JP4894808B2 - vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関するものである。 The present invention relates to a vehicle using posture control of an inverted pendulum.
従来、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する技術が提案されている。例えば、同軸上に配置された2つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による車体の姿勢変化を感知して駆動する車両、球体状の単一の駆動輪に取り付けられた車体の姿勢を制御しながら移動する車両等の技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a technique related to a vehicle using posture control of an inverted pendulum has been proposed. For example, a vehicle that has two drive wheels arranged on the same axis, detects a change in the posture of the vehicle body due to the movement of the center of gravity of the driver, and drives the vehicle body attached to a single spherical drive wheel. Techniques for vehicles that move while being controlled have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この場合、センサで車体のバランスや動作の状態を検出しながら、回転体の動作を制御して車両を停止又は移動させるようになっている。
倒立振り子の姿勢制御を利用した車両では、段差を上るとき、駆動トルクを付加すると、車体を段差の逆側に倒そうとする反トルクが作用するため、車体の重心位置を前方に移動させることで有効になる重力の作用で、それを打ち消す必要がある。 In vehicles that use the attitude control of an inverted pendulum, when driving torque is applied when climbing a step, a counter-torque that tries to tilt the vehicle body to the opposite side of the step acts, so the center of gravity position of the vehicle body is moved forward It is necessary to counteract it with the action of gravity that becomes effective in.
しかしながら、前記従来の車両においては、段差に接触した瞬間に必要とされる車体の重心移動が遅れることにより、車体の姿勢が乱れ、運転者に不快感や不安感を与える可能性がある。また、運転者も車体と共に傾いたり移動したりすることで車体の重心を移動させる車両の場合、たとえ段差に接触した瞬間に車体の重心移動を素早く実行することができても、それと同時に動かされる運転手がその重心移動動作を不快に感じる可能性がある。 However, in the conventional vehicle, the center of gravity movement of the vehicle body required at the moment of contact with the step is delayed, so that the posture of the vehicle body is disturbed, which may give the driver discomfort and anxiety. In addition, in the case of a vehicle in which the driver moves the center of gravity of the vehicle body by tilting or moving with the vehicle body, even if the vehicle body center of gravity movement can be executed quickly at the moment of contact with the step, it is moved at the same time. The driver may feel uncomfortable with the movement of the center of gravity.
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、路面の上り段差に接触する前に、上り段差を上るのに必要な駆動トルクを駆動輪に付与したときの反作用を打ち消すべく、車体の重心を進行方向前方に移動させるとともに、車体姿勢のバランスを保つように車両の加速度を増加させることによって、高速で段差に進入した場合でも常に安定した車両動作を維持することができ、段差がある場所でも、快適かつ安全に走行することができる車両を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional vehicle and cancels the reaction when the driving torque necessary to climb the ascending step is applied to the driving wheels before contacting the ascending step on the road surface. By moving the vehicle's center of gravity forward in the direction of travel and increasing the vehicle's acceleration so as to maintain the balance of the vehicle body posture, stable vehicle operation can always be maintained even when entering the step at high speed. An object of the present invention is to provide a vehicle that can travel comfortably and safely even in a certain place.
そのために、本発明の車両においては、車体と、該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、進行方向前方の路面に位置する段差を検出する段差検出手段と、前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、路面の上り段差に接触する前に、該上り段差を上るのに必要な駆動トルクを駆動輪に付与したときの反作用を打ち消すべく、前記車体の重心を進行方向前方に移動させるとともに、車体姿勢のバランスを保つように車両の加速度を増加させる。 For this purpose, in the vehicle of the present invention, a vehicle body, a drive wheel rotatably attached to the vehicle body, a step detection means for detecting a step located on the road surface ahead in the traveling direction , and a drive applied to the drive wheel. And a vehicle control device that controls the attitude of the vehicle body by controlling torque, and the vehicle control device applies a driving torque necessary to climb the ascending step to the driving wheel before contacting the ascending step on the road surface. In order to cancel the reaction when applied to the vehicle, the center of gravity of the vehicle body is moved forward in the traveling direction, and the acceleration of the vehicle is increased so as to keep the balance of the vehicle body posture .
本発明の他の車両においては、さらに、前記車体に対して移動可能に取り付けられた能動重量部を更に有し、前記車両制御装置は、前記能動重量部を移動させることにより前記車体の重心を移動させる。 In another vehicle of the present invention, the vehicle further includes an active weight portion movably attached to the vehicle body, and the vehicle control device moves the active weight portion to increase the center of gravity of the vehicle body. Move.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記加速度の増加量の時間変化率を一定にする。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device makes the rate of change over time of the increase in acceleration constant.
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、前記段差接触後に、前記加速度の増加量と同一量だけ、車両の減速度を増加させる。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further increases the deceleration of the vehicle by the same amount as the increase amount of the acceleration after the step contact.
請求項1の構成によれば、段差に接触する前に、段差を上るのに適した車体姿勢にあらかじめ変えておくことで、安定した車両動作が維持されるため、段差のある場所でも、快適に、かつ、安全に走行することができる。また、副次的な効果として、段差乗り上げ前に車両の速度が高くなることで、段差の乗り上げがより容易になる。 According to the configuration of the first aspect, before changing to the step, stable vehicle operation is maintained by changing the vehicle body posture to be suitable for climbing the step in advance. And can travel safely. In addition, as a secondary effect, the speed of the vehicle is increased before climbing the step, which makes it easier to climb the step.
請求項2の構成によれば、バランサや搭乗部といった能動重量部を動かすことで重心位置を移動させるので、車体姿勢の変化を小さくすることができ、段差を快適に乗り上げられるとともに、段差の乗り上げがより容易になる。 According to the configuration of the second aspect, since the center of gravity position is moved by moving the active weight portion such as the balancer or the riding portion, the change in the posture of the vehicle body can be reduced, and the step can be comfortably climbed and the step can be climbed. Becomes easier.
請求項3の構成によれば、加速度の増加量を一定に保つことで段差接近時に車両が急に加速して乗員に不快感を与えることを防ぎ、より快適に段差を上ることができる。 According to the configuration of the third aspect , by keeping the amount of increase in acceleration constant, it is possible to prevent the vehicle from suddenly accelerating when approaching the step and causing discomfort to the occupant, and to climb the step more comfortably.
請求項4の構成によれば、段差乗り上げの最中、及び、乗り上げ後に車両の速度を再び低下させることで、「段差を上ったのに加速した」状態に対する運転手の違和感を軽減する。 According to the configuration of the fourth aspect, the driver's uncomfortable feeling with respect to the state of “accelerated after climbing the step” is reduced by reducing the speed of the vehicle again during and after stepping.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり乗員が搭乗した状態で加速前進している状態を示す図、図2は本発明の第1の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle in a first embodiment of the present invention, and shows a state in which an occupant is moving forward in an accelerated state, and FIG. 2 is a first embodiment of the present invention. 1 is a block diagram showing a configuration of a vehicle control system in FIG.
図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。図1に示される例においては、車両10は矢印Aで示される方向に加速中であり、車体が進行方向に傾斜した状態が示されている。
In FIG. 1,
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の軸は図1に示す平面に垂直な方向に存在し、駆動輪12はその軸を中心に回転する。また、前記駆動輪12は、単数であっても複数であってもよいが、複数である場合、同軸上に並列に配設される。本実施の形態においては、駆動輪12が2つであるものとして説明する。この場合、各駆動輪12は個別の駆動モータ52によって独立して駆動される。なお、駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、内燃機関等を使用することもできるが、ここでは、電気モータである駆動モータ52を使用するものとして説明する。
The
また、車体の一部である本体部11は、支持部13によって下方から支持され、駆動輪12の上方に位置する。そして、本体部11には、能動重量部として機能する搭乗部14が、車両10の前後方向へ本体部11と相対的に移動可能となるように、換言すると、車体回転円の接線方向に相対的に移動可能となるように、取り付けられている。
The main body 11 that is a part of the vehicle body is supported from below by the
ここで、能動重量部は、ある程度の質量を有し、本体部11に対して前後に移動させることによって、車両10の重心位置を能動的に補正するものである。そして、能動重量部は、必ずしも搭乗部14である必要はなく、例えば、バッテリ等の重量のある周辺機器を本体部11に対して移動可能に取り付けた装置であってもよいし、ウェイト、錘(おもり)、バランサ等の専用の重量部材を本体部11に対して移動可能に取り付けた装置であってもよい。また、搭乗部14、重量のある周辺機器、専用の重量部材等を併用するものであってもよい。
Here, the active weight part has a certain amount of mass, and actively corrects the position of the center of gravity of the
また、本実施の形態においては、説明の都合上、乗員15が搭乗した状態の搭乗部14が能動重量部として機能する例について説明するが、搭乗部14には必ずしも乗員15が搭乗している必要はなく、例えば、車両10がリモートコントロールによって操縦される場合には、搭乗部14に乗員15が搭乗していなくてもよいし、乗員15に代えて、貨物が積載されていてもよい。
Further, in the present embodiment, for convenience of explanation, an example in which the
前記搭乗部14は、乗用車、バス等の自動車に使用されるシートと同様のものであり、座面部14a、背もたれ部14b及びヘッドレスト14cを備え、図示されない移動機構を介して本体部11に取り付けられている。
The
前記移動機構は、リニアガイド装置等の低抵抗の直線移動機構、及び、能動重量部アクチュエータとしての能動重量部モータ62を備え、該能動重量部モータ62によって搭乗部14を駆動し、本体部11に対して車両進行方向に前後させるようになっている。なお、能動重量部アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、リニアモータ等を使用することもできるが、ここでは、回転式の電気モータである能動重量部モータ62を使用するものとして説明する。
The moving mechanism includes a low-resistance linear moving mechanism such as a linear guide device and an active
