WO2006095823A1

WO2006095823A1 - 車両

Info

Publication number: WO2006095823A1
Application number: PCT/JP2006/304624
Authority: WO
Inventors: Nobuaki Miki; Munehisa Horiguchi; Takumi Tachibana; Fumihiko Sakakibara; Katsunori Doi; Toshio Fukuda; Takayuki Matsuno
Original assignee: Equos Research Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2006-09-14
Also published as: US8016060B2; US20080164083A1

Description

明細書

車両

技術分野

[0001] 本発明は車両に関し、例えば倒立振り子の姿勢制御を利用した車両の姿勢制御に関する。

背景技術

[0002] 倒立振り子の姿勢制御を利用して、一軸上に配置された駆動輪の上に運転者が搭乗し、一輪車のようにバランスを保持しながら走行する車両 (以下、単に倒立振り子車両と、う）が注目され、現在実用化されつつある。

例えば、同軸上に配置された 2つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による駆動輪の姿勢を感知して駆動する技術が特許文献 iで提案されている。

また、従来の円形状の駆動輪 1つや、球体状の駆動輪 1つの姿勢を制御しながら移動する車両が特許文献 2におヽて提案されて!ヽる。

[0003] このような、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両では、運転者の重心移動量ゃリモコン操作量に応じた駆動力を発生させ、姿勢制御を行ヽながら走行するようになつている。

特許文献記載の技術では、車両の重心位置を移動させてバランスを保持するために、錘やカウンタウェイト（以下単にバランサという）を配置し、これを移動させることで重心移動を行う技術にっ、て開示されて、る。

[0004] また、倒立振り子車両は、例えば、次の特許文献 3に示されたように、車輪型倒立振り子の原理を用いてバランスを保持するようになって!/、る。

倒立振り子車両では、重心が車軸より上方にあるため、如何にしてバランスを保持するかが重要となってくる。バランスの保持は、重心の移動する方向（車両が傾斜する方向）に車両を移動することによって実現することができるが、バランサを併用するとより効果的である。

[0005] 特許文献 4では、バランスの保持を補助するためのバランサを備えた倒立振り子車両が提案されている。この特許文献 4で提案されてヽる技術は、駆動輪が球体で構成されてヽる場合のバランス方法である力その原理は図 22に示したとおりである。

すなわち、駆動輪 11、搭乗部 13、及びバランサ 101で構成され、図示した走行方向と垂直な方向に車軸を有する車両 100があった場合、搭乗部 13の傾斜に対してノ《ランサ 101を逆方向に移動させてバランスを保持するものである。

[0006] 一方、公開された技術ではないが、このようなバランサ 101を使用して姿勢制御を行う場合、バランサ 101を加速することで発生する反力 (反力トルク)で姿勢制御を行うことち考免られる。

図 28を用いて説明すると、バランサ 101を車軸の回りに回転 (傾斜)させる際に、バランサ 101の回転方向と逆方向に搭乗部 13を回転させるトルク (反力トルク）が発生することを禾 IJ用するものである。

この方式では、搭乗部 13が前方に傾斜させる外力が働いた場合、搭乗部の傾斜方向にバランサ 101を回転させることで、ノランサの回転方向と逆方向、すなわち、外力による傾斜方向と逆方向のトルクを搭乗部に作用させることで姿勢を制御するものである。

また、搭乗部 13が目標値よりも前傾しすぎているとする。これを立て直す場合、搭乗部 13を立て直す方向と逆の方向、すなわち、前傾方向にバランサ 101を回転することで、ノンサ 101を加速した際に生じる反力トルクにより搭乗部 13が立ち直る方向に移動する。

例えば、図 28において、バランサ 101を矢線 B方向に加速すると、その反力トルクにより搭乗部 13を矢線 A方向〖こ移動させることができる。

[0007] 特許文献 1 :特開 2004— 276727公報

特許文献 2：特開 2004— 129435公報

特許文献 3 :特開 2005— 094898公報

特許文献 4：特開 2004— 129435公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 上記した特許文献 1、 2では、車両の重心移動方向と反対方向にバランサを移動させるようにしている。

しかし、バランサを移動すると、その移動方向と反対方向の反力が車両に作用し、バランサと反対方向に車両重心 (バランサの重心を除く）が移動することになる。このため、バランサ重心を除いた車両重心が例えば前方に移動した場合に、バランサを後方に移動させると、反力により車両重心はさらに前方に移動してしま、バランスをとることができない。

特許文献に記載された車両重心とバランサ重心は、両重心を合成した全重心が車軸の鉛直線上に位置したバランス状態、言、換えれば静的な安定状態における重心位置を表現したに過ぎず、この静的安定状態は、車両重心の移動方向と反対方向にバランサを移動させることによっては実現することはできな、。

[0009] 一方、図 22に示したバランサ 101のように、有限のストローク内でバランサを移動させて姿勢制御を行う場合、バランサの効果を発揮させるにはバランサの質量をある程度大きくする必要があった。

そのため、バランサの制御系の強度を保っために、ノランサ系の重量も大きくなり、燃費の向上に不利である。

また、バランサが車軸に対して不対称な形状をしているため、バランサを車軸の回りに回転させると車両の重心が移動してしまい、姿勢制御が複雑になってしまった。また、バランサを車軸の上部で動作させるため、バランサの動作スペースが必要でめつに。

さらに、乗車位置をバランサよりも上部に配置する必要から車高が高くなり車両全体が大きくなつていた。

カロえて、バランサを重力に逆らって保持するため、エネルギーの消費量が大きくなるという問題もあった。

[0010] また図 28に示した車両において、バランサ 101を加速してその反力トルクにより搭乗部 13の姿勢制御を行うことが可能であるが、バランサ 101と搭乗部 13が移動することにより、車両全体の重心の位置が移動してしまうことになる。

そして、ノランサ 101を動かす量は、搭乗部 13を動力したい量によって決まってしまうため、全体の重心を直接制御できな、と、う問題がある。このように、バランサ 101の駆動に伴って全体の重心が移動すると、車両の姿勢制御が複雑化することになる。

[0011] そこで、本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両において、バランサの移動により車両の姿勢を動的に制御することが可能な車両を提供することを第 1の目的とする。

また、本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両において、バランサの移動により車両の発進を行うことが可能な車両を提供することを第 2の目的とする。

また本発明は、姿勢制御の容易化、高性能化、車両の小型化を第 3の目的とする。また本発明は、車両の重心位置を所定位置に保つようにバランサを駆動することを第 4の目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] (1)請求項 1に記載した発明では、一軸上に配置された駆動輪と、搭乗部と、前記搭乗部の傾斜に基づく物理量を検出する姿勢感知センサと、前記搭乗部に対して移動可能に配置されたバランサと、搭乗者による駆動指令に従って前記駆動輪を駆動制御する駆動制御部と、前記検出した搭乗部の物理量に応じて前記検出した搭乗部の傾斜方向に前記バランサを移動し、これにより生じる反力トルクで前記搭乗部を元の姿勢位置に戻すことで前記搭乗部の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、を車両に具備させて前記第 1の目的を達成する。

