JP2010100137A - Vehicle - Google Patents

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JP2010100137A JP2008272342A JP2008272342A JP2010100137A JP 2010100137 A JP2010100137 A JP 2010100137A JP 2008272342 A JP2008272342 A JP 2008272342A JP 2008272342 A JP2008272342 A JP 2008272342A JP 2010100137 A JP2010100137 A JP 2010100137A
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Katsunori Doi
克則 土井
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    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control the running condition and the posture of a vehicle body with high accuracy even under the high-speed running and to allow a vehicle to safely and comfortably run under various kinds of running conditions by correcting the driving torque of driving wheels and the position of the center of gravity of the vehicle body according to the running speed of the vehicle. <P>SOLUTION: A vehicle has driving wheels 12 which are rotatably mounted on a vehicle body, and a vehicle control device for controlling the posture of the vehicle body by controlling the driving torque to be given to the driving wheels 12. The vehicle control device relatively moves the center of gravity of the vehicle body to the driving wheels by the amount according to the rotational angular velocity of the driving wheels in the advancing direction of the driving wheels. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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 movement of the center of gravity of the driver, 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。
特開2004−129435号公報
In this case, the vehicle is stopped or moved by controlling the operation of the rotating body while detecting the balance of the vehicle body and the state of the operation with the sensor.
JP 2004-129435 A

しかしながら、前記従来の車両においては、車両の加速度に応じて車体の重心位置を制御することによって、車体の倒立姿勢を保持するようになっているが、車両の走行速度が高くなると、たとえ定速走行(車両の加速度が零の状態)であっても、車体に作用する空気抵抗などの影響によって、走行速度や車体姿勢の制御における誤差が大きくなってしまう。そのため、操縦性や乗り心地が悪化することがある。   However, in the conventional vehicle, the vehicle body is maintained in an inverted posture by controlling the position of the center of gravity of the vehicle body in accordance with the acceleration of the vehicle. Even when the vehicle is traveling (the vehicle acceleration is zero), an error in controlling the traveling speed and the vehicle body posture becomes large due to the influence of air resistance acting on the vehicle body. As a result, maneuverability and ride comfort may deteriorate.

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車両の走行速度に応じて駆動輪の駆動トルクと車体の重心位置を適切に補正することによって、高速走行時であっても走行状態及び車体姿勢を高精度で制御することができ、様々な走行条件に対して、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 appropriately corrects the driving torque of the driving wheels and the center of gravity of the vehicle body according to the traveling speed of the vehicle, so that the traveling state can be achieved even during high-speed traveling. It is another object of the present invention to provide a vehicle that can control the vehicle body posture with high accuracy and can travel safely and comfortably under various traveling conditions.

そのために、本発明の車両においては、回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、該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、前記駆動輪の進行方向に前記駆動輪の回転角速度に応じた量だけ前記車体の重心を前記駆動輪と相対的に移動させる。   For this purpose, the vehicle of the present invention includes a drive wheel rotatably attached to the vehicle body, and a vehicle control device that controls a drive torque applied to the drive wheel to control the posture of the vehicle body, The vehicle control device moves the center of gravity of the vehicle body relative to the driving wheel by an amount corresponding to the rotational angular velocity of the driving wheel in the traveling direction of the driving wheel.

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、前記車体を傾けることによって前記車体の重心を移動させる。   In another vehicle of the present invention, the vehicle control device moves the center of gravity of the vehicle body by tilting the vehicle body.

本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車体に対して移動可能に取り付けられた能動重量部を更に有し、前記車両制御装置は、前記能動重量部を移動させることによって前記車体の重心を移動させる。   Still another vehicle of the present invention further includes an active weight portion movably attached to the vehicle body, and the vehicle control device moves the active weight portion to move the center of gravity of the vehicle body. Move.

本発明の更に他の車両においては、さらに、車両速度に伴って前記駆動輪及び/又は前記車体に作用する抵抗トルクである速度依存抵抗トルクを前記駆動輪の回転角速度によって推定する推定手段を備え、前記車両制御装置は、前記推定手段により推定された速度依存抵抗トルクに応じて前記車体の重心を移動させる。   Still another vehicle according to the present invention further includes estimation means for estimating a speed-dependent resistance torque, which is a resistance torque acting on the drive wheel and / or the vehicle body, according to the vehicle speed, based on the rotational angular speed of the drive wheel. The vehicle control device moves the center of gravity of the vehicle body according to the speed-dependent resistance torque estimated by the estimation means.

本発明の更に他の車両においては、さらに、前記推定手段は、前記車体に作用する空気抵抗のトルクである車体空気抵抗トルク、及び/又は、前記駆動輪の回転に対する摩擦抵抗である駆動輪摩擦抵抗及び/又は前記空気抵抗の反トルクを推定する。   In still another vehicle of the present invention, the estimating means further includes a vehicle body air resistance torque that is a torque of an air resistance acting on the vehicle body and / or a drive wheel friction that is a friction resistance against rotation of the drive wheel. Estimate resistance and / or anti-torque of said air resistance.

本発明の更に他の車両においては、回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、該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、対気速度を計測する対気速度計測手段を備え、前記車両制御装置は、前記対気速度の方向に、前記対気速度の大きさに応じた量だけ、前記車体の重心を前記駆動輪と相対的に移動させる。   Still another vehicle according to the present invention includes a drive wheel rotatably attached to the vehicle body, and a vehicle control device that controls the attitude of the vehicle body by controlling a drive torque applied to the drive wheel. An air speed measuring means for measuring an air speed, wherein the vehicle control device is configured such that the center of gravity of the vehicle body is relative to the drive wheel in the air speed direction by an amount corresponding to the magnitude of the air speed. Move.

請求項1の構成によれば、車両の走行速度を簡単に推定し、その大きさに応じて車体の重心位置を適切な位置に移動させるので、高速走行時でも、走行状態や車体姿勢を高い精度で安定に制御できる。   According to the configuration of the first aspect, the travel speed of the vehicle is easily estimated, and the center of gravity position of the vehicle body is moved to an appropriate position according to the size thereof. It can be controlled stably with accuracy.

請求項2の構成によれば、重心を移動させるための余分な機構を加えることなく、簡単に車体の重心移動を実現できる。   According to the configuration of the second aspect, the center of gravity of the vehicle body can be easily moved without adding an extra mechanism for moving the center of gravity.

請求項3の構成によれば、車体を傾斜させることなく車体の重心位置を移動できるので、乗り心地が向上する。   According to the configuration of the third aspect, the position of the center of gravity of the vehicle body can be moved without tilting the vehicle body, so that riding comfort is improved.

請求項4の構成によれば、走行速度によって車両に作用する影響を推定して、それに応じて車体の重心位置を適切に設定するので、走行状態及び車体姿勢をより高い精度で制御することができる。   According to the configuration of the fourth aspect, the influence on the vehicle by the traveling speed is estimated, and the center of gravity position of the vehicle body is appropriately set accordingly, so that the traveling state and the vehicle body posture can be controlled with higher accuracy. it can.

請求項5の構成によれば、走行速度によって車両に作用する影響をより厳密に推定することで、走行状態や車体姿勢を更に高い精度で制御できる。   According to the configuration of the fifth aspect, the traveling state and the vehicle body posture can be controlled with higher accuracy by more strictly estimating the influence of the traveling speed on the vehicle.

また、請求項5の構成によれば、駆動輪が空転していても正しい走行速度を得ることができるため、走行速度に応じた走行状態と車体姿勢の制御を安定に実行することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, since the correct traveling speed can be obtained even when the drive wheel is idling, it is possible to stably control the traveling state and the vehicle body posture in accordance with the traveling 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、倒立振り子の姿勢制御を利用して車体の姿勢を制御する。そして、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。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、車体が進行方向前方に向かって傾斜した状態が示されている。   In the figure, reference numeral 10 denotes a vehicle according to the present embodiment, which has a body portion 11, a driving wheel 12, a support portion 13, and a riding portion 14 on which an occupant 15 rides, and uses the posture control of an inverted pendulum. Control the attitude of the car body. The vehicle 10 can tilt the vehicle body forward and backward. In the example shown in FIG. 1, the vehicle 10 is accelerating in the direction indicated by the arrow A, and the vehicle body is tilted forward in the traveling direction.

