JP5186853B2 - 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より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 having two drive wheels arranged on the same axis and driving by detecting a change in the posture of the vehicle body due to the driver's movement of the center of gravity, while controlling the posture of the vehicle body with a single spherical drive wheel Techniques for moving vehicles and the like 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、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。
しかしながら、前記従来の車両においては、運転者の操縦操作量に対して、平地でも坂道でも同じように加速又は減速するので、運転者は路面勾(こう)配を感覚的に把握しにくかった。また、視覚情報との不一致によって、運転者に違和感を与える可能性もあった。例えば、下り坂での急制動のときに、運転者が意図した程度の減速度が実現されない可能性があった。 However, the conventional vehicle accelerates or decelerates in the same manner on a flat ground or on a slope with respect to the amount of maneuvering by the driver, so that it is difficult for the driver to sensuously grasp the slope of the road surface. In addition, there is a possibility that the driver may feel uncomfortable due to the discrepancy with the visual information. For example, at the time of sudden braking on a downhill, there is a possibility that the deceleration as intended by the driver may not be realized.
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、路面勾配に応じて操縦装置から入力された車両の目標加速度を修正することによって、坂道であっても操縦操作を通して乗員に適切な登坂又は降坂感覚を与えることができ、路面勾配に関わらず、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる実用性の高い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 corrects the target acceleration of the vehicle input from the control device according to the road surface gradient, so that it is suitable for an occupant through a maneuvering operation even on a slope. Alternatively, it is an object to provide a highly practical vehicle that can give a downhill sensation and has a good riding comfort and a stable running state regardless of the road surface gradient.
そのために、本発明の車両においては、回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、車両加速度の目標値を入力する操縦装置と、前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、車両速度及び路面勾配に応じて、前記操縦装置から入力された車両加速度の目標値を修正するものであって、路面勾配が上り坂である場合、操縦装置から入力された車両加速度の目標値を小さくし、路面勾配が下り坂である場合、操縦装置から入力された車両加速度の目標値を大きくする。 For this purpose, in the vehicle of the present invention, the drive wheel that is rotatably attached to the vehicle body, the steering device that inputs the target value of the vehicle acceleration, and the drive torque applied to the drive wheel to control the attitude of the vehicle body and a vehicle control device for controlling, said vehicle control system, according to the vehicle speed and the road gradient, the target value of the vehicle acceleration which is input from the steering device be one which positive Osamu, the road surface gradient When it is an uphill, the target value of the vehicle acceleration input from the control device is decreased, and when the road surface gradient is a downhill, the target value of the vehicle acceleration input from the control device is increased .
本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記操縦装置から入力された車両加速度の目標値の絶対値が所定値以上であるとき、車両加速度の目標値が一定値となるように修正する。
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、車両速度が所定の閾(しきい)値以下であるときには、平地での車両加速度の目標値上限及び下限を、路面勾配に対応する車両加速度の目標値上限及び下限に修正する。
In another vehicle of the present invention, the vehicle control device further sets the vehicle acceleration target value to a constant value when the absolute value of the vehicle acceleration target value input from the control device is equal to or greater than a predetermined value. modified to.
In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further sets the upper limit and the lower limit of the vehicle acceleration target value on a flat ground to a road surface gradient when the vehicle speed is equal to or less than a predetermined threshold value. The target vehicle acceleration target value is corrected to the upper and lower limits.
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、車両が停止状態にあるとき、前記操縦装置から入力された車両加速度の目標値の修正率をゼロにする。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further sets the correction rate of the target value of the vehicle acceleration input from the control device to zero when the vehicle is in a stopped state.
請求項1の構成によれば、操縦装置から入力された車両加速度の目標値が路面勾配に応じて修正されるので、坂道であっても操縦操作を通して乗員に適切な登坂又は降坂感覚を与えることができる。したがって、路面勾配に関わらず、乗員に違和感を与えることがなく、乗り心地がよい。 According to the configuration of the first aspect, since the target value of the vehicle acceleration input from the control device is corrected according to the road surface gradient, an appropriate climbing or descending sensation is given to the occupant through the steering operation even on a slope. be able to. Therefore, regardless of the road surface gradient, the rider does not feel uncomfortable and the ride is comfortable.
