JP5383812B2 - 倒立振子型車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、床面上を移動可能な倒立振子型車両の制御装置に関する。

倒立振子型車両は、床面上を移動する移動動作部と、この移動動作部を駆動するアクチュエータ装置とが組み付けられた基体に、鉛直方向に対して傾動自在な乗員の搭乗部が組み付けられた車両であり、搭乗部の傾斜角度をある目標角度に保つために（搭乗部が傾倒しないようにするために）、倒立振子の支点を動かすような形態で、移動動作部を移動させる必要がある車両である。

そして、この種の倒立振子型車両の制御技術としては、例えば、特許文献１に見られるものが本願出願人により提案されている。

この特許文献１には、乗員の搭乗部が組み付けられた車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後方向の軸周りと左右方向の軸周りとの２軸周りに傾動自在に設けられた倒立振子型車両の制御技術が記載されている。この技術では、搭乗部の傾斜角度（前後方向及び左右方向の２軸周りの傾斜角度）の計測値を所要の目標傾斜角度に収束させ、また、車両の前後方向及び左右方向の移動速度の計測値を目標速度に収束させるように、アクチュエータとしての電動モータのトルク指令値を決定し、このトルク指令値に応じて電動モータの運転制御を行なうことで、車両を移動させるようにしている。

なお、倒立振子型車両として機能し得る車両としては、特許文献２、３に見られるものも本願出願人により提案されている。

特許第３０７００１５号 ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７８ ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７９

ところで、特許文献１〜３に見られる如き倒立振子型車両では、乗員が車両に搭乗しようとしたり、車両から降車しようとする際には、移動動作部が動かないか、もしくは動き難い状態で、搭乗部を、乗員の搭乗行為又は降車行為に適した傾斜状態に傾けることができることが望ましいと考えられる。

しかるに、特許文献１に見られる如き従来の技術では、かかる要望に対する配慮がなされていない。このため、乗員が、その搭乗行為や降車行為の最中に該搭乗部の傾斜角度を変化させると、その傾斜角度が制御上の目標傾斜角度からずれることある。そして、このような場合には、乗員が搭乗部に搭乗している状態と同様に移動動作部が動いてしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、乗員が搭乗行為や降車行為を行い易くなるようにすることができる倒立振子型車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の倒立振子型車両の制御装置は、かかる目的を達成するために、床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部及びアクチュエータ装置が組付けられた基体と、該基体に組付けられ、少なくとも１つの方向の軸周りで鉛直方向に対して傾動自在に設けられた乗員の搭乗部とを備え、該搭乗部の傾動に応じて、該傾動の軸と直交する方向に前記移動動作部が移動するように構成された倒立振子型車両の制御装置であって、
前記移動動作部の制御のための車両の動作モードとして、前記搭乗部に乗員が搭乗しようとする時の過渡的な動作モードである搭乗行為用モードと、前記搭乗部から乗員が降車しようとする時の過渡的な動作モードである降車行為用モードとのうちの少なくとも一方のモードから成る過渡期用モードと、前記搭乗部に乗員が搭乗した状態での動作モードである搭乗中モードとを有し、当該各動作モードにおいて前記搭乗部の傾動に応じた前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段を備え、
該移動動作部制御手段は、前記搭乗中モードでは、少なくとも前記搭乗部の実際の傾斜角度を所定の第１目標傾斜角度に近づけるよう前記移動動作部の移動動作を制御し、前記過渡期用モードでは、該過渡期用モードの開始時から終了時までの期間のうちの少なくとも一部の期間において、該過渡期用モードの前記搭乗部の実際の傾斜角度のうちの少なくとも前記１つの方向の軸周りでの傾斜角度の変化に対する前記移動動作部の移動速度の変化の感度又は該移動動作部の移動加速度の変化の感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御することを特徴とする（第１発明）。

なお、本発明において、「床」は、通常的な意味での床（屋内の床など）だけを意味するものではなく、屋外の地面もしくは路面をも含むものとして使用する。

上記第１発明によれば、前記移動動作部制御手段は、前記搭乗中モードでは、少なくとも前記搭乗部の実際の傾斜角度を所定の第１目標傾斜角度に近づけるよう前記移動動作部の移動動作を制御する。このため、搭乗部の実際の傾斜角度が第１目標傾斜角度からずれると、そのずれを小さくするように移動動作部の移動動作が制御される。

一方、前記過渡期用モードでは、移動動作部制御手段は、該過渡期用モードの開始時から終了時までの期間のうちの少なくとも一部の期間において、該過渡期用モードの前記搭乗部の実際の傾斜角度のうちの少なくとも前記１つの方向の軸周りでの傾斜角度の変化に対する前記移動動作部の移動速度の変化の感度又は該移動動作部の移動加速度の変化の感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御する。

このため、該過渡期用モードでの前記少なくとも一部の期間（以降、特定期間ということがある）においては、乗員が、搭乗行為又は降車行為のために、前記１つの方向の軸周りでの搭乗部の傾斜角度を変化させても、前記移動動作部の移動速度又は移動加速度が変化しないか、もしくは変化し難くなる。

この結果、第１発明によれば、車両に対する乗員の搭乗行為又は降車行為を行い易くなる。

なお、第１発明において、前記特定期間は、過渡期用モードの開始時から終了時までの期間のうちの全期間でもよい。また、該特定期間は自動的に決定される期間でもよいが、乗員が人為的に設定し得る期間であってもよい。

また、第１目標傾斜角度としては、例えば、車両と乗員とを併せた系のうち、前記搭乗部と一体に傾動する部分（乗員を含む）の全体の重心点が該搭乗部の傾動支点の鉛直方向上方に位置することとなる該搭乗部の傾斜角度を採用することが好適である。

補足すると、前記搭乗中モードでの移動動作部制御手段による前記移動動作部の移動動作部の制御形態の一例としては、例えば、次のような形態が挙げられる。すなわち、移動動作部制御手段は、例えば、前記移動動作部に付与する駆動力を規定する制御用操作量を、少なくとも前記搭乗部の実際の傾斜角度の計測値と第１目標傾斜角度との偏差である傾斜偏差に応じて、該傾斜偏差を“０”に近づけるように決定する。あるいは、移動動作部制御手段は、例えば、該傾斜偏差を“０”に近づけることに加えて、車両の所定の代表点の移動速度の計測値と所定の目標移動速度との偏差である速度偏差を“０”に近づけるように、少なくとも該傾斜偏差と速度偏差と応じて前記制御用操作量を決定する。そして、移動動作部制御手段は、決定した制御用操作量に応じて前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する。

そして、前記過渡期用モードにおける移動動作部の制御形態の一例としては、例えば、前記搭乗中モードと同様に制御用操作量を決定して、前記移動動作部の移動動作を制御することが考えられる。なお、この場合、過渡期用モードの前記特定期間での搭乗部の目標傾斜角度は、搭乗中モードでの目標傾斜角度（第１目標傾斜角度）と異ならせてもよい。

このようにした場合には、移動動作部制御手段は、前記過渡期用モードの前記特定期間において、例えば、前記傾斜偏差を“０”に近づけるためのフィードバックゲイン（例えば比例ゲイン）や、前記速度偏差を“０”に近づけるためのフィードバックゲイン（例えば比例ゲイン）を前記搭乗中モードと適切に異ならせて前記制御用操作量を決定するようにすることで、前記感度を搭乗中モードよりも小さくするようにすることが可能である。

ただし、前記過渡期用モードにおける移動動作部の制御形態は、搭乗中モードと同様の制御形態でなくてもよい。例えば、前記移動動作部制御手段は、前記過渡期用モードの前記特定期間において、前記搭乗部の傾斜角度の計測値によらずに、前記移動動作部が定常的に停止状態（移動速度が“０”に維持される状態）に保持されるように、該移動動作部の移動動作を制御するようにしてもよい。前記過渡期用モードにおける移動動作部の制御形態は、種々様々な形態を採用することが可能である。

前記第１発明においては、前記搭乗部は、１つの方向の軸周りでのみ鉛直方向に対して傾動自在に設けられ、前記移動動作部が当該１つの方向と直交する方向に床面上を移動可能に構成されていてもよい。

あるいは、前記移動動作部が、床面上を互いに直交する第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能に構成されると共に、前記搭乗部が、前記第１の方向の軸周りと前記第２の方向の軸周りとの２軸周りで鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組付けられていてもよい。この場合には、前記移動動作部制御手段は、前記搭乗中モードでは、少なくとも前記２軸周りでの前記搭乗部の実際の傾斜角度を所定の第１目標傾斜角度に近づけるように移動動作部の移動動作を制御し、前記過渡期用モードでの前記少なくとも一部の期間（前記特定期間）において、少なくとも前記第１の方向及び第２の方向のうちのいずれか一方の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御する（第２発明）。

この第２発明では、前記過渡期用モードでの前記特定期間において、少なくとも前記第１の方向及び第２の方向のうちのいずれか一方の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作が制御される。

このため、前記特定期間では、乗員が、搭乗行為又は降車行為のために、前記一方の方向の軸周りでの搭乗部の傾斜角度を変化させても、前記移動動作部の移動速度又は移動加速度が変化しないか、もしくは変化し難くなる。従って、前記過渡期用モードでの前記特定期間においては、乗員は、前記一方の方向の軸周りでの搭乗部の傾斜角度を適切に傾斜させた状態で、搭乗行為又は降車行為を容易に行なうことが可能となる。

なお、この第２発明では、前記第１の方向及び第２の方向のうちの他方の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度は、前記搭乗中モードよりも小さくなくてもよい。

補足すると、前記移動動作部が、「第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能」ということは、該第１の方向及び第２の方向に直交する軸方向で見た場合における各瞬間での該移動動作部の速度ベクトルの向きが、前記アクチュエータ装置による移動動作部の駆動によって、上記軸方向の周りの任意の角度方向の向きを採り得るということを意味する。この場合、上記軸方向は、概ね、上下方向又は床面に垂直な方向である。また、本発明における「直交」は厳密な意味での直交であることは必須ではなく、本発明の本質を逸脱しない範囲で、厳密な意味での直交から若干のずれがあってもよい。

前記搭乗部の構成としては、次のような構成を採用することができる。すなわち、前記搭乗部は、乗員の両足が該乗員の左右方向に間隔を存して並ぶように該両足を載せる足載せ部を有すると共に、該乗員がその前後方向及び左右方向をそれぞれ前記第１の方向、第２の方向に向けた起立姿勢で前記足載せ部上に搭乗可能に構成される。

そして、前記第２発明において、上記の如く搭乗部が構成されている場合には、前記移動動作部制御手段は、前記過渡期用モードでの前記少なくとも一部の期間（特定期間）において、少なくとも前記第１の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御することが好ましい（第３発明）。

すなわち、前記搭乗部が前記足載せ部を有する構成である場合には、乗員の搭乗行為や降車行為の途中において、一般には、乗員がその片足だけを足載せ部に載せた状態となる状況が生じる。この場合、乗員の体重によって、足載せ部に作用する荷重の位置が乗員の左右方向の一方側に偏るので、搭乗部が乗員の前後方向（前記第１の方向）の軸周りに傾動しやすい。従って、このような状況では、前記感度が低いことが望ましい。そこで、第３発明では、前記特定期間において、前記移動動作部制御手段は、少なくとも前記第１の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御する。これにより、過渡期用モードでの前記特定期間において、移動動作部が動かないか、もしくは動き難い状態で、搭乗部を乗員の前後方向である第１の方向の軸周りに適切に傾斜させることが可能となる。ひいては、乗員の搭乗行為又降車行為が容易になる。

上記第３発明では、前記車両には、少なくとも前記足載せ部に乗員の各足が載せられているか否かに応じた出力を生成する足載せ検知手段が備えられており、前記少なくとも一部の期間（特定期間）は、前記過渡期用モードにおいて、前記足載せ検知手段の出力が、乗員の一方の足のみが前記足載せ部に載せられていることを示す出力となる期間を含むことが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、乗員が搭乗行為又は降車行為の途中で、その一方の足のみを前記足載せ部に載せている状態で、少なくとも前記第１の方向（乗員の前後方向）の軸周りでの搭乗部の傾斜角度が変化しても、移動動作部が動かないか、もしくは動き難くなるようにすることを自動的に実現することができる。

また、上記第３発明又は第４発明では、前記基体には、少なくとも一方の足を着床させた乗員が把持可能な把持部が前記搭乗部と一体に傾動自在に組付けられていてもよい。そして、この場合には、前記移動動作部制御手段は、前記過渡期用モードでの前記少なくとも一部の期間（特定期間）において、前記第１の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるようにしつつ、少なくとも前記第１の方向の軸周りでの前記傾斜角度を前記第１目標傾斜角度のうちの前記第１の方向の軸周りの成分よりも鉛直方向に対する傾き度合いが大きい所定の角度である過渡期用目標傾斜角度に近づけるように前記移動動作部の移動動作を制御するようにしてもよい（第５発明）。

この第５発明によれば、過渡期用モードでの前記特定期間において、移動動作部が動き難い状態で、少なくとも前記第１の方向の軸周りでの搭乗部の傾斜角度を前記過渡期用目標傾斜角度に保つこと、すなわち、乗員が搭乗行為や降車行為を行い易い傾斜角度に搭乗部の実際の傾斜角度を保つことが容易になる。なお、この場合、前記第１の方向の軸周りでの搭乗部の実際の傾斜角度が前記過渡期用目標傾斜角度からずれると、そのずれを小さくするように前記移動動作部に駆動力が付与される。ただし、この場合、乗員が少なくとも一方の足を着床させた状態で前記把持部を把持することにより、前記移動動作部が移動するのを抑制することもできる。

かかる第５発明では、前記把持部には、前記動作モードの変更を前記移動動作部制御手段に対して指示するための操作子が設けられていることが好ましい（第６発明）。

この第６発明によれば、乗員は上記把持部を把持しつつ、動作モードを変更することができる。このため、動作モードの切替わり時に、搭乗部の姿勢が急変したりするのを防止できる。