前記駆動輪12は、車体の一部である支持部13によっ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の図面に垂直な方向に延在し、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 drive wheel 12 is rotatably supported by a support portion 13 that is a part of the vehicle body, and is driven by a drive motor 52 as a drive actuator. The shaft of the drive wheel 12 extends in a direction perpendicular to the drawing of FIG. 1, and the drive wheel 12 rotates about the shaft. The drive wheel 12 may be singular or plural, but in the case of plural, the drive wheels 12 are arranged on the same axis in parallel. In the present embodiment, description will be made assuming that there are two drive wheels 12. In this case, each drive wheel 12 is independently driven by an individual drive motor 52. As the drive actuator, for example, a hydraulic motor, an internal combustion engine, or the like can be used, but here, the description will be made assuming that the drive motor 52 that is an electric motor is used.

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の前後方向に本体部11に対して相対的に並進可能となるように、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 support 13 and is positioned above the drive wheels 12. And, in the main body part 11, the riding part 14 functioning as an active weight part can be translated relative to the main body part 11 in the longitudinal direction of the vehicle 10, in other words, the tangential direction of the vehicle body rotation circle It is attached so that it can move relatively.

ここで、能動重量部は、ある程度の質量を備え、本体部11に対して並進する、すなわち、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並進可能に本体部11に対して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並進可能に本体部11に対して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 portion has a certain amount of mass and translates with respect to the main body portion 11, that is, actively moves the front and rear to correct the position of the center of gravity of the vehicle 10. The active weight portion does not necessarily have to be the riding portion 14. For example, the active weight portion may be a device in which a heavy peripheral device such as a battery is attached to the main body portion 11 so as to be translatable. (Weight), a device in which a dedicated weight member such as a balancer is attached to the main body 11 so as to be translatable may be used. Moreover, you may use together the boarding part 14, a heavy peripheral device, an exclusive weight member, etc.

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。   In the present embodiment, for the sake of explanation, an example will be described in which the riding section 14 in a state in which the occupant 15 is boarded functions as an active weight section. However, the occupant 15 is not necessarily on the riding section 14. For example, when the vehicle 10 is operated by remote control, the occupant 15 may not be on the riding section 14, or cargo may be loaded instead of the occupant 15.

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 riding part 14 is the same as a seat used for automobiles such as passenger cars and buses, and includes a seat surface part 14a, a backrest part 14b, and a headrest 14c, and is attached to the main body part 11 via a moving mechanism (not shown). ing.

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 weight part motor 62 as an active weight part actuator. The active weight part motor 62 drives the riding part 14, and the main body part 11. It is designed to move back and forth in the direction of travel. As the active weight actuator, for example, a hydraulic motor, a linear motor, or the like can be used. However, here, the description will be made assuming that the active weight motor 62 that is a rotary electric motor is used.

前記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 portion 14 and sliding along the guide rail, and a ball and a roller interposed between the guide rail and the carriage. And rolling elements such as. In the guide rail, two track grooves are formed linearly along the longitudinal direction on the left and right side surfaces thereof. Further, the cross section of the carriage is formed in a U-shape, and two track grooves are formed on the inner sides of the two opposing side surfaces so as to face the track grooves of the guide rail. The rolling elements are incorporated between the raceway grooves, and roll in the raceway grooves with the relative linear motion of the guide rail and the carriage. The carriage is formed with a return passage that connects both ends of the raceway groove, and the rolling elements circulate through the raceway groove and the return passage.

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 riding section 14 is unnecessary, such as when the vehicle 10 is stopped, the relative positional relationship between the main body section 11 and the riding section 14 is maintained by fixing the carriage to the guide rail with a brake. . When the operation is necessary, the brake is released and the distance between the reference position on the main body 11 side and the reference position on the riding section 14 is controlled to be a predetermined value.

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、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 input device 30 including a joystick 31 as a target travel state acquisition device is disposed beside the boarding unit 14. The occupant 15 controls the vehicle 10 by operating a joystick 31 as a control device, that is, inputs a travel command such as acceleration, deceleration, turning, in-situ rotation, stop, and braking of the vehicle 10. ing. If the occupant 15 can operate and input a travel command, another device such as a jog dial, a touch panel, or a push button may be used as the target travel state acquisition device instead of the joystick 31. You can also.

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 vehicle 10 is steered by remote control, it can replace with the said joystick 31, and can use the receiver which receives the driving | running | working command from a controller with a wire communication or a radio | wireless as a target driving | running | working state acquisition apparatus. Further, when the vehicle 10 automatically travels according to predetermined travel command data, a data reader that reads travel command data stored in a storage medium such as a semiconductor memory or a hard disk is used as a target travel instead of the joystick 31. It can be used as a status acquisition device.

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 vehicle 10 includes a control ECU (Electronic Control Unit) 20 as a vehicle control device, and the control ECU 20 includes a main control ECU 21, a drive wheel control ECU 22, and an active weight unit control ECU 23. The control ECU 20, main control ECU 21, driving wheel control ECU 22 and active weight unit control ECU 23 include calculation means such as a CPU and MPU, storage means such as a magnetic disk and semiconductor memory, input / output interfaces, and the like. A computer system that controls the operation. For example, the computer system is disposed in the main body 11, but may be disposed in the support portion 13 or the riding portion 14. The main control ECU 21, the drive wheel control ECU 22, and the active weight control ECU 23 may be configured separately or may be configured integrally.

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 main control ECU 21 functions as a part of the drive wheel control system 50 that controls the operation of the drive wheel 12 together with the drive wheel control ECU 22, the drive wheel sensor 51, and the drive motor 52. The drive wheel sensor 51 includes a resolver, an encoder, and the like, functions as a drive wheel rotation state measuring device, detects a drive wheel rotation angle and / or rotation angular velocity indicating a rotation state of the drive wheel 12, and transmits it to the main control ECU 21. To do. The main control ECU 21 transmits a drive torque command value to the drive wheel control ECU 22, and the drive wheel control ECU 22 supplies an input voltage corresponding to the received drive torque command value to the drive motor 52. The drive motor 52 applies drive torque to the drive wheels 12 in accordance with the input voltage, thereby functioning as a drive actuator.

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 main control ECU 21 functions as a part of the active weight part control system 60 that controls the operation of the riding part 14 that is the active weight part together with the active weight part control ECU 23, the active weight part sensor 61, and the active weight part motor 62. To do. The active weight part sensor 61 is composed of an encoder or the like, functions as an active weight part movement state measuring device, detects the active weight part position and / or movement speed indicating the movement state of the riding part 14, and transmits it to the main control ECU 21. To do. Further, the main control ECU 21 transmits an active weight part thrust command value to the active weight part control ECU 23, and the active weight part control ECU 23 sends an input voltage corresponding to the received active weight part thrust command value to the active weight part motor. 62. The active weight motor 62 applies thrust to the riding section 14 to translate the riding section 14 in accordance with the input voltage, thereby functioning as an active weight actuator.

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 main control ECU 21 functions as a part of the vehicle body control system 40 that controls the posture of the vehicle body together with the drive wheel control ECU 22, the active weight unit control ECU 23, the vehicle body inclination sensor 41, the drive motor 52, and the active weight unit motor 62. . The vehicle body tilt sensor 41 includes an acceleration sensor, a gyro sensor, and the like, and functions as a vehicle body tilt state measuring device. The main control ECU 21 transmits a drive torque command value to the drive wheel control ECU 22 and transmits an active weight portion thrust command value to the active weight portion control ECU 23.

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、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。   The main control ECU 21 receives a travel command from the joystick 31 of the input device 30. The main control ECU 21 transmits a drive torque command value to the drive wheel control ECU 22 and transmits an active weight portion thrust command value to the active weight portion control ECU 23.

