JP5067194B2 - 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。
特開2007−219986号公報
In this case, the vehicle is stopped or moved by controlling the operation of the rotating body while detecting the balance of the vehicle body and the state of the operation with the sensor.
JP 2007-219986 A

しかしながら、前記従来の車両においては、段差を乗り降りする際に、途中で折り返し動作を行ってしまうことがある。ここで、折り返し動作とは、段差を上がる場合であれば、段差の途中まで上がって下がる動作のことであり、段差を下がる場合であれば、段差の途中まで下がって上がる動作のことである。このような折り返し動作を行うと、車両が不必要に加減速したり、車体が大きく傾いたりしてしまうことがある。このとき、搭乗者が不快に感じたり、車両の安定性や安全性に不安を抱いたりする可能性がある。そして、この折り返し動作は、車両が段差を乗り降りしている途中で逆方向への走行や急な加減速を指令するような、運転者の不適切な操作によって起こることが考えられる。   However, in the conventional vehicle, when getting on and off the step, the folding operation may be performed halfway. Here, the folding operation is an operation that goes up and down to the middle of the step if going up the step, and an operation that goes up to the middle of the step if going down the step. When such a folding operation is performed, the vehicle may be unnecessarily accelerated or decelerated or the vehicle body may be greatly tilted. At this time, the passenger may feel uncomfortable or may be uneasy about the stability and safety of the vehicle. And this folding | turning operation | movement may be caused by the driver's improper operation that commands traveling in the reverse direction or sudden acceleration / deceleration while the vehicle is getting on and off the step.

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、段差の昇降途中では走行指令に係わらず、車両加速度の目標値を固定することによって、段差の昇降途中で折り返し動作を行うことがなく、段差に乗り上げるときにも、段差を降りるときにも、走行状態や車体の姿勢が安定に保たれ、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 fixes the target value of the vehicle acceleration in the middle of ascending / descending the step, so that the folding operation is not performed during the ascent / descent of the step. To provide a vehicle in which the driving state and the posture of the vehicle body are kept stable both when climbing up and down a step, and can be safely and comfortably driven even in a place with a step. Objective.

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、走行指令を入力する入力装置と、該入力装置から入力された走行指令に基づき、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、路面の段差を昇降するときに、前記車体の姿勢によって前記段差による抵抗である段差抵抗トルクを推定する段差抵抗トルク推定手段を備え、前記段差抵抗トルクに応じて前記駆動トルクを制御し、前記段差の昇降途中では、前記走行指令に係わらず車両加速度の目標値を固定する。 Therefore, in the vehicle of the present invention, based on a vehicle body, a drive wheel rotatably attached to the vehicle body, an input device for inputting a travel command, and the travel command input from the input device, the drive wheel And a vehicle control device that controls the posture of the vehicle body by controlling the driving torque applied to the vehicle, and the vehicle control device is a resistance caused by the step according to the posture of the vehicle body when the vehicle steps up and down the road surface. Step resistance torque estimating means for estimating the step resistance torque is provided, the drive torque is controlled according to the step resistance torque, and the target value of the vehicle acceleration is fixed during the elevation of the step regardless of the travel command.

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、前記段差抵抗トルクの推定値に基づいて前記段差の昇降状態を判断する昇降状態判断手段を備え、該昇降状態判断手段は、前記段差抵抗トルクの推定値が所定の閾(しきい)値以上である場合に、前記段差の昇降途中であると判断する。   In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes a lift state determination unit that determines a lift state of the step based on the estimated value of the step resistance torque, and the lift state determination unit includes: When the estimated value of the step resistance torque is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that the step is being raised or lowered.

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、前記車両加速度の目標値を前記段差への進入直前の値に固定する。   In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device fixes the target value of the vehicle acceleration to a value immediately before entering the step.

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、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を開始したと判断したら前記車両加速度の目標値を固定する。   In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device fixes the target value of the vehicle acceleration when the lifting state determination means determines that the step has been started.

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、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を終了したと判断した後、前記車両加速度の目標値と前記走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値との差を、時間経過と共に徐々に小さくする。   In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device is further determined according to the target value of the vehicle acceleration and the travel command after the lift state determining means determines that the lift of the step is finished. The difference between the vehicle acceleration target value and the target value is gradually reduced over time.

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、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を終了したと判断した時刻から前記車両加速度の目標値の固定を解除するまでに時間遅れを設ける。   In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes a time delay from the time when the lifting / lowering state determining means determines that the lifting / lowering of the step has been completed to release the fixation of the target value of the vehicle acceleration. Is provided.

本発明の更に他の車両においては、さらに、前記時間遅れは、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を終了したと判断した時刻における前記駆動輪の回転角速度に応じて決定される。   In still another vehicle of the present invention, the time delay is further determined in accordance with the rotational angular velocity of the drive wheel at the time when the lift state determination means determines that the step has been lifted.

請求項1の構成によれば、段差の昇降途中で折り返し動作を行うことがなく、段差に乗り上げるときにも、段差を降りるときにも、走行状態や車体の姿勢を安定に保持し、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。 According to the configuration of the first aspect , the folding operation is not performed in the middle of ascending / descending the step, and the traveling state and the posture of the vehicle body are stably maintained even when riding on the step or when getting off the step. You can drive safely and comfortably in a certain place.

請求項の構成によれば、外乱等に伴う微小な段差抵抗トルクの推定値に対する誤認識を防止することができ、段差の昇降途中であることを正確に判断することができる。 According to the configuration of claim 2 , it is possible to prevent misrecognition of an estimated value of a minute step resistance torque due to disturbance or the like, and to accurately determine that the step is being raised or lowered.

請求項及びの構成によれば、段差の昇降開始から昇降終了までの間、車両加速度の目標値を適切な値に固定し、車体の走行状態及び車体の姿勢を安定に保つことができる。 According to the third and fourth aspects of the present invention, the target value of the vehicle acceleration can be fixed to an appropriate value from the start of raising / lowering of the step to the end of raising / lowering, and the vehicle running state and the vehicle body posture can be kept stable. .

請求項の構成によれば、段差の昇降終了直後において、車両加速度の目標値が急激に変化することを防ぎ、走行状態や車体の姿勢を安定に保つことができる。 According to the configuration of the fifth aspect , it is possible to prevent the target value of the vehicle acceleration from changing suddenly immediately after the end of the elevation of the step, and to keep the running state and the posture of the vehicle body stable.

請求項及びの構成によれば、段差の昇降終了直後における運転者の不適切な操作によって車両が再び段差に向かうような動作を防ぐことができる。 According to the structure of Claim 6 and 7, the operation | movement which a vehicle heads for a level | step difference again by the driver | operator's improper operation immediately after completion | finish of raising / lowering of a level | step difference can be prevented.

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, reference numeral 10 denotes a vehicle according to the present embodiment, which includes a body portion 11, a drive wheel 12, a support portion 13, and a riding portion 14 on which an occupant 15 rides. Can be tilted. Then, the posture of the vehicle body is controlled similarly to the posture control of the inverted pendulum. In the example shown in FIG. 1, the vehicle 10 is accelerating in the direction indicated by the arrow A, and the vehicle body is tilted in the traveling direction.

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 drive wheel 12 is rotatably supported with respect to a support portion 13 that is a part of the vehicle body, and is driven by a drive motor 52 as a drive actuator. The axis of the drive wheel 12 exists in a direction perpendicular to the plane shown in FIG. 1, and the drive wheel 12 rotates around that axis. The drive wheel 12 may be singular or plural, but in the case of plural, the drive wheels 12 are arranged on the same axis in parallel. In the present embodiment, description will be made assuming that there are two drive wheels 12. In this case, each drive wheel 12 is independently driven by an individual drive motor 52. As the drive actuator, for example, a hydraulic motor, an internal combustion engine, or the like can be used, but here, the description will be made assuming that the drive motor 52 that is an electric motor is used.

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 support 13 and is positioned above the drive wheels 12. The main body 11 has a riding section 14 that functions as an active weight section so that it can move relative to the main body 11 in the front-rear direction of the vehicle 10, in other words, relative to the tangential direction of the vehicle body rotation circle. It is attached so as to be movable.

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 vehicle 10 by moving it back and forth with respect to the main body part 11. The active weight portion does not necessarily need to be the riding portion 14. For example, the active weight portion may be a device in which a heavy peripheral device such as a battery is movably attached to the main body portion 11, a weight, a weight (Weight), a device in which a dedicated weight member such as a balancer is movably attached to the main body 11 may be used. Moreover, you may use together the boarding part 14, a heavy peripheral device, an exclusive weight member, etc.

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 riding part 14 in a state in which the occupant 15 is boarded functions as an active weight part will be described, but the occupant 15 is not necessarily in the riding part 14. For example, when the vehicle 10 is operated by remote control, the occupant 15 may not be on the riding section 14, or cargo may be loaded instead of the occupant 15.

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 riding section 14 is the same as a seat used in automobiles such as passenger cars and buses, and includes a seat surface section 14a, a backrest section 14b, and a headrest 14c, and is attached to the main body section 11 through a moving mechanism (not shown). ing.