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、倒立振り子の姿勢制御を利用して車体の姿勢を制御する。そして、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。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、車体が進行方向前方に向かって傾斜した状態が示されている。
In the figure,
前記駆動輪12は、車体の一部である支持部13によっ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の図面に垂直な方向に延在し、駆動輪12はその軸を中心に回転する。また、前記駆動輪12は、単数であっても複数であってもよいが、複数である場合、同軸上に並列に配設される。本実施の形態においては、駆動輪12が2つであるものとして説明する。この場合、各駆動輪12は個別の駆動モータ52によって独立して駆動される。なお、駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、内燃機関等を使用することもできるが、ここでは、電気モータである駆動モータ52を使用するものとして説明する。
The
また、車体の一部である本体部11は、支持部13によって下方から支持され、駆動輪12の上方に位置する。そして、本体部11には、能動重量部として機能する搭乗部14が、車両10の前後方向に本体部11に対して相対的に並進可能となるように、換言すると、車体回転円の接線方向に相対的に移動可能となるように、取り付けられている。
The main body 11 that is a part of the vehicle body is supported from below by the
ここで、能動重量部は、ある程度の質量を備え、本体部11に対して並進する、すなわち、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並進可能に本体部11に対して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並進可能に本体部11に対して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 portion has a certain amount of mass and translates with respect to the main body portion 11, that is, actively moves the front and rear to correct the position of the center of gravity of the
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。
In the present embodiment, for the sake of explanation, an example will be described in which the
前記搭乗部14は、乗用車、バス等の自動車に使用されるシートと同様のものであり、座面部14a、背もたれ部14b及びヘッドレスト14cを備え、図示されない移動機構を介して本体部11に取り付けられている。
The
前記移動機構は、リニアガイド装置等の低抵抗の直線移動機構、及び、能動重量部アクチュエータとしての能動重量部モータ62を備え、該能動重量部モータ62によって搭乗部14を駆動し、本体部11に対して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
リニアガイド装置は、例えば、本体部11に取り付けられている案内レールと、搭乗部14に取り付けられ、案内レールに沿ってスライドするキャリッジと、案内レールとキャリッジとの間に介在するボール、コロ等の転動体とを備える。そして、案内レールには、その左右側面部に2本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。また、キャリッジの断面はコ字状に形成され、その対向する2つの側面部内側には、2本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。転動体は、軌道溝の間に組み込まれており、案内レールとキャリッジとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。なお、キャリッジには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝及び戻し通路を循環するようになっている。
The linear guide device includes, for example, a guide rail attached to the main body 11, a carriage attached to the
また、リニアガイド装置は、該リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ又はクラッチを備える。車両10が停車しているときのように搭乗部14の動作が不要であるときには、ブレーキによって案内レールにキャリッジを固定することで、本体部11と搭乗部14との相対的位置関係を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、本体部11側の基準位置と搭乗部14側の基準位置との距離が所定値となるように制御される。
The linear guide device includes a brake or a clutch that fastens the movement of the linear guide device. When the operation of the
前記搭乗部14の脇(わき)には、目標走行状態取得装置としてのジョイスティック31を備える入力装置30が配設されている。乗員15は、操縦装置であるジョイスティック31を操作することによって、車両10を操縦する、すなわち、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するようになっている。なお、乗員15が操作して走行指令を入力することができる装置であれば、ジョイスティック31に代えて他の装置、例えば、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を目標走行状態取得装置として使用することもできる。
An
なお、車両10がリモートコントロールによって操縦される場合には、前記ジョイスティック31に代えて、コントローラからの走行指令を有線又は無線で受信する受信装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。また、車両10があらかじめ決められた走行指令データに従って自動走行する場合には、前記ジョイスティック31に代えて、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。
In addition, when the
また、車両10は、車両制御装置としての制御ECU(Electronic Control Unit)20を有し、該制御ECU20は、主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23を備える。前記制御ECU20並びに主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両10の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部11に配設されるが、支持部13や搭乗部14に配設されていてもよい。また、前記主制御ECU21、駆動輪制御ECU22及び能動重量部制御ECU23は、それぞれ、別個に構成されていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
In addition, the
そして、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、駆動輪センサ51及び駆動モータ52とともに、駆動輪12の動作を制御する駆動輪制御システム50の一部として機能する。前記駆動輪センサ51は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、駆動輪回転状態計測装置として機能し、駆動輪12の回転状態を示す駆動輪回転角及び/又は回転角速度を検出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、該駆動輪制御ECU22は、受信した駆動トルク指令値に相当する入力電圧を駆動モータ52に供給する。そして、該駆動モータ52は、入力電圧に従って駆動輪12に駆動トルクを付与し、これにより、駆動アクチュエータとして機能する。
The main control ECU 21 functions as a part of the drive
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
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
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、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。
The main control ECU 21 receives a travel command from the
また、前記制御ECU20は、車両10の走行状態及び車体姿勢の時間変化に基づいて路面勾配を推定する路面勾配推定手段として機能する。また、目標走行状態及び路面勾配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、目標車体姿勢及び路面勾配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。さらに、車両10の前後方向の路面勾配を取得する路面勾配取得手段として機能する。さらに、路面勾配に応じて付加する駆動トルクを決定する登坂トルク決定手段として機能する。さらに、登坂トルクに応じて、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。
The
なお、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ41として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と傾斜角速度とを決定するようにしてもよい。 Each sensor may acquire a plurality of state quantities. For example, an acceleration sensor and a gyro sensor may be used in combination as the vehicle body tilt sensor 41, and the vehicle body tilt angle and the tilt angular velocity may be determined from both measured values.