また、前記制御ECU20は、車両速度(駆動輪12の回転角速度)に応じて速度依存抵抗トルクを推定する推定手段として機能する。また、推定された速度依存抵抗トルクに応じて車体の姿勢を制御する姿勢制御手段として機能する。   The control ECU 20 functions as an estimation unit that estimates a speed-dependent resistance torque according to the vehicle speed (the rotational angular speed of the drive wheels 12). Moreover, it functions as a posture control means for controlling the posture of the vehicle body according to the estimated speed-dependent resistance torque.

なお、速度依存抵抗とは走行速度の上昇に伴い増加する抵抗であり、本実施の形態においては、車体に作用する空気抵抗や駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の抵抗を速度依存抵抗として考慮する。   The speed-dependent resistance is a resistance that increases as the traveling speed increases. In this embodiment, the resistance such as air resistance acting on the vehicle body and viscous friction acting on the rotating shaft of the drive wheel 12 is speed-dependent. Consider as resistance.

また、推定手段は、車体に作用する空気抵抗のトルクである車体空気抵抗トルク、駆動輪12の回転に対する摩擦抵抗である駆動輪摩擦抵抗及び空気抵抗の反トルクを推定する。さらに、姿勢制御手段は、能動重量部としての搭乗部14を移動させて車体の重心位置を移動させる。   Further, the estimating means estimates a vehicle body air resistance torque that is a torque of an air resistance acting on the vehicle body, a driving wheel friction resistance that is a friction resistance against the rotation of the driving wheel 12, and a counter torque of the air resistance. Further, the posture control means moves the riding portion 14 as the active weight portion to move the position of the center of gravity of the vehicle body.

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傾斜角速度とを決定するようにしてもよい。   Each sensor may acquire a plurality of state quantities. For example, an acceleration sensor and a gyro sensor may be used in combination as the vehicle body tilt sensor 41, and the vehicle body tilt angle and the tilt angular velocity may be determined from both measured values.

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 vehicle 10 configured as described above will be described. First, an outline of the travel and attitude control process will be described.

図3は本発明の第1の実施の形態における車両の高速走行時の動作を示す概略図、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 diagram showing the operation of the vehicle at high speed in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the vehicle traveling and attitude control processing in the first embodiment of the present invention. It is. 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.

本実施の形態においては、車両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の重心位置とを補正する。具体的には、速度依存抵抗トルク(粘性抵抗トルク)を打ち消すように駆動トルクを追加するとともに、車体に作用する空気抵抗のトルク及び駆動トルクの追加分に対する反トルクを車体の重心移動に伴う重力トルクで打ち消すように、能動重量部として機能する搭乗部14を、図3(b)に示されるように、車両10の進行方向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ようになっている。これにより、高速走行時でも、走行状態と車体姿勢を高精度に制御できる。その結果、操縦性や乗り心地のより良い倒立型の車両10を提供することが可能となる。   In the present embodiment, the driving torque of the driving wheels 12 and the center of gravity position of the vehicle body are corrected according to the traveling speed of the vehicle 10. Specifically, the driving torque is added so as to cancel the speed-dependent resistance torque (viscous resistance torque), and the air resistance torque acting on the vehicle body and the counter-torque against the additional driving torque are reduced by the gravity due to the movement of the center of gravity of the vehicle body As shown in FIG. 3B, the center of gravity of the vehicle 10 is actively corrected by moving the riding portion 14 functioning as the active weight portion in the traveling direction of the vehicle 10 so as to cancel with torque. It is like that. This makes it possible to control the running state and the vehicle body posture with high accuracy even during high-speed running. As a result, it is possible to provide an inverted vehicle 10 with better maneuverability and ride comfort.

これに対し、仮に、「背景技術」の項で説明した従来の車両のように、走行速度に応じた駆動輪12の駆動トルクと車体の重心位置の補正を行わない場合、走行速度が高くなると、走行速度や車体姿勢の制御における誤差が大きくなる。つまり、倒立型車両の場合、図3(a)に示されるように、車両速度が高くなると、速度依存抵抗、すなわち、車両10に作用する空気抵抗や駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦のような抵抗が増加し、走行及び姿勢制御への影響が強くなる。   On the other hand, if the driving torque of the driving wheel 12 and the position of the center of gravity of the vehicle body are not corrected as in the conventional vehicle described in the section “Background Art”, the traveling speed increases. The error in controlling the running speed and the vehicle body posture becomes large. That is, in the case of an inverted type vehicle, as shown in FIG. 3A, when the vehicle speed increases, the speed-dependent resistance, that is, the air resistance acting on the vehicle 10 and the viscous friction acting on the rotating shaft of the drive wheel 12 are increased. Such resistance increases, and the influence on running and attitude control becomes stronger.

具体的には、速度依存抵抗によって、車両速度が目標値よりも低くなる場合がある。また、車体に作用する空気抵抗のトルクや速度依存抵抗を打ち消すための駆動トルク追加に伴って車体に作用する反トルクにより、車体が後方に傾く場合がある。   Specifically, the vehicle speed may become lower than the target value due to the speed-dependent resistance. In addition, there is a case where the vehicle body tilts backward due to an anti-torque that acts on the vehicle body due to the addition of a drive torque for canceling the air resistance torque and speed-dependent resistance acting on the vehicle body.

その結果、モビリティとして重要な操縦性や乗り心地が悪くなる。特に、一般的な倒立型車両は、重量に対する投影面積が大きく、また、前後方向が短い形状をしているため、空気抵抗の影響を受けやすい。そして、その影響は車体の姿勢制御に及ぶ。そのため、その対策は重要である。   As a result, the maneuverability and ride comfort that are important for mobility are deteriorated. In particular, a general inverted type vehicle has a large projected area with respect to weight and is short in the front-rear direction, and thus is easily affected by air resistance. And the influence extends to the attitude control of the vehicle body. Therefore, the countermeasure is important.

そこで、本実施の形態においては、車両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の重心位置とを補正するように走行及び姿勢制御処理を実行することによって、車両10の走行速度が上昇しても、車両10は安定して走行することができる。   Therefore, in the present embodiment, the running speed of the vehicle 10 is executed by executing the running and attitude control processing so as to correct the driving torque of the drive wheels 12 and the center of gravity of the vehicle body according to the running speed of the vehicle 10. Even if the vehicle rises, the vehicle 10 can travel stably.

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 control ECU 20 first executes a state quantity acquisition process (step S1), and the driving wheel is driven by each sensor, that is, the driving wheel sensor 51, the vehicle body tilt sensor 41, and the active weight sensor 61. 12 rotation states, vehicle body inclination states, and riding portion 14 movement states are acquired.

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S2)、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 control ECU 20 executes a target travel state determination process (step S2), and based on the operation amount of the joystick 31, the target value of the acceleration of the vehicle 10 and the target value of the rotational angular velocity of the drive wheels 12 are obtained. decide.

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S3)、目標走行状態の決定処理によって決定された車両10の加速度の目標値と駆動輪12の回転角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 control ECU 20 executes a target vehicle body posture determination process (step S3), and based on the target value of the acceleration of the vehicle 10 and the target value of the rotational angular velocity of the drive wheels 12 determined by the target travel state determination process. Thus, the target value of the vehicle body posture, that is, the target value of the vehicle body inclination angle and the active weight portion position is determined.

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S4)、状態量の取得処理によって取得された各状態量、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 control ECU 20 executes an actuator output determination process (step S4), each state quantity acquired by the state quantity acquisition process, the target travel state determined by the target travel state determination process, and the target Based on the target vehicle body posture determined by the vehicle body posture determination process, the outputs of the actuators, that is, the outputs of the drive motor 52 and the active weight motor 62 are determined.

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、入力、パラメータ、物理定数等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。   In the present embodiment, state quantities, inputs, parameters, physical constants, and the like are represented by the following symbols. FIG. 5 shows some of the state quantities and parameters.

