JP2009201220A - Vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関するものである。 The present invention relates to a vehicle using posture control of an inverted pendulum.
従来、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する技術が提案されている。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車体の姿勢変化を感知して駆動する車両、球体状の単一の駆動輪に取り付けられた車体の姿勢を制御しながら移動する車両等の技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a technique related to a vehicle using posture control of an inverted pendulum has been proposed. For example, a vehicle that has two drive wheels arranged on the same axis, detects a change in the posture of the vehicle body due to the driver's movement of the center of gravity, and drives the vehicle body attached to a single spherical drive wheel. Techniques for vehicles that move while being controlled have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この場合、センサで車体のバランスや動作の状態を検出しながら、回転体の動作を制御して車両を停止又は移動させるようになっている。
しかしながら、前記従来の車両においては、段差を乗り降りする際に、段差を昇降するための駆動トルクを追加する制御動作である段差昇降制御において、追加された駆動トルクを車体の重心移動による重力トルクで打ち消すような車体姿勢の制御を試みても、車体姿勢の目標値の急激な変化に対して実動作が遅れることによって、車体姿勢の制御が不十分になり、車両が不必要に加減速したり、車体が大きく傾いたりしてしまうことがある。これは、一般に、駆動トルクを追加する制御の応答速度に比べて車体姿勢の制御の応答速度が低いためであるが、車体姿勢の制御の応答速度を高めるためには、高出力のアクチュエータが必要となるので、車両重量やコストが増加してしまう。また、車体姿勢の制御の応答速度が高すぎると、搭乗者にとって乗り心地が悪化してしまう。 However, in the conventional vehicle, in the step elevation control, which is a control operation for adding drive torque for raising and lowering the step when getting on and off the step, the added drive torque is the gravitational torque due to the movement of the center of gravity of the vehicle body. Even if you try to control the vehicle attitude to cancel, the actual operation is delayed due to a sudden change in the target value of the vehicle attitude, resulting in insufficient control of the vehicle attitude, causing the vehicle to unnecessarily accelerate or decelerate. The car body may tilt greatly. This is because the response speed of the vehicle body posture control is generally lower than the response speed of the control for adding the drive torque, but a high output actuator is required to increase the response speed of the vehicle body posture control. As a result, the vehicle weight and cost increase. In addition, if the response speed of the control of the vehicle body posture is too high, the ride comfort is deteriorated for the passenger.
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、段差昇降トルクにより車体に作用する反トルクを車両の加減速による慣性力で打ち消すように、走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値を補正することによって、段差昇降時における車体姿勢の急激な変化を抑制し、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる車両を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional vehicle, and the vehicle acceleration determined in accordance with the travel command so as to cancel the counter-torque acting on the vehicle body by the step up / down torque by the inertial force due to the acceleration / deceleration of the vehicle. By correcting the target value, an object is to provide a vehicle that can suppress a sudden change in the vehicle body posture when raising or lowering a step, and can safely and comfortably travel even in a place with a step.
そのために、本発明の車両においては、車体と、該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、走行指令を入力する入力装置と、該入力装置から入力された走行指令に基づき、前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、路面の段差を昇降する最中、前記駆動輪に前記段差に応じた駆動トルクを追加するとともに、前記走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値を補正する。 Therefore, in the vehicle of the present invention, based on a vehicle body, a drive wheel rotatably attached to the vehicle body, an input device for inputting a travel command, and the travel command input from the input device, the drive wheel And a vehicle control device that controls the posture of the vehicle body by controlling the drive torque applied to the vehicle, and the vehicle control device drives the drive wheel according to the level difference while raising and lowering the level difference on the road surface. And the target value of the vehicle acceleration determined according to the travel command is corrected.
本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記路面の段差を上る場合には進行方向の前記車両加速度の目標値を減少させ、前記路面の段差を下る場合には進行方向の前記車両加速度の目標値を増加させる。 In another vehicle of the present invention, the vehicle control device further decreases the target value of the vehicle acceleration in the traveling direction when climbing the step on the road surface, and the traveling direction when descending the step on the road surface. The target value of the vehicle acceleration is increased.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記段差に応じて追加された駆動トルクによって車体に作用する反トルクを車両の加減速による慣性力で打ち消すように、前記車両加速度の目標値を補正する。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device is further configured to cancel the counter-torque acting on the vehicle body by the driving torque added in accordance with the step with an inertial force due to acceleration / deceleration of the vehicle. Correct the target acceleration value.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両加速度の目標値の補正量は、前記段差に応じて追加される駆動トルクに比例して設定される。 In still another vehicle of the present invention, the correction amount of the target value of the vehicle acceleration is set in proportion to the driving torque added according to the step.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記段差の昇降完了時の予測される車両速度である車両終速度予測値に応じて、前記車両加速度の目標値の補正量を変化させる。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes a correction amount of the target value of the vehicle acceleration according to a predicted vehicle end speed that is a predicted vehicle speed at the completion of the elevation of the step. To change.
本発明の更に他の車両においては、さらに、車両終速度予測値は、前記駆動輪の回転角速度と、前記段差による抵抗である段差抵抗トルクと、前記走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値に基づいて決定される。 In still another vehicle of the present invention, the predicted vehicle final speed value is a value of a rotational acceleration of the driving wheel, a step resistance torque that is a resistance caused by the step, and a vehicle acceleration determined according to the travel command. It is determined based on the target value.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車両終速度予測値が所定の第1の閾(しきい)値以下である場合には前記車両加速度の目標値の補正量をゼロにする。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further corrects the target value of the vehicle acceleration when the predicted vehicle final speed is equal to or less than a predetermined first threshold (threshold) value. Set the amount to zero.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車両終速度予測値が所定の第2の閾値以上である場合には、前記段差に応じて追加された駆動トルクによって車体に作用する反トルクが車両の加減速に伴う慣性力によって車体に作用するトルクと等しくなるような前記車両加速度の目標値の補正量である基準値を前記車両加速度の目標値の補正量とする。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes a vehicle body using a driving torque added in accordance with the step when the predicted vehicle final speed is equal to or greater than a predetermined second threshold value. The reference value, which is the correction value of the target value of the vehicle acceleration, such that the counter torque acting on the vehicle is equal to the torque acting on the vehicle body due to the inertial force accompanying the acceleration / deceleration of the vehicle is set as the correction value of the target value of the vehicle acceleration. .
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車両終速度予測値が前記第1の閾値と前記第2の閾値との間の範囲にある場合には、前記車両加速度の目標値の補正量をゼロから前記基準値まで遷移させる。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes the vehicle acceleration when the predicted vehicle final speed is in a range between the first threshold and the second threshold. The correction amount of the target value is shifted from zero to the reference value.
請求項1の構成によれば、段差昇降時における車体姿勢の急激な変化を抑制することで、段差に乗り上げるときにも、段差を降りるときにも走行状態及び車体の姿勢を安定に保持し、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。
According to the configuration of
請求項2の構成によれば、昇降する段差に適した車両加速度の目標値の補正を行うことで、任意の段差に対して、安定した段差の乗り降りを実現することができる。 According to the configuration of the second aspect, by performing correction of the target value of the vehicle acceleration suitable for the step that moves up and down, it is possible to realize the stable stepping on and off of any step.
請求項3の構成によれば、車両速度に適した車両加速度の目標値の補正を行うことで、任意の車両速度に対して、安定した段差の乗り降りを実現することができる。 According to the configuration of the third aspect, by performing correction of the target value of the vehicle acceleration suitable for the vehicle speed, it is possible to realize a stable step-on / off for any vehicle speed.
請求項4の構成によれば、車両速度が低いときに段差を上りきれなくなるような車両加速度の目標値の補正を、確実に防止することができる。 According to the configuration of the fourth aspect, it is possible to reliably prevent the correction of the target value of the vehicle acceleration so that the step cannot be fully climbed when the vehicle speed is low.
請求項5の構成によれば、車両終速度を正確に予測することで、任意の車両速度に対して、より適切に車両加速度の目標値を補正することができる。 According to the structure of Claim 5, the target value of vehicle acceleration can be more appropriately corrected with respect to an arbitrary vehicle speed by accurately predicting the vehicle final speed.
請求項6の構成によれば、車両速度が高いときには、車体姿勢を全く変化させずに段差の昇降を行うことで、快適な段差の乗り降りを実現することができる。 According to the configuration of the sixth aspect, when the vehicle speed is high, it is possible to realize a comfortable stepping on and off of the step by raising and lowering the step without changing the vehicle body posture at all.
請求項6の構成によれば、車両速度による制御の切替に伴う走行状態や車体の姿勢の急激な変化を防ぐことで、安全で快適な段差の乗り降りを実現することができる。 According to the configuration of the sixth aspect, it is possible to realize a safe and comfortable step-on / off of the step by preventing a sudden change in the running state or the posture of the vehicle body accompanying the switching of the control according to the vehicle speed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり乗員が搭乗した状態で加速前進している状態を示す図、図2は本発明の第1の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle in a first embodiment of the present invention, and shows a state in which an occupant is moving forward in an accelerated state, and FIG. 2 is a first embodiment of the present invention. 1 is a block diagram showing a configuration of a vehicle control system in FIG.