リニアガイド装置は、例えば、本体部11に取り付けられている案内レールと、搭乗部14に取り付けられ、案内レールに沿ってスライドするキャリッジと、案内レールとキャリッジとの間に介在するボール、コロ等の転動体とを備える。そして、案内レールには、その左右側面部に2本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。また、キャリッジの断面はコ字状に形成され、その対向する2つの側面部内側には、2本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。転動体は、軌道溝の間に組み込まれており、案内レールとキャリッジとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。なお、キャリッジには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝及び戻し通路を循環するようになっている。
The linear guide device includes, for example, a guide rail attached to the main body 11, a carriage attached to the
また、リニアガイド装置は、該リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ又はクラッチを備える。車両10が停車しているときのように搭乗部14の動作が不要であるときには、ブレーキによって案内レールにキャリッジを固定することで、本体部11と搭乗部14との相対的位置関係を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、本体部11側の基準位置と搭乗部14側の基準位置との距離が所定値となるように制御される。
The linear guide device includes a brake or a clutch that fastens the movement of the linear guide device. When the operation of the
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。
An
なお、車両10がリモートコントロールによって操縦される場合には、前記ジョイスティック31に代えて、コントローラからの走行指令を有線又は無線で受信する受信装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。また、車両10があらかじめ決められた走行指令データに従って自動走行する場合には、前記ジョイスティック31に代えて、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。
In addition, when the
また、車両10は、車両制御装置としての制御ECU(Electronic Control Unit)20を有し、該制御ECU20は、主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23を備える。前記制御ECU20並びに主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両10の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部11に配設されるが、支持部13や搭乗部14に配設されていてもよい。また、前記主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23は、それぞれ、別個に構成されていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
In addition, the
そして、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、駆動輪センサ51及び駆動モータ52とともに、駆動輪12の動作を制御する駆動輪制御システム50の一部として機能する。前記駆動輪センサ51は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、駆動輪回転状態計測装置として機能し、駆動輪12の回転状態を示す駆動輪回転角及び/又は回転角速度を検出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、該駆動輪制御ECU22は、受信した駆動トルク指令値に相当する入力電圧を駆動モータ52に供給する。そして、該駆動モータ52は、入力電圧に従って駆動輪12に駆動トルクを付与し、これにより、駆動アクチュエータとして機能する。
The
また、主制御ECU21は、能動重量部制御ECU23、能動重量部センサ61及び能動重量部モータ62とともに、能動重量部である搭乗部14の動作を制御する能動重量部制御システム60の一部として機能する。前記能動重量部センサ61は、エンコーダ等から成り、能動重量部移動状態計測装置として機能し、搭乗部14の移動状態を示す能動重量部位置及び/又は移動速度を検出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制御ECU21は、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信し、該能動重量部制御ECU23は、受信した能動重量部推力指令値に相当する入力電圧を能動重量部モータ62に供給する。そして、該能動重量部モータ62は、入力電圧に従って搭乗部14を並進移動させる推力を搭乗部14に付与し、これにより、能動重量部アクチュエータとして機能する。
The
さらに、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、能動重量部制御ECU23、車体傾斜センサ41、駆動モータ52及び能動重量部モータ62とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム40の一部として機能する。前記車体傾斜センサ41は、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り、車体傾斜状態計測装置として機能し、車体の傾斜状態を示す車体傾斜角及び/又は傾斜角速度を検出し、主制御ECU21に送信する。そして、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信する。
Further, the
なお、主制御ECU21には、入力装置30のジョイスティック31から走行指令が入力される。そして、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、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信する。
The
また、前記制御ECU20は、車両10の走行状態及び車体姿勢の時間変化に基づいて段差抵抗トルクを推定する段差抵抗トルク推定手段として機能する。また、目標走行状態及び段差抵抗トルクに応じて目標とする車体姿勢、すなわち、車体傾斜状態及び/又は能動重量部移動状態を決定する目標車体姿勢決定手段として機能する。さらに、各センサによって取得した車両10の走行状態及び車体姿勢、並びに、目標走行状態、目標車体姿勢及び段差抵抗トルクに応じて各アクチュエータの出力を決定するアクチュエータ出力決定手段として機能する。具体的には、段差抵抗トルクに応じて追加する駆動トルクを決定する段差昇降トルク決定手段、及び、段差昇降トルクに応じて車体の重心補正量を決定する重心補正量決定手段として機能する。
Further, the control ECU 20 functions as a step resistance torque estimating means for estimating the step resistance torque based on the travel state of the
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を決定してもよい。 Each sensor may acquire a plurality of state quantities. For example, an acceleration sensor and a gyro sensor may be used together as the vehicle body tilt sensor 41, and the vehicle body tilt angle and the vehicle body tilt angular velocity may be determined from the measured values of both.
次に、前記構成の車両10の動作について説明する。まず、走行及び姿勢制御処理の概要について説明する。
Next, the operation of the
図3は本発明の第1の実施の形態における車両の段差昇降動作を示す概略図、図4は本発明の第1の実施の形態における車両の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。なお、図3(a)は比較のための従来技術による動作例を示し、図3(b)は本実施の形態による動作を示している。 FIG. 3 is a schematic view showing the step-up / down operation of the vehicle in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the vehicle travel and attitude control processing in the first embodiment of the present invention. . FIG. 3A shows an operation example according to the prior art for comparison, and FIG. 3B shows an operation according to the present embodiment.
「背景技術」の項で説明したような従来の車両の場合、図3(a)に示されるように、段差に乗り上げるために駆動輪12に付与した駆動トルクの反作用、すなわち、反トルクが車体に作用するので、車体が後方に傾いてしまう。そのため、段差に乗り上げるときに、安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができない。
In the case of a conventional vehicle as described in the “Background Art” section, as shown in FIG. 3A, the reaction of the drive torque applied to the
これに対し、本実施の形態においては、搭乗部14が能動重量部として機能し、図3(b)に示されるように、搭乗部14を前方に移動させることによって、車両10の重心位置を前方に移動させる。これにより、車体を前方に傾けようとする重力トルクが作用するため、段差に乗り上げるための駆動トルクを駆動輪12に付与したときの反作用、すなわち、反トルクが車体に作用しても、前記重力トルクによって作用を打ち消されるため、車体が後方に傾いてしまうことがない。したがって、段差に乗り上げるときにも安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができる。
In contrast, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態は、停止状態及び低速走行状態から段差に進入する場合、すなわち、段差との接触による車両の減速に伴い車体に作用する慣性力が小さい場合において、特に効果的である。 Note that this embodiment is particularly effective when entering a step from a stopped state and a low-speed traveling state, that is, when the inertial force acting on the vehicle body as the vehicle decelerates due to contact with the step is small.
また、段差に乗り上げるための駆動トルクを、乗り上げ動作の間、リアルタイムで推定して駆動輪12に付与する。これにより、任意の段差形状及び車両速度に対して、安定した乗り上げが可能となる。
Further, the driving torque for climbing up the step is estimated in real time during the climbing operation and applied to the
すなわち、本実施の形態においては、車両10の重心位置補正や駆動トルクの付与を含む走行及び姿勢制御処理を実行することによって、車両10は安定して段差を昇降することができる。
In other words, in the present embodiment, the
走行及び姿勢制御処理において、制御ECU20は、まず、状態量の取得処理を実行し(ステップS1)、各センサ、すなわち、駆動輪センサ51、車体傾斜センサ41及び能動重量部センサ61によって、駆動輪12の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部14の移動状態を取得する。
In the running and posture control process, the control ECU 20 first executes a state quantity acquisition process (step S1), and the driving wheel is driven by each sensor, that is, the
次に、制御ECU20は、段差昇降トルクの決定処理を実行し(ステップS2)、状態量の取得処理で取得した状態量、すなわち、駆動輪12の回転状態、車体の傾斜状態及び又は搭乗部14の移動状態と、各アクチュエータの出力値、すなわち、駆動モータ52及び/又は能動重量部モータ62の出力値に基づき、オブザーバによって段差抵抗トルクを推定し、段差昇降トルクを決定する。ここで、前記オブザーバは、力学的なモデルに基づいて、制御系の内部状態を観測する方法であり、ワイヤードロジック又はソフトロジックで構成される。
Next, the control ECU 20 executes a step elevation torque determination process (step S2), and the state quantity acquired by the state quantity acquisition process, that is, the rotational state of the
次に、制御ECU20は、目標走行状態の決定処理を実行し(ステップS3)、ジョイスティック31の操作量に基づいて、車両10の加速度の目標値、及び、駆動輪12の回転角速度の目標値を決定する。
Next, the control ECU 20 executes a target travel state determination process (step S3), and based on the operation amount of the
次に、制御ECU20は、目標車体姿勢の決定処理を実行し(ステップS4)、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルクと、目標走行状態の決定処理によって決定された車両10の加速度の目標値に基づいて、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾斜角及び能動重量部位置の目標値を決定する。
Next, the control ECU 20 executes a target body posture determination process (step S4), and the step lift torque determined by the step lift torque determination process and the acceleration of the
最後に、制御ECU20は、アクチュエータ出力の決定処理を実行し(ステップS5)、状態量の取得処理によって取得された各状態量、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルク、目標走行状態の決定処理によって決定された目標走行状態、及び、目標車体姿勢の決定処理によって決定された目標車体姿勢に基づいて、各アクチュエータの出力、すなわち、駆動モータ52及び能動重量部モータ62の出力を決定する。
Finally, the control ECU 20 executes an actuator output determination process (step S5), each state quantity acquired by the state quantity acquisition process, the step lift torque determined by the step lift torque determination process, and the target travel state The output of each actuator, that is, the output of the
次に、走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。 Next, details of the traveling and attitude control processing will be described. First, the state quantity acquisition process will be described.
図5は本発明の第1の実施の形態における車両の力学モデル及びそのパラメータを示す図、図6は本発明の第1の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a diagram showing a vehicle dynamic model and its parameters according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart showing an operation of state quantity acquisition processing according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、状態量やパラメータを次のような記号によって表す。なお、図5には状態量やパラメータの一部が示されている。
θW :駆動輪回転角(2つの駆動輪の平均)〔rad〕
θ1 :車体傾斜角(鉛直軸基準)〔rad〕
λS :能動重量部位置(車体中心点基準)〔m〕
τW :駆動トルク(2つの駆動輪の合計)〔Nm〕
SS :能動重量部推力〔N〕
g:重力加速度〔m/s2 〕
mW :駆動輪質量(2つの駆動輪の合計)〔kg〕
RW :駆動輪接地半径〔m〕
IW :駆動輪慣性モーメント(2つの駆動輪の合計)〔kgm2 〕
DW :駆動輪回転に対する粘性減衰係数〔Nms/rad〕
m1 :車体質量(能動重量部を含む)〔kg〕
l1 :車体重心距離(車軸から)〔m〕
I1 :車体慣性モーメント(重心周り)〔kgm2 〕
D1 :車体傾斜に対する粘性減衰係数〔Nms/rad〕
mS :能動重量部質量〔kg〕
lS :能動重量部重心距離(車軸から)〔m〕
IS :能動重量部慣性モーメント(重心周り)〔kgm2 〕
DS :能動重量部並進に対する粘性減衰係数〔Ns/rad〕
In the present embodiment, state quantities and parameters are represented by the following symbols. FIG. 5 shows some of the state quantities and parameters.
