CN102378703A - 车辆 - Google Patents
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Abstract
利用根据操纵装置的操作量进行确定且根据该操作量的时间履历进行修正的车辆加速度,使车辆进行加速和制动,能够根据操纵者的操作量,实现适当的前后方向行驶状态,从而利用简单的操纵装置,能够容易且直观地进行操纵。另外,车辆控制装置具有安装在车体上并能够转动的驱动轮(12)、操纵者进行操作的操纵装置、和对于赋予上述驱动轮(12)的驱动转矩进行控制从而对上述车体的姿态进行控制并且根据上述操纵装置的操作量对行驶进行控制,该车辆控制装置根据上述操作量确定车辆加速度,将根据上述操作量的时间履历对所确定的车辆加速度进行修正后的值作为车辆加速度的目标值。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆。
背景技术
过去,提出了有关利用倒立摆的姿态控制的车辆的技术。例如,提出了一种具有在同轴上配置的2个驱动轮,感知并驱动车体由于乘员的重心移动而发生的姿态变化的车辆;一边对安装在利用球体状的单一驱动轮上的车体的姿态进行控制一边使该姿态移动的车辆等的技术(例如,参照专利文献1)。
此时,根据驾驶员对操纵装置的操作输入量,来对车体或驱动轮的动作进行控制,以便一边保持车体的倒立状态一边行驶。
[专利文献1]日本专利特开2004-129435号公报
但是,在上述现有的车辆中,驾驶员利用操纵装置来指示前后方向的行驶目标,但是由于操纵装置复杂,不能进行直观的操作,有时难以简单设定行驶目标。
本来,在驾驶员利用操纵装置来指示前后方向的行驶目标的车辆中,希望适当设定操纵装置的操作量和前后行驶指令值的关系,以便无需技术和经验就能够直观、简单地进行操纵。而且,为了使驾驶员能够进行简单直观的操纵,以及为了简化车辆系统,希望操纵装置数量少且简单。例如,如果车辆具有对于车辆的行驶方向和速度、以及加速时和制动时的加速度和减速度的行驶目标、驾驶员能够通过1个操纵装置进行定量地进行指示的机构,则驾驶员就能够通过简单直观的操作来对车辆进行操纵。
但是,以前的方法中,1个操纵装置的操作量对应于1个行驶状态的目标值,所以有可能会产生如下的问题。
例如,当使操纵装置的操作量与车辆的“速度”相对应时,难以调整相当于操作量的变化率的加速度,有可能实现不了驾驶员所希望的加速状态和加速感。还有,使车辆停止的操作与使输入值为0相对应,即与无输入相对应,因此制动操作等同于“什么都不做”,驾驶员对此可能会感到别扭。尤其是在倒立型车辆的情况下,由于需要根据加速度来调整车体姿态,如果加速度的目标值不稳定,则车体姿势有时会出现紊乱,从而使乘坐舒适感变坏。
还有,例如,当使操纵装置的操作量与车辆的“加速度”相对应时,使车辆停止的操作相当于加速度的积分值为零的操作,因此驾驶员在停车时有时会感到很辛苦。还有,由于让车辆以一定速度行驶的操作与使输入值为零相对应,即与无输入相对应,驾驶员在行驶中“什么都不做”,可能会感到别扭。另外,将车辆速度限制在规定值时,需要在限制时将加速度切换为零,此时驾驶员可能会感到别扭。
另外,例如,当使操纵装置的操作量与车辆的“驱动转矩”相对应时,根据路面的坡度和凹凸、以及乘员和搭载物的重量的不同,会使得行驶性能发生大幅变化,因此操纵性和方便性都变差。尤其是对于1人乘坐的超小型车,该影响更加显著。
在任一情况下都存在多种课题,因此难以充分地满足驾驶员的要求。
本发明为了解决上述现有的车辆中的问题,提供一种利用简单的操纵装置就能够简单且直观地进行操作的车辆,该车辆利用根据操纵装置的操作量进行确定且根据该操作量的时间履历进行修正的车辆加速度,使车辆进行加速和制动,能够根据操纵者的操作量来实现适当的前后方向行驶状态。
发明内容
因此,在本发明的车辆中,具有安装于车体并能够转动的驱动轮、操纵者进行操作的操纵装置、和控制对上述驱动轮赋予的驱动转矩来控制上述车体的姿态,并且根据上述操纵装置的操作量来对行驶进行控制的车辆控制装置,该车辆控制装置根据上述操作量来确定车辆加速度,将根据上述操作量的时间履历对所确定的车辆加速度进行修正后的值作为车辆加速度的目标值。
本发明的其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据上述操纵装置的操作方向和操作量以及车辆行驶状态,来确定车辆加速度。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置在上述操纵装置的操作方向为规定方向的情况下,当车辆停止时或前进时,将对应于操作量的加速度作为上述车辆加速度的目标值,当车辆后退时,将对应于操作量的减速度作为上述车辆加速度的目标值,在上述操纵装置的操作方向为上述规定方向的反方向的情况下,当车辆停止时或后退时,将对应于操作量的加速度作为上述车辆加速度的目标值,当车辆前进时,将对应于操作量的减速度作为上述车辆加速度的目标值。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据上述操作量的时间履历,来将行驶模式确定为前进、后退或停止模式中的任意一种,并利用所确定的行驶模式来限制上述车辆加速度。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置在上述行驶模式为前进模式的情况下,对向后的加速进行限制,在上述行驶模式为后退模式的情况下,对向前的加速进行限制,只有当上述操纵装置没有被赋予外力或外部转矩、且车辆速度在规定值以下时,才允许上述行驶模式从前进向后退切换以及从后退向前进切换。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据车辆速度,来对上述车辆加速度进行修正。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置向低修正上述车辆加速度与车辆速度的2次方成比例的量。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,当车辆速度在规定的阈值以下时,上述车辆控制装置根据与车辆速度成比例的车辆减速度的上限值,来限制车辆减速度。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,在上述操纵装置没有被赋予外力或外部转矩的情况下,上述车辆控制装置确定规定的车辆减速度。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述操纵装置具有输入机构,该输入机构能够沿与上述驱动轮的转动轴垂直的方向并进、或者能够围绕与上述驱动轮的转动轴平行的直线转动,上述车辆控制装置根据上述输入机构的位置或转动角,来确定车辆加速度。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置对驱动轮赋予驱动转矩,该驱动转矩对应于与上述车辆加速度的目标值。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置对驱动轮赋予驱动转矩,该驱动转矩对应于对上述车辆加速度的目标值进行时间积分后的值乘以规定常数而得到的值与上述驱动轮的转动角速度之间的差值。
本发明的另一个其它的车辆中,还有,还具有能动重量部,该能动重量部安装于上述车体并能够移动,上述车辆控制装置控制上述能动重量部的位置,来使上述车体的重心相对于上述驱动轮的接地点的相对位置移动与上述车辆加速度的目标值相对应的量。
发明效果
根据本发明第1方面的结构,能够根据操纵装置的操作量来实现适当的前后方向行驶状态,从而利用简单的操纵装置就能够容易且直观地进行操纵。
根据本发明第2和3方面的结构,能够利用直观的操纵方法来指示车辆加速度,能够使操纵者容易地操作。
根据本发明第4和5方面的结构,能够容易地行驶,能够提供安全操作的车辆。
根据本发明第6和7方面的结构,容易实现适应于实用的行驶状态,能够向操纵者提供自然的操纵感觉。
根据本发明第8方面的结构,能够容易地进行制动时的车辆减速度的调整。
根据本发明第9方面的结构,能够向操纵者提供自然的操纵感觉,并且即使在进入了操纵者不能输入的状态,也能够确保车辆停止,从而提高安全性。
根据本发明第10方面的结构,能够简化操纵装置的结构,并直观进行车辆的操纵。
根据本发明第11和12方面的结构,能够对驱动轮赋予适当的驱动转矩。
根据本发明第13方面的结构,能够在不大幅倾斜车体的情况下,适当控制车体的重心位置。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的车辆的结构的概略图。
图2是表示本发明的第1实施方式的车辆系统的结构的方框图。
图3是表示本发明的第1实施方式的车辆的其它例的结构的概略图。
图4是表示本发明的第1实施方式的车辆系统的其它例的结构的方框图。
图5是表示本发明的第1实施方式的行驶和姿态控制处理的动作的流程图。
图6是表示本发明的第1实施方式的行驶模式的状态迁移的图。
图7是表示本发明的第1实施方式的前进模式下的车辆加速度目标值与操纵杆的输入率的关系的图。
图8是表示本发明的第1实施方式的后退模式下的车辆加速度目标值与操纵杆的输入率的关系的图。
图9是表示本发明的第1实施方式的车辆减速度的限制的图。
图10是表示本发明的第1实施方式的车辆加速度目标值确定处理的动作的流程图。
图11是表示本发明的第1实施方式的车辆的动作例的图。
图12是表示本发明的第2实施方式的车辆的结构的概略图。
图13是表示本发明的第2实施方式的车辆系统的结构的方框图。
图14是表示本发明的第2实施方式的行驶和姿态控制处理的动作的流程图。
图15是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第1修正的图。
图16是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第3修正的图。
图17是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第4修正的图。
图18是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第5修正的图。
图19是表示本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理的动作的流程图。
图20是表示本发明的第3实施方式的车辆系统的结构的概略图。
图21是表示本发明的第3实施方式的系统控制处理的流程的流程图。
图22是说明本发明的第3实施方式的座标轴转动角正弦值的推定的图。
图23是表示本发明的第3实施方式的车辆加速度目标值确定处理的动作的流程图。
图24是表示本发明的第4实施方式的车辆的结构的概略图。
图25是表示本发明的第4实施方式的车辆系统的结构的方框图。
图26是说明本发明的第4实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第1修正的图。
图27是说明本发明的第4实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第4修正的图。
图28是说明本发明的第4实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第5修正的图。
图29是表示本发明的第4实施方式的系统控制处理的动作的流程图。
图30是表示本发明的第5实施方式的车辆系统的结构的方框图。
图31是表示本发明的第6实施方式的车辆系统的结构的方框图。
图32是表示本发明的第7实施方式的车辆的结构的概略图。
图33是表示本发明的第7实施方式的车辆系统的结构的方框图。
图34是表示本发明的第8实施方式的车辆的结构的概略图。
图35是表示本发明的第8实施方式的车辆的其它例的结构的概略图。
图36是表示本发明的第8实施方式的车辆系统的其它例的结构的方框图。
图37是表示本发明的第8实施方式的行驶和姿态控制处理的动作的流程图。
图38是表示本发明的第8实施方式的第1转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。
图39是表示本发明的第8实施方式的第2转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。
图40是表示本发明的第8实施方式的前后加速度目标值修正量与车辆速度的目标值的关系的图。
图41是表示本发明的第8实施方式的行驶状态目标值确定处理的动作的流程图。
图42是表示本发明的第9实施方式的第1转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。
图43是表示本发明的第9实施方式的第2转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。
附图标记说明:
10车辆,12驱动轮,12L、12R车轮,14搭乘部,15乘员,20控制ECU,31操纵杆,31b手柄
实施方式
以下,参照附图,详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的第1实施方式的车辆的结构的概略图。图2是表示本发明的第1实施方式的车辆系统的结构的方框图。另外,在图1中,(a)为车辆的侧面图,(b)为操纵杆的侧面图,(c)为操纵杆的俯视图。
在图1中,10为本实施方式的车辆,具有车体的本体部11、驱动轮12、支撑部13以及搭载乘员15的搭乘部14。上述车辆10可以使车体前后倾斜。与倒立摆的姿态控制同样地对车体的姿态进行控制。在图1(a)所示的例中,车辆10能够沿右方向前进,沿左方向后退。
上述驱动轮12被作为车体一部分的支撑部13支撑并能够转动,被作为驱动促动器的驱动马达52驱动。另外,驱动轮12的转动轴处于与图1(a)所示平面垂直的方向,驱动轮12以该转动轴为中心进行转动。还有,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,可以采用液压马达、内燃机等,这里说明使用作为电动马达的驱动马达52的情况。
还有,作为车体的一部分的本体部11被支撑部13从下方的支撑,位于驱动轮12的上方。并且,发挥能动重量部作用的搭乘部14安装在本体部11上,能够沿车辆10的前后方向,与车体11相对地并进,换句话说,能够沿车体转动圆的切线方向相对移动。
这里,能动重量部具有某种程度的重量,通过与本体部11相对地并进、即前后移动,能够对车辆10的重心位置进行能动地修正。而且,能动重量部并不一定要是搭乘部14,也可以是将电池等具有重量的周边机器安装在本体部11上并使其能够并进的装置。也可以是将重物、锤、平衡器等专用的重物部件安装在本体部11上并使其能够并进的装置。还有,也可以同时使用搭乘部14、具有重量的周边机器和专用的重量部件。
在本实施方式中,为了说明方便,举例说明了搭乘有乘员15的搭乘部14作为能动重量部的情况,但搭乘部14并不一定要搭乘乘员15,例如,当车辆10被遥控操作操纵时,可以在搭乘部14上没有搭乘乘员15,也可以取代乘员15,而搭载货物。另外,上述搭乘部14与乘用车、公共汽车等汽车中使用的座椅一样,由足踏部、座面部、靠背部、和头枕构成,经由图中未表示的移动机构,安装在本体部11上。
还有,上述移动机构具有线形引导装置等的低阻力的直线移动机构、以及作为能动重量部促动器的能动重量部马达82,利用该能动重量部马达82驱动搭乘部14,相对于本体部11沿行驶方向进行前后移动。另外,作为能动重量部促动器,也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电动马达的能动重量部马达82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上沿着导轨滑移的底盘、和处于导轨与底盘之间的滚球、滚柱等滚动体。并且,在导轨的左右侧面部上,沿长度方向形成有2条直线状的轨道漕。还有,底盘的截面形成为コ字形状,在其相向的2个侧面部内部,与导轨的轨道漕分别相向形成2条轨道漕。滚动体组装入轨道漕之间,伴随着导轨与底盘的相对直线运动,在轨道漕内部滚动。另外,在底盘上,形成有连接轨道漕两端的返回通路,滚动体在轨道漕和返回通路中循环运动。
还有,线性引导装置具有固定该线性引导装置的制动器或离合器。象车辆10停车时那样不需要搭乘部14动作时,利用制动器将底盘固定在导轨上,从而保持本体部11与搭乘部14的相对位置关系。当需要动作时,解除该制动器,使本体部11侧的基准位置与搭乘部14的基准位置之间的距离控制在规定值。
在搭乘部14的腋下配置有输入装置30,输入装置30具有作为目标行驶状态获取装置的操纵杆31。乘员15通过对作为操纵装置的操纵杆31进行操作,对车辆10进行操纵,即,输入车辆10的加速、减速、转弯、原地转动、停止、制动等行驶指令。另外,在本实施方式中,为了说明方便,说明行驶指令为车辆10的加速、减速、停止和制动的情况。
如图1所示,操纵杆31具有基部31a、和安装在该31a上并能够倾动的作为输入机构的手柄31b。而且,作为操纵者即乘员15通过使手柄31b沿图1(b)和(c)的箭头所示前后倾斜,输入行驶指令。然后,操纵杆31测定与手柄31b的前后倾斜量相当的状态量,将该测定量评价为操纵量。还有,手柄31b受到图中未表示的中立状态回归用的弹簧部件的压力,当操纵者放开手后,自动地回归到相当于零输入的中立状态(图1(b)和(c)所示的相对于基部31a的直立状态)。
另外,上述手柄31b也可以不是能够相对于31a倾动,而是能够并进的手柄。即,也可以不是通过前后倾斜,而是通过前后移动,输入行驶指令。还有,当车辆10被遥控操纵时,上述操纵杆31设置在图中未表示的遥控器上,手柄31b的操作量从遥控器通过有线或无线的方式,传送到设置在车辆10上的接收装置上。此时,操纵杆31的操纵者也可以是乘员15以外的人。
还有,如图2所示,车辆系统具有作为车辆控制装置的控制ECU(Electronic Control Unit)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,但也可以设置在支撑部13或搭乘部14上。还有,上述主控制ECU21、驱动轮控制ECU22和能动重量部控制ECU23可以是分别独立的结构,也可以是一体化的结构。
而且,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由分相器、编码器等构成,发挥驱动轮转动状态测定装置的作用,检测表示驱动轮12的转动状态的驱动轮转动角以及/或者转动角速度,并传送到主控制ECU21。还有,该主控制ECU21向驱动轮控制ECU22传送驱动转矩指令值,该驱动轮控制ECU22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施加驱动转矩,这样,发挥驱动促动器的作用。
