JP2007062451A

JP2007062451A - 自律型車両

Info

Publication number: JP2007062451A
Application number: JP2005248163A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Aoki; 繁光青木
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】優れた運動性能を得ることができるとともに、操縦者の体力的および精神的な負担を軽減することができる自律型車両を提供する。
【解決手段】駐車モードにおいて、補助輪６が最下位置に移動することにより自動二輸車１が起立状態で支持される。第１および第２の起立静止モードにおいて、補助輪６が上昇し、検出されたロール角に基づいてスイングアーム７の揺動角および後輪９の操舵角が制御される。それにより、自動二輸車１が起立状態で静止する。低速走行モードおよび高速走行モードにおいては、検出されたロール角、ロールレート、ヨー角、ヨーレート、指令ヨーレートおよび速度ｖに基づいてスイングアーム７の揺動角および後輪９の操舵角が制御される。それにより、自動二輸車１００が指令ヨーレートで自律的に旋回する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自律的に姿勢制御を行う自律型車両に関する。

従来より、自動二輪車の安定性を向上させるための種々の技術が提案されている。たとえば、特許文献１には、旋回性能および自立性能を発揮させるために単一の前輪および特殊な構造の一対の後輪を備えた走行車両が提案されている（特許文献１参照）。

また、左折または右折時に垂直ジャイロからなる車体姿勢制御手段により加速度に対応するジャイロモーメントを発生することにより車体の姿勢を制御する自立型自動車両が提案されている（特許文献２参照）。

一方、自律安定制御システムを用いて静止起立および走行を可能にする不安定車両の走行制御装置（特許文献３参照）および個人移動車両（特許文献４参照）が提案されている。
特許第３２１４７１９号特開２００４−８２９０３号特許第３０７００１５号特表２００３−５０２００２号

しかしながら、特許文献１の走行車両では、一対の後輪を備える構造を有するため、前輪および後輪を有する一般の二輪車が本来持つ運動性能を得ることができない。それにより、一般の二輪車のような乗り心地を得ることができない。

また、特許文献２の自立型自動車両では、停止時に起立静止状態を維持することができない。したがって、操縦者の体力的および精神的な負担が大きい。

さらに、特許文献３の不安定車両では、同軸二輪の構造を有するため、前輪および後輪を有する一般の二輪車と同様の運動性能を得ることができない。それにより、一般の二輪車のような乗り心地を得ることができない。

また、特許文献４の個人移動車両では、操縦者の乗車姿勢が車両の運動状態に大きく支配される。そのため、操縦者の体力的および精神的な負担が大きい。

本発明の目的は、優れた運動性能を得ることができるとともに、操縦者の体力的および精神的な負担を軽減することができる自律型車両を提供することである。

（１）本発明に係る自律型車両は、車体と、車体の進行方向に沿って前後に配置される第１および第２の車輪と、第１の車輪を回転可能に車体に支持する支持手段と、車体の後部で車体に対して上下方向の軸の周りで両側方に揺動可能に設けられ、車体の後方で第２の車輪を回転可能かつ上下方向の軸の周りで操舵可能に支持する揺動部材と、揺動部材を揺動させる第１の駆動装置と、第２の車輪を操舵する第２の駆動装置と、車体のロール角を検出するロール角検出手段と、ロール角検出手段により検出されたロール角に基づいて第１の駆動装置による揺動部材の揺動角および第２の駆動装置による第２の車輪の操舵角を制御することにより車体を起立状態で静止させる制御手段とを備えたものである。

その自律型車両においては、第１および第２の車輪が車体の進行方向に沿って前後に配置される。第１の車輪は、支持手段により回転可能に車体に支持される。揺動部材は、車体の後部で車体に対して上下方向の軸の周りで両側方に揺動可能に設けられる。第２の車輪は、車体の後方で回転可能かつ上下方向の軸の周りで操舵可能に揺動部材に支持される。揺動部材は第１の駆動装置により揺動され、第２の車輪は第２の駆動装置により操舵される。

ロール角検出手段により車体のロール角が検出され、検出されたロール角に基づいて第１および第２の駆動装置を用いて制御手段により揺動部材の揺動角および第２の車輪の操舵角が制御される。

ここで、自律型車両の停止時には、車体は前後に位置する第１の車輪および第２の車輪により支持されるため、倒立振子のように本来的に不安定な状態にある。

この自律型車両においては、揺動部材の揺動により第２の車輪の左右の位置が調整される。それにより、自律型車両の重心と第２の車輪が路面から受ける反力の作用点との位置関係が調整され、自律型車両に働く転倒モーメントが制御される。また、第２の車輪の左右位置の調整に伴って第２の車輪の操舵角が調整される。その結果、倒立振子のように不安定な車体が自律的に起立静止状態を維持することが可能となる。

このようにして、車体が起立静止状態を自律的に維持することができるので、停止時に操縦者の体力的および精神的な負担が軽減される。

また、第１の車輪が車体の前部に配置され、かつ第２の車輪が揺動部材を用いて車体の後方に配置され、揺動部材の揺動および第２の車輪の操舵により自律型車両が旋回運動を行うことができる。したがって、前輪および後輪を有する一般の二輪車と同様の運動性能が得られる。それにより、一般の二輪車と同様の乗り心地を得ることができる。

（２）自律型車両は、車体に昇降可能に設けられ、下降位置で車体を起立状態に支持する補助具をさらに備え、制御手段は、補助具により車体を起立状態で支持した後に、補助具を上昇させ、揺動部材の揺動角および第２の車輪の操舵角の制御により車体を起立状態で静止させてもよい。

この場合、補助具が下降位置に移動することにより車体が起立状態で支持される。その後、補助具が上昇し、揺動部材の揺動角および第２の車輪の操舵角の制御により車体が起立状態で静止する。それにより、揺動部材の揺動および第２の車輪の操舵により車体を起立静止状態に維持することが可能となる。

（３）ロール角は鉛直方向に関して定められ、制御手段は、ロール角検出手段により検出されたロール角が０になるように第１の駆動装置による揺動部材の揺動角を制御するとともに、第２の駆動装置による第２の車輪の操舵角を、第１の駆動装置による揺動部材の揺動角と等しい大きさで反対方向に設定してもよい。

この場合、鉛直方向に関するロール角が検出され、検出されたロール角が０になるように揺動部材の揺動角が制御される。それにより、車体が鉛直方向に起立静止状態に維持される。

また、第２の車輪の操舵角が揺動部材の揺動角と等しい大きさで反対方向に設定される。それにより、起立静止状態において、操舵角の制御の負荷が軽減される。

（４）制御手段は、ロール角検出手段により検出されたロール角に関する比例積分微分制御を用いて第１の駆動装置による揺動部材の揺動角を制御してもよい。

この場合、不安定状態にある自律型車両を比例積分微分（ＰＩＤ）制御を用いて静止起立状態に安定に維持することができる。

（５）ロール角検出手段は、車体のロールレートをさらに検出し、車体のヨー角およびヨーレートを検出するヨー角検出手段と、車体の走行速度を取得する速度取得手段と、旋回角速度を指令ヨーレートとして入力するための旋回指令手段とをさらに備え、制御手段は、ロール角検出手段により検出されたロール角およびロールレート、ヨー角検出手段により検出されたヨー角およびヨーレートおよび速度取得手段により取得された走行速度、ならびに旋回指令手段により入力された指令ヨーレートに基づいて、第１の駆動装置による揺動部材の揺動角および第２の駆動装置による第２の車輪の操舵角を制御することにより、車体を指令ヨーレートで旋回させてもよい。

この場合、ロール角検出手段により車体のロール角およびロールレートが検出され、ヨー角検出手段により車体のヨー角およびヨーレートが検出され、速度取得手段により車体の走行速度が取得される。また、操縦者により旋回指令手段を用いて旋回角速度が指令ヨーレートとして入力される。

検出されたロール角、検出されたロールレート、検出されたヨー角、検出されたヨーレート、取得された走行速度、および入力された指令ヨーレートに基づいて揺動部材の揺動角および第２の車輪の操舵角が制御される。

ここで、自律型車両は、走行時においても停止時と同様に倒立振子のように本来的に不安定な状態にあり、かつ旋回運動による遠心力、自然風および車体の運動に伴って発生する空気力、ならびに操縦者の乗車姿勢を含む外乱要因による影響を受ける。

この自律型車両においては、走行時においても、揺動部材の揺動により第２の車輪の左右の位置が調整される。それにより、自律型車両の重心と第２の車輪が路面から受ける反力の作用点との位置関係が調整され、自律型車両に働く転倒モーメントが制御される。また、第２の車輪の左右位置の調整に伴って第２の車輪の操舵角が調整される。その結果、車体が指令ヨーレートで自律的に旋回する。

このように、操縦者により入力される指令ヨーレートで車体が旋回することができる。したがって、自律型車両の停止時および走行時の広範な運転状況下で操縦者の体力的および精神的な負担が軽減される。

また、操縦者により指令されたヨーレートで自律型車両が旋回することができるので、走行環境に適合する運転状態を安定に保つことができる。

（６）制御手段は、目標ロール角および目標ヨー角を算出し、算出された目標ロール角とロール角検出手段により検出されたロール角との誤差および旋回指令手段により入力された指令ヨーレートとヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に基づいて、第１の駆動装置による揺動部材の揺動角を制御し、揺動部材の揺動角および揺動運動による第２の車輪の見かけの舵角を相殺するように、かつ算出された目標ヨー角とヨー角検出手段により検出されたヨー角との誤差および旋回指令手段により入力された指令ヨーレートとヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に基づいて、第２の駆動装置による第２の車輪の操舵角を制御してもよい。

この場合、目標ロール角および目標ヨー角が算出される。算出された目標ロール角と検出されたロール角との誤差および入力された指令ヨーレートと検出されたヨーレートとの誤差に基づいて揺動部材の揺動角が制御される。また、揺動部材の揺動角および揺動運動による第２の車輪の見かけの舵角を相殺するように、かつ算出された目標ヨー角と検出されたヨー角との誤差および入力された指令ヨーレートと検出されたヨーレートとの誤差に基づいて第２の車輪の操舵角が制御される。

それにより、揺動部材の揺動に伴って第２の車輪が路面から受ける横力によるロール運動およびヨー運動が低減されつつ、自律型車両が指令ヨーレートで自律的に旋回する。したがって、自律型車両の旋回時に操縦者の体力的および精神的な負担がより軽減される。

