JP2010260532A

JP2010260532A - 車両

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Publication number: JP2010260532A
Application number: JP2009271339A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Doi; 克則土井; Yuji Takakura; 裕司高倉; Kenji Kato; 憲二加藤; Koki Hayashi; 弘毅林
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: JP5428806B2

Abstract

【課題】車体傾斜リンク機構を固定した場合に車両左右加速度の制限値を減少させることにより、車体が左右一方に大きく傾いた状態で固定されたときであっても、十分な安全性を保障しつつ、可能な限りの運動性能を確保することができ、使い勝手がよく、かつ、安全で快適に使用することができるようにする。
【解決手段】回転可能に車体に取り付けられた左右の駆動輪１２と、前記車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構と、該車体傾斜リンク機構を固定するリンクブレーキと、前記駆動輪１２の各々に付与する駆動トルク及び前記車体傾斜リンク機構に付与するリンク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、前記リンクブレーキが前記車体傾斜リンク機構を固定した場合、車両左右加速度の制限値を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に関するものである。

従来、一対の車輪と、一対の車輪を支持するリンク機構とを備える、いわゆる、同軸２輪タイプの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、同軸上に配設された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等の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この場合、リンク機構によって車体を左右に傾斜させながら走行するようになっている。

特開２００６−００１３８５号公報

しかしながら、前記従来の車両においては、車体を左右に傾けるアクチュエータの異常時に、リンク機構を固定する場合がある。例えば、車体が自由に傾斜して車体姿勢の安定性が低下することを防ぐために、アクチュエータの異常時には、ブレーキを作動してリンク機構を固定する。しかし、このような制御では、安定性や快適性を十分に保障できない可能性がある。

例えば、リンク機構の固定によって、車両の旋回性能の実質的な限界値が低下する。つまり、リンク機構の固定によって接地荷重中心の移動が可能な範囲が変化するため、正常時と同様に旋回すると、車体の姿勢を維持できず、安全性を十分に保障できない可能性がある。

また、リンク機構が固定された状態によって、旋回方向で限界値の低下量が異なる。そのため、操縦者は、リンク機構の固定された角度から左右各々の旋回性能限界の低下量を正確に判断して慎重に操縦することを強いられる。このような場合、安全性や操縦性を十分に保障できない可能性がある。

もっとも、これらの条件に対して安全性を保障するために車両を強制停止させると、非常時に道路外や路肩に退避するような走行が不可能となり、利用可能な環境が実質的に著しく制限されてしまう。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車体傾斜リンク機構を固定した場合に車両左右加速度の制限値を減少させることにより、車体が左右一方に大きく傾いた状態で固定されたときであっても、十分な安全性を保障しつつ、可能な限りの運動性能を確保することができ、使い勝手がよく、かつ、安全で快適に使用することができる車両を提供することを目的とする。

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左右の駆動輪と、前記車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構と、該車体傾斜リンク機構を固定するリンクブレーキと、前記駆動輪の各々に付与する駆動トルク及び前記車体傾斜リンク機構に付与するリンク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、前記リンクブレーキが前記車体傾斜リンク機構を固定した場合における車両左右加速度の制限値を、前記車体傾斜リンク機構を固定しない場合における車両左右加速度の制限値よりも小さい値に減少させる。

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、車両左右加速度の目標値に対する制限値を減少させる。

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、前記車体傾斜リンク機構の固定角度に応じて前記制限値の減少量を決定する。

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、車体傾斜可動域の右端から固定位置までの角度を右方加速度制限値の減少量とし、車体傾斜可動域の左端から固定位置までの角度を左方加速度制限値の減少量とする。

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、右方加速度制限値及び左方加速度制限値のうちの一方の値に応じて、他方の値を更に減少させる。

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、右方加速度制限値と左方加速度制限値を比較し、大きい方の加速度制限値を小さい方の加速度制限値まで減少させる。

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、車両左右加速度の制限値に応じて、平均駆動輪回転角速度制限値を減少させる。

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、前記車体傾斜リンク機構が固定されたときの最高速度での最小旋回半径を前記車体傾斜リンク機構が固定されていないときの最高速度での最小旋回半径以下にするように、前記車体傾斜リンク機構が固定されたときの平均駆動輪回転角速度制限値を補正する。

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、左右路面勾（こう）配に応じて車両左右加速度の制限値を減少させる。

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、水平面上での前記車体の傾斜方向が前記左右路面勾配の下り方向と同じ場合には車両左方加速度及び車両右方加速度の制限値を減少させ、水平面上での前記車体の傾斜方向が前記左右路面勾配の上り方向と同じ場合には車両左方加速度及び車両右方加速度の制限値を固定する。

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、制限された車両左右加速度の目標値に応じた駆動トルク差を左右の駆動輪に付与する。

本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車体傾斜リンク機構が固定された場合、前記車体が左右のいずれかに傾斜している。

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、前記制限された車両左右加速度、及び、前記車体の左右の傾斜状態によって、前記左右の駆動輪の接地点の中点から前記左右の駆動輪の接地荷重の作用中心までの距離を前記中点から前記駆動輪の接地点までの距離で除した値である接地荷重移動率を推定し、該接地荷重移動率の推定値に応じて前記左右の駆動輪に駆動トルク差を付与する。

請求項１の構成によれば、十分な安全性を保障しつつ、可能な限りの旋回運動性能を確保することができる。

請求項２の構成によれば、車両左右加速度の制限値を減少させることを簡易に実行できる。

請求項３の構成によれば、車体姿勢の安定条件を厳密に考慮するので、確実に車両の姿勢を維持することができる範囲内に車両左右加速度を制限することができる。

請求項４の構成によれば、車体姿勢の安定条件を満たす車両左右加速度の制限値を非常に簡単な方法で取得することができるため、制御処理の負荷を増すことなく、安全性と運動性能を確保できる。

