JP4947414B2 - vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、車両に係り、例えば、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する。 The present invention relates to a vehicle, for example, a vehicle using posture control of an inverted pendulum.
倒立振り子の姿勢制御を利用した車両(以下、単に倒立振り子車両という)が注目されている。倒立振り子車両では、センサ部で筐体の動作状態を検出しながら、制御部が回転体の動作を制御して搬送装置を静止若しくは移動させるようにしている。
このような倒立振り子車両において、出没可能な補助輪を配置した技術として特許文献1、2記載技術が提案されている。
Vehicles that use inverted pendulum attitude control (hereinafter simply referred to as inverted pendulum vehicles) are attracting attention. In the inverted pendulum vehicle, the control unit controls the operation of the rotating body and detects the movement state of the casing while the sensor unit detects the operation state of the casing so that the conveying device is stationary or moved.
In such an inverted pendulum vehicle, techniques described in
特許文献1では、搭乗者の乗車および降車の際に、補助輪を出して接地させることで、車両の姿勢を安定化させ、搭乗者の乗車、降車を容易にすることについて記載されている。また、姿勢制御が困難な状況に陥ったときにも、補助輪を出すことで車両の姿勢を保つことについて記載されている。
一方、特許文献2では、動作異常時に補助輪を突出させ、車体を安定した状態に保持することについて記載されている。
On the other hand,
しかし、上記特許文献記載技術は、いずれも車両を傾斜させた状態で安定的に車両を停止させるものではない。すなわち、引用文献記載技術は、車両の水平状態で補助輪を接地させる技術であり、乗車、降車の際には既に水平状態であるため、乗車及び降車の際の制御については特に記載されていない。
これに対して、車両を傾斜させた状態で安定的に車両を停止させる車両の場合には、乗車してから発進するために車両をどのように起立させるか、また、降車する際に車両をどのように傾斜させて停止させるかは、乗車、降車の際の乗り心地を左右する要素となる。
However, none of the technologies described in the above-mentioned patent documents stop the vehicle stably with the vehicle tilted. That is, the cited document description technique is a technique for grounding the auxiliary wheel in the horizontal state of the vehicle, and since it is already in the horizontal state when getting on and off the vehicle, there is no particular description on the control at the time of getting on and off the vehicle. .
On the other hand, in the case of a vehicle that stably stops the vehicle while the vehicle is tilted, how to stand the vehicle to start after getting on, and when the vehicle gets off, How to incline and stop the vehicle is an element that affects the ride comfort when getting on and off.
そこで本出願人は、傾斜状態で停止している倒立振り子車両を起立させる起立制御、及び、倒立振り子車両を傾斜状態で停車させるまでの降車制御について、特願2007−22492で提案している。
しかし、傾斜状態で停止している車体を起立させたり、倒立状態の車両を停止するために傾斜させたりすると、駆動トルクの反作用で車輪が回転し、車両が前進あるいは後退することになる。
すなわち、車両の移動を伴わずに起立、傾斜を制御することができなかった。
In view of this, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 2007-22492 the stand-up control for raising the inverted pendulum vehicle that is stopped in the tilted state and the exit control until the inverted pendulum vehicle is stopped in the tilted state.
However, if the vehicle body stopped in the inclined state is raised or inclined to stop the inverted vehicle, the wheels rotate due to the reaction of the drive torque, and the vehicle moves forward or backward.
In other words, it was impossible to control the standing and tilting without the vehicle moving.
そこで、本発明は車両を移動させることなく起立のための傾斜を行うことが可能な、倒立振り子車両を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention is capable of performing the tilt for raising elevational without moving the vehicle, and to provide an inverted pendulum vehicle.
(1)前記目的を達成するために、請求項1記載の発明では、車体の傾斜状態と駆動輪の回転状態に応じて前記駆動輪のトルクを制御することで、搭乗部及び車体を含む車両本体を倒立状態に保持して走行する車両であって、停止時において一部が接地することで前記車両本体の傾斜角を制限する制限機構と、前記車体に対して、前記搭乗部を車両の前後方向に移動させる搭乗部移動機構と、前記車両本体の重心が前記駆動輪の接地点を通る鉛直線上に位置するように、前記搭乗部移動機構により前記搭乗部を前方に移動させながら前記車両本体を起立させる起立制御手段と、を具備したことを特徴とする車両、を提供する。
(2)請求項2記載の発明では、前記起立制御手段は、前記制限機構により車体の傾斜角が制限された状態で、前記車両本体の重心が前記駆動輪の接地点を通る鉛直線上に位置するまで前記搭乗部を移動させた後に、前記車両本体の起立を開始する、ことを特徴とする請求項1に記載の車両、を提供する。
(3)請求項3記載の発明では、前記起立制御手段は、前記車両本体の重心が前記駆動輪の接地点を通る鉛直線上に位置するまで前記搭乗部が移動したか否かを、前記車両本体の傾斜角の変化により判定することを特徴とする請求項2に記載の車両、を提供する。
(4)請求項4記載の発明では、前記起立制御手段は、起立開始からの経過時間に応じた前記搭乗部の搭乗部目標位置と前記車体の車体傾斜角目標値を決定し、前記搭乗部目標位置に応じて前記搭乗部の移動状態をフィードバック制御し、前記車体傾斜角目標値に応じて前記車体の傾斜状態をフィードバック制御する、ことを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の車両、を提供する。
(5)請求項5記載の発明では、前記起立制御手段は、起立開始時と起立完了時の起立速度が、起立途中の起立速度よりも小さくなるように前記搭乗部目標位置と前記車体傾斜角目標値を決定する、ことを特徴とする請求項4に記載の車両、を提供する。
(6)請求項6記載の発明では、前記搭乗部に作用する荷重を取得する荷重取得手段を備え、前記取得した荷重に応じて前記搭乗部目標位置を決定する、ことを特徴とする請求項4に記載の車両、を提供する。
(7)請求項7記載の発明では、前記荷重取得手段は、前記搭乗部の搭載荷重を計測する荷重計による計測値、又は、前記搭乗部の移動状態、前記車体の傾斜状態、前記駆動輪の回転状態のうち少なくとも1つを用いた状態オブザーバによる推定値を、前記搭乗部に作用する荷重とする、ことを特徴とする請求項6に記載の車両、を提供する。
(1) In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a vehicle including a riding section and a vehicle body is controlled by controlling the torque of the drive wheel according to the inclination state of the vehicle body and the rotation state of the drive wheel. A vehicle that travels with the main body held in an inverted state, wherein a part of the vehicle is grounded at the time of stoppage, and a limiting mechanism that limits an inclination angle of the vehicle main body. The vehicle while moving the riding part forward by the riding part moving mechanism so that the riding part moving mechanism moving in the front-rear direction and the center of gravity of the vehicle main body are located on a vertical line passing through the ground point of the driving wheel There is provided a vehicle characterized by comprising a standing control means for raising a main body.
(2) In the invention according to
(3) In the invention according to claim 3, the standing control means determines whether or not the riding section has moved until the center of gravity of the vehicle body is located on a vertical line passing through the ground point of the drive wheel. The vehicle according to
(4) In the invention according to claim 4, the standing control means determines a riding section target position of the riding section and a vehicle body inclination angle target value according to an elapsed time from the start of standing, and the riding section 3. The feedback state of the movement state of the riding section according to a target position, and the feedback control of the inclination state of the vehicle body according to the vehicle body inclination angle target value. Item 4. A vehicle according to Item 3.
(5) In the invention according to claim 5, the standing control means is arranged such that the riding section target position and the vehicle body inclination angle are set so that the standing speed at the start of standing and at the completion of standing is smaller than the standing speed during the standing. The target value is determined, and the vehicle according to claim 4 is provided.
( 6 ) The invention according to claim 6 , further comprising load acquisition means for acquiring a load acting on the riding section, and determining the riding section target position in accordance with the acquired load. 4. A vehicle according to 4 .
(7) In the invention of claim 7, wherein the load acquisition means, the measurement value by the load meter for measuring the mounting load of the riding section or the moving state of the riding section, before Symbol vehicle body inclination state, the drive The vehicle according to claim 6 , wherein an estimated value by a state observer using at least one of the rotation states of the wheels is a load acting on the riding section.
本発明では、車両本体の重心が前記駆動輪の接地点を通る鉛直線上に位置するように、搭乗部を前方に移動させながら車両本体の起立のための傾斜を行うので、車両の移動を伴うことなく起立のための傾斜を行うことができる。 In the present invention, as the center of gravity of the vehicle body is positioned on the vertical line that passes through the ground contact point of the drive wheel, since the slope for raising elevation of the vehicle body while moving the riding section before towards the movement of the vehicle it is possible to perform tilt for causing elevation without.
以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図1から図18を参照して詳細に説明する。
(1)実施形態の概要
倒立車両では、車両を直立させた状態よりも傾斜させた状態のほうが乗車、降車を行い易い場合がある。例えば、地面から比較的高い位置に搭乗部がある倒立車両の場合、車両の直立状態では搭乗者が乗車することが困難であるため、傾斜状態とすることが好ましい。また、両を傾斜させることで、その重心が低くなり、乗車、降車時における車両の安定性が高くなる。
本実施形態の車両では、傾斜状態をさらに安定させるために、車体に固定された構造体としてストッパ(制限機構)を配置し、駆動輪の接地点とストッパの接地点から等距離の位置に車両本体(駆動輪と駆動モータを除き、搭乗者、ストッパ、車体等)の重心を移動させることで、傾斜状態の車両を安定的に停止させる。
本明細書において、ストッパの前方端部が接地し、車体が傾斜して停止している状態を乗降停止という。
Hereinafter, a preferred embodiment of a vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 18.
(1) Outline of Embodiment In an inverted vehicle, it may be easier to get on and off the vehicle when the vehicle is tilted than when it is upright. For example, in the case of an inverted vehicle having a riding section at a relatively high position from the ground, it is preferable that the vehicle is in an inclined state because it is difficult for the passenger to get on when the vehicle is upright. In addition, by tilting both, the center of gravity is lowered, and the stability of the vehicle when getting on and off is increased.
In the vehicle of this embodiment, in order to further stabilize the tilted state, a stopper (limitation mechanism) is disposed as a structure fixed to the vehicle body, and the vehicle is located at a position equidistant from the ground point of the drive wheel and the ground point of the stopper. By moving the center of gravity of the main body (excluding drive wheels and drive motors, passengers, stoppers, vehicle bodies, etc.), the vehicle in an inclined state is stably stopped.
In this specification, the state where the front end of the stopper is grounded and the vehicle body is tilted and stopped is referred to as boarding / stopping.
乗降停止状態では、車両本体の重心が駆動輪の接地点の鉛直線上よりも前方に存在する。このため、車両をゆっくり起立させたり、傾斜させたりする場合に、起立や傾斜を制御するためのトルクを車体に作用させると、その反作用で車輪が回転してしまい、車両が前後に移動してしまう。
そこで、本実施形態では、搭乗部を前後に移動させることにより、車両本体が傾いた状態でも、その重心が駆動輪接地点の鉛直線上にある状態をつくり、その重心が移動しないように、車体傾斜角と搭乗部位置とを制御することで、車両を移動させることなく(車輪を回転させることなく)起立、傾斜を実現する。
In the boarding / alighting stop state, the center of gravity of the vehicle body is present in front of the vertical line of the contact point of the drive wheel. For this reason, when the vehicle is slowly raised or tilted, if the torque for controlling the standing or tilting is applied to the vehicle body, the wheel rotates due to the reaction and the vehicle moves back and forth. End up.
Therefore, in the present embodiment, by moving the riding section back and forth, even when the vehicle body is tilted, the center of gravity is on the vertical line of the driving wheel grounding point so that the center of gravity does not move. By controlling the inclination angle and the riding section position, the vehicle can stand up and tilt without moving the vehicle (without rotating the wheel).
