JP5928071B2

JP5928071B2 - 移動体

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Publication number: JP5928071B2
Application number: JP2012073179A
Authority: JP
Inventors: 徳晃廣瀬; 竜介但馬; 和俊鋤柄; 祐司津坂
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013203180A

Description

本明細書に開示の技術は、移動体の姿勢制御技術に関する。

特許文献１，２には、旋回時に車体を傾斜させることで、車両の旋回安定性を向上する技術が開示されている。特許文献１，２の技術では、車体の複数個所に、車体の横加速度を検出する横加速度センサが設置されている。制御装置は、まず、複数の横加速度センサで検出される横加速度から車体に作用する横加速度を推定し、その推定された横加速度が０となるように車体を傾斜させる。

特開２０１１−１９５００６号公報特開２０１１−２０１５０５号公報

上述した従来の技術では、複数の横加速度センサで検出される横加速度から車体に作用する横加速度を推定し、その推定される横加速度が０となるように車体を傾斜させる。しかしながら、推定される車体の横加速度は、車体の重心位置に作用する横加速度とはなっていない。このため、推定される車体の横加速度が０となるように車体を傾斜させると、旋回時の安定性が損なわれる場合がある。特に、車体の重心位置が高い場合には、旋回時の安定性が損なわれて転倒する可能性が生じる。

本明細書は、車体を適切に傾斜させることで、車体の安定性をより向上することができる技術を開示する。

本明細書に開示する移動体は、車体と、車体の運動軸周りの姿勢角を調整可能なアクチュエータと、車体の横加速度を検出する手段と、検出される横加速度から取得される「車体の重心位置又は重心位置近傍に設定された設定位置に作用する横加速度」に基づいて、アクチュエータを駆動する制御装置を有する。

上記の移動体では、車体の重心位置又は重心位置近傍に設定された設定位置に作用する横加速度に基づいてアクチュエータが駆動される。重心位置又は重心位置近傍の横加速度に基づいてアクチュエータが駆動されるため、車体の安定性を適切に向上することができる。

実施例に係る車両の構成を模式的に示す正面図。図１に示す車両の側面図。実施例に係る制御系の構成を示すブロック図。実施例に係る車両のロール軸周りの運動を説明するためのモデル図（停止状態）。実施例に係る車両のロール軸周りの運動を説明するためのモデル図（旋回状態）。実施例に係る車両のロール軸周りの運動モデルと、車体に作用する横加速度を併せて示す図（停止状態）。実施例に係る車両のロール軸周りの運動モデルと、車体に作用する横加速度を併せて示す図（旋回状態）。アクチュエータへの入力トルクτから車体の姿勢角θまでの伝達関数の周波数特性を示す図。アクチュエータへの入力トルクτから車体の重心位置に作用する加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数の周波数特性を示す図。アクチュエータへの入力トルクτから制御値ａ_ｄまでの伝達関数の周波数特性を示す図。重心位置の横加速度及び加速度センサの検出値との関係を説明するための図。本実施例の制御装置の構成を示すブロック図。本実施例の車両の応答例を示す図。本実施例の制御装置の他の構成を示すブロック図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）本明細書に開示する一実施例では、車体の運動軸周りの角加速度を検出する手段をさらに備えていてもよい。この場合に、制御装置は、車体の重心位置又は設定位置に作用する横加速度と、角加速度検出手段によって検出される角加速度に所定のゲインを乗じた値との和をフィードバックし、このフィードバックした値が０となるようにアクチュエータを制御してもよい。このような構成によると、フィードバック制御系の不安定零点を高い周波数とすることができる。

（特徴２）本明細書に開示する一実施例では、横加速度を検出する手段は、複数の加速度センサを有していてもよい。制御装置は、それら複数の加速度センサの出力から、重心位置又は設定位置に作用する横加速度を取得してもよい。このような構成によると、重心位置又は設定位置に加速度センサが配置できないときでも、重心位置又は設定位置の横加速度を良好に推定することができる。

（特徴３）本明細書に開示する他の実施例では、制御装置は、車体の重心位置又は設定位置に作用する横加速度が０となるようにアクチュエータを駆動してもよい。このような構成によっても、車体の安定性を好適に高めることができる。