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 weight part motor 62 as an active weight part actuator. The active weight part motor 62 drives the riding part 14, and the main body part 11. The vehicle is moved back and forth in the vehicle traveling direction. As the active weight actuator, for example, a hydraulic motor, a linear motor, or the like can be used. However, here, the description will be made assuming that the active weight motor 62 that is a rotary electric motor is used.

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 riding part 14 and sliding along the guide rail, a ball, a roller, and the like interposed between the guide rail and the carriage. Rolling elements. In the guide rail, two track grooves are formed linearly along the longitudinal direction on the left and right side surfaces thereof. Moreover, the cross section of the carriage 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 elements are incorporated between the raceway grooves, and roll in the raceway grooves with the relative linear motion of the guide rail and the carriage. The carriage is formed with a return passage that connects both ends of the raceway groove, and the rolling elements circulate through the raceway groove and the return passage.

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 riding section 14 is unnecessary, such as when the vehicle 10 is stopped, the relative positional relationship between the main body section 11 and the riding section 14 is maintained by fixing the carriage to the guide rail with a brake. . When the operation is necessary, the brake is released and the distance between the reference position on the main body 11 side and the reference position on the riding section 14 is controlled to be a predetermined value.

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 input device 30 including a joystick 31 as a target travel state acquisition device is disposed beside the boarding unit 14. The occupant 15 controls the vehicle 10 by operating a joystick 31 as a control device, that is, inputs a travel command such as acceleration, deceleration, turning, in-situ rotation, stop, and braking of the vehicle 10. ing. If the occupant 15 can operate and input a travel command, other devices such as a pedal, a handle, a jog dial, a touch panel, and a push button can be obtained instead of the joystick 31 to obtain a target travel state. It can also be used as a device.

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 vehicle 10 is steered by remote control, it can replace with the said joystick 31, and can use the receiver which receives the driving | running | working command from a controller with a wire communication or a radio | wireless as a target driving state acquisition apparatus. Further, when the vehicle 10 automatically travels according to predetermined travel command data, a data reader that reads travel command data stored in a storage medium such as a semiconductor memory or a hard disk is used as a target travel instead of the joystick 31. It can be used as a status acquisition device.

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 vehicle 10 includes a control ECU (Electronic Control Unit) 20 as a vehicle control device, and the control ECU 20 includes a main control ECU 21, a drive wheel control ECU 22, and an active weight unit control ECU 23. The control ECU 20, main control ECU 21, driving wheel control ECU 22 and active weight unit control ECU 23 include calculation means such as a CPU and MPU, storage means such as a magnetic disk and semiconductor memory, input / output interfaces, and the like. A computer system that controls the operation. For example, the computer system is disposed in the main body 11, but may be disposed in the support portion 13 or the riding portion 14. The main control ECU 21, the drive wheel control ECU 22, and the active weight control ECU 23 may be configured separately or may be configured integrally.

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 main control ECU 21 functions as a part of the drive wheel control system 50 that controls the operation of the drive wheel 12 together with the drive wheel control ECU 22, the drive wheel sensor 51, and the drive motor 52. The drive wheel sensor 51 includes a resolver, an encoder, and the like, functions as a drive wheel rotation state measuring device, detects a drive wheel rotation angle and / or rotation angular velocity indicating a rotation state of the drive wheel 12, and transmits it to the main control ECU 21. To do. The main control ECU 21 transmits a drive torque command value to the drive wheel control ECU 22, and the drive wheel control ECU 22 supplies an input voltage corresponding to the received drive torque command value to the drive motor 52. The drive motor 52 applies drive torque to the drive wheels 12 in accordance with the input voltage, thereby functioning as a drive actuator.

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 main control ECU 21 functions as a part of the active weight part control system 60 that controls the operation of the riding part 14 that is the active weight part together with the active weight part control ECU 23, the active weight part sensor 61, and the active weight part motor 62. To do. The active weight part sensor 61 is composed of an encoder or the like, functions as an active weight part movement state measuring device, detects the active weight part position and / or movement speed indicating the movement state of the riding part 14, and transmits it to the main control ECU 21. To do. Further, the main control ECU 21 transmits an active weight part thrust command value to the active weight part control ECU 23, and the active weight part control ECU 23 sends an input voltage corresponding to the received active weight part thrust command value to the active weight part motor. 62. The active weight motor 62 applies thrust to the riding section 14 to translate the riding section 14 in accordance with the input voltage, thereby functioning as an active weight actuator.

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 main control ECU 21 functions as a part of the vehicle body control system 40 that controls the posture of the vehicle body together with the drive wheel control ECU 22, the active weight unit control ECU 23, the vehicle body inclination sensor 41, the drive motor 52, and the active weight unit motor 62. . The vehicle body tilt sensor 41 includes an acceleration sensor, a gyro sensor, and the like, and functions as a vehicle body tilt state measuring device. The vehicle body tilt sensor 41 detects a vehicle body tilt angle and / or tilt angular velocity indicating the tilt state of the vehicle body, and transmits the detected vehicle body tilt angle to the main control ECU 21. The main control ECU 21 transmits a drive torque command value to the drive wheel control ECU 22 and transmits an active weight portion thrust command value to the active weight portion control ECU 23.

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 main control ECU 21 receives a travel command from the joystick 31 of the input device 30. Then, the main control ECU 21 transmits a drive torque command value to the drive wheel control ECU 22 and transmits an active weight portion thrust command value to the active weight portion control ECU 23.

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 vehicle 10 and the time change of the vehicle body posture. Further, it functions as a target vehicle body posture determination means for determining a target vehicle body posture, that is, a vehicle body tilt state and / or an active weight portion movement state, according to the target travel state and the step resistance torque. Furthermore, it functions as an actuator output determining means that determines the output of each actuator according to the traveling state and vehicle body posture of the vehicle 10 acquired by each sensor, and the target traveling state, target vehicle body posture, and step resistance torque. Specifically, it functions as step elevation torque determining means for determining the drive torque to be added according to the step resistance torque, and center of gravity correction amount determining means for determining the center of gravity correction amount of the vehicle body according to the step elevation torque.

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 vehicle 10 configured as described above will be described. First, an outline of the travel and attitude control process will be described.

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 example of operation according to the prior art for comparison, and FIG. 3B shows the 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 drive wheels 12 to climb up the step, that is, the anti-torque is applied to the vehicle body. The vehicle body tilts backward. For this reason, it is not possible to perform stable vehicle body posture and travel control when riding on a step.

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 riding section 14 functions as an active weight section, and as shown in FIG. 3B, the center of gravity of the vehicle 10 is set by moving the riding section 14 forward. Move forward. As a result, a gravitational torque is applied to tilt the vehicle body forward, so that the reaction when driving torque is applied to the drive wheel 12 for climbing the step, that is, even if the anti-torque acts on the vehicle body, Since the action is canceled out by the torque, the vehicle body does not tilt backward. Therefore, stable vehicle body posture and travel control can be performed even when riding on a step.

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 drive wheels 12. As a result, stable riding is possible for any step shape and vehicle speed.

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 vehicle 10 can move up and down in a stable manner by executing the travel and posture control processing including the correction of the center of gravity of the vehicle 10 and the application of drive torque.

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 driving wheel sensor 51, the vehicle body tilt sensor 41, and the active weight sensor 61. 12 rotation states, vehicle body inclination states, and riding portion 14 movement states are acquired.

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 drive wheels 12, the tilt state of the vehicle body, and / or the riding section 14 is obtained. The step resistance torque is estimated by an observer on the basis of the movement state of each and the output value of each actuator, that is, the output value of the drive motor 52 and / or the active weight motor 62, and the step elevation torque is determined. Here, the observer is a method of observing the internal state of the control system based on a dynamic model, and is configured by wired logic or soft logic.

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 joystick 31, the target value of the acceleration of the vehicle 10 and the target value of the rotational angular velocity of the drive wheels 12 are obtained. decide.

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 vehicle 10 determined by the target travel state determination process. Based on the target value, the target value of the vehicle body posture, that is, the target value of the vehicle body inclination angle and the active weight portion position is determined.

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 drive motor 52 and the active weight motor 62, is determined based on the target travel state determined by the determination processing of the target vehicle body and the target vehicle body posture determined by the determination processing of the target vehicle body posture. To do.

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〕
S :能動重量部推力〔N〕
g:重力加速度〔m/s2
W :駆動輪質量(2つの駆動輪の合計)〔kg〕
W :駆動輪接地半径〔m〕
W :駆動輪慣性モーメント(2つの駆動輪の合計)〔kgm2
W :駆動輪回転に対する粘性減衰係数〔Nms/rad〕
1 :車体質量(能動重量部を含む)〔kg〕
1 :車体重心距離(車軸から)〔m〕
1 :車体慣性モーメント(重心周り)〔kgm2
1 :車体傾斜に対する粘性減衰係数〔Nms/rad〕
S :能動重量部質量〔kg〕
S :能動重量部重心距離(車軸から)〔m〕
S :能動重量部慣性モーメント(重心周り)〔kgm2
S :能動重量部並進に対する粘性減衰係数〔Ns/rad〕

Figure 0005067194
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
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 first estimates the step resistance torque τ D (step S2-1). In this case, based on each state quantity acquired in the state quantity acquisition process and the output of each actuator determined in the actuator output determination process in the previous (previous time step) travel and posture control process, The step resistance torque τ D is estimated from (1).

