时，可以在搭乘部14上不搭乘乘员15，也可以取代乘员15而装载货物。

上述搭乘部14与轿车、公共汽车等汽车中使用的座椅一样，由接触面部14a、靠背部14b和头枕14c构成，经由未图示的移动机构，安装在本体部11上。

上述移动机构具有线性引导装置等的低阻力的直线移动机构和作为能动重量部促动器的能动重量部马达62，利用该能动重量部马达62驱动搭乘部14，使其相对于本体部11沿前进方向进行前后移动。另外，作为能动重量部促动器，可以使用例如液压马达、线性马达等，这里说明采用作为旋转式的电动机的能动重量部马达62的情况。

线性引导装置具有例如安装在本体部11上的导轨、安装在搭乘部14上且沿导轨滑动的滑轨、介于导轨与滑轨之间的球、滚柱等滚动体。在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。并且，滑轨的截面呈コ字形状，在其相向的2个侧面部内侧形成有分别与导轨的轨道槽相向的2条轨道槽。滚动体嵌入轨道槽之间，伴随导轨与滑轨的相对直线运动，在轨道槽内滚动。另外，在滑轨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。

并且，在线性引导装置中，配置有固定该线性引导装置的动作的制动器或离合器。在车辆10停车时候等不需要搭乘部14的动作时，利用制动器，将滑轨固定在导轨上，从而保持本体部11与搭乘部14的相对位置。当需要进行动作时，解除该制动，将本体部11侧的基准位置与搭乘部14侧的基准位置之间的距离控制为预定值。

在搭乘部14的旁边配置有输入装置30，输入装置30具有作为目标行驶状态取得装置的操纵杆31。乘员15通过对操纵杆31进行操作，输入车辆10的加速、减速、转弯、原地旋转、停止、制动等的行驶指令。另外，只要是能够让乘员15进行操作输入行驶指令，可以取代操纵杆31，而采用其它的装置、例如，转轮(jog dial)、触摸屏、按键等装置来作为目标行驶状态取得装置。

另外，当车辆10通过遥控进行操纵时，也可以将通过有线或无线方式接收来自遥控器的行驶指令的接收装置来作为目标行驶状态取得装置。并且，在车辆10按照预先决定的行驶指令数据进行自动行驶时，取代上述操纵杆31，将读取存储在半导体存储器、硬盘等存储介质中的行驶指令数据的数据读取装置作为目标行驶状态取得装置。

并且，车辆10具有作为车辆控制装置的控制ECU(ElectronicControl Unit，电子控制设备)20，该控制ECU20具有主控制ECU21、驱动轮控制ECU22和能动重量部控制ECU23。上述控制ECU20以及主控制ECU21、驱动轮控制ECU22和能动重量部控制ECU23是具有CPU、MPU等运算机构、磁盘、半导体存储器等存储机构、输出输入接口等、对车辆10的各部的动作进行控制的计算机系统，例如设置在本体部11上，但也可以设置在支承部13或搭乘部14上。并且，上述主控制ECU21、驱动轮控制ECU22和能动重量部控制ECU23可以分别独立地构成，也可以一体地构成。

主控制ECU21与驱动轮控制ECU22、驱动轮传感器51和驱动马达52一起，作为对驱动轮12的动作进行控制的驱动轮控制系统50的一部分发挥作用。上述驱动轮传感器51由分解器、编码器等构成，发挥驱动轮旋转状态测定装置的作用，检测表示驱动轮12的旋转状态的驱动轮旋转角和/或旋转角速度，并发送到主控制ECU21。并且，该主控制ECU21向驱动轮控制ECU22发送驱动转矩指令值，该驱动轮控制ECU22则向驱动马达52供给相当于所接收的驱动转矩指令值的输入电压。然后，该驱动马达52根据输入电压向驱动轮12赋予驱动转矩，这样，发挥驱动促动器的作用。

并且，主控制ECU21与能动重量部控制ECU23、能动重量部传感器61和能动重量部马达62一起，作为对能动重量部即搭乘部14的动作进行控制的能动重量部控制系统60的一部分发挥作用。上述能动重量部传感器61由编码器等构成，发挥能动重量部移动状态测定装置的作用，检测表示搭乘部14的移动状态的能动重量部位置和/或移动速度，并发送到主控制ECU21。并且，该主控制ECU21向能动重量部控制ECU23发送能动重量部推力指令值，该能动重量部控制ECU23则向能动重量部马达62供给相当于所接收的能动重量部推力指令值的输入电压。然后，该能动重量部马达62根据输入电压向搭乘部14赋予使搭乘部14平移移动的推力，这样，发挥能动重量部促动器的作用。

另外，主控制ECU21与驱动轮控制ECU22、能动重量部控制ECU23、车身倾斜传感器41、驱动马达52和能动重量部马达62一起，作为对车身的姿态进行控制的车身控制系统40的一部分发挥作用。上述车身倾斜传感器41由加速度传感器、陀螺传感器等构成，发挥车身倾斜状态测定装置的作用，检测表示车身的倾斜状态的车身倾斜角和/或倾斜角速度，并发送到主控制ECU21。并且，该主控制ECU21向驱动轮控制ECU22发送驱动转矩指令值，向能动重量部控制ECU23发送能动重量部推力指令值。

另外，从输入装置30的操纵杆31向主控制ECU21输入行驶指令。上述主控制ECU21向驱动轮控制ECU22发送驱动转矩指令值，向能动重量部控制ECU23发送能动重量部推力指令值。