(2)請求項 2に記載した発明では、一軸上に配置された駆動輪と、搭乗部と、前記搭乗部の傾斜に基づく物理量を検出する姿勢感知センサと、前記搭乗部に対して移動可能に配置されたバランサと、搭乗者による駆動指令に従って前記駆動輪を駆動制御する駆動制御部と、前記検出した搭乗部の物理量に応じて、前記バランサを該傾斜方向に移動させることで前記搭乗部の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、を具備し、前記姿勢制御手段は、前記検出した物理量が所定値を超える場合に、該所定値に対応する反力トルクが発生するように前記バランサを移動すると共に、姿勢制御に必要な前記駆動輪の加減トルク値を前記駆動制御部に供給し、前記駆動制御部は、前記駆動指令及び前記加減トルク値に従って前記駆動輪を駆動制御する、ことで前記第 1の目的を達成する。 (3)請求項 3に記載した発明では、請求項 2に記載の車両において、前記姿勢制御手段は、車速が所定値以下の場合は前記バランサの移動と前記加減トルク値の供給により、車速が前記所定値より大きい場合は前記加減トルク値の供給により、姿勢制御を行うことを特徴とする。

(4)請求項 4に記載した発明では、において、一軸上に配置された駆動輪と、搭乗部と、前記搭乗部の傾斜に基づく物理量を検出する姿勢感知センサと、前記搭乗部に対して移動可能に配置されたバランサと、搭乗者による駆動指令に従って前記駆動輪を駆動制御する駆動制御部と、前記検出した搭乗部の物理量に応じて前記搭乗部の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、を具備し、前記姿勢制御手段は、車両の発進時において、進行方向と逆方向に前記バランサを移動し、その反力トルクで車両全体の重心を進行方向に移動させる、ことで前記第 1及び第 2の目的を達成する。

(5)請求項 5に記載した発明では、請求項 4に記載の車両において、前記姿勢制御手段は、車両の加速時において進行方向と逆方向に前記バランサを移動し、減速時にお、て進行方向に前記バランサを移動する、ことを特徴とする。

(6)請求項 6に記載した発明では、一軸の車軸上に配置された駆動輪を駆動する駆動輪駆動手段と、前記駆動輪の上方に配置され、前記駆動輪の運転操作を行う運転操作部と、前記運転操作部に対して移動可能に配置された複数のバランサと、車両の重心位置を所定位置に保つように前記複数のバランサを個別に移動し、その際に生じる反力により前記運転操作部の姿勢を所定の位置に制御する姿勢制御手段と、を車両に具備させて前記第 4の目的を達成する。

(7)請求項 7に記載した発明では、請求項 6に記載の車両において、前記複数のバランサは、前記車軸の回りに移動可能に配置されており、前記姿勢制御手段は、前記複数のバランサを前記車軸の回りに個別に回転させることにより移動させることを特徴とする。

(8)請求項 8に記載した発明では、請求項 1から請求項 7のうちのいずれか 1の請求項に記載の車両において、前記姿勢制御手段は、前記バランサを、前記検出した物理量に対するトルク T1以上のトルク T2を発生させる角加速度又は角速度で移動させることを特徴とする。 (9)請求項 9に記載した発明では、請求項 1から請求項 8のうちのいずれか 1の請求項に記載の車両において、前記バランサを移動させるバランサモータを備え、前記姿勢制御手段は、前記バランサモータにより前記バランサを前記搭乗部の傾斜方向に移動させることを特徴とする。

(10)請求項 10に記載した発明では、請求項 1から請求項 9のうちのいずれか 1の請求項に記載の車両において、前記姿勢制御手段は、前記バランサと共に前記バランサモータを、前記搭乗部の傾斜方向に移動させることを特徴とする。

(11)請求項 11に記載した発明では、請求項 1から請求項 10のうちのいずれか 1の請求項に記載の車両において、前記バランサは、前記バランサモータに電力を供給する電源であることを特徴とする。

(12)請求項 12 (EQ05086の請求項 1)に記載した発明では、一軸の車軸上に配置された駆動輪を駆動する駆動輪駆動手段と、前記駆動輪の上方に配置され、前記駆動輪の運転操作を行う運転操作部と、前記車軸と同一軸上の回転軸の回りに回転する回転体と、前記回転体の回転を加速し、その際に生じる反力により前記運転操作部の姿勢を所定の位置に制御する姿勢制御手段と、を車両に具備させて前記第 3 の目的を達成する。

(13)請求項 13に記載した発明では、請求項 12に記載の車両において、前記姿勢制御手段は、前記運転操作部が前記所定の位置から前記車軸の回りに傾、た方向と同じ方向に前記回転体を加速することを特徴とする。

(14)請求項 14に記載した発明では、請求項 12、又は請求項 13に記載の車両において、前記姿勢維持手段は、前記前記運転操作部が前記所定の位置にある場合、前記回転体を自由回転させることを特徴とする。

発明の効果

請求項 1及び請求項 2に記載した本発明では、搭乗部の傾斜に基づく角加速度等の物理量を検出し、検出した物理量に応じて、ノンサを搭乗部の傾斜方向に移動させることで姿勢制御を行うようにしたので、駆動輪が一軸上に配置された車両の姿勢を動的に制御することができる。

また、請求項 2に記載した本発明では、物理量が所定値を超える場合に、所定値に対応する反力トルクが発生するように前記バランサを移動すると共に、姿勢制御に必要な駆動輪の加減トルク値を駆動制御部に供給することで、バランサと駆動輪による姿勢制御を行うようにしたので、より大きな外力に対しても車両の姿勢を動的に制御することができる。

また、請求項 4に記載した本発明では、姿勢制御手段が、車両の発進時において、進行方向と逆方向に前記バランサを移動し、その反力トルクで車両全体の重心を進行方向に移動させるように構成したので、ノ《ランサの移動により発進ことができる。また、請求項 6に記載した本発明では、複数のバランサを個別に駆動することで姿勢制御を行うので、車両の重心位置を所定位置に保つことができる。

また請求項 12に記載した本発明では、車軸と平行な回転軸の回りに回転する回転体を回転を加速させることで姿勢制御を行うので、姿勢制御を容易、高性能とし、車両を小型化することができる。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

(1)第 1実施形態の概要

第 1実施形態では、ジャイロセンサで搭乗部（車体)の傾斜を検出し、その傾斜する角加速度から、搭乗部の傾斜に対するトルク T1を算出し、そのトルク T1を打ち消して傾斜方向と反対の方向に搭乗部を戻すためのトルク T2をバランサの移動により発生させる。

すなわち、バランサを搭乗部の傾斜方向にトルク T2 ( >T1)で駆動することにより、トルク Τ2に対する反力トルク—Τ2を搭乗部に作用させる。

この反力トルク Τ2により、搭乗部は最初に傾斜した方向と反対方向に押し戻される。

搭乗部が反対方向に押し戻されることで、鉛直線に対する反対側に搭乗部が傾斜した際の角加速度をジャイロセンサで検出し、その角加速度に対応したトルク Τ2でバランサを反対方向（搭乗部の移動方向で、最初にバランサを移動した方向と逆の方向）に再度移動する。 [0015] このように、第 1実施形態では、搭乗部の傾斜方向にバランサを移動し、その反カトルクで搭乗部を反対方向に移動する。この動作が繰り返されることで搭乗部の傾斜角度は徐々に小さくなり、搭乗部とバランサとの全体の重心が鉛直線上に戻るまで繰り返される。