（７）制御手段は、算出された目標ロール角とロール角検出手段により検出されたロール角との誤差に関する比例積分微分制御および旋回指令手段により入力された指令ヨーレートとヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に関する比例積分微分制御を用いて、第１の駆動装置による揺動部材の揺動角を制御し、揺動部材の揺動角および揺動運動による第２の車輪の見かけの舵角を相殺するように、かつ算出された目標ヨー角とヨー角検出手段により検出されたヨー角との誤差に関する比例積分微分制御および旋回指令手段により入力された指令ヨーレートとヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に関する比例積分微分制御を用いて、第２の駆動装置による第２の車輪の操舵角を制御してもよい。

この場合、不安定状態にある自律型車両を比例積分微分（ＰＩＤ）制御を用いて安定して旋回させることができる。

（８）制御手段は、車体に作用する重力および旋回により車体に作用する遠心力に基づいて目標ロール角を算出し、車体が旋回半径を維持するように目標ヨー角を算出してもよい。

これにより、車体が倒れることなく指令ヨーレートに対応する旋回半径を維持しつつ安定した状態で車両が自律的に旋回することができる。

（９）自律型車両は、車体を起立静止状態に維持する起立静止モードおよび車体を走行させる走行モードのいずれかを選択する選択手段をさらに備え、制御手段は、選択手段により走行モードが選択された場合に起立静止モードを実行した後に走行モードに移行してもよい。

この場合、操縦者により選択手段を用いて走行モードが選択された場合に、自律型車両は起立静止モードを実行した後に走行モードに移行する。それにより、自律型車両は安定した起立静止状態から走行を開始するので、操縦者の体力的および精神的な負担が十分に軽減される。

本発明によれば、揺動部材の揺動により第２の車輪の左右の位置が調整される。それにより、自律型車両の重心と第２の車輪が路面から受ける反力の作用点との位置関係が調整され、自律型車両に働く転倒モーメントが制御される。また、第２の車輪の左右位置の調整に伴って第２の車輪の操舵角が調整される。その結果、倒立振子のように不安定な車体が自律的に起立静止状態を維持することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る自律型車両の一例として自律走行型自動二輪車について説明する。

（１）自動二輪車の概略構造
図１は本発明の一実施の形態に係る自律走行型自動二輪車の主要部の分解斜視図である。

図１の自律走行型自動二輪車１は、車体を構成するメインフレーム２を備える。メインフレーム２の前部には、前輪サスペンション３が取り付けられている。前輪サスペンション３の先端部には、前輪駆動用モータ４および前輪５が回転可能に取り付けられている。前輪５は、前輪駆動用モータ４により駆動される。すなわち、前輪５が駆動輪となる。

メインフレーム２の後部には、路面に垂直な揺動軸ＳＡの周りで水平面内で揺動可能にスイングアーム７が取り付けられている。スイングアーム７の後端部には、後輪サスペンション８により回転可能に後輪９が取り付けられている。また、後輪サスペンション８は、後輪９をスイングアーム７に対して路面に垂直な操舵軸ＳＢの周りで回動可能に保持する。すなわち、後輪９が操舵輪となる。なお、操舵軸ＳＢを路面に垂直な方向から後方に傾斜するように設定してもよい。

メインフレーム２の後部には、スイングアーム７を揺動させるための揺動用アクチュエータ１０が取り付けられている。揺動用アクチュエータ１０は、揺動用モータおよび揺動用シリンダからなる。また、スイングアーム７の後端部には、後輪９をスイングアーム７に対して回動させるための操舵用アクチュエータ１１が設けられている。操舵用アクチュエータ１１は、操舵用モータおよび操舵用シリンダからなる。

メインフレーム２の前部の両側には、一対の補助輪６が軸６ａを中心に矢印で示すように回動可能に取り付けられている。それにより、補助輪６は接地位置（最下位置）および２段階の上昇位置（第１の位置および第２の位置）に移動可能となっている。

メインフレーム２の上部には、シート１２が配置される。シート１２の前方には、操作パネル１３が配置される。操作パネル１３には、ハンドル１４、モード選択スイッチ１５およびモニタ１６が設けられる。

（２）スイングアーム７および後輪９の動作
図２は図１の自律走行型自動二輪車１の主要部の平面図である。

図２において、自動二輪車１の重心Ｇを含み、自動二輪車１の前後方向および上下方向に延びる面を中心面ＣＦと呼ぶ。また、中心面ＣＦ上の水平線を中心線と呼ぶ。

中心面ＣＦは、自動二輪車１の起立静止状態で水平な路面に対して垂直になる。この場合、前輪５および後輪９が路面から受ける接地反力も中心面ＣＦ上に存在するので、重心Ｇに働く重力と接地反力とは釣り合いを保っている。

スイングアーム７は、揺動軸ＳＡの周りで左右に揺動可能にメインフレーム２に取り付けられている。中心面ＣＦからのスイングアーム７の揺動角をξとする。起立静止状態では、前輪５と後輪９とを結ぶ線分は中心面ＣＦ上にある。すなわち、揺動角ξは０である。

上方から見てスイングアーム７がメインフレーム１に対して時計回りに揺動すると、前輪５と後輪９とを結ぶ線分が線分ＬＬに移動する。それにより、前輪５および後輪９が受ける接地反力が線分ＬＬに移動する。このとき、重心Ｇの位置は、スイングアーム７が揺動してもほとんど変化しない。このため、接地反力が位置する線分ＬＬに対して重心Ｇが右側になり、自動二輪車１は右に傾く。

逆に、上方から見てスイングアーム７がメインフレーム１に対して反時計回りに揺動すると、前輪５と後輪９とを結ぶ線分が線分ＬＲに移動する。それにより、前輪５および後輪９が受ける接地反力が線分ＬＲに移動する。このとき、重心Ｇの位置は、スイングアーム７が揺動してもほとんど変化しない。このため、接地反力が位置する線分ＬＲに対して重心Ｇが左側になり、自動二輪車１は左に傾く。

このように、スイングアーム７が揺動することにより、前輪５および後輪９が地面から受ける接地反力に対する自動二輪車１の重心Ｇの位置が左右に変化する。それにより、自動二輪車１のロール角を制御することが可能になる。ここで、ロール角とは、鉛直方向に対する自動二輪車１の中心面ＣＦの角度をいう。

以下の説明では、自動二輪車１が右に傾斜する場合のロール角を正の値で表し、自動二輪車１が左に傾斜する場合のロール角を負の値で表す。また、スイングアーム７が上方から見て時計回りに揺動する場合の揺動角ξを正の値で表し、スイングアーム７が上方から見て反時計回りに揺動する場合の揺動角ξを負の値で表す。

上記の場合、スイングアーム７が揺動することにより、後輪９に横力が作用する。それにより、スイングアーム７の揺動時に自動二輪車１に所望しないロール運動およびヨー運動が発生する場合がある。

そこで、本実施の形態では、スイングアーム７が時計回りに揺動する場合には後輪９が反時計回りに回動し、スイングアーム７が反時計回りに揺動する場合には後輪９が時計回りに回動するように後輪９が操舵される。それにより、スイングアーム７の揺動による所望しないロール運動およびヨー運動を低減することができる。

スイングアーム７に対する後輪９の操舵角をζとする。スイングアーム７の揺動角ξが０のときには、後輪９の操舵角ζも０である。

（３）制御系の構成
図３は図１の自律走行型自動二輪車の制御系の構成を示すブロック図である。

コントローラ１００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ等により構成される。このコントローラ１００は、主として駆動力制御部１００ａおよび姿勢制御部１００ｂを含む。この駆動力制御部１００ａおよび姿勢制御部１００ｂはプログラムにより機能的に実現される。

コントローラ１００には、揺動角検出用センサ１１１、操舵角検出用センサ１１２、ロール角検出用センサ１１３、ヨー角検出用センサ１１４および車速センサ１１５の出力信号が与えられる。

揺動角検出用センサ１１１は、図１のメインフレーム２とスイングアーム７との連結部に内蔵され、スイングアーム７の揺動角ξを検出する。操舵角検出用センサ１１２は、図１の操舵用アクチュエータ１１に設けられ、後輪９の操舵角ζを検出する。

ロール角検出用センサ１１３は、図１のメインフレーム２に設けられ、自動二輪車１のロール角θおよびロールレート（ロール角速度）θ_dを検出する。ヨー角検出用センサ１１４は、図１のメインフレーム２に設けられ、自動二輪車１のヨー角ψおよびヨーレート（ヨー角速度）ψ_dを検出する。

なお、ロール角検出用センサ１１３は、例えはジャイロセンサからなり、自動二輪車１のロールレートθ_dを検出し、そのロールレートθ_dを積分することによりロール角θを算出する。同様に、ヨー角検出用センサ１１４は、自動二輪車１のヨーレートψ_dを検出し、そのヨーレートψ_dを積分することによりヨー角ψを算出する。

車速センサ１１５は、図１の前輪駆動用モータ４の回転数を検出し、その回転数に基づいて自動二輪車１の速度ｖを算出する。

また、コントローラ１００には、アクセル１２１、ブレーキ１２２、ハンドル１４およびモード選択スイッチ１５の出力信号が与えられる。アクセル１２１およびブレーキ１２２は、図１のメインフレーム２に設けられる。ハンドル１４およびモード選択スイッチ１５は、上記のように操作パネル１３に設けられている。

コントローラ１００は、前輪駆動用モータ４、揺動用アクチュエータ１０、操舵用アクチュエータ１１、補助輪駆動用アクチュエータ１３１およびブレーキ用アクチュエータ１３２を制御する。

特に、コントローラ１００の駆動力制御部１００ａは、前輪駆動用モータ４およびブレーキ用アクチュエータ１３２を制御する。また、コントローラ１００の姿勢制御部１００ｂは、揺動用アクチュエータ１０のモータ、操舵用アクチュエータ１１のモータおよび補助輪駆動用アクチュエータ１３１のモータを制御する。ブレーキ用アクチュエータ１３２は、コントローラ１００の駆動力制御部１００ａの制御によりブレーキ１２２を作動させる。

パワーシステム１５０は、バッテリを含み、コントローラ１００に電力を供給するとともに、コントローラ１００を介して前輪駆動用モータ４、揺動用アクチュエータ１０のモータ、操舵用アクチュエータ１１のモータ、補助輪駆動用アクチュエータ１３１のモータおよびブレーキ用アクチュエータ１３２のモータに電力を供給する。

さらに、コントローラ１００は、図１の操作パネル１３のモニタ１６の表示を制御する。モニタ１６は、図３に示すように、速度表示部１６１、方位表示部１６２およびパワーソースレベル表示部１６３を有する。速度表示部１６１は、車速センサ１１５により算出された自動二輪車１の速度を表示する。方位表示部１６２は、ヨー角検出用センサ１１４により算出されたヨー角ψを表示する。パワーソースレベル表示部１６３は、パワーシステム１５０のバッテリの電圧レベルを表示する。

