JP5168518B2 - 車輌制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、倒立振り子の姿勢制御を利用した車輌の制御装置に係り、特に複数の車輌で自動追従走行を行うとき車輌制御装置に関する。

近年、倒立振り子の姿勢制御を利用した車輌（以下、単に倒立制御車輌という）が注目されており、例えば、特許文献１（特開２００４−１２９４３５公報）などには、倒立振り子の姿勢制御を利用した搬送措置が提案されている。

一方、従来より、自動車等の車輌の運転を自動的に行う自動運転システムが知られている。このような自動運転システムの下では、たとえば高速道路などを走行する複数の自動車車輌は、個別的に走行するよりも、隊列を形成して車輌群として走行する方が、省力化や交通緩和などの点で好ましい場合が多いと考えられている。従って、自動運転システムでは、先行車輌に対して、後続車輌をどのように隊列形成させ、先行車輌に対して如何に自動的に追従走行させるかにつき種々研究がされている。このような追従走行に係る技術については、例えば特許文献２（特開２００１−２７３５８８号公報）などに開示がなされている。
特開２００４−１２９４３５公報 特開２００１−２７３５８８号公報

倒立制御車輌においては、車輌を制動させる際は、車体が慣性力で転倒することを回避するために、制動前に一度車輪に加速トルクを与え、車体を後傾させ、所定の後傾角度に達した後、車輪に制動トルクを与え制動を開始する。

制動時に上記のように挙動する倒立制御車輌で、自動追従走行制御を行う場合について検討する。ここで、簡単のために２台の車輌を例として考えてみる。すなわち、搭乗者の運転操作による先行車輌に対して自動追従走行する後続車輌の場合を例として考えてみる。

先行車輌が制動開始時に、車体を後傾するための加速を開始した場合、先行車輌の車輪回転加速度が増加する。このため、先行車輌と後続車輌との車輪回転速度差が増加するため、後続車輌の加速度指令値は、直前の加速度指令値よりも増加する。この後、先行車輌が目標の車体傾斜角に達し、制動を開始すると、後続車輌はこれに追随するために減速指令が与えられ、車体を後傾にするための加速が開始される。

このように、後続車輌の制動開始タイミングは、先行車輌の制動開始タイミングから遅れることとなり、後続車輌における自動追従制御の精度が低下してしまい、最悪の場合、追従走行ができなくなってしまう、という問題があった。

なお、先行車輌の加速時などにも、後続車輌側では同様の問題が発生し得る。

以上をまとめると、倒立制御車輌の加速・制動前の準備動作では、逆方向の動作、つまり制動準備時には加速、加速準備時には減速の方向に一度ふれる動作（以後、この動作を「カウンター動作」という）を行うために、倒立制御車輌で自動追従走行制御を行おうとすると、先行車輌の制動・加速準備動作に対して後続車輌が反応してしまい、後続車輌の自動追従走行制御に遅れが生じ、制御の精度が低下する、という問題があった。

上記問題点を解決するために、本発明に係る車輌制御装置は、倒立制御を行う先行車輌に対し、追従走行する車輌を制御する車輌制御装置であって、前記先行車輌の車輌速度と前記先行車輌を操縦する操縦装置の操作量とを受信する通信部と、前記先行車輌と前記追従走行する車輌との車間距離を計測する車間距離センサと、前記追従走行する車輌の加速度指令値を演算する演算手段と、を有し、該演算手段は、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作としての加速であるのかを、前記通信部によって受信した操縦装置の操作量によって判定すると共に、該判定に基づいて、前記通信部によって受信した先行車輌の車輌速度と該車間距離センサによって計測された車間距離とに基づいて演算される第１加速度指令値と、前記通信部によって受信した操縦装置の操作量に基づいて演算される第２加速度指令値と、のいずれかを目標加速度指令値とすることを特徴とする。

また、本発明に係る車輌制御装置は、該演算手段は、前記操縦装置の操作量に基づいて、先行車輌に減速指示が出されていると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち小さい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする。

また、本発明に係る車輌制御装置は、該演算手段は、前記操縦装置の操作量に基づいて、先行車輌に加速指示が出されていると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち大きい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする。

また、本発明に係る車輌制御装置は、倒立制御を行う先行車輌に対し、追従走行する車輌を制御する車輌制御装置であって、前記先行車輌の車輌速度と前記先行車輌の加速度指令値とを受信する通信部と、前記先行車輌と前記追従走行する車輌との車間距離を計測する車間距離センサと、
前記追従走行する車輌の加速度指令値を演算する演算手段と、を有し、該演算手段は、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作としての加速であるのかを、前記通信部によって受信した先行車輌の加速度指令値によって判定すると共に、該判定に基づいて、前記通信部によって受信した先行車輌の車輌速度と該車間距離センサによって計測された車間距離とに基づいて演算される第１加速度指令値と、前記通信部によって受信した先行車輌の加速度指令値に基づいて演算される第２加速度指令値と、のいずれかを目標加速度指令値とすることを特徴とする。

また、本発明に係る車輌制御装置は、該演算手段は、前記先行車輌の加速度指令値が負であると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち小さい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする。

また、本発明に係る車輌制御装置は、該演算手段は、前記先行車輌の加速度指令値が負でないと判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち大きい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする。

また、本発明に係る車輌制御装置は、前記車輌速度は、車輪の回転速度から求めることを特徴とする。

また、本発明に係る車輌制御装置によれば、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作としての加速であるのかを、前記通信部によって受信した操縦装置の操作量によって判定すると共に、該判定に基づいて、前記通信部によって受信した先行車輌の車輌速度と該車間距離センサによって計測された車間距離とに基づいて演算される第１加速度指令値と、前記通信部によって受信した操縦装置の操作量に基づいて演算される第２加速度指令値と、のいずれかを目標加速度指令値とするので、後続車輌の自動追従走行制御に遅れが生じることがなく、かつ、制動を行う旨の情報が後続車輌に遅れなく伝達されることにより、衝突の危険を未然に回避することが可能となり、精度の高い自動追従走行制御を実現することができる。

また、本発明に係る車輌制御装置によれば、先行車輌に減速指示が出されていると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち小さい値のものを目標加速度指令値とするので、後続車輌としては、先行車輌に衝突するような事態を未然に回避することができる自動追従走行制御を実現することができる。

また、本発明に係る車輌制御装置によれば、先行車輌に加速指示が出されていると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち大きい値のものを目標加速度指令値とするので、後続車輌としては、先行車輌に遅れることなく追随することが可能となる自動追従走行制御を実現することができる。

また、本発明に係る車輌制御装置によれば、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作としての加速であるのかを、前記通信部によって受信した先行車輌の加速度指令値によって判定すると共に、該判定に基づいて、前記通信部によって受信した先行車輌の車輌速度と該車間距離センサによって計測された車間距離とに基づいて演算される第１加速度指令値と、前記通信部によって受信した先行車輌の加速度指令値に基づいて演算される第２加速度指令値と、のいずれかを目標加速度指令値とするので、後続車輌の自動追従走行制御に遅れが生じることがなく、かつ、制動を行う旨の情報が後続車輌に遅れなく伝達されることにより、衝突の危険を未然に回避することが可能となり、精度の高い自動追従走行制御を実現することができる。

