JP5304681B2

JP5304681B2 - 車両

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Publication number: JP5304681B2
Application number: JP2010031480A
Authority: JP
Inventors: 裕司 ▲高▼倉; 弘毅林
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-02-16
Also published as: JP2011168093A

Description

本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に関するものである。

近年、エネルギ資源の枯渇問題に鑑み、車両の省燃費化が強く要求されている。その一方で、車両の低価格化等から、車両の保有者が増大し、１人が１台の車両を保有する傾向にある。そのため、例えば、４人乗りの車両を運転者１人のみが運転することで、エネルギが無駄に消費されるという問題点があった。車両の小型化による省燃費化としては、車両を１人乗りの三輪車又は四輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。

しかし、走行状態によっては、車両の安定性が低下してしまうことがある。そこで、車体を横方向に傾斜させることによって、旋回時の車両の安定性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１５５６７１号公報

しかしながら、前記従来の車両においては、旋回性能を向上させるために、車体を旋回方向内側に傾斜させることができるようになっているが、車体を傾斜させる操作が困難であり、旋回性能が低いので、乗員が不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがある。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、横加速度センサの検出値のいずれかが取得不能になっても、残りの取得可能な横加速度センサの検出値にフィルタをかけた値に基づいて車体の傾斜角度を制御することによって、車体の安定を維持することができ、また、制御安定性を向上させることができるとともに、乗員が違和感を感じることがなく、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安全性の高い車両を提供することを目的とする。

そのために、本発明の車両においては、互いに連結された操舵（だ）部及び駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、互いに異なる高さに配設され、前記車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記複数の横加速度センサが検出する横加速度のいずれかが取得不能になると、横加速度センサに応じてカットオフ周波数が相違するフィルタを取得可能な横加速度にかけ、前記フィルタをかけた横加速度がゼロになるように、前記車体の傾斜を制御する。

請求項１の構成によれば、いずれかの横加速度センサが故障したり、通信不能となった場合であっても、残りの横加速度センサが検出する横加速度にフィルタをかけた値に基づいて車体の傾斜角度を制御することができるので、制御安定性を向上させることができる。したがって、安定した走行状態を実現することができる安全性の高い車両を提供することができる。

請求項２の構成によれば、不要加速度成分の高周波成分を効果的に取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができる。

請求項３の構成によれば、いずれかの横加速度センサが故障したり、通信不能となった場合であっても、制御安定性を確保することができる。

本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する図である。本発明の第１の実施の形態における車両の車体傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態における横加速度センサの検出値が受ける影響を説明する図である。本発明の第２の実施の形態における車両の背面を示す図である。本発明の第２の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態における力学モデルを示す図である。本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック図である。本発明の第２の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態における車両の車体傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施の形態における車両の背面を示す図である。本発明の第４の実施の形態における車両の制御処理の動作を示すフローチャートである。

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。

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図、図２は本発明の第１の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図、図３は本発明の第１の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図１において、（ａ）は右側面図、（ｂ）は背面図である。

図において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の駆動部としての本体部２０と、乗員が搭乗して操舵する操舵部としての搭乗部１１と、車体の前方において幅方向の中心に配設された前輪である操舵輪としての車輪１２Ｆと、後輪として後方に配設された駆動輪である左側の車輪１２Ｌ及び右側の車輪１２Ｒとを有する。さらに、車体を左右に傾斜させる、すなわち、リーンさせるためのリーン機構、すなわち、車体傾斜機構として、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを支持するリンク機構３０と、該リンク機構３０を作動させるアクチュエータである傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ２５とを有する。なお、前記車両１０は、前輪が左右二輪であって後輪が一輪の三輪車であってもよいし、前輪及び後輪が左右二輪の四輪車であってもよいが、本実施の形態においては、図に示されるように、前輪が一輪であって後輪が左右二輪の三輪車である場合について説明する。

旋回時には、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバ角を変化させるとともに、搭乗部１１及び本体部２０を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両１０は車体を横方向（左右方向）にも傾斜させることができる。なお、図に示される例においては、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して直立している、すなわち、キャンバ角が０度になっている。