図1において、10は、本実施の形態における車両であり、車体の本体部11、駆動輪12、支持部13及び乗員15が搭乗する搭乗部14を有し、前記車両10は、車体を前後に傾斜させることができるようになっている。そして、倒立振り子の姿勢制御と同様に車体の姿勢を制御する。図1に示される例においては、車両10は矢印Aで示される方向に加速中であり、車体が進行方向に傾斜した状態が示されている。
In FIG. 1,
前記駆動輪12は、車体の一部である支持部13に対して回転可能に支持され、駆動アクチュエータとしての駆動モータ52によって駆動される。なお、駆動輪12の軸は図1に示す平面に垂直な方向に存在し、駆動輪12はその軸を中心に回転する。また、前記駆動輪12は、単数であっても複数であってもよいが、複数である場合、同軸上に並列に配設される。本実施の形態においては、駆動輪12が2つであるものとして説明する。この場合、各駆動輪12は個別の駆動モータ52によって独立して駆動される。なお、駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、内燃機関等を使用することもできるが、ここでは、電気モータである駆動モータ52を使用するものとして説明する。
The
また、車体の一部である本体部11は、支持部13によって下方から支持され、駆動輪12の上方に位置する。そして、本体部11には、能動重量部として機能する搭乗部14が、車両10の前後方向へ本体部11と相対的に移動可能となるように、換言すると、車体回転円の接線方向に相対的に移動可能となるように、取り付けられている。
The main body 11 that is a part of the vehicle body is supported from below by the
ここで、能動重量部は、ある程度の質量を有し、本体部11に対して前後に移動させることによって、車両10の重心位置を能動的に補正するものである。そして、能動重量部は、必ずしも搭乗部14である必要はなく、例えば、バッテリ等の重量のある周辺機器を本体部11に対して移動可能に取り付けた装置であってもよいし、ウェイト、錘(おもり)、バランサ等の専用の重量部材を本体部11に対して移動可能に取り付けた装置であってもよい。また、搭乗部14、重量のある周辺機器、専用の重量部材等を併用するものであってもよい。
Here, the active weight part has a certain amount of mass, and actively corrects the position of the center of gravity of the
また、本実施の形態においては、説明の都合上、乗員15が搭乗した状態の搭乗部14が能動重量部として機能する例について説明するが、搭乗部14には必ずしも乗員15が搭乗している必要はなく、例えば、車両10がリモートコントロールによって操縦される場合には、搭乗部14に乗員15が搭乗していなくてもよいし、乗員15に代えて、貨物が積載されていてもよい。
Further, in the present embodiment, for convenience of explanation, an example in which the
前記搭乗部14は、乗用車、バス等の自動車に使用されるシートと同様のものであり、座面部14a、背もたれ部14b及びヘッドレスト14cを備え、図示されない移動機構を介して本体部11に取り付けられている。
The
前記移動機構は、リニアガイド装置等の低抵抗の直線移動機構、及び、能動重量部アクチュエータとしての能動重量部モータ62を備え、該能動重量部モータ62によって搭乗部14を駆動し、本体部11に対して車両進行方向に前後させるようになっている。なお、能動重量部アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、リニアモータ等を使用することもできるが、ここでは、回転式の電気モータである能動重量部モータ62を使用するものとして説明する。
The moving mechanism includes a low-resistance linear moving mechanism such as a linear guide device and an active
リニアガイド装置は、例えば、本体部11に取り付けられている案内レールと、搭乗部14に取り付けられ、案内レールに沿ってスライドするキャリッジと、案内レールとキャリッジとの間に介在するボール、コロ等の転動体とを備える。そして、案内レールには、その左右側面部に2本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。また、キャリッジの断面はコ字状に形成され、その対向する2つの側面部内側には、2本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。転動体は、軌道溝の間に組み込まれており、案内レールとキャリッジとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。なお、キャリッジには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝及び戻し通路を循環するようになっている。
The linear guide device includes, for example, a guide rail attached to the main body 11, a carriage attached to the riding
また、リニアガイド装置は、該リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ又はクラッチを備える。車両10が停車しているときのように搭乗部14の動作が不要であるときには、ブレーキによって案内レールにキャリッジを固定することで、本体部11と搭乗部14との相対的位置関係を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、本体部11側の基準位置と搭乗部14側の基準位置との距離が所定値となるように制御される。
The linear guide device includes a brake or a clutch that fastens the movement of the linear guide device. When the operation of the
前記搭乗部14の脇(わき)には、目標走行状態取得装置としてのジョイスティック31を備える入力装置30が配設されている。乗員15は、操縦装置であるジョイスティック31を操作することによって、車両10を操縦する、すなわち、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するようになっている。なお、乗員15が操作して走行指令を入力することができる装置であれば、ジョイスティック31に代えて他の装置、例えば、ペダル、ハンドル、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を目標走行状態取得装置として使用することもできる。
An
なお、車両10がリモートコントロールによって操縦される場合には、前記ジョイスティック31に代えて、コントローラからの走行指令を有線又は無線で受信する受信装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。また、車両10があらかじめ決められた走行指令データに従って自動走行する場合には、前記ジョイスティック31に代えて、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。
In addition, when the
また、車両10は、車両制御装置としての制御ECU(Electronic Control Unit)20を有し、該制御ECU20は、主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23を備える。前記制御ECU20並びに主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両10の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部11に配設されるが、支持部13や搭乗部14に配設されていてもよい。また、前記主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23は、それぞれ、別個に構成されていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
In addition, the
そして、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、駆動輪センサ51及び駆動モータ52とともに、駆動輪12の動作を制御する駆動輪制御システム50の一部として機能する。前記駆動輪センサ51は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、駆動輪回転状態計測装置として機能し、駆動輪12の回転状態を示す駆動輪回転角及び/又は回転角速度を検出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、該駆動輪制御ECU22は、受信した駆動トルク指令値に相当する入力電圧を駆動モータ52に供給する。そして、該駆動モータ52は、入力電圧に従って駆動輪12に駆動トルクを付与し、これにより、駆動アクチュエータとして機能する。
The
また、主制御ECU21は、能動重量部制御ECU23、能動重量部センサ61及び能動重量部モータ62とともに、能動重量部である搭乗部14の動作を制御する能動重量部制御システム60の一部として機能する。前記能動重量部センサ61は、エンコーダ等から成り、能動重量部移動状態計測装置として機能し、搭乗部14の移動状態を示す能動重量部位置及び/又は移動速度を検出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制御ECU21は、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信し、該能動重量部制御ECU23は、受信した能動重量部推力指令値に相当する入力電圧を能動重量部モータ62に供給する。そして、該能動重量部モータ62は、入力電圧に従って搭乗部14を並進移動させる推力を搭乗部14に付与し、これにより、能動重量部アクチュエータとして機能する。
The
さらに、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、能動重量部制御ECU23、車体傾斜センサ41、駆動モータ52及び能動重量部モータ62とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム40の一部として機能する。前記車体傾斜センサ41は、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り、車体傾斜状態計測装置として機能し、車体の傾斜状態を示す車体傾斜角及び/又は傾斜角速度を検出し、主制御ECU21に送信する。そして、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信する。
Further, the
なお、主制御ECU21には、入力装置30のジョイスティック31から走行指令が入力される。そして、前記主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信する。
The
また、前記制御ECU20は、車両10の走行状態及び車体姿勢の時間変化に基づいて段差抵抗トルクを推定する段差抵抗トルク推定手段として機能する。また、目標走行状態及び段差抵抗トルクに応じて目標とする車体姿勢、すなわち、車体傾斜状態及び/又は能動重量部移動状態を決定する目標車体姿勢決定手段として機能する。さらに、各センサによって取得した車両10の走行状態及び車体姿勢、並びに、目標走行状態、目標車体姿勢及び段差抵抗トルクに応じて各アクチュエータの出力を決定するアクチュエータ出力決定手段として機能する。具体的には、段差抵抗トルクに応じて追加する駆動トルクを決定する段差昇降トルク決定手段、及び、段差昇降トルクに応じて車体の重心補正量を決定する重心補正量決定手段として機能する。
Further, the
なお、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ41として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と車体傾斜角速度を決定してもよい。 Each sensor may acquire a plurality of state quantities. For example, an acceleration sensor and a gyro sensor may be used together as the vehicle body tilt sensor 41, and the vehicle body tilt angle and the vehicle body tilt angular velocity may be determined from the measured values of both.
次に、前記構成の車両10の動作について説明する。まず、走行及び姿勢制御処理の概要について説明する。
Next, the operation of the
図3は本発明の第1の実施の形態における車両の段差昇降動作を示す概略図、図4は本発明の第1の実施の形態における車両の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。なお、図3(a)は比較のための従来技術による動作例を示し、図3(b)は本実施の形態による動作を示している。 FIG. 3 is a schematic view showing the step-up / down operation of the vehicle in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the vehicle travel and attitude control processing in the first embodiment of the present invention. . FIG. 3A shows an example of operation according to the prior art for comparison, and FIG. 3B shows the operation according to the present embodiment.
