JP3336654B2 - 運動制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、運動体の加速度の微分
値即ち、加々速度情報を用いて物体の運動を制御する運
動制御システム、車両、エレベ−タ、鉄道車両、磁気浮
上車両、地震シミュレ−タ、ステ−ジ、ビル制振システ
ム、ロボットア−ム、航空機及び、コントローラ、そし
てこれらのシステムの運動を評価する運動評価装置およ
び加々速度を検出するセンサの構造、角加速度を検出す
るセンサおよび運動物体の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の運動を記述する物理量として、通
常、位置、速度（あるいは角速度）、加速度（あるいは
角加速度）の諸量を挙げることができる。そして各々の
物理量に対し、それを検出するセンサが考案され、実用
されている。ところで人間は、位置と速度については、
視覚により知的に検出するのみであり、体感として感覚
的に検出できるのは、加速度、及びそれより高次の物理
量である。例えば、自動車、鉄道車両あるいは、エレベ
−タ等の移動体に搭乗している際には、加速あるいは、
減速したときにその状態変化を体感的に意識することが
できる。

【０００３】ここで「自動車用加速度センサの開発（日
産技報第２３号、昭６２−１２）」などの文献によれ
ば、人間は加速度よりさらにその微分値である加々速度
に敏感に反応することが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この事実は、人間が感
じる快、不快の感覚に加々速度が深く関与しているのを
示すものである。従って自動車や鉄道車両、エレベータ
といった運動を伴う乗り物をより快適に制御していくた
めには、この加速度のみならず、その微分値である加々
速度の情報を検出し、その情報を用いて制御することが
必要となる。

【０００５】また、人間が自分自身の運動を制御してい
る際に、これらの加々速度情報を利用していると考える
のが自然であり、これを物体の各種運動制御に置き換え
てみると、物体の高精度の運動制御を達成するために
は、その物体の加々速度情報を用いた制御が必要とな
る。

【０００６】また、自動車運転時を想定してみると、路
面状況の急変により不意の車両の挙動変化発生時には運
転者は、これを加速度の変化、即ち加々速度として感じ
ることができ、熟練運転者であれば、運転操作により車
両の挙動変化を低減したりすることが可能である。この
ことは、一般の運転者が運転した場合にも熟練運転者並
の運転が可能である車両を実現するためには、車両の加
々速度情報を検出し、その情報を用いて車両運動を制御
することが必要となる。

【０００７】また、以上の各種、加々速度情報を用いた
制御に加え、従来の位置、速度、加速度情報による制御
を併用する制御でも、現在よりも飛躍的な制御効果の向
上を図ることができる。

【０００８】ところで、加々速度情報は、種々実用化さ
れている加速度センサの出力を微分フィルタ回路回路を
通過させることにより得ることができる。しかも、上述
のような理由で必要となる、加速度、加々速度の同時検
出も可能である。

【０００９】しかし、高周波域の加々速度を得ようとす
る場合には、ノイズ、位相の遅れが問題となってしまう
場合もある。従って、低周波域の加々速度情報が必要な
ときは、加速度センサと微分回路を用い、高周波、ある
いは、高精度の加々速度情報が必要なときは、他の検出
方法が必要となる。また、加々速度のみではなく、加速
度も同時に検出できることが望ましい。

【００１０】本発明の目的は、運動性能を向上させ、高
機能の運動制御性を有する運動制御システムを提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の運動制御システムは、物体の加速度を検出す
る加速度検出手段と、物体の加加速度を検出する加加速
度検出手段と、物体の運動を操作するアクチュエータ
と、前記アクチュエータを制御するコントローラとを備
え、前記加加速度検出手段からの出力を前記コントロー
ラに入力し、前記加加速度検出手段で検出された加加速
度が前記加速度検出手段で検出された加速度と逆向きの
加加速度である場合は、前記コントローラにより前記ア
クチュエータの操作量を小さくするように制御すると共
に、前記加加速度検出手段として、第１の部材と、前記
第１の部材に対して相対的に可動である第２の部材と、
前記第１の部材に固定され磁束を発生させるための磁石
と、前記磁石の磁束中であって前記第２の部材に固定さ
れた少なくとも１つのコイルと、前記第１の部材に対す
る第２の部材の動きを検出し前記磁束により前記コイル
と磁石との間で前記第１の部材に対し第２の部材の運動
を妨害するように 力を発生させるための電流を流すため
の手段と、前記電流により前記コイル間に発生する加速
度の微分値に対応する電圧を検出する手段とを備えた。

【００１２】上記の加加速度検出手段において、第１の
部材に相対的な第２の部材の動きを検出する前記手段
が、第１の部材、第２の部材のそれぞれに取り付けられ
た静電容量板を備え、第１の部材に対する第２の部材の
動きによる前記静電容量板間の静電容量の変化を検出す
るものであるとよい。

【００１３】

【作用】従来までの位置、速度、加速度情報を用いた制
御に加え、物体の運動状態を反映した物理量である加々
速度情報を加えて制御することにより、速度制御におい
ては、能動的に質量を変化させ、加速度制御においては
能動的にダンピングを変化させる等、制御効果が一段と
向上できる。

【００１４】また、センサ内に、発生する加速度に応じ
て変位する、コイルを具備した可動部材（第２の部材）
を配置し、このコイルに電流を流した際に、可動部材に
力が生じるような位置に磁石を配置し、この可動部材の
基準位置からの変位を検出し、コイルに流れるフィード
バック電流と磁石の磁界により発生したトルクが可動部
材を零位置に保つようにし、この発生電圧をセンサ出力
として外部に取り出すようにしているので、このときコ
イルに流れるフィードバック電流量は、可動部材に加わ
る加速度に正確に比例した物理量を示す。また、このと
きコイル両端の電圧は、電磁誘導の法則よりフィードバ
ック電流の微分値に比例した物理量を示す。従ってこの
電圧を検出することにより、フィードバック電流の微分
値、即ち可動部材に加わる加速度の微分値（加々速度）
に比例した物理量を高精度に検出することができる。ま
た、この時の電流値を検出すれば、加速度も同時に検出
できる。

【００１５】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１から図１３に従
って説明する。図１は、加々速度情報を用いた運動制御
システムの概念を示す全体構成図、図２は加々速度セン
サの全体構成図、図３は加速度が作用したときの釣合状
態を示す図、図４はコイルの回路方程式の説明図、図５
は内部抵抗を有する場合のコイルの回路方程式の説明
図、図６は信号処理部分の回路構成図、図７は加々速度
センサの他の全体構成図、図８はアナログ回路を用いた
加々速度検出方法を示す図、図９はデジタル回路を用い
た加々速度検出方法を示す図、図１０は加々速度センサ
の出力と加速度の微分回路出力とを比較して示した図、
図１１は加々速度センサにより加々速度情報を得る構成
を示す図、図１２は加速度センサと微分手段により加々
速度情報を得る構成を示す図、図１３は加々速度情報を
用いた運動制御システムの運動モデルを示す図である。

【００１６】図１に示すように、本実施例の運動制御シ
ステムは、物体５０に固定され、物体５０の加々速度を
検出する加々速度検出装置５１と、物体５０の運動を制
御するコントロ−ラ５２と、物体に作用する力を発生す
るアクチェ−タ５３で構成されている。コントロ−ラ５
２は、加々速度検出装置５１により検出された加々速度
情報を入力し、コントロ−ラ５２からの出力によりアク
チェ−タ５３を用いて物体５０の運動を制御する。

【００１７】加々速度検出装置５１を構成する加々速度
センサは、図２に示すようにケ−シング１０ａに継手１
３によって１自由度の運動が可能なように取付けられた
振子１と、振子１に固定されたコイル３と、振子１の他
端側の運動方向に取付けられた可動電極４１と、マグネ
ット２が取付けられたケ−シング１０と、ケ−シング１
０に可動電極４１と対面するように形成された固定電極
４２と、振子1の釣り合い位置からの変位を検出する振
子変位検出器４０と、振子変位検出器４０の出力側に直
列に接続されさらにその出力側が前記コイル３の一方の
側に接続するように配線されたサ−ボアンプ５と、一方
が接地され他方がコイル３の他方に接続されるように配
線された読み取り抵抗６などから構成されている。そし
て、検出された加々速度情報は、図２に示すように、コ
イル３の端子電圧として取り出すように構成されてい
る。

【００１８】前述したように、振子１は、１自由度の運
動（紙面に水平方向）を行うように構成されているの
で、この方向がセンサ感度方向となる。又、振子１の両
側に配置された可動電極４１とケ−シング１０に固定さ
れている固定電極４２とで２組の平板コンデンサを形成
している。平板コンデンサの静電容量Ｃは、数式１で示
されるように空隙の大きさに反比例する。

【００１９】

【数１】

【００２０】ここで、εは空気の誘電率、Ｓは電極の面
積、ｄは空隙寸法である。従って、可動電極４１と固定
電極４２とで形成されている２組のコンデンサの静電容
量の差ΔＣを振子変位検出器４０で検出することにより
振子１の変位が検出できる。

【００２１】また、振子１には、コイル３が配置されて
おり、このコイル３に電流が流れると磁束が発生し、ケ
ーシング１０に固定されたマグネット２による磁界によ
り力を受ける。したがって、サーボアンプ５により上述
の振子変位検出器４０で検出した２組のコンデンサの静
電容量の差ΔＣがΔＣ＝０となるように、即ち上下の空
隙の大きさが等しくなるように、コイル３に流れる電流
をフィードバック制御することにより、外力の大きさに
かかわらず振子１の位置を釣合いの位置に止めておくこ
とができる。

【００２２】ここで、加々速度センサが、ある運動をし
ている物体５０に固定されている場合を考える。図３に
示すように、時刻ｔにおいて左方向（センサ感度方向）
からセンサ全体に加速度α（ｔ）が作用したとすれば、
振子１の質量をＭとすると振子１には右向きにＦ（ｔ）
＝Ｍ・α（ｔ）の慣性力が働く。振子１について運動方
程式を考えると数式２のようになる。

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、Ｍは振子１の質量、ｘ（ｔ）は時
刻ｔにおける振子１の釣合位置からの変位、Ｆ（ｔ）は
振子１に働く慣性力、ｆ（ｔ）は位置フィードバックに
よる制御力である。制御力ｆ（ｔ）は、コイル３に流れ
る電流Ｉ（ｔ）に比例するので数式３、数式４が成り立
つ。

【００２５】

【数３】

【００２６】

【数４】

【００２７】ここで、φは電磁鎖交係数、ｒはコイル３
の半径、Ｂはマグネット２の磁束密度、Ｎはコイル３の
巻き数で与えられる。

【００２８】時々刻々変動するＦ（ｔ）に対して、振子
１が釣合位置にあるように制御力ｆ（ｔ）を追従させれ
ば、数式２の左辺はゼロとなり、その結果、数式５が成
立する。