[0016] (2)第 1実施形態の詳細

図 1は本実施形態に力かる倒立振り子車両の外観構成を例示したものである。図 1に示されるように、倒立振り子車両は、同軸に配置された 2つの駆動輪 l la、 11 bを備えている。

両駆動輪 l la、 l ibは、それぞれ駆動モータ（ホイールモータ） 12で駆動されるようになっている。

[0017] 駆動輪 l la、 l ib (以下、両駆動輪 11aと l ibを指す場合には駆動輪 11という）及び駆動モータ 12の上部には運転者が搭乗する搭乗部 13が配置されてヽる。

搭乗部 13は、運転者が座る座面部 131、背もたれ部 132、及びヘッドレスト 133で構成されている。

搭乗部 13は、駆動モータ 12が収納されて、るホイールモータ筐体 121に固定された支持部材 14により支持されている。

[0018] 搭乗部 13の左脇には操縦装置 15が配置されている。この操縦装置 15は、運転者の操作により、倒立振り子車両の加速、減速、旋回、回転、停止、制動等の指示を行う為のものである。

第 1実施形態における操縦装置 15は、座面部 131に固定されている力有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に操縦装置を配置するようにしてもよい。

[0019] なお本実施形態において、操縦装置 15の操作により出力される操作信号によって加減速等の制御が行われるが、例えば、特許文献 1に示されるように、運転者が車両に対する前傾きモーメントや前後の傾斜角を変更することで、その傾斜角に応じた車両の姿勢制御及び走行制御を行うように切替可能にしてもょ、。

なお、運転者による傾きモーメントによる姿勢制御及び走行制御を行う場合には、本実施形態による姿勢制御は行わな、。但し、傾きモーメントによる姿勢制御等を行う場合であっても、運転者の動きによる傾きモーメントと、外力による傾きモーメントとを別々に検出するセンサを配置する場合には、外力による傾きモーメントを打ち消すために本実施形態による姿勢制御を適用するようにしてちょい。

[0020] 搭乗部 13と駆動輪 11との間には制御ユニット 16が配置されている。

本実施形態におヽて制御ュ-ット 16は、搭乗部 13の座面部 131の下面に取り付けられて、るが、支持部材 14に取り付けるようにしてもょ、。

[0021] 制御ユニット 16の下部には、本実施形態におけるバランサ駆動部 18が配置されている。

バランサ駆動部 18は、両駆動輪 11間の略中心上で、駆動輪に挟まれる位置に配置されている。

[0022] 図 2は、ノ《ランサ駆動部 18の構成を表したものである。

図 2に示されるようにバランサ駆動部 18は、制御ユニット 16の下部に取り付けられたバランサモータ 181、バランサ 182、及びバランサ駆動機構 183から構成されている。

[0023] バランサ駆動機構 183は、互いに歯合するバランサ歯車 184、軸受け 185、歯車支持部 186、及びモータ歯車 187を備えている。

ノンサ歯車 184は、半円形状に形成され、その長さ方向の中心にはバランサ 18 2が固定されている。

[0024] 軸受け 185は、静圧軸受け等の各種軸受けを使用することが可能であるが、本実施形態では転がり軸受けで構成されて、る。

軸受け 185の内輪はホイールモータ筐体 121の外面に固定されており、外輪には 3本の歯車支持部 186を介してバランサ歯車 184が固定されている。これにより、半円形状のバランサ歯車 184は駆動輪 11と同軸（回転軸 111)で回動することになる。

[0025] 本実施形態において、バランサ歯車 184を半円形状とすることで、バランサ歯車 18 4自体をバランサ 182の荷重の一部として使用することができる。

本実施形態では、バランサ 182がバランサ歯車 184の長さ方向の中心に固定されることで、約 180度の範囲で移動可能になっている。 [0026] モータ歯車 187は、バランサモータ 181の回転軸に取り付けられている。

モータ歯車 187は、バランサ歯車 184と歯合しており、バランサモータ 181の駆動力で回動することで、バランサ歯車 184を回動させる。これにより、バランサ 182が、その回動軸 111を中心に駆動輪 11と平行な面内を移動する。

[0027] ノランサモータ 181は、制御ユニット 16に固定されることで、間接的に搭乗部 13 ( 本実施形態では座面部 131)に固定されている。

これにより、ノ《ランサモータ 181によりバランサ 182を所定トルク Tで回動 (移動）させる、その反力がバランサモータ 181から搭乗部 22に作用することになる。

[0028] 図 3は、倒立振り子車両の制御ユニット 16の構成を表したものである。

制御ユニット 16は、ノッテリ 160、主制御装置 161、ジャイロセンサ 162、モータ制御装置 163を備えている。

ノッテリ 160は、駆動モータ 12及びバランサモータ 181に電力を供給する。また、主制御装置 161にも制御用の低電圧の電源を供給するようになっている。

[0029] 主制御装置 161は、メイン CPUを備え、図示しない各種プログラムやデータが格納された ROM、作業領域として使用される RAM、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されて、る。

倒立振り子車両の姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置 15からの各種指示信号に基づ、て走行を制御する走行制御プログラム等の各種プログラムカ¾OM ( 又は外部記憶装置）に格納されており、主制御装置 161は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。

[0030] ジャイロセンサ 162は、搭乗部 13の姿勢を感知する姿勢感知センサとして機能するジャイロセンサ 162は、搭乗部 13の傾斜に基づく物理量として、搭乗部 13の角加速度と傾斜角度 Θを検出する。

なお、本明細書において角加速度は { Θ }で表し、図面においては Θの上部に 2つのドットを付した Θドット'ドットで表示する。

[0031] ジャイロセンサ 162で検出される傾斜角度 Θは、車両前方に傾斜する場合が Θ >0 、後に傾斜する場合が Θ < 0である。主制御装置 161は、ジャイロセンサ 162で検出される傾斜角度から傾斜方向を認識する。

[0032] なお、本実施形態のジャイロセンサ 162では、角加速度と傾斜角を検出して主制御装置 161に供給するが、角加速度だけを検出するようにしてもよい。

この場合、主制御装置 161は、ジャイロセンサ 162から供給される角加速度を蓄積することで、角速度と角度を算出して傾斜角を取得するようにする。

[0033] また、姿勢感知センサとしてはジャイロセンサ 162以外に、液体ロータ型角加速度計、渦電流式の角加速度計等の搭乗部 13が傾斜する際の角加速度に応じた信号を出力する各種センサを使用することができる。

液体ロータ型角加速度計は、サーボ型加速度計の振り子の代わりに液体の動きを検出し、この液体の動きをサーボ機構によりバランスさせるときのフィードバック電流から角加速度を測定するものである。一方、渦電流を利用した角加速度計は、永久磁石を用いて磁気回路を構成し、この回路内に円筒形のアルミニウム製のロータを配置し、このロータの回転速度の変化に応じて発生する磁気起電力に基づき、角加速度を検出するものである。