「背景技術」の項で説明したような従来の車両の場合、図3(a)に示されるように、段差に乗り上げるために駆動輪12に付与した駆動トルクの反作用、すなわち、反トルクが車体に作用するので、車体が後方に傾いてしまう。そのため、段差に乗り上げるときに、安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができない。
In the case of a conventional vehicle as described in the “Background Art” section, as shown in FIG. 3A, the reaction of the drive torque applied to the
これに対し、本実施の形態においては、搭乗部14が能動重量部として機能し、図3(b)に示されるように、搭乗部14を前後に移動させることによって、車両10の重心位置を能動的に補正する。これにより、段差に乗り上げるときには、車体の重心を前方に移動させるので、段差に乗り上げるための駆動トルクを駆動輪12に付与したときの反作用、すなわち、反トルクが車体に作用しても、車体が後方に傾いてしまうことがない。したがって、段差に乗り上げるときにも安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができる。本実施の形態は、特に停止状態及び低速走行状態から段差に進入する場合に効果的である。
In contrast, in the present embodiment, the
また、段差に乗り上げるための駆動トルクを、乗り上げ動作の間、リアルタイムで推定して駆動輪12に付与する。これにより、任意の形状の段差に対して、安定した乗り上げが可能となる。
Further, the driving torque for climbing up the step is estimated in real time during the climbing operation and applied to the
すなわち、本実施の形態においては、車両10の重心位置補正や駆動トルクの付与を含む走行及び姿勢制御処理を実行することによって、車両10は安定して段差を昇降することができる。
In other words, in the present embodiment, the
走行及び姿勢制御処理において、制御ECU20は、まず、状態量の取得処理を実行し(ステップS1)、各センサ、すなわち、駆動輪センサ51、車体傾斜センサ41及び能動重量部センサ61によって、駆動輪12の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部14の移動状態を取得する。
In the running and posture control process, the
次に、制御ECU20は、段差昇降トルクの決定処理を実行し(ステップS2)、状態量の取得処理で取得した状態量、すなわち、駆動輪12の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部14の移動状態と、各アクチュエータの出力値、すなわち、駆動モータ52及び能動重量部モータ62の出力値に基づき、オブザーバによって段差抵抗トルクを推定し、段差昇降トルクを決定する。ここで、前記オブザーバは、力学的なモデルに基づいて、制御系の内部状態を観測する方法であり、ワイヤードロジック又はソフトロジックで構成される。
Next, the
次に、制御ECU20は、目標走行状態の決定処理を実行し(ステップS3)、ジョイスティック31の操作量に基づいて、車両10の加速度の目標値、及び、駆動輪12の回転角速度の目標値を決定する。
Next, the
次に、制御ECU20は、目標車体姿勢の決定処理を実行し(ステップS4)、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルクと、目標走行状態の決定処理によって決定された車両10の加速度の目標値に基づいて、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾斜角及び能動重量部位置の目標値を決定する。
Next, the
最後に、制御ECU20は、アクチュエータ出力の決定処理を実行し(ステップS5)、状態量の取得処理によって取得された各状態量、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルク、目標走行状態の決定処理によって決定された目標走行状態、及び、目標車体姿勢の決定処理によって決定された目標車体姿勢に基づいて、各アクチュエータの出力、すなわち、駆動モータ52及び能動重量部モータ62の出力を決定する。
Finally, the
次に、走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。 Next, details of the traveling and attitude control processing will be described. First, the state quantity acquisition process will be described.
図5は本発明の第1の実施の形態における車両の力学モデル及びそのパラメータを示す図、図6は本発明の第1の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a diagram showing a vehicle dynamic model and its parameters according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart showing an operation of state quantity acquisition processing according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、状態量やパラメータを次のような記号によって表す。なお、図5には状態量やパラメータの一部が示されている。
θW :駆動輪回転角〔rad〕
θ1 :車体傾斜角(鉛直軸基準)〔rad〕
λS :能動重量部位置(車体中心点基準)〔m〕
τW :駆動トルク(2つの駆動輪の合計)〔Nm〕
SS :能動重量部推力〔N〕
g:重力加速度〔m/s2 〕
mW :駆動輪質量(2つの駆動輪の合計)〔kg〕
RW :駆動輪接地半径〔m〕
IW :駆動輪慣性モーメント(2つの駆動輪の合計)〔kgm2 〕
DW :駆動輪回転に対する粘性減衰係数〔Ns/rad〕
m1 :車体質量(能動重量部を含む)〔kg〕
l1 :車体重心距離(車軸から)〔m〕
I1 :車体慣性モーメント(重心周り)〔kgm2 〕
D1 :車体傾斜に対する粘性減衰係数〔Ns/rad〕
mS :能動重量部質量〔kg〕
lS :能動重量部重心距離(車軸から)〔m〕
IS :能動重量部慣性モーメント(重心周り)〔kgm2 〕
DS :能動重量部並進に対する粘性減衰係数〔Ns/rad〕
In the present embodiment, state quantities and parameters are represented by the following symbols. FIG. 5 shows some of the state quantities and parameters.
θ W : Drive wheel rotation angle [rad]
θ 1 : Body tilt angle (vertical axis reference) [rad]
λ S : Active weight part position (vehicle center point reference) [m]
τ W : Driving torque (total of two driving wheels) [Nm]
S S : Active weight part thrust [N]
g: Gravity acceleration [m / s 2 ]
m W : Drive wheel mass (total of two drive wheels) [kg]
R W : Driving wheel contact radius [m]
I W : Moment of inertia of driving wheel (total of two driving wheels) [kgm 2 ]
D W : Viscosity damping coefficient [Ns / rad] with respect to drive wheel rotation
m 1 : Body mass (including active weight) [kg]
l 1 : Body center-of-gravity distance (from axle) [m]
I 1 : Body inertia moment (around the center of gravity) [kgm 2 ]
D 1 : Viscous damping coefficient with respect to vehicle body tilt [Ns / rad]
m S : Active weight part mass [kg]
l S : Active weight part center of gravity distance (from axle) [m]
I S : Active weight part inertia moment (around the center of gravity) [kgm 2 ]
D S : Viscosity damping coefficient [Ns / rad] for active weight part translation
次に、段差昇降トルクの決定処理について説明する。 Next, the step elevation torque determination process will be described.
図7は本発明の第1の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the step elevation torque determination process in the first embodiment of the present invention.
段差昇降トルクの決定処理において、主制御ECU21は、まず、段差抵抗トルクτD を推定する(ステップS2−1)。この場合、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回(一つ前の時間ステップ)の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力に基づき、次の式(1)により、段差抵抗トルクτD を推定する。
In the step elevation torque determination process, the
続いて、主制御ECU21は、段差昇降トルクτC を決定する(ステップS2−2)。この場合、推定した段差抵抗トルクτD の値を段差昇降トルクτC の値とする。すなわち、τC =τD とする。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、駆動モータ52が出力する駆動トルクと、状態量としての車両並進加速度を示す駆動輪回転角加速度、車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定する。この場合、駆動輪12の回転状態を示す駆動輪回転角加速度だけでなく、車体姿勢の変化を示す車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度も考慮している。すなわち、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両、いわゆる倒立型車両に特有の要素である車体姿勢の変化を考慮している。
As described above, in the present embodiment, based on the driving torque output from the driving
従来においては、駆動トルクと駆動輪回転角加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定するため、特に車体の姿勢が変化しているとき、段差抵抗トルクの推定値に大きな誤差が生じることがあった。しかし、本実施の形態においては、車体の姿勢変化を示す車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度をも考慮して段差抵抗トルクを推定するので、大きな誤差が生じることがなく、高い精度で段差抵抗トルクを推定することができる。 Conventionally, since the step resistance torque is estimated based on the drive torque and the driving wheel rotation angular acceleration, a large error may occur in the estimated value of the step resistance torque especially when the posture of the vehicle body is changing. . However, in the present embodiment, the step resistance torque is estimated in consideration of the vehicle body inclination angle acceleration indicating the change in the posture of the vehicle body and the active weight portion moving acceleration, so that a large error does not occur and the step is highly accurate. The resistance torque can be estimated.
一般的に、倒立型車両では、駆動輪と相対的に車体の重心が前後に移動するので、駆動輪が停止していても、車両の重心が前後に移動することがある。したがって、重心の加速度と駆動力、あるいは、駆動トルクとから段差抵抗トルクを高い精度で推定するためには、このような影響を考慮する必要がある。一般的な倒立型車両においては、車両全体に対する車体の重量比率が高く、かつ、段差昇降動作中の姿勢変化が大きいので、このような影響が大きくなる。 Generally, in an inverted type vehicle, the center of gravity of the vehicle body moves back and forth relative to the drive wheels, so that the center of gravity of the vehicle may move back and forth even when the drive wheels are stopped. Therefore, in order to estimate the step resistance torque with high accuracy from the acceleration of the center of gravity and the driving force or the driving torque, it is necessary to consider such an influence. In a general inverted type vehicle, the weight ratio of the vehicle body with respect to the entire vehicle is high, and the change in posture during the step-up / down operation is large, so such an effect becomes large.
また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に変化する段差抵抗トルクを常に推定している。例えば、段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪12に付与すると、昇降終了直前に、車両10が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両10が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。そこで、本実施の形態においては、段差昇降状態と共に変化する段差抵抗トルクの推定をリアルタイムで行い、その値を常に更新することで、常に段差の昇降動作に適した段差昇降トルクを付与するようになっている。
In the present embodiment, the step resistance torque that changes during the step-up / down operation is always estimated. For example, if a constant drive torque is applied to the
なお、段差抵抗トルクの推定値にローパスフィルタをかけることによって、推定値の高周波成分を除去することもできる。この場合、推定に時間遅れが生じるが、高周波成分に起因する振動を抑制することができる。 Note that the high frequency component of the estimated value can be removed by applying a low pass filter to the estimated value of the step resistance torque. In this case, a time delay occurs in the estimation, but the vibration caused by the high frequency component can be suppressed.
本実施の形態においては、慣性力のみを考慮しているが、駆動輪12の転がり抵抗や回転軸の摩擦による粘性抵抗、あるいは、車両10に作用する空気抵抗などを副次的な影響として考慮してもよい。
In the present embodiment, only the inertial force is considered, but the rolling resistance of the
また、本実施の形態においては、駆動輪12の回転運動に関する線形モデルを使用しているが、より正確な非線形モデルを使用してもよいし、車体傾斜運動や能動重量部並進運動についてのモデルを使用してもよい。なお、非線形モデルについては、マップの形式で関数を適用することもできる。
In the present embodiment, a linear model related to the rotational motion of the
さらに、計算の簡略化のために、車体姿勢の変化を考慮しなくてもよい。 Further, in order to simplify the calculation, it is not necessary to consider the change in the body posture.