実施形態の倒立振子型車両の正面図。 実施形態の倒立振子型車両の側面図。 実施形態の倒立振子型車両の下部を拡大して示す図。 実施形態の倒立振子型車両の下部の斜視図。 実施形態の倒立振子型車両の移動動作部（車輪体）の斜視図。 実施形態の倒立振子型車両の移動動作部（車輪体）とフリーローラとの配置関係を示す図。 実施形態の倒立振子型車両の制御ユニットの処理を示すフローチャート。 実施形態の倒立振子型車両の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図。 図７のＳＴＥＰ５の処理に係わる処理機能を示すブロック図。 図９に示すゲイン調整部７８の処理機能を示すブロック図。 図１０に示すリミット処理部８６（又は図１２に示すリミット処理部１００）の処理機能を示すブロック図。 図９に示す重心速度制限部７６の処理機能を示すブロック図。 図９に示す姿勢制御演算部８０の処理機能を示すブロック図。 図７のＳＴＥＰ４のサブルーチン処理を示すフローチャート。 図１４のＳＴＥＰ１２のサブルーチン処理を示すフローチャート。 図１４のＳＴＥＰ１３のサブルーチン処理を示すフローチャート。 図１４のＳＴＥＰ１４のサブルーチン処理を示すフローチャート。 図１４のＳＴＥＰ１４のサブルーチン処理を示すフローチャート。 図１４のＳＴＥＰ１５のサブルーチン処理を示すフローチャート。

本発明の一実施形態を以下に説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における倒立振子型車両の構造を説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態における倒立振子型車両１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、床面に接地しながら該床面上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備える。

ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。

この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。

基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７とが組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１３とを備える。

下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備える。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。

この下部フレーム１１には、乗員の搭乗部３としての足載せ部が装着されている。この足載せ部３は、乗員の右足、左足をそれぞれ載せる一対のステップ３Ｒ，３Ｌから構成される。右側のステップ３Ｒは、カバー部材２１Ｒの外側面部から右向きに張り出すように突設され、左側のステップ３Ｌは、カバー部材２１Ｌの外側面部から左向きに張り出すように突設されている。本実施形態の倒立振子型車両１（以降、単に車両１という）では、乗員は、その両足をステップ３Ｒ，３Ｌに載せて、起立した姿勢で車両１に搭乗するようになっている。この搭乗状態では、乗員の両足は、その間に車輪体５が介在するようにして、乗員の左右方向に間隔を存して並ぶ。

また、支柱フレーム１３の上部には、足載せ部３上に起立した乗員がその手で把持する把持部１５が固定されている。この把持部１５は、支柱フレーム１３の上部から右向きに張り出すように突設された把持部１５Ｒと、左向きに張り出すように突設された把持部１５Ｌとから構成される。

移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。

なお、本実施形態で例示する移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、例えば前記特許文献２の図１に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構成に関して、前記特許文献２に記載された事項については、簡略的な説明に留める。

本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示す如く、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。

この車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該車輪体５の外周面の下端部にて床面に接地する。

そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、床面上を全方向に移動することが可能となっている。

アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備える。

電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１３等、基体９の適所に搭載されている。

回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。

回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示す如く、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。

なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。

各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。

回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してにテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。

同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してにテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。

前記車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。

この場合、図１及び図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。

より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。

この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されると共に、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。

以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が床面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。

また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。

さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。

この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。

以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。

なお、足載せ部３及び基体９は、車輪体５の軸心Ｃ２を支点として、左右方向の軸心Ｃ２周りに傾動自在となっていると共に、車輪体５の接地面（下端面）を支点として、前後方向の軸周りに該車輪体５と共に傾動自在となっている。

次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図１及び図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。

まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、足載せ部３（ステップ３Ｒ，３Ｌ）上に起立姿勢で搭乗してグリップ１５Ｒ，１５Ｌを把持した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９が足載せ部３と共に傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９を足載せ部３と共に前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。

すなわち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、足載せ部３と共に基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。

ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員及び車両１の全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。

そこで、本実施形態では、乗員及び車両１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。

さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。

また、車両１に乗員が搭乗している状態と搭乗していない状態とのいずれの状態においても、基体９の実際の姿勢の目標姿勢からずれが大きいほど、車両１の移動速度が速くなると共に、基体９の実際の姿勢の目標姿勢に一致する状態では、車両１の移動が停止するように車輪体５の移動動作が制御される。

また、乗員が車両１に搭乗しようとする時、あるいは、車両１から降車しようとする時には、その搭乗行為あるいは降車行為を乗員が容易に行い得るように車輪体５の移動動作が制御される。

補足すると、「姿勢」は空間的な向きを意味する。本実施形態では、基体９が足載せ部３と共に傾動することで、基体９や足載せ部３の姿勢が変化する。また、本実施形態では、基体９と足載せ部３とは一体的に傾動するので、基体９の姿勢をその目標姿勢に収束させるということは、足載せ部３の姿勢を該足載せ部３に対応する目標姿勢（基体９の姿勢が基体９の目標姿勢に一致する状態での足載せ部３の姿勢）に収束させるということと等価である。

本実施形態では、以上の如き車両１の動作制御を行なうために、図１及び図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット５０と、基体９の姿勢（又は足載せ部３の姿勢）に関する状態量として、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角度θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、足載せ部３のステップ３Ｒ，３Ｌに乗員が足を載せているか否かを検知するための荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌと、乗員が車両１に搭乗しようとする時、又は車両１から降車しようとする時にその旨を制御ユニット５０に認識させるための搭乗／降車用操作子５８とがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。

この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３に取付けられている。また、荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌはそれぞれ、ステップ３Ｒ，３Ｌに内蔵されている。また、ロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。

上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１３）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。

この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。

補足すると、本実施形態では、基体９の支柱フレーム１３と一体に足載せ部３のステップ３Ｒ，３Ｌが傾動するので、基体傾斜角度θbは、足載せ部３の傾斜角度としての意味も持つ。

なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。

この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。

一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。

さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。

前記荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌのうちの荷重センサ５４Ｒは、乗員がその右足をステップ３Ｒに載せている場合に、その右足からステップ３Ｒに付与される荷重を受けるようにステップ３Ｒに内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。同様に、荷重センサ５４Ｌは、乗員がその左足をステップ３Ｌに載せている場合に、その左足からステップ３Ｌに付与される荷重を受けるようにステップ３Ｌに内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、これらの荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌの出力により示される荷重の計測値に基づいて、ステップ３Ｒ，３Ｌに乗員が足を載せているか否かを判断する。この場合、乗員がステップ３Ｒ，３Ｌの両方に乗員が足を載せている状態が、乗員が車両１に搭乗している状態を意味する。

なお、荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌの代わりに、例えば、乗員が各ステップ３Ｒ，３Ｌに足を載せた状態でＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。

ロータリエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリエンコーダ５６Ｌについても同様である。

前記搭乗／降車用操作子５８は、本実施形態では、グリップ１５Ｒ，１５Ｌの一方、例えば、グリップ１５Ｒに装着されている。この搭乗／降車量操作子５８は、例えば、その一端部５８ａと他端部５８ｂとを選択的に押し操作可能なスイッチであり、各端部５８ａ，５８ｂを押し操作した時に、それぞれの押し操作に応じた信号（単発的なトリガ信号）を制御ユニット５０に出力する。この場合、本実施形態では、端部５８ａ，５８ｂのうちの一方、例えば端部５８ａは、乗員が車両１に搭乗しようとする時（詳しくは搭乗行為を開始しようとする時）に押し操作を行なうべき部分、他方の端部５８ｂは、乗員が車両１から降車しようとする時（詳しくは降車行為を開始しようとする時）に押し操作を行なうべき部分となっている。以降、搭乗／降車用操作子５８の端部５８ａ，５８ｂを、それぞれ搭乗用操作部５８ａ、降車用操作部５８ｂという。

なお、搭乗用操作部５８ａ、降車用操作部５８ｂの両方の押し操作が行なわれていない状態では、搭乗／降車用操作子５８は、非操作状態（トリガ信号を出力しない状態）に復元する。

制御ユニット５０は、上記の各計測値と、搭乗／降車用操作子５８から適宜入力されるトリガ信号とを用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。

なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。

以下に、制御ユニット５０の制御処理をさらに詳細に説明する。

制御ユニット５０は、所定の制御処理周期で図７のフローチャートに示す処理（メインルーチン処理）を実行する。

まず、ＳＴＥＰ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。

次いで、ＳＴＥＰ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。

なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ３において、荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌの出力と、搭乗／降車用操作子５８の出力とを取得した後、ＳＴＥＰ４の処理を実行する。

ここで、本実施形態では、車両１の動作モードとして、乗員が車両１に搭乗している状態（搭乗中の状態）での動作モードである搭乗中モードと、乗員が車両１に搭乗していない状態である自立モード（非搭乗中モード）と、乗員が車両１に搭乗しようとしている時（搭乗行為中）の動作モードである搭乗行為用モードと、乗員が車両１から降車しようとしている時（降車行為中）の動作モードである降車行為用モードとがある。そして、制御ユニット５０は、それぞれ各動作モードにおいて、それぞれに適した制御特性で車輪体５の移動動作を制御する。

上記ＳＴＥＰ４の処理は、荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌの出力や、搭乗／降車用操作子５８の出力に基づいて、車両１の動作モードを決定し、その決定した動作モードでの制御特性を規定する制御特性パラメータを決定する処理である。その処理の詳細は後述するが、本実施形態では、このＳＴＥＰ４の処理で決定する制御特性パラメータには、基体９の傾斜角度の目標値である基体傾斜角度目標値θb_xy_objが含まれると共に、後述する第２ゲイン調整パラメータＫr2が含まれる。

この場合、基体傾斜角度目標値θb_xy_objは各動作モードにおいて、基本的には次のように決定される。すなわち、搭乗中モードでは、車両１に搭乗した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定された値（以降、搭乗中モード用の設定値θb_xy_搭乗中ということがある）が、θb_xy_objとして決定される。

また、自立モードでは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定された値（以降、自立モード用の設定値θb_xy_自立ということがある）が、θb_xy_objとして決定される。

なお、本実施形態の車両１は左右対称構造の車両であるので、θb_xy_搭乗中のＸ軸周り成分θb_y_搭乗中と、θb_xy_自立のＸ軸周り成分θb_y_自立とは同じ値である。

また、搭乗行為用モードと降車行為用モードとでは、基体９の実際の傾斜角度をθb_xy_objに一致させた状態での基体９の姿勢が、Ｘ軸周りで右側又は左側に傾いた姿勢となると共に、θb_xy_objが急激に変化することを防止するようにθb_xy_objが決定される。

補足すると、いずれの動作モードにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“０”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。

また、詳細は後述するが、第２ゲイン調整パラメータＫr2は、“０”から“１”までの範囲内の値に設定される。この場合、搭乗中モードと自立モードとでは、Ｋr2の値は、“０”とされ、搭乗行為用モードと降車行為モードとでは、Ｋr2の値は、基本的には“０”よりも大きい値に可変的に決定される。

制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ４で制御特性パラメータを決定した後、次にＳＴＥＰ５において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。

次いで、ＳＴＥＰ６に進んで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ５で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ５で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“０”に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。

以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。

次に、説明を後回しにした前記ＳＴＥＰ４の処理（制御特性パラメータの決定処理）とＳＴＥＰ５の車両制御演算処理とを以下に詳説する。

まず、説明の便宜上、ＳＴＥＰ５の車両制御演算処理の詳細を説明する。

なお、以降の説明においては、車輪体５の接地面に重力による鉛直方向下向きの並進力を作用させる系の全体の重心点を車両系重心点という。この場合、該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗中モードである場合には、前記車両・乗員全体重心点に一致し、自立モードである場合には、前記車両単体重心点に一致する。さらに、車両１の動作モードが搭乗行為用モード又は降車行為用モードである場合には、便宜上、車両系重心点の位置は、あらかじめ定められた所定位置に存するものとする。該所定位置は、車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点の位置に一致する位置であってもよい。

また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。

また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。

本実施形態では、搭乗中モード又は自立モードでの前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図８に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ＳＴＥＰ５の車両制御演算処理が行なわれる。

なお、図８において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。

この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。

この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sとＳＴＥＰ４の処理で後述する如く決定される基体傾斜角度目標値θb_x_objという）との偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。

同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図８の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。

この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと、後述する如く決定される基体傾斜角度目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。

なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。

また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。

ωw_x＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２ ……式０１ａ
ωw_y＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２ ……式０１ｂ

なお、式０１ｂにおける“Ｃ”は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。また、ωw_x，ω_R，ω_Lの正の向きは、仮想車輪６２_xが前方に向かって輪転する場合の該仮想車輪６２_xの回転方向、ωw_yの正の向きは、仮想車輪６２_yが左向きに輪転する場合の該仮想車輪６２_yの回転方向である。

ここで、図８に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。

ｄ²θbe_x／dt²＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x ……式０３ｘ
ｄ²θbe_y／dt²＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y ……式０３ｙ

式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。

これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。

そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。

そして、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。

そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。

なお、本実施形態では、操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdは、それぞれ、後述する式０７ｘ，０７ｙに示す如く、３個の操作量成分を加え合わせることによって決定される。

補足すると、本実施形態における操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdのうち、ωwdot_x_cmdは、Ｘ軸方向に移動する仮想車輪６２_xの回転角加速度であるから、車輪体５をＸ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。また、ωwdot_y_cmdは、Ｙ軸方向に移動する仮想車輪６２_yの回転角加速度であるから、車輪体５をＹ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。

制御ユニット５０は、上記の如き、ＳＴＥＰ５の車両制御演算処理を実行するための機能として、図９のブロック図で示す機能を備えている。

すなわち、制御ユニット５０は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する偏差演算部７０と、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する重心速度算出部７２と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する重心速度制限部７６と、後述する式０７ｘ，０７ｙのゲイン係数の値を調整するための第１ゲイン調整パラメータＫr1_xyを決定するゲイン調整部７８とを備える。