θ W : Drive wheel rotation angle (average of two drive wheels) [rad]
θ 1 : Body tilt angle (vertical axis reference) [rad]
λ S : Active weight part position (vehicle center point reference) [m]
τ W : Driving torque (total of two driving wheels) [Nm]
S S : Active weight part thrust [N]
g: Gravity acceleration [m / s 2 ]
m W : Drive wheel mass (total of two drive wheels) [kg]
R W : Driving wheel contact radius [m]
I W : Moment of inertia of driving wheel (total of two driving wheels) [kgm 2 ]
D W : viscosity damping coefficient [Nms / rad] for driving wheel rotation
m 1 : Body mass (including active weight) [kg]
l 1 : Body center-of-gravity distance (from axle) [m]
I 1 : Body inertia moment (around the center of gravity) [kgm 2 ]
D 1 : Viscous damping coefficient for vehicle body tilt [Nms / rad]
m S : Active weight part mass [kg]
l S : Active weight part center of gravity distance (from axle) [m]
I S : Active weight part inertia moment (around the center of gravity) [kgm 2 ]
D S : Viscosity damping coefficient [Ns / rad] for active weight part translation
次に、段差昇降トルクの決定処理について説明する。 Next, the step elevation torque determination process will be described.
図7は本発明の第1の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the step elevation torque determination process in the first embodiment of the present invention.
段差昇降トルクの決定処理において、主制御ECU21は、まず、段差抵抗トルクτD を推定する(ステップS2−1)。この場合、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回(一つ前の時間ステップ)の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力に基づき、次の式(1)により、段差抵抗トルクτD を推定する。
In the step elevation torque determination process, the
続いて、主制御ECU21は、段差昇降トルクτC を決定する(ステップS2−2)。この場合、推定した段差抵抗トルクτD の値を段差昇降トルクτC の値とする。すなわち、τC =τD とする。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、駆動モータ52が出力する駆動トルクと、状態量としての車両並進加速度を示す駆動輪回転角加速度、車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定する。この場合、駆動輪12の回転状態を示す駆動輪回転角加速度だけでなく、車体姿勢の変化を示す車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度も考慮している。すなわち、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両、いわゆる倒立型車両に特有の要素である車体姿勢の変化を考慮している。
As described above, in the present embodiment, based on the driving torque output from the driving
従来においては、駆動トルクと駆動輪回転角加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定するため、特に車体の姿勢が変化しているとき、段差抵抗トルクの推定値に大きな誤差が生じることがあった。しかし、本実施の形態においては、車体の姿勢変化を示す車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度をも考慮して段差抵抗トルクを推定するので、大きな誤差が生じることがなく、高い精度で段差抵抗トルクを推定することができる。 Conventionally, since the step resistance torque is estimated based on the drive torque and the driving wheel rotation angular acceleration, a large error may occur in the estimated value of the step resistance torque especially when the posture of the vehicle body is changing. . However, in the present embodiment, the step resistance torque is estimated in consideration of the vehicle body inclination angle acceleration indicating the change in the posture of the vehicle body and the active weight portion moving acceleration, so that a large error does not occur and the step is highly accurate. The resistance torque can be estimated.
一般的に、倒立型車両では、駆動輪と相対的に車体の重心が前後に移動するので、駆動輪が停止していても、車両の重心が前後に移動することがある。したがって、重心の加速度と駆動力、あるいは、駆動トルクとから段差抵抗トルクを高い精度で推定するためには、このような影響を考慮する必要がある。一般的な倒立型車両においては、車両全体に対する車体の重量比率が高く、かつ、段差昇降動作中の姿勢変化が大きいので、このような影響が大きくなる。 Generally, in an inverted type vehicle, the center of gravity of the vehicle body moves back and forth relative to the drive wheels, so that the center of gravity of the vehicle may move back and forth even when the drive wheels are stopped. Therefore, in order to estimate the step resistance torque with high accuracy from the acceleration of the center of gravity and the driving force or the driving torque, it is necessary to consider such an influence. In a general inverted type vehicle, the weight ratio of the vehicle body with respect to the entire vehicle is high, and the change in posture during the step-up / down operation is large, so such an effect becomes large.
また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に変化する段差抵抗トルクを常に推定している。例えば、段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪12に付与すると、昇降終了直前に、車両10が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両10が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。そこで、本実施の形態においては、段差昇降状態と共に変化する段差抵抗トルクの推定をリアルタイムで行い、その値を常に更新することで、常に段差の昇降動作に適した段差昇降トルクを付与するようになっている。
In the present embodiment, the step resistance torque that changes during the step-up / down operation is always estimated. For example, if a constant drive torque is applied to the
なお、段差抵抗トルクの推定値にローパスフィルタをかけることによって、推定値の高周波成分を除去することもできる。この場合、推定に時間遅れが生じるが、高周波成分に起因する振動を抑制することができる。 Note that the high frequency component of the estimated value can be removed by applying a low pass filter to the estimated value of the step resistance torque. In this case, a time delay occurs in the estimation, but the vibration caused by the high frequency component can be suppressed.
本実施の形態においては、駆動トルクと慣性力のみを考慮しているが、駆動輪12の転がり抵抗や回転軸の摩擦による粘性抵抗、あるいは、車両10に作用する空気抵抗などを副次的な影響として考慮してもよい。
In the present embodiment, only the driving torque and the inertial force are considered, but the rolling resistance of the
また、本実施の形態においては、駆動輪12の回転運動に関する線形モデルを使用しているが、より正確な非線形モデルを使用してもよいし、車体傾斜運動や能動重量部並進運動についてのモデルを使用してもよい。なお、非線形モデルについては、マップの形式で関数を適用することもできる。
In the present embodiment, a linear model related to the rotational motion of the
さらに、計算の簡略化のために、車体姿勢の変化を考慮しなくてもよい。 Further, in order to simplify the calculation, it is not necessary to consider the change in the body posture.
次に、目標走行状態の決定処理について説明する。 Next, the target travel state determination process will be described.
図8は本発明の第1の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the target travel state determination process in the first embodiment of the present invention.
目標走行状態の決定処理において、主制御ECU21は、まず、操縦操作量を取得する(ステップS3−1)。この場合、乗員15が、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するために操作したジョイスティック31の操作量を取得する。
In the determination process of the target travel state, the
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S3−2)。例えば、ジョイスティック31の前後方向への操作量に比例した値を車両加速度の目標値とする。
Subsequently, the
続いて、主制御ECU21は、決定した車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する(ステップS3−3)。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径RW で除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。
Subsequently, the
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。 Next, the target vehicle body posture determination process will be described.
図9は本発明の第1の実施の形態における能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値の変化を示すグラフ、図10は本発明の第1の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a graph showing changes in the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle in the first embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows the target vehicle body posture in the first embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the operation | movement of a determination process.
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ECU21は、まず、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する(ステップS4−1)。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と、段差昇降トルクの決定処理によって取得された段差昇降トルクτC とに基づき、次の式(2)及び(3)により、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。
In the target body posture determination process, the
続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を算出する(ステップS4−2)。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することにより、駆動輪回転角、車体傾斜角速度及び能動重量部移動速度の目標値を算出する。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC に伴って車体に作用する反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。 Thus, in the present embodiment, not only the inertial force and drive motor reaction torque acting on the vehicle body in accordance with the vehicle acceleration, but also acting on the vehicle body with the step lifting torque τ C corresponding to the step resistance torque τ D. The target value of the vehicle body posture, that is, the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle are determined in consideration of the counter torque.
このとき、車体に作用して車体を傾斜させようとするトルク、すなわち、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両10が段差を上るときには、搭乗部14を前方へ移動させ、あるいは、更に車体を前方へ傾ける。また、車両10が段差を下るときには、搭乗部14を後方へ移動させ、あるいは、更に車体を後方へ傾ける。
At this time, the center of gravity of the vehicle body is moved so that the torque that acts on the vehicle body to tilt the vehicle body, that is, the vehicle body tilt torque is canceled out by the action of gravity. For example, when the
本実施の形態においては、図9に示されるように、まず、車体を傾斜させずに搭乗部14を移動させ、該搭乗部14が能動重量部移動限界に達すると、車体の傾斜を開始させる。そのため、細かい加減速に対しては車体が前後に傾かないので、乗員15にとっての乗り心地が向上する。また、格別に高い段差でなければ、段差の上でも車体が直立状態を維持するので、乗員15にとっての視界の確保が容易となる。さらに、格別に高い段差でなければ、段差の上でも車体が大きく傾斜することがないので、車体の一部が路面に接触することが防止される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, first, the
なお、本実施の形態においては、能動重量部移動限界が前方と後方とで等しい場合を想定しているが、前方と後方とで異なる場合には、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有無を切り替えるようにしてもよい。例えば、加速性能よりも制動性能を高く設定する場合、後方の能動重量部移動限界を前方の限界よりも遠くに設定する必要がある。 In the present embodiment, it is assumed that the active weight part movement limit is equal between the front and the rear, but when the front and rear are different, the inclination of the vehicle body is changed according to each limit. The presence or absence may be switched. For example, when the braking performance is set higher than the acceleration performance, it is necessary to set the rear active weight portion movement limit farther than the front limit.
また、本実施の形態においては、加速度が低いときや段差が低いときには、搭乗部14の移動だけで対応させているが、その車体傾斜トルクの一部又は全部を車体の傾斜で対応させてもよい。車体を傾斜させることにより、乗員15に作用する前後方向の慣性力を軽減することができる。
In this embodiment, when the acceleration is low or the level difference is low, only the movement of the
さらに、本実施の形態においては、線形化した力学モデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用することもできる。 Furthermore, in the present embodiment, an expression based on a linearized dynamic model is used, but an expression based on a more accurate nonlinear model or a model considering viscous resistance may be used. Note that if the equation is nonlinear, the function can be applied in the form of a map.
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。 Next, the actuator output determination process will be described.