また、本発明に係る車輌制御装置によれば、前記先行車輌の加速度指令値が負であると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち小さい値のものを目標加速度指令値とするので、後続車輌としては、先行車輌に衝突するような事態を未然に回避することができる自動追従走行制御を実現することができる。

また、本発明に係る車輌制御装置によれば、前記先行車輌の加速度指令値が負でないと判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち大きい値のものを目標加速度指令値とするので、後続車輌としては、先行車輌に遅れることなく追随することが可能となる自動追従走行制御を実現することができる。

本実施形態おいて、搭乗部を前方に動かすことで、より小さな傾斜角で加速する状態を表した説明図である。 本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示した図である。 本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御システムのブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における走行・姿勢制御のフローチャートである。 車輌目標加速度α*（横軸）と目標車体傾斜角θ₁*および、搭乗部目標位置λS*の関係図である。 本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の変形例における目標値決定処理のフローチャートである。 車両姿勢制御系の力学モデルを示した図である。 本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御モデルを示す図である。 本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の追従走行モードにおける制御システムのブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１１ａ、１１ｂ・・・駆動輪、１２・・・駆動モータ、１３・・・搭乗部、１４・・・支持部材、１６・・・制御ユニット、２０・・・制御ＥＣＵ、２１・・・主制御ＥＣＵ、２２・・・駆動輪制御ＥＣＵ、２３・・・搭乗部制御ＥＣＵ、２５・・・通信部制御ＥＣＵ、３０・・・入力装置、３１・・・ジョイスティック、４０・・・車体制御システム、４１・・・車体傾斜センサ、４２・・・車間距離センサ、５０・・・駆動輪制御システム、５１・・・駆動輪センサ、５２・・・駆動モータ、６０・・・搭乗部制御システム、６１・・・搭乗部センサ、６２・・・搭乗部モータ、６３・・・移動機構、８０・・・通信制御システム、８１・・・通信部、１３１・・・座面部、１３２・・・背もたれ部、１３３・・・ヘッドレスト

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態おいて、搭乗部の移動により小さな傾斜角で加速する状態を表したものである。本実施形態では、搭乗者を含む搭乗部を車輌の前後方向に相対的に並進移動させることにより、車体のバランス（倒立状態）を保つ。すなわち、図１（ａ）に示すように、搭乗者操作に基づく目標走行状態（加速、減速、停止など）に応じた加減速により車体に作用する駆動輪の反トルクと加速度に伴う慣性力とのバランスを保つために、搭乗者を含む搭乗部を加速度方向に並進移動させる。これにより、加減速度に対する車体の傾斜角を小さくすることができ、快適で安全な倒立型車輌を提供することができる。

なお、本実施形態では以上のような制御について説明するが、目標走行状態に応じた加速度が比較的小さい場合には、搭乗部の移動のみで対応させ、加速度が比較的大きい場合には、搭乗部の移動に加えて、車体の傾斜角を使って対応させるような制御動作をさせるように構成しても良い。

図２は本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示した図である。図２において、１１ａ、１１ｂは駆動輪、１２は駆動モータ、１３は搭乗部、１４は支持部材、１６は制御ユニット、３０は入力装置、３１はジョイスティック、４２は車間距離センサ、６３は移動機構、８１は通信部、１３１は座面部、１３２は背もたれ部、１３３はヘッドレストをそれぞれ示している。

図２に示されるように、車輌は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ、１１ｂを備えている。両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２ａ、１２ｂで駆動されるようになっている。なお、車輌の駆動輪及び駆動モータについては、同軸上に２つ配置する場合だけでなく、それぞれ１つ、又は３つ以上を配置するようにしてもよい。

駆動輪１１ａ、１１ｂ（両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合には駆動輪１１という。以下他の構成も同様）及び駆動モータ１２の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗部１３（シート）が配置されている。

搭乗部１３は、運転者が座る座面部１３１、背もたれ部１３２、及びヘッドレスト１３３で構成されている。

搭乗部１３は、移動機構６３を介して支持部材１４により支持されている。支持部材１４は駆動モータ１２が収納されている駆動モータ筐体に固定されている。

移動機構６３としては、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、搭乗部駆動モータの駆動トルクにより搭乗部１３と、支持部材１４との相対的な位置を変更するようになっている。

リニアガイド装置は、支持部材１４に固定された案内レールと、搭乗部駆動モータに固定されたスライダと、転動体を備えている。

案内レールには、その左右側面部に２本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。

スライダの断面はコ字状に形成されており、その対向する二つの側面部内側には、２本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。

転動体は、前述した軌道溝の間に組み込まれて、案内レールとスライダとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。

なお、スライダには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝と戻し通路を循環するようになっている。

リニアガイド装置には、リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ（クラッチ）が配設されている。車輌が停車している時のように搭乗部の動作が不要であるときには、ブレーキにより、案内レールにスライダを固定することで、案内レールが固定されている支持部材１４と、スライダが固定されている搭乗部１３との相対的位置を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、支持部材１４側の基準位置と搭乗部１３側の基準位置との距離が所定値となるように制御する。

搭乗部１３の脇には入力装置３０が配置され、入力装置３０には、操縦装置としてのジョイスティック３１が配置されている。運転者は、このジョイスティック３１を操作することにより、車輌の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の指示を行うようになっている。なお、本実施形態では操縦装置として、ジョイスティックを用いた場合を例に説明するが、操縦装置としてはその他の入力デバイスを用いることもできる。

本実施形態における入力装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に入力装置３０を配置するようにしてもよい。

本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌には、入力装置３０が配置されており、この入力装置３０に係るジョイスティック３１を搭乗者が操作することによって車輌の制御を行うが、このような搭乗者操作による「通常走行モード」と、搭乗者操作によらず前方を走行する車輌に追従する「追従走行モード」とを有するものである。本実施形態では「通常走行モード」と「追従走行モード」の双方の走行モードを有する車輌の制御装置を例に説明するが、本発明の車輌制御装置は「追従走行モード」のみを有する車輌にも適用することができる。

なお、予め決められた走行指令データに従って自動走行するように車輌を制御する場合には、入力装置３０に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを取得する読み取り手段、または／及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成してもよい。

なお、図２において、搭乗部１３には人が搭乗している場合について示しているが、必ずしも人が運転する車輌には限定されず、荷物だけを乗せた状態、あるいは、何も搭載していない状態で、外部からのリモコン操作や走行指令データに従って走行や停止をさせてもよい。

車間距離センサ４２は、制御ユニット１６に設けられており、自車輌と前方を走行する車輌との間の距離を計測するものであり、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダーなどで構成されている。本実施形態では、「追従走行モード」の車輌制御を実行する場合に、 車間距離センサ４２によって検出された車間距離情報が用いられるが、車間距離情報はその他の車輌制御にも用いることが可能である。

通信部８１は、車輌間で情報を送信することができる通信装置であり、無線方式、有線方式のいずれをも用いることができる。本実施形態では、「追従走行モード」の車輌制御を実行する場合に、この通信部８１によって、先行車輌の通信部８１から、先行車輌の走行状況などに係る所定の情報を得て、自車輌の車輌制御に供するものである。

搭乗部１３と駆動輪１１との間には制御ユニット１６が配置されている。本実施形態において制御ユニット１６は、支持部材１４に取り付けられている。

なお、制御ユニット１６は、搭乗部１３の座面部１３１の下面に取り付けるようにしてもよい。この場合、制御ユニットは移動機構６３によって搭乗部１３と共に前後に移動する。