制御ユニット５０は、さらに、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する姿勢制御演算部８０と、この仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換するモータ指令演算部８２とを備える。

なお、図９中の参照符号８４を付したものは、姿勢制御演算部８０が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。

前記ＳＴＥＰ５の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。

すなわち、制御ユニット５０は、まず、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部７２の処理とを実行する。

偏差演算部７０には、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ＳＴＥＰ４で後述する如く決定される基体傾斜角度目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。

なお、偏差演算部７０の処理は、例えば、前記ＳＴＥＰ４の処理の中で実行してもよい。

前記重心速度算出部７２には、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部７２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。

具体的には、重心速度算出部７２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。

Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s ……０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s ……０５ｙ

これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両１の各動作モードにおいて、それぞれ、車両系重心点の高さはほぼ一定に維持されるものとされる。そして、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、各動作モード毎にあらかじめ設定された所定値が用いられる。

なお、ｈ_x，ｈ_yの値は、動作モード毎に異なる値である必要はない。例えば、搭乗行為用モード又は降車行為用モードでのｈ_x，ｈ_yの値が、搭乗中モードと同じ値に設定されていてもよい。

上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体９がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。

なお、前記ロータリエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。

次に、制御ユニット５０は、重心速度制限部７６の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、重心速度制限部７６及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。

そして、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記第１ゲイン調整パラメータＫr1_xy（Ｋr1_x及びＫr1_y）を決定する。

このゲイン調整部７８の処理を図１０及び図１１を参照して以下に説明する。

図１０に示すように、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをリミット処理部８６に入力する。このリミット処理部８６では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の許容範囲に応じた制限を適宜、加えることによって、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1を生成する。出力値Ｖw_x_lim1は、前記仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xの制限後の値、出力値Ｖw_y_lim1は、前記仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yの制限後の値としての意味を持つ。

このリミット処理部８６の処理を、図１１を参照してさらに詳細に説明する。なお、図１１中の括弧付きの参照符号は、後述する重心速度制限部７６のリミット処理部１００の処理を示すものであり、リミット処理部８６の処理に関する説明では無視してよい。

リミット処理部８６は、まず、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yに入力する。処理部８６a_xは、Ｖb_x_sを仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xで除算することによって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度をＶb_x_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_xの回転角速度ωw_x_sを算出する。同様に、処理部８６a_yは、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度をＶb_y_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_yの回転角速度ωw_y_s（＝Ｖb_y_s／Ｒw_y）を算出する。

次いで、リミット処理部８６は、ωw_x_s，ωw_y_sの組を、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒの回転角速度ω_R_sと電動モータ３１Ｌの回転角速度ω_L_sとの組に変換する。

この変換は、本実施形態では、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_s，ωw_y_s，ω_R_s，ω_L_sに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_s，ω_L_sを未知数として解くことにより行なわれる。

次いで、リミット処理部８６は、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの出力値ω_R_s，ω_L_sをそれぞれ、リミッタ８６c_R，８６c_Lに入力する。このとき、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する右モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_R_sをそのまま出力値ω_R_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、右モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該右モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_R_sに近い方の境界値を出力値ω_R_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Rの出力値ω_R_lim1は、右モータ用許容範囲内の値に制限される。

同様に、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する左モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_L_sをそのまま出力値ω_L_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、左モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該左モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_L_sに近い方の境界値を出力値ω_L_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Lの出力値ω_L_lim1は、左モータ用許容範囲内の値に制限される。

上記右モータ用許容範囲は右側の電動モータ３１Ｒの回転角速度（絶対値）が高くなり過ぎないようにし、ひいては、電動モータ３１Ｒが出力可能なトルクの最大値が低下するのを防止するために設定された許容範囲である。このことは、左モータ用許容範囲についても同様である。

次いで、リミット処理部８６は、リミッタ８６c_R，８６c_Lのそれぞれの出力値ω_R_lim1，ω_L_lim1の組を、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄにより、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x_lim1，ωw_y_lim1の組に変換する。

この変換は、前記ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの変換処理の逆変換の処理である。この処理は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1，ω_R_lim1，ω_L_lim1に置き換えて得られる連立方程式を、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1を未知数として解くことにより行なわれる。

次いで、リミット処理部８６は、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄの出力値ωw_x_lim1，ωw_y_lim1をそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yに入力する。処理部８６e_xは、ωw_x_lim1に仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xを乗じることによって、ωw_x_lim1を仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x_lim1に変換する。同様に、処理部８６e_yは、ωw_y_lim1を仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y_lim1（＝ωw_y_lim1・Ｒw_y）に変換する。

以上のリミット処理部８６の処理によって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xと、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yとをそれぞれ重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合（換言すれば、車輪体５のＸ軸方向の移動速度とＹ軸方向の移動速度とをそれぞれ、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合）に、それらの移動速度を実現するために必要な電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sが、両方とも、許容範囲内に収まっている場合には、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sにそれぞれ一致する出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。

一方、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sの両方又は一方が許容範囲から逸脱している場合には、その両方又は一方の回転角速度が強制的に許容範囲内に制限された上で、その制限後の電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_lim1，ω_L_lim1の組に対応する、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動速度Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。

従って、リミット処理部８６は、その出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1をそれぞれＶb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組を生成する。

図１０の説明に戻って、ゲイン調整部７８は、次に、演算部８８_x，８８_yの処理を実行する。演算部８８_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1とが入力される。そして、演算部８８_xは、Ｖw_x_lim1からＶb_x_sを減算してなる値Ｖover_xを算出して出力する。また、演算部８８_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_y_lim1とが入力される。そして、演算部８８_yは、Ｖw_y_lim1からＶb_y_sを減算してなる値Ｖover_yを算出して出力する。

この場合、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合には、Ｖw_x_lim1＝Ｖb_x_s、Ｖw_y_lim1＝Ｖb_y_sとなるので、演算部８８_x，８８_yのそれぞれの出力値Ｖover_x，Ｖover_yはいずれも“０”となる。

一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合には、Ｖw_x_lim1のＶb_x_sからの修正量（＝Ｖw_x_lim1−Ｖb_x_s）と、Ｖw_y_lim1のＶb_y_sからの修正量（＝Ｖw_y_lim1−Ｖb_y_s）とがそれぞれ、演算部８８_x，８８_yから出力される。

次いで、ゲイン調整部７８は、演算部８８_xの出力値Ｖover_xを処理部９０_x，９２_xに順番に通すことによって、第１ゲイン調整パラメータＫr1_xを決定する。また、ゲイン調整部７８は、演算部８８_yの出力値Ｖover_yを処理部９０_y，９２_yに順番に通すことによって、第１ゲイン調整パラメータＫr1_yを決定する。なお、第１ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yは、いずれも“０”から“１”までの範囲内の値である。

上記処理部９０_xは、入力されるＶover_xの絶対値を算出して出力する。また、処理部９２_xは、その出力値Ｋr1_xが入力値｜Ｖover_x｜に対して単調に増加し、且つ、飽和特性を有するようにＫr1_xを生成する。該飽和特性は、入力値がある程度大きくなると、入力値の増加に対する出力値の変化量が“０”になるか、もしくは、“０”に近づく特性である。

この場合、本実施形態では、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜があらかじめ設定された所定値以下である場合には、該入力値｜Ｖover_x｜に所定値の比例係数を乗じてなる値をＫr1_xとして出力する。また、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜が所定値よりも大きい場合には、“１”をＫr1_xとして出力する。なお、上記比例係数は、｜Ｖover_x｜が所定値に一致するときに、｜Ｖover_x｜と比例係数との積が“１”になるように設定されている。

また、処理部９０_y，９２_yの処理は、それぞれ上記した処理部９０_x，９２_xの処理と同様である。

以上説明したゲイン調整部７８の処理によって、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、第１ゲイン調整パラメータＫr1_x，Ｋr1_yはいずれも“０”に決定される。従って、通常は、Ｋr1_x＝Ｋr1_y＝０である。

一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、前記修正量Ｖover_x，Ｖover_yのそれぞれの絶対値に応じて、第１ゲイン調整パラメータＫr1_x，Ｋr1_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Ｋr1_xは、“１”を上限値して、修正量Ｖover_xの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Ｋr1_yについても同様である。

また、前記重心速度制限部７６は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を使用して、図１２のブロック図で示す処理を実行することによって、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfd（Ｖb_x_mdfd及びＶb_y_mdfd）を決定する。

具体的には、重心速度制限部７６は、まず、定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行する。

この場合、定常偏差算出部９４_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されると共に、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdの前回値Ｖb_x_mdfd_pが遅延要素９６_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部９４_xは、まず、入力されるＶb_x_sが比例・微分補償要素（ＰＤ補償要素）９４a_xに入力する。この比例・微分補償要素９４a_xは、その伝達関数が１＋Ｋd・Ｓにより表される補償要素であり、入力されるＶb_x_sと、その微分値（時間的変化率）に所定値の係数Ｋdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。

次いで、定常偏差算出部９４_xは、入力されるＶb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素９４a_xの出力値から減算してなる値を演算部９４b_xにより算出した後、この演算部９４b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ９４c_xに入力する。このローパスフィルタ９４c_xは、伝達関数が（１＋Ｔ2・Ｓ）／（１＋Ｔ1・Ｓ）により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部９４_xは、このローパスフィルタ９４c_xの出力値Ｖb_x_prdを出力する。

また、定常偏差算出部９４_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sが入力されると共に、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdの前回値Ｖb_y_mdfd_pが遅延要素９６_yを介して入力される。

そして、定常偏差算出部９４_yは、上記した定常偏差算出部９４_xと同様に、比例・微分補償要素９４a_y、演算部９４b_y及びローパスフィルタ９４c_yの処理を順次実行し、ローパスフィルタ９４c_yの出力値Ｖb_y_prdを出力する。

ここで、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdは、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＹ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動状態）から推測される、将来のＸ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。同様に、定常偏差算出部９４_y出力値Ｖb_y_prdは、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＸ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動状態）から推測される、将来のＹ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。以降、定常偏差算出部９４_x，９４_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdを重心速度定常偏差予測値という。

重心速度制限部７６は、上記の如く定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行した後、上記重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdをリミット処理部１００に入力する。このリミット処理部１００の処理は、前記したゲイン調整部７８のリミット処理部８６の処理と同じである。この場合、図１１に括弧付きに参照符号で示す如く、リミット処理部１００の各処理部の入力値及び出力値だけがリミット処理部８６と相違する。

具体的には、リミット処理部１００では、前記仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdにそれぞれ一致させたと仮定した場合の各仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tがそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yにより算出される。そして、この回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tの組が、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度ω_R_t，ω_L_tの組に変換される。

さらに、これらの回転角速度ω_R_t，ω_L_tが、リミッタ８６c_R，８６c_Lによって、それぞれ、右モータ用許容範囲内の値と左モータ用許容範囲内の値とに制限される。そして、この制限処理後の値ω_R_lim2，ω_L_lim2が、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄによって、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に変換される。

次いで、この各回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に対応する各仮想車輪６２_x，６２_yの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yによって算出され、これらの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がリミット処理部１００から出力される。

以上のリミット処理部１００の処理によって、リミット処理部１００は、リミット処理部８６と同様に、その出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2をそれぞれＶb_x_t，Ｖb_y_tに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組を生成する。

なお、リミット処理部１００における右モータ用及び左モータ用の各許容範囲は、リミット処理部８６における各許容範囲と同一である必要はなく、互いに異なる許容範囲に設定されていてもよい。

図１２の説明に戻って、重心速度制限部７６は、次に、演算部１０２_x，１０２_yの処理を実行することによって、それぞれ制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdを算出する。この場合、演算部１０２_xは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2から、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdを減算してなる値をＸ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして算出する。同様に、演算部１０２_yは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2から、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdを減算してなる値をＹ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして算出する。

以上のようにして決定される制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは、リミット処理部１００での出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdはいずれも“０”に決定される。従って、通常は、Ｖb_x_mdfd＝Ｖb_y_mdfd＝０である。

一方、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2が、入力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、Ｘ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2の入力値Ｖb_x_prdからの修正量（＝Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_prd）が、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。

また、Ｙ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2の入力値Ｖb_y_prdからの修正量（＝Ｖw_y_lim2−Ｖb_y_prd）が、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして決定される。

この場合において、例えばＸ軸方向の速度に関し、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、定常偏差算出部９４_xが出力するＸ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdと逆向きの速度となる。このことは、Ｙ軸方向の速度に関しても同様である。

以上が、重心速度制限部７６の処理である。

図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、以上の如く重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、及び偏差演算部７０の処理を実行した後、次に、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。

この姿勢制御演算部８０の処理を、以下に図１３を参照して説明する。なお、図１３において、括弧を付していない参照符号は、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdを決定する処理に係わる参照符号である。

姿勢制御演算部８０には、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、重心速度制限部７６で算出された制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdと、ゲイン調整部７８で算出された第１ゲイン調整パラメータＫr1_xyと、前記ＳＴＥＰ４で後述する如く決定される第２ゲイン調整パラメータＫr2及び動作モードとが入力される。

そして、姿勢制御演算部８０は、まず、上記の入力値を用いて、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdを算出する。

ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd) ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝K1_y・θbe_y_s＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd) ……式０７ｙ

従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。

この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、第１ゲイン調整パラメータＫr1_x、第２ゲイン調整パラメータＫr2、及び動作モードに応じて可変的に設定される。同様に、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、第１ゲイン調整パラメータＫr1_x、第２ゲイン調整パラメータＫr2、及び動作モードに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。

式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、それぞれ、図１３中に示した如く、次式０９ｘ、０９ｙにより決定される。