Figure 0005067194
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 determines the step elevation torque τ C (step S2-2). In this case, the estimated value of the step resistance torque τ D is set as the value of the step lifting torque τ C. That is, τ C = τ D.

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 motor 52, the driving wheel rotation angular acceleration indicating the vehicle translational acceleration as the state quantity, the vehicle body inclination angular acceleration, and the active weight moving acceleration. Estimate the step resistance torque. In this case, not only the driving wheel rotation angular acceleration indicating the rotation state of the driving wheel 12, but also the vehicle body inclination angular acceleration and the active weight portion moving acceleration indicating the change in the vehicle body posture are considered. That is, the change in the vehicle body posture, which is a characteristic element of a vehicle using the posture control of the inverted pendulum, that is, the so-called inverted vehicle is taken into consideration.

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 drive wheels 12 during the step-up / down operation, the vehicle 10 may be unnecessarily accelerated / decelerated immediately before the end of the lift. This is because, for example, when riding on a step, the step resistance torque decreases as the vehicle 10 climbs the step. Therefore, in this embodiment, the step resistance torque that changes with the step elevation state is estimated in real time, and the value is constantly updated so that the step elevation torque suitable for the step elevation operation is always applied. It has become.

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 driving wheel 12, the viscous resistance due to the friction of the rotating shaft, the air resistance acting on the vehicle 10, etc. are secondary. It may be considered as an effect.

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 drive wheel 12 is used. However, a more accurate nonlinear model may be used, or a model for vehicle body tilting motion or active weight portion translational 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 main control ECU 21 first acquires a steering operation amount (step S3-1). In this case, the occupant 15 acquires the operation amount of the joystick 31 that is operated to input a travel command such as acceleration, deceleration, turning, on-site rotation, stop, and braking of the vehicle 10.

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 main control ECU 21 determines a target value for vehicle acceleration based on the acquired operation amount of the joystick 31 (step S3-2). For example, a value proportional to the amount of operation of the joystick 31 in the front-rear direction is set as a target value for vehicle acceleration.

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 main control ECU 21 calculates the target value of the drive wheel rotational angular velocity from the determined target value of the vehicle acceleration (step S3-3). For example, by integrating the target value of the vehicle acceleration time, a value obtained by dividing the driving wheel contact radius R W and the target value of the drive wheel rotation angular velocity.

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 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 main control ECU 21 first determines the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle (step S4-1). In this case, based on the target value of the vehicle acceleration determined by the determination process of the target traveling state and the step lift torque τ C acquired by the determination process of the step lift torque, the following expressions (2) and (3) are used: The target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body inclination angle are determined.

Figure 0005067194
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Figure 0005067194
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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 main control ECU 21 calculates the remaining target value (step S4-2). That is, the target values of the drive wheel rotation angle, the vehicle body inclination angular velocity, and the active weight portion moving speed are calculated by time differentiation or time integration of each target value.

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、さら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、さら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 vehicle 10 climbs a step, the riding section 14 is moved forward, or the vehicle body is further tilted forward. Further, when the vehicle 10 goes down the step, the riding section 14 is moved rearward, or the vehicle body is further tilted rearward.

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 riding section 14 is moved without tilting the vehicle body, and when the riding section 14 reaches the active weight movement limit, the tilting of the vehicle body is started. . For this reason, the vehicle body does not tilt forward and backward with respect to fine acceleration / deceleration, so that the ride comfort for the occupant 15 is improved. Further, if the level difference is not particularly high, the vehicle body is kept upright even on the level difference, so that it is easy to secure the field of view for the occupant 15. In addition, if the level difference is not particularly high, the vehicle body does not greatly tilt even on the level difference, so that a part of the vehicle body is prevented from contacting the road surface.

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 riding section 14 is used, but some or all of the vehicle body tilt torque may be handled by the vehicle body tilt. Good. By tilting the vehicle body, the front-rear inertial force acting on the occupant 15 can be reduced.

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 main control ECU 21 first determines the feedforward output of each actuator (step S5-1). In this case, the feedforward output of the drive motor 52 is determined by the following equation (4) from each target value and the step lifting torque τ C, and the feedforward of the active weight motor 62 is determined by the following equation (5). Determine the output.

Figure 0005067194
Figure 0005067194

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 vehicle 10 is not unnecessarily accelerated or decelerated when the level difference is raised or lowered with respect to a certain steering operation of the joystick 31.

Figure 0005067194
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 determines the feedback output of each actuator (step S5-2). In this case, the feedback output of the drive motor 52 is determined by the following equation (6) from the deviation between each target value and the actual state quantity, and the feedback output of the active weight unit motor 62 by the following equation (7). To decide.

Figure 0005067194
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 gives a command value to each element control system (step S5-3). In this case, the main control ECU 21 transmits the sum of the feedforward output and the feedback output determined as described above to the drive wheel control ECU 22 and the active weight part control ECU 23 as the drive torque command value and the active weight part thrust command value. .

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 riding section 14 is moved in the upper direction of the step. Therefore, the vehicle body can be held upright even on the level difference, and the level difference can be raised and lowered. In addition, an apparatus for measuring a step is not required, and the system configuration can be simplified and the cost can be reduced.

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 portion 14 backward. The same applies to other embodiments described below.

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 part 14 is attached so as to be able to translate relative to the main body part 11 in the front-rear direction of the vehicle 10 and functions as an active weight part. In this case, a moving mechanism including the active weight motor 62 is disposed, and thereby the riding section 14 is translated, so that the control system is complicated as the structure becomes complicated and the cost and weight increase. Further, the first embodiment cannot be applied to an inverted vehicle that does not have a moving mechanism for moving the riding section 14.

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 riding section 14 is omitted. Also, as shown in FIG. 12, the active weight part control system 60 is omitted from the control system, and the active weight part control ECU 23, the active weight part sensor 61, and the active weight part motor 62 are omitted. Since the configuration of other points is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

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 drive wheel 12 for raising and lowering the step, that is, the reaction to the step raising and lowering torque is applied to the vehicle body. By tilting the vehicle body in the upper direction of the step by an angle corresponding to the step lifting torque with respect to the vehicle body tilting torque acting as an anti-torque, the vehicle body tilting torque is canceled by the action of gravity to maintain a balance.

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 explained 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。

Figure 0005067194
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the state quantity acquisition process in the second embodiment of the present invention.
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 estimates the step resistance torque τ D (step S2-11). In this case, based on each state quantity acquired in the state quantity acquisition process and the output of each actuator determined in the actuator output determination process in the previous run (previous time step) travel and posture control process, The step resistance torque τ D is estimated from equation (8).

Figure 0005067194
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 determines the step elevation torque τ C (step S2-12). In this case, the estimated value of the step resistance torque τ D is set as the value of the step lifting torque τ C. That is, τ C = τ D.

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 motor 52, the driving wheel rotation angular acceleration and the vehicle body inclination angular acceleration as the state quantities. In this case, not only the driving wheel rotation angular acceleration indicating the rotation state of the driving wheel 12 but also the vehicle body inclination angular acceleration indicating the change in the vehicle body posture is considered. That is, the change in the vehicle body posture, which is a characteristic element of a vehicle using the posture control of the inverted pendulum, that is, the so-called inverted vehicle is taken into consideration.

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 drive wheels 12 during the step-up / down operation, the vehicle 10 may be unnecessarily accelerated / decelerated immediately before the end of the lift. This is because, for example, when riding on a step, the step resistance torque decreases as the vehicle 10 climbs the step. Therefore, in this embodiment, the step resistance torque that changes with the step elevation state is estimated in real time, and the value is constantly updated so that the step elevation torque suitable for the step elevation operation is always applied. It has become.

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 drive wheel 12, the viscous resistance due to the friction of the rotating shaft, the air resistance acting on the vehicle 10, etc. are secondary effects. You may consider it.

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 main control ECU 21 first determines a target value of the vehicle body inclination angle (step S4-11). In this case, based on the target value of the vehicle acceleration determined by the target travel state determination process and the step lift torque τ C acquired by the step lift torque determination process, the vehicle body inclination angle is expressed by the following equation (9). Determine the target value.

Figure 0005067194
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 calculates the remaining target value (step S4-12). That is, the target values of the drive wheel rotation angle and the vehicle body inclination angular velocity are calculated by time differentiation or time integration of each target value.

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 vehicle 10 accelerates and climbs a step, the vehicle body is tilted forward. Further, when the vehicle 10 decelerates and descends a step, the vehicle body is tilted backward.

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 main control ECU 21 first determines the feedforward output of the actuator (step S5-11). In this case, the feedforward output of the drive motor 52 is determined from the target value and the step elevation torque τ C according to the equation (4) described in the first embodiment.

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 vehicle 10 is not unnecessarily accelerated or decelerated when the level difference is raised or lowered with respect to a certain steering operation of the joystick 31.

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 main control ECU 21 determines the feedback output of the actuator (step S5-12). In this case, the feedback output of the drive motor 52 is determined by the following equation (10) from the deviation between each target value and the actual state quantity.

Figure 0005067194
Figure 0005067194

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 main control ECU 21 gives a command value to the element control system (step S5-13). In this case, the main control ECU 21 transmits the sum of the feedforward output and the feedback output determined as described above to the drive wheel control ECU 22 as a drive torque command value.