（特徴４）本明細書に開示する他の実施例では、横加速度を検出する手段は、車体の重心より低い位置に配置されている加速度センサを有していてもよい。この場合に、制御装置は、加速度センサで検出される横加速度が所定の目標横加速度となるように、アクチュエータを制御してもよい。このような構成によっても、フィードバック制御系の不安定零点を高い周波数とすることができる。

本実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例では、本明細書に開示する制御技術を車体のロール軸周りのロール角制御に適用した例であり、ロール角制御に関係のない構成については、従来技術と同様としている。このため、以下の説明では、ロール角制御に関連する構成を主に説明し、それ以外の構成については適宜説明を省略する。図１，２に示すように、車両１００は、左右の前輪１２ａ，１２ｂと、１つの後輪１５（従動輪）と、前輪１２ａ，１２ｂ及び後輪１５が取付けられた車体１０を備えている。

前輪１２ａ，１２ｂは、車体１０の側面に回転可能に取付けられている。各前輪１２ａ，１２ｂは、インホイールモータ１４ａ，１４ｂにより独立して駆動される。前輪１２ａ，１２ｂを駆動することで、車両１０は走行面Ｒを走行する。後輪１５は、車体１０に取付けられており、車両１００を正面からみたときに車体１０の中央となる位置に配置されている。本実施例では、後輪１５に、全方位車輪又はキャスタ車輪が用いられている。このため、左右の前輪１２ａ，１２ｂの回転駆動量（回転角速度）を制御することで、車両１００はその進行方向を任意の方向に変えることができる。なお、後輪１５を操舵輪とし、後輪１５の操舵角によって車両１００の進行方向を制御するようにしてもよい。

車体１０は、ロール軸周りに回転可能となっている。車体１０は、車体１０のロール角速度を検出するジャイロセンサ１６と、車体１０の横加速度を検出する第１、第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂと、車体１０のロール角度を制御するためのアクチュエータ１８と、アクチュエータ１８を制御する制御装置２２（図３に図示）を備えている。

ジャイロセンサ１６は、車体１０のロール角速度を検出する。図３に示すように、ジャイロセンサ１６は、制御装置２２に電気的に接続されている。ジャイロセンサ１６から出力されるロール角速度信号は、制御装置２２に入力される。

第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂは、車体１０の横加速度（すなわち、車幅方向の加速度）を検出する。第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂには、公知の加速度センサを用いることができる。第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂとジャイロセンサ１６は、車体１０の重心位置を通る鉛直線上に配置されている。第１横加速度センサ２０ａは、重心Ｇ及びジャイロセンサ１６より下方に配置される一方、アクチュエータ１８よりも上方に配置されている。第２横加速度センサ２０ｂは、重心Ｇ及びジャイロセンサ１６より上方に配置されている。図３に示すように、第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂは、制御装置２０に電気的に接続されている。第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂから出力されるロール角速度信号は、制御装置２２に入力される。

アクチュエータ１８は、車体１０のロール角度を調整するための装置である。アクチュエータ１８は、車体１０に対してロール軸周りのトルクτを付与する。図３に示すように、アクチュエータ１８は、制御装置２２に電気的に接続されている。制御装置２２から出力される制御指令値に基づいてアクチュエータ１８は、ロール軸周りにトルクτを発生する。アクチュエータ１８には、例えば、ギア付きサーボモータを用いることができる。

制御装置２２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータによって構成されている。制御装置２２は、車体１０に設置されている。制御装置２２は、ジャイロセンサ１６とアクチュエータ１８と第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂに電気的に接続されている。制御装置２２は、ジャイロセンサ１６から入力されるロール角速度と、第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂから入力される横加速度に基づいて、アクチュエータ１８を駆動する。これにより、車両１００の走行状態に応じて、車体１０のロール軸周りの姿勢角（ロール角）が制御される。以下、制御装置２２の構成について詳細に説明する。