（４）自動二輪車１の動作モード
図４は図１の自動二輪車１の動作モードの遷移を示す図である。

本実施の形態に係る自動二輪車１は、動作モードとして、駐車モード、第１の起立静止モード、第２の起立静止モード、低速走行モードおよび高速走行モードを有する。

操縦者が操作パネル１３の電源スイッチをオンにすると（ステップＳ１）、図２のパワーシステム１５０から各部に電力が供給される。コントローラ１００は、各種異常チェックを行う（ステップＳ２）。その後、操縦者は、モード選択スイッチ１５を用いて動作モードを選択することができる。

駐車モードが選択されると、コントローラ１００は、駐車モードに移行する（ステップＳ３）。駐車モードでは、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により１対の補助輪６を最下位置に移動させる。それにより、自動二輪車１は、補助輪６により路面に対して垂直に起立するように支持される。

なお、ステップＳ３で駐車モードに移行する前に１対の補助輪６が既に最下位置にある場合には、その状態が維持される。

駐車モードで第１の起立静止モードが選択されると、コントローラ１００は、第１の起立静止モードに移行する（ステップＳ４）。第１の起立静止モードでは、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により１対の補助輪６を第１の位置に上昇させるとともに、起立静止状態を維持するように自動二輪車１の姿勢を制御する。第１の起立静止モードの詳細については後述する。

第１の起立静止モードで低速走行モードが選択されると、コントローラ１００は、低速走行モードに移行する（ステップＳ５）。低速走行モードでは、コントローラ１００は、１対の補助輪６が第１の位置にある状態で、操縦者のアクセル１２１およびハンドル１４の操作に従って自動二輪車１を走行させつつ姿勢を制御する。低速走行モードの詳細については後述する。低速走行モードで自動二輪車１の速度が低下して停止すると、コントローラ１００は第１の起立静止モードに移行する（ステップＳ４）。

第１の起立静止モードで第２の起立静止モードが選択されると、コントローラ１００は、第２の起立静止モードに移行する（ステップＳ６）。第２の起立静止モードでは、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により１対の補助輪６を第１の位置よりも高い第２の位置に上昇させるとともに、起立静止状態を維持するように自動二輪車１の姿勢を制御する。第２の起立静止モードの詳細については後述する。

第２の起立静止モードで高速走行モードが選択されると、コントローラ１００は、高速走行モードに移行する（ステップＳ７）。高速走行モードでは、コントローラ１００は、１対の補助輪６が第２の位置にある状態で、操縦者のアクセル１２１およびハンドル１４の操作に従って自動二輪車１を走行させつつ姿勢を制御する。高速走行モードの詳細については後述する。高速走行モードで自動二輪車１の速度が低下して停止すると、コントローラ１００は第２の起立静止モードに移行する（ステップＳ６）。

なお、第１の起立静止モードで高速走行モードが選択されると、コントローラ１００は、第２の起立静止モードを経由して高速走行モードに移行する。

第２の起立静止モードで第１の起立静止モードが選択されると、コントローラ１００は、第１の起立静止モードに移行する（ステップＳ４）。それにより、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により１対の補助輪６を第１の位置に下降させるとともに、起立静止状態を維持するように自動二輪車１の姿勢を制御する。

第１の起立静止モードで駐車モードが選択されると、コントローラ１００は、駐車モードに移行する（ステップＳ８）。それにより、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により１対の補助輪６を最下位置に移動させる。その結果、自動二輪車１は、補助輪６により路面に対して垂直に起立するように支持される。その後、コントローラ１００は、各種異常チェックを行う（ステップＳ９）。この状態で、操縦者が操作パネル１３の電源スイッチをオフにすると（ステップＳ１０）、図２のパワーシステム１５０から各部への電力の供給が遮断される。

（５）起立静止状態の制御メカニズム
図５は起立静止状態の制御メカニズムを説明するための図である。図５の（ａ）は自動二輪車１を後方から見た場合の自動二輪車１の傾斜状態の変化を示し、（ｂ）は自動二輪車１のロール角θの変化を示し、（ｃ）はスイングアーム７の揺動角ξの変化を示し、（ｄ）は自動二輪車１のヨー角ψおよびヨーレートψ_dの変化をそれぞれ実線および破線で示す。図５の横軸は時間である。

図５（ａ）において、ロール角θは自動二輪車１の重心Ｇを通る中心面ＣＦと鉛直方向とのなす角度で定義される。ここでは、自動二輪車１が水平な路面上にあるものとする。

時刻ｔ０において、自動二輪車１は路面に対して垂直に起立している。このとき、自動二輪車１のロール角θは０である。また、スイングアーム７の揺動角ξも０であり、自動二輪車１のヨー角ψも０である。自動二輪車１が右に傾斜し始めると、ロール角θが正の方向に増加する。そこで、後述するＰＩＤ（比例積分微分）制御によりスイングアーム７の揺動角ξを負の方向に徐々に増加させる。それにより、横力が発生し、ヨー角ψが正の方向に徐々に増加する。

また、後輪９が中心面ＣＦに対して右方向にオフセットすることにより、重心Ｇに関するモーメントが発生する。その結果、時刻ｔ１の後、ロール角θの変化率であるロールレートが減少し始める。時刻ｔ２でロールレートが０となる。一方、ＰＩＤ制御によりスイングアーム７の揺動角ξを徐々に減少させる。

その後、ロール角θが減少し、自動二輪車１の姿勢が回復する。時刻ｔ３で自動二輪車１は路面に対して垂直な状態になる。

次に、自動二輪車１は、慣性により左に傾斜し始める。それにより、ロール角θが負の方向に増加する。そこで、ＰＩＤ制御によりスイングアーム７の揺動角ξを正の方向に徐々に増加させる。それにより、横力が発生し、ヨー角ψが負の方向に徐々に増加する。

また、後輪９が中心面ＣＦに対して左方向にオフセットすることにより、重心Ｇに関するモーメントが発生する。その結果、ロール角θの変化率であるローレートが減少し始める。ほぼ時刻ｔ４でロールレートが０となる。一方、ＰＩＤ制御によりスイングアーム７の揺動角ξを徐々に減少させる。時刻ｔ５でロール角θが小さくなり、自動二輪車１の姿勢が回復する。時刻ｔ６で自動二輪車１は路面に対して垂直な状態となる。

上記のように、スイングアーム７の揺動角ξを制御することにより、倒立振り子のように不安定な自動二輪車１のロール角θを制御することができる。

図５の（ｄ）に示されるヨー角ψの位相は図５（ａ）に示されるロール角θの位相よりも徐々に進み、図６に示す定常状態に移行する。

（６）自動二輪車１の姿勢制御の定常状態
図６は自動二輪車１の定常状態でのロール角θとヨー角ψとの関係を示す図である。図６の（ａ）は起立静止時のロール角θとヨー角ψとの関係を示し、図６の（ｂ）は走行時のロール角θとヨー角ψとの関係を示す。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る自動二輪車１では、起立静止時および走行時の両方において、ヨー角ψの位相がロール角θの位相よりも約π／３（＝６０°）〜約π／２（＝９０°）進むようにロール角θおよびヨー角ψが制御される。

それにより、自動二輪車１がより安定して起立静止状態および自律走行状態を維持することが可能となる。

（７）第１および第２の起立静止モードの姿勢制御
次に、第１および第２の起立静止モードの姿勢制御について説明する。自動二輪車１の目標ロール角をθ₀とし、自動二輪車１の実際のロール角をθとする。

また、目標ロール角θ₀と実際のロール角θとの誤差を△θ（＝θ₀−θ）とする。この誤差△θに比例する項Ｇ_P1△θ、誤差△θの微分値（変化率）に比例する項Ｇ_D1（△θ／ｄｔ）および誤差△θの積分値（積算値）に比例する項Ｇ_l1∫△θｄｔを用いて次式により揺動角ξ₀を決定する。それにより、ＰＩＤ制御により実際のロール角θを目標ロール角θ₀に制御することができる。

ξ₀＝Ｇ_P1△θ＋Ｇ_D1（△θ／ｄｔ）＋Ｇ_l1∫△θｄｔ …（１）
上式（１）において、Ｇ_P1、Ｇ_D1およびＧ_l1は所定の比例定数である。

第１および第２の起立静止モードでは、目標ロール角θ₀は０°である。

スイングアーム７の揺動により後輪９は路面から横力を受ける。この横力によって自動二輪車１にヨー運動が発生し、ロール角θを制御するための重心Ｇの位置の調整がもたらされる。

第１および第２の起立静止モードでは、後輪９の操舵角ζをスイングアーム７の揺動角ξとほぼ等しくかつ反対方向に制御する。すなわち、後輪９の操舵角ζは次式の操舵角ζ₀に制御される。

ζ₀＝−ξ₀ …（２）
それにより、後輪９は、前輪５と同じ方向を向く。

上式（１）によりスイングアーム７の揺動角ξを揺動角ξ₀に制御するとともに、操舵角ζを操舵角ζ₀に制御することにより、ロール運動およびヨー運動により自動二輪車１が転倒しないようにバランスをとるとともに、地面に対する後輪９の回転を減少させ、揺動用アクチュエータ１０の負荷を軽減する。それにより、自動二輪車１の第１および第２の起立静止モードを実現することができる。

（８）自動二輪車１の旋回動作
図７は自動二輪車１の旋回運動を示す模式的斜視図である。また、図８（ａ）は図７の旋回運動におけるロール角を示す背面図、図８（ｂ）は図７の旋回運動における揺動角および操舵角を示す平面図である。

図７では、自動二輪車１が点Ｐ０を中心として半径Ｒの旋回運動を行っているものとする。図７および図８（ａ）に示すように、自動二輪車１は、垂直線Ｖ１に対してロール角θ傾斜している。

図７および図８（ｂ）に示すように、スイングアーム７の揺動角はξであり、後輪９の操舵角はζである。

また、スイングアーム７の長さはΓ、前輪５と後輪９との間のホイールベースはＬである。

点Ｐ０から自動二輪車１を見た場合における自動二輪車１の方位角の変化量を旋回角φと呼び、旋回角φの角速度を旋回角速度φ_dと呼ぶ。垂直線Ｖ１は図２の中心面ＣＦに含まれ、傾斜線Ｖ２は自動二輪車１の傾斜後の中心面（以下、傾斜中心面ＣＦθと呼ぶ）に含まれている。なお、傾斜中心面ＣＦθは図示されていない。ヨー角ψは、中心面ＣＦに含まれる垂直線Ｖ１の周りでの揺動角、または、傾斜中心面ＣＦθに含まれる傾斜線Ｖ２の周りでの揺動角として定義される。ヨー角ψが０のとき、中心面ＣＦまたは傾斜中心面ＣＦθに含まれる水平線は点Ｐ０を中心とする旋回円に接している。