[0034] モータ制御装置 163は、駆動モータ 12、及びバランサ駆動部 18のバランサモータ 181を制御する。

すなわち、主制御装置 161から供給される駆動トルク、速度、回転向きの各指示信号に応じて駆動モータ 12を制御する。

また、主制御装置 161から供給される回転方向指令とトルク指令値 T2に応じたトルクを出力するようにバランサモータ 181を、指令された方向に駆動制御する。

[0035] モータ制御装置 163は、駆動モータ 12用のトルク—電流マップと、バランサモータ 181用のトルク—電流マップを備えている。

このトルク電流マップに従って、モータ制御装置 163は、主制御装置 161から供給される駆動トルクに対応する電流を駆動モータ 12に対して出力し、供給されるトルク指令値 T2に対応する電流をバランサモータ 181に対して出力するように制御するなお、主制御装置 161から供給される駆動トルクは、車両が停止している場合には、姿勢制御のためのトルク指令値 T3であり、走行中は運転者の駆動要求に応じたトルク指令値力も姿勢制御のためのトルク指令値 Τ3を加減算した値である。

[0036] 主制御装置 161には、駆動モータ 12、操縦装置 15、及びジャイロセンサ 162から各装置、機器に応じた情報が供給されるようになっており、これらの情報に応じて姿勢、走行、制動の各制御が行われるようになつている。

すなわち、駆動モータ 12からトルクとロータ位置を示す情報が供給され、操縦装置

15から加速指示情報、減速指示情報、旋回方向を示す旋回情報が供給され、ジャィ口センサ 162からは搭乗部の角加速度 { Θ }が供給されるようになっている。

[0037] 以上のように構成された倒立振り子車両による姿勢制御処理の動作につ!、て説明する。なお、この姿勢制御処理は、車両が停止している（走行していない）場合、加減速中、及び定速走行中、すなわち、車両が取りうるの全ての状態において行われる。

[0038] 図 4は、倒立振り子車両における姿勢制御の原理について説明したものである。

図 4 (a)に示されるように、乗員 Aの重量を ml、バランサ Bの重量を m2とし、駆動輪

11の車輪中心（回転軸)から、乗員の重心までの距離を rl、ノランサの重心までの距離をとする。

[0039] なお、バランサ Bの重量 m2は、バランサ 182だけでなくバランサ 182と一体となって駆動するバランサ歯車 184等の重量である。

また、乗員 Aの重量 mlは、搭乗者が搭乗し、駆動輪 11を固定した状態で回転部分の全重量 Mからバランサ重量 m2を減じた値である。

[0040] いま図 4 (a)の状態から、何かの外力が加わって図 4 (b)に示されるように、乗員 Aの重心（以下乗員重心という）が前方に角加速度 { Θ 1 }で傾斜したものとする。

この乗員重心の傾斜による傾斜角度 0 1と角加速度 { Θ 1 }がジャイロセンサ 162で検出される。

乗員重心の傾斜を検出すると、図 4 (c)に示されるように、バランサ Bを乗員 Aの傾斜方向に角加速度 { Θ 2}で移動させる。傾斜方向については、傾斜角 Θの正負で判断される。

このバランサ Bを動かす角加速度 { Θ 2}は、 { θ 2} >Κ{ Θ 1 }である。 Κは常数で、その導出につ!、ては後述する。 [0041] バランサ Bを、角加速度 { Θ 2}で動かすと、図 4(c)に示されるように、バランサ Bを動かすためのトルクに対する反力によって乗員 Aが後方 (最初の傾斜方向と反対方向）に移動する。

[0042] 乗員 Aが後方に移動することで鉛直線を越えて角度 03 (<0)になったこと、すなわち、鉛直線に対する傾斜角 Θが反転したことを検出すると、バランサ Bを角度 Θ 3 方向（反対方向）に再度移動させる。

すなわち、乗員 Aの傾斜角度が反転した際の角加速度 { Θ 3}もジャイロセンサ 162 で検出され、角速度 { Θ 3}に応じた角速度 { Θ4}({ Θ 4} >Κ{ θ 3})でバランサ Βを後方 (乗員 Αの移動方向）に移動させる。

これにより、図 4(d)に示されるように、ノ《ランサ Bを後方に動かすためのトルクに対する反力によって乗員 Aが再度前方に角加速度 { Θ 5}で移動する。

[0043] 以後、同様に乗員 Aの鉛直線に対する傾斜角の反転を検出した際の角速度に対応した角速度でバランサ Bを傾斜角方向に移動し、そのバランサ Bの移動による反力で乗員 Aを鉛直線方向に戻す動作を繰り返すことで、鉛直線を中心とした傾斜角 Θ が徐々に 0に収束し、図 4 (a)に示す正常状態の姿勢に戻すことができる。

なお、図 4に示した乗員 Aの傾斜角は説明のため大きく表示しているが実際には、傾斜角 θ 1又は角加速度 { Θ 1}の検出により直ちにバランサ Bを移動させるので、乗員 Aにとつてわずかな動きでしかな、。

[0044] ここで、上記常数 Kについて説明する。

今、乗員 Aが前方に角加速度 { Θ 1}で移動するのに必要なトルクを T1とし、バランサ Bを前方に動かす際に必要なトルクを T2とすると、両トルク Tl、 Τ2は次の式（1)、 (2)により求まる。

[0045] Tl=mlX (rlXrl) Χ{ θ 1}···(1)

T2=m2X (r2Xr2) Χ{ θ 2}···(2)

[0046] このトルク Τ2が Τ1よりも大きければ、トルク Τ2の反力— Τ2により乗員 Αが反対方向

(後方）に戻されることになる。

(1) (2)式から、 { Θ 2}>((mlXrlXrl)/(m2Xr2Xr2)){ Θ 1}となる。 [0047] 実際の制御では、バランサモータ 181によるバランサ Bの駆動トルクを T2とし、 T2 >T1となるように、ノランサモータ 181を駆動制御することになる。

角加速度 { Θ 1 }はジャイロセンサ 162で検出する。

乗員 Αの重量 mlは、装置の重量 mla+搭乗者の重量 mlbである力このうち装置重量 mlaは車両毎に既知である。搭乗者の重量 mlbは、予想される搭乗者の予想最大体重、例えば、 90kgを設定しておく。予想最大体重を設定しておき、その値に基づいて T2を決定すれば、それ以下の体重であっても、 T2>T1の条件を満たし、ノンサ Βの移動によって乗員 Αを反対方向に戻すことができる。

[0048] なお、搭乗部 13の運転者が座る座面部 131に搭乗者の体重を測定する体重計（体重計測手段)を配置しておき、その測定値を搭乗者の重量 mlbとして使用するようにしてもよい。

[0049] 図 5は、主制御装置 161による姿勢制御動作を表したフローチャートである。

主制御装置 161は、ジャイロセンサ 162から搭乗部 13の傾斜角 Θと傾斜角加速度

{ Θ }を取得し (ステップ 50)、傾斜角 Θが反転した力否かを判断する (ステップ 51)。ここで、傾斜角 Θの反転は、図 4 (b)から（c)への乗員 Aの状態変化、（c)から（d) への乗員 Aの変化のように、傾斜角 Θ >0の状態と傾斜角 Θ < 0の状態間の変化が該当する。