次に、前記構成の車両10の動作について説明する。まず、走行及び姿勢制御処理の概要について説明する。
Next, the operation of the
図3は本発明の第1の実施の形態における坂道上での車両の動作を示す概略図、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 diagram showing the operation of the vehicle on the slope in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the vehicle running and attitude control processing in the first embodiment of the present invention. It is. 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.
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、並進させる、すなわち、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ようになっている。これにより、坂道で車両10を停止させるために、すなわち、該車両10が下り方向に移動しないように、駆動輪12に駆動トルクを付与し、その反作用である反トルクが車体に作用しても、車体が下り方向に傾いてしまうことがない。また、坂道を走行する場合にも、車体が下り方向に傾いてしまうことがなく、安定して走行することができる。
In the present embodiment, the
これに対し、仮に、「背景技術」の項で説明した従来の車両のように、路面勾配に応じた重心位置補正を行わない場合、図3(a)に示されるように、坂道で車両10を停止させておくために駆動輪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、車体が下り方向に傾いてしまう。そして、坂道を走行する場合にも、安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができない。
On the other hand, if the center of gravity position correction according to the road surface gradient is not performed as in the conventional vehicle described in the section “Background Art”, the
そこで、本実施の形態においては、走行及び姿勢制御処理を実行することによって、路面勾配に関わらず、車両10は安定して停止及び走行することができるようになっている。
Therefore, in the present embodiment, the
走行及び姿勢制御処理において、制御ECU20は、まず、状態量の取得処理を実行し(ステップS1)、各センサ、すなわち、駆動輪センサ51、車体傾斜センサ41及び能動重量部センサ61によって、駆動輪12の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部14の移動状態を取得する。
In the running and posture control process, the
次に、制御ECU20は、路面勾配の取得処理を実行し(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及び能動重量部モータ62の出力値とに基づき、オブザーバによって路面勾配を推定する。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
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
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)、路面勾配の取得処理によって取得された路面勾配と、目標走行状態の決定処理によって決定された車両10の加速度の目標値とに基づいて、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
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、路面勾配の取得処理によって取得された路面勾配、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
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〔rad〕
θ1 :車体傾斜角(鉛直軸基準)〔rad〕
λS :能動重量部位置(車体中心点基準)〔m〕
τW :駆動トルク(2つの駆動輪の合計)〔Nm〕
SS :能動重量部推力〔N〕
g:重力加速度〔m/s2 〕
η:路面勾配〔rad〕
mW :駆動輪質量(2つの駆動輪の合計)〔kg〕
RW :駆動輪接地半径〔m〕
IW :駆動輪慣性モーメント(2つの駆動輪の合計)〔kgm2 〕
DW :駆動輪回転に対する粘性減衰係数〔Nms/rad〕
m1 :車体質量(能動重量部を含む)〔kg〕
l1 :車体重心距離(車軸から)〔m〕
I1 :車体慣性モーメント(重心周り)〔kgm2 〕
D1 :車体傾斜に対する粘性減衰係数〔Nms/rad〕
mS :能動重量部質量〔kg〕
lS :能動重量部重心距離(車軸から)〔m〕
IS :能動重量部慣性モーメント(重心周り)〔kgm2 〕
DS :能動重量部並進に対する粘性減衰係数〔Nms/rad〕
In the present embodiment, state quantities and parameters are represented by the following symbols. FIG. 5 shows some of the state quantities and parameters.