主控制ECU21与能动重量部控制ECU23、能动重量部传感器81和能动重量部马达82一起,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80的一部分发挥作用。上述能动重量部传感器81由分相器等构成,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以及/或者移动速度,并传送到主控制ECU21。还有,该主控制ECU21向能动重量部控制ECU23传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82供给相当于所接收的能动重量部推力指令值的输入电压。该能动重量部马达82根据输入电压向搭乘部14施加使搭乘部14并进移动的推力,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、车体倾斜传感器41、驱动马达52和能动重量部马达82一起,作为对车体的姿态进行控制的车体控制系统40的一部分发挥作用。上述车体倾斜传感器41由加速度传感器、陀螺传感器等构成,发挥车体倾斜状态测定装置的作用,检测表示车体的倾斜状态的车体倾斜角以及/或者倾斜角速度,并传送到主控制ECU21。还有,该主控制ECU21向驱动轮控制ECU22传送驱动转矩指令值,向能动重量部控制ECU23传送能动重量部推力指令值。
另外,各传感器也可以是获取多个状态量的装置。例如,作为车体倾斜传感器41,可以同时使用加速度传感器和陀螺传感器,根据二者的测定值来确定车体倾斜角和倾斜角速度。
手柄31b的操作量作为来自输入装置30的操纵杆31的输入指令,输入到主控制ECU21。然后上述主控制ECU21向驱动轮控制ECU22传送驱动转矩指令值,向能动重量部控制ECU23传送能动重量部推力指令值。主控制ECU21将利用最大输入量对输入量进行归一化处理后的输入率作为输入量。然后,将手柄31b向前方倾斜或移动、即向前方的输入量作为正值,将手柄31b向后方倾斜或移动、即向后方的输入量作为负值。还有,向前方的最大输入量为1,向后方的最大输入量为-1。
另外,在本实施方式中,为了利用简单的操纵装置实现操纵者的直观的操纵,采用了1个轴的操纵杆31,但也可以采用其它的操纵装置。例如,可以具有通过握柄进行输入的节气门操纵杆,根据转达方向和转动量,确定车辆加速度的目标值。
然后,车辆系统根据上述操纵杆31的操作量确定车辆加速度,将根据上述操作量的时间履历对所确定的车辆加速度进行修正后的值作为车辆加速度的目标值。
接着,说明本实施方式的车辆10的其它例。
图3是表示本发明的第1实施方式的车辆的其它例的结构的概略图。图4是表示本发明的第1实施方式的车辆系统的其它例的结构的方框图。另外,在图3中,(a)为背面图,(b)为侧面图。
本实施方式的车辆10也可以具有3个以上车轮。即,上述车辆10为例如前轮1轮后轮2轮的3轮车,前轮2轮后轮1轮的3轮车,前轮2轮后轮2轮的4轮车等,只要具有3个以上的车轮,可以是任意种类。
这里,为了方便说明,如图3所示,只对上述车辆10具有设置在车体前方、作为操舵轮的1个前轮的车轮12F、和设置在车体后方、作为驱动轮的左右2个后轮的车轮12L、12R的3轮车的例子进行说明。
在图3所示例中,车辆10通过连杆机构60改变左右车轮12L、12R的外倾角,同时使包括搭乘部14和本体部11的车体向转弯内轮侧倾斜,即、使车体向横方向(左右方向)倾斜,从而能够提高转弯性能和确保乘员15的舒适性,但并不一定要是能够使车体向横方向倾斜的车辆。例如,可以不进行倒立摆姿态控制之类的姿态控制。即,不进行前后方向的姿态控制。
还有,在图3所示车辆10中,车轮12F经由悬架装置的一部分的前轮叉17,与本体部11连接。上述悬架装置为与一般摩托车、自行车等使用的前轮用悬架装置相同的装置,上述前轮叉17为例如内置有弹簧的伸缩类型叉。与一般摩托车、自行车等的情况一样,作为操舵轮的车轮12F改变舵角,由此来改变车辆10的行驶方向。
具体来说,如图3所示,操舵部77设置在本体部11的前端上部,前轮叉17的转动轴受到该操舵部77的支撑并能转动。还有,上述操舵部77具有作为操舵用促动器的转向促动器71、和作为操舵量检测器的舵角传感器72。上述转向促动器71根据来自操纵杆31的行驶指令,转动上述前轮叉17的转动轴,作为操舵轮的车轮12F改变舵角。即,车辆10的操舵通过所谓的线控(by wire)进行。还有,操舵角传感器72能够通过检测上述前轮叉17的转动轴的角度变化,检测车轮12F的舵角、即操舵装置的操舵量。
另外,如图3所示例的车辆10具有如图4所示的车辆系统。这里,控制ECU20不进行前后方向的姿态控制,因此不具有能动重量部控制ECU23,而具有操舵控制ECU24。而且,主控制ECU21根据来自操纵杆31的行驶指令,向操舵控制ECU24传送操舵指令值,该操舵控制ECU24向转向促动器71供给相当于所接收的操舵指令值的输入电压。另外,也省略了能动重量部传感器81。然后,操舵角传感器72所检测的舵角传送到主控制ECU21。
还有,车体控制系统40具有横加速度传感器42。该横加速度传感器42由一般的加速度传感器、陀螺传感器等构成,检测车辆10的横加速度。
另外,对于图3所示例的车辆10的其它结构,与图1所示例的车辆10一样,故省略说明。
接着,详细说明上述结构的车辆10的动作。首先,说明行驶和姿态控制处理。
图5是表示本发明的第1实施方式的行驶和姿态控制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和参数。
θw:驱动轮转动角[rad]
θ1:车体倾斜角(竖直轴基准)[rad]
λS :搭乘部位置(能动重量部位置)[m]
g:重力加速度)[m/s2]
Rw:驱动轮接地半径[m]
m1:车体质量[kg]
mS :搭乘部质量(能动重量部质量:包括搭载物)[kg]
l1:车体重心距离(自车轴起)[m]
α:车辆加速度[m/s2]
V:车辆速度[m/s]
在行驶和姿态控制处理中,主控制ECU21首先从传感器获取各状态量(步骤S1)。具体来说,从驱动轮传感器51获取驱动轮转动角θW或转动角速度θw,从车体倾斜传感器41获取车体倾斜角θ1或倾斜角速度θ1,从能动重量部传感器61获取作为能动重量部位置的搭乘部位置λS或者作为能动重量部移动速度的能动重量部移动速度
另外,在图3所示例的车辆10中,由于不进行车体的前后方向的姿态控制,因此所获取的状态量只有驱动轮转动角θW或转动角速度θw。
接着,主控制ECU21计算剩余的状态量(步骤S2)。此时,对所获取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,当获得的状态量为驱动轮转动角θW、车体倾斜角θ1和搭载部位置λS时,通过对其进行时间微分,可以获得转动角速度倾斜角速度和搭载部移动速度还有,如果当所获得的状态量为转动角速度倾斜角速度和搭载部移动速度时,通过对其进行时间积分,可以获得驱动轮转动角θW、车体倾斜角θ1和搭乘部位置λS。
接着,主控制ECU21获取乘员15的操纵操作量(步骤S3)。此时,获取乘员15为了输入车辆10的加速、减速、停止、制动等行驶指令而对操纵杆31的操作量。
接着,主控制ECU21执行确定车辆加速度目标值处理(步骤S4),基于所获得的操纵杆31的操作量等,确定车辆加速度目标值α*。具体来说,将与操纵杆31b的前后方向的操作量成比例的值作为前后车辆加速度的目标值。
接着,主控制ECU21根据车辆加速度的目标值,计算驱动轮转动角速度的目标值(步骤S5)。例如,对车辆加速度的目标值进行时间积分,再除以规定的驱动轮接地半径,所得值作为驱动轮转动角速度的目标值。
接着,主控制ECU21确定车体倾斜角和搭乘部位的目标值(步骤S6)。具体来说,根据车辆加速度的目标值,利用下面的公式确定搭乘部位置的目标值。
[公式1]
另外,λS,Max,f和λS,Max,r是搭乘部可动界限位置,分别表示从搭乘部14的基准位置至可动域前缘的距离和至可动域后缘的距离。
还有,根据车辆加速度的目标值,利用下面的公式确定车体倾斜角的目标值。
[公式2]
为基本车体倾斜角目标值,
θS,Max,f和θS,Max,r分别为搭乘部可动界限位置λS,Max,f和λS,Max,r的车体倾斜角换算值,利用下面公式表示。
[公式3]
这样,考虑伴随车辆加速度作用在车体上的惯性力和驱动马达反转矩,确定车体倾斜角和搭乘部位置的目标值。此时,移动车体的重心,以利用重力的作用抵消这些车体倾斜转矩。具体地,当车辆10加速时,向前方移动搭乘部14以及/或者向前方倾斜车体。另一方面,当车辆10减速时,向后方移动搭乘部14以及/或者向后方倾斜车体。还有,当搭乘部移动到达界限时,开始倾斜车体。
这样,对于细小的加减速,不再有前后的车体倾斜,从而提高了乘员15的乘坐舒适度。还有,即使在某种程度的高速行驶时也能够保持直立状态,对于乘员15来说,减小了视界的变化。
另外,在本实施方式中,在低加速度时以及/或者在低速行驶时,只移动搭乘部来应对,但也可以利用车体倾斜来应对该车体倾斜转矩的一部分或全部。通过倾斜车体,可以减轻作用在乘员15上的前后方向的力。
接着,主控制ECU21计算剩余的目标值(步骤S7),即,通过对各目标值进行时间微分或时间积分,分别计算出驱动轮转动角、车体倾斜角速度以及搭乘部移动速度的目标值。
接着,主控制ECU21确定各促动器的前馈输出(步骤S8)。具体来说,利用下面的公式,确定驱动马达52的前馈输出。
[公式4]
这样,通过施加驱动转矩,抵消力学模型推定的惯性力,从而能够提高控制的精度。
还有,利用下面的公式,确定能动重量部马达82的前馈输出。
[公式5]
这样,通过施加推力,抵消力学模型推定的重力和惯性力,从而能够提高控制的精度。
这样,在本实施方式中,通过赋予理论上的前馈输出,可以实现更高精度的控制,但也可以省略前馈输出。此时,通过反馈控制,伴随着恒定误差,可以间接地赋予接近前馈输出的值。还有,上述恒定误差可以通过采用积分增益来降低。
接着,主控制ECU21确定各促动器的反馈输出(步骤S9)。具体来说,利用下面的公式,确定驱动马达52的反馈输出。
[公式6]
另外,利用下面的公式,确定能动重量部马达82的反馈输出。
[公式7]
这里,各反馈增益K**的值例如预先设定为最佳调节器的值。另外,也可以导入滑动模式控制等的非线性反馈控制。还有,作为更加简单的控制,也可以将除了KW2、KW3和KS5之外的增益中的几个设定为零。为了消除恒定误差,也可以采用积分增益。
还有,图3所示例的车辆10中,由于不进行车辆的前后方向的姿态控制,因此不采用[公式6]和[公式7]所示的公式。
最后,主控制ECU21对各要素控制系统赋予指令值(步骤S10),结束行驶和姿态控制处理。具体来说,主控制ECU21将前馈输出与反馈输出的和作为指令值,发送到驱动轮控制ECU22和能动重量部控制ECU23。另外,按照规定的时间间隔(例如,每100[μs]),循环执行行驶和姿态控制处理。
还有,在图3所示例的车辆10中,由于不进行前后方向的姿态控制,因此省略上述步骤S5-S10的动作。
接着,说明车辆加速度目标值确定处理。
图6是表示本发明的第1实施方式的行驶模式的状态迁移的图。图7是表示本发明的第1实施方式的前进模式下的车辆加速度目标值与操纵杆的输入率的关系的图。图8是表示本发明的第1实施方式的后退模式下的车辆加速度目标值与操纵杆的输入率的关系的图。图9是表示本发明的第1实施方式的车辆减速度的限制的图。图10是表示本发明的第1实施方式的车辆加速度目标值确定处理的动作的流程图。
在车辆加速度目标值确定处理中,主控制ECU21首先确定车辆速度目标值(步骤S4-1)。具体来说,对车辆加速度的目标值进行时间积分,确定车辆速度的目标值V*。此时,在车辆加速度的目标值中,采用前一个控制步骤中所确定的值。
接着,主控制ECU21确定行驶模式(步骤S4-2)。这里,如图6所示,车辆10的行驶模式有前进模式、停止模式和后退模式等3种,利用作为手柄31b的操作量的操纵装置(操纵杆31)的输入率U与车辆速度的目标值V*,进行确定。
操纵装置的输入率U当向前方倾斜或移动手柄31b时为正,当向后方倾斜或移动手柄31b时为负。如图8所示,在停止模式中当向前方倾斜或移动手柄31b时,迁移到前进模式,车辆10前进,而在停止模式中当向后方倾斜或移动手柄31b时,迁移到后退模式,车辆10后退。还有,在前进模式和后退模式中将手柄31b处于中立状态时,如果输入率U为零,且车辆速度的目标值V*为零,则迁移到停止模式。另外,在前进模式与后退模式之间不直接迁移。
此时,主控制ECU21根据手柄31b的操作量的履历,判断乘员15希望停止、前进和后退模式中的哪一个行驶模式。这样,由于乘员15不必利用其它装置来指令行驶模式,从而对于乘员15来说提高了操作性,同时不需要多余的输入装置,容易降低成本,确保搭乘部14的设计自由度。
还有,禁止前进模式与后退模式之间的直接迁移。即,乘员15的操作和车辆速度如果不满足停止条件,不认可前进模式与后退模式之间的迁移。这样,通过在前进到后退或者从后退到前进的迁移时要求乘员15进行特定的操作,因此降低了操作错误导致的逆方向行驶的可能性,提高了车辆10的安全性。
另外,在前进模式或后退模式中,除了操作量为零(U=0)的情况以外,禁止向其它模式迁移。即,乘员15只有将手柄31b先回归到中立状态,才许可向逆方向行驶。这样,利用相同操纵装置的简单方法,实现许可逆方向行驶的特定操作,因此能够提供容易操纵的车辆10。
另外,在本实施方式中,自动确定行驶模式,但也可以具有显示装置,显示行驶模式,让乘员15确认当前的行驶模式。这样,可以防止乘员15的错误认识和由此产生的误操作。还有,也可以具有模式设定选择机构,从而能够选择自动在前进模式和后退模式之间切换行驶模式,或者利用其它输入装置通过乘员15本身的操作来进行切换。
最后,主控制ECU21首先确定车辆加速度的目标值(步骤S4-3),然后结束车辆加速度目标值确定处理。具体来说,根据作为手柄31b的操作量的操纵装置的输入率U与行驶模式,利用下面的公式(1)和(2),确定车辆加速度的目标值α*。
首先,在前进模式时,公式1表示为如下方式。
[公式8]
还有,αMax,Af为最大加速度,αMax,Df为最大减速度,V Max,f为最高速度,这些值均为预先设定的规定值。另外,下标f表示前进模式。最大加速度、最大减速度和最高速度被设定成前进模式情况的值大于后退模式情况的值。
还有,αEB为零输入时减速度,αEB=γEBαEB.0。另外,γEB为行驶阻力增幅率(规定值)。
另外,αEB,0为行驶阻力减速度推定值,αEB,0=μ0+μ1|V*|。另外,μ0为滚动阻力系数,μ1为粘性阻力系数。
在前进模式时,车辆加速度目标值与操纵杆31的输入率的关系如图7所示。另外,图7表示μ1=0的情况。
另一方面,后退模式时,公式1表示为如下形式。
[公式9]
Cvb为加速度限制系数,
还有,αMax,Ab为最大加速度,αMax,Db为最大减速度,V Max,b为最高速度,这些值均为预先设定的规定值。另外,下标b表示后退前进模式。最大加速度、最大减速度和最高速度被设定成后退模式情况的值小于前进模式情况的值。
在后退模式时,车辆加速度目标值与操纵杆31的输入率的关系如图8所示。另外,图8表示μ1=0的情况。
这样,在本实施方式中,利用操纵装置的输入率,确定车辆加速度。具体来说,例如,在与输入装置30的输入方向相同的方向,将与输入量成比例大小的加速度作为车辆加速度的目标值。即,在前进模式时,利用输入装置30的前方输入进行加速,利用后方输入进行减速。还有,在后退模式时,利用输入装置30的后方输入进行加速,利用前方输入进行减速。这样,通过采用加速度指令的直观的操纵方法,乘员15能够容易地操作。
还有,根据行驶模式,确定车辆加速度。具体来说,对于相同的输入量,后退模式时的速度和加速度的目标值小于前进模式时的值。这样,在假定比前进行驶时低的速度的后退行驶时,由于输出的加速度和速度自动受到限制,因此容易进行后退行驶,能够提供安全操作的车辆10。
另外,利用车辆速度,对车辆加速度进行修正。具体来说,基于车辆速度的目标值,降低车辆加速度的目标值。按照与车辆速度的2次方成比例的量,降低车辆加速度。这样,例如如果持续赋予一定的输入量,速度随着输入量增加,由于速度的增加而加速度降低,因此最终会以与输入量相对应的速度,进行定速行驶。所以,容易实现适应于实用的行驶状态,能够向乘员15提供自然的操纵感觉。还有,最高速度下的车辆加速度的目标值的降低量与最大车辆加速度相同。这样,能够容易地且平稳地限制加速度指令的速度。另外,在减速时,禁止降低车辆加速度的目标值。这样,不会降低对应于车辆10的制动性能、以及乘员15的制动指令的相应特性,能够提高操纵性。
另外,对于零输入,作为车辆加速度的目标值,赋予规定的减速度。具体来说,利用力学模型推定行驶阻力引起的减速度,根据该推定值,赋予减速度。这样,能够向乘员15提供自然的操纵感觉,同时即使进入了乘员15不能输入的状态,也可以确保车辆10停止,从而提高安全性。
下面,前进模式的情况下,公式2表示为如下形式。
[公式10]
αlim,f为减速度限制阈值,
还有,Kf为零输入时减速度,Vsh,f为速度阈值,这些值均为预先设定的规定值。另外,下标f表示前进模式。
另一方面,后退模式的情况下,公式2表示为如下形式。
[公式11]
αlim,b为减速度限制阈值,
还有,Kb为零输入时减速度,Vsh,b为速度阈值,这些值均为预先设定的规定值。另外,下标b表示后退模式。
然后,车辆减速度如图9所示受到限制。
这样,在本实施方式中,根据车辆速度,限制车辆减速度。具体来说,根据行驶模式,限制车辆加速度目标值,使得制动后向逆方向加速。即,在前进模式时,如果车辆速度在0以下,则使车辆加速度限制在0以上。还有,在后退模式时,如果车辆速度在0以上,则使车辆加速度限制在0以上。这样,如果在制动停止后乘员15仍继续在制动侧操作输入装置30,通过自动防止车辆10向逆方向加速,乘员15能够容易地使车辆10停止下来。
还有,在车辆速度小于规定的阈值的范围内,根据车辆速度,限制车辆减速度。具体来说,随着车辆速度目标值的降低,慢慢减小车辆10的减速度阈值。这样,通过消除车辆停止时减速度的不连续变化的现象,能够保障乘员15的舒适性。
在上述说明中的车辆加速度目标值确定处理中,作为参照的车辆速度,采用了其目标值,但也可以基于实际的车辆速度,确定车辆加速度目标值。例如,在行驶模式判定时,也可以基于实际的车辆速度,判定车辆的停止。还有,也可以在目标值和实际值中有一个为零时,判定为车辆停止。这样,即使有例如作为状态反馈控制的误差,在目标值与实际值之间出现差别,也能够设定稳定的行驶模式。同样,在车辆加速度目标值的确定时,也可以基于实际的车辆速度,确定各值。
接着,说明采用上述控制时所预想的车辆10的动作例。
图11是表示本发明的第1实施方式的车辆的动作例的图。
这里,对于作为随着时间t的经过而变化的手柄31b的操作量的操纵装置的输入率U、车辆速度V以及行驶模式的关系,进行说明。
t=t1时,根据操纵装置的输入率U(U<1),在加速度α(α<αMax,Af)下,开始加速前进。同时,将行驶模式切换到“前进”。
t1<t<t2时,随着车辆速度V的增加,减少加速度α。在车辆速度V<VMax,f时到达饱和,到达定速行驶状态。
t2≤t<t3时,根据操纵装置的输入率U(U=0),根据规定的减速度α(α=-αEB)下,缓慢减速。
t=t3时,根据操纵装置的输入率U(U=-1),在减速度α=最大减速度(-αMax,Df)下,开始制动。
t3<t<t4时,在车辆速度V=Vsh,f到达之前,以最大减速度进行减速后,在减速度的限制下缓慢停止。另外,对于停止后的输入率U(U=-1)不作反应,维持行驶模式为“前进”的状态。
t=t4时,根据特定的输入率U(U=0),将行驶模式切换到“停止”。