まず、図４，５を用いて、車体１０のロール軸周りの運動モデルと、その特徴について説明する。図４，５において、ａ_ｚは車体１０のｚ軸方向の加速度であり、ａ_ｙは車体１０の横加速度を表している。図４に示すように、車両１００が直進しているときは、車体１０の姿勢角θは０°であることが好ましい。図４から明らかなように、車体１０の姿勢角θを０°とするためには、車体１０に作用する横加速度ａ_ｙを０に制御すればよい。一方、図５に示すように、車両１００が旋回走行しているときは車体１０に求心力が作用するため、車体１０をロール軸周りに回転させて、車体１０を安定化させることが好ましい。求心加速度を−ａとすると、車体１０の好ましい姿勢角θはｔａｎ^−１（ａ／ｇ）となる。このときの車体１０に作用する横加速度ａ_ｙは、ｇ・ｓｉｎθ−ａ・ｃｏｓθ＝０となる。したがって、旋回走行時においても車体１０に作用する横加速度ａ_ｙが０となるように制御すれば、求心加速度を特定しなくても、車体１０の姿勢角θを所望の角度ｔａｎ^−１（ａ／ｇ）とすることができる。このため、本実施例の制御装置２２は、車体１０の重心位置（又はその近傍の設定位置）に作用する横加速度をフィードバック制御することで、車体１０の姿勢角θを所望の角度となるように制御することとする。

図６，７は、車体１０のロール軸周りの運動モデルと、第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂを併せて示している。図６，７において、ロール軸（アクチュエータ１８の出力軸）から重心Ｇまでの高さはｈであり、ロール軸（アクチュエータ１８の出力軸）から第１，第２横加速度センサ２０ａ，２０ｂまでのそれぞれの高さはｌ_ａ，ｌ_ｂである。車体１０のロール軸周りの運動方程式は、下記の式（１）で表される。

ここで、Ｊは車体１０のロール軸周りの慣性モーメントであり、Ｍは車体１０の質量であり、ｇは重力加速度であり、τはアクチュエータ１８から車体１０に作用するトルクである。上記式（１）をｓｉｎθ＝θとして、トルクτから姿勢角θまでの伝達関数をラプラス変換して求めると、下記の式（２）となる。なお、式（２）で表される伝達関数の周波数特性は、図８に示す通りとなる。

上述したように、車体１０の姿勢角θを所望の角度ｔａｎ^−１（ａ／ｇ）とするためには、車体１０の重心位置（又は設定位置）に作用する横加速度ａ_ｃｏｇをフィードバック制御すればよい。このため、アクチュエータ１８のトルクτから車体１０の重心位置に作用する横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数を求めると、制御対象の周波数特性を把握することができる。そこで、トルクτから横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数を求める。

まず、車体１０の重心位置における横加速度ａ_ｃｏｇを導出する。すなわち、重心位置における横加速度ａ_ｃｏｇは、下記の式（３）により算出される。ここで、ａは車両１００の旋回動作によって車体１０に作用するＹ軸方向の加速度（求心加速度）である。

次に、ｓｉｎθ＝θ、ｃｏｓθ＝１とし、また、仮にａ＝０として、車体１０の姿勢角θから重心位置の横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数を求めると、下記の式（４）となる。

上記の式（２）と式（４）から、トルクτから横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数は、下記の式（５）となる。

上記の式（５）と式（２）の比較から明らかなように、トルクτから横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数は、−√（ｇ／ｈ）と＋√（ｇ／ｈ）の零点を有している。また、実部が正となる零点（すなわち、不安定零点）を有しているため、フィードバック制御が難しく、また、ステップ応答に対してアンダーシュート（逆側に振れること）が発生する。

図９にトルクτから横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数の周波数特性を示す。図中、実線はｈ＝０．５ｍのときの周波数特性であり、破線はｈ＝０．２ｍのときの周波数特性であり、点線はｈ＝０．０５ｍのときの周波数特性である。すなわち、ロール軸から車体１０の重心の位置までの距離（高さ）ｈを変えたときの周波数特性である。図８との比較から明らかなように、図９に示す伝達関数では、位相特性には変化はないが、ゲイン特性が増大している。特に、ｈ（ロール軸から重心までの距離（高さ））が大きくなると（例えば、ｈ＝０．５ｍのときは）、高周波領域において大きなゲインが得られている。したがって、横加速度ａ_ｃｏｇをフィードバックしてトルクτを制御するフィードバック制御系では、高周波領域の外乱等によって不安定化する。これを防止するためには、フィードバック制御系（すなわち、横加速度ａ_ｃｏｇをフィードバックしてトルクτを制御する制御系）にローパスフィルタを与える方法が考えられるが、ローパスフィルタを与えると位相遅れが生じ、フィードバック制御系が不安定化する。このため、フィードバック制御系のゲインを低く設定せざるを得ない。また、不安定零点を有することによるアンダーシュートを抑制するためには、不安定零点に対してフィードバック制御系の制御帯域を低く設定せざるを得ない。すなわち、フィードバック制御系の制御帯域を、√（ｇ／ｈ）×１／２πよりも十分に低い周波数に設定せざるを得ない。