次に、目標走行状態の決定処理について説明する。 Next, the target travel state determination process will be described.
図8は本発明の第1の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the target travel state determination process in the first embodiment of the present invention.
目標走行状態の決定処理において、主制御ECU21は、まず、操縦操作量を取得する(ステップS3−1)。この場合、乗員15が、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するために操作したジョイスティック31の操作量を取得する。
In the determination process of the target travel state, the
続いて、主制御ECU21は、取得したジョイスティック31の操作量に基づいて、車両加速度の目標値を決定する(ステップS3−2)。例えば、ジョイスティック31の前後方向への操作量に比例した値を車両加速度の目標値とする。
Subsequently, the
続いて、主制御ECU21は、決定した車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する(ステップS3−3)。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径RW で除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。
Subsequently, the
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。 Next, the target vehicle body posture determination process will be described.
図9は本発明の第1の実施の形態における能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値の変化を示すグラフ、図10は本発明の第1の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a graph showing changes in the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle in the first embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows the target vehicle body posture in the first embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the operation | movement of a determination process.
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ECU21は、まず、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する(ステップS4−1)。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と、段差昇降トルクの決定処理によって取得された段差昇降トルクτC に基づき、次の式(2)及び(3)により、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。
In the target body posture determination process, the
続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を算出する(ステップS4−2)。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することにより、駆動輪回転角、車体傾斜角速度及び能動重量部移動速度の目標値を算出する。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC に伴って車体に作用する反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。 Thus, in the present embodiment, not only the inertial force and drive motor reaction torque acting on the vehicle body in accordance with the vehicle acceleration, but also acting on the vehicle body with the step lifting torque τ C corresponding to the step resistance torque τ D. The target value of the vehicle body posture, that is, the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle are determined in consideration of the counter torque.
このとき、車体に作用して車体を傾斜させようとするトルク、すなわち、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両10が段差を上るときには、搭乗部14を前方へ移動させ、あるいは、さらに車体を前方へ傾ける。また、車両10が段差を下るときには、搭乗部14を後方へ移動させ、あるいは、さらに車体を後方へ傾ける。
At this time, the center of gravity of the vehicle body is moved so that the torque that acts on the vehicle body to tilt the vehicle body, that is, the vehicle body tilt torque is canceled out by the action of gravity. For example, when the
本実施の形態においては、図9に示されるように、まず、車体を傾斜させずに搭乗部14を移動させ、該搭乗部14が能動重量部移動限界に達すると、車体の傾斜を開始させる。そのため、細かい加減速に対しては車体が前後に傾かないので、乗員15にとっての乗り心地が向上する。また、格別に高い段差でなければ、段差の上でも車体が直立状態を維持するので、乗員15にとっての視界の確保が容易となる。さらに、格別に高い段差でなければ、段差の上でも車体が大きく傾斜することがないので、車体の一部が路面に接触することが防止される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, first, the
なお、本実施の形態においては、能動重量部移動限界が前方と後方とで等しい場合を想定しているが、前方と後方とで異なる場合には、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有無を切り替えるようにしてもよい。例えば、加速性能よりも制動性能を高く設定する場合、後方の能動重量部移動限界を前方の限界よりも遠くに設定する必要がある。 In the present embodiment, it is assumed that the active weight part movement limit is equal between the front and the rear, but when the front and rear are different, the inclination of the vehicle body is changed according to each limit. The presence or absence may be switched. For example, when the braking performance is set higher than the acceleration performance, it is necessary to set the rear active weight portion movement limit farther than the front limit.
また、本実施の形態においては、加速度が低いときや段差が低いときには、搭乗部14の移動だけで対応させているが、その車体傾斜トルクの一部又は全部を車体の傾斜で対応させてもよい。車体を傾斜させることにより、乗員15に作用する前後方向の慣性力を軽減することができる。
In this embodiment, when the acceleration is low or the level difference is low, only the movement of the
さらに、本実施の形態においては、線形化した力学モデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用することもできる。 Furthermore, in the present embodiment, an expression based on a linearized dynamic model is used, but an expression based on a more accurate nonlinear model or a model considering viscous resistance may be used. Note that if the equation is nonlinear, the function can be applied in the form of a map.
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。 Next, the actuator output determination process will be described.
図11は本発明の第1の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the actuator output determination process in the first embodiment of the present invention.
アクチュエータ出力の決定処理において、主制御ECU21は、まず、各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する(ステップS5−1)。この場合、各目標値と段差昇降トルクτC とから、次の式(4)により駆動モータ52のフィードフォワード出力を決定し、また、次の式(5)により能動重量部モータ62のフィードフォワード出力を決定する。
In the actuator output determination process, the
このように、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC を自動的に追加することにより、つまり、段差抵抗トルクτD に応じて駆動トルクを補正することにより、段差の昇降の際にも、平地と同様の操縦感覚を提供することができる。すなわち、平地と同様の操縦操作で段差を乗り降りすることができる。また、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、段差の昇降の際に、車両10が不必要に加減速することがない。
Thus, by automatically adding the step lifting torque τ C according to the step resistance torque τ D , that is, by correcting the driving torque according to the step resistance torque τ D , when the step is raised or lowered Can also provide the same handling feeling as the flat ground. That is, it is possible to get on and off the level difference by the same steering operation as that on the flat ground. In addition, the
このように、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現する。 Thus, in the present embodiment, more accurate control is realized by theoretically giving a feedforward output.
なお、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。 Note that the feed-forward output can be omitted as necessary. In this case, the feedback control indirectly gives a value close to the feedforward output with a steady deviation. Further, the steady deviation can be reduced by applying an integral gain.
続いて、主制御ECU21は、各アクチュエータのフィードバック出力を決定する(ステップS5−2)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式(6)により駆動モータ52のフィードバック出力を決定し、また、次の式(7)により能動重量部モータ62のフィードバック出力を決定する。
Subsequently, the
なお、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入することもできる。また、より簡単な制御として、KW2、KW3及びKS5を除くフィードバックゲインのいくつかをゼロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくすために、積分ゲインを導入してもよい。 Note that nonlinear feedback control such as sliding mode control can also be introduced. As simpler control, some of the feedback gains excluding K W2 , K W3, and K S5 may be set to zero. Further, an integral gain may be introduced in order to eliminate the steady deviation.
最後に、主制御ECU21は、各要素制御システムに指令値を与える(ステップS5−3)。この場合、主制御ECU21は、前述のように決定したフィードフォワード出力とフィードバック出力との和を駆動トルク指令値及び能動重量部推力指令値として、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23に送信する。
Finally, the
このように、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτD をオブザーバによって推定し、段差昇降トルクτC を与えるとともに、搭乗部14を段差の上段方向に移動させる。そのため、段差の上でも車体を直立に保持することができ、段差の昇降にも対応することができる。また、段差を計測する装置が不要となり、システム構成を簡素化してコストを低減することができる。
As described above, in the present embodiment, the step resistance torque τ D is estimated by the observer, the step lifting torque τ C is applied, and the
さらに、車体の姿勢を示す車体傾斜角θ1 及び能動重量部位置λS を考慮して段差昇降トルクτC を推定するので、大きな誤差が生じることなく、極めて高い精度で段差昇降トルクτC を推定することができる。 Furthermore, since in view of the vehicle body inclination angle theta 1 and active weight portion position lambda S indicates the attitude of the vehicle body is estimated the step lifting torque tau C, without a large error occurs, the step lifting torque tau C with extremely high precision Can be estimated.
なお、本実施の形態は、段差を上るときだけでなく、段差を降りるときにも有効であることを注記する。段差昇降トルクの付与によって段差降下時の車両の加速を抑えるのと共に、搭乗部14を後方に移動させることにより車体を直立に保持する。これは、以降で説明する第2及び第3の実施の形態でも同様である。
Note that this embodiment is effective not only when climbing a step, but also when descending a step. The acceleration of the vehicle when the step is lowered is suppressed by applying the step lifting torque, and the vehicle body is held upright by moving the riding
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. The description of the same operation and the same effect as those of the first embodiment is also omitted.
図12は本発明の第2の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図、図13は本発明の第2の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図である。 FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the vehicle control system in the second embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a schematic diagram showing the operation in raising and lowering the step of the vehicle in the second embodiment of the present invention. .
前記第1の実施の形態においては、搭乗部14が、車両10の前後方向に本体部11に対して相対的に並進可能となるように取り付けられ、能動重量部として機能する。この場合、能動重量部モータ62を備える移動機構が配設され、これにより搭乗部14を並進させるので、構造の複雑化、コストや重量の増加と共に、制御システムも複雑化する。一方、前記第1の実施の形態は、搭乗部14を移動させる移動機構を有していない倒立型車両に適用することは不可能である。
In the first embodiment, the riding
そこで、本実施の形態においては、搭乗部14を移動させる移動機構が省略されている。また、図12に示されるように、制御システムからも、能動重量部制御システム60が省略され、能動重量部制御ECU23、能動重量部センサ61及び能動重量部モータ62が省略されている。なお、その他の点の構成については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
Therefore, in the present embodiment, a moving mechanism for moving the
そして、本実施の形態においては、図13に示されるように、段差を昇降する際には、段差を昇降するための駆動輪12に付与する駆動トルク、すなわち、段差昇降トルクの反作用として車体に作用する反トルクとしての車体傾斜トルクに対し、車体を段差昇降トルクに応じた角度だけ段差の上段方向に傾けることにより、車体傾斜トルクを重力の作用で打ち消してバランスを保つようになっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, when raising and lowering the step, the driving torque applied to the
なお、「背景技術」の項でも説明したように、例えば、段差に乗り上げるとき、必要な駆動トルクを駆動輪に付与すると、その反作用が車体に働くので、車体が段差と逆の方向、すなわち、段差の下段方向に大きく傾いてしまう。一方、車体の姿勢を直立に維持しようとすると、必要な駆動トルクを駆動輪に付与することができないので、段差に乗り上げることができなくなってしまう。また、段差を降りるときにも同様の現象が発生し、車体が前方に傾いてしまう。 In addition, as described in the section of “Background Art”, for example, when a required driving torque is applied to the driving wheel when riding on a step, the reaction acts on the vehicle body, so that the vehicle body is in a direction opposite to the step, that is, It will be greatly inclined in the lower direction of the step. On the other hand, if the posture of the vehicle body is to be maintained upright, the necessary driving torque cannot be applied to the driving wheels, so that it is impossible to ride on the step. In addition, the same phenomenon occurs when getting down the step, and the vehicle body tilts forward.
