JP2014156183A

JP2014156183A - 移動制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラム

Info

Publication number: JP2014156183A
Application number: JP2013027828A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Kosaka; 雄介小坂; Shin Oikawa; 晋及川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: JP5790677B2; US8935050B2; US20140236426A1

Abstract

【課題】傾きの引き起こしの動作を乗員はわざわざ実施しなくても済むこと。
【解決手段】移動体制御装置は、移動体を駆動する駆動手段４２と、駆動手段の駆動速度を検出する駆動速度検出手段４３と、移動体の姿勢情報を検出する姿勢状態検出手段４４と、検出された姿勢情報と入力する姿勢情報指令とに基づき駆動手段に対する第１駆動速度指令を生成する姿勢制御手段４５と、生成された第１駆動速度指令と検出された駆動速度とを加算し駆動手段４２に対する第２駆動速度指令を生成する速度指令生成手段４７と、生成された第２駆動速度指令と検出した駆動速度とに基づいて駆動手段４２に対するトルク指令を生成することで駆動手段を制御する速度制御手段４６とを備える。速度制御手段４６は、検出した駆動速度が生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行う。姿勢制御手段４５は、検出した姿勢情報が、入力する姿勢情報指令に追従する姿勢制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、自己の姿勢情報に基づいて駆動制御を行う移動制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラムに関するものである。

近年、ジャイロセンサや加速度センサなどを用いて自己の姿勢情報を検出して、検出した姿勢情報に基づいて同軸二輪車に備えられた駆動モータを制御して同軸二輪車の走行、姿勢を制御するための技術開発されている。
これらの同軸二輪車では、ジャイロセンサと加速度センサ信号から自己の姿勢情報を検出して、倒立振子による姿勢を制御する原理により、或いは、二足歩行ロボット制御のＺＭＰ（ゼロモーメントポイント）制御の原理により、自己の姿勢を保つようにモータへの回転指令を演算し、モータ制御装置へ回転指令データを送信する。こうしたフィードバック制御により自己の姿勢を保ち、搭乗者の重心姿勢変化により走行することができる。

例えば、上述した同軸二輪車は、構造上前後に不安定なものであり、姿勢センサからのフィードバックに基づいて車輪の駆動制御を行い姿勢を安定化させる、という特徴を有している。また、前進後退、左右旋回などの車両操作については、乗員の重心移動による指示や、ステップの傾きによる指示や、操縦桿からの指示などにより行われている。或いは、外部からの指令入力による遠隔操作や、自己の軌道計画に基づく自律移動が行われる場合もある。

しかしながら、従来の同軸二輪車の制御系では、姿勢検出のための演算処理に時間を要する。このため、制御性能を維持しつつ高速な制御周期を実現するには、応答の速い姿勢センサや演算能力の高い制御器（ＣＰＵ（Central Processing Unit））を必要とするものであった。即ち、高価なシステム(ＣＰＵ、姿勢センサ)を使用することになり、コストがかかってしまう。反対に、安価なシステムを採用すると、制御周期が遅くなり、制御ゲインを上げられずに性能低下を招く。このため、安価なシステムで、制御性能を維持しながら高速な制御周期を実現可能な手法が強く求められている。

これに対して、姿勢情報に基づいた駆動速度指令と検出された車輪の駆動速度とに基づいてモータのトルク指令を生成し、モータを駆動する倒立二輪車が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−０３０４３６号公報