図1は、本実施形態による起立制御((a)〜(c))と乗降停止制御((d)〜(f))における車両の状態を表したものである。
本実施形態では、図1(a)、(f)に示されるように、乗降停止状態において搭乗部(シート)13を前方に移動させておく。この状態において車両本体の重心Pは、駆動輪12の接地点S1とストッパ17の接地点S2との間に位置している。
このように、搭乗部13の高さを低く前方に動かすことで、乗り降りが容易になる。
この乗降停止状態において、搭乗者が搭乗した後に起立指令が出されると、図1(a)の矢印A1で示されるように、重心Pが接地点S1を通る鉛直線V上に位置するまで搭乗部13を後方に移動する。
搭乗部13の後方移動開始から重心Pが鉛直線V上に移動するまでの間は、接地点S1とS2の両者が接地しており、且つ、両接地点S1、S2間上に重心Pが位置しているため、車両本体の傾斜角は変化することはない。
FIG. 1 shows the state of a vehicle in standing control ((a) to (c)) and boarding / stopping control ((d) to (f)) according to the present embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1F, the riding section (seat) 13 is moved forward in the boarding / alighting stop state. In this state, the center of gravity P of the vehicle body is located between the ground point S1 of the
In this way, getting on and off is facilitated by moving the height of the
In this state of boarding / exiting, if a standing-up command is issued after the passenger has boarded, boarding is performed until the center of gravity P is positioned on the vertical line V passing through the grounding point S1, as indicated by an arrow A1 in FIG. The
Between the start of rearward movement of the
重心Pが鉛直線V上に移動したら、図1(b)に示されるように、重心Pが鉛直線V上から移動しないように、搭乗部13を矢印A2で示すように前方に移動させながら、矢印B1で示されるように車両本体を起立させる。図1(c)は起立制御が完了した状態を表している。
ここで、搭乗部13の前方移動による重心移動量と車両本体の起立による重心移動量とが互いに相殺するように両者を移動させることで、重心Pの移動をなくしている。
When the center of gravity P moves on the vertical line V, as shown in FIG. 1B, the
Here, the movement of the center of gravity P is eliminated by moving the center of
一方、乗降停止制御の場合、図1(d)に示されるように、重心Pが鉛直線V上に存在する状態から、重心Pが鉛直線V上から移動しないように、搭乗部13を矢印A3で示すように後方に移動させながら、矢印B2で示されるように車両本体を前方に傾斜させる。
そして、ストッパ17の先端部が接地点2で接地すると、車両は倒立状態から脱して安定的に停止する。その後、車両を乗降停止の初期状態とするため、搭乗部13を前方に移動することで、座面部を下げて降車を容易にする。図1(f)は乗降停止制御が完了した状態を表している。
On the other hand, in the case of the getting-on / off stop control, as shown in FIG. 1D, the
And if the front-end | tip part of the
本実施形態により、次のような効果を得ることができる。
(a)乗降停止状態では、ストッパの前方端部が接地し、駆動輪とストッパ接地点の間に車両本体の重心が存在するので、車両を安定的に停止させることができ、搭乗者の乗車及び降車を容易にすることができる。
(b)車両が移動することなく、ゆっくりと起立及び傾斜を行うことができるので、起立完了まで、及び乗降停止までの搭乗者への不快感をなくすことができる。
(c)起立、乗降停止を車両の移動なしで行うことができるので、乗車、降車の際に、前方に広いスペースを確保する必要が無い。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(A) In the boarding / alighting stop state, the front end of the stopper is grounded and the center of gravity of the vehicle body exists between the driving wheel and the stopper grounding point, so that the vehicle can be stably stopped and And getting off can be made easy.
(B) Since the vehicle can be slowly raised and tilted without moving, it is possible to eliminate discomfort to the passenger until the completion of the raising and the stop of getting on and off.
(C) Since standing, getting on and off can be performed without moving the vehicle, it is not necessary to secure a wide space forward when getting on and off.
(2)実施形態の詳細
図2は、本実施形態における車両について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示したものである。
図2に示されるように、車両は、同軸上に配置された2つの駆動輪11a、11bを備えている。
両駆動輪11a、11bは、それぞれ駆動モータ12a、12bで駆動されるようになっている。
(2) Details of Embodiment FIG. 2 illustrates an external configuration of a vehicle in the present embodiment in a state where an occupant is traveling and traveling forward.
As shown in FIG. 2, the vehicle includes two drive wheels 11a and 11b arranged on the same axis.
Both drive wheels 11a and 11b are driven by drive motors 12a and 12b, respectively.
駆動輪11a、11b(両駆動輪11aと11bを指す場合には駆動輪11という。以下他の構成も同様)及び駆動モータ12の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗部13(シート)が配置されている。
搭乗部13は、運転者が座る座面部131、背もたれ部132、及びヘッドレスト133で構成されている。
Boarding on which driving loads 11a and 11b (referred to as driving wheels 11 when referring to both driving wheels 11a and 11b. The same applies to other configurations hereinafter) and the driving
The
搭乗部13は、搭乗部移動機構として機能する移動機構(図示しない)を介して支持部材14により支持されている。支持部材14は駆動モータ12が収納されている駆動モータ筐体に固定されている。
移動機構としては、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、搭乗部駆動モータの駆動トルクにより搭乗部13と、支持部材14との相対的な位置を変更するようになっている。
The
As the moving mechanism, for example, a low-resistance linear moving mechanism such as a linear guide device is used, and the relative position between the riding
リニアガイド装置は、支持部材14に固定された案内レールと、搭乗部駆動モータに固定されたスライダと、転動体を備えている。
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。
スライダの幅方向に沿う断面はコ字状に形成されており、その対向する二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、前述した軌道溝の間に組み込まれて、案内レールとスライダ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、スライダには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝と戻し通路を循環するようになっている。
リニアガイド装置には、リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ(クラッチ)が配設されている。搭乗部の動作が不要であるときには、このブレーキにより、案内レールにスライダを固定することで、案内レールが固定されている支持部材14と、スライダが固定されている搭乗部13との相対的位置を保持する。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、支持部材14側の基準位置と搭乗部13側の基準位置との距離が所定値となるように制御する。
The linear guide device includes a guide rail fixed to the support member 14, a slider fixed to the riding section drive motor, and a rolling element.
In the guide rail, two track grooves are formed linearly along the longitudinal direction on the left and right side surfaces thereof.
The cross section along the width direction of the slider is formed in a U-shape, and two track grooves are formed on the inner sides of the two opposing side surfaces so as to face the track grooves of the guide rail. .
The rolling element is incorporated between the raceway grooves described above and rolls in the raceway groove with the relative linear motion of the guide rail and the slider.
The slider has a return passage that connects both ends of the raceway groove, and the rolling elements circulate between the raceway groove and the return passage.
The linear guide device is provided with a brake (clutch) for fastening the movement of the linear guide device. When the operation of the riding section is unnecessary, the slider is fixed to the guide rail by this brake, so that the relative position between the support member 14 to which the guide rail is fixed and the
搭乗部13の脇には入力装置30が配置されている。この入力装置30は、運転者の操作により、車両の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の指示を行うと共に、本実施形態における起立指示や乗降停止指示を行うためのものである。
An
本実施形態における入力装置30は、座面部131に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に入力装置30を配置するようにしてもよい。
The
また、本実施形態の車両には、入力装置30が配置されているが、予め決められた走行指令データに従って自動走行する車両の場合には、入力装置30に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを取得する読み取り手段、または/及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成してもよい。
Further, although the
なお、図1において、搭乗部13には人が搭乗している場合について示しているが、必ずしも人が運転する車両には限定されず、荷物だけを乗せて外部からのリモコン操作等により走行や停止をさせる場合、荷物だけを乗せて走行指令データに従って走行や停止をさせる場合、更には何も搭乗していない状態で走行や停止をする場合であってもよい。
この場合の起立指示や降車指示は、走行指令データと同様に、リモコン操作等により行われる。
本実施形態において、入力装置30の操作により入力される操作信号に応じて加減速等の制御が行われる。
Although FIG. 1 shows a case where a person is in the
In this case, the stand-up instruction and the get-off instruction are performed by a remote control operation or the like, similarly to the travel command data.
In the present embodiment, control such as acceleration / deceleration is performed according to an operation signal input by operating the
搭乗部13と駆動輪11との間には制御ユニット16が配置されている。
本実施形態において制御ユニット16は、支持部材14に取り付けられている。
なお、制御ユニット16は、搭乗部13の座面部131の下面に取り付けるようにしてもよい。この場合、制御ユニットは移動機構によって搭乗部13と共に前後に移動する。
A control unit 16 is disposed between the riding
In the present embodiment, the control unit 16 is attached to the support member 14.
The control unit 16 may be attached to the lower surface of the seat surface portion 131 of the
支持部材14には、乗降停止状態で、一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構として機能する、1対のストッパ17が固定されている。
1対のストッパ17は、駆動輪12を挟むように配置されているが、駆動輪12a、12bの間に配置するようにしてもよい。
A pair of
The pair of
ストッパ17は、固定される支持部材14の位置から車両の前後方向に延在した湾曲形状をしており、前方端部P1及び後方端部P2が地面に接地することで、車体の傾斜を制限するようになっている。
ストッパ17は、駆動輪11の回転軸から前方端部P1までの距離と後方端部P2までの距離が同じで、車体の直立状態(車体の傾斜角がゼロの状態)において地面から前方端部P1までの高さと、後方端部P2までの高さは同じである。
本実施形態では、前方端部P1が接地した状態において乗降停止するが、この際の車体傾斜角は、15度に設定されている。この乗降停止時の傾斜角は、車両の最大加速時の車体傾斜角よりも大きければ任意の角度に設定可能である。
The
The
In this embodiment, the boarding / alighting stop is performed in a state where the front end portion P1 is grounded, and the vehicle body inclination angle at this time is set to 15 degrees. The inclination angle when stopping and getting on and off can be set to an arbitrary angle as long as it is larger than the inclination angle of the vehicle body at the time of maximum acceleration of the vehicle.
また後方端部P2の接地時における傾斜角も、車両の最大減速時の車体傾斜角よりも大きければ、任意の角度に設定可能である。本実施形態では、この傾斜角度も同じ15度に設定してるが、要求する加速度、減速度に合わせて、両者を異なる値に設定してもよい。 Further, the inclination angle of the rear end portion P2 at the time of grounding can be set to any angle as long as it is larger than the vehicle body inclination angle at the time of maximum deceleration of the vehicle. In this embodiment, this inclination angle is also set to the same 15 degrees, but both may be set to different values in accordance with the required acceleration and deceleration.
駆動輪11の回転軸からストッパ17の前方端部P1までの距離は、前方端部P1が接地した状態において、乗員搭乗時の車両重心、及び、想定される体重、体型を有する乗員搭乗時の車両重心が、ともに駆動輪11の接地点から前方端部P1までの領域(2点間の鉛直上方)に位置するように設計されている。
The distance from the rotation shaft of the drive wheel 11 to the front end P1 of the
本実施形態において、車両を構成する各部のうち、駆動輪11と駆動モータ12を除く部分を車両本体という。車両本体には、搭乗部13、ストッパ17、操縦装置30、制御ユニット16、移動機構等で構成される。車両本体は、移動機構により車両前後方向に移動する搭乗部13と、搭乗部13以外の部分からなる車体から構成される。
In the present embodiment, a portion excluding the drive wheels 11 and the
本実施形態の車両は、その他の装置としてバッテリを備えている。バッテリは、駆動モータ12、搭乗部駆動モータ、制御ECU20等に駆動用及び演算用の電力を供給する。
The vehicle according to the present embodiment includes a battery as another device. The battery supplies drive and calculation power to the
図3は、第1実施形態における制御システムの構成を表したものである。
制御システムは、起立制御手段及び乗降停止制御手段として機能する制御ECU(電子制御装置)20、操縦装置31、起動・降車スイッチ32、角度計(角速度計)41、駆動輪回転角度計51、駆動輪アクチュエータ52(駆動モータ12)、シート駆動モータ回転角度計(位置センサ)71、シート駆動アクチュエータ72(搭乗部駆動モータ)、その他の装置を備えている。
FIG. 3 shows the configuration of the control system in the first embodiment.
The control system includes a control ECU (electronic control unit) 20 that functions as a standing control unit and a boarding / alighting stop control unit, a
制御ECU20は、主制御ECU21、駆動輪制御ECU22を備えており、駆動輪制御、車体制御(倒立制御)等により、車両の走行、姿勢制御等の各種制御を行う。また、制御ECU20は、シート制御ECU23を備えており、本実施形態における搭乗部13の移動による起立・乗降停止制御を行うようになっている。
制御ECU20は、本実施形態における起立・乗降停止制御プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたROM、作業領域として使用されるRAM、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
The
The
主制御ECU21には、駆動輪回転角度計51、角度計(角速度計)41、シート駆動モータ回転角度計(位置センサ)71、及び、入力装置30として操縦装置31、起動・降車スイッチ32が接続されている。
操縦装置31は、搭乗者の操作に基づく走行指令を主制御ECU21に供給する。操縦装置31は、ジョイスティックを備えている。ジョイスティックは直立した状態を中立位置とし、前後方向に傾斜させることで加減速を指示し、左右に傾斜させることで左右方向の旋回曲率を指示する。傾斜角度に応じて、要求加減速度、旋回曲率が大きくなる。
Connected to the
The
起動・降車スイッチ32は、搭乗後の起動指示、及び降車指示(乗降停止状態への移行指示)を、搭乗者が車両に対して行うためのスイッチである。
起動・降車スイッチ32には、起動指示スイッチと、降車指示スイッチが配置されている。
The start / drop-
The start / get off
主制御ECU21は、角度計41と共に車体制御システム40として機能し、倒立車両の姿勢制御として、車体傾斜状態に基づき、駆動輪12の反トルクで車体の姿勢制御を行う。
The
主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、駆動輪回転角度計50、駆動輪アクチュエータ52と共に駆動輪制御システム50として機能する。
駆動輪回転角度計51は主制御ECU21に駆動輪11の回転角を供給し、主制御ECU21は駆動輪制御ECU22に駆動トルク指令値を供給し、駆動輪制御ECU22は駆動輪アクチュエータ52に駆動トルク指令値に相当する駆動電圧を供給する。
駆動輪アクチュエータ52は、指令値に従って、両駆動輪11a、11bを各々独立して制御するようになっている。
The
The driving wheel
The
また、主制御ECU21は、シート制御ECU24、シート駆動モータ回転角度計(位置センサ)71、シート駆動アクチュエータ72と共にシート制御システム70として機能する。
シート駆動モータ回転角度計71は主制御ECU21にシート駆動モータの回転角、あるいは、シート位置を供給し、主制御ECU21はシート制御ECU24に駆動推力指令値を供給し、シート制御ECU24はシート駆動アクチュエータ72に駆動推力指令値に相当する駆動電圧を供給する。
シート駆動アクチュエータ72は、指令値に従って、移動機構(リニアガイド装置)に沿う方向に搭乗部13を位置制御するようになっている。
The
The seat drive motor
The
主制御ECU21は、駆動輪トルク決定手段として機能する。
また、主制御ECU21は、起立制御手段、乗降停止制御手段として機能する。
The
The
以上の通り構成された車両における、起立・乗降停止制御について次に説明する。
図4は、起立・乗降停止制御のメインフローを表したフローチャートである。
この図4に示した起立・乗降停止制御のメインフローは、後述する起立制御、乗降停止制御についての第1実施形態から第4実施形態に共通である。
Next, the stand-up / alighting / stopping control in the vehicle configured as described above will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing the main flow of the stand-up / alighting stop control.