t=t5时,根据操纵装置的输入率U(U=-1),在后退时的最大加速度α(α<αMax,Ab)下,开始后退加速。同时,将行驶模式切换到“后退”。
t5<t<t6时,随着车辆速度V的增加,减少加速度α。在车辆速度V=后退最高速度VMax,b时到达饱和,到达定速行驶状态。
t=t6时,根据操纵装置的输入率U(U=-1),在减速度α=最大减速度(αMax,Db)下,开始制动。
t6<t<t7时,在车辆速度V=-Vsh,b到达之前,以最大减速度进行减速后,在减速度的限制下缓慢停止。另外,对于停止后的输入率U(U=1)不作反应,维持行驶模式为“后退”的状态。
t=t7时,根据特定的输入率U(U=0),将行驶模式切换到“停止”。
这样,在本实施方式中,利用根据操纵装置的操作量(输入量)确定的、并根据该操作量的时间履历修正的车辆加速度,对车辆10进行加速和制动操作。具体来说,根据操纵装置(操纵杆31)的输入方向(倾斜方向)和操作量(输入量)、以及车辆10的行驶状态(前进、后退以及停止的状态),确定车辆加速度。当操纵装置的输入方向为规定方向,且车辆10处于停止和前进时,根据输入量赋予加速度,车辆10处于后退时,根据输入量赋予减速度。另一方面,当操纵装置的输入方向为上述规定方向的反方向,且车辆10处于停止和后退时,根据输入量赋予加速度,车辆10处于前进时,根据输入量赋予减速度。
还有,利用根据操作量的时间履历确定的行驶模式,限制车辆加速度。具体来说,对加速度进行限制,从而使得车辆10在制动后朝着逆方向加速。具体来说,对于限制车辆10的后退的前进模式和限制车辆10的前进的后退模式,只限于特定操作时,即,赋予了特定的操作输入时,才许可两模式之间的迁移。另外,特定的操作输入是输入特定的操作输入量。还有,特定的操作输入量是在操作装置上没有赋予外力或外部转矩时的操作输入量。
另外,根据车辆速度,修正车辆加速度。具体来说,在车辆加速时,随着车辆速度的增加,减少车辆加速度。在最高速度行驶时,按照与最大车辆加速度相等的量,减少车辆加速度。另外,按照与车辆速度的2次方成比例的量,减少车辆加速度。还有,在车辆制动时,如果车辆速度不足规定的阈值,则限制车辆减速度。随着车辆速度的降低,减小车辆减速度上限值。
另外,当在操作装置上没有赋予外力或外部转矩时,按照规定的车辆减速度进行减速。此时,推定车辆10的行驶阻力,根据该推定值,确定减速度。
另外,作为操纵装置的操纵杆31具有能够沿与驱动轮12的转动轴垂直的方向并进、或者能够绕沿与驱动轮12的转动轴平行的直线转动的作为输入机构的手柄31b,根据该手柄31b的位置或转动角,确定车辆加速度。另外,上述规定的方向是车辆10的前方或前进时的驱动轮转动方向。
另外,根据操作输入量,确定车辆加速度的目标值,向驱动轮12赋予与之相应的转矩。具体来说,将对车辆加速度的目标值进行时间积分后的值乘以规定常数后的值作为驱动轮转动角速度的目标值,对驱动轮12赋予与该目标值和测定值的差值成比例的大小的驱动转矩。
另外,按照与车辆加速度相对应的量,移动车体的重心相对于驱动轮12的接地点的相对位置。具体来说,具有作为能动重量部的搭乘部14,按照与车辆加速度相对应的量,相对移动搭乘部14。
这样,在本实施方式中,能够根据乘员15的操作输入量,实现适当的前后方向行驶状态,从而利用简单的操纵装置,能够容易且直观地进行车辆10的操作。
下面,说明本发明的第2-第7实施方式。
在“背景技术”中说明的以前的车辆中,驾驶者利用操纵装置指示行驶目标,但由于操纵装置复杂,不能进行直观的操作,有时难以简单设定行驶目标。
本来,在驾驶员利用操纵装置指示行驶目标的车辆中,希望能够适当设定操纵装置的操作量和行驶指令值的关系,以便无需技术和经验就能够进行直观且简单地进行操纵。为了使驾驶员能够进行简单的直观的操纵,以及为了简化车辆的系统,希望操纵装置数量少且简单。
作为可能满足这种要求的操纵装置之一,可以采用操纵杆。此时,将与驱动轮的转动轴垂直的方向的操纵杆的倾斜量作为前后操作量,将沿与驱动轮的转动轴平行的方向的操纵杆的倾斜量作为左右操作量。然后,将与所获取的前后操作量成比例的值作为前后行驶目标值,将与所获取的左右操作量成比例的值作为转弯行驶目标值。对各驱动轮赋予适当的驱动转矩,以实现所确定的行驶目标值。
但是,在这种控制中,有时在驾驶员希望的车辆行驶动作与实际的车辆行驶动作之间,会出现定量差异。本来,虽然需要适合复杂的人体结构、动作特性、感受特性等,但利用构造简单的操纵杆来实现这一目的,一直都有困难。因此,对于驾驶员来说,有可能出现操纵性能差,对车辆的安全性和舒适性产生不满的问题。
在本发明的第2-第7实施方式中,目的在于解决以前车辆的问题点,具有作为输入装置的操纵杆,在操纵者输入的车辆中,获取与驱动轮的转动轴垂直和平行的方向的操纵杆的倾斜量作为前后和左右输入量,设定前后和转弯行驶状态,根据其时间履历对设定的行驶状态进行修正,从而能够实现适合人体结构、动作特性、感受特性的操纵特性,提供谁都能容易且舒适操纵的操纵性高的车辆。
首先,说明第2实施方式。另外,与第1实施方式相同的结构采用相同符号,故省略其说明。还有,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是表示本发明的第2实施方式的车辆的结构的概略图。图13是表示本发明的第2实施方式的车辆系统的结构的方框图。另外,在图12中,(a)为车辆的侧面图,(b)为操纵杆的侧面图,(c)为操纵杆的侧面图,(d)为操纵杆的俯视图。
本实施方式的车辆10中,具有使车体左右倾斜的作为车体左右倾斜机构的连杆机构60。转弯时,如图12(a)所示,通过改变左右车轮12相对于路面的角度,即外倾角,同时使包括搭乘部14和本体部11的车体向转弯内轮侧倾斜,能够提高转弯性能和确保乘员15的舒适性。即上述车辆10使车体也能够向横方向(左右方向)倾斜。
另外,在本实施方式中,搭乘部14没有作为能动重量部的功能,不能相对于本体部11并进。
上述连杆机构60具有还作为支撑对左右的驱动轮12赋予驱动力的驱动马达52的马达支撑部件的左右的纵连杆单元65、连接该左右的纵连杆单元65的上端之间的上侧横连杆单元63、和连接该左右的纵连杆单元65的下端之间的下侧横连杆单元64。还有,左右的纵连杆单元65和上侧横连杆单元63以及下侧横连杆单元64连接在一起并能够转动。另外,在上侧横连杆单元63的中央与下侧横连杆单元64的中央,连接有沿上下方向延伸并能够转动的支撑部13。
还有,61是作为倾斜用的促动器的连杆马达,具有作为定子的圆筒状的壳体、和作为被安装于该壳体并能转动的转子的转动轴。壳体固定在上侧横连杆单元63上,转动轴固定在支撑部13上。另外,也可以让上述壳体固定在支撑部13上,让转动轴固定在上侧横连杆单元63上。当驱动连杆马达61,使转动轴相对于壳体转动时,支撑部13相对于上侧横连杆单元63转动,连杆机构60进行屈伸动作。另外,上述连杆马达61的转动轴与支撑轴13和上侧横连杆单元63的连接部分的转动轴处于同一轴上。这样,可以使连杆机构60进行屈伸动作,使本体部11倾斜。
还有,乘员15通过对作为操纵装置的操纵杆31进行操作,对车辆10进行操纵,即,输入车辆10的加速、减速、转弯、原地转动、停止、制动等行驶指令。
作为操纵者即乘员15使手柄31b沿着图12(c)和(d)的箭头所示的左右或前后倾斜,输入行驶指令。操纵杆31测定与手柄31b的前后、即与驱动轮12的转动轴垂直的方向(x轴方向)、以及左右、即与驱动轮12的转动轴平行的方向(y轴方向)的倾斜量相当的状态量,将该测定值作为操纵者输入的前后输入量(前后操作量)和左右输入量(左右操作量),传送到图13所示的主控制ECU21。
这样,通过操纵杆31具有的1个输入机构,能够利用2个信息,可以不追加操纵装置,实现操纵者的多样的操纵意图,从而实现可以更直观的自由操作的车辆10。
还有,手柄31b受到图中未表示的中立状态回归用的弹簧部件的压力,当操纵者放开手后,自动地回归到相当于零输入的中立状态。这样,即使由于操纵者的意外事态等使得不能继续进行操纵操作时,也能够进行车辆10的适当控制。
另外,本实施方式的之后的说明的座标系中,当搭乘部14的座面为水平时,与驱动轮12的转动轴垂直的方向为x轴,平行的方向为y轴,竖直朝上的方向为z轴。
主控制ECU21与驱动轮控制ECU22、车体倾斜传感器41、驱动马达52和连杆马达61一起,作为对车体的姿态进行控制的车体控制系统40的一部分发挥作用。上述车体倾斜传感器41由加速度传感器、陀螺传感器等构成,发挥车体倾斜状态测定装置的作用,检测表示车体的倾斜状态的车体倾斜角以及/或者倾斜角速度,并传送到主控制ECU21。还有,该主控制ECU21向驱动轮控制ECU22传送驱动转矩指令值。另外,上述主控制ECU21向连杆控制ECU25传送连杆转矩指令值,该连杆控制ECU25向连杆马达61供给相当于所接收的连杆转矩指令值的输入电压。然后,该连杆马达61根据输入电压向连杆机构60施加驱动转矩,这样,发挥倾斜用的促动器的作用。
手柄31b的操作量作为来自输入装置30的操纵杆31的行驶指令,输入到主控制ECU21。然后上述主控制ECU21向驱动轮控制ECU22传送驱动转矩指令值,向连杆控制ECU25传送连杆转矩指令值。
主控制ECU21将利用最大输入量对输入量进行归一化处理后的输入率作为输入量。对于手柄31b的前后输入量,将手柄31b向前方倾斜或移动、即向前方的输入量作为正值,将手柄31b向后方倾斜或移动、即向后方的输入量作为负值。还有,向前方的最大输入量为1,向后方的最大输入量为-1。
还有,对于手柄31b的左右输入量,从车辆10的后方观察时,将手柄31b向左方倾斜或移动、即向左方的输入量作为正值,将手柄31b向右方倾斜或移动、即向右方的输入量作为负值。还有,向左方的最大输入量为1,向右方的最大输入量为-1。
接着,详细说明上述结构的车辆10的动作。首先,说明行驶和姿态控制处理。
图14是表示本发明的第2实施方式的行驶和姿态控制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和参数。
θWR:右驱动轮转动角[rad]
θWL:左驱动轮转动角[rad]
θW:平均驱动轮转动角[rad];θW=(θWR+θWL)/2
ΔθW:驱动轮转动角左右差[rad];Δθ=θWR-θWL
θ1:车体倾斜纵摆角(竖直轴基准)[rad]
φ1:车体倾斜侧摆角(竖直轴基准)[rad]
τL:连杆转矩[Nm]
τWR:右驱动转矩[Nm]
τWL:左驱动转矩[Nm]
τW:总驱动转矩[Nm]
ΔτW :驱动转矩左右差[Nm];ΔτW=τWR-τWL
g:重力加速度)[m/s2]
Rw:驱动轮接地半径[m]
D:2轮间距离[m]
m1:车体质量[kg]
mW:驱动轮质量(2轮合计)[kg]
l1:车体重心距离(自车轴起)[m]
I1:车体惯性力矩(环绕重心)[kgm2]
IW:驱动轮惯性力矩(2轮合计)[kgm2]
αX:车辆前后加速度[m/s2]
αY:车辆左右加速度[m/s2]
V:车辆速度[m/s]
在行驶和姿态控制处理中,主控制ECU21首先从传感器获取各状态量(步骤S11)。具体来说,从驱动轮传感器51获取左右的驱动轮转动角或转动角速度,从车体倾斜传感器41获取车体倾斜纵摆角或纵摆角速度以及车体倾斜侧摆角或侧摆角速度。
接着,主控制ECU21计算剩余的状态量(步骤S12)。此时,对所获取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,当获得的状态量为驱动轮转动角、车体倾斜纵摆角和车体倾斜侧摆角时,通过对其进行时间微分,可以获得转动角速度、纵摆角速度和侧摆角速度。还有,如果当所获得的状态量为转动角速度、纵摆角速度和侧摆角速度时,通过对其进行时间积分,可以获得驱动轮转动角、车体倾斜纵摆角和车体倾斜侧摆角。
接着,主控制ECU21获取操纵者的操纵操作量(步骤S13)。此时,获取操纵者输入车辆10的加速、减速、转弯、原地转动、停止、制动等行驶指令时对操纵杆31的操作量。
接着,主控制ECU21进行车辆加速度目标值确定处理(步骤S14)。基于所获得的操纵杆31的操作量等,确定车辆加速度目标值。
接着,主控制ECU21根据车辆加速度的目标值,计算驱动轮转动角速度的目标值(步骤S15)。具体来说,利用下面的公式,确定驱动轮转动角速度的目标值。
[公式12]
另外,Δt为控制处理周期(数据获取间隔),为规定值。还有,本实施方式的说明中,上标*表示目标值,上标(n)表示时间系列第n个数据。符号上的1个圆点表示1阶时间微分值,即表示速度。符号上的2个圆点表示2阶时间微分值,即表示加速度。下标X表示前后(x轴方向),下标Y表示左右(y轴方向),下标d表示操纵指令值。
还有,利用下面公式确定驱动轮转动角速度左右差的目标值。
[公式13]
这样,确定相当于车辆加速度目标值的驱动轮转动角速度的目标值。即,通过对车辆前后加速度目标值进行时间积分,确定左右驱动轮的转动角速度的平均值的目标即平均驱动轮转动角速度目标值。还有,根据车辆左右加速度目标值与平均驱动轮转动角速度目标值,确定左右驱动轮的转动角速度的差的目标的驱动轮转动角速度左右差目标值。
另外,在本实施方式中,作为操纵装置的操纵杆31的操作量与前后和左右的加速度相对应,但也可以与车辆速度和横摆速率相对应。还有,也可以将车辆速度和横摆速率自身作为状态量,进行反馈控制。另外,在本实施方式中,在假设驱动轮接地点与路面之间不存在滑动的前提下,将车辆速度和横摆速率换算为驱动轮12的转动角速度,但也可以在考虑滑动的前提下,确定驱动轮转动角速度的目标值。
接着,主控制ECU21确定车体倾斜角的目标值(步骤S16)。具体来说,根据车辆加速度目标值,利用下面公式,确定车体倾斜纵摆角目标值。
[公式14]
这里,
还有,利用下面公式,确定车体倾斜侧摆角的目标值。
[公式15]
这样,根据车辆加速度目标值,确定车体倾斜角的目标值。即,对于车体倾斜纵摆角,考虑有关前后的车体姿态和行驶状态的倒立摆的力学构造,将能够实现前后加速度所赋予的行驶目标的车体姿态作为目标值。还有,对于车体倾斜侧摆角,虽然在接地载荷中心处于2个驱动轮12的接地点之间的稳定区域的范围内可以自由设定目标姿态,但在本实施方式中,将乘员15的载荷最小的姿态作为目标值。
另外,作为车体倾斜侧摆角的目标值,也可以赋予其它值。例如,当目标左右加速度的绝对值小于规定的阈值时,也可以将目标车体倾斜侧摆角设定为零,从而相对于小的左右加速度维持直立姿态。
接着,主控制ECU21计算剩余的目标值(步骤S 17),即,通过对各目标值进行时间微分或时间积分,分别计算出驱动轮转动角和车体倾斜角速度的目标值。
接着,主控制ECU21确定各促动器的前馈输出(步骤S18)。具体来说,利用下面的公式,确定总驱动转矩的前馈量τW,FF、驱动转矩左右差的前馈量ΔτW,FF以及连杆转矩的前馈量τL,FF,作为前馈输出。
[公式16]
ΔτW,FF=0
这里,μD为驱动轮行驶阻力系数(规定值)。
这样,利用力学模型,预测实现作为目标的行驶状态和车体姿态所需的促动器输出,按照其数量施加前馈,从而进行高精度的车辆10的行驶和姿态控制。即,确定总驱动转矩的前馈量,以能够实现前后方向的行驶目标。具体来说,根据车辆前后加速度,预测所产生的惯性力,根据相当于车辆速度的平均驱动轮转动角速度,预测所产生的行驶阻力,通过赋予与其抵消的总驱动转矩,实现作为目标的前后行驶状态。
还有,确定连杆转矩的前馈量,以能够实现左右车体倾斜的目标。具体来说,根据车体倾斜侧摆角,预测所产生的重力转矩,根据车辆左右加速度,预测所产生的离心力的转矩,通过赋予与其抵消的连杆转矩,实现作为目标的左右车体倾斜状态。
另外,在本实施方式中,考虑力学模型中的所有主要要素,作为前馈量赋予必要的输出,但也可以忽略这些要素中的影响小的部分,利用更加简单的模型,确定前馈量。还有,也可以增加考虑本实施方式中没有考虑的要素。例如,也可以考虑驱动轮12的滚动阻力或连杆机构60中的干性摩擦等。
另外,在本实施方式中,根据行驶状态和车体姿态的目标值,作为前馈量赋予必要的输出,但也可以基于测定值,赋予准反馈量。这样,即使在目标值与实际值之间存在大的差异,也能够进行适当的控制。
接着,主控制ECU21根据各目标值和状态量的偏差,确定各促动器的反馈输出(步骤S19)。具体来说,利用下面的公式,确定总驱动转矩的反馈量τW,FB、驱动转矩左右差的反馈量ΔτW,FB以及连杆转矩的反馈量τL,FB,作为反馈输出。
[公式17]
这里,各反馈增益K**的值例如预先设定为利用极配置法所确定的值。另外,也可以导入滑动模式控制等非线性反馈控制。还有,作为更加简单的控制,也可以将除了KW2、KW3、Kd2和KL3之外的增益中的几个设定为零。为了消除恒定误差,也可以采用积分增益。
这样,利用状态反馈控制,赋予反馈输出,以使实际的状态接近作为目标的状态。具体来说,对于相对于前后行驶状态的平均驱动轮转动状态、相当于车体的倒立状态的车体倾斜纵摆角,通过赋予与测定值和目标值的差成比例的总驱动转矩,利用作为目标的状态,稳定地维持车辆10的前后行驶状态和车体的倒立状态。
还有,对于相当于转弯行驶状态的驱动轮转动状态左右差,通过赋予与测定值和目标值的差成比例的驱动转矩左右差,利用作为目标的状态,稳定地维持车辆10的转弯行驶状态。
还有,对于相当于左右倾斜状态的车体倾斜侧摆角,通过赋予与测定值和目标值的差成比例的连杆转矩,利用作为目标的状态,稳定地维持车体的左右倾斜状态。
另外,作为相当于转弯行驶状态的状态量,采用驱动轮转动角速度左右差。这样,通过控制驱动轮12的转动状态,可以降低驱动轮12进入锁止或空转的状态的可能性。
最后,主控制ECU21对各要素控制系统赋予指令值(步骤S20),结束行驶和姿态控制处理。具体来说,作为利用下面公式确定的指令值,主控制ECU21向驱动轮控制ECU22和连杆控制ECU25,发送右驱动转矩指令值τWR、左驱动转矩指令值τWL、总驱动转矩指令值τW、驱动转矩左右差指令值ΔτW以及连杆转矩指令值τL。
[公式18]
τW=τW,FF+τW,FB
ΔτW=ΔτW,FF+ΔτW,FB+ξτW,FB
τL=τL,FF+τL,FB
另外,ξ为接地载荷移动率。
这样,赋值时,将各前馈输出与各反馈输出的和作为指令值。还有,赋予右驱动转矩和左驱动转矩的指令值,以使其成为总驱动转矩和驱动转矩左右差要求的值。
另外,按照规定的时间间隔(例如,每100[μs]),重复执行行驶和姿态控制处理。
接着,说明车辆加速度目标值确定处理。
图15是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第1修正的图。图16是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第3修正的结果的图。图17是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第4修正的结果的图。图18是说明本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第5修正的结果的图。图19是表示本发明的第2实施方式的车辆加速度目标值确定处理的动作的流程图。另外,在图15中,(a)为车辆的侧面图,(b)为操纵杆的侧面图,(c)为操纵杆的俯视图,(d)为表示操纵杆的输入量与对应的目标值的关系的座标轴的图。在图16和17中,(a)表示车辆前后加速度目标值,(b)表示车辆左右加速度目标值。