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 riding section 14, and the structure and the control system are simplified, so that stable and low-level ingress and egress can be achieved even on an inexpensive and lightweight inverted vehicle. Can be realized.

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 driving torque is applied to the drive wheels 12 during the step-up / down operation, the vehicle 10 may unnecessarily accelerate / decelerate immediately before the end of the step-up / down operation. This is because, for example, when riding on a step, the step resistance torque decreases as the vehicle 10 climbs the step.

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 vehicle 10 is detected by a sensor, and the position and height of the step measured by the sensor and the rotation angle of the driving wheel corresponding to the raised / lowered state of the step are determined. The step lifting torque is changed.

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 vehicle 10 includes a distance sensor 71 as a step measurement sensor, as shown in FIG. The distance sensor 71 uses, for example, laser light, but may be any type of sensor. In the example shown in FIG. 18, two distance sensors 71 are disposed on the lower surface of the riding section 14 so as to be separated from each other in the front-rear direction, and each measures the distance from the lower surface to the front and rear road surfaces. And the level | step difference of a road surface can be detected from the change of the measured value of each distance sensor 71, and the position and height of the detected level | step difference can be acquired. Desirably, one distance sensor 71 is disposed in front of a portion of the driving wheel 12 that contacts the road surface, and the other distance sensor 71 is disposed rearward of a portion of the driving wheel 12 that contacts the road surface. Is done. Thus, since the two distance sensors 71 measure the distance to the road surface at a position away from the contact point of the drive wheel 12, the step difference between the front and rear of the vehicle 10 can be detected.

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 vehicle 10 has a level difference measurement system 70 including a distance sensor 71 as shown in FIG. Then, the distance sensor 71 detects the ground distance as the distance to the road surface at two points on the front and rear sides, and transmits it to the main control ECU 21.

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 riding section 14, the driving torque for riding on the step, etc. are changed as the vehicle 10 rises, thereby stabilizing the vehicle body posture. And travel control can be performed.

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 main control ECU 21 first acquires the measurement value of the distance sensor 71 (step S2-21). In this case, the measured value of the ground distance is acquired from the two front and rear distance sensors 71.

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 main control ECU 21 determines the position and height of the step (step S2-22). In this case, determined by the time history of the ground distance obtained from the distance sensors 71, the vehicle body inclination angle theta 1, the position of the riding section 14, i.e., based on the active weight portion position lambda S, the position and height of the step To do.

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 main control ECU 21 determines the step resistance torque τ D (step S2-23). In this case, the step resistance torque τ D is calculated by the following equation (11).
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.

Figure 0005067194
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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 driving wheel 12 contacts the step, and θ W, 0 is the driving wheel rotation angle when the step is detected. Further, Δθ W is the driving wheel rotation angle after the step contact, and the value becomes zero when the driving wheel 12 contacts the step.

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 drive wheel 12 contacts the step, gradually decreases during the ascending step, and reaches the minimum value of zero when the ascending step is finished.

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.

Figure 0005067194
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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 drive wheel 12 contacts the step, gradually decreases during the descending step, and reaches the maximum value τ D, Max immediately before the end of the descending step.

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 main control ECU 21 determines the step elevation torque τ C (step S2-24). In this case, the estimated value of the step resistance torque τ D is set as the value of the step lifting torque τ C. That is, τ C = τ D.

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 vehicle 10. That is, the elevation state of the vehicle 10 is estimated from the drive wheel rotation angle θ W and the value of the step elevation resistivity ξ is changed. Thereby, it is possible to cope with a speed change of the vehicle 10.

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 vehicle 10 decreases as the level difference is increased.

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 vehicle 10 increases as the level difference is lowered.

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 vehicle 10 at the time of level | step difference raising / lowering can be controlled stably.

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 vehicle 10 moves forward and enters the step located in front of the vehicle 10 has been described. However, the same applies to the case where the vehicle 10 moves backward and enters the step located behind the vehicle 10. Control can be implemented.

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 distance sensor 71 is not used during the step-up / down operation is described. However, in order to grasp the step-up / down state of the vehicle 10 more accurately, the measurement value of the distance sensor 71 is used. You can also Thereby, stable control can be performed even if the drive wheel 12 slips.

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 at discontinuous portions, hysteresis control (for example, control in which two threshold values are set and the threshold value is changed according to the rotation direction of the drive wheels 12) is introduced. Also good.

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 drive wheel 12, rolling friction, slip conditions, and the like may be used.

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 vehicle 10 is detected by the distance sensor 71, and according to the position and height H of the step measured by the distance sensor 71 and the driving wheel rotation angle θ W. The value of the step elevation torque τ C is changed. Therefore, the inverted posture of the vehicle body can be kept stable even when the step is raised or lowered. Thereby, the vehicle 10 can drive | work safely and comfortably also in the place with a level | step difference.

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 distance sensors 71 has been described. However, other devices and methods can be used. For example, the detection of the step and the position and height H of the step may be measured by acquiring an image of the traveling direction of the vehicle 10 with a camera and analyzing the acquired image. Further, for example, based on a vehicle position acquisition system that acquires the position of the vehicle 10 using GPS (Global Positioning System), and map data that includes information on the road surface and the level difference, the level difference that exists around the vehicle 10 is determined. Information may be acquired.

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段差昇降度の変化を示す図、図27は本発明の第4の実施の形態における段差昇降トルク追加量の変化を示す図であり、両図では段差を乗り上げる時の時間変化の一例を示している。また、図28は本発明の第4の実施の形態におけるトルク追加率の変化を示す図、図29は本発明の第4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. 26 is a diagram showing a change in the step elevation degree in the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 27 is a diagram showing a change in the step elevation torque addition amount in the fourth embodiment of the present invention. Shows an example of time change when climbing a step. FIG. 28 is a diagram showing a change in the torque addition rate in the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 29 is a flowchart showing the operation of the step elevation torque determining process in the fourth embodiment of the present invention. .

車両10が段差を上るときや下るとき、車両が段差を上りきらずに下ってしまったり、段差を下りきらずに上ってしまったりすることがある。このような車両10の折り返し動作は、段差の昇降中に、乗員15がジョイスティック31によって逆方向への走行や急な加減速を指令するような不適切な操作が行われたり、段差抵抗トルクτD の推定値と実際の値との差が大きかったり、車体の姿勢制御に必要な駆動トルクが走行状態に大きく影響したりすることによって起こる。そして、この折り返し動作に伴い、車両10が不必要に加減速したり、車体が大きく傾いたりしてしまうことがある。 When the vehicle 10 goes up or down a step, the vehicle may go down without going up the step or go up without going down the step. Such a turn-back operation of the vehicle 10 may be performed by an inappropriate operation in which the occupant 15 instructs to travel in the reverse direction or sudden acceleration / deceleration with the joystick 31 while the step is raised or lowered, or the step resistance torque τ. This occurs because the difference between the estimated value of D and the actual value is large, or the driving torque necessary for the attitude control of the vehicle body greatly affects the running state. And with this turning-back operation | movement, the vehicle 10 may accelerate / decelerate unnecessarily or the vehicle body may be greatly inclined.

そこで、本実施の形態においては、段差昇降途中での折り返し動作を防止するための制御を行う。具体的には、車両制御装置としての制御ECU20は、段差抵抗トルクを推定する段差抵抗トルク推定手段と、段差抵抗トルクの推定値に基づいて段差の昇降状態を判断する昇降状態判断手段とを備える。該昇降状態判定手段は、段差抵抗トルクτD の推定値が所定の2つの閾値で定義される範囲から外れた場合に段差昇降途中であると判断する。そして、段差昇降途中において、駆動輪回転角速度が段差進入のときに比べて所定の割合よりも低下したときには段差昇降τC を追加する。また、段差昇降途中においては、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ジョイスティック31の操作量の変化を無視し、車両加速度の目標値を段差進入直前の値に固定する。 Therefore, in the present embodiment, control is performed to prevent the folding operation during the elevation of the step. Specifically, the control ECU 20 as the vehicle control device includes a step resistance torque estimating unit that estimates the step resistance torque, and an up / down state determining unit that determines an up / down state of the step based on the estimated value of the step resistance torque. . When the estimated value of the step resistance torque τ D deviates from a range defined by two predetermined threshold values, the lift state determination means determines that the step is being lifted. Then, in the middle of raising and lowering the step, the step raising and lowering τ C is added when the driving wheel rotation angular velocity is lower than a predetermined ratio as compared with the step entering. In the middle of raising or lowering the step, the occupant 15 ignores changes in the operation amount of the joystick 31 for inputting a travel command such as acceleration, deceleration, turning, in-situ rotation, stop, braking, etc. of the vehicle 10, and the vehicle acceleration target The value is fixed to the value immediately before entering the step.

これにより、段差の昇降途中における折り返し動作を防ぎ、段差の昇降を確実に実行することができる。また、段差の昇降途中でも、車両10の走行状態や車体の姿勢を安定に保つことができ、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。   Thereby, the folding operation | movement in the middle of raising / lowering of a level | step difference can be prevented, and the raising / lowering of a level | step difference can be performed reliably. In addition, the traveling state of the vehicle 10 and the posture of the vehicle body can be kept stable even while the step is raised and lowered, and the vehicle can travel safely and comfortably in a place with a step.