θ W : Drive wheel rotation angle [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 ]
η: Road surface slope [rad]
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 : Viscous damping coefficient [Nms / rad] for active weight translation
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、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路面勾配を推定する。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いる。すなわち、倒立振り子の姿勢制御を利用した、いわゆる倒立型車両に特有の要素である車体の姿勢変化を考慮している。
As described above, in the present embodiment, the road surface gradient is estimated based on the driving torque output from the driving
従来においては、駆動トルクと駆動輪回転角加速度とに基づいて路面勾配を推定するため、特に車体の姿勢が変化しているとき、路面勾配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路面勾配を推定するので、大きな誤差が生じることがなく、極めて高い精度で路面勾配を推定することができる。 Conventionally, since the road surface gradient 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 road surface gradient particularly when the posture of the vehicle body is changing. However, in the present embodiment, the road surface gradient is estimated in consideration of the vehicle body inclination angle acceleration indicating the posture change of the vehicle body and the active weight portion movement acceleration, so that no large error occurs and the road surface is extremely accurate. The gradient 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10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、駆動トルクとから路面勾配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いので、特に車両停止時には、このような影響が大きくなる。
Generally, in an inverted vehicle, the center of gravity of the vehicle body moves back and forth relative to the drive wheels, so the center of gravity of the
なお、路面勾配の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 road surface gradient value. 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、駆動力、慣性力及び路面勾配による重力成分を考慮しているが、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, the gravitational component due to the driving force, inertial force, and road surface gradient is taken into consideration, but the rolling resistance of the
また、本実施の形態においては、駆動輪12の回転運動に関する線形モデルを使用しているが、より正確な非線形モデルを使用してもよいし、車体傾斜運動や能動重量部並進運動についてのモデルを使用してもよい。なお、非線形モデルについては、マップの形式で関数を適用することもできる。
In the present embodiment, a linear model related to the rotational motion of the
さらに、計算の簡略化のために、車体姿勢の変化を考慮しなくてもよい。 Further, in order to simplify the calculation, it is not necessary to consider the change in the body posture.
次に、目標走行状態の決定処理について説明する。 Next, the target travel state determination process will be described.
図8は本発明の第1の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the target travel state determination process in the first embodiment of the present invention.
目標走行状態の決定処理において、主制御ECU21は、まず、操縦操作量を取得する(ステップS3−1)。この場合、乗員15が、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するために操作したジョイスティック31の操作量を取得する。
In the determination process of the target travel state, the 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
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
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、路面勾配の取得処理によって取得された路面勾配ηとに基づき、次の式(2)及び(3)により、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。 In the target body posture determination process, the 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 target travel state determination process and the road surface gradient η acquired by the road surface gradient acquisition process, the active weight is calculated by the following equations (2) and (3). The target value of the part position and the target value of the vehicle body inclination angle are determined.
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、路面勾配ηに応じた登坂トルク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。 As described above, 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 the reaction torque acting on the vehicle body in accordance with the climbing torque according to the road surface gradient η is considered. Thus, 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.
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が加速するとき及び坂を上るときには、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が減速するとき及び坂を下るときには、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
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、格別な急勾配でなければ、坂道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、格別な急勾配でなければ、坂道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当接することが防止される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, first, the
なお、本実施の形態においては、能動重量部移動限界が前方と後方とで等しい場合を想定しているが、前方と後方とで異なる場合には、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有無を切り替えるようにしてもよい。例えば、加速性能よりも制動性能を高く設定する場合、後方の能動重量部移動限界を前方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.
また、本実施の形態においては、加速度が低いときや勾配が緩やかなときには、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力を軽減することができる。
In this embodiment, when the acceleration is low or the gradient is gentle, only the movement of the
さらに、本実施の形態においては、線形化した力学モデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデルや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。 Further, 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、各目標値と路面勾配ηとから、後述の式(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、同じく後述の式(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
このように、路面勾配ηに応じた登坂トルクを自動的に付加することにより、つまり、路面勾配ηに応じて駆動トルクを補正することにより、坂道であっても、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、坂道で停止した後、乗員15がジョイスティック31から手を放しても、車両10は動くことがない。また、坂道の上であっても、ジョイスティック31の一定の操縦操作に対して、平地と同様の加減速を行うことができる。
In this way, by automatically adding a climbing torque according to the road surface gradient η, that is, by correcting the driving torque according to the road surface gradient η, the same steering sensation as on a flat ground can be obtained. Can be provided. That is, even if the occupant 15 releases his / her hand from the
このように、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現する。 Thus, in the present embodiment, more accurate control is realized by theoretically giving a feedforward output.
なお、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。 Note that the feedforward output can be omitted as necessary. In this case, the feedback control indirectly gives a value close to the feedforward output with a steady deviation. Further, the steady deviation can be reduced by applying an integral gain.
続いて、主制御ECU21は、各アクチュエータのフィードバック出力を決定する(ステップS5−2)。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、後述の式(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、同じく後述の式(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
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
このように、本実施の形態においては、路面勾配ηをオブザーバによって推定し、登坂トルクを与えるとともに、搭乗部14を上り側に移動させる。そのため、坂道で車体を直立に保持することができ、急勾配にも対応することができる。また、路面勾配ηを計測する装置が不要となり、構造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 road surface gradient η is estimated by the observer, the climbing torque is applied, and the
さらに、車体の姿勢を示す車体傾斜角θ1 及び能動重量部位置λS をも考慮して路面勾配ηを推定するので、大きな誤差が生じることなく、極めて高い精度で路面勾配ηを推定することができる。 Further, since the road surface gradient η is estimated in consideration of the vehicle body inclination angle θ 1 indicating the vehicle body posture and the active weight portion position λ S , the road surface gradient η can be estimated with extremely high accuracy without causing a large error. Can do.