Ｋi_x＝（１−Ｗgain_x）・Ｋi_a_x ＋ Ｗgain_x・Ｋi_b_x ……式０９ｘ
（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_y＝（１−Ｗgain_y）・Ｋi_a_y ＋ Ｗgain_y・Ｋi_b_y ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）

この場合、式０９ｘにおけるＷgain_x、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xと、式０９ｙにおけるＷgain_y、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yとは、車両１の現在の動作モード（ＳＴＥＰ４で決定される今回の動作モード）に応じて、次の（１）〜（４）に示す如く決定される。

（１）現在の動作モードが搭乗中モードである場合
Ｗgain_x＝Ｋr1_x， Ｋi_a_x＝Ｇi_x_搭乗中Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_x＝Ｇi_x_搭乗中Ｂ（ｉ＝１，２，３）
Ｗgain_y＝Ｋr1_y， Ｋi_a_y＝Ｇi_y_搭乗中Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_y＝Ｇi_y_搭乗中Ｂ（ｉ＝１，２，３）
（２）現在の動作モードが自立モードである場合
Ｗgain_x＝Ｋr1_x， Ｋi_a_x＝Ｇi_x_自立Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_x＝Ｇi_x_自立Ｂ（ｉ＝１，２，３）
Ｗgain_y＝Ｋr1_y， Ｋi_a_y＝Ｇi_y_自立Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_y＝Ｇi_y_自立Ｂ（ｉ＝１，２，３）
（３）現在の動作モードが搭乗行為用モードである場合
Ｗgain_x＝Ｋr2， Ｋi_a_x＝Ｇi_x_搭乗中Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_x＝Ｇi_x_搭乗行為（ｉ＝１，２，３）
Ｗgain_y＝Ｋr2， Ｋi_a_y＝Ｇi_y_搭乗中Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_y＝Ｇi_y_搭乗行為（ｉ＝１，２，３）
（４）現在の動作モードが降車行為用モードである場合
Ｗgain_x＝Ｋr2， Ｋi_a_x＝Ｇi_x_搭乗中Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_x＝Ｇi_x_降車行為（ｉ＝１，２，３）
Ｗgain_y＝Ｋr2， Ｋi_a_y＝Ｇi_y_搭乗中Ａ（ｉ＝１，２，３）
Ｋi_b_y＝Ｇi_y_降車行為（ｉ＝１，２，３）

ここで、Ｇi_x_搭乗中Ａ、Ｇi_x_搭乗中Ｂ、Ｇi_y_搭乗中Ａ、Ｇi_y_搭乗中Ｂは搭乗モード用としてあらかじめ設定された所定値（定数値）、Ｇi_x_自立Ａ、Ｇi_x_自立Ｂ、Ｇi_y_自立Ａ、Ｇi_y_自立Ｂは自立モード用としてあらかじめ設定された所定値（定数値）、Ｇi_x_搭乗行為、Ｇi_y_搭乗行為は、搭乗行為用モード用としてあらかじめ設定された所定値（定数値）、Ｇi_x_降車行為、Ｇi_y_降車行為は、降車行為用モード用としてあらかじめ設定された所定値（定数値）である。

この場合、本実施形態では、｜Ｇi_x_搭乗中Ａ｜＜｜Ｇi_x_搭乗中Ｂ｜、｜Ｇi_y_搭乗中Ａ｜＜｜Ｇi_y_搭乗中Ｂ｜、｜Ｇi_x_自立Ａ｜＜｜Ｇi_x_自立Ｂ｜、｜Ｇi_y_自立Ａ｜＜｜Ｇi_y_自立Ｂ｜、｜Ｇi_x_搭乗行為｜＜｜Ｇi_x_搭乗中Ａ｜、｜Ｇi_y_搭乗行為｜＜｜Ｇi_y_搭乗中Ａ｜、｜Ｇi_x_降車行為｜＜｜Ｇi_x_搭乗中Ａ｜、｜Ｇi_y_降車行為｜＜｜Ｇi_y_搭乗中Ａ｜となっている。また、｜Ｇi_x_自立Ａ｜＜｜Ｇi_x_搭乗中Ａ｜、｜Ｇi_y_自立Ａ｜＜｜Ｇi_y_搭乗中Ａ｜となっている。

なお、本実施形態では、Ｇi_x_搭乗行為＝Ｇi_x_降車行為、Ｇi_y_搭乗行為＝Ｇi_y_降車行為とされている。ただし、Ｇi_x_搭乗行為≠Ｇi_x_降車行為、又は、Ｇi_y_搭乗行為≠Ｇi_y_降車行為であってもよい。

動作モードが搭乗中モードである場合には、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する２つの定数値Ｇi_x_搭乗中Ａ，Ｇi_x_搭乗中Ｂの重み付き平均値して決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x（＝Ｇi_x_搭乗中Ａ）、Ｋi_b_x（＝Ｇi_x_搭乗中Ｂ）にそれぞれ掛かる重み（１−Ｗgain），Ｗgainが、第１ゲイン調整パラメータＫr1_xに応じて変化させられる。具体的には、Ｋr1_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_搭乗中Ａとなり、Ｋr1_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_搭乗中Ｂとなる。そして、Ｋr1_xが“０”から“１”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_x＝Ｇi_x_搭乗中ＡからＧi_x_搭乗中Ｂに近づいていく（Ｋi_xの絶対値が増加していく）。搭乗中モードでは、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても上記と同様である。

また、動作モードが自立モードである場合には、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する２つの定数値Ｇi_x_自立Ａ，Ｇi_x_自立Ｂの重み付き平均値して決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x（＝Ｇi_x_自立Ａ）、Ｋi_b_x（＝Ｇi_x_自立Ｂ）にそれぞれ掛かる重み（１−Ｗgain），Ｗgainが、第１ゲイン調整パラメータＫr1_xに応じて変化させられる。具体的には、Ｋr1_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_自立Ａとなり、Ｋr1_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_自立Ｂとなる。そして、Ｋr1_xが“０”から“１”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_x＝Ｇi_x_自立ＡからＧi_x_自立Ｂに近づいていく（Ｋi_xの絶対値が増加していく）。自立モードでは、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても上記と同様である。

補足すると、第１ゲイン調整パラメータＫr1_x，Ｋr1_yは、前記したように、通常は（詳しくはゲイン調整部７８のリミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合）、“０”である。従って、搭乗中モード及び自立モードにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、通常は、それぞれ、Ｋi_x＝Ｋi_a_x（＝Ｇi_x_搭乗中Ａ又はＧi_x_自立Ａ）、Ｋi_y＝Ｋi_a_y（＝Ｇi_y_搭乗中Ａ又はＧi_y_自立Ａ）となる。従って、Ｇi_x_搭乗中Ａ，Ｇi_y_搭乗中Ａは、搭乗中モードでの通常的な車両１の動作状態での第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）の適切な値としてあらかじめ設定された定数値である。同様に、Ｇi_x_自立Ａ，Ｇi_y_自立Ａは、自立モードでの通常的な車両１の動作状態での第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）の適切な値としてあらかじめ設定された定数値である。

一方、動作モードが搭乗行為用モードである場合には、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する２つ定数値Ｇi_x_搭乗中Ａ，Ｇi_x_搭乗行為の重み付き平均値して決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x（＝Ｇi_x_搭乗中Ａ）、Ｋi_b_x（＝Ｇi_x_搭乗行為）にそれぞれ掛かる重み（１−Ｗgain），Ｗgainが、第２ゲイン調整パラメータＫr2に応じて変化させられる。具体的には、Ｋr2_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_搭乗中Ａとなり、Ｋr2_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_搭乗行為となる。そして、Ｋr2が“１”から“０”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_x＝Ｇi_x_搭乗行為からＧi_x_搭乗中Ａに近づいていく。ひいては、Ｋi_xの絶対値が増加していく。この場合、｜Ｇi_x_搭乗行為｜＜｜Ｇi_x_搭乗中Ａ｜であるから、Ｋr2＝０である場合を除き、搭乗行為用モードでの各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）の絶対値は、搭乗中モードよりも小さい値となる。搭乗行為用モードでは、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても上記と同様である。

また、動作モードが降車行為用モードである場合には、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する２つ定数値Ｇi_x_搭乗中Ａ，Ｇi_x_降車行為Ｂの重み付き平均値して決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x（＝Ｇi_x_搭乗中Ａ）、Ｋi_b_x（＝Ｇi_x_降車行為）にそれぞれ掛かる重み（１−Ｗgain），Ｗgainが、第２ゲイン調整パラメータＫr2に応じて変化させられる。具体的には、Ｋr2_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_搭乗中Ａとなり、Ｋr2_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｇi_x_降車行為となる。そして、Ｋr2が“１”から“０”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_x＝Ｇi_x_降車行為からＧi_x_搭乗中Ａに近づいていく。ひいては、Ｋi_xの絶対値が増加していく。この場合、｜Ｇi_x_降車行為｜＜｜Ｇi_x_搭乗中Ａ｜であるから、Ｋr2＝０である場合を除き、搭乗行為用モードでの各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）の絶対値は、搭乗中モードよりも小さい値となる。降車行為用モードでは、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても上記と同様である。

姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行なうことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。

さらに詳細には、図１３を参照して、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第１ゲイン係数Ｋ1_xを乗じてなる操作量成分ｕ1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第２ゲイン係数Ｋ2_xを乗じてなる操作量成分ｕ2_xとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差（＝Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_xを乗じてなる操作量成ｕ3_xを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_x，ｕ2_x，ｕ3_xを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。

同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行なうことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。

この場合には、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第１ゲイン係数Ｋ1_yを乗じてなる操作量成分ｕ1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第２ゲイン係数Ｋ2_yを乗じてなる操作量成分ｕ2_yとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_y_sと制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとの偏差（＝Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_yを乗じてなる操作量成ｕ3_yを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_y，ｕ2_y，ｕ3_yを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。

ここで、式０７ｘの右辺の第１項（＝第１操作量成分ｕ1_x）及び第２項（＝第２操作量成分ｕ2_x）は、Ｘ軸周り方向での基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sを、フィードバック制御則としてのＰＤ則（比例・微分則）により“０”に収束させる（基体傾斜角度計測値θb_x_sを目標値θb_x_objに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。

また、式０７ｘの右辺の第３項（＝第３操作量成分ｕ3_x）は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差をフィードバック制御則としての比例則により“０”に収束させる（Ｖb_x_sをＶb_x_mdfdに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。

これらのことは、式０７ｙの右辺の第１〜第３項（第１〜第３操作量成分ｕ1_y，ｕ2_y，ｕ3_y）についても同様である。

なお、前記したように通常は（より詳しくは、前記重心速度制限部７６のリミット処理部１００での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合）、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは“０”である。そして、Ｖb_x_mdfd＝Ｖb_y_mdfd＝０となる通常の場合は、第３操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに第３ゲイン係数Ｋ3_x，Ｋ3_yを乗じた値に一致する。

姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを算出した後、次に、これらのωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを決定する。

以上が姿勢制御演算部８０の処理の詳細である。

補足すると、式０７ｘの右辺の第３項を、Ｖb_x_sに応じた操作量成分（＝K3_x・Ｖb_x_s）と、Ｖb_x_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_x・Ｖb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出するようにしてよい。同様に、式０７ｙの右辺の第３項を、Ｖb_y_sに応じた操作量成分（＝K3_y・Ｖb_y_s）と、Ｖb_y_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_y・Ｖb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出するようにしてよい。

また、本実施形態では、車両系重心点の挙動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角加速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを用いるようにしたが、例えば、仮想車輪６２_x，６２_yの駆動トルク、あるいは、この駆動トルクを各仮想車輪６２_x，６２_yの半径Ｒw_x，Ｒw_yで除算してなる並進力（すなわち仮想車輪６２_x，６２_yと床面との間の摩擦力）を操作量として用いるようにしてもよい。

図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、次に、姿勢制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmdと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmdとを決定する。このモータ指令演算部８２の処理は、前記リミット処理部８６（図１１参照）のＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの処理と同じである。

具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_cmd，ωw_y_cmd，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。

以上により前記ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理が完了する。

次に、説明を後回しにした前記ＳＴＥＰ４の処理（制御特性パラメータの決定処理）を図１４〜図１９を参照して詳細に説明する。

ＳＴＥＰ４の処理は、図１４のフローチャートに示す如く実行される。

具体的には、制御ユニット５０は、まず、ＳＴＥＰ１１において、今回の（今回の制御処理周期での）動作モードがどの動作モードであるかを判断する。

ここで、本実施形態では、制御ユニット５０の起動時において、制御ユニット５０は、車両１の初期動作モードとして、自立モードを設定する。そして、制御ユニット５０は、以後の各制御処理周期において、次回の制御処理周期での動作モードを決定する。従って、ＳＴＥＰ１１で判断される動作モードは、基本的には、前回の制御処理周期で決定された動作モードである。

ＳＴＥＰ１１において、今回の動作モードが自立モードである場合、搭乗中モードである場合、搭乗行為用モードである場合、降車行為用モードである場合のそれぞれの場合に対応して、制御ユニット５０は、それぞれ、ＳＴＥＰ１２，１３，１４，１５の処理を実行することによって、次回の動作モードや、制御特性パラメータの今回値を決定する。これにより図１４の処理が終了する。

今回の動作モードが自立モードである場合に対応するＳＴＥＰ１２の処理は、図１５のフローチャートに示すサブルーチン処理により実行される。

この処理では、制御ユニット５０は、まず、前記ＳＴＥＰ３で取得した搭乗／降車用操作子５８の出力に基づいて、該操作子５８の搭乗用操作部５８ａがＯＮ操作（押し操作）されたか否かをＳＴＥＰ１２−１で判断する。