并且，上述控制ECU20发挥路面坡度推测机构的作用，基于车辆10的行驶状态和车身姿态的时间变化，推测路面坡度。并且，该控制ECU20发挥目标车身姿态决定机构的作用，根据目标行驶状态和路面坡度，决定作为目标的车身姿态、即车身倾斜状态和/或能动重量部移动状态。并且，该控制ECU20发挥促动器输出决定机构的作用，根据利用各传感器取得的车辆10的行驶状态和车身姿态以及目标行驶状态、目标车身姿态和路面坡度，决定各促动器的输出。另外，该控制ECU20发挥取得车辆10的前后方向的路面坡度的路面坡度取得机构的作用。另外，该控制ECU20发挥决定根据路面坡度赋予的驱动转矩的上坡转矩决定机构的作用。另外，该控制ECU20发挥根据上坡转矩决定车身的重心修正量的重心修正量决定机构的作用。

另外，各传感器也可以用于取得多个状态量。例如，作为车身倾斜传感器41，可以并用加速度传感器和陀螺传感器，从二者的测定值决定车身倾斜角和倾斜角速度。

接着，说明上述结构的车辆10的动作。首先说明行驶及姿态控制处理的概要。

图3是表示本发明第1实施方式的车辆在坡道的动作的概略图。图4是表示本发明第1实施方式的车辆的行驶及姿态控制处理的动作的流程图。其中，图3(a)表示用于比较的以往技术的动作例，图3(b)表示本实施方式的动作。

在本实施方式中，搭乘部14发挥能动重量部的作用，如图3(b)所示，通过使其平移，即，使其前后移动，能动性地对车辆10的重心位置进行修正。这样，在坡道上为了让车辆10停止，对驱动轮12赋予驱动转矩，以防止车辆10向下坡方向移动，即使得其反作用，即反转矩作用在车身上，车身也不会向下坡方向倾斜。并且，在坡道上行驶时，车身也不会向下坡方向倾斜，从而可以稳定地行驶。

与此对应，假如象“背景技术”中说明的以往的车辆那样，不根据路面坡度对重心位置进行修正，如图3(a)所示，在坡道上为了让车辆10停止而对驱动轮12赋予的驱动转矩的反作用，即反转矩作用在车身上，车身会向下坡方向倾斜。并且，在坡道上行驶时，不能进行稳定的车身姿态和行驶的控制。

因此，在本实施方式中，通过进行行驶及姿态控制处理，与路面坡度无关，能够让车辆10稳定地停止和行驶。

在行驶及姿态控制处理中，控制ECU20首先进行状态量的取得处理(步骤S1)，利用各传感器，即驱动轮传感器51、车身倾斜传感器41和能动重量部传感器61，取得驱动轮12的旋转状态、车身的倾斜状态和搭乘部14的移动状态。

接着，控制ECU20进行路面坡度的取得处理(步骤S2)，基于在状态量的取得处理中取得的状态量，即驱动轮12的旋转状态、车身的倾斜状态和搭乘部14的移动状态和各促动器的输出值，即驱动马达52和能动重量部马达62的输出值，利用观察器推测路面坡度。在这里，上述观察器是基于力学模型观测控制系的内部状态的方法及状态观测器，由布线逻辑或软逻辑构成。

接着，控制ECU20进行目标行驶状态的取得处理(步骤S3)，基于操纵杆31的操作量，决定车辆10的加速度的目标值和驱动轮12的旋转角速度的目标值。

接着，控制ECU20进行目标车身姿态的决定处理(步骤S4)，基于利用路面坡度的取得处理所取得的路面坡度和利用目标行驶状态的决定处理所决定的车辆10的加速度的目标值，决定车身姿态的目标值，即车身倾斜角和能动重量部位置的目标值。

最后，控制ECU20进行促动器输出的决定处理(步骤S5)，基于利用状态量的取得处理所取得的各状态量、利用路面坡度的取得处理所取得的路面坡度、利用目标行驶状态的决定处理所决定的目标行驶状态和利用目标车身姿态的决定处理所决定的目标车身姿态，决定各促动器的输出，即驱动马达52和能动重量部马达62的输出。

接着，详细说明行驶及姿态控制处理。首先，说明状态量的取得处理。

图5是表示本发明第1实施方式的车辆的力学模型及其参数的图，图6是表示本发明第1实施方式的状态量的取得处理的动作的流程图。

在本实施方式中，利用下面的符号表示状态量、参数。其中，图5表示一部分状态量、参数。

θ_w：驱动轮旋转角[rad]

θ₁：车身倾斜角(铅直轴基准)[rad]

λ_S：能动重量部位置(车身中心点位置)[m]

τ_w：驱动转矩(2个驱动轮的合计)[Nm]

S_S：能动重量部推力[N]

g：重力加速度[m/s²]

η：路面坡度[rad]

m_w：驱动轮质量(2个驱动轮的合计)[kg]

R_w：驱动轮接地半径[m]

I_w：驱动轮惯性力矩(2个驱动轮的合计)[kgm²]

D_w：相对驱动轮旋转的粘性衰减系数[Nms/rad]

m₁：车身质量(包括能动重量部)[kg]

l₁：车身重心距离(距车轴)[m]

I₁：车身惯性力矩(重心周围)[kgm²]

D₁：相对车身倾斜的粘性衰减系数[Nms/rad]

m_S：能动重量部质量[kg]

l_S：能动重量部重心距离(距车轴)[m]

I_S：能动重量部惯性力矩(重心周围)[kgm²]