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の実施の形態を説明するための図であり、車両の坂道における動作を示す概略図である。なお、図12(a)は比較のための停止時における動作例を示し、図12(b)は比較のための加速時における動作例を示している。 FIG. 12 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing the operation on the slope of the vehicle. FIG. 12A shows an example of operation during stop for comparison, and FIG. 12B shows an example of operation during acceleration for comparison.
前記第1の実施の形態においては、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ために、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、坂道において停止しているときには、図12(a)に示されるように、車体を直立に保持することができる。しかし、上り方向に加速しているときに、その加速度が大きいと、車体を進行方向前方に向かって傾斜させる必要があるので、図12(b)に示されるように、車体の前方下端の一部が路面に接触する可能性がある。坂道においては、車体が直立していても路面に対しては相対的に傾斜した状態となっているので、より傾斜させる余地が小さく、車体を直立状態からわずかに傾斜させただけであっても、路面に接触する。なお、該路面に接触する車体傾斜角θ1 の値は、路面勾配ηによって変化する。
In the first embodiment, in order to move the center of gravity of the vehicle body so as to cancel the vehicle body tilting torque by the action of gravity, the
また、乗員15がジョイスティック31を操作して入力した要求加速度に対して車体傾斜角θ1 のみを制限すると、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力や駆動モータ反トルクに対して車体のバランスを保つことができず、車体が逆方向に大きく傾いてしまう。そのため、坂道において、乗員15は、車体が路面に接触することがないように、注意しながらジョイスティック31を操作する必要がある。
Further, if only the vehicle body inclination angle θ 1 is limited with respect to the requested acceleration input by the occupant 15 by operating the
もっとも、坂道において車体が路面に接触することがないような値にあらかじめ車両加速度の上限値を設定することも考えられるが、この場合、平地において大きな車両加速度を実現することができなくなってしまう。 Of course, it is conceivable to set the upper limit value of the vehicle acceleration in advance so that the vehicle body does not contact the road surface on a slope, but in this case, it becomes impossible to realize a large vehicle acceleration on flat ground.
そこで、本実施の形態においては、路面勾配ηに応じて車両10の目標加速度を制限する、すなわち、路面勾配ηの値によって車両加速度の目標値α* の制限値を変化させる。これにより、坂道であっても車体が路面に接触することなく、適切にバランスを保つことができ、路面勾配ηに関わらず、車両10の安定した走行状態を実現することができる。
Therefore, in the present embodiment, the target acceleration of the
なお、本実施の形態における車両10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、その説明を省略する。
Note that the configuration of the
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、状態量の取得処理、路面勾配の取得処理、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、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. The state quantity acquisition process, the road surface gradient acquisition process, the target vehicle body posture determination process, and the actuator output determination process are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. Only the determination process will be described.
図13は本発明の第2の実施の形態における車両加速度の目標値の変化を示すグラフ、図14は本発明の第2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. 13 is a graph showing changes in the target value of the vehicle acceleration in the second embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the target running state determination process in the second 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S3−11)。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 S3-11). In this case, the occupant 15 acquires the operation amount of the
続いて、主制御ECU21は、取得したジョイスティック31の操作量に基づいて、車両加速度の目標値を決定する(ステップS3−12)。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 of vehicle acceleration based on the acquired operation amount of the joystick 31 (step S3-12). For example, a value proportional to the amount of operation of the
続いて、主制御ECU21は、路面勾配の取得処理によって取得した路面勾配ηの値に応じて、車両加速度の目標値を制限又は修正する(ステップS3−13)。ここで、修正後の車両加速度の目標値α* は、接地限界を考慮して決定される。より厳密には、次の式(8)により決定される。 Subsequently, the main control ECU 21 limits or corrects the target value of the vehicle acceleration according to the value of the road surface gradient η acquired by the road surface gradient acquisition process (step S3-13). Here, the corrected vehicle acceleration target value α * is determined in consideration of the ground contact limit. More precisely, it is determined by the following equation (8).
これにより、修正後の車両加速度の目標値α* は、ジョイスティック31の操作量に基づいて決定された車両加速度の目標値に対して、図13に示されるように変化する。図13において、実線は路面勾配ηが正の場合、すなわち、上り坂である場合を示し、点線は路面勾配ηがゼロの場合、すなわち、平地である場合を示している。なお、路面勾配ηが負の場合、すなわち、下り坂である場合には、点線より上になることが分かる。
Thus, the corrected vehicle acceleration target value α * changes as shown in FIG. 13 with respect to the vehicle acceleration target value determined based on the operation amount of the
続いて、主制御ECU21は、修正後の車両加速度の目標値α* から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する(ステップS3−14)。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 corrected target value α * of the vehicle acceleration (step S3-14). 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.