在车辆加速度目标值确定处理中,主控制ECU21首先确定基准车辆加速度目标值(步骤S14-1)。具体来说,利用下面的公式,确定车辆前后加速度目标值。
[公式19]
另外,Ux为操纵杆前后输入量,αX,Max为车辆前后最大加速度。
用下面的公式,确定车辆左右加速度目标值。
[公式20]
另外,UY为操纵杆左右输入量,αY,Max为车辆左右最大加速度。
还有,根据操纵杆输入量,确定车辆加速度目标值。具体来说,将与操纵杆31的前后输入量成比例的值作为车辆前后加速度。此时,向前方的输入作为加速指令,向后方的输入作为减速指令。将与操纵杆31的左右输入量成比例的值作为车辆左右加速度。此时,指令向输入的方向转弯。
另外,在本实施方式中,对于车辆前后加速度,将最大加速度与最大减速度设定为同一值,但也可以设定为不同的值。此时,也可以在操纵杆31的前方输入时,将最大加速度乘以输入率的值作为加速度目标值,在操纵杆31的后方输入时,将最大减速度乘以输入率的值作为加速度目标值。
还有,在本实施方式中,对于车辆前后加速度,将操纵杆31的前方输入对应于加速,后方输入对应于减速,但也可以与此相反。即,后方输入对应于加速,前方输入对应于减速。这样,虽然操纵系统的直观操作感有所降低,但提高了对于作用在操纵者上的惯性力的稳定性。
另外,在本实施方式中,将操纵杆31的输入量变换为车辆加速度目标值后,进行了各种修正,但也可以在对输入量进行了修正后,将输入量变换成车辆加速度目标值。
接着,主控制ECU21确定第1修正车辆加速度目标值(步骤S14-2)。具体来说,利用下面的公式,确定第1修正后的车辆前后加速度目标值。
[公式21]
利用下面的公式,确定第1修正后的车辆左右加速度目标值。
[公式22]
另外,β为座标轴转动角正弦值,β=sβ0。还有,β0为座标轴转动角正弦值的绝对值。另外,s为操纵杆安装位置系数,当操纵杆31设置在搭乘部14的右侧时为1,设置在左侧时为-1。
这样,将前后加速度乘以规定的座标轴转动角正弦值的值加到左右加速度上。具体来说,当车辆前后加速度目标值为正时,即,向前方输入操纵杆31,使车辆10加速时,加上从操纵杆31的安装位置朝向车辆10的内侧的方向(图15(c)的上方向)的车辆左右加速度目标值。另一方面,当车辆前后加速度目标值为负时,即,向后方输入操纵杆31,使车辆10减速时,加上从操纵杆31的安装位置朝向车辆10的外侧的方向(图15(c)的下方向)的车辆左右加速度目标值。
如图15(d)所示,这个动作相当于使垂直于作为车辆左右加速度目标值设定的基准的驱动轮12的转动轴的操纵杆31的座标轴转动一个从车辆10的前方向车辆10的外侧的规定的角度β。另外,不转动与驱动轴12的转动轴平行的操纵杆31的座标轴。
这样,对于作为人操作斜前方的操纵杆31时的习惯的输入特性,通过利用非正交座标系适应车辆10的接收特性,可以使操纵者即乘员15没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。
另外,在本实施方式中,基于转动操纵杆31的前后方向的座标轴的直线状的座标轴,对输入量进行评价,但也可以采用在前方和后方为不同转动角的折线状的座标轴。还有,也可以采用使该折点部平滑的曲线状的座标轴。
接着,主控制ECU21确定第2修正车辆加速度目标值(步骤S14-3)。具体来说,利用下面的公式,确定第2修正后的车辆前后加速度目标值。
[公式23]
另外,ξX为滤波器系数,ξX=Δt/TX。还有,TX为低通滤波器时间常数。
利用下面的公式,确定第2修正后的车辆左右加速度目标值。
[公式24]
另外,ζY为滤波器系数,ζY=Δt/TY。还有,TY为低通滤波器时间常数。另外,在本实施方式中,利用如下公式,设定低通滤波器时间常数。
[公式25]
这样,利用低通滤波器,对车辆加速度目标值进行修正。即,利用低通滤波器,除去车辆前后加速度目标值的高频成分。在倒立型的车辆10中,由于需要根据前后加速度改变车体姿态,与噪声同时除去不需要的高频成分,以使车体姿态不产生振动和扰动。这样,能够提供更加舒适的倒立型的车辆10。
还有,利用低通滤波器,在左右加速度对于操纵杆输入的响应中,赋予适当的时间延迟。在同轴2轮倒立型的车辆10中,与前后行驶的响应性相比,转弯行驶的响应性太高,因此对于有关车辆10的车体姿态变化的特性时间,有意识地赋予时间延迟。这样,可以降低操纵者即乘员15对于转弯行驶的过敏响应所产生的别扭感,从而容易操纵。
另外,在本实施方式中,基于倒立型的车辆10的力学的特性时间,设定时间常数,但也可以基于其它的特性时间,确定时间常数。例如,也可以将有关车辆10的前后加减速运动的特性时间作为时间常数。还有,当有关车辆10的转弯的特性时间比有关车辆10的前后加减速运动的特性时间长时,也可以基于其时间特性,设定更大的相对车辆前后加速度目标值的低通滤波器的时间常数。
接着,主控制ECU21确定第3修正车辆加速度目标值(步骤S14-4)。具体来说,利用下面的公式,确定第3修正后的车辆前后加速度目标值。
[公式26]
另外,αX,IS为死区阈值,αX,IS=αX,IS,0′。αX,IS,O为前后死区阈值。还有,γX,IS为修正系数,
利用下面的公式,确定第3修正后的车辆左右加速度目标值。
[公式27]
另外,αY,IS为死区阈值,αY,IS=αY,IS,0+ΔαY,IS,V+ΔαY,IS,D -。
还有,γY,IS为修正系数,
另外,αY,IS,0为左右死区阈值,CIS,V为死区扩张速度系数(规定值),CIS,D为死区扩张减速度系数(规定值)。还有,本实施方式中,设定前后死区阈值和左右死区阈值,使得αY,IS,0>αY,IS,0。
这样,利用死区,对车辆加速度目标值进行修正。具体来说,如图16(a)所示,当车辆前后加速度目标值的绝对值在规定的前后死区阈值αX,IS,0以下时,将车辆前后加速度目标值设定为零。这样可以防止由于与操纵杆31对应的电气噪声或偏置、或者由于扰动引起的操纵杆31的微小输入等、在车辆停止时施加微小的驱动转矩。这样,能够提供舒适性和操纵性更好的车辆10。
还有,如图16(a)所示,当车辆左右加速度目标值的绝对值在规定的左右死区阈值αY,IS,0以下时,将车辆左右加速度目标值设定为零。这样考虑到接收操纵者的直进意图的操纵杆31在操作时出现左右方向的偏移,利用左右死区阈值,识别直进操作时不小心的左右方向输入与希望转弯时的有意的左右方向输入,从而忽略直进操作时不小心的左右方向输入,对车辆10的直进行驶性进行修正。这样,能够提供操纵性和舒适性更好的车辆10。
另外,随着作为车辆速度的驱动轮转动角速度的增加,增大左右死区阈值。这样,通过根据车辆速度扩张左右死区宽度,可以不依赖操纵者的技术,确保在高速行驶时更加重要的直进性。还有,在减速时,随着车辆减速度的增加,增大左右死区阈值。这样,可以确实防止紧急制动时车辆10出现左右晃动,能够实现更高的操纵性和安全性。
另外,为使车辆加速度目标值的最大值不发生变化,乘以规定的修正系数。
接着,主控制ECU21确定第4修正车辆加速度目标值(步骤S14-5)。具体来说,利用下面的公式,确定第4修正后的车辆前后加速度目标值。
[公式28]
这里, 还有,
另外,PX为前后输入指数,PX=pX+qX。另外,pX为前后输入指数的整数部分,qX为前后输入指数的小数部分(0≤qX<1)。
利用下面的公式,确定第4修正后的车辆左右加速度目标值。
[公式29]
这里,
还有,PY为左右输入指数,
另外,
另外,pY为左右输入指数的整数部分,qY为左右输入指数的小数部分(0≤qY<1)。还有,PY,In为左右内侧输入指数,PY,Out为左右外侧输入指数。在本实施方式中,设定时,使得PY,In>PY,Out。
这样,利用非线性函数,修正车辆加速度目标值。具体来说,如图17(a)和(b)所示,利用将前后输入指数和左右输入指数作为指数的指数函数,对车辆前后加速度目标值和车辆左右加速度目标值进行修正,以使大值时的变化率大于小值时的变化率。这样,通过让车辆10的感受特性适应人的操作量的非线性感受特性,可以使操纵者即乘员15没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。其结果,可以提供舒适性和操纵性更高的车辆10。
还有,根据操纵者的左右输入方向,采用不同的左右输入指数。如图17(b)所示,对于从操纵杆31的安装位置朝向车辆10的内侧的方向的车辆左右加速度目标值的左右输入指数要大于对于从操纵杆31的安装位置朝向车辆10的外侧的方向的车辆左右加速度目标值的左右输入指数。这样,通过让车辆10的感受特性适应人体非对称性结构和操作量的非对称的感受特性的左右差异,可以使操纵者即乘员15没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。其结果,可以提供舒适性和操纵性更高的车辆10。
另外,在本实施方式中,对于输入指数的指数函数,当输入指数不是整数时,利用指数为整数的函数进行简单近似,获取函数值,但也可以进行更严密的计算。例如,也可以利用泰勒级数进行近似计算。
接着,主控制ECU21确定第5修正车辆加速度目标值(步骤S14-6)。具体来说,利用下面的公式,确定第5修正后的车辆前后加速度目标值。
[公式30]
利用下面的公式,确定第5修正后的车辆左右加速度目标值。
[公式31]
s=1时,
s=-1时,
另外,αY,AS为非对称化加速度阈值, 还有,γY,AS为非对称系数。
如图18所示,在第5修正中,对车辆左右加速度目标值进行修正,以使输出特性在左右方向具有非对称性。具体来说,对于从操纵杆31的安装位置朝向车辆10的外侧的方向的车辆左右加速度目标值,乘以规定的大于1的值即非对称系数。这样,通过让车辆10的感受特性适应人体非对称性结构和操作量的非对称的感受特性的左右差异,可以使操纵者即乘员15没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。其结果,可以提供舒适性和操纵性更高的车辆10。
另外,通过乘以非对称系数,对值进行限制,使车辆左右加速度目标值不超过规定的最大值。
最后,主控制ECU21确定车辆左右加速度目标值(步骤S14-7),并结束车辆左右加速度目标值确定处理。如上所述,将利用第1-第5修正进行修正了车辆左右加速度目标值确定为最终车辆左右加速度目标值。
这样,在本实施方式中,输入装置30具有操纵者操作的操纵杆31,将与驱动轮12的转动轴垂直的方向的操纵杆31的倾斜量作为前后输入量,将沿与驱动轮12的转动轴平行的方向的操纵杆31的倾斜量作为左右输入量,将与修正后的前后输入量成比例的值设定为前后行驶状态,将与修正后的左右输入量成比例的值设定为转弯行驶状态,根据前后行驶状态以及/或者转弯行驶状态的时间履历,对所设定的前后行驶状态以及转弯行驶状态进行修正,对各驱动轮12赋予实现所设定的前后行驶状态以及转弯行驶状态的驱动转矩。
还有,将前后行驶状态作为车辆前后加速度,将转弯行驶状态作为车辆左右加速度。根据车辆前后加速度使车体前后倾斜,根据车辆左右加速度使车体左右倾斜。
另外,对于车辆前后加速度和车辆左右加速度进行低通滤波处理。具体来说,将时间常数大于车辆前后加速度的低通滤波器的时间常数的低通滤波器,作为车辆左右加速度的低通滤波器。还有,将车体的前后姿态控制中的时间延迟作为车辆左右加速度的低通滤波器的时间常数。
另外,将前后加速度乘以规定的座标轴转动角正弦值的值加到左右加速度上。具体来说,当前后加速度为正时,加上从作为操纵装置的操纵杆31的位置朝向车辆的内侧的方向的左右加速度。当前后加速度负时,加上朝向外侧的方向的左右加速度。
另外,当车辆前后加速度的绝对值小于规定的前后死区阈值时,将车辆前后加速度设定为零。当车辆左右加速度的绝对值小于规定的左右死区阈值时,将车辆左右加速度设定为零。此时,设定左右死区阈值大于前后死区阈值。随着车辆速度的增加,增大左右死区阈值。还有,当前后加速度为负值时,随着其绝对值的增加,增大左右死区阈值。
另外,将与车辆前后加速度的值乘以规定的前后输入指数的乘积成比例的值作为车辆前后加速度,将与车辆左右加速度的值乘以规定的左右输入指数的乘积成比例的值作为车辆左右加速度。此时,根据车辆左右加速度的正负,采用不同的左右输入指数,对于从操纵杆31的位置朝向车辆10的内侧的方向的车辆左右加速度时所采用的左右输入指数要大于朝向车辆10的外侧的方向的车辆左右加速度时所采用的左右输入指数。
另外,对于从操纵杆31的位置朝向车辆10的外侧的方向的车辆左右加速度,乘以规定的非对称系数。
这样,可以实现与人体结构和动作特性、感受特性等相适应的操纵特性,可以提供谁都能够容易且轻松操纵的操纵性高的车辆10。
接着,说明本发明的第3实施方式。另外,对于与第1和第2实施方式相同的结构,采用相同符号,故省略其说明。还有,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20是表示本发明的第3实施方式的车辆的结构的概略图。
在上述第2实施方式中,根据假想的“平均的”操纵者的规定的参数,进行车辆加速度目标值的修正。但是,由于人体结构和动作特性、感受特性等因人而异,因此可能对于一些操纵者来说,会感觉到操纵性不好,自身的操纵意图与实现的车辆行驶动作不一致。
这里,在本实施方式中,根据车辆加速度的时间履历,对修正参数进行修正。还有,具有对存在在外部储存装置中的修正参数进行获取和改写的读写机构,在车辆启动时获取所储存的修正参数,将所获得的值作为修正参数的初始值,在车辆停止时将修正参数的最终值储存在外部储存装置中。这样,可以即刻实现适合操纵者的技术、经验、习性等的操纵特性,可以提供谁都能够容易操纵的车辆10。
如图20所示,在本实施方式中,输入装置30除了操纵杆31之外,还具有输出车辆系统的动作指令的控制开关32、与作为外部储存装置的ID卡34进行传送接收信息、和作为对该ID卡34储存的数据进行读写操作的读写机构的ID卡接口33。
当操纵者即乘员15对上述控制开关32进行操作时,该控制开关32输出动作指令,接收到该动作指令的主控制ECU21开始进行车辆系统的控制。
还有,乘员15拥有识别自身的ID卡34。该ID卡34具有磁条、半导体储存器等数据储存机构,作为数据储存有上述乘员15专用的修正参数。乘员15利用自身所有的ID卡34,与ID卡接口33连接通信,将上述ID卡34中储存的修正参数读入ID卡接口33,然后主控制ECU21从ID卡接口33读入上述修正参数,将其设定为车辆加速度目标值修正用的修正参数的初始值。还有,结束车辆系统控制后,主控制ECU21向ID卡接口33传送修正后的修正参数,将其储存在ID卡34中。
另外,对于其它的结构,与上述第2实施方式一样,故省略说明。
接着,详细说明本实施方式的车辆10的动作。首先,说明控制车辆系统的系统控制处理。
图21是表示本发明的第3实施方式的系统控制处理的动作的方框图。
在系统控制处理中,主控制ECU21判断是否开始控制(步骤S21)。具体来说,抑制待机到接收到来自控制开关32的动作指令为止,当接收到该动作指令时,则判断开始控制。
当判断为开始控制时,主控制ECU21判断是否能够读入ID卡34的数据(步骤S22)。此时,当能够利用ID卡接口33读入储存在ID卡34中的数据、且该数据为修正参数时,则判断能够读入。
如果判断为能够读入,主控制ECU21则获取修正参数(步骤S23)。具体来说,经过ID卡接口33,接收ID卡接口33读入的储存在ID卡34中的修正参数,将其设定为车辆加速度目标值修正用的修正参数的初始值。
还有,如果判断为不能读入,主控制ECU21则设定修正参数(步骤S24)。此时,将规定值设定为车辆加速度目标值修正用的修正参数的初始值。
接着,主控制ECU21进行行驶和姿态控制处理(步骤S25)。此时,一边对作为初始值设定的修正参数进行修正,一边进行与上述第2实施方式相同的行驶和姿态控制处理。
接着,判断是否结束控制(步骤S26)。具体来说,如果不能接收来自控制开关32的动作指令,则判断为结束控制。另外,如果能够接收来自控制开关32的动作指令,则判断为不是结束控制,从而重复进行行驶和姿态控制处理。
当判断为结束控制时,主控制ECU21储存修正参数(步骤S27),然后结束系统控制处理。具体来说,主控制ECU21向ID卡接口33传送修正后的修正参数的最终值,该ID卡接口33将上述修正参数的最终值写入并储存在ID卡34中。
这样,将适合各操纵者的修正参数储存在各操纵者拥有的外部储存装置中。即,在控制结束时,将修正后的修正参数的最终值储存在ID卡34中。还有,在控制开始时,获取储存在ID卡34中的修正参数,作为修正前的初始值。另外,当不能获取时,将相当于平均的操纵性能的规定值设定为初始值。这样,通过在与各操纵者对应的ID卡34中储存作为信息之一的修正参数,可以节约对修正参数进行修正时所需的时间,同时在多个人共用1台车辆10的使用环境中,通过简单且瞬间地适应各操纵者的特性,能够提供舒适性和方便性更高的车辆10。
另外,在本实施方式中,将ID卡34用作为适应各位个人的修正参数的外部储存装置,但也可以与其它功能并用。例如,也可以让ID卡34兼作认证机构,其储存ID号,车辆10储存使用许可ID号序列,当使用许可ID号序列中的数据之一与ID号相符时,才允许开始控制。
还有,在本实施方式中,作为外部储存装置,采用了可以从车辆10取下的ID卡34,但也可以采用安装在车辆10上的储存装置。此时,在控制开始前,输入密码等确认个人的信息,或者,从多个使用者名单中选择自己,从而确定操纵者个人,获取在上次车辆使用时储存在设置于车辆10中的储存装置中的修正参数的值。
接着,说明本实施方式的车辆加速度目标值确定处理。
图22是说明本发明的第3实施方式的座标轴转动角正弦值的推定的图。图23是表示本发明的第3实施方式的车辆加速度目标值确定处理的动作的流程图。
在车辆加速度目标值确定处理中,主控制ECU21首先确定基准车辆加速度目标值(步骤S14-11)。另外,确定基准车辆加速度目标值的动作与上述第2实施方式的图19所示的步骤S 14-1的动作相同,省略其说明。
接着,主控制ECU21确定修正参数(步骤S14-12)。此时,利用下面的公式,确定座标轴转动角正弦值β、左右死区阈值αY,IS,0、左右外侧输入指数PY,Out以及非对称系数γY,As。
[公式32]
这里,βInit为座标轴转动角正弦值初始值、αY,IS,0,Init为左右死区阈值初始值,PY,Out,Init为左右外侧输入指数初始值,γY,As,Init为非对称系数初始值。还有,NTR为初始值固定数据数,NTR=TTR/Δt,TTR为初始值固定时间(规定值),ξ为过滤器系数,ξ=Δt/TLP,TLP为过滤器时间常数(规定值)。
还有,利用下面的公式,确定座标轴转动角正弦值β的推定值、左右死区阈值αY,IS,0的推定值、左右外侧输入指数PY,Out的推定值以及非对称系数γY,As的推定值。
[公式33]
另外,利用下面的公式,确定前后加速度2次方和SXX、左右加速度2次方和SYY、以及加速度相乘和SXY。
[公式34]
另外,N为参照数据数,N=Tref/Δt,Tref为参照时间(规定值)。另外,利用下面的公式,确定选拔加速度。
[公式35]
另外,利用下面的公式,确定选拔判定值。
[公式36]
还有,Tsh为最大输入转移时间选拔阈值(规定值)。
另外,利用下面的公式,确定方差值。
[公式37]
另外,Δσ为方差差值,Δσ=σIn-σOut。还有,利用下面的公式,确定内侧方差值。
[公式38]