D_S：相对能动重量部平移的粘性衰减系数[Nms/rad]

在状态量的取得处理中，主控制ECU21首先从各传感器取得各状态量(步骤S1-1)。此时，从驱动轮传感器51取得驱动轮旋转角θ_w和/或旋转角速度

从车身倾斜传感器41取得车身倾斜角θ₁和/或倾斜角速度

从能动重量部传感器61取得能动重量部位置λ_S和/或移动速度

接着，主控制ECU21计算剩余的状态量(步骤S1-2)。此时，通过对所取得的状态量进行时间微分或时间积分，计算剩余的状态量。例如，当所取得的状态量为驱动轮旋转角θ_w、车身倾斜角θ₁、和能动重量部位置λ_S时，通过对其进行时间微分，可以取得旋转角速度

倾斜角速度

和移动速度

并且，当所取得的状态量为旋转角速度

倾斜角速度

和移动速度

时，通过对其进行时间积分，可以取得驱动轮旋转角θ_w、车身倾斜角θ₁、和能动重量部位置λ_S。

接着，说明路面坡度的取得处理。

图7是表示本发明第1实施方式的路面坡度的取得处理的动作的流程图。

在路面坡度的取得处理中，主控制ECU21推测路面坡度η(步骤S2-1)。此时，基于在状态量的取得处理中所取得的各状态量、在上次(前一个步骤)的行驶及姿态控制处理的促动器输出的决定处理中所决定的各促动器的输出，利用下面公式(1)，推测路面坡度η。

(数学式1)

$\mathrm{\η}=\frac{1}{\mathrm{Mg}}\{\frac{{\mathrm{\τ}}_W}{R_W}-(\tilde{M}{R}_W{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_W+m_1{l}_1{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_1+m_S{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\λ}}}_S)\}$ ...公式(1)

在这里，M＝m₁+m_W、 $\tilde{M}=M+\frac{I_W}{{R_W}^2}.$

并且，加速度

和

是通过旋转角速度

倾斜角速度

和移动速度

的时间微分后得到的。

另外，在上述公式(1)中，对左边乘以右边的分母后，即Mgη表示外力。

并且，

表示驱动力，表示惯性力。

另外，表示驱动轮平移惯性力，

表示车身倾斜惯性力，

表示能动重量部移动惯性力。

这样，在本实施方式中，基于驱动马达52输出的驱动转矩、作为状态量的驱动轮旋转角速度、车身倾斜角加速度和能动重量部移动加速度，推测路面坡度。此时，不仅考虑表示驱动轮12的旋转状态的驱动轮旋转角加速度，而且考虑表示车身的姿态变化的车身倾斜角加速度和能动重量部移动加速度。即，考虑了利用倒立摆的姿态控制，即所谓倒立型车辆特有的要素即车身的姿态。

在以往，为了基于驱动转矩和驱动轮旋转角加速度推测路面坡度，尤其是车身的姿态发生变化时，路面坡度的推测值会发生很大的误差。但是，在本实施方式中，由于在推测路面坡度时考虑了表示车身的姿态变化的车身倾斜角加速度和能动重量部移动加速度，因此不会出现大的误差，能以非常高的精度推测路面坡度。

一般来说，在倒立型车辆中，由于车身的重心相对于驱动轮前后移动，即使在驱动轮停止时，车辆的重心有时也前后移动。因此，为了从重心的加速度和驱动力或驱动转矩以高精度推测路面坡度，必须考虑这一影响。在一般的倒立型车辆中，由于相对于车辆整体的车身的重量比例高，尤其是车辆停止时，这种影响增大。

另外，可以通过对路面坡度的推测值施加低通滤波，以除去推测值的高频成分。此时，虽然在推测中会出现时间延迟，但可以抑制由于高频成分而引起的振动。

在本实施方式中，虽然考虑了驱动力、惯性力和路面坡度引起的外力，但作为次等影响，也可以考虑驱动轮12的滚动阻力、旋转轴的摩擦产生的粘性阻力或者作用在车辆10上的空气阻力等。

并且，在本实施方式中，采用了有关驱动轮12的旋转运动的线性模型，但也可以采用更加准确的非线性模型，或采用针对车身倾斜运动、能动重量部平移运动的模型。另外，对于非线性模型，也可以使用变换形式的函数。

另外，为了简化计算，也可以不考虑车身姿态的变化。

接着，说明目标行驶状态的决定处理。

图8是表示本发明第1实施方式的目标行驶状态的决定处理的动作的流程图。

在目标行驶状态的决定处理中，主控制ECU21首先取得操纵操作量(步骤S3-1)。此时，取得乘员15为输入车辆10的加速、减速、转弯、原地旋转、停止、制动等的行驶指令而所操作的操纵杆31的操作量。

接着，主控制ECU21基于所取得的操纵杆31的操作量，决定车辆加速度的目标值(步骤S3-2)。例如，将与操纵杆31的前后方向的操作量成比例的值作为车辆加速度的目标值。

接着，主控制ECU21从所决定的车辆加速度的目标值，计算出驱动轮旋转角速度的目标值(步骤S3-3)。例如，对加速度的目标值进行时间积分，再除以驱动轮接地半径R_w，所得值作为驱动轮旋转角速度的目标值。