このように、本実施の形態においては、路面勾配ηの値に応じて、車両加速度の目標値を制限する。このとき、限界値(制限値)として、2種類の限界値、すなわち、車体接地に対応する限界値及び駆動トルクの最大値に対応する限界値を考慮し、より厳しい条件で制限する。ここで、車体接地に対応する限界は、車両加速度に伴う慣性力や反トルクに対して、搭乗部14を移動させるとともに、車体を傾けてバランスを保つとき、車体の一部が路面に接触する車両加速度であり、これ以上の加速度を与えると、車体の姿勢制御を維持することができなくなる。また、駆動トルクの最大値に対応する限界は、路面勾配ηの坂道上で駆動トルクを最大としたときの車両加速度であり、駆動モータ52の性能上、これ以上の加速度を実現することができない。前記2種類の限界値を路面勾配ηによって修正することにより、任意の路面勾配ηの条件に応じた、真の加減速限界性能を常に発揮させることができる。
Thus, in the present embodiment, the target value of the vehicle acceleration is limited according to the value of the road surface gradient η. At this time, two limit values (limit values), that is, a limit value corresponding to vehicle grounding and a limit value corresponding to the maximum value of the driving torque are taken into consideration, and the limit value is limited under more severe conditions. Here, the limit corresponding to vehicle body grounding is that when the
また、前記2種類の限界値の大小関係が、任意の路面勾配ηの値に対して不変である場合には、一方の限界値のみを考慮してもよい。一般的には、駆動モータ52は十分に大きなトルクを発生させることができ、駆動トルクの最大値に対応する限界値は大きいと考えられるので、車体接地に対応する限界値のみを考慮するようにしてもよい。
Further, when the magnitude relationship between the two types of limit values is invariant with respect to an arbitrary road surface gradient η, only one limit value may be considered. In general, the
なお、車体接地に対応する限界値は、目標車体姿勢の決定処理において能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決める際に使用される式に合わせて設定されているが、必要に応じ、車体接地限界のときにおいて車体姿勢の決定方法を修正することもできる。例えば、車体接地限界のときに、能動重量部移動量に余裕があれば、車体を傾斜させる代わりに、搭乗部14を相当量だけ移動させてもよい。
The limit value corresponding to the vehicle ground contact is set according to the formula used when determining the target value of the active weight portion position and the target value of the vehicle body tilt angle in the determination process of the target vehicle body posture. Accordingly, the method for determining the vehicle body posture at the vehicle body contact limit can be corrected. For example, when there is a margin in the active weight portion movement amount at the vehicle body contact limit, instead of inclining the vehicle body, the riding
また、本実施の形態においては、車体の傾斜限界及び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、前後各々の限界に応じた制限値を使用することもできる。 Further, in the present embodiment, it is assumed that the vehicle body inclination limit and the active weight part movement limit are the same in the front and the rear. Limit values can also be used.
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や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。 Further, 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、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15は本発明の第3の実施の形態における車両加速度修正率の変化を示すグラフ、図16は本発明の第3の実施の形態における車両加速度目標値の変化を示すグラフ、図17は本発明の第3の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。なお、図16(a)は路面勾配が正の場合を示し、図16(b)は路面勾配が負の場合を示している。 FIG. 15 is a graph showing changes in the vehicle acceleration correction rate in the third embodiment of the present invention, FIG. 16 is a graph showing changes in the vehicle acceleration target value in the third embodiment of the present invention, and FIG. It is a flowchart which shows the operation | movement of the determination process of the target driving state in the 3rd Embodiment of invention. FIG. 16A shows a case where the road gradient is positive, and FIG. 16B shows a case where the road gradient is negative.
前記第1の実施の形態においては、乗員15の操縦操作量、すなわち、操縦装置であるジョイスティック31の操作量に比例した値を車両加速度の目標値とするようになっているが、その際に路面勾配ηが考慮されていない。そのため、乗員15の操縦操作量に対して、車両は平地でも坂道でも同じように加速又は減速するので、乗員15は路面勾配ηを感覚的に把握しにくい。また、乗員15は、視覚情報との不一致に伴い、違和感を覚える可能性もある。例えば、下り坂での急制動のときに、乗員15が意図した程度の減速度が実現されない可能性がある。
In the first embodiment, a value proportional to the operation amount of the occupant 15, that is, the operation amount of the
もっとも、乗員15が路面勾配ηを感覚的に把握することができるように、例えば、上り坂においては登坂トルクを減少させることも考えられるが、単純に登坂トルクを減少させると、車体の姿勢制御のバランスが崩れてしまう可能性がある。 Of course, it is conceivable to reduce the climbing torque on the uphill, for example, so that the occupant 15 can grasp the road gradient η sensuously, but if the climbing torque is simply reduced, the attitude control of the vehicle body May be out of balance.