本実施形態の車輌は、その他の装置としてバッテリを備えている。バッテリは支持部材１４に配設されており、駆動モータ１２、搭乗部駆動モータ、制御ＥＣＵ２０等に駆動用及び演算用の電力を供給する。

以下の説明において、駆動輪１１、および、これに固定されて共に回転する部分を「駆動輪」、搭乗者を含む車輌全体から駆動輪を除いた部分を「車体」、搭乗部１３、および、これに固定されて共に並進移動する部分（搭乗者を含む）を「搭乗部」とする。

本実施形態において、「搭乗部」は、搭乗部１３、入力装置３０、移動機構６３（リニアガイド）の一部により構成されるが、制御ユニット１６やバッテリを搭乗部１３に配設することで、「搭乗部」に加えてもよい。これにより、「搭乗部」の重量、および、その移動による効果を大きくすることができる。

図３は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御システムのブロック構成を示す図である。図３において、２０は制御ＥＣＵ、２１は主制御ＥＣＵ、２２は駆動輪制御ＥＣＵ、２３は搭乗部制御ＥＣＵ、２５は通信部制御ＥＣＵ、３０は入力装置、３１はジョイスティック、４０は車体制御システム、４１は車体傾斜センサ、４２は車間距離センサ、５０は駆動輪制御システム、５１は駆動輪センサ、５２は駆動モータ、６０は搭乗部制御システム、６１は搭乗部センサ、６２は搭乗部モータ、８０は通信制御システム、８１は通信部をそれぞれ示している。

本実施形態の車輌制御装置の制御システムは、走行姿勢制御手段として機能する制御ＥＣＵ（電子制御装置）２０、ジョイスティック３１、車体傾斜センサ４１、車間距離センサ４２、駆動輪センサ５１、駆動モータ５２（駆動モータ１２と同じ）、搭乗部センサ６１、搭乗部モータ６２（搭乗部駆動モータ）、通信部８１その他の装置を備えている。

制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２、搭乗部制御ＥＣＵ２３、通信部制御ＥＣＵ２５を備えており、駆動輪制御、車体制御（倒立制御）等により、車輌の走行、姿勢制御等の各種制御を行う。

制御ＥＣＵ２０は、本実施形態における走行・姿勢制御処理プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。

主制御ＥＣＵ２１には、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、車間距離センサ４２、搭乗部センサ６１、及び、入力装置３０としてジョイスティック３１が接続されている。

ジョイスティック３１は、搭乗者の操作に基づく走行指令（操縦操作量）を主制御ＥＣＵ２１に供給する。

ジョイスティック３１は直立した状態を中立位置とし、前後方向に傾斜させることで加減速を指示し、左右に傾斜させることで旋回走行時の横方向加速度を指示する。傾斜角度に応じて、要求加減速度、横方向加速度が大きくなる。

車体傾斜センサ４１は、車体の傾斜角を検出する傾斜検出手段として機能し、駆動輪１１の車軸を回転中心とする車体の前後方向の傾斜状態を検出する。

車体傾斜センサ４１は、加速度を検出する加速度センサと車体傾斜角速度を検出するジャイロセンサを備えている。検出した加速度から車体傾斜角θ₁を算出するのと同時に検出した車体傾斜角速度から車体傾斜角θ₁を算出することで、その精度を高めるようにしている。なお、いずれか一方のセンサのみを配置し、その検出値から車体傾斜角や角速度を算出するようにしてもよい。

車間距離センサ４２は自車輌と前方を走行する車輌との間の距離を検出するものであり、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダーなどで構成され、この車間距離センサ４２によって検出された車間距離情報は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに利用される。

主制御ＥＣＵ２１は、目標とする目標走行状態を取得する目標走行状態取得手段として機能する。更に、取得した目標走行状態に応じて、駆動輪の駆動トルクと搭乗部の移動推力を決定する出力決定手段として機能する。

主制御ＥＣＵ２１は、ジョイスティック３１からの信号に基づく目標走行状態に応じて、目標とする車体傾斜角と、目標とする搭乗部位置を決定する目標姿勢決定手段として機能する。

また、主制御ＥＣＵ２１は、目標走行状態と目標姿勢（目標車体傾斜角と目標搭乗部位置）に応じて、各アクチュエータ（駆動モータ５２と搭乗部モータ６２）のフィードフォワード出力を決定する、フィードフォワード出力決定手段として機能する。

更に、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値と実測値との偏差に応じて駆動モータ５２のフィードバック出力を決定すると共に、搭乗部位置の目標値と実測値との偏差に応じて搭乗部モータ６２のフィードバック出力を決定する、フィードバック出力決定手段として機能する。

また、主制御ＥＣＵ２１は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに、先行車輌の走行状況等に応じて、加速度指令を決定して、この加速度指令に基づいて、駆動輪の駆動トルク指令を決定する。また、主制御ＥＣＵ２１は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに、先行車輌の走行状況等に応じて、加速度指令を決定して、目標走行状態と目標姿勢を決定する。

主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、駆動モータ５２と共に駆動手段として機能し、更に駆動輪センサ５１を含めて駆動輪制御システム５０を構成する。

駆動輪センサ５１は、駆動輪１１の回転状態である駆動輪回転角（回転角速度）を検出し、主制御ＥＣＵ２１に供給する。本実施形態の駆動輪センサ５１は、レゾルバ、或いはロータリーエンコーダなどで構成され、駆動輪回転角を検出する。この駆動輪回転角から回転角速度、車輌速度が計算により算出される。

主制御ＥＣＵ２１は駆動輪制御ＥＣＵ２２に駆動トルク指令値を供給し、駆動輪制御ＥＣＵ２２は駆動モータ５２に駆動トルク指令値に相当する入力電圧（駆動電圧）を供給する。駆動モータ５２は、入力電圧に従って、駆動輪１１に駆動トルクを与える駆動輪アクチュエータとして機能する。

また、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部制御ＥＣＵ２３、搭乗部センサ６１、搭乗部モータ６２と共に搭乗部制御システム６０を構成する。

搭乗部センサ６１は、搭乗部の相対位置を検出する位置検出として機能し、検出した搭乗部位置（移動速度）のデータを主制御ＥＣＵ２１に供給する。本実施形態の搭乗部センサは、エンコーダで構成され、搭乗部位置を検出する。この搭乗部位置の検出値から搭乗部の移動速度が算出される。

主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部制御ＥＣＵ２３に搭乗部推力指令値を供給し、搭乗部制御ＥＣＵ２３は搭乗部モータ６２に搭乗部推力指令値に相当する入力電圧（駆動電圧）を供給する。搭乗部モータ６２は、入力電圧に従って、搭乗部１３を並進移動させるための推力を与える搭乗部アクチュエータとして機能する。

また、主制御ＥＣＵ２１は、通信部制御ＥＣＵ２５、通信部８１と共に通信制御システム８０を構成する。通信部８１は、例えば、無線方式で車輌間のデータ通信を行うものであり、通信部制御ＥＣＵ２５を介して、受信したデータを主制御ＥＣＵ２１に入力したり、主制御ＥＣＵ２１から出力された所定のデータを送信したりする。

次に、以上の通り構成された車輌による走行・姿勢制御処理について説明する。図４は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における走行・姿勢制御のフローチャートである。