【００２９】

【数５】

【００３０】したがって、加々速度センサ全体に働く加
速度は、数式６となり、コイルを流れる電流値を測定す
ることにより検出できる。

【００３１】

【数６】

【００３２】これに対し、加々速度センサ全体に働く加
々速度をη（ｔ）とすると、数式７となる。

【００３３】

【数７】

【００３４】いま、図４に示すようにコイル３に流れる
電流について回路方程式をたてると、数式８となる。

【００３５】

【数８】

【００３６】ここで、Ｌはコイルのインダクタンスであ
る。従って加々速度センサ全体に働く加々速度η（ｔ）
は、数式９となり、コイル３の両端の端子電圧を検出す
ることにより、測定することができる。

【００３７】

【数９】

【００３８】図２に示す第１例の加々速度センサは、上
記のように構成しているので、振子１の運動方向に沿っ
て加速度が加わると振子１が変位し、この変位を変位検
出器４０で電圧信号として検出し、サ−ボアンプ５で増
幅する。さらにサ−ボアンプ５では、この電圧信号を電
流指令に変換する。この電流は、振子１に取付けられた
コイル３に流れマグネット２との間に力が発生し、変位
検出器４０の出力が０となるように、即ち振子１を平衡
位置になるように流れ続ける。上記したようにこのとき
コイル３に流れる電流値は、加わった加速度に比例追従
し、コイル３の両端の電圧は、電流の微分値、すなわち
加々速度に比例して追従した値となる。

【００３９】図５は、コイル３が内部抵抗Ｒを含んでい
る場合の、加々速度情報を検出する方法を示したもので
ある。図５に示すような回路について、回路方程式をた
てると、数式１０となる。

【００４０】

【数１０】

【００４１】ここで、ｅはコイル３の両端の電圧、Ｒは
コイル３の内部抵抗、Ｌはコイルのインダクタンスであ
る。図５に示すようにコイル３を流れた電流は、すべて
読みとり抵抗６を流れるとすると、数式１１が成り立
つ。

【００４１】

【数１１】

【００４２】ここで、ｅｒは読み取り抵抗６の両端の電
圧、ｒは取り抵抗６の内部抵抗である。したがって、図
４に示した場合と同様に、加々速度センサに作用する加
々速度は、数式１２に示すように、コイル３の両端の電
圧と、読み取り抵抗６両端の電圧を測定することにより
検出可能である。

【００４３】

【数１２】

【００４４】また、図６は、数式１１で表される加々速
度センサの信号処理部分をオペアンプを用いて構成した
ものである。このような構成とすることにより、コイル
３の抵抗分が無視できないときでも、加々速度センサに
作用する加々速度を検出することができる。

【００４５】図７は、第２の例である加々速度センサの
全体構成を示す図である。図２に示す加々速度センサと
同様な構成であるが、この加々速度センサは、振子１１
と、振子１１に固定されたマグネット１２と、可動電極
１４１と、ケーシング１０と、ケーシング１０に固定さ
れたコイル１３０と、固定電極１４２と、振子の釣合位
置からの変位を検出する振子変位検出器１４０とサーボ
アンプ１５と、読みとり抵抗１６で構成されている。す
なわち、コイル１３０は、ケ−シング１０側に、マグネ
ット１２は振子１１側に設けられている。この場合も図
２に示す加々速度センサと同様に加々速度情報は、図７
に示すようにコイル１３０の端子電圧として取り出すこ
とによって得られる。

【００４６】以上述べたことから分かるように、図２又
は図７に示す加々速度センサにおいて、マグネット２、
１２は、永久磁石であっても、磁束密度を一定に保った
電磁石であっても良い。また、本実施例においては、振
子の変位検出に振子とケ−シングで構成された静電容量
の差分を用いた方法について言及したが、これに限定さ
れるものではなく、例えば発光素子、レンズ、受光素子
等を用いて光学的に検出する等の方法を用いてもよい。

【００４７】また、数式８、数式１２からわかるよう
に、振子１の素材、構造的な特性（ヤング率、断面モー
メントなど）は、考慮する必要がないので高精度の加々
速度検出が可能となる。

【００４８】また、数式６及び数式１１より数式１３が
成立するので、読み取り抵抗６、１６の端子電圧ｅｒ
は、電流、即ち加速度に比例した値となる。

【００４９】

【数１３】

【００５０】以上のように、本実施例の加々速度センサ
は、加速度と加々速度を同時に検出可能である。

【００５１】尚、上記した加々速度センサは、その検出
方向が１軸に限定されているものについて言及したが、
多軸方向の加々速度検出が必要でかつ、部品点数、コス
トを低減するなどの必要がある場合は、以下のような方
法を用いて多軸加々速度センサを実現することができ
る。多軸方向の加速度に応じて、多軸方向に変位できる
軸方向分の磁石、あるいはコイルを具備した振子を用
い、この振子の磁石あるいは、コイルに各軸方向の力を
独立して発生するような位置に軸方向分のコイル、ある
いは磁石を設け、振子の基準位置からの各軸方向の変位
を独立して検出する変位検出器と各軸方向のコイルに流
れる電流を制御する各軸方向のサ−ボアンプを設けて、
各軸方向の変位検出器により検出される、各軸方向の振
子に作用する加速度によって生じる各軸方向の可動部材
の各軸方向の変位が零になるように、各軸方向のコイル
に流れる電流を各軸方向のサ−ボアンプにより制御し、
その際に、各軸方向の誘導起電力検出器により検出され
る各軸方向のコイルの両端に生じる誘導起電力から、振
子に作用する各軸方向の加々速度を検出すればよい。

【００５２】図８、図９により、加々速度検出装置５１
の別の例を説明する。図８に示すように、加々速度検出
装置５１は加速度センサとアナログ微分回路を用いて構
成することができ、一般の加速度センサにアナログ微分
手段（フィルタ）を付加することにより、加々速度を検
出することができる。また、図９は、本実施例に用いら
れる加々速度検出装置５１のさらに別の例であり、加速
度センサとディジタル微分回路を用いて構成している。
すなわち、一般の加速度センサにＡ/Ｄコンバ−タを介
してディジタル信号に変換し、ディジタル演算処理によ
って加々速度情報を得ることもできる。このように、加
々速度微分情報は、加々速度センサ出力の一階の微分回
路出力として用いることができる。

【００５３】図２、図７で示す本実施例の加々速度セン
サで検出された加速度と加々速度、加速度のアナログ微
分回路出力を一例として比較して示すと図１０のように
なる。図１０の（ａ）が本実施例の加々速度センサで検
出された加速度出力で、（ｂ）が（ａ）で示される加速
度出力をアナログ微分回路に通した後の出力、（ｃ）が
本実施例の加々速度センサで検出された加々速度出力を
示している。（ｃ）で示される加速度アナログ微分出力
と本実施例の加々速度センサで検出された加々速度出力
は、共に（ａ）で示される加速度の微分出力となってお
り、非常に良く合致していることが分かる。

【００５４】図１１、図１２は、それぞれコントロ−ラ
５２を含めた加速度、加々速度情報検出方法の違いを示
す図であり、図１１は、本実施例の加々速度センサによ
り加々速度情報を得る構成を示す図であり、図１２は図
９に示すように、加速度センサとコントロ−ラ５２内部
に微分手段を設け、その微分手段によりディジタル演算
処理加々速度情報を得る構成を示している。図１１の方
法では、直接加々速度情報と加速度情報を得られるが入
力ポ−ト５２１、５２２とＡ／Ｄコンバ−タ５２４、５
２５が２組必要であるのに対し、図１２に示す方法では
入力ポ−ト５２３とＡ／Ｄコンバ−タ５２６は、１組で
良いが加々速度情報を得るためには、ある程度の演算５
２７が必要である。以上のことより実際に適用する場合
は、ハ−ド構成とコントロ−ラ５２の演算速度、さらに
は必要とされる検出精度に応じていずれかの方法を用い
ればよい。

【００５５】さて、図１に示す加々速度情報を用いた運
動制御システムにおいて、一般的な運動形態としては、
図１２に示すように物体５０が仮想的な固定面５４にダ
ンパ要素５５とバネ要素５６と拘束されている運動モデ
ルを考える。

【００５６】図１２に示すように、物体の質量をＭ、物
体の変位をｘ、アクチュエ−タ５３の発生する力をＦc
（ｔ）、物体５０に作用する外力をｆg（ｔ）、ダンパ
要素５５の粘性減衰定数をＣ、バネ要素５６のバネ定数
をＫとすると、物体５０は以下の数式１４に示す運動方
程式に従って運動する。

【００５７】

【数１４】

【００５８】今、図１２に示される運動モデルでの位置
制御を考え、コントロ−ラ５２の制御則が数式１５のよ
うな伝達関数で与えられるとした場合のブロック線図を
図１３に示す。

【００５８】

【数１５】

【００５９】ここで、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４は、おのおの加
速度、速度、変位のフィ−ドバックゲイン定数を表す。
このブロック線図から、外力と変位との間の伝達関数を
求めると、数式１６となる。

【００６０】

【数１６】

【００６１】数式１６から分かるように、加速度フィ−
ドバックは、位置制御において能動的に質量を増加させ
る働きがあり、速度フィ−ドバックは、位置制御におい
て能動的にダンピングを増加させる働きがあり、位置フ
ィ−ドバックは、位置制御において能動的に剛性を増加
させる働きがある。このように３つのゲイン定数の選択
によって運動特性が自由に変えられることが分かる。

【００６２】次に、図１２に示される運動モデルでの速
度制御を考える。数式１４の両辺を時間ｔで微分すると
数式１７となる。

【００６３】

【数１７】

【００６４】数式１７について、数式１８のごとき置換
を行うと数式１９となる。

【００６５】

【数１８】

【００６６】

【数１９】

【００６７】コントロ−ラ５２の制御則が数式２０のよ
うな伝達関数で与えられるとした場合のブロック線図を
図１４に示す。

【００６８】

【数２０】

【００６９】ここでＫ１、Ｋ２、Ｋ３は、おのおの加々
速度、加速度、速度のフィ−ドバックゲイン定数を表
す。このブロック線図から、外力と速度との間の伝達関
数を求めると、数式２１となる。

【００７０】

【数２１】

【００７１】数式２１からわかるように、加々速度フィ
−ドバックは、速度制御において能動的に質量を増加さ
せる働きがあり、加速度フィ−ドバックは、速度制御に
おいて能動的にダンピングを増加させる働きがあり、速
度フィ−ドバックは、速度制御において能動的に剛性を
増加させる働きがある。このように３つのゲイン定数の
選択によって運動特性が自由に変えられることが分か
る。