上述したように、トルクτから横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数は不安定零点を有する。このため、横加速度ａ_ｃｏｇをフィードバックしてトルクτを制御する制御系は、制御帯域を低く設定しなければならないという問題がある。そこで、本実施例の制御装置２２では、ジャイロセンサ１６で検出した車体１０のロール角速度θ(・)を利用する。具体的には、検出されたロール角速度θ(・)を微分して得られるロール角加速度θ(・・)と、重心位置の横加速度ａ_ｃｏｇとを用いて得られる、下記の式（６）の信号ａ_ｄをフィードバックする。ここで、ｋは適宜設定される定数である。

上記の式（６）をラプラス変換し、そのラプラス変換したものを式（４）に代入して、トルクτから信号ａ_ｄまでの伝達関数を導出すると、下記の式（７）となる。

したがって、|ｈ−ｋ|が十分に小さい範囲となるようにｋを設定すれば、不安定零点は√（ｇ／（ｈ−ｋ））×１／２πとなる。このため、トルクτから横加速度ａ_ｃｏｇまでの伝達関数と比較して、不安定零点を高い周波数とすることができる。その結果、信号ａ_ｄをフィードバックしてトルクτを制御するフィードバック制御系の制御帯域を、高く設定することが可能となる。図１０にトルクτから信号ａ_ｄまでの伝達関数の周波数特性を示す。図中、実線はｈ＝０．５、ｋ＝０．０のときの周波数特性（比較例）であり、破線はｈ＝０．５、ｋ＝０．４のときの周波数特性（実施例）である。実線（比較例）と破線（実施例）の比較から明らかなように、本実施例（破線）では、比較例（実線）と比較して、高周波領域のゲインが大きく低下している。すなわち、本実施例の制御装置２２では、信号ａ_ｄをフィードバックすることで不安定零点を高く設定している。

なお、信号ａ_ｄを取得するためには、車体１０の重心位置の横加速度ａ_ｃｏｇが必要となる。しかしながら、車体１０の重心位置の横加速度ａ_ｃｏｇを直接検出することが難しい場合がある。例えば、車体１０の重心位置に横加速度センサを配置するスペースがない場合がある。また、車体１０の重心の位置も車体１０の状態（例えば、人が乗車する車両の場合、乗車する人の数、体重等）によって変化する。したがって、本実施例では、車体１０の重心ではない位置に配置した２つの横加速度センサ２０ａ，２０ｂによって検出される値ａ_ａ，ａ_ｂを用いて、車体１０の重心位置又は設定位置（重心位置の近傍に設定）の横加速度ａ＾_ｃｏｇを推定し、その推定値ａ＾_ｃｏｇを用いる。設定位置は、例えば、車体１０の設計値から計算される重心位置とすることができ、実際の車体１０の重心位置と相違していてもよいし、実際の車体１０の重心位置と一致していてもよい。

ここで、横加速度センサ２０ａ，２０ｂで検出される横加速度ａ_ａ，ａ_ｂと、重心位置（設定位置）の横加速度ａ_ｃｏｇを数式で示し、横加速度センサ２０ａ，２０ｂで検出される横加速度ａ_ａ，ａ_ｂから重心位置（又は設定位置）の横加速度ａ_ｃｏｇを推定できることを説明しておく。図１１に示すように、車体１０は、直進方向の速度（併進速度）がｖ_０で、かつ、旋回速度がωで走行しているものとする。図中、点Ｏは静止状態での重心投影点であり、車軸中心からｘ軸方向に‐ｌ_ｇだけオフセットしている。一方、旋回中の車体ロール角度θは所望のロール角度であり、重心位置Ｇはｙ軸方向にｄ_ｒ＝−ｈｓｉｎθだけ移動している。ここで、重心位置Ｇの速度をｖ_ｇ、旋回半径をｒ、旋回中心と重心位置Ｇとの距離をｒ_ｇ、旋回中心と重心位置Ｇを結ぶ線分と車軸のなす角をθ_ｇとすると、速度ｖ_ｇのｘ軸成分ｖ_ｇｘとｙ軸成分ｖ_ｇｙは、下記の式（８）で表される。