なお、本実施の形態においては、段差昇降途中において、(a)駆動輪回転角速度が段差進入のときよりも小さいときには段差昇降トルクτC を追加する制御、及び、(b)ジョイスティック31の操作量を無視し、車両加速度の目標値を段差進入直前の値に固定する制御の両方を実行する場合について説明するが、前記(a)の制御と前記(b)の制御のいずれか一方のみを実行することもできる。 In the present embodiment, in the middle of step elevation, (a) control for adding step elevation torque τ C when the driving wheel rotation angular velocity is smaller than that when entering the step, and (b) amount of operation of the joystick 31. Will be described, and both of the control for fixing the target value of the vehicle acceleration to the value immediately before entering the step will be described. However, only one of the control (a) and the control (b) is executed. You can also

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、説明を省略し、ここでは、段差昇降トルクの決定処理及び目標走行状態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. 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 a description thereof will be omitted. Only the step elevation torque determination process and the target travel state determination process will be described.

まず、段差昇降トルクの決定処理について説明する。   First, the step elevation torque determination process will be described.

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S2−31)。この場合、前記第1の実施の形態と同様に、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、前記式(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 main control ECU 21 first estimates the step resistance torque τ D (step S2-31). In this case, as in the first embodiment, each state quantity acquired in the state quantity acquisition process and the actuator output determination process in the previous (previous time step) travel and posture control process are determined. Based on the output of each actuator, the step resistance torque τ D is estimated by the equation (1).

続いて、主制御ECU21は、段差昇降度βを決定する(ステップS2−32)。この場合、段差抵抗トルクτD の時間履歴に基づき、次の式(16)及び(17)により、段差昇降度βを決定する。該段差昇降度βは、車両10が段差昇降中であるか否かを示す指標であり、β=0は段差昇降中でないことを示し、β=1は段差昇降中であることを示している。なお、ここでは、説明の都合上、段差を上がる場合についてのみ説明し、段差を下がる場合についての説明は省略するが、段差を下がる場合の制御処理も段差を上がる場合の制御処理と同様である。 Subsequently, the main control ECU 21 determines the step elevation degree β (step S2-32). In this case, the step elevation degree β is determined by the following equations (16) and (17) based on the time history of the step resistance torque τ D. The step elevation β is an index indicating whether or not the vehicle 10 is moving up and down, β = 0 indicates that the step is not raised and β = 1 indicates that the step is raised and lowered. . Here, for convenience of explanation, only the case where the step is raised will be described, and the explanation about the case where the step is lowered is omitted, but the control processing when the step is lowered is the same as the control processing when the step is raised. .

例えば、車両10がある段差を上り、段差抵抗トルクの推定値τD が図26(a)に示されるように変化するとき、段差昇降度βの値を図26(b)に示されるように変化させる。なお、図26(a)及び(b)の横軸である時間軸は互いに対応しており、双方の軸上の同位置は同時刻を表す。 For example, when the vehicle 10 climbs a certain step and the estimated value τ D of the step resistance torque changes as shown in FIG. 26 (a), the value of the step elevation β is as shown in FIG. 26 (b). Change. 26A and 26B correspond to each other, and the same position on both axes represents the same time.

まず、段差昇降開始条件として、段差昇降度βがβ=0であり、かつ、段差抵抗トルクの推定値τD がτD ≧τD0,MaxあるいはτD ≦τD0,Minを満足するとき、段差昇降を開始したと判定する。ここで、τD0,Max及びτD0,Minは、段差昇降状態にないと判定する段差抵抗トルク推定値の上限及び下限を定義する閾値である。 First, as a step lift start condition, step lifting of beta is beta = 0, and, when the estimated value tau D of the step resistance torque satisfies τ D ≧ τ D0, Max or τ D ≦ τ D0, Min, It is determined that step elevation has started. Here, τ D0, Max and τ D0, Min are threshold values that define an upper limit and a lower limit of the step resistance torque estimation value that is determined not to be in the step elevation state.

そして、段差昇降開始条件が満たされた時刻をtS とすると、段差昇降度βは次の式(16)で表される。 When the time of a step lift start conditions have been satisfied and t S, the stepped elevation of β is expressed by the following equation (16).

Figure 0005067194
Figure 0005067194

また、段差昇降終了条件として、段差昇降度βがβ>0であり、かつ、段差抵抗トルクの推定値τD がτD0,Min<τD D0,Maxを満足するとき、段差昇降を終了したと判定する。そして、段差昇降終了条件が満たされた時刻をtE とすると、段差昇降度βは次の式(17)で表される。 Also, as the step elevation end condition, when the step elevation degree β is β> 0 and the step resistance torque estimated value τ D satisfies τ D0, MinD < D0, Max , the step elevation is finished. It is determined that Then, assuming that the time when the step elevation end condition is satisfied is t E , the step elevation degree β is expressed by the following equation (17).

Figure 0005067194
Figure 0005067194

このように、主制御ECU21は、段差抵抗トルクの推定値τD に基づいて、車両10が段差昇降状態にあるか否かを判断する。具体的には、段差抵抗トルクτD を2つの閾値τD0,Max及びτD0,Minと比較して段差昇降状態を判断する。 As described above, the main control ECU 21 determines whether or not the vehicle 10 is in the step up / down state based on the estimated value τ D of the step resistance torque. Specifically, the step resistance torque τ D is compared with two threshold values τ D0, Max and τ D0, Min to determine the step elevation state.

まず、車両10が段差を昇降していない状態、すなわち、非段差昇降状態(β=0)において、段差抵抗トルクの推定値τD がτD ≧τD0,Max又はτD ≦τD0,Minである場合、段差昇降を開始したと判断して、段差昇降度βの値を0から1に遷移させる。また、車両10が段差を昇降中である状態、すなわち、段差昇降状態(β=1)において、τD0,Min<τD D0,Maxである場合、段差昇降を終了したと判断して段差昇降度βの値を1から0に遷移させる。このように、2つの閾値τD0,Max及びτD0,Minによって非段差昇降状態と判定する段差抵抗トルクの推定値τD に幅を持たせることによって、外乱等に伴う微小な段差抵抗トルクの推定値τD に対する誤認識を防止することができる。 First, in a state in which the vehicle 10 is not moving up and down the level difference, that is, in a non-level difference level (β = 0), the estimated value τ D of the step resistance torque is τ D ≧ τ D0, Max or τ D ≦ τ D0, Min If it is, it is determined that the step elevation has started, and the value of the step elevation degree β is changed from 0 to 1. In the state where the vehicle 10 is moving up and down the step, that is, in the step up and down state (β = 1), if τ D0, MinD < D0, Max , The value of the elevation degree β is changed from 1 to 0. In this way, by providing a width to the estimated value τ D of the step resistance torque that is determined as a non-stepped lift state by the two threshold values τ D0, Max and τ D0, Min , a small step resistance torque caused by a disturbance or the like can be obtained. Misrecognition of the estimated value τ D can be prevented.

また、非段差昇降状態(β=0)と段差昇降状態(β=1)との間に遷移状態(0<β<1)を設け、両状態間の遷移を滑らかに実行する。すなわち、段差昇降度βを所定の状態遷移時間Δttrで線形に遷移させる。本実施の形態で実行する折り返し動作防止の制御のように、段差昇降度βに基づいて両状態間の遷移に適応する制御の切替を実行する場合、これによって制御の切替が滑らかになり、走行状態や車体姿勢の急激な変化を防止することができる。 Further, a transition state (0 <β <1) is provided between the non-step elevation state (β = 0) and the step elevation state (β = 1), and the transition between the two states is executed smoothly. That is, the step elevation degree β is linearly changed with a predetermined state transition time Δt tr . As in the case of the control for preventing the folding operation performed in the present embodiment, when the control switching adapted to the transition between the two states is executed based on the step elevation β, this makes the control switching smooth and the traveling Sudden changes in state and vehicle posture can be prevented.

さらに、段差昇降終了の判断に対して段差昇降終了時間遅れΔtdel を与えて、段差昇降状態から非段差昇降状態への遷移開始を意図的に遅延させる。すなわち、段差昇降終了条件が満たされてから、段差昇降終了時間遅れΔtdel (=所定時間)が経過するまで、段差昇降度βの値を減少させないようにする(=目標値の固定を解除しない)。なお、段差昇降終了時間遅れΔtdel は、段差昇降終了時における車両10の走行速度で所定の段差離脱距離ΔXE を走行するのに要する時間とする。つまり、Δtdel は車両の走行速度に応じて決定され、車両10の走行速度が低いほど、段差昇降終了時間遅れΔtdel を長くする。車両10が段差からある程度離れるまで、折り返し動作防止の制御を続行することによって、段差昇降終了判定の直後に再び段差に向かうこと、すなわち、段差を上がり切った直後に同じ段差を下がることを防止することができる。 Further, a step up / down end time delay Δt del is given to the determination of the step up / down end to intentionally delay the start of the transition from the step up / down state to the non-step up / down state. That is, the step elevation value β is not decreased until the step elevation end time delay Δt del (= predetermined time) elapses after the step elevation end condition is satisfied (= the target value is not fixed). ). The step elevation end time delay Δt del is a time required to travel a predetermined step separation distance ΔX E at the traveling speed of the vehicle 10 at the end of the step elevation. That is, Δt del is determined according to the traveling speed of the vehicle. The lower the traveling speed of the vehicle 10, the longer the step elevation end time delay Δt del becomes. By continuing the control of preventing the folding operation until the vehicle 10 is separated from the step to some extent, it is prevented that the vehicle 10 heads for the step again immediately after the step up / down end determination, that is, the vehicle does not go down the same step immediately after reaching the step up / down. be able to.