前記リンク機構３０は、左側の車輪１２Ｌ及び該車輪１２Ｌに駆動力を付与する電気モータ等から成る左側の回転駆動装置５１Ｌを支持する左側の縦リンクユニット３３Ｌと、右側の車輪１２Ｒ及び該車輪１２Ｒに駆動力を付与する電気モータ等から成る右側の回転駆動装置５１Ｒを支持する右側の縦リンクユニット３３Ｒと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの上端同士を連結する上側の横リンクユニット３１Ｕと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの下端同士を連結する下側の横リンクユニット３１Ｄと、本体部２０に上端が固定され、上下に延在する中央縦部材２１とを有する。また、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒと上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄとは回転可能に連結されている。さらに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄは、その中央部で中央縦部材２１と回転可能に連結されている。なお、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒ、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒ、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒ、並びに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄを統合的に説明する場合には、車輪１２、回転駆動装置５１、縦リンクユニット３３及び横リンクユニット３１として説明する。

そして、駆動用アクチュエータ装置としての前記回転駆動装置５１は、いわゆるインホイールモータであって、固定子としてのボディが縦リンクユニット３３に固定され、前記ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸が車輪１２の軸に接続され、前記回転軸の回転によって車輪１２を回転させる。なお、前記回転駆動装置５１は、インホイールモータ以外の種類のモータであってもよい。

また、前記リンクモータ２５は、電気モータ等を含む回転式の電動アクチュエータであって、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、前記ボディが取付フランジ２２を介して本体部２０に固定され、前記回転軸がリンク機構３０の上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されている。なお、リンクモータ２５の回転軸は、本体部２０を傾斜させる傾斜軸として機能し、中央縦部材２１と上側の横リンクユニット３１Ｕとの連結部分の回転軸と同軸になっている。そして、リンクモータ２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動し、リンク機構３０が作動する、すなわち、屈伸する。これにより、本体部２０を傾斜させることができる。なお、リンクモータ２５は、その回転軸が本体部２０及び中央縦部材２１に固定され、そのボディが上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されていてもよい。

なお、リンクモータ２５は、回転軸をボディに対して回転不能に固定する図示されないロック機構を備える。該ロック機構は、メカニカルな機構であって、回転軸をボディに対して回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記ロック機構によって、回転軸をボディに対して所定の角度で回転不能に固定することができる。

前記搭乗部１１は、本体部２０の前端に図示されない連結部を介して連結される。該連結部は、搭乗部１１と本体部２０とを所定の方向に相対的に変位可能に連結する機能を有していてもよい。

また、前記搭乗部１１は、座席１１ａ、フットレスト１１ｂ及び風よけ部１１ｃを備える。前記座席１１ａは、車両１０の走行中に乗員が着座するための部位である。また、前記フットレスト１１ｂは、乗員の足部を支持するための部位であり、座席１１ａの前方側（図１（ａ）における右側）下方に配設される。

さらに、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されないバッテリ装置が配設されている。該バッテリ装置は、回転駆動装置５１及びリンクモータ２５のエネルギ供給源である。また、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されない制御装置、インバータ装置、各種センサ等が収納されている。

そして、座席１１ａの前方には、操縦装置４１が配設されている。該操縦装置４１には、操舵装置としてのハンドルバー４１ａ、速度メータ等のメータ、インジケータ、スイッチ等の操縦に必要な部材が配設されている。乗員は、前記ハンドルバー４１ａ及びその他の部材を操作して、車両１０の走行状態（例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、旋回半径等）を指示する。なお、乗員が要求する車体の要求旋回量を検出するための手段である操舵装置として、ハンドルバー４１ａに代えて他の装置、例えば、ステアリングホイール、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操舵装置として使用することもできる。

なお、車輪１２Ｆは、サスペンション装置（懸架装置）の一部である前輪フォーク１７を介して搭乗部１１に接続されている。前記サスペンション装置は、例えば、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている前輪用のサスペンション装置と同様の装置であり、前記前輪フォーク１７は、例えば、スプリングを内蔵したテレスコピックタイプのフォークである。そして、一般的なオートバイ、自転車等の場合と同様に、乗員によるハンドルバー４１ａの操作に応じて操舵輪としての車輪１２Ｆは舵角を変化させ、これにより、車両１０の進行方向が変化する。

具体的には、前記ハンドルバー４１ａは、図示されない操舵軸部材の上端に接続され、操舵軸部材の下端には前輪フォーク１７の上端が接続されている。前記操舵軸部材は、上端が下端よりも後方に位置するように斜めに傾斜した状態で、搭乗部１１が備える図示されないフレーム部材に、回転可能に取り付けられている。

本実施の形態において、車両１０は横加速度センサ４４を有する。該横加速度センサ４４は、一般的な加速度センサ、ジャイロセンサ等から成るセンサであって、車両１０の横加速度、すなわち、車体の幅方向としての横方向（図１（ｂ）における左右方向）の加速度を検出する。