まず「通常走行モード」の走行・姿勢制御処理による処理全体の概要を説明する。

本実施形態における走行・姿勢制御では、加減速、停止など、目標とする走行状態に応じて、車体傾斜や搭乗部位置を制御し、車体のバランスを保ちつつ、目標とする走行状態を実現する。

図４において、ステップＳ１００でフローチャートが開始されると、主制御ＥＣＵ２１は、初めに、搭乗者の意志に従って、車輌をどのように動かすのか、すなわち、車輌の走行目標を決定する（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３）。

次いで、ステップＳ１０４に進み、主制御ＥＣＵ２１は、決定した走行目標に対して車体のバランスを保つ（倒立姿勢をとる）ような車体目標姿勢（目標車体傾斜角と目標搭乗部位置）を決定する。

このように、車体傾斜量と搭乗部位置を最適化することにより、車体傾斜を小さくして乗り心地の悪化を防止しつつ、搭乗者に適切な加速感を与えることができる。

ステップＳ１０５乃至ステップＳ１１０においては、主制御ＥＣＵ２１は、目標とする車輌走行状態と車体姿勢を実現するために必要な駆動モータ５２、搭乗部モータ６２の出力値を決定する。その値に応じて、駆動モータ５２と搭乗部モータ６２の実際の出力を駆動輪制御ＥＣＵ２２と搭乗部制御ＥＣＵ２３で制御する。

次に、走行・姿勢制御処理の詳細を説明する。

ステップＳ１０１においては、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗者によるジョイスティック３１の操縦操作量（走行指令）を取得する。

そして、ステップＳ１０２に進み、主制御ＥＣＵ２１は、取得した操作量に基づいて車輌加速度の目標値（車輌目標加速度）α*を決定する。例えば、ジョイスティック３１の前後操作量に比例した値を車輌目標加速度α*の値とする。

ステップＳ１０３では、主制御ＥＣＵ２１は、決定した車輌目標加速度α*から、駆動輪角速度の目標値（駆動輪目標角速度）[θω*]を算出する。

なお、記号[ｎ]は、ｎの時間微分を表すものとする。例えば、車輌目標加速度α*を時間積分し、所定の駆動輪接地半径で除した値を駆動輪目標角速度[θω*]として算出する。

次に、ステップＳ１０４では、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角と搭乗部位置の目標値を決定する。すなわち、ステップＳ１０２で決定した車輌目標加速度α*の大きさに応じた次の式（１）〜式（３）により車体傾斜角の目標値（目標車体傾斜角）θ₁*を決定する。

そして、決定した目標車体傾斜角θ₁*に基づき、車輌目標加速度α*の大きさに応じた式（４）〜式（６）により搭乗部位置の目標値（搭乗部目標位置）λ_S*を決定する。
θ₁*＝φ*−β_Max＋ｓｉｎ^-1（γｓｉｎφ*ｃｏｓβ_Max） （α*＜−α_Max） （１）
θ₁*＝（１−Ｃ_Sense）φ* （−α_Max≦α*＜α_Max） （２）
θ₁*＝φ＋β_Max＋ｓｉｎ^-1（γｓｉｎφ*ｃｏｓβ_Max） （α*＞α_Max） （３）
λ_S*＝−λ_S、_Max （α*＜−α_Max） （４）
λ_S*＝ｌ₁（ｍ₁／ｍ₂）｛ｔａｎ（φ*―θ₁*）＋γ（ｓｉｎφ*／ｃｏｓ（φ*―θ₁*））｝
（−α_Max≦α^*＜α_Max） （５）
λ_S*＝−λ_S、_Max （α*＞α_Max） （６）
式（１）から式（６）において、φ*、β_Max、γは、次の通りである。
φ*＝ｔａｎ^-1α*
β_Max＝ｔａｎ^-1（ｍ_sλ_S、_Max／ｍ₁ｌ₁）
γ＝Ｍ〜Ｒ_W／ｍ₁ｌ₁，Ｍ〜＝ｍ₁＋ｍ_W＋Ｉ_W／Ｒ_W ²
α*は車輌目標加速度（Ｇ）である。また、λ_S、_Maxは搭乗部移動量最大値で設定値である。

閾値α_Maxは、式（５）においてλ*＝λ_S、_Maxとしたとき、すなわち、搭乗部を限界まで動かしたときの車輌目標加速度α*である。この閾値α_Maxは、既定値であるが、解析的に求めることが出来ないため、繰り返し計算や近似式等を用いることで決定する。

図５は、式（１）〜式（６）で与えられる車輌目標加速度α*（横軸）と目標車体傾斜角θ₁*および搭乗部目標位置λ_S*の関係を図示したものである。

車輌目標加速度α*が閾値±α_Maxの間にある場合（−α_Max≦α*≦α_Max）、目標車体傾斜角θ₁*は式（２）により決定し、搭乗部目標位置λ_S*は式（５）により決定する。

これにより、−α_Max≦α*≦α_Maxの範囲では、車体をθ₁*に傾けながら、搭乗部もλ_S*に動かすことにより、車体のバランスを保ちつつ、搭乗者に適切な加速度を感じさせることができる。

このように、閾値±α_Maxの範囲内において、車輌目標加速度α*の実現に必要な重心位置の移動を、車体傾斜と搭乗部移動の両者により行うが、その重心移動の分担を決定するのが、式（２）と式（５）における搭乗者加速度感受係数Ｃ_Senseである。Ｃ_Senseの値は０≦Ｃ_Sense≦１であり、予め設定しておく。

ある車輌目標加速度α*に対して、設定値Ｃ_Senseの値を大きくすると、目標車体傾斜角θ₁*は大きくなり（式２）、搭乗部目標位置λ_S*は小さくなる（式５）。

Ｃ_Senseは、搭乗者が加速度を感じる程度に相当する。すなわち、Ｃ_Sense＝１とすると、目標車体傾斜角θ₁*＝０（式２）となり、車体を全く傾けないため、搭乗者は車輌の加減速による慣性力をそのまま感じる。

一方、Ｃ_Sense＝０とすると、θ₁*＝φ*＝ｔａｎ^-1α*となり、車体を平衡傾斜角（重力と慣性力の合力の角度）まで傾けるため、搭乗者は慣性力を感じない（ただし、搭乗者にとって下向きの力は増加する）。

本実施形態では、搭乗者に最適な加速度を感じさせる値として、Ｃ_Sense＝ｐが予め設定される。

例えば、Ｃ_Sense＝１とした場合、車輌目標加速度α*の実現に必要な重心位置の移動の全てを搭乗部１３の移動で実現することになり、車体を直立状態に維持するように制御しながら走行する。

搭乗部移動量が限界±λ_S、_Maxに達したとき、すなわち、車輌目標加速度α*＜−α_Max、又は、α*＞α_Maxの場合、図５に示すように、車体をより大きく傾けてバランスを保つことになる（式１、３）。

なお、搭乗部移動量に余裕のある場合には、車体傾斜角の方を制限してもよい。
（目標車体傾斜角θ₁*と搭乗部目標位置λ_S*の決定の変形例）
上記実施形態の説明では、車輌目標加速度α*と閾値±α_Maxとの関係から式（１）〜式（３）のいずれか、及び式（４）〜式（６）のいずれかを選択して目標車体傾斜角θ₁*と、搭乗部
目標位置λ_S*を決定する場合について説明した。

