DE112009005257B4

DE112009005257B4 - Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112009005257B4
Application number: DE112009005257.6T
Authority: DE
Inventors: Toru Takenaka; Kazushi Akimoto; Shinichiro Kobashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2029-09-19
Also published as: JPWO2011033596A1; DE112009005257T5; WO2011033596A1; US20120173107A1; US8543307B2; JP5355701B2

Abstract

Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs (1) mit einer Fahrbewegungseinheit (5), die dazu in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einem Aktuator (7), welcher die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, einem Grundkörper (9), an welchem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) angebracht sind, und einem Ladeteil (3) eines zu transportierenden Objekts, welches an dem Grundkörper (9) angebracht ist, so dass es in Bezug auf eine vertikale Richtung frei neigbar ist, umfassend: ein Neigungswinkel-Messelement (52), welches eine Ausgabe gemäß einem Ist-Neigungswinkel des Ladeteils (3) erzeugt; ein Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement (80), welches einen einen Sollwert (ωw_xy_cmd) einer Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit (5) definierenden Geschwindigkeitsbefehlswert sequentiell zumindest unter Verwendung eines Neigungsfehlers (Θbe_xy_s), einer Neigungswinkelgeschwindigkeit (Θb_dot_xy_s) des Grundkörpers (9) sowie einer aus der Neigungswinkelgeschwindigkeit (Θb_dot_xy_s) des Grundkörpers (9) und einem vom Fahrgeschwindigkeitssollwert (ωw_xy_cmd) verzögerten vorherigen Fahrgeschwindigkeitssollwert (ωw_xy_cmd_p) des Grundkörpers (9) bestimmten Schwerpunktsgeschwindigkeit (Vb_xy_s) bestimmt, um den Neigungsfehler nahe an 0 zu bringen, wobei der Neigungsfehler ein Fehler zwischen einem durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements (52) angegebenen Messwert (Θb_xy_s) des Neigungswinkels des Ladeteils und einem vorbestimmten Soll-Neigungswinkel (Θb_xy_obj) ist; und ein Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement (82), welches den Aktuator (7) steuert/regelt, um zu bewirken, dass eine Ist-Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit (5) dem Sollwert (ωw_xy_cmd) der Fahrgeschwindigkeit folgt, welcher durch den durch das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement (80) bestimmten Geschwindigkeitsbefehlswert definiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs, welches in der Lage ist, sich in alle Richtungen auf einer Bodenfläche zu bewegen.
Ein inverspendel-artiges Fahrzeug ist ein Fahrzeug, bei welchem ein Grundkörper mit einer Fahrbewegungseinheit ausgerüstet ist, welche sich auf einer Bodenfläche bewegt, und eine Aktuatoreinheit, welche die Fahrbewegungseinheit antreibt, ist ebenso mit einem Nutzlast-Trägerteil eines Benutzers ausgerüstet, welches dazu in der Lage ist, sich bezüglich der senkrechten Richtung frei zu neigen, und ist ein Fahrzeug mit einer Notwendigkeit, die Fahrbewegungseinheit in einer Weise zu bewegen, um einen Drehpunkt des Inverspendels derart zu bewegen, um einen Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerteils auf einem Soll-Neigungswinkel beizubehalten (um zu verhindern, dass das Nutzlast-Trägerteil aufgrund der Neigung fällt).
Als eine Regelungs-/Steuerungstechnologie dieser Art von inverspendel-artigen Fahrzeug ist beispielsweise das in JP 3070015 B2 offenbarte von dem vorliegenden Anmelder vorgeschlagen worden.
In JP 3070015 B2 ist eine Regelungs-/Steuerungstechnologie eines inverspendel-artigen Fahrzeugs offenbart, in welchem ein Grundkörper eines Fahrzeugs, an welchem ein Nutzlast-Trägerteil eines Benutzers angebracht ist, bereitgestellt ist, um frei neigbar um zwei Achsen, insbesondere um eine Achse in einer Längsrichtung und um die andere Achse in einer Querrichtung, bezüglich der kugelförmigen Fahrbewegungseinheit. In dieser Technologie wird ein Drehmomentbefehlswert eines Elektromotors als der Aktuator bestimmt, um einen Messwert eines Neigungswinkels des Nutzlast-Trägerteils (ein Neigungswinkel um die zwei Achsen der Längsrichtung und der Querrichtung) zu einem vorbestimmten Soll-Neigungswinkel zu machen, und ebenso, um zu bewirken, dass ein Messwert einer Fahrgeschwindigkeit in der Längsrichtung und der Querrichtung des Fahrzeugs an eine Soll-Geschwindigkeit konvergiert. Das Fahrzeug wird durch Ausführen einer Betriebsregelung/-steuerung des Elektromotors gemäß dem Drehmomentbefehlswert zum Fahren veranlasst.
Als ein Fahrzeug, welches dazu in der Lage ist, als ein inverspendel-artiges Fahrzeug zu fungieren, wurde beispielsweise das in WO/2008/132778 A1 und WO/2008/132779 A1 offenbarte von dem vorliegenden Anmelder vorgeschlagen. Zum Stand der Technik wird ferner auf WO 2008/139740 A1 hingewiesen.
Gemäß der US 2008/0084175 A1 wird die Bewegung des kugelförmigen Rads nach Maßgabe des Neigungswinkels der Plattform des Roboters geregelt, und die Plattform bleibt nahezu vertikal, während sich der Roboter bei einer konstanten Geschwindigkeit befindet. Der Roboter wird dadurch beschleunigt, dass sich das kugelförmige Rad in einer Richtung dreht, die der beabsichtigen Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, was die Plattform bezüglich der Bewegungsrichtung neigt, und dass der Roboter gebremst wird, indem sich das kugelförmige Rad in Bewegungsrichtung dreht, was die Plattform in der entgegengesetzten Richtung neigt. Der Neigungswinkel der Plattform folgt dabei keinem konstanten gewünschten Wert, sondern nur adaptiven Änderungen gemäß der Bewegung des kugelförmigen Rads.
Aus der US 2008/0039990 A1 ist eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs bekannt, wobei der Soll-Neigungswinkel des Fahrzeugs basierend auf einem durchschnittlichen Dauerdrehmoment und dem Drehmoment während Beschleunigung und Verzögerung, dem im Motor verbrauchten Strom, dem Gewicht des Fahrzeugs und der Nutzlast sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird. Dort wird der Neigungswinkel des Fahrzeugs auf den Soll-Neigungswinkel geregelt, und dann wird die Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Soll-Neigungswinkel auf einen Sollwert geregelt.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die Antriebskraft der Fahrbewegungseinheit, welche zum Konvergieren des Messwerts des Neigungswinkels des Nutzlast-Trägerteils des inverspendel-artigen Fahrzeugs zu dem Soll-Neigungswinkel und zum Konvergieren des Messwerts der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu der Soll-Geschwindigkeit geeignet ist, unterliegt einem Einfluss des Gewichts des zu transportierenden Objekts (Benutzer, Gepäck und dergleichen), die auf das Fahrzeug aufzuladen sind.
Hingegen wird in der in JP 3070015 B2 offenbarten Regelungs-/Steuerungstechnik der Drehmomentbefehlswert des Elektromotors und folglich die an die Fahrbewegungseinheit durch den Elektromotor übermittelte Antriebskraft gemäß dem Fehler zwischen dem Messwert des Neigungwinkels des Nutzlastträgerteils und dem Soll-Neigungswinkel und dem Fehler zwischen dem Messwert der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Sollgeschwindigkeit bestimmt. In der in JP 3070015 B2 gezeigten Regelungs-/Steuerungstechnik wird der Drehmomentbefehlswert des Elektromotors daher nur in Abhängigkeit des Fehlers bestimmt, sogar wenn sich das Gewicht des an Bord des Nutzlast-Trägerteils befindlichen Benutzers ändert.
Als solches tendiert in der in JP 3070015 B2 gezeigte Regelungs-/Steuerungstechnik ein Überschuss oder Defizit an Antriebskraft, welche an die Fahrbewegungseinheit durch den Elektromotor übermittelt wird, dazu, in Abhängigkeit des Gewichts des an Bord des Nutzlast-Trägerteils befindlichen Benutzers aufzutreten. Deshalb besteht eine Befürchtung, dass eine Schwingung in dem Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerteils oder der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs auftritt und dass die Regelungs-/Steuerungsreaktionsfähigkeit des Neigungswinkels oder der Fahrgeschwindigkeit absinkt.
Und das selbe gilt nicht nur für den Fall, wo der Benutzer (Mensch) das Fahrzeug besteigt, aber auch in dem inverspendel-artigen Fahrzeug, welches für Arbeit verwendet wird, bei welcher das zu transportierende Objekt, wie etwa ein Gepäckstück, angeordnet und transportiert wird.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf den voran beschriebenen Hintergrund verwirklicht worden und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, eine geeignete Antriebskraft zum Steuern/Regeln des Neigungswinkels und dergleichen des Ladeteils der Fahrbewegungseinheit zu übermitteln, ohne vom auf dem Ladeteil angeordneten Gewicht des zu transportierenden Objekts abhängig zu sein, wobei das Ladeteil des inverspendel-artigen Fahrzeugs frei neigbar ist.
Mittel zum lösen des Problems
Um die Aufgabe zu lösen, wird eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 angegeben.
Das inverspendel-artige Fahrzeug ist versehen mit einer Fahrbewegungseinheit, die dazu in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einem Aktuator, welcher die Fahrbewegungseinheit antreibt, einem Grundkörper, an welchem die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator angebracht sind, und einem Ladeteil eines zu transportierenden Objekts, welches an dem Grundkörper angebracht ist, so dass es in Bezug auf eine vertikale Richtung frei neigbar ist. Die Regelungs-/Steuerungsvorrichtung enthält: ein Neigungswinkel-Messelement, welches eine Ausgabe gemäß einem Ist-Neigungswinkel des Ladeteil erzeugt; ein Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement, welches einen einen Sollwert einer Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit definierenden Geschwindigkeitsbefehlswert sequentiell bestimmt zumindest unter Verwendung eines Neigungsfehlers, welcher ein Fehler zwischen einem durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements angegebenen Messwert des Neigungswinkels des Ladeteils und einem Soll-Neigungswinkel eines vorbestimmten Werts ist, um den Neigungsfehler nahe an 0 zu bringen; und ein Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement, welches den Aktuator steuert/regelt, um zu bewirken, dass eine Ist-Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit einem Sollwert der Fahrgeschwindigkeit folgt, welcher durch den durch das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement bestimmten Geschwindigkeitsbefehlswert definiert ist (ein erster Aspekt der Erfindung).
In der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Boden” ferner verwendet werden, um eine Außenraumbodenfläche oder eine Straßenfläche einzuschließen, statt nur einen Boden im herkömmlichen Sinn (z. B. einen Innenraumboden) zu bedeuten.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird der Geschwindigkeitsbefehlswert bestimmt, um den Neigungsfehler nahe an 0 zu bringen. Das heißt, dass der Geschwindigkeitsbefehlswert als eine Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Steuern/Regeln des Aktuators bestimmt wird, um den Neigungsfehler nahe an 0 zu bringen. Danach regelt/steuert das Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement den Aktuator, um zu bewirken, dass die Ist-Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit dem Sollwert der von dem Geschwindigkeitsbefehlswert definierten Fahrgeschwindigkeit folgt.
Die Neigebewegung des auf dem Ladeteil angeordneten zu transportierenden Objekts (insbesondere von dem Gesamtfahrzeug, einschließlich des zu transportierenden Objekts, die Neigebewegung des Schwerpunkts des Abschnitts, welcher in der Lage ist, sich integral mit dem Ladeteil zu neigen) wird zu einem Verhalten, welches dem Verhalten des Inversionspendels ähnlich ist. Daher hängt die Weise der zeitlichen Änderung des Neigungsfehlers nicht vom Gewicht des auf dem Ladeteil angeordneten zu transportierenden Objekts ab, sondern hängt von der Weise einer zeitlichen Änderung der Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeugbewegungseinheit und folglich von der Zeitfolge des Geschwindigkeitsbefehlswerts ab.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird es daher möglich, die geeignete Antriebskraft zum Bringen des Neigungsfehlers nahe an 0 an die Fahrbewegungseinheit zu übertragen, ohne vom Gewicht des auf dem Ladeteil angeordneten, zu transportierenden Objekts abhängig zu sein.
In dem ersten Aspekt der Erfindung ist der Fahrzeugsbefehlswert typischerweise der Befehlswert der Fahrgeschwindigkeit (Translationsgeschwindigkeit) der Fahrbewegungseinheit, kann aber zum Beispiel ein Wert sein, welcher durch Multiplizieren eines Werts mit einer Konstante erhalten wird, welche vorher auf die Fahrgeschwindigkeit (ein Wert proportional zu der Fahrgeschwindigkeit) eingestellt wird.
Ferner, wenn der Soll-Neigungswinkel, z. B. ein Neigungswinkel des Ladesteils in einem Zustand, wo der Gesamtschwerpunkt des Teils, welches in der Lage ist, sich integral mit dem Ladeteil zu neigen, von dem Gesamtfahrzeugs, einschließlich des zu transportierenden Objekts, unmittelbar oberhalb oder näherungsweise unmittelbar oberhalb der Neigungsmitte (Drehpunkt der Neigung) der Ladeeinheit ist (d. h. der Zustand, wo das um die Neigungsmitte erzeugte Moment durch die auf den Schwerpunkt wirkende Schwerkraft 0 oder näherungsweise 0 wird), angewendet werden kann.
Gemäß Anspruch 2 bestimmt das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement vorzugsweise sequentiell einen Beschleunigungsbefehlswert, welcher einen Sollwert einer Fahrbeschleunigung der Fahrbewegungseinheit zumindest gemäß dem Neigungsfehler definiert, und bestimmt den Geschwindigkeitsbefehlswert durch Integrieren des bestimmten Beschleunigungsbefehlswerts (ein zweiter Aspekt der Erfindung).
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird der Geschwindigkeitsbefehlswert bestimmt, indem zuerst der Beschleunigungsbefehlswert gemäß dem Neigungsfehler bestimmt wird und dann der Beschleunigungsbefehlswert integriert wird. Als solches wird es somit möglich, eine rasante Änderung des Geschwindigkeitsbefehlswert zu beschränken und den Geschwindigkeitsbefehlswert gleichmäßig zu ändern. Folglich wird es möglich, eine Änderung der Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit gleichmäßig auszuführen. Ferner wird die Zahl der Freiheitsgrade einer Regelung/Steuerung der Stellgrößen der Bewegung des Fahrzeugs verbessert. Zum Beispiel in dem Fall der Regelung/Steuerung der Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit, zusätzlich zum Bringen des Ist-Neigungswinkels des Ladeteils an den Soll-Neigungswinkel (den Neigungsfehler nahe an 0 bringen), um die Ist-Fahrgeschwindigkeit eines vorbestimmten Repräsentativpunkts eines Abschnitts, welcher in der Lage ist, sich integral mit der Ladeeinheit des Gesamtfahrzeugs, einschließlich des zu transportierenden Objekts, zu neigen (z. B. der Gesamtschwerpunkt des Teils, welches in der Lage ist, sich integral mit dem Ladeteil zu neigen) auf einen vorbestimmten Sollwert (beispielsweise 0) zu bringen, wird es möglich, die Regelungs-/Steuerungscharakteristiken des Neigungswinkels des Ladeteils und die Regelungs-/Steuerungscharakteristiken der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunkts so einzustellen, dass es schwierig ist, voneinander beeinflusst zu werden.
In dem Fall der Regelung/Steuerung des Neigungswinkels des Ladeteils und der Fahrgeschwindigkeit des vorbestimmten Repräsentativpunkts, wie oben beschrieben, kann beispielsweise die folgende Weise angewendet werden. Das heißt, dass zusätzlich zu dem Neigungswinkel-Messelement ein Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelement, welches eine Ausgabe gemäß der Ist-Fahrgeschwindigkeit des vorbestimmten Repräsentativpunkts erzeugt, bereitgestellt ist (nachfolgend manchmal als eine Repräsentativpunktgeschwindigkeit bezeichnet). Danach bestimmt das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement den Beschleunigungsbefehlswert, beispielsweise zumindest durch Synthesizieren einer Stellgrößenkomponente, welche durch Multiplizieren eines ersten Verstärkungskoeffizienten mit dem Neigungsfehler erhalten wird, und einer Stellgrößenkomponente, welche durch Multiplizieren eines zweiten Verstärkungskoeffizienten mit einem Repräsentativpunktgeschwindigkeitsfehler erhalten wird, welcher ein Fehler zwischen einem Messwert der Repräsentativpunktsgeschwindigkeit (ein Messwert der durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements angegebenen Repräsentativpunktgeschwindigkeit) und einem vorbestimmten Sollwert der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunkts ist.
Ergänzend wird es gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung möglich, den Geschwindigkeitsbefehlswert durch Synthetisieren zumindest der Stellgrößenkomponente, welche durch Multiplizieren des ersten Verstärkungskoeffizienten mit dem Neigungsfehler erhalten wird, und der Stellgrößenkomponente, welche durch Multiplizieren des zweiten Verstärkungskoeffizienten mit dem Repräsentativpunktgeschwindigkeitsfehler erhalten wird, zu bestimmen. Jedoch wird in diesem Fall die Zahl der Freiheitsgrade für ein Einstellen der Werte des ersten Verstärkungskoeffizienten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten kleiner als in dem Fall, wo der Geschwindigkeitsbefehlswert bestimmt wird.
In dem inverspendel-artigen Fahrzeug gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Fahrbewegungseinheit dazu eingerichtet sein, in der Lage zu sein, sich auf einer Bodenfläche in nur einer Richtung zu bewegen, und das Ladeteil kann an dem Grundkörper angeordnet sein, welcher um eine Achse in einer zu der einen Richtung orthogonalen Richtung neigbar ist.
Die Fahrbewegungseinheit kann alternativ dazu eingerichtet sein, in allen Richtungen, einschließlich einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung, welche orthogonal zueinander sind, auf einer Bodenfläche bewegbar zu sein, und das Ladeteil ist an dem Grundkörper derart angebracht, um neigbar um zwei Achsen, um die Achse in der ersten Richtung und um die Achse in der zweiten Richtung, zu sein.
Gemäß Anspruch 3 ist die Fahrbewegungseinheit in allen Richtungen bewegbar und ist das Ladeteil um zwei Achsen frei neigbar. Hierbei ist der Aktuator vorzugsweise mit zwei Drehaktuatoren ausgerüstet, welche eine Antriebskraft an die Fahrbewegungseinheit übermitteln, und ist dazu eingerichtet, in der Lage zu sein, einen Geschwindigkeitsvektor zu regeln/steuern, welcher ein zwei-dimensionaler Vektor der Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit ist, durch Steuern/Regeln einer Drehgeschwindigkeit von jedem der beiden Drehaktuatoren, ist der von dem Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement bestimmte Geschwindigkeitsbefehlswert ein Befehlswert, welcher den Geschwindigkeitsvektor der Fahrbewegungseinheit definiert, und das Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement wandelt den bestimmten Geschwindigkeitsbefehlswert in einen Aktuatorgeschwindigkeitsbefehlswert um, welcher die Drehgeschwindigkeit von jedem der beiden Drehaktuatoren definiert, und steuert/regelt die beiden Drehaktuatoren gemäß dem Beschleunigungsbefehlswert (ein dritter Aspekt der Erfindung).