車両１０は、旋回時に車体を旋回内側に傾斜させて安定させるので、車体を傾斜させることによって、旋回時の旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように制御される。このような制御を行うことによって、例えば、路面１８が進行方向と垂直な方向（進行方向に対する左右方向）に傾斜していたとしても、常に車体を水平に保つことが可能になる。これにより、車体と乗員には、見かけ上、常に重力が鉛直下向きにかかっていることになり、違和感が低減され、また、車両１０の安定性が向上する。

そこで、本実施の形態においては、傾斜する車体の横方向の加速度を検出するために、横加速度センサ４４を車体に取り付け、横加速度センサ４４の出力がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。これにより、旋回時に作用する遠心力と重力とが釣り合う傾斜角まで、車体を傾斜させることができる。また、進行方向と垂直な方向に路面１８が傾斜している場合でも、車体が鉛直になる傾斜角となるように制御することができる。

図１に示される例において、横加速度センサ４４は搭乗部１１の背面に配設されている。また、前記横加速度センサ４４は、車体の幅方向の中心、すなわち、車体の縦方向軸線上に位置するように配設されている。

また、本実施の形態における車両１０は、制御装置の一部としての車体傾斜制御システムを有する。該車体傾斜制御システムは、一種のコンピュータシステムであり、図３に示されるように、傾斜制御装置として機能する傾斜制御ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）４６を備える。該傾斜制御ＥＣＵ４６は、プロセッサ等の演算手段、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、横加速度センサ４４及びリンクモータ２５に接続されている。また、前記傾斜制御ＥＣＵ４６は、横加速度センサ４４が検出した横加速度に基づいてリンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値を出力する傾斜制御部４７を含む。

該傾斜制御部４７は、旋回走行の際には、フィードバック制御を行い、車体の傾斜角度が、横加速度センサ４４が検出する横加速度の値がゼロとなるような角度になるように、リンクモータ２５を作動させる。つまり、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合って、横方向の加速度成分がゼロとなるような角度になるように、車体の傾斜角度を制御する。これにより、車体及び搭乗部１１に搭乗している乗員には、車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用することとなる。したがって、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができる。また、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。

次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。ここでは、旋回走行時における車体傾斜制御処理の動作についてのみ説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する図、図５は本発明の第１の実施の形態における車両の車体傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。

旋回走行が開始されると、車体傾斜制御システムは車体傾斜制御処理を開始する。姿勢制御が行われることで、車両１０は、リンク機構３０によって、旋回走行時には、図４に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回する。また、旋回走行時には、旋回外側への遠心力が車体に作用するとともに、車体を旋回内側に傾けたことによって重力の横方向成分が発生する。そして、横加速度センサ４４は、前記遠心力と重力の横方向成分との合力を横方向の加速度として検出し、検出値ａを横加速度センサ値として傾斜制御部４７に出力する。すると、該傾斜制御部４７は、フィードバック制御を行い、検出値ａの値がゼロとなるような制御値をリンクモータ２５に出力する。

なお、車体傾斜制御処理は、車両１０の電源が投入されている間、車体傾斜制御システムによって繰り返し所定の制御周期Ｔ_S（例えば、５〔ｍｓ〕）で実行される処理であり、旋回時において、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図る処理である。

傾斜制御部４７は、まず、横加速度センサ値ａを取得する（ステップＳ１）。

続いて、傾斜制御部４７は、ａ_old呼出を行う（ステップＳ２）。ａ_oldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された横加速度センサ値ａである。なお、初期設定においては、ａ_old＝０とされている。

続いて、傾斜制御部４７は、制御周期Ｔ_Sを取得し（ステップＳ３）、ａの微分値を算出する（ステップＳ４）。ここで、ａの微分値をｄａ／ｄｔとすると、該ｄａ／ｄｔは次の式（１）によって算出される。
ｄａ／ｄｔ＝（ａ−ａ_old）／Ｔ_S ・・・式（１）
そして、傾斜制御部４７は、ａ_old＝ａとして保存する（ステップＳ５）。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した横加速度センサ値ａをａ_oldとして、記憶手段に保存する。

続いて、傾斜制御部４７は、第１制御値Ｕ_Pを算出する（ステップＳ６）。ここで、比例制御動作の制御ゲイン、すなわち、比例ゲインをＣ_Pとすると、第１制御値Ｕ_Pは次の式（２）によって算出される。
Ｕ_P＝Ｃ_Pａ・・・式（２）
続いて、傾斜制御部４７は、第２制御値Ｕ_Dを算出する（ステップＳ７）。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をＣ_Dとすると、第２制御値Ｕ_Dは次の式（３）によって算出される。
Ｕ_D＝Ｃ_Dｄａ／ｄｔ・・・式（３）
続いて、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕを算出する（ステップＳ８）。該第３制御値Ｕは、第１制御値Ｕ_Pと第２制御値Ｕ_Dとの合計であり、次の式（４）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ_P＋Ｕ_D ・・・式（４）
最後に、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕをリンクモータトルク指令値としてリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ９）、処理を終了する。