これに対して、図６に示す目標値決定処理によって目標車体傾斜角θ₁*と、搭乗部目標位置λ_S*を決定してもよい。

図６は、目標値決定処理の内容を表したフローチャートである。図６において、ステップＳ２０１において、主制御ＥＣＵ２１は、最初に式（２）から車輌目標加速度α*に対応する目標車体傾斜角θ₁*を算出する。

そして、ステップＳ２０２では、決定したθ₁*を用いて数式５から搭乗部目標位置λ_S*を算出し、ステップＳ２０３では、算出値λ_S*が搭乗部の移動可能な−λ_S、_Max≦λ_S*≦λ_S、_Maxの範囲内であるか否かを判断する。

算出値λ_S*が搭乗部の移動可能な範囲内であれば（ステップＳ２０３；Ｙ）、主制御ＥＣＵ２１は、ステップＳ２０１で算出したθ₁*を目標車体傾斜角に、ステップ１１で算出したλ_S*を搭乗部目標位置に、それぞれ決定し（ステップＳ２０６）、処理を終了する。

一方、算出値λ_S*が搭乗部の移動可能な範囲外である場合（ステップＳ２０３；Ｎ）、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部移動量最大値±λ_S、_Maxを搭乗部目標位置λ_S*に決定する（ステップＳ２０４）。

そして、式（１）又は式（３）を用いて車輌目標加速度α*に対応するθ₁*を再度算出し、これを目標車体傾斜角θ₁*に決定し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。

以上の目標値決定処理によれば、式（１）〜式（３）、式（４）〜式（６）のいずれの数式を使用するかを決定するための閾値α_Maxを用いることなく、目標車体傾斜角θ₁*と搭乗部目標位置λ_S*を決定することができる。

本実施形態では、厳密な理論式である式（１）〜式（６）を用いて、車体目標姿勢を決定したが、より簡単な式を用いて決定してもよい。例えば、式（１）〜式（６）を線形化した式を使ってもよい。また、数式の代わりに、車輌目標加速度α*と車体目標姿勢の関係をマップとして予め用意して、それを使って車体目標姿勢を決定してもよい。

一方、より複雑な関係式を用いてもよい。例えば、車輌目標加速度α*の絶対値が所定の閾値以下の場合には、車体を全く傾けずに搭乗部のみを動かし、その閾値を超えた場合に車体を傾け始めるように、関係式を設定してもよい。

なお、本実施形態では、搭乗部の基準位置からの前方最大移動量と後方最大移動量が等しいとしているが、両者は異なってもよい。例えば、後方最大移動量の方を大きくすることにより、加速性能に比べて制動性能を高くすることができる。この場合には、閾値α_Maxを各々の限界値に対応するように修正することで、容易に同様の制御を実現できる。

走行・姿勢制御処理（図４）の説明に戻る。ステップＳ１０５においては、主制御ＥＣＵ２１は、決定した各目標値を用いて残りの目標値を算出する。

すなわち、各目標値を時間微分、あるいは、時間積分することにより、駆動輪回転角目標値θW*、車体傾斜角速度目標値[θ₁*]、搭乗部移動速度目標値[λ_S*]をそれぞれ算出する。

次に、ステップＳ１０６では、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。

主制御ＥＣＵ２１は、次の式（７）により、車輌目標加速度α*を実現するのに必要だと予想される駆動モータ５２のフィードフォワード出力τ_W,FFを決定する。ちなみに、式（７）におけるＭ〜は、駆動輪の回転慣性分も考慮した車輌の総質量である。

また、式（８）により、各目標値から搭乗部モータ６２のフィードフォワード出力Ｓ_S,FFを決定する。このＳ_S,FFは、目標車体傾斜角θ₁*に対して、搭乗部が重力によって移動せず、目標位置に留まるのに必要な搭乗部推力に相当する。

ただし、ここで、

である。

式（７）、（８）のようなフィードフォワード出力を与えることにより、各状態量をより高精度で制御することができる。

なお、この方法は、特に状態量の定常偏差を減少させるのに有効であるが、この代わりとしてフィードバック制御（ステップＳ１０９）で積分ゲインを与えてもよい。

次に、ステップＳ１０７において、主制御ＥＣＵ２１は、各センサから各状態量を取得する。すなわち、駆動輪センサ５１から駆動輪回転角（回転角速度）を、車体傾斜センサ４１から車体傾斜角（傾斜角速度）を、搭乗部センサ６１から搭乗部位置（移動速度）を、それぞれ取得する。

またステップＳ１０８で、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する。すなわち、駆動輪回転角（回転角速度）、車体傾斜角（傾斜角速度）、搭乗部位置（移動速度）を時間積分あるいは微分することにより、残りの状態量を算出する。

次に、ステップＳ１０９において、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。

すなわち、各目標値と実際の状態量の偏差から、式（９）により駆動モータ５２のフィードバック出力τ_W,FBを、式（１０）により搭乗部モータ６２のフィードバック出力Ｓ_S,FBを、それぞれ決定する。

なお、式（９）、式（１０）における各Ｋの値はフィードバックゲインであり、各フィードバックゲインＫは、例えば最適レギュレータの値を予め設定しておく。また、前述のように、定常偏差を無くすために、積分ゲインを導入してもよい。

τ_W,FB＝−Ｋ_W1（θ_W−θ_W ^*）−Ｋ_W2（[θ_W]−[θ_W*]）−Ｋ_W3（θ₁−θ₁*）−Ｋ_W4（[θ１]−[θ₁*]）−Ｋ_W5（λ_S−λ_S*）−Ｋ_W6（[λ_S]−[λ_S*]） （９）
Ｓ_S,FB＝−Ｋ_S1（θ_W−θ_W*）−Ｋ_S2（[θ_W]−[θ_W*]）−Ｋ_S3（θ₁−θ₁*）−Ｋ_S4（[θ₁]−[θ₁*]）−Ｋ_S5（λ_S−λ_S*）−Ｋ_S6（[λ_S]−[λ_S*]） （１０）
なお、いくつかのフィードバックゲインを零とすることで、簡素化してもよい。例えば、式（９）に代えてτ_W,FB＝−Ｋ_W2（[θ_W]−[θ_W*]）−Ｋ_W3（θ₁−θ₁*）、また式（１０）に代えてＳ_S,FB＝−Ｋ_S5（λ_S−λ_S*）をそれぞれ用いてもよい。

最後にステップＳ１１０において、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与え、メインルーチンにリターンする。

すなわち、主制御ＥＣＵ２１は、ステップＳ１０６で決定したフィードフォワード出力τ_W,FFと、ステップＳ１０９で決定したフィードバック出力τ_W,FBの和（τ_W,FF＋τ_W,FB）を駆動トルク指令値τ_Wとして、駆動輪制御ＥＣＵ２２に供給する。また、フィードフォワード出力Ｓ_S,FFとフィードバック出力Ｓ_S,FBの和（Ｓ_S,FF＋Ｓ_S,FB）を搭乗部推力指令値Ｓ_Sとして、搭乗部制御ＥＣＵ２３に供給する。