例えば、倒立二輪車が走行方向に一定の傾きを有して一定の速度指令に基づいて走行する場合、倒立二輪車は等速運動を行うことになり倒立二輪車の前記傾きを引き起こす慣性力が得られないため、乗員は姿勢を引き起こすための動作を行う煩わしさが伴ってしまう。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、姿勢速度指令に加速度成分が加わるため、傾きの引き起こしの動作を乗員はわざわざ実施しなくても済む移動制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラムを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動速度を検出する駆動速度検出手段と、前記移動体の姿勢情報を検出する姿勢状態検出手段と、前記姿勢状態検出手段により検出された姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記駆動手段に対する第１駆動速度指令を生成する姿勢制御手段と、前記姿勢制御手段により生成された前記第１駆動速度指令と、前記駆動速度検出手段により検出された駆動速度と、を加算し、前記駆動手段に対する第２駆動速度指令を生成する速度指令生成手段と、前記速度指令生成手段により生成された第２駆動速度指令と、前記駆動速度検出手段で検出した駆動速度と、に基づいて前記駆動手段に対するトルク指令を生成することで前記駆動手段を制御する速度制御手段と、を備え、前記速度制御手段は、前記駆動速度検出手段で検出した駆動速度が、前記速度指令生成手段で生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行い、前記姿勢制御手段は、前記姿勢状態検出手段で検出した姿勢情報が、入力する姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行うことを特徴とする移動体制御装置である。
この一態様において、前記姿勢制御手段は、前記前記姿勢状態検出手段により検出された姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記駆動手段の姿勢速度指令を生成しており、入力する旋回情報指令に基づいて前記移動体の旋回速度指令を生成する旋回制御手段と、前記姿勢制御手段で生成した姿勢速度指令と、前記旋回制御手段で生成した旋回速度指令とを加算又は減算して前記移動体の第１車輪角速度指令を生成する加減算手段と、を更に備え、前記速度指令生成手段は、前記加減算手段により算出された第１車輪角速度指令と、前記駆動速度検出手段により検出された車輪角速度と、を加算して第２車輪角速度指令を生成し、前記速度制御手段は、前記駆動速度検出手段で検出した車輪角速度が、前記速度指令生成手段により生成された第２車輪角速度指令に追従するように速度制御を行っても良い。
この一態様において、前記駆動速度検出手段により検出された左右車輪の車輪角速度の平均値である平均車輪角速度を算出する平均速度算出手段を更に備え、前記速度指令生成手段は、前記加減算手段により算出された第１車輪角速度指令と、前記平均速度算出手段により算出された平均車輪角速度と、を加算して前記第２車輪角速度指令を生成してもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体を駆動する駆動手段の駆動速度を検出するステップと、前記移動体の姿勢情報を検出するステップと、前記検出された姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記駆動手段に対する第１駆動速度指令を生成するステップと、前記生成された前記第１駆動速度指令と、前記検出された駆動速度と、を加算し、前記駆動手段に対する第２駆動速度指令を生成するステップと、前記生成された第２駆動速度指令と、前記検出した駆動速度と、に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令を生成することで前記駆動手段を制御するステップと、前記検出した駆動速度が、前記生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行うステップと、前記検出した姿勢情報が、前記入力する姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行うステップと、を含む、ことを特徴とする移動体制御方法であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、検出された移動体の姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記移動体を駆動する駆動手段に対する第１駆動速度指令を生成する処理と、前記生成された前記第１駆動速度指令と、検出された前記移動体を駆動する駆動手段の駆動速度と、を加算し、前記駆動手段に対する第２駆動速度指令を生成する処理と、前記生成された第２駆動速度指令と、前記検出した駆動速度と、に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令を生成することで前記駆動手段を制御する処理と、前記検出した駆動速度が、前記生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行う処理と、前記検出した姿勢情報が、前記入力する姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行う処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする制御プログラムであってもよい。

本発明によれば、姿勢速度指令に加速度成分が加わるため、傾きの引き起こしの動作を乗員はわざわざ実施しなくても済む移動制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラムを提供することができる。

本発明に係る移動体制御装置の制御系の概要を示す制御ブロック図である。本発明の実施の形態１に係る移動体の構成を示す正面図である。本発明の実施の形態１に係る移動体の構成を示す側面図である。本発明の実施の形態１に係る移動体制御装置のシステム構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る移動体制御装置のシステム構成を示す制御ブロック図である。図４に示す動作制御系を、各駆動ユニットと車輪とについてより詳細に説明する図である。左右車輪平均角速度器を更に備える構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る移動体制御装置による制御方法の制御処理フローを示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る移動体制御装置のシステム構成を示す制御ブロック図である。左右車輪平均角速度器を更に備える構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。図１は、本発明に係る移動体制御装置の制御系の概要を示す制御ブロック図である。本発明に係る移動体制御装置１０は、移動体４１を駆動する駆動手段４２と、駆動手段４２の駆動速度を検出する駆動速度検出手段４３と、移動体４１の姿勢情報を検出する姿勢状態検出手段４４と、検出した姿勢情報と入力する姿勢情報指令とに基づいて、駆動手段４２の第１駆動速度指令を生成する姿勢制御手段４５と、生成した第１駆動速度指令と、駆動速度検出手段４３により検出された駆動速度と、を加算し、駆動手段４２に対する第２駆動速度指令を生成する速度指令生成手段４７と、生成した第２駆動速度指令と駆動速度検出手段４３で検出した駆動速度とに基づいて、駆動手段４２に対するトルク指令を生成することで駆動手段４２を制御する速度制御手段４６と、を備えている。