また、車両10が停止しているときには、坂道であっても平地と同様に、乗員15がジョイスティック31を操作しなくても、停止状態が維持されることが望ましい。
Further, when the
そこで、本実施の形態においては、路面勾配ηに応じて、乗員15がジョイスティック31から入力した操縦操作量に対して車両10の目標加速度を修正する、すなわち、路面勾配ηの値によって、操縦操作量に対する車両加速度の目標値α* を補正して減少又は増加させる。つまり、登坂時には車両加速度の目標値α* を減少させ、降坂時には車両加速度の目標値α* を増加させる。
Therefore, in the present embodiment, the target acceleration of the
また、車両10の速度に応じて車両加速度の目標値α* の補正量を変化させる。そして、車両10が停止しているときには、車両加速度の目標値α* の補正を行わない。
Further, the correction amount of the vehicle acceleration target value α * is changed according to the speed of the
これにより、坂道であっても操縦操作を通して乗員15に適切な登坂又は降坂感覚を与えることができる。また、乗員15にとって乗り心地が向上する。 Thereby, even if it is a slope, an appropriate climbing or descending sensation can be given to the occupant 15 through the steering operation. Further, the ride comfort for the occupant 15 is improved.
なお、本実施の形態における車両10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、その説明を省略する。
Note that the configuration of the
次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、状態量の取得処理、路面勾配の取得処理、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、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. The state quantity acquisition process, the road surface gradient acquisition process, the target vehicle body posture determination process, and the actuator output determination process are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. Only the determination process will be described.
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S3−21)。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 S3-21). In this case, the occupant 15 acquires the operation amount of the
続いて、主制御ECU21は、取得したジョイスティック31の操作量に基づいて、車両加速度の目標値を決定する(ステップS3−22)。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 S3-22). For example, a value proportional to the amount of operation of the
続いて、主制御ECU21は、路面勾配の取得処理によって取得した路面勾配ηの値に応じて、車両加速度の目標値を補正する(ステップS3−23)。ここで、補正後の車両加速度の目標値α* は、次の式(15)により決定される。 Subsequently, the main control ECU 21 corrects the target value of the vehicle acceleration according to the value of the road surface gradient η acquired by the road surface gradient acquisition process (step S3-23). Here, the corrected vehicle acceleration target value α * is determined by the following equation (15).
前記式(15)により、修正後の車両加速度の目標値α* は、ジョイスティック31の操作量に基づいて決定された車両加速度の目標値に対して、図16に示されるように変化する。なお、図16に示される例において、修正後の車両加速度の目標値α* は、前記第2の実施の形態と同様に、最大値及び最小値が設定されたものを、更に、路面勾配ηの値によって補正したものである。すなわち、ジョイスティック31から入力された車両加速度の目標値の絶対値が所定値以上であるとき、車両加速度の目標値は、一定値となるように修正される。なお、図16(a)は、路面勾配ηが正の場合、すなわち、上り坂である場合を示し、図16(b)は、路面勾配ηが負の場合、すなわち、下り坂である場合を示している。
From the equation (15), the corrected vehicle acceleration target value α * changes as shown in FIG. 16 with respect to the vehicle acceleration target value determined based on the operation amount of the
そして、図16(a)及び(b)において、点線はβ=0の場合、すなわち、車両10の速度がゼロである場合と、β=1の場合、すなわち、車両10の速度が車両速度閾値以上である場合を示している。図16(a)に示す上り坂の場合、実線で示される車両加速度の目標値α* は、車両10の速度が増加すると全体に下方に移動する、すなわち、減少するように補正する。また、図16(b)に示す下り坂の場合、実線で示される車両加速度の目標値α* は、車両10の速度が増加すると全体に上方に移動する、すなわち、増加するように補正する。
16 (a) and 16 (b), the dotted line indicates the case where β = 0, that is, the case where the speed of the
続いて、主制御ECU21は、修正後の車両加速度の目標値α* から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する(ステップS3−24)。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 corrected target value α * of the vehicle acceleration (step S3-24). 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.