状態量State quantity

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〕
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]

入力input

τW :駆動トルク(2つの駆動輪の合計)〔Nm〕
S :能動重量部推力〔N〕
τ W : Driving torque (total of two driving wheels) [Nm]
S S : Active weight part thrust [N]

パラメータParameters

W :駆動輪質量(2つの駆動輪の合計)〔kg〕
W :駆動輪接地半径〔m〕
W :駆動輪慣性モーメント(2つの駆動輪の合計)〔kgm2
1 :車体質量(能動重量部を含む)〔kg〕
1 :車体重心距離(車軸から)〔m〕
1 :車体慣性モーメント(重心周り)〔kgm2
S :能動重量部質量〔kg〕
S :能動重量部重心距離(車軸から)〔m〕
S :能動重量部慣性モーメント(重心周り)〔kgm2
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 ]
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 ]
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 ]

物理定数Physical constant

g:重力加速度〔m/s2

Figure 2010100137
g: Gravity acceleration [m / s 2 ]
Figure 2010100137

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7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. 7 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S2−1)。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 target travel state determination process, the main control ECU 21 first acquires a steering operation amount (step S2-1). In this case, the occupant 15 acquires the operation amount of the joystick 31 that is operated to input a travel command such as acceleration, deceleration, turning, on-site rotation, stop, and braking of the vehicle 10.

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S2−2)。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 main control ECU 21 determines a target value for vehicle acceleration based on the acquired operation amount of the joystick 31 (step S2-2). For example, a value proportional to the amount of operation of the joystick 31 in the front-rear direction is set as a target value for vehicle acceleration.

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S2−3)。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 main control ECU 21 calculates the target value of the drive wheel rotation angular velocity from the determined target value of the vehicle acceleration (step S2-3). For example, by integrating the target value of the vehicle acceleration time, a value obtained by dividing the driving wheel contact radius R W and the target value of the drive wheel rotation angular velocity.

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8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9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. 8 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. 9 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S3−1)。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、駆動輪回転角速度の目標値とに基づき、次の式(1)及び(2)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 main control ECU 21 first determines a target value of the active weight portion position and a target value of the vehicle body tilt angle (step S3-1). In this case, based on the target value of the vehicle acceleration determined by the target travel state determination process and the target value of the driving wheel rotation angular velocity, the target value of the active weight portion position is obtained by the following equations (1) and (2). And the target value of the vehicle body inclination angle is determined.

Figure 2010100137
Figure 2010100137

一方、λS,V * は、車体に作用する空気抵抗によるトルクと、駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の摩擦抵抗によるトルクの反トルクとに対して車体のバランスをとるのに必要な能動重量部移動量、すなわち、速度依存抵抗による影響を打ち消す移動量である。なお、λS,V * を表す式の分子の第1項は、駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の摩擦抵抗トルクの大きさを表し、同第2項は、車体に作用する空気抵抗トルクの大きさ(厳密には、車体に作用する空気抵抗が直接的に車体を傾けようとするトルクと、空気抵抗を打ち消すように追加した駆動トルクの反トルクとの和)を表す。 On the other hand, λ S, V * is used to balance the vehicle body against the torque caused by the air resistance acting on the vehicle body and the counter-torque of the torque caused by the frictional resistance such as viscous friction acting on the rotating shaft of the drive wheel 12. This is the necessary amount of movement of the active weight portion, that is, the amount of movement that cancels the influence of the speed-dependent resistance. The first term of the numerator of the equation representing λ S, V * represents the magnitude of the frictional resistance torque such as viscous friction that acts on the rotating shaft of the drive wheel 12, and the second term acts on the vehicle body. The magnitude of the air resistance torque (strictly speaking, the sum of the torque that the air resistance acting on the vehicle body directly tilts the vehicle body and the anti-torque of the drive torque added to cancel the air resistance).

また、DW は駆動輪回転角速度に対する駆動輪摩擦抵抗係数、D1 は駆動輪回転角速度に対する車体空気抵抗係数、h1,D は車体空気抵抗中心高さ(路面から空気抵抗作用中心までの高さ)をそれぞれ表し、所定の定数をあらかじめ与えておく。 D W is the driving wheel frictional resistance coefficient with respect to the driving wheel rotational angular velocity, D 1 is the vehicle body air resistance coefficient with respect to the driving wheel rotational angular velocity, and h 1, D is the vehicle body air resistance center height (the height from the road surface to the center of the air resistance action). And a predetermined constant is given in advance.

Figure 2010100137
Figure 2010100137

一方、θ1,V * は、車体に作用する空気抵抗によるトルクと、駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の摩擦抵抗によるトルクの反トルクとに対して車体のバランスをとるのに必要な車体傾斜角、すなわち、速度依存抵抗による影響を打ち消す傾斜角である。 On the other hand, θ 1, V * is used to balance the vehicle body against the torque caused by the air resistance acting on the vehicle body and the counter torque of the torque caused by the frictional resistance such as viscous friction acting on the rotating shaft of the drive wheel 12. This is a necessary vehicle body inclination angle, that is, an inclination angle that cancels the influence of the speed-dependent resistance.

続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を算出する(ステップS3−2)。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 main control ECU 21 calculates the remaining target value (step S3-2). That is, the target values of the drive wheel rotation angle, the vehicle body inclination angular velocity, and the active weight portion moving speed are calculated by time differentiation or time integration of each target value.

このように、本実施の形態においては、車両加速度の目標値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、駆動輪回転角速度(車両速度)の目標値に伴って車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗及び駆動モータ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 target value of vehicle acceleration, but also the vehicle body in accordance with the target value of drive wheel rotational angular velocity (vehicle speed). 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 speed-dependent resistance such as the acting air resistance and the driving motor reaction 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が前進走行するときには、搭乗部14をより前方へ移動させ、あるいは、さらに車体を前方へ傾ける。また、車両10が後退走行するときには、搭乗部14をより後方へ移動させ、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 vehicle 10 travels forward, the riding section 14 is moved further forward, or the vehicle body is further tilted forward. Further, when the vehicle 10 travels backward, the riding section 14 is moved further rearward, or the vehicle body is further tilted rearward.

本実施の形態においては、図8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、細かい加減速又は低速走行時に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のと共に視界の揺動が抑制される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8, first, the riding section 14 is moved without tilting the vehicle body, and when the riding section 14 reaches the active weight movement limit, the tilting of the vehicle body is started. . For this reason, the vehicle body does not tilt forward or backward during fine acceleration / deceleration or low-speed traveling, so that the ride comfort for the occupant 15 is improved and the swing of the field of view is suppressed.

なお、本実施の形態においては、速度依存抵抗の大きさを推定するための駆動輪回転角速度として、その目標値を使用しているが、実際に計測した値、すなわち、実値を使用してもよい。また、空気抵抗の推定時に駆動輪12のスリップ率も加えて考慮してもよい。   In the present embodiment, the target value is used as the driving wheel rotation angular velocity for estimating the magnitude of the speed-dependent resistance, but the actually measured value, that is, the actual value is used. Also good. Further, the slip ratio of the drive wheel 12 may be taken into consideration when the air resistance is estimated.

また、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よりも遠くに設定する必要がある。   Further, 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.

さらに、本実施の形態においては、加速度や速度が低いときには、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力を軽減させることができる。   Furthermore, in the present embodiment, when acceleration or speed is low, it is handled only by movement of the riding section 14, but part or all of the vehicle body tilt torque may be handled by vehicle body tilt. By tilting the vehicle body, the longitudinal force acting on the occupant 15 can be reduced.

さらに、本実施の形態においては、駆動輪摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式を使用し、車体空気抵抗は速度の2乗に比例する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してもよい。   Furthermore, in this embodiment, the driving wheel frictional resistance torque uses an equation based on a linear model, and the vehicle body air resistance uses an equation based on a model proportional to the square of the speed. An equation based on a non-linear model or a model considering viscous resistance may be used. If the equation is nonlinear, the function may 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10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. 10 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S4−1)。この場合、各目標値から、次の式(3)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(4)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 main control ECU 21 first determines the feedforward output of each actuator (step S4-1). In this case, from each target value, the feedforward output of the drive motor 52 is determined by the following equation (3), and the feedforward output of the active weight motor 62 is determined by the following equation (4).