このように、本実施の形態においては、旋回走行時には、横加速度センサ４４が検出する横加速度の値がゼロとなるように、車体の傾斜角度を制御する。これにより、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように車体の傾斜角度を制御することができ、横方向の加速度成分がゼロとなり、車体及び乗員には車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用する。

したがって、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができる。また、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。これにより、安定した走行状態を実現することができ、安全性の高い車両１０を提供することができる。

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。

図６は本発明の第２の実施の形態における横加速度センサの検出値が受ける影響を説明する図、図７は本発明の第２の実施の形態における車両の背面を示す図、図８は本発明の第２の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図６において、（ａ）〜（ｃ）は片側の車輪が落下する状態を示す図、（ｄ）は車両の各部のガタ等の影響を説明する図であり、図７において、（ａ）は車体が直立している状態を示す図、（ｂ）は車体が傾斜している状態を示す図である。

前記第１の実施の形態においては、単一の横加速度センサ４４によって横方向の加速度を検出する場合について説明した。しかし、横加速度センサ４４が１つであると、不要加速度成分をも検出してしまうことがある。

例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、車両１０の走行中、路面１８の窪（くぼ）みに左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが落下する場合があり得る。この場合、車体が傾斜するので、図６（ｃ）における矢印で示されるように、横加速度センサ４４は、周方向に変位し、該周方向の加速度を検出することになる。つまり、遠心力や重力に直接由来しない加速度成分、すなわち、不要加速度成分が検出されてしまう。

また、車両１０は、例えば、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのタイヤ部分のように弾性を備え、ばねとして機能する部分を含み、また、各部材の接続部等に不可避的なガタが含まれる。そのため、図６（ｄ）に模式的に示されるように、横加速度センサ４４は、不可避的なガタやばねを介して車体に取り付けられていると考えられるので、ガタやばねの変位によって生じる加速度をも不要加速度成分として検出してしまう。

このような不要加速度成分は、車体傾斜制御システムの制御性を悪化させる可能性がある。例えば、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくすると、不要加速度成分に起因する制御系の振動、発散等が発生するので、応答性を向上させようとしても制御ゲインを大きくすることができなくなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、横加速度センサ４４が複数であって、互いに異なる高さに配設されている。図７に示される例において、横加速度センサ４４は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの２つであって、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとは互いに異なる高さ位置に配設されている。第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの位置を適切に選択することで、効果的に不要加速度成分を取り除くことができる。

具体的には、図７（ａ）に示されるように、第１横加速度センサ４４ａは、搭乗部１１の背面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ₁の位置に配設されている。また、第２横加速度センサ４４ｂは、搭乗部１１の背面又は本体部２０の上面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ₂の位置に配設されている。なお、Ｌ₁＞Ｌ₂である。そして、旋回走行時に、図７（ｂ）に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回すると、第１横加速度センサ４４ａは、横方向の加速度を検出して検出値ａ₁を出力し、第２横加速度センサ４４ｂは、横方向の加速度を検出して検出値ａ₂を出力する。なお、車体が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心は、厳密には路面１８よりわずかに下方に位置するが、実際上は、概略路面１８と等しい位置であると考えられる。

前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、十分に剛性の高い部材に取り付けられることが望ましい。また、Ｌ₁とＬ₂との差は、小さいと検出値ａ₁及びａ₂の差が小さくなるので、十分に大きいこと、例えば、０．３〔ｍ〕以上、とすることが望ましい。さらに、車体がサスペンション等のばねで支持されている場合、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、いわゆる「ばね上」に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、前輪である車輪１２Ｆの車軸と後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸との間に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、可能な限り乗員の近くに配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、上側から観て進行方向に延在する車体の中心軸上に位置すること、すなわち、進行方向に関してオフセットされないことが望ましい。

また、本実施の形態における車体傾斜制御システムは、図８に示されるようになっている。傾斜制御ＥＣＵ４６は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出した横加速度に基づいて合成横加速度を算出する横加速度演算部４８を備える。そして、傾斜制御部４７は、横加速度演算部４８が算出した横加速度としての合成横加速度に基づいてリンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値を出力する。