したがって、自動二輪車１の軌跡Ｅが旋回円と正確に一致する場合にはヨー角ψは０である。しかしながら、自動二輪車１は、左右に揺らぎながら旋回するため、ヨー角ψは正負の値に変化する。

図９は旋回角速度φ_dおよびヨーレートψ_dの時間的変化を示す図である。図９の縦軸は旋回角速度φ_dおよびヨーレートψ_dの値を示し、縦軸は時間を示す。ヨー角検出用センサ１１４による検出結果には、自動二輪車１の旋回運動による旋回角速度φ_dおよびヨー運動によるヨーレートψ_dの成分が含まれている。通常の走行状態では、旋回角速度φ_dの周波数が小さい。

このために、図９に示すように、ヨーレートψ_dは旋回角速度φ_dを中心としてある周波数で変動する。したがって、ヨー角検出用センサ１１４により検出されたヨーレートψ_dに対してある周波数成分を除去するフィルタ処理を行うことにより平均ヨーレートψ_adを算出する。この平均ヨーレートψ_adは旋回角速度φ_dに近似している。そこで、旋回角速度φ_dの測定が困難な場合には、平均ヨーレートψ_adを用いる。

（９）低速走行モードおよび高速走行モードの姿勢制御
次に、低速走行モードおよび高速走行モードの姿勢制御について説明する。

（９−１）揺動角ξの制御
上記のように、自動二輪車１の目標ロール角をθ₀とし、自動二輪車１の実際のロール角をθとする。まず、ロール角θに応じて揺動角ξを制御する。

目標ロール角θ₀と実際のロール角θとの誤差を△θ（＝θ₀−θ）とする。この誤差△θに比例する項Ｇ_P1△θ、誤差△θの微分値に比例する項Ｇ_D1（△θ／ｄｔ）および誤差△θの積分値に比例する項Ｇ_l1∫△θｄｔを用いて次式により揺動角ξ₀₁を決定する。

ξ₀₁＝Ｇ_P1△θ＋Ｇ_D1（△θ／ｄｔ）＋Ｇ_l1∫△θｄｔ …（３）
上式（３）において、Ｇ_P1、Ｇ_D1およびＧ_l1は所定の比例定数である。

ここで、目標ロール角θ₀は次式で表される。

θ₀＝ａｒｃｔａｎ（ｖφ_d ／ｇ） …（４）
上式（４）において、ｖは自動二輪車１の速度、φ_dは自動二輪車１の旋回角速度、ｇは重力加速度である。上式（４）の導出方法については後述する。なお、旋回角速度φ_dの代わりに上記の平均ヨーレートψ_adを用いてもよい。

このように、ＰＩＤ制御により実際のロール角θを目標ロール角θ₀に制御することができる。それにより、自動二輪車１が倒れることなく安定した傾斜状態を維持する。

次に、操縦者が図１のハンドル１４の操作により指令するヨーレート（以下、指令ヨーレートμ_gと呼ぶ）に応じて揺動角ξを制御する。

指令ヨーレートμ_gと実際の旋回角速度φ_dとの誤差を△μ（＝μ_g−φ_d）とする。この誤差△μに比例する項Ｇ_P3△μ、誤差△μの微分値に比例する項Ｇ_D3（△μ／ｄｔ）および誤差△μの積分値に比例する項Ｇ_l3∫△μｄｔを用いて次式により揺動角ξ₀₂を決定する。

ξ₀₂＝Ｇ_P3△μ＋Ｇ_D3（△μ／ｄｔ）＋Ｇ_l3∫△μｄｔ …（５）
上式（５）において、Ｇ_P3、Ｇ_D3およびＧ_l3は所定の比例定数である。

実際の旋回角速度φ_dの測定が困難な場合には、旋回角速度φ_dの代わりに上記の平均ヨーレートψ_adを用いる。この場合、指令ヨーレートμ_gと平均ヨーレートψ_adとの誤差を△μ（＝μ_g−ψ_ad）とする。

このように、上式（５）のＰＩＤ制御を用いてスイングアーム７の揺動角ξを揺動角ξ₀₂に制御することにより、実際の旋回角速度φ_dを指令ヨーレートμ_gに制御することができる。それにより、自動二輪車１の旋回方位を操縦者が指令する方位に維持することができる。

上式（３）および（５）より、スイングアーム７の揺動角ξを次式のように制御する。

ξ＝ξ₀₁＋Ａξ₀₂ …（６）
上式において、Ａは係数である。上式（６）に基づいてスイングアーム７の揺動角ξを制御することにより、自動二輪車１の動的および静的な安定を実現しつつ指令された方位への旋回運動を行うことができる。

（９−２）操舵角ζの制御
また、スイングアーム７の揺動に連動して後輪９の操舵角ζを制御することにより、後輪９が路面から受ける横力によるロール運動およびヨー運動を抑制する。

まず、スイングアーム７の揺動角ξおよび揺動運動による後輪９の見かけの舵角を相殺するように後輪９の操舵角ζ’を次式のように設定する。

ζ’＝−（ξ＋ｋΓξ_d／ｒω） …（７）
上式において、Γはスイングアーム７の長さ、ξ_dは揺動角ξの変化率（スイングアーム７の角速度）、ｒは後輪９の半径、ωは後輪９の回転角速度である。また、ｋは所定の係数であり、例えばほぼ１である。

次に、自動二輪車１のヨー角ψが目標ヨー角ψ₀となるように後輪９の操舵角ζ₀₁を制御する。

目標ヨー角ψ₀と実際のヨー角ψとの誤差を△ψ（＝ψ₀−ψ）とする。この誤差△ψに比例する項Ｇ_P2△ψ、誤差△ψの微分値に比例する項Ｇ_D2（△ψ／ｄｔ）および誤差△ψの積分値に比例する項Ｇ_l2∫△ψｄｔを用いて次式により操舵角ζ₀₁を決定する。

ζ₀₁＝ζ’＋Ｇ_P2△ψ＋Ｇ_D2（△ψ／ｄｔ）＋Ｇ_l2∫△ψｄｔ …（８）
上式（８）において、Ｇ_P2、Ｇ_D2およびＧ_l2は所定の比例定数である。

目標ヨー角ψ₀は次式のようになる。

ψ₀＝−（Ｌ／ｒ）（Ｃ_fＲ_r＋Ｑ_r／ｒ）φ_d／｛Ｃ_fＭｇ＋（Ｑ_f＋Ｑ_r）／ｒ｝ω …（９）
上式において、Ｌは前輪５と後輪９との間のホイールベース、ｒは前輪５および後輪９の半径、Ｃ_fは前輪５および後輪９に用いられるタイヤの横滑り係数、Ｒ_rは後輪９の荷重、Ｑ_fは前輪５の駆動トルク、Ｑ_rは後輪９の駆動トルク、Ｍは自動二輪車１の重量、ｇは重力加速度、ωは後輪９の回転角速度である。φ_dは旋回角速度である。上記のように、旋回角速度φ_dの代わりに平均ヨーレートψ_adを用いることができる。また、旋回角速度φ_dの代わりに指令ヨーレートμ_gを用いてもよい。上式（９）の導出方法については後述する。

このように、上式（８）のＰＩＤ制御を用いて実際のヨー角ψを目標ヨー角ψ₀に制御することにより、自動二輪車１の旋回方位を一定に保つことができる。

また、上記のように、指令ヨーレートμ_gと旋回角速度φ_dとの誤差を△μ（＝μ_g−φ_d）とする。この誤差△μに比例する項Ｇ_P3△μ、誤差△μの微分値に比例する項Ｇ_D3（△μ／ｄｔ）および誤差△μの積分値に比例する項Ｇ_l3∫△μｄｔを用いて次式により操舵角ζ₀₂を決定する。

ζ₀₂＝Ｇ_P3△μ＋Ｇ_D3（△μ／ｄｔ）＋Ｇ_l3∫△μｄｔ …（１０）
実際の旋回角速度φ_dの測定が困難な場合には、旋回角速度φ_dの代わりに上記の平均ヨーレートψ_adを用いる。この場合、指令ヨーレートμ_gと平均ヨーレートψ_adとの誤差を△μ（＝μ_g−ψ_ad）とする。

上式（１０）のＰＩＤ制御を用いて後輪９の操舵角ζを操舵角ζ₀₂に制御することにより、実際の旋回角速度φ_dを指令ヨーレートμ_gに維持することができる。それにより、自動二輪車１の旋回方位を操縦者が指令する方位に制御することができる。

上式（８），（１０）より、後輪９の操舵角ζを次式のように制御することが好ましい。

ζ₀＝ζ₀₁＋Ｂζ₀₂ …（１１）
上式（１１）において、Ｂは所定の係数である。上式（１１）に基づいて後輪９の操舵角ζを操舵角ζ₀に制御することにより、スイングアーム７の揺動時の横力によるロール運動およびヨー運動を抑制しつつ指令された方位への旋回運動を行うことができる。

（１０）コントローラ１００による動作モードの制御
（１０−１）全体の動作
次に、図３のコントローラ１００による自動二輪車１の全体の制御動作について説明する。

図１０はコントローラ１００による自動二輪車１の全体の制御動作を示すフローチャートである。

まず、図３のパワーシステム１５０の電源がオンにされると（ステップＳ２１）、コントローラ１００は所定の異常チェックを行った後（ステップＳ２２）、モード判定処理を行う（ステップＳ２３）。

コントローラ１００は、モード選択スイッチ１５により駐車モードが選択されているか否かを判別する（ステップＳ２４）。駐車モードが選択されている場合、コントローラ１００は駐車モードに移行する（ステップＭ１）。駐車モードにおける動作については後述する。その後、ステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２４において駐車モードが選択されていない場合には、コントローラ１００は、電源がオフにされたか否かを判別する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２５において電源がオフにされていない場合には、コントローラ１００は、モード選択スイッチ１５により第１の起立静止モードが選択されているか否かを判別する（ステップＳ２６）。第１の起立静止モードが選択されている場合には、コントローラ１００は第１の起立静止モードに移行する（ステップＭ２）。第１の起立静止モードにおける動作については後述する。その後、ステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２６において第１の起立静止モードが選択されていない場合には、コントローラ１００は、モード選択スイッチ１５により第２の起立静止モードが選択されているか否かを判別する（ステップＳ２７）。第２の起立静止モードが選択されている場合には、コントローラ１００は第２の起立静止モードに移行する（ステップＭ３）。第２の起立静止モードにおける動作については後述する。その後、ステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２７において第２の起立静止モードが選択されていない場合には、コントローラ１００は、モード選択スイッチ１５により低速走行モードが選択されているか否かを判別する（ステップＳ２８）。低速走行モードが選択されている場合には、コントローラ１００は低速走行モードに移行する（ステップＭ４）。低速走行モードにおける動作については後述する。その後、ステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２８において低速走行モードが選択されていない場合には、コントローラ１００は、モード選択スイッチ１５により高速走行モードが選択されているか否かを判別する（ステップＳ２９）。高速走行モードが選択されている場合には、コントローラ１００は高速走行モードに移行する（ステップＭ５）。高速走行モードにおける動作については後述する。その後、ステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２５において電源がオフにされた場合には、コントローラ１００は処理を終了する。

