JP7018120B2

JP7018120B2 - 移動体

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Publication number: JP7018120B2
Application number: JP2020500354A
Authority: JP
Inventors: 一志秋元; 真荒木; 裕悦小林; 翼能勢
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2022-02-09
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: WO2019159619A1; JPWO2019159619A1

Description

本発明は、二輪車等の移動体に関する。

二輪車等の移動体では、従来、例えば特許文献１，２に見られるように、トレール長を変更し得るように構成されたものが知られている。この移動体では、低速側の速度域では、トレール長を、負の値のトレール長等、小さなトレール長に制御した状態で、前輪の操舵制御により車体の姿勢制御が行われる。また、高速側の速度域では、トレール長を、通常の二輪車と同様に正のトレール長に制御して、通常の二輪車と同様の走行特性を実現する。

なお、正のトレール長は、前輪の操舵軸線と路面との交点が、前輪の接地点の前方側に位置する場合のトレール長であり、負のトレール長は、前輪の操舵軸線と路面との交点が、前輪の接地点の後方側に位置する場合のトレール長である。

特開２０１４－１７２５８６号公報米国特許第９１６２７２６号明細書

ところで、正のトレール長を有する通常の二輪車は、旋回走行時に、所謂、セルフステア特性によって、前輪を旋回方向側に向けるように作用する操舵モーメントが操舵軸線周りに自然に発生する（ひいては、二輪車の操舵操作部（ハンドル）に該操舵モーメントに応じた操舵トルクが作用する）ようになっている。

一方、本願発明者の種々の検討によれば、前記特許文献１，２に見られる如き移動体において、トレール長を負の値等、小さなトレール長に制御した状態では、旋回走行時に、前輪を旋回方向側に向けるように作用する操舵モーメントが操舵軸線周りにほとんど発生しないか、もしくは逆向きの操舵モーメントが発生する（ひいては、操舵操作部に作用する操舵トルクがほとんど発生しないか、もしくは、操舵方向と逆向きの操舵トルクが操舵操作部に作用する）ことが判明した。

そこで、本発明は、トレール長を変化させ得る移動体において、旋回走行時に通常の二輪車等と同様の操舵特性を実現し得る移動体を提供することを目的とする。

本発明の移動体は、上記の目的を達成するために、車体と、該車体の前後方向に間隔を存して配置された前輪及び後輪とを備えると共に、前記前輪が操舵軸線まわりに操舵可能な操舵輪であり、該前輪を運転者が操舵するための操舵操作部を備える移動体であって、
前記前輪のトレール長を可変とするトレール長可変機構を有すると共に該前輪を前記操舵軸線のまわりに操舵可能に支持するように構成された前輪支持機構と、
前記前輪を操舵する駆動力を発生する操舵用アクチュエータと、
前記前輪のトレール長を変化させる駆動力を発生するトレール長変更用アクチュエータと、
前記操舵用アクチュエータ及びトレール長変更用アクチュエータを制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、前記前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを前記操舵操作部に付与するように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを基本構成とする。

これによれば、前記前輪のトレール長によらずに、前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを操舵操作部に付与することが可能となる。よって、前記基本構成を有する本発明によれば、トレール長を変化させ得る移動体において、旋回走行時に通常の二輪車等と同様の操舵特性を実現し得る。

本発明では、前記基本構成を有することに加えて、前記トレール長可変機構は、前記前輪のトレール長を正の上限トレール長と、負の下限トレール長との間で変化させ得るように構成される。そして、前記制御装置は、少なくとも前記前輪のトレール長が負のトレール長になっている状態で、前記操舵トルクを前記操舵操作部に付与するように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする（第１発明）。

なお、本発明では、正のトレール長（前記正の上限トレール長を含む）は、水平な接地面上での移動体の直進走行時の姿勢状態（詳しくは、移動体が、前輪の車軸中心線が後輪の車軸中心線と平行になる状態で、水平な接地面上に起立した姿勢状態）で、操舵軸線と接地面との交点が、前輪の接地点の前方に位置する場合のトレール長、負のトレール長（前記負の下限トレール長を含む）は、該操舵軸線と接地面との交点が、前輪の接地点の後方に位置する場合のトレール長を意味する。

ここで、移動体のトレール長が負のトレール長になっている状態で、前記操舵用アクチュエータの駆動力を発生させずに、前輪の操舵（操舵軸線周りの回転）を行うと、前記操舵操作部に対して操舵トルクがほとんど発生しないか、もしくは、前輪の操舵方向と逆向きの操舵トルクが操舵操作部に作用する。

しかるに、第１発明によれば、操舵用アクチュエータを作動させることで、移動体のトレール長が負のトレール長になっている状態でも、操舵操作部に、前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを付与することができる。ひいては、移動体のトレール長が正のトレール長になっている状態と同様の操舵トルクを操舵操作部に付与することができる。

上記第１発明では、前記制御装置は、当該移動体の走行速度の増加に伴い、前記前輪のトレール長を負のトレール長から正のトレール長に変化させるように前記トレール長変更用アクチュエータを制御するように構成され得る。この場合、該制御装置は、前記走行速度の増加に伴い、前記操舵トルクを弱めるように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることが好ましい（第２発明）。

これによれば、前記操舵操作部に付与される操舵トルクが、前記移動体の走行速度に応じたトレール長の変化に応じて変動するのを抑制することが可能となる。

上記第１発明又は第２発明では、前記制御装置は、前記操舵トルクを前記前輪の操舵角の観測値に応じて決定するように構成されていることが好ましい（第３発明）。

これによれば、前輪の操舵角に整合させた操舵トルクを操舵操作部に付与することが可能となる。

上記第３発明では、前記制御装置は、前記前輪のトレール長が正の所定値である場合における該前輪の操舵角と、該操舵角に応じて前記操舵操作部に作用するトルクとの関係を表す相関データを記憶保持しており、前記前輪の操舵角の観測値から、前記相関データに基づいて、前記操舵トルクを決定することが好ましい（第４発明）。

これによれば、トレール長の変化によらずに、トレール長が前記正の所定値に維持されている場合と同様の操舵トルクを操舵操作部に付与することが可能となる。

本発明に関する基礎的な技術事項を説明するための二輪車を模式的に示す図。図１に示す二輪車の前輪側部分の動力学的な作動に関する説明図。図１に示す二輪車の前輪の操舵軸線周りに発生する操舵モーメントと前輪の操舵角の比（Ｍstr／δf）の、トレール長に対する変化の特性を例示するグラフ。実施形態の移動体としての二輪車を示す側面図。図４のＡ－Ａ線断面図。図５のＢ－Ｂ線断面図。実施形態の二輪車の制御に関する構成を示すブロック図。図７に示す制御装置の主要機能を示すブロック図。実施形態の二輪車の動力学を表現するための質点系（２質点系）を示す図。図８に示す目標トレール長決定部の処理と目標トレール長に応じた実際のトレール長の制御処理との一例を説明するためのグラフ。図８に示す目標トレール長決定部の処理と目標トレール長に応じた実際のトレール長の制御処理との他の例を説明するためのグラフ。図８に示す姿勢制御演算部の処理を示すブロック線図。図１３Ａ，図１３Ｂ及び図１３Ｃは図８に示す制御ゲイン決定部の処理を説明するためのグラフ。

本発明の一実施形態を図１～図１３Ｃを参照して以下に説明する。
（基礎的事項の説明）
まず、本発明に関する基礎的な技術事項について図１～図３を参照して説明しておく。図１は、車体２と、車体２の前後方向に間隔を存して配置された前輪３ｆ及び後輪３ｒとを備える移動体の代表例としての二輪車１を側面視で模式的に示している。なお、図１においては、側面視の二輪車１の図の左側及び右側のそれぞれに、二輪車１の後方側から見た後輪３ｒと二輪車１の前方側から見た前輪３ｆとを併せて図示している。

前輪３ｆは、車体２の前部に設けられた前輪支持機構４に回転自在に軸支されている。前輪支持機構４は、例えばフロントフォーク等により構成され得る。そして、前輪３ｆは、後傾した操舵軸線Ｃsfのまわりに操舵可能（回転可能）な操舵輪となっている。

なお、操舵軸線Csfが後傾しているというのは、該操舵軸線Csfの下方側よりも上方側の方が相対的に車体２の前後方向における後方側になるように、該操舵軸線Ｃsfが傾いて延在していることを意味する。

後輪３ｒは、車体２の後部に設けられた後輪支持機構５に回転自在に軸支されている。後輪支持機構５は、例えばスイングアーム等により構成され得る。この後輪３ｒは非操舵輪である。

上記の如き構造の二輪車１において、前輪３にハンドル（図１では図示省略）から操舵力が付与されていない状態で、前輪３ｆの操舵（操舵軸線Ｃsf周りの回転）に応じて操舵軸線Ｃsf周りに発生するモーメントＭstr（以降、操舵モーメントＭstrという）に関して以下に説明する。該操舵モーメントＭstrは、所謂、二輪車のセルフステア特性により発生するモーメントに相当するものである。