另外,利用下面的公式,确定内侧左右加速度2次方SYY,In和以及内侧加速度相乘和SXY,In。
[公式39]
另外,为内侧加速度,
这里,NIn为内侧加速度数据数,为上述内侧加速度的公式中相当于第1行的次数。
还有,利用下面的公式,确定外侧方差值。
[公式40]
另外,利用下面的公式,确定外侧左右加速度2次方SYY,Out和以及外侧加速度相乘和SXY,Out。
[公式41]
这里,NOut为内侧加速度数据数,为上述外侧加速度的公式中相当于第1行的次数。
这样,利用车辆加速度的时间履历,对修正参数进行修正。首先,根据车辆左右加速度目标值与车辆前后加速度目标值的比的平均值,修正基准轴的倾斜。此时,如图22所示,作为车辆左右加速度目标值与车辆前后加速度目标值之间的时间平均的关系,假定相当于直线的比例关系,利用最小二乘法,推定该比例常数。以表示时间平均的比例关系的直线为基准轴,将该比例常数作为座标轴转动角正弦值β。这样,基于以相同频度和程度来执行右拐操作与左拐操作的假设,以操纵操作的时间平均为操纵者的感觉的基准轴,将该基准轴的斜率作为座标轴转动角正弦值β,从而对于人从斜前方操作操纵杆31时的习惯的输入特性的个人差,利用车辆10侧的修正来修正,可以使操纵者即乘员15没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。
还有,根据相对于基准轴的车辆左右加速度目标值的离散,对左右死区的宽度进行修正。首先,将车辆前后加速度目标值乘以比的平均值的乘积作为基准车辆左右加速度,作为方差值,获取与此对应的车辆左右加速度目标值的偏差的2次方平均值。将与方差值的正的平方根即标准偏差值成比例的值作为左右死区阈值。这样,基于与直进操作相比、转弯操作的频度少很多、相对于基准轴的左右操纵操作大多数是操纵者在直进操作的不小心的操作量的偏差这一假设,通过适当修正对直进操作时不小心的左右方向输入与希望转弯时的有意的左右方向输入进行识别的阈值,可以修正操纵技术的个人差异,可以不依赖操纵者的技术和习性,保障车辆10的直进行驶性。
另外,根据相对于基准轴的车辆左右加速度目标值的离散的非对称度,对左右死区的程度进行修正。首先,获取车辆左右加速度目标值大于基准车辆加速度时的车辆左右加速度的方差值与车辆左右加速度目标值小于基准车辆加速度时的车辆左右加速度的方差值的差值,作为车辆左右加速度目标值的非对称度。然后,按照与非对称度成比例的量,对左右外侧输入指数和非对称系数进行修正。这样,基于右拐操作与左拐操作为相同频度和程度、操纵操作的非对称性是操纵者不小心的结果这一假设,对非对称化的程度进行适当修正,以减轻对于基准轴的朝向车辆10内侧的离散与朝向车辆10外侧的离散之间的差,从而对操纵者的习性的操纵特性的个人差进行补偿,可以使操纵者即乘员15没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。
还有,当车辆加速度目标值的瞬时值和其变化率小时,从时间履历中去除该数据,不予考虑。具体来说,忽略车辆前后加速度和车辆左右加速度的矢量和即车辆并进加速度的目标值与其时间变化率的乘积的绝对值在规定的阈值以下时的车辆加速度目标值,确定各修正参数。这样,有选择地抽出操纵者的个人差异更显著的操作时和更快操作时的操纵履历,忽略相当于其后的修正操作的小操作,从而能够更加适当地对修正参数进行修正。
另外,从控制开始至规定时间内,禁止修正参数的修正。从控制开始至经过规定时间为止,使用储存在ID卡34内的修正参数的值。这样,通过采用过去的数据,可以省略从第2次使用起适应修正参数所需的时间,从而能够在行驶刚刚开始后利用适合操纵者的特性,即刻保障操纵性和舒适性。
另外,对经过规定时间后的修正参数值进行低通滤波处理。这样,通过同时采用必要数据少的IIR型低通滤波器,即使缩短最小二乘法的参照时间,即降低膨大的车辆加速度目标值的数据量,也能够稳定地对修正数据进行修正。
另外,在本实施方式中,在没有直接获取操纵者对于操纵特性的希望的前提下,去适应操纵特性,但也可以获取操纵者对于操纵特性的希望,在考虑该希望的前提下,去适应操纵特性。例如,也可以利用搭乘部14所具备的输入装置30,让操纵者即乘员15能够输入离散的操纵特性的选择或操纵特性的定性的修正方向希望,禁止与该乘员15的希望相背离的修正参数的修正。还有,也可以在搭乘部14上设置操纵者自身手动调整操纵特性的调整器、和切换手动适应与自动适应的开关,当开关处于指示手动适应的状态时,根据调整器的输入量,对修正参数进行修正,当开关处于指示自动适应的状态时,进行本实施方式的自动适应控制。
还有,在本实施方式中,不检测或推定操纵者的操纵意图,而基于大的假设和平均化,对修正参数进行修正。但也可以检测或推定操纵者的操纵意图,在考虑这些意图的前提下,对修正参数进行修正。例如,也可以具有作为车辆导航系统的地图数据以及检测自车位置的传感器,利用这些东西,判断行驶路是稍微弯曲还是由于操纵者的不小心操作导致的弯曲,如果判断是操纵者的有意操作时,则将该时间的车辆加速度目标值从时间履历中去除。还有,也可以根据方向指示器等、操作者操作的其它要素的操作量,推定考虑操纵者的操纵意图。
接着,主控制ECU21确定第1修正车辆加速度目标值(步骤S14-13)。另外,之后的动作、即步骤S14-13至S14-18的动作,与上述第2实施方式的图19所示的步骤S14-2至S 14-7的动作相同,省略其说明。
这样,在本实施方式中,根据车辆加速度的时间履历,对修正参数进行修正。具体来说,对座标轴转动角正弦值、左右死区阈值、左右输入指数或非对称系数中的一个以上进行修正,作为校正参数。
然后,根据车辆左右加速度与车辆前后加速度的比的平均值,对修正参数进行修正。此时,利用最小二乘法,确定比的平均值。将比的平均值作为座标轴转动角正弦值。还有,根据对于将车辆前后加速度乘以比的平均值的乘积即基准车辆左右加速度的车辆左右加速度的偏差的2次方的平均的方差值,修正左右死区阈值。另外,根据在基准车辆左右加速度以上的车辆左右加速度的方差值与在基准车辆左右加速度以下的车辆左右加速度的方差值的差值,修正左右输入指数以及/或者非对称系数。
还有,从时间履历中,去除车辆加速度以及/或者车辆加速度的时间变化率小于规定的阈值时的车辆加速度。具体来说,将车辆加速度与同时间变化率的乘积的绝对值在规定的阈值以下时,将其去除。
另外,作为对储存在作为外部储存装置的ID卡34中的修正参数进行获取和写入的读写机构,具有ID卡接口33,在车辆启动时,获取储存的修正参数,将所获取值作为修正参数的初始值,在车辆停止时,将修正参数的最终值储存到ID卡接口34。
这样,可以即刻实现适合操纵者的技术、经验、习性等操纵特性,可以提供谁都能够容易操纵的车辆10。
接着,说明本发明的第4实施方式。另外,与第1-第3实施方式相同的结构采用相同符号,故省略其说明。还有,对于与上述第1-第3实施方式相同的动作和相同的效果,省略其说明。
图24是表示本发明的第4实施方式的车辆的结构的概略图。图25是表示本发明的第4实施方式的车辆系统的结构的方框图。另外,在图24中,(a)是表示在右侧安装操纵装置时的安装部开关的动作的图,(b)是表示在右侧安装操纵装置时的车辆的俯视图,(c)是表示在左侧安装操纵装置时的车辆的俯视图,(d)是表示在左侧安装操纵装置时的安装部开关的动作的图,(e)是表示安装部开关的内部结构的图。
在上述第1-第3实施方式中,操纵杆31设置在搭乘部14的侧面,当操纵者即乘员15用一只手对其进行操作时,如果习惯手侧与操纵杆31的设置侧不同,操纵将非常困难。本来,作为其解决方法,可以考虑在搭乘部14的左右两侧都安装操纵杆31,但此时又会妨碍实现廉价轻量简单的车辆10。
此时,在本实施方式中,采用如下构造,即在搭乘部14的左右两侧设置操纵装置安装部,作为操纵装置的操纵杆31可以与其一方连接。这样,不管习惯手是左右的任一方,谁都可以舒适地进行操纵,可以提供操纵性和舒适性高且廉价的车辆10。
如图24所示,本实施方式的操纵杆31具有设置在基部31a内的安装部开关35。该安装部开关35作为安装侧识别装置,包括安装在基部31a内且各自能够摇动的右安装开关35R和左安装开关35L、开关用ECU35a、和与上述右安装开关35R和左安装开关35L接触分离的一对开关接点35b。上述操纵杆31可以安装在作为在搭乘部14的右腋或左腋设置的操纵装置安装部的操纵装置右侧安装部18R和操纵装置左侧安装部18L中,并能够插拔。
还有,如图24(e)所示,在与右安装开关35R和左安装开关35L的基部连接的摇动轴周围,设置有由圈弹簧等构成的加压部件38。利用该加压部件38,使右安装开关35R和左安装开关35L的前端受到压力,从而离开开关接点35b。即,利用加压部件38,使得右安装开关35R和左安装开关35L的前端压向竖直下方移动。因此,在操纵杆31没有安装到操纵装置右侧安装部18R和操纵装置左侧安装部18L中的状态下,右安装开关35R和左安装开关35L与开关接点35b之间维持在断开状态。
另外,在上述基部31a的底板上,形成有左右一对的贯穿孔36。当操纵杆31安装到操纵装置右侧安装部18R中时,如图24(a)所示,从操纵装置右侧安装部18R的上面向上突出的右凸部19R从右侧的贯穿孔36进入基部31a内,将右安装开关35R顶起。由此,右安装开关35R的顶端向竖直上方位移,从而与开关接点35b相接触。这样,开关用ECU35a感觉到电位差的变化,将右安装开关35R的连接状态、即在操纵装置右侧安装部18R上安装有操纵杆31,作为右侧连接信号,传送到主控制ECU21。
还有,当操纵杆31安装到操纵装置左侧安装部18L中时,如图24(d)所示,从操纵装置左侧安装部18L的上表面向上突出的左凸部19L从左侧的贯穿孔36进入基部31a内,将左安装开关35L顶起。由此,左安装开关35L的顶端向竖直上方位移,从而与开关接点35b相接触。这样,开关用ECU35a感觉到电位差的变化,将左安装开关35L的连接状态、即在操纵装置左侧安装部18L上安装有操纵杆31,作为左侧连接信号,传送到主控制ECU21。
这样,在本实施方式中,利用简单的系统,能够可靠地判断是否安装了操纵杆31,是安装在左右的哪一侧。另外,从输入装置30向主控制ECU21传送的信号均是无线信号。因此,可以在左右切换安装操纵杆31,而与电气配线无关,从而能够提供方便性和舒适性更高的车辆10。
另外,在本实施方式中,利用机械结构,判断操纵杆31的连接状态,但也可以利用其它的电磁或电子信息来识别连接状态。例如,当是利用有线获取相当于操纵杆操作量的电气信号的车辆10时,也可以在左右分别具备电气插口,当其一方接受到信号时,则判断该侧连接有操纵杆31。还有,也可以让操纵者自身经由输入装置30,输入在哪一侧连接。
另外,对于车辆系统的其它的结构,与上述第2实施方式一样,故省略说明。
接着,详细说明本实施方式的车辆10的动作。这里,只说明控制车辆系统的动作的系统控制处理。
图26是说明本发明的第4实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第1修正的图。图27是说明本发明的第4实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第4修正的结果的图。图28是说明本发明的第4实施方式的车辆加速度目标值确定处理中的第5修正的结果的图。图29是表示本发明的第4实施方式的系统控制处理的动作的流程图。另外,在图26-28中,(a)表示操纵装置安装在右侧的情况,(b)表示操纵装置安装在左侧的情况。
在系统控制处理中,主控制ECU21判断是否开始控制(步骤S31)。具体来说,等待接收来自控制开关32的动作指令,当接收到该动作指令时,则判断开始控制。
当判断为开始控制时,主控制ECU21判断是否是右侧安装(步骤S32)。此时,当从安装部开关35只接收到右侧连接信号时,则判断为右侧安装,即,操纵杆31安装在操纵装置右侧安装部18R中。
如果判断为右侧安装,主控制ECU21设定s=1(步骤S33)。即,操纵杆安装位置系数s的值设定为1,相当于操纵杆31在操纵装置右侧安装部18R中的状态。
如果判断为不是右侧安装,主控制ECU21判断是否是左侧安装(步骤S34)。此时,当从安装部开关35只接收到左侧连接信号时,则判断为左侧安装,即,操纵杆31安装在操纵装置左侧安装部18L中。
如果判断为左侧安装,主控制ECU21设定s=-1(步骤S35)。即,操纵杆安装位置系数s的值设定为-1,相当于操纵杆31在操纵装置左侧安装部18L中的状态。
另外,如果判断为不是左侧安装,主控制ECU21则直接结束系统控制处理。
这样,基于连接信号,判断操纵杆31的安装状态。即,接收到右侧连接信号、且没有接收到左侧连接信号时,判断操纵杆31安装在搭乘部14的右侧,设定相当于右侧安装状态的操纵杆安装位置系数s=1,然后开始行驶与姿态控制处理。还有,接收到左侧连接信号、且没有接收到右侧连接信号时,判断操纵杆31安装在搭乘部14的左侧,设定相当于左侧安装状态的操纵杆安装位置系数s=-1,然后开始行驶与姿态控制处理。
这样,可靠地识别操纵杆31的安装状态,根据该安装状态,切换操纵杆安装位置系数,从而进行适用安装状态的车辆加速度目标值的修正,能够实现高操纵性和舒适性,且与安装状态无关。
另外,当同时接收到右侧连接信号和左侧连接信号时,或者,同时没有接收到时,判断操纵杆31的安装状态为异常,结束系统控制处理。这样,禁止在异常状态下的动作,确保充分的安全性,同时禁止在没有固定操纵杆31的情况下进行操纵,促使在在固定了操纵杆31的安全状态下进行操纵。
接着,主控制ECU21进行行驶与姿态控制处理(步骤S36)。此时,根据设定的操纵杆安装位置系数s,进行与上述第2实施方式相同的行驶与姿态控制处理。
另外,在本实施方式中,根据操纵杆31的安装状态,设定操纵杆安装位置系数s为1或-1,因此如图26所示,进行行驶与姿态控制处理的车辆加速度目标值确定处理中的第1修正。另外,图26(a)表示右侧安装状态,即,操纵杆安装位置系数s=1的情况。图26(b)表示左侧安装状态,即,操纵杆安装位置系数s=-1的情况。
还有,如图27和28所示,进行第4和第5修正。在图27和28中,
(a)表示右侧安装状态,即,操纵杆安装位置系数s=1的情况。(b)表示左侧安装状态,即,操纵杆安装位置系数s=-1的情况。
最后,判断是否控制结束(步骤S37)。具体来说,如果不能接收来自控制开关32的动作指令,则判断为控制结束,从而结束系统控制处理。另外,如果能够接收来自控制开关32的动作指令,则判断为不是控制结束,从而重复进行行驶与姿态控制处理。
这样,在本实施方式中,在搭乘部14的左右两侧设置操纵装置右侧安装部18R和操纵装置左侧安装部18L,操纵杆31可以安装在其中任一方。具有设置在操作杆31的基部31a的2个安装侧试别开关,即,右安装开关35R和左安装开关35L,在操作杆31被固定的状态下,右安装开关35R和左安装开关35L中的一个被自动按下。还有,根据安装部开关35传送的右侧连接信号和左侧连接信号,反置对于操纵杆31的左右输入的感受特性。具体来说,切换座标轴转动角正弦值、左右输入指数和非对称系数。还有,变更操纵杆安装位置系数的值。另外,当右侧连接信号和左侧连接信号均未被接收到时,禁止启动车辆10。另外,利用从输入装置30至主控制ECU21的无线信号,传送操作杆31的操作量。
这样,不管习惯手是左右的任一方,谁都可以舒适地进行操纵,可以提供操纵性和舒适性高且廉价的车辆10。
接着,说明本发明的第5实施方式。另外,对于与第1-第4实施方式相同的结构,采用相同符号,故省略其说明。还有,对于与上述第1-第4实施方式相同的动作和相同的效果,省略其说明。
图30是表示本发明的第5实施方式的车辆系统的结构的方框图。
在本实施方式中,说明车辆10具有3轮以上的车轮的情况。即,上述车辆10为例如前轮1轮后轮2轮的3轮车,前轮2轮后轮1轮的3轮车,前轮2轮后轮2轮的4轮车,只要具有3个以上的车轮,可以是任意种类。
这里,为了方便说明,象作为上述第1实施方式中的其它例进行说明的如图3所示的车辆10那样,只对上述车辆10具有设置在车体前方、作为操舵轮的1个前轮的车轮12F、和设置在车体后方、作为驱动轮12的左右2个后轮即车轮12L、12R的3轮车的例子进行说明。
此时,车辆10能够通过利用与上述第1-第4实施方式一样的连杆机构60来改变左右车轮12L、12R的外倾角,同时使包括搭乘部14和本体部11的车体向转弯内轮侧倾斜,即、使车体向横方向(左右方向)倾斜。另外,不进行倒立摆姿态控制的姿态控制。即,不进行车体的前后方向的姿态控制。
还有,车轮12F经由悬架装置的一部分即前轮叉17,与本体部11连接。具体来说,操舵部77设置在本体部11的前端上部,前轮叉17的转动轴受到该操舵部77的支撑并能转动。还有,上述操舵部77具有作为操舵用促动器的转向促动器71、和作为操舵量检测器的舵角传感器72。
上述转向促动器71根据来自输入装置30的行驶指令,转动上述前轮叉17的转动轴,作为操舵轮的车轮12F改变舵角。即,车辆10的操舵通过所谓的线控(by wire)进行。还有,操舵角传感器72能够通过检测上述前轮叉17的转动轴的角度变化,检测车轮12F的舵角、即操舵装置的操舵量。
另外,本实施方式的车辆10具有如图30所示的车辆系统。输入装置30具有操舵角传感器72、节气门操作把手73和制动杆74作为操纵装置。上述节气门操作把手73是如下装置,即检测加速操作中的操作杆31向前后方向的操作量,根据该操作量,输入对车辆10进行加速的行驶指令。还有,上述制动杆74是如下装置,即检测减速操作中的操纵杆31向前后方向的操作量,根据该操作量,输入对车辆10进行减速的行驶指令。
还有,控制ECU20具有操舵控制ECU24。主控制ECU21根据来自操作杆31的行驶指令,向操舵控制ECU24传送操舵指令值。该操舵控制ECU24向转向促动器71供给相当于所接收的操舵指令值的输入电压。然后,操舵角传感器72所检测的舵角传送到主控制ECU21。
还有,车体控制系统具有横加速度传感器42和连杆传感器43。该横加速度传感器42是由一般的加速度传感器、陀螺传感器等构成的传感器,检测车辆10的横加速度。还有,上述连杆传感器43为回转式编码器等构成的传感器,通过检测连杆机构60的连杆部件之间的转动角的变化,检测连杆转动角度以及/或者转动角速度。
另外,对于其它结构,与上述第1和第2实施方式一样,故省略说明。
接着,详细说明本实施方式的车辆10的动作。首先,说明行驶和姿态控制处理。
在行驶和姿态控制处理中,主控制ECU21首先从传感器获取各状态量。本实施方式中,由于不进行前后方向的姿态控制,不需要车体倾斜纵摆角或纵摆角速度,因此对其不进行获取处理。
接着,主控制ECU21计算剩余的状态量。由于不需要纵摆角速度或车体倾斜纵摆角,因此对其不进行计算处理。
另外,之后进行的操纵者的操纵操作量的获取动作、以及车辆加速度的目标值的确定动作,与上述第2实施方式一样,故省略说明。
接着,主控制ECU21根据车辆加速度的目标值,计算驱动轮转动角速度的目标值。这里,平均驱动轮转动角速度的目标值的确定动作,与上述第2实施方式一样,故省略说明。
还有,在本实施方式中,主控制ECU21利用下面的公式,确定驱动轮转动角速度左右差的目标值。
[公式42]
另外,δ为舵角,L为轴距。
这样,在本实施方式中,根据操舵角和平均驱动轮转动角速度目标值,确定左右的驱动轮12的转动角速度的差的目标即驱动轮转动角速度左右差目标值。