（１０−２）駐車モード
図１１はコントローラ１００による駐車モードにおける制御動作を示すフローチャートである。

まず、コントローラ１００は、図３の車速センサ１１５から出力される自動二輪車１の速度ｖを読み込む（ステップＳ３１）。次に、コントローラ１００は、自動二輪車１の速度ｖが０となっているか否かを判別する（ステップＳ３２）。すなわち、自動二輪車１が完全に停止しているか否かを判別する。

自動二輪車１の速度ｖが０となっていない場合には、コントローラ１００は、ブレーキ用アクチュエータ１３２によりブレーキ１２２をオンにし（ステップＳ３３）、ステップＳ３１に戻る。

ステップＳ３２で自動二輪車１の速度ｖが０になっている場合には、コントローラ１００は、ロール角検出用センサ１１３から出力される自動二輪車１のロール角θおよびロールレートθ_dを読み込む（ステップＳ３４）。

次に、コントローラ１００は、ロール角θが所定のしきい値θ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ３５）。

ロール角θがしきい値θ_th以下の場合には、コントローラ１００はロールレートθ_dが所定のしきい値θ_thd以下であるか否かを判別する（ステップＳ３７）。

ステップＳ３５においてロール角θがしきい値θ_thよりも大きい場合またはステップＳ３６においてロールレートθ_dがしきい値θ_thdよりも大きい場合には、コントローラ１００は補助輪駆動用アクチュエータ１３１により補助輪６の位置を調整し（ステップＳ３６）、ステップＳ３４に戻る。

ステップＳ３７においてロールレートθ_dがしきい値θ_thd以下である場合には、図１０のステップＳ２３に戻る。

このようにして、駐車モードでは、自動二輪車１は１対の補助輪６により路面に対してほぼ垂直に起立する。

（１０−３）第１の起立静止モード
図１２はコントローラ１００による第１の起立静止モードにおける制御動作を示すフローチャートである。

図１２のステップＳ４１〜Ｓ４７の動作は、図１１のステップＳ３１〜Ｓ３７の動作と同様である。これにより、自動二輪車１は１対の補助輪６により路面に対してほぼ垂直に起立する。

次に、コントローラ１００は、図３の揺動角検出用センサ１１１から出力されるスイングアーム７の揺動角ξを読み込み（ステップＳ４８）、揺動角ξが所定のしきい値ξ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ４９）。

揺動角ξがしきい値ξ_thよりも大きい場合には、コントローラ１００は、揺動用アクチュエータ１０によりスイングアーム７の揺動角ξを０にリセットし（ステップＳ５０）、ステップＳ４８に戻る。

ステップＳ４９において揺動角ξがしきい値ξ_th以下の場合には、コントローラ１００は、操舵角検出用センサ１１２から出力される後輪９の操舵角ζを読み込み（ステップＳ５１）、操舵角ζが所定のしきい値ζ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ５２）。

操舵角ζがしきい値ζ_thよりも大きい場合には、コントローラ１００は、操舵用アクチュエータ１１により後輪９の操舵角ζを０にリセットし（ステップＳ５３）、ステップＳ５１に戻る。

ステップＳ５２において操舵角ζがしきい値ζ_th以下の場合には、コントローラ１００は、補助輪６が第１の位置にあるか否かを判別する（ステップＳ５４）。補助輪６が第１の位置にない場合には、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により補助輪６を第１の位置に上昇させ（ステップＳ５５）、ステップＳ５４に戻る。

補助輪６が第１の位置にある場合には、コントローラ１００は後述する起立静止用ＰＩＤ制御に移行する（ステップＳ５６）。その後、図１０のステップＳ２３に戻る。

このようにして、第１の起立静止モードでは、１対の補助輪６が第１の位置に上昇した状態で自動二輪車１が路面に対してほぼ垂直に起立した状態を維持する。

（１０−４）第２の起立静止モード
図１３はコントローラ１００による第２の起立静止モードにおける制御動作を示すフローチャートである。

図１３のステップＳ６１〜Ｓ７３の動作は、図１２のステップＳ４１〜Ｓ５３の動作と同様である。

ステップＳ７４において、コントローラ１００は、補助輪６が第２の位置にあるか否かを判別する。補助輪６が第２の位置にない場合には、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により補助輪６を第２の位置に上昇させ（ステップＳ７５）、ステップＳ７４に戻る。

補助輪６が第２の位置にある場合には、コントローラ１００は、後述する起立静止用ＰＩＤ制御に移行する（ステップＳ７６）。その後、図１０のステップＳ２３に戻る。

このようにして、第２の起立静止モードでは、１対の補助輪６が第２の位置に上昇した状態で自動二輪車１が路面に対してほぼ垂直に起立した状態を維持する。

（１０−５）低速走行モード
図１４はコントローラ１００による低速走行モードにおける制御動作を示すフローチャートである。

まず、コントローラ１００は、図３のブレーキ用アクチュエータ１３２によりブレーキ１２２をオフにする（ステップＳ８１）。

次に、コントローラ１００は、ロール角検出用センサ１１３から出力される自動二輪車１のロール角θおよびロールレートθ_dを読み込む（ステップＳ８２）。

次に、コントローラ１００は、ロール角θが所定のしきい値θ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ８３）。

ロール角θがしきい値θ_th以下の場合には、コントローラ１００はロールレートθ_dが所定のしきい値θ_thd以下であるか否かを判別する（ステップＳ８４）。

ステップＳ８３においてロール角θがしきい値θ_thよりも大きい場合またはステップＳ８４においてロールレートθ_dがしきい値θ_thdよりも大きい場合には、上記の駐車モードに移行し（ステップＭ１）、ステップＳ８２に戻る。

ステップＳ８４においてロールレートθ_dがしきい値θ_thd以下である場合には、コントローラ１００は、揺動角検出用センサ１１１から出力されるスイングアーム７の揺動角ξを読み込み（ステップＳ８５）、揺動角ξが所定のしきい値ξ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ８６）。

揺動角ξがしきい値ξ_thよりも大きい場合には、コントローラ１００は、揺動用アクチュエータ１０によりスイングアーム７の揺動角ξを０にリセットし（ステップＳ８７）、ステップＳ８５に戻る。

ステップＳ８６において揺動角ξがしきい値ξ_th以下の場合には、コントローラ１００は、操舵角検出用センサ１１２から出力される後輪９の操舵角ζを読み込み（ステップＳ８８）、操舵角ζが所定のしきい値ζ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ８９）。

操舵角ζがしきい値ζ_thよりも大きい場合には、コントローラ１００は、操舵用アクチュエータ１１により後輪９の操舵角ζを０にリセットし（ステップＳ９０）、ステップＳ８８に戻る。

ステップＳ８９において操舵角ζがしきい値ζ_th以下の場合には、コントローラ１００は、ヨー角検出用センサ１１４から出力されるヨー角ψを読み込み（ステップＳ９１）、ヨー角ψが所定のしきい値ψ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ９２）。

ヨー角ψがしきい値ψ_thよりも大きい場合には、コントローラ１００は、ヨー角ψを０にリセットし（ステップＳ９３）、ステップＳ９１に戻る。

ヨー角ψがしきい値ψ_th以下の場合には、コントローラ１００は、補助輪６が第１の位置にあるか否かを判別する（ステップＳ９４）。補助輪６が第１の位置にない場合には、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により補助輪６を第１の位置に上昇させ（ステップＳ９５）、ステップＳ９４に戻る。

補助輪６が第１の位置にある場合には、コントローラ１００は後述する走行用ＰＩＤ制御に移行する（ステップＳ９６）。その後、図１０のステップＳ２３に戻る。

このようにして、低速走行モードでは、１対の補助輪６が第１の位置に上昇した状態で自動二輪車１が低速で自律走行する。

（１０−６）高速走行モード
図１５はコントローラ１００による高速走行モードにおける制御動作を示すフローチャートである。

図１５のステップＳ１０１〜Ｓ１１３の動作は、図１４のステップＳ８１〜Ｓ９３の動作と同様である。

ステップＳ１１４において、コントローラ１００は、補助輪６が第２の位置にあるか否かを判別する。補助輪６が第２の位置にない場合には、コントローラ１００は、補助輪駆動用アクチュエータ１３１により補助輪６を第２の位置に上昇させ（ステップＳ１１５）、ステップＳ１１４に戻る。

補助輪６が第２の位置にある場合には、コントローラ１００は、後述する走行用ＰＩＤ制御に移行する（ステップＳ１１６）。その後、図１０のステップＳ２３に戻る。

このようにして、高速走行モードでは、１対の補助輪６が第２の位置に上昇した状態で自動二輪車１が高速で自律走行する。

（１０−７）起立静止用ＰＩＤ制御
図１６および図１７は第１の起立静止モードおよび第２の起立静止モードにおける起立静止用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。

まず、コントローラ１００は、図３のロール角検出用センサ１１３から出力されるロール角θ、揺動角検出用センサ１１１から出力される揺動角ξおよび操舵角検出用センサ１１２から出力される操舵角ζを読み込む（図１６のステップＳ２０１）。

次に、コントローラ１００は、目標ロール角θ₀と読み込んだロール角θとの誤差を△θ（＝θ₀−θ）を算出する（ステップＳ２０２）。ここで、目標ロール角θ₀は０である。そして、コントローラ１００は、誤差△θが所定のしきい値△θ_th以上であるか否かを判別する（ステップＳ２０３）。

誤差△θがしきい値△θ_thよりも小さい場合には、ステップＳ２０１に戻る。誤差△θがしきい値△θ_th以上の場合には、コントローラ１００は上式（１）より揺動角ξ₀を算出する（ステップＳ２０４）。

次に、コントローラ１００は、算出した揺動角ξ₀と読み込んだ揺動角ξとの誤差△ξ（＝ξ₀−ξ）を算出する（ステップＳ２０５）。コントローラ１００は、誤差△ξが所定のしきい値△ξ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ２０６）。

誤差△ξがしきい値△ξ_th以下の場合には、ステップＳ２０１に戻る。誤差△ξがしきい値△ξ_thよりも大きい場合には、誤差△ξに基づいて揺動用アクチュエータ１０のモータの駆動トルクを算出し、揺動用アクチュエータ１０に動作指示を与える（ステップＳ２０７）。それにより、揺動用アクチュエータ１０のモータは指示された駆動トルクでスイングアーム７を駆動する。その結果、揺動角ξが揺動角ξ₀に近づく。