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、その説明を省略する。

次に、本実施の形態における車両１０の動作について説明する。ここでは、旋回走行時における車体傾斜制御処理の動作についてのみ説明する。

図９は本発明の第２の実施の形態における力学モデルを示す図、図１０は本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック図、図１１は本発明の第２の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャート、図１２は本発明の第２の実施の形態における車両の車体傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。

図９において、４４Ａは車体において第１横加速度センサ４４ａの配設された位置を示す第１センサ位置であり、４４Ｂは車体において第２横加速度センサ４４ｂの配設された位置を示す第２センサ位置である。

第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する加速度は、〈１〉旋回時に車体に作用する遠心力、〈２〉車体を旋回内側に傾けたことによって発生する重力の横方向成分、〈３〉左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、並びに、〈４〉リンクモータ２５の作動又はその反作用により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、の４つであると考えられる。これら４つの加速度のうち、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さ、すなわち、Ｌ₁及びＬ₂と無関係である。一方、前記〈３〉及び〈４〉は、周方向に変位することによって生じる加速度であるから、ロール中心からの距離に比例する、すなわち、概略Ｌ₁及びＬ₂に比例する。

ここで、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈３〉の加速度をａ_X1及びａ_X2とし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈４〉の加速度をａ_M1及びａ_M2とする。また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈１〉の加速度をａ_Tとし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈２〉の加速度をａ_Gとする。なお、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さと無関係なので、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値は等しい。

そして、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等による周方向の変位の角速度をω_Rとし、その角加速度をω_R’とする。また、リンクモータ２５の作動又はその反作用による周方向の変位の角速度をω_Mとし、その角加速度をω_M’とする。

すると、ａ_X1＝Ｌ₁ω_R’、ａ_X2＝Ｌ₂ω_R’、ａ_M1＝Ｌ₁ω_M’、ａ_M2＝Ｌ₂ω_M’となる。

また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出して出力する加速度の検出値をａ₁及びａ₂とすると、ａ₁及びａ₂は、４つの加速度〈１〉〜〈４〉の合計であるから、次の式（５）及び（６）で表される。
ａ₁＝ａ_T＋ａ_G＋Ｌ₁ω_R’＋Ｌ₁ω_M’ ・・・式（５）
ａ₂＝ａ_T＋ａ_G＋Ｌ₂ω_R’＋Ｌ₂ω_M’ ・・・式（６）
そして、式（５）から式（６）を減算すると、次の式（７）を得ることができる。
ａ₁−ａ₂＝（Ｌ₁−Ｌ₂）ω_R’＋（Ｌ₁−Ｌ₂）ω_M’ ・・・式（７）
ここで、Ｌ₁及びＬ₂の値は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さであるから既知である。また、ω_M’の値は、リンクモータ２５の角速度ω_Mの微分値であるから既知である。すると、前記式（７）の右辺においては、第１項のω_R’の値のみが未知であり、他の値はすべて既知である。したがって、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ₁及びａ₂から、ω_R’の値を得ることが可能である。つまり、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ₁及びａ₂に基づいて、不要加速度成分を取り除くことができる。

本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図１０に示されるようなフィードバック制御が行われる。図１０において、ｆ₁は後述される式（１０）で表される伝達関数である。また、Ｇ_Pは比例制御動作の制御ゲインであり、Ｇ_Dは微分制御動作の制御ゲインであり、ｓは微分要素である。

車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部４８は、横加速度演算処理を開始し、まず、第１横加速度センサ値ａ₁を取得するとともに（ステップＳ１１）、第２横加速度センサ値ａ₂を取得する（ステップＳ１２）。そして、横加速度演算部４８は、加速度差Δａを算出する（ステップＳ１３）。該Δａは次の式（８）によって表される。
Δａ＝ａ₁−ａ₂ ・・・式（８）
続いて、横加速度演算部４８は、ΔＬ呼出を行うとともに（ステップＳ１４）、Ｌ₂呼出を行う（ステップＳ１５）。前記ΔＬは次の式（９）によって表される。
ΔＬ＝Ｌ₁−Ｌ₂ ・・・式（９）
続いて、横加速度演算部４８は、合成横加速度ａを算出する（ステップＳ１６）。なお、合成横加速度ａは、前記第１の実施の形態のように、横加速度センサ４４が１つである場合における横加速度センサ値ａに相当する値であって、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した値であり、次の式（１０）及び（１１）によって得られる。
ａ＝ａ₂−（Ｌ₂／ΔＬ）Δａ・・・式（１０）
ａ＝ａ₁−（Ｌ₁／ΔＬ）Δａ・・・式（１１）
理論上は、式（１０）によっても式（１１）によっても、同じ値を得ることができるが、周方向の変位によって生じる加速度はロール中心からの距離に比例するので、実際上は、ロール中心により近い方の横加速度センサ４４、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂの検出値であるａ₂を基準にすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、式（１０）によって合成横加速度ａを算出することとする。