Figure 2010100137
Figure 2010100137

このように、力学モデルによって推定された速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを付加することによって、車両10の走行及び姿勢制御を高精度で実行することができるとともに、常に同様の操縦感覚を乗員15に提供することができる。すなわち、高速走行時であっても、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、低速走行時と同様の加減速を行うことができる。   In this way, by adding the drive torque so as to cancel the speed-dependent resistance estimated by the dynamic model, the traveling and posture control of the vehicle 10 can be executed with high accuracy, and the same maneuvering feeling is always given to the occupant. 15 can be provided. That is, even during high-speed travel, acceleration / deceleration similar to that during low-speed travel can be performed with respect to a certain steering operation of the joystick 31.

Figure 2010100137
Figure 2010100137

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、本実施の形態においては、搭乗部14に作用する空気抵抗による搭乗部14の位置制御への影響を考慮していないが、これを考慮してもよい。例えば、式(4)の右辺第3項として、駆動輪回転角速度を2乗した値に、搭乗部14の形状や投影面積に基づいてあらかじめ設定される所定の係数を乗じた値を加えてもよい。これにより、さらに高精度な姿勢制御が実現することができる。   In the present embodiment, the influence on the position control of the riding section 14 due to the air resistance acting on the riding section 14 is not considered, but this may be considered. For example, as the third term on the right side of Equation (4), a value obtained by multiplying the value obtained by squaring the driving wheel rotational angular velocity by a predetermined coefficient set in advance based on the shape or projected area of the riding section 14 may be added. Good. As a result, more accurate posture control can be realized.

また、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。   Further, the feedforward 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S4−2)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式(5)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(6)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 main control ECU 21 determines the feedback output of each actuator (step S4-2). In this case, the feedback output of the drive motor 52 is determined by the following equation (5) from the deviation between each target value and the actual state quantity, and the feedback output of the active weight unit motor 62 by the following equation (6). To decide.

Figure 2010100137
Figure 2010100137

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S4−3)。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 main control ECU 21 gives a command value to each element control system (step S4-3). In this case, the main control ECU 21 transmits the sum of the feedforward output and the feedback output determined as described above to the drive wheel control ECU 22 and the active weight part control ECU 23 as the drive torque command value and the active weight part thrust command value. .

このように、本実施の形態においては、車両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の重心位置とを補正する。つまり、速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを追加するとともに、車体に作用する空気抵抗トルク及び駆動トルクの追加分に対する反トルクを車体の重心移動に伴う重力トルクで打ち消すように、搭乗部14を前後に移動させる。これにより、高速走行時でも、走行状態と車体姿勢とを高精度に制御することができ、操縦性や乗り心地をより向上させることができる。   Thus, in the present embodiment, the driving torque of the driving wheels 12 and the center of gravity position of the vehicle body are corrected according to the traveling speed of the vehicle 10. In other words, the driving torque is added so as to cancel the speed-dependent resistance, and the riding portion 14 is set so as to cancel the air resistance torque acting on the vehicle body and the counter-torque against the added amount of the driving torque by the gravity torque accompanying the movement of the center of gravity of the vehicle body. Move back and forth. As a result, even during high-speed traveling, the traveling state and the vehicle body posture can be controlled with high accuracy, and maneuverability and riding comfort can be further improved.

なお、本実施の形態においては、速度依存抵抗として、駆動輪12に作用する粘性摩擦と車体に作用する空気抵抗を考慮しているが、他の作用も考慮してもよい。例えば、駆動輪12の転がり摩擦抵抗における速度と共に増加する成分、あるいは、駆動輪12に作用する空気抵抗を、駆動輪12に作用する粘性摩擦と同様の方法で考慮することで、より高精度の制御を実現することができる。   In the present embodiment, the viscous friction acting on the drive wheel 12 and the air resistance acting on the vehicle body are taken into consideration as the speed-dependent resistance, but other actions may be taken into consideration. For example, by taking into account the component that increases with the speed of the rolling friction resistance of the drive wheel 12 or the air resistance acting on the drive wheel 12 in the same manner as the viscous friction acting on the drive wheel 12, higher accuracy can be achieved. Control can be realized.

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11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12は本発明の第2の実施の形態における車両の高速走行時の動作を示す概略図である。なお、図12(a)は比較のための従来技術による動作例を示し、図12(b)は本実施の形態による動作を示している。   FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a vehicle control system according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a schematic diagram showing the operation of the vehicle during high speed travel according to the second embodiment of the present invention. . FIG. 12A shows an operation example according to the prior art for comparison, and FIG. 12B shows an operation according to the present embodiment.

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、構造や制御システムの複雑化、コスト高、重量増、等が問題になる場合がある。当然のことながら、搭乗部14を移動させる移動機構を持た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 part 14 is attached so as to be able to translate relative to the main body part 11 in the front-rear direction of the vehicle 10 and functions as an active weight part. In this case, a moving mechanism including the active weight motor 62 is disposed, and thereby the riding section 14 is translated. Therefore, the structure and the control system may be complicated, costly, and increased in weight. Naturally, it is impossible to apply to an inverted vehicle that does not have a moving mechanism for moving the riding section 14.

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11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 riding section 14 is omitted. As shown in FIG. 11, the active weight part control system 60 is omitted from the control system, and the active weight part control ECU 23, the active weight part sensor 61, and the active weight part motor 62 are omitted. Since the configuration of other points is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

そして、本実施の形態においては、車両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の傾斜角とを補正する。具体的には、速度依存抵抗トルク(粘性抵抗トルク)を打ち消すように駆動トルクを追加するとともに、車体に作用する粘性抵抗のトルク及び駆動トルクの追加分に対する反トルクを車体の重心移動に伴う重力トルクで打ち消すように、図12(b)に示されるように、車体を車両10の進行方向に傾斜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ようになっている。これにより、高速走行時でも、走行状態と車体姿勢を高精度に制御できる。その結果、高速走行時でも操縦性や乗り心地の良い安価な倒立型の車両10を提供することが可能となる。   In the present embodiment, the driving torque of the driving wheels 12 and the inclination angle of the vehicle body are corrected according to the traveling speed of the vehicle 10. Specifically, the driving torque is added so as to cancel the speed-dependent resistance torque (viscous resistance torque), and the viscous resistance torque acting on the vehicle body and the counter-torque against the additional driving torque are reduced by the gravity due to the movement of the center of gravity of the vehicle body. As shown in FIG. 12B, the position of the center of gravity of the vehicle 10 is actively corrected by tilting the vehicle body in the traveling direction of the vehicle 10 so as to cancel the torque. This makes it possible to control the running state and the vehicle body posture with high accuracy even during high-speed running. As a result, it is possible to provide an inexpensive inverted vehicle 10 that has good maneuverability and ride comfort even when traveling at high speed.

これに対し、仮に、「背景技術」の項で説明した従来の車両のように、走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の傾斜角の補正を行わない場合、走行速度が高くなると、走行速度や車体姿勢の制御における誤差が大きくなる。つまり、倒立型車両の場合、図12(a)に示されるように、車両速度が高くなると、速度依存抵抗、すなわち、車両10に作用する空気抵抗や駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦のような抵抗が増加し、走行及び姿勢制御への影響が強くなる。   On the other hand, if the driving torque of the driving wheel 12 and the inclination angle of the vehicle body are not corrected according to the traveling speed as in the conventional vehicle described in the section “Background Art”, the traveling speed increases. The error in controlling the running speed and the vehicle body posture becomes large. That is, in the case of an inverted type vehicle, as shown in FIG. 12A, when the vehicle speed increases, the speed-dependent resistance, that is, the air resistance acting on the vehicle 10 or the viscous friction acting on the rotating shaft of the drive wheel 12 is increased. Such resistance increases, and the influence on running and attitude control becomes stronger.