また、本出願において、図 4 (a)から (b)への乗員 Aの状態変化のように、傾斜角 Θ =0 (安定状態)から傾斜角 Θ >0や Θ < 0への状態変化も、傾斜角 Θの反転に含まれるものとする。

[0050] 主制御装置 161は、傾斜角 Θの反転が無ければ (ステップ 51； N)、ステップ 50に戻って引き続き姿勢の監視を継続する。

[0051] 一方、傾斜角 Θの反転が検出された場合 (ステップ 51； Y)、主制御装置 161は、ステツプ 50で取得した搭乗部 13の角加速度 { Θ }から上記式（1)に従って、乗員 Aを角加速度 { Θ }で傾斜させるためのトルク T1を算出する (ステップ 52)。

[0052] ついで、バランサモータ 181に出力トルク T2を指令する（ステップ 53)。

すなわち、主制御装置 161は、モータ制御装置 163に対して、算出したトルク T1よりも大きいトルク T2 ( >T1)をトルク指令値とし供給すると共に、傾斜角 Θに対応したバランサ 182の移動方向の情報（θ >0 :前方、 Θ <後方)を供給する。これにより、モータ制御装置 163は、主制御装置 161から指示された方向にトルク T

2でバランサモータ 181を駆動する。

[0053] これにより、ノンサ 182が指示方向に移動し、その駆動トルク T2と釣り合う反カトルクー T2が搭乗部 13 (乗員 A)に作用し、反対方向に戻される。

[0054] ついで、主制御装置 161は、電源がオフされたか判断し (ステップ 54)、オフされれば（； Y)処理を終了し、オフされていなければ（； N)、ステップ 50に戻って姿勢制御を継続する。

[0055] 図 6は、他の倒立振り子車両の外観を表したものである。

この倒立振り子車両は、同軸上に配置された 2つの駆動輪 l la、 l ibと、両駆動輪 l la、 l ibをそれぞれ独立して駆動するホイール駆動モータ 12a、 12bを備えているそして、両ホイール駆動モータ 12の筐体上に、運転者が立った姿勢で搭乗するための搭乗部 40が配置されている。なお、搭乗部 40は、駆動軸上又は駆動軸より下方に配置するようにしてもよぐ何れの場合も、ホイール駆動モータ 12aとホイール駆動モータ 12bを接続する機能を備えている。

[0056] 搭乗部 40の前方中央には、支持部 41が配置されている。

支持部 41の上端部には、ハンドル 42が取り付けられている。ハンドル 42には、操縦装置 15が取り付けられている。

なお、原動機付き自転車等と同様に、アクセルとブレーキで操縦装置 15を構成するようにしてもよい。ハンドルの回転角度力駆動力指令を取得し、ブレーキ操作で停止指令を取得するようにしてもよ!、。

[0057] 搭乗部 40の下面には制御ユニット 16が固定され、制御ユニット 16の下部にはバランサ駆動部 18が配置されている。

ノンサ駆動部 18の基本的構成は図 2に示した構成と同一であるが、以下異なる点を中心に説明する。

バランサ駆動部 18は、バランサモータ 181が制御ユニット 16に固定され、ホイール駆動モータ 12aの筐体にバランサ駆動機構 183が配設されている。 [0058] バランサ駆動機構 183のバランサ歯車 184の長さ方向の中心位置にバランサ 182 が取り付けられている。バランサ歯車 184は、内歯歯車で構成され、バランサモータ 1 81の回転軸に取り付けられたモータ歯車 187と歯合するようになつている。

この変形例におけるバランサ駆動機構 183では、バランサ歯車 184が内歯歯車になっているので、歯車支持部は、半円形状のバランサ歯車 184の両端で軸受けの外輪に支持されている。図 2と同様に中央にも歯車支持部を配設する場合には、モータ歯車 187を軸方向に避けた位置に配設する。

軸受けの内輪は、ホイール駆動モータ 12aの駆動軸と同軸となるように、ホイール駆動モータ 12aの筐体に固定されている。

[0059] なお、図 6に示した車両におけるバランサ駆動機構 183では、バランサ 182とバランサ歯車 184を、ホイール駆動モータ 12aの駆動軸の上側となるように配置した力下側となるように配置してもよい。この場合バランサ 182は、乗員 Aが傾斜していない（ Θ =0)状態で、駆動軸の鉛直線上下側に位置することになる。そして、内歯歯車と歯合するようにモータ歯車の径を大きくするか、モータ取り付け位置を調整する（両者でもよい)。

このようにバランサ 182とバランサ歯車 184を下側に配置することで、バランサの重心までの距離 r2 (図 4参照）を大きくすることができる。

[0060] また図 6に示した車両では、バランサ駆動機構 183をホイール駆動モータ 12a側に配置したが、バランサ駆動機構 183をホイール駆動モータ 12aとホイール駆動モータ

12bの中央部に配置するようにしてもよ!、。

[0061] また、バランサ駆動機構 183をホイール駆動モータ 12a側だけでなぐ他方のホイール駆動モータ 12b側にも配置するようにしてもよ!、。

この場合、バランサモータ 181を共通化し、バランサ 182a、 182b,バランサ駆動機構 183a、 183bをそれぞれホイール駆動モータ 12a、 12bに配置するようにしてもよい。

[0062] 図 6で説明した他の倒立振り子車両に対する制動処理については、図 5のフローチヤートで説明した制動処理と同様である。

[0063] 以上説明したように本実施形態の車両によれば、搭乗部 13の姿勢変化 (乗員 Aの傾斜）を検出すると、乗員 Aが傾斜した角加速度 { Θ }から乗員 Aの傾斜に要したトルク T1を算出し、このトルク T1より大きなトルク T2でバランサ Bを乗員 Aの傾斜方向に移動することで、その反カー T2を乗員 Aに作用させ、乗員 Aのバランスをとること（姿勢を定常状態に維持すること)が可能になる。

[0064] (3)第 2の実施形態の概要

第 1の実施形態では、乗員 Aが傾斜した方向にバランサ Bを移動させることで搭乗部の姿勢制御を行う場合について説明した。

これに対して、第 2の実施形態では、姿勢制御を行うために、ノランサ Bの移動による反力に加えて、駆動輪 11の駆動による反力を使用する。

すなわち、乗員部 (乗員 A)の安定制御（姿勢制御）において、車両の停止 Z走行 Z制動 Z旋回時に乗員部をより安定させるために、バランサの移動による反力トルクと、駆動輪 11の駆動トルクを加減することによる反力トルクを使用する。

駆動輪 11の駆動トルクはバランサ Bの移動によるトルクを補完するために補助的に使用する。

[0065] 具体的には、乗員 Aの移動トルク T1が所定トルク値以下の場合はバランサ Bの移動による姿勢制御をする。

一方、乗員 Aの移動トルク T1が所定トルク値よりも大きくなつた場合には、バランサ Bを所定トルク値に対応する反力を発生させる角加速度で移動し、乗員 Aを鉛直線方向に戻すために不足して、る反力トルク分を駆動輪 11のトルクを加減させることで、乗員 Aの姿勢を制御する。