接着,主控制ECU21确定车体倾斜角的目标值。另外,由于在本实施方式中不进行前后方向的姿态控制,因此主控制ECU21在确定车体倾斜角的目标值时,不计算车体倾斜纵摆角的目标值,只确定车体倾斜侧摆角的目标值。车体倾斜侧摆角的目标值与上述第2实施方式一样,故省略说明。
对于车体倾斜侧摆角,虽然在接地载荷中心处于作为2个驱动轮12的接地点之间的稳定区域的范围内可以自由设定目标姿态,但在本实施方式中,将乘员15的载荷最小的姿态作为目标值。
另外,行驶和姿态控制处理中之后的动作、与上述第2实施方式相同,省略其说明。
还有,对于车辆加速度目标值确定处理,也与上述第2实施方式相同,省略其说明。
同样,在本实施方式中,输入装置30具有操纵者操作的操纵杆31,将与驱动轮12的转动轴垂直的方向的操纵杆31的倾斜量作为前后输入量,将沿与驱动轮12的转动轴平行的方向的操纵杆31的倾斜量作为左右输入量,将与修正后的前后输入量成比例的值设定为前后行驶状态,将与修正后的左右输入量成比例的值设定为转弯行驶状态,根据前后行驶状态以及/或者转弯行驶状态的时间履历,对所设定的前后行驶状态以及转弯行驶状态进行修正,对各驱动轮12赋予实现所设定的前后行驶状态以及转弯行驶状态的驱动转矩。
还有,将前后行驶状态作为车辆前后加速度,将转弯行驶状态作为车辆左右加速度。根据车辆左右加速度使车体左右倾斜。
对于其它点,与上述第2实施方式一样,故省略说明。
接着,说明本发明的第6实施方式。另外,对于与第1-第5实施方式相同的结构,采用相同符号,故省略其说明。还有,对于与上述第1-第5实施方式相同的动作和相同的效果,省略其说明。
图31是表示本发明的第6实施方式的车辆系统的结构的方框图。
在上述第5实施方式中,根据假想了“平均的”操纵者的规定的参数,进行车辆加速度目标值的修正。但是,由于人体结构和动作特性、感受特性等因人而异,因此可能对于一些操纵者来说,会感觉到操纵性不好,自身的操纵意图与实现的车辆行驶动作不一致。
这里,在本实施方式中,根据车辆加速度的时间履历,对修正参数进行修正。还有,具有对存在在外部储存装置中的修正参数进行获取和改写的读写机构,在车辆启动时获取所储存的修正参数,将所获得的值作为修正参数的初始值,在车辆停止时将修正参数的最终值储存在外部储存装置中。这样,可以即刻实现适合操纵者的技术、经验、习性等的操纵特性,可以提供谁都能够容易操纵的车辆10。
如图31所示,在本实施方式中,输入装置30除了操舵角传感器72、节气门操作把手73和制动杆74之外,还具有与作为外部储存装置的ID卡34进行传送接收信息、对该ID卡34储存的数据进行读写操作的作为读写机构的ID卡接口33。
操纵者即乘员15拥有识别自身的ID卡34。该ID卡34具有磁条、半导体储存器等数据储存机构,作为数据储存有上述乘员15专用的修正参数。乘员15利用自身所有的ID卡34,与ID卡接口33连接通信,将上述ID卡34中储存的修正参数读入ID卡接口33,然后主控制ECU21从ID卡接口33读入上述修正参数,将其设定为车辆加速度目标值修正用的修正参数的初始值。还有,结束车辆系统控制后,主控制ECU21向ID卡接口33传送修正后的修正参数,将其储存在ID卡34中。
另外,对于其它的结构,与上述第3和第5实施方式一样,故省略说明。
对于本实施方式的车辆10的动作,与上述第3和第5实施方式一样,故省略说明。
接着,说明本发明的第7实施方式。另外,对于与第1-第6实施方式相同的结构,采用相同符号,故省略其说明。还有,对于与上述第1-第6实施方式相同的动作和相同的效果,省略其说明。
图32是表示本发明的第7实施方式的车辆的结构的概略图。图33是表示本发明的第7实施方式的车辆系统的结构的方框图。另外,在图32种,(a)是表示在左侧安装操纵装置时的车辆的背面图,(b)是表示在右侧安装操纵装置时的车辆的背面图。
在上述第5和第6实施方式中,操纵杆31设置在搭乘部14的侧面,当操纵者即乘员15用一只手对其进行操作时,如果习惯手侧与操纵杆31的设置侧不同,操纵将非常困难。本来,作为其解决方法,可以考虑在搭乘部14的左右两侧都安装操纵杆31,但此时又会妨碍实现廉价轻量简单的车辆10。
此时,在本实施方式中,采用如下结构,即在搭乘部14的左右两侧设置操纵装置安装部,作为操纵装置的操纵杆31可以与其一方连接。这样,不管习惯手是左右的任一方,谁都可以舒适地进行操纵,可以提供操纵性和舒适性高且廉价的车辆10。
如图33所示,本实施方式的输入装置30具有安装部开关35。该安装部开关35作为安装侧识别装置。上述操纵杆31可以安装在设置于搭乘部14的右腋或左腋的操纵装置安装部,并能够插拔。
另外,对于其它的结构,与上述第4和第5实施方式一样,故省略说明。
对于本实施方式的车辆10的动作,与上述第4和第5实施方式一样,故省略说明。
另外,在本发明的第2-第7实施方式中,作为解决以前技术的问题点的手段,可以提出如下的技术。
一种车辆,具有安装在车体上并能够转动的左右驱动轮、具备操纵者进行操作的操纵杆的操纵装置、和对于赋予各个上述驱动轮的驱动转矩进行控制从而对上述车体的姿态进行控制并且根据上述操纵装置的操作量对行驶进行控制的车辆控制装置,该车辆控制装置取得与上述驱动轮的转动轴垂直的方向的上述操纵杆的输入量作为前后输入量,取得沿与上述驱动轮的转动轴平行的方向的上述操纵杆的输入量作为左右输入量,将与获取的前后输入量成比例的值设定为表示前后方向的行驶状态的量即前后行驶状态,将与获取的左右输入量成比例的值设定为表示转弯行驶的状态的量即转弯行驶状态,根据该设定的前后行驶状态以及/或者转弯行驶状态的时间履历,对所设定的前后行驶状态以及转弯行驶状态进行修正,对各个上述驱动轮赋予实现所修正的前后行驶状态以及转弯行驶状态的驱动转矩。
根据该结构,能够实现适合人体结构、动作特性、感受特性的操纵特性,提供谁都能容易且舒适操纵的操纵性高的车辆。
在其它的车辆中,还有,上述前后行驶状态为车辆前后加速度,上述转弯行驶状态为车辆左右加速度。
根据该结构,通过操纵杆可以输入的2个信息与前后和左右的加速度相对应,不需要其它的输入机构,可以输入操纵者的多样的操纵意图,从而可以实现可以更直观的自由操纵。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据所修正的车辆前后加速度,使上述车体进行前后倾斜,根据所修正的车辆左右加速度,使上述车体进行左右倾斜。
根据该结构,根据操纵操作使车体倾斜,从而赋予超小型车辆中尤其重要的与车辆一体化的感觉,能够提高操纵感。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置对上述设定的前后行驶状态施加具有规定的第1时间常数的低通滤波,对上述设定的转弯行驶状态施加具有大于第1时间常数的第2时间常数的低通滤波。
根据该结构,可以减轻操纵者对于作为超小型车辆的特征的前后行驶和转弯行驶的控制的响应速度不同产生的别扭感,能够提高舒适且容易操纵的车辆。
另外,在其它的车辆中,还有,将上述车体的前后方向的姿态控制中的延迟时间作为上述第2时间常数。
根据该结构,可以减轻操纵者对于作为倒立型车辆的特征的伴随前后行驶与姿态控制二者的前后行驶和转弯行驶的控制的响应速度不同产生的别扭感,能够提高舒适且容易操纵的车辆。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置将上述设定的前后行驶状态乘以规定的座标值转动角正弦值的值加到上述设定的转弯行驶状态中。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置当上述设定的前后行驶状态为朝着车辆的前方的值时,将从上述操纵装置的位置朝向上述车体的内侧的方向的值加到上述设定的转弯行驶状态,当上述设定的前后行驶状态为朝着车辆的后方的值时,将从上述操纵装置的位置朝向上述车体的外侧的方向的值加到上述设定的转弯行驶状态。
根据该结构,对于操纵者操作配置在斜前方的操纵杆时的习惯的输入特性,通过利用车辆侧的接收特性,可以使操纵者没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置当上述设定的前后行驶状态的绝对值小于规定的前后死区阈值时,将上述设定的前后行驶状态设定为零,当上述设定的转弯行驶状态的绝对值小于规定的左右死区阈值时,将上述设定的转弯行驶状态设定为零。
根据该结构,可以防止由于与操纵杆的操作量对应的电气信号噪声或偏置、或者由于扰动引起的操纵杆的微小输入等、在车辆停止时施加微小的驱动转矩。从而能够可靠地防止车辆出现微小动作。
另外,在其它的车辆中,还有,上述左右死区阈值大于上述前后死区阈值。
根据该结构,可以忽略直进操作时不小心的左右方向输入,可以保障车辆的直进行驶性。
另外,在其它的车辆中,还有,上述左右死区阈值随着车辆速度的上升而增加。
根据该结构,可以不依赖操纵者的技术,确保在高速行驶时更加重要的直进性。
另外,在其它的车辆中,还有,当上述设定的前后行驶状态是车辆的行驶方向的逆方向时,如果上述设定的前后行驶状态增加,则增加上述左右死区阈值。
根据该结构,在紧急制动时等、难以进行操纵操作的微妙调整的急制动的指令时,可以防止不小心让车辆左右转弯的情况,从而可以实现操纵性和安全性更高的车辆。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置当与上述设定的前后行驶状态乘以规定的前后输入指数的值成比例的值作为上述修正后的前后行驶状态,当与上述设定的转弯行驶状态乘以规定的左右输入指数的值成比例的值作为上述修正后的转弯行驶状态。
根据该结构,这样,通过让车辆侧的感受特性适应人的操作量的非线性感受特性,可以使操纵者没有别扭感觉、能够舒适地进行操作。
另外,在其它的车辆中,还有,在从上述操纵装置的位置朝向上述车体的内侧的方向的上述设定的转弯行驶状态中使用的上述左右输入指数要大于在从上述操纵装置的位置朝向上述车体的外侧的方向的上述设定的转弯行驶状态中使用的上述左右输入指数。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置将从上述操纵装置的位置朝向上述车体的外侧的方向的上述设定的转弯行驶状态乘以1以上的规定值的非对称系数。
根据该结构,通过让车辆的感受特性适应人体非对称性结构和操作量的非对称的感受特性的左右差异,可以使操纵者容易舒适地进行操作。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据上述设定的前后行驶状态以及/或者转弯行驶状态的时间履历,对修正上述设定的前后行驶状态以及/或者转弯行驶状态时的参数即修正参数进行修正。
根据该结构,可以将车辆侧的感受特性在某种程度上适合操纵者的技术、经验、习性等,从而可以提供谁都能够容易且舒适地操纵的车辆。
另外,在其它的车辆中,还有,上述修正参数为上述座标轴转动角正弦值、上述左右死区阈值、上述左右输入指数或上述非对称系数中的一个以上。
根据该结构,通过将特征参数作为对象,可以适当地修正操纵特性的个人差别容易出现的特性。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据上述设定的前后行驶状态与上述设定的转弯行驶状态的比的平均值,对上述修正参数进行修正。
根据该结构,通过适当抽出操作量的时间履历中的特征要素,可以简单地推定各个人的操纵特性,进行修正。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置利用最小二乘法,获取上述比的平均值。
根据该结构,可以利用更简单的运算方法,推定各个人的操纵特性。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置将上述比的平均值作为上述座标轴转动角正弦值。
根据该结构,可以对于操纵者操作配置在斜前方的操纵杆时的习惯的输入特性的个人差进行修正,可以使得谁都能够没有别扭地舒适地操纵。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据对于将上述设定的前后行驶状态乘以上述比的平均值的乘积即基准转弯行驶状态的、上述设定的转弯行驶状态的偏差的2次方的平均即方差值,对上述左右死区阈值进行修正。
根据该结构,不会由于操纵者的技术,牺牲转弯行驶的响应性,从而能够适当地保障车辆的直进行驶性。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据在上述基准转弯行驶状态以上的上述设定的转弯行驶状态所涉及的方差值与在上述基准转弯行驶状态以下的上述设定的转弯行驶状态所涉及的方差值之间的差值,对上述左右输入指数以及/或者上述非对称系数进行修正。
根据该结构,通过利用车辆的感受特性去适应人体的非对称结构和操作量的非对称感受特性所涉及的个人差,可以使谁都能够容易且舒适地进行操纵。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置从上述时间履历中,去除上述获得的上述前后行驶状态以及转弯行驶状态的绝对值以及/或者该绝对值的时间变化率小于规定阈值的上述获得的上述前后行驶状态以及转弯行驶状态。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置从上述时间履历中,去除上述获得的上述前后行驶状态以及转弯行驶状态的绝对值与该绝对值的时间变化率的乘积小于规定阈值的上述获得的上述前后行驶状态以及转弯行驶状态。
根据该结构,通过从操作量的时间履历数据中抽出特征部分,可以更适当地快速适应个人差异。
另外,在其它的车辆中,还有,还具有对存在在外部储存装置中的修正参数进行获取和改写的读写机构,上述车辆控制装置在车辆启动时从上述读写机构获取在上述外部储存装置中所储存的修正参数,并作为初始值,在车辆停止时将修正后的修正参数的最终值从上述读写机构储存在上述外部储存装置中。
根据该结构,通过采用过去的数据,可以省略从第2次使用起适应修正参数所需的时间,从而能够在行驶刚刚开始后利用适合操纵者的特性,即刻保障操纵性和舒适性。还有,在多个人共用1台车辆的使用环境中,让各利用者采用自身所有的外部储存机构,从而可以简单且瞬间地适应各操纵者的特性,能够提供舒适性和方便性更高的车辆。
另外,在其它的车辆中,还有,还具备在上述操纵者搭乘的搭乘部的左右两侧设置的操纵装置安装部,上述操纵装置可以安装在左右任一方的操纵装置安装部。
另外,在其它的车辆中,还有,上述操纵装置具有识别安装在左右哪一个操纵装置安装部上的安装测识别装置,上述操纵装置根据从上述安装测识别装置接收的信号,对上述设定的前后行驶状态以及/或者转弯行驶状态进行修正。
根据这些结构,不管是习惯右手的人还是习惯左手的人,都能够容易舒适地进行操纵。
接着,说明本发明的第8和第9实施方式。
在“背景技术”中说明的以前的车辆中,驾驶者利用操纵装置指示转弯的行驶目标,但由于操纵装置复杂,不能进行直观的操作,有时难以简单设定行驶目标。
本来,在驾驶员利用操纵装置指示转弯的行驶目标的车辆中,希望适当设定操纵装置的操作量和转弯行驶指令值的关系,以便无需技术和经验就能够进行直观且简单的操纵。为了使驾驶员能够进行简单的直观的操纵,以及为了简化车辆的系统,希望操纵装置数量少且简单。
但是,对于1个操纵装置的操作量与1个行驶状态量的目标值相对应的以前的方法中,有可能会出现如下的问题。
例如,当操纵装置的操作量与车辆的“横摆速率”相对应时,关于作为对规定操作量的响应的转弯行驶状态,驾驶者如果感觉到低速行驶时的转弯行驶状态的程度为适当,而另一方面,有时却会感觉到高速行驶时转弯行驶状态的程度过大。还有,当采用如手柄那样通过向特定方向并进移动来进行输入的操纵装置时,即使同方向输入,在前进时和后退时,驾驶者有时会有感觉到在向反方向转弯。
当操纵装置的操作量与车辆的“左右加速度”相对应时,关于作为对规定操作量的响应的转弯行驶状态,驾驶者如果感觉到高速行驶时的转弯行驶状态的程度为适当,而另一方面,有时却会感觉到低速行驶时转弯行驶状态的程度过大。还有,当采用方向盘那样通过向特定方向转动来进行输入的操纵装置时,即使同方向输入,在前进时和后退时,驾驶者有时会有感觉到在向反方向转弯。
即,在任一场合,都存在操纵性和操纵感的问题,因而不能充分满足驾驶者的要求。
另外,对于行驶速度引起的转弯行驶状态的感觉不同所涉及的第1课题,原因在于人们通过视觉(周围景色的变化)和力觉(离心力的变化)感受转弯状态,感受较强时,则认为是转弯状态。还有,对于行驶方向引起的转弯方向的别扭感觉所涉及的第2课题,原因在于前进时和后退时,与并进方向(左右加速度)相等的转弯动作和与转动方向(横摆速率)相等的转弯动作是不同的。
本发明的第8和第9实施方式为了解决上述过去的车辆中的问题,提供一种利用简单的操纵装置就能够简单且直观地进行操纵的车辆,根据输入机构的输入量确定横摆速率和左右加速度,根据车辆速度对横摆速率和左右加速度中的至少一方进行修正,利用修正后的横摆速率以及/或者左右加速度进行转弯,从而能够根据操纵者的输入量,实现适当的转弯行驶状态。
首先,说明第8实施方式。另外,与第1-第7实施方式相同的结构采用相同符号,故省略其说明。还有,对于与上述第1-第7实施方式相同的动作和相同的效果,省略其说明。
图34是表示本发明的第8实施方式的车辆的结构的概略图。另外,在图中,(a)是车辆的俯视图,(b)是车辆的侧面图,(c)是操纵杆的俯视图,(d)是操纵杆的俯视图。
如图34(c)和(d)所示,本实施方式的操纵杆31具有基部31a、安装在该31a上并能够倾动、通过作为前后和左右倾斜进行输入的机构及第1输入机构的手柄31b、以及围绕该手柄31b周围能够在规定的角度范围内自由转动、作为通过转动进行输入的机构即第2输入机构的转动部31c。
作为操纵者的乘员15通过使手柄31b沿图34(c)和(d)的箭头所示前后和左右倾斜,输入行驶指令。然后,操纵杆31测定与手柄31b的前后(x轴方向)和左右(y轴方向)的倾斜量相当的状态量,将该测定量作为操纵者输入的前后操作量和左右操作量,传送到主控制ECU21。
另外,本实施方式中之后的说明中的座标系为,当搭乘部14的座面为水平时,与驱动轮12的转动轴垂直的方向为x轴,平行的方向为y轴,竖直向上的方向为z轴。
还有,如图34(c)和(d)的箭头所示,乘员15使转动部31c围绕手柄31b的基准轴转动,输入行驶指令。然后,操纵杆31测定相当于转动部31c的转动角(围绕手柄31b的基准轴)的状态量,将该测定值作为操纵者输入的转动操作量,传送到主控制ECU21。
这样,通过采用操纵杆31具有的2个输入机构,可以不追加操纵装置,实现操纵者的多样的操纵意图的输入,从而实现可以更直观的自由操作的车辆10。
另外,上述手柄31b也可以是相对于基部31a不是进行倾动,而是进行并进移动。即,不是通过前后倾斜,而是通过前后移动来输入行驶指令。还有,在图34(c)和(d)所示例中,转动部31c安装在手柄31b的上端且可以相对于手柄31b转动,但也可以是安装成覆盖手柄31b整体的周围且可以相对于手柄31b转动,也可以安装在不同于手柄31b的基部31a上且可以转动,或者手柄31b自身围绕基准轴转动、起着转动部31c的作用。另外,当车辆10通过遥控进行操纵时,上述操纵杆31设置在图中未表示的遥控器上,手柄31b和转动部31c的操作量从遥控器通过有线或无线的方式,传送到设置在车辆10上的接收装置上。此时,操纵杆31的操纵者是乘员15以外的人。