最後に、横加速度演算部４８は、傾斜制御部４７へ合成横加速度ａを送出して（ステップＳ１７）、横加速度演算処理を終了する。

また、傾斜制御部４７は、車体傾斜制御処理を開始し、まず、横加速度演算部４８から合成横加速度ａを受信する（ステップＳ２１）。

続いて、傾斜制御部４７は、ａ_old呼出を行う（ステップＳ２２）。ａ_oldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された合成横加速度ａである。なお、初期設定においては、ａ_old＝０とされている。

これ以降の動作、すなわち、図１２に示されるステップＳ２３〜Ｓ２９の動作は、前記第１の実施の形態において説明したステップＳ３〜Ｓ９の動作と同様であるので、その説明を省略する。

このように、本実施の形態においては、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとを互いに異なる高さ位置に配設し、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した合成横加速度ａを算出し、該合成横加速度ａの値がゼロとなるように、車体の傾斜角度を制御する。

これにより、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、横加速度センサ４４が２つである場合について説明したが、横加速度センサ４４は、複数であって互いに異なる高さに配設されていれば、３つ以上であってもよく、いくつであってもよい。

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。

図１３は本発明の第３の実施の形態における車両の背面を示す図である。なお、図において、（ａ）は車体が直立している状態を示す図、（ｂ）は車体が傾斜している状態を示す図である。

本実施の形態における車両１０は、リンク機構３０を有しておらず、本体部２０と搭乗部１１とが、ロール軸２０ａを中心に、ロール方向に揺動可能に連結され、傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ２５を回転させることによって、図１３（ｂ）に示されるように、本体部２０に対して搭乗部１１を揺動させてロールさせる、すなわち、傾斜させることができる。前記ロール軸２０ａは、本体部２０に対して搭乗部１１が揺動してロールする動作の中心、すなわち、ロール中心である。なお、車体の進行方向に延在するリンクモータ２５の回転軸を、前記ロール軸２０ａと一致させるようにしてもよい。

旋回時にも、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバ角は変化せず、搭乗部１１を前輪である車輪１２Ｆとともに、本体部２０に対して揺動させ、旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図ることができるようになっている。なお、図に示される例においては、直進時も旋回時も、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して直立している、すなわち、キャンバ角が０度になっている。

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、その説明を省略する。

なお、横加速度センサ４４は、前記第２の実施の形態と同様に、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂを含み、前記第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとは互いに異なる高さ位置に配設されている。

本実施の形態においては、搭乗部１１が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心はロール軸２０ａと一致する。そこで、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さＬ₁及びＬ₂は、ロール軸２０ａからの距離として設定される。

前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ロール軸２０ａの上側又は下側に、両者ともに配設されることが望ましい。また、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの一方は、できる限りロール軸２０ａに近接した位置に配設されることが望ましい。

横加速度センサ４４について、その他の点は、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。また、車体傾斜制御システムについても、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。さらに、本実施の形態における車両１０の動作についても、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

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。

図１４は本発明の第４の実施の形態における車両の制御処理の動作を示すフローチャートである。

前記第２の実施の形態において説明したように、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとを互いに異なる高さ位置に配設し、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した合成横加速度ａを算出し、該合成横加速度ａの値がゼロとなるように、車体の傾斜角度を制御することによって、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。

しかし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂのいずれかが故障したり、通信不能となったりした場合、すなわち、第１横加速度センサ値ａ₁及び第２横加速度センサ値ａ₂のいずれかが取得不能となった場合には、不要加速度成分を取り除くことができず、車体傾斜制御システムの制御安定性が低下してしまう。

そこで、本実施の形態においては、第１横加速度センサ値ａ₁及び第２横加速度センサ値ａ₂のいずれかが取得不能となった場合、残りの取得可能な横加速度センサ値にフィルタをかけた値に基づいて車体の傾斜角度を制御することによって、車体傾斜制御システムの制御安定性を向上させるようになっている。なお、高い位置に配設された横加速度センサの横加速度センサ値には、低い位置に配設された横加速度センサの横加速度センサ値よりも不要加速度成分が多く含まれるので、フィルタの時定数を横加速度センサの高さに応じて変更することが望ましい。また、時定数が大きくなると制御安定性が低下するので、車速を制限してヨーレートを抑制することが望ましい。