接着，说明目标车身姿态的决定处理。

图9是表示本发明第1实施方式的能动重量部位置的目标值和车身倾斜角的目标值的变化的图，图10是表示本发明第1实施方式的目标车身姿态的决定处理的动作的流程图。

在目标车身姿态的决定处理中，主控制ECU21首先决定能动重量部位置的目标值和车身倾斜角的目标值(步骤S4-1)。此时，基于通过目标行驶状态的决定处理所决定的车辆加速度的目标值和通过路面坡度的取得处理所取得的路面坡度η，利用下面的公式(2)和公式(3)，决定能动重量部位置的目标值和车身倾斜角的目标值。

(数学式2)

车辆加速度的目标值为α^*[G]时，能动重量部位置的目标值λ_S*可用下面公式(2)表示。

${{\mathrm{\&lambda;}}_S}^{*}=\left\{\begin{array}{cc}-{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}}& ({{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}\&le;{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}})\\ {{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}& (-{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}}<{{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}<{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}})\\ {\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}}& ({{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}})\end{array}\right.$ ...公式(2)

在这里， ${{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}=\frac{m_1{l}_1+\tilde{M}{R}_W}{m_S}{\mathrm{\&alpha;}}^{*},{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}=\frac{{\mathrm{MR}}_W}{m_S}\mathrm{\&eta;}.$

并且，λ_S，Max为能动重量部移动极限，根据使作为能动重量部的搭乘部14移动到移动机构的结构等，预先进行设定。

另外，λ_S，α ^*为对应于伴随车辆加速度的惯性力和驱动马达反转矩为取得车身平衡所必须的能动重量部移动量，即抵消车辆10的加减速引起的影响的移动量。

另一方面，λ_S，η为对应于根据路面坡度η的上坡转矩的反转矩为取得车身平衡所必须的能动重量部移动量，即抵消路面坡度η引起的影响的移动量。

(数学式3)

车身倾斜角的目标值θ₁＊利用下面公式(3)来表示。

${{\mathrm{\&theta;}}^{*}}_1=\left\{\begin{array}{cc}{{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&eta;}}+{\mathrm{\&theta;}}_{S,\mathrm{Max}}& ({{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}\&le;-{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}})\\ 0& (-{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}}<{{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}<{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}})\\ {{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&eta;}}-{\mathrm{\&theta;}}_{S,\mathrm{Max}}& ({{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{\&eta;}}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}})\end{array}\right.$ ...公式(3)

在这里， ${{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}=\frac{m_1{l}_1+M{\tilde{R}}_W}{m_1{l}_1}{\mathrm{\&alpha;}}^{*},$ ${\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&eta;}}=\frac{{\mathrm{MR}}_W}{m_1{l}_1}\mathrm{\&eta;},$ ${\mathrm{\&theta;}}_{S,\mathrm{Max}}=\frac{m_S{\mathrm{\&lambda;}}_{S,\mathrm{Max}}}{m_1{l}_1}.$

θ_S，Max是将作为能动重量部的搭乘部14移动到能动重量部移动极限λ_S，Max的效果换算成车身倾斜角的值，是减去搭乘部14移动部分后的部分。

并且，θ_1，α ^*是对应于伴随车辆加速度的惯性力和驱动马达反转矩为取得车身平衡所必须的车身倾斜角，即抵消车辆10的加减速引起的影响的倾斜角。

另一方面，θ_1，η是对应于根据路面坡度η的上坡转矩的反转矩为取得车身平衡所必须的车身倾斜角，即抵消路面坡度η引起的影响的倾斜角。

接着，主控制ECU21计算出剩余的状态量(步骤S4-2)，即，通过对各目标值进行时间微分或时间积分，取得驱动轮旋转角、车身倾斜角速度和能动重量部移动速度的目标值。

这样，在本实施方式中，不仅考虑伴随车辆加速度而作用于车身上的惯性力和驱动马达反转矩，而且考虑伴随根据路面坡度η的上坡转矩而作用在车身上的反转矩，决定车身姿态的目标值，即能动重量部位置的目标值和车身倾斜角的目标值。

此时，移动车身的重心，以利用重力的作用抵消作用在车身上使车身倾斜的转矩，即车身倾斜转矩。例如，当车辆10加速时和上坡时，向前方移动搭乘部14，或者进一步向前方倾斜车身。并且，当车辆10减速时和下坡时，向后方移动搭乘部14，或者进一步向后方倾斜车身。

在本实施方式中，如图9所示，首先移动搭乘部14，而不倾斜车身，当该搭乘部14到达能动重量部移动极限时，则开始倾斜车身。因此，由于对于细小的加减速，车身不会前后倾斜，从而提高了乘员的乘坐舒适度。并且，如果不是特别陡的坡度，在坡道上车身也能维持直立状态，从而容易确保乘员15的视野。另外，如果不是特别陡的坡度，由于即使在坡道上车身也不会大幅倾斜，因此可以防止车身的一部分与路面接触。

另外，在本实施方式中，假定能动重量部移动极限在前方和后方为相等的情况，但当前方与后方不相等时，也可以根据各自的极限，切换是否倾斜车身。例如，如果设定制动性能高于加速性能时，必须设定后方的能动重量部移动极限大于前方的值。

并且，在本实施方式中，当加速度小、坡度缓慢时，可以只通过搭乘部14的移动来进行应对，但也可以利用车身的倾斜来应对该车身倾斜转矩的一部分或全部。通过使车身倾斜，可以减轻作用在乘员15上的前后方向的力。

另外，在本实施方式中，采用了基于线性化的力学模型的公式，但也可以采用基于更加准确的非线性模型或粘性阻力的模型的公式。另外，对于非线性的公式，也可以使用变换形式的函数。