なお、以降の説明では、二輪車１が、図１に示す如く、水平な接地面１１０（路面）上に直進走行姿勢（前輪３ｆの車軸中心線が後輪３ｒの車軸中心線と平行になる姿勢）で起立した状態を二輪車１の基準姿勢状態という。また、図１及び図２に示す如く、基準姿勢状態の二輪車１の車体２の前後方向、左右方向（車幅方向）及び高さ方向（上下方向）のそれぞれを、ＸＹＺ座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とする。

本願発明者の検討によれば、上記操舵モーメントＭstrは、二輪車１の前輪側部分（詳しくは、前輪３ｆを含み、操舵軸線Ｃsf周りに該前輪３ｆと共に回転し得る部分）に作用する重力と、二輪車１の全体に作用する重力に抗して前輪３ｆ及び後輪３ｒに作用する路面反力のうちの前輪３ｆに作用する路面反力（接地荷重）とに対する依存性が高いと考えられる。

なお、図１における“Ｇ”は二輪車１の全体重心、“Ｇf”は前輪側部分の重心（以下、前輪側重心という）を例示的に示している。

この場合、前輪３ｆの操舵角δf（操舵軸線Ｃsf周りの回転角）と、操舵モーメントＭstrとの間の関係を表す動力学モデルは、本願発明者の検討によれば、近似的に、次式（１）により表現し得る。なお、本明細書では、“＊”は乗算記号を意味する。

ここで、図１及び図２を参照して、式（１）におけるｍは、二輪車１の全体質量（全体重心Ｇの質点質量）、ｇは重力加速度定数、Ｌfは、基準姿勢状態の二輪車１の全体重心Ｇと前輪３ｆの接地点との間のＸ軸方向の距離、Ｌrは、基準姿勢状態の二輪車１の全体重心Ｇと後輪３ｒの接地点との間のＸ軸方向の距離、ｍfは、二輪車１の前輪側部分の質量（前輪側重心Ｇfの質点質量）、ａは、基準姿勢状態の二輪車１の前輪３ｆの接地点と車軸中心点とを通る直線（Ｚ軸方向の直線）と、操舵軸線Ｃsfの交点Ｅfの接地面１１０からの高さ（交点Ｅfと前輪３ｆの接地点の間の距離）である。

なお、上記交点Ｅfは、図１に示すように接地面１１０の上側に位置する場合に限らず、操舵軸線Ｃsfと前輪３ｆとの位置関係によっては、接地面１１０上に位置する場合、あるいは、接地面１１０の下側に位置する場合もある。

そして、本実施形態の説明では、上記交点Ｅfの高さａに関しては、交点Ｅfが接地面１１０の上側に位置する場合（換言すれば、操舵軸線Ｃsfと接地面１１０との交点が、図１に示すように前輪３ｆの接地点の前方側に位置する場合）における高さａの極性を正極性（ａ＞０）、交点Ｅfが接地面１１０の下側に位置する場合（換言すれば、操舵軸線Ｃsfと接地面１１０との交点が、前輪３ｆの接地点の後方側に位置する場合）における高さａの極性を負極性（ａ＜０）とする。

また、式（１）におけるＲfは、基準姿勢状態における前輪３ｆの接地点の位置での該前輪３ｆの横断面形状の曲率半径、ｈgfは、基準姿勢状態の二輪車１の前輪側重心Ｇfの接地面１１０からの高さ、ｈは、基準姿勢状態の二輪車１の全体重心Ｇの接地面１１０からの高さ、Ｉは、全体重心Ｇを通る前後方向（Ｘ軸方向）の軸Ｃrolの周りにおける二輪車１の全体の慣性モーメント（以降、全体イナーシャＩという）、θcfは、操舵軸線Ｃsfの傾斜角（Ｚ軸方向に対する傾斜角）としてのキャスタ角である。

また、式（１）では、二輪車１の基準姿勢状態での前輪３ｆの操舵角δf（以降、単に、前輪操舵角δfということがある）をゼロ、該前輪操舵角δfの正方向及び操舵モーメントＭstrの正方向を、基準姿勢状態の二輪車１を上方から見た場合に、前輪３ｆが操舵軸線Ｃsf周りで反時計周りに回転する方向としている。

上記式（１）は、以下に示す関係式（２－１）～（２－８）から導出される式である。

ここで、図２を参照して、式（２－１）～（２－８）におけるφfは、前輪３ｆのロール方向（Ｘ軸周り方向）の傾斜角、ｅfは、前輪３ｆのロール方向の傾斜（基準姿勢状態からの傾斜）に伴う前記交点Ｅfの横方向（Ｙ軸方向）の移動量、ｐfは、前輪３ｆのロール方向の傾斜（基準姿勢状態からの傾斜）に伴う該前輪３ｆの接地点の横方向（Ｙ軸方向）の移動量、ｐgfは前輪３ｆのロール方向の傾斜（基準姿勢状態からの傾斜）に伴う前記前輪側重心Ｇfの横方向（Ｙ軸方向）の移動量、Ｆfは、二輪車１の全体に作用する重力に抗して前輪３ｆ及び後輪３ｒに作用する路面反力のうちの前輪３ｆに作用する路面反力（接地荷重）、Ｍefは、前輪側重心Ｇfに作用する重力（＝ｍf＊ｇ）と、前輪３ｆに作用する路面反力Ｆfとによって、前記交点Ｅfでロール方向に発生するモーメントである。また、図示は省略しているが、φbは、前輪３ｆの操舵に応じて生じる車体２のロール方向の傾斜角である。

この場合、二輪車１の基準姿勢状態での上記傾斜角φf、φbはゼロであり、該傾斜角φf、φb及び上記モーメントＭefの正方向は、二輪車１を背面側から見て、時計周り方向である。また、上記移動量ｅf，ｐf，ｐgfの正方向は、二輪車１を背面側から見て、左向きの方向である。

なお、式（２－１）、（２－２）、（２－３）は、それぞれ、前記特許文献１，２に記載された式（８）、（１１）、（１６）と同じ式である。

前記式（１）は、以下の式（３ａ），（３ｂ）により定義される変数ｋstr，ａstrを導入すると、式（３）に書き換えられる。

さらに、二輪車１の基準姿勢状態での操舵軸線Ｃsfと接地面１１０の交点の、前輪３ｆの接地点からの距離であるトレール長ｔ（図１を参照）と、前記交点Ｅfの高さａとの間には、次式（４）の関係が成立する。

ｔ＝ａ＊tan(θcf) ……（４）

従って、式（３）は、トレール長ｔを用いて、次式（５）に書き換えることもできる。

Ｍstr＝(ｋstr／tan(θcf))＊(ｔ－ａstr＊tan(θcf))＊δf ……（５）

なお、本実施形態の説明では、トレール長ｔの極性は、前記交点Ｅfの高さａの極性と同じであり、基準姿勢状態の二輪車１の操舵軸線Ｃsfと接地面１１０との交点が、図１に示す如く前輪３ｆの接地点の前方側に位置する場合のトレール長ｔが正極性（ｔ＞０）、該操舵軸線Ｃsfと接地面１１０との交点が前輪３ｆの接地点の後方側に位置する場合のトレール長ｔが負極性（ｔ＜０）である。

上記式（５）から判るように、操舵モーメントＭstrは、トレール長ｔを一定とした場合（高さａを一定とした場合）、前輪操舵角δfに比例する。また、前輪操舵角δfを一定とした場合、操舵モーメントＭstrの大きさ及び極性（向き）が、トレール長ｔに応じて変化する。

より詳しくは、前記変数ｋstrの値は、一般に正の値となるので、操舵モーメントＭstrと前輪操舵角δfとの比Ｍstr／δfに着目した場合（ただしδf≠０）、該比Ｍstr／δfの値は、トレール長ｔの変化に対して、例えば図３のグラフで示す如く変化する。

この場合、式（５）から判るように、トレール長ｔがｔ＞ａstr＊tan(θcf)）である場合（ａ＞ａstrである場合）には、操舵モーメントＭstrの極性（向き）は、前輪操舵角δfの極性（向き）に一致する（Ｍstr／δf＞０となる）。これは、通常の二輪車におけるセルフステア特性に相当するものである。この場合、二輪車１のトレール長ｔを、例えば通常の二輪車と同程度の大きさの正のトレール長に設定すれば、通常の二輪車と同様のセルフステア特性を実現することが可能である。

一方、トレール長ｔがｔ＜ａstr＊tan(θcf)）である場合（換言すれば、ａ＜ａstrである場合）には、操舵モーメントＭstrの極性（向き）は、前輪操舵角δfの極性（向き）と逆になる（Ｍstr／δ＜０となる）。このため、トレール長ｔを、ａstr＊tan(θcf)）よりも小さい負のトレール長に設定すると、前輪３ｆの操舵に応じて発生する操舵モーメントＭstrの極性（向き）が、正のトレール長を有する通常の二輪車と逆向きになる。

また、トレール長ｔがａstr＊tan(θcf)）よりも大きくても、該トレール長ｔが負の値であると、該トレール長ｔがａstr＊tan(θcf)）に近い値になるため、前輪３ｆの操舵に応じて発生する操舵モーメントＭstrは微小なもの（ゼロに近いもの）となる。