ここで、ｓｉｎθ_ｇ（ｔ）とｃｏｓθ_ｇ（ｔ）は、下記の式（９）で表される。

したがって、上記の式（８）は、下記の式（１０）に変形することができる。

さらに、ｄ_ｒ＝−ｈｓｉｎθを代入して、速度ｖ_ｇのｘ軸成分ｖ_ｇｘとｙ軸成分ｖ_ｇｙを微分すると、重心位置Ｇの加速度のｘ軸成分ａ_ｇｘと，ｙ軸成分ａ_ｇｙが算出される（式１１）。

一方、車体１０に作用する求心加速度ｖ_ｇ・ωのｘ軸成分ａ_ｔｘとｙ軸成分ａ_ｔｙは、次の式（１２）で示す通りとなる。

以上より、旋回動作に伴って重心位置Ｇに作用するｙ軸方向の加速度は、次の式（１３）で示す通りとなる。

上記の式（１３）に示す重心位置Ｇに作用するｙ軸方向の加速度ａ（ｔ）と、上記の式（３）の関係を用いると、重心位置Ｇの横加速度ａ_ｃｏｇは下記の通りとなる（式（１４））。

重心位置Ｇの横加速度ａ_ｃｏｇが上記の式（１４）で表されると、加速度センサ２０ａ，２０ｂで検出される加速度ａ_ａ，ａ_ｂは、それぞれ下記の式（１５）となる。

上記の式（１４）及び（１５）より明らかなように、重心位置Ｇと加速度センサ２０ａ，２０ｂのロール軸からの距離（高さ）ｈ，ｌ_ａ、ｌ_ｂのそれぞれが既知であれば（図６参照）、加速度センサ２０ａ，２０ｂの値ａ_ａ，ａ_ｂから重心位置Ｇの横加速度ａ_ｃｏｇを算出（推定）することができる。すなわち、下記の式（１６）によって、重心位置Ｇの横加速度ａ＾_ｃｏｇを推定することができる。

上述した説明から明らかなように、本実施例では、重心位置Ｇ又は重心位置Ｇの近傍に設定位置を設定し、重心位置Ｇ又は設定位置を通る鉛直線上に横加速度センサ２０ａ，２０ｂを配置する。そして、重心位置Ｇ又は設定位置の高さｈ（ロール軸からの距離（高さ））と、横加速度センサ２０ａ，２０ｂの高さｌ_ａ，ｌ_ｂ（ロール軸からの距離（高さ））が測定される。そして、横加速度センサ２０ａ，２０ｂの出力ａ_ａ，ａ_ｂと、高さｈ，ｌ_ａ，ｌ_ｂから、重心位置Ｇ又は設定位置の横加速度ａ＾_ｃｏｇを推定している。

ここで、制御装置２２のフィードバック制御系の１つの構成例と、その動作を図１２を用いて説明する。図１２に示すように、制御装置２２は、フィードバック補償器２４と、ローパスフィルタ２６を備える。フィードバック補償器２４は、例えば、ＰＩＤ制御理論により設計される。ローパフフィルタ２６は、高周波領域でのゲインの増大を抑制するためのフィルタである。

図１２に示す制御装置２２には、ジャイロセンサ１６の出力と、第１，第２加速度センサ２０ａ，２０ｂの出力が入力される。制御装置２２は、ジャイロセンサ１６から出力される車体１０のロール角速度を微分し（図中の符号２８）、その微分値にゲイン３０を乗じる。また、横加速度センサ２０ａ，２０ｂの出力値から、重心位置Ｇ又は設定位置の横加速度ａ＾_ｃｏｇを推定する（上記の式（１６））。そして、ロール角加速度にゲインを乗じた値と、重心位置Ｇ又は設定位置の横加速度ａ＾_ｃｏｇとの和がフィードバックされる。したがって、制御装置２２のフィードバック補償器２４には、目標値（すなわち、０）とフィードバックされた値との差が入力される。フィードバック補償器２４は、フィードバックされる値が０となるように、アクチュエータ１８に出力するトルク値を算出する。フィードバック補償器２４から出力されるトルク値は、ローパスフィルタ２６で高周波領域のノイズが除去され、アクチュエータ１８に入力される。これによって、アクチュエータ１８が駆動され、車体１０のロール角が制御される。すなわち、フィードバックされた値（横加速度ａ＾_ｃｏｇとロール角加速度にゲインを乗じた値との和）が０となるように、車体１０のロール角が制御される。なお、図１２に示す制御構成は単なる一例であり、本明細書に開示の技術は、このような構成に限られない。例えば、図１２に示す制御構成を等価変換して得られる構成としてもよい。