The main flow of the stand-up / alighting / stopping control shown in FIG. 4 is common to the first to fourth embodiments for the standing-up control and the boarding / alighting stop control described later.
初めに、主制御ECU21は、起動、降車指示スイッチの信号を取得する(ステップ1)。
次に、主制御ECU21は、車体が倒立状態にあるか否かを判断する(ステップ2)。この判別は、たとえば車体傾斜角の計測値を使って行う。
車体が倒立状態になく(ステップ2;N)、かつ、起動指示スイッチがON(ステップ3;Y)の場合、主制御ECU21は、後述する起立制御処理を実行し(ステップ4)、その後メインルーチンにリターンする。
起立制御処理後のメインルーチンでは、通常の姿勢(倒立)制御および走行制御が実行される。
First, the
Next, the
When the vehicle body is not in an inverted state (
In the main routine after the standing control process, normal posture (inverted) control and traveling control are executed.
一方、車体が倒立状態であり(ステップ2;Y)、かつ、降車指示スイッチがON(ステップ5;Y)の場合、主制御ECU21は、車両が倒立状態で停止しているか否かについて判断する(ステップ6)。
ここで主制御ECU21は、倒立状態で停止しているか否かの判別条件として、左右各々の駆動輪11の回転速度(絶対値)が共に所定の閾値以下である場合に「停止」とみなす。
例えば、停止するために減速中である場合のように、まだ倒立状態で停止していない場合(ステップ6;N)、主制御ECU21は、メインルーチンにリターンし、停止と判断(ステップ6;Y)するまで倒立姿勢制御を継続する。
On the other hand, when the vehicle body is in an inverted state (
Here, the
For example, when the vehicle is not yet stopped in an inverted state (step 6; N), such as when the vehicle is decelerating to stop, the
主制御ECU21は、倒立状態で停止していると判断した場合(ステップ6;Y)、後述する乗降停止制御を実行し(ステップ7)、その後メインルーチンにリターンする。
乗降停止制御後のメインルーチンでは、車両の停止状態になるので、その後の起立制御指令やイグニッションキーのオフ(電源オフ指令)の監視など、対応する処理への移行を行う。
When the
In the main routine after the boarding / stopping control, since the vehicle is in a stopped state, a transition is made to the corresponding processing such as the subsequent stand-up control command and the monitoring of the ignition key off (power-off command).
なお、本実施形態では、車体が倒立状態になく、起動指示スイッチがONの場合に起立制御を行うが、荷重センサなどを搭乗部13の座面部131に配設し、起立制御の指令供給と搭乗者の着座検知を条件に起立制御を開始するようにしてもよい。例えば、起立指令が与えられたとしても着座を検知できない場合には、起立制御を開始しない。また、搭乗者の起動指示スイッチの操作がなくても、着座の検知のみを条件に起立制御を開始するようにしてもよい。
In this embodiment, the standing control is performed when the vehicle body is not in an inverted state and the start instruction switch is ON. However, a load sensor or the like is provided on the seat surface portion 131 of the
また、車体が倒立停止状態にあり、降車指示スイッチがONである場合に乗降停止制御を行うが、主制御ECU21が何らかの異常を検出し、車両の姿勢制御を続行することが困難と判断した場合に、強制的に乗降停止制御に移行させるようにしてもよい。
Further, when the vehicle body is in an inverted stop state and the getting-off instruction switch is ON, the getting-on / off stop control is performed, but the
次に、第1実施形態における起立制御(ステップ4;図4)の内容について説明する。
図5は、第1実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
なお、以下の説明において、搭乗部13をシートと表現する。
主制御ECU21は、センサから車体傾斜と車輪回転の状態量を取得する(ステップ11)。すなわち主制御ECU21は、シート駆動モータ回転角度計(位置センサ)71から回転角(シート位置λS)を取得し、角度計(角速度計)41から車体傾斜角θ1(角速度)を取得する。
Next, the contents of the stand-up control (step 4; FIG. 4) in the first embodiment will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing the processing content of the standing control in the first embodiment.
In the following description, the
The
ついで主制御ECU21は、ステップ11で取得した各状態量に基づいて、シート位置目標値λS *を決定する(ステップ12)。
すなわち、主制御ECU21は、次の数式1、数式2により、シート位置の目標値λS *を決定する。
Next, the
That is, the
(数式1)
r<1のとき,λS *=λS,init(1−r)+λS,nr,
r≧1のとき,λS *=λS,n
(Formula 1)
When r <1, λ S * = λ S, init (1−r) + λ S, n r,
When r ≧ 1, λ S * = λ S, n
数式1において、制御開始からの時間tを所定の時間T1で無次元化した値(r=t/T1)を表している。
また、λS,initは本制御開始時のシート位置(シートの初期位置)を表す。
λS,nは後述の数式2で表されるシートの重心補正位置である。重心補正位置は、搭乗者やシートを含む車両本体の重心Pが、駆動輪11の接地点S1を通る鉛直線V上に位置している状態(図1(b)参照)におけるシート(搭乗部13)の位置である。
In
Also, λ S, init represents the sheet position (initial position of the sheet) at the start of this control.
λ S, n is a center-of-gravity correction position of the sheet expressed by
T1は、シート後方移動時間を表し、予め設定された値が使用される。
本実施形態では、図6(a)に示されるように、シート後方移動時間T1の間に、シートの初期位置λS,initから、重心補正位置λS,nまで直線的に変化するように、シート目標位置λS *が決定される。
但し、図6(a)の点線で示すように、初期位置λS,initから移動開始の際と、重心補正位置λS,nまでの移動完了前の変化量が、両者間の変化量よりも小さくなるように、シート目標位置λS *を設定するようにしてもよい。これにより、シート移動の加減速に伴う搭乗者へのショックを軽減することができる。
T 1 represents the seat backward movement time, and a preset value is used.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6 (a), between the seat backward movement time T 1, from the initial position lambda S, init sheet, so as to vary linearly to the center of gravity correction position lambda S, n Then, the seat target position λ S * is determined.
However, as indicated by the dotted line in FIG. 6A, the amount of change before the movement from the initial position λ S, init to the center of gravity correction position λ S, n before the completion of movement is greater than the amount of change between the two. Alternatively, the sheet target position λ S * may be set so as to be smaller. Thereby, the shock to the passenger accompanying the acceleration / deceleration of the seat movement can be reduced.
シートの重心補正位置λS,nは、次の数式2により設定する。この数式2において、θ1,initは、車体の初期傾斜角(本制御開始時の値)である。
また、l1は車両本体の車軸からの重心距離で、msは搭乗部質量、m1は車両本体の質量(搭乗部を含む)である。
The center-of-gravity correction position λ S, n of the sheet is set by the following
Further, l 1 is the center-of-gravity distance from the axle of the vehicle main body, m s is the riding section mass, and m 1 is the mass of the vehicle main body (including the riding section).
(数式2)
λS,n=−l1(m1/ms)tanθ1,init
(Formula 2)
λ S, n = −l 1 (m 1 / m s ) tan θ 1, init
次に主制御ECU21は、シート駆動アクチュエータ72によるシートの駆動推力指令値SSを決定する(ステップ13)。すなわち、主制御ECU21は、決定したシート目標位置λS *を使用して、次の数式3により、シートの駆動推力指令値SSを決定する。
ここで、{x}は、xの時間微分を表し、例えば、{λS}はλSの時間微分を表す。また、以下の説明においても同様の表記を用いることとする。
Next, the
Here, {x} represents a time derivative of x, for example, {λ S } represents a time derivative of λ S. The same notation is used in the following description.
(数式3)
SS=SS,f−KS7(λS−λS *)−KS8({λS}−{λS *})
(Formula 3)
S S = S S, f −K S7 (λ S −λ S * ) − K S8 ({λ S } − {λ S * })
数式3において、λSは、シート駆動モータ回転角度計71で検出される現在のシート位置である。この値λSがステップ11で決定したシート位置目標値λS *と一致するように、フィードバック制御される。
KS7、KS8は、フィードバックゲインであり、例えば、極配置法によって、あらかじめ設定された値が使用される。
SS,fは、対乾性摩擦用のフィードフォワードトルクを表し、設定値を与えるが、その正負は移動方向に合わせて変化させる(後方移動の場合は、負の値)。なお、SS,fの代わりに、シート位置偏差(λS−λS *)の積分ゲインを与えるようにしてもよい。
なお、本実施形態では、数式3を使用するが、第1項と第3項はより精度を高めるための項であり省いてもよい。例えばSS=−KS7(λS−λS *)で与えるようにしてもよい。
In Equation 3, λ S is the current sheet position detected by the sheet drive motor
K S7 and K S8 are feedback gains, and for example, values set in advance by the pole placement method are used.
S S, f represents a feed forward torque for dry friction and gives a set value, and its positive / negative is changed in accordance with the moving direction (a negative value in the case of backward movement). Instead of S S, f , an integral gain of the seat position deviation (λ S −λ S * ) may be given.
In the present embodiment, Equation 3 is used, but the first and third terms are terms for improving accuracy and may be omitted. For example, S S = −K S7 (λ S −λ S * ) may be given.
次に主制御ECU21は、シート制御システム70に決定した駆動推力指令値SSを与える(ステップ14)。すなわち、主制御ECU21は、決定したシートの駆動推力指令値SSをシート制御ECU24に供給し、シート制御ECU24は、駆動推力指令値SSに対応した駆動電圧をシート駆動アクチュエータ72に供給する。
これにより、シート(搭乗部13)は、シート目標位置λS *に向けて後方に移動する。
Next, the
As a result, the seat (the riding section 13) moves rearward toward the seat target position λ S * .
次に主制御ECU21は、移動させたシートが重心補正位置に到達したか否かを判断する(ステップ15)。ここで、重心補正位置は、図1(b)に示されるように、車両本体の重心Pが駆動輪11の接地点S1を通る鉛直線上にあるときのシート位置をいう。
シートが重心補正位置に到達したと判断すると(ステップ15;Y)、主制御ECU21は、ステップ21以降の処理に移行し、車体の起立を開始する。
Next, the
When it is determined that the seat has reached the center of gravity correction position (step 15; Y), the
一方、シートが重心補正位置に到達していない場合(ステップ15;N)、主制御ECU21は、車両本体が起き上がり始めているか否かを判断する(ステップ16)。車両本体が起き上がり始めているか否かの判断は、例えば、車体傾斜角の初期値からの変化量が所定の閾値以上である場合に「起き上がり」と判断する。
このように、数式2に従って設定したシートの重心補正位置λS,nにシートが到達する前(ステップ15;N)に車両本体が起き上がり始めたか否かを判断するのは、数式2から求めた計算値としての重心補正位置λS,nに対して、パラメータ誤差や外乱により、車体が起き上がり始めてしまう場合があるためである。例えば、実際の搭乗者重量が想定値と大きく異なっているために車両本体の重心が想定した位置からずれている場合や、風力等の外乱を受けたために起き上がる場合などが該当する。
このように、車両本体の起き上がりを検出した場合(ステップ16;Y)、主制御ECU21は、実際の車両本体の重心Pが駆動輪11の接地点S1を通る鉛直線V上に到達している(図1(b)参照)とみなし、即時にシートの後方移動を中止して、ステップ21移行の車体起立へ移行する。
On the other hand, if the seat has not reached the center of gravity correction position (step 15; N), the
In this way, whether or not the vehicle body has started to rise before the seat reaches the center-of-gravity correction position λ S, n of the seat set according to
Thus, when the rising of the vehicle main body is detected (step 16; Y), the
シートが重心補正位置λS,nに到達していず(ステップ15;N)、車体も起き上がり始めていない場合(ステップ16;N)、主制御ECU21は、ステップ11に戻り、シートを重心補正位置に移動させる動作を繰り返す。
以上のステップ11からステップ16までの処理が、乗降停止状態(図1(a))で起立制御指令が出されてから、シート(搭乗部13)を後方に移動させて、車両本体の重心Pが駆動輪11の接地点S1を通る鉛直線V上に到達(図1(b))するまでの処理である。
When the seat has not reached the center-of-gravity correction position λ S, n (step 15; N) and the vehicle body has not started to rise (step 16; N), the
In the processing from step 11 to step 16 described above, after the standing control command is issued in the boarding / alighting stop state (FIG. 1A), the seat (boarding portion 13) is moved rearward, and the center of gravity P of the vehicle main body P Is a process until it reaches the vertical line V passing through the ground contact point S1 of the drive wheel 11 (FIG. 1B).