【００７２】次に、図１２に示される運動モデルでの加
速度制御を考える。数式２０の両辺を時間ｔで微分する
と数式２２となる。

【００７３】

【数２２】

【００７４】数式２２について、数式２３のごとき置換
を行うと数式２４となる。

【００７５】

【数２３】

【００７６】

【数２４】

【００７７】コントロ−ラ５２の制御則が数式２５のよ
うな伝達関数で与えられるとした場合のブロック線図を
図１５に示す。

【００７８】

【数２５】

【００７９】ここで、Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２、は、おのおの
加々速度微分、加々速度、加速度のフィ−ドバックゲイ
ン定数を表す。このブロック線図から、外力と加速度と
の間の伝達関数を求めると、数式２６となる。

【００８０】

【数２６】

【００８１】数式２６からわかるように、加々速度微分
フィ−ドバックは、加速度制御において能動的に質量を
増加させる働きがあり、加々速度フィ−ドバックは、加
速度制御において能動的にダンピングを増加させる働き
があり、加速度フィ−ドバックは、加速度制御において
能動的に剛性を増加させる働きがある。このように３つ
のゲイン定数の選択によって運動特性が自由に変えられ
ることが分かる。

【００８２】以上、位置、速度、加速度の各運動制御に
ついて述べてきたが、従来までの位置、速度、加速度情
報を用いた制御に加え、物体の運動状態を反映した新た
な物理量である加々速度情報を加えることにより速度制
御においては、能動的に質量を変化させ、加速度制御に
おいては能動的にダンピングを変化させる等、制御効果
が一段と向上できる。

【００８３】本発明の第２の実施例を図１７から図３０
により説明する。図１７は、車両の１種である自動車の
運動制御に用いた運動制御系の全体構成を示す図、図１
８は、限界走行時の車両制御を行う一例についての説明
図、図１９は、車両の横滑りを検出した状態を示す図、
図２０は、車両の横方向加々速度情報を用いた車両挙動
変化を示す図、図２１は車両のヨ−レイト情報と車両の
横方向の加速度、加々速度情報に基づいて車両の自転運
動抑制方法の比較を示す図、図２２は車両のヨ−レイト
情報と車両の横方向の加速度、加々速度情報に基づいて
車両の公転運動抑制方法の比較を示す図、図２３は発
進、加速時の車輪空転を検出する方法を示す図、図２４
は制動時の車輪ロックを検出する方法を示す図、図２５
は６自由度の加々速度センサを取付けた状態を示す斜視
図である。

【００８４】図１７は、加々速度情報を車両の１種であ
る自動車の運動制御に適用した場合の運動制御系の全体
構成を示す図であるが、図１７に示すように、車両１０
０は、４輪操舵車であって、主としてエンジン１０１
（ミッション系を含む）、各車輪１０２、各車輪のブレ
−キ１０３、ステアリング１０４、ステアリング１０４
の舵角センサ１０５、アクセル１０６、ブレーキ１０
７、後輪操舵モータ１０８、ブレーキ油圧制御部１０
９、コントローラ１１０、横方向加々速度検出装置１１
２と、前後方向加々速度検出装置１１１とで構成され
る。横方向加々速度検出装置１１２と、前後方向加々速
度検出装置１１１は、それぞれ図２から図９、あるいは
図１１に示すように構成されており、検出方向の加々速
度以外に加速度を検出することができる。

【００８５】車両１００は、通常の運転時には、一般の
車両と同様に運転者のステアリング１０４、あるいはア
クセル１０６、あるいはブレーキ１０７を操作するのに
伴い、４輪が操舵され、エンジンの回転が変化し、ブレ
ーキがかかる等の操作が行われる。そして、車両運動の
限界域近辺においては、横方向、前後方向の加々速度情
報に基づいてコントローラ１１０により、後輪操舵モー
タ１０８、エンジン１０１、ブレーキ油圧制御部１０９
を制御することにより、車両の運動性能を向上させるこ
とができる。

【００８６】限界走行時の車両１００の挙動変化が生じ
た場合に、加々速度情報に基づいて車両制御を行う一例
についての説明図である図１８に示すように、定常状態
で旋回している車両１００の旋回中心方向の運動につい
て着目すると、遠心力Ｍ・αと路面反力Ｆとの間で力の
釣合いが保たれている。もし、この状態で路面状況の急
な変化等により車両１００が挙動変化を起こすと、力の
釣合いは破綻する。

【００８７】従来の車両運動制御においては、この力の
釣合いの破綻点（限界域）の検出が不可能であったた
め、限界域からはるかに低い領域における制御しかなさ
れていなかった。このことは、従来、熟練運転者が運転
する競技車両には、ＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ Ｂｒ
ａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略）、ＴＣＳ（Ｔｒａｃｔ
ｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍの略）、４ＷＳ
（４Ｗｈｅｅｌ Ｓｙｓｔｅｍの略）等の車両運動制御
装置が用いられなかったことからも容易に推察できる。
運転者が視覚情報以外に検出・認識できる情報として、
加速度、加々速度が挙げられる。このうち、上述したよ
うに力の釣合いの破綻が生じたことは、加速度の瞬時変
化、即ち加々速度を検出することにより可能である。従
って、加速度情報、さらには加々速度情報を用いること
により、さらに高機能の車両運動制御が可能である。

【００８８】横方向加々速度情報に基づいて、車両の横
滑りを検出する方法を説明している図１９に示すよう
に、検出方法の対象として想定している道路は、緩やか
な右廻りのコースであるが、このとき図１９に示す
（ａ）点で排水路が道路を横断しているとすると、この
排水路で接地面積と摩擦係数が一瞬変わる。このような
コースを車両１００で走行した際のステアリング角、ス
テアリング角速度、車両横加速度、車両横加々速度は図
１９に示すようになる。車両１００の車輪１０２のタイ
ヤに働くコーナリングフォースは、ステアリング舵角に
比例して増加するのが一般的であるから、ステアリング
舵角が一定（すなわち、ステアリング角速度がゼロ）の
ときは、旋回に伴う遠心力とコーナリングフォースは、
路面状況が変化しない限り釣合いを保っている。今、排
水路（ａ）点を通過するとき、車両１００は一瞬横滑り
を起こす。これに伴って、ステアリング舵角一定（ステ
アリング角速度ゼロ）にもかかわらず、車両１００の横
方向の加速度が一瞬小さくなり、車両１００の横方向の
加々速度に左向きの大きなピークが検出されることにな
る。従って、ステアリング角速度、車両１００の横方向
の加々速度を検出しておき、ステアリング角の増加分に
対する車両１００の横方向の加々速度を検出することに
より車両１００が滑り始める瞬間を検出することができ
る。

【００８９】図２０は、車両１００の横方向加々速度情
報に基づいて後輪１０２の操舵機構１０８により修正舵
をあてることにより、車両１００の著しい挙動変化を防
止する例を示しているが、ステアリング角速度と車両１
００の横方向の加々速度情報をフィードバックしてや
り、後輪１０２ｃ、１０２ｄをわずかに前輪操舵方向に
転舵してやることにより、過度の挙動変化を防止するこ
とができる。

【００９０】図２１に、車両１００のヨ−レイト情報に
基づいて車両１００の自転運動を抑制する方法と、車両
１００の横方向の加速度、車両１００の横方向の加々速
度情報に基づいて車両の自転運動を抑制する方法を比較
して示す。図２１では、図面の下側から上側方向に車両
１００が進行するにつれて車両１００が時計まわりに回
転を始めた場合に、上記したそれぞれの方法によって制
御された場合の自転運動の抑制について示している。

【００９１】車両１００のヨ−レイトをコントロ−ラ１
１０に入力し、車両１００のヨ−レイトと反対の向きに
（この場合をネガティブにともいう）制御力（あるいは
トルクともいう）を発生させるように後輪１０２ｃ、１
０２ｄをわずかに右方向に転舵してやることにより、反
時計回りの制御力を発生させることができ、自転運動を
抑制することができる。

【００９２】同様に、車両１００が時計まわりに回転を
始めると、車両１００には左向きの横加々速度と加速度
が発生する。この車両１００の横方向の加速度、車両１
００の横方向の加々速度情報をコントロ−ラ１１０に入
力し、車両１００の横方向の加速度と反対の向きに（右
向きに）制御力（トルク）を発生させ、車両１００の横
方向の加々速度と同じ向きに（左向きに）制御力（トル
ク）を発生させるように各フィ−ドバックゲインを適当
に調整することにより、後輪１０２ｃ、１０２ｄをわず
かに右方向に転舵して反時計回りの制御力を発生させる
ことができ、ヨ−レイト情報に基づいて車両１００の自
転運動を抑制する方法と同様に自転運動を抑制すること
ができる。

【００９３】図２２に、車両１００のヨ−レイト情報に
基づいて車両１００の自転運動を抑制するする制御が働
いている状態で公転運動（通常の旋回運動）をした場合
の車両１００の運動と、車両１００の横方向の加速度、
車両１００の横方向の加々速度情報に基づいて車両の自
転運動を抑制する制御が働いている状態で公転運動（通
常の旋回運動）をした場合の車両１００の運動を比較し
て示す。図２１では、車両１００が右回りのカ−ブに進
入進行する場合の、それぞれの制御を行った場合の車両
１００の運動について示している。

【００９４】図２１に示した場合と同様に、ヨ−レイト
情報に基づいた制御においては、車両１００のヨ−レイ
トをコントロ−ラ１１０に入力し、車両１００のヨ−レ
イトと反対の向きに（ネガティブに）制御力（トルク）
を発生させるように転舵制御を行っている。今、運転者
は右回りのカ−ブに進入しようと、右方向にステアリン
グ１０４を操舵する。これにより車両１００には時計回
りのヨ−レイトが発生する。これに対して、制御実行時
には反時計回りの制御力が発生し、時計回りの回転運動
が抑制されてしまう。運転者がさらにステアリング１０
４の舵角を増加させてカ−ブを曲がろうとしても、時計
回りのヨ−レイトが発生した途端に反時計回りの制御力
が発生し、時計回りの回転運動が抑制されてしまう。こ
のようにヨ−レイト情報を用いた制御においては、運転
者の操作により発生したヨ−レイトも抑制してしまい、
運転者からみると舵角に対して回頭運動が追従しない車
両となってしまう。このように、ヨ−レイト情報を用い
た自転運動の抑制制御では、公転運動（通常の旋回運
動）の促進を目指した制御が実現できなく、ヨ−レイト
情報を用いた制御と自転運動の抑制制御との両立は不可
能である。

【００９５】これに対して、車両１００の横方向の加速
度、車両１００の横方向の加々速度情報をコントロ−ラ
１１０に入力し、車両１００の横方向の加速度と反対の
向きに（ネガティブに）制御力（トルク）を発生させ、
車両１００の横方向の加々速度と同じ向きに（ポジティ
ブに）制御力（トルク）を発生させるような制御を行っ
た場合について、コ−ナリングの各段階における運転者
のステアリング１０４の操作と、車両１００の運動と、
それに起因する制御内容について述べる。カ−ブの入口
において運転者は、右側にステアリング１０４を操作す
る。これにより車両１００は旋回を開始し、向心力が回
転中心方向に働き車両１００に右方向の加々速度と加速
度が発生する。この場合には、加速度ゼロからある値の
加速度が発生するので、加々速度は、その変化率として
大きな値をもつ。従って制御力としては、右側即ちカ−
ブの内側に制御力が働き、車両１００は俊敏にコ−ナリ
ングを開始する。

