JP2015056989A - 移動体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 不安定状態が生じることを抑制可能な移動体制御装置を提供する。【解決手段】 移動体制御装置１においては、車両挙動予測部１３が、車両Ｃのドライバの操作に基づいて、車両Ｃにおけるｙ方向重心加速度Ａｙの減少量を算出し、制御部１７が、車両Ｃのロール姿勢角φをｙ方向重心加速度Ａｙの減少量に応じた釣り合いの角度θに変更するためのロール姿勢角制御トルクを算出する。また、制御部１７が、ロール姿勢角制御トルクにより車両Ｃに生じるロール姿勢角φの角加速度Ａφに基づいて、車両Ｃの目標ＺＭＰを算出する。そして、制御部１７が、目標ＺＭＰが車両Ｃの安定領域ＳＡ内に収まらない場合に、ロール姿勢角制御トルクを制限する。【選択図】図５

Description

本発明は、移動体の旋回中において移動体を制御する移動体制御装置に関する。

特許文献１には、移動ロボットが記載されている。この移動ロボットは、前方推進方向の推力を制御する二輪型の移動機構と、移動機構に対して上体を側面方向に能動的に揺動させて重心を側面方向に移動させるための誘導機構と、移動ロボットを制御する制御装置とを備えている。そして、制御装置は、急旋回走行等に起因して移動ロボットの重心に働く遠心力と重力との合成ベクトルを推定し、その合成ベクトルの延長線と車輪の接地面との交点位置（ゼロモーメントポイント）を左右の車輪の間の領域に維持するように揺動姿勢角を制御する。

特開２００６−１３６９６２号公報

特許文献１に記載の移動ロボットは、上述したように揺動姿勢角を制御することによって、左右の車輪にかかる接地反力を均等に近づけ、走行時の側面方向の姿勢安定性の補償を図っている。しかしながら、移動ロボットの急な加減速による遠心力の変化に応じて、遠心力と重力との合力を左右の車輪の中間位置に向かわせるために揺動姿勢角を急変させると、かえって、ゼロモーメントポイントがトレッドの端（すなわち片輪上）に移動し、片輪浮き等の不安定状態が生じるおそれがある。

つまり、上述したような移動ロボット等の移動体が旋回中に減速を行うと、移動体に生じる横方向加速度（すなわち遠心力）が減少する結果、移動体における重力と遠心力との釣り合いの角度が変化する。そして、その変化した釣り合いの角度に合わせるように移動体の姿勢角を制御しようとすると、その制御トルクが不用意に大きくなる結果、かえって不安定状態が生じる場合がある。

そこで、本発明は、不安定状態が生じることを抑制可能な移動体制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る移動体制御装置は、移動体の旋回中において移動体を制御する移動体制御装置であって、移動体のドライバの操作に基づいて、移動体の進行方向に交差する方向について移動体に生じる横方向加速度の減少量を算出する減少量算出部と、移動体のロール姿勢角を横方向加速度の減少量に応じた釣り合いの角度に変更するためのロール姿勢角制御トルクを算出するトルク算出部と、ロール姿勢角制御トルクにより移動体に生じるロール姿勢角の角加速度に基づいて、移動体の目標ゼロモーメントポイントを算出するＺＭＰ算出部と、目標ゼロモーメントポイントが移動体の安定領域内に収まらない場合に、ロール姿勢角制御トルクを制限する制限部と、を備えることを特徴とする。

この移動体制御装置においては、まず、減少量算出部が、移動体の旋回中において、ドライバの操作に基づいて移動体に生じる横方向加速度の減少量を算出する。また、トルク算出部が、移動体のロール姿勢角を、その横方向加速度の減少量に応じた釣り合いの角度に変更するためのロール姿勢角制御トルクを算出する。そして、制限部が、そのロール性格制御トルクにより生じるロール姿勢角の角加速度に基づいて算出された目標ゼロモーメントポイント（目標ＺＭＰ）が移動体の安定領域に収まらない場合に、そのロール姿勢角制御トルクを制限する。このため、移動体のロール姿勢角を、制限された後のロール姿勢角制御トルクによって制御することが可能となるので、ロール姿勢角の角加速度が不用意に大きくなることが抑制される。したがって、例えば、移動体のロール姿勢角を当該釣り合いの角度に変更する際に、その制限されたロール姿勢角制御トルクを用いれば、目標ＺＭＰが安定領域内に収まらない不安定状態が移動体に生じることを抑制可能となる。なお、不安定状態（及び安定状態）、目標ＺＭＰ及び安定領域の詳細については後述する。