さらに、姿勢制御手段４５は、姿勢状態検出手段４４で検出した姿勢情報が、入力する姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行い、かつ、速度制御手段４６は、駆動速度検出手段４３で検出した駆動速度が、速度指令生成手段４７で生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行う。

これにより、安価に高速化が可能な速度制御手段４６による制御ループ５１を、姿勢制御手段４５による制御ループ５２の内側に有する構成とすることで、システム全体のコストを低下させつつ、より性能の高い制御を実現することができる。さらに、生成した第１駆動速度指令と検出された駆動速度とを加算することで、駆動速度指令に加速度指令の意味合いを持たせることができる。これにより、移動体４１をピッチ方向に引き起こす慣性力を自然に生じさせることができるため、移動体４１をより安定化させることができる。

さらには、速度制御手段４６による制御系を、姿勢制御手段４５による姿勢制御を行う制御器に対して速い下位の制御器で行うことで、負荷変動（走行中の路面からの外乱や、車輪が浮いたことによる負荷変動）に対する高いロバスト性を実現することができる。従って、進行方向の安定性が向上し、走行中に片輪が浮いた場合であっても安定することができる。

実施の形態１．
図２Ａ及びＢは、本発明の実施の形態１に係る移動体の構成を示す図である。尚、図２Ａは正面図を示し、図２Ｂは側面図を示す。図２Ａ及びＢにおいて、本実施の形態１に係る移動体４１は、例えば、乗員が立つ部分である車両本体１に対して、同軸芯線上に平行に各車輪３Ａ、３Ｂが配置された同軸二輪車として構成されているが、これに限らず、任意の倒立型移動体に適用可能である。

尚、以下、移動体４１を同軸二輪車４１として説明し、車両全体に対する各座標系を、図中に記載のように、車軸に対して垂直方向をＸ軸、車軸方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸、車軸周り（Ｙ軸周り）をピッチ軸、車両上面視においてＸ−Ｙ平面上の回転方向をヨー軸とする。

図２Ａ及びＢに示す如く、本実施の形態１に係る同軸二輪車４１は、車両本体１と、車両本体１に回転可能に設けられた左右一対の車輪３Ａ及び３Ｂと、車両本体１に設けられ乗員が把持するＴ字型のハンドル４と、車両本体１に搭載され同軸二輪車４１を制御する移動体制御装置１０と、を備えている。

図３は、本実施の形態１に係る移動体制御装置のシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る移動体制御装置１０は、車両本体１の姿勢情報を検出する姿勢検出装置４と、各車輪３Ａ、３Ｂを駆動する一対の駆動ユニット２Ａ、２Ｂと、各駆動ユニット２Ａ、２Ｂを制御する制御装置１１と、各車輪３Ａ、３Ｂの車輪角速度を検出する一対の車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂと、を備えている。

姿勢検出装置５は、姿勢状態検出手段の一具体例であり、車両本体１に設けられ、車両本体１の前後（Ｙ軸周り）の傾きなどの車両本体１の姿勢情報を検出する。姿勢検出装置５は、例えば、車両本体１の車両ピッチ角度（姿勢角度）及び車両ピッチ角速度（姿勢角速度）を検出する。姿勢検出装置５は、例えば、ジャイロセンサや加速度センサを用いて車両ピッチ角度及び車両ピッチ角速度を検出する。姿勢検出装置５は、検出した姿勢情報を制御装置１１に対して出力する。