【００９６】次にコ−ナリング中は、向心力と遠心力が
釣り合い安定状態になる。この時、車両１００で検出さ
れる横方向加速度は安定しており、その変化率である加
々速度はゼロに近づく。従って制御力は、左側、即ち車
両の過度の時計回りのヨ−イングの発生を押さえる方向
に働き、車両１００の安定度を向上させることになる。
最後にカ−ブの出口において運転者は、右側に切ってい
たステアリング１０４を中立位置へと操作する。これに
より車両１００は旋回を終了し、回転中心方向に働いて
いた向心力が減少し、車両１００の右方向の加速度が減
少し、右側に負の、即ち左方向に正の加々速度が発生す
る。この場合も、ある値の加速度から加速度ゼロに減少
するので、加々速度は大きな値をもつ。従って、制御力
としては左側即ちカ−ブの外側に制御力が働き、車両１
００は俊敏にコ−ナリングを終了する。この一連のコ−
ナリングは、コ−ナ−の最速脱出法として良く知られて
いるアウト・イン・アウト（すなわち、コ−ナ−外側か
ら進入し、素早くコ−ナ−内側に車両を寄せ、素早くコ
−ナ−外側に脱出する方法）が実現していることにな
る。これにより車両１００の横方向の加速度、車両１０
０の横方向の加々速度情報をコントロ−ラ１１０に入力
し、車両１００の横方向の加速度と反対の向きに（ネガ
ティブに）制御力（トルク）を発生させ、車両１００の
横方向の加々速度と同じ向きに（ポジティブに）制御力
（トルク）を発生させるように各フィ−ドバックゲイン
を適当に調整することにより自転運動の抑制制御と、公
転運動（通常の旋回運動）の促進を目指した制御とが両
立可能となる。

【００９７】尚、横方向の制御力発生法には、４輪操舵
の他、ブレ−キ１０３の前後・左右のバランスを制御し
たり、タイヤ１０２による駆動力の前後・左右のバラン
スを制御しても良い。

【００９８】図２３に、車両１００の前後方向の加々速
度情報に基づいて、車両１００の発進・加速時の車輪、
特に駆動輪の空転を検出する方法を示す。図２３に示す
ものは、道路が直線コースの場合を想定し、（ａ）点で
排水路が道路を横断している場合を示しているが、この
排水路で接地面積と摩擦係数が一瞬変わる。図２３は、
このようなコースを車両１００で加速走行した際のアク
セル開度、アクセル速度、駆動輪速、車両１００の前後
加速度、車両１００の前後加々速度をそれぞれ示してい
る。車両１００の車輪１０２のタイヤに働くトラクショ
ンフォースはエンジントルクに比例して増加するのが一
般的であるから、アクセル開度がゼロでないときは、エ
ンジン１０１によってタイヤを駆動したときに生じるト
ラクションフォースと路面反力は、路面状況が変化しな
い限り釣合いを保っている。しかし、上記のような排水
路（ａ）点を通過するとき、駆動輪は空転（ホイルスピ
ンともいう）を始める。この時、アクセル開度が正にも
かかわらず、車両１００の前後方向の加速度が一瞬小さ
くなり、車両１００の前後加々速度に後ろ向きの大きな
ピークが検出できる。

【００９９】従って、アクセル速度を検出しておき、ア
クセル開度の変化に対する車両１００の前後方向の加々
速度を検出することにより、駆動輪が滑り始める瞬間を
検出することができる。その結果、コントローラ１１０
により車両１００の前後方向の加々速度情報に基づいて
エンジン１０１の出力を減少させて、駆動輪１０２ｃ、
１０２ｄの空転を減少させ、車両１００の著しい挙動変
化を防止することができる。それに対して、従来提案さ
れていた駆動輪の空転防止装置では、従動輪の回転数に
対して駆動輪の回転数が増加すると空転を開始したと判
断していたため、駆動輪空転の検出が遅くなってしま
い、また、車輪１００の慣性モーメントのため、１度空
転を開始するとなかなか空転が停止せず、駆動輪にブレ
ーキをかける必要があったり、車両１００の著しい挙動
変化を防止するという目的を達成するのは困難であっ
た。

【０１００】このように本実施例では、車両１００の前
後方向の加々速度情報を用いているので、車輪１０２
ｃ、１０２ｄが空転を始める瞬間、あるいは最大摩擦力
を越えた瞬間を検出できるため、駆動輪１０２ｃ、１０
２ｄの空転が始まる前にエンジン１０１のトルクをコン
トロ−ラ１１０により低減させることができ、駆動輪１
０２ｃ、１０２ｄにブレーキをかける必要もなく発進・
加速時の駆動輪１０２ｃ、１０２ｄの空転を減少させ、
車両１００挙動変化を防止することを効果的に行うこと
が可能となる。

【０１０１】また、図２４に示すように、車両１００の
前後方向の加々速度情報に基づいて、車両１００の減速
時の車輪ロックを検出することもできる。図２４では、
直線コースの道路を想定し、（ａ）点で排水路が道路を
横断しており、この排水路で接地面積と摩擦係数が一瞬
変わる場合を示している。また、図２４には、このよう
なコースを車両１００で減速走行した際のブレーキ油
圧、ブレーキ油圧の変動、車輪１０２の回転速度、車両
１００の前後方向の加速度、車両１００の前後方法の加
々速度をそれぞれ示している。車両１００の車輪１０２
のタイヤに働く減速力はブレーキトルクに比例して増加
するのが一般的であるから、ブレーキ油圧がゼロでない
ときは、ブレーキ１０７によるタイヤ制動により生じる
減速力と路面反力は、路面状況が変化しない限り、釣合
いを保っている。しかし、上記のような排水路（ａ）点
を通過するとき、駆動輪はロック（このとき車輪１０２
の回転速度はゼロである）を始める。この時、ブレーキ
油圧がゼロでないにもかかわらず、車両１００の減速度
が一瞬小さくなり、車両１００の前後方向の加々速度に
前方向の大きなピークが検出できる。

【０１０２】従って、ブレーキ油圧変動を検出してお
き、ブレーキ油圧の変化に対する、車両１００の前後方
向の加々速度を検出することにより車輪１０２がロック
し始める瞬間を検出することができる。従ってコントロ
ーラ１１０により車両１００の前後方向の加々速度情報
に基づいてブレーキ油圧制御部１０９を制御し、ブレー
キ油圧を減少させ、車輪のロックを減少させ、車両挙動
変化の防止を行うことができる。従来のＡＢＳにみられ
る車輪のロック防止装置では、従動輪の回転速度により
推定される推定車体速度に対して車輪の回転数が極端に
減少すると、車輪ロックしたと判断していたため、車輪
ロックの検出が遅くなってしまったり、推定車体速度の
精度不足のため高精度の制御が行えず、タイヤの性能を
十分に使いきっているとは言えなかった。これに対し
て、本実施例では車両１００の前後方向の加々速度情報
を用いているので、車輪１０２がロックを始める瞬間、
あるいは、最大摩擦力を越える瞬間を検出できるため、
車輪１０２のロックが始まる前にブレーキ油圧を低減さ
せるため、制動時の車輪１０２のロックを減少させて、
車両１００の挙動変化の防止を効果的に行うことが可能
となる。

【０１０３】以上、３つの例を用いて車両１００の前後
方向、左右方向の加々速度情報を用いた各種制御につい
て述べたが、車両１００には、前後方向、左右方向、上
下方向の３つの並進運動とローリング、ヨーイング、ピ
ッチングの３つの回転運動の６自由度の運動が考えられ
るため、図２５に示すように、加々速度検出装置を６自
由度の運動が検出できるように６個配置し、それぞれの
検出手段の出力値を用いてそれぞれの自由度の加々速度
情報を検出しても良い。

【０１０４】このように、加々速度情報を用いた車両１
００の運動制御を行った場合、車両１００に働く力の瞬
時的な変化を検出できるため、車両の限界域での挙動変
化を瞬時に検出でき、タイヤ摩擦力の最大値近辺での制
御が可能となる。また同時に、運転操作情報と照らし合
わせることにより、運転者が意図しない、不意の外乱に
よる挙動変化に対しても瞬時に補正制御を行うことがで
き、過大な挙動変化の発生を防止できる効果がある。

【０１０５】なお、上述した３つの例では、加々速度情
報と運転操作情報のみを用いた車両運動制御について言
及したが、従来の車両運動制御で用いていた車輪速情報
等の各種情報に加え、加々速度情報を用いてさらに高機
能・高精度の制御が可能であることは言うまでもない。

【０１０６】本発明の第３の実施例を図２６から図３０
により説明する。図２６は車両の乗り心地を制御する場
合の全体構成図、図２７はエンジン振動による車体振動
を低減する場合の構成を示す図、図２８はエンジン失火
検出を示す図、図２９は正常燃焼時のエンジン振動を示
す図、図３０は失火発生時のエンジン振動を示す図であ
る。

【０１０７】図２６に示すように、本実施例の車両３０
０は、可変サスペンション機構３０１ａ、３０１ｂをも
つ車両であり、その他の構成は図１７に示すものと同様
である。車両３００には、複数個の加々速度検出装置
（図２６では、３０２ａ、３０２ｂの２個のみを取付け
た場合を示しているが、これに限られるものではなく、
又、場合によっては１個でもよい。）が取付けられ、ｉ
番目の加々速度検出装置の加速度出力をＧｉ、加々速度
出力をＪｉとし、数式２７のように乗り心地評価関数Ψ
ｓを定義する。

【０１０８】

【数２７】

【０１０９】ただし、ｄｉ、ｅｉは、それぞれｉ番目の
観測点における加速度、加々速度情報に対する重み付け
定数で、運転者ならびに同乗者の感性に合わせてチュ−
ニングするようになっている。

【０１１０】乗り心地評価関数Ψｓを最も小さくするよ
うにサスペンション機構３０１ａ、３０１ｂを制御する
ことにより、車両３００の振動特性と運転者ならびに同
乗者の感性とを整合させることができ、乗り心地の最適
化制御ができる。また、評価関数Ψｓは、数式２７に限
定されるものではなく、運転者ならびに同乗者の感性と
よく整合の取れた任意の関数で代用しても良い。

【０１１１】ここで、コントロ−ラ３０３は、サスペン
ション機構３０１ａ、３０１ｂを制御する機能をもって
いるが、コントロ−ラ３０３単体として車両３００の各
観測点における加速度、加々速度情報より乗り心地評価
関数を計算し、計算結果を出力させる機能を持たせるこ
とにより、車両の乗り心地を評価する評価試験装置とし
ても代用できる。