本発明に係る移動体制御装置においては、制限部は、目標ＺＭＰが安定領域内に収まらない場合であって、ロール姿勢角の角加速度を０としたときの目標ＺＭＰが安定領域内に収まる場合に、ロール姿勢角制御トルクを制限してもよい。ここで、ロール姿勢角の角加速度を０としたときの目標ＺＭＰが安定領域内に収まる場合とは、例えば、移動体のロール姿勢角の角速度が一定である場合に、移動体が安定状態であることを意味する。したがって、この場合には、ロール姿勢角制御トルクを、例えば移動体のロール姿勢角を一定の角速度で変化させ得る程度の範囲に制限し、不安定状態が生じることを抑制可能である。

本発明に係る移動体制御装置においては、制限部は、目標ＺＭＰが安定領域内に収まらない場合であって、ロール姿勢角の角加速度を０としたときの目標ＺＭＰが安定領域内に収まらない場合に、移動体の減速度及び／又は旋回半径を制限してもよい。このように、移動体の減速度や旋回半径を制限することにより、移動体における横方向加速度の減少量を低減させることが有効である。横方向加速度の減少量を低減させれば、移動体に生じる遠心力の低減を抑制することができる。つまり、移動体における釣り合いの角度の変化が抑制されるので、移動体のロール姿勢角を当該釣り合いの角度に変更する際に不安定状態が生じることを抑制可能である。

本発明に係る移動体制御装置は、ドライバの操作を予測する予測部をさらに備え、減少量算出部は、予測部が予測したドライバの操作に基づいて、横方向加速度の減少量を算出してもよい。この場合には、横方向加速度の減少量を迅速に算出することができるので、各制限をより有効に実施することができる。

本発明によれば、不安定状態が生じることを抑制可能な移動体制御装置を提供することができる。

本実施形態に係る移動体制御装置の実施の態様を示す模式図である。 図１に示された車両の安定性を説明するための図である。 図１に示された車両の安定性を説明するための図である。 図１に示された車両の安定性を説明するための図である。 図１に示された移動体制御装置の動作の主要な工程を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る移動体制御装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る移動体制御装置の実施の態様を示す模式図である。特に、図１の（ａ）は、本実施形態に係る移動体制御装置の構成を示すブロック図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示された移動体制御装置の制御対象となる車両を示す模式的な平面図である。以下の図面には、直交座標系Ｓを示す場合がある。直交座標系Ｓにおけるｘ軸は車両Ｃの進行方向（前後方向）に沿った軸であり、ｙ軸は車両Ｃの車幅方向に沿った軸であり、ｚ軸は車両Ｃの上下方向に沿った軸である。

図１に示される移動体制御装置１は、例えば車両Ｃに搭載されており、車両Ｃを制御するためのものである。車両Ｃは、例えば、パーソナルモビリティとしての１〜２人乗りの小型ＥＶ等である。車両Ｃは、２つの前輪Ｃａと１つの後輪Ｃｂとを有している（すなわち、複数の車輪Ｃａ，Ｃｂを有している）。

移動体制御装置１は、車両状態検出部１１、ドライバ操作検出部１２、車両挙動予測部（減少量算出部）１３、車両姿勢制御部１４、ドライバ操作予測部（予測部）１５、及び、制御部（トルク算出部、ＺＭＰ算出部、制限部）１７を備えている。なお、少なくとも車両挙動予測部１３、ドライバ操作予測部１５、及び、制御部１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含むコンピュータを主体として構成され、それぞれの機能は、そのコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することによって実現される。

車両状態検出部１１は、車両Ｃの状態を検出する。車両状態検出部１１は、例えば、車両Ｃのロール角（ロール姿勢角）及び／又はロール角速度をセンシングする手段、車両Ｃのヨー角及び／又はヨーレートをセンシングする手段、車両Ｃに生じている横Ｇ（車両Ｃの横方向重心加速度（ｙ方向重心加速度））をセンシングする手段、並びに、車両Ｃに生じている前後Ｇ（車両Ｃの前後方向重心加速度（ｘ方向重心加速度））をセンシングする手段等を含む。なお、車両Ｃのロール姿勢角は、車両Ｃの前後方向に沿った軸（ｘ軸）周りの車体の傾斜角である。

ドライバ操作検出部１２は、車両Ｃのドライバによる車両Ｃの操作（ドライバ操作）を検出する。ドライバ操作検出部１２は、例えば、ドライバのアクセル操作を検出する手段、ドライバのブレーキ操作を検出する手段、及び、ドライバのステアリング操作を検出する手段等を含む。車両挙動予測部１３は、ドライバの操作に基づいて車両Ｃの挙動を予測する。すなわち、車両挙動予測部１３は、ドライバ操作検出部１２の検出結果等に基づいて、ドライバが目標とする（希望する）車両Ｃの挙動（目標車両挙動）を演算する。また、車両挙動予測部１３は、例えば、ドライバの操作に基づいて、目標車両挙動の範囲において車両Ｃに生じ得るｘ方向重心加速度、ｙ方向重心加速度、ｙ方向重心加速度の減少量（変化量）、及びロール姿勢角の角加速度等の状態量を取得する。