この判断結果が否定的である場合には、ＳＴＥＰ１２−２に進んで、制御ユニット５０は、次回の動作モードを現在の動作モード（＝自立モード）に保持する。また、ＳＴＥＰ１２−１の判断結果が肯定的である場合（乗員がこれから車両１に搭乗しようとして、搭乗用操作部５８ａをＯＮ操作した場合）には、制御ユニット５０は、次回の動作モードを搭乗行為用モードに変更する。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１２−４において、第２ゲイン調整パラメータＫr2の値を“０”にする（初期化する）。さらに、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１２−５において、基体傾斜角度目標値θb_x_obj，θb_y_objとして、自立モード用の設定値θb_x_自立を設定する。これにより図１５の処理が終了する。

以上の処理により、ＳＴＥＰ１１で判断する今回の動作モードが自立モードに設定されている場合には、基体傾斜角度目標値θb_x_obj，θb_y_objとして、自立モード用の設定値θb_x_自立が設定される。そして、搭乗／降車用操作子５８の搭乗用操作部５８ａがＯＮ操作された場合に、次回の制御処理周期での動作モードが搭乗行為用モードに変更される。

次に、今回の動作モードが搭乗中モードである場合に対応するＳＴＥＰ１３の処理は、図１６のフローチャートに示すサブルーチン処理により実行される。

この処理では、制御ユニット５０は、まず、前記ＳＴＥＰ３で取得した搭乗／降車用操作子５８の出力に基づいて、該操作子５８の降車用操作部５８ｂがＯＮ操作（押し操作）されたか否かをＳＴＥＰ１３−１で判断する。

この判断結果が否定的である場合には、ＳＴＥＰ１３−２に進んで、制御ユニット５０は、次回の動作モードを現在の動作モード（＝搭乗中モード）に保持する。また、ＳＴＥＰ１３−１の判断結果が肯定的である場合（乗員が車両１から降車しようとして、降車用操作部５８ｂをＯＮ操作した場合）には、制御ユニット５０は、次回の動作モードを降車行為用モードに変更する。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１３−４において、第２ゲイン調整パラメータＫr2の値を“０”にする（初期化する）。さらに、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１３−５において、基体傾斜角度目標値θb_x_obj，θb_y_objとして、搭乗中モード用の設定値θb_x_搭乗中を設定する。これにより、図１６の処理が終了する。

以上の処理により、ＳＴＥＰ１１で判断する今回の動作モードが搭乗中モードに設定されている場合には、基体傾斜角度目標値θb_x_obj，θb_y_objとして、搭乗中モード用の設定値θb_x_搭乗中が設定される。そして、搭乗／降車用操作子５８の降車用操作部５８ｂがＯＮ操作された場合に、次回の制御処理周期での動作モードが降車行為用モードに変更される。

次に、今回の動作モードが搭乗行為用モードである場合に対応するＳＴＥＰ１４の処理は、図１７及び図１８のフローチャートに示すサブルーチン処理により実行される。

この処理では、制御ユニット５０は、まず、前記ＳＴＥＰ３で取得した搭乗／降車用操作子５８の出力に基づいて、該操作子５８の降車用操作部５８ｂがＯＮ操作（押し操作）されたか否かをＳＴＥＰ１３−１で判断する。そして、この判断結果が肯定的である場合には、制御ユニット５０は、図１８の処理を実行する。

具体的には、制御ユニット５０は、前回の動作モードが搭乗行為用モードであるか否かをＳＴＥＰ１４−２０で判断する。

この判断結果が否定的となる場合は、前回の動作モードが自立モードであり、その自立モードにおいて乗員が誤って搭乗／降車用操作子５８の搭乗用操作部５８ａを操作してしまったような状況である。この場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−２１において、今回の動作モードを強制的に搭乗行為用モードから自立モードに変更する。

そして、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−２２，１４−２３，１４−２４で、それぞれ、第２ゲイン調整パラメータＫr2の値を“０”にすることと、基体傾斜角度目標値θb_xy_objとして、自立モード用の設定値θb_xy_自立を設定することと、次回の動作モードを自立モードにすることとを実行する。

また、ＳＴＥＰ１４−２０の判断結果が肯定的となる場合は、搭乗行為用モードの途中で乗員が搭乗行為を中止して、降車しようとする状況である。この場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−２６，１４−２７，１４−２８で、それぞれ、第２ゲイン調整パラメータＫr2の値を前回値に保持することと、基体傾斜角度基本値θb_xy_objを前回値に保持することと、次回の動作モードを降車行為用モードにすることとを実行する。なお、この場合には、今回の動作モードは、搭乗行為用モードに保持される。

上記の如くＳＴＥＰ１４−２４又はＳＴＥＰ１４−２８の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にＳＴＥＰ１４−２５において、後述するフラグＦlagの値を“０”にする。これにより、図１７及び図１８の処理が終了する。

図１７の説明に戻って、ＳＴＥＰ１４−１の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、次に、前記ＳＴＥＰ３で取得した荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌの出力に基づいて、左右の両ステップ３Ｒ，３ＬがＯＮ状態であるか否かをＳＴＥＰ１４−２で判断する。

なお、右側のステップ３ＲがＯＮ状態であるということは、本実施形態では、該ステップ３Ｒの荷重センサ５４Ｒの出力が示す荷重検出値が所定値を超えている状態を意味し、この状態は、換言すれば、該ステップ３Ｒに乗員の足が載せられている状態である。そして、ステップ３ＲがＯＦＦ状態であるということは、ステップ３Ｒに実質的に足が載せられていない（乗員の体重がステップ３Ｒにかかっていない）状態を意味する。このことは、左側のステップ３ＬのＯＮ状態、ＯＦＦ状態についても同様である。

ＳＴＥＰ１４−２の判断結果が否定的である場合は、搭乗行為用モードでの実際の搭乗行為を乗員がこれから開始しようとする状況で、ステップ３Ｒ，３Ｌのいずれにも未だ、乗員の足が載せられていない状況であるか、又は、実際の搭乗行為の途中で、乗員がその一方の足をステップ３Ｒ又は３Ｌに載せた状況である。

この場合には、制御ユニット５０は、両ステップ３Ｒ，３ＬがＯＦＦ状態であるか否か、すなわち、ステップ３Ｒ，３Ｌのいずれにも未だ、乗員の足が載せられていない状況であるかをＳＴＥＰ１４−３で判断する。

そして、この判断結果が肯定的である場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１３において、基体傾斜角度目標値θb_xy_objを調整するための重み係数Ｗthの値を“０”にすると共に、第２ゲイン調整パラメータＫr2の値を“１”にする。さらに制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１４において、後述するフラグＦlagの値を“０”にする。なお、本実施形態では、重み係数Ｗthは、搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおいて、“−１”から“１”までの範囲内で可変的に決定される値である。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１１において、次回の動作モードを現在の動作モード（＝搭乗行為用モード）に保持する。さらに、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１２において、重み係数Ｗthに応じて基体傾斜角度目標値θb_xy_objを決定し、図１７の処理を終了する。なお、ＳＴＥＰ１４−１２の処理の詳細は後述する。

前記ＳＴＥＰ１４−３の判断結果が否定的である場合は、搭乗行為の開始時又はその直後において、ステップ３Ｒ，３Ｌのうちのいずれか一方に、乗員がその一方の足を載せている状態である。この場合には、制御ユニット５０は、前回の動作モードが搭乗行為用モードであるか否かをＳＴＥＰ１４−４で判断する。

この判断結果が否定的となる場合は、前記の動作モードが自立モードである場合であり、自立モードから搭乗行為用モードに移行して即座に、ステップ３Ｒ，３Ｌのうちのいずれか一方に、乗員がその一方の足を最初に載せた状況である。この場合には、制御ユニット５０は、次に右側のステップ３ＲがＯＮ状態であるか否か、すなわち、ステップ３Ｒ，３Ｌのうちの右側のステップ３Ｒのみに乗員の足（右足）が載せられているか否かをＳＴＥＰ１４−６で判断する。そして、この判断結果が肯定的である場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−７で重み係数Ｗthの値を“１”とする。また、ＳＴＥＰ１４−６の判断結果が否定的である場合（左側のステップ３Ｌのみに乗員の足（左足）が載せられている場合）には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−７で重み係数Ｗthの値を“−１”とする。

ここで、補足すると、本実施形態の車両１では、搭乗行為において、乗員は、基本的には、まず、その片足をステップ３Ｒ，３Ｌの一方３Ｒ又は３Ｌに載せ、この状態で、他方の足を素早く離床させて他方のステップ３Ｌ又は３Ｒに載せる。この時、例えば、乗員の右足をステップ３Ｒの載せた状態で、基体９が乗員の右側に傾いていると、左足を離床させた瞬間に、ステップ３Ｒが乗員から受ける荷重によって基体９がさらに右傾して、円滑な搭乗が困難となる。このため、乗員の右足をステップ３Ｒの載せた状態から車両１に搭乗する場合には、乗員は、基本的には、まず、右足をステップ３Ｒに載せたまま基体９を左側にある程度傾ける。そして、乗員は、この状態で、左足を離床させて該左足をステップ３Ｌに載せる。このような搭乗行為は、乗員がその左足をステップ３Ｌに載せた状態から車両１に搭乗する場合も同様である。

なお、降車行為においても、上記と同様の理由によって、乗員がステップ３Ｒ又は３Ｌに一方の足を載せたまま、他方の足をステップ３Ｌ又は３Ｒから離脱させる際には、その離脱させる足と同じ側に、基体９を傾けることが望ましい。

このようなことから、本実施形態では、制御ユニット５０は、搭乗行為中、又は降車行為中において、Ｘ軸周り方向での基体傾斜角度目標値θb_y_objとして、基体９を搭乗中モードでの基体傾斜角度目標値θb_y_obj（＝θb_y_搭乗中）に対応する姿勢よりも、乗員の右側及び左側のいずれか一方側に傾けた姿勢での角度値を設定する。そして、本実施形態では、基体９を左側に傾ける場合における上記重み係数Ｗthの極性を正極性、基体９を右側に傾ける場合における上記重み係数Ｗthの極性を負極性としている。

従って、ＳＴＥＰ１４−６の判断結果が肯定的である場合（右側のステップ３Ｒのみに乗員の足（右足）が載せられている場合）には、基体９を左側に傾けるべく、重み係数ＷthがＳＴＥＰ１４−７において、正極性の値に決定される。また、ＳＴＥＰ１４−６の判断結果が否定的である場合（左側のステップ３Ｌのみに乗員の足（左足）が載せられている場合）には、基体９を右側に傾けるべく、重み係数ＷthがＳＴＥＰ１４−８において、負極性に決定される。

補足すると、本実施形態の構造の車両１では、ステップ３Ｒ，３Ｌの並列方向が水平方向となるような基体９の姿勢から、該基体９を左側に傾けることによって、右側ステップ３Ｒ（より詳しくはステップ３Ｒの右足との接触部位）と、車輪体５の接地部（Ｘ軸周りでの足載せ部３及び基体９の傾動中心）との水平距離（Ｘ軸方向での距離）が、ステップ３Ｒ，３Ｌの並列方向が水平方向となる状態での当該水平距離よりも小さくなる。また、ステップ３Ｒ，３Ｌの並列方向が水平方向となるような基体９の姿勢から、該基体９を右側に傾けることによって、左側ステップ３Ｌ（より詳しくはステップ３Ｌの左足との接触部位）と、車輪体５の接地部（Ｘ軸周りでの足載せ部３及び基体９の傾動中心）との水平距離（Ｘ軸方向での距離）が、ステップ３Ｒ，３Ｌの並列方向が水平方向となる状態での当該水平距離よりも小さくなる。

このようにＳＴＥＰ１４−７又は１４−８において、重み係数Ｗthを決定した後、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−９において、第２ゲイン調整パラメータＫr2の値を“１”に設定する。さらに、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１０において、フラグＦlagの値を“０”にした後、前記ＳＴＥＰ１４−１１，１４−１２の処理を実行し、図７の処理を終了する。

前記ＳＴＥＰ１４−４の判断結果が肯定的である場合は、搭乗行為用モードの開始後、今回の制御処理周期の前の各制御処理周期において、ＳＴＥＰ１４−１，１４−２，１３−３の判断結果が否定的、否定的、肯定的となっていた場合、あるいは、搭乗行為用モードの開始後、今回の制御処理周期の前のいずれか１つ以上の制御処理周期で、ＳＴＥＰ１４−２の判断結果が一旦、肯定的になって、後述するＳＴＥＰ１４−１６，１４−１７の処理を既に実行した場合である。

この場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−５において、フラグＦlagの値が“１”であるか否かを判断する。このフラグＦlagは、ＳＴＥＰ１４−１６，１４−１７の処理を既に実行したか否かを、それぞれ、値“１”、“０”で示すフラグである。そして、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−５において、Ｆlag＝０である場合には（この状況は、搭乗行為用モードの開始後、未だ、ＳＴＥＰ１４−２の判断結果が肯定的になっていない場合で、乗員が片足をステップ３Ｒ又は３Ｌに載せている状況である）、前記したＳＴＥＰ１４−６からの処理を実行し、図１７の処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ１４−５でＦlag＝１である場合には、制御ユニット５０は、後述するＳＴＥＰ１４−１６からの処理を実行する。

搭乗行為においては、乗員は、最終的に、その両足をステップ３Ｒ，３Ｌに載せる。この時、前記ＳＴＥＰ１４−２の判断結果が肯定的になる。

この場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１５からの処理を実行する。すなわち、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１５において、フラグＦlagの値を“１”にセットする。次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１６，１４−１７の処理を実行し、第２ゲイン調整パラメータＫr2の今回値と重み係数Ｗthの今回値とを前回値から変化させる。

具体的には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１６において、Ｋr2の今回値を、前回値よりもあらかじめ定められた所定値Δkr1（０＜Δkr1＜１）だけ“０”に近づけた値（＝Ｋr2の前回値−Δkr1）に決定する。なお、この場合、Ｋr2の前回値−Δkr1＜０となる場合には、Ｋr2の今回値は“０”に設定される。