さらに、段差昇降終了の判断の後、一定時間が経過するまでは、段差昇降再開始の判断を行わない。すなわち、段差昇降度βがβ>0の場合には、段差昇降度βがβ=0に戻らないと次の段差昇降再開始の判断を行わない。これによって、折り返し動作防止の制御が短い周期で断続的に実行されるのを防止することができる。   Further, after the determination of the step elevation has been completed, the determination of the step elevation restart is not performed until a certain time has elapsed. That is, when the step elevation β is β> 0, the next step elevation restart is not determined unless the step elevation β returns to β = 0. Thereby, it is possible to prevent the control for preventing the folding operation from being intermittently executed in a short cycle.

一方、段差昇降度βがβ<1の場合には、常に段差終了の判断を行う。これによって、誤った判定で増加した段差昇降度βを素早くβ=0に戻し、不必要な折り返し動作防止の制御が実行されるのを防止することができる。   On the other hand, when the step elevation degree β is β <1, it is always determined whether or not the step is finished. As a result, the step elevation degree β increased by erroneous determination can be quickly returned to β = 0, and unnecessary prevention of the folding operation prevention can be prevented.

なお、本実施の形態においては、段差昇降終了時における駆動輪回転角速度に基づく段差昇降終了時間遅れΔtdel によって間接的に段差離脱距離ΔXE を考慮する例について説明したが、段差離脱距離ΔXE をより直接的に考慮することもできる。例えば、段差昇降終了後に所定の駆動輪回転角増加量が計測されるまで、段差昇降度βを減少させないようにしてもよい。これにより、段差昇降終了を判断した時に車両10の走行速度が低い場合であっても、非段差昇降状態への遷移を適切に設定することができる。 In the present embodiment, the example in which the step separation distance ΔX E is indirectly considered by the step elevation end time delay Δt del based on the driving wheel rotation angular velocity at the end of the step elevation has been described. However, the step separation distance ΔX E Can also be considered more directly. For example, the step elevation degree β may not be decreased until a predetermined drive wheel rotation angle increase amount is measured after the step elevation. Thereby, even if it is a case where the running speed of the vehicle 10 is low when it is determined that the step elevation is finished, the transition to the non-step elevation state can be appropriately set.

また、本実施の形態においては、非段差昇降状態と段差昇降状態との間の遷移を、段差昇降度βについての線形の関数を用いて実現させているが、線形の関数に代えて非線形の関数を用いることによって、より滑らかな遷移を実現させてもよい。   In the present embodiment, the transition between the non-step elevation state and the step elevation state is realized using a linear function for the step elevation degree β, but a nonlinear function is used instead of the linear function. A smoother transition may be realized by using a function.

さらに、本実施の形態においては、段差昇降状態の判断に使用する2つの閾値τD0,Max及びτD0,Minにあらかじめ所定の値を与えているが、この値を適宜修正してもよい。例えば、段差抵抗トルクτD の推定値の時間履歴における統計学的特性量に基づいて、前記2つの閾値を自動的に修正してもよい。 Furthermore, in this embodiment, predetermined values are given in advance to the two threshold values τ D0, Max and τ D0, Min used for the determination of the stepped state, but these values may be appropriately corrected. For example, the two threshold values may be automatically corrected based on a statistical characteristic amount in the time history of the estimated value of the step resistance torque τ D.

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S2−33)。この場合、段差抵抗トルクτD に基づいて、次の式(18)により段差昇降トルクτC を決定する。
τC =τD +ΔτC ・・・式(18)
ここで、ΔτC は、段差昇降トルク追加量であり、段差昇降度βと駆動輪回転角速度とに基づいて決定される。
Finally, the main control ECU 21 determines the step elevation torque τ C (step S2-33). In this case, the step elevation torque τ C is determined by the following equation (18) based on the step resistance torque τ D.
τ C = τ D + Δτ C (18)
Here, Δτ C is an additional amount of step lifting torque, and is determined based on the step lifting degree β and the driving wheel rotation angular velocity.

例えば、車両10がある段差を上り、段差抵抗トルクの推定値τD 及び段差昇降度βの値が図27(a)及び(b)に示されるように変化するとき、駆動輪回転角速度の変化に対する段差昇降トルク追加量ΔτC を図27(c)に示されるように設定する。なお、図27の横軸である時間軸は互いに対応しており、各横軸上の同位置は同時刻を表す。また、図27(a)及び(b)は、図26(a)及び(b)と同じ図である。 For example, when the vehicle 10 climbs a certain step and the estimated value τ D of the step resistance torque and the value of the step elevation β change as shown in FIGS. The step height increasing torque Δτ C with respect to is set as shown in FIG. Note that the time axes that are the horizontal axes in FIG. 27 correspond to each other, and the same position on each horizontal axis represents the same time. FIGS. 27A and 27B are the same as FIGS. 26A and 26B.

具体的には、段差昇降トルク追加量ΔτC は、次の式(19)により決定される。 Specifically, the step elevation torque additional amount Δτ C is determined by the following equation (19).

Figure 0005067194
Figure 0005067194

このように、主制御ECU21は、段差昇降途中での折り返し動作を防止するような駆動トルクを段差抵抗トルクτD に加算して、段差昇降トルクτC を決定する。 In this way, the main control ECU 21 determines the step lifting torque τ C by adding the driving torque that prevents the folding operation during the step lifting to the step resistance torque τ D.

すなわち、段差昇降中において、車両10の走行速度が、段差昇降開始時の車両10の走行速度を大きく下回った場合、段差昇降を補助する方向に段差昇降トルク追加量ΔτC を追加する。具体的には、段差昇降中の駆動輪回転角速度を段差昇降開始時の駆動輪回転角速度と比較し、両者の比νが所定の閾値であるトルク追加開始速度率νlim を下回った場合、その差に比例した段差昇降トルク追加量ΔτC を加算する。 That is, when the traveling speed of the vehicle 10 is significantly lower than the traveling speed of the vehicle 10 at the start of the step elevation, the step elevation torque additional amount Δτ C is added in the direction to assist the step elevation. Specifically, when the drive wheel rotation angular velocity during step elevation is compared with the drive wheel rotation angular velocity at the start of step elevation, if the ratio ν of both falls below the torque addition start rate rate ν lim , which is a predetermined threshold, Add the step lift torque additional amount Δτ C proportional to the difference.

なお、図27(c)では、点線で示される段差昇降中の駆動輪回転角速度が、段差昇降開始時の駆動輪回転角速度にトルク追加開始速度率νlim を乗じた値を下回った場合に、実線で示される段差昇降トルク追加量ΔτC が追加されることを表している。 In FIG. 27 (c), when the driving wheel rotation angular velocity during the step elevation indicated by the dotted line is less than the value obtained by multiplying the driving wheel rotation angular velocity at the start of the step elevation by the torque addition start velocity ratio ν lim , This indicates that a step elevation torque addition amount Δτ C indicated by a solid line is added.

加えて、該段差昇降トルク追加量ΔτC を、所定の上限値である最大トルク追加量ΔτC,Max で制限する。これにより、駆動トルクの過剰な付加による車体姿勢制御への悪影響を抑える。 In addition, the step elevation torque additional amount Δτ C is limited by the maximum torque additional amount Δτ C, Max which is a predetermined upper limit value. As a result, adverse effects on vehicle body posture control due to excessive addition of drive torque are suppressed.

このように、車両10の走行速度の低下を適切に判断し、それに応じた段差昇降トルク追加量ΔτC を段差抵抗トルクτD に加算して、段差昇降トルクτC を決定する。 In this way, the decrease in the traveling speed of the vehicle 10 is appropriately determined, and the step lift torque additional amount Δτ C corresponding to the decrease is added to the step resistance torque τ D to determine the step lift torque τ C.

また、段差昇降度βに応じて段差昇降トルク追加量ΔτC を決定する。具体的には、段差昇降開始の判断の後、段差昇降度βとともに、段差昇降トルク追加量ΔτC の基準値(ν<ν1 における段差昇降トルク追加量ΔτC )を線形に増加させる。これにより、非段差昇降状態と段差昇降状態との間の遷移に伴う段差昇降トルクτC 、及び、走行状態や車体姿勢の急激な変化を防止することができる。 Further, the step lifting torque addition amount Δτ C is determined according to the step lifting degree β. Specifically, after the determination of the start of step elevation, the reference value of the step elevation torque addition amount Δτ C (step difference elevation torque addition amount Δτ C when ν <ν 1 ) is linearly increased along with the step elevation degree β. As a result, it is possible to prevent a step change raising / lowering torque τ C accompanying a transition between the non-step raising / lowering state and the step raising / lowering state, and a sudden change in the running state or the vehicle body posture.