本実施形態では、所定トルク値としてバランサ Bの移動により得られる最大トルク値 T2maxが使用される。

[0066] なお、第 2実施形態で使用する車両は、駆動輪 11に対する姿勢制御の部分を除いて、第 1実施形態及びその変形例（図 6を含む)で説明した構成と同様である。

また、本実施形態を含む全ての実施形態及び及び各変形例において、乗員 Aとバランサ Bについては、第 1実施形態の説明と同様に、乗員 Aは搭乗者が車両に搭乗し、駆動輪 11の回転を固定した状態で回転する部分の全体からバランサ Bを除いた部分を指し、バランサ Bは、バランサ 182だけでなくバランサ 182と一体となって重心位置が移動する部分全体、例えば、バランサ歯車 184等を含めた部分を指す。

[0067] (4)第 2実施形態の詳細

図 7は、第 2実施形態における、倒立振り子車両のトルクバランスについて表したものである。

図 7に示されるように、乗員 Aが点線で表した鉛直線上にいる状態から、外力によつて、図 7に示されるように、角加速度 { Θ 1 }で移動した場合、この移動による乗員 Aのトルク T1は上記式（1)で表される。

そして、この乗員 Aの動きに対して、乗員 Aの姿勢を鉛直線上に戻すために、バランサ Bを角加速度 { Θ 2}で動力した時のトルク T2は上記（2)で表される。

[0068] これに対して、駆動輪 11を駆動モータ 12で駆動するために必要なトルク T3は次の

T3で表される。

[0069] Τ3=Ι3 Χ { Θ 3} + (F Xr3) - -- (3)

[0070] ここで、 r3は駆動輪の半径、 { Θ 3}は駆動輪 11の回転角加速度である。

また、 13はタイヤのイナーシャ (慣性モーメント)で、駆動輪 11の重量を m3とした場合に m3 X (r3 Xr3)で表される。

[0071] そして、乗員 Aの外力による移動に対して、ノランサ Bを移動したことによるトルク T2 に対する反力トルク—T2と、駆動輪 11にカ卩えたトルク T3に対する反力トルク—T3が乗員 Aに作用することで、乗員 Aは鉛直線方向に戻されることになる。

なお、乗員 Aを鉛直方向（外力により移動した方向と反対方向）に戻すためには、次の式 (4)を満たす必要がある。

[0072] (T2+T3) >Τ1· ·· (4)

[0073] 図 8は、第 2実施形態において、主制御装置 161の姿勢制御動作を表したフローチヤートである。

なお、図 8において第 1実施形態と同一の部分には同一のステップ番号を付してその説明を適宜省略する。

[0074] 第 2実施形態の姿勢制御において、主制御装置 161は、搭乗部 13の角加速度 { Θ }から乗員 Αを角加速度 { Θ }で傾斜させるためのトルク T1を算出 (ステップ 52)した後、算出した T1が、バランサ Bの移動で得られるトルク T2 (反力トルク一 T2)の最大値 T2max以下であるか否かを判断する（ステップ 52a)。

Tl≤T2maxである場合 (ステップ 52a;Y)、主制御装置 161はステップ 53に移行し、第 1実施形態と同様の制御を行う。

[0075] 一方、 Tl >T2maxである場合 (ステップ 52a;N)、主制御装置 161は、バランサモータ 181に出力トルク T2maxと、加減トルク値 T3 >T1— T2maxをモータ制御装置

163に供給することで、出力トルクを指令する (ステップ 53a)。

[0076] モータ制御装置 163では、第 1実施形態の場合と同様に、バランサモータ 181用のトルク電流マップに基づ!/、て、供給された出力トルク T2maxに対応する電流値をバランサ駆動部 18に供給することで必要な反力トルク— T2maxを得る。

一方、モータ制御装置 163は、駆動モータ 12用のトルク—電流マップに基づいて、供給された加減トルク T3に対応する電流値で駆動モータ 12 (駆動輪 11)を駆動することで、必要な反力トルク—T3を得る。

[0077] なお、主制御装置 161は、モータ制御装置 163に対して、車両が停車している場合には、加減トルク T3を供給する。

一方、車両が走行中である場合、主制御装置 161は、操縦装置 15から出力される操作信号に対応した出力を得るために必要な駆動モータ 12の駆動トルク TMに加減トルク T3をカ卩えた値 (TM+T3)をモータ制御装置 163に供給する。

モータ制御装置 163は、実際には、主制御装置 161から供給されるトルク値 (T3、

ΤΜ+Τ3、 TM (駆動モータによる姿勢制御を行わない場合)）に対応する電流で駆動モータ 12を駆動することになる。

[0078] 以上、ノランサ Bの移動による反力トルク T2と、駆動モータ 12 (駆動輪 11)の駆動による反力トルク T3とにより、乗員 Aが鉛直線方向に戻されることになる。

以下、第 1実施形態と同様に、図 8のステップ 50からステップ 54を繰り返すことで、乗員 Aの姿勢制御が行われる。

[0079] この第 2実施形態によれば、車両停止又は走行時 (特に定速走行時)の搭乗部 A の安定制御において、駆動モータトルクを補助的に利用する事で、許容外力を向上する事が可能となり、更には起動時の乗員傾斜許容角度を向上する事が可能となる [0080] (5)第 3実施形態の概要

第 1実施形態、第 2実施形態、及び本実施形態では、乗員部 (乗員 A)の安定制御 (姿勢制御）において、バランサは、次の（a)、（b)の 2つの効果を得るために使用される。

(a)バランサ Bを移動することにより反力トルク一 T2を乗員 Aに作用させる。

(b)バランサの位置を鉛直線上から前方又は後方に位置させることにより重心位置を移動させる。

[0081] しかし、これらは同時に発生する物理現象の為、その制御則は複雑にならざるをえない。これは、バランサ駆動トルクの反力を得る場合、同時に重心移動も発生するためである。

[0082] そこで、本実施形態では、第 2実施形態による制御は車両が停止して、る場合に実行する。

そして、車両が走行している場合には、ノ《ランサ Bの移動を上記 (b)の重心位置の制御用に使用し、反力トルクを得るためには使用しな、。

一方、乗員 Aの外力による移動に対する走行中の姿勢制御については、駆動モータ 12 (駆動輪 11)の駆動トルクの加減によるものとする。

[0083] (6)第 3実施形態の詳細

図 9は、第 3実施形態における、車両走行中の各部の状態を表したものである。図 9 (a)には、車両走行中に乗員 Aが鉛直線上に姿勢制御されている状態を表したものである。

車両走行中は、車両全体の重心 (乗員 Aとバランサ Bの合成重心)位置を進行方向に傾けることで、走行抵抗分の駆動トルクとバランスさせる必要がある。

[0084] 本実施形態では、この図 9 (a)に示されるように、バランサ Bを進行方向前方に Θ 2 だけ傾けた位置に位置させる。

この場合、駆動モータ 12で駆動輪 11を駆動することにより発生する駆動トルク TM による反力トルク TMと、 Θ 2だけ傾けた位置にあるバランサ Bの重力によるトルク T 2 (G)とを一致さることで、乗員 Aの位置を鉛直線上に位置させながら走行することが可會になる。ここで、重力加速度を Gとした場合に、トルク T2 (G)は、次の式（5)で表される。