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist die Fahrbewegungseinheit „dazu in der Lage, sich in allen Richtungen, einschließlich der ersten Richtung und der zweiten Richtung, zu bewegen”, womit gemeint ist, dass die Orientierung des Geschwindigkeitsvektors der Fahrbewegungseinheit zu jedem Zeitpunkt, welcher in einer axialen Richtung, welche orthogonal zu der ersten Richtung und der zweiten Richtung ist, beobachtet wird, eine Orientierung mit einer beliebigen Winkelrichtung um die oben genannte axiale Richtung annehmen könnte, wenn die Fahrbewegungseinheit durch den Aktuator angetrieben wird. In diesem Fall ist die oben genannte axiale Richtung näherungsweise eine vertikale Richtung oder eine zu einer Bodenfläche senkrechte Richtung. Des Weiteren muss die Bezeichnung „orthogonal” in der vorliegenden Erfindung nicht orthogonal im engeren Sinne bedeuten, und kann geringfügig davon abweichen, orthogonal im strengen Sinne zu sein, so lange es nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird es möglich, sogar in dem Fall, wo jede der beiden den Geschwindigkeitsvektor der Fahrbewegungseinheit darstellenden Komponenten (beispielsweise die Komponente in der ersten Richtung und die Komponente in der zweiten Richtung) von den beiden Drehgeschwindigkeiten der beiden Drehaktuatoren abhängt, den Geschwindigkeitsbefehlswert trotz solcher Abhängigkeiten zu bestimmen. Danach wird der Aktuator-Geschwindigkeitsbefehlswert der beiden Drehaktuatoren bestimmt, indem zuerst der Geschwindigkeitsbefehlswert bestimmt wird und dann der Geschwindigkeitsbefehlswert umgewandelt wird, so dass die Bildung eines Algorithmus zum Bestimmen des Aktuator-Geschwindigkeitsbefehlswerts leichter gemacht wird.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann die Struktur der Fahrbewegungseinheit und des Aktuators beispielsweise die in Anspruch 4 angegebene Struktur annehmen. Das heißt, dass die Fahrbewegungseinheit beispielsweise mit einer Radform gebildet ist, welche auf einer Bodenfläche frei umfangsdrehbar ist, dazu eingerichtet ist, in der Lage zu sein, sich um eine Mittelachse einer Querschnittsfläche in einer radialen Richtung davon zu drehen, und dazu in der Lage ist, durch die Umfangsdrehbewegung und die Drehbewegung um die Mittelachse in allen Richtungen zu fahren, der Aktuator bereitgestellt ist mit zwei Drehelementen, welche angeordnet sind, um frei drehbar um eine Umfangsdrehungs-Achsenmitte zu sein, welche eine Drehungs-Achsenmitte der Umfangsdrehung der Fahrbewegungseinheit ist, an beiden Seiten der Fahrbewegungseinheit in der Richtung der Umfangsdrehungs-Achsenmitte, und einer Mehrzahl von Rollen, welche um die Umfangsdrehungs-Achsenmitte zwischen der Fahrbewegungseinheit und jedem Drehteil angeordnet sind, welche durch die Drehteile gehalten werden, um frei drehbar um die Drehungs-Achsenmitte zu sein, welche in Bezug auf die Umfangsdrehungs-Achsenmitte geneigt ist und in der Lage ist, sich integral mit den Drehelementen um die Umfangsdrehungs-Achsenmitte zu drehen, wobei Außenumfangsflächen von jeder der Mehrzahl von Rollen in Presskontakt gegen die Fahrbewegungseinheit stehen, und der Aktuator dazu eingerichtet ist, eine resultierende Antriebskraft einer ersten Antriebskraft zum Umfangsdrehen der Fahrbewegungseinheit und einer zweiten Antriebskraft zum Drehen der Fahrbewegungseinheit um eine Mittelachse zu der Fahrbewegungseinheit durch eine Reibungskraft zwischen der Fahrbewegungseinheit und einer Mehrzahl der Rollen durch Drehantrieb jedes der beiden Drehelemente durch die jeweiligen Drehaktuatoren zu übermitteln.
Die oben genannte Mittelachse bezeichnet insbesondere eine ringförmige Achsenlinie, welche durch die Mitte der Querschnittsfläche in der radialen Richtung der Fahrbewegungseinheit verläuft (Querschnittsfläche einschließlich der Umfangsdrehungs-Achsenmitte der Fahrbewegungseinheit) und sich in der Umfangsrichtung der Fahrbewegungseinheit erstreckt.
In dem Fall, wo die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator wie oben beschreiben eingerichtet sind und in dem Fall, wo der Geschwindigkeitsvektor der Fahrbewegungseinheit, einschließlich einer Geschwindigkeitskomponente in der Richtung der Umfangsdrehungs-Achsenmitte, d. h. in dem Fall, wo die Drehbewegung der Fahrbewegungseinheit um die Mittelachse ausgeführt wird, ändert sich der Schlupfzustand zwischen einer Mehrzahl der Rollen und der Fahrbewegungseinheit gemäß der zweiten Antriebskraft. Folglich ändert sich die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit der beiden Drehaktuatoren und der Komponente in der Richtung der Umfangsdrehungs-Mittelachse von dem Geschwindigkeitsvektor der Fahrbewegungseinheit gemäß der zweiten Antriebskraft.
Für den Fall, wo die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator wie oben beschrieben eingerichtet sind, ist das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement daher vorzugsweise ferner mit einem Element ausgestattet, welches die zweite Antriebskraft aus der tatsächlich durch den Aktuator an die Fahrbewegungseinheit übermittelten resultierenden Antriebskraft beobachtet, und welches den Geschwindigkeitsbefehlswert gemäß einem beobachteten Wert (detektierter Wert oder geschätzter Wert) der zweiten Antriebskraft korrigiert (ein vierter Aspekt der Erfindung).
Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird es möglich, den Aktuatorgeschwindigkeitsbefehlswert zu bestimmen, welcher dazu geeignet ist, zu bewirken, dass die Ist-Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit dem Geschwindigkeitsbefehlswert durch Kompensieren des Einflusses der Änderung des Schlupfzustands folgt. Daher wird es möglich, die folgende Fähigkeit der Ist-Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit bezüglich des Geschwindigkeitsbefehlswerts zu erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht eines inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine Seitenansicht des inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines unteren Abschnitts des inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
4 ist eine Perspektivansicht des unteren Abschnitts des inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
5 ist eine Perspektivansicht einer Fahrbewegungseinheit (Radeinheit) des inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
6 ist eine Darstellung, welche die Anordnungsbeziehung zwischen der Fahrbewegungseinheit (Radeinheit) und freien Rollen des inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform veranschaulicht;
7 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch eine Regelungs-/Steuerungseinheit des inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform veranschaulicht;
8 ist eine Darstellung, welche ein Inverspendel-Modell, welches das dynamische Verhalten des inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform ausdrückt, veranschaulicht;
9 ist ein Blockdiagramm, welches eine auf die Verarbeitung im SCHRITT9 der 7 bezogene Verarbeitungsfunktion darstellt;
10 ist ein Blockdiagramm, welches eine Verarbeitungsfunktion eines in 9 gezeigten Verstärkungseinstellers darstellt;
11 ist ein Blockdiagramm, welches eine Verarbeitungsfunktion eines in 10 gezeigten Begrenzungsprozessors darstellt (oder einen in 12 gezeigten Begrenzungsprozessor);
12 ist ein Blockdiagramm, welches eine Verarbeitungsfunktion eines in 9 gezeigten Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzers 76 darstellt; und
13 ist ein Blockdiagramm, welches eine Verarbeitungsfunktion eines in 9 gezeigten Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 darstellt;
[Erste Ausführungsform]
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Zuerst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 der Aufbau eines inverspendel-artigen Fahrzeugs gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst ein inverspendel-artiges Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Nutzlast-Trägerteil 3 für einen Benutzer (Fahrer) als ein zu transportierendes Objekt, eine Fahrbewegungseinheit 5, welche in der Lage ist, in alle Richtungen (alle zweidimensionalen Richtungen, umfassend eine Längsrichtung und eine Querrichtung) auf einer Bodenfläche zu fahren, während sie mit der Bodenfläche in Kontakt steht, einen Aktuator 7, welcher eine Antriebskraft zum Antreiben der Fahrbewegungseinheit 5 der Fahrbewegungseinheit 5 vermittelt und einen Grundkörper 9, an welchem das Nutzlast-Trägerteil 3, die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 montiert sind.
In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform bedeuten hier „die Längsrichtung” und „die Querrichtung” die Richtungen, welche mit der Längsrichtung bzw. der Querrichtung des Oberkörpers eines Benutzers an Bord des Nutzlast-Trägerteils 3 in einer normalen Haltung zusammenfallen oder im Wesentlichen zusammenfallen. Übrigens ist „die normale Haltung” eine bei der Ausgestaltung vorgesehene Haltung, welche sich auf das Nutzlast-Trägerteil 3 bezieht und sie ist eine Haltung, in welcher die Rumpfachse des Oberkörpers des Benutzers näherungsweise in der vertikalen Richtung ausgerichtet ist und der Oberkörper nicht verdreht ist.
In diesem Fall sind in 1 „die Längsrichtung” und „die Querrichtung” die zur Zeichenebene senkrechte Richtung bzw. die Querrichtung der Zeichenebene. In 2 sind „die Längsrichtung” und „die Querrichtung” die Querrichtung der Zeichenebene bzw. die zur Zeichenebene senkrechte Richtung. Ferner werden bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die den Bezugszeichen beigefügten Abkürzungen „R” und „L” verwendet werden, um den Bezug zur rechten Seite bzw. linken Seite des Fahrzeugs 1 zu bezeichnen.
Der Grundkörper 9 ist mit einem unteren Rahmen 11, an welchem die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 angebracht sind, und einem sich aufwärts von dem oberen Ende des unteren Rahmens 11 erstreckenden Tragrahmen 13 bereitgestellt.
Ein sich von dem Tragerahmen 16 zur Vorderseite hin erstreckender Sitzrahmen 15 ist an der Oberseite des Tragrahmens 13 befestigt. Ferner ist der Sitz 3, auf welchem der Benutzer sitzt, an dem Sitzrahmen 15 angebracht. In der vorliegenden Ausführungsform dient der Sitz 3 als Nutzlast-Trägerteil für einen Benutzer (ein Ladeteil des zu transportierenden Objekts). Somit fährt das inverspendel-artige Fahrzeug 1 in der vorliegenden Ausführungsform (nachfolgend einfach als Fahrzeug 1 bezeichnet) auf einer Bodenfläche mit einem auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzer.
Ferner sind von dem auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzer bei Bedarf zu greifende Griffe 17R und 17L auf der rechts und links von dem Sitz 3 angeordnet. Diese Griffe 17R und 17L sind an distalen Abschnitten von Bügeln 19R bzw. 19L gesichert, welche sich von dem Tragrahmen 13 (oder dem Sitzrahmen 15) erstrecken.
Der untere Rahmen 11 ist mit einem Paar von Abdeckelementen 21R und 21L bereitgestellt, welche sich gegenüberliegend in einer gabelnden Form mit einer Lücke dazwischen in der Querrichtung angeordnet sind. Die oberen Endabschnitte (die Gabelabschnitte) dieser Abdeckelemente 21R und 21L sind durch eine Gelenkwelle 23 verbunden, welche eine longitudinale axiale Mitte aufweist, so dass eines der Abdeckelemente 21R bzw. 21L um die Gelenkwelle 23 bezüglich des anderen relativ schwenkbar ist. In diesem Fall sind die Abdeckelemente 21R und 21L durch nicht gezeigte Federn in einer Richtung vorgespannt, in welcher sich die unteren Endabschnitte (die distalen Enden der Gabelabschnitte) der Abdeckelemente 21R und 21L verengen.
Ferner sind eine Fußraste 25R, auf welcher der auf dem Sitz 3 sitzende Benutzer seinen/ihren rechten Fuß abstützt, und eine Fußraste 25L, auf welcher der Benutzer seinen/ihren linken Fuß abstützt, an den Außenflächen der Abdeckelemente 21R und 21L derart bereitgestellt, dass sich die Fußrasten nach außen in die rechte bzw. die linke Richtung erstrecken.
Die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 sind zwischen den Abdeckelementen 21R und 21L des unteren Rahmens 11 angeordnet. Der Aufbau der Fahrbewegungseinheit 5 und des Aktuators 7 werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben werden.
Die in der vorliegenden Ausführungsform dargestellte Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 weisen den selben Aufbau auf wie diejenigen, welche beispielsweise in 1 des vorangehend erwähnten Patentdokuments 2 offenbart sind. Daher werden bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die Aspekte des Aufbaus der Fahrbewegungseinheit 5 und des Aktuators 7, welche in dem obengenannten Patentdokument 2 beschrieben sind, nur kurz beschrieben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Fahrbewegungseinheit 5 eine aus einem gummielastischen Material hergestellte Radanordnung, welche mit einer ringförmigen Form gebildet ist und eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform aufweist. Diese Fahrbewegungseinheit 5 (nachfolgend als die Radanordnung 5 bezeichnet) verformt sich elastisch, um in der Lage zu sein, um eine Mitte C1 des kreisförmigen Querschnitts zu rotieren (insbesondere die Umfangslinie, welche den Mittelpunkt C1 des kreisförmigen Querschnitts passiert und welche konzentrisch mit der axialen Mitte der Radanordnung 5 ist), wie durch den Pfeil Y1 in 5 und 6 angedeutet.
Die Radanordnung 5 ist zwischen den Abdeckelemente 21R und 21L angeordnet, wobei eine Achsenmitte C2 davon (eine Achsenmitte C2 orthogonal zu der Durchmesserrichtung der gesamten Radanordnung 5) in Querrichtung ausgerichtet ist, und tritt mit einer Bodenfläche an dem unteren Endabschnitt der Außenumfangsfläche der Radanordnung 5 in Kontakt.
Die Radanordnung 5 ist in der Lage, eine Drehbewegung um die Achsenmitte C2 der Radanordnung, wie durch einen Pfeil Y2 in 5 angedeutet, (eine Umfangsdrehbewegung auf einer Bodenfläche) und eine Drehbewegung um die Mitte C1 des Querschnitts der Radanordnung 5 durchzuführen, indem sie von dem Aktuator 7 angetrieben wird (wird später im Detail zu diskutieren sein). Als Ergebnis davon ist die Radanordnung 5 in der Lage, in alle Richtungen auf einer Bodenfläche durch die Bewegungen zu fahren, welche die obengenannten Drehbewegungen kombinieren.
Ergänzend entspricht die Achsenmitte C2 der Umfangsdrehungs-Achsenmitte der vorliegenden Erfindung, und die Mitte C1 des Querschnitts entspricht der Mittelachse der vorliegenden Erfindung.
Der Aktuator 7 ist mit einem Drehelement 27R und zwischen der Radanordnung 5 und dem rechten Abdeckelement 21R angeordneten freien Rollen 29R, einem Drehelement 27L und zwischen der Radanordnung 5 und dem linken Abdeckelement 21L angeordneten freien Rollen 29L, einem Elektromotor 31R, welcher als ein oberhalb des Drehelements 27R und den freien Rollen 29R angeordneter Aktuator dient, und einem Elektromotor 31L, welcher als ein oberhalb des Drehelements 27L und den freien Rollen 29L dienender Aktuator bereitgestellt ist. Hierbei entsprechen die Elektromotoren 31R, 31L den beiden Drehaktuatoren der vorliegenden Erfindung.
Die Gehäuse der Elektromotoren 31R und 31L sind an dem Abdeckelement 21R bzw. 21L angebracht. Obwohl nicht gezeigt, sind die elektrischen Quellen (Batterien oder Kondensatoren) der Elektromotoren 31R und 31L an einem geeigneten Ort des Grundkörpers 9, wie dem Tragerahmen 13 oder dergleichen, montiert.
Das Drehelement 27R ist rotierend durch das Abdeckelement 21R durch Zwischenschaltung einer eine Querachsenmitte aufweisenden Tragachse 33R getragen. Ebenso ist das Drehelement 27L durch das Abdeckelement 21L durch Zwischenschaltung einer eine Querachsenmitte aufweisenden Trageachse 33L getragen. In diesem Fall sind der axiale Drehmittelpunkt des Drehelements 27R (der axiale Mittelpunkt der Tragachse 33R) und der axiale Drehmittelpunkt des Drehelements 27L (der axiale Mittelpunkt der Tragachse 33L) konzentrisch zueinander.
Die Drehelemente 27R und 27L sind mit den Ausgangswellen des Elektromotors 31R bzw. 31L durch Zwischenschaltung von Kraftübertragungsmechanismen, welche Funktionen von Reduzierstücken umfassen, verbunden und werden durch die von dem Elektromotor 31R bzw. 31L übertragene Antriebskraft (Drehmoment) zur Drehung angetrieben. Jeder Kraftübertragungsmechanismus ist beispielsweise ein Riemenscheibe-Riemen-System. Wie in 3 dargestellt, ist das Drehelement 27R insbesondere mit der Ausgangswelle des Elektromotors 31R durch Zwischenschaltung einer Riemenscheibe 35R und eines Riemens 37R verbunden. Ebenso ist das Drehelement 27L mit der Ausgangswelle des Elektromotors 31L durch Zwischenschaltung einer Riemenscheibe 35L und eines Riemens 37L verbunden.
Übrigens kann der obengenannte Kraftübertragungsmechanismus beispielsweise aus einem Ritzel und einer Verbindungskette gebildet sein oder kann aus einer Mehrzahl von Zahnrädern gebildet sein. Als eine andere Alternative können die Elektromotoren 31R und 31L derart gebildet sein, dass deren Ausgangswellen angeordnet sind, um den Drehelementen 27R und 27L gegenüberzuliegen, um die Ausgangswellen derart anzuordnen, dass sie konzentrisch mit den Drehelementen 27R und 27L sind und die Ausgangswellen der Elektromotoren 31L und 31R können durch Zwischenschaltung von Reduzierstücken (beispielsweise Planetgetriebevorrichtungen) mit dem Drehelement 27R bzw. 27L verbunden sein.
Die Drehelemente 27R und 271 weisen die gleiche Form auf und sind als Kreiskegelstümpfe gebildet, deren Durchmesser sich zur Radanordnung 5 hin verringern und deren Außenumfangsflächen geneigte Außenumfangsflächen 39R und 39L bilden.
Eine Mehrzahl der freien Rollen 29R ist um die geneigte Außenumfangsfläche 39R des Drehelements 27R derart angeordnet, dass die freien Rollen 29R in regelmäßigen Abständen auf dem mit dem Drehelement 27R konzentrischen Umfang angeordnet sind. Ferner sind diese freien Rollen 29R an der geneigten Außenumfangsfläche 39R durch Zwischenschaltung der Bügel 41R angebracht und sind drehend durch die Bügel 41R getragen.
Ebenso ist eine Mehrzahl von freien Rollen 29L (der gleichen Anzahl wie die der freien Rollen 29R) um die geneigte Außenumfangsfläche 39L des Drehelements 27L derart angeordnet, dass die freien Rollen 29L in regelmäßigen Abständen auf dem mit dem Drehelement 27L konzentrischen Umfang angeordnet sind. Ferner sind diese freien Rollen 29L an der geneigten Außenumfangsfläche 39L durch Zwischenschaltung der Bügel 41L angebracht und sind drehbar von den Bügeln 41L getragen.