請求項５及び６の構成によれば、操縦者の入力に対する旋回走行状態が左右で異なることによる違和感や操縦の難しさを軽減させることができる。

請求項７の構成によれば、車両の最高速度を旋回性能の低下に応じた値にすることで、操縦者は安全な操縦を容易に実行できる。

請求項８の構成によれば、旋回性能の低下に適した制限速度を設定することで、操縦者に違和感や不快感を与えることなく車両速度を制限できる。

請求項９の構成によれば、路面が左右に傾斜している場所でも、安全な範囲で旋回走行性能を最大限確保することができる。

請求項１０の構成によれば、路面の傾斜方向に応じて旋回走行の制限が一時的に緩和されることを禁止し、操縦者に違和感を与えたり、路面傾斜部通過後の旋回性能に対する過信を与えたりすることを確実に防ぐことができる。

請求項１１の構成によれば、旋回走行状態の目標に対する制御を安定かつ高精度に実行することで、より確実に車両左右加速度を制限することができる。

請求項１２の構成によれば、車体が大きく傾いた状態で車体傾斜リンク機構が固定された場合でも、十分な安全性を保障しつつ、可能な限りの旋回運動性能を確保することができる。

請求項１３の構成によれば、車体が大きく傾いた状態で車体傾斜リンク機構が固定された場合でも、旋回走行状態の目標に対する制御を安定かつ高精度に実行し、より確実に車両左右加速度を制限することができる。

本発明の第１の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図である。本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態における車両制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における通常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における非常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図である。本発明の第２の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。

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。

図１は本発明の第１の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。

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、車体を前後左右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。また、車両１０は前進及び後退することができる。

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の回転軸は車体が直立した状態において水平な方向に存在し、駆動輪１２はその回転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。

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、車両１０の運転者である乗員１５が搭乗する搭乗部１４が取り付けられている。

本実施の形態においては、説明の都合上、搭乗部１４には乗員１５が搭乗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、貨物等の搭載物が積載されていてもよい。なお、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、背もたれ部及びヘッドレストを備える。

また、前記車両１０は、車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構としてのリンク機構６０を有し、旋回時には、図１に示されるように、左右の駆動輪１２の路面に対する角度、すなわち、キャンバー角を変化させるとともに、搭乗部１４及び本体部１１を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員１５の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両１０は車体を横方向（左右方向）にも傾斜させることができる。

前記リンク機構６０は、左右の駆動輪１２に駆動力を付与する駆動モータ５２を支持するモータ支持部材としても機能する左右の縦リンクユニット６５と、該左右の縦リンクユニット６５の上端同士を連結する上側横リンクユニット６３と、左右の縦リンクユニット６５の下端同士を連結する下側横リンクユニット６４とを有する。また、左右の縦リンクユニット６５と上側横リンクユニット６３及び下側横リンクユニット６４とは回転可能に連結されている。さらに、上側横リンクユニット６３の中央及び下側横リンクユニット６４の中央には、上下方向に延在する支持部１３が回転可能に連結されている。

そして、６１は、リンクトルクを発生する車体傾斜用のアクチュエータとしてのリンクモータであって、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、ボディが上側横リンクユニット６３に固定され、回転軸が支持部１３に固定されている。なお、前記ボディが支持部１３に固定され、回転軸が上側横リンクユニット６３に固定されていてもよい。そして、リンクモータ６１を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、上側横リンクユニット６３に対して支持部１３が回転し、リンク機構６０が屈伸する。なお、前記リンクモータ６１の回転軸は、支持部１３と上側横リンクユニット６３との連結部分の回転軸と同軸になっている。これにより、リンク機構６０を屈伸させて本体部１１を傾斜させることが可能となる。

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。

さらに、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が図示されないリモートコントローラに配設され、ジョイスティック３１の操作量は、リモートコントローラから、有線又は無線によって車両１０に配設される受信装置に送信される。この場合、ジョイスティック３１の操縦者は乗員１５以外の者である。

なお、本実施の形態における以降の説明は、搭乗部１４の座面が水平であるときに、駆動輪１２の回転軸に垂直な方向にｘ軸、平行な方向にｙ軸、鉛直上向きにｚ軸を採る座標系に基づくものとする。

車両システムは、図２に示されるように、車両制御装置としての制御ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２０を有し、該制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３を備える。前記制御ＥＣＵ２０並びに主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御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及びリンク制御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。

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。

また、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、車体傾斜センサ４１、リンクセンサ４２、駆動モータ５２、リンクモータ６１及びリンクブレーキ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。また、前記リンクセンサ４２は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、リンク機構６０に配設され、該リンク機構６０の相互に回転するリンクユニットの角度、例えば、支持部１３と上側横リンクユニット６３との角度、すなわち、リンク回転角及び／又は回転角速度を検出して主制御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に送信する。また、前記主制御ＥＣＵ２１は、リンクトルク指令値をリンク制御ＥＣＵ２３に送信し、該リンク制御ＥＣＵ２３は、受信したリンクトルク指令値に相当する入力電圧をリンクモータ６１に供給する。また、主制御ＥＣＵ２１は、作動電圧をリンクブレーキ６２に供給する。

そして、前記リンクモータ６１は、入力電圧に従ってリンク機構６０に駆動トルクを付与し、これにより、傾斜用のアクチュエータとして機能する。また、前記リンクブレーキ６２は、作動電圧に従ってリンク機構６０を屈伸不能に固定する傾斜機構ブレーキ装置として機能する。なお、前記リンクブレーキ６２は、電力供給時に解除されるもの、例えば、無励磁作動型の電磁ブレーキである。また、前記リンクブレーキ６２は、例えば、リンクモータ６１に配設され、該リンクモータ６１の回転軸をリンクモータ６１のボディに対して回転不能に固定する装置であるが、リンク機構６０に配設され、例えば、下側横リンクユニット６４と支持部１３とを相対的に回転不能に固定する装置であってもよい。

なお、本実施の形態においては、主制御ＥＣＵ２１からリンクブレーキ６２に作動電圧を直接入力しているが、主制御ＥＣＵ２１がリンク制御ＥＣＵ２３にブレーキ動作信号を送信し、リンク制御ＥＣＵ２３が同信号の受信に応じて、リンクブレーキ６２に作動電圧を与えるようにしてもよい。

また、主制御ＥＣＵ２１には、入力装置３０のジョイスティック３１から走行指令として、操作量が入力される。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、リンクトルク指令値をリンク制御ＥＣＵ２３に送信する。