これに対し、本実施の形態においては、段差の高さに適した角度だけ車体を段差の上段方向に意図的に傾けるので、段差の昇降の際にも、安定した車体の姿勢を保つことができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。 In contrast, in the present embodiment, the vehicle body is intentionally tilted in the upper direction of the step by an angle suitable for the height of the step, so that a stable body posture can be maintained even when the step is raised or lowered. It is possible to travel safely and comfortably in places with steps.
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要及び目標走行状態の決定処理については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、状態量の取得処理、段差昇降トルクの決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理についてのみ説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。 Next, details of the traveling and posture control processing in the present embodiment will be described. Note that the outline of the travel and attitude control process and the determination process of the target travel state are the same as those in the first embodiment, so the description is omitted, the state quantity acquisition process, the step elevation torque determination process, Only the target vehicle body attitude determination process and the actuator output determination process will be described. First, the state quantity acquisition process will be described.
図14は本発明の第2の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the state quantity acquisition process in the second embodiment of the present invention.
次に、段差昇降トルクの決定処理について説明する。 Next, the step elevation torque determination process will be described.
図15は本発明の第2の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the step elevation torque determination process in the second embodiment of the present invention.
段差昇降トルクの決定処理において、主制御ECU21は、段差抵抗トルクτD を推定する(ステップS2−11)。この場合、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回(一つ前の時間ステップ)の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力とに基づき、次の式(8)により、段差抵抗トルクτD を推定する。
In the step elevation torque determination process, the
続いて、主制御ECU21は、段差昇降トルクτC を決定する(ステップS2−12)。この場合、推定した段差抵抗トルクτD の値を段差昇降トルクτC の値とする。すなわち、τC =τD とする。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、駆動モータ52が出力する駆動トルクと、状態量としての駆動輪回転角加速度及び車体傾斜角加速度に基づいて段差抵抗トルクを推定する。この場合、駆動輪12の回転状態を示す駆動輪回転角加速度だけでなく、車体姿勢の変化を示す車体傾斜角加速度も考慮している。すなわち、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両、いわゆる倒立型車両に特有の要素である車体姿勢の変化を考慮している。
Thus, in the present embodiment, the step resistance torque is estimated based on the driving torque output from the driving
従来においては、駆動トルクと駆動輪回転角加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定するため、特に車体の姿勢が大きく変化するとき、段差抵抗トルクの推定値に大きな誤差が生じることがあった。しかし、本実施の形態においては、車体の姿勢変化を示す車体傾斜角加速度を考慮して段差抵抗トルクを推定するので、大きな誤差が生じることがなく、高い精度で段差抵抗トルクを推定することができる。 Conventionally, since the step resistance torque is estimated based on the driving torque and the driving wheel rotation angular acceleration, a large error may occur in the estimated value of the step resistance torque especially when the posture of the vehicle body changes greatly. However, in the present embodiment, the step resistance torque is estimated in consideration of the vehicle body inclination angle acceleration indicating the change in the posture of the vehicle body, so that a large error does not occur and the step resistance torque can be estimated with high accuracy. it can.
また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に変化する段差抵抗トルクを常に推定している。例えば、段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪12に付与すると、昇降終了直前に、車両10が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両10が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。そこで、本実施の形態においては、段差昇降状態と共に変化する段差抵抗トルクの推定をリアルタイムで行い、その値を常に更新することで、常に段差の昇降動作に適した段差昇降トルクを付与するようになっている。
In the present embodiment, the step resistance torque that changes during the step-up / down operation is always estimated. For example, if a constant drive torque is applied to the
なお、前記第1の実施の形態と同様に、段差抵抗トルクの推定値にローパスフィルタをかけることによって、推定値の高周波成分を除去することもできる。この場合、推定に時間遅れが生じるが、高周波成分に起因する振動を抑制することができる。 As in the first embodiment, a high-frequency component of the estimated value can be removed by applying a low-pass filter to the estimated value of the step resistance torque. In this case, a time delay occurs in the estimation, but the vibration caused by the high frequency component can be suppressed.
本実施の形態においては、慣性力のみを考慮しているが、駆動輪12の転がり抵抗や回転軸の摩擦による粘性抵抗、あるいは、車両10に作用する空気抵抗などを、副次的な影響として考慮してもよい。
In the present embodiment, only the inertial force is considered, but the rolling resistance of the
また、より正確な非線形モデルを使用してもよいし、車体傾斜運動についてのモデルを使用してもよい。なお、非線形モデルについては、マップの形式で関数を適用することもできる。 Further, a more accurate nonlinear model may be used, or a model for vehicle body tilt motion may be used. For nonlinear models, functions can also be applied in the form of maps.
さらに、計算の簡略化のために、車体姿勢の変化を考慮しなくてもよい。 Further, in order to simplify the calculation, it is not necessary to consider the change in the body posture.
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。 Next, the target vehicle body posture determination process will be described.
図16は本発明の第2の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart showing the operation of target body posture determination processing in the second embodiment of the present invention.
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ECU21は、まず、車体傾斜角の目標値を決定する(ステップS4−11)。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と、段差昇降トルクの決定処理によって取得された段差昇降トルクτC とに基づき、次の式(9)により、車体傾斜角の目標値を決定する。
In the determination process of the target vehicle body posture, the
続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を算出する(ステップS4−12)。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することにより、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値を算出する。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC に伴って車体に作用する反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾斜角の目標値を決定する。 Thus, in the present embodiment, not only the inertial force and drive motor reaction torque acting on the vehicle body in accordance with the vehicle acceleration, but also acting on the vehicle body with the step lifting torque τ C corresponding to the step resistance torque τ D. The target value of the vehicle body posture, that is, the target value of the vehicle body tilt angle is determined in consideration of the counter torque.
このとき、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両10が加速するとき及び段差を上るときには車体を前方へ傾ける。また、車両10が減速するとき及び段差を下るときには車体を後方へ傾ける。
At this time, the center of gravity of the vehicle body is moved so as to cancel the vehicle body tilt torque by the action of gravity. For example, when the
なお、本実施の形態においては、線形化した力学モデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用することもできる。 In the present embodiment, an expression based on a linearized dynamic model is used, but an expression based on a more accurate nonlinear model or a model considering viscous resistance may be used. Note that if the equation is nonlinear, the function can be applied in the form of a map.
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。 Next, the actuator output determination process will be described.
図17は本発明の第2の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the actuator output determination process in the second embodiment of the present invention.
アクチュエータ出力の決定処理において、主制御ECU21は、まず、アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する(ステップS5−11)。この場合、目標値と段差昇降トルクτC とから、前記第1の実施の形態において説明した前記式(4)により駆動モータ52のフィードフォワード出力を決定する。
In the actuator output determination process, the
前記式(4)に表されるように、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC を自動的に追加することにより、段差の昇降の際にも、平地と同様の操縦感覚を提供することができる。すなわち、平地と同様の操縦操作で段差を乗り降りすることができる。また、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、段差の昇降の際に、車両10が不必要に加減速することがない。
As shown in the above equation (4), by automatically adding a step lifting torque τ C corresponding to the step resistance torque τ D , the same control feeling as on the flat ground is provided even when the step is raised or lowered can do. That is, it is possible to get on and off the level difference by the same steering operation as that on the flat ground. In addition, the
なお、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現するが、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。 In the present embodiment, more accurate control is realized by theoretically giving a feedforward output, but the feedforward output can be omitted if necessary. In this case, the feedback control indirectly gives a value close to the feedforward output with a steady deviation. Further, the steady deviation can be reduced by applying an integral gain.
続いて、主制御ECU21は、アクチュエータのフィードバック出力を決定する(ステップS5−12)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式(10)により駆動モータ52のフィードバック出力を決定する。
Subsequently, the
なお、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入することもできる。また、より簡単な制御として、KW2及びKW3を除くフィードバックゲインのいくつかをゼロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくすために、積分ゲインを導入してもよい。 Note that nonlinear feedback control such as sliding mode control can also be introduced. As a simpler control, some of the feedback gains excluding K W2 and K W3 may be set to zero. Further, an integral gain may be introduced in order to eliminate the steady deviation.
最後に、主制御ECU21は、要素制御システムに指令値を与える(ステップS5−13)。この場合、主制御ECU21は、前述のように決定したフィードフォワード出力とフィードバック出力との和を駆動トルク指令値として、駆動輪制御ECU22に送信する。
Finally, the
このように、本実施の形態においては、車体を段差の上段方向に傾けて、段差の昇降の際にバランスを保つことができる。したがって、搭乗部14を移動させる移動機構を有していない倒立型車両に適用することができ、構造及び制御システムを簡素化することで、安価で軽量な倒立型車両でも安定した段差の乗り降りを実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the vehicle body can be tilted in the upper direction of the step to maintain the balance when the step is raised or lowered. Therefore, it can be applied to an inverted vehicle that does not have a moving mechanism for moving the
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、第1及び第2の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1及び第2の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st and 2nd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Also, the description of the same operations and effects as those of the first and second embodiments is omitted.