図11は本発明の第1の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the actuator output determination process in the first embodiment of the present invention.
アクチュエータ出力の決定処理において、主制御ECU21は、まず、各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する(ステップS5−1)。この場合、各目標値と段差昇降トルクτC とから、次の式(4)により駆動モータ52のフィードフォワード出力を決定し、また、次の式(5)により能動重量部モータ62のフィードフォワード出力を決定する。
In the actuator output determination process, the
このように、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC を自動的に追加することにより、つまり、段差抵抗トルクτD に応じて駆動トルクを補正することにより、段差の昇降の際にも、平地と同様の操縦感覚を提供することができる。すなわち、平地と同様の操縦操作で段差を乗り降りすることができる。また、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、段差の昇降の際に、車両10が不必要に加減速することがない。
Thus, by automatically adding the step lifting torque τ C according to the step resistance torque τ D , that is, by correcting the driving torque according to the step resistance torque τ D , when the step is raised or lowered Can also provide the same handling feeling as the flat ground. That is, it is possible to get on and off the level difference by the same steering operation as that on the flat ground. In addition, the
このように、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現する。 Thus, in the present embodiment, more accurate control is realized by theoretically giving a feedforward output.
なお、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。 Note that the feedforward output can be omitted as necessary. In this case, the feedback control indirectly gives a value close to the feedforward output with a steady deviation. Further, the steady deviation can be reduced by applying an integral gain.
続いて、主制御ECU21は、各アクチュエータのフィードバック出力を決定する(ステップS5−2)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式(6)により駆動モータ52のフィードバック出力を決定し、また、次の式(7)により能動重量部モータ62のフィードバック出力を決定する。
Subsequently, the
なお、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入することもできる。また、より簡単な制御として、KW2、KW3及びKS5を除くフィードバックゲインのいくつかをゼロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくすために、積分ゲインを導入してもよい。 Note that nonlinear feedback control such as sliding mode control can also be introduced. As simpler control, some of the feedback gains excluding K W2 , K W3, and K S5 may be set to zero. Further, an integral gain may be introduced in order to eliminate the steady deviation.
最後に、主制御ECU21は、各要素制御システムに指令値を与える(ステップS5−3)。この場合、主制御ECU21は、前述のように決定したフィードフォワード出力とフィードバック出力との和を駆動トルク指令値及び能動重量部推力指令値として、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23に送信する。
Finally, the
このように、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτD をオブザーバによって推定し、段差昇降トルクτC を与えるとともに、搭乗部14を段差の上段方向に移動させる。そのため、段差の上でも車体を直立に保持することができ、段差の昇降にも対応することができる。また、段差を計測する装置が不要となり、システム構成を簡素化してコストを低減することができる。
As described above, in the present embodiment, the step resistance torque τ D is estimated by the observer, the step lifting torque τ C is applied, and the
さらに、車体の姿勢を示す車体傾斜角θ1 及び能動重量部位置λS を考慮して段差昇降トルクτC を推定するので、大きな誤差が生じることなく、極めて高い精度で段差昇降トルクτC を推定することができる。 Furthermore, since in view of the vehicle body inclination angle theta 1 and active weight portion position lambda S indicates the attitude of the vehicle body is estimated the step lifting torque tau C, without a large error occurs, the step lifting torque tau C with extremely high precision Can be estimated.
なお、本実施の形態は、段差を上るときだけでなく、段差を降りるときにも有効であることを注記する。段差昇降トルクの付与によって段差降下時の車両の加速を抑えるのと共に、搭乗部14を後方に移動させることにより車体を直立に保持する。これは、以降で説明する他の実施の形態でも同様である。
Note that this embodiment is effective not only when climbing a step, but also when descending a step. The acceleration of the vehicle when the step is lowered is suppressed by applying the step lifting torque, and the vehicle body is held upright by moving the riding
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. The description of the same operation and the same effect as those of the first embodiment is also omitted.
図12は本発明の第2の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図、図13は本発明の第2の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図である。 FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the vehicle control system in the second embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a schematic diagram showing the operation in raising and lowering the step of the vehicle in the second embodiment of the present invention. .
前記第1の実施の形態においては、搭乗部14が、車両10の前後方向に本体部11に対して相対的に並進可能となるように取り付けられ、能動重量部として機能する。この場合、能動重量部モータ62を備える移動機構が配設され、これにより搭乗部14を並進させるので、構造の複雑化、コストや重量の増加と共に、制御システムも複雑化する。また、前記第1の実施の形態は、搭乗部14を移動させる移動機構を有していない倒立型車両に適用することは不可能である。
In the first embodiment, the riding
そこで、本実施の形態においては、搭乗部14を移動させる移動機構が省略されている。また、図12に示されるように、制御システムからも、能動重量部制御システム60が省略され、能動重量部制御ECU23、能動重量部センサ61及び能動重量部モータ62が省略されている。なお、その他の点の構成については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
Therefore, in the present embodiment, a moving mechanism for moving the
そして、本実施の形態においては、図13に示されるように、段差を昇降する際には、段差を昇降するための駆動輪12に付与する駆動トルク、すなわち、段差昇降トルクの反作用として車体に作用する反トルクとしての車体傾斜トルクに対し、車体を段差昇降トルクに応じた角度だけ段差の上段方向に傾けることにより、車体傾斜トルクを重力の作用で打ち消してバランスを保つようになっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, when raising and lowering the step, the driving torque applied to the
なお、「背景技術」の項でも説明したように、例えば、段差に乗り上げるとき、必要な駆動トルクを駆動輪に付与すると、その反作用が車体に働くので、車体が段差と逆の方向、すなわち、段差の下段方向に大きく傾いてしまう。一方、車体の姿勢を直立に維持しようとすると、必要な駆動トルクを駆動輪に付与することができないので、段差に乗り上げることができなくなってしまう。また、段差を降りるときにも同様の現象が発生し、車体が前方に傾いてしまう。 In addition, as described in the section of “Background Art”, for example, when a required driving torque is applied to the driving wheel when riding on a step, the reaction acts on the vehicle body, so that the vehicle body is in a direction opposite to the step, that is, It will be greatly inclined in the lower direction of the step. On the other hand, if the posture of the vehicle body is to be maintained upright, the necessary driving torque cannot be applied to the driving wheels, so that it is impossible to ride on the step. In addition, the same phenomenon occurs when getting down the step, and the vehicle body tilts forward.
これに対し、本実施の形態においては、段差の高さに適した角度だけ車体を段差の上段方向に意図的に傾けるので、段差の昇降の際にも、安定した車体の姿勢を保つことができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。 In contrast, in the present embodiment, the vehicle body is intentionally tilted in the upper direction of the step by an angle suitable for the height of the step, so that a stable body posture can be maintained even when the step is raised or lowered. It is possible to travel safely and comfortably in places with steps.
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要及び目標走行状態の決定処理については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、状態量の取得処理、段差昇降トルクの決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理についてのみ説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。 Next, details of the traveling and posture control processing in the present embodiment will be described. The outline of the travel and attitude control process and the determination process of the target travel state are the same as those in the first embodiment, so the description is omitted, the state quantity acquisition process, the step elevation torque determination process, Only the target vehicle body attitude determination process and the actuator output determination process will be described. First, the state quantity acquisition process will be described.
図14は本発明の第2の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the state quantity acquisition process in the second embodiment of the present invention.
次に、段差昇降トルクの決定処理について説明する。 Next, the step elevation torque determination process will be described.
図15は本発明の第2の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the step elevation torque determination process in the second embodiment of the present invention.
段差昇降トルクの決定処理において、主制御ECU21は、段差抵抗トルクτD を推定する(ステップS2−11)。この場合、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回(一つ前の時間ステップ)の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力とに基づき、次の式(8)により、段差抵抗トルクτD を推定する。
In the step elevation torque determination process, the
続いて、主制御ECU21は、段差昇降トルクτC を決定する(ステップS2−12)。この場合、推定した段差抵抗トルクτD の値を段差昇降トルクτC の値とする。すなわち、τC =τD とする。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、駆動モータ52が出力する駆動トルクと、状態量としての駆動輪回転角加速度及び車体傾斜角加速度に基づいて段差抵抗トルクを推定する。この場合、駆動輪12の回転状態を示す駆動輪回転角加速度だけでなく、車体姿勢の変化を示す車体傾斜角加速度も考慮している。すなわち、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両、いわゆる倒立型車両に特有の要素である車体姿勢の変化を考慮している。
Thus, in the present embodiment, the step resistance torque is estimated based on the driving torque output from the driving
従来においては、駆動トルクと駆動輪回転角加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定するため、特に車体の姿勢が大きく変化するとき、段差抵抗トルクの推定値に大きな誤差が生じることがあった。しかし、本実施の形態においては、車体の姿勢変化を示す車体傾斜角加速度を考慮して段差抵抗トルクを推定するので、大きな誤差が生じることがなく、高い精度で段差抵抗トルクを推定することができる。 Conventionally, since the step resistance torque is estimated based on the driving torque and the driving wheel rotation angular acceleration, a large error may occur in the estimated value of the step resistance torque especially when the posture of the vehicle body changes greatly. However, in the present embodiment, the step resistance torque is estimated in consideration of the vehicle body inclination angle acceleration indicating the change in the posture of the vehicle body, so that a large error does not occur and the step resistance torque can be estimated with high accuracy. it can.
また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に変化する段差抵抗トルクを常に推定している。例えば、段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪12に付与すると、昇降終了直前に、車両10が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両10が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。そこで、本実施の形態においては、段差昇降状態と共に変化する段差抵抗トルクの推定をリアルタイムで行い、その値を常に更新することで、常に段差の昇降動作に適した段差昇降トルクを付与するようになっている。
In the present embodiment, the step resistance torque that changes during the step-up / down operation is always estimated. For example, if a constant drive torque is applied to the
なお、前記第1の実施の形態と同様に、段差抵抗トルクの推定値にローパスフィルタをかけることによって、推定値の高周波成分を除去することもできる。この場合、推定に時間遅れが生じるが、高周波成分に起因する振動を抑制することができる。 As in the first embodiment, a high-frequency component of the estimated value can be removed by applying a low-pass filter to the estimated value of the step resistance torque. In this case, a time delay occurs in the estimation, but the vibration caused by the high frequency component can be suppressed.