【０１１２】また、図２６に示すような構成に加え、車
体３００の前後方向、横方向の加々速度検出装置を設
け、これら車体３００の前後方向、横方向の加々速度に
従ってコントロ−ラ３０３によりサスペンション機構３
０１ａ、３０１ｂを制御することにより車両運動性能の
向上に役立てることもできる。

【０１１３】図２７は、加々速度情報を用いて、エンジ
ン振動に起因する車体振動をより効果的に低減させる実
施例の全体構成を示す図である。この場合、車両は、可
変エンジンマウント機構４０２ａ、４０２ｂをもつ車両
である。今、エンジン４０１及び車体には、複数個の加
々速度検出装置（図２７では、４０３ａ、４０４ａ、４
０４ｂの３個のみが取付けられた場合を示しているが、
これに限られるものではなく、場合によっては１個でも
よい。）が取付けられ、ｉ番目の加々速度検出装置の加
速度出力をＧｉ、加々速度出力をＪｉとし、数式２７と
同様に乗り心地評価関数Ψｍを数式２８のように定義す
る。

【０１１４】

【数２８】

【０１１５】ただし、ｄｊ、ｅｊは、それぞれｊ番目の
観測点における加速度、加々速度情報に対する重み付け
定数で、運転者ならびに同乗者の感性に合わせてチュ−
ニングするようになっている。

【０１１６】乗り心地評価関数Ψｍを最も小さくするよ
うに可変エンジンマウント機構４０２ａ、４０２ｂを制
御することにより、車両の振動特性と運転者ならびに同
乗者の感性とを整合させることができ、乗り心地の最適
化制御ができる。

【０１１７】また、評価関数は、数式２８に限定される
ものではなく、エンジン振動が密接な関係がある燃焼周
波数に相当するエンジン回転情報等を付加し、さらに運
転者ならびに同乗者の感性とよく整合の取れた任意の関
数で代用しても良い。さらに図２７では加々速度検出装
置は、エンジン、ステアリング、シ−トの振動を検出で
きるように設置したがこれに限定されるものではない。

【０１１８】ここで、コントロ−ラ４０７は、可変エン
ジンマウント機構４０２ａ、４０２ｂを制御する機能を
もっているが、コントロ−ラ４０７単体として車両の各
観測点における加速度、加々速度情報より乗り心地評価
関数を計算し、計算結果を出力させる機能を持たせるこ
とにより、車両の乗り心地を評価する評価試験装置とし
ても代用できる。

【０１１９】図２８は、加々速度情報をエンジン失火検
出に適用した実施例を示す図である。エンジン４０１は
間欠的に燃焼しているため、燃焼に同期したトルク変動
が発生する。このトルク変動の反作用がエンジン振動を
引き起こし、この振動がエンジンマウント４０２を介し
て車体に伝達され車両全体の振動を引き起こす。ここ
で、エンジン４０１の振動に着目すると、エンジン４０
１は燃焼周波数に同期したトルク変動により強制加振さ
れており、燃焼周波数で振動している。したがって、こ
の振動を検出することによりエンジンの燃焼状態が検出
できる。

【０１２０】正常燃焼時のエンジン４０１のロール方向
の振動加速度、加々速度を示す図２９と失火発生時のエ
ンジン４０１のロール方向の振動加速度、加々速度を示
す図３０との比較から分かるように、失火が発生する
と、図３０に示されるように、エンジン４０１のロール
方向の加速度に変化がみられ、エンジン４０１のロール
方向の加々速度には、大きなピークが観察される。失火
検出装置５０３は、これら複数の信号を検出し、適当な
フィルタリング演算を行うことにより、エンジン失火の
検出が可能である。

【０１２１】また、エンジン４０１のロ−ル方向の加速
度、加々速度情報のみではなく、エンジンの他の自由度
の加速度、加々速度情報や、車体振動、あるいはエンジ
ン回転情報等を付加し、さらに高精度の失火検出を行う
ようにしても良い。

【０１２２】また、失火検出装置５０３に、可変エンジ
ンマウント機構等を制御する機能をもたせ、エンジン４
０１の失火に起因する乗り心地の悪化を低減するような
乗り心地制御システムとしても良い。

【０１２３】本発明の第４の実施例を図３１、図３２に
より説明する。図３１は、加々速度情報を用いたエレベ
ータの乗り心地制御システムの概念図、図３２は、加々
速度情報を用いたエレベータの乗り心地制御システムの
全体構成を示す図である。

【０１２４】図３１、図３２に示すように、エレベ−タ
かご２０１は、ワイヤ２０６でつり下げられ、コントロ
−ラ２０４によりモ−タ２０３が制御されワイヤ２０５
を巻き上げ、巻き下げて運転される。２０５は重りで、
エレベ−タかご２０１の重さと、ほぼ釣り合うようにな
っており、モ−タ２０３の負荷を軽減する働きがある。
モ−タ２０３には、コントロ−ラ２０４より制御指令が
入力され、コントロ−ラ２０４には、モ−タ２０３の回
転情報が入力される。モ−タ２０３の回転情報として
は、モ−タ回転角度、モ−タ回転速度、モ−タ回転加速
度、モ−タ回転加々速度等があるが、これらの情報は、
モ−タ２０３に付随しているエンコ−ダ（図示せず）の
出力パルスを検出し、各種演算を行うことにより可能で
ある。

【０１２５】従来のエレベ−タでは、モ−タの回転情報
よりエレベ−タかごの運動を推定し、各種乗り心地制御
を行っていたが、モ−タとエレベ−タかごを結ぶワイヤ
が弾性体であり、ワイヤが伸び縮みするため、モ−タの
回転情報がエレベ−タかごの運動を反映したものとは言
えず、十分な性能を発揮できなかった。

【０１２６】本実施例においては、エレベ−タかご２０
１に、複数の加々速度検出装置（図３１では、２０２
ｘ、２０２ｙの２個を示している。）が搭載されてお
り、搭乗者の乗り心地に直接影響を与えるエレベ−タか
ご２０１の加々速度情報を直接検出できるようになって
いる。これらの加々速度情報は、コントロ−ラ２０４に
入力されモ−タ２０３の制御指令に用いられる。これら
の複数個の加々速度検出装置のうち、ｋ番目の加々速度
検出装置の加速度出力をＧk、加々速度出力をＪkとし、
モ−タの回転速度をＶとしたとき、数式２９のように乗
り心地評価関数Ψeを定義する。

【０１２７】

【数２９】

【０１２８】ただし、ａは、エレベ−タ巻き上げ巻き下
げ速度に対する重み付け定数、ｂk、ｃkは、それぞれｉ
番目の観測点における加速度、加々速度情報に対する重
み付け定数で、搭乗者の感性に合わせてチュ−ニングす
るようになっている。

【０１２９】乗り心地評価関数Ψｅを最も小さくするよ
うにモ−タ２０３のを制御することにより、巻き上げ速
度も速く、搭乗者の感性に合わせた巻き上げが実現で
き、乗り心地最適化制御ができる。また、評価関数は、
数式２９に限定されるものではなく、搭乗者の感性とよ
く整合の取れた任意の関数で代用しても良い。

【０１３０】ここで、コントロ−ラ２０４は、モ−タ２
０３を制御する機能をもっているが、コントロ−ラ２０
４単体としてエレベ−タかご２０１の各観測点における
加速度、加々速度情報より搭乗者乗り心地評価関数を計
算し、計算結果を出力させる機能を持たせることによ
り、エレベ−タの乗り心地を評価する評価試験装置とし
ても代用できる。また、環境的な問題より加々速度情報
の検出が困難な場合は、モ−タ回転情報（モ−タ回転速
度、モ−タ回転加速度、モ−タ回転加々速度等）を数式
２９にあてはめる方法でもよい。

【０１３１】本発明の第５の実施例を図３３から図３５
により説明する。図３３は、加々速度情報を用いた鉄道
車両の構成を示す図、図３４は、ばね下加々速度情報を
用いた鉄道車両の構成を示す図、図３５は、加々速度情
報を用いた鉄道車両の動力制御系構成を示す図である。

【０１３２】図３３に示すように、本実施例の鉄道車両
は、枕バネアクチュエ−タ５４１、５４２を中心にして
自由に転向できる前後２組の台車５５１、５５２の上に
長い車体５０１をかけ渡した様式になっている。台車５
５１、５５２は、車輪軸を支持する軸バネアクチュエ−
タ５４３、５４４、５４５、５４６、５４７、５４８、
５４９、５５０を介して車輪５２１、５２２、５２３、
５２４により支持されている。車体５０１には、複数の
加々速度検出装置（図３３では５３１、５３２、５３３
のことをいう。）が具備され、車体５０１の上下方向の
加々速度情報が検出できる。コントロ−ラ５０６は、積
分回路等で構成される信号処理装置を内蔵しており、車
体５０１に配置される複数の加々速度検出装置（図３３
では５３１、５３２、５３３のことをいう。）からの情
報より加速度、速度、変位情報を算出することができ
る。コントロ−ラ５０６は、これらの情報に基づいて車
両の走行に際して軌道に多少の不整があっても、乗り心
地が低下しないように枕バネアクチュエ−タ５４１、５
４２、軸バネアクチュエ−タ５４３、５４４、５４５、
５４６、５４７、５４８、５４９、５５０を制御する。

【０１３３】加々速度情報を用いることにより、加速度
の微妙な変化が検出できるので従来の鉄道車両より振動
低減効果が大きい鉄道車両を実現することができる。ま
た、これと同時に車体の沈み込み、姿勢変化等を積極的
に制御できるので脱線しにくい車両の実現にもつなが
る。

【０１３４】また、図３４に示す鉄道車両は、図３３に
示す鉄道車両と同様な構成であるが、より乗り心地のよ
い制御を可能とするために車体５０１、台車５５５、軸
受け５５１、５５２の加々速度を検出するように構成し
たものである。車体５０１、台車５５５、軸受け５５
１、５５２には、複数の加々速度検出装置（図３４で
は、それぞれ５３１、５３４、５３５、５３６のことを
いう）が設置されている。通常、車体、台車、軸受け
は、それぞれ異なる共振点を持っており、これらの振動
を加々速度検出装置で検出し、コントロ−ラ５０６側に
フィ−ドバックすることにより、より乗り心地の良い制
御が達成される。

【０１３５】ここで、コントロ−ラ５０６は、各アクチ
ュエ−タを制御する機能をもっているが、コントロ−ラ
５０６単体として鉄道車両の各観測点における加速度、
加々速度情報より搭乗者乗り心地評価関数を計算し、計
算結果を出力させる機能を持たせることにより、鉄道車
両の乗り心地を評価する評価試験装置としても代用でき
る。

【０１３６】図３５に示す鉄道車両は、特に始動、制動
時を考慮して加々速度情報を用いることにより鉄道車両
の動力を制御した場合の構成を示している。図３５に示
すように、動輪５２１、５２２は、コントロ−ラ５０６
により制御されるモ−タ５０３により駆動され、制動輪
５２３、５２４は、コントロ−ラ５０６により制御され
るブレ−キ５０４により制動される。