他方、前記特許文献１，２で説明されているように、二輪車１の走行速度が比較的小さい状態（停車状態を含む）で、前輪３ｆの操舵制御によって、車体２のロール方向の姿勢（ロール方向の傾斜角）を制御する上では、トレール長ｔを、例えば負の値に設定することが好ましい。

そして、このように、車体２のロール方向の姿勢を制御するために、トレール長ｔを負の値に設定すると、上記した如く、操舵軸線Ｃsf周りに、前輪３ｆの操舵に応じた操舵モーメントＭstrがほとんど発生しないか、もしくは、前輪操舵角δfの極性（向き）と逆極性（逆向き）の操舵モーメントＭstrが発生する。ひいては、前輪３ｆを運転者が操舵するためのハンドル等の操舵操作部に、前輪３ｆ側から作用するトルクも、当該操舵モーメントＭstrと同様のものとなる。

そこで、本実施形態では、トレール長ｔを負の値に設定した状態でも、トレール長ｔを正の値に設定した場合と同様に、前輪操舵角δfと同極性の（同じ向きの）操舵モーメントＭstrを操舵軸線Ｃsf周りに発生させるように（ひいては該操舵モーメントＭstrと同様のトルクが、ハンドル等の操舵操作部に付与されるように）、前輪３ｆの操舵制御を実行する。

（実施形態の説明）
以上説明した事項を踏まえて、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態の説明においては、図１に示した二輪車１と同一機能の構成要素については、便宜上、図１と同一の参照符号を使用する。

図４を参照して、本実施形態の移動体１Ａは、車体２と、車体２の前後方向に間隔を存して配置された前輪３ｆ及び後輪３ｒとを備える二輪車である。以降、移動体１Ａを二輪車１Ａという。

車体２の上面部には、運転者が跨るように着座するシート６が装着されている。車体２の前部には、前輪３ｆを軸支する前輪支持機構４と、シート６に着座した運転者が把持可能な操縦ハンドル７と、前輪３ｆを操舵する駆動力を発生するアクチュエータ８（以降、操舵用アクチュエータ８ということがある）とが組み付けられている。

前輪支持機構４は、前輪３ｆのトレール長ｔを変更可能とするための機構であるトレール長可変機構９と、ダンパー等のサスペンション機構を含むフロントフォーク１０とを備える。前輪３ｆは、その車軸中心線のまわりに回転し得るように、フロントフォーク１０の下端部にベアリング等を介して軸支されている。

トレール長可変機構９は、例えば図５及び図６に示す如く構成されている。具体的には、トレール長可変機構９は、車体２の前端部に備えられたヘッドパイプ１１に回転自在に支持された枠体状の操舵回転部１２と、操舵回転部１２にヒンジ機構１３を介して揺動自在に組付けられた枠体状の揺動部１４と、揺動部１４を揺動させるための駆動力を発生するアクチュエータ１５（以降、トレール長変更用アクチュエータ１５ということがある）と、該アクチュエータ１５の駆動力によって揺動部１４を操舵回転部１２に対して揺動させるクランク機構１６とを備える。

ヘッドパイプ１１はその軸心が前輪３ｆの操舵軸線Ｃsfとなっており、該操舵軸線Ｃsfが後傾するように車体２の前端部に固定されている。そして、操舵回転部１２は、その上端部と下端部との間にヘッドパイプ１１を挟み込むようにして配置されると共に、ヘッドパイプ１１に対して操舵軸線Ｃsfのまわりに回転し得るようにヘッドパイプ１１に嵌合されている。

揺動部１４は、操舵回転部１２の前方側に配置され、その上端部がヒンジ機構１３により操舵回転部１２の上端部に連結されている。そして、前記フロントフォーク１０は、揺動部１４の下端部から下方に延設されている。

これにより、揺動部１４は、フロントフォーク１０及び前輪３ｆと共に、操舵軸線Ｃsfの周りに操舵回転部１２と一体に回転可能となっていると共に、操舵回転部１２に対して、ヒンジ機構１３の回転軸心の周りに揺動可能となっている。この場合、ヒンジ機構１３の回転軸心（揺動部１４の揺動の中心軸）は、車体２の左右方向（車幅方向）に延在している。従って、揺動部１４は、二輪車１Ａの基準姿勢状態で、操舵回転部１２に対してピッチ方向に揺動するようになっている。

なお、二輪車１Ａの基準姿勢状態は、図１の二輪車１の基準姿勢状態と同様に、水平な接地面１１０上に直進走行姿勢（前輪３ｆの車軸中心線が後輪３ｒの車軸中心線と平行になる姿勢）で起立した状態である。

トレール長変更用アクチュエータ１５は、揺動部１４に搭載された電動モータにより構成され、回転駆動力を減速機１７を介して出力する。より詳しくは、本実施形態の例では、揺動部１４の内部の上部側の箇所と下部側の箇所とに、それぞれ、トレール長変更用アクチュエータ１５、減速機１７が配置され、それぞれのハウジングが揺動部１４に固定されている。なお、減速機１７は、例えばハーモニックドライブ（登録商標）、あるいは複数のギヤにより構成されたものなど、任意の構造のものでよい。

そして、トレール長変更用アクチュエータ１５の出力軸が、減速機１７の入力軸にプーリ／ベルト機構等により構成される動力伝達機構１８を介して接続されている。これにより、トレール長変更用アクチュエータ１５が発生する回転駆動力は、該アクチュエータ１５の出力軸から動力伝達機構１８を介して減速機１７に入力され、さらに該減速機１７から出力されるようになっている。

また、本実施形態では、トレール長変更用アクチュエータ１５は、その出力軸を回転不能状態に保持する電動式のロック機構１５ａを内蔵している。該ロック機構１５ａは、摩擦式のブレーキ機構等により構成され得る。

なお、動力伝達機構１８に減速機としての機能を持たせて、減速機１７を省略してもよい。あるいは、トレール長変更用アクチュエータ１５の出力軸と減速機１７の入力軸とを同軸心に連結することで、トレール長変更用アクチュエータ１５の回転駆動力を減速機１７に直接的に入力するようにしてもよい。また、トレール長変更用アクチュエータ１５は、油圧式のアクチュエータにより構成されていてもよい。

クランク機構１６は、減速機１７の出力軸と一体に回転するように設けられた一対のクランクアーム１９ａ，１９ｂと、該クランクアーム１９ａ，１９ｂを操舵回転部１２に連結する連結ロッド２０とを備える。

一対のクランクアーム１９ａ，１９ｂは、減速機１７の出力軸の軸心方向に間隔を存して互いに対向するようにして揺動部１４の内部に配置されている。そして、一方のクランクアーム１９ａは、その一端寄りの部分が減速機１７の出力軸に固定され、該出力軸と一体に回転可能とされている。

また、他方のクランクアーム１９ｂは、その一端寄りの部分に減速機１７の出力軸と同軸心に固定された支軸２１を備えている。そして、クランクアーム１９ｂは、この支軸２１を介して、揺動部１４に固定された軸受部２２に回転自在に軸支されている。

これらのクランクアーム１９ａ，１９ｂは、それぞれの他端部が減速機１７の出力軸の軸心（＝クランクアーム１９ａ，１９ｂの回転軸心）と偏心した偏心軸２３を介して連結されている。そして、連結ロッド２０の一端部が、クランクアーム１９ａ，１９ｂの間で上記偏心軸２３に回転可能に軸支されている。また、連結ロッド２０の他端部は、操舵回転部１２の内部で該操舵回転部１２に固定して設けられた支軸２４に回転可能に軸支されている。該支軸２４の軸心方向は、偏心軸２３の軸心と平行である。

トレール長可変機構９は、以上のように構成されている。このため、トレール長可変機構９の操舵回転部１２及び揺動部１４を操舵軸線Ｃsfのまわりに回転させることで、前輪３ｆが操舵軸線Ｃsfのまわりに操舵される。

また、トレール長変更用アクチュエータ１５の回転駆動力によりクランクアーム１９ａ，１９ｂを減速機１７の出力軸の軸心まわりに回転させることで、揺動部１４が、操舵回転部１２に対して、ヒンジ機構１３の回転軸心まわりに所定の角度範囲内で揺動する。この揺動部１４の揺動に伴い、前輪３ｆもヒンジ機構１３の回転軸心まわりに揺動する。このため、前輪３ｆが車体２に対して前後方向に変位することとなる。ひいては、前輪３ｆの接地点が、操舵軸線Ｃsfと接地面１１０との交点に対して所定の範囲内で前後方向に変位する。これによりトレール長ｔが所定の範囲内で変化する。

この場合、前輪３ｆは、揺動部１４の揺動に伴い、例えば図４の実線で示す状態と、二点鎖線で示す状態との間で前後方向に変位させることが可能である。図４の実線で示す前輪３ｆの変位状態は、トレール長ｔが負の値ｔnとなる状態であり、二点鎖線で示す前輪３ｆの変位状態は、トレール長ｔが正の値ｔpとなる状態である。従って、トレール長ｔは、下限値ｔn（＜０）と上限値ｔp（＞０）との間の範囲内で変更可能である。以降、上記下限値ｔnを下限トレール長ｔn、上記上限値ｔpを上限トレール長ｔpという。