本実施の形態においては、慣性力のみを考慮しているが、駆動輪12の転がり抵抗や回転軸の摩擦による粘性抵抗、あるいは、車両10に作用する空気抵抗などを、副次的な影響として考慮してもよい。
In the present embodiment, only the inertial force is considered, but the rolling resistance of the
また、より正確な非線形モデルを使用してもよいし、車体傾斜運動についてのモデルを使用してもよい。なお、非線形モデルについては、マップの形式で関数を適用することもできる。 Further, a more accurate nonlinear model may be used, or a model for vehicle body tilt motion may be used. For nonlinear models, functions can also be applied in the form of maps.
さらに、計算の簡略化のために、車体姿勢の変化を考慮しなくてもよい。 Further, in order to simplify the calculation, it is not necessary to consider the change in the body posture.
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。 Next, the target vehicle body posture determination process will be described.
図16は本発明の第2の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart showing the operation of target body posture determination processing in the second embodiment of the present invention.
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ECU21は、まず、車体傾斜角の目標値を決定する(ステップS4−11)。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と、段差昇降トルクの決定処理によって取得された段差昇降トルクτC とに基づき、次の式(9)により、車体傾斜角の目標値を決定する。
In the determination process of the target vehicle body posture, the
続いて、主制御ECU21は、残りの目標値を算出する(ステップS4−12)。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することにより、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値を算出する。
Subsequently, the
このように、本実施の形態においては、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC に伴って車体に作用する反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾斜角の目標値を決定する。 Thus, in the present embodiment, not only the inertial force and drive motor reaction torque acting on the vehicle body in accordance with the vehicle acceleration, but also acting on the vehicle body with the step lifting torque τ C corresponding to the step resistance torque τ D. The target value of the vehicle body posture, that is, the target value of the vehicle body tilt angle is determined in consideration of the counter torque.
このとき、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両10が加速するとき及び段差を上るときには車体を前方へ傾ける。また、車両10が減速するとき及び段差を下るときには車体を後方へ傾ける。
At this time, the center of gravity of the vehicle body is moved so as to cancel the vehicle body tilt torque by the action of gravity. For example, when the
なお、本実施の形態においては、線形化した力学モデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用することもできる。 In the present embodiment, an expression based on a linearized dynamic model is used, but an expression based on a more accurate nonlinear model or a model considering viscous resistance may be used. Note that if the equation is nonlinear, the function can be applied in the form of a map.
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。 Next, the actuator output determination process will be described.
図17は本発明の第2の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the actuator output determination process in the second embodiment of the present invention.
アクチュエータ出力の決定処理において、主制御ECU21は、まず、アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する(ステップS5−11)。この場合、目標値と段差昇降トルクτC とから、前記第1の実施の形態において説明した前記式(4)により駆動モータ52のフィードフォワード出力を決定する。
In the actuator output determination process, the
前記式(4)に表されるように、段差抵抗トルクτD に応じた段差昇降トルクτC を自動的に追加することにより、段差の昇降の際にも、平地と同様の操縦感覚を提供することができる。すなわち、平地と同様の操縦操作で段差を乗り降りすることができる。また、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、段差の昇降の際に、車両10が不必要に加減速することがない。
As shown in the above equation (4), by automatically adding a step lifting torque τ C corresponding to the step resistance torque τ D , the same control feeling as on the flat ground is provided even when the step is raised or lowered can do. That is, it is possible to get on and off the level difference by the same steering operation as that on the flat ground. In addition, the
なお、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現するが、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。 In the present embodiment, more accurate control is realized by theoretically giving a feedforward output, but the feedforward output can be omitted if necessary. In this case, the feedback control indirectly gives a value close to the feedforward output with a steady deviation. Further, the steady deviation can be reduced by applying an integral gain.
続いて、主制御ECU21は、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S5−12)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式(10)により駆動モータ52のフィードバック出力を決定する。
Subsequently, the
なお、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入することもできる。また、より簡単な制御として、KW2及びKW3を除くフィードバックゲインのいくつかをゼロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくすために、積分ゲインを導入してもよい。 Note that nonlinear feedback control such as sliding mode control can also be introduced. As a simpler control, some of the feedback gains excluding K W2 and K W3 may be set to zero. Further, an integral gain may be introduced in order to eliminate the steady deviation.
最後に、主制御ECU21は、要素制御システムに指令値を与える(ステップS5−13)。この場合、主制御ECU21は、前述のように決定したフィードフォワード出力とフィードバック出力との和を駆動トルク指令値として、駆動輪制御ECU22に送信する。
Finally, the
このように、本実施の形態においては、車体を段差の上段方向に傾けて、段差の昇降の際にバランスを保つことができる。したがって、搭乗部14を移動させる移動機構を有していない倒立型車両に適用することができ、構造及び制御システムを簡素化することで、安価で軽量な倒立型車両でも安定した段差の乗り降りを実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the vehicle body can be tilted in the upper direction of the step to maintain the balance when the step is raised or lowered. Therefore, it can be applied to an inverted vehicle that does not have a moving mechanism for moving the
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、第1及び第2の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1及び第2の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st and 2nd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Also, the description of the same operations and effects as those of the first and second embodiments is omitted.
図18は本発明の第3の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり段差手前で段差を検出している状態を示す図、図19は本発明の第3の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図、図20は本発明の第3の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図18において、(b)は(a)の要部拡大図、図19において、(a)〜(c)は一連の動作を示す図である。 FIG. 18 is a schematic diagram showing the configuration of the vehicle according to the third embodiment of the present invention, showing a state where a step is detected before the step, and FIG. 19 is a vehicle according to the third embodiment of the present invention. FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a vehicle control system according to a third embodiment of the present invention. 18, (b) is an enlarged view of the main part of (a), and (a) to (c) in FIG. 19 show a series of operations.
段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪12に付与すると、昇降終了直前に、車両10が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両10が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。
If a constant drive torque is applied to the
そこで、本実施の形態においては、車両10の進行方向の段差をセンサによって検出し、該センサによって計測した段差の位置と高さ、及び、段差の昇降状態に相当する駆動輪回転角に応じて、段差昇降トルクを変化させるようになっている。
Therefore, in the present embodiment, a step in the traveling direction of the
そのため、本実施の形態において、車両10は、図18に示されるように、段差計測センサとしての距離センサ71を有する。該距離センサ71は、例えば、レーザ光を利用したものであるが、いかなる種類のセンサであってもよい。図18に示される例においては、2つの距離センサ71が、互いに前後に離れて、搭乗部14の下面に配設され、各々が下面から前方及び後方の路面までの距離を計測する。そして、各距離センサ71の計測値の変化から、路面の段差を検出し、検出した段差の位置及び高さを取得することができる。望ましくは、一方の距離センサ71が駆動輪12の路面に接地する部位よりも前方に位置し、他方の距離センサ71が駆動輪12の路面に接地する部位よりも後方に位置するように配設される。このように、2つの距離センサ71が駆動輪12の接地点から前後に離れた位置において路面までの距離を計測するので、車両10の前後の段差を検出することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
また、車両10は、図20に示されるように、距離センサ71を含む段差計測システム70を有する。そして、距離センサ71は、前後の2点において、路面までの距離としての対地距離を検出して主制御ECU21に送信する。
Moreover, the
これにより、例えば、段差に乗り上げる場合、図19に示されるように、車両10が上昇するのに応じて搭乗部14の移動量、段差に乗り上げるための駆動トルク等を変化させ、安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができる。
Thus, for example, when riding on a step, as shown in FIG. 19, the amount of movement of the
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要、状態量の取得処理、目標走行状態の決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、段差昇降トルクの決定処理についてのみ説明する。 Next, details of the traveling and posture control processing in the present embodiment will be described. The outline of the travel and attitude control process, the state quantity acquisition process, the target travel state determination process, the target vehicle body attitude determination process, and the actuator output determination process are the same as those in the first embodiment. The description will be omitted, and only the process for determining the step lifting torque will be described.
図21は本発明の第3の実施の形態における上りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図、図22は本発明の第3の実施の形態における上りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図、図23は本発明の第3の実施の形態における下りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図、図24は本発明の第3の実施の形態における下りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図、図25は本発明の第3の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 21 is a diagram showing a geometric condition when measuring an ascending step according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a step ascending / descending resistivity of the ascending step according to the third embodiment of the present invention. FIG. 23 is a diagram showing a geometric condition when measuring a down step in the third embodiment of the present invention, and FIG. 24 is a down view in the third embodiment of the present invention. The figure which shows the change of the level | step difference raising / lowering resistivity of a level | step difference, FIG. 25: is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the level | step difference raising / lowering torque in the 3rd Embodiment of this invention.
段差昇降トルクの決定処理において、主制御ECU21は、まず、距離センサ71の計測値を取得する(ステップS2−21)。この場合、前後2つの距離センサ71から対地距離の計測値を取得する。
In the step elevation torque determination process, the
続いて、主制御ECU21は、段差の位置と高さとを決定する(ステップS2−22)。この場合、各距離センサ71から取得した対地距離の時間履歴と、車体傾斜角θ1 と、搭乗部14の位置、すなわち、能動重量部位置λS とに基づき、段差の位置と高さとを決定する。
Subsequently, the
続いて、主制御ECU21は、段差抵抗トルクτD を決定する(ステップS2−23)。この場合、段差抵抗トルクτD を、次の式(11)により算出する。
τD =ξτD,Max ・・・式(11)
ここで、τD,Max は最大段差抵抗トルクであり、ξは段差昇降抵抗率である。
Subsequently, the
τ D = ξτ D, Max (11)
Here, τ D, Max is the maximum step resistance torque, and ξ is the step elevation resistance.
図21に示されるように、段差が上り、すなわち、昇段である場合、最大段差抵抗トルクτD,Max 及び段差昇降抵抗率ξは、次の式(12)及び(13)で表される。なお、図21において、Xは段差検出時における段差までの距離であり、Hは段差の高さである。昇段の場合、Hはゼロ以上となる。 As shown in FIG. 21, when the step is ascending, that is, ascending, the maximum step resistance torque τ D, Max and the step elevation resistivity ξ are expressed by the following equations (12) and (13). In FIG. 21, X is the distance to the step when the step is detected, and H is the height of the step. In the case of ascending stage, H is zero or more.