車両姿勢制御部１４は、車両Ｃのロール姿勢角を制御する。車両姿勢制御部１４は、例えば、各種アクチュエータを制御することによって、車両Ｃのロール姿勢角を任意の角度に変化させることが可能な機構を含む。ドライバ操作予測部１５は、ドライバの操作（車両Ｃの駆動及び操舵等）を予測する。ドライバ操作予測部１５は、例えば、ドライバの今後の操作を予測する手段を含む。なお、移動体制御装置１は、ドライバ操作予測部１５を備えていなくてもよい。

制御部１７は、例えば、車両Ｃの目標ゼロモーメントポイント（目標ＺＭＰ）及び安定領域を算出すると共に、算出した目標ＺＭＰが安定領域内に収まるように車両Ｃを制御する。ここで、車両Ｃにおける目標ＺＭＰ及び安定領域について説明する。

車両Ｃにおける目標ＺＭＰは、ＺＭＰ（床反力作用点）と同様に、下記式（１）によって与えられるものであり、車幅方向（ｙ軸方向）における所定の点（位置）である。目標ＺＭＰが車両Ｃの安定基準領域内に収まっているときに車両Ｃは安定状態であり、目標ＺＭＰが車両Ｃの安定基準領域内に収まっていないときに車両Ｃは不安定状態である。車両Ｃが安定状態であるとは、車両Ｃに転倒や車輪の浮き等を生じさせることなく、目標ＺＭＰを中心として車体をロール方向に制御可能な状態である。車両Ｃが不安定状態であるとは、車両Ｃに転倒や車輪の浮き等を生じさせることなく、目標ＺＭＰを中心として車体をロール方向に制御可能でない状態である。

上記式（１）において、ｙ_ＣＯＧは、ｙ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの位置（ｙ方向重心位置）であり、ｚ_ＣＯＧは、ｚ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの位置（ｚ方向重心位置）である。また、Ａ_ｙは、ｙ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの加速度（ｙ方向重心加速度）であり、Ａ_ｚは、ｚ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの加速度（ｚ方向重心加速度）である。さらに、Ｉ_ｘはｘ軸周りの慣性モーメントを示しており、Ａ_φはｘ軸周りの姿勢角（ロール姿勢角）φの角加速度を示している。

また、車両Ｃの安定基準領域とは、上述したように車両Ｃの安定性の判定の基準となる領域であり、車両Ｃの複数の車輪Ｃａ，Ｃｂによって規定される領域である。より具体的には、車両Ｃの安定基準領域は、ここでは、図１の（ｂ）に示されるように、車両Ｃの２つの前輪Ｃａと１つの後輪Ｃｂとによって規定される領域Ｔ（例えば、２つの前輪Ｃａ及び１つの後輪Ｃｂを頂点とする３角形状の領域）である。車両Ｃの安定基準領域Ｔの幅Ｗは、車両Ｃの前後方向（ｘ軸方向）における中心線ＣＬに対して非対称である。つまり、車両Ｃは、車両Ｃの前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化する車両である。ここでは、車両Ｃの安定基準領域Ｔの幅Ｗは、車両Ｃの前方から後方に向かって減少している。

なお、４輪以上の車両においても、安定性の判定の基準として、４つ以上の複数の車輪によって安定基準領域Ｔを規定し得る（例えば、それぞれの車輪を頂点とする多角形状の領域として安定基準領域Ｔを規定し得る）。また、２輪の車両においても、２つの車輪によって安定基準領域Ｔを規定し得る（例えば、それぞれの車輪を始点及び終点とする直線状の領域として安定基準領域Ｔを規定し得る）。したがって、車両の前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化しない場合もある。その場合には、安定基準領域Ｔの幅Ｗは、車幅方向において互いに対向する一対の車輪同士の間隔であり、所謂トレッド幅である。なお、安定基準領域Ｔは、上述したような複数の車輪によって規定される領域を鉛直方向に直交する平面（水平面）に投影して得られる領域とし得る。したがって、安定基準領域Ｔは、接地面の傾斜等に応じて変形する場合がある。