Die Radanordnung 5 ist konzentrisch mit den Drehelementen 27R und 27L angeordnet und zwischen den dem Drehelement 27R benachbarten freien Rollen 29R und den dem Drehelement 27L benachbarten freien Rollen 29L gehalten.
Wie in 1 und 6 dargestellt, sind die freien Rollen 29R und 29L in diesem Fall in Stellungen angeordnet, in welchen deren axiale Mitten C3 gegen die Achsenmitte C2 der Radanordnung 5 geneigt sind und auch gegen die Durchmesserrichtung der Radanordnung 5 geneigt sind (die radiale Richtung, welche die Achsenmitte C2 und die freien Rollen 29R und 29L bei Betrachtung der Radanordnung 5 in Richtung der axialen Mitte C2 davon verbindet). In den obengenannten Stellungen werden ferner die Außenumfangsflächen der Rollen 29R bzw. 29L in einen schrägen Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Radanordnung 5 gedrückt.
Allgemein gesagt, werden die rechten freien Rollen 29R in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Radanordnung 5 in Stellungen in Kontakt gedrückt, in welchen eine Reibungskraftkomponente in der Richtung um die Achsenmitte C2 (eine Reibungskraftkomponente in der Tangentialrichtung des Innenumfangs der Radanordnung 5) und eine Reibungskraftkomponente in der Richtung um die Mitte C1 des Querschnitts der Radanordnung 5 (eine Reibungskraftkomponente in der Tangentialrichtung des kreisförmigen Querschnitts) auf die Radanordnung an einer Fläche ausgeübt werden kann, welche mit der Radanordnung 5 in Kontakt steht, wenn das Drehelement 27R um die Achsenmitte C2 zur Drehung angetrieben wird. Das Gleiche gilt für die linken freien Rollen 29L.
Die Reibungskraftkomponente in der Richtung um die Achsenmitte C2 und die Reibungskraftkomponente in der Richtung um die Mitte C1 des Querschnitts entsprechen der ersten Antriebskraft bzw. der zweiten Antriebskraft der vorliegenden Erfindung.
Wie vorangehend beschrieben, werden die Abdeckelemente 21R und 21L in diesem Fall durch nicht gezeigte Federn in die Richtung zum Verengen der unteren Endabschnitte (der distalen Enden der Gabelabschnitte) der Abdeckelemente 21R und 21L vorgespannt. Somit hält die treibende Kraft die Radanordnung 5 zwischen den rechten freien Rollen 29R und den linken freien Rollen 29L und die freien Rollen 29R und 29L werden in Presskontakt mit der Radanordnung 5 gehalten (insbesondere der Presskontaktzustand, welcher ermöglicht, dass eine Reibungskraft zwischen den freien Rollen 29R und 29L und der Radanordnung 5 wirkt).
Wenn bei dem den vorangehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Fahrzeug 1 die Drehelemente 27R und 27L zur Drehung mit der gleichen Geschwindigkeit in der gleichen Richtung durch den Elektromotor 31R bzw. 31L angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 um die Achsenmitte C2 in der gleichen Richtung wie der Drehelemente 27R und 27L drehen. Dies veranlasst die Radanordnung 5 dazu, auf einer Bodenfläche in der Längsrichtung zu rollen und das gesamte Fahrzeug 1 wird in der Längsrichtung fahren. In diesem Fall dreht sich die Radanordnung 5 nicht um die Mitte C1 von dessen Querschnitt.
Wenn ferner beispielsweise die Drehelemente 27R und 27L in einander entgegengesetzten Richtungen mit Geschwindigkeiten der gleichen Größe zur Drehung angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 dann um die Mitte C1 von dessen Querschnitt drehen. Dies veranlasst die Radanordnung 5, in die Richtung der axialen Mitte C2 davon zu fahren (das heißt in die Querrichtung), wodurch das gesamte Fahrzeug 1 veranlasst wird, in die Querrichtung zu fahren. In diesem Fall dreht sich die Radanordnung 5 nicht um die Achsenmitte C2 davon.
Wenn ferner die Drehelemente 27R und 27L in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen mit voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeiten umfassende Richtungen) zur Drehung angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 dann um die Achsenmitte C2 und auch um die axiale Mitte C1 von dessen Querschnitt [0065] Zu diesem Zeitpunkt veranlassen Bewegungen, welche die obengenannten Drehbewegungen (kombinierte Bewegungen) kombinieren, die Radanordnung 5 dazu, in Richtungen zu fahren, welche relativ zu der Längsrichtung und der Querrichtung geneigt sind, wodurch das gesamte Fahrzeug 1 veranlasst wird, in die gleiche Richtung wie die der Radanordnung 5 zu fahren. Die Fahrtrichtung der Radanordnung 5 wird sich in diesem Fall in Abhängigkeit der Differenz zwischen den Drehrichtungen umfassenden Drehgeschwindigkeiten der Drehelemente 27R und 27L (die Drehgeschwindigkeitsvektoren, deren Polaritäten gemäß den Drehrichtungen definiert sind) ändern.
Die Fahrbewegungen der Radanordnung werden wie vorangehend beschrieben ausgeführt. Deshalb wird es möglich, die Fahrgeschwindigkeit und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs durch Regeln/Steuern der Drehgeschwindigkeiten (umfassend die Drehrichtungen) der Elektromotoren 31R und 31L und somit durch Regeln/Steuern der Drehgeschwindigkeiten der Drehelemente 27R und 27L zu regeln/steuern.
Der Sitz (das Nutzlast-Trägerteil) 3 und der Grundkörper 9 sind übrigens um die Querachsenmitte C2 neigbar, wobei die Achsenmitte C2 der Radanordnung 5 der Tragepunkt ist, und auch zusammen mit der Radanordnung 5 um die longitudinale Achse neigbar, wobei die Bodenkontaktfläche (die untere Endfläche) der Radanordnung 5 der Tragepunkt ist.
Der Aufbau zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jetzt beschrieben werden. Ausgehend von einem XYZ-Koordinatensystem, in welchem, wie in 1 und 2 dargestellt, die horizontale Längsachse durch eine X-Achse angedeutet ist, die seitliche horizontale Achse durch eine Y-Achse angedeutet ist und die vertikale Richtung durch eine Z-Achse angedeutet ist, können in der folgenden Beschreibung die Längsrichtung und die Querrichtung als die X-Achsen-Richtung bzw. die Y-Achsen-Richtung bezeichnet werden.
Zuerst wird die Regelung/Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs 1 umrissen werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird grundsätzlich, wenn der auf dem Sitz 3 sitzende Benutzer seinen/ihren Oberkörper neigt (insbesondere, wenn der Oberkörper derart geneigt wird, dass die Position des gesamten Schwerpunkts, welcher den Benutzer und das Fahrzeug kombiniert (die auf eine horizontale Ebene projizierte Position) bewegt wird), der Grundkörper 9 dann zusammen mit dem Sitz 3 zu der Seite hin geneigt, zu welcher der Oberkörper geneigt worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert, dass das Fahrzeug 1 zu der Seite hin fährt, zu welcher sich der Grundkörper 9 geneigt hat. Beispielsweise, wenn der Benutzer seinen/ihren Oberkörper nach vorne neigt, was den Grundkörper 9 dazu veranlasst, sich zusammen mit dem Sitz 3 nach vorne zu neigen, wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 dann geregelt/gesteuert, um das Fahrzeug 1 dazu zu veranlassen, nach vorne zu fahren.
Anders ausgedrückt, stellt gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Betrieb, in welchem der Benutzer seinen/ihren Oberkörper bewegt, was den Sitz 3 und den Grundkörper 9 dazu veranlasst, sich zu neigen, einen grundlegenden Lenkbetrieb für das Fahrzeug 1 bereit (eine Bewegungsanforderung des Fahrzeugs 1) und die Fahrbewegung der Radanordnung 5 wird gemäß dem Lenkbetrieb durch den Aktuator 7 geregelt/gesteuert.
Bei dem Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird hier die Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 als die Bodenkontaktfläche des gesamten Fahrzeugs 1 eine einzige lokale Region sein, welche kleiner als eine durch eine Projektion auf eine Bodenfläche des Fahrzeugs 1 und des Benutzers in dem Fahrzeug resultierende Region ist, und eine Bodenreaktionskraft wird nur auf die einzige lokale Region wirken. Aus diesem Grund muss die Radanordnung 5 derart bewegt werden, dass der gesamte Schwerpunkt des Benutzers und des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen unmittelbar über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist, um zu verhindern, dass der Grundkörper 9 durch Neigen umfällt.
Deshalb wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Haltung des Grundkörpers 9 in einem Zustand, in dem der gesamte Schwerpunkt des Benutzers und des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen direkt über dem Mittelpunkt der Radanordnung 5 angeordnet ist (der Mittelpunkt an der axialen Mitte C2) (genauer gesagt, in einem Zustand, in dem der Schwerpunkt im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist) als eine Soll-Haltung definiert und die Fahrbewegung der Radanordnung 5 wird grundsätzlich derart geregelt/gesteuert, dass die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 gegen die Soll-Haltung konvergiert.
Ferner wird in einem Zustand, in dem kein Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist, die Haltung des Grundkörpers 9 in einem Zustand, in dem der alleinige Schwerpunkt des Fahrzeugs im Wesentlichen unmittelbar oberhalb des Mittelpunkts der Radanordnung 5 angeordnet ist (der Mittelpunkt an der axialen Mitte C2) (insbesondere in einem Zustand, in dem der Schwerpunkt im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist) als eine Soll-Haltung definiert, und die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 wird gegen die Soll-Haltung konvergiert. Somit wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert, dass sich das Fahrzeug 1 selbst stützt, ohne den Grundkörper 9 dazu zu veranlassen, durch Neigen umzufallen.
Ferner wird in einem Zustand von dem Zustand, wo sich der Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 befindet und dem Zustand, wo sich der Benutzer nicht an Bord befindet, die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert, dass die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 schneller wird, wenn die Abweichung der Ist-Haltung des Grundkörpers 9 von der SollHaltung größer wird, und dass das Fahren des Fahrzeugs 1 in dem Zustand stoppt, wo die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 mit der Soll-Haltung übereinstimmt.
„Die Haltung” bedeutet ergänzend eine räumliche Orientierung. Wenn sich in der vorliegenden Ausführungsform der Grundkörper zusammen mit dem Sitz 3 neigt, ändern sich die Haltungen des Grundkörpers 9 und des Sitzes 3. In der vorliegenden Ausführungsform neigen sich der Grundkörper 9 und der Sitz 3 ferner integral, so dass ein Konvergieren der Haltung des Grundkörpers 9 gegen die Soll-Haltung äquivalent zu einem Konvergieren der Haltung des Sitzes 3 gegen eine dem Sitz 3 zugeordnete Soll-Haltung ist (die Haltung des Sitzes 3 in einem Zustand, in dem die Haltung des Grundkörpers 9 mit einer Soll-Haltung des Grundkörpers 9 übereinstimmt).
Um den Betrieb des vorangehend beschriebenen Fahrzeugs 1 zu regeln/steuern, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine als elektronische Schaltungseinheit gebildete Regelungs-/Steuerungseinheit 50, welche einen Mikrocomputer und eine Treiberschaltungseinheit für die Elektromotoren 31R und 31L umfasst, ein Neigungssensor 52 zum Messen eines Neigungswinkels Ob relativ zu der vertikalen Richtung (die Schwerkraftrichtung) eines vorgegebenen Abschnitts des Grundkörpers 9 und einer Änderungsgeschwindigkeit davon (= dΘb/dt), ein Lastsensor 54 zum Detektieren, ob sich ein Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 befindet oder nicht, und Drehkodierer 56R und 56L, welche als Winkelsensoren zum Detektieren des Drehwinkels und der Drehwinkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Elektromotors 31R bzw. 31L dienen, wie in 1 und 2 dargestellt, an geeigneten Stellen des Fahrzeugs 1 montiert.
In diesem Fall sind die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 und der Neigungssensor 52 an dem Tragrahmen 13 beispielsweise dadurch angebracht, dass sie in dem Tragrahmen 13 des Grundkörpers 9 aufgenommen sind. Ferner ist der Lastsensor 54 in dem Sitz 3 aufgenommen. Ferner sind die Drehkodierer 56R und 56L integral mit den Elektromotoren 31R und 31L bereitgestellt. Die Drehkodierer 56R und 56L können alternativ an dem Drehelement 27R bzw. 27L angebracht sein.
Der obengenannte Neigungssensor 52 ist insbesondere aus einem Beschleunigungssensor und einem Ratensensor (Winkelgeschwindigkeitssensor) wie einem Gyrosensor gebildet, und gibt Detektionssignale dieser Sensoren an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt dann eine vorgegebene arithmetische Messverarbeitung (diese kann allgemein als arithmetische Verarbeitung bekannt sein) auf Grundlage der Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Ratensensors des Neigungssensors 52 aus, wodurch der Messwert des Neigungswinkels Θb relativ zu der vertikalen Richtung des Abschnitts, an welchem der Neigungssensor 52 installiert ist (Tragrahmen 13 in der vorliegenden Ausführungsform), und der Messwert der Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot, welche eine Änderungsrate (differentieller Wert) davon ist, berechnet wird.
Der zu messende Winkel Θb (nachfolgend als ein Grundkörper-Neigungswinkel Θb in einigen Fällen bezeichnet) ist in diesem Fall insbesondere aus einer Komponente in die Richtung um die Y-Achse (eine Höhenrichtung) Θb_x und einer Komponente in die Richtung um die X-Achse (eine Rollrichtung) Θb_y gebildet. Ebenso ist die zu messende Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot (nachfolgend als Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot in einigen Fällen bezeichnet) aus einer Komponente in die Richtung um die Y-Achse (die Höhenrichtung) Θbdot_x (= dΘb_x/dt) und einer Komponente in die Richtung um die X-Achse (die Rollrichtung) Θbdot_y (= dΘb_y/dt) gebildet.
Ergänzend neigt sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Sitz 3 integral mit dem Tragrahmen 13 des Grundkörpers 9, so dass der Grundkörper-Neigungswinkel Θb auch eine Bedeutung als der Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerteils 3 hat.
Bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform werden im Hinblick auf Variablen, wie ein Bewegungszustandsbetrag, welcher Komponenten in Richtungen der X-Achse und der Y-Achse aufweist, wie der obengenannte Grundkörper-Neigungswinkel Θb (oder Richtungen um jede Achse) oder Variablen, wie auf den Bewegungszustandsbetrag bezogene Koeffizienten, die Bezugszeichen der Variablen mit einem Suffix „_x” oder „_y” versehen, um die Komponenten unterscheidbar zu bezeichnen.
Für die auf Translationsbewegungen, wie eine Translationsgeschwindigkeit, bezogene Variablen wird in diesem Fall eine Komponente in der X-Achsen-Richtung davon mit einem Suffix „_x” versehen werden, und eine Komponente in der Y-Achsen-Richtung davon wird mit einem Suffix „_y” versehen werden.
Unterdessen wird im Hinblick auf Drehbewegungen bezogene Variablen ,wie Winkel, Drehgeschwindigkeiten (Winkelgeschwindigkeiten) und eine Winkelbeschleunigung, der Übersichtlichkeit halber eine Komponente in die Richtung um die Y-Achse mit dem Suffix „x” versehen werden, und eine Komponente in die Richtung um die X-Achse wird mit dem Suffix „_y” versehen werden, um zu den auf Translationsbewegungen bezogenen Variablen mit Suffixen zu passen.
Ferner wird, um eine Variable in der Form eines Paares einer Komponente in der X-Achsen-Richtung (oder eine Komponente in Richtung um die Y-Achse) und eine Komponente in der Y-Achsen-Richtung (oder eine Komponente in Richtung um die X-Achse) zu bezeichnen, der Suffix „_xy” zu dem Bezugszeichen der Variable hinzugefügt. Beispielsweise, um den obengenannten Grundkörper-Neigungswinkel Θb in der Form des Paares einer Komponente in Richtung um die Y-Achse Θb_x und einer Komponente in Richtung um die X-Achse Θb_y auszudrücken, wird das Paar durch „der Grundkörper-Neigungswinkel Θb_xy” bezeichnet werden.
Der Lastsensor 54 ist in dem Sitz 3 derart aufgenommen, dass er einer Last von dem Gewicht eines Benutzers ausgesetzt wird, wenn der Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt, und gibt ein Detektionssignal basierend auf der Last an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 bestimmt dann, ob der Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist oder nicht, basierend auf dem Messwert der Last, welcher von der Ausgabe des Lastsensors 54 angezeigt wird.
Anstelle des Lastsensors 54 kann ein schalterartiger Sensor verwendet werden, welcher sich beispielsweise einschaltet, wenn ein Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt.
Der Drehkodierer 56R erzeugt ein Pulssignal jedes Mal, wenn die Ausgangswelle des Elektromotors 31R sich um einen vorgegebenen Winkel dreht und gibt das Pulssignal an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 misst dann basierend auf dem Pulssignal den Drehwinkel der Ausgangswelle des Elektromotors 31R und misst ferner die zeitliche Änderungsrate (differentieller Wert) des Messwertes des Drehwinkels als die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 31R. Das Gleiche gilt für den Drehkodierer 56L für den Elektromotor 31L.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt eine vorgegebene arithmetische Verarbeitung unter Verwendung der obengenannten Messwerte aus, wodurch Geschwindigkeitsbefehle bestimmt werden, welche die Soll-Werte der Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L sind, und führt eine Rückkopplungsregelung/-steuerung der Drehwinkelgeschwindigkeit jedes Elektromotors 31R und 31L gemäß den bestimmten Geschwindigkeitsbefehlen aus.
Die Beziehung zwischen der Drehwinkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Elektromotors 31R und der Drehwinkelgeschwindigkeit des Drehelements 27R wird übrigens eine proportionale Beziehung basierend auf dem Geschwindigkeitsdämpfungsverhältnis eines festen Wertes zwischen der Ausgangswelle und dem Drehelement 27R sein. Der Einfachheit halber wird in der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 31R die Drehwinkelgeschwindigkeit des Drehelements 27R bedeuten. Ebenso wird die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 31L die Drehwinkelgeschwindigkeit des Drehelements 27L bedeuten.
Nachfolgend wird die von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ausgeführte Regelungs-/Steuerungsverarbeitung detaillierter beschrieben werden.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt die durch das Flussdiagramm der 7 dargestellte Verarbeitung (Hauptroutinenverarbeitung) in einem vorgegebenen Regelungs-/Steuerungs-Verarbeitungszyklus aus.
Im SCHRITT1 erfasst die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zuerst eine Ausgabe eines Neigungssensors 52.
Anschließend geht die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zu SCHRITT2 über, um einen Messwert Θb_xy_s eines Grundkörper-Neigungswinkels Θb und einen Messwert Θbdot_xy_s einer Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot basierend auf der erfassten Ausgabe des Neigungssensors 52 zu berechnen.
In der folgenden Beschreibung wird, um den beobachteten Wert (den Messwert oder einen geschätzten Wert) eines Ist-Werts einer Variable (ein Zustandsbetrag), wie der obengenannte Messwert Θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb, mit einem Bezugszeichen zu versehen, wird das Bezugszeichen der Variable ein Suffix „_s” aufweisen.