【０１３７】車体５０１には、複数の加々速度検出装置
（図３５では５０５のみを図示している。）が具備さ
れ、車体５０１の進行方向の加々速度情報が検出でき
る。コントロ−ラ５０６は、積分回路等で構成される信
号処理装置を内蔵しており、車体に配置される加々速度
検出装置からの情報より加速度、速度、変位情報を算出
することができる。

【０１３８】図３６では、鉄道車両５０１の運転状態と
して、車輪５２１、５２２、５２３、５２４がレ−ル面
上を転がろうとする状態を示している。車輪とレ−ルと
の間の粘着係数をμ、軸重をＷで表すと、この車輪とレ
−ルの摩擦力により出すことのできる引張力の最大値Ｆ
は、数式３０のようになる。

【０１３９】

【数３０】

【０１４０】したがって、引張力の最大値以上の引張力
を得ようとして回転力を大きくしても動輪が空転するだ
けである。今、動輪の回転力をゼロから徐々に増加させ
ると車体の加速度は増加していく。しかし、上記のよう
に動輪が空転を開始すると一気に加速度が減少する。す
なわち、この瞬間を進行方向の加々速度情報で検出でき
るということである。自動車で説明したのと同様に、鉄
道車両においても進行方向の加々速度を検出し、モ−タ
５０３を制御することにより粘着性能を向上させること
ができる。

【０１４１】制動についても同様なことが言える。引張
力の最大値Ｆを越えるような制動力を得ようとして制動
トルクを大きくしても制動輪がスリップするだけであ
る。今、制動輪の制動トルクをゼロから徐々に増加させ
ると、車体の減速度は増加していく。しかし、上記のよ
うに制動輪がスリップ（ロックともいう）を開始すると
一気に減速度が減少する。すなわち、この瞬間を進行方
向の加々速度情報で検出できるということである。自動
車で説明したのと同様に、鉄道車両においても進行方向
の加々速度を検出し、ブレ−キを制御することにより粘
着性能を向上させることができる。

【０１４２】また、発進、制動のフィ−リングを向上す
るためにも加々速度情報を用いることができるのは、自
動車と同様である。上述の実施例では、駆動輪、制動輪
を別に考えているが、同一車輪が駆動輪、制動輪を兼ね
ている場合にも適用できる。

【０１４３】本発明の第６の実施例を図３７により説明
する。図３７は、加々速度情報を用いた磁気浮上車両の
構成を示す図である。

【０１４４】図３７に示すように、磁気浮上車両は、車
体６０１は浮上用地上コイル６７３、６７４と超電動磁
石６３３、６３４の磁気的な同極反発力により浮上して
いる。そして、地上の推進案内用コイル６７１、６７２
に電流を流し、車上の超電動磁石６３１、６３２と引き
合う力が生じるのでその力を利用して前進する。

【０１４５】車体６０１には、複数の加々速度検出装置
（図３７では６２１、６２２、６２３、６２４、６２５
のことをいう）が具備され、車体６０１の前後、上下、
横方向の加々速度情報が検出できるようになっている。
コントロ−ラ６０４は、積分回路等で構成される信号処
理装置を内蔵しており、車体６０１に配置される加々速
度検出装置からの情報より加速度、速度、変位情報を算
出することができる。コントロ−ラ６０４は、これらの
情報にもとづいて超電動磁石６３３、６３４の磁力を制
御すると同時に、この情報をアンテナ６０５より地上側
コントロ−ラ６０６に向けて発信する。地上側コントロ
−ラ６ではこれらの情報に基づいて推進案内用地上コイ
ル６７１、６７２、浮上用地上コイル６７３、６７４に
流入する電流を制御し、磁力を制御することにより車体
の浮上姿勢、位置、速度、加速度を正確に制御すること
ができる。

【０１４６】また、加々速度情報を用いることにより、
加速度の微妙な変化が検出できるので、より振動低減効
果が大きい磁気浮上車両を実現することができる。さら
に車体の沈み込み、姿勢変化等を積極的に制御できるの
で車両運動性能の向上にもつながる。

【０１４７】ここで、コントロ−ラ６０６は、各磁力発
生手段を制御する機能をもっているが、コントロ−ラ６
０６単体として磁気浮上車両の各観測点における加速
度、加々速度情報より搭乗者乗り心地評価関数を計算
し、計算結果を出力させる機能を持たせることにより、
磁気浮上車両の乗り心地を評価する評価試験装置として
も代用できる。

【０１４８】本発明の第６の実施例を図３８により説明
する。図３８は、加々速度情報を用いた地震シミュレ−
タの構成を示す図である。

【０１４９】図３８に示すように、地震シミュレ−タ
は、あらかじめコントロ−ラ７０３に入力されている地
震加速度、地震加々速度または変位入力を忠実に再現す
るように、振動台７００の動きを制御するものである。
振動台７００は、コントロ−ラ７０３により駆動される
油圧アクチュエ−タ７４１、７４２によってＸ軸方向の
動きを、油圧アクチュエ−タ７４３、７４４によってｙ
軸方向の動きを制御される。油圧アクチュエ−タ７４
３、７４４内には変位検出器が具備され、変位情報がコ
ントロ−ラ７０３に入力される。振動台７００上の加々
速度検出装置（図３８では、７０１、７０２のことをい
う）からは、振動台７００のｘ軸、ｙ軸方向の加々速度
が検出される。これらの加々速度情報は、積分器７６
１、７６２、７６３、７６４によりそれぞれ、振動台７
００のｘ軸、ｙ軸方向の加速度、速度に変換されコント
ロ−ラ７０３に入力される。さらに速度情報に直列に積
分器を挿入することにより位置情報を得るようにしても
よい。これら各自由度に対して４種類の信号は、コント
ロ−ラ７０３にフィ−ドバックされ、コントロ−ラ７０
３にあらかじめ入力されている地震加速度、地震加々速
度または変位入力と比較され、振動台は、目標値どおり
に駆動（加振ともいう）される。

【０１５０】このようなシステム構成により、従来のシ
ミュレ−タに加えて加速度の変化分を情報として取り込
めるため、応答性、安定性に優れた地震シミュレ−タを
実現することができる。また、この実施例では２次元の
地震シミュレ−タについて述べているが、1次元、３次
元の地震シミュレ−タでも同様に、従来の情報に加え、
加々速度情報を用いて制御することにより応答性、安定
性に優れた地震シミュレ−タを実現することができる。

【０１５１】ここで、コントロ−ラ７０３は、各油圧ア
クチュエ−タを制御する機能をもっているが、コントロ
−ラ７０３単体として振動台の各観測点における加速
度、加々速度情報より制御性能評価関数を計算し、計算
結果を出力させる機能を持たせることにより、地震シミ
ュレ−タ制御性能を評価する評価試験装置としても代用
できる。

【０１５２】また、人間が搭乗したかごを車両、あるい
は飛行物体の運動を模して外部アクチュエ−タを用いて
動揺させることにより、かご内の人間の運転訓練を行っ
たり、アミュ−ズメントを与える運動シミュレ−タにお
いても、従来の情報に加え、このかごの加々速度情報を
用いて制御することにより応答性、安定性に優れた運動
シミュレ−タを実現することができる。

【０１５３】本発明の第７の実施例を図３９により説明
する。図３９は、加々速度情報を用いたＸＹステ−ジの
構成を示す図である。

【０１５４】本実施例のＸＹステ−ジは、図３９に示す
ように、あらかじめコントロ−ラ８０３に入力されてい
る位置入力に忠実に追従するように、ステ−ジ８００の
動きを制御するものである。ステ−ジ８００は、コント
ロ−ラ３により駆動されるリニアアクチュエ−タ８４
１、８４２によってＸ軸方向の動きを、リニアアクチュ
エ−タ８４３、８４４によってｙ軸方向の動きを制御さ
れる。リニアアクチュエ−タ内には変位検出器が具備さ
れ、変位情報がコントロ−ラ８０３に入力される。ステ
−ジ８００上の複数の加々速度検出装置（図３９では、
８０１、８０２のことをいう）からは、ステ−ジ８００
のｘ軸、ｙ軸方向の加々速度が検出される。これらの加
々速度情報は、積分器８６１、８６２、８６３、８６４
により、それぞれステ−ジのｘ軸、ｙ軸方向の加速度、
速度に変換されコントロ−ラに入力される。さらに速度
情報に直列に積分器を挿入することによりステ−ジ８０
０の位置情報を得るようにしてもよい。また、コントロ
−ラ内部でこれらの積分動作を行ってもよい。これら各
自由度に対して４種類の信号は、コントロ−ラ８０３に
フィ−ドバックされ、コントロ−ラ８０３にあらかじめ
入力されている位置入力と比較され、ステ−ジ８００
は、目標値どおりに位置決めされる。このようなシステ
ム構成により従来のＸＹステ−ジに加えて加速度の変化
分を情報として取り込めるため、応答性（即応性ともい
う）、安定性に優れたＸＹステ−ジを実現することがで
きる。

【０１５５】また、本実施例では、２次元のＸＹステ−
ジについて述べているが、1次元のリニアステ−ジ、３
次元のステ−ジでも同様に、従来の情報に加え、加々速
度情報を用いて制御することにより応答性（即応性）、
安定性に優れたステ−ジを実現することができる。ここ
で、コントロ−ラ８０３は、各油圧アクチュエ−タを制
御する機能をもっているが、コントロ−ラ８０３単体と
してステ−ジの各観測点における加速度、加々速度情報
より制御性能評価関数を計算し、計算結果を出力させる
機能を持たせることにより、ＸＹ−ステ−ジの制御性能
を評価する評価試験装置としても代用できる。

【０１５６】本発明の第８の実施例を図４０により説明
する。図４０は、加々速度情報を用いた制振装置つきビ
ルの構成を示す図である。

【０１５７】図３８に示すように、ビルの適当なフロア
−には、油圧アクチュエ−タ９０３とアクティブマス９
０４が具備されている。油圧アクチュエ−タ９０３はビ
ルに固定されており、アクティブマスはビルに対して相
対的に可動可能に設置されている。コントロ−ラ９０２
は、積分回路等で構成される信号処理装置を内蔵してお
り、各フロアに複数個（図４０では、９１１、９１２、
９１３、９１４の４個設置した場合を示している。）配
置される加々速度検出装置からの情報より従来と同様な
加速度、速度、変位情報を算出することができる。コン
トロ−ラ９０２は、これらの情報にもとづいてビル全体
の振動が小さくなるように油圧アクチュエ−タ９０３の
油圧を制御する。加々速度情報を用いることにより、加
速度の微妙な変化が検出できるので、従来の制御に比べ
てより振動低減効果の大きい制振装置を実現することが
できる。また、アクティブマス９０４の加々速度情報を
検出するような加々速度検出装置（図示せず）を用いて
正確にアクティブマス９０４の運動を制御することによ
り、さらに振動低減効果の大きい制振装置を実現するこ
とができる。