図２の（ａ）に示されるように、車両Ｃが旋回中であり、車両Ｃのロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが０であるとき（静的な状態であるとき）、目標ＺＭＰは、重力加速度により重心Ｇｃに生じる自重Ｆ１とｙ方向重心加速度Ａ_ｙにより重心Ｇｃに生じる遠心力Ｆ２との合力Ｆ３と、接地面Ｓｃとの交点（力の釣り合いの位置）Ｐ１と一致する。したがって、この場合には、力の釣り合いの位置Ｐ１が安定基準領域Ｔ（特に後述する安定領域ＳＡ）内に収まっていれば、車両Ｃは安定状態である。

一方、図２の（ｂ）に示されるように、車両Ｃが旋回中であり、車両Ｃのロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが０でないときには（動的な状態であるときには）、上記式（１）により与えられる目標ＺＭＰは、力の釣り合いの位置Ｐ１からずれる場合がある。その場合には、力の釣り合いの位置Ｐ１からずれた目標ＺＭＰが、車両Ｃの安定基準領域Ｔ（特に後述する安定領域ＳＡ）内に収まれっていれば、車両Ｃは安定状態である。なお、動的な状態は、例えば、静的な状態に移行するまでの過渡状態である。

ここで、車両Ｃの安定基準領域Ｔは、上述したように、車両Ｃの前後方向に沿って幅Ｗが変化する（より具体的には、幅Ｗが車両Ｃの前方から後方に向かって減少する）ものである。このため、車両Ｃが安定状態であるためには、目標ＺＭＰを、車両Ｃの前後方向の任意の位置における安定基準領域Ｔの幅Ｗに収めるのではなく、車両Ｃの前後方向の特定の位置における安定基準領域Ｔの幅Ｗに収める必要がある。ここでは、その特定の位置における安定基準領域Ｔの幅Ｗを安定領域ＳＡと称する。つまり、安定領域ＳＡは、前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化する車両Ｃを安定状態とするために目標ＺＭＰを収めるべき特定の領域である。

一例として、図３に示されるように、例えば車両Ｃが加減速していない状態においては、車両Ｃの安定領域ＳＡは、重力加速度により重心Ｇｃに生じる自重Ｆ１と接地面Ｓｃとの交点Ｐ２における安定基準領域Ｔの幅Ｗである（より具体的には、車両Ｃの前後方向における交点Ｐ２に相当する位置での幅Ｗである）。これに対して、例えば車両Ｃが加速している状態においては、安定領域ＳＡは、重心Ｇｃに生じる慣性力Ｆ４と自重Ｆ１との合力Ｆ５と、接地面Ｓｃとの交点Ｐ３における安定基準領域Ｔの幅Ｗとなる（より具体的には、車両Ｃの前後方向における交点Ｐ３に相当する位置での幅Ｗとなる）。

このように、車両Ｃにおいては、車両Ｃの加速に伴って慣性力Ｆ４が生じる結果、安定領域ＳＡが減少する（換言すれば、車両Ｃの減速に伴って安定領域ＳＡが増大する）。なお、前方から後方に向かって安定基準領域Ｔの幅Ｗが増大するような車両の場合には、その減速時において安定領域ＳＡが減少する（換言すれば、加速時において安定領域ＳＡが増大する）。

引き続いて、旋回中の車両Ｃの安定性について説明する。まず、図４の（ａ）は、車両Ｃのロール姿勢角φが、重心Ｇｃに生じる重力による自重Ｆ１と、重心Ｇｃに生じるｙ方向重心加速度（横方向加速度）Ａ_ｙによる遠心力Ｆ２との釣り合いの角度（自重Ｆ１と遠心力Ｆ２との合力Ｆ３の接地面Ｓｃの法線に対する角度）と一致している状態を示している。

そのような状態において、図４の（ｂ）に示されるように、車両Ｃが減速されると、重心Ｇｃに生じるｙ方向重心加速度Ａ_ｙが減少する結果、遠心力Ｆ２が減少する。このため、自重Ｆ１と遠心力Ｆ２との釣り合いの角度θが小さくなり、車両Ｃのロール姿勢角φと異なる状況が生じる。そのような状況にあっては、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少に伴って目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内から外れ、不安定状態が生じるおそれがある。

また、車両Ｃのロール姿勢角φを釣り合いの角度θに変更するために過大なロール姿勢角制御トルク（ロール姿勢角φを制御するためのトルク）が発生する結果、ロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが大きくなり、同様に目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内から外れ、不安定状態が生じるおそれがある。

したがって、制御部１７は、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量に基づいて、目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡを算出し、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まるように、車両Ｃを制御することによって、車両Ｃが不安定状態となることを抑制する。制御部１７の制御の一例としては、例えば、車両Ｃのロール姿勢角の制御のためのロール姿勢角制御トルクを制限したり、車両Ｃの減速を制限したり、車両Ｃの旋回半径を制限したりする制御等が挙げられる。制御部１７の制御の詳細については後述する。