さらに、段差昇降終了の判断の後、所定の時間、すなわち、段差昇降終了時間遅れΔtdel が経過するまでは、段差昇降度βとともに段差昇降トルク追加量ΔτC の基準値を一定とし、その後、線形に減少させる。これにより、段差昇降トルク追加量ΔτC の追加をある程度継続して、車両10を段差から確実に離脱させることができる。 Further, after the determination of the end of step elevation, the reference value of the step elevation torque addition amount Δτ C is made constant along with the step elevation degree β until a predetermined time, that is, until the step elevation end time delay Δt del elapses, Decrease linearly. Thus, the vehicle 10 can be reliably detached from the step by continuing the addition of the step lifting torque addition amount Δτ C to some extent.

なお、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτD の推定値とは無関係にあらかじめ設定された所定値を最大トルク追加量ΔτC,Max としているが、該最大トルク追加量ΔτC,Max の値を段差抵抗トルクτD の推定値に応じて変化させることもできる。例えば、段差抵抗トルクτD の推定値が所定の閾値よりも大きい場合に、前記推定値に所定の係数を乗じた値を最大トルク追加量ΔτC,Max とすることによって、より適切な段差昇降トルク追加量ΔτC の追加を行うことができる。 In the present embodiment, the step resistance torque tau D maximum torque additional amount .DELTA..tau C independently of a predetermined value from the estimated value of, although the Max, said maximum torque additional amount .DELTA..tau C, the Max The value can be changed according to the estimated value of the step resistance torque τ D. For example, when the estimated value of the step resistance torque τ D is larger than a predetermined threshold value, a value obtained by multiplying the estimated value by a predetermined coefficient is set as the maximum torque addition amount Δτ C, Max , so The additional torque amount Δτ C can be added.

また、本実施の形態においては、段差昇降終了時間遅れΔtdel によって段差近傍からの車両10の確実な離脱を実現しているが、段差昇降終了後に所定の駆動輪回転角増加量が計測されるまで、段差昇降トルク追加量ΔτC の追加を終了しないようにしてもよい。これにより、段差昇降終了を判断した時に車両10の走行速度が極端に低い場合であっても、車両10を段差から確実に離脱させることができる。 Further, in the present embodiment, the vehicle 10 is surely separated from the vicinity of the step by the step lift end time delay Δt del , but a predetermined drive wheel rotation angle increase amount is measured after the step lift is finished. The addition of the step lifting torque addition amount Δτ C may not be terminated until the above. As a result, even when the traveling speed of the vehicle 10 is extremely low when it is determined that the step elevation is finished, the vehicle 10 can be reliably detached from the step.

次に、本実施の形態における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 in the present embodiment will be described.

図30は本発明の第4の実施の形態における目標車両加速度の変化を示す図であり、段差を乗り上げる時の時間変化の一例を示している。また、図31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。   FIG. 30 is a diagram showing a change in the target vehicle acceleration according to the fourth embodiment of the present invention, and shows an example of a time change when climbing a step. FIG. 31 is a flowchart showing the operation of target travel state determination processing in the fourth 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S3−31)。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。   In the target travel state determination process, the main control ECU 21 first acquires a steering operation amount (step S3-31). In this case, the occupant 15 acquires the operation amount of the joystick 31 that is operated to input a travel command such as acceleration, deceleration, turning, on-site rotation, stop, and braking of the vehicle 10.

続いて、主制御ECU21は、取得したジョイスティック31の操作量及び段差昇降度β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(21)により、車両加速度の目標値α* を決定する。 Subsequently, the main control ECU 21 determines a target value of vehicle acceleration based on the obtained operation amount of the joystick 31 and the step elevation degree β (step S3-32). In this case, the vehicle acceleration target value α * is determined by the following equation (21).

Figure 0005067194
Figure 0005067194

例えば、車両10がある段差を上り、段差抵抗トルクの推定値τD 及び修正段差昇降度の値が図30(a)及び(b)に示されるように変化するとき、ジョイスティック31の操作量に応じた車両加速度の目標値αd * の変化に対する車両加速度の目標値α* は図31(c)に示すように設定される。なお、図31の横軸である時間軸は互いに対応しており、各横軸上の同位置は同時刻を表す。また、図31(a)は、図26(a)と同じ図である。 For example, when the vehicle 10 climbs a certain step and the estimated value τ D of the step resistance torque and the value of the corrected step elevation change as shown in FIGS. 30A and 30B, the operation amount of the joystick 31 is increased. target value of the vehicle acceleration with respect to the target value alpha d * of the change in vehicle acceleration based on alpha * is set as shown in FIG. 31 (c). Note that time axes that are horizontal axes in FIG. 31 correspond to each other, and the same position on each horizontal axis represents the same time. Moreover, Fig.31 (a) is the same figure as Fig.26 (a).

このように、主制御ECU21は、段差昇降動作中、乗員15によるジョイスティック31の操作を無視し、車両加速度の目標値を段差進入直前の値に固定する。図30(c)では、点線が段差昇降動作中のジョイスティック31の操作量に応じた車両加速度の目標値を示している。

Figure 0005067194
Thus, the main control ECU 21 ignores the operation of the joystick 31 by the occupant 15 during the step elevation operation, and fixes the target value of the vehicle acceleration to the value immediately before the step entry. In FIG.30 (c), the dotted line has shown the target value of the vehicle acceleration according to the operation amount of the joystick 31 in the level | step difference raising / lowering operation | movement.
Figure 0005067194

そして、段差昇降終了の判断の後、車両加速度の目標値を、ジョイスティック31の操作量に応じて決定される車両加速度の目標値に徐々に近付ける。この場合、段差抵抗トルクτD の推定値に基づいて段差昇降を終了したと判断し、さらに、所定の時間、すなわち、段差昇降終了時間遅れΔtdel が経過した後、減少する段差昇降度βに応じて、車両加速度の目標値を、段差昇降開始時における車両加速度の目標値からジョイスティック31の操作量に応じた車両加速度の目標値へ、所定の状態遷移時間Δttrで近付ける。これにより、車両加速度の目標値の急激な変化に伴う走行状態及び車体姿勢の急激な変化を防止することができるとともに、段差昇降終了直後における乗員15の不適切なジョイスティック31の操作に起因する同じ段差への再進入を防止することができる。 Then, after determining whether or not the step is finished, the vehicle acceleration target value is gradually brought closer to the vehicle acceleration target value determined according to the operation amount of the joystick 31. In this case, it is determined that the step elevation has ended based on the estimated value of the step resistance torque τ D , and the step elevation degree β decreases after a predetermined time, that is, the step elevation end time delay Δt del has elapsed. Accordingly, the target value of the vehicle acceleration is brought closer to the target value of the vehicle acceleration corresponding to the operation amount of the joystick 31 from the target value of the vehicle acceleration at the time of starting the step elevation with a predetermined state transition time Δt tr . As a result, it is possible to prevent a sudden change in the running state and the vehicle body posture accompanying a sudden change in the target value of the vehicle acceleration, and the same due to an inappropriate operation of the joystick 31 of the occupant 15 immediately after the step up and down. It is possible to prevent re-entry into the step.

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 main control ECU 21 calculates the target value of the drive wheel rotational angular velocity from the determined target value of the vehicle acceleration (step S3-33). For example, by integrating the target value of the vehicle acceleration time, a value obtained by dividing the driving wheel contact radius R W and the target value of the drive wheel rotation angular velocity.

なお、本実施の形態においては、段差昇降開始の判断の後、乗員15のいかなるジョイスティック31の操作も無視して車両加速度の目標値を固定した例について説明したが、ジョイスティック31の特定の操作に対しては、車両加速度の目標値の固定を解除し、ジョイスティック31の操作量に応じて車両加速度の目標値を決定してもよい。例えば、ジョイスティック31の操作量に応じた車両加速度の目標値が所定の負の閾値よりも小さい場合、乗員15が段差昇降の中断を要求しているものと判断し、車両加速度の目標値の固定を解除し、ジョイスティック31の操作量に応じて車両加速度の目標値を決定してもよい。これにより、例えば、緊急時における乗員15の特殊な危険回避操作を感知し、適切な走行状態を実現することができる。   In the present embodiment, an example in which the target value of the vehicle acceleration is fixed by ignoring any operation of the joystick 31 of the occupant 15 after the determination of the start of the step elevation is described. On the other hand, the target value of the vehicle acceleration may be released and the target value of the vehicle acceleration may be determined according to the amount of operation of the joystick 31. For example, when the target value of the vehicle acceleration corresponding to the operation amount of the joystick 31 is smaller than a predetermined negative threshold, it is determined that the occupant 15 is requesting to interrupt the step elevation, and the target value of the vehicle acceleration is fixed. And the target value of the vehicle acceleration may be determined according to the amount of operation of the joystick 31. Thereby, for example, it is possible to sense a special danger avoidance operation of the occupant 15 in an emergency and to realize an appropriate traveling state.