[0085] T2 (G) =r2 X m2 X G X sin 0 2〜（5)

[0086] 図 9 (a)のように安定走行して、る状態で、図 9 (b)に示すように外力によって乗員 A が鉛直線力ずれた場合、乗員 Aの姿勢を鉛直線方向に戻すために、駆動モータ 1 2の駆動トルクを、走行に必要な駆動トルク TMに加減トルク T3を加えた TM+T3に変更する。

ここで加減トルク T3の値として、 T3 >T1とすることで、乗員 Αは反力トルク一 Τ3により鉛直線方向に戻されることになる。

[0087] 図 10は、第 3実施形態において、主制御装置 161の姿勢制御動作を表したフローチャートである。

なお、図 10において第 2実施形態と同一の部分には同一のステップ番号を付してその説明を適宜省略する。

[0088] 第 3実施形態の姿勢制御において、主制御装置 161は、搭乗部 13の角加速度 { Θ }から乗員 Aを角加速度 { Θ }で傾斜させるためのトルク T1を算出 (ステップ 52)した後、車両が走行中カゝ否かを判断する (ステップ 52b)。

車両が走行中か否かについては、例えば、車速センサからの出力力 SOより大きいか否力駆動モータ 12に駆動トルク TMを供給している力否か等により判断される。またこの判断は、徐行の速度以下か否か、すなわち、車速センサ力もの出力力例えば 5kmZhより大き、か否かで判断してもよ、。

[0089] 車両が走行中でな、、すなわち、車両が停車中であると判断された場合 (ステップ 5 2b ;N)、主制御装置 161は、ステップ 52aに移行し、以後ステップ 54まで第 2実施形態と同様に処理する。

[0090] 一方、車両が走行中であると判断された場合 (ステップ 52 ; Y)、主制御装置 161は、ステップ 52で算出した T1よりも大き、トルク値を加減トルク値 T3としてモータ制御装置 163に供給することで、出力トルクを指令し (ステップ 53b)、ステップ 54に移行する。

[0091] なお、車両走行のための駆動トルク TMが指令されているので、主制御装置 161からは、操縦装置 15から出力される操作信号に対応した出力を得るために必要な駆動モータ 12の駆動トルク TMに加減トルク T3をカ卩えた値 (TM+T3)がモータ制御装置 163に供給される。

そして、モータ制御装置 163は、実際には、主制御装置 161から供給されるトルク値 (ΤΜ + Τ3)に対応する電流で駆動モータ 12を駆動することになる。

[0092] 以上説明したように、第 3実施形態では、車両走行中においては、バランサ位置を姿勢制御のためには移動させず、駆動モータ 12 (駆動輪 11)の加減トルク Τ3による反力トルク Τ3を制御することで姿勢制御を行う。

このように、車両走行中はバランサ位置を姿勢制御用に移動させないので、バランサ位置の移動による重心の移動を考慮しなくてよいため制御が簡略ィ匕される。

[0093] なお、本実施形態では、走行中においてバランサ移動による反力を利用せず、車輪の駆動トルクを変化させるため、車速に変化が発生する。

しかし、車両の走行中であるため、停車中に比べて、乗員が車両の揺れとして感じる程度は小くて済むと、う効果がある。

[0094] 次に、本実施形態における車両による発進時、及び加減速時の動作について説明する。

ここで発進時とは車両が停止している状態力前方又は後方に発進するする場合を、、、加減速時とは車両の走行中にぉ、て加速又は減速する場合を、う。

[0095] 本実施形態の車両では、発進時、及び加減速時にお!、て、全体重心 (乗員 Αの重心とバランサ Bの重心の合成重心）の傾斜角 aを変化させる必要がある。

すなわち、発進、加減速直前における、車輪中心（回転軸）と全体重心を結ぶ線を基準線とした場合に、発進時と加速時には全体重心を進行方向に、減速時には全体重心を進行方向と逆方向に傾斜 (傾斜角 oc )させる必要がある。

ここで、発進時には鉛直線が基準線であり、鉛直線から加減速直前の状態での走行に必要な傾斜角 ocだけ傾斜した線が基準線となる。

[0096] 本実施形態では、発進、加減速のために全体重心を基準線に対して前方又は後方に移動させる方法として、駆動輪による第 1動作と、バランサ Bの移動による第 2動作とがある。

図 11は、（a)が第 1動作の概要を、（b)が第 2動作の概要を表したものである。この図 1 1では、車両の発進時の動作について表している力基準線が異なる点、減速の場合に傾斜の方向が逆 (減少させる方向）である点を除き同一である。

[0097] (a)第 1動作

この第 1動作では、発進直前において、乗員 A (の重心）、バランサ B (の重心)及び全体重心 Zは、姿勢制御によって全て基準線 (鉛直線) P上にある状態にバランスが取られている。

この状態で、図 1 1 (a) (ィ）に示すように、進行方向と逆方向に駆動輪 1 1を回転（図では進行方向右方向に対して左方向に回転)させることで、駆動輪 1 1を後退させる。

[0098] すると、図 1 1 (a) (口）に示すように、基準線 P上にあった乗員 A、バランサ、全体重心 Zは、同一の位置関係 (角度関係)を保持したまま重力によって前傾 (傾斜角ひ）する。

そして、図 1 1 (a) (ハ）に示すように、所定の傾斜角 ex (全体重心 Zの傾斜角）の姿勢を保持しながら、指定された方向に加速することで発進 (前進、後進)が行われる。

[0099] (b)第 2動作

なお、加減速の場合には、加減速直前において基準線 Pは鉛直線に対して α θだけ傾斜しており、全体重心 Ζはこの基線上に位置する。乗員 Αとバランサ Βは、一方が基準線 P上の前方に、他方は後方に存在するか、又は両者とも基準線 P上に位置している。

[0100] この状態で、図 1 1 (b) (ィ）に示すように、バランサ Bを進行方向と逆方向、すなわち、後方に移動させる。

すると、図 1 1 (b) (口）に示すように、バランサ Bが後方に移動したことによる反力トルクにより、乗員 Aはバランサ Bと反対方向（進行方向）に傾斜する。

また、全体重心 Zも、乗員 Aはバランサ Bと反対方向 (進行方向）で、基準線 Pと乗員 Aの間に移動する。

そして、図 1 1 (b) (ハ）に示すように、ノ《ランサ Bを徐々に前に戻しながら加速が行われる。

[0101] 以上説明した第 2動作では、バランサ Bを移動させた場合にその反力で乗員 Aがバランサ Bと反対方向に移動するが、両者の全体重心 Zにつヽてもバランサ Bと反対方向に移動する場合にっ、て説明した。

このようにバランサ Bと全体重心 Zが反対方向に移動するための条件は、次の式 (6 )で示される。

[0102] ml Xrl/ (ll +ml X {rl }) >m2 Xr2/ (l2+m2 X {r2}) (6)