また、ＳＴＥＰ１４−１７においては、制御ユニット５０は、Ｗthの今回値を、前回値よりもあらかじめ定められた所定値Δw1（０＜Δw1＜１）だけ“０”に近づけた値に決定される。より詳しくは、Ｗthの前回値≧０である場合には、Ｗthの今回値は、Ｗthの前回値からΔw1を減算した値（ただし、Ｗthの前回値−Δw1＜０となる場合には、“０”）に決定される。また、Ｗthの前回値＜０である場合には、Ｗthの今回値は、Ｗthの前回値にΔw1を加算した値（ただし、Ｗthの前回値＋Δw1＜０となる場合には、“０”）に決定される。

なお、Δkr1、Δw1はそれぞれ、Ｋr2、Ｗthの変化速度（１制御処理周期毎の変化量）を規定する値としての意味を持つ。これらのΔkr1、Δw1は同じ値である必要ななく、互いに異なる値に（例えば、Δｋr1＜Δw1となるように）設定されていてもよい。

補足すると、乗員がその両足をステップ３Ｒ，３Ｌに載せた後であっても、基体９の姿勢のバランスを採るため等の理由で、乗員の片足がステップ３Ｒ又は３Ｌから一時的に離脱する場合もある。このような場合に、前記ＳＴＥＰ１４−５の判断結果が肯定的になり、上記ＳＴＥＰ１４−１６、１４−１７の処理が実行されることとなる。

上記の如くＳＴＥＰ１４−１６、１４−１７の処理を実行した後、次に、制御ユニット５０は、上記の如く決定したＷthの今回値とＫr2の今回値とがいずれも“０”であるか否かをＳＴＥＰ１４−１８で判断する。そして、この判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、前記したＳＴＥＰ１４−１１からの処理を実行し、図１７の処理を終了する。また、ＳＴＥＰ１４−１８の判断結果が肯定的である場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１４−１９において、次回の動作モードを搭乗行為用モードから搭乗中モードに変更する。そして、ＳＴＥＰ１４−１２において、基体傾斜角度目標値θb_xy_objを決定する。

本実施形態では、上記ＳＴＥＰ１４−１２では、基体傾斜角度目標値θb_xy_objは、次式１１ｘ，１１ｙにより決定される。

θb_x_obj＝（１−｜Ｗth｜）・θb_x_搭乗中
＋｜Ｗth｜・θb_x_乗降 ……式１１ｘ
θb_y_obj＝（１−｜Ｗth｜）・θb_y_搭乗中
＋｜Ｗth｜・（sgn（Ｗth）・θb_y_乗降） ……式１１ｙ

なお、sgn（Ｗth）は、Ｗthの符号関数であり、Ｗth＞０である場合に、sgn（Ｗth）＝＋１、Ｗth＜０である場合に、sgn（Ｗth）＝−１、Ｗth＝０である場合にsgn（Ｗth）＝０となる。従って、式１１ｙの右辺の第２項に関しては、｜Ｗth｜・（sgn（Ｗth）・θb_y_乗降）＝Ｗth・θb_y_乗降である。

ここで、式１１ｘにおけるθb_x_乗降と式１１ｙにおけるsgn（Ｗth）・θb_y_乗降とは、搭乗行為及び降車行為に適した基体９の傾斜角度としてあらかじめ設定された所定値の傾斜角度である。この場合、本実施形態では、Ｙ軸周り方向でのθb_x_乗降は、Ｗthの極性が正極性である場合と負極性である場合とで同じ値に設定されている。

一方、Ｘ軸周り方向でのθb_y_乗降は、Ｗthの極性が正極性である場合（sgn（Ｗth）＝＋１となる場合）に、搭乗行為及び降車行為に適したＸ軸周り方向の基体９の傾斜角度として設定されている。この場合、θb_y_乗降は、基体９が左側に傾く傾斜角度であり、θb_y_乗降≠θb_y_搭乗中である。そして、本実施形態では、θb_y_乗降の符号を反転させた角度（＝−θb_y_乗降）、すなわち、θb_y_乗降と同じ大きさだけ、基体９が右側に傾く傾斜角度が、Ｗthの極性が負極性である場合（sgn（Ｗth）＝−１となる場合）に、搭乗行為及び降車行為に適したＸ軸周り方向の基体９の傾斜角度として設定されている。

従って、ＳＴＥＰ１４−１２では、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度目標値θb_x_objは、（１−｜Ｗth｜）、｜Ｗth｜を重みとして、θb_x_搭乗中とθb_x_乗降との重み付き平均に決定される。この場合、Ｗth＝＋１又は−１である場合には、θb_x_obj＝θb_x_乗降となり、Ｗth＝０である場合には、θb_x_obj＝θb_x_搭乗中である。そして、｜Ｗth｜が“１”から“０”に近づいていくに伴い、θb_x_objは、θb_x_乗降からθb_x_搭乗中に近づいていく。

なお、θb_x_乗降は、例えば、θb_x_搭乗中に一致していてもよい。この場合には、式１１ｘにより決定されるθb_x_objは、Ｗthの値によらずに、常に、θb_x_搭乗中に一致する。

また、搭乗行為用モードにおけるＸ軸周り方向の基体傾斜角度目標値θb_y_objは、θb_x_搭乗中と（sgn（Ｗth）・θb_y_乗降）との重み付き平均に決定される。この場合、Ｗth＝＋１又は−１である場合には、θb_y_obj＝＋θb_y_乗降又は−θb_y_乗降となり、Ｗth＝０である場合には、θb_y_obj＝θb_y_搭乗中である。そして、｜Ｗth｜が“１”から“０”に近づいていくに伴い、θb_y_objは、θb_y_乗降からθb_y_搭乗中に近づいていく。

補足すると、本実施形態では、θb_y_乗降りは、実際の基体傾斜角度θb_yが＋θb_y_乗降りに一致している状態で、Ｘ軸方向で見たときの右側のステップ３Ｒの位置が、車輪体５の接地部（Ｘ軸周りでの足載せ部３及び基体９の傾動中心）の直上位置（鉛直方向上方の位置）もしくはこれに近い位置になると共に、実際の基体傾斜角度θb_yが−θb_y_乗降りに一致している状態で、Ｘ軸方向で見たときの左側のステップ３Ｌの位置が、車輪体５の接地部の直上位置もしくはこれに近い位置になるように設定されている。

以上が搭乗行為用モードでのＳＴＥＰ１４の処理の詳細である。

以上の処理によりＳＴＥＰ１１で判断する今回の動作モードが搭乗行為用モードに設定されている場合には、基本的には、次のように、第２ゲイン調整パラメータＫr2と基体傾斜角度目標値θb_xy_objとが決定される。

すなわち、乗員が搭乗行為を開始すべくその片足をステップ３Ｒ又は３Ｌに載せると、第２ゲイン調整パラメータＫr2は、“１”に設定される。この状況では、前記式０９ｘ，０９ｙによりそれぞれ決定される第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれ、Ｋi_b_x（＝Ｇi_x_搭乗行為）、Ｋi_b_y（＝Ｇi_y_搭乗行為）となる。従って、Ｋi_x，Ｋi_yのそれぞれの絶対値は、搭乗中モードよりも小さい値となる。

さらに、この状況では、重み係数Ｗthが“１”又は“−１”に設定される。このため、前記式１１ｘ，１１ｙにより決定される基体傾斜角度目標値θb_xy_objのうちのＹ軸周り成分θb_x_objがθb_x_乗降に設定されると共に、Ｘ軸周り成分θb_y_objが、左側又は右側に基体９が傾斜する角度である＋θb_y乗降又は−θb_y乗降に設定される。より詳しくは、乗員の右足がステップ３Ｒに載っている場合には、左側傾斜の＋θb_y乗降がθb_y_objとして設定され、乗員の左足がステップ３Ｌに載っている場合には、右側傾斜の−θb_y乗降がθb_y_objとして設定される。

なお、Ｋr2とθb_xy_objとは、乗員の片足だけがステップ３Ｒ又は３Ｌに載せられている状態では、一定に保持される。

次いで、上記の如く乗員の片足だけがステップ３Ｒ又は３Ｌに載せられている状態で、乗員が搭乗行為を完了すべく、残りの足（着床させていた足）をステップ３Ｌ又は３Ｒに載せると、Ｋr2の値は、その後、徐々に“１”から“０”に近づいていくように決定される。なお、Ｋr2の値が“０”に到達するまでに要する時間は、前記所定値Δkr1により規定される。

この状況では、前記式０９ｘにより決定される第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、Ｇi_x_搭乗行為から、その絶対値が徐々に増加しつつ、Ｇi_x_搭乗中に近づいていく。同様に、前記式０９ｙにより決定される第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、Ｇi_y_搭乗行為から、その絶対値が徐々に増加しつつ、Ｇi_y_搭乗中に近づいていく。この場合、Ｋi_x，Ｋi_yがそれぞれＧi_x_搭乗中、Ｇi_y_搭乗中に達するまでは、Ｋi_x，Ｋi_yのそれぞれの絶対値は、搭乗中モードよりも小さい値に保たれる。

また、この状況では、重み係数Ｗthが“１”又は“−１”から“０”に近づいていくように決定される。このため、前記式１１ｘにより決定されるＹ軸周り方向の基体傾斜角度目標値θb_x_objは、θb_x_乗降から搭乗中モード用の設定値θb_x_搭乗中に徐々に近づいていくように決定される。さらに、前記式１１ｙにより決定されるＸ軸周り方向の基体傾斜角度目標値θb_y_objは、＋θb_y乗降又は−θb_y乗降から搭乗中モード用の設定値θb_y_搭乗中に徐々に近づいていくように決定される。なお、θb_x_obj，θb_y_objがそれぞれθb_x_搭乗中、θb_y_搭乗中に到達するまでの時間は、前記所定値Δw1により規定される。

補足すると、θb_x_乗降＝θb_x_搭乗中とした場合には、θb_x_objは変化せず、θb_x_搭乗中に保たれる。

また、搭乗行為中は、乗員は、基本的には、把持部１５Ｒ，１５Ｌのうちの少なくともいずれか一方を把持する。

次いで、最終的に、Ｋr2が“０”まで変化し、且つ、Ｗthが“０”まで変化（ひいてはθb_xy_objがθb_xy_搭乗中まで変化）すると、次回の制御処理周期での動作モードが搭乗中モードに変更される。従って、乗員が搭乗行為を完了すべく、その両足をステップ３Ｒ，３Ｌに載せても、Ｋr2が“０”になり、且つ、θb_xy_objがθb_xy_搭乗中になるまでは、動作モードは搭乗行為用モードに維持される。

なお、搭乗行為用モードの開始後、乗員が未だ、その片足をステップ３Ｒ又は３Ｌに載せていない状態（ＳＴＥＰ１４−３の判断結果が肯定的になる場合）には、第２ゲイン調整パラメータＫr2は、“１”に設定される。従って、前記式０９ｘ，０９ｙによりそれぞれ決定される第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれ、Ｋi_b_x（＝Ｇi_x_搭乗行為）、Ｋi_b_y（＝Ｇi_y_搭乗行為）となる。一方、この状況では、重み係数Ｗthは暫定的に“０”に設定されるので、基体傾斜角度目標値θb_xy_objは暫定的に搭乗中モードと同じ値（＝θb_xy_搭乗中）に設定される。なお、この状況での基体傾斜角度目標値θb_xy_objを自立モードと同じ値（＝θb_xy_自立）に設定してもよい。

また、搭乗行為用モードで、乗員が搭乗／降車用操作子５８の降車用操作部５８ｂがＯＮ操作された場合には、前回の制御処理周期での動作モード（直前の動作モード）が、自立モードである場合には、今回の動作モードが強制的に自立モードに変更され、第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）と、基体傾斜角度目標値θb_xy_objとが、それぞれ、自立モードと同じ値に設定される。そして、次回の制御処理周期での動作モードが自立モードに変更される。

また、前回の制御処理周期での動作モード（直前の動作モード）が、自立モードでない場合（搭乗行為用モードである場合）には、Ｋr2は前回値と同じ値に保持される。ひいては、第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）が前回値と同じ値に保持される。さらに、基体傾斜角度目標値θb_xy_objも、前回値と同じ値に保持される。そして、次回の制御処理周期での動作モードが降車行為用モードに変更される。

次に、今回の動作モードが降車行為用モードである場合の処理であるＳＴＥＰ１５の処理は、図１９のフローチャートに示すサブルーチン処理により実行される。

この処理では、制御ユニット５０は、まず、前記ＳＴＥＰ３で取得した荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌの出力に基づいて、前記ＳＴＥＰ１４−２と同じ判断処理をＳＴＥＰ１５−１で実行し、左右の両ステップ３Ｒ，３ＬがＯＮ状態であるか否かを判断する。

そして、この判断結果が肯定的である場合、すなわち、乗員の両足が、未だ、ステップ３Ｒ，３Ｌに載せられており、実質的な降車行為が開始されていない場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１５−１０において、降車行為における重み係数Ｗthの目標値Ｗthaimと、第２ゲイン調整パラメータＫr2の目標値Ｋr2aimとをそれぞれ“０”に設定する。そして、制御ユニット５０は、後述するＳＴＥＰ１５−７からの処理を実行する。

ＳＴＥＰ１５−１の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、前記ＳＴＥＰ１４−３と同じ判断処理をＳＴＥＰ１５−２で実行し、両ステップ３Ｒ，３ＬがいずれもＯＦＦ状態であるか否かを判断する。

この判断結果が肯定的となる場合は、乗員がその両足をステップ３Ｒ，３Ｌから離脱させ、実質的に降車行為が終了した状態である。この場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１５−１１において、今回の動作モードを降車行為用モードから自立モードに強制的に変更する。

さらに、制御ユニット５０は、前記ＳＴＥＰ１４−２２〜１４−２４と同じ処理をＳＴＥＰ１５−１２〜１５−１４で実行し、図１９の処理を終了する。すなわち、制御ユニット５０は、第２ゲイン調整パラメータＫr2の値を“０”にすることと、基体傾斜角度目標値θb_xy_objとして、自立モード用の設定値θb_xy_自立を設定することと、次回の動作モードを自立モードにすることとを、それぞれ、ＳＴＥＰ１５−１２〜１５−１４で実行する。