还有,手柄31b和转动部31c分别受到图中未表示的中立状态回归用的弹簧部件的压力,当操纵者放手后,自动回归到相当于零输入的中立状态。这样,即使由于操纵者的未测事态等使得不能继续操纵操作时,也能够适当地控制车辆10。
另外,对于包括主控制ECU21、驱动轮控制ECU22和连杆控制ECU25的车辆系统的结构,与上述第2实施方式相同,故省略其说明。
主控制ECU21将利用最大操作量对操作量进行归一化处理后的输入率作为输入量。对于手柄31b的前后输入量,将手柄31b向前方倾斜或移动、即向前方的输入作为正值,将手柄31b向后方倾斜或移动、即向后方的输入作为负值。还有,向前方的最大输入量为1,向后方的最大输入量为-1。
还有,对于手柄31b的左右输入量,从车辆10的后方观察时,将手柄31b向左方倾斜或移动、即向左方的输入作为正值,将手柄31b向右方倾斜或移动、即向右方的输入作为负值。还有,向左方的最大输入量为1,向右方的最大输入量为-1。
另外,对于转动部31c的转动输入量,从车辆10的上方观察时,将转动部31c向逆时针方向的转动、即向逆时针方向的输入作为正值,将转动部31c向顺时针方向的转动、即向顺时针方向的输入作为负值。还有,向逆时针方向的最大输入量为1,向顺时针方向的最大输入量为-1。
另外,本实施方式中,为了利用简单装置实现操纵者的直观操纵,采用了具有转动部31c的操纵杆31,但也可以采用其它的操纵装置。例如,可以具有加速踏板、制动踏板、方向盘等,将各自的操作量作为操纵者的操纵意图,确定前后加减速或转弯的程度。
车辆系统根据手柄31b的输入量,确定横摆速率和左右加速度,根据车辆速度,对横摆速率和左右加速度中的至少一方进行修正,利用修正后的横摆速率和左右加速度,进行转弯。
接着,说明本实施方式的车辆10的其它例。
图35是表示本发明的第8实施方式的车辆的其它例的结构的概略图。图36是表示本发明的第8实施方式的车辆系统的其它例的结构的方框图。另外,在图35中,(a)为背面图,(b)为侧面图,(c)为使车体倾斜后的状态的背面图。
本实施方式的车辆10可以具有3轮以上的车轮。即,上述车辆10为例如前轮1轮后轮2轮的3轮车,前轮2轮后轮1轮的3轮车,前轮2轮后轮2轮的4轮车,只要具有3个以上的车轮,可以是任意种类。
这里,为了方便说明,如图35所示,只对上述车辆10具有设置在车体前方、作为操舵轮的1个前轮的车轮12F、和设置在车体后方、作为驱动轮的左右2个后轮的车轮12L、12R的3轮车的例子进行说明。
如图35(c)所示,图35所示例的车辆10通过连杆机构60改变左右车轮12L、12R的外倾角,同时使包括搭乘部14和本体部11的车体向转弯内轮侧倾斜,即、使车体向横方向(左右方向)倾斜,从而能够提高转弯性能和确保乘员15的舒适性。上述连杆装置60具有与图34所示例的车辆10相同的结构,省略其说明。另外,不进行倒立摆姿态控制的姿态控制。即,不进行前后方向的姿态控制。
还有,在图35所示车辆10中,车轮12F经由悬架装置的一部分即前轮叉17,与本体部11连接。与一般摩托车、自行车等的情况一样,作为操舵轮的车轮12F改变舵角,这样,改变车辆10的行驶方向。
具体来说,如图35所示,操舵部77设置在本体部11的前端上部,前轮叉17的转动轴受到该操舵部77的支撑并能转动。还有,上述操舵部77具有作为操舵用促动器的转向促动器71、和作为操舵量检测器的舵角传感器72。上述转向促动器71根据来自操纵杆31的行驶指令,转动上述前轮叉17的转动轴,作为操舵轮的车轮12F改变舵角。即,车辆10的操舵通过所谓的线控(by wire)进行。还有,操舵角传感器72能够通过检测上述前轮叉17的转动轴的角度变化,检测车轮12F的舵角、即操舵装置的操舵量。
另外,如图35所示例的车辆10具有如图36所示的车辆系统。这里,控制ECU20还具有操舵控制ECU24。主控制ECU21根据来自操纵杆31的行驶指令,向操舵控制ECU24传送操舵指令值。该操舵控制ECU24向转向促动器71供给相当于所接收的操舵指令值的输入电压。然后,操舵角传感器72所检测的舵角传送到主控制ECU21。
还有,车体控制系统40具有横加速度传感器42,该横加速度传感器42由一般的加速度传感器、陀螺传感器等构成,检测车辆10的横加速度。
另外,对于图35所示例的车辆10的其它结构,与图34所示例的车辆10一样,故省略说明。
接着,详细说明本实施方式的车辆10的动作。首先,说明行驶和姿态控制处理。
图37是表示本发明的第8实施方式的行驶和姿态控制处理的动作的流程图。
另外,在本实施方式中,Ψ为车体横摆角[rad],α为车辆加速度[m/s2]。
在行驶和姿态控制处理中,主控制ECU21首先从传感器获取各状态量(步骤S41)。具体来说,从驱动轮传感器51获取左右的驱动轮转动角或转动角速度,从车体倾斜传感器41获取车体倾斜纵摆角或纵摆角速度以及车体倾斜侧摆角或侧摆角速度。
另外,图35所示例的车辆10中,不进行车体的前后方向的姿态控制,因此不需要获取车体倾斜纵摆角或纵摆角速度。
接着,主控制ECU21计算剩余的状态量(步骤S42)。此时,对所获取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,当获得的状态量为驱动轮转动角、车体倾斜纵摆角和车体倾斜侧摆角时,通过对其进行时间微分,可以获得转动角速度、纵摆角速度和侧摆角速度。还有,例如当所获得的状态量为转动角速度、纵摆角速度和侧摆角速度时,通过对其进行时间积分,可以获得驱动轮转动角、车体倾斜纵摆角和车体倾斜侧摆角。
接着,主控制ECU21获取操纵者的操纵操作量(步骤S43)。此时,获取操纵者输入车辆10的加速、减速、转弯、原地转动、停止、制动等行驶指令时对操纵杆31的操作量。
接着,主控制ECU21进行行驶状态目标值确定处理(步骤S44)。基于所获得的操纵杆31的操作量,确定车辆10的行驶状态目标值,例如,车辆速度、前后加速度、左右加速度、横摆速率(横摆角速度)等的目标值。
接着,主控制ECU21根据行驶状态目标值,计算驱动轮转动角速度的目标值(步骤S45)。具体来说,利用下面的公式,确定驱动轮转动角速度的目标值。
[公式43]
还有,本实施方式的说明中,上标*表示目标值,符号上的1个圆点表示1阶时间微分值,即表示速度。符号上的2个圆点表示2阶时间微分值,即表示加速度。
还有,利用下面公式确定驱动轮转动角速度左右差的目标值。
[公式44]
另外,在图35所示的车辆10中,采用下面的公式。
另外,η为舵角,L为轴距。
这样,确定相当于行驶状态目标值的驱动轮转动角速度的目标值。即,根据车辆速度的目标值,确定平均驱动轮转动角速度的目标值,根据横摆速率的目标值,确定驱动轮转动角速度左右差的目标值。
另外,在本实施方式中,在假设驱动轮接地点与路面之间不存在滑动的前提下,将车辆速度和横摆速率换算为驱动轮12的转动角速度,但也可以在考虑滑动的前提下,确定驱动轮转动角速度的目标值。还有,也可以对车辆速度和横摆速率自身进行反馈控制。
接着,主控制ECU21确定车体倾斜角目标值(步骤S46)。具体来说,根据车辆加速度目标值和车体参数,利用下面公式,确定车体倾斜纵摆角目标值。
[公式45]
这里,
另外,图35所示例的车辆10中,不进行车体的前后方向的姿态控制,因此不需要获取车体倾斜纵摆角或纵摆角速度。然后,利用下面的公式,确定车体倾斜侧摆角的目标值。
[公式46]
还有,本实施方式的说明中,下标X表示前后(x轴方向),下标Y表示左右(y轴方向)。
这样,根据车辆加速度目标值,确定车体倾斜角的目标值。即,对于车体倾斜纵摆角,考虑有关前后的车体姿态和行驶状态的倒立摆的力学构造,将能够实现前后加速度所赋予的行驶目标的车体姿态作为目标值。还有,对于车体倾斜侧摆角,虽然在接地载荷中心处于2个驱动轮12的接地点之间即稳定区域的范围内可以自由设定目标姿态,但在本实施方式中,将乘员15的载荷最小的姿态作为目标值。
另外,作为车体倾斜侧摆角的目标值,也可以赋予其它值。例如,当目标左右加速度的绝对值小于规定的阈值时,也可以将目标车体倾斜侧摆角设定为零,从而相对于小的左右加速度维持直立姿态。
接着,主控制ECU21计算剩余的目标值(步骤S47),即,通过对各目标值进行时间微分或时间积分,分别计算出驱动轮转动角和车体倾斜角速度的目标值。
接着,主控制ECU21确定各促动器的前馈输出(步骤S48)。具体来说,利用下面的公式,作为前馈输出,确定总驱动转矩的前馈量τW,FF、驱动转矩左右差的前馈量ΔτW,FF以及连杆的前馈量τL,FF。
[公式47]
ΔτW,FF=0
这样,利用力学模型,预测实现作为目标的行驶状态和车体姿态所需的促动器输出,按照其数量施加前馈,从而进行高精度的车辆10的行驶和姿态控制。即,赋予与车辆前后加减速目标值相对应的驱动转矩,以实现前后方向的行驶目标。还有,赋予与车体倾斜侧摆角目标值相对应的驱动转矩,以实现左右方向的车体姿态目标。另外,考虑作用在车体上的离心力(左右加速度)的影响。
接着,主控制ECU21确定各促动器的反馈输出(步骤S49)。具体来说,利用下面的公式,作为反馈输出,确定总驱动转矩的反馈量τW,FB、驱动转矩左右差的反馈量ΔτW,FB以及连杆转矩的反馈量τL,FB。
[公式48]
这样,利用状态反馈控制赋予反馈输出,从而使实际状态接近作为目标的状态。另外,各反馈增益K**的值例如预先设定为最佳调节器的值。另外,也可以导入滑动模式控制等的非线性反馈控制。还有,作为更加简单的控制,也可以将除了KW2、KW3、Kd2和KL1之外的增益中的几个设定为零。为了消除恒定误差,也可以采用积分增益。另外,在图35所示例的车辆10中,由于不进行前后方向的姿态控制,因此不需要总驱动转矩的反馈量τW,FB的项、和驱动转矩左右差的反馈量ΔτW,FB的项,只确定连杆转矩的反馈量τL,FB。
最后,主控制ECU21对各要素控制系统赋予指令值(步骤S50),结束行驶和姿态控制处理。具体来说,主控制ECU21将右驱动转矩指令值τWR、左驱动转矩指令值τWL、总驱动转矩指令值τW、驱动转矩左右差指令值ΔτW、以及连杆转矩指令值τL,发送到驱动轮控制ECU22和连杆控制ECU25。
[公式49]
τW=τW,FF+τW,FB
ΔτW=ΔτW,FF+ΔτW,FB
τL=τL,FF+τL,FB
这样,将前馈输出与反馈输出的和作为指令值。还有,如平均驱动转矩和驱动转矩左右差所要求的值那样,赋予右驱动转矩和左驱动转矩的指令值。另外,在图35所示例的车辆10中,由于不进行前后方向的姿态控制,因此不需要总驱动转矩的反馈量τW,FB的项、和驱动转矩左右差的反馈量ΔτW,FB的项,故将其删除。
还有,按照规定的时间间隔(例如,每100[μs]),重复执行行驶和姿态控制处理。
接着,说明行驶状态目标值确定处理。
图38是表示本发明的第8实施方式的第1转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。图39是表示本发明的第8实施方式的第2转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。图40是表示本发明的第8实施方式的前后加速度目标值修正量与车辆速度的目标值的关系的图。图41是表示本发明的第8实施方式的行驶状态目标值确定处理的动作的流程图。另外,在图38中,(a)表示第1左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系,(b)表示第1横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系,在图39中,(a)表示第2左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系,(b)表示第2横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系。
在行驶状态目标值确定处理中,主控制ECU21首先确定车辆速度目标值(步骤S44-1)。具体来说,对车辆加速度的目标值进行时间积分,确定车辆速度的目标值V*。此时,在车辆加速度的目标值中,采用前一个控制步骤中所确定的值。
最后,主控制ECU21确定第1转弯行驶目标值(步骤S44-2)。具体来说,根据操纵装置即操纵杆31的左右操作量,即,作为第1输入机构的手柄31b的左右输入量和车辆速度的目标值,利用下面的公式,确定第1左右加速度目标值。
[公式50]
为第1左右加速度操纵指令值,UY为操纵装置(手柄31b)的左右输入率,αY,1d,Max为第1左右加速度操纵指令最大值,为第1横摆速率操纵指令最大值,Vsh,1为第1速度阈值(规定值),Vsh,2为第2速度阈值(规定值),
第1左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系如图38(a)所示。另外,图38(a)的曲线表示手柄31b的左右输入量为正值的情况。当手柄31b的左右输入量为负值时,图38(a)的曲线变成相对于横轴(V*轴)进行对称移动后的曲线。
还有,根据手柄31b的左右输入量和车辆速度的目标值,利用下面的公式,确定第1横摆速率目标值。
[公式51]
第1横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系如图38(b)所示。另外,与图38(a)的曲线一样,图38(b)的曲线表示手柄31b的左右输入量为正值的情况,当手柄31b的左右输入量为负值时,图38(b)的曲线变成相对于横轴进行对称移动后的曲线。还有,图38(a)和图38(b)的曲线表示赋予规定的输入量的情况。
这样,在本实施方式中,利用操纵装置的左右输入量和车辆速度的目标值,确定转弯行驶的目标值。此时,根据车辆速度的目标值,将操纵装置的左右输入率与左右加速度或横摆速率中的某一方对应。
具体来说,当车辆速度的目标值在规定的阈值(在图38所示例中,第2速度阈值)以上时,将与操纵装置的左右输入率成比例的值作为左右加速度的目标值,将相当于车辆速度和左右加速度的目标值的横摆速率的值作为其目标值。还有,当车辆速度的目标值不足上述阈值时,将与操纵装置的左右输入率成比例的值作为横摆速率的目标值,将相当于车辆速度和横摆速率的目标值的左右加速度的值作为其目标值。这样,为了适应对转弯行驶状态的感觉程度强的人的特性,在高速行驶时利用左右加速度,在低速行驶时利用横摆速率,从而可以提高操纵性和操纵感。
还有,将根据操纵装置的左右输入率确定的左右加速度和横摆速率作为各自的基准值,将左右加速度的基准值与利用车辆速度的目标值将横摆速率的基准值换算成左右加速度的值进行对比,将值小的那个作为左右加速度的目标值。将横摆速率的基准值与利用车辆速度的目标值将左右加速度的基准值换算成横摆速率的值进行对比,将值小的那个作为横摆速率的目标值。可以在以左右加速度为基准的操纵特性与以横摆速率为基准的操纵特性之间进行适当且平稳的切换,从而能够提高操纵性和舒适性。
还有,在本实施方式中,作为操纵装置的操纵杆31具有作为第1输入机构的手柄31b,确定目标值时,使该手柄31b的左右输入方向与左右加速度的方向一致。对相同的手柄31b的输入方向,在车辆10的前进时和后退时,使作为目标的横摆速率的正负反转。这样,手柄31b的并进方向与车辆10的并进方向相对应,从而能够进行更加直观的操纵。
另外,当车辆速度的目标值不足规定的阈值(在图38所示例中,第1速度阈值)时,根据车辆速度,限制转弯行驶目标值。另外,根据车辆速度进行限制,当车辆速度的目标值为零时,转弯行驶目标值也为零。这样,在能够连续切换前后行驶方向的车辆10中,可以防止行驶方向切换时车辆10的转动方向和横摆速率发生急剧变化,使得操纵变得容易,同时,可以防止由于与车辆速度不相称的车辆转弯速度所引起的操纵者的别扭感和对车辆10的周边他人带来的别扭感或误解,从而实现能够更加安全舒适地使用的车辆10。
另外,在本实施方式中,基于左右加速度目标值或横摆速率目标值的最大值,设定用于确定左右加速度或横摆速率中的哪一个与操纵装置的输入量对应的第2速度阈值,但也可以根据第2速度阈值,设定其它的最大值。例如,将对人们感受特性适当的阈值作为第2速度阈值。还有,也可以根据车体姿态的稳定界限,确定左右加速度目标值的最大值,根据所确定的两值,设定横摆速率目标值的最大值。这样,可以实现操纵性和操纵感更好的车辆10。
接着,主控制ECU21确定第2转弯行驶目标值(步骤S44-3)。具体来说,根据作为操纵装置的操纵杆31的转动操作量,即,作为第2输入机构的转动部31c的转动输入量和车辆速度的目标值,利用下面的公式,确定第2左右加速度目标值。
[公式52]
为第2左右加速度操纵指令值,UZ为操纵装置(转动部31c)的转动输入率,αY,2d,Max为第2左右加速度操纵指令最大值,为第2横摆速率操纵指令最大值,Vsh,3为第3速度阈值(规定值),Vsh,4为第4速度阈值(规定值),如为指令值达成率,
第2左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系如图39(a)所示。另外,图39(a)的曲线表示转动部31c的转动输入量为正值的情况。当转动部31c的转动输入量为负值时,图39(a)的曲线变成相对于横轴(V*轴)进行对称移动后的曲线。
还有,根据转动部31c的转动输入量和车辆速度的目标值,利用下面的公式,确定第2横摆速率目标值。
[公式53]
第2横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系如图39(b)所示。另外,与图39(a)的曲线一样,图39(b)的曲线表示转动部31c的转动输入量为正值的情况。当转动部31c的转动输入量为负值时,图39(b)的曲线变成相对于横轴进行对称移动后的曲线。还有,图39(a)和图39(b)的曲线表示赋予规定的输入量的情况。
这样,在本实施方式中,利用操纵装置的转动输入量和车辆速度的目标值,确定转弯行驶的目标值。当车辆速度的目标值不足规定的阈值(图39所示例中,第3速度阈值)时,将操纵装置的转动输入率与横摆速率对应。
即,对于作为第1输入机构的手柄31b的转弯行驶指令,限制低速行驶时的横摆速率目标值,另一方面,对于作为第2输入机构的转动部31c的转弯行驶指令,允许低速行驶时的横摆速率目标值。这样,通过具有与指示转弯行驶意图的第1输入机构不同的、指示车体方向转换意图的第2输入机构,容易实现操纵者指示车体方向转换意图的操纵方法和控制所需的意图识别,从而实现操纵自由度和操纵性高的车辆10。
还有,将与转动输入率成比例的值作为横摆速率的目标值,将相当于车辆速度和横摆速率的目标值的左右加速度的值作为其目标值。这样,可以定量地指示车体方向的转换速度,实现操纵性更高的车辆10。
还有,在本实施方式中,具有作为第2输入机构的转动部31c,确定目标值时,使该转动部31c的转动输入方向与横摆速率的方向一致。对相同的转动部31c的输入方向,在车辆10的前进时和后退时,使作为目标的左右加速度的正负反转。这样,可以避免第1输入机构的转弯指令时的课题、即、车辆10的前后行驶方向切换时车辆10的转动方向和横摆速率发生急剧变化的现象,同时转动部31c的转动方向与车辆10的并进方向相对应,从而能够进行更加直观的操纵。