【０１５８】ここで、コントロ−ラ９０２は、油圧アク
チュエ−タ９０３を制御する機能をもっているが、コン
トロ−ラ９０２単体としてビルの各観測点における加速
度、加々速度情報より制御性能評価関数を計算し、計算
結果を出力させる機能を持たせることにより、制振装置
つきビルの制御性能を評価する評価試験装置としても代
用できる。

【０１５９】本発明の第９の実施例を図４１により説明
する。図４１は、加々速度情報を用いたロボットア−ム
のマニピュレ−タの構成を示す図である。

【０１６０】図４１に示すように、マニピュレ−タ１０
０１は、あらかじめコントロ−ラ１００３に入力されて
いる位置入力に忠実に追従するように、マニピュレ−タ
１００１の動きを制御するものである。マニピュレ−タ
１００１は、コントロ−ラ１００３により駆動される関
節駆動用ＤＤモ−タ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅ モ−
タの略）１０４１、１０４２、１０４３により動きを制
御される。各々のＤＤモ−タ内にはエンコ−ダ（図示せ
ず）が具備され、回転角度位置情報がコントロ−ラ１０
０３に入力される。マニピュレ−タ手先１０１１に具備
された複数の加々速度検出装置（図４１では、１０２
１、１０２２、１０２３のことをいう）からは、マニピ
ュレ−タ手先１０１１の座標系におけるｘ'軸、ｙ'軸、
ｚ'軸方向の加々速度が検出される。コントロ−ラ１０
０３は、積分回路等で構成される信号処理装置を内蔵し
ており、加々速度検出装置からの情報より加速度、速
度、変位情報を算出することができる。

【０１６１】これら４種類の信号は、コントロ−ラ１０
０３にフィ−ドバックされ、コントロ−ラ１００３にあ
らかじめ入力されている位置、速度、加速度入力と比較
され、マニピュレ−タ１００１は、目標値どおりに位置
決めされる。このようなシステム構成により従来のマニ
ピュレ−タに加えて加速度の変化分を情報として取り込
めるため、応答性（即応性）、安定性に優れたマニピュ
レ−タを実現することができる。なお、図４１では、マ
ニピュレ−タ手先１０１１に具備された加々速度検出装
置は、１０２１、１０２２、１０２３の３つの場合を示
しているが、図２５に車両の６自由度の加々速度情報の
検出方法として示したものと同様に、マニピュレ−タ手
先１０１１の６自由度の運動を検出してさらに高精度の
制御を行ってもよい。

【０１６２】ここで、コントロ−ラ１００３は、各モ−
タを制御する機能をもっているが、コントロ−ラ１００
３単体としてマニピュレ−タ手先の各観測点における加
速度、加々速度情報より制御性能評価関数を計算し、計
算結果を出力させる機能を持たせることにより、マニピ
ュレ−タ制御性能を評価する評価試験装置としても代用
できる。

【０１６３】本発明の第１０の実施例を図４２、図４３
により説明する。図４２、図４３は、それぞれ加々速度
情報を用いた航空機の構成を示す図である。

【０１６４】図４２、図４３に示すように、機体１１０
１には、複数の加々速度検出装置（図４２、図４３では
１１２１、１１２２、１１２３のことをいう）が具備さ
れ、機体の前後、上下、横方向の加々速度情報が検出で
きるようになっている。また、主翼１１４２にも主翼の
捩れや曲げモ−メントを検出するための加々速度検出装
置１１２４、１１２５が具備されている。コントロ−ラ
１１０３は、積分回路等で構成される信号処理装置を内
蔵しており、機体に配置される各加々速度検出装置から
の情報より加速度、速度、変位情報を算出することがで
きる。加々速度情報を用いることにより、機体に加わる
微妙な力の変化を加速度の微妙な変化として検出でき
る。コントロ−ラ１１０３は、これらの情報にもとづい
て水平カナ−ド１１４１、フラッペロン１１４２、垂直
カナ−ド１１４３、水平スタビライザ１１４４、垂直ス
タビライザ１１４５、さらには、エンジン（図示せず）
の出力を制御する。これにより、機体の６自由度を独立
にコントロ−ルし、姿勢制御と飛行経路が完全に分離し
た飛行ができ、従来のＣＣＶ(Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎ
ｆｉｇｕｒｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅの略）をさらに高機能
化できる。例えば高精度な直接力制御（ｄｉｒｅｃｔ
ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌともいう）、首振り制御
（ａｉｒｐｌａｎｅ ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏ
ｌともいう）、遷移制御（ａｉｒｐｌａｎｅ ｔｒａｎ
ｓｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌともいう）等が可能と
なる。

【０１６５】また、主翼１１４２にも主翼１１４２の捩
れや曲げモ−メントを検出するための加々速度検出装置
が具備されているので、この信号に基づき舵面を駆動し
てフラッタ減少のダンピングを強くすることにより機体
構造に重大な影響を与える臨界フラッタモ−ドを制御に
よって人工的に減少させてフラッタを防止することもで
きる。

【０１６６】本発明の第１１の実施例を図４４、図４５
により説明する。図４４は、角加々速度センサの全体構
成を示す図、角加速度が作用した場合の回転振子の釣り
合いを示す図である。

【０１６７】図４４、図４５に示されるように本実施例
の角加々速度センサは、回転振子１２０１と、回転振子
１２０１に固定されたコイル１２０２と、可動電極１２
０４と、ケーシング１２００と、ケーシング１２００に
固定されたマグネット１２０３と、固定電極１２０５
と、振子の釣合位置からの変位を検出する振子変位検出
器１２０６とサーボアンプ１２０７と、読みとり抵抗１
２０８で構成されている。角加々速度情報は、図４４に
示すように、コイル１２０２の端子電圧として取り出
す。

【０１６８】振子１２０１は、図４４、図４５の紙面に
垂直な軸回りに回転できる（この方向を以下では、セン
サ感度方向という。）。また、振子１２０１の両側に配
置された可動電極１２０４と、ケーシング１２００に固
定されている固定電極１２０５とは、２組の平板コンデ
ンサを形成している。可動電極１２０４と固定電極１２
０５とで形成されている２組のコンデンサの静電容量の
差ΔＣを振子変位検出器１２０６で検出することにより
振子１２０１の変位が検出できる。

【０１６９】また、振子１２０１には、コイル１２０２
が配置されており、このコイル１２０２に電流が流れる
と磁束が発生し、ケーシング１２００に固定されたマグ
ネット１２０３による磁界によりトルクを受ける。した
がって、サーボアンプ７により振子変位検出器１２０６
で検出し、ΔＣ＝０、即ち上下の空隙の大きさが等しく
なるように、コイル１２０２に流れる電流をフィードバ
ック制御することにより、慣性力によるモ−メントにか
かわらず振子１２０１の位置を釣合いの位置に止めてお
くことができる。

【０１７０】ここで、本発明の角加々速度センサが、あ
る回転運動をしている物体に固定されている場合を考え
る。図４５に示すように、時刻ｔにおいて反時計回りに
センサ全体に角加速度β（ｔ）が作用したとすれば、慣
性質量Ｉの回転振子１２０１には数式３１で表される慣
性力によるモ−メントが右向きに働く。

【０１７１】

【数３１】

【０１７２】回転振子１２０１について運動方程式を考
えると数式３２のようになる。

【０１７３】

【数３２】

【０１７４】ここで、Ｊは回転振子１の慣性質量、θ
（ｔ）は時刻ｔにおける回転振子１２０１の釣合位置か
らの変位角、Ｗ（ｔ）は回転振子１２０１に働く慣性力
によるモ−メント、ｗ（ｔ）は位置フィードバックによ
る制御力である。制御力ｗ（ｔ）は、コイル１２０３に
流れる電流Ｉ（ｔ）に比例するので数式３３、数式３４
が成り立つ。

【０１７５】

【数３３】

【０１７６】

【数３４】

【０１７７】ここで、φは電磁鎖交係数、ｒはコイル１
２０３の半径、Ｂはマグネット１２０３の磁束密度、Ｎ
はコイル１２０２の巻き数で与えられる。

【０１７８】時々刻々変動するＷ（ｔ）に対して、回転
振子１が釣合位置にあるように制御力ｗ（ｔ）が追従す
れば、数式３２の左辺はゼロとなり、結局数式３５が成
立する。

【０１７９】

【数３５】

【０１８０】したがって、センサ全体に働く角加速度
は、数式３６のようになり、コイル１２０３を流れる電
流より検出できる。

【０１８１】

【数３６】

【０１８２】ここで、センサ全体に働く角加々速度をγ
（ｔ）とすると、数式３７となる。

【０１８３】

【数３７】

【０１８４】いま、図のようにコイル３に流れる電流に
ついて回路方程式をたてると、数式３８となる。

【０１８５】

【数３８】

【０１８６】ここで、Ｌはコイルのインダクタンスであ
る。従ってセンサ全体に働く角加々速度γ（ｔ）は数式
３９となり、コイル１２０３の両端の端子電圧を検出す
ることにより測定することができる。

【０１８７】

【数３９】

【０１８８】本実施例においては、回転振子にコイルが
具備され、ケ−シングに磁石が具備されている例につい
て言及しているが、回転振子に磁石が具備され、ケ−シ
ングにコイルが具備され、あるいは、磁石が永久磁石で
あっても電磁石であっても、変わらず角加々速度を検出
できる。

【０１８９】尚、角加々速度情報は、加々速度情報と同
様に、一般の角速度センサに２階のアナログ微分手段
（フィルタ）を付加する、あるいは、Ａ/Ｄコンバ−タ
を介してディジタル信号に変換し、ディジタル演算処理
によっても得ることができる。また、角加速度センサに
１階のアナログ微分手段（フィルタ）を付加する、ある
いは、Ａ/Ｄコンバ−タを介してディジタル信号に変換
し、ディジタル演算処理によっても得ることができる。

【０１９０】従って、ハ−ド構成とコントロ−ラの演算
速度、さらには必要とされる検出精度に応じていずれか
の方法を用いればよい。また、本発明の他の実施例の中
で示した加々速度情報を用いた各種制御に加え、角加々
速度情報を用いることにより、さらに高精度の運動制
御、運動制御装置が実現されたり、高性能な評価試験装
置が実現される。

【０１９１】以上、本発明の各実施例について、加々速
度の検出方法、加々速度を用いた一般的な運動モデルに
対する運動制御の優位性、加々速度情報を用いた車両、
エレベ−タ、鉄道車両、磁気浮上車両、地震シミュレ−
タ、ステ−ジ、ビル制振システム、ロボットア−ム、航
空機の運動制御及び運動評価装置、そして、角加々速度
センサについて述べてきた。上述したように、従来用い
られていなかった物体の運動を記述する新たなる物理量
である加々速度あるいは角加々速度が検出可能となり、
従来の運動制御で用いていた各種情報に加え、加々速
度、角加々速度を運動制御に用いることにより従来の運
動制御に対し、さらに高精度の運動制御が実現される。
また、従来の運動評価で用いていた各種情報に加え、加
々速度、角加々速度を運動評価に用いることにより、従
来の運動評価試験装置に対し、さらに、高性能な運動評
価試験装置が実現される。