Als nächstes führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50, nachdem sie eine Ausgabe eines Lastsensors 54 im SCHRITT3 erfasst hat, die Bestimmungsverarbeitung im SCHRITT4 aus. In der Bestimmungsverarbeitung bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50, ob das Fahrzeug 1 einen Benutzers an Bord hat oder nicht (ob ein Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt oder nicht) durch Bestimmen, ob der durch die erfasste Ausgabe des Lastsensors 54 angezeigte Lastmesswert größer als ein vorhergehend eingestellter vorgegebener Wert ist oder nicht.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit führt dann, wenn das Bestimmungsergebnis im SCHRITT4 positiv ist, die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb bzw. die Verarbeitung zum Einstellen der Werte konstanter Parameter (beispielsweise die Grundwerte unterschiedlicher Verstärkungen) zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 im SCHRITT5 bzw. SCHRITT6 aus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt im SCHRITT5 einen vorgegebenen Soll-Wert für einen An-Bord-Modus als den Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb ein.
Der Begriff „An-Bord-Modus” bezeichnet hier den Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 in dem Fall, in dem der Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist. Der Soll-Wert Θb_xy_obj für den An-Bord-Modus ist derart voreingestellt, dass der Soll-Wert Θb_xy_obj mit dem Messwert Θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe des Neigungssensors 52 in einer Haltung des Grundkörpers 9 gemessen wird, in welcher der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs 1 und des auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzers (nachfolgend als Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt) im Wesentlichen unmittelbar über einer Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt ferner im SCHRITT6 vorgegebene Werte für den An-Bord-Modus als die Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 ein. Die konstanten Parameter umfassen beispielsweise hx, hy, Ki_a_x, Ki_b_x, Ki_a_y und Ki_b_y (i = 1, 2, 3), welche später diskutiert werden.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt unterdessen, wenn das Bestimmungsergebnis im SCHRITT4 negativ ist, dann die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb_xy und die Verarbeitung zum Einstellen der Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 im SCHRITT7 bzw. SCHRITT8 aus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt im SCHRITT7 einen vorgegebenen Soll-Wert für einen autonomen Modus als den Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb ein.
Der Begriff „autonomer Modus” bedeutet hier einen Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 in dem Fall, in dem der Benutzer nicht an Bord des Fahrzeugs 1 ist. Der Soll-Wert Θb_xy_obj für den autonomen Modus ist derart voreingestellt, dass der Soll-Wert Θb_xy_obj mit dem Messwert Θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe des Neigungssensors 52 in einer Haltung des Grundkörpers 9 gemessen wird, in welcher der alleinige Schwerpunkt des Fahrzeugs (nachfolgend als alleiniger Fahrzeugschwerpunkts bezeichnet) im Wesentlichen unmittelbar über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist. Der Soll-Wert Θb_xy_obj für den autonomen Modus ist im Allgemeinen verschieden von dem Soll-Wert Θb_xy_obj für den An-Bord-Modus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt ferner im SCHRITT8 vorgegebene Werte für den autonomen Modus als die Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 ein. Die Werte der konstanten Parameter für den autonomen Modus sind verschieden von den Werten der konstanten Parameter für den An-Bord-Modus.
Die obengenannten Werte der konstanten Parameter werden eingestellt, um zwischen dem An-Bord-Modus und dem autonomen Modus verschieden zu sein, da die Reaktionscharakteristiken der Betriebe des Fahrzeugs 1 relativ zu den Regelungs-/Steuerungseingaben aufgrund der Unterschiede in der Höhe des obengenannten Schwerpunkts, der Gesamtmasse und dergleichen zwischen den jeweiligen Moden voneinander verschieden sind.
Durch die vorangehend beschriebene Verarbeitung im SCHRITT4 bis SCHRITT8 werden der Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb_xy und die Werte der konstanten Parameter für jeden der Betriebsmoden, nämlich den An-Bord-Modus und den autonomen Modus, eingestellt.
Die Verarbeitung im SCHRITT5 und SCHRITT6 oder die Verarbeitung im SCHRITT7 und SCHRITT8 muss übrigens nicht in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus durchgeführt werden. Alternativ kann die Verarbeitung nur ausgeführt werden, wenn sich das Bestimmungsergebnis im SCHRITT4 ändert.
Zusätzlich sind in sowohl dem An-Bord-Modus als auch dem autonomen Modus der Soll-Wert einer Komponente Θbdot_x in Richtung um eine Y-Achse der Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot und der Soll-Wert einer Komponente Θbdot_y in Richtung um eine X-Achse davon beide 0. Aus diesem Grund ist es nicht notwendig, die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes der Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot_xy auszuführen.
Nach dem Ausführender vorangehend beschriebenen Verarbeitung im SCHRITT5 und SCHRITT6 oder der vorangehend beschriebenen Verarbeitung im SCHRITT7 und SCHRITT8, führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 eine arithmetische Fahrzeug-Regelungs-/Steuerungsverarbeitung im SCHRITT9 aus, um dadurch den Geschwindigkeitsbefehl für den Elektromotor 31R bzw. 31L zu bestimmen. Die arithmetische Fahrzeug-Regelungs-/Steuerungsverarbeitung wird später im Detail beschrieben werden.
Anschließend geht die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zum SCHRITT10 über, um die Verarbeitung zum Regeln/Steuern der Betriebe der Elektromotoren 31R und 31L gemäß den im SCHRITT9 bestimmten Geschwindigkeitsbefehlen auszuführen. In dieser Betriebsregelungs-/-steuerungsverarbeitung bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 basierend auf der Differenz zwischen dem im SCHRITT9 bestimmten Geschwindigkeitsbefehl für den Elektromotor 31R und dem Messwert der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 31R, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe eines Drehkodierers 56R gemessen wird, einen Soll-Wert (Soll-Drehmoment) eines Ausgabedrehmoments des Elektromotors 31R derart, dass die Differenz gegen 0 konvergiert. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 regelt/steuert dann den dem Elektromotor 31R zugeführten Strom derart, dass der Elektromotor 31R ein Ausgabedrehmoment des Soll-Drehmoments ausgibt. Insbesondere bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 den Befehlswert des an den Elektromotor 31R gelieferten Stroms gemäß dem Soll-Drehmoment, und führt eine Rückkopplungsregelung/-steuerung des gelieferten Stroms aus, so dass der Sollstrom mit dem bestimmten Befehlswert des Stroms übereinstimmt. Das Gleiche gilt für die Betriebsregelung/-steuerung des linken Elektromotors 31L.
Vorangehend ist die von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ausgeführte allgemeine Regelungs-/Steuerungsverarbeitung beschrieben worden.
Die vorangehend erwähnte arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverärbeitung im SCHRITT9 wird jetzt im Detail beschrieben werden.
In der nachfolgenden Beschreibung werden der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt in dem An-Bord-Modus und der alleinige Fahrzeugschwerpunkt in dem autonomen Modus allgemein als der Fahrzeugsystemschwerpunkt bezeichnet werden. Der Fahrzeugsystemschwerpunkt wird den Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt bezeichnen, wenn der Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 der An-Bord-Modus ist, und wird den alleinigen Fahrzeugschwerpunkt bezeichnen, wenn der Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 der autonome Modus ist.
In der nachfolgenden Beschreibung kann ferner hinsichtlich der Werte (aktualisierte Werte), welche in jedem Regelungs-/-steuerungsverarbeitungszyklus von der Regelungs-/-Steuerungseinheit 50 bestimmt werden, ein Wert, welcher in dem gegenwärtigen (spätesten) Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus bestimmt wird, als ein gegenwärtiger Wert bezeichnet werden, und ein Wert, welcher in einem unmittelbar vorangehenden Regelungs-/Steuerungsverarbeitungsmodus bestimmt wird, kann als ein vorangehender Wert bezeichnet werden. Ein Wert wird ferner einen gegenwärtigen Wert bezeichnen, es sei denn, er wird als ein gegenwärtiger Wert oder ein vorangehender Wert bezeichnet.
Hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung in die X-Achsen-Richtung wird eine vorwärts gerichtete Richtung ferner als eine positive Richtung definiert werden, und hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung in die Y-Achsen-Richtung wird eine nach links gerichtete Richtung als die positive Richtung definiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT9 unter der Annahme ausgeführt, dass das dynamische Verhalten des Fahrzeugsystemschwerpunkts (insbesondere das durch Projizieren des Verhaltens von der Y-Achsen-Richtung auf eine dazu orthogonale Ebene (XZ-Ebene) beobachtete Verhalten und das durch Projizieren des Verhaltens von der X-Achsen-Richtung auf eine dazu orthogonale Ebene (YX-Ebene) beobachteten Verhalten) näherungsweise durch das Verhalten eines Inverspendel-Modells (dynamisches Verhalten des invertierten Pendels), wie in 8 gezeigt, ausgedrückt wird.
In 8 bezeichnen Bezugszeichen, welche nicht in Klammern gesetzt sind, die dem aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modell zugeordneten Bezugszeichen, während die in Klammern gesetzten Bezugszeichen die dem aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modell zugeordneten Bezugszeichen.
In diesem Fall ist das Inverspendel-Modell, welches ein aus der Y-Achsen-Richtung beobachtetes Verhalten ausdrückt, mit einem in dem Fahrzeugsystemschwerpunkt angeordneten Massenpunkt 60_x und einem imaginären Rad 62_x bereitgestellt, welches eine zu der Y-Achsen-Richtung parallele Drehachse 62a_x aufweist, und welches auf einer Bodenfläche frei rollt (nachfolgend als das imaginäre Rad 62_x bezeichnet). Der Massenpunkt 60_x ist ferner von einer Drehwelle 62a_x des imaginären Rads 62_x durch Zwischenschaltung einer linearen Stange 64_x unter Verwendung der Drehwelle 62a_x als der Tragepunkt derart getragen, dass der Massenpunkt 60_x um die Drehwelle 62a_x schwenkbar ist.
In diesem Inverspendel-Modell entspricht eine Bewegung des Massenpunktes 60_x einer Bewegung des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts. Ferner wird angenommen, dass der Neigungswinkel Θbe_x der Stange 64_x relativ zu einer vertikalen Richtung mit einer Differenz Θbe_x_s zwischen einem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert Θb_x_s in Richtung um die Y-Achse und einem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert Θb_x_obj (= Θb_x_s – Θb_x_obj) übereinstimmt. Es wird auch angenommen, dass sich eine ändernde Geschwindigkeit des Neigungswinkels Θbe_x der Stange 64_x (= dΘbe_x/dt) mit einem Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswert Θbdot_x_s in Richtung um die Y-Achse übereinstimmt. Ferner wird angenommen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x (die translatorische Bewegungsgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung) mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der X-Achsen-Richtung übereinstimmt.
Ebenso ist das ein aus der X-Achsen-Richtung beobachtete Verhalten ausdrückende Inverspendel-Modell (Bezug nehmend zu den in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 8) mit einem im Fahrzeugsystemschwerpunkt angeordneten Massenpunkt 60_y und einem imaginären Rad 62_y, welches eine zu der X-Achsen-Richtung parallele Drehachse 62a_y aufweist, und welches auf einer Bodenfläche frei rollt (nachfolgend als das imaginäre Rad 62_y bezeichnet) bereitgestellt. Ferner wird der Massenpunkt 60_y von einer Drehwelle 62a_y des imaginären Rads 62_y durch Zwischenschaltung einer linearen Stange 64_y unter Verwendung der Drehwelle 62a_y als Tragepunkt derart getragen, dass der Massenpunkt 60_y um die Drehwelle 62a_y schwenkbar ist.
[01201 In diesem Inverspendel-Modell entspricht eine Bewegung des Massenpunktes 60_y einer Bewegung des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts. Ferner wird angenommen, dass der Neigungswinkel Θbe_y der Stange 64_y relativ zu der vertikalen Richtung mit einer Differenz Θbe_y_s zwischen einem Grundkörper-Neigungswinkelmesswert Θb_y_s in Richtung um die X-Achse und einem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert Θb_y_obj (= Θb_y_s – Θb_y_obj) übereinstimmt. Es wird auch angenommen, dass eine sich ändernde Geschwindigkeit des Neigungswinkels Θbe_y der Stange 64_y (= dΘbe_y/dt) mit einem Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswert Θbdot_y_s in Richtung um die X-Achse übereinstimmt. Ferner wird angenommen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y (die translatorische Bewegungsgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung) mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der Y-Achsen-Richtung übereinstimmt.
Es wird angenommen, dass die imaginären Räder 62_x und 62_y jeweils Radien Rw_x und Rw_y vorgegebener Werte aufweisen.
Es wird angenommen, dass Beziehungen, welche durch die unten angegebenen Ausdrücke 01a und 01b dargestellt sind, zwischen Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x und ωw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y und Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R und ω_L des Elektromotors 31R bzw. 31L gelten (genauer gesagt, den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R und ω_L des Drehelements 27R bzw. 27L). ωw_x = (ω_R + ωL)/2 Ausdruck 01a ωw_y = C·(ωR – ωL)/2 Ausdruck 01b, wobei „C” im Ausdruck 01b einen Koeffizienten eines vorgegebenen Wertes bezeichnet, welcher von einer mechanischen Beziehung oder einem Schlupf zwischen den freien Rollen 29R und 29L und der Radanordnung 5 abhängt. Die positiven Richtungen von ωw_x, ω_R und ω_L sind die Richtungen, in welchen sich das imaginäre Rad 62_x in dem Fall dreht, in dem das imaginäre Rad 62_x vorwärts rollt. Die positive Richtung von ωw_y ist die Richtung, in der sich das imaginäre Rad 62_y in dem Fall dreht, in dem das imaginäre Rad 62_y nach links rollt.
Die in 8 gezeigte Dynamik des Inverspendel-Modells wird hier durch die unten angegebenen Ausdrücke 03x und 03y dargestellt. Ausdruck 03x ist ein Ausdruck, welcher die Dynamik des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modells darstellt, während Ausdruck 03y ein Ausdruck ist, welcher die Dynamik des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modells darstellt. d²Θbe_x/dt² = α_x·Θbe_x + β_x·ωwdot_x Ausdruck 03x d²Θbe_y/dt² = α_y·Θbe_y + β_y·ωwdot_y Ausdruck 03y, wobei ωwdot_x im Ausdruck 03x die Drehwinkelbeschleunigung (der Wert der ersten Ableitung der Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_x) des imaginären Rads 62_x ausdrückt, α_x einen Koeffizienten, welcher von einer Masse oder einer Höhe h_x des Massenpunktes 60_x abhängt, bezeichnet, und β_x einen Koeffizienten, welcher von einer Trägheit (Trägheitsmoment) oder dem Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x abhängt, bezeichnet. Dasselbe gilt für ωwdot_y, α_y und β_y im Ausdruck 03y. Hierbei werden α_x, β_x im Ausdruck 03x zu Werten, welche fast nicht von der Masse des Massenpunkts 60_x (der Masse des Fahrzeugsystemschwerpunkts) abhängen, wenn die Höhe h_x des Massenpunkts 60_x von einem näherungsweise konstanten Wert ist. Auf ähnliche Weise werden α_y, β_y im Ausdruck 03y zu Werten, welche fast nicht von der Masse des Massenpunkts 60_y (der Masse des Fahrzeugsystemschwerpunkts) abhängen, wenn die Höhe h_y des Massenpunkts 60_y von einem näherungsweise konstanten Wert ist.
Wie aus diesen Ausdrücken 03x und 03y verständlich wird, werden die Bewegungen der Massenpunkte 60_x und 60_y des Inverspendel-Modells (das heißt, die Bewegungen des Fahrzeugsystemschwerpunkts) in Abhängigkeit der Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_x des imaginären Rads 62_x bzw. der Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_y des imaginären Rads 62_y angegeben.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_x des imaginären Rads 62_x als die Grundstellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der Bewegung des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet, während die Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_y des imaginären Rads 62_y als die Grundstellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der Bewegung des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet wird.
Um die arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT9 kurz zu beschreiben, bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd, welche die Befehlswerte (Soll-Werte) der Drehwinkelbeschleunigungen ωwdot_x und ωwdot_y als Stellgrößen sind, derart, dass die Bewegung des in der X-Achsen-Richtung beobachteten Massenpunkts 60_x und die Bewegung des in der Y-Achsen-Richtung beobachteten Massenpunkts 60_y zu den Bewegungen werden, welche den Soll-Bewegungen des Fahrzeugsystemschwerpunkts entsprechen. Die Regelungs-/Steuerungseinheit bestimmt ferner die durch Integrieren der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd bzw. ωwdot_y_cmd erhaltenen Werte als die Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd, welche die Befehlswerte (Soll-Werte) der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x und ωw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y sind.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 definiert ferner die dem Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_x_cmd (= Rw_x·ωw_x_cmd) entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x und die dem Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_y_cmd (= Rw_y·ωw_y_cmd) entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y als die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der X-Achsen-Richtung bzw. die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit davon in der Y-Achsen-Richtung und die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 bestimmt Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd des Elektromotors 31R bzw. 31L, um die Soll-Bewegungsgeschwindigkeiten zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd als die Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben), wie durch die Ausdrücke 07x und 07y angezeigt, durch Addieren dreier Stellgrößenkomponenten, welche später diskutiert werden, bestimmt.
Ergänzend ist ωwdot_x_cmd von den Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehlen ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd als die Grundstellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingabe) in der vorliegenden Ausführungsform ein Sollwert einer Drehwinkelgeschwindigkeit eines in der X-Achsen-Richtung fahrenden imaginären Rads 62_x, so dass dasselbe als ein Beschleunigungsbefehlswert zum Definieren eines Sollwerts der Fahrbeschleunigung der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung (= Rw_x·ωwdot_x_cmd) fungiert. Des Weiteren ist ωwdot_y_cmd eine Drehwinkelgeschwindigkeit des in der Y-Achsen-Richtung fahrenden imaginären Rads 62_y, so dass dasselbe als der Beschleunigungsbefehlswert zum Definieren des Sollwerts der Fahrbeschleunigung der Radanordnung 5 in der Y-Achsen-Richtung (= Rw_y·ωwdot_y_cmd) fungiert. Dann fungieren der durch Integrieren von ωwdot_x_cmd erhaltene Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_x_cmd und der durch Integrieren von ωwdot_y_cmd erhaltene Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_y_cmd als die Geschwindigkeitsbefehlswerte zum Definieren des Sollwerts der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung (sofern nicht anders angegeben, des Sollwerts des Geschwindigkeitsvektors der Radanordnung 5). In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Menge von Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehlen ωw_x_cmd, ωw_y_cmd verwendet bei den Regelungs-/Steuerungsstellgrößen der Elektromotoren 31R, 31L.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist mit den in dem Blockdiagramm der 9 dargestellten Funktionen als die Funktionen zum Ausführen der vorangehend beschrieben arithmetischen Fahrzeugregelungs-/steuerungsverarbeitung im SCHRITT9 bereitgestellt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist insbesondere mit einem Fehlerrechner 70, welcher den Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwert θbe_xy_s berechnet, welcher die Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkelmesswert Θb_xy_s und dem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert θb_xy_obj ist, einem Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72, welcher einen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s als einen beobachteten Wert einer Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy berechnet, welche die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts ist, einem Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74, welcher eine Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit V_xy_aim als den Soll-Wert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy erzeugt, welcher vermutlich von einem Lenkbetrieb des Fahrzeugs 1 (ein Betrieb zum Hinzufügen einer Antriebskraft zu dem Fahrzeugs 1) durch einen Benutzer oder dergleichen benötigt wird, einem Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76, welcher eine Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy_mdfd als den Soll-Wert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy bestimmt, unter Berücksichtigung einer Begrenzung basierend auf einem zulässigen Bereich der Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L von dem obengenannten geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s und der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit V_xy_aim und einem Verstärkungseinsteller 78, welcher einen Verstärkungseinstellparameter Kr_xy zum Einstellen der Werte der Verstärkungskoeffizienten der Ausdrücke 07x und 07y bestimmt, welche später diskutiert werden, bereitgestellt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist ferner mit einem Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80, welcher den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd berechnet, und einem Motorbefehlsrechner 82, welcher den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd in ein Paar von einem Geschwindigkeitsbefehl ω_R_cmd (Befehlswert einer Drehwinkelgeschwindigkeit) für den rechten Elektromotor 31R und einem Geschwindigkeitsbefehl ω_L_cmd (ein Befehlswert einer Drehwinkelgeschwindigkeit) für den linken Elektromotor 31L umwandelt, bereitgestellt.