引き続いて、移動体制御装置１の動作について説明する。図５は、図１に示された移動体制御装置の動作の主要な工程を示すフローチャートである。図５に示される移動体制御装置の動作は、車両Ｃの旋回中における動作である。図５に示されるように、移動体制御装置においては、まず、車両挙動予測部１３が、ドライバ操作を入力する（ステップＳ１０１）。より具体的には、車両挙動予測部１３は、車両Ｃのドライバによる車両Ｃの操作をドライバ操作検出部１２から入力する。ここでは、例えば、ドライバによる車両Ｃのブレーキ操作、及びステアリング操作等が入力される。

続いて、車両挙動予測部１３が、入力したドライバ操作に基づいて、車両Ｃに生じ得るｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量を算出（予測）する（ステップＳ１０２）。この場合、ドライバのブレーキ操作に伴う車両Ｃの減速や、ドライバのステアリング操作に伴う旋回半径の拡大等に基づいて、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量を算出することができる。なお、車両挙動予測部１３は、ドライバ操作に基づいて、車両Ｃに生じ得るｘ方向重心加速度Ａ_ｘ、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙ、ｚ方向重心加速度Ａ_ｚ、及びロール姿勢角φの角加速度Ａ_φ等の状態量をさらに取得する（すなわち、上記式（１）における各値を取得する）。

なお、移動体制御装置１がドライバ操作予測部１５を備えている場合には、車両挙動予測部１３は、例えば、ドライバ操作予測部１５によって予測されたドライバ操作に基づいて、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量の算出や各種状態量の取得を行ってもよい。車両挙動予測部１３は、算出したｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量、及び取得した各種状態量を制御部１７に出力する。

続いて、制御部１７が、ステップＳ１０２において算出されたｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量及び各種状態量に基づいて、上記式（１）により車両Ｃの目標ＺＭＰを算出すると共に、安定領域ＳＡを算出する（ステップＳ１０３）。安定領域ＳＡは、車両Ｃのｘ方向重心加速度Ａ_ｘによって車両Ｃの重心Ｇｃに生じ得る慣性力Ｆ４を考慮することにより、安定基準領域Ｔに基づいて算出することができる。なお、このステップＳ１０３において算出された目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡについて、それぞれ、以下では「第１目標ＺＭＰ」及び「第１安定領域ＳＡ」と称する。なお、第１目標ＺＭＰは、減少量を差し引いたｙ方向重心加速度Ａ_ｙを用いて算出される。

続いて、制御部１７が、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここでは、制御部１７は、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定することができる。すなわち、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まっていれば、車両Ｃは第１目標ＺＭＰにおいて安定状態であり、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡから外れていれば、車両Ｃは第１目標ＺＭＰにおいて不安定状態である。

ステップＳ１０４の判定の結果、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まり、車両Ｃが第１目標ＺＭＰにおいて安定状態である場合、制御部１７が、ロール姿勢角制御トルクを算出する（ステップＳ１０５）。ここでは、車両Ｃの旋回中の減速に伴ってｙ方向重心加速度Ａ_ｙが減少する結果、自重Ｆ１と遠心力Ｆ２との釣り合いの角度θが車両Ｃのロール姿勢角φと異なっている（ロール姿勢角φよりも小さくなっている）。したがって、制御部１７は、ここでは、特に、車両Ｃのロール姿勢角φをｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量に応じた釣り合いの角度θに変更するためのロール姿勢角制御トルクを算出する。

ロール姿勢角制御トルクが算出されると、そのロール姿勢角制御トルクを車両Ｃに与えたときに車両Ｃに生じ得るロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが算出され得る。ここで算出される角加速度Ａ_φは、ステップＳ１０２において車両挙動予測部１３が取得したものと異なる場合がある。したがって、続く工程では、制御部１７が、算出されたロール姿勢角制御トルクにより車両Ｃに生じ得る角加速度Ａ_φと、減少量を考慮したｙ方向重心加速度Ａ_ｙと、ステップＳ１０２において取得された各種状態量とに基づいて、上記式（１）により改めて目標ＺＭＰを算出する（ステップＳ１０６）。なお、このステップＳ１０６において算出された目標ＺＭＰについて、以下では「第２目標ＺＭＰ」と称する。

続いて、制御部１７が、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここでは、制御部１７は、第２目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する。なお、上記のステップＳ１０６において算出される第２目標ＺＭＰは、ステップＳ１０３において算出される第１目標ＺＭＰと異なる場合がある。したがって、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まっている場合であっても、このステップＳ１０７においては、第２目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡから外れる場合もある。