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とを決定してもよい。

また、制御ＥＣＵ２０は、機能の観点から、車両左右加速度を制限する車両左右加速度制限手段と、車両左右加速度の制限値を補正する左右加速度制限値補正手段とを備える。

前記制御ＥＣＵ２０によって姿勢制御が行われることで、車両１０は、リンク機構６０によって、旋回走行時には、図１に示されるように、車体を旋回円内側に傾けた状態で旋回する。そして、旋回走行中にリンクモータ６１に異常が発生すると、すなわち、アクチュエータ異常が発生すると、リンクブレーキ６２を作動させる。

次に、前記構成の車両１０の動作について詳細に説明する。まず、車両制御処理の概要について説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態における車両制御処理の動作を示すフローチャートである。

車両制御処理において、制御ＥＣＵ２０は、まず、モータ正常判定を行い、モータが正常であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この場合、リンクモータ６１がトルクを発生可能であるか否かを判定する。具体的には、リンク制御ＥＣＵ２３がモータ診断手段を備え、リンクモータ６１がトルクを発生不能、すなわち、異常と診断した場合に所定の信号を主制御ＥＣＵ２１に送信する。すると、該主制御ＥＣＵ２１は、その信号を受信した場合に、モータが正常ではないと判定する。

そして、モータが正常であると判定すると、制御ＥＣＵ２０は、ブレーキ解除を行う（ステップＳ２）。この場合、リンクブレーキ６２を解除して、リンク機構６０を回転可能とする。具体的には、主制御ＥＣＵ２１は、リンクブレーキ６２に作動電圧を入力する。

続いて、制御ＥＣＵ２０は、通常走行・姿勢制御処理を実行し（ステップＳ３）、車体を適切に傾斜させながら、車体の姿勢を保持しつつ、乗員１５からの走行指令を実現して車両制御処理を終了する。なお、該車両制御処理は、所定の時間間隔（例えば、１００〔μｓ〕毎）で繰り返し実行される。

一方、モータが正常であるか否かを判定して異常である場合、制御ＥＣＵ２０は、ブレーキ作動を行う（ステップＳ４）。この場合、リンクブレーキ６２を作動して、リンク機構６０を固定する。具体的には、主制御ＥＣＵ２１は、リンクブレーキ６２への作動電圧の入力を停止する。

続いて、制御ＥＣＵ２０は、非常走行・姿勢制御処理を実行し（ステップＳ５）、リンク機構６０が固定された状態で、車体の姿勢を保持しつつ、乗員１５からの走行指令を実現して車両制御処理を終了する。

次に、通常走行・姿勢制御処理について説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態における通常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。

本実施の形態においては、状態量、パラメータ等を次のような記号によって表す。
θ_WR：右駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θ_WL：左駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θ_W：平均駆動輪回転角〔ｒａｄ〕；θ_W＝（θ_WR＋θ_WL）／２
Δθ_W：駆動輪回転角左右差〔ｒａｄ〕；Δθ_W＝θ_WR−θ_WL
θ₁：車体傾斜ピッチ角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
φ₁：車体傾斜ロール角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
τ_L：リンクトルク〔Ｎｍ〕
τ_WR：右駆動トルク〔Ｎｍ〕
τ_WL：左駆動トルク〔Ｎｍ〕
τ_W：総駆動トルク〔Ｎｍ〕；τ_W＝τ_WR＋τ_WL
Δτ_W：駆動トルク左右差〔Ｎｍ〕；Δτ_W＝τ_WR−τ_WL
ｇ：重力加速度〔ｍ／ｓ²〕
Ｒ_W：駆動輪接地半径〔ｍ〕
Ｄ：２輪間距離〔ｍ〕
ｍ₁：車体質量（搭乗部を含む）〔ｋｇ〕
ｍ_W：駆動輪質量（２輪合計）〔ｋｇ〕
ｌ₁：車体重心距離（車軸から）〔ｍ〕
Ｉ_W：駆動輪慣性モーメント（２輪合計）〔ｋｇｍ²〕
α_X：車両前後加速度〔ｍ／ｓ²〕
α_Y：車両左右加速度〔ｍ／ｓ²〕
η：左右路面勾配〔ｒａｄ〕
通常走行・姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する（ステップＳ３−１）。具体的には、駆動輪センサ５１から駆動輪回転角又は駆動輪回転角速度を取得し、車体傾斜センサ４１から車体傾斜角又は傾斜角速度を取得し、リンクセンサ４２からリンク回転角又はリンク回転角速度を取得する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する（ステップＳ３−２）。この場合、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。例えば、取得した状態量が駆動輪回転角、車体傾斜角及びリンク回転角である場合には、これらを時間微分することによって、駆動輪回転角速度、傾斜角速度及びリンク回転角速度を得ることができる。また、例えば、取得した状態量が駆動輪回転角速度、傾斜角速度及びリンク回転角速度である場合には、これらを時間積分することによって、駆動輪回転角、車体傾斜角及びリンク回転角を得ることができる。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、操縦者の操縦操作量を取得する（ステップＳ３−３）。この場合、操縦者が、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。

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Ｓ３−４）。例えば、前後及び左右の操作量に比例した値を前後加速度及び左右加速度の目標値とする。なお、ジョイスティック３１の操作量は、前後については、前方への操作を正の値、後方への操作を負の値で表し、左右については、車両１０の後方から見て左方への操作を正の値、右方への操作を負の値で表すものとする。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値を補正する（ステップＳ３−５）。具体的には、下記の式によって車両左右加速度の目標値を補正する。

また、α_Y,Max,Lは左方加速度制限値、α_Y,Max,Rは右方加速度制限値であり、各々、α_Y,Max,L＝α_Y,Max,0＋η
α_Y,Max,R＝α_Y,Max,0−η
である。

なお、左右路面勾配ηは、車両１０の後方から見て左側で低く、右側で高くなるように傾斜しているときに正、車両１０の左側で高く、右側で低くなるように傾斜しているときに負であるものとする。また、本実施の形態における説明において、上付き添字＊は目標値であることを表し、上付き添字（ｎ）は時系列のｎ番目のデータであることを表し、記号上の１ドットは１階時間微分した値、すなわち、速度であることを表し、記号上の２ドットは２階時間微分した値、すなわち、加速度であることを表すものとする。下付き添字Ｘは前後（ｘ軸方向）であることを表し、下付き添字Ｙは左右（ｙ軸方向）であることを表し、下付き添字ｄは操縦指令値であることを表すものとする。