Bezugszeichen 84 in 9 bezeichnet ein Verzögerungselement, welches den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd empfängt, welcher in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet wird. Das Verzögerungselement 84 gibt einen vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus aus.
Bei der vorangehend beschriebenen arithmetischen Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT9 wird die Verarbeitung durch die obengenannten Verarbeitungsabschnitte wie nachfolgend beschrieben ausgeführt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt zuerst die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 und die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 aus.
Der Fehlerrechner 70 empfängt die in dem obengenannten SCHRITT2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkelmesswerte Θb_xy_s (Θb_x_s und Θb_y_s) und die in dem obengenannten SCHRITT5 oder SCHRITT7 eingestellten Soll-Werte Θb_xy_obj (Θb_x_obj und Θb_y_obj). Der Fehlerrechner 70 subtrahiert dann Θb_x_obj von Θb_x_s, um den Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwert Θbe_x_s (= Θb_x_s – Θb_x_obj) in Richtung um die Y-Achse zu berechnen, und subtrahiert auch Θb_y_obj von Θb_y_s, um den Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwert Θbe_y_s (= Θb_y_s – Θb_y_obj) in Richtung um die X-Achse zu berechnen.
Die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 kann vor der arithmetischen Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT9 ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 während der Verarbeitung in dem obengenannten SCHRITT5 oder SCHRITT7 ausgeführt werden.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 empfängt den aktuellen Wert der in dem obengenannten SCHRITT2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerte Θbdot_xy_s (Θbdot_x_s und Θbdot_y_s) und empfängt auch den vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginäres-Rad-Geschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd (ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p) von dem Verzögerungselement 84. Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet dann einen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) aus den vorangehenden Eingabewerten gemäß einem vorgegebenen arithmetischen Ausdruck basierend auf dem obengenannten Inverspendel-Modell.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet insbesondere Vb_x_s und Vb_y_s gemäß dem folgenden Ausdruck 05x bzw. dem Ausdruck 05y. Vb_x_s = Rw_x·ωw_x_cmd_p + h_x·Θbdot_x_s 05x Vb_y_s = Rw_y·ωw_y_cmd_p + h_y·Θbdot_y_s 05y
In diesen Ausdrücken 05x und 05y bezeichnen Rw_x und Rw_y wie vorangehend beschrieben die Radien des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y und die Werte davon sind vorgegebene vorangehend eingestellte Werte. Ferner bezeichnen die Bezugszeichen h_x und h_y die Höhen des Massenpunkts 60_x bzw. 60_y des Inverspendel-Modells. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in diesem Fall die Höhe des Fahrzeugsystemschwerpunkts beibehalten, um im Wesentlichen konstant zu sein. Daher werden vorangehend eingestellte vorgegebene Werte als die Werte von h_x bzw. h_y verwendet. Zusätzlich sind die Höhen h_x und h_y in den konstanten Parametern zum Einstellen der Werte in dem obengenannten SCHRITT6 oder SCHRITT8 enthalten.
Der erste Term auf der rechten Seite des vorangehend angegebenen Ausdrucks 05x bezeichnet die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung, welcher dem vorangehenden Wert ωw_x_cmd_p des Geschwindigkeitsbefehls des imaginären Rads 62_x entspricht. Diese Bewegungsgeschwindigkeit entspricht dem aktuellen Wert einer Ist-Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung. Der zweite Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 05x entspricht ferner dem aktuellen Wert der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts in der X-Achsen-Richtung, welche dem sich mit einer Neigungswinkelgeschwindigkeit von Θbdot_x_s in Richtung um die Y-Achse (relative Bewegungsgeschwindigkeit in Bezug zu der Radanordnung 5) neigenden Grundkörper 9 zugeschrieben werden kann. Das Gleiche gilt für den Ausdruck 05y.
Alternativ kann das Paar der Messwerte (der aktuellen Werte) der Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L, welche basierend auf den Ausgaben der Drehkodierer 56R und 56L gemessen werden, in das Paar von Drehwinkelgeschwindigkeiten des imaginären Rads 62x bzw. 62y konvertiert werden, dann können die Drehwinkelgeschwindigkeiten anstelle von ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p der Ausdrücke 05x und 05y verwendet werden. Um allerdings die Einflüsse von in den Messwerten der Drehwinkelgeschwindigkeiten enthaltenen Rauschbeiträge zu eliminieren, ist es vorteilhaft, ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p zu verwenden, welche die Soll-Werte sind.
Anschließend führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die Verarbeitung durch den Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Begrenzer 76 und die Verarbeitung durch den Verstärkungseinsteller 78 aus. In diesem Fall empfangen der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Begrenzer 76 und der Verstärkungseinsteller 78 jeweils die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s), welche durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 wie vorangehend beschrieben berechnet werden.
Der Verstärkungseinsteller 78 bestimmt ferner die Verstärkungseinstellparameter Kr_xy (Kr_x und Kr_y) basierend auf den eingegebenen Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s).
Die Verarbeitung durch den Verstärkungseinsteller 78 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben werden.
Wie in 10 dargestellt, liefert der Verstärkungseinsteller 78 die eingegebenen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an einen Begrenzungsprozessor 86. Der Begrenzungsprozessor 86 fügt gegebenenfalls Begrenzungen basierend auf den zulässigen Bereichen der Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_x_s und Vb_y_s zu, wodurch Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 erzeugt werden. Der Ausgabewert Vw_x_lim1 bezeichnet einen nach einer Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung erhaltenen Wert und der Ausgabewert Vw_y_lim1 bezeichnet einen nach einer Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung erhaltenen Wert.
Die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 wird detaillierter unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben werden. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 11 bezeichnen die Verarbeitung durch einen Begrenzungsprozessor 104 des Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzers 76, welcher später diskutiert wird, und kann in der auf die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 bezogenen Beschreibung vernachlässigt werden.
Der Begrenzungsprozessor 86 liefert zuerst die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an einen Prozessor 86a_x bzw. 86a_y. Der Prozessor 86a_x dividiert Vb_x_s durch den Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x, um die Drehwinkeigeschwindigkeit ωw_x_s des imaginären Rads 62_x für den Fall zu berechnen, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung mit Vb_x_s übereinstimmt. Ebenso berechnet der Prozessor 86a_y die Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_y_s des imaginären Rads 62_y (= Vb_y_s/Rw_y) für den Fall, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung mit Vb_y_s übereinstimmt.
Anschließend wandelt der Begrenzungsprozessor 86 das Paar von ωw_x_s und ωw_y_s in ein Paar der Drehwinkelgeschwindigkeit ω_R_s des Elektromotors 31R und der Drehwinkelgeschwindigkeit ω_L_s des Elektromotors 31L durch einen XY-RL-Wandler 86b um.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Umwandlung durch lösen einer simultanen Gleichung implementiert, welche durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_s bzw. ωw_y_s bzw. ω_R_s bzw. ω_L_s erhalten wird, wobei ω_R s und ω_L_s als Unbekannte angenommen werden.
Anschließend liefert der Begrenzungsprozessor 86 die Ausgabewerte ω_R_s und ω_L_s des XY-RL-Wandlers 86b an den Begrenzer 86c_R bzw. 86c_L. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Begrenzer 86c_R ω_R_s direkt als einen Ausgabewert ω_R_lim1 aus, wenn ω_R_s innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motors liegt, welcher einen oberen Grenzwert (> 0) und einen unteren Grenzwert (< 0) vorangehend eingestellter vorgegebener Werte aufweist. Wenn ω_R_s von dem zulässigen Bereich für den rechten Motor abweicht, gibt der Begrenzer 86c_R als den Ausgabewert ω_R_lim1 einen Grenzwert des oberen Grenzwerts oder des unteren Grenzwerts des zulässigen Bereichs für den rechten Motor aus, je nachdem, welcher näher bei ω_R_s liegt. Somit wird der Ausgabewert ω_R_lim1 des Begrenzers 86c_R auf einen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motor begrenzt.
Ebenso gibt der Begrenzer 86c_L ω_L_s als einen Ausgabewert ω_L_lim1 direkt aus, wenn ω_L_s innerhalb des zulässigen Bereichs für den linken Motor liegt, welcher einen oberen Grenzwert (> 0) und einen unteren Grenzwert (< 0) vorangehend eingestellter vorgegebener Werte aufweist. Wenn ω_L_s von dem zulässigen Bereich für den linken Motor abweicht, gibt der Begrenzer 86c_L als den Ausgabewert ω_L_lim1 einen Grenzwert des oberen Grenzwerts oder des unteren Grenzwerts des zulässigen Bereichs für den linken Motor aus, je nachdem, welcher näher bei ω_L_s liegt. Somit wird der Ausgabewert ω_L_lim1 des Begrenzers 86c_L auf einen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs für den linken Motor begrenzt.
Der vorangehend beschriebene zulässige Bereich für den rechten Motor ist ein zulässiger Bereich, welcher derart eingestellt worden ist, dass verhindert wird, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit (Absolutwert) des rechten Elektromotors 31R übermäßig hoch wird, wodurch verhindert wird, dass der Maximalwert des Drehmoments, welches von dem Elektromotor 31R ausgegeben werden kann, abnimmt. Dies gilt auch für den zulässigen Bereich für den linken Motor.
Anschließend wandelt der Begrenzungsprozessor 86 das Paar von Ausgabewerten ω_R_lim1 und ω_L_lim1 des Begrenzers 86c_R bzw. 86c_L in ein Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y durch einen RL-XY-Wandler 86d um.
Die Umwandlung ist die Verarbeitung der inversen Umwandlung der Verarbeitung der Umwandlung durch den obengenannten XY-RL-Wandler 86b. Diese Verarbeitung wird durch Lösen einer simultanen Gleichung implementiert, welche durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_lim1 bzw. ωw_y_lim1 bzw. ω_R_lim1 bzw. ω_L_lim1 erhalten wird, wobei ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 als Unbekannte angenommen werden.
Anschließend liefert der Begrenzungsprozessor 86 die Ausgabewerte ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 des RL-XY-Wandlers 86d an einen Prozessor 86e_x bzw. 86e_y. Der Prozessor 86e_x multipliziert ωw_x_lim1 mit dem Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x, um ωw_x_lim1 in die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x_lim1 des imaginären Rads 62_x umzuwandeln. In der gleichen Weise wandelt der Prozessor 86e_y ωw_y_lim1 in die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y_lim1 des imaginären Rads 62_y um (= ωw_y_lim1·Rw_y).
Wenn angenommen wird, dass die vorangehend beschriebene Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung und die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung veranlasst, mit dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinzustimmen (anders ausgedrückt, wenn angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung und die Bewegungsgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung eingestellt werden, um mit Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinzustimmen), wird dann das mit Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinstimmende Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 von dem Begrenzungsprozessor 86 ausgegeben, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_s und ω_L_s des Elektromotors 31R bzw. 31L, welche zum Erreichen der Bewegungsgeschwindigkeiten benötigt werden, beide innerhalb des zulässigen Bereichs liegen.
Unterdessen werden beide oder eine von den Drehwinkelgeschwindigkeiten zwangsweise begrenzt, um innerhalb des zulässigen Bereichs zu liegen, wenn beide oder eine von den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_s und ω_L_s des Elektromotors 31R bzw. 31L von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen abweichen, und ein Paar der Bewegungsgeschwindigkeiten in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1, welche einem Paar der begrenzten Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_lim1 und ω_L_lim1 des Elektromotors 31R bzw. 31L entsprechen, wird von dem Begrenzungsprozessor 86 ausgegeben.
Somit erzeugt der Begrenzungsprozessor 86 ein Paar. von Ausgabewerten Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 derart, dass die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 mit Vb_x s bzw. Vb_y_s soweit wie möglich unter einer wesentlichen benötigten Bedingung übereinstimmen, dass die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L, welche dem Paar des Ausgabewerts Vw_x_lim1 bzw. Vw_y_lim1 entsprechen, nicht von den zulässigen Bereichen abweichen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Beschreibung der 10, führt der Verstärkungseinsteller 78 dann die Verarbeitung durch die Rechner 88_x und 88_y aus. Der Rechner 88x empfängt den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_s und den Ausgabewert Vw_x_lim1 des Begrenzungsprozessors 86. Der Rechner 88_x berechnet dann einen durch Subtrahieren von Vb_x_s von Vw_x_lim1 erhaltenen Wert Vover_x und gibt den Wert Vover_x aus. Der Rechner 88_y empfängt ferner den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_s und den Ausgabewert Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86. Der Rechner 88_y berechnet dann einen durch Subtrahieren von Vb_y_s von Vw_y_lim1 erhaltenen Wert Vover_y und gibt den Wert Vover_y aus.
In diesem Fall ist dann Vw_x_lim1 = Vb_x_s und Vw_y_lim1 = Vb_y_s, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 86 eingeschränkt werden. Daher werden die Ausgabewerte Vover_x und Vover_y der Rechner 88_x bzw. 88_y beide 0 werden.
Unterdessen werden dann ein korrigierter Betrag von Vb_x_s von Vw_x_lim1 (= Vw_x_lim1 – Vb_x_s) und ein korrigierter Betrag von Vb_y_s von Vw_y_lim1 (= Vw_x_lim1 – Vb_y_s) von dem Rechner 88_x bzw. 88_y ausgegeben werden, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86 durch zwangsweises Einschränken der Eingabewerte Vb_x_s und Vb_y_s erzeugt werden.
Anschließend schickt der Verstärkungseinsteller 78 den Ausgabewert Vover_x der Rechner 88_x durch Prozessoren 90_x und 92_x in dieser Reihenfolge, wodurch der Verstärkungseinstellparameter Kr_x bestimmt wird. Der Verstärkungseinsteller 78 schickt ferner den Ausgabewert Vover_y des Rechners 88_y durch Prozessoren 90_y und 92_y in dieser Reihenfolge, um dadurch den Verstärkungseinstellparameter Kr_y zu bestimmen. Die Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y nehmen beide Werte innerhalb des Bereichs zwischen 0 und 1 an.
Der Prozessor 90_x berechnet und gibt den Absolutwert der Eingabe Vover_x aus. Der Prozessor 92_x erzeugt ferner Kr_x derart, dass der Ausgabewert Kr_x monoton relativ zu einem Eingabewert |Vover_x| ansteigt und eine Sättigungscharakteristik aufweist. Die Sättigungscharakteristik ist eine Charakteristik, bei der ein Änderungsbetrag eines Ausgabewerts relativ zu einer Zunahme eines Eingabewerts 0 wird oder sich der 0 nähert, wenn der Eingabewert auf ein bestimmtes Niveau ansteigt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt der Prozessor 92_x dann in diesem Fall als Kr_x einen durch Multiplizieren des Eingabewerts |Vover_x| mit einem Proportionalitätskoeffizienten eines vorgegebenen Wertes erhaltenen Wert aus, wenn der Eingabewert |Vover_x| ein voreingestellter vorgegebener Wert oder kleiner ist. Der Prozessor 92_x gibt dann ferner 1 als Kr_x aus, wenn der Eingabewert |Vover_x| größer als der vorgegebene Wert ist. Der Proportionalitätskoeffizient wird übrigens derart eingestellt, dass das Produkt aus |Vover_x| und dem Proportionalitätskoeffizienten 1 wird, wenn |Vover_x| mit einem vorgegebenen wert übereinstimmt.
Die Verarbeitung durch die Prozessoren 90_y und 92_y ist die gleiche wie die vorangehend beschriebene Verarbeitung, welche durch den Prozessor 90_x bzw. 92_x ausgeführt wird.
Wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 in dem Begrenzungsprozessor 86 nicht zwangsweise durch die vorangehend beschriebene durch den Verstärkungseinsteller 76 ausgeführte Verarbeitung beschränkt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L innerhalb des zulässigen Bereichs liegen, selbst wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. in der Y-Achsen-Richtung mit dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinstimmen, werden beide Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y dann bestimmt, um 0 zu sein. Daher allgemein Kr_x = Kr_y = 0.
Wenn übrigens die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86 durch zwangsweises Einschränken der Eingabewerte Vb_x_s und Vb_y_s erzeugt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeit von einem der Elektromotoren 31R und 31L von dem zulässigen Bereich abweicht (wenn der Absolutwert einer der Drehwinkelgeschwindigkeiten übermäßig hoch wird), wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung mit den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_x_s und Vb_y_s übereinstimmen, werden die Werte der Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y dann basierend auf dem Absolutwert des obengenannten korrigierten Betrags Vover_x bzw. Vover_y bestimmt. In diesem Fall wird Kr_x bestimmt, um ein größerer Wert zu sein, wenn der Absolutwert des korrigierten Betrags Vx_over zunimmt, wobei der obere Grenzwert davon 1 ist. Das Gleiche gilt für Kr_y.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 führt die durch das Blockdiagramm der 12 dargestellte Verarbeitung unter Verwendung der darin eingegebenen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) aus, um die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy_mdfd (Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd) zu bestimmen.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 führt insbesondere zuerst die Verarbeitung durch die Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x und 94_y aus.
In diesem Fall empfängt der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_s und empfängt auch den vorangehenden Wert Vb_x_mdfd_p der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd durch Zwischenschaltung eines Verzögerungselements 96_x. In dem Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x wird die Eingabe Vb_x_s dann zuerst an eine Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente (PD-Kompensationskomponente) 94a_x geliefert. Die Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94a_x ist eine Kompensationskomponente, deren Transferfunktion mit 1 + Kd·S bezeichnet wird, und addiert die Eingabe Vb_x_s zu dem durch Multiplizieren des differentiellen Wertes davon (zeitliche Änderungsrate) mit einem Koeffizienten Kd eines vorgegebenen Wertes erhaltenen Wert und gibt den aus der Addition erhaltenen Wert aus.
Anschließend berechnet der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x durch einen Rechner 94b_x den durch Subtrahieren der Eingabe Vb_x_mdfd_p von dem Ausgabewert der Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94a_x erhaltenen Wert und liefert dann den Ausgabewert des Rechners 94b_x zu einem eine Phasenkompensationsfunktion aufweisenden Tiefpassfilter 94c_x. Das Tiefpassfilter 94c_x ist ein Filter, dessen Transferfunktion mit (1 + T2·S)/(1 + T1·S) bezeichnet wird. Der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x gibt dann den Ausgabewert Vb_x_prd des Tiefpassfilters 94c_x aus.
Der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_y empfängt ferner den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_s und empfängt auch den vorangehenden Wert Vb_y_mdfd_p der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd durch Zwischenschaltung eines Verzögerungselements 96_y.
Wie bei dem vorangehend beschriebenen Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x führt der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_y dann die Verarbeitung durch eine Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94a_y, einen Rechner 94b_y und ein Tiefpassfilter 94c_y in dieser Reihenfolge aus und gibt einen Ausgabewert Vb_y_prd des Tiefpassfilters 94c_y aus.
