JP2008068801A - 車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両の走行時において、駆動輪がスリップしているか否かを常時監視しておき、スリップが検出された場合には、駆動輪による通常の姿勢制御を切り離しスリップ状態用の姿勢制御を行う。すなわち、車両の前後方向に移動可能なバランサ(重量体)を配置し、スリップによって車両が前傾した場合にはバランサを後方に移動し、後傾した場合にはバランサを前方に移動することで姿勢制御を行う。スリップの検出は、駆動輪の接地周速度V2と、車両の走行速度V1を比較することでスリップ状態か否かを判定する。
【選択図】図5
Description
例えば、同軸上に配置された2つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による駆動輪の姿勢を感知して駆動する技術が特許文献1で提案されている。
また、従来の円形状の駆動輪1つや、球体状の駆動輪1つの姿勢を制御しながら移動する車両や各種倒立振り子車両について提案されている。
走行中の姿勢制御は、車両が目標傾斜角となるように、駆動輪の出力トルクを制御することで行われている。例えば、外力などにより車両が目標傾斜角よりも前方に傾斜していた場合、駆動輪の出力トルクを大きくし、駆動輪の回転速度を早めることで、車両の姿勢(傾斜角)を目標傾斜角となるように制御している。
このように、通常状態における姿勢制御は駆動輪がスリップしていない状態を想定した力学的構造に基づいて制御しているため、力学的構造が異なるスリップ状態では車両の姿勢制御を安定的に行うことができない。
(2)請求項2に記載した発明では、請求項1に記載の車両において、前記スリップ検出手段は、前記駆動輪のスリップ率を検出し、前記姿勢制御手段は、前記検出したスリップ率が所定の閾値を超えている場合、前記重量体移動手段による姿勢制御に加えて、又は代えて、目標車体傾斜角を補正することで姿勢を制御する、ことを特徴とする。
(3)請求項3に記載した発明では、請求項1に記載の車両において、前記姿勢制御手段は、スリップの状態に応じて、前記駆動輪の回転速度の低下と前記重量体の後方移動、又は前記駆動輪の回転速度の増加と前記重量体の前方移動により姿勢制御を行う、ことを特徴とする。
(1)実施形態の概要
車両の走行時において、駆動輪がスリップしているか否かを常時監視しておき、スリップが検出された場合には、駆動輪による通常の姿勢制御を切り離しスリップ状態用の姿勢制御を行う。
すなわち、車両の前後方向に移動可能なバランサ(重量体)を配置し、スリップによって車両が前傾した場合にはバランサを後方に移動し、後傾した場合にはバランサを前方に移動することで姿勢制御を行う。
このように前傾時の減速、後傾時の加速によりスリップ状態から抜けやすくなる。
図1は、本実施形態における車両の外観構成を例示したものである。
図1に示されるように、車両は、同軸上に配置された2つの駆動輪11a、11bを備えている。
両駆動輪11a、11bは、それぞれ駆動モータ12で駆動されるようになっている。
搭乗部13は、運転者が座る座面部131、背もたれ部132、及びヘッドレスト133で構成されている。
本実施形態において制御ユニット16は、搭乗部13の座面部131の下面に取り付けられているが、支持部材14に取り付けるようにしてもよい。
制御ユニット16は、車両の走行、姿勢制御、及び本実施形態における旋回時の走行制御等の各種制御を行う制御ECU(電子制御装置)20を備えており、この制御ECU20には、操縦装置30、走行制御用センサ40、重心位置測定用センサ50、アクチュエータ60、及びバッテリ等のその他の装置が電気的に接続されている。
また、摩擦係数μをスリップ率から決定するための摩擦係数−スリップ率マップも記憶手段に記憶している。
車体走行制御システム21は、車両の前後方向の加減速を制御する前後加減速機能と、車両を旋回させる旋回機能を実現するように構成され、スリップ時の姿勢制御を安定的に行うためスリップ対応制御システム22を備えている。
車体走行制御システム21は、スリップ状態でない通常状態時において、コントローラ31から入力される走行目標、走行制御用センサ44から供給される両駆動輪11a、11bの車輪回転角及び/又は並進加速度から姿勢制御を行うようになっている。
本実施形態では、両駆動輪11a、11bの回転数を制御することで旋回するようになっている。
またスリップ対応制御システム22は、変形例において、目標車体傾斜角θ1 *を算出し、対応する出力トルク指令値を車輪駆動アクチュエータ61に供給する。
コントローラ31は、ジョイスティックを備えている。ジョイスティックは直立した状態をニュートラル位置とし、前後方向に傾斜させることで前後進を指示し、左右に傾斜させることで左右方向の旋回を指示するようになっている。傾斜角度に応じて、要求速度、旋回曲率が大きくなる。