まず、傾斜制御ＥＣＵ４６は、第１横加速度センサ４４ａは正常であるか否か、すなわち、第１横加速度センサ４４ａから第１横加速度センサ値ａ₁を正常に取得することができるか否かを判断する（ステップＳ３１）。そして、第１横加速度センサ値ａ₁を正常に取得することができる場合、傾斜制御ＥＣＵ４６は、第２横加速度センサ４４ｂは正常であるか否か、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂから第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができるか否かを判断する（ステップＳ３２）。

そして、第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができる場合、傾斜制御ＥＣＵ４６は、第１及び第２横加速度センサ値で傾斜制御を開始する（ステップＳ３３）。すると、横加速度演算部４８は、第１及び第２横加速度センサ値から合成横加速度を算出する（ステップＳ３４）。この場合の横加速度演算部４８の動作は、前記第２の実施の形態において説明した動作、すなわち、前記第２の実施の形態において説明したステップＳ１１〜Ｓ１７の動作と同様であるので、その説明を省略する。さらに、傾斜制御部４７は、横加速度演算部４８から合成横加速度を受信して前記第２の実施の形態と同様の車体傾斜制御処理を行う。すなわち、前記第２の実施の形態において説明したステップＳ２１〜Ｓ２９の動作と同様の動作を行う。

一方、第２横加速度センサ４４ｂは正常であるか否か、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂから第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができるか否かを判断して、第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができない場合、傾斜制御ＥＣＵ４６は、第１横加速度センサ値で傾斜制御を開始する（ステップＳ３５）。この場合、横加速度演算部４８は、第１横加速度センサ値ａ₁にカットオフ周波数Ｆ₁のフィルタ（ローパスフィルタ）をかける（ステップＳ３６）。

前述のように、高い位置に配設された横加速度センサの横加速度センサ値には、低い位置に配設された横加速度センサの横加速度センサ値よりも不要加速度成分が多く含まれるので、フィルタの時定数を横加速度センサの高さに応じて変更することが望ましい。例えば、前記第２の実施の形態において説明した図７（ａ）に示される例において、第１横加速度センサ４４ａの高さＬ₁が１〔ｍ〕であるとすると、Ｆ₁＝５〔Ｈｚ〕程度に設定することが望ましい。つまり、第１横加速度センサ４４ａから取得した第１横加速度センサ値ａ₁から５〔Ｈｚ〕程度以上の高周波成分を除去する（カットオフする）ことが望ましい。これにより、第１横加速度センサ値ａ₁に含まれる不要加速度成分を効果的に取り除くことができる。

そして、傾斜制御ＥＣＵ４６は、車速の最大値をＶ₁に制限する（ステップＳ３７）。前述のように、時定数が大きくなると制御安定性が低下するので、車速を制限してヨーレートを抑制することが望ましい。例えば、Ｖ₁＝１０〔ｋｍ／ｈ〕程度に設定することが望ましい。これにより、車速が抑制されるので、第１横加速度センサ値ａ₁のみで傾斜制御を行っても、安定性が低下することがなく、車両１０の安全性を十分に確保することができる。

そして、傾斜制御部４７は、横加速度演算部４８からカットオフ周波数Ｆ₁のフィルタをかけた第１横加速度センサ値ａ₁を合成横加速度として受信し、前記第２の実施の形態と同様の車体傾斜制御処理を行う。すなわち、前記第２の実施の形態において説明したステップＳ２１〜Ｓ２９の動作と同様の動作を行う。

また一方、第１横加速度センサ４４ａは正常であるか否か、すなわち、第１横加速度センサ４４ａから第１横加速度センサ値ａ₁を正常に取得することができるか否かを判断して、第１横加速度センサ値ａ₁を正常に取得することができない場合、傾斜制御ＥＣＵ４６は、第２横加速度センサ４４ｂは正常であるか否か、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂから第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができるか否かを判断する（ステップＳ３８）。

そして、第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができる場合、傾斜制御ＥＣＵ４６は、第２横加速度センサ値で傾斜制御を開始する（ステップＳ３９）。この場合、横加速度演算部４８は、第２横加速度センサ値ａ₂にカットオフ周波数Ｆ₂のフィルタ（ローパスフィルタ）をかける（ステップＳ４０）。