ＳＴＥＰ１５−２の判断結果が否定的となる場合は、降車行為の途中の状況（詳しくは、乗員がその片足だけをステップ３Ｒ又は３Ｌに載せている状況）である。この場合には、制御ユニット５０は、次に右側のステップ３ＲがＯＮ状態であるか否か、すなわち、ステップ３Ｒ，３Ｌのうちの右側のステップ３Ｒのみに乗員の足（右足）が載せられているか否かをＳＴＥＰ１５−３で判断する。そして、この判断結果が肯定的である場合には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１５−４で重み係数Ｗthの目標値Ｗthaimを“１”とする。また、ＳＴＥＰ１５−３の判断結果が否定的である場合（左側のステップ３Ｌのみに乗員の足（左足）が載せられている場合）には、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１５−５で重み係数Ｗthの目標値Ｗthaimを“−１”とする。

このように重み係数Ｗthの目標値Ｗthaimを決定した後、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１５−６において、第２ゲイン調整パラメータＫr2の目標値Ｋr2aimを“１”に設定する。

以上のようにＳＴＥＰ１５−６の処理を実行した後、あるいは、前記ＳＴＥＰ１５−１０の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にＳＴＥＰ１５−７の処理を実行し、第２ゲイン調整パラメータＫr2の今回値と、重み係数Ｗthの今回値とを決定する。

具体的には、制御ユニット５０は、Ｋr2の今回値を、前回値よりもあらかじめ定められた所定値Δkr2（０＜Δkr2＜１）だけ目標値Ｋr2aim（＝０又は１）に近づけた値に決定する。より詳しくは、Ｋr2の前回値≧Ｋr2aimである場合には、Ｋr2の今回値は、Ｋr2の前回値からΔkr2を減算した値（ただし、その減算結果の値がＫr2aimよりも小さくなった場合には、Ｋr2aim）に決定される。また、Ｋr2の前回値＜Ｋr2aimである場合には、Ｋr2の今回値は、Ｋr2の前回値にΔkr2を加算した値（ただし、その加算結果の値がＫr2aimよりも大きくなった場合には、Ｋr2aim）に決定される。

また、制御ユニット５０は、Ｗthの今回値を、前回値よりもあらかじめ定められた所定値Δw2（０＜Δw2＜１）だけ目標値Ｗthaim（＝０又は１又は−１）に近づけた値に決定される。より詳しくは、Ｗthの前回値≧Ｗthaimである場合には、Ｗthの今回値は、Ｗthの前回値からΔw2を減算した値（ただし、その減算結果の値がＷthaimよりも小さくなった場合には、Ｗthaim）に決定される。また、Ｗthの前回値＜Ｗthaimである場合には、Ｗthの今回値は、Ｗthの前回値にΔw2を加算した値（ただし、その加算結果の値がＷthaimよりも大きくなった場合には、Ｗthaim）に決定される。

なお、Δkr2とΔw2とは同じ値である必要ななく、互いに異なる値に設定されていてもよい。また、Δkr2、Δw2は、それぞれ、搭乗行為用モードでの前記ＳＴＥＰ１４−１６で使用するΔkr1、前記ＳＴＥＰ１４−１７で使用するΔw1と同じ値である必要はない。

次いで、制御ユニット５０は、前記ＳＴＥＰ１４−１２と同じ処理をＳＴＥＰ１５−８で実行することによって、基体傾斜角度目標値θb_xy_objを決定する。すなわち、重み係数Ｗthに応じて、前記式１１ｘ、１１ｙによりそれぞれ、θb_x_objとθb_y_objとを決定する。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ１５−９において、次回の動作モードを現在の動作モード（＝降車行為用モード）に保持し、図１９の処理を終了する。

以上が降車行為用モードでのＳＴＥＰ１５の処理の詳細である。

以上の処理によりＳＴＥＰ１１で判断する今回の動作モードが降車行為用モードに設定されている場合には、基本的には、次のように、第２ゲイン調整パラメータＫr2と基体傾斜角度目標値θb_xy_objとが決定される。

すなわち、降車行為用モードの開始後、乗員がその両足をステップ３Ｒ，３Ｌに載せたままの状態では、第２ゲイン調整パラメータＫr2の目標値Ｋr2aimが“０”に設定されると共に、重み係数Ｗthの目標値Ｗthaimが“０”に設定される。

この状況では、Ｋr2は基本的には、“０”に保持される。このため、前記式０９ｘ，０９ｙによりそれぞれ決定される第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれ、搭乗中モードと同じ値（Ｇi_x_搭乗中、Ｇi_y_搭乗中）となる。

また、この状況では、Ｗthも基本的には、“０”に保持される。このため、前記式１１ｘ，１１ｙにより決定される基体傾斜角度目標値θb_xy_objは、基本的には搭乗中モードと同じ値θb_xy_搭乗中になる。従って、この状況での車両１の制御状態は、実質的に、搭乗中モードと同等である。

次いで、乗員が降車行為を開始すべくその片足をステップ３Ｒ又は３Ｌから離脱させると、Ｋr2の目標値Ｋr2aimが“１”に設定される。そして、Ｋr2の値は、Ｋr2aim（＝１）に近づいていくように決定される。従って、この状況では、前記式０９ｘにより決定される第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、その絶対値が徐々に減少しつつ、Ｇi_x_降車行為（これは、本実施形態では、Ｇi_x_搭乗行為に一致する）に近づいていく。同様に、前記式０９ｙにより決定される第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、その絶対値が徐々に減少しつつ、Ｇi_y_降車行為（これは、本実施形態では、Ｇi_y_搭乗行為に一致する）に徐々に近づいていく。この場合、Ｋi_x，Ｋi_yのそれぞれの絶対値は、搭乗中モードよりも小さい値に保たれる。

なお、この状況でのＫr2の変化速度（１制御処理周期当たりの変化量）、ひいては、各第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_yの変化速度は、前記所定値Δkr2により規定される。

また、この状況では、Ｗthの目標値Ｗthaimが“＋１”又は“−１”に設定される。そして、Ｗthの値は、Ｗthaim（“＋１”又は“−１”）に近づいていくように決定される。このため、前記式１１ｘにより決定されるＹ軸周り方向の基体傾斜角度目標値θb_x_objは、θb_x_乗降に徐々に近づいていくように決定される。さらに、前記式１１ｙにより決定されるＸ軸周り方向の基体傾斜角度目標値θb_y_objは、＋θb_y乗降又は−θb_y乗降に徐々に近づいていくように決定される。より詳しくは、乗員の右足がステップ３Ｒに載っている場合には、左側傾斜の＋θb_y乗降に近づいていくようにθb_y_objが設定され、乗員の左足がステップ３Ｌに載っている場合には、右側傾斜の−θb_y乗降に近づいていくようにθb_y_objが設定される。なお、θb_x_obj，θb_y_objがそれぞれの変化速度（１制御処理周期当たりの変化量）は、前記所定値Δw2により規定される。

補足すると、θb_x_乗降＝θb_x_搭乗中とした場合には、θb_x_objは変化せず、θb_x_搭乗中に保たれる。

次いで、乗員が降車行為を完了すべく、ステップ３Ｒ又は３Ｌに載せていた片足を該ステップ３Ｒ又は３Ｌから離脱させると、今回の動作モードが強制的に自立モードに変更され、第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）と、基体傾斜角度目標値θb_xy_objとが、それぞれ、自立モードと同じ値に設定される。そして、次回の制御処理周期での動作モードが自立モードに変更される。

なお、本実施形態では、降車行為用モードでは、例えば搭乗／降車用操作子５８の搭乗用操作部５８ａがＯＮ操作されても、それに応じた処理が行われることはない。このため、本実施形態では、降車行為用モードでは、乗員がその両足をステップ３Ｒ，３Ｌから離脱させて、実質的な降車行為を完了しない限り（ＳＴＥＰ１５−２の判断結果が肯定的にならない限り）、次回の制御処理周期での動作モードが降車行為用モードから自立モードに変更されないようになっている。

補足すると、降車行為中は、搭乗行為中と同様に、乗員は、基本的には、把持部１５Ｒ，１５Ｌのうちの少なくともいずれか一方を把持する。

以上が、ＳＴＥＰ４の処理の詳細である。

次に、本実施形態の車両１の作動に関して説明する。

まず、車両１の動作モードが前記搭乗中モード又は自立モードである場合の作動を説明する。

前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、基体９の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_sの両方が“０”となる姿勢（以下、この姿勢を基本姿勢という）に保たれるように、換言すれば、車両系重心点（車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点）の位置が、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態に保たれるように、操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdが決定される。より詳しく言えば、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点の移動速度の推定値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdに収束させるように、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdが決定される。なお、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdは、前記した如く、通常は“０”である。この場合には、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点がほぼ静止するように、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdが決定されることとなる。

そして、ωwdot_xy_cmdの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを変換してなる電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdに従って、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転速度が制御される。ひいては車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度と、ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度とに各々一致するように制御される。

このため、例えば、Ｙ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_xが目標値θb_x_objから前傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が前方に向かって移動する。同様に、実際のθb_xが目標値θb_x_objから後傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が後方に向かって移動する。

また、例えば、Ｘ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_yが目標値θb_y_objから右傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が右向きに移動する。同様に、実際のθb_yが目標値θb_y_objから左傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が左向きに移動する。

さらに、実際の基体傾斜角度θb_x，θb_yの両方が、それぞれ目標値θb_x_obj，θb_y_objからずれると、θb_xのずれを解消するための車輪体５の前後方向の移動動作と、θb_yのずれを解消するための車輪体５の左右方向の移動動作とが合成され、車輪体５がＸ軸方向及びＹ軸方向の合成方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に対して傾斜した方向）に移動することとなる。

このようにして、基体９が前記基本姿勢から傾くと、その傾いた側に向かって、車輪体５が移動することとなる。従って、例えば前記搭乗中モードにおいて、乗員が意図的にその上体を傾けると、その傾けた側に、車輪体５が移動することとなる。

なお、基体９の姿勢が基本姿勢に収束すると、車輪体５の移動もほぼ停止する。また、例えば、基体９のＹ軸周り方向の傾斜角度θb_xを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持すると、車輪体５のＸ軸方向の移動速度は、その角度に対応する一定の移動速度（制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdと一定の定常偏差を有する移動速度）に収束する。このことは、基体９のＸ軸周り方向の傾斜角度θb_yを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持した場合も同様である。

また、例えば基体９の前記基本姿勢からの傾き量（基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_s）が比較的大きくなり、それを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度（これらの移動速度は、それぞれ、図１２に示した前記重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd、Ｖb_y_prdに相当する）が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるような状況では、該車輪体５の移動速度に対して逆向きとなる速度（詳しくは、Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_prd及びＶw_y_lim2−Ｖb_y_prd）が制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。そして、制御入力を構成する操作量成分のうちの操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yが、この制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ収束させるように決定される。このため、基体９の前記基本姿勢からの傾き量が過大になるのを予防し、ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が高速になり過ぎるのが防止される。

さらに、前記ゲイン調整部７８では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sの一方又は両方が大きくなり、ひいては、基体９の前記基本姿勢からの傾きを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になる恐れがある状況では、その逸脱が顕著になるほど（詳しくは、図１０に示すＶover_x，Ｖover_yの絶対値が大きくなるほど）、前記第１ゲイン調整パラメータＫr1_x，Ｋr1_yの一方又は両方が“０”から“１”に近づけられる。

この場合、前記式０９ｘにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）の絶対値は、Ｋr_xが“１”に近づくほど、大きくなる。このことは、前記式０９ｙにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても同様である。

そして、上記ゲイン係数の絶対値が大きくなることによって、基体９の傾きの変化に対する操作量（仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmd）の感度が高まる。従って、基体９の基本姿勢からの傾き量が大きくなろうとすると、それを素早く解消するように、車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、基体９が基本姿勢から大きく傾くことが強めに抑制され、ひいては、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるのを防止することができる。

次に、車両１の動作モードが前記搭乗行為用モード又は降車行為用モードである場合の作動を説明する。

搭乗行為用モードと降車行為用モードとにおいて、基本的には、乗員がその片足だけをステップ３Ｒ又は３Ｌに載せている状況では、前記式０７ｘ，０７ｙで使用する第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）がいずれも、その絶対値が搭乗中モードよりも小さい値になるように設定される。

この状況では、基体９及び足載せ部３（搭乗部）の実際の傾斜角度が変化しても、車輪体５の移動動作を制御するための制御用操作量である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdの変化は搭乗中モードに比して微小なものとなる。ひいては、基体３及び足載せ部３の実際の傾斜角度の変化に対する、車輪体５の移動加速度の変化の感度が搭乗中モードよりも小さくなる。このため、基体９及び足載せ部３を基本姿勢から傾けた状態であっても、車輪体５の移動が生じないか、もしくは、生じ難い状態となる。

従って、搭乗行為用モードと降車行為用モードとにおいて、乗員がその片足だけをステップ３Ｒ又は３Ｌに載せている状況では、車輪体５が動かないか、もしくは動き難い状態を保ちつつ、基体９及び足載せ部３を搭乗行為又は降車行為に適した姿勢に傾けることが容易になる。