さらに、α_Y,Max,0は標準左右加速度制限値であり、下記のように表される。

また、φ_1L,Maxは平地における最大車体傾斜ロール角であり、リンク機構６０の構造によって決定される値である。

なお、左右路面勾配ηは、下記の式によって求められる。

さらに、φ_1Lはリンク回転角基準車体傾斜ロール角であり、φ_1L＝ｆ（φ_L）である。なお、φ_Lはリンク回転角、ｆはリンク機構６０の幾何学的条件に基づいてリンク回転角を水平面上での車体傾斜ロール角に変換する関数である。また、Δｔは制御処理周期（データ取得間隔）であり、所定値である。

このように、左方加速度及び右方加速度の制限値によって、車両左右加速度の目標値を補正する。具体的には、左右車両加速度目標値が右方加速度制限値と左方減速度制限値で定義される範囲内であるように補正する。すなわち、右方への加速度目標値が右方加速度制限値以上である場合には、目標値を右方加速度制限値とする。また、左方への加速度目標値が左方加速度制限値以上である場合には、目標値を左方加速度制限値とする。

さらに、左方加速度制限値及び右方減速度制限値は、車両１０の力学的パラメータ等で決定される所定値とする。具体的には、車体の重心移動によって接地荷重中心点を２つの駆動輪接地点間に位置させることができる限界、すなわち、車体姿勢の安定限界を各制限値として与える。これにより、車体姿勢の安定性を確保できる範囲内で、車両左右加速度の目標値が設定される。

また、左右路面勾配の値によって、車両左方加速度と車両右方加速度の制限値を補正する。具体的には、路面勾配による車体安定限界の変化を考慮して、左右加速度の一方を更に制限し、他方を緩和する。すなわち、路面勾配の下り側へ旋回する方向の左右加速度制限値を、路面勾配の値だけ大きくする。また、路面勾配の上り側へ旋回する方向の左右加速度制限値を、路面勾配の値だけ小さくする。このように、そのときの走行環境下での真の性能限界を把握し、その限界状態での走行を可能とするように走行制限を緩和することで、バンク路等の左右に傾斜した路面上での快適な走行を可能にする。

さらに、車体傾斜ロール角とリンク回転角の計測値から、路面勾配を推定する。これにより、路面を計測するセンサを追加することなく、路面勾配を取得し、それに適応した走行を実現できる。

さらに、路面勾配の推定値にローパスフィルタをかける。これにより、駆動輪１２のタイヤの変形、路面の凹凸、又は、センサ計測値のノイズが推定値へ悪影響を及ぼすことを防止する。

なお、本実施の形態においては、路面勾配の値を推定によって取得しているが、路面形状を計測する路面センサを備え、その計測値から路面勾配を取得してもよい。また、ナビゲーションシステム等の地図データから路面勾配の値を取得してもよい。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、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Ｓ３−６）。具体的には、下記の式によって平均駆動輪回転角速度目標値を算出する。

また、下記の式によって駆動輪回転角速度左右差目標値を算出する。

このように、車両加速度の目標値に相当する駆動輪回転角速度の目標値を決定する。この場合、車両前後加速度目標値を時間積分することによって、左右の駆動輪１２の回転角速度の平均値の目標である平均駆動輪回転角速度目標値を決定する。また、車両左右加速度目標値と平均駆動輪回転角速度目標値から、左右の駆動輪１２の回転角速度の差の目標である駆動輪回転角速度左右差目標値を決定する。

なお、本実施の形態においては、操縦装置であるジョイスティック３１の操作量を前後及び左右の加速度と対応させているが、車両１０の速度やヨーレートに対応させてもよい。また、その車両速度やヨーレート自体を状態量として、フィードバック制御を実行してもよい。

また、本実施の形態においては、駆動輪接地点と路面の間に滑りが存在しないという仮定の下で、車両速度やヨーレートを駆動輪１２の回転角速度に換算しているが、滑りを考慮して駆動輪回転角速度の目標値を決定してもよい。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪回転角速度の目標値を補正する（ステップＳ３−７）。具体的には、下記の式によって平均駆動輪回転角速度目標値を補正する。

このように、平均駆動輪回転角速度の制限値によって、平均駆動輪回転角速度の目標値を補正する。具体的には、平均駆動輪回転角速度目標値が平均駆動輪回転角速度制限値以下であるように補正する。なお、目標値が平均駆動輪回転角速度制限値以上である場合には、目標値を制限値とする。また、平均駆動輪回転角速度制限値は所定値とする。

なお、平均駆動輪回転角速度が補正された場合、すなわち、上記の式の第１行又は第３行の条件に該当する場合、車両前後加速度目標値との整合性を満たすために、車両前後加速度目標値を零に補正する。

また、説明の簡略化のため、本実施の形態においては、車両１０が停止及び前進する場合のみについて説明するが、車両１０が後進する場合についても、同様の制御を導入することにより、同様の効果を得ることができる。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ３−８）。具体的には、車両前後加速度の目標値から、下記の式によって車体傾斜ピッチ角目標値を決定する。

また、車両左右加速度の目標値から、下記の式によって車体傾斜ロール角目標値を決定する。

このように、車両加速度の目標値に応じて車体傾斜角の目標値を決定する。この場合、車体傾斜ピッチ角については、前後の車体姿勢と走行状態に関する倒立振り子車両の力学的構造を考慮して、前後加速度で与えられる走行目標を達成できる車体姿勢を目標値として与える。また、車体傾斜ロール角については、接地荷重中心が２つの駆動輪１２の接地点間である安定領域に存在する範囲で、自由に目標姿勢を設定できるが、本実施の形態では乗員１５の負荷が最も少ない姿勢を目標値として与える。

なお、車体傾斜ロール角の目標値として他の値を与えてもよい。例えば、目標左右加速度の絶対値が所定の閾値よりも小さい場合には目標車体傾斜ロール角を零として、小さな左右加速度に対しては直立姿勢を維持させてもよい。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３−９）。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って、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値をそれぞれ算出する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値から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Ｓ３−１０）。具体的には、下記の式によってフィードフォワード出力として、総駆動トルクのフィードフォワード量τ_W,FF、駆動トルク左右差のフィードフォワード量Δτ_W,FF及びリンクトルクのフィードフォワード量τ_L,FFを決定する。