各駆動ユニット２Ａ、２Ｂは、駆動手段４２の一具体例であり、同軸上に配置された複数の車輪３Ａ、３Ｂを独立に駆動する。各駆動ユニット２Ａ、２Ｂは、各車輪３Ａ、３Ｂを駆動するためのモータやアンプなどを含む。各駆動ユニット２Ａ、２Ｂは、制御装置１１から出力されるトルク指令に基づいて各駆動ユニット２Ａ、２Ｂに対するトルク制御を夫々行う。各駆動ユニット２Ａ、２Ｂのモータの回転に伴い各車輪３Ａ、３Ｂにはトルクが加えられる。また、各モータの回転に伴い車両本体１に対してトルクの反力が加わると共に、各車輪３Ａ、３Ｂの回転に伴い車両本体１に対して地面からの反力としての力が加えられる。

制御装置１１は、車両本体１に搭載されており、姿勢検出装置５から出力される車両ピッチ角度及び角速度、入力される車両速度指令、車両ピッチ角度指令（＝０）、車両ピッチ角速度指令（＝０）、各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂから出力される車輪角速度と、に基づいて、トルク指令を生成し各駆動ユニット２Ａ、２Ｂに出力することで、各駆動ユニット２Ａ、２Ｂを制御する。

制御装置１１は、例えば、車両のピッチ方向の目標値である車両ピッチ角度指令及び車両ピッチ角速度指令に実際の車両ピッチ角度及び車両ピッチ角速度を安定的に追従させるように制御を行う。即ち、制御装置１１は、これら目標値と姿勢検出装置５から入力される情報とに基づいて、全体系を倒れないように安定化させるのに必要な駆動トルクを計算し、各駆動ユニット２Ａ、２Ｂのモータを駆動する。一方、各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂは、各駆動ユニット２Ａ、２Ｂのモータの回転に伴う各車輪３Ａ、３Ｂの車輪角速度を検出し制御装置１１に対してフィードバックする。このような車両制御の構成により、同軸二輪車４１は、乗員が重心を前後にずらすことで前進後退を行い、乗員が旋回操作装置などを操作することで左右旋回を行う。

各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂは、駆動速度検出手段４３の一具体例であり、車両本体１と各車輪３Ａ、３Ｂとの相対角速度としての車輪角速度を検出する。各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂは、例えば、各駆動ユニット２Ａ、２Ｂのモータの回転軸に設けられたエンコーダ情報から、車輪角速度を検出し、制御装置１１に出力する。なお、各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂは、車両本体１と各車輪３Ａ、３Ｂとの相対角度としての車輪角度を検出し、制御装置１１に出力してもよい。

以下、図４及び図５を参照して、車両の動作制御について詳細に説明する。図４は、本実施の形態１に係る移動体制御装置のシステム構成を示す制御ブロック図であり、制御装置のシステム構成を示す図である。図５は、図４に示す動作制御系を、各駆動ユニット２Ａ、２Ｂと車輪３Ａ、３Ｂとについてより詳細に説明する図である。

まず、以下の説明に用いる変数について説明する。βは車両ピッチ角度を示し、β′は車両ピッチ角速度を示す。ｘは車両位置を示し、ｘ′は車両速度を示す。これら車両ピッチ角度β、車両ピッチ角速度β′、車両位置ｘ、車両速度ｘ′は検出値を示す。また、β_ｒは車両ピッチ角度指令を示し、β′_ｒは車両ピッチ角速度指令を示す。ｘ_ｒは車両位置指令を示し、ｘ′_ｒは車両速度指令を示す。γ′_ｒは車両のヨー角速度指令を示す。これら車両ピッチ角度指令β_ｒ、車両ピッチ角速度指令β′_ｒ、車両位置指令ｘ_ｒ、車両速度指令ｘ′_ｒ、ヨー角速度指令γ′_ｒは目標値である指令値を示す。即ち、下添え文字にｒが付いている変数は指令値を示し、rが付いていない変数は検出値を示す。また、２Ｌはトレッド幅を示し、Ｒ_ｗは車輪半径を示す。尚、本実施の形態１において、図４における車両の動作制御は通常走行時における動作制御を説明するものであり、姿勢制御器１２に対して少なくとも車両ピッチ角度指令と車両ピッチ角速度指令が入力される。

図４に示す如く、本実施の形態１に係る制御装置１１は、姿勢速度指令を生成する姿勢制御器１２と、車輪角速度指令を生成する速度指令生成器１５と、トルク指令を生成する速度制御器１３と、を有している。