なお、η0 は、仮想登坂角であり、段差を上るために必要な駆動輪回転角に相当する。また、θW,S は駆動輪12が段差に接触した時点の駆動輪回転角であり、θW,0 は段差を検出した時点の駆動輪回転角である。さらに、ΔθW は段差接触以降の駆動輪回転角(相対駆動輪回転角)であり、その値は、駆動輪12が段差に接触した時点でゼロになる。
In addition, η 0 is a virtual climbing angle and corresponds to a driving wheel rotation angle necessary for climbing a step. Θ W, S is the driving wheel rotation angle when the
そして、段差抵抗トルクτD の値は、図22に示されるように変化する。すなわち、駆動輪12が段差に接触した時点で最大値であるτD,Max となり、昇段中に徐々に減少し、昇段を終了した時点で最小値であるゼロになる。
Then, the value of the step resistance torque τ D changes as shown in FIG. That is, the maximum value τ D, Max is reached when the
また、図23に示されるように、段差が下り、すなわち、降段である場合、最大段差抵抗トルクτD,Max 及び段差昇降抵抗率ξは、次の式(14)及び(15)で表される。なお、図23においても、Xは段差検出時における段差までの距離であり、Hは段差の高さであるが、降段の場合、Hはゼロ未満、すなわち、マイナスとなる。 As shown in FIG. 23, when the step is down, that is, when the step is down, the maximum step resistance torque τ D, Max and the step up / down resistivity ξ are expressed by the following equations (14) and (15). Is done. In FIG. 23, X is the distance to the step when the step is detected, and H is the height of the step. In the case of descending, H is less than zero, that is, minus.
そして、段差抵抗トルクτD の値は、図24に示されるように変化する。すなわち、駆動輪12が段差に接触した時点で最小値であるゼロであり、降段中に徐々に減少し、降段を終了する時点の直前で最大値であるτD,Max となる。
Then, the value of the step resistance torque τ D changes as shown in FIG. That is, the minimum value is zero when the
最後に、主制御ECU21は、段差昇降トルクτC を決定する(ステップS2−24)。この場合、推定した段差抵抗トルクτD の値を段差昇降トルクτC の値とする。すなわち、τC =τD とする。
Finally, the
このように、段差昇降トルクの決定処理においては、段差の高さHに応じて段差抵抗トルクτD の大きさを変えるようになっている。つまり、段差の高さHの値が大きいほど段差抵抗トルクτD の値を大きくする。 In this way, in the step elevation torque determination process, the step resistance torque τ D is changed in accordance with the step height H. That is, the value of the step resistance torque τ D is increased as the value of the step height H is increased.
また、車両10の段差昇降状態に応じて段差抵抗トルクτD の大きさを変えるようになっている。つまり、駆動輪回転角θW から車両10の昇降状態を推定し、段差昇降抵抗率ξの値を変化させる。これにより、車両10の速度変化にも対応することができる。
Further, the magnitude of the step resistance torque τ D is changed in accordance with the step elevation state of the
具体的には、段差を上る場合、すなわち、段差の高さHがゼロ以上の場合、駆動輪回転角θW の増加とともに、段差抵抗トルクτD (段差昇降抵抗率ξ)を減少させる。これは、段差を上るにつれて、車両10を支持するために必要な駆動トルクが減少するからである。
Specifically, when climbing a step, that is, when the step height H is zero or more, the step resistance torque τ D (step elevation resistivity ξ) is decreased as the drive wheel rotation angle θ W increases. This is because the driving torque required to support the
一方、段差を下る場合、すなわち、段差の高さHがゼロ未満の場合、駆動輪回転角θW の増加とともに、段差抵抗トルクτD (段差昇降抵抗率ξ)を増加させる。これは、段差を下るにつれて、車両10を支持するために必要な駆動トルクが増加するからである。
On the other hand, when descending the step, that is, when the height H of the step is less than zero, the step resistance torque τ D (step elevation resistivity ξ) is increased as the drive wheel rotation angle θ W increases. This is because the driving torque required to support the
これにより、段差昇降時における車両10の走行状態を安定的に制御することができる。
Thereby, the driving | running | working state of the
なお、本実施の形態においては、車両10の前方に位置する段差に前進して突入した場合についてのみ説明したが、車両10の後方に位置する段差に後進して突入した場合についても、同様の制御を実施することができる。
In the present embodiment, only the case where the
また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に距離センサ71を使用しない場合について説明したが、車両10の段差昇降状態をより正確に把握するために、距離センサ71の計測値を利用することもできる。これにより、駆動輪12がスリップしても安定した制御を行うことが可能となる。
In the present embodiment, the case where the
さらに、本実施の形態においては、段差昇降抵抗率ξの決定式に不連続な関数を使用した場合について説明したが、不連続部分を連続に修正した関数を使用することもできる。また、不連続部分における制御のチャタリング又は車両動作のハンチングを防止するために、ヒステリシス制御(例えば、2つの閾(しきい)値を設定し、駆動輪12の回転方向に応じて閾値を変える制御)を導入してもよい。
Further, in the present embodiment, the case where a discontinuous function is used in the determination formula of the step elevation resistivity ξ has been described, but a function in which the discontinuous portion is continuously corrected can also be used. In addition, in order to prevent control chattering or vehicle operation hunting in the discontinuous portion, hysteresis control (for example, two threshold values are set, and the threshold value is changed according to the rotation direction of the
さらに、本実施の形態においては、非線形の力学モデルに基づく決定式を使用した場合について説明したが、簡略化のために、線形近似した式を使用してもよい。また、駆動輪12の変形、転がり摩擦、スリップ条件等を考慮した、より高度な決定式を使用してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the case of using a determinant based on a non-linear dynamic model has been described. However, for the sake of simplicity, a linear approximation formula may be used. Further, a more advanced determination formula that considers deformation of the
このように、本実施の形態においては、車両10の進行方向の段差を距離センサ71によって検出し、該距離センサ71によって計測した段差の位置及び高さH並びに駆動輪回転角θW に応じて、段差昇降トルクτC の値を変化させるようになっている。したがって、段差の昇降時にも車体の倒立姿勢を安定に保つことができる。これにより、車両10は、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。
As described above, in the present embodiment, the step in the traveling direction of the
なお、本実施の形態においては、2つの距離センサ71によって段差の検出、並びに、段差の位置及び高さHを計測した場合について説明したが、他の装置や方法を使用することもできる。例えば、カメラによって車両10の進行方向の画像を取得し、取得した画像を解析することによって、段差の検出、並びに、段差の位置及び高さHを計測してもよい。また、例えば、GPS(Global Positioning System)を利用して車両10の位置を取得する車両位置取得システムと、路面と段差に関する情報を含む地図データとに基づいて、車両10の周囲に存在する段差の情報を取得してもよい。
In the present embodiment, the case where a step is detected and the position and height H of the step are measured by the two
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、第1〜第3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〜第3の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as the 1st-3rd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Explanation of the same operations and effects as those of the first to third embodiments is also omitted.
図26は本発明の第4の実施の形態における車両の動作を示す図、図27は本発明の第4の実施の形態における車両加速度及び能動重量部位置の目標値の変化を示す図、図28は本発明の第4の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。なお、図26の(a)〜(c)は一連の段差乗り上げ動作を示し、図27の (a)は車両加速度の目標値の時間に関する変化、(b)は車両加速度の目標値の駆動輪回転角に関する変化、(c)は能動重量部位置の目標値の変化をそれぞれ示す。 FIG. 26 is a diagram showing the operation of the vehicle in the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 27 is a diagram showing the change in the target value of the vehicle acceleration and the active weight portion position in the fourth embodiment of the present invention. 28 is a flowchart showing the operation of the target travel state determination process in the fourth embodiment of the present invention. 26A to 26C show a series of step-up steps, FIG. 27A shows a change in the target value of the vehicle acceleration with respect to time, and FIG. 26B shows a driving wheel of the target value of the vehicle acceleration. The change regarding the rotation angle, (c) shows the change of the target value of the active weight part position, respectively.
車両10が上り段差を通過する際には、段差を上るために必要な段差昇降トルクを発生させるとともに、該段差昇降トルクの反作用を打ち消すために車体の重心を前方に移動させる必要がある。しかし、搭乗部14を移動させたり車体を傾斜させたりして、車体の重心を必要な位置まで移動させるには、ある時間を要する。そして、この姿勢制御の時間遅れが影響して、車両10の走行状態及び車体姿勢が乱れ、乗員15に不快感や不安感を与えることがある。特に、車両の駆動輪12が上り段差に接触した瞬間において、必要な段差昇降トルク及び車体重心の移動量が零から極大値まで急激に増加するため、このときに前記時間遅れの影響が強く現れる。また、段差に進入する車両速度が高い場合には、段差を通過する時間が短くなるため、前記時間遅れの影響が更に強く現れる。
When the
そこで、本実施の形態においては、車両の駆動輪12が段差に接触する前に、車体の姿勢をその段差を乗り上げるのに適した姿勢に、事前に修正する。そして、車体姿勢修正と同時に車両を加速させることで、段差接触までの車体姿勢のバランスを保つ。具体的には、前記第3の実施の形態で説明したように、段差に到達する前に段差計測センサとしての距離センサ71を含む段差計測システム70によって段差までの距離及び段差の高さを計測する。そして、車体姿勢を徐々に変化させながら、駆動輪12が段差に接触するまでに、段差の高さに応じた適切な車体姿勢を形成する。同時に、車体姿勢の変化量に応じて車両10を徐々に加速させ、車体姿勢のバランスを保つ。また、駆動輪12が段差に接触した後、車両を徐々に減速させて段差進入前の車両速度に戻す。
Therefore, in this embodiment, before the
これにより、高速で上り段差に進入した場合であっても、常に安定した車両10の動作を維持することができ、段差のある場所でも安全かつ快適に走行することができる。
Thereby, even when the vehicle enters an ascending step at a high speed, it is possible to always maintain a stable operation of the
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要、状態量の取得処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理については、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。 Next, details of the traveling and posture control processing in the present embodiment will be described. Note that the outline of the travel and attitude control process, the state quantity acquisition process, the target vehicle body attitude determination process, and the actuator output determination process are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
また、段差昇降トルクの決定処理については、前記第3の実施の形態と同様である。すなわち、距離センサ71の計測値を取得し、該距離センサ71から取得した対地距離の時間履歴等に基づいて段差の位置と高さとを決定し、さらに、段差抵抗トルクτD を決定し、続いて段差昇降トルクτC を決定する。なお、段差昇降トルクの決定処理の詳細については、前記第3の実施の形態において説明済みであるので、説明を省略する。したがって、本実施の形態においては、目標走行状態の決定処理についてのみ説明する。
The step elevation torque determination process is the same as that in the third embodiment. That is, the measurement value of the
まず、主制御ECU21は、操縦操作量を取得する(ステップS3−31)。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。
First, the
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、駆動輪回転角速度及び段差昇降トルクに基づいて、車両加速度の目標値を決定する(ステップS3−32)。この場合、次の式(16)により、車両加速度の目標値α* を決定する。
Subsequently, the
また、Δαは目標車両加速度追加量であり、次の式(17)により決定される。 Δα is a target vehicle acceleration addition amount, which is determined by the following equation (17).