另外,当车辆速度的目标值在上述阈值以上时,根据车辆速度,限制转弯行驶目标值。此时,根据车辆速度进行限制,当车辆速度的目标值在规定的阈值(图39所示例中,第4速度阈值)以上时,转弯行驶目标值为零。这样,促使操纵者以转弯行驶的指令时和车体方向转换的指令来选择适当的输入机构,从而容易识别操纵意图,同时,在采用不能同时操作第2输入机构的转弯行驶指令输入和车辆10的制动指令输入的操纵装置时,禁止利用高速行驶时的紧急车辆制动指令会发生延迟的操纵方法、即利用第2输入机构进行转弯行驶指令输入,从而实现更加安全舒适地使用的车辆10。
接着,主控制ECU21确定转弯行驶目标值(步骤S44-4)。具体来说,根据第1转弯行驶目标值和第2转弯行驶目标值,进行确定。首先,利用根据操纵装置的左右输入量确定的第1左右加速度目标值和根据操纵装置的转动输入量确定的第2左右加速度目标值,利用下面的公式,确定左右加速度目标值。
[公式54]
还有,利用根据操纵装置的左右输入量确定的第1横摆速率目标值和根据操纵装置的转动输入量确定的第2横摆速率目标值,利用下面的公式,确定横摆速率目标值。
[公式55]
这样,在本实施方式中,基于根据操纵装置的输入量确定的转弯行驶目标值,确定实际控制的目标值。具体来说,将利用作为第1输入机构的手柄31b的左右输入量和车辆速度目标值确定的第1左右加速度目标值、利用作为第2输入机构的转动部31c的转动输入量和车辆速度目标值确定的第2左右加速度目标值的和,作为左右加速度目标值。还有,将利用作为第1输入机构的手柄31b的左右输入量和车辆速度目标值确定的第1横摆速率目标值、利用作为第2输入机构的转动部31c的转动输入量和车辆速度目标值确定的第2横摆速率目标值的和,作为横摆速率目标值。这样,综合把握手柄31b和转动部31c的操作输入的操纵者的操纵意图,设定与之适应的转弯行驶目标值,从而可以实现操纵性和操纵自由度高的车辆10。
另外,在本实施方式中,设定左右加速度和横摆速率的目标值,但也也可以只将其中一个作为转弯行驶目标值进行设定。例如,也可以只将横摆速率的目标值作为转弯行驶目标值进行设定。还有,当需要左右加速度时,也可以从横摆速率的目标值和车辆速度的目标值中来求左右加速度。另外,也可以利用转弯半径、曲率等其它状态量来设定转弯行驶目标值。这些状态量容易利用规定的关系式,从上述的左右加速度或横摆速率来确定。
最后,主控制ECU21确定前后行驶的目标值(步骤S44-5),然后结束行驶状态目标值确定处理。具体来说,根据操纵装置的前后输入量和转动输入量,利用下面的公式,确定前后加速度目标值。
[公式56]
为前后加速度操纵指令值, 为前后加速度目标值修正量, 为前后加速度修正量操纵指令值, αXd,Max为前后加速度操纵指令最大值,ΔαX,d,Max为前后加速度修正量操纵指令最大值,ξV0为指令值达成率,UX为操纵装置(手柄31b)的前后输入率。
前后加速度目标值修正量与车辆速度的目标值的关系,如图40所示。
这样,在本实施方式中,根据操纵装置的转动输入量和车辆速度的目标值,对前后加速度的目标值进行修正。此时,根据操纵装置的转动输入率,对前后加速度的目标值进行修正,以降低车辆10的行驶速度。具体来说,在第2输入机构的转弯行驶指令处于许可的车辆速度目标值的范围内时,将与转动输入率成比例的减速度作为前后加速度目标值的修正量,对根据操纵装置的前后输入量所确定的前后加速度操纵指令值进行修正。这样,根据指示车体方向转换的第2输入机构的输入,降低车辆速度,从而迅速地引导到理想的车体方向转换动作的原地转弯的状态,同时,在不能同时操作第2输入机构的转弯行驶指令输入和车辆10的制动指令输入的情况下,可以自动地对车辆10进行制动,从而更加安全舒适地使用。
还有,当车辆速度目标值在规定的阈值(图40所示例中,Vsh,0)以下时,限制前后加速度目标值修正量。这样,通过平滑地进行伴随车辆10的前进和后退的切换的前后加速度修正量的正负的切换,可以防止行驶状态或车体姿态的振动,提高舒适性。
另外,本实施方式中,将确定步骤S44-2的第2转弯行驶目标值的公式中采用的第3速度阈值和第4速度阈值、与确定步骤S44-5的前后行驶的目标值的公式中采用的第3速度阈值和第4速度阈值设定为同一值,但也可以设定为不同的值。例如,通过将确定步骤S44-5的前后行驶的目标值的公式中采用的第3速度阈值和第4速度阈值设定为较大的值,即使在禁止转动输入量的转弯行驶指令的车辆速度下赋予转弯输入量,也能够在车辆速度自动下降后,转移到车体方向转换动作上。
还有,本实施方式中,将前后加速度目标值修正量作为与转动输入量成比例的值,但也可以采用其它的确定方法。例如,也可以在限于转动输入量大于规定的阈值时,赋予规定的减速度。
另外,本实施方式中,对前后方向的车辆加速度进行修正,但也可以对车辆速度进行修正。例如,也可以通过使车体速度的目标值为零,促使更快地转移到原地转弯状态。
这样,本实施方式中,根据第1输入机构的输入量,确定横摆速率和左右加速度,根据车辆速度,对横摆速率和左右加速度中的至少一方进行修正,利用修正后的横摆速率以及/或者左右加速度进行转弯。
此时,根据车辆速度,选择作为状态量的横摆速率或左右加速度的一方,将利用车辆速度对一方的状态量进行换算的值作为修正后的另一方的状态量。具体来说,当车体速度在规定的阈值以上时,采用左右加速度,当车体速度不足规定的阈值时,采用横摆速率。还有,如果一方的状态量的绝对值小于将另一方的状态量的值利用车辆速度换算成一方的状态量的值即换算值的绝对值,则选择一方的状态量,如果在换算值的绝对值以上,则选择另一方的状态量。
还有,在前进行驶状态与后退行驶状态的迁移状态中,将相对于第1输入机构的规定的输入量的横摆速率进行正负反转。另外,第1输入机构为手柄31b,沿与驱动轴12的转动轴平行的方向,倾斜或移动该手柄31b。
另外,当车辆速度在规定的阈值以下时,降低修正后的横摆速率的绝对值。
还有,在本实施方式中,还具有第2输入机构,利用根据第1输入机构的输入量确定的横摆速率和左右加速度、与利用根据第2输入机构的输入量确定的横摆速率和左右加速度的和即横摆速率和左右加速度,进行转弯。
此时,将根据第2输入机构的输入量确定的横摆速率利用车辆速度换算成左右加速度的值,与根据第2输入机构确定的左右加速度进行置换。
还有,在前进行驶状态与后退行驶状态的迁移状态中,将相对于第2输入机构的规定的输入量的左右加速度进行正负反转。另外,第2输入机构为转动部31c,将与驱动轴12的转动轴垂直的直线作为转动轴,使转动部31c进行转动。
另外,当车辆速度在规定的阈值以上时,将根据第2输入机构确定的横摆速率和左右加速度设定为零。
另外,根据第2输入机构的输入量,对车辆10的前后加速度进行修正。具体来说,当车辆速度在规定的阈值以下时,对车辆10的前后加速度进行修正。对前后加速度进行修正时,使车辆10减速。
另外,确定横摆速率和左右加速度的目标值。将与其对应的驱动转矩输出到左右的驱动轮12。具体来说,将横摆速率的目标值换算成驱动轮转动角速度差后的值作为驱动轮转动角速度差的目标值,对驱动轮12赋予与该目标值和测定值的差成比例的差动转矩。
另外,按照与左右加速度相对应的量,移动车体重心对于驱动轮12的接地点的相对位置。具体来说,具有作为车体左右倾斜机构的连杆装置60,按照与车辆加速度相对应的量,倾斜车体。
这样,在本实施方式中,能够根据操纵者的操作输入量,实现适当的转弯行驶状态。能够利用简单的装置,提供能够容易且直观地操纵的车辆10。
接着,说明本发明的第9实施方式。另外,对于与第1-第8实施方式相同的结构,采用相同符号,故省略其说明。还有,对于与上述第1-第8实施方式相同的动作和相同的效果,省略其说明。
图42是表示本发明的第9实施方式的第1转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。图43是表示本发明的第9实施方式的第2转弯行驶目标值与车辆速度的目标值的关系的图。另外,在图42中,(a)表示第1左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系,(b)表示第1横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系,在图43中,(a)表示第2左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系,(b)表示第2横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系。
在上述第8实施方式中,步骤S44-2中所使用的第1转弯行驶目标值的确定公式、和步骤S44-3中所使用的第2转弯行驶目标值的确定公式,含有变化率不连续的点,如果在转弯行驶时改变速度,有可能使操纵者感到别扭。还有,由于公式复杂,控制所需的运算处理内容多,有可能需要昂贵的运算机构。另外,由于包括任意常数,设定适当的参数值时需要时间。即,希望上述公式是简单公式,不含有任意常数,变化率为连续。
此时,在本实施方式中,作为确定第1转弯行驶目标值的公式和确定第2转弯行驶目标值的公式,使用简单的、不含有任意常数、变化率为连续的公式。这样,可以提供操纵性更高、操作感更好的廉价的倒立型车辆10。
首先,说明确定第1转弯行驶目标值的公式。在本实施方式中,利用下面的公式,确定第1转弯行驶目标值。
[公式57]
这里,Vsh为速度阈值,
这样,本实施方式中,第1左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系如图42(a)所示。另外,图42(a)的曲线表示手柄31b的左右输入量为正值的情况。当手柄31b的左右输入量为负值时,图42(a)的曲线变成相对于横轴(V*轴)进行对称移动后的曲线。
利用下面的公式,确定第1横摆速率目标值。
[公式58]
这样,本实施方式的第1横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系如图42(b)所示。另外,与图42(a)的曲线一样,图42(b)的曲线表示手柄31b的左右输入量为正值的情况。当手柄31b的左右输入量为负值时,图42(b)的曲线变成相对于横轴进行对称移动后的曲线。
接着,说明确定第2转弯行驶目标值的公式。在本实施方式中,利用下面的公式,确定第2左右加速度目标值。
[公式59]
这里,Vsh′为速度阈值,
这样,本实施方式中,第2左右加速度目标值与车辆速度的目标值的关系如图43(a)所示。另外,图43(a)的曲线表示转动部31c的转动输入量为正值的情况。当转动部31c的转动输入量为负值时,图43(a)的曲线变成相对于横轴(V*轴)进行对称移动后的曲线。
利用下面的公式,确定第2横摆速率目标值。
[公式60]
这样,本实施方式的第2横摆速率目标值与车辆速度的目标值的关系如图43(b)所示。另外,与图43(a)的曲线一样,图43(b)的曲线表示转动部31c的转动输入量为正值的情况。当转动部31c的转动输入量为负值时,图43(b)的曲线变成相对于横轴进行对称移动后的曲线。
另外,对于其它的结构,与上述第8实施方式一样,故省略说明。
这样,在本实施方式中,使用简单的、不含有任意常数、变化率为连续的公式,确定第1转弯行驶目标值和第2转弯行驶目标值,因此可以提供操纵性更高、操作感更好的廉价的倒立型车辆10。
另外,在本发明的第8和第9实施方式中,作为解决以前技术的问题点的手段,可以提出如下的技术。
一种车辆,具有安装在车体上并能够转动的左右驱动轮、操纵者进行操作的第1输入机构、对于赋予各个上述驱动轮的驱动转矩进行控制从而对上述车体的姿态进行控制并且根据上述第1输入机构的输入量对行驶进行控制的车辆控制装置,该车辆控制装置根据上述第1输入机构的输入量,确定横摆速率和左右加速度,根据车辆速度对确定后的横摆速率和左右加速度中的至少一方进行修正,基于修正后的横摆速率以及/或者左右加速度,对转弯行驶进行控制。
根据该结构,能够根据操纵装置的输入量,实现适当的转弯行驶状态。能够利用简单的装置,进行容易且直观地操纵。
在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据车辆速度,选择横摆速率或左右加速度的一方,将利用车辆速度对该一方的值进行换算的值作为另一方的修正值。
根据该结构,可以实现符合人们感觉的转弯行驶形态,提高操纵感。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置当车辆速度在规定的阈值以上时,选择左右加速度,当车辆速度在上述阈值以下时,选择横摆速率。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置当上述横摆速率或左右加速度中的一方的值的绝对值小于将另一方的值利用车辆速度换算成的值的绝对值时,则选择上述一方,当其它情况时,则选择上述另一方。
根据该结构,通过适当且平滑地切换横摆速率与左右加速度,不会对操纵者带来别扭感,从而进一步提高操纵感。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置在前进行驶状态与后退行驶状态的迁移状态中,将相对于上述第1输入机构的规定的输入量的横摆速率进行正负反转。
根据该结构,相对于第1输入机构的操纵者的转弯操纵操作的前进时转弯方向与后退时转弯方向的差异,不会对操纵者带来别扭感。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置当上述车辆速度在规定的阈值以下时,降低修正后的横摆速率的绝对值。
根据该结构,可以防止在前进状态与后退状态之间的迁移时,车体的转动方向发生急剧变化,从而能够进一步提高操纵感和操纵性。
另外,在其它的车辆中,还有,还具有操纵者操作的第2输入机构,上述车辆控制装置利用根据上述第1输入机构的输入量确定的横摆速率和左右加速度、与利用根据上述第2输入机构的输入量确定的横摆速率和左右加速度的和即横摆速率和左右加速度,对转弯行驶进行控制。
根据该结构,可以适当地把握操纵者的操纵意图,提高操纵性和操纵自由度。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置将根据第2输入机构的输入量确定的横摆速率利用车辆速度换算成左右加速度的值,与根据第2输入机构的输入量确定的左右加速度的值进行置换。
根据该结果,能够进行更加直观的操作,可以进一步提高操纵感和操纵性。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置在前进行驶状态与后退行驶状态的迁移状态中,将相对于上述第2输入机构的输入量的左右加速度进行正负反转。
根据该结构,相对于第2输入机构的操纵者的转弯操纵操作的前进时转弯方向与后退时转弯方向的差异,不会对操纵者带来别扭感。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置当上述车辆速度在规定的阈值以上时,将根据第2输入机构的输入量确定的横摆速率和左右加速度的值设定为零。
根据该结构,可以促进根据操纵意图区别使用输入装置,从而能够提高安全性和舒适性。
另外,在其它的车辆中,还有,上述车辆控制装置根据上述第2输入机构的输入量,对前后加速度进行修正。
根据该结构,可以提高原地转弯的操纵性和舒适性。
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。
产业上的利用可能性
该发明可以适用于利用倒立摆的姿态控制的车辆。
Claims (13)
1.一种车辆,其特征在于:
该车辆具有:
安装于车体并能够转动的驱动轮;
操纵者进行操作的操纵装置;和
车辆控制装置,其控制对上述驱动轮赋予的驱动转矩来控制上述车体的姿态,并且根据上述操纵装置的操作量来对行驶进行控制,
该车辆控制装置根据上述操作量来确定车辆加速度,将根据上述操作量的时间履历对所确定的车辆加速度进行修正后的值作为车辆加速度的目标值。
2.根据权利要求1所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置根据上述操纵装置的操作方向和操作量以及车辆行驶状态,来确定车辆加速度。
3.根据权利要求2所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置在上述操纵装置的操作方向为规定方向的情况下,当车辆停止时或前进时,将对应于操作量的加速度作为上述车辆加速度的目标值,当车辆后退时,将对应于操作量的减速度作为上述车辆加速度的目标值,在上述操纵装置的操作方向为上述规定方向的反方向的情况下,当车辆停止时或后退时,将对应于操作量的加速度作为上述车辆加速度的目标值,当车辆前进时,将对应于操作量的减速度作为上述车辆加速度的目标值。
4.根据权利要求2或3所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置根据上述操作量的时间履历,来将行驶模式确定为前进、后退或停止模式中的任意一种,并利用所确定的行驶模式来限制上述车辆加速度。
5.根据权利要求4所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置在上述行驶模式为前进模式的情况下,对向后的加速进行限制,在上述行驶模式为后退模式的情况下,对向前的加速进行限制,只有当上述操纵装置没有被赋予外力或外部转矩、且车辆速度在规定值以下时,才允许上述行驶模式从前进向后退切换以及从后退向前进切换。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置根据车辆速度,来对上述车辆加速度进行修正。
7.根据权利要求6所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置修正上述车辆加速度使该上述车辆加速度降低与车辆速度的2次方成比例的量。
8.根据权利要求7所述的车辆,其特征在于:
当车辆速度在规定的阈值以下时,上述车辆控制装置根据与车辆速度成比例的车辆减速度的上限值,来限制车辆减速度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的车辆,其特征在于:
在上述操纵装置没有被赋予外力或外部转矩的情况下,上述车辆控制装置确定规定的车辆减速度。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的车辆,其特征在于:
上述操纵装置具有输入机构,该输入机构能够沿与上述驱动轮的转动轴垂直的方向并进、或者能够围绕与上述驱动轮的转动轴平行的直线转动,
上述车辆控制装置根据上述输入机构的位置或转动角,来确定车辆加速度。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置对驱动轮赋予驱动转矩,该驱动转矩对应于上述车辆加速度的目标值。
12.根据权利要求11所述的车辆,其特征在于:
上述车辆控制装置对驱动轮赋予驱动转矩,该驱动转矩对应于对上述车辆加速度的目标值进行时间积分后的值乘以规定常数而得到的值与上述驱动轮的转动角速度之间的差值。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的车辆,其特征在于:
还具有能动重量部,该能动重量部安装于上述车体并能够移动,
上述车辆控制装置控制上述能动重量部的位置,来使上述车体的重心相对于上述驱动轮的接地点的相对位置移动与上述车辆加速度的目标值相对应的量。
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