Der Ausgabewert Vb_x_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_x hat hier die Bedeutung eines Stationärer-Zustand-Fehlers eines zukünftigen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts in der X-Achsen-Richtung, welcher von einem aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugsystemschwerpunkts vermutet wird (anders ausgedrückt, der aus der Y-Achsen-Richtung beobachtete Bewegungszustand des Massenpunktes 60_x des Inverspendel-Modells) relativ zu der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd eines erwarteten Konvergenzwerts. Ebenso hat der Ausgabewert Vb_y_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_y die Bedeutung eines Stationärer-Zustand-Fehlers eines zukünftigen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts in der Y-Achsen-Richtung, welcher von einem aus der X-Achsen-Richtung beobachteten aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugsystemschwerpunkts vermutet wird (anders ausgedrückt, der aus der X-Achsenrichtung beobachtete Bewegungszustand des Massenpunktes 60_y des Inverspendel-Modells) relativ zu der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd eines erwarteten Konvergenzwertes. Nachfolgend werden die Ausgabewerte Vb_x_prd und Vb_y_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_x bzw. 94_y als die erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerte bezeichnet werden.
Nach Ausführen der vorangehend beschriebenen Verarbeitung durch die Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x und 94_y gibt der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 die jeweils erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerte Vb_x_prd, Vb_y_prd zu einem Begrenzungsprozessor 100 ein. Die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 100 ist dieselbe wie die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 des vorangehend beschriebenen Verstärkungseinstellers 78. Wie durch die in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 11 angedeutet, sind in diesem Fall nur die Eingabewerte und die Ausgabewerte der einzelnen Verarbeitungsabschnitte des Begrenzungsprozessors 100 verschieden von denjenigen des Begrenzungsprozessors 86.
In dem Begrenzungsprozessor 100 werden insbesondere Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_t und ωw_y_t der imaginären Räder 62_x und 62_y in dem Fall, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y mit Vb_x_prd bzw. Vb_y_prd übereinstimmen, durch die Prozessoren 86a_x bzw. 86a_y berechnet. Das Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_t und ωw_y_t wird dann in das Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_t und ω_L_t der Elektromotoren 31R und 31L durch den XY-RL-Wandler 86b umgewandelt.
Diese Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_t und ω_L_t werden ferner auf Werte innerhalb des zulässigen Bereichs für den linken Motor bzw. des zulässigen Bereichs für den linken Motor durch Begrenzer 86c_R und 86c_L begrenzt. Die Werte ω_R_lim2 und ω_L_lim2, welche der Begrenzungsverarbeitung unterworfen worden sind, werden dann durch den RL-XY-Wandler 86d in die Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim2 und ωw_y_lim2 der imaginären Räder 62_x und 62_y umgewandelt.
Anschließend werden die den Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim2 und ωw_y_lim2 entsprechenden Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 der imaginären Räder 62_x und 62_y durch den Prozessor 86e_x bzw. 86e_y berechnet und diese Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 werden von dem Begrenzungsprozessor 100 ausgegeben.
Durch Ausführen der vorangehend beschriebenen Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 100 erzeugt der Begrenzungsprozessor 100 ein Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 derart, dass die Ausgabewerte Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 mit Vb_x_t bzw. Vb_y_t soweit wie möglich unter einer wesentlichen benötigten Bedingung übereinstimmen, dass die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L, welche dem Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim2 bzw. Vw_y_lim2 entsprechen, wie beim Begrenzungsprozessor 86 nicht von den zulässigen Bereichen abweichen.
Die zulässigen Bereiche für den rechten Motor und den linken Motor in dem Begrenzungsprozessor 100 müssen übrigens nicht die selben sein wie die zulässigen Bereiche in dem Begrenzungsprozessor 86 und können eingestellt werden, um zulässige Bereiche zu sein, welche verschieden voneinander sind.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 12 führt der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 dann die Verarbeitung durch Rechner 102_x und 102_y aus, um die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd bzw. Vb_y_mdfd zu berechnen. In diesem Fall berechnet der Rechner 102_x einen Wert, welcher durch Subtrahieren des erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerts in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd von dem Ausgabewert Vw_x_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 erhalten wird, als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd. Ebenso berechnet der Rechner 102_y einen Wert, welcher durch Subtrahieren des erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerts in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_prd von dem Ausgabewert Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 erhalten wird, als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd.
Hinsichtlich der wie vorangehend beschrieben bestimmten Soll-Regelungs-/Steuerungs-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd werden in dem Fall, in dem die Ausgabewerte Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 100 beschränkt werden, das heißt in dem Fall, in dem die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L innerhalb der zulässigen Bereiche liegen, selbst wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung jeweils mit den erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerten Vb_x_prd, Vb_y_prd jeweils übereinstimmen, die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd, Vb_y_mdfd dann bestimmt, um jeweils 0 zu sein. Daher Vb_x_mdfd = Vb_y_mdfd = 0.
Unterdessen wird, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 durch zwangsweises Beschränken der Eingabewerte Vb_x_t und Vb_y_t erzeugt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeit von einem der Elektromotoren 31R und 31L von dem zulässigen Bereich abweicht (wenn der Absolutwert einer der Drehwinkelgeschwindigkeiten übermäßig hoch wird), wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung jeweils mit den erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerten Vb_x_prd, Vb_y_prd übereinstimmen, für die X-Achsen-Richtung dann ein Korrekturbetrag von dem Eingabewert Vb_x_prd des Ausgabewerts Vw_x_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (= Vw_x_lim2 – Vb_x_prd) als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd bestimmt.
Ferner wird hinsichtlich der Y-Achsen-Richtung ein Korrekturbetrag von dem Eingabewert Vb_y_prd des Ausgabewertes Vb_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (= Vw_y_lim2 – Vb_y_prd) als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd bestimmt.
In diesem Fall wird die Soll-Regelungs-/Steuerungs-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd beispielsweise für die Geschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung eine Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung von dem erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd, welcher von dem Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x ausgegeben wird. Das Gleiche gilt für die Geschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung.
Vorangehend ist die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 beschrieben worden.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 9 führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 aus, nachdem die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76, den Verstärkungseinsteller 78 und den Fehlerrechner 70 wie vorangehend beschrieben ausgeführt wird.
Die Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 13 beschrieben werden. Im Übrigen sind die nicht in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 13 die Bezugszeichen, welche sich auf die Verarbeitung zum Bestimmen des obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_x_cmd beziehen, welcher der Soll-Wert der Drehwinkelgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x ist, welches in der X-Achsen-Richtung rollt. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen sind die Bezugszeichen, welche sich auf die Verarbeitung zum Bestimmen des obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_y_cmd beziehen, welcher der Soll-Wert der Drehwinkelgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y ist, welches in der Y-Achsen-Richtung rollt.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 empfängt den von dem Fehlerrechner 70 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswert Θbe_xy_s, die in dem obengenannten SCHRITT2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerte Θbdot_xy_s, die von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechneten geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s, die von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 berechneten Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd und die von dem Verstärkungseinsteller 78 berechneten Verstärkungseinstellparameter Kr_xy.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet dann zuerst die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_xy_cmd gemäß den folgenden Ausdrücken 07x und 07y unter Verwendung der vorangehend empfangenen Werte. ωwdot_x_cmd = K1_x·Θbe_x_s + K2_ x·Θbdot_x_s + K3_x·(Vb_x_s – Vb_x_mdfd) Ausdruck 07x ωwdot_y_cmd = K1_y·Θbe_y_s + K2_y·Θbdot_y_s + K3_y·(Vb_y_s – Vb_y_mdfd) Ausdruck 07y
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird daher jeder Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd, welcher die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Bewegung des Massenpunkts 60_x des Inverspendel-Modells (das heißt, die aus der Y-Achsen-Richtung beobachtete Bewegung des Fahrzeugsystemschwerpunkts) bezeichnet, und der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_y_cmd, welcher die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Bewegung des Massenpunktes 60_y des Inverspendel-Modells (das heißt, die aus der X-Achsen-Richtung beobachtete Bewegung des Fahrzeugsystemschwerpunkts) bezeichnet, durch Addieren dreier Stellgrößenkomponenten (die drei Terme auf der rechten Seite von jedem der Ausdrücke 07x und 07y) bestimmt.
In diesem Fall werden die auf die Stellgrößenkomponenten in dem Ausdruck 07x bezogenen Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x auf Grundlage des Verstärkungseinstellparameters Kr_x variabel eingestellt, während die auf die Stellgrößenkomponenten in dem Ausdruck 07y bezogenen Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y auf der Grundlage des Verstärkungseinstellparameters Kr_y variabel eingestellt werden. Nachfolgend können die Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x im Ausdruck 07x als der erste Verstärkungskoeffizient K1_x bzw. der zweite Verstärkungskoeffizient K2_x bzw. der dritte Verstärkungskoeffizient K3_x bezeichnet werden. Das Gleiche gilt für die Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y im Ausdruck 07y.
Ein i-ter Verstärkungskoeffizient Ki_x (i = 1, 2 oder 3) im Ausdruck 07x und ein i-ter Verstärkungskoeffizient Ki_y (i = 1, 2 oder 3) im Ausdruck 07y werden auf der Grundlage der Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y gemäß den unten angegebenen Ausdrücken 09x und 09y, wie durch die Anmerkung in 13 angedeutet, bestimmt. Ki_x = (1 – Kr_x)·Ki_a_x + Kr_x·Ki_b_x Ausdruck 09x Ki_y = (1 – Kr_y)·Ki_a_y + Kr_y·Ki_b_y Ausdruck 09y (i = 1, 2, 3)
Ki_a_x und Ki_b_x im Ausdruck 09x bezeichnen hier vorangehend eingestellte konstante Werte als die Verstärkungskoeffizientenwerte an einem Minimumende (einem Ende nahe bei 0) des i-ten Verstärkungskoeffizienten Ki_x bzw. als den Verstärkungskoeffizientenwert an einem Maximumende (einem von 0 entfernten Ende). Das Gleiche gilt für Ki_a_y und Ki_b_y im Ausdruck 09y.
Daher wird jeder bei der Berechnung des Ausdrucks 07x verwendete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x (i = 1, 2 oder 3) als ein gewichteter Mittelwert der dazu entsprechenden konstanten Werte Ki_a_x und Ki_b_x bestimmt. In diesem Fall wird ferner das jedem von Ki_a_x und Ki_b_x zugeordnete Gewicht gemäß dem Verstärkungseinstellparameter Kr_x verändert. Somit, wenn Kr_x = Null, dann: Ki_x = Ki_a_x, und wenn Kr_x = 1, dann: Ki_x = Ki_b_x. Wenn sich Kr_x der 1 von Null annähert, nähert sich der i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x Ki_b_x von Ki_a_x an.
Ebenso wird jeder bei der Berechnung des Ausdrucks 07y verwendete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_y (i = 1, 2 oder 3) als ein gewichteter Mittelwert der dazugehörigen konstanten Werte Ki_a_y und Ki_b_y bestimmt. In diesem Fall wird das Gewicht jedem von Ki_a_y und Ki_b_y ferner gemäß dem Verstärkungseinstellparameter Kr_y geändert. Wie im Falle von Ki_x ändert sich daher der Wert des i-ten Verstärkungskoeffizienten Ki_y zwischen Ki_a_y und Ki_b_y, wenn sich der Wert von Kr_y von Null bis 1 ändert.
Wie vorangehend erläutert, sind Kr_x, Kr_y allgemein (insbesondere in dem Fall, wo die Ausgabewerte Vw_x_lim1, Vw_y_lim1 an dem Begrenzungsprozessor 86 des Verstärkungseinstellers 78 nicht zwangsweise beschränkt sind) 0. Daher werden die i-ten Verstärkungskoeffizienten Ki_x, Ki_y (i = 1, 2, 3) allgemein Ki_x = Ki_a_x, Ki_y = Ki_a_y.
Zusätzlich sind die obengenannten konstanten Werte Ki_a_x, Ki_b_x und Ki_a_y, Ki_b_y (i = 1, 2 oder 3) in den konstanten Parametern enthalten, deren Werte in dem obengenannten SCHRITT6 oder SCHRITT8 eingestellt werden.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 verwendet die wie vorangehend beschrieben bestimmten ersten bis dritten Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x, um die Berechnung des vorangehenden Ausdrucks 07x durchzuführen, wodurch der auf das in der X-Achsen-Richtung rollende imaginäre Rad 62_x bezogene Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd berechnet wird.
Im Detail, unter Bezugnahme auf 13 berechnet der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_x_s mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_x erhaltene Stellgrößenkomponente u1_x und eine durch Multiplikation des Basiswinkel-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerts Θbdot_x_s mit dem dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_x erhaltene Stellgrößenkomponente u2_x durch einen Prozessor 80a bzw. 80b. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet ferner die Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd (= Vb_x_s – Vb_x_mdfd) durch einen Rechner 80d und berechnet durch einen Prozessor 80c eine durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_x erhaltene Stellgrößenkomponente u3_x. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 addiert dann diese Stellgrößenkomponenten u1_x, u2_x und u3_x durch einen Rechner 80e auf, um den Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu berechnen.
Ebenso führt der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 die Berechnung des vorangehenden Ausdruck 07y unter Verwendung der wie vorangehend beschrieben bestimmten ersten bis dritten Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y aus, wodurch der auf das in der Y-Achsen-Richtung rollende imaginäre Rad 62_y bezogene Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_y_cmd berechnet wird.
In diesem Fall berechnet der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_y_s mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_y erhaltene Stellgrößenkomponente u1_y und eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeitsmesswerts Θbdot_y_s mit dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_y erhaltene Stellgrößenkomponente durch den Prozessor 80a bzw. 80b. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet ferner die Differenz zwischen dem geschätzten Soll-Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_y_s und der geschätzten Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd (= Vb_y_s – Vb_y_mdfd) durch den Rechner 80d und berechnet durch den Prozessor 80c eine durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_y erhaltene Stellgrößenkomponente u3_y. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 addiert dann diese Stellgrößenkomponenten u1_y, u2_y und u3_y durch den Rechner 80e auf, um den Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu berechnen.
Der erste Term (= die erste Stellgrößenkomponente u1_x) und der zweite Term (= die zweite Stellgrößenkomponente u2_x) der rechten Seite des Ausdrucks 07x bezeichnen hier die Rückkopplungsstellgrößenkomponenten zum Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_x_s in Richtung um die X-Achse gegen 0 (Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkelmesswerts Θb_x_s gegen den Soll-Wert Θb_x_obj) durch die PD-Vorgabe (Proportional-Differenzial-Vorgabe), welche als die Rückkopplungsregelungs-/-steuerungsvorgabe dient.
Der dritte Term (= die dritte Stellgrößenkomponente u3_x) der rechten Seite des Ausdrucks 07x bezeichnet ferner eine Rückkopplungsstellgrößenkomponente zum Konvergieren der Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd gegen 0 (Konvergieren von Vb_x_s gegen Vb_x_mdfd) durch eine Proportional-Vorgabe, welche als die Rückkopplungsregelungs-/-steuerungsvorgabe dient.
Das Gleiche gilt für den ersten bis dritten Term (die erste bis dritte Stellgrößenkomponente u1_y, u2_y und u3_y) der rechten Seite des Ausdrucks 07y.
Wie vorangehend erläutert, werden die Regelungs-/Steuerungs-Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd, Vb_y_mdfd allgemein (insbesondere in dem Fall, wo die Ausgabewerte Vw_x_lim2, Vw_y_lim2 an dem Begrenzungsprozessor 100 des Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzers 76 nicht zwanghaft eingeschränkt werden) 0. Des Weiteren stimmen in dem allgemeinen Fall, wo Vb_x_mdfd = Vb_y_mdfd = 0 die dritten Stellgrößenkomponenten u3_x, u3_y mit dem durch Multiplizieren der geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s, Vb_y_s mit den jeweiligen dritten Verstärkungskoeffizienten K3_x, K3_y erhaltenen Wert überein.
Nach der vorangehend beschriebenen Berechnung der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd integriert der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 jeden der ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd durch einen Integrator 80f, wodurch die obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd bestimmt werden.
Vorangehend sind die Details der Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 beschrieben worden.
Zusätzlich kann der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd alternativ durch einen Ausdruck berechnet werden, bei dem der dritte Term der rechten Seite von Ausdruck 07x in die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_x_s (= K3_x·Vb_x_s) und die Stellgrößenkomponente basierend auf Vd_x_mdfd (= –K3_x·Vb_x_mdfd) getrennt ist. Ebenso kann der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_y_cmd alternativ durch einen Ausdruck berechnet werden, bei dem der dritte Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 07y in die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_y_s (= K3_y·Vb_y_s) und die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_y_mdfd (= –K3_y·Vb_y_mdfd) getrennt ist.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 9 liefert die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die wie vorangehend beschrieben durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 bestimmten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd zu dem Motorbefehlsrechner 82 und führt die Verarbeitung durch den Motorbefehlsrechner 82 aus, um einen Geschwindigkeitsbefehl ω_R_cmd des Elektromotors 31R und einen Geschwindigkeitsbefehl ω_L_cmd des Elektromotors 31R zu bestimmen. Die Verarbeitung durch den Motorbefehlsrechner 82 ist dieselbe wie die Verarbeitung durch den XY-RL-Wandler 86b des obengenannten Begrenzungsprozessors 86 (Bezug zu 11).
Der Motorbefehlsrechner 82 bestimmt insbesondere die Geschwindigkeitsbefehle w_R_cmd und w_L_cmd der Elektromotoren 31R und 31L durch eine durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_cmd bzw. ω_y_cmd bzw. ω_R_cmd bzw. ω_L_cmd erhaltene simultane Gleichungen, wobei ω_R_cmd und ω_L_cmd als Unbekannte angenommen werden.
Somit ist die arithmetische Fahrzeugregelungs-/steuerungsverarbeitung in dem obengenannten SCHRITT9 abgeschlossen.
Durch die durch die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 wie vorangehend beschrieben ausgeführte arithmetische Regelungs-/Steuerungsverarbeitung werden die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_xy_cmd als die Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben) derart bestimmt, dass der Fahrzeugsystemschwerpunkt in dem Zustand, wo die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 grundsätzlich in einer Haltung beibehalten wird, in welcher die obengenannten Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerte Θbe_x_s und Θbe_y_s beide 0 sind (nachfolgend wird diese Haltung als die Grundhaltung bezeichnet werden), in sowohl dem An-Bord-Modus als auch dem autonomen Modus stationär ist. Des Weiteren werden durch Neigen der Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 in Bezug auf die Grundhaltung, wenn nicht anders erwähnt, durch Verschieben der horizontalen Richtungsposition des Fahrzeugsystemschwerpunkts (der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt oder der Nur-Fahrzeug-Schwerpunkt) von dem Zustand, welcher näherungsweise unmittelbar über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist, die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_xy_cmd derart bestimmt, dass die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 zu der Grundhaltung wiederhergestellt werden (um Θbe_x_s, Θbe_y_s nahe an 0 zu bringen oder dieselben auf 0 zu halten).
Die durch Umwandeln der Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_xy_cmd, welche durch Integrieren jeder Komponente von ωwdot_xy_cmd erhalten werden, erhaltenen Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L werden dann als die Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd der Elektromotoren 31R und 31L bestimmt. Die Drehgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L werden ferner gemäß den Geschwindigkeitsbefehlen ω_R_cmd und ω_L_cmd geregelt/gesteuert. Die Bewegungsgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung werden daher derart geregelt/gesteuert, dass sie mit der Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x, welches ωw_x_cmd entspricht, bzw. mit der Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y, welche ωw_y_cmd entspricht, übereinstimmen.