ここで、Δα0 は目標車両加速度追加量の基準値であり、段差接触直前での加速度追加量を表す。また、ξS は目標車両加速度追加率であり、車両10の駆動輪12と段差との相対位置に応じて与えられる係数である。
Here, Δα 0 is a reference value of the target vehicle acceleration addition amount, and represents the acceleration addition amount immediately before the step contact. Further, ξ S is a target vehicle acceleration addition rate, which is a coefficient given according to the relative position between the
目標車両加速度追加量の基準値Δα0 は、次の式(18)により決定される。 The reference value Δα 0 of the target vehicle acceleration addition amount is determined by the following equation (18).
一方、目標車両加速度追加率ξS は、次の式(21)により決定される。 On the other hand, the target vehicle acceleration addition rate ξ S is determined by the following equation (21).
ここで、sは無次元想定時間であり、s=0が段差に接触する瞬間に相当し、−1<s<1の範囲で本実施の形態における制御、すなわち、車両加速度目標値を段差接触前に増加させ、段差接触後に減少させる制御が実行される。具体的には、sは次の式(22)で決定される。 Here, s is a dimensionless estimated time, and s = 0 corresponds to the moment of contact with the step, and the control in the present embodiment, that is, the vehicle acceleration target value is set to the step contact within the range of −1 <s <1. Control to increase before and decrease after touching the step is executed. Specifically, s is determined by the following equation (22).
また、V0 は段差検出時の車両速度である。また、T0 は、車体姿勢変化想定時間であり、次の式(25)で表される。 V 0 is the vehicle speed at the time of step detection. T 0 is the estimated vehicle body posture change time and is expressed by the following equation (25).
ここで、γは、車両加速度の時間変化率(jerk)であり、乗員が不快に感じない程度の値をあらかじめ所定値として与えておく。 Here, γ is a time change rate (jerk) of the vehicle acceleration, and a value that does not make the passenger feel uncomfortable is given in advance as a predetermined value.
最後に、主制御ECU21は、決定した車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する(ステップS3−33)。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径RW で除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。
Finally, the
このようにして、目標走行状態の決定処理において、車両加速度の目標値及び駆動輪回転角速度の目標値が決定されると、次に実行される目標車体姿勢の決定処理において、前記車両加速度の目標値及び駆動輪回転角速度の目標値に対応する車体姿勢の目標値、すなわち、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値が決定される。そして、次に実行されるアクチュエータ出力の決定処理において、目標走行状態の決定処理及び目標車体姿勢の決定処理において決定された各目標値を実現するのに必要なアクチュエータ、すなわち、駆動モータ52及び能動重量部モータ62の出力が決定される。これにより、車両10が段差に接触する直前と直後で車体の姿勢を急激に変化させることなく、段差を乗り上げることができる。
In this way, when the target value of the vehicle acceleration and the target value of the drive wheel rotation angular velocity are determined in the target travel state determination process, the target vehicle acceleration target is determined in the target body posture determination process to be executed next. The target value of the vehicle body posture corresponding to the value and the target value of the driving wheel rotation angular velocity, that is, the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle are determined. Then, in the actuator output determination process to be executed next, the actuators necessary for realizing each target value determined in the target travel state determination process and the target vehicle body attitude determination process, that is, the
換言すると、本実施の形態において、主制御ECU21は、まず、図26(a)に示されるように、距離センサ71を含む段差計測システム70によって車両前方の段差を検出し、その段差の位置と高さを計測する。
In other words, in the present embodiment, the
続いて、主制御ECU21は、検出された段差の位置及び高さに基づいて、その段差の乗り上げ開始時に必要とされる車体重心移動量の基準値を予測し、その車体重心移動量の基準値に相当する車両加速度追加量の基準値を算出する。なお、車体重心移動量の基準値は、段差乗り上げ開始時の段差昇降トルクに伴って車体に作用する反トルクを重力トルクで打ち消すのに必要な車体重心の移動量であり、車両加速度追加量の基準値は、段差接触直前における車体重心移動量に伴う重力トルクを車両の加速に伴って車体に作用する反トルク及び慣性力で打ち消すのに必要な車両加速度追加量である。
Subsequently, the
続いて、主制御ECU21は、図26(b)に示されるように、段差接触直前に車体重心移動量と車両加速度目標値追加量が基準値に達するように、徐々に車体姿勢を変化させながら、徐々に車両加速度を増加させる。
Subsequently, as shown in FIG. 26 (b), the
その結果、車両10は、図26(c)に示されるように、段差乗り上げに必要な車体重心移動を達成した状態で段差に接触し、車体姿勢を変えることなく段差の乗り上げを開始する。
As a result, as shown in FIG. 26 (c), the
このような動作時における車両加速度の目標値は、例えば、図27(a)及び(b)に示されるように変化する。この例は、乗員15が一定の加速を指令する一定のジョイスティック入力量を与えた状態で段差に乗り上げた場合の目標値を示す。図27(a)は時間tに関する変化を、図27(b)は駆動輪回転角θW に関する変化をそれぞれ表しており、主制御ECU21は図27(b)に示すような時間に関する変化を実現するように、図27(a)に示すような駆動輪回転角の関数として、車両加速度の目標値を決定する。また、同動作時における能動重量部位置の目標値は、図27(c)に示されるように変化する。なお、図27(c)は時間に関する変化を表す。
The target value of the vehicle acceleration during such an operation changes as shown in FIGS. 27A and 27B, for example. This example shows a target value when the
また、図27において、「s=−1」は車両加速度の追加を開始する時刻又は位置を、「s=0」は駆動輪12が段差に接触する時刻又は位置を、「s=1」は車両加速度の追加を終了する時刻又は位置をそれぞれ示している。
In FIG. 27, “s = −1” is the time or position at which the addition of the vehicle acceleration is started, “s = 0” is the time or position at which the
このように、本実施の形態においては、駆動輪12が段差に接触する前に、車両を加速させながら、あらかじめ段差の乗り上げに適した車体姿勢に変化させる。
As described above, in the present embodiment, before the
具体的には、車両が段差に近付いたとき、搭乗者のジョイスティック操作量に応じた目標車両加速度に目標車両加速度追加量を加えた値を目標車両加速度とする。このとき、段差の高さ(段差抵抗トルク極大値)が大きいほど目標車両加速度追加量を大きくする。これにより、段差進入時の車両速度を自動的に高くすることで段差の乗り上げを助けると共に、段差接触時の車体姿勢変化を抑えて、乗り心地を向上させることができる。 Specifically, when the vehicle approaches a step, a value obtained by adding the target vehicle acceleration additional amount to the target vehicle acceleration corresponding to the joystick operation amount of the occupant is set as the target vehicle acceleration. At this time, the target vehicle acceleration addition amount is increased as the step height (step resistance torque maximum value) increases. Thus, the vehicle speed at the time of approaching the step can be automatically increased to help ride on the step, and the change in the body posture at the time of the step contact can be suppressed to improve the riding comfort.
また、段差接触直後から車両を減速させることで、車両速度を段差接近前の値に自動的に戻す。具体的には、段差接触前の目標差車両加速度追加量と絶対値が等しい負の値である目標車両加速度追加量を搭乗者のジョイスティック操作量に応じた目標車両加速度に加える。このように、段差通過前後での車両速度を自動的に等しくすることで、搭乗者による車両速度の調整が不要になり、段差乗り上げ時の操縦が容易になる。また、減速に伴って車体に作用する慣性力を利用し、段差乗り上げに必要な車体重心移動量を減らすことで、段差通過前後における車体姿勢の変化を抑え、乗り心地をさらに向上させる。 In addition, by decelerating the vehicle immediately after the step contact, the vehicle speed is automatically returned to the value before the step approach. Specifically, the target vehicle acceleration addition amount, which is a negative value whose absolute value is equal to the target difference vehicle acceleration addition amount before the step contact, is added to the target vehicle acceleration according to the joystick operation amount of the occupant. Thus, by automatically equalizing the vehicle speed before and after passing through the step, it becomes unnecessary to adjust the vehicle speed by the occupant, and maneuvering when climbing the step is facilitated. In addition, by utilizing the inertial force acting on the vehicle body as the vehicle is decelerated, the vehicle body center-of-gravity movement amount necessary for stepping up the step is reduced, so that the change in the vehicle body posture before and after passing through the step is suppressed and the riding comfort is further improved.
さらに、段差接触の直前と直後で車体姿勢が変化しないように、目標車両加速度追加量を決定する。具体的には、段差接触直前の目標車両加速度追加量に対して必要となる前方への車体重心移動量が、段差を上り始めるのに必要となる前方への車体重心移動量と、段差接触直後の目標車両加速度追加量に対して必要となる後方への車体重心移動量との差と等しくなるように、段差接触時の目標車両加速度追加量を決定する。これにより、段差接触時における車体姿勢の急激な変化をなくし、乗り心地をさらに向上させることができる。 Further, the target vehicle acceleration addition amount is determined so that the vehicle body posture does not change immediately before and after the step contact. Specifically, the amount of forward vehicle body centroid movement required for the target vehicle acceleration additional amount immediately before the step contact is the forward vehicle body centroid displacement amount required to start climbing the step, and immediately after the step contact. The target vehicle acceleration addition amount at the time of step contact is determined so as to be equal to the difference between the required rear vehicle body gravity center movement amount and the target vehicle acceleration addition amount. As a result, it is possible to eliminate a sudden change in the vehicle body posture at the time of the step contact and further improve the ride comfort.