ステップＳ１０７の判定の結果、第２目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まらず、車両Ｃが第２目標ＺＭＰにおいて安定状態でない場合（不安定状態である場合）、制御部１７が、車両Ｃが静的に安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。車両Ｃが静的に安定状態であるとは、上述したように、ロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが０である場合に安定状態であることを意味している。したがって、ここでは、制御部１７は、第２目標ＺＭＰにおいて角加速度Ａ_φを０とした「第３目標ＺＭＰ」が第１安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定する。

ステップＳ１０８の判定の結果、第３目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まり、車両Ｃが静的に安定状態である場合に、制御部１７が、ステップＳ１０５において算出したロール姿勢角制御トルクを制限する（ステップＳ１０９）。このロール姿勢角制御トルクの制限により、車両Ｃに生じ得るロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが制限されることになる。したがって、この制限された角加速度Ａ_φを含む目標ＺＭＰは、ステップＳ１０６において算出された第２目標ＺＭＰと異なる場合がある。

したがって、続く工程においては、制御部１７が、ステップＳ１０９において制限されたロール姿勢角制御トルクに応じたロール姿勢角φの角加速度Ａ_φ（制限された角加速度Ａ_φ）に基づいて、上記式（１）によって、改めて目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡを算出する（ステップＳ１１０）。なお、このステップＳ１１０において算出された目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡについて、それぞれ、以下では「第４目標ＺＭＰ」及び「第２安定領域ＳＡ」と称する。

続いて、制御部１７が、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。ここでは、制御部１７は、第４目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する。なお、第４目標ＺＭＰは、上記のように制限された角加速度Ａ_φに基づいたものであるため、ステップＳ１０７において安定状態の判定に用いられた第２目標ＺＭＰに比べて、ｙ方向重心位置ｙ_ＣＯＧからのずれが小さいと考えらえる。したがって、第２目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まっていない場合であっても、第４目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡ内に収まる場合がある。

ステップＳ１１１の判定の結果、第４目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡ内に収まらず、車両Ｃが第４目標ＺＭＰにおいて安定状態でない場合（不安定状態である場合）、制御部１７は、ステップＳ１１１において車両Ｃが安定状態であると判定されるまで、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１１の処理を繰り返す。この繰り返しにより、ロール姿勢角制御トルクが段階的に順次制限され、それに伴ってロール姿勢角φの角加速度Ａ_φも段階的に順次制限されていく。つまり、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１１を繰り返すことにより、ステップＳ１１０において順次算出される第４目標ＺＭＰがｙ方向重心位置ｙ_ＣＯＧからのずれが小さいものになっていく。

そして、ステップＳ１１１において、第４目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡ内に収まり、車両Ｃが安定状態である場合に、制御部１７は、そのときのロール姿勢角制御トルク（第２安定領域ＳＡ内に収まる第４目標ＺＭＰを与える角加速度Ａ_φを生じさせるロール姿勢角制御トルク）を、ロール姿勢角φの制御のためのアクチュエータ（例えばリーンアクチュエータ）に出力し（ステップＳ１１２）、動作を終了する。また、ステップＳ１０７の判定の結果、第２目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まり、車両Ｃが第２目標ＺＭＰにおいて安定状態である場合（すなわち、ロール姿勢角制御トルクの制限が不要である場合）にも、制御部１７は、そのロール姿勢角制御トルクをロール姿勢角φの制御のためのアクチュエータに出力して（ステップＳ１３０）動作を終了する。

一方、ステップＳ１０８の判定の結果、第２目標ＺＭＰにおいて角加速度Ａ_φを０とした第３目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まらず、車両Ｃが静的に安定状態でない場合、移動体制御装置１の動作はステップＳ１２０に移行する。ステップＳ１２０においては、制御部１７が、車両Ｃが安定状態となるように、車両Ｃの運動を制限する（ステップＳ１２０）。ここでは、制御部１７は、特に、車両Ｃの減速度及び／又は旋回半径を制限する。

車両Ｃの減速度を制限すれば、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙ（ひいては遠心力Ｆ２）の減少量を低減させることができる。また、車両Ｃの旋回半径を制限する（小さくする）ことによっても、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙ（ひいては遠心力Ｆ２）の減少量を低減させることができる。このように制御部１７が車両Ｃの運動を制限すると、目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡが変化すると考えられる。したがって、続く工程においては、制御部１７は、車両Ｃの運動の制御によって減少量が低減されたｙ方向重心加速度Ａ_ｙに基づいて、上記式（１）によって、改めて目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡを算出する。なお、このステップＳ１２０において算出された目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡについて、それぞれ、以下では「第５目標ＺＭＰ」及び「第３安定領域ＳＡ」と称する。