具体的には、速度依存抵抗によって、車両速度が目標値よりも低くなる場合がある。また、車体に作用する空気抵抗のトルクや速度依存抵抗を打ち消すための駆動トルクの追加に伴って車体に作用する反トルクにより、車体が後方に傾く場合がある。その結果、モビリティとして重要な操縦性や乗り心地が悪くなる。   Specifically, the vehicle speed may become lower than the target value due to the speed-dependent resistance. In addition, there is a case where the vehicle body tilts backward due to an anti-torque that acts on the vehicle body due to the addition of a driving torque for canceling the air resistance torque and the speed-dependent resistance acting on the vehicle body. As a result, the maneuverability and ride comfort that are important for mobility are deteriorated.

そこで、本実施の形態においては、車両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の傾斜角とを補正するように走行及び姿勢制御処理を実行することによって、車両10の走行速度が上昇しても、車両10は安定して停止及び走行することができる。   Therefore, in the present embodiment, the running speed of the vehicle 10 is executed by executing the running and attitude control processing so as to correct the driving torque of the drive wheels 12 and the inclination angle of the vehicle body according to the running speed of the vehicle 10. Even if the vehicle rises, the vehicle 10 can stably stop and travel.

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、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 target travel state determination process are the same as those in the first embodiment, so the description thereof will be omitted, and the state quantity acquisition process, target vehicle body attitude determination process, and Only the actuator output determination process will be described. First, the state quantity acquisition process will be described.

図13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。

Figure 2010100137
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the state quantity acquisition process in the second embodiment of the present invention.
Figure 2010100137

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14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. 14 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S3−11)。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駆動輪回転角速度の目標値とに基づき、次の式(7)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 main control ECU 21 first determines a target value of the vehicle body inclination angle (step S3-11). In this case, the target value of the vehicle body tilt angle is determined by the following equation (7) based on the target value of the vehicle acceleration and the target value of the drive wheel rotational angular velocity determined by the target travel state determination process.

Figure 2010100137
Figure 2010100137

一方、θ1,V * は、車体に作用する空気抵抗によるトルク、駆動輪12の回転軸に作用する粘性摩擦等の摩擦抵抗によるトルクの反トルクに対して車体のバランスをとるのに必要な車体傾斜角、すなわち、速度依存抵抗による影響を打ち消す傾斜角である。 On the other hand, θ 1, V * is necessary to balance the vehicle body against the torque caused by the air resistance acting on the vehicle body and the counter-torque of the torque caused by the frictional resistance such as viscous friction acting on the rotating shaft of the drive wheel 12. The vehicle body inclination angle, that is, the inclination angle that cancels the influence of the speed-dependent resistance.

続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を算出する(ステップS3−12)。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 main control ECU 21 calculates the remaining target value (step S3-12). That is, the target values of the drive wheel rotation angle and the vehicle body inclination angular velocity are calculated by time differentiation or time integration of each target value.

このように、本実施の形態においては、車両加速度の目標値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、駆動輪回転角速度(車両速度)の目標値に伴って車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗及び駆動モータ反トルクも考慮して、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 target value of vehicle acceleration, but also the vehicle body in accordance with the target value of drive wheel rotational angular velocity (vehicle speed). The target value of the vehicle body inclination angle is determined in consideration of the speed-dependent resistance such as the acting air resistance and the driving motor reaction 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が前進走行するときには、車体をより前方へ傾ける。また、車両10が後退走行するときには、車体をより後方へ傾ける。   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 vehicle 10 travels forward, the vehicle body is tilted further forward. Further, when the vehicle 10 travels backward, the vehicle body is tilted further rearward.

なお、本実施の形態においては、駆動輪摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式を使用し、車体空気抵抗は速度の2乗に比例する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してもよい。   In the present embodiment, the driving wheel frictional resistance torque uses an equation based on a linear model, and the vehicle body air resistance uses an equation based on a model proportional to the square of the speed. An equation based on a non-linear model or a model considering viscous resistance may be used. If the equation is nonlinear, the function may 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15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. 15 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S4−11)。この場合、各目標値から、前記第1の実施の形態において説明した前記式(3)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 main control ECU 21 first determines the feedforward output of the actuator (step S4-11). In this case, the feedforward output of the drive motor 52 is determined from each target value according to the equation (3) described in the first embodiment.

前記式(3)に表されるように、力学モデルによって推定された速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを付加することによって、車両10の走行及び姿勢制御を高精度で実行することができるとともに、常に、同様の操縦感覚を乗員15に提供することができる。すなわち、高速走行時であっても、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、低速走行時と同様の加減速を行うことができる。   As represented by the above formula (3), the driving and attitude control of the vehicle 10 can be executed with high accuracy by adding the driving torque so as to cancel the speed-dependent resistance estimated by the dynamic model. Therefore, it is possible to always provide the passenger 15 with the same steering feeling. That is, even during high-speed travel, acceleration / deceleration similar to that during low-speed travel can be performed with respect to a certain operation of the joystick 31.

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S4−12)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式(8)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 main control ECU 21 determines the feedback output of the actuator (step S4-12). In this case, the feedback output of the drive motor 52 is determined by the following equation (8) from the deviation between each target value and the actual state quantity.

Figure 2010100137
Figure 2010100137

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S4−13)。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 main control ECU 21 gives a command value to the element control system (step S4-13). In this case, the main control ECU 21 transmits the sum of the feedforward output and the feedback output determined as described above to the drive wheel control ECU 22 as a drive torque command value.

このように、本実施の形態においては、車両10の走行速度に応じて駆動輪12の駆動トルクと車体の重心位置とを補正する。つまり、速度依存抵抗を打ち消すように駆動トルクを追加するとともに、車体に作用する空気抵抗トルク及び駆動トルクの追加分に対する反トルクを車体の重心移動に伴う重力トルクで打ち消すように、車体を前方に傾斜させる。したがって、搭乗部14の移動機構を持たない倒立型車両に適用することができる。また、構造及び制御システムを簡素化することができ、安価で軽量な倒立型車両を実現することができる。   Thus, in the present embodiment, the driving torque of the driving wheels 12 and the center of gravity position of the vehicle body are corrected according to the traveling speed of the vehicle 10. In other words, the drive torque is added to cancel the speed-dependent resistance, and the vehicle body is moved forward so that the air resistance torque acting on the vehicle body and the counter torque against the added amount of drive torque are canceled by the gravity torque accompanying the movement of the center of gravity of the vehicle body Tilt. Therefore, the present invention can be applied to an inverted vehicle that does not have a moving mechanism for the riding section 14. Further, the structure and the control system can be simplified, and an inexpensive and light inverted vehicle can be realized.

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16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。   FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a vehicle control system according to the third embodiment of the present invention.

本実施の形態においては、対気速度を計測し、その計測値に基づいて車両10の制御を行うようになっている。   In the present embodiment, the airspeed is measured, and the vehicle 10 is controlled based on the measured value.

駆動輪回転角速度に基づいて空気抵抗を推定すると、駆動輪12が空転した場合に空気抵抗の推定値に大きな誤差が生じることがある。一般的に、駆動輪12の回転速度から推定した車両速度を用いると、空気抵抗が過大に評価される。これは、空気抵抗が速度の2乗に比例するため、誤差が著しく大きくなるからである。また、誤った空気抵抗の推定値に対して駆動トルクを増加させるため、駆動輪12の空転状態を更に悪化させる可能性がある。さらに、誤った空気抵抗の推定値と釣り合うように車体重心を移動させるため、車体が大きく傾く可能性がある。なお、駆動輪12がロックして路面上をスリップした場合にも、同様の問題が生じる。   If the air resistance is estimated based on the driving wheel rotation angular velocity, a large error may occur in the estimated value of the air resistance when the driving wheel 12 idles. In general, when the vehicle speed estimated from the rotational speed of the drive wheels 12 is used, the air resistance is overestimated. This is because the air resistance is proportional to the square of the speed, so that the error becomes remarkably large. Further, since the driving torque is increased with respect to an erroneous estimated value of air resistance, there is a possibility that the idling state of the driving wheels 12 is further deteriorated. Furthermore, since the center of gravity of the vehicle body is moved so as to balance with an erroneous estimated value of air resistance, the vehicle body may be greatly inclined. The same problem occurs when the drive wheel 12 is locked and slips on the road surface.