また、本実施形態では、前記ロック機構１５ａにより、トレール長変更用アクチュエータ１５の出力軸を機械的に回転不能に保持することにより、揺動部１４が操舵回転部１２に対して揺動不能状態に保持される。これにより、トレール長変更用アクチュエータ１５の駆動力を制御せずとも、トレール長ｔを機械的に固定保持（ロック）することが可能となっている。

なお、本実施形態では、トレール長変更用アクチュエータ１５にロック機構１５ａを備えるようにしたが、該ロック機構１５ａの代わりに、例えば減速機１７の出力軸又はクランクアーム１９ａ，１９ｂを回転不能に保持するロック機構を減速機１７の出力側に備えるようにしてもよい。

前記操舵用アクチュエータ８は、前輪３ｆの操舵を行うための駆動力として、操舵軸線Ｃsfのまわりに前輪３ｆを回転させる回転駆動力を発生するものである。この操舵用アクチュエータ８は、本実施形態では、電動モータにより構成される。そして、操舵用アクチュエータ８は、そのハウジングが車体２に固定されている。また、操舵用アクチュエータ８の出力軸は、プーリ／ベルト機構等により構成される動力伝達機構２５を介して操舵回転部１２の下端部に接続されている。これにより、操舵用アクチュエータ８から動力伝達機構２５を介して操舵回転部１２に操舵軸線Ｃsfまわりの回転駆動力が付与されるようになっている。なお、動力伝達機構２５は、減速機能を兼ね備えている。

操舵用アクチュエータ８から操舵回転部１２に回転駆動力を付与することで、トレール長可変機構９及びフロントフォーク１０を含む前輪支持機構４が操舵軸線Ｃsfの周りに前輪３ｆと共に回転駆動される。これにより、前輪３ｆが、操舵用アクチュエータ８の回転駆動力によって操舵される。また、操舵用アクチュエータ８の回転駆動力を調整することで、操舵軸線Ｃsfの周りに発生するトルクを調整することも可能である。

また、本実施形態では、上記動力伝達機構２５には、操舵用アクチュエータ８と操舵回転部１２との間の動力伝達を適宜遮断するためのクラッチ機構である操舵クラッチ８ａが内蔵されている。この操舵クラッチ８ａは、例えば電磁クラッチ等により構成される。なお、操舵用アクチュエータ８は、電動モータに限らず、例えば油圧式のアクチュエータにより構成されていてもよい。

操縦ハンドル７は、運転者が前輪３ｆの操舵操作を行うための操舵操作部としての機能を有するものであり、トレール長可変機構９の操舵回転部１２に組付けられている。具体的には、操縦ハンドル７は、操舵回転部１２と一体に操舵軸線Ｃsfまわりに回転するように、該操舵回転部１２の上端部に支柱部２６を介して固定されている。これにより、運転者が操縦ハンドル７の回転操作を行うことで、前輪３ｆの操舵操作を行うことが可能となっている。また、詳細な図示は省略するが、この操縦ハンドル７には、通常の自動二輪車のハンドルと同様に、アクセルグリップ及びブレーキレバー、方向指示器スイッチ等が組み付けられている。

前輪３ｆの車軸には、該前輪３ｆをその車軸中心線Ｃfのまわりに回転駆動するアクチュエータ２７が装着されている。このアクチュエータ２７は、二輪車１Ａの推進力を発生する原動機としての機能を有するものである。このアクチュエータ２７（以降、走行用アクチュエータ２７ということがある）は、本実施形態では、電動モータ（減速機付きの電動モータ）により構成される。

なお、走行用アクチュエータ２７は、電動モータの代わりに、例えば油圧式のアクチュエータにより構成されていてもよい。あるいは、走行用アクチュエータ２７は内燃機関により構成されていてもよい。また、走行用アクチュエータ２７を前輪３ｆの車軸から離れた位置で車体２に搭載し、走行用アクチュエータ２７と前輪３ｆの車軸とを適宜の動力伝達装置で接続するようにしてもよい。また、走行用アクチュエータ２７の代わりに、あるいは、走行用アクチュエータ２７に加えて、後輪３ｒを回転駆動するアクチュエータを備えるようにしてもよい。

車体２の後部には、後輪３ｒを回転自在に軸支する後輪支持機構５が組み付けられている。後輪支持機構５は、スイングアーム２８と、コイルスプリング及びダンパー等により構成されるサスペンション機構２９とを備えている。これらの機構的な構造は、例えば通常の自動二輪車の後輪支持機構と同様の構造を採用し得る。

そして、スイングアーム２８の端部（車体２の後方側の端部）に、後輪３ｒが、その車軸中心線の周りに回転し得るようにベアリング等を介して軸支されている。なお、後輪３ｒは非操舵輪である。

二輪車１Ａは、以上の機構的構成の他、図７に示すように、前記操舵用アクチュエータ８、操舵クラッチ８ａ、トレール長変更用アクチュエータ１５、ロック機構１５ａ及び走行用アクチュエータ２７の動作制御のための制御処理を実行する制御装置５０を備えている。

さらに、二輪車１Ａは、制御装置５０の制御処理に必要な各種状態量を検出するためのセンサとして、車体２のロール方向の傾斜角φbを検出する車体傾斜検出器５１と、前輪操舵角δfを検出する前輪操舵角検出器５２と、トレール長を検出するトレール長検出器５３と、前輪３ｆの回転速度（角速度）を検出する前輪回転速度検出器５４と、後輪３ｒの回転速度（角速度）を検出する後輪回転速度検出器５５と、操縦ハンドル７のアクセルグリップの操作量（回転量）であるアクセル操作量を検出するアクセル操作検出器５６とを備えている。

車体傾斜検出器５１は、例えば加速度センサ及びジャイロセンサ（角速度センサ）を含む慣性センサにより構成されており、車体２に組み付けられている。この場合、制御装置５０は、慣性センサの出力に基づいて、車体２のロール方向の傾斜角φb（より詳しくは、鉛直方向（重力方向）に対するロール方向の傾斜角）を計測する。その計測手法としては、例えばストラップダウン方式の計測手法等を採用し得る。なお、車体２のロール方向の傾斜角φbの計測処理を実行する処理部（プロセッサ等）を、車体傾斜検出器５１に備えてもよい。

前輪操舵角検出器５２は、例えば、操舵用アクチュエータ８（電動モータ）、動力伝達機構２５、もしくは操舵回転部１２に組付けられるロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出器により構成され、操舵用アクチュエータ８の出力軸又は操舵回転部１２の回転角度に応じた検出信号を出力する。

トレール長検出器５３は、例えば、トレール長変更用アクチュエータ１５（電動モータ）又は減速機１７に組付けられるロータリーエンコーダ、レゾルバ等の検出器により構成され、トレール長変更用アクチュエータ１５又は減速機１７の出力軸の回転角度に応じた検出信号を出力する。

ここで、本実施形態では、トレール長ｔは、トレール長可変機構９の操舵回転部１２に対する揺動部１４の揺動量（ヒンジ機構１３の回転軸心まわりの回転角度）に応じて規定される。また、揺動部１４の揺動量は、クランクアーム１９ａ，１９ｂの回転角度に応じて規定される。さらに、クランクアーム１９ａ，１９ｂの回転角度は、トレール長変更用アクチュエータ１５の出力軸の回転角度に応じて規定される。

従って、トレール長検出器５３の出力（トレール長変更用アクチュエータ１５又は減速機１７の出力軸の回転角度に応じた検出信号）から、トレール長ｔを検出できる。なお、トレール長検出器５３は、例えば、揺動部１４の揺動量を検出し得るように備えられていてもよい。

前輪回転速度検出器５４は、例えば、前輪３ｆの車軸に組付けられるロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出器により構成され、前輪３ｆの回転角度又は回転角速度に応じた検出信号を出力する。

後輪回転速度検出器５５は、例えば、後輪３ｒの車軸に組付けられるロータリエンコーダ等の検出器により構成され、後輪３ｒの回転角度又は回転角速度に応じた検出信号を出力する。

アクセル操作検出器５６は、例えば、操縦ハンドル７に内蔵されたロータリエンコーダ、ポテンショメータ等の検出器により構成され、アクセルグリップの回転角度又は回転角速度に応じた検出信号を出力する。

制御装置５０は、マイクロコンピュータ、メモリ、インターフェース回路等を含む一つ以上の電子回路ユニットにより構成され、車体２に組み付けられている。そして、この制御装置５０に、上記の各検出器５１～５６の出力（検出信号）が入力されるようになっている。

この制御装置５０の機能について、図８及び図９を参照してさらに説明する。なお、以降の説明におけるＸＹＺ座標系は、図１の二輪車１の場合と同様に、基準姿勢状態の二輪車１Ａの車体２の前後方向、左右方向（車幅方向）及び高さ方向（上下方向）のそれぞれを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とする座標系である（図３を参照）。

また、以降の説明では、状態量の参照符号に付する添え字“_act”は、実際の値、又はその観測値（検出値もしくは推定値）を示す符号として使用する。なお、目標値には、添え字“_cmd”を付する。