Mit dieser Anordnung bewegt sich die Radanordnung 5 dann vorwärts, um die Abweichungen zu eliminieren (um Θbe_x_s gegen Null zu konvergieren), wenn beispielsweise der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_x von dem Soll-Wert Θb_x_obj in Richtung um die Y-Achse durch Nach-Vorne-Lehnen abweicht. Ebenso bewegt sich die Radanordnung 5 dann rückwärts, um die Abweichung zu eliminieren (um Θbe_x_s gegen Null zu konvergieren), wenn das Ist-Θb_x von dem Soll-Wert Θb_x_obj durch Rückwärts-Lehnen abweicht.
Beispielsweise, wenn ferner der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_y von dem Soll-Wert Θb_y_obj in Richtung um die X-Achse durch Nach-Rechts-Lehnen abweicht, bewegt sich die Radanordnung 5 dann nach rechts, um die Abweichung zu eliminieren (um Θbe_y_s gegen Null zu konvergieren). Ebenso bewegt sich die Radanordnung 5 dann nach links, um die Abweichung zu eliminieren (um Θbe_y_s gegen Null zu konvergieren), wenn das Ist-Θb_y von dem Soll-Wert Θb_y_obj durch Nach-Links-Lehnen abweicht.
Wenn ferner sowohl der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_x als auch Θb_y von dem Soll-Wert Θb_x_obj bzw. Θb_y_obj abweichen, werden dann der Bewegungsbetrieb der Radanordnung 5 in der Längsrichtung zum Eliminieren der Abweichung von Θb_x und der Bewegungsbetrieb der Radanordnung 5 in der Querrichtung zum Eliminieren der Abweichung von Θb_y kombiniert, so dass sich die Radanordnung 5 in einer Richtung bewegen wird, welche die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung kombiniert (eine Richtung in einem Winkel zu sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung).
Somit bewegt sich die Radanordnung 5 dann in Richtung der Neigungsseite, wenn sich der Sitz 3 und der Grundkörper 9 von der Grundhaltung neigen. Somit wird sich die Radanordnung 5 dann zu der Neigungsseite bewegen, wenn beispielsweise der Benutzer absichtlich seinen Oberkörper zusammen mit dem Sitz 3 und dem Grundkörper 9 in dem obengenannten An-Bord-Modus neigt.
Dann konvergiert während der Bewegung der Radanordnung 5 (während Bewegung des gesamten Fahrzeugs 1), wenn die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 auf einer von der Grundhaltung geneigten konstanten Haltung (einer Haltung, wo die Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwerte θbe_xy_s stabil werden) beibehalten werden, die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugssystemschwerpunkts (und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5) gegen die Bewegungsgeschwindigkeit, welche einen konstanten Fehler mit den Regelungs-/Steuerungs-Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd aufweist, wobei der Fehler derselben von den Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwerten θbe_xy_s abhängt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden in dem allgemeinen Fall, wo die Fahrbewegung der Radanordnung 5 mit einer Fahrgeschwindigkeit ausgeführt wird, in welcher die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R, 31L nicht übermäßig schneller werden (insbesondere in dem Fall, wo die gewaltsame Beschränkung der Ausgabewerte Vw_x_lim2, Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 des Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzers 76 nicht durchgeführt wird), die Regelungs-/Steuerungs-Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd, Vb_x_mdfd jeweils auf 0 beibehalten. Wenn die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 in der Situation, wo Vb_x_mdfd, Vb_y_mdfd konstant beibehalten werden, auf einer von der Grundhaltung geneigten konstanten Haltung beibehalten werden, konvergiert die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugssystemschwerpunkts (und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5) gegen die Bewegungsgeschwindigkeit, welche eine Größe und Orientatierung aufweist, welche von dem Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwert θbe_xy_s abhängen.
Eine detailiertere Erläuterung wird in einem solchen Betrieb gegeben werden. In dem stationären Zustand, wo beide Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwerte θbe_x_s, θbe_y_s konstant beibehalten werden, sind die zweiten Stellgrößenkomponenten u2_x, u_2_y_0. Dadurch wird der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd ein Wert, bei welchem die erste Stellgrößenkomponente u1_x und die dritte Stellgrößenkomponente u3_x zusammen addiert werden, und der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_y_cmd wird ein Wert, bei welchem die erste Stellgrößenkomponente u1_y und die dritte Stellgrößenkomponente u3_y zusammen addiert werden.
Und in dem stationären Zustand konvergieren die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_x_cmd gegen einen Wert, welcher dazu in der Lage ist, die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 konstant beizubehalten. Und folglich konvergieren die Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x, Vb_y gegen einen konstanten Wert.
In diesem Fall wird der zweite Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 07x (= u2_x) 0, wird der erste Term auf der rechten Seite (= u1_x = K1_x·Θbe_x_s) ein konstanter Wert, und wird ωwdot_x_cmd auf der linken Seite ein konstanter Wert, so dass der Konvergenzwert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x in der X-Achsen-Richtung (der Konvergenzwert des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts Vb_x_s, nachfolgend als eine Stationärer-Zustand-Konvergenzgeschwindigkeit Vb_x_stb bezeichnet) ein Wert wird, welcher von dem Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwert θbe_x_s um die Y-Achsen-Richtung abhängt. Vb_x_stb wird insbesondere Vb_x_stb = (–K1_x·Δθbe_x_s + ωwdot_x_cmd)/K3_x + Vb_x_mdfd, so dass er ein Funktionswert wird, welcher sich monoton in Bezug auf θbe_x_s ändert.
Auf ähnliche Weise wird der zweite Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 07y (= u2_y) 0, wird der erste Term auf der rechten Seite (= u1_y = K_1_y·θbe_y_s) ein konstanter Wert, und wird ωwdot_y_cmd auf der linken Seite ein konstanter Wert, so dass der Konvergenzwert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_y in der Y-Achsen-Richtung (der Konvergenzwert des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts Vb_y_s, nachfolgend als eine Stationärer-Zustand-Konvergenzgeschwindigkeit Vb_y_stb bezeichnet) ein Wert wird, welcher von dem Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwert θbe_y_s um die X-Achsen-Richtung abhängt. Vb_y_stb wird insbesondere Vb_y_stb = (–K1_y·Δθbe_y_s + ωwdot_y_cmd)/K3_y + Vb_y_mdfd, so dass er ein Funktionswert wird, welcher sich monoton in Bezug auf θbe_y_s ändert.
Wie oben erläutert, wenn die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 auf einer von der Grundhaltung geneigten konstanten Haltung in dem Zustand beibehalten werden, wo Vb_x_mdfd, Vb_y_mdfd konstant beibehalten werden, konvergiert die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugssystemschwerpunkts (und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5) gegen die Bewegungsgeschwindigkeit, welche eine Größe und Orientatierung aufweist, welche von den Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwerten θbe_xy_s abhängt.
Des Weiteren werden in der vorliegenden Ausführungsform die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd durch die Ausdrücke 07x, 07y als Grundstellgrößen bestimmt, und durch Integrieren dieser werden die Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd, ωw_y_cmd als die Regelungs-/Steuerungsstellgrößen der Elektromotoren 31R, 31L bestimmt. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen den Translationsbewegungen der imaginären Räder 62_x, 62_y (und folglich die Translationsbewegung der Radanordnung 5) und den Grundkörper-Neigungswinkeln θb_xy, das heißt, die durch die Ausdrücke 03x, 03y ausgedrückte Beziehung, eine konstante Beziehung, welche nicht von der Masse des Fahrzeugsystemschwerpunkts abhängt. Als solche können die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd, welche zum Konvergieren der Grundkörper-Neigungswinkel-Messwerte θb_xy_s an die Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwerte θb_xy_obj und auch zum Konvergieren der geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s an die Regelungs-/Steuerungs-Soll-Schwerpunktgeschwindigkeite Vb_xy_mdfd geeignet sind, durch die Rechenverarbeitung der vorbenannten Ausdrücke 07x, 07y bestimmt werden, ohne von dem Gewicht des Benutzers an Bord des Sitzes 3 anzuhängen. Wenn nicht anders angegeben, können die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd, welche zum Regeln/Steuern der Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy und der Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy geeignet sind, durch die Rechenverarbeitung der vorbenannten Ausdrücke 07x, 07y bestimmt werden, ohne das es erforderlich ist, die Werte der ersten bis dritten Verstärkungskoeffizienten Ki_xy (i = 1, 2, 3) gemäß dem Gewicht des Benutzers an Bord des Sitzes 3 anzupassen. Danach wird es durch Integrieren von ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd möglich, die geeigneten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd, ωw_y_cmd zu bestimmen, ohne von dem Gewicht des Benutzers abzuhängen. Folglich wird es möglich, die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart zu regeln/steuern, dass es ermöglicht wird, die Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy und die Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy zu den Sollwerten mit geeigneten Reaktionscharakteristiken zu regeln/steuern, ohne von dem Gewicht des Benutzers als dem zu transportierende Objekt abzuhängen.
Des Weiteren werden die Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd, ωw_y_cmd als die Regelungs-/Steuerungsstellgrößen der Elektromotoren 31R, 31L durch Integrieren der jeweiligen Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd erhalten, so dass eine rasante Änderung der Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd, ωw_y_cmd gehemmt wird. Als solches ändert sich die Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 gleichmäßig, so dass eine gleichmäßige Fahrt realisiert werden kann.
Ferner wird in einer Situation, in der beispielsweise der Betrag der Neigung des Grundkörpers 9 und des Sitzes 3 von der obengenannten Grundhaltung (die Grundkörper-Neigungswinkelmesswerte Θbe_x_s und Θbe_y_s) relativ groß wird und die Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten der Radanordnung 5 in einer oder beiden von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung in dem Fall, wo der Neigungsbetrag konstant beibehalten wird (wobei diese Bewegungsgeschwindigkeiten dem in 12 gezeigten erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwert Vb_x_prd bzw. Vb_y_prd entsprechen) eine übermäßig hohe Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten sind, welche die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L veranlassen würden, von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen davon in dem Begrenzungsprozessor 100 abzuweichen, eine Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung von der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 (im Detail Vw_x_lim2 – Vb_x_prd und Vw_y_lim2 – Vb_y_prd) dann als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd bestimmt werden. Die dritten Stellgrößenkomponenten u3_x und u3_y von innerhalb der Stellgrößenkomponenten, welche eine Regelungs-/Steuerungseingabe darstellen, werden dann derart bestimmt, dass die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s gegen die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd bzw. Vb_y_mdfd konvergieren. Dementsprechend wird die Geschwindigkeitszunahme der Radanordnung begrenzt, wodurch verhindert wird, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L übermäßig hoch werden.
Ferner werden in dem obengenannten Verstärkungseinsteller 78 in der Situation, in der eine oder beide der geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s groß werden und die Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten der Radanordnung 5 in einer oder beiden von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung eine übermäßig große Bewegungsgeschwindigkeit werden können, welche die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L dazu veranlassen würden, von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen davon an dem Begrenzungsprozessor 86 abzuweichen, wenn die Abweichung nennenswerter wird, (insbesondere, wenn die in 10 gezeigten Absolutwerte von Vover_x und Vover_y zunehmen), einer oder beide der obengenannten Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y von 0 näher an 1 gebracht.
In diesem Fall nähert sich jeder gemäß dem obengenannten Ausdruck 09x berechnete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x (i = 1, 2 oder 3) dem konstanten Wert Ki_b_x an dem Maximumende von dem konstanten Wert Ki_a_x an dem Minimumende an, wenn sich Kr_x der 1 nähert. Das Gleiche gilt für jeden gemäß dem obengenannten Ausdruck 09y berechneten i-ten Verstärkungskoeffizient Ki_y (i = 1, 2 oder 3).
Wenn die Absolutwerte der obengenannten Verstärkungskoeffizienten zunehmen, nehmen die Empfindlichkeiten der Stellgrößen (die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd) als Reaktion auf eine Änderung der Neigung des Grundkörpers 9 und des Sitzes 3 (der Änderung der Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerte Θbe_xy_s) und als Reaktion auf die Änderung der geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s zu. Daher wird, wenn der Betrag einer Neigung des Grundkörpers 9 und des Sitzes 3 von der Grundhaltung eine Zunahme anzeigt, oder wenn die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s eine Zunahme anzeigen, die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 geregelt/gesteuert, um diese Zunahmen unmittelbar zu eliminieren. Dies hält den Grundkörper in hohem Maße davon zurück, sich von der Grundhaltung wesentlich zu neigen und die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s größer zu werden, wodurch es ermöglicht wird, zu verhindern, dass die Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten der Radanordnung 5 in einer oder beiden von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung eine übermäßig hohe Bewegungsgeschwindigkeit wird, welche die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L veranlasst, von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen davon an dem Begrenzungsprozessor 86 abzuweichen.
Die Entsprechung zwischen dem Fahrzeug 1 der vorliegenden Ausführungsform und der vorliegenden Erfindung wird hier zusätzlich beschrieben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Längsrichtung (die X-Achsen-Richtung) und die Querrichtung (die Y-Achsen-Richtung) des Benutzers an Bord des Fahrzeugs 1 der ersten Richtung bzw. der zweiten Richtung der vorliegenden Erfindung.
Und das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement der vorliegenden Erfindung wird durch die von der Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 durchgeführte Verarbeitung verwirklicht. In diesem Fall entsprechen die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_xy_cmd dem Beschleunigungsbefehlswert der vorliegenden Erfindung, und die Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_xy_cmd entsprechen dem Geschwindigkeitsbefehlswert der vorliegenden Erfindung.
Des Weiteren wird Neigungswinkel-Messelement wird durch den Neigungssensor 52 und die Verarbeitung von SCHRITT2 in 7 verwirklicht. Ebenso entspricht ein Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwert θbe_xy_s dem Neigungsfehler der vorliegenden Erfindung.
Des Weiteren wird das Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement der vorliegenden Erfindung durch die von dem Motorbefehlsrechner 82 durchgeführte Verarbeitung und die Verarbeitung von SCHRITT10 in 7 verwirklicht. In diesem Fall entsprechen die Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd, ω_L_cmd der Elektromotoren 31R, 31L dem Aktuator-Geschwindigkeitsbefehlswert der vorliegenden Erfindung.
[Zweite Ausführungsform]
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt werden. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform nur teilweise in der Verarbeitung des vorbenannten Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechners 80 (insbesondere der Weise der Bestimmung der Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_y_cmd von dem Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_x_cmd, ωw_y_cmd, welcher dem Sollwert der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der Y-Achsen-Richtung entspricht). Aus diesem Grund werden den gleichen Konstruktionselementen und der gleichen Verarbeitung wie denen der ersten Ausführungsform identische Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform zugewiesen und deren Erläuterung wird weggelassen werden.
In dem Fahrzeug 1 der in der ersten Ausführungsform erläuterten Struktur wird in dem Fall einer Bewegung des Radkörpers (Fahrbewegungseinheit) 5 in der Y-Achsen-Richtung (Querrichtung) Schlupf zwischen den jedem Drehelement 27R, 27L entsprechenden freien Rollen 29R, 29L und der Radanordnung 5 erzeugt, und dieser Schlupfzustand tendiert dazu, sich gemäß der Antriebskraft zum Drehen der Radanordnung 5 in der Richtung um die Mittee C1 des Querschnitts (insbesondere eine Translationalkraftkomponente in der Y-Achsen-Richtung einer resultierenden Kraft, welche auf die Radanordnung 5 durch die zwischen allen freien Rollen 29R, 29L und der Radanordnung 5 erzeugten Reibungskraft wirkt; nachfolgend als eine Querantriebskraft berzeichnet) zu ändern. Und ein Verhältnis (dass heißt, der Wert des Koeffizienten C in vorbenannten Ausdruck 01b) der Differenz zwischen der Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R, ω_L der jeweiligen Elektromotoren 31R, 31L (= ω_R – ω_L) und der Ist-Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der Y-Achsen-Richtung ändert sich gemäß dem Schlupfzustand. Als solches, sogar wenn die Differenz zwischen den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R, ω_L der jeweiligen Elektromotoren 31R, 31L (= ω_R – ω_L) konstant ist, ändert sich die Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der Y-Achsen-Richtung gemäß dem vorbenannten Schlupfzustand (gemäß der vorbenannten Querantriebskraft), und grundsätzlich verkleinert sich die Größe der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der Y-Achsen-Richtung, wenn die Querantriebskraft größer wird.
Daher stellt in der vorliegende Ausführungsform der Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 nach Erhalten der Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd, ωw_y_cmd durch die Verarbeitung des in 13 erläuterten Blockdiagramms in der ersten Ausführungsform ωw_y_cmd in der Y-Achsen-Richtung, von ωw_x_cmd, ωw_y_cmd, als einen vorläufigen Wert ein, und korrigiert den vorläufigen Wert ωw_y_cmd gemäß der Querantriebskraft. Anschließend gibt der Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 den Wert nach der Korrektur von ωw_y_cmd (nachfolgend als ein korrigierter Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_y_cmd_c bezeichnet) zusammen mit dem durch die Verarbeitung des Blockdiagramms in 13 erhaltenen Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_x_cmd in der X-Achsen-Richtung aus (Eingabe desselben zu dem Motorbefehlsrechner 82).
In diesem Fall führt der Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 durch die Korrektur des Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_y_cmd in der Y-Achsen-Richtung (der integrierte Wert des Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehls ωwdot_y_cmd in der Y-Achsen-Richtung) wie folgt durch.
Dass heißt, dass der Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 zuerst einen geschätzten Querantriebskraftwert Fy_s nach Maßgabe der vorhergehenden Werte der aktuellen Befehlswerte I_R, I_L erhält, welche jeweils Befehlswerte des an die Elektromotoren 31R, 31L gelieferten Stroms sind (oder der aktuelle Wert des detektierten Stromwerts).
In der vorliegenden Ausführungsform wird der geschätzte Querantriebskraftwert Fy_s beispielsweise durch den folgenden Ausdruck 11 berechnet. Dass heißt, dass der geschätzte Querantriebskraftwert Fy_s als ein beobachteter Wert der Querantriebskraft durch Multiplizieren eines Koeffizienten KT1 eines vorher eingestellten vorgegebenen Werts mit der Different zwischen dem Strombefehlswert I_R des Elektromotors 31R und dem Strombefehlswert I_L des Elektromotor 31L (= I_R – I_L) berechnet wird. In diesem Fall hat KT1·I_R, KT1·I_L die Bedeutung der von den Elektromotoren 31R, 31L jeweils erzeugten Querantriebskraft, und die Differenz dazwischen wird zu dem geschätzten Querantriebskraftwert Fy_s. Fy_s = KT1·(I_R – I_L) Ausdruck 11
In Ausdruck 11 wird der Einfluss des Trägheitsmoments des Leistungsübertragungssystems von den Elektromotoren 31R, 31L der Radanordnung 5 ignoriert, jedoch kann die geschätzte Querantriebskraftwert Fy_s unter Berücksichtigung des Einflusses, beispielsweise durch den folgenden Ausdruck 13, bestimmt werden. Fy_s = (KT1·I_R – KT2·IM_R·ωdot_R_cmd) – (KT1·I_L – KT2·IM_L·ωdot_L_cmd) Ausdruck 13
In Ausdruck 13 ist KT2 ein Koeffizient eines vorher eingestellten vorgegebenen Werts, ist IM_R ein äquivalentes Trägheitsmoment (eingestellter Wert) des Leistungsübertragungssystems von dem Elektromotor 31R zu der Radanordnung 5, ist IM_L ein äquivalentes Trägheitsmoment (eingestellter Wert) des Leistungsübertragungssystems von dem Elektromotor 31L zu der Radanordnung 5, ist ωdot_R_cmd eine zeitliche Änderungsrate (vorhergehender Wert) des Geschwindigkeitsbefehls ω_R_cmd des Elektromotors 31R, und ist ωdot_L_cmd eine zeitliche Änderungsrate (vorhergehender Wert) des Geschwindigkeitsbefehls ω_L_cmd des Elektromotors 31L.