また、外気風が強くなると、走行速度や車体姿勢の制御における誤差が大きくなる。これは、強風に伴う大きな空気抵抗が、車両10の走行及び姿勢制御に影響を及ぼすためである。そのため、モビリティとして、操縦性や乗り心地が悪くなってしまう。一般的に、倒立型車両は走行速度が低いため、相対的に外気風の影響が大きくなる。   Further, when the outside air wind becomes strong, an error in controlling the traveling speed and the vehicle body posture becomes large. This is because the large air resistance caused by the strong wind affects the running and attitude control of the vehicle 10. As a result, the maneuverability and the ride comfort are deteriorated as mobility. In general, an inverted type vehicle has a low traveling speed, and therefore the influence of outside air wind is relatively large.

そこで、本実施の形態においては、駆動輪12の回転速度と車両10の対気速度とに応じて、駆動輪12の駆動トルク及び搭乗部14の位置を補正する。具体的には、駆動輪回転角速度に基づいて、駆動輪12に作用する粘性摩擦を推定するとともに、対気速度計によって計測した対気速度に基づいて、車体に作用する空気抵抗を推定する。   Therefore, in the present embodiment, the drive torque of the drive wheels 12 and the position of the riding section 14 are corrected according to the rotational speed of the drive wheels 12 and the airspeed of the vehicle 10. Specifically, the viscous friction acting on the driving wheel 12 is estimated based on the rotational speed of the driving wheel, and the air resistance acting on the vehicle body is estimated based on the air speed measured by the airspeed meter.

これにより、例えば駆動輪12が空転しても、走行状態と車体姿勢の高精度な制御を実現し、操縦性や乗り心地の良い倒立型の車両10を提供することができる。また、強風発生時にも、同様に、走行状態と車体姿勢の高精度な制御を実現し、操縦性や乗り心地の良い倒立型の車両10を提供することができる。   As a result, for example, even when the drive wheel 12 is idling, it is possible to provide a highly accurate control of the traveling state and the vehicle body posture, and to provide the inverted vehicle 10 with good maneuverability and ride comfort. Similarly, even when a strong wind is generated, it is possible to provide the inverted vehicle 10 that realizes highly accurate control of the running state and the vehicle body posture, and has good maneuverability and ride comfort.

そのため、車両10は、図16に示されるように、対気速度計測手段としての対気速度センサ71を有する。該対気速度センサ71は、例えば、ピトー管による計測装置であって動圧を計測するものを使用するが、対気速度を計測可能なものであれば、いかなる種類のセンサであってもよい。   Therefore, the vehicle 10 has an air speed sensor 71 as air speed measuring means as shown in FIG. The airspeed sensor 71 is, for example, a measuring device using a Pitot tube that measures dynamic pressure, but may be any type of sensor as long as it can measure airspeed. .

また、車両10は、対気速度センサ71を含む対気速度計測システム70を有する。そして、対気速度センサ71は、外気に対する車両10の速度である対気速度を計測して主制御ECU21に送信する。   The vehicle 10 also has an air speed measurement system 70 including an air speed sensor 71. The air speed sensor 71 measures the air speed, which is the speed of the vehicle 10 with respect to the outside air, and transmits it to the main control ECU 21.

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、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 target travel state determination process are the same as those in the first embodiment, so the description thereof will be omitted, and the state quantity acquisition process, target vehicle body attitude determination process, and Only the actuator output determination process will be described. First, the state quantity acquisition process will be described.

図17は本発明の第3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。

Figure 2010100137
FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the state quantity acquisition process in the third embodiment of the invention.
Figure 2010100137

続いて、主制御ECU21は、対気速度を取得する(ステップS1−23)。この場合、対気速度センサ71の計測した対気速度を取得する。   Subsequently, the main control ECU 21 acquires the airspeed (step S1-23). In this case, the air speed measured by the air speed sensor 71 is acquired.

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18は本発明の第3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. 18 is a flowchart showing the operation of target body posture determination processing in the third 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、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S3−21)。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駆動輪回転角速度の目標値、及び、対気速度センサ71の計測した対気速度に基づき、前記第1の実施の形態において説明した前記式(1)及び(2)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 main control ECU 21 first determines the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle (step S3-21). In this case, the first embodiment is based on the target value of the vehicle acceleration determined by the target travel state determination process, the target value of the driving wheel rotation angular velocity, and the airspeed measured by the airspeed sensor 71. The target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body inclination angle are determined by the equations (1) and (2) described in the above.

Figure 2010100137
Figure 2010100137

続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を算出する(ステップS3−22)。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 main control ECU 21 calculates the remaining target value (step S3-22). That is, the target values of the drive wheel rotation angle, the vehicle body inclination angular velocity, and the active weight portion moving speed are calculated by time differentiation or time integration of each target value.

このように、本実施の形態においては、車両加速度の目標値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、駆動輪回転角速度(車両速度)の目標値に伴って車体に作用する空気抵抗等の速度依存抵抗及び駆動モータ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 target value of vehicle acceleration, but also the vehicle body in accordance with the target value of drive wheel rotational angular velocity (vehicle speed). 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 speed-dependent resistance such as the acting air resistance and the driving motor reaction 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が前進走行するとき、あるいは、前方からの向かい風が存在するときには、搭乗部14をより前方へ移動させ、あるいは、さらに車体を前方へ傾ける。また、車両10が後退走行するとき、あるいは、後方からの追い風が存在するときには、搭乗部14をより後方へ移動させ、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 vehicle 10 travels forward or when a head wind from the front exists, the riding section 14 is moved further forward, or the vehicle body is further tilted forward. Further, when the vehicle 10 travels backward or when there is a tailwind from the rear, the riding section 14 is moved further rearward, or the vehicle body is further tilted rearward.

本実施の形態においては、前記第1の実施の形態において説明した図8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、低速走行時や弱い外気風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のと共に、視界の揺動が抑制される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8 described in the first embodiment, first, the riding section 14 is moved without tilting the vehicle body, and the riding section 14 has an active weight section movement limit. When it reaches, the body tilt starts. For this reason, the vehicle body does not tilt forward and backward when traveling at low speeds or weak outside air, so that the riding comfort for the occupant 15 is improved and the swing of the field of view is suppressed.

なお、本実施の形態においては、駆動輪12の粘性摩擦を推定するための駆動輪回転角速度として、その目標値を使用しているが、実際に計測した値、すなわち、実値を使用してもよい。   In the present embodiment, the target value is used as the rotational angular velocity of the driving wheel for estimating the viscous friction of the driving wheel 12, but the actually measured value, that is, the actual value is used. Also good.

また、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よりも遠くに設定する必要がある。   Further, 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.

さらに、本実施の形態においては、車両10の加速度や速度が低いときや外気風が弱いときには、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って、乗員15に作用する前後方向の力を軽減させることができる。   Further, in the present embodiment, when the acceleration or speed of the vehicle 10 is low or the outside air wind is weak, only the movement of the riding section 14 is used. You may make it correspond by inclination. By tilting the vehicle body, the longitudinal force acting on the occupant 15 can be reduced.

さらに、本実施の形態においては、駆動輪摩擦抵抗トルクは線形モデルに基づいた式を使用し、車体空気抵抗は速度の2乗に比例する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してもよい。   Furthermore, in this embodiment, the driving wheel frictional resistance torque uses an equation based on a linear model, and the vehicle body air resistance uses an equation based on a model proportional to the square of the speed. An equation based on a non-linear model or a model considering viscous resistance may be used. If the equation is nonlinear, the function may 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19は本発明の第3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. 19 is a flowchart showing the operation of the actuator output determination process in the third 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S4−21)。この場合、各目標値と対気速度とから、次の式(9)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、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 main control ECU 21 first determines the feedforward output of each actuator (step S4-21). In this case, the feedforward output of the drive motor 52 is determined from each target value and the airspeed by the following equation (9), and active by the equation (4) described in the first embodiment. The feedforward output of the weight part motor 62 is determined.