ここで、前記特許文献１，２に説明されている如く、車体２のロール方向の姿勢の動力学的な挙動は、図８に示すように、二輪車１Ａの接地面１１０の上方で、車体２のロール方向の傾斜角φｂの変化に応じて横方向（Ｙ軸方向）に移動可能な倒立振子質点１２３と、前輪３ｆの操舵に応じて（前輪操舵角δfの変化に応じて）接地面１１０上を横方向（Ｙ軸方向に）に移動可能な接地面上質点１２４とから構成される２質点系の動力学モデルにより近似的に表現し得る。

この場合、倒立振子質点１２３の質量ｍ1、接地面上質点１２４の質量ｍ2、倒立振子質点１２３の高さｈ’、二輪車１Ａの全体質量ｍ、二輪車１Ａの全体重心Ｇの高さｈ、及び、二輪車１Ａの全体イナーシャＩ（全体重心Ｇを通るＸ軸方向の軸周りにおける慣性モーメント）の間の関係は、次式（６ａ）～（６ｄ）により表される。

ｍ1＋ｍ2＝ｍ ……（６ａ）
ｍ1＊ｃ＝ｍ2＊ｈ ……（６ｂ）
ｍ1＊ｃ²＋ｍ2＊ｈ²＝Ｉ ……（６ｃ）
ｃ＝ｈ’－ｈ ……（６ｄ）

なお、倒立振子質点１２３と接地面上質点１２４とを結ぶ直線の傾きは、車体２のロール方向の傾斜角φｂに一致する。

そして、本実施形態における制御装置５０は、基本的には、前記特許文献１，２に説明されているものと同様に、上記の２質点系の動力学モデルに基づく制御処理（倒立振子質点１２３の運動状態を考慮した制御処理）により、前輪３ｆの操舵制御を行う。ただし、本実施形態では、制御装置５０は、所要の操舵モーメントＭstrを発生させ得るように操舵制御を行う。

かかる制御装置５０は、実装されたハードウェア構成及びプログラム（ソフトウェア構成）により実現される主要な機能として、図７に示すように、前記動力学モデルの倒立振子質点１２３のＹ軸方向（車体２の左右方向）の移動量である倒立振子質点横移動量Ｐb_diff_yの実際の値Ｐb_diff_y_actの推定値（以降、倒立振子質点横移動量推定値Ｐb_diff_y_actという）を算出する倒立振子質点横移動量推定値算出部３１と、倒立振子質点１２３のＹ軸方向（車体２の左右方向）の並進速度である倒立振子質点横速度Ｖbyの実際の値Ｖby_actの推定値（以降、倒立振子質点横速度推定値Ｖby_actという）を算出する倒立振子質点横速度推定値算出部３２と、二輪車１Ａの車速Ｖox（走行速度）の実際の値Ｖox_actの推定値（以降、車速推定値Ｖox_actという）を算出する車速推定値算出部３３と、倒立振子質点横移動量Ｐb_diff_yの目標値Ｐb_diff_y_cmd（以降、目標倒立振子質点横移動量Ｐb_diff_y_cmdという）と倒立振子質点横速度Ｖbyの目標値Ｖby_cmd（以降、目標倒立振子質点横速度Ｖby_cmdという）を決定する目標姿勢状態決定部３４と、車体２の姿勢制御のための複数のゲインＫ1，Ｋ2，Ｋ3，Ｋ4，Ｋ5の値を決定する制御ゲイン決定部３５と、二輪車１Ａの車速Ｖoxの目標値Ｖox_cmd（以降、目標車速Ｖox_cmdという）を決定する目標車速決定部３６と、トレール長ｔの目標値ｔ_cmd（以降、目標トレール長ｔ_cmdという）を決定する目標トレール長決定部３７と、前記操舵モーメントＭstrの標準値Mstr_nml（以降、標準操舵モーメントＭstr_nmlという）を決定する標準操舵モーメント決定部３８とを備える。

さらに、制御装置５０は、車体２の姿勢制御のための演算処理を実行することによって、前輪操舵角δfの目標値δf_cmd（以降、目標前輪操舵角δf_cmdという）、該前輪操舵角δfの時間的変化率である前輪操舵角速度δf_dotの目標値δf_dot_cmd（以降、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdという）及び該前輪操舵角速度δf_dotの時間的変化率である前輪操舵角加速度δf_dot2の目標値δf_dot2_cmd（以降、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdという）を決定する姿勢制御演算部３９を備える。

また、本実施形態では、二輪車１Ａに備えらえた所定のモード設定スイッチ（図示省略）を操作することで、操舵用アクチュエータ８を介した前輪３ｆの操舵制御（ひいては、車体２のロール方向の姿勢制御）を実行するか否かを、運転者が選択的に制御装置５０に対して設定することが可能となっている。

そして、制御装置５０は、前輪３ｆの操舵制御を行うモードが選択されている状態での二輪車１Ａの停車時及び走行時において、図７に示した各機能部の処理を所定の制御処理周期で逐次実行する。

そして、制御装置５０は、姿勢制御演算部３９により決定した目標前輪操舵角δf_cmd、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdに応じて操舵用アクチュエータ８を制御する。

また、制御装置５０は、目標トレール長決定部３７により決定した目標トレール長ｔ_cmdに応じてトレール長変更用アクチュエータ１５を制御する。また、制御装置５０は、目標車速決定部３６より決定した目標車速Ｖox_cmdに応じて走行用アクチュエータ２７を制御する。

以下に、かかる制御装置５０の制御処理（前輪３ｆの操舵制御を行うモードが選択されている状態での制御処理）の詳細を説明する。なお、この制御処理では、前記した２質点系の動力学モデルに関するパラメータｈ’の値と、二輪車１の仕様に関するパラメータθcf，Ｌf，Ｌrの値とが使用される。これらのパラメータｈ’，θcf，Ｌf，Ｌrの値は、あらかじめ定められた設定値（固定値）であり、制御装置５０のメモリに記憶保持されている。

また、制御装置５０の制御処理のうち、標準操舵モーメント決定部３８、制御ゲイン決定部３５、及び姿勢制御演算部３９以外の各機能部の処理は、本実施形態では、前記特許文献１，２に記載されたものと同じである。このため、制御装置５０の標準操舵モーメント決定部３８、制御ゲイン決定部３５、及び姿勢制御演算部３９以外の各機能部の処理の説明は、簡略的な説明に留める。

制御装置６０は、各制御処理周期において、目標車速決定部３６、標準操舵モーメント決定部３８、車速推定値算出部３３、目標姿勢状態決定部３４及び倒立振子質点横移動量推定値算出部３１の処理を以下に説明する如く実行する。

目標車速決定部３６には、アクセル操作検出器５６の出力により示されるアクセル操作量の検出値が入力される。そして、目標車速決定部３６は、アクセル操作量の検出値から、あらかじめ作成されたマップ又は演算式等により目標車速Ｖox_cmdを決定する。この場合、目標車速Ｖox_cmdは、既定の最大値以下の範囲で、アクセル操作量が大きいほど、大きくなるように決定される。

なお、二輪車１Ａのブレーキ操作がなされている場合には、目標車速Ｖox_cmdは、ブレーキ操作量の検出値に応じて、あるいは、ブレーキ操作量の検出値とアクセル操作量の検出値との両方に応じてマップもしくは演算式等により決定するようにしてもよい。

車速推定値算出部３３には、前輪操舵角検出器５２の出力により示される前輪操舵角δf_actの検出値と、前輪回転速度検出器５４の出力により示される前輪３ｆの回転角速度の検出値から特定される前輪３ｆの回転移動速度Ｖf_actの推定値（詳しくは、前輪３ｆの回転角速度の検出値に前輪３ｆの既定の有効回転半径を乗じることで算出される移動速度）とが入力される。

そして、車速推定値算出部３３は、入力された前輪操舵角δf_actの検出値と、前輪３ｆの回転移動速度Ｖf_actの推定値とから、例えば次式（７）により、車速推定値Vox_actを算出する。

Ｖox_act＝Ｖf_act＊cos(δf_act＊cos(θcf)) ……（７）

このように算出される車速推定値Vox_actは、前輪３ｆの回転移動速度Ｖf_actの推定値のＸ軸方向成分に相当する。なお、後輪回転速度検出器５５の出力により示される後輪３ｒの回転角速度の検出値から特定される後輪３ｒの回転移動速度の推定値（詳しくは、後輪３ｒの回転角速度の検出値に後輪３ｒの既定の有効回転半径を乗じてなる移動速度）を、車速推定値Ｖox_actとして得るようにしてもよい。

標準操舵モーメント決定部３８には、前輪操舵角δf_actの検出値が入力される。そして、標準操舵モーメント決定部３８は、入力された前輪操舵角δf_actの検出値から、あらかじめ作成されたマップ又は演算式等の相関データにより標準操舵モーメントＭstr_nmlを決定する。該相関データは、前輪操舵角δfと標準操舵モーメントＭstr_nmlとの関係を表す相関データであり、制御装置５０にあらかじめ記憶保持されている。