車両本体の重心Pが駆動輪11の接地点S1を通る鉛直線V上に到達した後(ステップ15;Y、16;Y)、主制御ECU21は、ステップ21からステップ25により、車両本体を起立させる。ステップ21からステップ25迄の処理が、車両本体の重心Pが重心補正位置(鉛直線V上の位置)に移動してから(図1(b))、車体の起立が完了するまで(図1(c))の処理である。この間の処理では、車両本体の重心位置P及び車両の位置を動かさないように制御される。
After the center of gravity P of the vehicle main body reaches the vertical line V passing through the contact point S1 of the drive wheel 11 (steps 15; Y, 16; Y), the
まず主制御ECU21は、センサから各状態量を取得する(ステップ21)。すなわち主制御ECU21は、シート駆動モータ回転角度計(位置センサ)71から回転角(シート位置λS)を、角度計(角速度計)41から車体傾斜角θ1(角速度)を、駆動輪回転角度計51から駆動輪回転角θWを、それぞれ取得する。
First, the
次に主制御ECU21は、シート位置と車体傾斜角の目標値λS *、θ1 *を決定する(ステップ22)。すなわち、主制御ECU21は、数式4によりシート位置の目標値λS *を決定すると共に、その目標値λS *を使用して、数式5により車体傾斜角の目標値θ1 *を決定する。
Next, the
(数式4)
r<1のとき,λS *=λS,init2(1−r),
r≧1のとき,λS *=0 (r≧1)
(Formula 4)
When r <1, λ S * = λ S, init2 (1-r),
When r ≧ 1, λ S * = 0 (r ≧ 1)
(数式5)
θ1 *=−tan-1(mSλS */m1l1)
(Formula 5)
θ 1 * = − tan −1 (m S λ S * / m 1 l 1 )
数式4において、rは本制御ループ(ステップ21〜ステップ25)開始からの時間tを所定の時間T2で無次元化した値(r=t/T2)を表している。またλS,init2は、同開始時のシート位置(シートの初期位置)を表す。
λS,nは上述したシートの重心補正位置を表す。
T2はシート前方移動時間を表し、予め設定された値が使用される。本実施形態では、図6(b)に示されるように、シート前方移動時間T2の間に、シートの初期位置λS,init2から、λS *=0のシート基準位置(車両倒立時に車両本体の重心Pが駆動輪11の接地点S1を通る鉛直線上にあるようなシートの位置)まで直線的に変化するように、シート目標位置λS *が決定される。また、図6(c)に示されるように、シート前方移動時間T2の間に、車体傾斜角の目標値θ1 *から、θ1 *=0の直立姿勢まで、数式5で示される曲線に沿って変化するように、車体傾斜目標値θ1 *が決定される。
但し、図6(b)、(c)の点線で示すように、初期位置から移動開始の際と、移動完了前の変化量が、両者間の変化量よりも小さくなるように、シート目標位置λS *、車体傾斜目標位置θ1 *を設定するようにしてもよい。これにより、シート移動および車体起立の加減速に伴う搭乗者へのショックを軽減することができる。
In Equation 4, r represents a value (r = t / T 2 ) obtained by making the time t from the start of this control loop (
λ S, n represents the center of gravity correction position of the sheet described above.
T 2 represents the seat forward movement time, and a preset value is used. In this embodiment, as shown in FIG. 6B, during the seat forward movement time T 2 , the seat reference position of λ S * = 0 from the initial seat position λ S, init2 The seat target position λ S * is determined such that the center of gravity P of the main body linearly changes to the seat position on the vertical line passing through the ground point S1 of the drive wheel 11. Further, as shown in FIG. 6C, during the seat forward movement time T 2 , the curve expressed by Equation 5 from the target value θ 1 * of the vehicle body inclination angle to the upright posture of θ 1 * = 0. The vehicle body tilt target value θ 1 * is determined so as to change along
However, as indicated by the dotted lines in FIGS. 6B and 6C, when the movement starts from the initial position, the sheet target position is set so that the amount of change before completion of movement is smaller than the amount of change between the two. λ S * and the vehicle body tilt target position θ 1 * may be set. Thereby, the shock to the passenger accompanying the acceleration and deceleration of the seat movement and the vehicle body standing can be reduced.
次に主制御ECU21は、各アクチュエータの指令値SS、τWを決定する(ステップ23)。すなわち主制御ECU21は、決定したシート位置と車体傾斜角の目標値λS *、θ1 *から、数式6によりシートの駆動推力指令値SSを、数式7により駆動輪のトルク指令値τWをそれぞれ決定する。
Next, the
(数式6)
SS=SS,f−KS7(λS−λS *)−KS8({λS}−{λS *})
(Formula 6)
S S = S S, f −K S7 (λ S −λ S * ) − K S8 ({λ S } − {λ S * })
(数式7)
τW=−KW2{θW}+KW3(θ1−θ1 *)+KW4({θ1}−{θ1 *})
(Formula 7)
τ W = −K W2 {θ W } + K W3 (θ 1 −θ 1 * ) + K W4 ({θ 1 } − {θ 1 * })
数式7において、KW2、KW3、KW4、KS7、KS8はフィードバックゲインであり、例えば、極配置法によって、予め設定した値を使用する。
なお、数式7に従うフィードバック制御において、シートの位置および速度を考慮するようにしてもよい。
また、数式6において、対乾性摩擦用のフィードフォワードトルクSS,fの代わりに、積分ゲインを与えるようにしてもよい。
In Equation 7, K W2 , K W3 , K W4 , K S7 , and K S8 are feedback gains, and for example, values set in advance by the pole placement method are used.
In the feedback control according to Equation 7, the seat position and speed may be taken into consideration.
In Equation 6, an integral gain may be given instead of the feedforward torque S S, f for dry friction.
次に主制御ECU21は、各制御システムに指令値SS、τWを与える(ステップ24)。すなわち主制御ECU21は、シート制御ECU24、駆動輪制御ECU22に、決定した指令値SS、τWをそれぞれ供給する。
これにより、駆動輪制御ECU22は、指令値τWに対応する駆動電圧を駆動輪アクチュエータ52に供給することで、駆動輪11に駆動トルクτWを与える。また、シート制御ECU24は、指令値SSに対応した駆動電圧をシート駆動アクチュエータ72に供給することで、シート(搭乗部13)を前方に移動させる。
そして、駆動輪11からの駆動トルクτWによって、車両本体は徐々に傾斜角θを小さくしながら起立し、起立による重心移動量は、シートの前方移動により打ち消される。このため、車両が前後に移動することなく、起立動作が行われる。
Next, the
Thus, the drive wheel control ECU22, by supplying a driving voltage corresponding to the command value tau W to the
Then, the vehicle body stands up while gradually reducing the inclination angle θ by the drive torque τ W from the drive wheels 11, and the amount of center of gravity movement due to the standing up is canceled out by the forward movement of the seat. For this reason, the standing operation is performed without the vehicle moving back and forth.
次に主制御ECU21は、起立が完了し倒立状態となっているか否かの判断をする(ステップ25)。主制御ECU21は、例えば、車体傾斜角(絶対値)が所定の閾値以下である場合に「倒立(=起立完了)」と判断する。
車両本体が倒立状態に至っていない場合(ステップ25;N)、主制御ECU21は、ステップ21に戻り、起立制御を続行する。
一方、起立状態に至っている場合(ステップ25;Y)、主制御ECU21は、本実施形態による起立制御処理を終了する。主制御ECU21は、以後、倒立状態における車両の姿勢(倒立)制御と走行制御を実行する。
Next, the
When the vehicle body has not reached the inverted state (
On the other hand, when the standing state has been reached (
次に、第1実施形態における乗降停止制御(ステップ7;図4)の内容について説明する。
図7は、第1実施形態における乗降停止制御の処理内容を表したフローチャートである。
図7に示した乗降停止制御において、ステップ31からステップ36までの処理が、倒立状態(図1(d))から、車両本体の重心Pを移動させることなく、また車両を前後に移動させることなく、ストッパ前方端部S2を接地させる処理、すなわち、乗降停止状態(図1(f))までの処理である。
また、ステップ41からステップ45までの処理が、乗降停止状態で搭乗者の降車を補助するために、シートを最前方位置(乗降補助位置)に移動させる処理である。
Next, the contents of the boarding / alighting stop control (step 7; FIG. 4) in the first embodiment will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing the processing contents of the boarding / alighting stop control in the first embodiment.
In the boarding / alighting stop control shown in FIG. 7, the processing from
Further, the processing from
主制御ECU21は、センサから各状態量を取得する(ステップ31)。すなわち主制御ECU21は、シート駆動モータ回転角度計(位置センサ)71から回転角(シート位置λS)を、角度計(角速度計)41から車体傾斜角θ1(角速度)を、駆動輪回転角度計51から駆動輪回転角θWを、それぞれ取得する。
The
次に主制御ECU21は、シート位置の目標値λS *と車体傾斜角の目標値θ1 *を決定する(ステップ32)。すなわち主制御ECU21は、次の数式8、数式9によりシート位置の目標値λS *を決定する。また、決定したシート位置の目標値λS *を使用して、数式10により車体傾斜角の目標値θ1 *を決定する。
Next, the
(数式8)
λS *=λS,nr
(Formula 8)
λ S * = λ S, n r
(数式9)
λS,n=−l1(m1/ms)tanθ1,F
(Formula 9)
λ S, n = −l 1 (m 1 / m s ) tan θ 1, F
(数式10)
θ1 *=−tan-1(mS{λS *}/m1l1)
(Formula 10)
θ 1 * = − tan −1 (m S {λ S * } / m 1 l 1 )
数式8において、rは本制御ループ(ステップ31〜ステップ36)開始からの時間tを所定の時間T2で無次元化した値(r=t/T2)を表す。T2はシート後方移動時間を表し、予め設定された値が使用される。
λS,nはシートの重心補正位置であり、数式9により算出する。重心補正位置は、車体接地時(乗降停止状態)において、車両本体の重心Pが駆動輪の接地点S1を通る鉛直線V上にあるときのシート(搭乗部13)の位置である。
数式9において、θ1,Fは、ストッパ前方端部S2が接地した状態、すなわち、乗降停止状態における車両本体の傾斜角(車体接地傾斜角)で、あらかじめ設定した値を使用する。但し、図5に示される起立制御の際に、車体が起立する直前の値(乗降停止状態における値)を記憶しておき、該値を使用するようにしてもよい。
In Equation 8, r represents a value (r = t / T 2 ) obtained by making the time t from the start of this control loop (
λ S, n is the center-of-gravity correction position of the sheet, and is calculated by Equation 9. The center-of-gravity correction position is the position of the seat (the riding section 13) when the center of gravity P of the vehicle body is on the vertical line V passing through the contact point S1 of the driving wheel when the vehicle body is in contact with the ground (when the boarding / alighting stop state).
In Equation 9, θ 1 and F are values set in advance in the state in which the stopper front end S2 is in contact with the ground, that is, the inclination angle of the vehicle body (vehicle body contact inclination angle) in the stoppage state. However, at the time of standing control shown in FIG. 5, the value immediately before the vehicle body stands (value in the boarding / stopping state) may be stored and used.
数式8、数式9により、シート後方移動時間T2に対して、図8(a)、(b)の実線で表されるようなシート位置の目標値λS *と車体傾斜角の目標値θ1 *が設定されるが、点線で示すような動作を設定することにより、シート移動および車体傾斜の加減速に伴う搭乗者へのショックを軽減するようにしてもよい。 According to Expressions 8 and 9, the target value λ S * of the seat position and the target value θ of the vehicle body inclination angle as represented by the solid lines in FIGS. 8A and 8B with respect to the seat rearward movement time T 2 . 1 * is set, but by setting an operation as shown by a dotted line, a shock to the passenger accompanying the acceleration / deceleration of the seat movement and the vehicle body inclination may be reduced.