走行制御用センサ40による検出値は、車体走行制御システム21に供給される。
車体駆動アクチュエータ61は、指令値に従って、両駆動輪11a、11bを各々独立して駆動制御するようになっている。
このバランサ移動機構は、重量体移動手段として機能し、バランサ134を前後方向に動かすことによって車両の重心を移動させる。
本実施形態である図3(a)のバランサ移動機構は、スライダ型アクチュエータ135によって、スライダ上でバランサ134を平行移動させる。
図3(b)に示すバランサ移動機構では、2つの伸縮型アクチュエータ136a、136bの一方を伸ばし、他方を縮めることで、バランサ134を平行移動させる。
図3(c)に示すバランサ移動機構は、回転傾斜型バランサを用いた機構である。支持軸138の上端部にはバランサ134が配設され、支持軸138の下端部には、駆動輪軸139の中央に配置されたモータ140のロータが固定されている。そして、モータ140によって、支持軸138を半径とする円周上でバランサ134を移動させる。
なお、本実施形態のバランサ134は独立した重量体を配置しているが、車体に元々搭載している重量物(バッテリ、ECUなど)自体でバランサを構成し、または該重量物と独立した重量体とでバランサを構成することで、本機構実現に伴う余分な重量増を少なくすることができる。
図4は、姿勢制御処理の内容を表したフローチャートである。
制御ECU20のスリップ状態推定システム23は、駆動輪の回転周速度V2を計測する(ステップ10)。
すなわち、スリップ状態推定システム23は、車輪回転計41で計測された車輪回転角から駆動輪11の回転速度を測定し、駆動輪の接地半径から回転周速度を決定する。
駆動輪の接地半径については、制御ECUの記憶手段に記憶された接地半径の規定値が使用されるが、駆動輪の内圧を測定し内圧測定値により規定の接地半径を補正するようにしてもよい。また、車体に配置したレーザ距離センサにより地面までの距離を測地することで接地半径を測定するようにしてもよく、オブザーバにより推定するようにしてもよい。
また、流速計、画像やレーザセンサ等による車外の静止物体(道路など)との相対速度を検出するようにしてもよい。
更に、オブザーバによる車体運動推定するようにしてもよい。すなわち、直進加減速、旋回、姿勢制御におけるWMトルクと各センサ出力値から車速を推定する。
スリップ対応制御システム22では、スリップ率からスリップしているか否かを判断する(ステップ40)。
なお、スリップ率が、測定値V2、V1が完全に一致している場合でなくても、定常走行時のスリップ率や測定誤差を考慮した所定の閾値以下であれば、スリップ無しと判断する。
通常状態での姿勢制御としては、コントローラ30からの走行目標値に応じた目標傾斜角となるように駆動輪の出力トルクを制御することで前後方向のバランスを保持するように姿勢制御が行われる。
通常状態での姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第6,302,230号明細書、特開昭63−35082号公報、特開2004−129435公報、特開2004−276727公報で開示された各種制御方法が使用可能である。
すなわち、スリップ対応制御システム22は、バランサ移動によるスリップ対応姿勢制御を行い、メインルーチンにリターンする。
このバランサ移動による姿勢制御は、非スリップ状態へ復帰するまで(ステップ40でスリップしていないと判断(;N)されるまで)、バランサによる姿勢制御が実行される。
スリップの状態は、図5(a)〜(c)に示すように駆動輪周速度V2が車両速度V1よりも大きい場合と、図5(d)〜(f)に示すように駆動輪周速度V2が車両速度V1よりも小さい場合とがある。
そこで、スリップ対応制御システム22は、図5(c)に示すようにバランサ134を後方に移動して車両全体の重心位置を後方に移動することで車両の姿勢を制御する。
数式1において、τWは駆動モータ12に与えている出力トルク、μは摩擦係数、Mは搭乗者やバランサ134を含む車両全体の質量、gは重力加速度、mBはバランサ質量を表す。
摩擦係数μは、ステップ30で算出したスリップ率に基づいて、ROMに格納された摩擦係数μ−スリップ率マップから決定する。なお、摩擦係数μはオブザーバーを使用して推定するようにしてもよい。
λB *=(τW−μMg)/mBg
走行を継続することでスリップ状態から抜け出した後(ステップ40;N)は、通常の姿勢制御が行われる。
上記した第1例のように、バランサ134だけによる姿勢制御では、スリップ率が大きい場合、即ちV2とV1の速度差が大きいと場合、姿勢を復帰させるのに時間がかかることになる。
そこでスリップ状態対応姿勢制御の第2例では、スリップ率が所定の閾値H未満の場合にはバランサ134によりる姿勢制御(第1例)を行い、閾値H以上の場合には第1例の姿勢制御に加えて車体傾斜の目標値を補正することで、姿勢の復帰を早めるようにする。