図18は本発明の第3の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり段差手前で段差を検出している状態を示す図、図19は本発明の第3の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図、図20は本発明の第3の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図18において、(b)は(a)の要部拡大図、図19において、(a)〜(c)は一連の動作を示す図である。 FIG. 18 is a schematic diagram showing the configuration of the vehicle according to the third embodiment of the present invention, showing a state where a step is detected before the step, and FIG. 19 is a vehicle according to the third embodiment of the present invention. FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a vehicle control system according to a third embodiment of the present invention. 18, (b) is an enlarged view of the main part of (a), and (a) to (c) in FIG. 19 show a series of operations.
段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪12に付与すると、昇降終了直前に、車両10が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両10が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。
If a constant driving torque is applied to the
そこで、本実施の形態においては、車両10の進行方向の段差をセンサによって検出し、該センサによって計測した段差の位置と高さ、及び、段差の昇降状態に相当する駆動輪回転角に応じて、段差昇降トルクを変化させるようになっている。
Therefore, in the present embodiment, a step in the traveling direction of the
そのため、本実施の形態において、車両10は、図18に示されるように、段差計測センサとしての距離センサ71を有する。該距離センサ71は、例えば、レーザ光を利用したものであるが、いかなる種類のセンサであってもよい。図18に示される例においては、2つの距離センサ71が、互いに前後に離れて、搭乗部14の下面に配設され、各々が下面から路面までの距離を計測する。そして、各距離センサ71の計測値の変化から、路面の段差を検出し、検出した段差の位置及び高さを取得することができる。望ましくは、一方の距離センサ71が駆動輪12の路面に接地する部位よりも前方に位置し、他方の距離センサ71が駆動輪12の路面に接地する部位よりも後方に位置するように配設される。このように、2つの距離センサ71が駆動輪12の接地点から前後に離れた位置において路面までの距離を計測するので、車両10の前後の段差を検出することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
また、車両10は、図20に示されるように、距離センサ71を含む段差計測システム70を有する。そして、距離センサ71は、前後の2点において、路面までの距離としての対地距離を検出して主制御ECU21に送信する。
Moreover, the
これにより、例えば、段差に乗り上げる場合、図19に示されるように、車両10が上昇するのに応じて搭乗部14の移動量、段差に乗り上げるための駆動トルク等を変化させ、安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができる。
Thus, for example, when riding on a step, as shown in FIG. 19, the amount of movement of the
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要、状態量の取得処理、目標走行状態の決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、段差昇降トルクの決定処理についてのみ説明する。 Next, details of the traveling and posture control processing in the present embodiment will be described. The outline of the travel and attitude control process, the state quantity acquisition process, the target travel state determination process, the target vehicle body attitude determination process, and the actuator output determination process are the same as those in the first embodiment. The description will be omitted, and only the process for determining the step lifting torque will be described.
図21は本発明の第3の実施の形態における上りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図、図22は本発明の第3の実施の形態における上りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図、図23は本発明の第3の実施の形態における下りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図、図24は本発明の第3の実施の形態における下りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図、図25は本発明の第3の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 21 is a diagram showing a geometric condition when measuring an ascending step according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a step ascending / descending resistivity of the ascending step according to the third embodiment of the present invention. FIG. 23 is a diagram showing a geometric condition when measuring a down step in the third embodiment of the present invention, and FIG. 24 is a down view in the third embodiment of the present invention. The figure which shows the change of the level | step difference raising / lowering resistivity of a level | step difference, FIG. 25: is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the level | step difference raising / lowering torque in the 3rd Embodiment of this invention.
段差昇降トルクの決定処理において、主制御ECU21は、まず、距離センサ71の計測値を取得する(ステップS2−21)。この場合、前後2つの距離センサ71から対地距離の計測値を取得する。
In the step elevation torque determination process, the
続いて、主制御ECU21は、段差の位置と高さとを決定する(ステップS2−22)。この場合、各距離センサ71から取得した対地距離の時間履歴と、車体傾斜角θ1 と、搭乗部14の位置、すなわち、能動重量部位置λS とに基づき、段差の位置と高さとを決定する。
Subsequently, the
続いて、主制御ECU21は、段差抵抗トルクτD を決定する(ステップS2−23)。この場合、段差抵抗トルクτD を、次の式(11)により算出する。
τD =ξτD,Max ・・・式(11)
ここで、τD,Max は最大段差抵抗トルクであり、ξは段差昇降抵抗率である。
Subsequently, the
τ D = ξτ D, Max (11)
Here, τ D, Max is the maximum step resistance torque, and ξ is the step elevation resistance.
図21に示されるように、段差が上り、すなわち、昇段である場合、最大段差抵抗トルクτD,Max 及び段差昇降抵抗率ξは、次の式(12)及び(13)で表される。なお、図21において、Xは段差検出時における段差までの距離であり、Hは段差の高さである。昇段の場合、Hはゼロ以上となる。 As shown in FIG. 21, when the step is ascending, that is, ascending, the maximum step resistance torque τ D, Max and the step elevation resistivity ξ are expressed by the following equations (12) and (13). In FIG. 21, X is the distance to the step when the step is detected, and H is the height of the step. In the case of ascending stage, H is zero or more.
なお、η0 は、仮想登坂角であり、段差を上るために必要な駆動輪回転角に相当する。また、θW,S は駆動輪12が段差に接触した時点の駆動輪回転角であり、θW,0 は段差を検出した時点の駆動輪回転角である。さらに、ΔθW は段差接触以降の駆動輪回転角であり、その値は、駆動輪12が段差に接触した時点でゼロになる。
In addition, η 0 is a virtual climbing angle and corresponds to a driving wheel rotation angle necessary for climbing a step. Θ W, S is the driving wheel rotation angle when the
そして、段差抵抗トルクτD の値は、図22に示されるように変化する。すなわち、駆動輪12が段差に接触した時点で最大値であるτD,Max となり、昇段中に徐々に減少し、昇段を終了した時点で最小値であるゼロになる。
Then, the value of the step resistance torque τ D changes as shown in FIG. That is, the maximum value τ D, Max is reached when the
また、図23に示されるように、段差が下り、すなわち、降段である場合、最大段差抵抗トルクτD,Max 及び段差昇降抵抗率ξは、次の式(14)及び(15)で表される。なお、図23においても、Xは段差検出時における段差までの距離であり、Hは段差の高さであるが、降段の場合、Hはゼロ未満、すなわち、マイナスとなる。 As shown in FIG. 23, when the step is down, that is, when the step is down, the maximum step resistance torque τ D, Max and the step elevation resistivity ξ are expressed by the following equations (14) and (15). Is done. In FIG. 23, X is the distance to the step when detecting the step, and H is the height of the step, but in descending step, H is less than zero, that is, minus.
そして、段差抵抗トルクτD の値は、図24に示されるように変化する。すなわち、駆動輪12が段差に接触した時点で最小値であるゼロであり、降段中に徐々に減少し、降段を終了する時点の直前で最大値であるτD,Max となる。
Then, the value of the step resistance torque τ D changes as shown in FIG. That is, the minimum value is zero when the
最後に、主制御ECU21は、段差昇降トルクτC を決定する(ステップS2−24)。この場合、推定した段差抵抗トルクτD の値を段差昇降トルクτC の値とする。すなわち、τC =τD とする。
Finally, the
このように、段差昇降トルクの決定処理においては、段差の高さHに応じて段差抵抗トルクτD の大きさを変えるようになっている。つまり、段差の高さHの値が大きいほど段差抵抗トルクτD の値を大きくする。 As described above, in the step elevation torque determination process, the step resistance torque τ D is changed in accordance with the step height H. That is, the value of the step resistance torque τ D is increased as the value of the step height H is increased.
また、車両10の段差昇降状態に応じて段差抵抗トルクτD の大きさを変えるようになっている。つまり、駆動輪回転角θW から車両10の昇降状態を推定し、段差昇降抵抗率ξの値を変化させる。これにより、車両10の速度変化にも対応することができる。
Further, the magnitude of the step resistance torque τ D is changed in accordance with the step elevation state of the
具体的には、段差を上る場合、すなわち、段差の高さHがゼロ以上の場合、駆動輪回転角θW の増加とともに、段差抵抗トルクτD (段差昇降抵抗率ξ)を減少させる。これは、段差を上るにつれて、車両10を支持するために必要な駆動トルクが減少するからである。
Specifically, when climbing the step, that is, when the height H of the step is equal to or greater than zero, the step resistance torque τ D (step elevation resistivity ξ) is decreased as the drive wheel rotation angle θ W increases. This is because the driving torque required to support the
一方、段差を下る場合、すなわち、段差の高さHがゼロ未満の場合、駆動輪回転角θW の増加とともに、段差抵抗トルクτD (段差昇降抵抗率ξ)を増加させる。これは、段差を下るにつれて、車両10を支持するために必要な駆動トルクが増加するからである。
On the other hand, when descending the step, that is, when the height H of the step is less than zero, the step resistance torque τ D (step elevation resistivity ξ) is increased as the drive wheel rotation angle θ W increases. This is because the driving torque required to support the
これにより、段差昇降時における車両10の走行状態を安定的に制御することができる。
Thereby, the driving | running | working state of the
なお、本実施の形態においては、車両10の前方に位置する段差に前進して突入した場合についてのみ説明したが、車両10の後方に位置する段差に後進して突入した場合についても、同様の制御を実施することができる。
In the present embodiment, only the case where the
また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に距離センサ71を使用しない場合について説明したが、車両10の段差昇降状態をより正確に把握するために、距離センサ71の計測値を利用することもできる。これにより、駆動輪12がスリップしても安定した制御を行うことが可能となる。
In the present embodiment, the case where the
さらに、本実施の形態においては、段差昇降抵抗率ξの決定式に不連続な関数を使用した場合について説明したが、不連続部分を連続に修正した関数を使用することもできる。また、不連続部分における制御のチャタリング又は車両動作のハンチングを防止するために、ヒステリシス制御(例えば、2つの閾値を設定し、駆動輪12の回転方向に応じて閾値を変える制御)を導入してもよい。 Further, in the present embodiment, the case where a discontinuous function is used in the determination formula of the step elevation resistivity ξ has been described, but a function in which the discontinuous portion is continuously corrected can also be used. In addition, in order to prevent control chattering or vehicle operation hunting at discontinuous portions, hysteresis control (for example, control in which two threshold values are set and the threshold value is changed according to the rotation direction of the drive wheels 12) is introduced. Also good.