Anschließend korrigiert der Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 den vorläufigen Wert des Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_y_cmd in der Y-Achsen-Richtung (der durch die Verarbeitung des Blockdiagramms in 13 erhaltene aktuelle Wert von ωw_y_cmd) durch den folgenden Ausdruck 15 gemäß des wie oben erläutert erhaltenen geschätzten Querantriebskraftwerts Fy_s, und bestimmt dadurch den korrigierten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_y_cmd_c. ωw_y_cmd_c = (1 + KT3·Fy_s)·ωw_y_cmd Ausdruck 15
In Ausdruck 15 ist KT3 ein Koeffizient eines vorher eingestellten vorgegebenen Wert.
Dementsprechend bestimmt der Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 den korrigierten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_y_cmd_c durch Multiplizieren des gemäß des geschätzten Querantriebskraftwerts Fy_s(1 + KT3·Fy_s) veränderlich eingestellten Koeffizienten durch den vorläufigen Wert des Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_y_cmd.
Die vorliegende Ausführungsform ist mit Ausnahme der oben erklärten Angelegenheiten mit der ersten Ausführungsform identisch.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird es in dem Fall einer Bewegung der Radanordnung (Fahrbewegungseinheit) 5 in der Y-Achsen-Richtung (Querrichtung) möglich, den Einfluss des Schlupfes zwischen den jedem Drehelement 27R, 27L entsprechenden freien Rollen 29R, 29L und der Radanordnung 5 zu ergänzen und die Ist-Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 dazu zu bringen, den durch die Verarbeitung des Blockdiagramms in 13 bestimmten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehlen ωw_x_cmd, ωw_y_cmd mit besserer Genauigkeit zu folgen. Als solches wird es möglich, die Fahrbewegung der Radanordnung 5 angemessener zu regeln/steuern.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Querantriebskraft Fy durch den vorbenannten Ausdruck 11 oder 13 geschätzter, jedoch kann die Querantriebskraft Fy unter Verwendung angemessener Kraftsensoren oder Dehnungssensors detektiert werden.
Ergänzend wird in der vorliegenden Erfindung das ”Element, welches den Geschwindigkeitsbefehlswert” korrigiert durch die Korrekturverarbeitung des Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_y_cmd durch den Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner 80, wie oben erläutert, verwirklicht. In diesem Fall entspricht der geschätzte Querantriebskraftwert Fy_s dem beobachteten Wert der zweiten Antriebskraft der vorliegenden Erfindung. Die entsprechende Beziehung zwischen der vorliegende Ausführungsform und der vorliegenden Erfindung ist mit Ausnahme des oben Beschriebenen mit der ersten Ausführungsform identisch.
Einige auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen bezogene Änderungen werden jetzt beschrieben werden.
In jeder der vorbenannten Ausführungsformem wurden die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd als die Beschleunigungsbefehlswerte zum Definieren des Sollwerts der Fahrbeschleunigung der Radanordnung 5 eingestellt, und die Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd, ωw_y_cmd als die Geschwindigkeitsbefehlswerte zum Definieren des Sollwerts der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 bestimmt. Jedoch beispielsweise, eine Menge der Befehlswerte der Translationsbeschleunigung der imaginären Räder 62_x, 62_y kann als die Beschleunigungsbefehlswerte bestimmt werden, oder eine Menge der Befehlswerte der Translationsgeschwindigkeit der imaginären Räder 62_x, 62_y kann als die Geschwindigkeitsbefehlswerte bestimmt werden. In diesem Fall können die Beschleunigungsbefehlswerte oder die Geschwindigkeitsbefehlswerte beispielsweise in einem Polarkoordinatenform ausgedrückt werden.
Des Weiteren waren in jeder der vorbenannten Ausführungsformen die den Sollwert der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 definierenden Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd, ωw_y_cmd zuerst durch Bestimmen der den Sollwert der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 definierenden Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd und dann Integrieren derselben bestimmt worden. Jedoch kann der den Sollwert der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 definierende Geschwindigkeitsbefehlswert direkt (ohne Ausführen einer Integrationsverarbeitung) von den Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwerten θbe_xy_s oder dergleichen bestimmt werden.
Beispielsweise kann das Verhalten des in 8 gezeigten Inverspendel-Modells (das von der Y-Achsen-Richtung aus gesehene Verhalten wird repräsentativ erläutert werden) näherungsweise durch die folgenden Ausdrücke 17ax, 17bx ausgedrückt werden, wenn die in dem System enthaltene Trägheit (Trägheitsmoment) ignoriert wird. dθbe_x/dt = (1/h_x)·Vb_x + (1/h_x)·Vw_x Ausdruck 17ax dvb_x/dt = g·θbe_x Ausdruck 17bx
Dann kann beispielsweise nach Maßgabe der Ausdrücke 17ax, 17bx der Befehlswert Vw_x_cmd der Translationsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x (= ωw_x_cmd·Rw_x) als dasjenige, welches den Sollwert der Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung definiert, durch den folgenden Ausdruck 19x von dem Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwert θbe_x_s und dem Fehler zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Regelungs-/Steuerungs-Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd (normalerweise Vb_x_mdfd = 0)(= Vb_x_s – Vb_x_mdfd) bestimmt werden. Vw_x_cmd = KK1_x·θbe_x_s + KK2_x·(Vb_x_s – Vb_x_mdfd) Ausdruck 19x
Dasselbe gilt für den Befehlswert der Translationsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y hinsichtlich der Y-Achsen-Richtung (= ωw_y_cmd·Rw_y), und der Befehlswert Vw_y_cmd kann durch den folgenden Ausdruck 19y bestimmt werden. Vw_y_cmd = KK1_y·θbe_y_s + KK2_y·(Vb_y_s – Vb_y_mdfd) Ausdruck 19y KK1_x, KK2_x in Ausdruck 19x und KK1_y, KK2_y in Ausdruck 19y sind Verstärkungskoeffizienten eines vorgegebenen Werts.
Durch Umwandeln der durch die Ausdrücke 19x, 19y erhaltenen Menge Vw_x_cmd, Vw_y_cmd zu den Geschwindigkeitsbefehlen ω_R_cmd, ω_L_cmd der Elektromotoren 31R, 31L, und Regeln/Steuern der Elektromotoren 31R, 31L ähnlich zu der ersten Ausführungsform, kann die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert werden, dass die Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy und die Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy zu den Sollwerten konvergieren.
Ergänzend wird in dem Fall, wo die Befehlswerte Vw_xy_cmd durch die Ausdrücke 19x, 19y bestimmt werden, beispielsweise hinsichtlich der X-Achsen-Richtung, die Beziehung zwischen θbe_x und Vb_x durch die vorbenannten Ausdrücke 17ax, 17bx eingeschränkt. Dasselbe gilt hinsichtlich der Y-Achsen-Richtung. Daher tendieren die Regelungs-/Steuerungscharakteristiken der Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy und die Regelungs-/Steuerungscharakteristiken der Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy dazu, einander zu beeinflussen, und folglich tendiert das Entwerfen dieser Regelungs-/Steuerungscharakteristiken dazu, Einschränkungen zu erfahren.
Wie in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform wird es im Gegensatz dazu in dem Fall, wo die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd, ωwdot_y_cmd als die Beschleunigungsbefehlswerte zum Definieren des Sollwerts der Fahrbeschleunigung der Radanordnung 5 bestimmt werden, für die Regelungs-/Steuerungscharakteristiken der Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy und die Regelungs-/Steuerungscharakteristiken der Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy schwierig, einander zu beeinflussen, und folglich wird der Handlungsspielraum zum Entwerfen dieser Regelungs-/Steuerungscharakteristiken verbessert.
In jeder der vorbenannten Ausführungsformen war der Fahrzeugsystemschwerpunkt (insbesondere der Overall Fahrzeug-Benutzer-Schwerpunkt) der vorgegebene Repräsentativpunkt des Fahrzeugs 1. Alternativ kann der Repräsentativpunkt jedoch beispielsweise an einen Punkt eines vorgegebenen Teils (z. B. der Stützrahmen 13) des Grundkörpers 9 oder des Sitzes 3 festgelegt werden.
Des Weiteren wird in den oben genannten Ausführungsformen eine Erläuterung gegeben, welche das inverspendel-artige Fahrzeug 1, in welchem der Benutzer das zu transportierende Objekt ist, als Beispiel heranzieht. Jedoch kann Gepäck und dergleichen, mit Ausnahme des Benutzers, das zu transportierende Objekt sein, und ein Ladeteil des zu transportierenden Objekts kann anstelle des Sitzes ausgestattet sein.
In jeder der obengenannten Ausführungsformen ist ferner das den in 1 und 2 dargestellten Aufbau aufweisende Fahrzeug 1 beispielhaft dargestellt worden. Das inverspendel-artige Fahrzeug 1 der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf das in jeder der Ausführungsformen beispielhaft dargestellte Fahrzeug 1 beschränkt.
Die Radanordnung 5, welche als die Fahrbewegungseinheit des Fahrzeugs 1 in jeder der Ausführungsformen dient, hat insbesondere einen einteiligen Aufbau. Alternativ kann die Radanordnung 5 jedoch einen beispielsweise in 10 des oben genannten Patentdokuments 3 gezeigten Aufbau aufweisen. Die Radanordnung kann insbesondere aufgebaut sein, um ein steifes, ringförmiges Wellenelement und eine Mehrzahl von rotierend und extern in das steife ringförmige Wellenelement eingesetzten Rollen aufzuweisen, so dass deren axiale Mitten in der Tangentialrichtung des Wellenelements orientiert sind, wobei die Mehrzahl dieser Rollen in der Umfangsrichtung entlang des Wellenelements angeordnet sind.
Die Fahrbewegungseinheit kann ferner eine raupenkettenförmige Struktur, wie beispielsweise in 3 von Patentdokument 2 gezeigt, aufweisen.
Alternativ, wie beispielsweise in 5 des obengenannten Patentdokuments 2, 7 von Patentdokument 3 oder 1 von Patentdokument 1 gezeigt, kann die Fahrbewegungseinheit aus einem sphärischen Element aufgebaut sein, und das Fahrzeug kann derart aufgebaut sein, dass das sphärische Element drehbar in einer Richtung um die X-Achse und einer Richtung um die Y-Achse durch einen Aktuator angetrieben ist (zum Beispiel ein die obengenannte Radanordnung 5 aufweisender Aktuator).
In jeder der Ausführungsformen ist ferner das mit dem Sitz 3 als dem Bordabschnitt für einen Benutzer bereitgestellte Fahrzeug 1 beispielhaft dargestellt worden. Alternativ kann das inverspendel-artige Fahrzeug jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug sein, welches einen Aufbau aufweist, bei dem eine Stufe, auf der ein Benutzer seine/ihre beiden Füße abstützt, sowie ein von dem auf der Stufe stehenden Benutzer zu greifender Abschnitt, wie beispielsweise in 8 in Patentdokument 3 dargestellt, am Grundkörper montiert sind.
Die vorliegende Erfindung kann daher auf inverspendel-artige Fahrzeuge unterschiedlicher Aufbauten, wie in den obengenannten Patentdokumenten 1 bis 3 oder dergleichen dargestellt, angewendet werden.
Das inverspendel-artige Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner mit einer Mehrzahl von Fahrbewegungseinheiten (zum Beispiel zwei in der Querrichtung oder zwei in der Längsrichtung oder drei oder mehr) bereitgestellt sein, welche in der Lage sind, sich in alle Richtungen auf einer Bodenfläche zu bewegen.
Des Weiteren ist es in dem inverspendel-artigen Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, dass sich der Grundkörper zusammen mit der Ladeeinheit des Benutzers neigt. Beispielsweise in dem Fall, wo das Fahrzeug eine Mehrzahl von den Fahrbewegungseinheiten enthält, kann der Grundkörper, an welchem die Fahrbewegungseinheiten angebracht sind, derart hergestellt sein, dass sich der Grundkörper nicht in Bezug zur Bodenfläche neigt, und die Ladeeinheit kann an dem Grundkörper angebracht sein, um frei neigbar zu sein.
Des Weiteren werden in der vorliegenden Ausführungsform die Elektromotoren 31R, 31L als die Drehaktuatoren bereitgestellt, jedoch können beispielsweise Drehaktuatoren einer Hydraulikdruckart anstelle der Elektromotoren 31R, 31L bereitgestellt sein.
Beschreibung der Bezugszeichen
1...inverspendel-artiges Fahrzeug; 3...Sitz (Ladeteil); 5...Radanordnung (Fahrbewegungseinheit); 7...Aktuator; 9...Grundkörper; 27R, 27L...Drehelemente, 29R, 29L...freie Rollen, 31R, 31L...Elektromotor (Drehaktuator), 52...Neigungssensor (Neigungswinkel-Messelement); 80...Haltungs-Regelungs-/Steuerungsrechner (Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement); 82...Motorbefehlsrechner (Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement), SCHRITT2...Neigungswinkel-Messelement; und SCHRITT10...Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement.

Claims

Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs (1) mit einer Fahrbewegungseinheit (5), die dazu in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einem Aktuator (7), welcher die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, einem Grundkörper (9), an welchem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) angebracht sind, und einem Ladeteil (3) eines zu transportierenden Objekts, welches an dem Grundkörper (9) angebracht ist, so dass es in Bezug auf eine vertikale Richtung frei neigbar ist, umfassend: ein Neigungswinkel-Messelement (52), welches eine Ausgabe gemäß einem Ist-Neigungswinkel des Ladeteils (3) erzeugt; ein Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement (80), welches einen einen Sollwert (ωw_xy_cmd) einer Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit (5) definierenden Geschwindigkeitsbefehlswert sequentiell zumindest unter Verwendung eines Neigungsfehlers (Θbe_xy_s), einer Neigungswinkelgeschwindigkeit (Θb_dot_xy_s) des Grundkörpers (9) sowie einer aus der Neigungswinkelgeschwindigkeit (Θb_dot_xy_s) des Grundkörpers (9) und einem vom Fahrgeschwindigkeitssollwert (ωw_xy_cmd) verzögerten vorherigen Fahrgeschwindigkeitssollwert (ωw_xy_cmd_p) des Grundkörpers (9) bestimmten Schwerpunktsgeschwindigkeit (Vb_xy_s) bestimmt, um den Neigungsfehler nahe an 0 zu bringen, wobei der Neigungsfehler ein Fehler zwischen einem durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements (52) angegebenen Messwert (Θb_xy_s) des Neigungswinkels des Ladeteils und einem vorbestimmten Soll-Neigungswinkel (Θb_xy_obj) ist; und ein Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement (82), welches den Aktuator (7) steuert/regelt, um zu bewirken, dass eine Ist-Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit (5) dem Sollwert (ωw_xy_cmd) der Fahrgeschwindigkeit folgt, welcher durch den durch das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement (80) bestimmten Geschwindigkeitsbefehlswert definiert ist.
Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement (80) einen Beschleunigungsbefehlswert, welcher einen Sollwert einer Fahrbeschleunigung der Fahrbewegungseinheit (5) definiert, zumindest gemäß dem Neigungsfehler sequentiell bestimmt, und den Geschwindigkeitsbefehlswert durch Integrieren des bestimmten Beschleunigungsbefehlswerts bestimmt.
Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei die Fahrbewegungseinheit (5) auf einer Bodenfläche in alle Richtungen bewegbar ist, einschließlich einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung, welche orthogonal zueinander sind, das Ladeteil (3) an dem Grundkörper (9) so angebracht ist, dass es um zwei Achsen, um die Achse in der ersten Richtung und um die Achse in der zweiten Richtung, frei neigbar ist, der Aktuator (7) mit zwei Drehaktuatoren (31L, 31R), welche eine Antriebskraft an die Fahrbewegungseinheit (5) übermitteln, ausgerüstet ist und dazu eingerichtet ist, um einen Geschwindigkeitsvektor, welcher ein zwei-dimensionaler Vektor der Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit (5) ist, durch Steuern/Regeln einer Drehgeschwindigkeit von jedem der beiden Drehaktuatoren (31L, 31R) zu steuern/regeln, der von dem Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement (80) bestimmte Geschwindigkeitsbefehlswert ein Befehlswert ist, welcher den Geschwindigkeitsvektor der Fahrbewegungseinheit (5) definiert; und das Aktuator-Regelungs-/Steuerungselement (82) den bestimmten Geschwindigkeitsbefehlswert in einen Aktuatorgeschwindigkeitsbefehlswert umwandelt, welcher die Drehgeschwindigkeit von jedem der beiden Drehaktuatoren (31L, 31R) definiert, und die beiden Drehaktuatoren (31L, 31R) gemäß dem Aktuatorgeschwindigkeitsbefehlswert steuert/regelt.
Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 3, wobei die Fahrbewegungseinheit (5) mit einer Radform gebildet ist, welche um eine erste Drehachse (C2), die eine Drehachse der Radform ist, auf einer Bodenfläche frei drehbar ist, und um eine zweite Drehachse (C1), welche eine Mittelachse einer Querschnittsfläche der Radform in einer radialen Richtung ist, drehbar ist, und durch die Drehbewegung um die erste Drehachse (C2) und die Drehbewegung um die zweite Drehachse (C1) in allen Richtungen fahrbar ist, der Aktuator (7) bereitgestellt ist mit zwei Drehelementen (27L, 27R), welche um die erste Drehachse (C2) frei drehbar angeordnet sind, an beiden Seiten der Fahrbewegungseinheit (5) in der Richtung der ersten Drehachse (C2), und einer Mehrzahl von Rollen (29L, 29R), welche um die erste Drehachse (C2) zwischen der Fahrbewegungseinheit (5) und jedem Drehelement (27L, 27R) angeordnet sind, welche durch die Drehelemente (27L, 27R) frei drehbar um die Drehungs-Achsenmitte (C3) gehalten werden, welche in Bezug auf die erste Drehachse (C2) geneigt ist und integral mit den Drehelementen (27L, 27R) um die erste Drehachse (C2) drehbar ist, wobei Außenumfangsflächen von jeder der Mehrzahl von Rollen (29L, 29R) in Presskontakt gegen die Fahrbewegungseinheit (5) stehen, und der Aktuator (7) dazu eingerichtet ist, eine resultierende Antriebskraft einer ersten Antriebskraft zum Drehen der Fahrbewegungseinheit (5) um die erste Drehachse (C2) und einer zweiten Antriebskraft zum Drehen der Fahrbewegungseinheit (5) um die zweite Drehachse (C1) zu der Fahrbewegungseinheit (5) durch eine Reibungskraft zwischen der Fahrbewegungseinheit (5) und einer Mehrzahl der Rollen (29L, 29R) durch Drehantrieb jedes der beiden Drehelemente (27L, 27R) durch die jeweiligen Drehaktuatoren (31L, 31R) zu übermitteln, und das Geschwindigkeitsbefehlswert-Bestimmungselement (80) ferner mit einem Element ausgerüstet ist, welches die zweite Antriebskraft aus der tatsächlich durch den Aktuator (7) an die Fahrbewegungseinheit (5) übermittelten resultierenden Antriebskraft beobachtet, und welches den Geschwindigkeitsbefehlswert gemäß einem beobachteten Wert der zweiten Antriebskraft korrigiert.