このように、目標とする走行状態や車体姿勢を実現するのに必要なアクチュエータ出力を力学モデルより予測し、その分をフィードフォワード的に付加することで、車両１０の走行及び姿勢制御を高精度に実行する。つまり、前後方向の走行目標を達成できるように、総駆動トルクのフィードフォワード量を決定する。具体的には、車両前後加速度に応じて発生する慣性力と、車両速度に相当する平均駆動輪回転角速度に応じて発生する走行抵抗を予測し、それを打ち消すような総駆動トルクを与えることで、目標とする前後走行状態を実現する。

また、旋回走行の目標を実現できるように、駆動トルク左右差のフィードフォワード量を決定する。具体的には、接地荷重中心位置の移動に伴って発生するヨーモーメントを予測し、それを打ち消すような駆動トルク左右差を与えることで、目標とする旋回走行目標を実現する。また、車体傾斜ロール角と車両左右加速度に基づいて、接地荷重中心位置の移動率を予測する。

さらに、左右車体傾斜の目標を実現できるように、リンクトルクのフィードフォワード量を決定する。具体的には、車体傾斜ロール角に応じて発生する重力のトルクと、車両左右加速度に応じて発生する遠心力のトルクを予測し、それを打ち消すようなリンクトルクを与えることで、目標とする左右車体傾斜状態を実現する。

なお、本実施の形態においては、力学モデルにおける主な要素をすべて考慮して、必要な出力をフィードフォワード量として与えているが、これらの要素の中で影響が小さいものを無視し、より簡素なモデルによってフィードフォワード量を決定してもよい。また、本実施の形態では考慮していない要素をあらたに考慮してもよい。例えば、駆動輪１２の転がり抵抗やリンク機構６０での乾性摩擦等を考慮してもよい。

さらに、本実施の形態においては、走行状態や車体姿勢の目標値に応じて必要な出力をフィードフォワード量として与えているが、計測値に基づく準フィードバック量として与えてもよい。これにより、目標値と実値に大きな隔たりがある場合でも、適切に制御を行うことができる。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から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Ｓ３−１１）。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τ_W,FB、駆動トルク左右差のフィードバック量Δτ_W,FB及びリンクトルクのフィードバック量τ_L,FBを決定する。

なお、各フィードバックゲインＫ_**の値は、例えば、極配置法等により決定される値をあらかじめ設定しておく。また、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してもよい。さらに、より簡単な制御として、Ｋ_W2、Ｋ_W3、Ｋ_d2及びＫ_L3を除くゲインのいくつかを零にしてもよい。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。

このように、状態フィードバック制御により、実際の状態を目標とする状態に近付けるようにフィードバック出力を与える。具体的には、前後走行状態に相当する平均駆動輪回転状態と、車体の倒立状態に相当する車体傾斜ピッチ角について、計測値と目標値の差に比例する総駆動トルクを与えることで、車両１０の前後走行状態と車体の倒立姿勢を目標とする状態で安定に維持する。

また、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差と、車体の左右傾斜に相当する車体傾斜ロール角について、計測値と目標値の差に比例する駆動トルク左右差を与えることで、車両１０の旋回走行状態を目標とする状態で安定に維持する。このように、車体の左右傾斜状態を考慮することで、より安定かつ高精度に旋回走行状態を制御できる。

さらに、左右傾斜状態に相当する車体傾斜ロール角と、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差について、計測値と目標値の差に比例するリンクトルクを与えることで、車体の左右傾斜状態を目標とする状態で安定に維持する。このように、車両１０の旋回走行状態を考慮することで、より安定かつ高精度に車体左右傾斜状態を制御できる。

さらに、旋回走行状態に相当する状態量として、駆動輪回転角速度左右差を用いる。このように、駆動輪１２の回転状態を制御することで、駆動輪１２がロックや空転の状態に至る可能性を低減できる。

最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて（ステップＳ３−１２）、通常走行・姿勢制御処理を終了する。この場合、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３に、下記の式によって決定される指令値として、右駆動トルク指令値τ_WR、左駆動トルク指令値τ_WL、総駆動トルク指令値τ_W、駆動トルク左右差指令値Δτ_W及びリンクトルク指令値τ_Lを与える。

このように、各フィードフォワード出力と各フィードバック出力の和を指令値として与える。また、総駆動トルクと駆動トルク左右差が要求する値になるように、右駆動トルクと左駆動トルクの指令値を与える。

そして、接地荷重の偏心状態に応じて、駆動トルク左右差の値を補正する。具体的には、総駆動トルク指令値に接地荷重移動率を乗じた値を駆動トルク左右差として付加する。このように、接地荷重の移動に伴って発生するヨーモーメントを打ち消すように駆動トルク左右差を与えることで、旋回走行状態をより高精度に制御することができる。

また、車体傾斜ロール角と車両左右加速度に基づいて、接地荷重移動率を推定する。これにより、車体傾斜状態や旋回走行状態によって変化する接地荷重中心位置の移動を適切に考慮することができる。

さらに、左右の駆動輪１２の回転速度に基づいて、車両左右加速度を推定する。これにより、車両１０の左右加速度を計測するセンサがなくても、走行及び姿勢制御を実行できる。

なお、本実施の形態においては、接地荷重移動率を、車体傾斜状態と旋回走行状態の計測値に基づいて推定しているが、目標値に基づいて推定してもよい。これにより、制御の安定性がより高くなる場合がある。

また、本実施の形態においては、接地荷重移動率の推定に必要な車両左右加速度の値を左右の駆動輪１２の回転角速度から推定しているが、左右加速度を計測する計測手段を備え、その計測値を用いてもよい。また、ヨーレート等の計測値から車両１０の左右加速度を決定してもよい。

次に、非常走行・姿勢制御処理について説明する。

図５は本発明の第１の実施の形態における非常走行・姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。

非常走行・姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する（ステップＳ５−１）。具体的には、駆動輪センサ５１から駆動輪回転角又は駆動輪回転角速度を取得し、車体傾斜センサ４１から車体傾斜角又は傾斜角速度を取得し、リンクセンサ４２からリンク回転角又はリンク回転角速度を取得する。