さらに、本実施の形態においては、非線形の力学モデルに基づく決定式を使用した場合について説明したが、簡略化のために、線形近似した式を使用してもよい。また、駆動輪12の変形、転がり摩擦、スリップ条件等を考慮した、より高度な決定式を使用してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the case of using a determinant based on a non-linear dynamic model has been described. However, for the sake of simplicity, a linear approximation formula may be used. Further, a more advanced determination formula that considers deformation of the
このように、本実施の形態においては、車両10の進行方向の段差を距離センサ71によって検出し、該距離センサ71によって計測した段差の位置及び高さH並びに駆動輪回転角θW に応じて、段差昇降トルクτC の値を変化させるようになっている。したがって、段差の昇降時にも車体の倒立姿勢を安定に保つことができる。これにより、車両10は、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。
As described above, in the present embodiment, the step in the traveling direction of the
なお、本実施の形態においては、2つの距離センサ71によって段差の検出、並びに、段差の位置及び高さHを計測した場合について説明したが、他の装置や方法を使用することもできる。例えば、カメラによって車両10の進行方向の画像を取得し、取得した画像を解析することによって、段差の検出、並びに、段差の位置及び高さHを計測してもよい。また、例えば、GPS(Global Positioning System)を利用して車両10の位置を取得する車両位置取得システムと、路面と段差に関する情報を含む地図データとに基づいて、車両10の周囲に存在する段差の情報を取得してもよい。
In the present embodiment, the case where a step is detected and the position and height H of the step are measured by the two
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、第1〜第3の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1〜第3の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as the 1st-3rd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Explanation of the same operations and effects as those of the first to third embodiments is also omitted.
図26は本発明の第4の実施の形態における車両の段差昇降動作を示す概略図、図27は本発明の第4の実施の形態における終速度補正係数の変化を示す図、図28は本発明の第4の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。なお、図26(a)は第1の実施の形態による動作例を示し、図26(b)は本実施の形態による動作を示している。 FIG. 26 is a schematic diagram showing the step-up / down operation of the vehicle in the fourth embodiment of the present invention, FIG. 27 is a diagram showing a change in the final speed correction coefficient in the fourth embodiment of the present invention, and FIG. It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target driving state in the 4th Embodiment of invention. FIG. 26A shows an operation example according to the first embodiment, and FIG. 26B shows an operation according to the present embodiment.
車両10が段差を乗り降りする際に、段差を昇降するための駆動トルクを追加する制御動作(以下「段差昇降制御」と称する。)において、追加された駆動トルクを車体の重心移動による重力トルクで打ち消すような車体姿勢の制御を試みても、車体姿勢の目標値の急激な変化に対して実動作が遅れることによって、車体姿勢の制御が不十分になり、車両10が不必要に加減速したり、車体が大きく傾いたりしてしまうことがある。これは、車体姿勢の制御である車体傾斜角の制御や搭乗部14の位置制御には、目標値の設定に対する時間遅れが存在するためである。すなわち、車体姿勢の制御の応答速度が駆動トルクを追加する制御の応答速度に比べて低いため、車体姿勢の制御に不釣り合いが生じる。
In a control operation for adding drive torque for raising and lowering the step when the
もっとも、車体姿勢の制御の応答速度を高めることは可能であるが、そのために、例えば、搭乗部14の移動速度を高くしようとすると、アクチュエータとして高出力の能動重量部モータ62が必要となるので、車両10の重量やコストが増加する。また、車体姿勢の制御の応答速度が高すぎると、乗員15にとって乗り心地が悪化する場合がある。
Of course, it is possible to increase the response speed of the vehicle body posture control. For this reason, for example, if the moving speed of the
そこで、本実施の形態においては、段差昇降中に、車体姿勢が一定となるように、ジョイスティック31の操作量に基づいて決定される車両加速度の目標値を補正する。具体的には、図26(b)に示されるように、段差を上る場合には、段差昇降の開始から終了まで、車体姿勢が一定となるように、段差昇降トルクτC によって車体に作用する反トルクを車両10の減速による慣性力で打ち消すように車両加速度の目標値を減少させる。つまり、段差の昇降に必要な段差昇降トルクτC の反作用として車体に作用する反トルクが、車両10の加減速に伴う慣性力によるトルクと釣り合うように、車両加速度の目標値を補正する。
Therefore, in the present embodiment, the target value of the vehicle acceleration determined based on the operation amount of the
なお、車両速度が低い場合や段差が高い場合には、段差の昇降を完遂することができないため、車両加速度の目標値を補正しない。すなわち、前記第1の実施の形態で説明したように、また、図26(a)に示されるように、搭乗部14を駆動し、段差昇降トルクτC によって車体に作用する反トルクを搭乗部14の移動による重力で打ち消すように本体部11に対して車両進行方向に前後させる。
Note that when the vehicle speed is low or the level difference is high, the elevation of the level difference cannot be completed, so the target value of the vehicle acceleration is not corrected. That is, as described in the first embodiment and as shown in FIG. 26 (a), the riding
これにより、段差昇降時における車体姿勢の急激な変化を抑制することができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。 As a result, it is possible to suppress a sudden change in the vehicle body posture when raising or lowering the step, and it is possible to travel safely and comfortably in a place with a step.
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要、状態量の取得処理、段差昇降トルクの決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、ここでは、目標走行状態の決定処理についてのみ説明する。 Next, details of the traveling and posture control processing in the present embodiment will be described. The outline of the travel and posture control processing, the state quantity acquisition processing, the step elevation torque determination processing, the target vehicle body posture determination processing, and the actuator output determination processing are the same as those in the first embodiment. The description will be omitted, and only the target running state determination process will be described here.
目標走行状態の決定処理において、主制御ECU21は、まず、操縦操作量を取得する(ステップS3−11)。この場合、乗員15が、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するために操作したジョイスティック31の操作量を取得する。
In the target travel state determination process, the
続いて、主制御ECU21は、取得したジョイスティック31の操作量に基づいて、車両加速度の目標値を決定する(ステップS3−12)。この場合、ジョイスティック31の操作量と、駆動輪回転角速度と、段差抵抗トルクとに基づき、次の式(16)により、車両加速度の目標値α* を決定する。
Subsequently, the
ここで、ξVCは終速度補正係数であり、車両10が段差を上がり終えた時点での車両速度を予測した値である車両終速度予測値Vf によって、図27に示されるように変化させる。すなわち、車両終速度予測値Vf が低いときほど、終速度補正係数ξVCを小さくする。なお、ξVC=0は、車両加速度の目標値を補正しないことを意味し、前記第1の実施の形態で説明したような制御を実行することに相当する。
Here, ξ VC is a final speed correction coefficient, and is changed as shown in FIG. 27 by a vehicle final speed predicted value V f that is a value predicted from the vehicle speed when the
具体的に、終速度補正係数ξVCは次の式(18)によって設定される。 Specifically, the final speed correction coefficient ξ VC is set by the following equation (18).
また、Vf0及びVf1は、車両終速度予測値Vf の第1の閾値としての低速側閾値、及び、第2の閾値としての高速側閾値であり、あらかじめ設定された所定値である。そして、車両終速度予測値Vf は、次の式(19)によって与えられる。 V f0 and V f1 are a low speed side threshold value as a first threshold value and a high speed side threshold value as a second threshold value of the vehicle final speed predicted value V f , and are predetermined values set in advance. The predicted vehicle final speed V f is given by the following equation (19).
ここで、CI は慣性に関するパラメータ、Vは修正車両速度、ηは仮想登坂角であり、次の式(20)、(21)及び(22)によって、それぞれ表される。 Here, C I is a parameter related to inertia, V is corrected vehicle speed, eta is a virtual uphill angle, the following equation (20), by (21) and (22) are represented respectively.
ここで、εは、微小定数であり、前記式(19)の分母がゼロになることを防止するために設定された所定値である。 Here, ε is a minute constant, and is a predetermined value set to prevent the denominator of the equation (19) from becoming zero.