姿勢制御器１２は、姿勢制御手段４５の一具体例であり、姿勢検出装置５で検出した車両ピッチ角度及び車両ピッチ角速度が、入力する車両ピッチ角度指令及び車両ピッチ角速度指令に追従するように姿勢制御を行う。即ち、姿勢制御器１２は、姿勢検出装置５で検出した車両ピッチ角度及び車両ピッチ角速度と、入力する車両ピッチ角度指令及び車両ピッチ角速度指令とに基づいて、駆動ユニット２の姿勢速度指令を生成し、速度指令生成器１５に出力する。このように、姿勢制御器１２は姿勢速度指令についての制御を行う。

より具体的には、姿勢制御器１２は、入力される車両ピッチ角度指令β_ｒ及び車両ピッチ角速度指令β′_ｒと、姿勢検出装置５で検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′との差分を算出する。そして、姿勢制御器１２は、この算出した差分を０に収束させるようにＰＩ（比例・微分）制御などを行う。

通常、姿勢制御器１２には、車両ピッチ角度指令β_ｒ及び車両ピッチ角速度指令β′_ｒの値が、共に０として入力される。これに対し、姿勢制御器１２は、乗員の重心移動によって生じる車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′を０に保つように姿勢制御を行う。姿勢制御器１２は、ＰＩ制御により、以下の（１）式を用いて姿勢速度指令（第１駆動速度指令の一例）を計算する。下記（１）式において、Ｋ_ｐｐは比例ゲインを示し、Ｋ_ｄｐは微分ゲインを示す。
姿勢速度指令＝Ｋ_ｐｐ（β_ｒ−β）＋Ｋ_ｄｐ（β′_ｒ−β′）（１）式

ここで、上記制御ゲインＫ_ｐｐ、Ｋ_ｄｐを調整することで、モータが車両ピッチ角度指令β_ｒ及び車両ピッチ角速度指令β′_ｒに対して応答する追従性を変更できる。例えば、モータロータは、比例ゲインＫ_ｐｐを小さく調整すると、ゆっくりとした追従遅れをもって動作するようになり、比例ゲインＫ_ｐｐを大きく調整すると、高速に追従するようになる。このように、制御ゲインを変化させることにより、車両ピッチ角度指令β_ｒ及び車両ピッチ角速度指令β′_ｒと、実際に検出した車両ピッチ角度β及び車両ピッチ角速度β′との誤差の大きさや応答時間を調整することが可能となり、より最適な制御が可能となる。尚、姿勢制御器１２では、ＰＩ制御に限定されず、Ｈ∞制御や、ファジィ制御などを用いて制御を行うようにしてもよい。

速度指令生成器１５は、速度姿勢生成手段４７の一具体例であり、下記（２）式を用いて、姿勢制御器１２により算出された姿勢速度指令に、車輪角速度検出器１７により検出された車輪角速度θ′を加算し、車輪角速度指令（第２駆動速度指令）θ′_comを計算する。
車輪角速度指令θ′_com＝姿勢速度指令＋車輪角速度θ′ （２）式

このように、姿勢制御器１２により算出された姿勢速度指令に実際に検出された車輪角速度を加算することにより、姿勢速度指令に加速度指令の意味合いを持たせることができ、同軸二輪車４１の安定化を向上させることができる。

なお、図５に示すように左右の車輪３Ａ、３Ｂに対して車輪角速度指令を生成する場合には、各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂは、上記（１）式で計算した姿勢速度指令と、各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂで検出された左右車輪の車輪角速度と、に基づいて、以下の（３）式及び（４）式を用いて左右の車輪角速度指令（左車輪角速度指令及び右車輪角速度指令）を夫々計算する。
左車輪角速度指令＝姿勢速度指令＋左車輪角速度（３）式
右車輪角速度指令＝姿勢速度指令＋右車輪角速度（４）式

さらに、図６に示すように、移動体制御装置１０は、左右車輪平均角速度器１６を更に備える構成であってもよい。左右車輪平均角速度器１６は、平均速度算出手段の一具体例であり、車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂにより夫々検出された左車輪３Ｂの左車輪角速度と右車輪３Ａの右車輪角速度とに基づいて下記（５）式を用いて左右車輪３Ａ、３Ｂの車輪角速度の平均値（以下、平均車輪角速度と称す）を算出する。
平均車輪角速度＝（左車輪角速度＋右車輪角速度）／２（５）式