なお、リンクブレーキ６２の作動後は、リンク機構６０が固定されるので、リンク回転角又はリンク回転角速度を再取得・更新せず、リンクブレーキ６２の作動直前のリンク回転角又はリンク回転角速度に基づいて制御を実行してもよいが、本実施の形態においては、リンク回転角又はリンク回転角速度を取得するものとする。これにより、リンクブレーキ６２の故障等によってリンク機構６０が変位した場合にも、適切に制御を実行できる。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する（ステップＳ５−２）。この場合、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、操縦者の操縦操作量を取得する（ステップＳ５−３）。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。

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Ｓ５−４）。例えば、前後及び左右の操作量に比例した値を前後加速度及び左右加速度の目標値とする。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車両加速度の目標値を補正する（ステップＳ５−５）。具体的には、下記の式によって車両左右加速度の目標値を補正する。

また、左方加速度制限値α_Y,Max,L及び右方加速度制限値α_Y,Max,Rは、各々、下記のように表される。

なお、κは左右加速度均衡化係数（所定値）であり、本実施の形態においては、κ＝１であるものとする。また、リンク機構６０が固定されているので、リンク回転角φ_Lは、固定された角度である。

このように、リンク機構６０の固定時に、車両左右加速度の制限値を減少させる。つまり、リンク機構６０の固定状態に応じて、車両左右加速度を減少させる。具体的には、リンクブレーキ６２によって固定されたリンク機構６０のリンク回転角に相当する車体傾斜ロール角と右方最大車体傾斜ロール角との差を右方加速度制限値の減少量とする。また、リンクブレーキ６２によって固定されたリンク機構６０のリンク回転角に相当する車体傾斜ロール角と左方最大車体傾斜ロール角との差を左方加速度制限値の減少量とする。このように、２つの駆動輪接地点の間に接地荷重中心が存在する条件である車体姿勢の安定条件を厳密に考慮することで、安全な範囲内で旋回走行性能を最大限確保できる。

また、左右一方の加速度制限値に応じて、他方の加速度制限値を減少させる。具体的には、左右の加速度制限値で、大きい方の制限値と小さい方の制限値との比が所定の閾値以下になるように、大きい方の加速度制限値を減少させる。なお、本実施の形態においてはその閾値を１とし、右方加速度制限値及び左方加速度制限値を、共に、より小さい方の値とする。このように、操縦者の入力操作に対する旋回走行状態の左右方向による差異を軽減することで、車両故障等に伴う緊急走行時の操縦を容易にし、緊急時の安全性や利便性をより高めることができる。

さらに、左右路面勾配に応じて、車両左右加速度を減少させる。具体的には、リンク固定時の車体傾斜方向が左右路面勾配の下り方向である場合、上り方向への旋回走行に対する車体姿勢の安定性が低下することを考慮して、加速度制限値を減少させる。すなわち、左右路面勾配の値だけ、加速度制限値を減少させる。このように、リンク機構６０の固定時でも車体傾斜ロール角が路面勾配によって変化することを考慮し、その影響を定量的に加味して制限することで、安全な範囲内で旋回走行性能を最大限確保できる。

一方、リンク固定時の車体傾斜方向が左右路面勾配の上り方向である場合、下り方向への旋回走行に対する車体姿勢の安定性が向上することを無視し、加速度制限値を変化させない。これにより、一時的な路面勾配に対して旋回走行性能を上昇させた結果、乗員１５が旋回走行性能を現状より高く認識することや操縦反応が安定しないことに対して不安感を抱くことを防止する。

なお、本実施の形態においては、線形化した関数によって、車体姿勢の安定条件に基づく車両左右加速度の制限値を決定しているが、より厳密な非線形の関数によって制限値を決定してもよい。また、非線形の関数をマップとして具備し、それを用いて決定してもよい。

また、本実施の形態においては、左右加速度均衡化係数によって、車両左右加速度の制限値の比が所定の範囲内にあるように制限しているが、車両左右加速度の制限値の差が所定の範囲内にあるようにしてもよい。場合によっては、より適度に左右加速度の不均衡を軽減できる可能性がある。

さらに、本実施の形態においては、車両左右加速度の左右不均衡や路面勾配に対して、本来の旋回走行限界値よりも厳しく制限することで、旋回走行性能よりも安全性を優先させているが、より旋回走行性能を優先させてもよい。また、これを操縦者の意思によって選択できるようにしてもよい。例えば、ジョイスティック３１の脇に緊急時走行モード選択手段としてのスイッチを備え、操縦者のスイッチ操作によって、旋回走行性能優先モードと安全性優先モードを選択できるようにしてもよい。これにより、操縦者の満足度を高めるのとともに、制限の意図を操縦者に認識させることができる。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、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Ｓ５−６）。なお、駆動輪回転角速度の目標値の算出は、通常走行・姿勢制御処理における駆動輪回転角速度の目標値の算出、すなわち、図４に示されるステップＳ３−６と同様であるので、説明を省略する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪回転角速度の目標値を補正する（ステップＳ５−７）。具体的には、下記の式によって平均駆動輪回転角速度目標値を補正する。

このように、車両左右加速度制限値に応じて、平均駆動輪回転角速度制限値を減少させる。具体的には、最高速度での最小旋回半径が所定の制限値以下になるように、平均駆動輪回転角速度制限値を補正する。すなわち、リンク固定時における最高速度での最小旋回半径が、リンク解放時における最高速度での最小旋回半径以下になるように、平均駆動輪回転角速度制限値を補正する。このように、車両１０の最高速度を現状の旋回性能に応じた速度に補正することで、操縦者自身が旋回走行性能の低下量に適した走行速度に調整する必要がなく、安全性と操縦性、及び、ある程度の走行性能を保障できる。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ５−８）。具体的には、車両前後加速度の目標値から、下記の式によって車体傾斜ピッチ角目標値を決定する。

このように、車両加速度の目標値に応じて車体傾斜角の目標値を決定する。この場合、車体傾斜ピッチ角について、前後の車体姿勢と走行状態に関する倒立振り子の力学的構造を考慮して、前後加速度で与えられる走行目標を達成できる車体姿勢を目標値として与える。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ５−９）。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って、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値をそれぞれ算出する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値から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Ｓ５−１０）。具体的には、下記の式によってフィードフォワード出力として、総駆動トルクのフィードフォワード量τ_W,FF及び駆動トルク左右差のフィードフォワード量Δτ_W,FFを決定する。