このように、本実施の形態においては、路面勾配ηの値に応じて、車両加速度の目標値を修正する。坂道を上る場合には、車両加速度の目標値が小さくなる(減速度が大きくなる)ように修正し、坂道を下る場合には、車両加速度の目標値が大きくなる(減速度が小さくなる)ように修正する。これにより、ジョイスティック31を操作する乗員15の感覚に適した操縦特性を提供することができる。
Thus, in the present embodiment, the target value of the vehicle acceleration is corrected according to the value of the road surface gradient η. When going up a hill, the vehicle acceleration target value is corrected to be small (deceleration is increased), and when going down a hill, the vehicle acceleration target value is increased (deceleration is reduced). To correct. Thereby, the steering characteristic suitable for the passenger | crew 15's sense of operating the
また、図15に示されるように、車両速度Vに応じて、車両加速度の目標値の修正率を減少させる。そして、車両速度がV=0のとき、すなわち、車両10が停止状態にあるときには、修正率をβ=0とする。そのため、乗員15がジョイスティック31から手を放しても、車両10は安定した停止状態を保持する。
Further, as shown in FIG. 15, the correction rate of the target value of the vehicle acceleration is decreased according to the vehicle speed V. When the vehicle speed is V = 0, that is, when the
なお、本実施の形態においては、前記式(16)で表されるように、路面勾配ηに対する車両加速度減少率の値として、路面勾配ηに対する車両加速度限界の減少率を設定している。この場合、修正率がβ=1であれば、あらかじめ設定された平地での車両加速度の目標値上限が、路面勾配ηにおける上限に自動的に修正される。なお、下限についても同様である。これにより、車両10の走行時に、車両加速度の目標値が真の限界値を超えることが少なくなる。また、加速度目標値の減少率が、実際の物理現象と近い値になるので、乗員15が加速能力の低下をより自然に感じることができる。なお、本実施の形態では、車両加速度限界は車体接地限界に対応する。すなわち、車体が斜面に接地してそれ以上傾けることができない限界に対応する加速度の限界値を設定している。
In the present embodiment, the vehicle acceleration limit reduction rate with respect to the road surface gradient η is set as the value of the vehicle acceleration reduction rate with respect to the road surface gradient η, as represented by the above equation (16). In this case, if the correction rate is β = 1, the upper limit of the target value of the vehicle acceleration on the preset flat ground is automatically corrected to the upper limit of the road surface gradient η. The same applies to the lower limit. As a result, the vehicle acceleration target value is less likely to exceed the true limit value when the
また、本実施の形態においては、前記式(15)に示すように、路面勾配ηに対して線形に車両加速度の目標値の修正量を与えているが、その係数を他の値に、又は、より複雑な非線形の関数にしてもよい。例えば、路面勾配ηが所定の閾値以上である場合にのみ修正量を与えることにより、乗員15に対して、わずかな傾斜や起伏は感じさせず、急な坂道でのみ登坂感覚を強く与えることができる。 Further, in the present embodiment, as shown in the equation (15), the correction amount of the target value of the vehicle acceleration is given linearly with respect to the road surface gradient η, but the coefficient is set to another value or A more complicated nonlinear function may be used. For example, by giving the correction amount only when the road surface gradient η is equal to or greater than a predetermined threshold, the occupant 15 is not given a slight inclination or undulation, and the hill feeling is strongly given only on a steep slope. it can.
さらに、本実施の形態においては、前記式(17)に示すように、車両速度の増加に対して線形増加の後に一定となる修正率のモデルを使用し、停止状態から走行状態への遷移を滑らかにしているが、非線形な関数を使用することによって、より滑らかにすることもできる。 Further, in the present embodiment, as shown in the equation (17), a model having a correction rate that becomes constant after linear increase with respect to the increase in vehicle speed is used, and the transition from the stop state to the running state is performed. Although smooth, it can also be made smoother by using a non-linear function.
さらに、車両加速度の目標値の減少率、すなわち、登坂感覚の程度を乗員15自身が調整することができるようにしてもよい。例えば、入力装置30に調整用のダイヤルを配設することによって、乗員15は、自身の好みに合わせて前記減少率を調整することができる。
Furthermore, the occupant 15 may be able to adjust the reduction rate of the target value of the vehicle acceleration, that is, the degree of climbing sensation. For example, by disposing an adjustment dial on the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
10 車両
12 駆動輪
20 制御ECU
31 ジョイスティック
10
31 Joystick
Claims (4)
車両加速度の目標値を入力する操縦装置と、
前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
該車両制御装置は、車両速度及び路面勾配に応じて、前記操縦装置から入力された車両加速度の目標値を修正するものであって、路面勾配が上り坂である場合、操縦装置から入力された車両加速度の目標値を小さくし、路面勾配が下り坂である場合、操縦装置から入力された車両加速度の目標値を大きくすることを特徴とする車両。 A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body,
A control device for inputting a target value of vehicle acceleration;
And controls the driving torque applied to the driving wheel and a vehicle control device for controlling the vehicle body posture,
The vehicle control device corrects the target value of the vehicle acceleration input from the control device according to the vehicle speed and the road surface gradient . When the road surface gradient is uphill, the vehicle control device is input from the control device. A vehicle characterized in that the target value of vehicle acceleration is reduced and the target value of vehicle acceleration input from the control device is increased when the road surface gradient is downhill .
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