左右車輪平均角速度器１６は、算出した平均車輪角速度を左右の速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂに夫々出力する。このように、平均車輪角速度を用いて、左右車輪３Ａ、３Ｂに対する車輪角速度指令を生成することで、左右車輪３Ａ、３Ｂに対して均等に、同軸二輪車４１をピッチ方向に引き起こすための慣性力を生じさせることができ、車両をより安定化させることができる。

速度制御器１３は、速度制御手段４６の一具体例であり、速度指令生成器１５から入力される車輪角速度指令と、車輪角速度検出器１７で検出した車輪角速度との差分を算出する。そして、速度制御器１３は、算出したその差分を０に収束させるようにＰＩ（比例・微分）制御を行い、検出値が指令値に一致するように速度制御を行う。即ち、速度制御器１３は、入力される車輪角速度指令と、車輪角速度検出器１７で検出した車輪角速度とに基づいて、複数の車輪３のトルク指令を生成し、駆動ユニット２へと出力する。速度制御器１３は、モータのエンコーダ情報に基づいた単純なＰＩ制御やＰＤ制御を行なうので、安価なＣＰＵにより十分高速な制御周期を実現することができる。

次に、本実施の形態１に係る移動体制御装置の制御方法について詳細に説明する。図７は、本実施の形態１に係る移動体制御装置による制御方法の制御処理フローを示すブロック図である。なお、図７に示す制御処理は所定時間毎に繰り返し実行される。

姿勢制御器１２は、姿勢検出装置５で検出した車両ピッチ角度及び車両ピッチ角速度と、入力する車両ピッチ角度指令及び車両ピッチ角速度指令とに基づいて、各駆動ユニット２Ａ、２Ｂの姿勢速度指令を生成し、生成した姿勢速度指令を各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂに出力する（ステップＳ１０１）。

各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂは、左車輪角速度及び右車輪角速度を検出し、各速度制御器１３Ａ、１３Ｂ及び各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂに対して出力する（ステップＳ１０２）。

各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂは、姿勢制御器１２により算出された姿勢速度指令に、各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂにより検出された左右車輪角速度を夫々加算し、左車輪角速度指令及び右車輪角速度指令を夫々算出し、各速度制御器１３Ａ、１３Ｂに出力する（ステップＳ１０３）。

各速度制御器１３Ａ、１３Ｂは、各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂからの左右車輪角速度指令と、車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂで検出された左右車輪角速度と、の偏差を０に収束させるように右車輪トルク指令及び左車輪トルク指令を夫々生成する（ステップＳ１０４）。各速度制御器１３Ａ、１３Ｂは、生成した右車輪トルク指令及び左車輪トルク指令を各駆動ユニット２Ａ、２Ｂに夫々出力する。各駆動ユニット２Ａ、２Ｂは、各速度制御器１３Ａ、１３Ｂから出力される右車輪トルク指令及び左車輪トルク指令に応じて、各車輪３Ａ、３Ｂを回転駆動し（ステップＳ１０５）、同軸二輪車４１をピッチ方向に引き起こす慣性力を生じさせる。

以上、本実施の形態１に係る移動体制御装置１０において、安価に高速化が可能な速度制御器１３による制御周期がより高速な制御ループ３１を、姿勢制御器１２による制御ループ３２の内側に有する構成とする。これにより、システム全体のコストを低下させつつ、より性能の高い制御を実現することができる。さらに、生成した姿勢速度指令と検出された車輪角速度とを加算することで、姿勢速度指令に加速度指令の意味合いを持たせることができる。これにより、同軸二輪車４１をピッチ方向に引き起こす慣性力を生じさせることができる。したがって、例えば、同軸二輪車４１が一定の傾きで傾斜して移動している場合でも、この慣性力を用いて同軸二輪車を自然に引き起こすことができるため、車両をより安定化させることができる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る移動体制御装置のシステム構成を示す制御ブロック図である。本実施の形態２に係る移動体制御装置２０は、上記実施の形態１に係る移動体制御装置１０の構成に加えて、ヨー制御器１４、及び加算器１８を更に備える点を特徴とする。