また、本実施の形態においては、車両速度(駆動輪回転角速度)やその目標値と無関係に車両加速度の目標値を固定した例について説明したが、車両速度やその目標値及びジョイスティック31の操作量に応じて、車両加速度の目標値の固定を解除してもよい。例えば、駆動輪回転角速度やその目標値が所定の閾値より低く、段差昇降中に車両加速度の目標値を増加させるようなジョイスティック31の操作が行われた場合、該ジョイスティック31の操作量に応じた値を車両加速度の目標値として決定してもよい。これにより、段差昇降動作をより確実に完遂することができる。   Further, in the present embodiment, the example in which the target value of the vehicle acceleration is fixed irrespective of the vehicle speed (drive wheel rotation angular speed) and the target value has been described. However, the vehicle speed, the target value, and the operation amount of the joystick 31 are described. Accordingly, the fixed vehicle acceleration target value may be released. For example, when the joystick 31 is operated to increase the vehicle acceleration target value while raising or lowering the step when the driving wheel rotation angular velocity or the target value is lower than a predetermined threshold value, the joystick 31 is operated according to the operation amount. The value may be determined as a target value for vehicle acceleration. Thereby, the step elevation operation can be completed more reliably.

さらに、本実施の形態においては、段差昇降開始時の車両加速度の目標値がいかなる値であってもその値に固定した例について説明したが、その値と異なる値に固定してもよい。例えば、車両速度(駆動輪回転角速度)やその目標値が所定の閾値より低い場合、段差昇降開始時の車両加速度の目標値に対し、所定の負の値又はゼロを下限値として、その後の車両加速度の目標値の固定値を制限してもよい。また、例えば、段差昇降動作中に、固定された負の車両加速度の目標値によって車両速度の目標値が所定の正の閾値を下回った場合、車両加速度の目標値をゼロとして、車両速度の目標値を前記閾値に固定するようにしてもよい。これにより、車両速度が極端に低下することを避け、段差昇降途中での折り返し動作をより確実に防止することができる。   Furthermore, in the present embodiment, an example has been described in which the target value of the vehicle acceleration at the start of step elevation is fixed to any value, but it may be fixed to a value different from that value. For example, when the vehicle speed (drive wheel rotation angular velocity) or its target value is lower than a predetermined threshold value, a predetermined negative value or zero is set as a lower limit value for the vehicle acceleration target value at the start of step elevation, and the subsequent vehicle You may restrict | limit the fixed value of the target value of acceleration. Further, for example, when the vehicle speed target value falls below a predetermined positive threshold due to the fixed negative vehicle acceleration target value during the step up / down operation, the vehicle acceleration target value is set to zero and the vehicle speed target value is set to zero. The value may be fixed to the threshold value. Thereby, it can avoid that the vehicle speed falls extremely and can prevent the folding operation | movement in the middle of raising / lowering a level | step difference more reliably.

さらに、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτD の推定値によって段差昇降状態を判断し、段差昇降トルクτC を追加する制御及び車両加速度の目標値を段差進入直前の値に固定する制御を実行する例について説明したが、前記第3の実施の形態において説明したように距離センサ71等の段差計測センサを使用し、該段差計測センサの計測結果に基づいて、段差昇降トルクτC を追加する制御及び車両加速度の目標値を段差進入直前の値に固定する制御を実行してもよい。 Further, in the present embodiment, the step elevation state is determined based on the estimated value of the step resistance torque τ D , the control for adding the step elevation torque τ C, and the control for fixing the target value of the vehicle acceleration to the value immediately before the step entry. As described in the third embodiment, a step measurement sensor such as the distance sensor 71 is used, and the step lifting torque τ C is calculated based on the measurement result of the step measurement sensor. You may perform control which fixes the target value of control to add and vehicle acceleration to the value immediately before level | step difference approach.

さらに、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。   Furthermore, in the present embodiment, only the case where the vehicle has advanced and entered the step located in front of the vehicle 10 has been described, but the same applies to the case where the vehicle 10 moves backward and enters the step located behind the vehicle 10. Control can be implemented.

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.

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である。It is the schematic which shows the structure of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state which is carrying out acceleration advance in the state which the passenger | crew got on. 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。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 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である。It is the schematic which shows the level | step difference raising / lowering operation | movement of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows operation | movement of the driving | running | working and attitude | position control processing of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention. 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である。It is a figure which shows the dynamic model of the vehicle in the 1st Embodiment of this invention, and its parameter. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the acquisition process of the state quantity in the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the level | step difference raising / lowering torque in the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target driving state in the 1st Embodiment of this invention. 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である。It is a graph which shows the change of the target value of the active weight part position in the 1st Embodiment of this invention, and the target value of a vehicle body tilt angle. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target vehicle body attitude | position in the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the actuator output in the 1st Embodiment of this invention. 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である。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is the schematic which shows the operation | movement in the raising / lowering of the level | step difference of the vehicle in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the acquisition process of the state quantity in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the level | step difference raising / lowering torque in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target vehicle body attitude | position in the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the actuator output in the 2nd Embodiment of this invention. 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である。It is the schematic which shows the structure of the vehicle in the 3rd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state which has detected the level | step difference before the level | step difference. 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である。It is the schematic which shows the operation | movement in the raising / lowering of the level | step difference of the vehicle in the 3rd Embodiment of this invention. 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。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle in the 3rd Embodiment of this invention. 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である。It is a figure which shows the geometric conditions when measuring the level | step difference of the up in the 3rd Embodiment of this invention. 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である。It is a figure which shows the change of the level | step difference raising / lowering resistivity of the uphill level | step difference in the 3rd Embodiment of this invention. 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である。It is a figure which shows the geometric conditions when measuring the level | step difference of the down in the 3rd Embodiment of this invention. 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である。It is a figure which shows the change of level | step difference raising / lowering resistivity of the level | step difference of the downward in the 3rd Embodiment of this invention. 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。It 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. 本発明の第4の実施の形態における段差昇降度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the step elevation degree in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態における段差昇降トルク追加量の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the level | step difference raising / lowering torque additional amount in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態におけるトルク追加率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the torque addition rate in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the level | step difference raising / lowering torque in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態における目標車両加速度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the target vehicle acceleration in the 4th Embodiment of this invention. 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。It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target driving state in the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 車両
12 駆動輪
20 制御ECU
30 入力装置
10 Vehicle 12 Drive wheel 20 Control ECU
30 Input device

Claims (7)

車体と、
該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、
走行指令を入力する入力装置と、
該入力装置から入力された走行指令に基づき、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、路面の段差を昇降するときに、前記車体の姿勢によって前記段差による抵抗である段差抵抗トルクを推定する段差抵抗トルク推定手段を備え、前記段差抵抗トルクに応じて前記駆動トルクを制御し、前記段差の昇降途中では、前記走行指令に係わらず車両加速度の目標値を固定することを特徴とする車両。
The car body,
A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body;
An input device for inputting a travel command;
A vehicle control device for controlling the posture of the vehicle body by controlling a drive torque applied to the drive wheel based on a travel command input from the input device;
The vehicle control device includes step resistance torque estimating means for estimating a step resistance torque that is a resistance due to the step according to the posture of the vehicle body when raising or lowering a step on the road surface, and the driving torque according to the step resistance torque And a vehicle acceleration target value is fixed during the elevation of the step regardless of the travel command.
前記車両制御装置は、前記段差抵抗トルクの推定値に基づいて前記段差の昇降状態を判断する昇降状態判断手段を備え、
該昇降状態判断手段は、前記段差抵抗トルクの推定値が所定の閾値以上である場合に、前記段差の昇降途中であると判断する請求項に記載の車両。
The vehicle control device includes a lift state determination unit that determines a lift state of the step based on an estimated value of the step resistance torque,
Elevating state determining means, when the estimated value of the step resistance torque is equal to or greater than a predetermined threshold value, the vehicle according to claim 1, determines that the middle elevation of the step.
前記車両制御装置は、前記車両加速度の目標値を前記段差への進入直前の値に固定する請求項1又は2に記載の車両。 The vehicle control device of the vehicle according to claim 1 or 2 fixes the target value of the vehicle acceleration value immediately before entry into the step. 前記車両制御装置は、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を開始したと判断したら前記車両加速度の目標値を固定する請求項に記載の車両。 The vehicle according to claim 2 , wherein the vehicle control device fixes the target value of the vehicle acceleration when the lift state determination means determines that the lift of the step is started. 前記車両制御装置は、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を終了したと判断した後、前記車両加速度の目標値と前記走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値との差を、時間経過に伴い小さくする請求項又はに記載の車両。 The vehicle control device determines a difference between a target value of the vehicle acceleration and a target value of the vehicle acceleration determined in accordance with the travel command after determining that the lifting state determination means has finished raising and lowering the step. vehicle according to claim 2 or 4 to decrease with the passage. 前記車両制御装置は、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を終了したと判断してから所定時間後に前記車両加速度の目標値の固定を解除する請求項又はに記載の車両。 The vehicle control device of the vehicle according to claim 4 or 5 wherein the lifting state determining means releases the fixing of the target value of the vehicle acceleration from determining that it has finished the lifting of the step after a predetermined time. 前記所定時間は、前記昇降状態判断手段が段差の昇降を終了したと判断した時の前記駆動輪の回転角速度に応じて決定される請求項に記載の車両。 The vehicle according to claim 6 , wherein the predetermined time is determined according to a rotational angular velocity of the drive wheel when the lifting state determination unit determines that the lifting of the step has been completed.
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