数式2においてl1は、車軸と車両全体の重心との距離である。
θ1 *=(τW−μMg)/mBgl1
また、第2例ではスリップ率が閾値H以上である場合について説明したが、スリップ率に関係なく、バランサ134と目標車体傾斜角θ1 *の補正とを併用した姿勢制御を行うようにしてもよい。
この第3実施形態では、第1例、第2例、及びこれらの変形例に加えて、スリップ状態を解消するための制御を能動的に行う。
すなわち、スリップ状態を検出した場合、スリップ状態を抜け出る方向に車輪速度を減速(前傾時)、加速(後傾時)させ、加減速に応じてバランサ134の移動及び/又は目標車体傾斜角θ1 *の補正を行う。
例えば、図5(b)に示すようにスリップにより前傾した状態の場合、駆動輪の回転を減速することでスリップ状態からの解消を早めると共に、減速によるさらなる前傾を考慮してバランサ134の後方への移動及び/又は目標車体傾斜角θ1 *の補正を行う。
また図5(e)に示すようにスリップにより後傾した状態の場合、駆動輪の回転を加速することでスリップ状態からの解消を早めると共に、加速によるさらなる後傾を考慮して34の前方への移動及び/又は目標車体傾斜角θ1 *の補正を行う。
このように、搭乗者/搭乗物の質量を計測することで、正確な車両全体の質量を得ることで、スリップ時の姿勢制御をより安定させることができる。
すなわち、荷重計に加えて、背もたれ部132及びヘッドレスト133に座高計を配置する。座高計は、移動型(走査型)の光センサを鉛直方向(高さ方向)に走査することで搭乗物の高さ(乗員の座高)ξHを測定し、これにより高精度な測定が可能になる。なお、複数の固定型センサを鉛直方向に配置し、搭乗物の高さξHを離散的に測定するようにしてもよい。
重心位置推定システムは制御ECU20に備える。
図6に示されるように、座高ζH、質量mH、比質量mH/ζHに対して、ある閾値を設定し、それに基づいて搭乗物の種類を判別する。なお、図6及び以下の判別式で用いる各閾値は一例であり、想定される使用環境に応じて修正する。
(a)mH<0.2kg、かつ、ζH<0.01mの場合、搭乗物は「無し」と判別する。
(b)mH>8kg、かつ、ζH>0.3m、かつ、mH/ζH>30kg/mの場合、搭乗物は「人」と判別する。
(c)その他の場合(上記(a)、(b)以外の場合)、搭乗物は「荷物」であると判別する。
なお、小さくて重い荷物(例えば、鉄塊)を乗せた場合も人と判定しないために、上限としてmH/ζH<p(例えば、80kg/m)を人の判別条件に加えてもよい。
また、各判別条件及び判別値は、一例であり、想定される使用条件に応じて適宜変更され、判別される。
hH=0
(数式3)
hH=((1−γ)/2)ζH
数式4において、ζH,0、hH,0は座高と重心高さの標準値であり、本実施形態では、ζH,0=0.902m、hH,0=0.264mとする。
(数式4)
hH=(ζH/ζH,0)hH,0
数式5において、lH=hH+l0で、l0は、車軸(車体の前後方向の回転中心)から座面部131の座面までの距離である。また、lCBは車体重心の車軸からの距離(既知の設計値)、Mは搭乗者を含めた車両全体の質量(=mH+mCB)をそれぞれ表す。
l1=(mHlH+mCBlCB)/M
12 駆動モータ
13 搭乗部
131 座面部
14 支持部材
16 制御ユニット
20 制御ECU
21 車体走行制御システム
22 スリップ対応制御システム
23 スリップ状態推定システム
30 操縦装置
31 コントローラ
40 走行制御用センサ
41 車輪回転計
42 姿勢センサ
43 車速センサ
60 アクチュエータ
61 駆動輪アクチュエータ
62 バランサアクチュエータ
Claims (3)
- 互いに対向配置された2つの駆動輪を含む車両であって、
車両の前後方向に移動可能に配置された重量体と、
駆動輪がスリップしているか否かを判定するスリップ判定手段と、
前記スリップ判定手段によりスリップしていると判定した場合には前記重量体を移動させることで姿勢を制御する姿勢制御手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
- 前記スリップ検出手段は、前記駆動輪のスリップ率を検出し、
前記姿勢制御手段は、前記検出したスリップ率が所定の閾値を超えている場合、前記重量体移動手段による姿勢制御に加えて、又は代えて、目標車体傾斜角を補正することで姿勢を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の車両。
- 前記姿勢制御手段は、スリップの状態に応じて、前記駆動輪の回転速度の低下と前記重量体の後方移動、又は前記駆動輪の回転速度の増加と前記重量体の前方移動により姿勢制御を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の車両。
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