ヨー制御器１４は、旋回制御手段の一具体例であり、旋回操作装置６から入力されるヨー角速度指令に基づいて旋回角速度指令を生成する。旋回操作装置６は、例えば、車両本体１に設けられ、旋回情報指令としての車両の旋回角度指令、旋回角速度指令などを生成し、ヨー制御器１４に出力する。旋回操作装置６は、例えば、乗員によるハンドル４の操作や、乗員による旋回ハンドル（不図示）の操作などを受け、これら操作量に応じた旋回角度指令や旋回角速度指令を生成する。また、旋回操作装置６としては、本出願人が既に提案している、乗員の重心移動により傾斜した車両のロール角度に応じて旋回指令を入力する技術(特開２００６−３１５６６６号公報)を適用するようにしてもよい。尚、以下では、旋回角速度指令をヨー角速度指令として説明する。

ヨー制御器１４は、車両のトレッド幅２Ｌと車輪Ｒ_ｗとを用いて、旋回操作装置６から入力されるヨー角速度指令γ′_ｒを各車輪３Ａ、３Ｂへの旋回角速度指令に分解する。ヨー制御器１４は、以下の（６）式を用いて旋回角速度指令を計算する。
旋回角速度指令＝（Ｌγ′_ｒ）／Ｒ_ｗ（６）式

各加減算器１８Ａ、１８Ｂは、加減算手段の一具体例であり、姿勢制御器１２で生成した姿勢速度指令と、ヨー制御器１４で生成した旋回速度指令とを加算又は減算する。各加減算器１８は、その演算値を第１車輪角速度指令として各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂに夫々出力する。

例えば、右側の加減算器１８Ａは、姿勢制御器１２で生成した姿勢速度指令と、ヨー制御器１４で生成した旋回速度指令とを加算して第１右車輪角速度指令を生成し、速度指令生成器１５Ａに出力する。一方、左側の加減算器１８Ｂは、姿勢制御器１２で生成した姿勢速度指令から、ヨー制御器１４で生成した旋回速度指令を減算して第１左車輪角速度指令を生成し、速度指令生成器１５Ｂに出力する。

各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂは、各加減算器１８Ａ、１８Ｂからの第１車輪角速度指令（第１左車輪角速度指令、及び第１右車輪角速度指令）と、各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂで検出された左右車輪３Ａ、３Ｂの車輪角速度とを夫々加算して、第２車輪角速度指令（第２左車輪角速度指令及び第２右車輪角速度指令）を生成し、各速度制御器１３Ａ、１３Ｂに出力する。

各速度制御器１３Ａ、１３Ｂは、各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂからの第２左車輪角速度指令、及び第２右車輪角速度指令と、各車輪角速度検出器１７Ａ、１７Ｂで検出された左車輪角速度及び右車輪角速度と、の夫々の偏差を０に収束させるように右車輪トルク指令及び左車輪トルク指令を生成する。

本実施の形態２に係る制御系において、上記実施の形態１と同様に、図９に示す如く、検出された左車輪３Ｂの左車輪角速度と右車輪３Ａの右車輪角速度とに基づいて平均車輪角速度を算出する左右車輪平均角速度器１６を更に備える構成であってもよい。

各速度指令生成器１５Ａ、１５Ｂは、各加減算器１８Ａ、１８Ｂからの第１右車輪角速度指令及び第１左車輪角速度指令と、左右車輪平均角速度算出器１６からの平均車輪角速度と、を夫々加算して、第２右車輪角速度及び第２左車輪角速度を算出し、各速度制御器１３Ａ、１３Ｂに出力する。

なお、本実施の形態２において、他の構成は上記実施の形態１と略同一であるため、同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
以上、本実施の形態２によれば、同軸二輪車が旋回している場合でもピッチ方向に引き起こす慣性力を生じさせることができる。これにより、同軸二輪車４１が一定の傾きで傾斜して旋回移動している場合でも、この慣性力を用いて同軸二輪車を自然に引き起こすことができるため、車両をより安定化させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上記実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、図７に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１車両本体、２Ａ、Ｂ駆動ユニット、３Ａ、Ｂ車輪、４ハンドル、
５姿勢検出装置、６旋回操作装置、
１０移動体制御装置、１１制御装置、１２姿勢制御器、１３Ａ、Ｂ速度制御器、１４旋回制御器、１５Ａ、Ｂ速度指令生成器、１６左右車輪平均角速度算出器、１７Ａ、Ｂ車輪角速度検出器、１８Ａ、Ｂ加減算器
４１移動体、４２駆動手段、４３駆動速度検出手段、
４４姿勢状態検出手段、４５姿勢制御手段、４６速度制御手段、４７速度指令生成手段