これにより、駆動輪制御ＥＣＵ２２は、駆動トルク指令値τ_Wに対応する入力電圧（駆動電圧）を駆動モータ５２に供給することで、駆動輪に駆動トルクτ_Wを与える。

また、搭乗部制御ＥＣＵ２３は、搭乗部推力指令値Ｓ_Sに対応した入力電圧（駆動電圧）を搭乗部モータ６２に供給することで、搭乗部を移動させる。

ここで、車両姿勢制御における各パラメータについて以下整理しておく。図７は車両姿勢制御系の力学モデルを示した図である。
（ａ）状態量
θ_W：駆動輪回転角［ｒａｄ］
θ₁：車体傾斜角（鉛直軸基準）［ｒａｄ］
λ_S：搭乗部位置（車体中心点基準）［ｍ］
（ｂ）入力
τ_W：駆動トルク（２輪合計）［Ｎｍ］
Ｓ_S：搭乗部推力［Ｎ］
（ｃ）物理定数
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ²］
（ｄ）パラメータ
ｍ_W：駆動輪質量（２輪合計）［ｋｇ］
Ｒ_W：駆動輪接地半径［ｍ］
Ｉ_W：駆動輪慣性モーメント（２輪合計）［ｋｇｍ²］
Ｄ_W：駆動輪回転に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｒａｄ］
ｍ₁：車体質量（搭乗部含む）［ｋｇ］
ｌ₁：車体重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ₁：車体慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ²］
Ｄ₁：車体傾斜に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｒａｄ］
ｍ_S：搭乗部質量［ｋｇ］
ｌ_S：搭乗部基準重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ_S：搭乗部慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ²］
Ｄ_S：搭乗部並進に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｍ］
次に、「追従走行モード」の車輌制御処理による処理全体の概要を説明する。図８は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御モデルを示す図であり、図９は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の追従走行モードにおける制御システムのブロック構成を示す図である。

なお、本実施形態では先行車輌及び後続車輌の双方が倒立制御車輌である場合について説明するが、本発明の車輌制御装置の制御は、先行車輌が倒立制御車輌であれば、それを追従走行する車輌が通常の４輪車輌などであっても、適用することが可能である。

以後、図８に示すような、通常走行モードで走行する先行車輌Ａに対して、「追従走行モード」で追従する後続車輌Ｂにおける車輌制御について説明する。図８においては、先行車輌Ａは搭乗者によって運転操作がなされており、後続車輌Ｂは「追従走行モード」で自動的に（運転操作なしに）先行車輌Ａを追従する状況を想定している。

本実施形態における車輌制御装置では、追従走行モードにおける目標加速度α₂*の目標加速度指令値を決定することを目的とする。

図９において、上半分の制御システムブロック図は先行車輌Ａのものを示しており、下半分の制御システムブロック図は後続車輌Ｂのものを示している。なお、図９に示す制御システムブロック図は、図３に示すものを基にしている。

「追従走行モード」においては、後続車輌Ｂは、通信部８１によって、先行車輌Ａから先行車輌Ａの走行状況データを取得する。より具体的には、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを取得する。また、後続車輌Ｂは、車間距離センサ４２の計測による車間距離ｄを取得する。

本実施形態では、通信部８１によって取得された先行車輌Ａの走行状況データ（車輌速度、ジョイスティック操作量）と車間距離センサ４２によって計測された車間距離ｄとに基づいて目標加速度を演算するので、後続車輌Ｂは遅れることなく先行車輌Ａに追随することが可能となり、精度の高い自動追従走行制御を実現することができる。

なお、ここでいう車輌速度とは、車輪の回転角より求めるものとする。具体的には、車輪回転角度を検出し、これを微分した値を車輪の回転速度とし、さらに、この回転速度から車輌速度を求める。

後続車輌Ｂの主制御ＥＣＵ２１は、以上のパラメータを取得した上で、第１加速度指令値算出式（１１）と、第２加速度指令値算出式（１２）とに基づいて、目標加速度の指令値の候補とする２つの加速度指令値を算出する。α₂は第１加速度指令値により算出された加速度指令値であり、α₂’は第２加速度指令値により算出された加速度指令値である。
α₂＝α₁＋ｋ₁（ｄ―ｄ*）＋ｋ₂（ｖ₁―ｖ₂） （１１）
α₂’＝ｋ₃・Ｊ₁ （１２）
式（１１）及び式（１２）において、α₁は先行車輌Ａの加速度、ｋ₁は車間距離ゲイン、ｄは車間距離センサ４２計測による車間距離、ｄ*は目標車間距離、ｋ₂は速度ゲイン、ｖ₁は先行車輌Ａの車輌速度、ｖ₂は後続車輌Ｂの車輌速度、ｋ₃は操作量ゲイン、Ｊ₁は先行車輌Ａのジョイスティック操作量をそれぞれ示している。

主制御ＥＣＵ２１は、２つの加速度指令値α₂及びα₂’の双方を算出し、先行車輌Ａの予測される挙動に応じて、これらのうちから適切なものを採用するような制御を行う。

より具体的には、先行車輌Ａが「加速」したとしても、その「加速」が、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作として加速であるのかを、先行車輌Ａのジョイスティック操作量によって判定し、これに応じて２つの加速度指令α₂及びα₂’の双方から適切な加速度指令値を目標加速度の加速度指令値α₂*として採用する。

このように、先行車輌Ａのジョイスティック操作量情報によって、後続車輌Ｂは加速度指令値α₂*を決定するようにしているので、後続車輌Ｂの自動追従走行制御に遅れが生じることがなく、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。また、逆に、減速時以外に先行車両Ａのジョイスティック操作量情報を使用しないよう構成することで、後続車両Ｂが、先行車両の運転車による微妙な調整動作に影響されること無く、安定的に走行することが可能となる。

また、先行車輌Ａが制動するような場合には、先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して、ジョイスティック操作量を伝達することで、先行車輌Ａが制動を行う旨の情報が後続車輌Ｂに遅れなく伝達されることにより、衝突の危険を回避することが可能となる。

以上のように、本実施形態では、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。

次に、後続車輌Ｂにおける「追従走行モード」の制御処理について説明する。図１０は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。

図１０において、ステップＳ３００で自動追従制御処理が開始されると、続いてステップＳ３０１に進み、先行車輌Ａの車輌速度情報とジョイスティック３１の操作量（走行状況データ）を、通信部８１を利用し受信する。

ステップＳ３０２では、受信した先行車輌Ａの車輌速度を、主制御ＥＣＵ２１における不図示の記憶部に記憶する。ステップＳ３０３においては、主制御ＥＣＵ２１は記憶部に累積的に記憶されている車輌速度に係る情報から先行車輌Ａの加速度を算出する。

ステップＳ３０４では、自車輌（後続車輌Ｂ）の車輌速度を駆動輪センサ５１によって計測する。続いて、ステップＳ３０５では、自車輌（後続車輌Ｂ）と先行車輌Ａの車間距離ｄを車間距離センサ４２で計測する。

ステップＳ３０６では、先行車輌Ａの加速度α₁、車輌速度ｖ₁、自車輌の車輌速度ｖ₂、車間距離ｄから、式（１１）によって自車輌の第１加速度指令値α₂を算出する。ステップＳ３０７では、先行車輌Ａのジョイスティック操作量Ｊ₁に基づき、式（１２）によって自車輌の第２加速度指令値α₂’を算出する。

ステップＳ３０８では、先行車輌Ａのジョイスティック操作量Ｊ₁に基づき、先行車輌Ａの操作が減速指示であるか否かを判定する。ステップＳ３０８における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３１３に進み、ステップＳ３０８における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３１３では、α₂＞α₂’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ３１３の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ３１５に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α₂’のうち小さい値であるα₂’が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ３１３の判定がＮＯである場合には、ステップＳ３１４に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α₂’のうち小さい値であるα₂が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ３１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ３１１に続いては、ステップＳ３０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。