次に主制御ECU21は、各アクチュエータの指令値SS、τWを決定する(ステップ33)。すなわち主制御ECU21は、数式8〜数式10で決定したシート位置と車体傾斜角の目標値λS *、θ1 *から、数式11によりシートの駆動推力指令値SSを、数式12により駆動輪のトルク指令値τWを、それぞれ決定する。
Next, the
(数式11)
SS=SS,f−KS7(λS−λS *)−KS8({λS}−{λS *})
(Formula 11)
S S = S S, f −K S7 (λ S −λ S * ) − K S8 ({λ S } − {λ S * })
(数式12)
τW=−KW2{θW}+KW3(θ1−θ1 *)+KW4({θ1}−{θ1 *})
(Formula 12)
τ W = −K W2 {θ W } + K W3 (θ 1 −θ 1 * ) + K W4 ({θ 1 } − {θ 1 * })
数式12において、KW2、KW3、KW4、KS7、KS8はフィードバックゲインであり、例えば、極配置法によって、予め設定した値を使用する。
なお、数式12のフィードバック制御において、シートの位置および速度を考慮するようにしてもよい。
また、数式11において、対乾性摩擦用のフィードフォワードトルクSS,fの代わりに、積分ゲインを与えるようにしてもよい。
In
Note that in the feedback control of
Further, in Formula 11, an integral gain may be given instead of the feedforward torque S S, f for dry friction.
次に主制御ECU21は、各制御システムに指令値SS、τWを与える(ステップ34)。すなわち主制御ECU21は、シート制御ECU24、駆動輪制御ECU22に、決定した指令値SS、τWをそれぞれ供給する。
これにより、駆動輪制御ECU22は、指令値τWに対応する駆動電圧を駆動輪アクチュエータ52に供給することで、駆動輪11に駆動トルクτWを与える。また、シート制御ECU24は、指令値SSに対応した駆動電圧をシート駆動アクチュエータ72に供給することで、シート(搭乗部13)を後方に移動させる。
そして、駆動輪11からの駆動トルクτWによって、車両本体は徐々に傾斜角θを大きくしながら傾斜し、車両本体傾斜による重心移動量は、シートの後方移動により打ち消される。このため、車両が前後に移動することなく、前方傾斜の動作が行われる。
Next, the
Thus, the drive wheel control ECU22, by supplying a driving voltage corresponding to the command value tau W to the
Then, the vehicle body is inclined while gradually increasing the inclination angle θ by the drive torque τ W from the drive wheel 11, and the center of gravity movement amount due to the vehicle body inclination is canceled by the rearward movement of the seat. For this reason, the forward tilting operation is performed without the vehicle moving back and forth.
次に主制御ECU21は、シートが重心補正位置、すなわち、車体接地状態(乗降停止状態)における車両本体の重心Pが駆動輪の接地点S1を通る鉛直線V上にあるときのシート位置に到達したか否かを判断する(ステップ35)。
シートが重心補正位置に到達していなければ(ステップ15;N)、主制御ECU21は、ステップ31に戻ってシートの後方移動と車両本体の前傾を続ける。
シートが重心補正位置に到達すると(ステップ35;Y)、更に主制御ECU21は、実際に車両本体が接地しているか否か、すなわち、ストッパ17の前方端部S2が接地しているか否かを判断する(ステップ36)。主制御ECU21は、例えば、車体傾斜角が所定の閾値以上である場合に「接地(=傾斜完了)」と判断する。
車両本体が接地していない場合(ステップ36;N)には、シートは計算上の重心補正位置に移動しているが、起立制御時と同様にパラメータ誤差や外乱等が原因で、車両本体の重心Pは実際には重心補正位置に到達していないことが想定されるため、主制御ECU21は、ステップ31に戻って、引き続きシートの後方移動と車両本体の前傾を行う。
Next, the
If the seat has not reached the center of gravity correction position (step 15; N), the
When the seat reaches the center-of-gravity correction position (
When the vehicle body is not grounded (
以上のステップ31からステップ36のループによる倒立状態から乗降停止状態に到るまでの処理が完了すると、主制御ECU21は、ステップ41からステップ45のループによる、降車補助の処理を行う。
まず主制御ECU21は、シート駆動モータ回転角度計(位置センサ)71から、現在のシート位置(回転角)λSを取得する(ステップ41)。
次に主制御ECU21は、シート位置の目標値λS *を、次の数式13から決定する(ステップ42)。
When the processing from the inverted state by the loop of
First, the
Next, the
(数式13)
r<1のとき,λS *=λS,init1(1−r)+λS,endr,
r≧1のとき,λS *=λS,end
(Formula 13)
When r <1, λ S * = λ S, init1 (1−r) + λ S, end r,
When r ≧ 1, λ S * = λ S, end
数式13において、rはシート移動開始からの時間tを所定の時間T1で無次元化した値(r=t/T1)を表している。
また、λS,init1は同開始時のシート位置(シートの初期位置)を表す。
λS,endは後述する数式14で算出されるシートの乗降補助位置である。乗降補助位置は、搭乗者が乗り降りを行う時のシートの設定位置であり、本実施形態では、駆動輪接地点S1とストッパ接地点S2(図1参照)から等距離の点に車両本体の重心Pが位置するようなシート位置に設定されている。
なお、本実施形態の乗降補助位置は、搭乗者乗降時の車体安定性を最優先させたシート位置として上述の位置を設定しているが、搭乗者の乗り降りの行い易さを重視して、乗降補助位置(シート位置)をより前方(ストッパ接地点S2側)に移動させるようにしてもよい。また、搭乗から起立まで、あるいは、傾斜から降車までの時間を短くするために、乗降補助位置をより後方(駆動輪接地点S1側)とすることで、シート移動量を少なくしてもよい。
In
In addition, λ S, init1 represents the sheet position (initial position of the sheet) at the same time.
λ S, end is a boarding / alighting assist position calculated by Equation 14 to be described later. The boarding / alighting assist position is a seat setting position when the passenger gets on and off, and in this embodiment, the center of gravity of the vehicle body is located at a point equidistant from the driving wheel grounding point S1 and the stopper grounding point S2 (see FIG. 1). The sheet position is set such that P is located.
In addition, although the above-mentioned position is set as the seat position where the vehicle body stability at the time of passenger getting on and off is set as the top priority, the boarding assistance position of this embodiment places importance on the ease of getting on and off of the passenger, You may make it move a boarding / alighting assistance position (seat position) further forward (stopper contact point S2 side). Further, in order to shorten the time from boarding to standing or from the inclination to getting off the vehicle, the amount of movement of the seat may be reduced by setting the boarding / alighting assistance position further rearward (drive wheel grounding point S1 side).
T1は、シート前方移動時間を表し、予め設定された値が使用される。
本実施形態では、図8(c)に示されるように、シート前方移動時間T1の間に、シートの初期位置λS,init1から、乗降補助位置λS,endまで直線的に変化するように、シート目標位置λS *が決定される。
但し、図8(c)の点線で示すように、初期位置λS,init1から移動開始直後と、乗降補助位置λS,endまでの移動完了直前での変化量が、両者間での変化量よりも小さくなるように、シート目標位置λS *を設定するようにしてもよい。これにより、シート移動の加減速に伴う搭乗者へのショックを軽減することができる。
T 1 represents the seat forward movement time, and a preset value is used.
In the present embodiment, as shown in FIG. 8C, during the seat forward movement time T 1 , it changes linearly from the initial position λ S, init1 of the seat to the assisting position λ S, end. Then, the seat target position λ S * is determined.
However, as indicated by the dotted line in FIG. 8C , the amount of change immediately after the start of movement from the initial position λ S, init1 and immediately before completion of movement from the boarding / alighting assist position λ S, end is the amount of change between the two. Alternatively, the sheet target position λ S * may be set to be smaller. Thereby, the shock to the passenger accompanying the acceleration / deceleration of the seat movement can be reduced.
シートの乗降補助位置λS,endは、次の数式14から算出する。
この数式14において、dは車両本体の中心面(車両本体の重心と駆動輪の車軸を通る平面)からストッパ17の前方端部S2までの距離であり、Mは車両全重量、θ1,init1は車体傾斜角である。
また、l1は車両本体の車軸からの重心距離で、msは搭乗部質量、m1は車両本体の質量(搭乗部を含む)である。
The boarding / alighting assistance position λ S, end is calculated from the following Expression 14.
In Equation 14, d is the distance from the center plane of the vehicle body (a plane passing through the center of gravity of the vehicle body and the axle of the drive wheel) to the front end S2 of the
Further, l 1 is the center-of-gravity distance from the axle of the vehicle main body, m s is the riding section mass, and m 1 is the mass of the vehicle main body (including the riding section).
(数式14)
λS,end=(d/2)(M/mS)−l1(m1/mS)tanθ1,init1
(Formula 14)
λ S, end = (d / 2) (M / m S ) −l 1 (m 1 / m S ) tan θ 1, init1
次に主制御ECU21は、シート駆動アクチュエータ72によるシートの駆動推力指令値SSを決定する(ステップ43)。すなわち、主制御ECU21は、決定したシート目標位置λS *を使用して、次の数式15により、シートの駆動推力指令値SSを決定する。
数式15において、KS7、KS8は、フィードバックゲインであり、例えば、極配置法によって、あらかじめ設定された値が使用される。
SS,fは、対乾性摩擦用のフィードフォワードトルクを表し、設定値を与えるが、その正負は移動方向に合わせて変化させる(後方移動の場合は、負の値)。なお、SS,fの代わりに、積分ゲインを与えるようにしてもよい。
Next, the
In Equation 15, K S7 and K S8 are feedback gains, and for example, values set in advance by the pole placement method are used.
S S, f represents a feed forward torque for dry friction and gives a set value, and its positive / negative is changed in accordance with the moving direction (a negative value in the case of backward movement). An integral gain may be given instead of S S, f .
(数式15)
SS=SS,f−KS7(λS−λS *)−KS8({λS}−{λS *})
(Formula 15)
S S = S S, f −K S7 (λ S −λ S * ) − K S8 ({λ S } − {λ S * })
次に主制御ECU21は、シート制御システム70に決定した推力指令値SSを与える(ステップ44)。すなわち、主制御ECU21は、決定したシートの駆動推力指令値SSをシート制御ECU24に供給し、シート制御ECU24は、駆動推力指令値SSに対応した駆動電圧をシート駆動アクチュエータ72に供給する。
これにより、シート(搭乗部13)は、シート目標位置λS *に向けて前方に移動する。
Next, the
As a result, the seat (the riding section 13) moves forward toward the seat target position λ S * .
次に主制御ECU21は、移動させたシートが乗降補助位置に到達したか否かを判断し(ステップ45)、到達していなければ(ステップ45;N)、主制御ECU21は、ステップ41にもどり、シートの前方移動を継続する。
一方、シートが乗降補助位置に到達したと判断すると(ステップ45;Y)、主制御ECU21は、シートの移動を終了し、乗降停止制御を終了する。
なお、本実施形態では、シートが乗降補助位置に到達した場合にシート移動を終了するが、更に、搭乗者が降車スイッチをOFFに切り換えた場合にもシート移動を終了するようにしていもよい。
Next, the
On the other hand, if it is determined that the seat has reached the boarding / alighting assist position (
In the present embodiment, the seat movement is terminated when the seat reaches the boarding / alighting assistance position, but the seat movement may be terminated when the passenger switches the getting-off switch to OFF.
次に第2実施形態について説明する。
この第2実施形態では、車両の前後方向に移動可能なバランサ(重量体)を配置し、第1実施形態で説明した起立制御における車両本体を起立させる処理(ステップ21〜25)、及び、乗降停止制御における車両本体を傾斜させる処理(ステップ31〜36)において、パラメータの誤差や外乱などの影響で、車両本体の傾斜とシートの移動でうまくバランスが保てず、車両が動いてしまうときに、その影響の一部をバランサで補償する。すなわち、バランサを車両本体の微妙なバランス調整に用いる。
本実施形態では、車両本体の総重量と比較して、重量の小さいバランサを想定している。バランサとしては、例えば、(a)直線移動型、(b)回転振子型、(c)回転倒立振子型の各種が使用可能である。
ここで、バランサとは、搭乗部を含まない車両本体質量の一部であり、車体に取り付けられたアクチュエータによって、車体中心軸(車体の重心と車体回転中心を通る直線)と車輪回転中心軸に垂直な方向へ自由に動かすことができる部分、と定義する。
Next, a second embodiment will be described.
In the second embodiment, a balancer (weight body) that can move in the front-rear direction of the vehicle is disposed, and the vehicle body standing in the standing-up control described in the first embodiment (
In the present embodiment, it is assumed that the balancer has a smaller weight than the total weight of the vehicle body. As the balancer, for example, (a) linear movement type, (b) rotary pendulum type, and (c) rotary inverted pendulum type can be used.
Here, the balancer is a part of the mass of the vehicle body that does not include the riding section. The balancer moves the vehicle body center axis (straight line passing through the center of gravity of the vehicle body and the vehicle body rotation center) and the wheel rotation center axis by an actuator attached to the vehicle body. It is defined as the part that can be moved freely in the vertical direction.
図9は、第2実施形態における車両の制御ユニットの構成を表したものである。図3に示した第1実施形態における制御ユニットと同様である部分には同一の符号を付して、適宜その説明を省略する。
図9に示されるように、第2実施形態における制御システムは、バランサ制御ECU23、バランサ駆動モータ回転角度計61、バランサ駆動アクチュエータ(モータ)62を更に備えており、主制御ECU21はこれら各部と共にバランサ制御システム60として機能するようになっている。
FIG. 9 shows a configuration of a vehicle control unit in the second embodiment. Portions that are the same as those of the control unit in the first embodiment shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.