次に、上述した車両１００の応答例について、図１３を参照して説明する。図１３は、一定の速度で直進している場合において定常円旋回運動に移行するときの「旋回角速度」と「重心位置（又は設定位置）の横加速度」と「ロール角度（ロール姿勢角度）」を示している。図１３に示すように、車両１００の旋回角速度は、時刻ｔ＝０から徐々に増加し、時刻ｔ＝ｔ_１で一定の旋回角速度となっている。この際、重心位置（又は設定位置）の横加速度は、過渡状態においては増大するものの、定常的には０となっている。その結果、車体１０のロール角度（ロール姿勢角度）も一定の角度に変化している。したがって、正確な車両１００の走行条件（例えば、直進速度（併進速度），旋回角速度）が把握できていなくても、図１３に示すようなロール角制御を実現することができる。

上述した説明から明らかなように、本実施例の車両１００では、２つの横加速度センサ２０ａ，２０ｂの値から推定される重心位置Ｇ又は設定位置の横加速度ａ＾_ｃｏｇと、ロール角加速度にゲインを乗じた値との和をフィードバックすることで、重心位置又は設定位置の横加速度が０となるように、車体１０のロール角が制御される。したがって、車両１００の走行状態に応じて車体１０のロール角が制御され、車両１００の走行安定性を向上することができる。

また、本実施例の車両１００では、２つの横加速度センサ２０ａ，２０ｂの値から推定される重心位置Ｇ（又は設定位置）の横加速度ａ＾_ｃｏｇと、ロール角加速度にゲインを乗じた値との和をフィードバックしている。これによって、不安定零点を高い周波数に移すことができ、高い制御帯域を有するフィードバック制御系を構成することができる。

さらに、本実施例の車両１００では、２つの横加速度センサ２０ａ，２０ｂを備えることで、重心位置（又は設定位置）の横加速度を推定する。したがって、横加速度センサ２０ａ，２０ｂを重心位置（又は設定位置）に配置できない場合であっても、重心位置（又は設定位置）の横加速度を検出することができる。

なお、本実施例の制御技術は、ショートホイールベース及びショートトレッド幅の小型移動体に好適に適用することができる。すなわち、この種の小型移動体では、走行状態に応じて車体のロール角度を変化させ、車体の姿勢を安定化することが要求される。本実施例の制御技術を用いると、車体の姿勢角を所望の角度に安定して制御することができ、小型移動体の走行安定性を向上することができる。

最後に、上述した実施例と請求項との対応関係を説明しておく。車体１０のロール軸が請求項でいう「車体の運動軸」の一例であり、横加速度センサ２０ａ，２０ｂが「車体の横加速度を検出する手段」の一例であり、ジャイロセンサ１６と制御装置２２によって「角加速度検出手段」の一例が構成されている。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した実施例では、重心位置Ｇ（又は設定位置）の横加速度ａ＾_ｃｏｇと、ロール角加速度にゲインを乗じた値との和をフィードバックすることで、フィードバック制御系の不安定零点を高い周波数とした。しかしながら、本発明は、このような形態に限られず、種々の態様を採ることができる。例えば、車体１０の重心位置よりも低い位置に配置した横加速度センサ２０ａの値をフィードバック制御に用いてもよい。すなわち、図９の実線（周波数応答）に示されるように、重心位置が低ければ、高周波領域のゲインは低くなる。したがって、重心位置より低い位置に配置した横加速度センサ２０ａの値ａ_ａをフィードバック制御すれば、フィードバック制御系の不安定零点を高い周波数とすることができる。

この場合の制御装置の具体的な一構成例を説明する。すなわち、重心位置より低い位置に配置した横加速度センサ２０ａの値ａ_ａをフィードバックする場合、トルクτ（ｓ）から値ａ_ａまでの伝達関数は、次の式（１７）で表される。