なお、本実施の形態においては、力学モデルにおける主な要素をすべて考慮して、必要な出力をフィードフォワード量として与えているが、これらの要素の中で影響が小さいものを無視し、より簡素なモデルによってフィードフォワード量を決定してもよい。また、本実施の形態では考慮していない要素をあらたに考慮してもよい。例えば、駆動輪１２の転がり抵抗等を考慮してもよい。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から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Ｓ５−１１）。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τ_W,FB及び駆動トルク左右差のフィードバック量Δτ_W,FBを決定する。

なお、各フィードバックゲインＫ_**の値は、例えば、極配置法等により決定される値をあらかじめ設定しておく。また、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してもよい。さらに、より簡単な制御として、Ｋ_W2、Ｋ_W3及びＫ_d2 ^(e)を除くゲインのいくつかを零にしてもよい。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。

また、リンク解放時とリンク固定時で、フィードバックゲインを変更する。つまり、リンク固定時に、駆動輪回転状態左右差のフィードバックゲインを大きくする。これにより、車体傾斜ロール角に伴う旋回走行状態の偏差を軽減させる。

また、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差について、計測値と目標値の差に比例する駆動トルク左右差を与えることで、車両１０の旋回走行状態を目標とする状態で安定に維持する。

最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて（ステップＳ５−１２）、非常走行・姿勢制御処理を終了する。この場合、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２及びリンク制御ＥＣＵ２３に、下記の式によって決定される指令値として、右駆動トルク指令値τ_WR、左駆動トルク指令値τ_WL、総駆動トルク指令値τ_W及び駆動トルク左右差指令値Δτ_Wを与える。

なお、本実施の形態においては、接地荷重移動率の推定に必要な車両左右加速度の値を左右の駆動輪１２の回転角速度から推定しているが、左右加速度を計測する計測手段を備え、その計測値を用いてもよい。また、ヨーレート等の計測値から車両１０の左右加速度を決定してもよい。

このように、本実施の形態においては、リンク機構６０を固定した場合に車両左右加速度の制限値を減少させる。具体的には、車両左右加速度の目標値に対する制限値を減少させる。すなわち、ジョイスティック３１の操作量に応じて決定される車両左右加速度の目標値を制限する。

また、リンク機構６０の固定角度に応じて、車両左右加速度の減少量を決定する。すなわち、車体傾斜可動域の右端から固定位置までの角度を右方加速度制限値の減少量とする。また、車体傾斜可動域の左端から固定位置までの角度を左方加速度制限値の減少量とする。

さらに、一方の加速度制限値に応じて、他方の加速度制限値を更に減少させる。すなわち、右方加速度制限値と左方加速度制限値を共に、右方加速度制限値と左方加速度制限値の小さい方の値とする。

さらに、車両左右加速度の制限値に応じて、平均駆動輪回転角速度制限値を減少させる。この場合、リンク機構６０が固定されたときの最高速度での最小旋回半径がリンク機構６０が固定されていないときの最高速度での最小旋回半径以下になるように、リンク機構６０が固定されたときの平均駆動輪回転角速度制限値を補正する。

さらに、左右路面勾配に応じて、左右加速度の制限値を減少させる。すなわち、固定された車体傾斜方向が路面勾配の上り方向と等しい場合には、左右加速度制限値の減少を禁止する。

さらに、制限された車両左右加速度の目標値に応じた駆動トルク差を左右の駆動輪１２に与える。

これにより、リンクモータ６１の異常により、車体が左右一方に大きく傾いた状態で固定された場合でも、可能な限りの運動性能と十分な安全性を保障でき、安全で快適な倒立型の車両１０を提供することができる。

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。

図６は本発明の第２の実施の形態における車両の傾斜状態を示す図、図７は本発明の第２の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。

本実施の形態においては、車両１０が３輪以上の車輪を有するものである場合について説明する。つまり、前記車両１０は、例えば、前輪が１輪であり後輪が２輪である３輪車、前輪が２輪であり後輪が１輪である３輪車、前輪及び後輪が２輪である４輪車等であるが、３輪以上の車輪を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよい。

ここでは、説明の都合上、前記車両１０が、車体の前方に配設され、操舵（だ）輪として機能する１つの前輪と、車体の後方に配設され、駆動輪１２として機能する左右２つの後輪とを有する３輪車であるものとして説明する。この場合、車両１０は、前記第１の実施の形態と同様に、リンク機構６０によって左右の後輪のキャンバー角を変化させるとともに、搭乗部１４及び本体部１１を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と図示しない乗員の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両１０は車体を横方向（左右方向）にも傾斜させることができる。なお、倒立振り子の姿勢制御のような姿勢制御は行わないものとする。すなわち、車体の前後方向の姿勢制御は行わないものとする。

また、本実施の形態における車両１０の入力装置３０は、図に示されるように、ジョイスティック３１を備えておらず、その代わりに、操舵角センサ３２、スロットルグリップ３４及びブレーキレバー３５を操縦装置として備える。

前記車両１０は操舵装置としてのハンドル３３を有する。該ハンドル３３は、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている棒状の部材である。そして、乗員１５がハンドル３３を操作すると、それに応じて操舵輪としての前輪は舵角を変化させ、これにより、車両１０の進行方向が変化する。また、操舵量検出器としての操舵角センサ３２は、操舵装置の操舵量としての前記舵角を検出して主制御ＥＣＵ２１に送信する。

また、前記スロットルグリップ３４は、一般的なオートバイ等において使用されているスロットルグリップと同様の部材であり、棒状のハンドル３３の一端に回転可能に取り付けられ、その回転角度、すなわち、スロットル開度に応じて、車両１０を加速するような走行指令を入力する装置である。

さらに、前記ブレーキレバー３５は、一般的なオートバイ、自転車等において使用されているブレーキレバーと同様の部材であり、棒状のハンドル３３の一端に揺動可能に取り付けられ、その操作量、すなわち、ブレーキ操作量に応じて、車両１０を減速するような走行指令を入力する装置である。