As shown in FIG. 9, the control system in the second embodiment further includes a
バランサ駆動モータ回転角度計(位置センサ)61は、バランサ位置に相当するモータ回転角を主制御ECU21に供給し、主制御ECU21は、駆動推力指令値をバランサ制御ECU23に供給し、バランサ制御ECU23は、駆動推力指令値に相当する駆動電圧をバランサ駆動アクチュエータ62に供給する。
他の構成については、図3で説明した第1実施形態と同様である。
The balancer drive motor rotation angle meter (position sensor) 61 supplies a motor rotation angle corresponding to the balancer position to the
Other configurations are the same as those of the first embodiment described in FIG.
図10は、バランサ134を任意の位置に移動させるバランサ移動機構について、その構成例を表したものである。
このバランサ移動機構は、重量体移動手段として機能し、車両本体の一部を構成する。バランサ移動機構は、重量体であるバランサ134を前後方向に動かすことによって車両本体の重心を移動させる。
バランサ134は、搭乗部13と駆動輪11との間に配置されている。このバランサ134は、バランサ駆動アクチュエータ62によって前後方向(車体中心軸と車輪回転中心軸に垂直な方向)に移動可能であるように構成されている。
FIG. 10 illustrates a configuration example of a balancer moving mechanism that moves the
This balancer moving mechanism functions as a weight body moving means and constitutes a part of the vehicle body. The balancer moving mechanism moves the center of gravity of the vehicle body by moving the
The
本実施形態である図10(a)のバランサ移動機構は、スライダ型アクチュエータ135によって、スライダ上でバランサ134を直線移動させる。
The balancer moving mechanism of FIG. 10A according to the present embodiment moves the
図10(b)、(c)に示すバランサ移動機構は、回転移動型バランサを用いた機構である。支持軸136の一端にはバランサ134が配設され、支持軸136の他端部には、バランサ支持軸回転モータ137、138のロータが固定されている。
そして、バランサ支持軸モータ137、138によって、支持軸136を半径とする円周軌道上でバランサ134を移動させる。
図10(b)のバランサ移動機構では、バランサ支持軸回転モータ137が座面部131の下部に配設され、円周軌道上の下側でバランサ134が移動する。
図10(c)のバランサ移動機構では、バランサ支持軸回転モータ138が駆動輪11と同軸上に配設され、円周軌道上の上側でバランサ134が移動する。
The balancer moving mechanism shown in FIGS. 10B and 10C is a mechanism using a rotationally moving balancer. A
Then, the balancer
In the balancer moving mechanism shown in FIG. 10B, the balancer support
In the balancer moving mechanism of FIG. 10C, the balancer support
なお、他のバランサ移動機構の例として、伸縮型のアクチュエータによりバランサ134を移動させるようにしてもよい。
例えば、2本の伸縮型アクチュエータのそれぞれ一端を車両の前方と後方に固定し、他端をそれぞれバランサ134に固定し、両伸縮型アクチュエータの一方を伸ばし、他方を縮めることで、バランサ134を直線移動させてもよい。
As another example of the balancer moving mechanism, the
For example, one end of each of the two telescopic actuators is fixed to the front and rear of the vehicle, the other end is fixed to the
図11は、本実施形態のバランサを含む車両姿勢制御系の力学モデルを図示したものである。この力学モデルにおけるバランサを除いた他の部分については、他の実施形態にも適用可能である。
図11におけるバランサ134は、車軸及び車両中心軸に垂直な方向に移動する図10(a)の場合を例示している。
FIG. 11 illustrates a dynamic model of a vehicle attitude control system including the balancer of the present embodiment. Other parts of the dynamic model excluding the balancer can be applied to other embodiments.
The
この図11における各記号は次の通りである。
(a)状態量
θW:タイヤの回転角[rad]
θ1:本体の傾斜角(鉛直軸基準)[rad]
λ2:バランサの位置(車体中心軸基準)[m]
λS:シートの位置(車体中心軸基準)[m]
(b)入力
τW:駆動モータトルク(2輪合計)[Nm]
SB:バランサ駆動推力[N]
SS:シート駆動力[N]
(c)パラメータ
mW:タイヤの質量[kg]
RW:タイヤの半径[m]
IW:タイヤの慣性モーメント(車軸周り)[kgm2]
m1:本体の質量(乗員を含む)[kg]
l1:本体の重心距離(車軸から)[m]
I1:本体の慣性モーメント(重心周り)[kgm2]
m2:バランサの質量[kg]
l2:バランサの基準重心距離(車軸から)[m]
I2:バランサの慣性モーメント(重心周り)[kgm2]
mS:搭乗部質量[kg]
なお、バランサの位置λ2は、車両前方を正とする(車体傾斜角θ1の正方向と同じ)。
Each symbol in FIG. 11 is as follows.
(A) State quantity θ W : Tire rotation angle [rad]
θ 1 : tilt angle of main body (vertical axis reference) [rad]
λ 2 : Balancer position (vehicle center axis reference) [m]
λ S : seat position (vehicle center axis reference) [m]
(B) Input τ W : Drive motor torque (two wheels total) [Nm]
S B : Balancer drive thrust [N]
S S : Seat driving force [N]
(C) Parameter m W : Tire mass [kg]
R W : Tire radius [m]
I W : Tire inertia moment (around axle) [kgm 2 ]
m 1 : Mass of the main body (including passengers) [kg]
l 1 : Distance from the center of gravity of the main unit (from the axle) [m]
I 1 : Moment of inertia of body (around center of gravity) [kgm 2 ]
m 2 : Mass of the balancer [kg]
l 2 : Balancer center of gravity distance (from axle) [m]
I 2 : Balancer's moment of inertia (around the center of gravity) [kgm 2 ]
m S : Mass of riding section [kg]
The balancer position λ 2 is positive in front of the vehicle (same as the positive direction of the vehicle body inclination angle θ 1 ).
このように構成された第2実施形態における車両の起立制御及び乗降停止制御について、次に説明する。
図12は、第2実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
なお、以下説明する各実施形態における構成図、フローチャートの説明では、第1実施形態と同様の部分について同一の符号、ステップ番号を付し、同一部分については適宜その説明を省略することとする。
第2実施形態における起立制御において、主制御ECU21は、第1実施形態と同様に、乗降停止状態(図1(a))で起立制御指令が出されてから、シート(搭乗部13)を後方に移動させて、車両本体の重心Pを駆動輪11の接地点S1を通る鉛直線V上(図1(b))まで移動させる(ステップ11〜ステップ16)。
Next, the vehicle standing up control and boarding / stopping control in the second embodiment configured as described above will be described.
FIG. 12 is a flowchart showing the processing content of the standing control in the second embodiment.
In the description of the configuration diagrams and flowcharts in each embodiment described below, the same reference numerals and step numbers are assigned to the same parts as those in the first embodiment, and the description of the same parts is appropriately omitted.
In the standing control in the second embodiment, the
車両本体の重心Pが駆動輪設定点S1上に移動すると、主制御ECU21は、各センサからシート位置λS、車体傾斜角θ1、駆動輪回転角θWを取得し(ステップ21)、更に、バランサ駆動モータ回転角度計(位置センサ)61から回転角(バランサ位置λ2)を取得する(ステップ22)。
次に主制御ECU21は、数式4によりシート位置の目標値λS *、を決定すると共に、決定した目標値λS *を使用して、数式5により車体傾斜角の目標値θ1 *をそれぞれ決定する(ステップ22)。なお、バランサの目標値は基準位置、すなわち、λB *=0である。
そして主制御ECU21は、決定したシート位置と車体傾斜角の目標値λS *、θ1 *から、数式6によりシートの駆動推力指令値SSを、数式7により駆動輪の駆動トルク指令値τWをそれぞれ決定する(ステップ23)。
When the center of gravity P of the vehicle body moves onto the drive wheel set point S1, the
Next, the
Then, the
次に主制御ECU21は、次の数式16により、バランサの駆動推力指令値SBを決定する(ステップ232)。
Next, the
(数式16)
SB=−KB1θW−KB2{θW}−KB5λ2−KB6{λ2}
数式16において、KB1、KB2は車両の移動(駆動輪の回転)を抑制するフィードバックゲインで、KB5、KB6はバランサ自身の位置を制御するフィードバックゲインである。各フィードバックゲインは、例えば、極配置法によって、あらかじめ設定しておく。
数式16では、駆動輪11の回転角θWに対してフィードバックゲインKB1を与えることで、駆動輪回転速度の定常偏差(一定速度での車両の移動)を減少させ、車両の移動量を抑えるようにしている。
(Formula 16)
S B = −K B1 θ W −K B2 {θ W } −K B5 λ 2 −K B6 {λ 2 }
In Equation 16, K B1 and K B2 are feedback gains that suppress movement of the vehicle (rotation of the drive wheels), and K B5 and K B6 are feedback gains that control the position of the balancer itself. Each feedback gain is set in advance by, for example, a pole placement method.
In Formula 16, by giving a feedback gain K B1 to the rotation angle θ W of the drive wheel 11, the steady deviation of the drive wheel rotation speed (vehicle movement at a constant speed) is reduced, and the movement amount of the vehicle is suppressed. I am doing so.
次に主制御ECU21は、シート制御ECU24、駆動輪制御ECU22に決定した指令値SS、τWを供給し(ステップ24)、更に、バランサ制御ECU23に数式16で決定した指令値SBを供給する(ステップ242)。
これにより、駆動輪制御ECU22は、指令値τWに対応する駆動電圧を駆動輪アクチュエータ52に供給することで車両本体を起き上がらせ、シート制御ECU24は、指令値SSに対応した駆動電圧をシート駆動アクチュエータ72に供給することで、シート(搭乗部13)を前方に移動する。
そしてバランサ制御ECU23は、指令値SBに対応する駆動電圧でバランサ駆動アクチュエータ62を駆動することでバランサを移動させ、車両本体の起立とシートの前方移動に伴う重心移動量の偏差を打ち消し、車両が前後に移動することを抑える。
Next, the
Thus, the drive
The
次に主制御ECU21は、起立が完了しているか否を判断(ステップ25)し、完了していなければ(ステップ25;N)、ステップ21に戻って起立制御を続行し、起立状態に至っていれば(ステップ25;Y)、本実施形態による起立制御処理を終了する。
Next, the
次に第2実施形態における乗降停止制御の処理について図13のフローチャートを参照して説明する。
主制御ECU21は、各センサから、シート位置λS、車体傾斜角θ1、駆動輪回転角θWを取得し(ステップ31)、さらに、バランサ駆動モータ回転角度計61からバランサ位置λ2を取得する(ステップ312)。
そして主制御ECU21は、数式8、数式9によりシート位置の目標値λS *を決定し、数式10により車体傾斜角の目標値θ1 *を決定する(ステップ32)。
バランサの目標位置は、起立制御と同様に基準位置(λB *=0)である。
Next, the boarding / alighting stop control process in the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
The
Then, the
The balancer target position is the reference position (λ B * = 0) as in the standing control.
次に主制御ECU21は、数式8〜数式10で決定したシート位置と車体傾斜角の目標値λS *、θ1 *から、数式11によりシートの駆動推力指令値SSを決定し、数式12により駆動輪のトルク指令値τWを、それぞれ決定する(ステップ33)。
また主制御ECU21は、第2実施形態の起立制御で説明した数式16を使用して、バランサの駆動推力指令値SBを決定する(ステップ332)。
Next, the
Further, the
次に主制御ECU21は、決定した指令値SS、τWをシート制御ECU24、駆動輪制御ECU22に、それぞれ供給し(ステップ34)、更に、バランサ制御ECUに数式16で決定した指令値SBを供給する(ステップ342)。
これにより、駆動輪制御ECU22は、指令値τWに対応する駆動電圧を駆動輪アクチュエータ52に供給することで車両本体を傾斜させ、シート制御ECU24は、指令値SSに対応した駆動電圧をシート駆動アクチュエータ72に供給することで、シート(搭乗部13)を後方に移動する。
そしてバランサ制御ECU23は、指令値SBに対応する駆動電圧でバランサ駆動アクチュエータ62を駆動することでバランサを移動させ、起立時と同様に、車両本体の傾斜とシートの後方移動に伴う重心移動量の偏差を打ち消し、車両が前後に移動することを抑える。
Next, the
Thus, the drive
Then, the
次に主制御ECU21は、シートが重心補正位置に到達したか否か、及び車体が接地しているか否かについて判断する(ステップ35、ステップ36)。シートが重心補正位置に到達してい場合(ステップ35;N)、あるいは、車体が接地していない場合(ステップ36;N)、主制御ECU21は、ステップ31に戻ってシートの後方移動と車両本体の前傾を続行する。
一方、シートが重心補正位置に到達し(ステップ35;Y)、車体が接地している場合(ステップ36;Y)、第1実施形態と同様に、ステップ41からステップ45のループによる、降車補助の処理を行う。
Next, the
On the other hand, when the seat has reached the center of gravity correction position (
なお、第2実施形態では、外乱等に対する車両本体の微妙なバランス調整にバランサを使用するが、シート移動による車両重心移動の補助として利用してもよい。例えば、起立制御の初めにシートを乗降補助位置から後方へ移動させるとき(ステップ11〜16)に、バランサも後方へ移動させることにより、重心移動に必要なシート移動量を減らすことができ、起立までの所要時間を短くすることができる。
また、後述する乗降停止制御において、シートを重心補正位置から前方へ移動させるとき(ステップ41〜45)に、バランサを後方に移動させることにより、車両本体の重心Pを駆動輪接地点S1とストッパ接地点S2の中間位置に保持した状態で、降車補助位置をより前方に移すことができ、搭乗者にとって乗車や降車が楽になる。
In the second embodiment, the balancer is used for delicate balance adjustment of the vehicle main body against disturbance or the like, but may be used as assistance for moving the vehicle center of gravity by moving the seat. For example, when the seat is moved backward from the boarding / alighting assist position at the beginning of the standing control (steps 11 to 16), the balancer is also moved backward to reduce the amount of seat movement necessary for moving the center of gravity. Can be shortened.