Figure 2010100137
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このように、力学モデルによって推定された速度依存抵抗トルクを打ち消すように駆動トルクを付加することによって、車両10の走行及び姿勢制御を高精度で実行することができるとともに、常に同様の操縦感覚を乗員15に提供することができる。すなわち、高速走行時や強い外気風が存在する場合であっても、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、低速走行時と同様の加減速を行うことができる。   In this way, by adding the drive torque so as to cancel the speed-dependent resistance torque estimated by the dynamic model, it is possible to execute the traveling and posture control of the vehicle 10 with high accuracy, and to always have the same control feeling. It can be provided to the occupant 15. That is, even during high-speed traveling or when strong outdoor air is present, acceleration / deceleration similar to that during low-speed traveling can be performed with respect to a certain steering operation of the joystick 31.

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S4−22)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、前記第1の実施の形態において説明した前記式(5)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、前記第1の実施の形態において説明した前記式(6)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 main control ECU 21 determines the feedback output of each actuator (step S4-22). In this case, the feedback output of the drive motor 52 is determined from the deviation between each target value and the actual state quantity by the equation (5) described in the first embodiment, and the first embodiment The feedback output of the active weight section motor 62 is determined by the equation (6) described in the embodiment.

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S4−23)。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 main control ECU 21 gives a command value to each element control system (step S4-23). In this case, the main control ECU 21 transmits the sum of the feedforward output and the feedback output determined as described above to the drive wheel control ECU 22 and the active weight part control ECU 23 as the drive torque command value and the active weight part thrust command value. .

このように、本実施の形態においては、駆動輪12の回転速度と車両10の対気速度とに応じて、駆動輪12の駆動トルク及び搭乗部14の位置を補正する。つまり、駆動輪回転角速度に基づいて、駆動輪12に作用する摩擦抵抗トルクを推定するとともに、対気速度計によって計測した対気速度に基づいて、車体に作用する空気抵抗を推定する。   Thus, in the present embodiment, the drive torque of the drive wheel 12 and the position of the riding section 14 are corrected according to the rotational speed of the drive wheel 12 and the airspeed of the vehicle 10. That is, the frictional resistance torque acting on the driving wheel 12 is estimated based on the driving wheel rotational angular velocity, and the air resistance acting on the vehicle body is estimated based on the airspeed measured by the airspeed meter.

これにより、駆動輪12が空転やスリップ状態にあっても、走行状態と車体姿勢とを高精度に制御することができるので、操縦性や乗り心地の良い倒立型の車両10を提供することができる。また、外気風が強い場合においても、同様に、走行状態と車体姿勢とを高精度に制御することができるので、操縦性や乗り心地の良い倒立型の車両10を提供することができる。   As a result, even when the drive wheel 12 is idling or slipping, the running state and the vehicle body posture can be controlled with high accuracy, and therefore, the inverted vehicle 10 having good maneuverability and ride comfort can be provided. it can. Further, even when the outside air wind is strong, similarly, the traveling state and the vehicle body posture can be controlled with high accuracy, so that the inverted vehicle 10 with good maneuverability and ride comfort can be provided.

なお、本実施の形態においては、対気速度センサ71から取得した対気速度に基づいて空気抵抗を推定する例について説明したが、対気速度センサ71としてピトー管等の動圧計測型のセンサを使用する場合には、動圧値を直接取得して空気抵抗を推定してもよい。これにより、大気の密度変化による影響を正しく考慮することができる。   In the present embodiment, the example in which the air resistance is estimated based on the air speed acquired from the air speed sensor 71 has been described. However, as the air speed sensor 71, a dynamic pressure measurement type sensor such as a Pitot tube is used. May be used to directly obtain the dynamic pressure value and estimate the air resistance. Thereby, the influence by the density change of air | atmosphere can be considered correctly.

また、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。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.

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である。It is the schematic which shows the structure of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state which is carrying out acceleration advance in the state which the passenger | crew got on. 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。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における車両の高速走行時の動作を示す概略図である。It is the schematic which shows the operation | movement at the time of high speed driving | running | working of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows operation | movement of the driving | running | working and attitude | position control processing of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 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である。It is a figure which shows the dynamic model of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention, and its parameter. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the acquisition process of the state quantity in the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target driving state in the 1st Embodiment of this invention. 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である。It is a graph which shows the change of the target value of the active weight part position in the 1st Embodiment of this invention, and the target value of a vehicle body tilt angle. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target vehicle body attitude | position in the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the actuator output in the 1st Embodiment of this invention. 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である。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における車両の高速走行時の動作を示す概略図である。It is the schematic which shows the operation | movement at the time of high speed driving | running | working of the vehicle in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the acquisition process of the state quantity in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target vehicle body attitude | position in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the actuator output in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the acquisition process of the state quantity in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target vehicle body attitude | position in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the actuator output in the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 車両
12 駆動輪
14 搭乗部
20 制御ECU
71 対気速度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vehicle 12 Drive wheel 14 Boarding part 20 Control ECU
71 Airspeed sensor

Claims (5)

回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、
該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、
車両速度が大きくなるに従って前記駆動輪及び/又は前記車体に作用する抵抗トルクである速度依存抵抗トルクを推定する推定手段と、
該推定手段によって推定された速度依存抵抗トルクに応じて前記車体の重心を前記駆動輪の進行方向に、前記駆動輪と相対的に移動させる姿勢制御手段とを備えることを特徴とする車両。
A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body,
A vehicle control device for controlling the attitude of the vehicle body by controlling the drive torque applied to the drive wheels,
The vehicle control device
Estimating means for estimating a speed-dependent resistance torque that is a resistance torque acting on the driving wheel and / or the vehicle body as the vehicle speed increases;
A vehicle comprising: attitude control means for moving the center of gravity of the vehicle body in the traveling direction of the drive wheel relative to the drive wheel in accordance with the speed-dependent resistance torque estimated by the estimation means.
前記車両制御装置は、前記車体を傾けることによって前記車体の重心を移動させる請求項1に記載の車両。   The vehicle according to claim 1, wherein the vehicle control device moves the center of gravity of the vehicle body by tilting the vehicle body. 前記車体に対して移動可能に取り付けられた能動重量部を更に有し、
前記車両制御装置は、前記能動重量部を移動させることによって前記車体の重心を移動させる請求項1又は2に記載の車両。
An active weight portion movably attached to the vehicle body;
The vehicle according to claim 1, wherein the vehicle control device moves the center of gravity of the vehicle body by moving the active weight portion.
前記推定手段は、前記車体に作用する空気抵抗のトルクである車体空気抵抗トルク、及び/又は、前記駆動輪の回転に対する摩擦抵抗である駆動輪摩擦抵抗及び/又は前記空気抵抗の反トルクを推定する請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両。   The estimation means estimates a vehicle body air resistance torque that is a torque of an air resistance acting on the vehicle body and / or a driving wheel friction resistance that is a friction resistance against rotation of the driving wheel and / or a counter torque of the air resistance. The vehicle according to any one of claims 1 to 3. 回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、
該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、対気速度を計測する対気速度計測手段とを備え、
該対気速度計測手段によって計測された対気速度の大きさに応じた量だけ、前記車体の重心を対気速度の方向に、前記駆動輪と相対的に移動させることを特徴とする車両。
A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body,
A vehicle control device for controlling the attitude of the vehicle body by controlling the drive torque applied to the drive wheels,
The vehicle control device includes an airspeed measuring means for measuring an airspeed,
A vehicle characterized in that the center of gravity of the vehicle body is moved relative to the drive wheel in the direction of airspeed by an amount corresponding to the magnitude of airspeed measured by the airspeed measuring means.
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