さらに、段差までの距離に応じて目標車両加速度追加量を決定する。具体的には、段差検出時の段差までの距離と駆動輪回転角によって、段差までの距離を推定する。これにより、段差検出後において、搭乗者の操縦操作や外乱などによって変化する車両のあらゆる動作に対して、適切なタイミングで本制御が確実に実行される。また、段差までの距離が短いほど、目標車両加速度追加量の絶対値を大きくする。すなわち、段差接触前においては、段差との距離が短くなると共に正の目標車両加速度追加量を大きくする。また、段差接触後においては、段差との距離が長くなると共に負の目標車両加速度追加量を小さくする。これにより、車両加速度及び車体姿勢の変化を滑らかにして、乗り心地をさらに向上させることができる。さらに、車両加速度の時間変化率が一定値になるように、目標車両加速度追加量を変化させる。すなわち、搭乗者のジョイスティック操作量に応じた目標車両加速度が一定であるとき、車両加速度の単位時間当たりの増加率が一定の所定値である場合の駆動輪回転角と車両加速度の関係を求め、その関係を満足するように、駆動輪回転角に応じて目標車両加速度追加量を決定する。これにより、人が不快に感じる加速度の時間変化率を所定値に抑えて、乗り心地をさらに向上させることができる。 Further, the target vehicle acceleration addition amount is determined according to the distance to the step. Specifically, the distance to the step is estimated from the distance to the step at the time of detecting the step and the rotation angle of the driving wheel. As a result, after the level difference is detected, this control is reliably executed at an appropriate timing with respect to all the movements of the vehicle that change due to the driver's steering operation or disturbance. Further, the absolute value of the target vehicle acceleration addition amount is increased as the distance to the step is shorter. That is, before the step contact, the distance to the step is shortened and the positive target vehicle acceleration addition amount is increased. Further, after the step contact, the distance to the step is increased and the negative target vehicle acceleration addition amount is decreased. As a result, changes in vehicle acceleration and vehicle body posture can be smoothed to further improve riding comfort. Further, the target vehicle acceleration addition amount is changed so that the time change rate of the vehicle acceleration becomes a constant value. That is, when the target vehicle acceleration according to the joystick operation amount of the passenger is constant, the relationship between the driving wheel rotation angle and the vehicle acceleration when the increase rate per unit time of the vehicle acceleration is a constant predetermined value is obtained. The target vehicle acceleration addition amount is determined according to the drive wheel rotation angle so as to satisfy the relationship. As a result, it is possible to further improve the ride comfort by suppressing the time change rate of the acceleration that the person feels uncomfortable to a predetermined value.
さらに、搭乗者が制動を要求している場合には、本制御を禁止する。具体的には、搭乗者が制動を要求するジョイスティック操作を行った場合には、目標車両加速度追加量を零とする。これにより、搭乗者が段差の乗り上げを望んでいないのに、車両が段差に向かって加速することを防ぐ。 Further, this control is prohibited when the passenger requests braking. Specifically, when the passenger performs a joystick operation that requires braking, the target vehicle acceleration addition amount is set to zero. This prevents the vehicle from accelerating toward the step even though the passenger does not want to climb the step.
なお、本実施の形態においては、段差接触直前の目標車両加速度追加量と段差接触直後の目標車両加速度追加量について、その絶対値が等しくなるように決定しているが、両者の値は異なってもよい。例えば、段差接触直前の目標車両加速度追加量をより小さくすると共に、段差接触直後の目標車両加速度の時間変化率をより大きくすることで、段差に向かって少し加速した後、段差接触直後に大きく減速するような、より自然に近い動作をさせて、搭乗者の違和感を軽減させることができる。また、段差通過後における自動的な減速を行わなくてもよい。この場合、必要に応じて搭乗者自身が減速させるようにすることで、段差通過後の自動減速による搭乗者の違和感を軽減させることができる。 In the present embodiment, the absolute value of the target vehicle acceleration addition amount immediately before the step contact and the target vehicle acceleration addition amount immediately after the step contact are determined to be equal, but both values are different. Also good. For example, by making the target vehicle acceleration addition amount just before the step contact smaller, and increasing the time change rate of the target vehicle acceleration immediately after the step contact, after slightly accelerating toward the step, greatly decelerate immediately after the step contact It is possible to reduce the sense of incongruity of the passenger by performing a more natural operation. Moreover, it is not necessary to perform automatic deceleration after passing through the step. In this case, if the passenger himself / herself decelerates as necessary, it is possible to reduce the passenger's uncomfortable feeling due to automatic deceleration after passing through the step.
また、本実施の形態においては、車両加速度の時間変化率が所定値になるように、駆動輪回転角に応じて目標車両加速度追加量を決定しているが、時間の関数として目標車両加速度追加量を設定してもよい。例えば、段差からの距離がある閾値を下回ったら、その後の駆動輪回転角の変化に関わらず、一定の時間変化率で目標車両加速度追加量を増加させ、駆動輪回転角が段差の位置に相当する値になったら、目標車両加速度追加量をある負の値に切り替えた後、駆動輪回転角の変化に関わらず、一定の時間変化率で目標車両加速度追加量を増加させてもよい。これにより、段差接近後に車両がいかなる動作をしても、車両が急激に加減速することなく、搭乗者にとって快適である。 In this embodiment, the target vehicle acceleration addition amount is determined according to the driving wheel rotation angle so that the time change rate of the vehicle acceleration becomes a predetermined value. However, the target vehicle acceleration addition is performed as a function of time. An amount may be set. For example, if the distance from the step falls below a certain threshold value, the target vehicle acceleration addition amount is increased at a constant rate of time change regardless of the subsequent change in the drive wheel rotation angle, and the drive wheel rotation angle corresponds to the step position. After the target vehicle acceleration addition amount is switched to a certain negative value, the target vehicle acceleration addition amount may be increased at a constant rate of time change regardless of the change in the drive wheel rotation angle. Thus, no matter what the vehicle moves after approaching the step, the vehicle does not suddenly accelerate or decelerate and is comfortable for the passenger.
さらに、本実施の形態においては、段差の高さに応じて段差接触直前での目標車両加速度追加量を決定しているが、段差の高さが所定の閾値以上の場合には、段差の高さに関わらず、段差接触直前での目標車両加速度追加量を一定値としてもよい。これにより、高い段差への進入時に大きく手前から加速を開始して、搭乗者に与えられる違和感を軽減させることができる。また、段差の高さが所定の閾値以上の場合には、目標車両加速度の時間変化率を大きくすることで、加速時間や加速距離を抑えるようにしてもよい。 Furthermore, in this embodiment, the target vehicle acceleration addition amount immediately before the step contact is determined according to the height of the step, but if the height of the step is a predetermined threshold or more, the height of the step is increased. Regardless, the target vehicle acceleration addition amount immediately before the step contact may be a constant value. Thereby, acceleration can be greatly started from the near side when entering a high step, and the uncomfortable feeling given to the passenger can be reduced. When the height of the step is equal to or greater than a predetermined threshold, the acceleration time and the acceleration distance may be suppressed by increasing the time change rate of the target vehicle acceleration.
さらに、本実施の形態においては、搭乗者のジョイスティック操作量に応じた目標車両加速度が負の値である場合に本制御を禁止しているが、所定の閾値を下回った場合にのみ本制御を禁止してもよい。また、本実施の形態においては、本制御が禁止されても、搭乗者の要求する目標車両加速度が再び零以上の値になれば本制御を再開するが、その再開条件をより厳しくしてもよい。例えば、車両が停止状態にあると判定された場合にのみ禁止を解除してもよい。これにより、断続的な制御の切り替わりにより、搭乗者の操縦が困難になったり、車体が振動したりするのを防ぐことができる。 Further, in the present embodiment, this control is prohibited when the target vehicle acceleration according to the joystick operation amount of the passenger is a negative value, but this control is performed only when the target vehicle acceleration falls below a predetermined threshold. It may be prohibited. Further, in the present embodiment, even if this control is prohibited, this control is resumed when the target vehicle acceleration requested by the occupant becomes a value of zero or more again. Good. For example, the prohibition may be canceled only when it is determined that the vehicle is stopped. Thereby, it is possible to prevent the rider from making it difficult to control or the vehicle body to vibrate due to intermittent control switching.
さらに、本実施の形態においては、車両加速度の時間変化率が一定の所定値になるように、駆動輪回転角に応じて目標車両加速度追加量を決定しているが、所定の閾値以下の範囲において車両加速度の時間変化率を変化させてもよい。また、駆動輪回転角から目標車両加速度追加量を決定する関数について、車両加速度の時間変化率が所定の閾値以下の範囲にあれば、より簡単な関数で代用してもよい。これにより、計算コストが軽減され、より簡単に本制御を実行することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the target vehicle acceleration addition amount is determined according to the drive wheel rotation angle so that the time change rate of the vehicle acceleration becomes a constant predetermined value. The time change rate of the vehicle acceleration may be changed. As for the function for determining the target vehicle acceleration addition amount from the driving wheel rotation angle, a simpler function may be used as long as the time change rate of the vehicle acceleration is within a predetermined threshold value or less. Thereby, calculation cost is reduced and this control can be executed more easily.
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。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
10 車両
12 駆動輪
20 制御ECU
10
Claims (4)
該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、
進行方向前方の路面に位置する段差を検出する段差検出手段と、
前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
該車両制御装置は、路面の上り段差に接触する前に、該上り段差を上るのに必要な駆動トルクを駆動輪に付与したときの反作用を打ち消すべく、前記車体の重心を進行方向前方に移動させるとともに、車体姿勢のバランスを保つように車両の加速度を増加させることを特徴とする車両。 The car body,
A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body;
A level difference detecting means for detecting a level difference located on the road surface ahead in the traveling direction;
By controlling drive torque applied to the drive wheel and a vehicle control device for controlling the vehicle body posture,
The vehicle control device moves the center of gravity of the vehicle body forward in the traveling direction so as to cancel the reaction when the driving torque necessary to climb the ascending step is applied to the driving wheel before contacting the ascending step on the road surface. And increasing the acceleration of the vehicle so as to keep the balance of the vehicle body posture .
前記車両制御装置は、前記能動重量部を移動させることにより前記車体の重心を移動させる請求項1に記載の車両。 An active weight portion movably attached to the vehicle body;
The vehicle according to claim 1, wherein the vehicle control device moves the center of gravity of the vehicle body by moving the active weight portion.
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