この場合、該相関データに基づいて決定される標準操舵モーメントＭstr_nmlは、二輪車１Ａのトレール長ｔ_actを、あらかじめ定めた標準的な正のトレール長（例えば、図３に示すトレール長ｔ_nml。以降、標準トレール長ｔnmlという）に維持した状態で、操舵用アクチュエータ８を作動させずに前輪３ｆの操舵を行った場合に、前輪操舵角δfに応じて発生する操舵モーメントＭstrに一致もしくはほぼ一致するように決定される。

例えば、前記式（５）におけるトレール長ｔを標準トレール長ｔnmlに一致させた場合に、該式（５）により規定される前輪操舵角δfと、操舵モーメントＭstrとの間の関係を上記相関データとして用い、該相関データに基づいて、前輪操舵角δfに応じた標準操舵モーメントＭstr_nmlが決定される。

なお、上記標準トレール長ｔnmlとしては、例えば、通常の二輪車と同程度のトレール長を採用し得る。また、本実施形態では、前記上限トレール長ｔpが、標準トレール長ｔnmlである。

補足すると、トレール長ｔ_actを標準トレール長ｔnmlに維持した状態の二輪車１Ａの実車において、前輪３ｆの操舵に応じて発生する操舵モーメントＭstrと、前輪操舵角δfとの関係を実測しておき、その実測データに基づいて、標準操舵モーメントＭstr_nmlを決定するための上記相関データを作成してもよい。また、外乱によって発生する車体２のロール方向の傾斜角φｂの影響を加味して標準操舵モーメントＭstr_nmlを決定することがより望ましい。例えば、上記相関データに基づいて求められる標準操舵モーメントＭstr_nmの値（基準値）を、後述する如く算出される倒立振子質点横移動量推定値Ｐb_diff_y_actに応じて（又は車体２のロール方向の傾斜角φｂ_actの検出値に応じて）補正することで、標準操舵モーメントＭstr_nmを決定することが、より望ましい。

目標姿勢状態決定部３４は、倒立振子質点横移動量Ｐb_diff_yの目標値である目標倒立振子質点横移動量Ｐb_diff_y_cmdと、倒立振子質点横速度Ｖbyの目標値である目標倒立振子質点横速度Ｖby_cmdとを決定する。本実施形態では、目標姿勢状態決定部３４は、一例として、Ｐb_diff_y_cmdとＶby_cmdとを共にゼロに設定する。

倒立振子質点横移動量推定値算出部３１には、車体傾斜検出器５１の出力により示される車体２のロール方向の傾斜角φbの検出値と、前輪操舵角検出器５２の出力により示される前輪操舵角δf_actの検出値とが入力される。そして、倒立振子質点横移動量推定値算出部３１は、入力された傾斜角φbの検出値と前輪操舵角δf_actの検出値とを用いて、次式（８）により、倒立振子質点横移動量推定値Ｐb_diff_y_actを算出する。

Ｐb_diff_y_act＝φb_act＊（－ｈ’）＋Ｐlfy(δf_act) ……（８）

ここで、式（８）の右辺のＰlfy(δf_act)は、前輪操舵角δfの関数Ｐlfy(δf)の、前輪操舵角δf_actの検出値に対応する関数値である。該関数Ｐlfy(δf)は、前輪操舵角δfの増加（負側の値から正側への値の増加）に伴い、関数値が減少していく特性を有する非線形関数である。

制御装置５０は、各制御処理周期おいて、さらに、倒立振子質点横速度推定値算出部３２、制御ゲイン決定部３５及び目標トレール長決定部３７の処理を以下に説明する如く実行する。

倒立振子質点横速度推定値算出部３２には、倒立振子質点横移動量推定値算出部３１で算出された倒立振子質点横移動量推定値Ｐb_diff_y_actと、前輪操舵角δf_actの検出値と、前輪３ｆの回転移動速度Ｖf_actの推定値とが入力される。そして、倒立振子質点横速度推定値算出部３２は、入力された倒立振子質点横移動量推定値Ｐb_diff_y_act、前輪操舵角δf_actの検出値及び回転移動速度Ｖf_actの推定値を用いて、次式（９）により、倒立振子質点横速度推定値Ｖby_actを算出する。

Ｖby_act
＝Ｐb_diff_y_dot_act＋Ｖf_act＊sin(δf_act＊cos(θcf))＊(Ｌr／Ｌ)
……（９）

なお、式（９）の右辺第１項のＰb_diff_y_dot_actは、倒立振子質点横移動量推定値Ｐb_diff_y_actの時間的変化率（単位時間当たりの変化量）である。

制御ゲイン決定部３５には、車速推定値算出部３３により算出された車速推定値Ｖox_actと、トレール長検出器５３の出力により示されるトレール長ｔ_actの検出値とが入力されると共に、前回の制御処理周期で姿勢制御演算部３９により算出された目標前輪操舵角δf_cmdである前回目標前輪操舵角δf_cmd_pが遅延要素４０を介して入力される。

なお、前回目標前輪操舵角δf_cmd_pは、現在時刻での前輪３ｆの実際の操舵角δf_actの擬似的な推定値としての意味を持つものである。従って、δf_cmd_pの代わりに、前輪操舵角検出器５２の出力により示される現在時刻での前輪操舵角δf_actの検出値を制御ゲイン決定部３５に入力するようにしてもよい。

そして、制御ゲイン決定部３５は、姿勢制御演算部３９の処理における後述のゲインＫ1，Ｋ2，Ｋ3，Ｋ4，Ｋ5を、入力された車速推定値Ｖox_act、トレール長ｔ_actの検出値、及び前回目標前輪操舵角δf_cmd_p（又は前輪操舵角δf_actの検出値）に応じて決定する。なお、ゲインＫ1，Ｋ2，Ｋ3，Ｋ4，Ｋ5の具体的な決定処理は後述する。

目標トレール長決定部３７には、車速推定値算出部３３で算出された車速推定値Ｖox_actが入力される。そして、目標トレール長決定部３７は、入力された車速推定値Ｖox_actに応じて目標トレール長ｔ_cmdを決定する。この場合、本実施形態では、目標トレール長ｔ_cmdは、車速推定値Ｖox_actに応じて、例えば図１０に示す如き態様で、前記上限トレール長ｔp及び下限トレール長ｔnのいずれか一方に決定される。

具体的には、車速推定値Ｖox_actがゼロである場合には、目標トレール長ｔ_cmdは下限トレール長ｔn（＜０）に決定される。そして、ｔ_cmd＝ｔnとなっている状態では、車速推定値Ｖox_actがあらかじめ定めた第１の所定値Ｖox1を超える値に増加するまでは、目標トレール長ｔ_cmdは下限トレール長ｔnに維持される。

車速推定値Ｖox_actが第１の所定値Ｖox1を超えると、目標トレール長ｔ_cmdは下限トレール長ｔnから上限トレール長ｔp（＞０）に切替えられる。該上限トレール長ｔpは、本実施形態では、前記標準トレール長ｔ_nmlである。

その後、ｔ_cmd＝ｔpとなっている状態では、車速推定値Ｖox_actがあらかじめ定めた第２の所定値Ｖox2を下まわる値に低下するまでは、目標トレール長ｔ_cmdは上限トレール長ｔp（＞０）に維持される。この場合、第２の所定値Ｖox2は、第１の所定値Ｖox1よりも小さい速度とされている。そして、車速推定値Ｖox_actが第２の所定値Ｖox2を下まわると、目標トレール長ｔ_cmdは上限トレール長ｔpから下限トレール長ｔnに戻される。

以上のように、目標トレール長ｔ_cmdは、基本的には、実際の車速Ｖox_actが低速域の車速である場合（停車時も含む）には、下限トレール長ｔn（＜０）に設定され、実際の車速Ｖox_actが高速側の車速である場合に、上限トレール長ｔp（＞０）に設定される。この場合、ｔ_cmdは、Ｖox_actの変化に対してヒステリシス特性を有するように決定される。

補足すると、目標トレール長ｔ_cmdを車速Ｖox_actに対して連続的に変化させるように決定してもよい。例えば、図１１に示すような態様で、車速Ｖox_actに応じて目標トレール長ｔ_cmdを決定してもよい。この例では、所定車速Ｖox3以下の低速側車速域では、ｔ_cmdは、下限トレール長ｔnで一定に維持され、Ｖox3よりも大きい所定車速Ｖox4以上の高速側車速域では、ｔ_cmdは、上限トレール長ｔpで一定に維持される。そして、Ｖox3とＶox4との間の車速域でＶox_actの増加に伴い、ｔ_cmdが単調に増加される。

制御装置５０は、各制御処理周期において、さらに、姿勢制御演算部３９の処理を以下に説明する如く実行する。姿勢制御演算部３９には、目標姿勢状態決定部３４で決定された目標倒立振子質点横移動量Ｐb_diff_y_cmd及び目標倒立振子質点横速度Ｖby_cmdと、倒立振子質点横移動量推定値算出部３１で算出された倒立振子質点横移動量推定値Ｐb_diff_y_actと、倒立振子質点横速度推定値算出部３２で算出された倒立振子質点横速度推定値Ｖby_actと、制御ゲイン決定部３５で決定されたゲインＫ1，Ｋ2，Ｋ3，Ｋ4，Ｋ5と、標準操舵モーメント決定部３８で決定された標準操舵モーメントＭstrとが入力される。