次に、コントローラ１００は、上式（２）より操舵角ζ₀を算出する（図１７のステップＳ２１０）。

次に、コントローラ１００は、算出した操舵角ζ₀と読み込んだ操舵角ζとの誤差△ζ（＝ζ₀−ζ）を算出する（ステップＳ２１１）。コントローラ１００は、誤差△ζが所定のしきい値△ζ_th以下であるか否かを判別する（ステップＳ２１２）。

誤差△ζがしきい値△ζ_th以下の場合には、ステップＳ２０１に戻る。誤差△ζがしきい値△ζ_thよりも大きい場合には、誤差△ζに基づいて操舵用アクチュエータ１１のモータの駆動トルクを算出し、操舵用アクチュエータ１１に動作指示を与える（ステップＳ２１３）。それにより、操舵用アクチュエータ１１のモータは指示された駆動トルクで後輪９を駆動する。その結果、操舵角ζが操舵角ζ₀に近づく。

次に、コントローラ１００は、モード選択スイッチ１５により動作モードが切り替えられたか否かを判別する（ステップＳ２１４）。動作モードが切り替えられていない場合には、ステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０１〜Ｓ２１４の動作を繰り返す。動作モードが切り替えられた場合には、図１０のステップＳ２３に戻る。

（１０−８）走行用ＰＩＤ制御
図１８〜図２１は低速走行モードおよび高速走行モードにおける走行用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。

まず、コントローラ１００は、図３の車速センサ１１５から出力される速度ｖ、ロール角検出用センサ１１３から出力されるロール角θ、ハンドル１４から出力される指令ヨーレートμ_g、ならびにヨー角検出用センサ１１４から出力されるヨー角ψおよびヨーレートψ_dを読み込む（図１８のステップＳ２２１）。

次に、コントローラ１００は、ヨーレートψ_dにフィルタ処理を行うことにより平均ヨーレートψ_adを算出する（ステップＳ２２２）。

さらに、コントローラ１００は、上式（４）より目標ロール角θ₀を算出する（ステップＳ２２３）。コントローラ１００は、目標ロール角θ₀と読み込んだロール角θとの誤差を△θ（＝θ₀−θ）を算出する（ステップＳ２２４）。そして、コントローラ１００は、誤差△θが所定のしきい値△θ_th以上であるか否かを判別する（ステップＳ２２５）。

誤差△θがしきい値△θ_thよりも小さい場合には、ステップＳ２２１に戻る。誤差△θがしきい値△θ_th以上の場合には、コントローラ１００は、揺動角検出用センサ１１１から出力される揺動角ξを読み込み（ステップＳ２２６）、上式（３）より揺動角ξ₀₁を算出する（ステップＳ２２７）。

次に、コントローラ１００は、算出した揺動角ξ₀₁と読み込んだ揺動角ξとの誤差△ξ₁（＝ξ₀₁−ξ）を算出する（ステップＳ２２８）。コントローラ１００は、誤差△ξ₁が所定のしきい値△ξ_th1以下であるか否かを判別する（ステップＳ２２９）。

誤差△ξ₁がしきい値△ξ_th1以下の場合には、ステップＳ２２１に戻る。誤差△ξ₁がしきい値△ξ_th1よりも大きい場合には、誤差△ξ₁に基づいて揺動用アクチュエータ１０のモータの駆動トルクを算出し、揺動用アクチュエータ１０に動作指示を与える（ステップＳ２３０）。それにより、揺動用アクチュエータ１０のモータは指示された駆動トルクでスイングアーム７を駆動する。その結果、揺動角ξが揺動角ξ₀₁に近づく。

次に、コントローラ１００は、ヨー角検出用センサ１１４から出力されるヨーレートψ_dを読み込み（図１９のステップＳ２３１）、ヨーレートψ_dにフィルタ処理を行うことにより平均ヨーレートψ_adを算出する（ステップＳ２３２）。

コントローラ１００は、指令ヨーレートμ_gと平均ヨーレートψ_adとの誤差△μ（＝μ_g−ψ_ad）を算出する（ステップＳ２３３）。

コントローラ１００は、揺動角検出用センサ１１１から出力される揺動角ξを読み込み（ステップＳ２３４）、上式（５）より揺動角ξ₀₂を算出する（ステップＳ２３５）。

次に、コントローラ１００は、揺動角ξ₀₂と読み込んだ揺動角ξとの誤差△ξ₂（＝ξ₀₂−ξ）を算出する（ステップＳ２３６）。コントローラ１００は、誤差△ξ₂が所定のしきい値△ξ_th2以下であるか否かを判別する（ステップＳ２３７）。

誤差△ξ₂がしきい値△ξ_th2以下の場合には、ステップＳ２２１に戻る。誤差△ξ₂がしきい値△ξ_th2よりも大きい場合には、誤差△ξ₂に基づいて揺動用アクチュエータ１０のモータの駆動トルクを算出し、揺動用アクチュエータ１０に動作指示を与える（ステップＳ２３８）。それにより、揺動用アクチュエータ１０のモータは指示された駆動トルクでスイングアーム７を駆動する。その結果、揺動角ξが揺動角ξ₀₂に近づく。

次に、コントローラ１００は、ヨー角検出用センサ１１４から出力されるヨー角ψを読み込み（図２０のステップＳ２３９）、上式（９）より目標ヨー角ψ₀を算出する（ステップＳ２４０）。

コントローラ１００は、算出した目標ヨー角ψ₀と読み込んだヨー角ψとの誤差を△ψ（＝ψ₀−ψ）を算出する（ステップＳ２４１）。

コントローラ１００は、操舵角検出用センサ１１２から出力される揺動角ζを読み込み（ステップＳ２４２）、上式（７），（８）より操舵角ζ₀₁を算出する（ステップＳ２４３）。

次に、コントローラ１００は、算出した操舵角ζ₀₁と読み込んだ操舵角ζとの誤差△ζ₁（＝ζ₀₁−ζ）を算出する（ステップＳ２４４）。コントローラ１００は、誤差△ζ₁が所定のしきい値△ζ_th1以下であるか否かを判別する（ステップＳ２４５）。

誤差△ζ₁がしきい値△ζ_th1以下の場合には、ステップＳ２２１に戻る。誤差△ζ₁がしきい値△ξ_th1よりも大きい場合には、誤差△ζ₁に基づいて操舵用アクチュエータ１１のモータの駆動トルクを算出し、操舵用アクチュエータ１１に動作指示を与える（ステップＳ２４６）。それにより、操舵用アクチュエータ１１のモータは指示された駆動トルクで後輪９を駆動する。その結果、操舵角ζが操舵角ζ₀₁に近づく。

次に、コントローラ１００は、ヨー角検出用センサ１１４から出力されるヨーレートψ_dを読み込み（図２１のステップＳ２４７）、ヨーレートψ_dにフィルタ処理を行うことにより平均ヨーレートψ_adを算出する（ステップＳ２４８）。

コントローラ１００は、指令ヨーレートμ_gと平均ヨーレートψ_adとの誤差△μ（＝μ_g−ψ_ad）を算出する（ステップＳ２４９）。コントローラ１００は、誤差△μが所定のしきい値△μ_th以上であるか否かを判別する（ステップＳ２５０）。

誤差△μがしきい値△μ_thよりも小さい場合には、ステップＳ２２１に戻る。誤差△μがしきい値△μ_th以上の場合には、コントローラ１００は、操舵角検出用センサ１１２から出力される揺動角ζを読み込み（ステップＳ２５１）、上式（１０）より操舵角ζ₀₂を算出する（ステップＳ２５２）。

次に、コントローラ１００は、算出した操舵角ζ₀₂と読み込んだ操舵角ζとの誤差△ζ₂（＝ζ₀₂−ζ）を算出する（ステップＳ２５３）。コントローラ１００は、誤差△ζ₂が所定のしきい値△ζ_th2以下であるか否かを判別する（ステップＳ２５４）。

誤差△ζ₂がしきい値△ζ_th2以下の場合には、ステップＳ２２１に戻る。誤差△ζ₂がしきい値△ξ_th2よりも大きい場合には、誤差△ζ₂に基づいて操舵用アクチュエータ１１のモータの駆動トルクを算出し、操舵用アクチュエータ１１に動作指示を与える（ステップＳ２５５）。それにより、操舵用アクチュエータ１１のモータは指示された駆動トルクで後輪９を駆動する。その結果、操舵角ζが操舵角ζ₀₂に近づく。

次に、コントローラ１００は、モード選択スイッチ１５により動作モードが切り替えられたか否かを判別する（ステップＳ２５０）。動作モードが切り替えられていない場合には、ステップＳ２２１に戻り、ステップＳ２２１〜Ｓ２５６の動作を繰り返す。動作モードが切り替えられた場合には、図１０のステップＳ２３に戻る。

（１１）実施の形態の効果
本実施の形態に係る自動二輸車１においては、第１および第２の起立静止モードにおいて、スイングアーム７の揺動により後輪９の左右の位置が調整される。それにより、自動二輸車１の重心Ｇと後輪９が路面から受ける反力の作用点との位置関係が調整され、自動二輸車１に働く転倒モーメントが制御される。また、後輪９の左右位置の調整に伴って後輪９の操舵角ζが調整される。

ここで、自動二輸車１の停止時には、自動二輸車１は前後に位置する前輪５および後輪９により支持されるため、倒立振子のように本来的に不安定な状態にある。本実施の形態に係る自動二輸車１では、上記の動作により、後輪９の接地点がほぼ固定された状態で倒立振子のように不安定な自動二輸車１が自律的に起立静止状態を維持することが可能となる。

このようにして、自動二輸車１が起立静止状態を自律的に維持することができるので、停止時に操縦者の体力的および精神的負担が軽減される。

また、前輪５がメインフレーム２の前部に配置され、かつ後輪９がスイングアーム７を用いてメインフレーム２の後方に配置され、スイングアーム７の揺動および後輪９の操舵により自動二輸車１が旋回運動を行うことができる。したがって、前輪および後輪を有する一般の二輪車と同様の運動性能が得られる。それにより、一般の二輪車のような乗り心地を得ることができる。

また、駐車モードにおいて、補助輪６が最下位置に移動することにより自動二輸車１が起立状態で支持される。その後、第１および第２の起立静止モードにおいて、補助輪６が上昇し、スイングアーム７の揺動角ξおよび後輪９の操舵角ζの制御により自動二輸車１が起立状態で静止する。それにより、スイングアーム７の揺動および後輪９の操舵により自動二輸車１を起立静止状態に維持することが可能となる。