続いて、制御部１７が、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１２２）。ここでは、制御部１７は、第５目標ＺＭＰが第３安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定することができる。

ステップＳ１２２の判定の結果、第５目標ＺＭＰが第３安定領域ＳＡ内に収まらず、車両Ｃが第５目標ＺＭＰにおいて安定状態でない場合（不安定状態である場合）、制御部１７は、ステップＳ１２２において車両Ｃが安定状態であると判定されるまで、ステップＳ１２０〜ステップＳ１２２の処理を繰り返す。この繰り返しにより、車両Ｃの減速度及び／又は旋回半径が段階的に順次制限され、それに伴って、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量が順次低減される。

そして、ステップＳ１２２において、第５目標ＺＭＰが第３安定領域ＳＡ内に収まり、車両Ｃが安定状態であると判定された場合に、制御部１７は、そのときの車両Ｃの減速度及び／又は旋回半径を実現するための各種アクチュエータの出力値を出力し（ステップＳ１２３）、動作を終了する。

他方、ステップＳ１０４の判定の結果、そもそも、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まらず、車両Ｃが第１目標ＺＭＰにおいて安定状態でない場合（不安定状態である場合）には、移動体制御装置１の動作は、ステップＳ１０８に移行する。そして、ステップＳ１０８において、制御部１７が、第１目標ＺＭＰにおいて角加速度Ａ_φを０とした「第６目標ＺＭＰ」が第１安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定する。

ステップＳ１０８の判定の結果、第６目標ＺＭＰが第１安定領域内に収まり、車両Ｃが安定状態である場合、制御部１７が、上述したように、車両Ｃのロール姿勢角φを制御するためのロール姿勢角制御トルクを制限する（ステップＳ１０９）。なお、ここでは、特に上述したステップＳ１０５のようなロール姿勢角制御トルクを算出していないものの、少なくとも車両Ｃが減速される以前において、車両Ｃの旋回を維持するようにロール姿勢角制御トルクが発生しており、制限の対象は存在すると考えられる。

続いて、上述したように、制御部１７が、ステップＳ１０９において制限されたロール姿勢角制御トルクに応じたロール姿勢角φの角加速度Ａ_φ（制限された角加速度Ａ_φ）に基づいて上記式（１）によって第４目標ＺＭＰを算出すると共に、第２安定領域ＳＡを算出する。続いて、上述したように、制御部１７が、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１１の判定の結果、車両Ｃが第４目標ＺＭＰにおいて安定状態でない場合、制御部１７は、ステップＳ１１１において車両Ｃが安定状態であると判定されるまで、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１１の処理を繰り返す。そして、制御部１７は、その繰り返しにより得られる制限されたロール姿勢角制御トルクをアクチュエータに出力し、（ステップＳ１１２）、動作を終了する。

さらに、ステップＳ１０４の判定の結果、車両Ｃが第１目標ＺＭＰにおいて安定状態でなく、且つ、ステップＳ１０８の判定の結果、車両Ｃが静的に安定状態でない場合には、移動体制御装置１の動作は、ステップＳ１２０に移行し、それ以降の処理を上述したように実施する。

以上説明したように、移動体制御装置１においては、車両挙動予測部１３が、車両Ｃのドライバの操作に基づいて、車両Ｃにおけるｙ方向重心加速度Ａ_ｙ（車両Ｃの進行方向に交差する方向について車両Ｃに生じる横方向加速度）の減少量を算出する（例えばステップＳ１０２）。その一方で、制御部１７が、車両Ｃのロール姿勢角φを、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量に応じた釣り合いの角度θに変更するためのロール姿勢角制御トルクを算出する（例えばステップＳ１０５）。また、制御部１７が、そのロール姿勢角制御トルクにより車両Ｃに生じるロール姿勢角φの角加速度Ａ_φに基づいて、車両Ｃの目標ＺＭＰを算出する（例えばステップＳ１０６）。そして、制御部１７が、目標ＺＭＰが車両Ｃの安定領域内に収まらない場合に、そのロール姿勢角制御トルクを制限する（例えばステップＳ１０９）。

このため、この移動体制御装置１においては、車両Ｃのロール姿勢角φを、制限された後のロール姿勢角制御トルクによって制御することが可能となるので、ロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが不用意に大きくなることが抑制される。したがって、例えば、車両Ｃのロール姿勢角φを当該釣り合いの角度θに変更する際に、その制限されたロール姿勢角制御トルクを用いれば、目標ＺＭＰが安定領域内ＳＡに収まらない不安定状態が車両Ｃに生じることを抑制可能となる。