そして、姿勢制御演算部３９は、上記の入力値を用いて、図１２のブロック線図に示す処理を実行することによって、目標前輪操舵角δf_cmdと、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdと、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdとを決定する。

図１２において、処理部３９－１は、入力されたＰb_diff_y_cmdとＰb_diff_y_actとの偏差を求める処理部、処理部３９－２は、処理部３９－１の出力にゲインＫ1を乗じる処理部、処理部３９－３は、入力されたＶby_cmdとＶby_actとの偏差を求める処理部、処理部３９－４は、処理部３９－３の出力にゲインＫ2の乗じる処理部、処理部３９－５は、前回の制御処理周期での目標前輪操舵角δf_cmdの値である前回目標前輪操舵角δf_cmd_pにゲインＫ3を乗じる処理部、処理部３９－６は、前回の制御処理周期での目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdの値である前回目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd_pにゲインＫ4を乗じる処理部、処理部３９－７は、入力された標準操舵モーメントＭstrにゲインＫ5を乗じる処理部、処理部３９－８は、処理部３９－２，３９－４，３９－７のそれぞれの出力と、処理部３９－５，３９－６のそれぞれの出力の（－１）倍の値とを加え合わせることによって、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdを算出する処理部を表している。

また、処理部３９－９は、処理部３９－８の出力を積分することにより目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdを求める処理部、処理部３９－１０は、前回の制御処理周期での処理部３９－９の出力（すなわち、前回目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd_p）を処理部３９－６に出力する遅延要素、処理部３９－１１は、処理部３９－９の出力を積分することにより目標前輪操舵角δf_cmdを求める処理部、処理部３９－１２は、前回の制御処理周期での処理部３９－１１の出力（すなわち、前回目標前輪操舵角δf_cmd_p）を処理部３９－５に出力する遅延要素を表している。

従って、本実施形態では、姿勢制御演算部３９は、次式（１０）により、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdを算出する。

δf_dot2_cmd＝Ｋ1＊(Ｐb_diff_y_cmd－Ｐb_diff_y_act)
＋Ｋ2＊(Ｖby_cmd－Ｖby_act)
－Ｋ3＊δf_cmd_p－Ｋ4＊δf_dot_cmd_p)＋Ｋ5＊Ｍstr_nml
……（１０）

この式（１０）において、Ｋ1＊(Ｐb_diff_y_cmd－Ｐb_diff_y_act)は、偏差(Ｐb_diff_y_cmd－Ｐb_diff_y_act)を“０”に近づける機能を有するフィードバック操作量、Ｋ2＊(Ｖby_cmd－Ｖby_act)は、偏差(Ｖby_cmd－Ｖby_act)を“０”に近づける機能を有するフィードバック操作量、－Ｋ3＊δf_cmd_pは、δf_cmdを“０”に近づける機能を有するフィードバック操作量、－Ｋ4＊δf_dot_cmd_pは、δf_dot_cmdを“０”に近づける機能を有するフィードバック操作量、Ｋ5＊Mstr_nmlは、δf_dot2_cmd，δf_dot_cmd，δf_cmdに応じた前輪３ｆの操舵制御によって発生する操舵モーメントＭstr_actを、標準操舵モーメントＭstr_nmlに近づける機能を有するフィードフォワード操作量である。

そして、姿勢制御演算部３９は、上記式（１０）により決定したδf_dot2_cmdを積分することにより、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdを決定する。さらに、姿勢制御演算部３９は、このδf_dot_cmdを積分することにより、目標前輪操舵角δf_cmdを決定する。

なお、式（１０）の演算で用いるδf_cmd_p、δf_dot_cmd_pは、それぞれ、現在時刻での前輪３ｆの実際の操舵角、操舵角速度の擬似的な推定値としての意味を持つものである。従って、δf_cmd_pの代わりに、現在時刻での前輪操舵角δf_actの検出値を使用してもよい。また、δf_dot_cmd_pの代わりに、現在時刻での前輪操舵角速度δf_dot_actの検出値を使用してもよい。

かかる姿勢制御演算部３９の処理で使用される前記ゲインＫ1～Ｋ5が、前記制御ゲイン決定部３５により決定される。この場合、制御ゲイン決定部３５は、ゲインＫ1～Ｋ5のそれぞれの目標値を、車速推定値Ｖox_actと、前回目標前輪操舵角δf_cmd_p（又は前輪操舵角δf_actの現在時刻での検出値）と、トレール長ｔ_actの検出値とに応じて、図１３Ａ～図１３Ｃのグラフで示す如き傾向で変化させるように決定する。

この場合、ゲインＫ1～Ｋ5のそれぞれの目標値は、車速Ｖox（車速推定値Ｖox_act）が大きくなるに伴い、小さくなる（ゼロに近づく）ような傾向で決定される。特に、高速域の車速Ｖox（図１３Ａの所定車速Ｖox5よりも大きい車速）では、ゲインＫ1～Ｋ5のそれぞれの目標値はゼロに一致もしくはほぼ一致するように決定される。

また、ゲインＫ1～Ｋ5のうちのゲインＫ1～Ｋ4のそれぞれの目標値は、例えば図１３Ｂのグラフで示すように、前輪操舵角δf（前回前輪操舵角δf_cmd_p又は前輪操舵角δf_actの検出値）の大きさ（絶対値）が大きくなるに伴い、ゼロまで小さくなるような傾向で決定される。

また、ゲインＫ1～Ｋ5のうちのゲインＫ1～Ｋ4のそれぞれの目標値は、例えば図１３Ｃのグラフで示すように、トレール長ｔ（トレール長ｔ_actの検出値）が、負側の値から正側の値に増加するに伴い、大きくなっていくような傾向で決定される。なお、ゲインＫ1～Ｋ5のそれぞれの目標値を上記の如く決定する処理は、例えば、あらかじめ作成されたマップ又は演算式等に基づいて行われる。

そして、制御ゲイン決定部３５は、前記式（１０）の演算処理で使用するゲインＫ1～Ｋ5のそれぞれの値を、上記の如く決定した目標値に徐々に収束する（例えば、一次遅れの応答特性で収束する）ように決定する。姿勢制御演算部３９は、このように決定されたゲインＫ1～Ｋ5の値を用いて前記式（１０）の演算処理を実行することで、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmd、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角δf_cmdを算出する。なお、標準操舵モーメントＭstrに乗じるゲインＫ5は、車体２の姿勢制御のための処理に用いる他のゲインＫ1～Ｋ5よりも、遅い応答速度で目標値に追従させるように決定することが好ましい。

次に、制御装置５０による前記操舵用アクチュエータ８、トレール長変更用アクチュエータ１５、及び走行用アクチュエータ２７の作動制御を説明する。制御装置５０は、目標車速決定部３６で決定された目標車速Ｖox_cmdと、車速推定値算出部３３で算出された車速推定値Ｖox_actとに応じて走行用アクチュエータ２７の作動制御を行う。例えば、制御装置５０は、目標車速Ｖox_cmdに車速推定値Ｖox_actを追従させるように、フィードバック制御則により走行用アクチュエータ２７を制御する。

なお、例えば、車速推定値Ｖox_actを使用せずに、目標車速Ｖox_cmdから走行用アクチュエータ２７の目標回転速度を決定し、該目標回転速度に応じて走行用アクチュエータ２７を制御してもよい。

また、例えば、アクセル操作量の検出値に応じて、走行用アクチュエータ２７から出力させる目標駆動力を決定し、該目標駆動力に応じて走行用アクチュエータ２７を制御することも可能である。この場合には、目標車速決定部３６を省略できる。

また、制御装置５０は、目標トレール長決定部３７で決定した目標トレール長ｔ_cmdに応じてトレール長変更用アクチュエータ１５の作動制御を行う。具体的には、目標トレール長t_cmdが下限トレール長ｔnから上限トレール長ｔp（標準トレール長ｔ_nml）に切替わった場合には、制御装置５０は、ロック機構１５ａをオフ状態に作動させた状態（ロック機構１５ａによるトレール長ｔのロックが解除される状態）で、例えば図１０の下段側の図の破線のグラフで例示するように、トレール長ｔ_actが所定の時間幅Ｔacc内でｔnからｔpまで単調変化するようにトレール長変更用アクチュエータ１５を制御する。この場合、ｔnからｔpまでのトレール長ｔ_actの変化パターンは、直線的なパターンに限らず、種々のパターンを採用し得る。

そして、本実施形態では、目標トレール長ｔ_cmdが上限トレール長ｔpに設定されている状態で、トレール長ｔ_actの検出値が上限トレール長ｔp（＝ｔ_cmd）に一致する状態に達すると（ｔ_cmd＝ｔ_act＝ｔpになると）、制御装置５０は、前記ロック機構１５ａをオン状態に作動させることで、トレール長ｔ_actを上限トレール長ｔpにロックすると共に、トレール長変更用アクチュエータ１５をオフ状態（通電遮断状態）にする。