【０１９２】

【発明の効果】加々速度情報を用いた物体の運動制御を
行った場合、物体に働く力の瞬時的な変化を検出できる
ため、物体の限界域での挙動変化を瞬時に検出できる。
また同時に、操作情報と照らし合わせることにより、不
意の外乱による挙動変化に対しても瞬時に補正制御を行
うことができ、過大な挙動変化の発生を防止できる効果
がある。可動部材（第２の部材）に固定されたコイル両
端の電圧を検出することにより、可動部材に加わる加速
度の微分値（加々速度）に比例した物理量を高精度に検
出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加々速度情報を用いた運動制御システムの全体
構成を示す図である。

【図２】加々速度センサの全体構成を示す図である。

【図３】加速度が作用したときの振子の釣り合いを示す
図である。

【図４】コイルの回路方程式の説明図である。

【図５】内部抵抗Ｒを有する場合のコイルの回路方程式
の説明図である。

【図６】信号処理部分の回路構成図である。

【図７】他の加々速度センサの全体構成を示す図であ
る。

【図８】アナログ微分回路を用いた加々速度検出方法を
示す図である。

【図９】デジタル微分回路を用いた加々速度検出方法を
示す図である。

【図１０】で検出された加速度・加々速度と、加速度の
微分回路出力を示した図である。

【図１１】加々速度センサにより加々速度情報を得る構
成を示す図である。

【図１２】加速度センサと微分手段により加々速度情報
を得る構成を示す図である。

【図１３】加々速度情報を用いた運動制御システムの運
動モデルを示す図である。

【図１４】加々速度情報を用いた運動制御システムのブ
ロック線図を示す図（位置制御の場合）である。

【図１５】加々速度情報を用いた運動制御システムのブ
ロック線図を示す図（速度制御の場合）である。

【図１６】加々速度情報を用いた運動制御システムのブ
ロック線図を示す図（加速度制御の場合）である。

【図１７】車両の運動制御系の全体構成を示す図であ
る。

【図１８】加々速度情報の説明図である。

【図１９】横滑り検出の説明図である。

【図２０】横加々速度情報を用いた横滑り抑制の説明図
である。

【図２１】ヨ−レイト情報と加速度・加々速度受法を用
いた車両の自転運動抑制方法の比較を示す図である。

【図２２】ヨ−レイト情報と加速度・加々速度受法を用
いた車両の公転運動の比較を示す図である。

【図２３】発進あるいは加速時の車輪空転を検出する方
法を示す図である。

【図２４】制動時の車輪ロックを検出する方法を示す図
である。

【図２５】６自由度の加々速度情報検出手段の取付状態
を示す斜視図である。

【図２６】車両の乗り心地を制御する場合の全体構成図
である。

【図２７】エンジン振動による車体振動を低減する場合
の構成を示す図である。

【図２８】エンジン失火検出の全体構成を示す図であ
る。

【図２９】正常燃焼時のエンジン振動を示す図である。

【図３０】失火発生時のエンジン振動を示す図である。

【図３１】エレベ−タ乗り心地制御を行う場合の概念を
示す図である。

【図３２】エレベ−タ乗り心地制御の全体構成を示す図
である。

【図３３】加々速度情報を用いた鉄道車両の構成を示す
図である。

【図３４】ばね下加々速度情報を用いた鉄道車両の構成
を示す図である。

【図３５】加々速度情報を用いた鉄道車両の動力制御系
構成を示す図である。

【図３６】加々速度情報を用いた鉄道車両の動力制御系
構成を示す図である。

【図３７】加々速度情報を用いた磁気浮上車両の構成を
示す図である。

【図３８】加々速度情報を用いた地震シミュレ−タの構
成を示す図である。

【図３９】加々速度情報を用いたＸ−Ｙステ−ジの構成
を示す図である。

【図４０】加々速度情報を用いた制振装置付きビルの構
成を示す図である。

【図４１】加々速度情報を用いたロボットア−ムの構成
を示す斜視図である。

【図４２】加々速度情報を用いた航空機の構成を示す図
である。

【図４３】加々速度情報を用いた航空機の構成を示す図
である。

【図４４】角加々速度センサの構成を示す図である。

【図４５】角加速度が作用した場合の回転振子の釣り合
いを示す図である。

【符号の説明】

５０…物体、５１…加々速度検出装置、５２、３０３、
４０７、２０４、５０６、６０４…コントロ−ラ、５３
…アクチュエ−タ、１…振子、２…磁石、３…コイル、
４０…振子変位検出器、４１…可動電極、４２…固定電
極、５、１２０７…サ−ボアンプ、６、１２０８…読み
取り抵抗、１３…つぎ手、５２１、５２２、５２３…入
力ポ−ト、５２４…加々速度情報用Ａ／Ｄコンバ−タ、
５２５…加速度情報用Ａ／Ｄコンバ−タ、５２６…加速
度／加々速度用Ａ／Ｄコンバ−タ、５２７…デジタル微
分演算、５４…仮想固定ベ−ス、５５…仮想バネ要素、
５６…仮想ダンパ−要素、１００、３００…車両、１０
１…エンジン系、１０２…車輪、１０３…車輪ブレ−
キ、１０４、４０６…ステアリング、ステアリング舵角
センサ、１０６…アクセル、１０７…ブレ−キ、１０８
…後輪操舵用アクチュエ−タ、１１１…横方向加々速度
検出装置、１１２…前後方向加々速度検出装置、１１１
ａ、１１１ｂ…前後方向、ヨ−加々速度検出装置、１１
２ａ、１１２ｂ…横方向、ロ−ル加々速度検出装置、１
１１ａ、１１１ｂ…上下方向、ピッチ加々速度検出装
置、３０１ａ、３０１ｂ…可変サスペンション機構、３
０２ａ、３０２ｂ…車体加々速度検出装置、４０１…エ
ンジン本体、４０２ａ、４０２ｂ…可変エンジンマウン
ト、４０３、４０３ａ…エンジン加々速度検出装置、４
０４ａ、４０４ｂ…車体側加々速度検出装置、４０５…
座席、５０３…失火検出装置、２０１…かご、２０２
ｘ、２０２ｙ…エレベ−タかご加々速度検出装置、２０
３…モ−タ、２０５…重り、２０６…ロ−プ、５０１…
鉄道車両車体、５２１、５２２、５２３、５２４…鉄道
車両車輪、５３１、５３２、５３３…鉄道車両加々速度
検出装置、５４１、５４２…枕バネアクチュエ−タ、５
４３、５４４、５４５、５４６、５４７、５４８、５４
９、５５０…軸バネアクチュエ−タ、５５１、５５２、
５５３、５５４…軸受、５５５、５５６…台車、、５３
４…台車加々速度検出装置、５３５、５３６…軸受加々
速度検出装置、５２１、５２２…動輪、５２３、５２４
…制動輪、５０３…モ−タ、５０４…ブレ−キ、５０５
…鉄道車両前後方向加々速度検出装置、６０１…磁気浮
上車両車体、６２１、６２２、６２３、６２４…磁気浮
上車両加々速度検出装置、６３１、６３２、６３３、６
３４…超電動磁石、６０５…送信用アンテナ、６０６…
地上側コントロ−ラ、６７１、６７２…推進案内用地上
コイル、６７３、６７４…浮上用地上コイル、７００…
振動台７０１…振動台のｙ軸方向の加々速度検出用加々
速度検出装置、７０２…振動台のｘ軸方向の加々速度検
出用加々速度検出装置、７０３…振動台コントロ−ラ、
７４１、７４２、７４３、７４４…油圧アクチュエ−
タ、７０５…固定フレ−ム、７６１、７６２、７６３、
７６４…積分器、８００…ステ−ジ、８０１…ステ−ジ
ｙ軸方向の加々速度検出用加々速度検出装置、８０２…
ステ−ジのｘ軸方向加々速度検出用加々速度検出装置、
８０３…振動台コントロ−ラ、８４１、８４２、８４
３、８４４…リニアアクチュエ−タ、８４５…固定フレ
−ム、８６１、８６２、８６３、８６４…積分器、９０
０…ビル、９１１、９１２、９１３、９１４…ビル加々
速度検出装置、９０２…ビル制振コントロ−ラ、９０３
…油圧アクチュエ−タ、９０４…アクティブマス、１０
０１…マニピュレ−タ、１０１１…マニピュレ−タ手
先、１０２１、１０２２、１０２３…手先加々速度検出
装置、１００３…ア−ムコントロ−ラ、１０４１、１０
４２、１０４３…関節駆動用ＤＤモ−タ、１１２１、１
１２２、１１２３、１１２４、１１２５…航空機機体加
々速度検出装置、１１０３…航空機コントロ−ラ、１１
４１…水平カナ−ド、１１４２…フラッペロン、１１４
３…垂直カナ−ド、１１４４…水平スタビライザ、１１
４５…垂直スタビライザ、１２００…ケ−シング、１２
０１…回転振子、１２０２…コイル、１２０３…マグネ
ット、１２０４…可動電極、１２０５…固定電極、１２
０６…振り子変位角検出装置。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20 G01P 15/11,15/13 G06F 15/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体の加速度を検出する加速度検出手段
   と、物体の加加速度を検出する加加速度検出手段と、物
   体の運動を操作するアクチュエータと、前記アクチュエ
   ータを制御するコントローラとを備え、 前記加加速度検出手段からの出力を前記コントローラに
   入力し、前記加加速度検出手段で検出された加加速度が
   前記加速度検出手段で検出された加速度と逆向きの加加
   速度である場合は、前記コントローラにより前記アクチ
   ュエータの操作量を小さくするように制御すると共に、 前記加加速度検出手段として、第１の部材と、前記第１
   の部材に対して相対的に可動である第２の部材と、前記
   第１の部材に固定され磁束を発生させるための磁石と、
   前記磁石の磁束中であって前記第２の部材に固定された
   少なくとも１つのコイルと、前記第１の部材に対する第
   ２の部材の動きを検出し前記磁束により前記コイルと磁
   石との間で前記第１の部材に対し第２の部材の運動を妨
   害するように力を発生させるための電流を流すための手
   段と、前記電流により前記コイル間に発生する加速度の
   微分値に対応する電圧を検出する手段とを備えた ことを
   特徴とする運動制御システム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の運動制御システムにおい
   て、第１の部材に相対的な第２の部材の動きを検出する
   前記手段が、第１の部材、第２の部材のそれぞれに取り
   付けられた静電容量板を備え、第１の部材に対する第２
   の部材の動きによる前記静電容量板間の静電容量の変化
   を検出するものであることを特徴とする運動制御システ
   ム。