また、検出されるロール角θが０になるようにスイングアーム７の揺動角ξが制御される。それにより、自動二輸車１が鉛直方向の起立静止状態に維持される。

この場合、後輪９の操舵角はスイングアーム７の揺動角と大きさが等しく方向が反対に設定される。それにより、スイングアーム７の揺動に伴う揺動用アクチュエータ１０の負荷が軽減される。

ここで、自動二輸車１は、走行時においても停止時と同様に倒立振子のように本来的に不安定な状態にあり、かつ旋回運動による遠心力、自然風および自動二輸車１の運動に伴って発生する空気力、ならびに操縦者の乗車姿勢を含む外乱要因による影響を受ける。

本実施の形態に係る自動二輸車１においては、低速走行モードおよび高速走行モード時に、スイングアーム７の揺動により後輪９の左右の位置が調整される。それにより、自動二輸車１の重心Ｇと後輪９が路面から受ける反力の作用点との位置関係が調整され、自動二輸車１に働く転倒モーメントが制御される。また、後輪９の左右位置の調整に伴って後輪９の操舵角ζが調整される。その結果、自動二輸車１が指令ヨーレートμ_gで自律的に旋回する。

このように、操縦者により与えられる指令ヨーレートμ_gで自動二輸車１が旋回することができる。したがって、自動二輸車１の停止時および走行時の広範な運転状況下で操縦者の体力的および精神的な負担が軽減される。

また、操縦者により与えられる指令ヨーレートμ_gで自動二輸車１が旋回することができるので、道路の交通状況等の走行環境に適合する運転状態を安定に保つことができる。

さらに、自動二輸車１に作用する重力および旋回により自動二輸車１に作用する遠心力に基づいて目標ロール角θ₀が算出され、自動二輸車１が旋回半径を維持するように目標ヨー角ψ₀が算出されるので、自動二輸車１が倒れることなく指令ヨーレートμ_dに対応する旋回半径を維持しつつ安定した状態で自動二輸車１が自律的に旋回することができる。

また、操縦者によりモード選択スイッチ１５を用いて低速走行モードまたは高速走行モードが選択された場合に、自動二輸車１は第１または第２の起立静止モードを実行した後に低速走行モードまたは高速走行モードに移行する。それにより、自動二輸車１は安定した起立静止状態から走行を開始するので、操縦者の体力的および精神的負担が十分に軽減される。

（１２）制御式の導出方法
（１２−１）目標ロール角θ₀の導出
図２２は自動二輪車１の旋回運動時の目標ロール角の算出方法を示す図である。

自動二輪車１が速度ｖおよび旋回角速度φ_dの旋回運動を行っているとする。自動二輪車１の質量をｍとし、重力加速度をｇとする。

このとき、図２２に示すように、重心Ｇには、鉛直下向き方向に重力ｍｇが働き、かつ水平方向に旋回による遠心力ｍｖφ_d が働く。それにより、自動二輪車１には、重力ｍｇおよび遠心力ｍｖφ_d の合成ベクトルＷが働く。

この合成ベクトルＷが自動二輪車１の中心面ＣＦ内にある場合には、自動二輪車１は転倒せずに走行することができる。

よって、図２２より目標ロール角θ₀は次式で与えられる。

θ₀＝ａｒｃｔａｎ（ｍｖφ_d ／ｍｇ）
＝ａｒｃｔａｎ（ｖφ_d ／ｇ） …（４）
したがって、自動二輪車１のロール角θを目標ロール角θ₀に制御することにより自動二輪車１が転倒せずに旋回することができる。なお、旋回角速度φ_dの代わりに上記の平均ヨーレートψ_adを用いてもよい。

（１２−２）操舵角ζ’の導出
スイングアーム７の揺動は、路面に対する後輪９の横滑りを誘起し、ロール運動およびヨー運動を発生させる。このため、スイングアーム７の揺動に連動して後輪９の操舵角ζを制御することにより、ロール運動およびヨー運動を補正する。

まず、スイングアーム７の揺動により中心線ＣＬの方向に対して後輪９の舵角が発生する。そこで、後輪９の操舵角ζをスイングアーム７の揺動角ξと等しくかつ反対方向に制御する。それにより、後輪９は、前輪５と同じ方向を向く。

また、揺動角ξが変化するときにスイングアーム７の揺動による横方向速度が発生する。それにより、後輪９の見かけの舵角が発生する。

図２３はスイングアーム７の揺動による見かけ舵角を説明するための図である。

ここで、後輪９の半径をｒとし、後輪９の回転角速度をωとする。また、スイングアーム７の長さをΓとし、揺動角ξの変化率をξ_dとする。

図２３に示すように、後輪９の回転により路面には後輪９の進行方向と逆方向の速度ｒωが発生する。また、スイングアーム７の揺動により路面にはスイングアーム７の揺動方向と逆方向の速度Γξ_dが発生する。それにより、スイングアーム７の揺動による後輪９の見かけの舵角βが発生する。速度ｒωおよび速度Γξ_dの合成ベクトルをＵとする。見かけの舵角βは、合成ベクトルＵとスイングアーム７とのなす角度で表される。よって、スイングアーム７の揺動による後輪９の見かけの舵角βは次式のようになる。

β≒ｔａｎβ＝Γξ_d／ｒω …（７ａ）
したがって、スイングアーム７の揺動角ξおよび揺動による後輪９の見かけの舵角βを相殺するように後輪９の操舵角ζ’を設定する。この場合、操舵角ζ’は、次式のように表される。

ζ’＝−（ξ＋ｋΓξ_d／ｒω） …（７）
上式（７）において、ｋは所定の係数であり、例えばほぼ１である。

（１２−３）目標ヨー角ψ₀の導出
自動二輪車１が旋回運動を行う場合には、操舵角ζの制御にヨー角およびヨーレートを考慮する必要がある。図２４および図２５は旋回運動を行うための操舵角ζの制御を説明するための図である。

ここで、自動二輪車１が旋回運動を行っている場合を考える。旋回中心をＰ０とし、旋回半径をＲとし、旋回角速度をφ_dとする。図２４では、前輪５が旋回円と接線との接点に位置する。この場合、後輪９は、旋回円と接線との接点の位置からずれている。

そのため、図２４に示すように、旋回方向と後輪９との間に余分な舵角αが生じる。前輪５と後輪９との間のホイールベースをＬとすると、余分な舵角αはＬ／Ｒで近似される。そこで、図２５に示すように、自動二輪車１が旋回半径Ｒを保って走行するように目標ヨー角ψ₀を算出する。

自動二輪車１の重量Ｍのうち前輪５に作用する重量をＭ_fとし、後輪９に作用する重量をＭ_rとすると、次式が成り立つ。

Ｍ＝Ｍ_f＋Ｍ_r …（９ａ）
また、前輪５の駆動トルクをＱ_fとし、後輪９の駆動トルクをＱ_rとする。さらに、前輪５および後輪９の半径をｒとし、前輪５および後輪９に用いられるタイヤの横滑り係数をＣ_fとする。重力加速度をｇとする。

前輪５の荷重はＭ_fｇとなり、前輪５に加わる横力Ｆ_fは次式のようになる。

Ｆ_f＝ψ₀（Ｃ_fＭ_fｇ＋Ｑ_f／ｒ） …（９ｂ）
また、後輪９の荷重はＭ_rｇとなり、後輪９に加わる横力Ｆ_rは次式のようになる。

Ｆ_r＝（ψ₀＋Ｌ／Ｒ）Ｃ_fＭ_rｇ＋（ψ₀＋Ｌ／Ｒ）Ｑ_r／ｒ …（９ｃ）
自動二輪車１が旋回半径Ｒを保って走行するためには、Ｆ_f＝Ｆ_rとなることが必要である。

したがって、次式の関係を満足する必要がある。

ψ₀（Ｃ_fＭ_fｇ＋Ｑ_f／ｒ）＋（ψ₀＋Ｌ／Ｒ）Ｃ_fＭ_rｇ＋（ψ₀＋Ｌ／Ｒ）Ｑ_r／ｒ＝０ …（９ｄ）
上式（９ａ）から上式（９ｄ）は次式のようになる。

ψ₀｛Ｃ_fＭｇ＋（Ｑ_f＋Ｑ_r）／ｒ｝＋（Ｌ／Ｒ）（Ｃ_fＭ_rｇ＋Ｑ_r／ｒ）＝０ …（９ｅ）
さらに、上式（９ｅ）は次式のようになる。

ψ₀＝−（Ｌ／Ｒ）（Ｃ_fＭ_rｇ＋Ｑ_r／ｒ）／｛Ｃ_fＭｇ＋（Ｑ_f＋Ｑ_r）／ｒ｝ …（９ｆ）
ここで、旋回半径Ｒは次式のように表される。

Ｒ＝ｖ／φ_d＝ｒω／φ_d …（９ｇ）
また、後輪９の荷重Ｒ_rは次式のように表される。

Ｒ_r＝Ｍ_rｇ …（９ｈ）
したがって、上式（９ｆ），（９ｇ），（９ｈ）より目標ヨー角ψ₀は次式のようになる。

ψ₀＝−（Ｌ／ｒ）（Ｃ_fＲ_r＋Ｑ_r／ｒ）φ_d／｛Ｃ_fＭｇ＋（Ｑ_f＋Ｑ_r）／ｒ｝ω …（９）
上記のように、Ｌは前輪５と後輪９との間のホイールベース、ｒは前輪５および後輪９の半径、Ｃ_fは前輪５および後輪９の横滑り係数、Ｒ_rは後輪９の荷重、Ｑ_fは前輪５の駆動トルク、Ｑ_rは後輪９の駆動トルク、Ｍは自動二輪車１の重量、ｇは重力加速度、ωは後輪９の回転角速度である。φ_dは旋回角速度である。上記のように、旋回角速度φ_dの代わりに平均ヨーレートψ_adを用いることができる。また、旋回角速度φ_dの代わりに指令ヨーレートμ_gを用いてもよい。

（１３）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応
本実施の形態では、メインフレーム２が車体に相当し、前輪５が第１の車輪に相当し、後輪９が第２の車輪に相当し、補助輪６が補助具に相当する。また、前輪サスペンション３が支持手段に相当し、スイングアーム７が揺動部材に相当し、揺動用アクチュエータ１０が第１の駆動装置に相当し、操舵用アクチュエータ１１が第２の駆動装置に相当し、コントローラ１００が制御手段に相当する。さらに、ロール角検出用センサ１１３がロール角検出手段に相当し、ヨー角検出用センサ１１４がヨー角検出手段に相当し、車速センサ１１６が速度取得手段に相当し、ハンドル１４が旋回指令手段に相当し、モード選択スイッチ１５が選択手段に相当する。