加えて、本実施形態では、乗員が右側のステップ３Ｒに片足を載せた状態では、基体傾斜角度目標値θb_y_objが、基体９が左側に傾く角度（搭乗行為用モードでは、＋θb_y_乗降り、降車行為用モードでは、θb_y_搭乗中よりも＋θb_y_乗降側に傾けた角度）に設定される。換言すれば、この状態では、基体傾斜角度目標値θb_y_objが、Ｘ軸方向で見たときに、右側のステップ３Ｒが車輪体５の接地部の直上位置により近づくような角度に設定される。また、乗員が左側のステップ３Ｌに片足を載せた状態では、基体傾斜角度目標値θb_y_objが、基体９が右側に傾く角度（搭乗行為用モードでは、−θb_y_乗降り、降車行為用モードでは、θb_y_搭乗中よりも−θb_y_乗降側に傾けた角度）に設定される。換言すれば、この状態では、基体傾斜角度目標値θb_y_objが、Ｘ軸方向で見たときに、左側のステップ３Ｌが車輪体５の接地部の直上位置により近づくような角度に設定される。このため、基体９及び足載せ部３の姿勢を搭乗行為又は降車行為に適した姿勢に保ちやすくなる。

この結果、車輪体５が動かないか、もしくは動き難い状態を保ちつつ、搭乗行為又は降車行為を行なうことが容易になる。

ここで、本実施形態の車両１と本発明との対応関係を補足しておく。

本実施形態では、車両１に搭乗する乗員の前後方向（Ｘ軸方向）、左右方向（Ｙ軸方向）が、それぞれ、本発明における第１の方向、第２の方向に相当する。

そして、制御ユニット５０が実行する図７の処理により、本発明における移動動作部制御手段が実現される。なお、前記搭乗行為用モードと降車行為用モードとが本発明における過渡期用モードに相当する。

また、搭乗中モード用の基体傾斜角度の設定値θb_xy_搭乗中が本発明における第１目標傾斜角度に相当し、搭乗行為用モード又は降車行為用モードで使用する基体傾斜角度の設定値θb_xy_乗降が、本発明における過渡期用目標傾斜角度に相当する。

また、荷重センサ５４Ｒ，５４Ｌが本発明における足載せ検知手段手段に相当し、搭乗／降車用操作子５８が本発明における操作子に相当する。

次に、以上説明した実施形態に係わる変形態様に関していくつか説明しておく。

前記実施形態では、｜Ｇi_x_搭乗行為｜＜｜Ｇi_x_搭乗中Ａ｜、｜Ｇi_y_搭乗行為｜＜｜Ｇi_y_搭乗中Ａ｜とし、搭乗行為用モードと降車行為用モードとにおいて、Ｘ軸方向に関する各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、Ｙ軸方向に関する各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とが、いずれも、その絶対値が搭乗中モードより小さくなるようにした。

ただし、例えば、Ｙ軸方向に関しては、｜Ｇi_y_搭乗行為｜＜｜Ｇi_y_搭乗中Ａ｜とする一方、Ｘ軸方向に関しては、Ｇi_x_搭乗行為をＧi_x_搭乗中Ａに一致もしくはほぼ一致させ、搭乗行為用モードにおいて、Ｘ軸方向に関する各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）が搭乗中モードと一致又はほぼ一致するようにしてもよい。同様に、Ｙ軸方向に関しては、｜Ｇi_y_降車行為｜＜｜Ｇi_y_搭乗中Ａ｜とする一方、Ｘ軸方向に関しては、Ｇi_x_降車行為をＧi_x_搭乗中Ａに一致もしくはほぼ一致させ、降車行為用モードにおいて、Ｘ軸方向に関する各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）が搭乗中モードと一致又はほぼ一致するようにしてもよい。

すなわち、本実施形態の如く、足載せ部３（ステップ３Ｒ，３Ｌ）に搭乗する車両１では、搭乗行為や降車行為を行い易くするためには、特に、Ｘ軸周り方向で基体９及び足載せ部３を傾け易いことが好ましく、Ｙ軸周り方向での傾きは一般には、搭乗中モードでの基体傾斜角度目標値θb_x_objと同程度でよい。従って、上記の如く、搭乗行為用モード、あるいは、降車行為用モードにおいて、Ｘ軸方向に関する各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）が搭乗中モードと一致又はほぼ一致するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、搭乗行為用モードと降車行為用モードとにおいて、各第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）が、いずれも、その絶対値が搭乗中モードより小さくなるようにしたが、例えば、次のようにしてもよい。すなわち、例えば、搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおいて、Ｙ軸方向でのゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）に関し、第３ゲイン係数Ｋ3_yを搭乗中モードでの値に一致又はほぼ一致させ、第１ゲイン係数Ｋ1_yと第２ゲイン係数Ｋ2_yとを、その絶対値が搭乗中モードよりも小さくなるようにしてもよい。例えば、搭乗行為用モード又は降車行為用モードでのＫ1_y及びＫ2_yを“０”もしくはこれに近い値に設定してもよい。このようにゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）を設定することは、搭乗行為用モードにおいては、前記実施形態における｜Ｇ1_y_搭乗行為｜＜｜Ｇ1_y_搭乗中Ａ｜、｜Ｇ2_y_搭乗行為｜＜｜Ｇ2_y_搭乗中Ａ｜、｜Ｇ3_y_搭乗行為｜≒｜Ｇ3_y_搭乗中Ａ｜となるようにＧi_y_搭乗行為を設定しておくことによって実現することができる。また、降車行為用モードにおいては、前記実施形態におけるＧ1_y_降車行為をＧi_y_搭乗行為と同様に設定しておけばよい。

このようにすることによって、搭乗行為用モード又降車行為用モードにおいて、基体９及び足載せ部３のＸ軸周りでの傾斜角度の変化に対する車輪体５の移動速度の変化の感度を小さくすることができる。

なお、基体９及び足載せ部３のＸ軸周りでの傾斜角度の変化に対する車輪体５の移動速度の変化の感度をより小さくすることは、基本的には、第３ゲイン係数Ｋ3_yの絶対値に対する第１ゲイン係数Ｋ1_yの絶対値の比率｜Ｋ1_x｜／｜Ｋ3_x｜を小さくすることで実現することができる。

また、搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおいて、Ｘ軸方向でのゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）に関し、上記と同様に、第３ゲイン係数Ｋ3_xを搭乗中モードでの値に一致又はほぼ一致させ、第１ゲイン係数Ｋ1_xと第２ゲイン係数Ｋ2_xとを、その絶対値が搭乗中モードよりも小さくなるように設定してもよい。このようにすることによって、搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおいて、基体９及び足載せ部３のＹ軸周りでの傾斜角度の変化に対する車輪体５の移動速度の変化の感度を小さくすることができる。

また、前記実施形態の如くゲイン係数の値を、搭乗行為用モード及び降車行為用モードにおいて、搭乗中モードと異ならせることに代えて、次のようにしてもよい。すなわち、搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおいて、少なくとも乗員がその片足のみをステップ３Ｒ又は３Ｌに載せている状態において、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを回転停止状態に維持するように、ひいては、車輪体５が移動停止状態に保持されるように該電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを制御するようにしてもよい。

あるいは、例えば搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおいて、前記重心速度制限部７６におけるリミット処理部１００での各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲を“０”に設定し、リミット処理部１００の出力値が“０”に保持されるようにしてもよい。このようにした場合には、搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおいて、基体傾斜角度によらずに、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sが“０”に収束するように車輪体５の移動動作が制御される。このため、搭乗行為用モード又は降車行為用モードにおける車輪体５の移動速度を“０”に収束させ、基体傾斜角度によらずに、該車輪体５が動かないようにすることができる。

また、前記実施形態では、前記式０７ｘ、０７ｙにより制御用操作量としての仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを算出するようにしたが、例えば、式０７ｘ、０７ｙの右辺の第２項を省略した式によって、ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを算出するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、図１及び図２に示した構造の車両１を例示したが、本発明における倒立振子型車両１は、本実施形態で例示した車両に限られるものではない。

具体的には、本実施形態の車両１の移動動作部としての車輪体５は一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献３の図１０に記載されているような構造のものであってもよい。すなわち、剛性を有する円環状の軸体に、複数のローラをその軸心が該軸体の接線方向に向くようにして回転自在に外挿し、これらの複数のローラを軸体に沿って円周方向に配列させることによって、車輪体を構成してもよい。

さらに移動動作部は、例えば、特許文献２の図３に記載されているようなクローラ状の構造のものであってもよい。

あるいは、例えば、前記特許文献２の図５、特許文献３の図７、もしくは特許文献１の図１に記載されているように、移動動作部を球体により構成し、この球体を、アクチュエータ装置（例えば前記車輪体５を有するアクチュエータ装置）によりＸ軸周り方向及びＹ軸周り方向に回転駆動するように車両を構成してもよい。

このように本発明は、前記特許文献１〜３等に見られる如き、各種の構造の倒立振子型車両に適用することが可能である。

さらには、本発明における倒立振子型車両は、移動動作部を複数（例えば、左右方向に２つ、あるいは、前後方向に２つ、あるいは、３つ以上）備えていてもよい。

また、移動動作部は、全方向に移動可能である必要はなく、１方向にのみ移動可能なものであってもよい。この場合、搭乗部（例えば足載せ部）は、１軸周りでのみ傾動自在に基体に組付けられておればよい。例えば、前記実施形態での車輪体５の代わりに、Ｘ軸方向（乗員の前後方向）にのみ移動可能で、且つ、Ｘ軸周り方向での傾動が不能である（又は傾動し難い）移動動作部（例えば、Ｙ軸方向の軸周りにのみ回転自在な複数の車輪をＹ軸方向に同軸心に並列させてなる移動動作部）を車両１に備えてもよい。そして、この場合、運搬対象物体の搭載部をＹ軸方向の軸周りにのみ傾動自在とし、その傾動に応じて移動動作部がＸ軸方向に移動するようにしてもよい。

また、本発明における倒立振子型車両は、基体が乗員の搭乗部と共に傾動することは必須ではない。例えば、複数の移動動作部を有する場合に、これらの移動動作部を組付ける基体が床面に対して傾動しないようにすると共に、この基体に対して搭乗部を傾動自在に組付けるようにしてもよい。

１…倒立振子型車両、３…足載せ部（搭乗部）、５…車輪体（移動動作部）、７…アクチュエータ装置、９…基体、５０…制御ユニット（移動動作部制御手段）、５４Ｒ，５４Ｌ…荷重センサ（足載せ検知手段）。

Claims (6)

1. 床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部及びアクチュエータ装置が組付けられた基体と、該基体に組付けられ、少なくとも１つの方向の軸周りで鉛直方向に対して傾動自在に設けられた乗員の搭乗部とを備え、該搭乗部の傾動に応じて、該傾動の軸と直交する方向に前記移動動作部が移動するように構成された倒立振子型車両の制御装置であって、
   前記移動動作部の制御のための車両の動作モードとして、前記搭乗部に乗員が搭乗しようとする時の過渡的な動作モードである搭乗行為用モードと、前記搭乗部から乗員が降車しようとする時の過渡的な動作モードである降車行為用モードとのうちの少なくとも一方のモードから成る過渡期用モードと、前記搭乗部に乗員が搭乗した状態での動作モードである搭乗中モードとを有し、当該各動作モードにおいて前記搭乗部の傾動に応じた前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段を備え、
   該移動動作部制御手段は、前記搭乗中モードでは、少なくとも前記搭乗部の実際の傾斜角度を所定の第１目標傾斜角度に近づけるよう前記移動動作部の移動動作を制御し、前記過渡期用モードでは、該過渡期用モードの開始時から終了時までの期間のうちの少なくとも一部の期間において、該過渡期用モードの前記搭乗部の実際の傾斜角度のうちの少なくとも前記１つの方向の軸周りでの傾斜角度の変化に対する前記移動動作部の移動速度の変化の感度又は該移動動作部の移動加速度の変化の感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
2. 請求項１記載の倒立振子型車両の制御装置において、
   前記移動動作部は、床面上を互いに直交する第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能に構成されると共に、前記搭乗部は、前記第１の方向の軸周りと前記第２の方向の軸周りとの２軸周りで鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組付けられており、
   前記移動動作部制御手段は、前記搭乗中モードでは、少なくとも前記２軸周りでの前記搭乗部の実際の傾斜角度を所定の第１目標傾斜角度に近づけるように移動動作部の移動動作を制御し、前記過渡期用モードでの前記少なくとも一部の期間において、少なくとも前記第１の方向及び第２の方向のうちのいずれか一方の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
3. 請求項２記載の倒立振子型車両の制御装置において、
   前記搭乗部は、乗員の両足が該乗員の左右方向に間隔を存して並ぶように該両足を載せる足載せ部を有すると共に、該乗員がその前後方向及び左右方向をそれぞれ前記第１の方向、第２の方向に向けた起立姿勢で前記足載せ部上に搭乗可能に構成されており、
   前記移動動作部制御手段は、前記過渡期用モードでの前記少なくとも一部の期間において、少なくとも前記第１の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるように前記移動動作部の移動動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
4. 請求項３記載の倒立振子型車両の制御装置において、
   前記車両には、少なくとも前記足載せ部に乗員の各足が載せられているか否かに応じた出力を生成する足載せ検知手段が備えられており、
   前記少なくとも一部の期間は、前記過渡期用モードにおいて、前記足載せ検知手段の出力が、乗員の一方の足のみが前記足載せ部に載せられていることを示す出力となる期間を含むことを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
5. 請求項３記載の倒立振子型車両の制御装置において、
   前記基体には、少なくとも一方の足を着床させた乗員が把持可能な把持部が前記搭乗部と一体に傾動自在に組付けられており、
   前記移動動作部制御手段は、前記過渡期用モードでの前記少なくとも一部の期間において、前記第１の方向の軸周りでの前記傾斜角度の変化に対する前記感度が前記搭乗中モードよりも小さくなるようにしつつ、少なくとも前記第１の方向の軸周りでの前記傾斜角度を前記第１目標傾斜角度のうちの前記第１の方向の軸周りの成分よりも鉛直方向に対する傾き度合いが大きい所定の角度である過渡期用目標傾斜角度に近づけるように前記移動動作部の移動動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
6. 請求項５記載の倒立振子型車両の制御装置において、
   前記把持部には、前記動作モードの変更を前記移動動作部制御手段に対して指示するための操作子が設けられていることを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。

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