ステップＳ３０９では、α₂＞α₂’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ３０９の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ３１２に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α₂’のうち大きい値であるα₂が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ３０９の判定がＮＯである場合には、ステップＳ３１０に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α₂’のうち大きい値であるα₂’が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ３１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ３１１に続いては、ステップＳ３０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。

ステップＳ３０８における判定は、先行車輌Ａの加速動作が通常の加速動作であるのか、或いは、制動準備のための加速動作（カウンター動作）であるのか、を後続車輌Ｂが見極めるための材料とするものである。

ステップＳ３０８における判定の結果がＹＥＳであるときには、先行車輌Ａは制動しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α₂’のうち小さい値のものを目標加速度の加速度指令値α₂*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに衝突するような事態を未然に回避することができる。

ステップＳ３０８における判定の結果がＮＯであるときには、先行車輌Ａは加速しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α₂’のうち大きい値のものを目標加速度の加速度指令値α₂*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに遅れることなく追随することが可能となる。

以上、本発明によれば、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では先行車輌に後続する車輌を例に挙げて説明したが、先行車輌と併走して走行する場合でも、同様の制御が可能である。

次に、本発明に係る第２の本実施形態について説明する。先の実施形態では、「追従走行モード」においては、後続車輌Ｂは通信部８１によって、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを取得するものであったが、本実施形態においては、後続車輌Ｂは通信部８１によって、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａの加速度指令値α_T1とを取得するようにしている。なお、本実施形態においても、後続車輌Ｂは、車間距離センサ４２の計測による車間距離ｄを取得する。

本実施形態においては、ジョイスティックの操作量に代えて、先行車両Ａが走行指令生成のために内部的に主制御ＥＣＵ２１内で算出する加速度指令値α_T1を取得しているわけであるが、この加速度指令値は、先行車両Ａのジョイスティック３１の操作量に応じて決定されるもので、通常、先行車両Ａのジョイスティック３１の操作量と正比例となるような関数で表現されるが、途中で変曲点を持たせたり、傾きの違う関数を組み合わせたりしても良い。さらに、通常のトルク指令による走行車両を模擬するため、入力に対して時間的に一定の減衰量を作用させたりしても良い。なお、この加速度指令値は、先行車両Ａ、Ｂともに、内部では駆動輪センサ５１の検出値を参照し、駆動トルク指令値を決定するための、フィードバック制御の指令値として用いられる。

このような他の本実施形態では、通信部８１によって取得された先行車輌Ａの走行状況データ（車輌速度、加速度指令値）と車間距離センサ４２によって計測された車間距離ｄとに基づいて目標加速度を演算するので、後続車輌Ｂは遅れることなく先行車輌Ａに追随することが可能となり、精度の高い自動追従走行制御を実現することができる。

なお、ここでいう車輌速度とは、車輪の回転角より求めるものとする。具体的には、車輪回転角度を検出し、これを微分した値を車輪の回転速度とし、さらに、この回転速度から車輌速度を求める。

本実施形態においては、後続車輌Ｂの主制御ＥＣＵ２１は、以上のパラメータを取得した上で、先の実施形態で用いたのと同様の第１加速度指令値算出式（１１）と、本実施形態特有の第２加速度指令値算出式（１３）とに基づいて、目標加速度の指令値の候補とする２つの加速度指令値を算出する。ここで、α₂は第１加速度指令値により算出される加速度指令値であり、α_2a’は第２加速度指令値により算出される加速度指令値である。
α₂＝α₁＋ｋ₁（ｄ―ｄ*）＋ｋ₂（ｖ₁―ｖ₂） （１１）
α_2a’＝ｋ₁（d−d*）＋ｋ₂（ｖ₁―ｖ₂）＋ｋ₄・α_T1 （１３）
式（１１）及び式（１３）において、α₁は先行車輌Ａの加速度、ｋ₁は車間距離ゲイン、ｄは車間距離センサ４２計測による車間距離、ｄ*は目標車間距離、ｋ₂は速度ゲイン、ｖ₁は先行車輌Ａの車輌速度、ｖ₂は後続車輌Ｂの車輌速度、α_T1は取得された先行車輌Ａの加速度指令値をそれぞれ示している。

また、ｋ₄は加速度指令値ゲインであり、ｋ₄≧1に設定される。このｋ₄は、確実に停止させるための余裕度を定義したもので、理論上は1で問題ないが、実際上の安全を確保するために使用されるゲインである。

主制御ＥＣＵ２１は、２つの加速度指令値α₂及びα_2a’の双方を算出し、先行車輌Ａの予測される挙動に応じて、これらのうちから適切なものを採用するような制御を行う。

より具体的には、先行車輌Ａが「加速」したとしても、その「加速」が、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作として加速であるのかを、主制御ＥＣＵ２１内で算出する加速度指令値α_T1によって判定し、これに応じて２つの加速度指令α₂及びα_2a’の双方から適切な加速度指令値を目標加速度の加速度指令値α₂*として採用する。

このように、先行車輌Ａの加速度指令値によって、後続車輌Ｂは加速度指令値α₂*を決定するようにしているので、後続車輌Ｂの自動追従走行制御に遅れが生じることがなく、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。また、逆に、減速時以外に先行車両Ａの加速度指令値情報を使用しないよう構成することで、後続車両Ｂが、先行車両の運転車による微妙な調整動作に影響されること無く、安定的に走行することが可能となる。

また、先行車輌Ａが制動するような場合には、先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して、加速度指令値を伝達することで、先行車輌Ａが制動を行う旨の情報が後続車輌Ｂに遅れなく伝達されることにより、衝突の危険を回避することが可能となる。

以上のように、本実施形態では、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａの加速度指令値とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度および乗り心地を向上させることが可能となる。

次に、後続車輌Ｂにおける「追従走行モード」の制御処理について説明する。図１１は本発明の第２の実施形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。図１１において、ステップＳ４００で自動追従制御処理が開始されると、続いてステップＳ４０１に進み、先行車輌Ａの車輌速度情報と加速度指令値α_T1（走行状況データ）を、通信部８１を利用し受信する。

ステップＳ４０２では、受信した先行車輌Ａの車輌速度を、主制御ＥＣＵ２１における不図示の記憶部に記憶する。ステップＳ４０３においては、主制御ＥＣＵ２１は記憶部に累積的に記憶されている車輌速度に係る情報から先行車輌Ａの加速度を算出する。

ステップＳ４０４では、自車輌（後続車輌Ｂ）の車輌速度を駆動輪センサ５１によって計測する。続いて、ステップＳ４０５では、自車輌（後続車輌Ｂ）と先行車輌Ａの車間距離ｄを車間距離センサ４２で計測する。

ステップＳ４０６では、先行車輌Ａの加速度α₁、車輌速度ｖ₁、自車輌の車輌速度ｖ₂、車間距離ｄから、式（１１）によって自車輌の第１加速度指令値α₂を算出する。ステップＳ４０７では、車輌速度ｖ₁、自車輌の車輌速度ｖ₂、車間距離ｄ、先行車輌Ａの加速度指令値α_T1に基づき、式（１３）によって自車輌の第２加速度指令値α_2a’を算出する。