接着，说明促动器输出的决定处理。

图11是表示本发明第1实施方式的促动器输出的决定处理的动作的流程图。

在促动器输出的决定处理中，主控制ECU21首先决定各促动器的前馈输出(步骤S5-1)。此时，从各目标值和路面坡度η，利用下面的公式(4)，决定驱动马达52的前馈输出，并且，利用下面的公式(5)，决定能动重量部马达62的前馈输出。

(数学式4)

驱动马达52的前馈输出τ_w，FF由下面公式(4)表示。

${\text{\&tau;}}_{W,\mathrm{FF}}=\tilde{M}{R}_{W}g{\mathrm{\&alpha;}}^{*}+{\mathrm{MR}}_W\mathrm{g\&eta;}$ ...公式4

表示实现车辆加速度的目标值α^*所需的驱动转矩，

MR_Wgη表示用于在路面坡度为η的坡道上停止的驱动转矩，即上坡转矩。

这样，通过自动附加对应于路面坡度η的上坡转矩，即通过根据路面坡度为η修正驱动转矩，即使在坡道上也能够提供与平地一样的操纵感觉。即，在坡道上停止后，乘员15即使从操纵杆31放开手，车辆10也不会移动。并且，即使在坡道上，对操纵杆31进行一定的操纵操作，可进行与平地一样的加减速。

(数学式5)

能动重量部马达62的前馈输出S_S，FF由下面公式(5)表示。

$S_{S,\mathrm{FF}}=m_{S}g{\mathrm{\&theta;}}_1^{*}+m_{S}g{\mathrm{\&alpha;}}^{*}$ ...公式(5)

m_Sgθ₁ ^*表示对于车身倾斜角的目标值θ^* ₁将搭乘部14留在目标位置上时所必须的搭乘部推力。m_Sgα^*表示对于伴随车辆加速度的目标值α^*的惯性力将搭乘部14留在位置上时所必须的搭乘部推力。

这样，在本实施方式中，通过理论上赋予前馈输出，可以实现更高精度的控制。

并且，根据需要，也可以省略前馈输出。此时，通过反馈控制，伴随着稳态误差，可以间接地赋予接近前馈输出的值。并且，上述稳态误差可以通过采用积分增益来降低。

接着，主控制ECU21决定各促动器的反馈输出(步骤S5-2)。此时，根据各目标值与实际的状态量的偏差，利用下面的公式(6)，决定驱动马达52的反馈输出，并且，利用下面的公式(7)，决定能动重量部马达62的反馈输出。

(数学式6)

驱动马达52的反馈输出τ_W，FB由下面公式(6)表示。

${\mathrm{\&tau;}}_{W,\mathrm{FB}}=-K_{W1}({\mathrm{\&theta;}}_W-{\mathrm{\&theta;}}_W^{*})-K_{W2}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_W-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_W^{*})-K_{W3}({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_1^{*})$ ...公式(6)

$-K_{W4}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_1^{*})-K_{W5}({\mathrm{\&lambda;}}_S-{\mathrm{\&lambda;}}_S^{*})-K_{W6}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}}_S-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}}_S^{*})$

在这里，K_W1～K_W6为反馈增益，作为其值，例如预先设定为最佳调节器的值。其中，^＊表示目标值。

并且，能动重量部马达62的反馈输出S_S，FB由下面的公式(7)表示。

$S_{S,\mathrm{FB}}=-K_{S1}({\mathrm{\&theta;}}_W-{\mathrm{\&theta;}}_W^{*})-K_{S2}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_W-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_W^{*})-K_{S3}({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_1^{*})$ ...公式7

$-K_{S4}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_1^{*})-K_{S5}({\mathrm{\&lambda;}}_S-{\mathrm{\&lambda;}}_S^{*})-K_{S6}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}}_S-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}}_S^{*})$

在这里，K_S1～K_S6为反馈增益，作为其值，例如预先设定为最佳调节器的值。其中，^＊表示目标值。

另外，也可以导入滑动模式控制等的非线性的反馈控制。并且，作为更加简单的控制，也可以将除了K_W2、K_W3和K_S5之外的反馈增益中的几个设定为0。为了消除稳态误差，也可以采用积分增益。

最后，主控制ECU21对各要素控制系统赋予指令值(步骤S5-3)。此时，主控制ECU21将如上所述地决定的前馈输出与反馈输出之和作为驱动转矩指令值和能动重量部推力指令值，发送到驱动轮控制ECU22和能动重量部控制ECU23。

这样，在本实施方式中，利用观察器推测路面坡度η，赋予上坡转矩，同时向上坡方向移动搭乘部14。因此，可以在坡道上直立地保持车身，能够应对陡坡。并且，不需要测定路面坡度η的装置，从而能简化结构，降低成本。

另外，由于在推测路面坡度η时考虑了表示车身的姿态的车身倾斜角θ₁和能动重量部位置λ_S，因此不会出现大的误差，能以非常高的精度推测路面坡度η。

接着，说明本发明的第2实施方式。另外，与第1实施方式相同的结构采用相同标号，故省略其说明。并且，对于与上述第1实施方式相同的动作和相同的效果，省略其说明。

图12是表示本发明第2实施方式的车辆的控制系统的结构的方框图。图13是表示本发明第2实施方式的车辆在坡道的动作的概略图。

在上述第1实施方式中，搭乘部14发挥能动重量部的作用，能够相对于本体部11沿车辆10的前后方向平移。此时，设置具有能动重量部马达62的移动机构，由此使搭乘部14平移，因此机构复杂，成本增高，重量增加，控制系统也复杂化。并且，不能够适用于没有使搭乘部14移动的移动机构的倒立型车辆。