また、目標トレール長t_cmdが上限トレール長ｔpから下限トレール長に切替わった場合には、制御装置５０は、ロック機構１５ａをオフ状態に作動させた状態で、図１０の下段側の図の破線のグラフで例示するように、トレール長ｔ_actが所定の時間幅Ｔdec内でｔpからｔnまで単調変化するようにトレール長変更用アクチュエータ１５を制御する。この場合、ｔpからｔnまでのトレール長ｔ_actの変化パターンは、直線的なパターンに限らず、種々のパターンを採用し得る。

なお、上記時間幅Ｔacc，Ｔdecは、互いに同じ時間幅、あるいは、互いに異なる時間幅のいずれであってもよい。また、下限トレール長ｔn及び上限トレール長ｔpの一方から他方へのトレール長ｔ_actの変化時において、トレール長変更用アクチュエータ１５を一定の駆動力で作動させてもよい。

補足すると、目標トレール長ｔ_cmdが上限トレール長ｔpに設定されている状態で、トレール長ｔ_actの検出値が上限トレール長ｔp（＝ｔ_cmd）に一致する状態に達した場合に限らず、目標トレール長ｔ_cmdが下限トレール長ｔnに設定されている状態で、トレール長ｔ_actの検出値が下限トレール長ｔn（＝ｔ_cmd）に一致する状態に達した場合にも、前記ロック機構１５ａをオン状態に作動させると共に、トレール長変更用アクチュエータ１５をオフ状態（通電遮断状態）にしてもよい。

また、制御装置５０は、姿勢制御演算部３９で決定した目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmd、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角δf_cmdに応じて、操舵用アクチュエータ８の作動制御を行う。

例えば、制御装置５０は、δf_dot2_cmd、δf_dot_cmd及びδf_cmdと、前輪操舵角δf_actの検出値と、該前輪操舵角δf_actの時間的変化率としての前輪操舵角速度δf_dot_actの検出値とから、次式（１１）により、操舵用アクチュエータ８の通電電流の目標値である電流指令値Ｉ_δf_cmdを決定する。なお、ここでは、操舵用アクチュエータ８は電動モータである。

Ｉ_δf_cmd＝Ｋδf_p＊(δf_cmd－δf_act)
＋Ｋδf_v＊(δf_dot_cmd－δf_dot_act)
＋Ｋδf_a＊δf_dot2_cmd ……（１１）

ここで、式（１１）のおけるδf_act，δf_dot_actは、それぞれ前輪操舵角検出器５２の出力により示される検出値、Ｋδf_p，Ｋδf_v，Ｋδf_aはそれぞれ、所定値のゲインである。

そして、制御装置５０は、モータドライバ等により構成される電流制御部（図示省略）により、操舵用アクチュエータ８の実際の通電電流を電流指令値Ｉ_δf_cmdに一致する電流に制御する。これにより、前輪３ｆの実際の操舵角δf_actが、目標前輪操舵角δf_cmdに追従するように制御される。なお、操舵用アクチュエータ８の作動制御の手法は、前輪３ｆの操舵角δf_actを目標操舵角δf_cmdに制御し得る手法であれば、上記と異なる手法であってもよい。

本実施形態では、前輪３ｆの操舵制御を行うモードが選択されている状態では、二輪車１Ａの停車時及び走行時に、上記の如く制御装置５０の制御処理が実行される。

なお、前輪３ｆの操舵制御を行うモードが選択されている状態では、制御装置５０は、操舵クラッチ８ａをオフ状態（操舵用アクチュエータ８から操舵回転部１２への動力伝達を遮断する状態）に作動させると共に、操舵用アクチュエータ８をオフ状態（通電遮断状態）にする。また、制御装置５０は、トレール長ｔ_actをロック機構１５ａにより上限トレール長ｔp（＝標準トレール長ｔ_nml）にロックする。

以上説明した実施形態によれば、姿勢制御演算部３９による目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdを決定する演算処理（式（１０））で、標準操舵モーメントＭstr_nmlに応じた成分（Ｍstr_nmlにゲインＫ5を乗じてなる成分）が付加される。そして、該目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdと、それを積分して得られる目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角δf_cmdに応じて操舵用アクチュエータ８が制御される。

このため、操舵用アクチュエータ８は、車体２のロール方向の姿勢を安定化するように作動しつつ、操縦ハンドル７に対して操舵軸線Ｃsf周りに標準操舵モーメントＭstr_nmlと同方向の操舵トルクを、トレール長ｔ_actによらずに付与するように作動する。また、この場合、標準操舵モーメントＭstr_nmlは、前輪舵角δf_actの検出値に応じて決定されるので、操縦ハンドル７に対して付与される操舵トルクも、実際の前輪舵角δf_actに応じたものとなる。

従って、二輪車１Ａの運転者は、トレール長ｔ_actが負のトレール長となっている状態（本実施形態では、車速推定値Ｖox_actが低速側の車速である場合）でも、トレール長ｔ_actが正のトレール長となっている状態と同様の方向の反力を操縦ハンドル７から受けながら、該操縦ハンドル７を操作することができる。

また、前記式（１０）の演算処理で標準操舵モーメントトレール長ｔ_actが負のトレール長に設定される低速側の車速Ｖoxに乗じるゲインＫ5の目標値は、車速推定値Ｖox_actの増加に伴い、小さくなるので、トレール長ｔ_actが負のトレール長に設定される低速側の車速Ｖoxでは、トレール長ｔ_actが正のトレール長に設定される高速側の車速Ｖoxよりも、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdに含まれる標準操舵モーメントＭstr_nmlに応じた成分（＝Ｋ5＊Ｍstr_nml）が大きくなる。ひいては、操縦ハンドル７に対して付与されるトルクがトレール長ｔ_actに応じて変動するのを抑制することができる。

なお、以上説明した実施形態では、トレール長可変機構は、図５及び図６に例示した構造のものと異なる構造のものであってもよい。前輪３ｆのトレール長を変更可能とするためのトレール長可変機構は、アクチュエータにより前輪３ｆのトレール長を変更し得る機構であれば、どのような構造のものであってもよい。

例えば、トレール長可変機構は、ボールネジ機構等を用いて、前輪３ｆを前記操舵回転部１２に対して、前後方向に直線状に動かすように構成されていてもよい。また、トレール長可変機構は、例えば特開２０１４－１８４９３４号公報、あるいは、米国特許第９３０２７３０号明細書に提案されている構造のものであってもよい。

また、前記実施形態では、本発明の移動体として、二輪車１Ａを例示した。ただし、本発明の移動体は、車体を運転者の体重移動に応じてロール方向に傾斜させ得る構造のものであれば、例えば前輪又は後輪が、車幅方向に並列する複数の車輪により構成されていてもよい。さらに、本発明の移動体は、例えば、後輪に対して、車体及び前輪をロール方向に傾斜させることが可能となっている構造のものであってもよい。

また、前記実施形態では、車体２の傾斜状態を示す状態量として、倒立振子質点１２３の横移動量Ｐb_diff_y及び横速度Ｖbyを用いて、該状態量の目標値に収束させるように車体２のロール方向の姿勢制御を行うものを示した。ただし、例えば、倒立振子質点１２３の横移動量Ｐb_diff_yだけを制御対象の状態量として用いて、車体２のロール方向の姿勢制御を行うことも可能である。あるいは、車体２のロール方向の傾斜角を制御対象の状態量として用いて、あるいは、車体２のロール方向の傾斜角と、その時間的変化率である傾斜角速度とを制御対象の状態量として用いて、車体２のロール方向の姿勢制御を行うことも可能である。

Claims

車体と、該車体の前後方向に間隔を存して配置された前輪及び後輪とを備えると共に、前記前輪が操舵軸線まわりに操舵可能な操舵輪であり、該前輪を運転者が操舵するための操舵操作部を備える移動体であって、
前記前輪のトレール長を可変とするトレール長可変機構を有すると共に該前輪を前記操舵軸線のまわりに操舵可能に支持するように構成された前輪支持機構と、
前記前輪を操舵する駆動力を発生する操舵用アクチュエータと、
前記前輪のトレール長を変化させる駆動力を発生するトレール長変更用アクチュエータと、
前記操舵用アクチュエータ及びトレール長変更用アクチュエータを制御する制御装置とを備えており、
前記トレール長可変機構は、前記前輪のトレール長を正の上限トレール長と、負の下限トレール長との間で変化させ得るように構成されており、
前記制御装置は、少なくとも前記前輪のトレール長が負のトレール長になっている状態で、前記前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを前記操舵操作部に付与するように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする移動体。
請求項１記載の移動体において、
前記制御装置は、当該移動体の走行速度の増加に伴い、前記前輪のトレール長を負のトレール長から正のトレール長に変化させるように前記トレール長変更用アクチュエータを制御するように構成されていると共に、前記走行速度の増加に伴い、前記操舵トルクを弱めるように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする移動体。
請求項１又は２記載の移動体において、
前記制御装置は、前記操舵トルクを前記前輪の操舵角の観測値に応じて決定するように構成されていることを特徴とする移動体。
請求項３記載の移動体において、
前記制御装置は、前記前輪のトレール長が正の所定値である場合における該前輪の操舵角と、該操舵角に応じて前記操舵操作部に作用するトルクとの関係を表す相関データを記憶保持しており、前記前輪の操舵角の観測値から、前記相関データに基づいて、前記操舵トルクを決定することを特徴とする移動体。