ステップＳ４０８では、先行車輌Ａの加速度指令値α_T1に基づき、先行車輌Ａの加速度指令値が負（減速）であるか否かを判定する。ステップＳ４０８における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ４１３に進み、ステップＳ４０８における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ４０９に進む。

ステップＳ４１３では、α₂＞α_2a’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ４１３の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ４１５に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α_2a’のうち小さい値であるα_2a’が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ４１３の判定がＮＯである場合には、ステップＳ４１４に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α_2a’のうち小さい値であるα₂が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ４１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ４１１に続いては、ステップＳ４０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。

ステップＳ４０９では、α₂＞α_2a’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ４０９の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ４１２に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α_2a’のうち大きい値であるα₂が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ４０９の判定がＮＯである場合には、ステップＳ４１０に進み、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α_2a’のうち大きい値であるα_2a’が目標加速度指令値α₂*として採用される。ステップＳ４１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ４１１に続いては、ステップＳ４０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。

ステップＳ４０８における判定は、先行車輌Ａの加速動作が通常の加速動作であるのか、或いは、制動準備のための加速動作（カウンター動作）であるのか、を後続車輌Ｂが見極めるための材料とするものである。

ステップＳ４０８における判定の結果がＹＥＳであるときには、先行車輌Ａは制動しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α_2a’のうち小さい値のものを目標加速度の加速度指令値α₂*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに衝突するような事態を未然に回避することができる。

ステップＳ４０８における判定の結果がＮＯであるときには、先行車輌Ａは加速しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α₂及び第２加速度指令値α_2a’のうち大きい値のものを目標加速度の加速度指令値α₂*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに遅れることなく追随することが可能となる。

以上、本発明によれば、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａの加速度指令値α_T1とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では先行車輌に後続する車輌を例に挙げて説明したが、先行車輌と併走して走行する場合でも、同様の制御が可能である。

次に、本発明に係る第３の本実施形態について説明する。本実施形態においても、後続車輌Ｂは通信部８１によって、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａの加速度指令値α_T1とを取得するようにしている。そして、先行車輌Ａから取得した加速度指令値α_T1に基づいて、第２加速度指令値α_2a’を求めるようにしている。このときの第２加速度指令値算出式としては先の式（１３）を用いることができる。

一方、第２の実施形態では、後続車輌Ｂの加速度指令値α₂*として主制御ＥＣＵ２１は、２つの加速度指令値α₂及びα_2a’の双方を算出し、先行車輌Ａの予測される挙動に応じて、これらのうちから適切なものを採用するような制御を行うようにしていたが、本実施形態においては、後続車輌Ｂの加速度指令値α₂*は、常に、第２加速度指令値α_2a’を採用するような制御を行う。すなわち、第３実施形態では、α₂*＝α_2a’とすることで、減速指示の判定等を行なわず、制御を行なうことが可能となる。

次に、第３実施形態における後続車輌Ｂの「追従走行モード」制御処理について説明する。図１２は本発明の第３の実施形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。図１２において、ステップＳ５００で自動追従制御処理が開始されると、続いてステップＳ５０１に進み、先行車輌Ａの車輌速度情報と加速度指令値α_T1（走行状況データ）を、通信部８１を利用し受信する。

ステップＳ５０２では、自車輌（後続車輌Ｂ）の車輌速度を駆動輪センサ５１によって計測する。続いて、ステップＳ５０３では、自車輌（後続車輌Ｂ）と先行車輌Ａの車間距離ｄを車間距離センサ４２で計測する。

ステップＳ５０４では、車輌速度ｖ₁、自車輌の車輌速度ｖ₂、車間距離ｄ、先行車輌Ａの加速度指令値α_T1に基づき、式（１３）によって自車輌の第２加速度指令値α_2a’を算出する。

ステップＳ５０５では、目標加速度指令値α₂*として第２加速度指令値α_2a’が採用される。

ステップＳ５０５では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ５０６に続いては、ステップＳ５０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。

以上、本発明によれば、後続車輌Ｂの加速度指令値α₂*を求める際にα_2a’のみを算出するだけで、α₂*＝α_2a’とすることで、減速指示の判定等を行なわず、制御を行なう場合こととなるので、先行車両Ａに対する後続車両Ｂの追従性を特に重視した場合、例えば短い車間距離で追従を行なう場合に有効である。

なお、本実施形態では先行車輌に後続する車輌を例に挙げて説明したが、先行車輌と併走して走行する場合でも、同様の制御が可能である。

産業上の利用性

本発明の車輌制御装置によれば、倒立振り子の姿勢制御を利用した車輌で自動追従走行を行うときにおいて、後続車輌の自動追従走行制御に遅れが生じることがなく、かつ、制動を行う旨の情報が後続車輌に遅れなく伝達されることにより、衝突の危険を未然に回避することが可能となり、精度の高い自動追従走行制御を実現することができる。複数の車両によって隊列を組んで車両群として走行する方が、多くの場合、省力化や交通緩和などの点で好ましいとされており、本発明のような車輌制御装置による車両制御は、産業上の利用性が非常に大きい。

Claims (7)

1. 倒立制御を行う先行車輌に対し、追従走行する車輌を制御する車輌制御装置であって、
   前記先行車輌の車輌速度と前記先行車輌を操縦する操縦装置の操作量とを受信する通信部と、
   前記先行車輌と前記追従走行する車輌との車間距離を計測する車間距離センサと、
   前記追従走行する車輌の加速度指令値を演算する演算手段と、を有し、
   該演算手段は、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作としての加速であるのかを、前記通信部によって受信した操縦装置の操作量によって判定すると共に、該判定に基づいて、前記通信部によって受信した先行車輌の車輌速度と該車間距離センサによって計測された車間距離とに基づいて演算される第１加速度指令値と、前記通信部によって受信した操縦装置の操作量に基づいて演算される第２加速度指令値と、のいずれかを目標加速度指令値とすることを特徴とする車輌制御装置。
2. 該演算手段は、前記操縦装置の操作量に基づいて、先行車輌に減速指示が出されていると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち小さい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする請求項１に記載の車輌制御装置。
3. 該演算手段は、前記操縦装置の操作量に基づいて、先行車輌に加速指示が出されていると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち大きい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輌制御装置。
4. 倒立制御を行う先行車輌に対し、追従走行する車輌を制御する車輌制御装置であって、
   前記先行車輌の車輌速度と前記先行車輌の加速度指令値とを受信する通信部と、
   前記先行車輌と前記追従走行する車輌との車間距離を計測する車間距離センサと、
   前記追従走行する車輌の加速度指令値を演算する演算手段と、を有し、
   該演算手段は、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作としての加速であるのかを、前記通信部によって受信した先行車輌の加速度指令値によって判定すると共に、該判定に基づいて、前記通信部によって受信した先行車輌の車輌速度と該車間距離センサによって計測された車間距離とに基づいて演算される第１加速度指令値と、前記通信部によって受信した先行車輌の加速度指令値に基づいて演算される第２加速度指令値と、のいずれかを目標加速度指令値とすることを特徴とする車輌制御装置。
5. 該演算手段は、前記先行車輌の加速度指令値が負であると判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち小さい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする請求項４に記載の車輌制御装置。
6. 該演算手段は、前記先行車輌の加速度指令値が負でないと判定した場合には、該第１加速度指令値及び該第２加速度指令値のうち大きい値のものを目標加速度指令値とすることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の車輌制御装置。
7. 前記車輌速度は、車輪の回転速度から求めることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車輌制御装置。

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