なお、仮想登坂角ηは、段差の昇降を完了するのに必要な駆動輪12の回転角であり、例えば、図26(b)に示されるように、駆動輪12が段差に接した状態において、駆動輪12の周面と段差との接点における周面の接線が路面(水平面)となす角度に等しい。
The virtual uphill angle η is the rotation angle of the
最後に、主制御ECU21は、決定した車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する(ステップS3−13)。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径RW で除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。
Finally, the
なお、ここでは、車両10の前方に位置する段差に前進して進入して上がる場合についてのみ説明したが、車両10の後方に位置する段差に後進して進入する場合についても、また、段差を下がる場合についても、同様の制御を実施することができる。
Here, only the case where the vehicle moves forward and enters the step located at the front of the
このように、主制御ECU21は、段差昇降中に、車体姿勢が一定となるように車両加速度の目標値を補正する。
In this way, the
具体的には、段差の昇降に必要な段差昇降トルクの反作用として車体に作用する反トルクが、車両10の加減速に伴う慣性力によるトルクと釣り合うように、車両加速度の目標値を補正する。前進して段差を上がる場合、段差昇降トルクの反作用として車体を後方に倒そうとする反トルクを打ち消すように、車両10を減速させて車体を前方に倒そうとする慣性力を発生させる。このとき、適切な減速を実現するための目標車両加速度補正量基準値を、段差昇降トルクに比例する関数として設定する。これにより、段差昇降時における車体姿勢(車体の傾斜角、搭乗部14の位置等)の急激な変化を抑制して、安定で快適な段差の昇降動作を実現することができる。
Specifically, the target value of the vehicle acceleration is corrected so that the counter-torque acting on the vehicle body as the counter-action of the step-up / down torque required for step-up / down is balanced with the torque caused by the inertial force accompanying the acceleration / deceleration of the
また、車両加速度の目標値の補正量を制限し、過度の補正を防止する。すなわち、目標車両加速度補正量基準値を、所定の最大値である目標車両加速度補正量最大値で制限することによって、自動的な修正に伴う乗員15の操縦感覚との不一致、及び、急な加減速に伴う乗り心地の悪化を防止する。
Further, the correction amount of the target value of the vehicle acceleration is limited to prevent excessive correction. That is, by limiting the target vehicle acceleration correction amount reference value to the target vehicle acceleration correction amount maximum value, which is a predetermined maximum value, a mismatch with the control feeling of the
さらに、低速走行時は、車両加速度の目標値の補正量を制限し、段差昇降の未遂や折り返し動作を防止する。これにより、段差に低速で進入した場合でも、必要な段差昇降制御を適切に実行して安定した段差昇降を実現することができる。 Furthermore, during low-speed traveling, the correction amount of the target value of vehicle acceleration is limited to prevent the attempt to raise or lower the step or the folding operation. Thereby, even when the vehicle enters the step at a low speed, the necessary step elevation control can be appropriately executed to realize stable step elevation.
具体的には、初めに、段差昇降完了時の車両速度を予測した値である車両終速度予測値によって、目標車両加速度補正量修正値による補正を行ったときに段差昇降を完遂することができるか否かを判断する。ここで、車両終速度予測値は、力学的なモデルに基づき、駆動輪回転角速度、段差抵抗トルク、及び、固定した車体姿勢の目標値を決定するジョイスティック31の操作量に応じた車両加速度の目標値の関数として設定される。これにより、重要な判断要素である車両終速度をより正確に予測することができる。
Specifically, step elevation can be completed when correction based on the target vehicle acceleration correction amount correction value is performed based on a vehicle end speed prediction value that is a value obtained by predicting vehicle speed at the time of completion of step elevation. Determine whether or not. Here, the vehicle final speed prediction value is based on a dynamic model, and the vehicle acceleration target according to the operation amount of the
そして、車両終速度予測値が所定の高速側閾値以上である場合、終速度補正係数を1として補正を行う。すなわち、車両速度が大きく低下して段差昇降の未遂や折り返し動作が起こる可能性は低いと判断し、車両を減速させることで、車体姿勢を変化させることなく、安定した状態で段差を上らせる。 When the vehicle final speed predicted value is equal to or greater than a predetermined high speed side threshold value, the final speed correction coefficient is set to 1, and correction is performed. In other words, it is judged that there is a low possibility that the vehicle speed will greatly decrease and the attempt to raise or lower the step or the folding operation will occur, and by decelerating the vehicle, the step can be raised in a stable state without changing the vehicle body posture. .
一方、車両終速度予測値が所定の低速側閾値以下である場合、終速度補正係数を0として補正を行わない。すなわち、車両速度が大きく低下すると段差昇降の未遂や折り返し動作が起こる可能性が高いと判断し、車体姿勢を変化させて重心を移動させることで、走行状態を変化させることなく、安定した状態で段差を上らせる。 On the other hand, when the predicted vehicle final speed is less than or equal to a predetermined low speed side threshold, the final speed correction coefficient is set to 0 and no correction is performed. In other words, if the vehicle speed is greatly reduced, it is determined that there is a high possibility that an attempt to raise or lower a step or a turn-back operation will occur. Raise the step.
また、車両終速度予測値が高速側閾値と低速側閾値との間にある場合には、線形補間した関数によって終速度補正係数を与えることで、制御の切替に伴う走行状態や車体の姿勢の急激な変化や、閾値付近で周期的に切替が繰り返されるような振動を防ぐ。 In addition, when the vehicle end speed prediction value is between the high speed side threshold value and the low speed side threshold value, the final speed correction coefficient is given by a linearly interpolated function, so that Prevents sudden changes and vibrations that are periodically switched near the threshold.
以上の方法により、車両速度と段差の高さ(段差抵抗トルクの大きさ)とを考慮した適度な補正を、簡単に実現することができる。 According to the above method, it is possible to easily realize an appropriate correction in consideration of the vehicle speed and the height of the step (the magnitude of the step resistance torque).
なお、本実施の形態においては、車両終速度予測値が所定の高速側閾値以上である場合には終速度補正係数を1として車体姿勢を一定にする制御、すなわち、車体姿勢を優先した制御を実行する例について説明したが、終速度補正係数を1以下の値として、車体姿勢と車両走行状態とをある程度両立させるようにしてもよい。また、操縦装置であるジョイスティック31にパラメータ調整装置を配設し、乗員15自身が終速度補正係数の値を調整することができるようにしてもよい。
In this embodiment, when the predicted vehicle end speed is equal to or greater than a predetermined high speed side threshold value, control for making the vehicle body posture constant by setting the final speed correction coefficient to 1, that is, control with priority on the vehicle body posture is performed. Although the example of performing was demonstrated, you may make it make a vehicle body attitude | position and a vehicle running state compatible to some extent by making a final speed correction coefficient into a value of 1 or less. Further, a parameter adjusting device may be provided on the
また、本実施の形態においては、車両終速度予測値が所定の高速側閾値及び低速側閾値と比較することによって補正実行の可否を判断する例について説明したが、現時点の車両速度と車両終速度予測値との差分や比率、あるいは他の指標に基づいて補正実行の可否を判断してもよい。 Further, in the present embodiment, an example in which whether or not correction execution is possible is determined by comparing the vehicle end speed prediction value with the predetermined high speed side threshold value and the low speed side threshold value has been described. However, the current vehicle speed and the vehicle end speed are determined. Whether or not correction can be performed may be determined based on a difference or ratio with the predicted value, or another index.
さらに、本実施の形態においては、駆動輪回転角速度の計測値に基づいて車両終速度を予測する例について説明したが、駆動輪回転角速度の目標値に基づいて車両終速度を予測してもよい。これにより、外乱等に伴う駆動輪回転角速度の微小振動が制御に影響を及ぼすことを防止し、より安定した段差昇降制御を実現することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the example in which the vehicle end speed is predicted based on the measured value of the drive wheel rotation angular speed has been described, but the vehicle end speed may be predicted based on the target value of the drive wheel rotation angular speed. . As a result, it is possible to prevent the minute vibration of the rotational angular velocity of the driving wheel accompanying disturbance or the like from affecting the control, and to realize more stable step elevation control.
さらに、本実施の形態においては、車両終速度予測値や仮想登坂角を決定するために非線形の関数を用いた例について説明したが、該非線形の関数を近似した線形の関数を用いることによって計算を簡素化してもよい。また、マップの形で非線形の関数を適用してもよい。 Further, in the present embodiment, an example using a nonlinear function to determine the vehicle final speed predicted value and the virtual climb angle has been described. However, the calculation is performed by using a linear function approximating the nonlinear function. May be simplified. Further, a nonlinear function may be applied in the form of a map.
さらに、本実施の形態においては、段差抵抗トルクの推定値によって段差の高さを推定し、その値に基づいて車両終速度を予測する例について説明したが、前記第3の実施の形態において説明したように距離センサ71等の段差計測センサを使用し、該段差計測センサの計測結果に基づいて制御を実行してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the example in which the height of the step is estimated based on the estimated value of the step resistance torque and the vehicle end speed is predicted based on the estimated value has been described. However, in the third embodiment, the description is given. As described above, a step measurement sensor such as the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
10 車両
12 駆動輪
20 制御ECU
30 入力装置
10
30 Input device
Claims (6)
該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、
走行指令を入力する入力装置と、
該入力装置から入力された走行指令に基づき、前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
該車両制御装置は、路面段差の昇降最中に、前記駆動輪に前記段差に応じた駆動トルクを追加するとともに、前記走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値を補正することを特徴とする車両。 The car body,
A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body;
An input device for inputting a travel command;
A vehicle control device for controlling the posture of the vehicle body by controlling a drive torque applied to the drive wheel based on a travel command input from the input device;
The vehicle control device adds a driving torque corresponding to the step to the driving wheel during the elevation of the road step, and corrects the target value of the vehicle acceleration determined according to the travel command. Vehicle.
前記車両制御装置は、前記車両終速度予測値に応じて前記車両加速度の目標値の補正量を変化させる請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両。 Vehicle end speed prediction means for predicting a vehicle end speed prediction value that is a predicted vehicle speed at the completion of raising and lowering the step,
The vehicle according to any one of claims 1 to 4, wherein the vehicle control device changes a correction amount of a target value of the vehicle acceleration according to the predicted vehicle final speed value.
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