In addition, when the seat is moved forward from the center of gravity correction position (steps 41 to 45) in the boarding / alighting stop control described later (
次に第3実施形態について説明する。
この第3実施形態では、搭乗部13(搭乗者およびシート)の質量を計測し、その計測値に応じて、制御パラメータを補正することで、起立制御、乗降停止制御をより安定的に行うものである。
図14は、第3実施形態における車両の制御システムの構成を表したものである。図3に示した第1実施形態における制御システムと同様である部分には同一の符号を付して、適宜その説明を省略する。
図14に示されるように、第3実施形態における制御システムは、シート制御システム70の一部としてシート荷重計73を備えており、搭乗部荷重(垂直荷重)WSを検出して、主制御ECU21に供給する。
なお第3実施形態では、搭乗部質量を荷重計を使って評価しているが、簡易なシステムにより段階的に質量を評価するような離散的な測定方法を用いて評価してもよい。また、搭乗者自身が質量(体重)を入力するようにし、その入力値を使用するようにしてもよい。
Next, a third embodiment will be described.
In the third embodiment, the mass of the riding section 13 (passenger and seat) is measured, and the control parameter is corrected according to the measured value, so that the standing control and the boarding / stopping control are performed more stably. It is.
FIG. 14 illustrates a configuration of a vehicle control system according to the third embodiment. Portions that are the same as those in the control system in the first embodiment shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.
As shown in FIG. 14, the control system in the third embodiment includes a
In the third embodiment, the riding section mass is evaluated using a load meter. However, the riding section mass may be evaluated using a discrete measurement method in which the mass is evaluated step by step with a simple system. Alternatively, the passenger himself / herself may input mass (weight) and use the input value.
このように構成された第3実施形態における起立制御及び乗降停止制御について、次に説明する。なお、第1実施形態における起立制御、乗降停止制御と同様の処理には同一のステップ番号を付し、適宜その説明を省略する。
図15は、第3実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ECU21は、シート荷重計73から、シートに作用する垂直荷重(搭乗部荷重WS)を取得し(ステップ101)、搭乗部質量mSを次の数式17により決定する(ステップ102)。
Next, standing control and boarding / stopping control in the third embodiment configured as described above will be described. In addition, the same step number is attached | subjected to the process similar to standing control and boarding / alighting stop control in 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted suitably.
FIG. 15 is a flowchart showing the processing content of the standing up control in the third embodiment.
The
(数式17)
mS=mS,0+WS/gcosθ1
(Formula 17)
m S = m S, 0 + W S / g cos θ 1
数式17において、mS,0は搭乗部質量の非変動分(搭乗者の有無に依らない質量;シートなど)、WSはステップ101で取得した搭乗部荷重(垂直力)、gは重力加速度、θ1は車体傾斜角である。
ここで、搭乗部質量mSは、シート制御システムによって動かすことが可能な部分の質量であり、搭乗者だけでなく、荷物などを積載した場合にはその積載物の質量を含む。
なお、本実施形態では、垂直荷重(座面に垂直な成分)を計測する荷重計を使用しているが、水平成分も計測できる荷重計を用いてもよい。この場合、車体傾斜角θ1の値を用いることなく、搭乗部質量mSを決定することができる。
In
Here, the riding section mass m S is the mass of a portion that can be moved by the seat control system, and includes the mass of the loaded object when not only the passenger but also a load is loaded.
In this embodiment, a load meter that measures a vertical load (a component perpendicular to the seating surface) is used, but a load meter that can also measure a horizontal component may be used. In this case, the riding section mass m S can be determined without using the value of the vehicle body inclination angle θ 1 .
なお、数式17で求まる搭乗部質量mSに対して、ローパスフィルタをかけて、高周波成分を取り除くようにしてもよい。これにより、ノイズに起因する車体やシートの振動を無くすことができる。
車両本体の質量m1についても、搭乗部質量の標準値(想定に基づき、あらかじめ設定した値)との差を加えておく。
また、初期(本制御ループ開始時)において、車体傾斜角θ1には、設計値、あるいは、前回の乗降停止制御終了時に記憶した値を使用する。
本実施形態では、搭乗部質量変動の影響を、車体重量m1においてのみ考慮しているが、車体の重心距離l1についても、搭乗部質量変動の影響を考慮して補正するようにしてもよい。
Note that a high-frequency component may be removed by applying a low-pass filter to the riding section mass m S obtained by
Also for the mass m 1 of the vehicle body, a difference from the standard value of the riding section mass (a value set in advance based on the assumption) is added.
In the initial stage (at the start of this control loop), the vehicle body inclination angle θ 1 uses a design value or a value stored at the end of the previous boarding / stopping control.
In this embodiment, the influence of the riding section mass fluctuation is considered only in the vehicle body weight m 1. However, the center of gravity distance l 1 of the vehicle body may be corrected in consideration of the influence of the riding section mass fluctuation. Good.
また、本実施形態では、搭乗部質量変動が直接影響するパラメータのみを修正しているが、たとえば、フィードバックゲインについても、その影響を考慮して、修正してもよい。
例えば、数式3、数式6、数式11、数式15におけるフィードバックゲインKS7について、次の数式18に従って修正するようにしてもよい。
数式18において、記号[x]はxの標準値を表す。
In the present embodiment, only the parameters that are directly affected by the riding section mass fluctuation are corrected. However, for example, the feedback gain may be corrected in consideration of the influence.
For example, the feedback gain K S7 in Formula 3, Formula 6, Formula 11, and Formula 15 may be corrected according to Formula 18 below.
In Equation 18, the symbol [x] represents the standard value of x.
(数式18)
KS7=(mS/[mS])[KS7]
(Formula 18)
K S7 = (m S / [m S ]) [K S7 ]
数式17により搭乗部質量mSを決定すると、主制御ECU21は、ステップ11からステップ16までの処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、数式1で用いる重心補正位置λS,nを決定する数式2において、ステップ102で決定した搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値を用いる。
When the riding section mass m S is determined by
However, the value of the riding section mass m S (and the vehicle body mass m 1 ) determined in step 102 is used in
車両本体の重心Pが駆動輪の接地点S1を通る鉛直線上に移動すると、主制御ECU21は、ステップ101、102と同様に、シート荷重計73から、シートに作用する垂直荷重(搭乗部荷重WS)を取得し(ステップ201)、搭乗部質量mSを上記数式17により決定する(ステップ202)。
数式17により搭乗部質量mSを決定すると、主制御ECU21は、ステップ21からステップ25までの処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、車体傾斜角目標値θ1 *を決定する数式5において、ステップ202で決定した搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値を用いる。
When the center of gravity P of the vehicle main body moves on a vertical line passing through the contact point S1 of the drive wheel, the
When the riding section mass m S is determined by
However, in Formula 5 for determining the vehicle body tilt angle target value θ 1 * , the value of the riding section mass m S (and the vehicle mass m 1 ) determined in
次に第3実施形態における乗降停止制御について、図16を参照しながら説明する。
主制御ECU21は、起立制御におけるステップ101、102と同様に、シート荷重計73から、シートに作用する垂直荷重(搭乗部荷重WS)を取得し(ステップ301)、搭乗部質量mSを上記数式17により決定する(ステップ302)。
搭乗部質量mSを決定すると、主制御ECU21は、ステップ31からステップ36までの処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、数式8で用いる重心補正位置λS,nの決定式(数式9)、および数式10の車体傾斜角目標値θ1 *の決定式において、ステップ302で決定した搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値を用いる。
Next, the boarding / alighting stop control in the third embodiment will be described with reference to FIG.
The
When the riding section mass m S is determined, the
However, in the equation for determining the center-of-gravity correction position λ S, n used in Equation 8 (Equation 9) and the equation for determining the vehicle body tilt angle target value θ 1 * in Equation 10, the riding section mass m S (and The value of the vehicle body mass m 1 ) is used.
ステップ301からステップ36のループによる倒立状態から乗降停止状態に到るまでの処理が完了すると、主制御ECU21は、ステップ301、302と同様に、シート荷重計73から、シートに作用する垂直荷重(搭乗部荷重WS)を取得し(ステップ401)、搭乗部質量mSを上記数式17により決定する(ステップ402)。
数式17により搭乗部質量mSを決定すると、主制御ECU21は、ステップ41からステップ45までの処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、数式13で用いる乗降補助位置λS,endの決定式(数式14)において、ステップ402で決定した搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値を用いる。
When the processing from the inverted state by the loop of step 301 to step 36 to the stoppage state is completed, the
When the riding section mass m S is determined by
However, the value of the riding section mass m S (and the vehicle body mass m 1 ) determined in
なお、本実施形態では、図15、図16で説明した起立制御、乗降停止制御の途中で搭乗部質量が変化した場合に対応するために、制御ループ内で毎回搭乗部荷重を取得する場合について説明したが、制御ループ開始前に、1度だけ荷重を計測するようにしてもよい。この場合、制御中の質量変化には対応できないが、制御の安定性を向上させることができる。 In this embodiment, in order to cope with the case where the riding section mass changes during the standing control and the getting on / off control described with reference to FIGS. 15 and 16, the riding section load is acquired every time in the control loop. Although described, the load may be measured only once before the start of the control loop. In this case, the mass change during the control cannot be dealt with, but the stability of the control can be improved.
次に第4実施形態について説明する。
第3実施形態では、搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値をシート荷重計73による実測値から数式17で算出する場合について説明したが、第4実施形態では、搭乗部の質量を推定し、その推定値に応じて制御パラメータを補正するものである。搭乗部質量は、例えば状態オブザーバにより推定する。
第4実施形態における制御システムは、図3に示した第1実施形態と同一である。
Next, a fourth embodiment will be described.
In the third embodiment, the case where the value of the riding section mass m S (and the vehicle body mass m 1 ) is calculated by the
The control system in the fourth embodiment is the same as that in the first embodiment shown in FIG.
図17は、第4実施形態における起立制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ECU21は、最初に搭乗部質量を推定する(ステップ103)。すなわち、主制御ECU21は、シート移動の状態から、次の数式19のシート移動モデルにより、搭乗部質量mSを推定する
数式19において、SS,f0は乾性摩擦で、あらかじめ設定した値を使用する。
また、gは重力加速度、CSはシート移動に対する粘性摩擦係数を表す。
なお、本制御ループ(ステップ101〜ステップ16)開始時には、オブザーバの初期値として搭乗部質量に予め定めた標準値を与える。
FIG. 17 is a flowchart showing the processing contents of the standing control in the fourth embodiment.
The
In addition, g represents a gravitational acceleration, and C S represents a viscous friction coefficient with respect to sheet movement.
At the start of this control loop (step 101 to step 16), a predetermined standard value is given to the riding section mass as an initial value of the observer.
(数式19)
mS=(−SS±SS,f0+CS{λS})/gsinθ1
(Formula 19)
m S = (− S S ± S S, f 0 + C S {λ S }) / g sin θ 1
数式19では、例えば、一定のシート移動速度{λS}において、シート移動に要する推力SSが大きいほど、大きな搭乗部質量mSが推定される。
なお、数式19によるシート移動モデルでは、慣性を考慮しておらず、また、乾性摩擦も重量に依存しない一定値としているが、それらを厳密に考慮した、より詳細なモデルを用いて搭乗部質量mSを推定してもよい
数式19によって求まる搭乗部質量mSに対して、ローパスフィルタをかけて、高周波成分を取り除くようにしてもよい。これにより、オブザーバを安定化させると共に、ノイズに起因する車体やシートの振動を無くすことができる。
In Formula 19, for example, a larger riding section mass m S is estimated as the thrust S S required for moving the seat is larger at a constant seat moving speed {λ S }.
In addition, in the seat movement model according to Equation 19, inertia is not considered, and dry friction is a constant value that does not depend on weight, but the riding section mass is measured using a more detailed model that strictly considers them. m S may be Estimated A high-frequency component may be removed by applying a low-pass filter to the riding section mass m S obtained by Expression 19. As a result, the observer can be stabilized and vibrations of the vehicle body and the seat due to noise can be eliminated.