因此，在本实施方式中，省略了使搭乘部14移动的移动机构。并且，如图12所示，从控制系统中省略了能动重量部控制系统60，省略了能动重量部控制ECU23、能动重量部传感器61和能动重量部马达62。另外，其它部分的结构与第1实施方式相同，故省略其说明。

在本实施方式中，如图13所示，相对于作为在坡道上使车辆10停止而赋予驱动轮12的驱动转矩，即上坡转矩的反作用而作用在车身上的反转矩的车身倾斜转矩，通过使车身倾斜相与路面坡度η或者上坡转矩对应的角度，因此在重力作用下抵消车身倾斜转矩，保持平衡。

另外，即使是在“背景技术”中说明的以往的车辆，车身向上坡方向倾斜，但那是破坏平衡的结果，例如当车辆在坡道上停止时，车身会在倾斜状态下，缓慢地向下坡方向移动。

与此对应，在本实施方式中，由于有意让车身与路面坡度η相对应地进行倾斜，因此能够适当地保持平衡，例如在坡道上也可以稳定地停车。

接着，详细说明本实施方式的行驶及姿态控制处理。另外，对于行驶及姿态控制处理的概要和目标行驶状态的决定处理，与上述第1实施方式一样，故省略说明，只对状态量的取得处理、路面坡度的取得处理、目标车身姿态的决定处理和促动器输出的决定处理进行说明。首先说明状态量的取得处理。

图14是表示本发明第2实施方式的状态量的取得处理的动作的流程图。

在状态量的取得处理中，主控制ECU21首先从传感器取得各状态量(步骤S1-11)。此时，从驱动轮传感器51取得驱动轮旋转角θ_w和/或旋转角速度从车身倾斜传感器41取得车身倾斜角θ₁和/或倾斜角速度

接着，主控制ECU21计算出剩余的状态量(步骤S1-12)。此时，通过对所取得的状态量进行时间微分或时间积分，计算出剩余的状态量。例如，当所取得的状态量为驱动轮旋转角θ_w、车身倾斜角θ₁时，通过对其进行时间微分，可以取得旋转角速度

倾斜角速度

并且，例如当所取得的状态量为旋转角速度

倾斜角速度

时，通过对其进行时间积分，可以取得驱动轮旋转角θ_w、车身倾斜角θ₁。

接着，说明路面坡度的取得处理。

图15是表示本发明第2实施方式的路面坡度的取得处理的动作的流程图。

在路面坡度的取得处理中，主控制ECU21推测路面坡度η(步骤S2-11)。此时，基于在状态量的取得处理中所取得的各状态量、在上次(前一个步骤)的行驶及姿态控制处理的促动器输出的决定处理中所决定的各促动器的输出，利用下面公式(8)，推测路面坡度η。

(数学式7)

$\mathrm{\&eta;}=\frac{1}{\mathrm{Mg}}\{\frac{{\mathrm{\&tau;}}_W}{R_W}-(\tilde{M}{R}_W{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_W+m_1{l}_1{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_1)\}$ ...公式(8)

在这里，N＝m₁+m_W、 $\tilde{M}=M+\frac{I_W}{{R_W}^2}.$

并且，加速度

是通过旋转角速度

倾斜角速度

的时间微分得到的。

在上述公式(8)中，对左边乘以右边的分母后、即Mgη表示外力。

并且，

表示驱动力，

表示惯性力。并且，

表示驱动轮平移惯性力，

表示车身倾斜惯性力。

这样，在本实施方式中，基于驱动马达52输出的驱动转矩、作为状态量的驱动轮旋转角速度和车身倾斜角加速度，推测路面坡度。此时，不仅考虑表示驱动轮12的旋转状态的驱动轮旋转角加速度，而且考虑表示车身的姿态变化的车身倾斜角加速度。即，考虑了利用倒立摆的姿态控制的、所谓倒立型车辆特有的要素即车身的姿态。

在以往，为了基于驱动转矩和驱动轮旋转角加速度推测路面坡度，尤其是车身的姿态发生变化时，路面坡度的推测值会发生很大的误差。但是，在本实施方式中，由于在推测路面坡度时考虑了表示车身的姿态变化的车身倾斜角加速度，因此不会出现大的误差，能以非常高的精度推测路面坡度。

另外，与上述第1实施方式一样，可以通过对路面坡度的推测值施加低通滤波，以除去推测值的高频成分。此时，虽然在推测中会出现时间延迟，但可以抑制由于高频成分而引起的振动。

在本实施方式中，虽然考虑了驱动力、惯性力和路面坡度引起的外力，但作为次等影响，也可以考虑驱动轮12的滚动阻力、旋转轴的摩擦产生的粘性阻力或者作用在车辆10上的空气阻力等。

并且，也可以采用更加准确的非线性模型，或采用针对车身倾斜运动的模型。另外，对于非线性模型，也可以使用变换形式的函数。另外，为了简化计算，也可以不考虑车身姿态的变化。

接着，说明目标车身姿态的决定处理。

图16是表示本发明第2实施方式的目标车身姿态的决定处理的动作的流程图。

在车身姿态的决定处理中，主控制ECU21首先决定车身倾斜角的目标值(步骤S4-11)。此时，基于在目标行驶状态的决定处理中所决定的车辆加速度的目标值和在路面坡度的取得处理中所取得的路面坡度η，利用下面的公式(9)，决定车身倾斜角的目标值。