また、移動体制御装置１においては、制御部１７が、目標ＺＭＰが安定領域内に収まらない場合であって（例えばステップＳ１０７：ＮＯ）、ロール姿勢角φの角加速度Ａ_φを０としたときの目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まる場合に（例えばステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ロール姿勢角制御トルクを制限する。このため、ロール姿勢角制御トルクを、例えば車両Ｃのロール姿勢角φを一定の角速度で変化させ得る程度の範囲に制限し、不安定状態が生じることを抑制可能である。

さらに、移動体制御装置１においては、制御部１７が、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まらない場合であって（例えばステップＳ１０７：ＮＯ）、ロール姿勢角φの角加速度Ａ_φを０としたときの目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まらない場合に（例えばステップＳ１０８：ＮＯ）、車両Ｃの減速度及び／又は旋回半径を制限する。このように、車両Ｃの減速度や旋回半径を制限することにより、車両Ｃにおけるｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量を低減させることが有効である。ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの減少量を低減させれば、車両Ｃに生じる遠心力Ｆ２の低減を抑制することができる。つまり、車両Ｃにおける釣り合いの角度θの変化が抑制されるので、車両Ｃのロール姿勢角φを当該釣り合いの角度θに変更する際に不安定状態が生じることを抑制可能である。

以上の実施形態は、本発明に係る移動体制御装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る移動体制御装置は、上述した移動体制御装置１に限定されない。本発明に係る移動体制御装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した移動体制御装置１を任意に変形し、又は他のものに適用したものとすることができる。

例えば、上記実施形態においては、移動体制御装置１は、前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化する車両Ｃに搭載され、その車両Ｃを制御するためのものとしたが、本発明に係る移動体制御装置はこれに限定されない。本発明に係る移動体制御装置は、例えば、前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化しない一般の４輪車両や、車両以外の任意の移動体に適用することができる。

また、移動体制御装置１の動作は、図５に示される態様に限定されない。例えば、移動体制御装置１の動作は、ステップＳ１０９においてロール姿勢角制御トルクの制限を実施した後に、ステップＳ１１１において車両Ｃが安定状態でないと判定された場合に、上述したようにロール姿勢角制御トルクの制限を繰り返すことなく、ステップＳ１２０に移行し、車両Ｃの減速度及び／又は旋回半径の制限を実施してもよい。

つまり、移動体制御装置１においては、制御部１７は、ロール姿勢角制御トルクの制限と、車両Ｃの減速度及び／又は旋回半径の制限とを適宜組み合わせ、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まるように車両Ｃを制御すればよい。換言すれば、制御部１７は、ロール姿勢角制御トルクの制限量の割合と、車両Ｃの減速度及び／又は旋回半径の制限量の割合とに重み付けを行うことにより、それぞれの制限量のバランスを考慮してもよい。

１…移動体制御装置、１３…車両挙動予測部（減少量算出部）、１５…ドライバ操作予測部（予測部）、１７…制御部（トルク算出部、ＺＭＰ算出部、制限部）。

Claims (4)

1. 移動体の旋回中において前記移動体を制御する移動体制御装置であって、
   前記移動体のドライバの操作に基づいて、前記移動体の進行方向に交差する方向について前記移動体に生じる横方向加速度の減少量を算出する減少量算出部と、
   前記移動体のロール姿勢角を前記横方向加速度の減少量に応じた釣り合いの角度に変更するためのロール姿勢角制御トルクを算出するトルク算出部と、
   前記ロール姿勢角制御トルクにより前記移動体に生じる前記ロール姿勢角の角加速度に基づいて、前記移動体の目標ゼロモーメントポイントを算出するＺＭＰ算出部と、
   前記目標ゼロモーメントポイントが前記移動体の安定領域内に収まらない場合に、前記ロール姿勢角制御トルクを制限する制限部と、
   を備えることを特徴とする移動体制御装置。
2. 前記制限部は、前記目標ゼロモーメントポイントが前記安定領域内に収まらない場合であって、前記ロール姿勢角の角加速度を０としたときの前記目標ゼロモーメントポイントが前記安定領域内に収まる場合に、前記ロール姿勢角制御トルクを制限する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の移動体制御装置。
3. 前記制限部は、前記目標ゼロモーメントポイントが前記安定領域内に収まらない場合であって、前記ロール姿勢角の角加速度を０としたときの前記目標ゼロモーメントポイントが前記安定領域内に収まらない場合に、前記移動体の減速度及び／又は旋回半径を制限する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体制御装置。
4. 前記ドライバの操作を予測する予測部をさらに備え、
   前記減少量算出部は、前記予測部が予測した前記ドライバの操作に基づいて、前記横方向加速度の減少量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動体制御装置。
   

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