数式19により搭乗部質量mSを推定すると、主制御ECU21は、ステップ11からステップ16までの処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、数式1で用いる重心補正位置λS,nを決定する数式2において、ステップ103で推定した搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値を用いる。
When the riding section mass m S is estimated by Expression 19, the
However, in
車両本体の重心Pが駆動輪の接地点S1を通る鉛直線上に移動すると、主制御ECU21は、再び搭乗部質量mSを決定する(ステップ203)。すなわち主制御ECU21は、車体傾斜の状態(θ1)から、数式20の車体傾斜モデルにより、搭乗部質量mSを推定する。
数式20において、mCは車体重量の非変動分で、[m1]−[mS]で表される。記号[x]はxの標準値を表す。
なお、本制御ループ(ステップ203〜ステップ25)開放時には、オブザーバの初期値として搭乗部質量に、予め定めた標準値を与える。
When the center of gravity P of the vehicle body moves on a vertical line passing through the contact point S1 of the driving wheel, the
In
When this control loop (step 203 to step 25) is opened, a predetermined standard value is given to the riding section mass as an initial value of the observer.
(数式20)
mS=((τW/g)−mCl1sinθ1)/(l1sinθ1+λScosθ1)
(Formula 20)
m S = ((τ W / g) −m C l 1 sin θ 1 ) / (l 1 sin θ 1 + λ S cos θ 1 )
数式20では、例えば、一定の車体傾斜角θ1およびシート位置λSにおいて、車体起立に要するトルクτWが大きいほど、大きな搭乗部質量mSが推定される。
なお、数式20による車体傾斜モデルでは、慣性や摩擦を考慮していないが、これらを厳密に考慮した、より詳細なモデルを用いて搭乗部質量mSを推定してもよい。また、駆動輪の回転など、別の力学系から推定してもよい。
数式20によって求まる搭乗部質量mSに対して、ローパスフィルタをかけて、高周波成分を取り除くようにしてもよい。これにより、オブザーバを安定化させると共に、ノイズに起因する車体やシートの振動を抑制することができる。
In
Although the vehicle body inclination model according to
A high-frequency component may be removed by applying a low-pass filter to the riding section mass m S obtained by
数式20により搭乗部質量mSを推定すると、主制御ECU21は、ステップ21からステップ26までの処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、車体傾斜角目標値θ1 *を決定する数式5において、ステップ203で推定した搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値を用いる。
When the riding section mass m S is estimated by
However, in Equation 5 for determining the vehicle body tilt angle target value θ 1 * , the value of the riding section mass m S (and the vehicle body mass m 1 ) estimated in step 203 is used.
図18は、第4実施形態における乗降停止制御の処理内容を表したフローチャートである。
主制御ECU21は、最初に搭乗部質量を推定する(ステップ303)。この推定には、第4実施形態の起立制御で説明した数式20の車体傾斜モデルを使用する。
次いで、主制御ECU21は、ステップ31からステップ36までの処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、数式8で用いる重心補正位置λS,nの決定式(数式9)、および、数式10の車体傾斜角目標値θ1 *の決定式において、ステップ303で推定した搭乗部質量mS(および、車体質量m1)の値を用いる。
FIG. 18 is a flowchart showing the processing contents of the boarding / alighting stop control in the fourth embodiment.
The
Next, the
However, in the equation for determining the center-of-gravity correction position λ S, n used in Equation 8 (Equation 9) and the equation for determining the vehicle body tilt angle target value θ 1 * in Equation 10, the riding section mass m S ( The value of the vehicle body mass m 1 ) is used.
ステップ303からステップ36のループによる倒立状態から乗降停止状態に到るまでの処理が完了すると、主制御ECU21は、搭乗部質量mSを決定する(ステップ403)。この推定には、第4実施形態の起立制御で説明した数式19のシート移動モデルを使用する。
次いで主制御ECU21は、ステップ41からステップ45迄の処理を第1実施形態と同様に行う。
但し、数式13で用いる乗降補助位置λS,endの決定式(数式14)において、ステップ403で推定した搭乗部質量mSを使用する。
When the processing from the inverted state by the loop from step 303 to step 36 is completed, the
Next, the
However, the riding section mass m S estimated in Step 403 is used in the determination formula (Formula 14) of the boarding / alighting assist position λ S, end used in
以上説明した第4実施形態の起立制御、乗降停止制御では、制御ループと同じループ内(同じ周期)で搭乗部質量mSの推定を行っているが、別のループ(周期)で推定を行ってもよい。たとえば、計算量が多い場合には、推定計算の周期を大きくしてもよい。 In the stand-up control and the boarding / alighting stop control of the fourth embodiment described above, the riding section mass m S is estimated in the same loop (same period) as the control loop, but is estimated in another loop (period). May be. For example, when the calculation amount is large, the period of the estimation calculation may be increased.
なお、第4実施形態では、力学的モデルに基づくオブザーバによって、搭乗部質量mSを推定しているが、より簡単な方法を用いてもよい。たとえば、数式19の代わりに、シートを動かすのに最低減必要な推力とそのときの搭乗部質量mSの関係を計測した結果を、あらかじめマップとして記憶しておき、それを用いて推定を行ってもよい。 In the fourth embodiment, the riding section mass m S is estimated by an observer based on a mechanical model, but a simpler method may be used. For example, instead of Equation 19, the result of measuring the relationship between the minimum thrust required to move the seat and the riding section mass m S at that time is stored in advance as a map, and the estimation is performed using it. May be.
以上説明した第3実施形態、第4実施形態では、第1実施形態における搭乗部質量mSを計測、推定によりそれぞれ決定するが、第2実施形態において、第3実施形態、第4実施形態で決定、推定した搭乗部質量mSを使用するようにしてもい。 In the third embodiment and the fourth embodiment described above, the riding section mass m S in the first embodiment is determined by measurement and estimation, respectively. In the second embodiment, in the third embodiment and the fourth embodiment. The determined and estimated riding section mass m S may be used.
また上述の各実施形態において、車両の乗降停止の状態での車両本体の傾斜方向は前方としているが、例えば、搭乗部に背もたれが無く座面部だけの場合や、座面部も無く後方から乗車するように構成されている車両の場合には、後方に傾斜させてもよい。
また車両として次の構成を採用するようにしてもよい。
(1)構成1 車体の傾斜状態と駆動輪の回転状態に応じて前記駆動輪のトルクを制御することで、搭乗部及び車体を含む車両本体を倒立状態に保持して走行する車両であって、一部が接地することで前記車体の傾斜角を制限する制限機構と、前記車体に対して、前記搭乗部を車両の前後方向に移動させる搭乗部移動機構と、前記車両本体の重心が前記駆動輪の接地点を通る鉛直線上に位置するように、前記搭乗部移動機構により前記搭乗部を後方に移動させながら、前記制限機構の一部が接地した乗降停止の状態まで前記車両本体を傾斜させる乗降停止制御手段と、を具備したことを特徴とする車両、を提供する。
(2)構成2 前記乗降停止制御手段は、前記乗降停止の後、前記搭乗部を前方に移動させることを特徴とする構成1に記載の車両、を提供する。
(3)構成3 前記乗降停止制御手段は、前記乗降停止のための傾斜開始からの経過時間に応じた前記搭乗部の搭乗部目標位置と前記車体の車体傾斜角目標値を決定し、前記搭乗部目標位置に応じて前記搭乗部の移動状態をフィードバック制御し、前記車体傾斜角目標値に応じて前記車体の傾斜状態をフィードバック制御する、ことを特徴とする構成1又は構成2に記載の車両、を提供する。
(4)構成4 前記乗降停止制御手段は、車体傾斜角速度が所定の閾値以下である場合に、乗降停止の状態と判断する、ことを特徴とする構成1、構成2、又は構成3に記載の車両、を提供する。
(5)構成5 前記搭乗部に作用する荷重を取得する荷重取得手段を備え、前記取得した荷重に応じて前記搭乗部目標位置を決定する、ことを特徴とする構成3に記載の車両、を提供する。
(6)構成6 前記荷重取得手段は、前記搭乗部の搭載荷重を計測する荷重計による計測値、又は、前記搭乗部の移動状態、前記車体の傾斜状態、前記駆動輪の回転状態のうち少なくとも1つを用いた状態オブザーバによる推定値を、前記搭乗部に作用する荷重とする、ことを特徴とする構成5に記載の車両、を提供する。
以上の構成によれば、車両本体の重心が前記駆動輪の接地点を通る鉛直線上に位置するように、搭乗部を後方に移動させながら車両本体の乗降停止のための傾斜を行うので、車両の移動を伴うことなく乗降停止のための傾斜を行うことができる。
Further, in each of the above-described embodiments, the inclination direction of the vehicle main body in the state where the vehicle stops getting on and off is forward, but, for example, when the riding part has no backrest and only the seat surface part, or rides from behind without the seat surface part. In the case of a vehicle configured as described above, the vehicle may be inclined backward.
Moreover, you may make it employ | adopt the following structure as a vehicle.
(1) Configuration 1 A vehicle that travels while maintaining a vehicle body including a riding portion and a vehicle body in an inverted state by controlling torque of the drive wheel according to a tilt state of the vehicle body and a rotation state of the drive wheel. A limiting mechanism that limits a tilt angle of the vehicle body by being partly grounded, a riding portion moving mechanism that moves the riding portion in the front-rear direction of the vehicle with respect to the vehicle body, and a center of gravity of the vehicle body is the The vehicle body is tilted until the boarding portion is moved to the rear side by the riding portion moving mechanism so as to be positioned on a vertical line passing through the grounding point of the drive wheel until the boarding / stopping state where a part of the restriction mechanism is grounded. There is provided a vehicle characterized by comprising a boarding / alighting stop control means.
(2)
(3) Configuration 3 The boarding / alighting stop control means determines a boarding part target position of the boarding part and a vehicle body inclination angle target value according to an elapsed time from the start of tilting for the boarding / alighting stop, and the boarding The vehicle according to
(4) Configuration 4 The
(5) Configuration 5: The vehicle according to Configuration 3, further comprising load acquisition means for acquiring a load acting on the riding section, and determining the riding section target position according to the acquired load. provide.
(6) Configuration 6 The load acquisition means includes at least a measurement value obtained by a load meter that measures a load mounted on the riding section, or a moving state of the riding section, an inclined state of the vehicle body, and a rotation state of the driving wheel. The vehicle according to Configuration 5, wherein an estimated value by a state observer using one is used as a load acting on the riding section.
According to the above configuration, since the center of gravity of the vehicle body is positioned on a vertical line passing through the grounding point of the driving wheel, the vehicle body is inclined to stop getting on and off while moving the riding portion backward. It is possible to incline to stop getting on and off without moving the vehicle.
11 駆動輪
12 駆動モータ
13 搭乗部
14 支持部材
131 座面部
132 背もたれ部
133 ヘッドレスト
16 制御ユニット
17 ストッパ
20 制御ECU
21 主制御ECU
22 駆動輪制御ECU
23 バランサ制御ECU
24 シート制御ECU
30 入力装置
31 操縦装置
32 起動・降車スイッチ
40 車体制御システム
41 角度計
50 駆動輪制御システム
51 駆動輪回転角度計
52 駆動輪アクチュエータ
60 バランサ制御システム
61 バランサ駆動モータ回転角度計
62 バランサ駆動アクチュエータ(モータ)
70 シート制御システム
71 シート駆動モータ回転角度計
72 シート駆動アクチュエータ
73 シート荷重計
134 バランサ
135 スライダ型アクチュエータ
136 支持軸
137、138 バランサ支持軸モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
21 Main control ECU
22 Drive wheel control ECU
23 Balancer control ECU
24 Seat control ECU
30
70
Claims (7)
停止時において一部が接地することで前記車両本体の傾斜角を制限する制限機構と、
前記車体に対して、前記搭乗部を車両の前後方向に移動させる搭乗部移動機構と、
前記車両本体の重心が前記駆動輪の接地点を通る鉛直線上に位置するように、前記搭乗部移動機構により前記搭乗部を前方に移動させながら前記車両本体を起立させる起立制御手段と、
を具備したことを特徴とする車両。 By controlling the torque of the drive wheel according to the tilt state of the vehicle body and the rotation state of the drive wheel, the vehicle travels while holding the vehicle body including the riding section and the vehicle body in an inverted state,
A limiting mechanism that limits the inclination angle of the vehicle body by partially grounding at the time of stopping;
A riding section moving mechanism that moves the riding section in the longitudinal direction of the vehicle with respect to the vehicle body;
Standing control means for raising the vehicle main body while moving the riding portion forward by the riding portion moving mechanism so that the center of gravity of the vehicle main body is located on a vertical line passing through the ground point of the drive wheel;
A vehicle characterized by comprising:
前記取得した荷重に応じて前記搭乗部目標位置を決定する、ことを特徴とする請求項4に記載の車両。 A load acquisition means for acquiring a load acting on the riding section;
The vehicle according to claim 4, wherein the riding section target position is determined according to the acquired load.
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