(数学式8)

车身倾斜角的目标值θ₁ ^＊利用下面公式(9)来表示。

${\mathrm{\&theta;}}_1^{*}={{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}+{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&eta;}}$ ..公式(9)

在这里， ${{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&alpha;}}}^{*}=\frac{m_1{l}_1+\tilde{M}{R}_W}{m_1{l}_1}{\mathrm{\&alpha;}}^{*},$ ${\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{\&eta;}}=\frac{{\mathrm{MR}}_W}{m_1{l}_1}\mathrm{\&eta;}.$

并且，θ_1，α ^*是对应于伴随车辆加速度的惯性力和驱动马达反转矩为取得车身平衡所必须的车身倾斜角，即抵消车辆10的加减速引起的影响的倾斜角。

另一方面，θ_1，η是对应于根据路面坡度η的上坡转矩的反转矩为取得车身平衡所必须的车身倾斜角，即抵消路面坡度η的影响的倾斜角。

接着，主控制ECU21计算出剩余的状态量(步骤S4-12)，即，通过对各目标值进行时间微分或时间积分，取得驱动轮旋转角和车身倾斜角速度的目标值。

这样，在本实施方式中，不仅考虑伴随车辆加速度而作用在车身上的惯性力和驱动马达反转矩，而且考虑伴随根据路面坡度η的上坡转矩而作用在车身上的反转矩，决定车身姿态的目标值，即车身倾斜角的目标值。

此时，移动车身的重心，以利用重力的作用抵消车身倾斜转矩。例如，当车辆10加速时和上坡时，向前方倾斜车身。并且，当车辆10减速时和下坡时，向后方倾斜车身。

另外，在本实施方式中，采用了基于线性化的力学模型的公式，但也可以采用基于考虑了更加准确的非线性模型或粘性阻力的模型的公式。另外，对于非线性的公式，也可以使用变换形式的函数。

接着，说明促动器输出的决定处理。

图17是表示本发明第2实施方式的促动器输出的决定处理的动作的流程图。

在促动器输出的决定处理中，主控制ECU21首先决定各促动器的前馈输出(步骤S5-11)。此时，从目标值和路面坡度η，利用前面第1实施方式中说明的公式(4)，决定驱动马达52的前馈输出。

如前面公式(4)所示，通过自动附加对应于路面坡度η的上坡转矩，即使在坡道上也能够提供与平地一样的操纵感觉。即，在坡道上停止后，乘员15即使从操纵杆31放开手，车辆10也不会移动。并且，即使在坡道上，对操纵杆31进行一定的操纵操作，也可进行与平地一样的加减速。

这样，在本实施方式中，通过理论上赋予前馈输出，可以实现更高精度的控制，但根据需要，也可以省略前馈输出。此时，通过反馈控制，伴随着稳态误差，可以间接地赋予接近前馈输出的值。并且，上述稳态误差可以通过采用积分增益来降低。

接着，主控制ECU21决定促动器的反馈输出(步骤S5-12)。此时，根据各目标值与实际的状态量之间的偏差，利用下面的公式(10)，决定驱动马达52的反馈输出。

(数学式9)

驱动马达52的反馈输出τ_W，FB由下面公式(10)表示。

${\mathrm{\&tau;}}_{W,\mathrm{FB}}=-K_{W1}({\mathrm{\&theta;}}_W-{\mathrm{\&theta;}}_W^{*})-K_{W2}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_W-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_W^{*})-K_{W3}({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_1^{*})-K_{W4}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_1^{*})$ ...公式(10)

在这里，K_W1～K_W4为反馈增益，作为其值，例如预先设定为最佳调节器的值。其中，^＊表示目标值。

另外，也可以导入滑动模式控制等的非线性控制。并且，作为更加简单的控制，也可以将除了K_W2和K_W3之外的反馈增益中的几个设定为0。为了消除稳态误差，也可以采用积分增益。

最后，主控制ECU21对要素控制系统赋予指令值(步骤S5-13)。此时，主控制ECU21将如上所述地决定的前馈输出与反馈输出之和作为驱动转矩指令值，发送到驱动轮控制ECU22。

这样，在本实施方式中，向上坡方向倾斜车身，从而在坡道上保持平衡。因此，可以适用于没有使搭乘部14移动的移动机构的倒立型车辆。并且，可以简化结构和控制系统，实现廉价且轻量的倒立型车辆。

接着，说明本发明的第3实施方式。其中，与第1和第2实施方式相同的结构采用相同标号，故省略其说明。并且，对于与上述第1和第2实施方式相同的动作和相同的效果，省略其说明。

图18是表示本发明第3实施方式的车辆的结构的概略图，表示在坡道上停止的状态，图19是表示本发明第3实施方式的车辆的控制系统的结构的方框图。另外，图18中的(b)是(a)的关键部位放大图。

在本实施方式中，测定路面坡度η，基于该测定值进行车辆10的控制。通过推测取得路面坡度η后，有时会出现误差、时间延迟。并且，当车辆10与障碍物接触时，有时会将其错误地识别为是上坡。

在这里，在本实施方式中，利用传感器测定路面坡度η，基于该测定值决定上坡转矩、能动重量部的移动量。因此，如图18所示，车辆10具有作为路面坡度测定传感器的距离传感器71。该距离传感器71例如为利用激光的装置，但也可以是任意种类的传感器。在图18所示的例中，2个距离传感器71相互前后隔开，设置在搭乘部14的下面，各自从搭乘部14的下面测定至路面的距离。期望的是，其中1个距离传感器71设置在比驱动轮12接触路面的部位更靠前的位置，另1个距离传感器71设置在比驱动轮12接触路面的部位更靠后的位置。这样，2个距离传感器71在相互前后隔开的位置上测定至路面的距离，因此可以基于各距离传感器71测定的距离的差来计算出路面坡度η。