（１４）他の実施の形態
（１４−１）ロール角θの制御方法の他の例
上記実施の形態では、式（１）および式（３）において誤差Δθとして実際のロール角θと目標ロール角θ₀との差を用いて揺動角ξを制御しているが、これに限定されず、例えば、以下に示すように、実際のロール角θと目標ロール角θ₀との差が大きくなるにつれて誤差Δθが強調されるように実際のロール角θと目標ロール角θ₀との差を補正してもよい。

図２６はロール角θの制御方法の他の例を示す図である。図２６の横軸はロール角θを表し、縦軸は実際のロール角θと目標ロール角θ₀との差の補正量を示す。

本例では、上式（１）および上式（３）の揺動角の制御式において、実際のロール角θと目標ロール角θ₀との差に補正量δθを加算することにより誤差Δθを算出する。具体的には、誤差Δθを次式のように算出する。

Δθ＝θ−θ₀＋δθ …（１０）
図２６の（ａ）の例では、差（θ−θ₀）がある範囲内にある場合には補正量δθは０であり、差（θ−θ₀）がある範囲から外れると、補正量δθが段階的に増加する。それにより、差（θ−θ₀）がある範囲から外れると、誤差Δθが段階的に強調される。

図２６の（ｂ）の例では、差（θ−θ₀）が大きくなるにつれて、補正量δθが連続的に増加する。それにより、差（θ−θ₀）が大きくなるにつれて、誤差Δθが連続的に強調される。

図２６の（ｃ）の例では、図２６（ａ）の補正量δθと図２６（ｂ）の補正量δθとが合成される。それにより、差（θ−θ₀）がある範囲内にある場合には補正量δθは０であり、差（θ−θ₀）がある範囲から外れると、補正量δθが所定値増加し、差（θ−θ₀）が大きくなるにつれて、補正量δθが連続的に増加する。それにより、差（θ−θ₀）がある範囲から外れると、誤差Δθが連続的に強調される。

上記の例では、差（θ−θ₀）が大きくなるほど揺動角ξを強く制御することができる。

（１４−２）
上記実施の形態に係る自動二輪車１においては、前輪５が駆動輪となっているが、後輪９が駆動輪であってもよい。

（１４−３）
上記実施の形態に係る自動二輪車１においては、コントローラ１００の駆動力制御部１００ａおよび姿勢制御部１００ｂがコントローラ１００のプログラムにより実現されているが、駆動力制御部１００ａおよび姿勢制御部１００ｂが電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。

（１４−４）
上記実施の形態に係る自動二輪車１においては、速度取得手段が車速センサ１１６により構成されているが、速度取得手段がコントローラ１００により構成されてもよい。この場合、コントローラ１００は、前輪駆動用モータ４に指令した速度を自動二輪車１の速度として取得する。

本発明は、前後に第１および第２の車輪を有する自律走行が可能な自動二輪車等の車両に利用可能である。

本発明の一実施の形態に係る自律走行型自動二輪車の主要部の分解斜視図である。図１の自律走行型自動二輪車の主要部の平面図である。図１の自律走行型自動二輪車の制御系の構成を示すブロック図である。図１の自動二輪車の動作モードの遷移を示す図である。起立静止状態の制御メカニズムを説明するための図である。自動二輪車の定常状態でのロール角とヨー角との関係を示す図である。自動二輪車の旋回運動を示す模式的斜視図である。（ａ）は図７の旋回運動におけるロール角を示す背面図、（ｂ）は図７の旋回運動における揺動角および操舵角を示す平面図である。旋回角速度およびヨーレートの時間的変化を示す図である。コントローラによる自動二輪車の全体の制御動作を示すフローチャートである。コントローラによる駐車モードにおける制御動作を示すフローチャートである。コントローラによる第１の起立静止モードにおける制御動作を示すフローチャートである。コントローラによる第２の起立静止モードにおける制御動作を示すフローチャートである。コントローラによる低速走行モードにおける制御動作を示すフローチャートである。コントローラによる高速走行モードにおける制御動作を示すフローチャートである。第１の起立静止モードおよび第２の起立静止モードにおける起立静止用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。第１の起立静止モードおよび第２の起立静止モードにおける起立静止用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。低速走行モードおよび高速走行モードにおける走行用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。低速走行モードおよび高速走行モードにおける走行用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。低速走行モードおよび高速走行モードにおける走行用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。低速走行モードおよび高速走行モードにおける走行用ＰＩＤ制御を示すフローチャートである。自動二輪車の旋回運動時の目標ロール角の算出方法を示す図である。スイングアームの揺動による見かけ舵角を説明するための図である。旋回運動を行うための操舵角の制御を説明するための図である。旋回運動を行うための操舵角の制御を説明するための図である。ロール角の制御方法の他の例を示す図である。

符号の説明

１自律走行型自動二輪車
２メインフレーム
３前輪サスペンション
４前輪駆動用モータ
５前輪
６補助輪
６ａ軸
７スイングアーム
８後輪サスペンション
９後輪
１０揺動用アクチュエータ
１１操舵用アクチュエータ
１２シート
１３操作パネル
１４ハンドル
１５モード選択スイッチ
１６モニタ
１００コントローラ
１００ａ駆動力制御部
１００ｂ姿勢制御部
１１１揺動角検出用センサ
１１２操舵角検出用センサ
１１３ロール角検出用センサ
１１４ヨー角検出用センサ
１１５車速センサ
１２１アクセル
１２２ブレーキ
１３１補助輪駆動用アクチュエータ
１３２ブレーキ用アクチュエータ
１５０パワーシステム
１６１速度表示部
１６２方位表示部
１６３パワーソースレベル表示部
ＣＦ中心面
ＣＬ中心線
Ｇ重心
ＬＬ，ＬＲ線分
ＳＡ揺動軸
ＳＢ操舵軸
ｖ速度
θ ロール角
θ₀ 目標ロール角
θ_d ロールレート
ψ ヨー角
ψ₀ 目標ヨー角
ψ_d ヨーレート
μ_g 指令ヨーレート
ξ，ξ₀，ξ₀₁，ξ₀₂ 揺動角
ζ，ζ’，ζ₀，ζ₀₁，ζ₀₂ 操舵角
φ 旋回角
φ_d 旋回角速度

Claims

車体と、
前記車体の進行方向に沿って前後に配置される第１および第２の車輪と、
前記第１の車輪を回転可能に前記車体に支持する支持手段と、
前記車体の後部で前記車体に対して上下方向の軸の周りで両側方に揺動可能に設けられ、前記車体の後方で前記第２の車輪を回転可能かつ上下方向の軸の周りで操舵可能に支持する揺動部材と、
前記揺動部材を揺動させる第１の駆動装置と、
前記第２の車輪を操舵する第２の駆動装置と、
前記車体のロール角を検出するロール角検出手段と、
前記ロール角検出手段により検出されたロール角に基づいて前記第１の駆動装置による前記揺動部材の揺動角および前記第２の駆動装置による前記第２の車輪の操舵角を制御することにより前記車体を起立状態で静止させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の自律型車両。
前記車体に昇降可能に設けられ、下降位置で前記車体を起立状態に支持する補助具をさらに備え、
前記制御手段は、前記補助具により前記車体を起立状態で支持した後に、前記補助具を上昇させ、前記揺動部材の揺動角および前記第２の車輪の操舵角の制御により前記車体を起立状態で静止させることを特徴とする請求項１記載の自律型車両。
前記ロール角は鉛直方向に関して定められ、前記制御手段は、前記ロール角検出手段により検出されたロール角が０になるように前記第１の駆動装置による前記揺動部材の揺動角を制御するとともに、前記第２の駆動装置による前記第２の車輪の操舵角を、前記第１の駆動装置による前記揺動部材の揺動角と等しい大きさで反対方向に設定することを特徴とする請求項１または２記載の自律型車両。
前記制御手段は、前記ロール角検出手段により検出されたロール角に関する比例積分微分制御を用いて前記第１の駆動装置による前記揺動部材の揺動角を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自律型車両。
前記ロール角検出手段は、前記車体のロールレートをさらに検出し、
前記車体のヨー角およびヨーレートを検出するヨー角検出手段と、
前記車体の走行速度を取得する速度取得手段と、
旋回角速度を指令ヨーレートとして入力するための旋回指令手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記ロール角検出手段により検出されたロール角およびロールレート、前記ヨー角検出手段により検出されたヨー角およびヨーレートおよび前記速度取得手段により取得された走行速度、ならびに前記旋回指令手段により入力された指令ヨーレートに基づいて、前記第１の駆動装置による前記揺動部材の揺動角および前記第２の駆動装置による前記第２の車輪の操舵角を制御することにより、前記車体を前記指令ヨーレートで旋回させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自律型車両。
前記制御手段は、
目標ロール角および目標ヨー角を算出し、
算出された目標ロール角と前記ロール角検出手段により検出されたロール角との誤差および前記旋回指令手段により入力された指令ヨーレートと前記ヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に基づいて、前記第１の駆動装置による前記揺動部材の揺動角を制御し、
前記揺動部材の揺動角および揺動運動による前記第２の車輪の見かけの舵角を相殺するように、かつ算出された目標ヨー角と前記ヨー角検出手段により検出されたヨー角との誤差および前記旋回指令手段により入力された指令ヨーレートと前記ヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に基づいて、前記第２の駆動装置による前記第２の車輪の操舵角を制御することを特徴とする請求項５記載の自律型車両。
前記制御手段は、
算出された目標ロール角と前記ロール角検出手段により検出されたロール角との誤差に関する比例積分微分制御および前記旋回指令手段により入力された指令ヨーレートと前記ヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に関する比例積分微分制御を用いて、前記第１の駆動装置による前記揺動部材の揺動角を制御し、
前記揺動部材の揺動角および揺動運動による前記第２の車輪の見かけの舵角を相殺するように、かつ算出された目標ヨー角と前記ヨー角検出手段により検出されたヨー角との誤差に関する比例積分微分制御および前記旋回指令手段により入力された指令ヨーレートと前記ヨー角検出手段により検出されたヨーレートとの誤差に関する比例積分微分制御を用いて、前記第２の駆動装置による前記第２の車輪の操舵角を制御することを特徴とする請求項６記載の自律型車両。
前記制御手段は、前記車体に作用する重力および旋回により前記車体に作用する遠心力に基づいて前記目標ロール角を算出し、前記車体が旋回半径を維持するように前記目標ヨー角を算出することを特徴とする請求項６または７記載の自律型車両。
前記車体を前記起立静止状態に維持する起立静止モードおよび前記車体を走行させる走行モードのいずれかを選択する選択手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記選択手段により前記走行モードが選択された場合に前記起立静止モードを実行した後に前記走行モードに移行することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の自律型車両。