Claims

移動体を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の駆動速度を検出する駆動速度検出手段と、
前記移動体の姿勢情報を検出する姿勢状態検出手段と、
前記姿勢状態検出手段により検出された姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記駆動手段に対する第１駆動速度指令を生成する姿勢制御手段と、
前記姿勢制御手段により生成された前記第１駆動速度指令と、前記駆動速度検出手段により検出された駆動速度と、を加算し、前記駆動手段に対する第２駆動速度指令を生成する速度指令生成手段と、
前記速度指令生成手段により生成された第２駆動速度指令と、前記駆動速度検出手段で検出した駆動速度と、に基づいて前記駆動手段に対するトルク指令を生成することで前記駆動手段を制御する速度制御手段と、を備え、
前記速度制御手段は、前記駆動速度検出手段で検出した駆動速度が、前記速度指令生成手段で生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行い、
前記姿勢制御手段は、前記姿勢状態検出手段で検出した姿勢情報が、前記入力する姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行う
ことを特徴とする移動体制御装置。
請求項１記載の移動体制御装置であって、
前記姿勢制御手段は、前記前記姿勢状態検出手段により検出された姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記駆動手段の姿勢速度指令を生成しており、
入力する旋回情報指令に基づいて前記移動体の旋回速度指令を生成する旋回制御手段と、
前記姿勢制御手段で生成した姿勢速度指令と、前記旋回制御手段で生成した旋回速度指令とを加算又は減算して前記移動体の第１車輪角速度指令を生成する加減算手段と、
を更に備え、
前記速度指令生成手段は、前記加減算手段により算出された第１車輪角速度指令と、前記駆動速度検出手段により検出された車輪角速度と、を加算して第２車輪角速度指令を生成し、
前記速度制御手段は、前記駆動速度検出手段で検出した車輪角速度が、前記速度指令生成手段により生成された第２車輪角速度指令に追従するように速度制御を行う
ことを特徴とする移動体制御装置。
請求項２記載の移動体制御装置であって、
前記駆動速度検出手段により検出された左右車輪の車輪角速度の平均値である平均車輪角速度を算出する平均速度算出手段を更に備え、
前記速度指令生成手段は、前記加減算手段により算出された第１車輪角速度指令と、前記平均速度算出手段により算出された平均車輪角速度と、を加算して前記第２車輪角速度指令を生成する、ことを特徴とする移動体制御装置。
移動体を駆動する駆動手段の駆動速度を検出するステップと、
前記移動体の姿勢情報を検出するステップと、
前記検出された姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記駆動手段に対する第１駆動速度指令を生成するステップと、
前記生成された前記第１駆動速度指令と、前記検出された駆動速度と、を加算し、前記駆動手段に対する第２駆動速度指令を生成するステップと、
前記生成された第２駆動速度指令と、前記検出した駆動速度と、に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令を生成することで前記駆動手段を制御するステップと、
前記検出した駆動速度が、前記生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行うステップと、
前記検出した姿勢情報が、前記入力する姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行うステップと、
を含む、ことを特徴とする移動体制御方法。
検出された移動体の姿勢情報と、入力する姿勢情報指令と、に基づいて、前記移動体を駆動する駆動手段に対する第１駆動速度指令を生成する処理と、
前記生成された前記第１駆動速度指令と、検出された前記移動体を駆動する駆動手段の駆動速度と、を加算し、前記駆動手段に対する第２駆動速度指令を生成する処理と、
前記生成された第２駆動速度指令と、前記検出した駆動速度と、に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令を生成することで前記駆動手段を制御する処理と、
前記検出した駆動速度が、前記生成した第２駆動速度指令に追従するように速度制御を行う処理と、
前記検出した姿勢情報が、前記入力する姿勢情報指令に追従するように姿勢制御を行う処理と、
をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする制御プログラム。