また、車体制御システム４０は、横加速度センサ４３を備える。該横加速度センサ４３は、一般的な加速度センサ、ジャイロセンサ等から成るセンサであって、車両１０の横加速度を検出する。

そして、前記制御ＥＣＵ２０によって姿勢制御が行われることで、車両１０は、旋回走行時には、図６に示されるように、車体を旋回円内側に傾けた状態で旋回する。

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、その説明を省略する。

次に、本実施の形態における車両１０の動作について詳細に説明する。ここでは、車両制御処理、及び、非常走行・姿勢制御処理についての説明は省略し、通常走行・姿勢制御処理についてのみ説明する。

通常走行・姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、センサから各状態量を取得する。本実施の形態においては、ホイールベースＬ〔ｍ〕を取得する。なお、車体重心距離、及び、車体傾斜ピッチ角又はピッチ角速度は、不要なので取得しない。

なお、次に行われる残りの状態量を算出する動作、操縦者の操縦操作量を取得する動作、車両加速度の目標値を決定する動作、及び、車両加速度の目標値を補正する動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、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。ここで、平均駆動輪回転角速度の目標値を決定する動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

また、本実施の形態において、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪回転角速度左右差の目標値を下記の式によって決定する。

このように、本実施の形態においては、操舵角と平均駆動輪回転角速度目標値から左右の駆動輪１２の回転角速度の差の目標である駆動輪回転角速度左右差目標値を決定する。

なお、次に行われる駆動輪回転角速度の目標値を補正する動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する。なお、本実施の形態においては前後方向の姿勢制御は行わないので、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値を決定する際に、車体傾斜ピッチ角の目標値は算出せずに、車体傾斜ロール角の目標値のみを決定する。車体傾斜ロール角の目標値の決定は、前記第１の実施の形態と同様に行われるので、説明を省略する。

車体傾斜ロール角については、接地荷重中心が２つの駆動輪１２の接地点間である安定領域に存在する範囲で、自由に目標姿勢を設定できるが、本実施の形態では乗員１５の負荷が最も少ない姿勢を目標値として与える。

なお、次に行われる残りの目標値を算出する動作、及び、各目標値から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動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各目標値と状態量との偏差から各アクチュエータのフィードバック出力を決定する。具体的には、下記の式によってフィードバック出力として、総駆動トルクのフィードバック量τ_W,FB、駆動トルク左右差のフィードバック量Δτ_W,FB及びリンクトルクのフィードバック量τ_L,FBを決定する。

このように、状態フィードバック制御により、旋回走行状態に相当する駆動輪回転状態左右差と、車体の左右傾斜に相当する車体傾斜ロール角について、計測値と目標値の差に比例する駆動トルク左右差を与えることで、車両１０の旋回走行状態を目標とする状態で安定に維持する。このように、車体の左右傾斜状態を考慮することで、より安定かつ高精度に旋回走行状態を制御できる。

最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与えて、通常走行・姿勢制御処理を終了するが、各要素制御システムに指令値を与える動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

また、その他の点の動作についても、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

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。

本発明は、車両に適用することができる。

１０車両
１２駆動輪
２０制御ＥＣＵ
６０リンク機構
６２リンクブレーキ

Claims

回転可能に車体に取り付けられた左右の駆動輪と、
前記車体を左右に傾斜させる車体傾斜リンク機構と、
該車体傾斜リンク機構を固定するリンクブレーキと、
前記駆動輪の各々に付与する駆動トルク及び前記車体傾斜リンク機構に付与するリンク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、前記リンクブレーキが前記車体傾斜リンク機構を固定した場合における車両左右加速度の制限値を、前記車体傾斜リンク機構を固定しない場合における車両左右加速度の制限値よりも小さい値に減少させることを特徴とする車両。
前記車両制御装置は、車両左右加速度の目標値に対する制限値を減少させる請求項１に記載の車両。
前記車両制御装置は、前記車体傾斜リンク機構の固定角度に応じて前記制限値の減少量を決定する請求項１又は２に記載の車両。
前記車両制御装置は、車体傾斜可動域の右端から固定位置までの角度を右方加速度制限値の減少量とし、車体傾斜可動域の左端から固定位置までの角度を左方加速度制限値の減少量とする請求項３に記載の車両。
前記車両制御装置は、右方加速度制限値及び左方加速度制限値のうちの一方の値に応じて、他方の値を更に減少させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。
前記車両制御装置は、右方加速度制限値と左方加速度制限値を比較し、大きい方の加速度制限値を小さい方の加速度制限値まで減少させる請求項５に記載の車両。
前記車両制御装置は、車両左右加速度の制限値に応じて、平均駆動輪回転角速度制限値を減少させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
前記車両制御装置は、前記車体傾斜リンク機構が固定されたときの最高速度での最小旋回半径を前記車体傾斜リンク機構が固定されていないときの最高速度での最小旋回半径以下にするように、前記車体傾斜リンク機構が固定されたときの平均駆動輪回転角速度制限値を補正する請求項７に記載の車両。
前記車両制御装置は、左右路面勾配に応じて車両左右加速度の制限値を減少させる請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両。
前記車両制御装置は、水平面上での前記車体の傾斜方向が前記左右路面勾配の下り方向と同じ場合には車両左方加速度及び車両右方加速度の制限値を減少させ、水平面上での前記車体の傾斜方向が前記左右路面勾配の上り方向と同じ場合には車両左方加速度及び車両右方加速度の制限値を固定する請求項９に記載の車両。
前記車両制御装置は、制限された車両左右加速度の目標値に応じた駆動トルク差を左右の駆動輪に付与する請求項２〜１０のいずれか１項に記載の車両。
前記車体傾斜リンク機構が固定された場合、前記車体が左右のいずれかに傾斜している請求項１〜１１のいずれか１項に記載の車両。
前記車両制御装置は、前記制限された車両左右加速度、及び、前記車体の左右の傾斜状態によって、前記左右の駆動輪の接地点の中点から前記左右の駆動輪の接地荷重の作用中心までの距離を前記中点から前記駆動輪の接地点までの距離で除した値である接地荷重移動率を推定し、該接地荷重移動率の推定値に応じて前記左右の駆動輪に駆動トルク差を付与する請求項１２に記載の車両。