并且，如图19所示，车辆10具有包括距离传感器71的路面坡度测定系统70。距离传感器71在上述2点位置上检测作为至路面的距离的对地距离，并将其发送到主控制ECU21。

接着，详细说明本实施方式的行驶及姿态控制处理。另外，对于行驶及姿态控制处理的概要、状态量的取得处理、目标行驶状态的决定处理、目标车身姿态的决定处理和促动器输出的决定处理，与上述第1实施方式一样，故省略说明。只对路面坡度的取得处理进行说明。

图20是表示本发明第3实施方式的路面坡度取得时的几何学条件的图，图21是表示本发明第3实施方式的路面坡度的取得处理的动作的流程图。

在路面坡度的取得处理中，主控制ECU21首先取得距离传感器71的测定值(步骤S2-21)。此时，从前后2个距离传感器71取得对地距离的测定值。

接着，主控制ECU21计算路面坡度η(步骤S2-22)。此时，从前后的对地距离和车身倾斜角θ₁，利用下面的公式(11)，计算出路面坡度η。

(数学式10)

$\mathrm{\&eta;}=\frac{L_R-L_F}{B}-{\mathrm{\&theta;}}_1$ ...公式(11)

在这里，L_R是配置在后方的距离传感器71测定的对地距离，L_F是配置在前方的距离传感器71测定的对地距离，B是配置在前后的距离传感器71之间的距离。

这样，在本实施方式中，基于配置在搭乘部14下面的前后的距离传感器71测定的对地距离，决定路面坡度η。另外，此时，考虑车身倾斜角θ₁，对路面坡度η的值进行修正。

并且，在本实施方式中，作为上述公式(11)，采用了基于线性近似的公式，但也可以采用更加严密的非线性公式。另外，也可以考虑车辆10的移动速度、车身的倾斜角速度

的影响。另外，也可以使用其它的测定系统来决定路面坡度η。例如，也可以设置照相机，基于其图像数据决定路面坡度η。也可以基于GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和地图数据，取得路面的坡度数据。

另外，车辆10停止时，通过一边前后移动搭乘部14一边连续测定对地距离，可以更加准确地决定路面坡度η。例如，当路面存在石头等障碍物时，有时某一个距离传感器71刚好处于障碍物的正上方，从而测得小于实际的对地距离的至障碍物的距离，因此所决定的路面坡度η不准确。但是，通过一边前后移动搭乘部14一边连续测定对地距离，可以在障碍物的前后测定对地距离，从而可以排除障碍物的影响。

这样，在本实施方式中，利用传感器测定路面坡度η。因此，在取得路面坡度η时不会出现时间延迟。并且，车辆10与障碍物接触时，也不会错误地识别为是上坡。

另外，也可以同时利用传感器测定和推测来取得路面坡度η。例如，通过比较由传感器测定的值和推测的值，判断传感器是正常还是异常，如果是异常，则使用推测的值。

另外，本发明并不局限于上述实施方式，可以基于本发明的精神进行各种变形，这些变形不能被排除出本发明的范围。

工业实用性

本发明可以适用于利用倒立摆的姿态控制的车辆。

Claims (9)

1.一种车辆，其特征在于，包括：

能旋转地安装在车身上的驱动轮；和

车辆控制装置，对于赋予该驱动轮的驱动转矩进行控制而对上述车身的姿态进行控制，

上述车辆中，该车辆控制装置基于上述车身的姿态推测路面坡度，根据该路面坡度对上述驱动转矩进行修正。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，上述车辆控制装置基于上述驱动轮的状态量和上述车身的姿态推测路面坡度。

3.根据权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，

还具有能相对于上述车身移动地安装的能动重量部，

上述车辆控制装置对上述驱动转矩和上述能动重量部的位置中的至少一个进行控制而对上述车身的姿态进行控制，并且作为车身的姿态考虑上述车身的倾斜角和上述能动重量部的位置，推测路面坡度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆，其特征在于，上述车辆控制装置将与路面坡度成比例地作用在车身上的外力作为等于上述驱动轮的驱动力与惯性力之差的值，推测路面坡度。

5.一种车辆，其特征在于，包括：

能够旋转地安装在车身上的驱动轮；

能相对于上述车身移动地安装的能动重量部；和

车辆控制装置，对赋予上述驱动轮的驱动转矩和上述能动重量部的位置中的至少一个进行控制而对上述车身的姿态进行控制，

上述车辆中，该车辆控制装置取得路面坡度，根据该路面坡度使上述能动重量部移动，从而对上述车身的姿态进行控制。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，上述车辆控制装置使上述能动重量部移动，以抵消对应于上述路面坡度的上坡转矩的反转矩。

7.根据权利要求5或6所述的车辆，其特征在于，上述车辆控制装置在上坡时使上述能动重量部向前方移动，在下坡时使上述能动重量部向后方移动。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的车辆，其特征在于，上述车辆控制装置在上述能动重量部的移动到达极限时，使车身倾斜。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的车辆，其特征在于，上述车辆控制装置在上述能动重量部的位置的目标值尚未达到预先设定的极限时不使车身倾斜，而在上述目标值达到上述极限以上时使车身倾斜。

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