例えば、前記第２の実施の形態において説明した図７（ａ）に示される例において、第２横加速度センサ４４ｂの高さＬ₂が０．３８〔ｍ〕であるとすると、Ｆ₂＝１５〔Ｈｚ〕程度に設定することが望ましい。つまり、第２横加速度センサ４４ｂから取得した第２横加速度センサ値ａ₂から１５〔Ｈｚ〕程度以上の高周波成分を除去する（カットオフする）ことが望ましい。これにより、第２横加速度センサ値ａ₂に含まれる不要加速度成分を効果的に取り除くことができる。なお、Ｆ₂＞Ｆ₁であるのは、第２横加速度センサ４４ｂの高さＬ₂が第１横加速度センサ４４ａの高さＬ₁より低いので、第２横加速度センサ値ａ₂に含まれる不要加速度成分の高周波成分は、第１横加速度センサ値ａ₁に含まれる不要加速度成分の高周波成分よりも少ないと考えられるからである。

そして、傾斜制御ＥＣＵ４６は、車速の最大値をＶ₂に制限する（ステップＳ４１）。前述のように、時定数が大きくなると制御安定性が低下するので、車速を制限してヨーレートを抑制することが望ましい。例えば、Ｖ₂＝２０〔ｋｍ／ｈ〕程度に設定することが望ましい。これにより、車速が抑制されるので、第２横加速度センサ値ａ₂のみで傾斜制御を行っても、安定性が低下することがなく、車両１０の安全性を十分に確保することができる。なお、Ｖ₂＞Ｖ₁であるのは、第２横加速度センサ４４ｂの高さＬ₂が第１横加速度センサ４４ａの高さＬ₁より低いので、第２横加速度センサ値ａ₂に含まれる不要加速度成分の高周波成分が、第１横加速度センサ値ａ₁に含まれる不要加速度成分の高周波成分よりも少なく、車速を比較的高くしても、制御安定性が低下しにくいと考えられるからである。

そして、傾斜制御部４７は、横加速度演算部４８からカットオフ周波数Ｆ₂のフィルタをかけた第２横加速度センサ値ａ₂を合成横加速度として受信し、前記第２の実施の形態と同様の車体傾斜制御処理を行う。すなわち、前記第２の実施の形態において説明したステップＳ２１〜Ｓ２９の動作と同様の動作を行う。

なお、第２横加速度センサ４４ｂは正常であるか否か、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂから第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができるか否かを判断して、第２横加速度センサ値ａ₂を正常に取得することができない場合、傾斜制御ＥＣＵ４６は、車両停止を行って（ステップＳ４２）、処理を終了する。これは、第１横加速度センサ値ａ₁及び第２横加速度センサ値ａ₂の両方が取得不能となると、車体傾斜制御処理を行うことができないためである。

このように、本実施の形態においては、第１横加速度センサ値ａ₁及び第２横加速度センサ値ａ₂のいずれかが取得不能となった場合、残りの取得可能な横加速度センサ値にフィルタをかけた値に基づいて車体の傾斜角度を制御する。これにより、第１横加速度センサ値ａ₁及び第２横加速度センサ値ａ₂のいずれかが取得不能となった場合であっても、車体の傾斜角度を制御することができるので、車体傾斜制御システムの制御安定性を向上させることができる。

また、高い位置に配設された横加速度センサの横加速度センサ値には、低い位置に配設された横加速度センサの横加速度センサ値よりも不要加速度成分が多く含まれるので、フィルタの時定数を横加速度センサの高さに応じて変更する。さらに、時定数が大きくなると制御安定性が低下するので、車速を制限してヨーレートを抑制する。

なお、本実施の形態においては、横加速度センサ４４が２つである場合について説明したが、前記第２の実施の形態と同様に、横加速度センサ４４は、複数であって互いに異なる高さに配設されていれば、３つ以上であってもよく、いくつであってもよい。

また、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。

本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に利用することができる。

１０車両
１１搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ車輪
２０本体部
２５リンクモータ
４４横加速度センサ
４４ａ第１横加速度センサ
４４ｂ第２横加速度センサ

Claims

互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
互いに異なる高さに配設され、前記車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、
前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記複数の横加速度センサが検出する横加速度のいずれかが取得不能になると、横加速度センサに応じてカットオフ周波数が相違するフィルタを取得可能な横加速度にかけ、前記フィルタをかけた横加速度がゼロになるように、前記車体の傾斜を制御することを特徴とする車両。
前記カットオフ周波数は横加速度センサの高さに応じて設定される請求項１に記載の車両。
前記制御装置は、前記複数の横加速度センサが検出する横加速度のいずれかが取得不能になると、車速の最大値を制限する請求項１又は２に記載の車両。