式（１７）より明らかなように、この伝達関数の不安定零点は√（ｇ／ｌ_ａ）×１／２πとなる。加速度センサ２０ａを設置する高さｌ_ａが小さいことから、不安定零点の周波数は高くなる。その結果、フィードバック制御系の制御ゲインを大きくすることができる。なお、フィードバック制御系の帯域は０．２５Ｈｚ以上であることが好ましいため、不安定零点はその周波数の３倍以上の周波数（＝０．７５Ｈｚ）とすることが好ましい。したがって、下記の式（１８）を満足することが好ましい。

したがって、横加速度センサ２０ａを配置する高さｌ_ａは、０．４４１３ｍ以下となることが好ましい。

なお、既に説明したことから明らかなように、横加速度センサ２０ａを配置する高さｌ_ａと、実際の重心位置（又は設定位置）の高さｈとが相違すると、横加速度センサ２０ａの出力値ａ_ａと、重心位置（又は設定位置）の横加速度ａ_ｃｏｇは相違する。したがって、下記の式（１９）に従って横加速度指令ａ_ｒｅｆを与えることで、重心位置（又は設定位置）の横加速度ａ_ｃｏｇが０となるように、アクチュエータ１８を制御する。

したがって、制御装置は、図１４に示すようなフィードバック制御系を構成することができる。すなわち、制御装置は、フィードバック補償器２８と、ローパスフィルタ３０と、ゲイン（ｈ−ｌ_ａ）／（ｌ_ｂ−ｌ_ａ）３２によって構成することができる。かかる構成において、制御装置には、第１，第２加速度センサ２０ａ，２０ｂの出力が入力される。制御装置は、第２横加速度センサ２０ｂの出力値ａ_ｂから第１横加速度センサ２０ａの出力値ａ_ａを減算し、その減算した値にゲイン（ｈ−ｌ_ａ）／（ｌ_ｂ−ｌ_ａ）３２を乗じて横加速度指令ａ_ｒｅｆを算出する。制御装置２２のフィードバック補償器２４には、第１横加速度センサ２０ａの出力値ａ_ａと、横加速度指令ａ_ｒｅｆが入力される。フィードバック補償器２４は、第１横加速度センサ２０ａの出力値ａ_ａが横加速度指令ａ_ｒｅｆとなるように、アクチュエータ１８に出力するトルク値を算出する。フィードバック補償器２４から出力されるトルク値は、ローパスフィルタ２６で高周波領域のノイズが除去され、アクチュエータ１８に入力される。これによって、アクチュエータ１８が駆動され、車体１０のロール角が制御される。これによって、重心位置（又は設定位置）の横加速度ａ_ｃｏｇが０となるように、車体１０のロール角が制御される。なお、図１４に示す制御構成は単なる一例であり、本明細書に開示の技術は、このような構成に限られない。例えば、図１４に示す制御構成を等価変換して得られる構成としてもよい。

また、上述した実施例は、本明細書に開示する技術を車体のロール角制御に適用した例であったが、本明細書に開示する技術は、車体のロール角制御以外にも適用でき、例えば、車体のピッチ角制御にも適用することができる。本明細書に開示する技術を車体のピッチ角制御に適用する場合は、車体の前後方向の加速度を車体の横加速度として検出すればよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０車体
１２ａ，１２ｂ前輪
１６ジャイロセンサ
１８アクチュエータ
２０ａ，２０ｂ横加速度センサ
２２制御装置

Claims

車体と、
車体の運動軸周りの姿勢角を調整可能なアクチュエータと、
車体の重心位置と異なる位置に配置されており、車体の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
車体の前記運動軸周りの角加速度を検出する角加速度検出手段と、
前記横加速度検出手段で検出される横加速度から取得される「車体の重心位置又は重心位置近傍に設定された設定位置に作用する横加速度」と、前記角加速度検出手段によって検出される角加速度に所定のゲインを乗じた値との和をフィードバックし、このフィードバックした値が０となるようにアクチュエータを駆動する制御装置と、を有しており、
前記所定のゲインをｋとし、前記運動軸から前記重心位置までの距離をｈとしたときに、前記制御装置が有する不安定零点が高周波数となるように｜ｈ−ｋ｜の値が設定されていることを特徴とする、移動体。
横加速度検出手段は、複数の加速度センサを有しており、
前記制御装置は、それら複数の加速度センサの出力から、重心位置又は設定位置に作用する横加速度を取得する、請求項１に記載の移動体。