[0103] この式（6)において、 mlは乗員 Aの重量、 rlは駆動輪 11の車輪中心（車軸）から乗員 Aの重心までの距離、 {rl }は、乗員 Aの角加速度、 IIは乗員 Aの重心回りのィナーシャ、式（6)中の mi x {rl }は、乗員 Aの車軸周りのイナーシャである。

また、 m2はバランサ Bの重量、 r2は駆動輪 11の車軸力バランサ Bの重心までの距離、 2}は、バランサ Bの角加速度、 12はバランサ Bの重心回りのイナ一シャ、式（ 6)中の m2 X 2}はバランサ Bの車軸周りのイナーシャである。

[0104] なお、式 (6)において不等号の向きが逆である場合、ノ《ランサ Bを移動した場合、乗員 Aにつ、てはバランサ Bと反対方向に移動する力全体重心 Zはバランサと同一方向に移動する。この場合、バランサ Bを進行方向、加速方向、減速方向と反対方向に移動することで、全体重心 Zを所望方向に移動することができるが、乗員 Aが重心の移動方向と逆方向となり、通常の乗 «覚と逆になるため、式 (6)による方がこのましい。

[0105] ただし、第 1〜第 3実施形態等で説明した姿勢制御を行う場合については、乗員 A はバランサ Bと逆方向に移動するので、式 (6)の関係でも、不等号が逆の関係でもよい。

[0106] 次に、第 1動作及び第 2動作による、発進時、及び加減速時の制御動作について説明する。

ここで、発進時、及び加減速時の制御動作において使用される運動方程式について説明する。

なお、各式において { Θ }は角加速度を、「 0」は角速度を表し、添え字 wは駆動輪を意味し、添え字 1は乗員 Aを表し、添え字 2はバランサを表すものとする。また gは重力加速度を、 Rwは駆動輪の半径を表す。

[0107] (a)駆動輪 11の運動方程式は、ホイルモータトルクを T3とした場合、次の式（7)で表される。

丄、3 = Iw{ Θ w}

+Rw[mwXRwX { Θ w} + [ (ml XRwX { Θ w}) + (ml Xrl { Θ 1} Xcos Θ 1 )— (mlXrlX「 Θ 1」 X「 01」 X sin Θ 1)] + [(m2XRwX { Θ w}) + (m2Xr2{ Θ 2} X cos Θ 2)-(m2Xr2 X「 02」 X「 02」 X sin 02) ] ]

+ (RwXDxw+D0w) X「0w」（7)

[0108] 式（7)は、次のように表される。

T3=T31+T32+T33

T32=RwX (T32a+T32b+T32b)

T33= (T33a+T33b) X「 0 w」

[0109] T31は駆動輪 11の慣性である。

T32は地面との摩擦力によるモーメントである。

Rw X T32aはタイヤの慣性（並進）である。

Rw X T32bは車体の慣性 (並進方向加速度 +周方向加速度半径方向加速度）である。

Rw X T32cはバランサの慣性 (並進方向加速度 +周方向加速度半径方向加速度)である。

T33は減衰力である。

T33aX「 Θ wjは、空気抵抗による減衰力である

T33bX「 Θ wjは、摩擦による減衰力である。

Rwは駆動輪 11の半径である。

[0110] (b)車体の運動方程式は次の式 (8)で表される。

Tl=一（T2+T3)

= (mlXrlXrl+Il) Χ{ Θ 1}

+ (ml XRwX { 0w} Xrl Xcos θ 1)

— (mlXgXrlXsin01) + (D01X「01」） (8) [0111] 式（8)は次のように表される。

T1 =車体 (乗員 Aの)慣性 +車体の慣性力によって働く偶力一重力 +減衰力 [0112] (c)バランサの運動方程式は、ノ《ランサモータトルクを T2とした場合、次の式（9)で表される。

T2= (m2Xr2Xr2+I2) X { θ 2}

+ (m2XRwX { 0w}Xr2Xcos02)

一（m2XgXr2Xsin02) (D 02X「 02」） (9)

[0113] 式（9)は次のように表される。

T2=バランサの慣性 +バランサの慣性力によって働く偶力一重力 +減衰力

[0114] なお、上記式 (7)〜（9)を線形近似すると共に、粘性摩擦を無視 (省略)することで、 Τ3、 Tl、 Τ2をそれぞれ Τ3'、 Tl，、 T2'で近似することも可能である。

T3'=Iw' Χ{ Θ w}+Rw(mlXRlX{ Θ l}+m2XRlX{ θ 1})

Tl' =11' X { Θ l}+mlXRwX{ Θ w} Xrl-ml XgXrl X Θ 1

T2，=I2， X { Θ l}+m2XRwX { Θ w} Xr2-m2XgXr2X Θ 2

[0115] この近似式において、 Iw'、 Π'、 12'は次の通りである。

Iw =Iw+ (ml +m2 + mw XRwXRw

Il'=Il+mlXrlXrl

12， =I2+m2Xr2Xr2

[0116] 図 12は、第 2動作による発進時、加減速時の制御動作を表したフローチャートである。

この図 12に示されるように、主制御装置 161は、発進、加減速 (以下発進等という）直前における車両 (乗員 A)とバランサ Bの現状状態を検出する (ステップ 21〜ステツプ 25)。

[0117] すなわち、主制御装置 161は、車両速度を測定する (ステップ 21)。

この車両速度は後述のステップ 23で車両傾斜角速度の検出精度を上げるために使用される。

また、上記式 (8)における慣性及び重力の値を車速を用いたより精度の高い値を算出する場合にも使用可能である。ただし、車速の検出は省略することも可能である。

[0118] ついで主制御装置 161は、車両 (乗員 A)の傾斜角と傾斜角速度を測定する (ステップ 22、 23) o

なお、車両の傾斜角加速度は、測定した傾斜角速度力算出される。

[0119] さらに主制御装置 161は、バランサ Bの角度 (傾斜角度）と角速度を測定する。

バランサ Bの角加速度は、測定した角速度力も算出される。

[0120] 以上により車両とバランサ Bの現状状態の測定が完了すると、主制御装置 161は、操縦装置 15カゝら出力される走行指令 (操作信号)を読み取る (ステップ 26)。

[0121] 次に主制御装置 161は、ステップ 21〜25で検出した車両とバランサ Bの現状状態と、ステップ 26で読み取った走行指令とに対応する、発進又は加減速後における全体重心 Zの目標傾斜角 exを算出する (ステップ 27)。

[0122] 次に主制御装置 161は、全体重心 Zを算出した目標傾斜角 aとするために必要な、車両 (乗員 A)の目標傾斜角と目標傾斜角速度を算出する (ステップ 28、 29)。目標傾斜角 αとするために必要な車両の目標傾斜角と目標傾斜角速度は、上記運動方程式と、車両 (乗員 Α)及びバランサ Βの重量や重心までの距離 rl、 r2、イナーシャ等から求まる。

[0123] 次に主制御装置 161は、車体を算出した目標傾斜角と目標傾斜角速度にするために必要なバランサトルク T3を算出し、モータ制御装置 163に出力指令を出す (ステツプ 30)。

モータ制御装置 163では、バランサモータ 181用のトルク—電流マップに基づいて、出力されたバランサトルク T3に対応する電流値をバランサ駆動部 18に供給することで、車両 (乗員 A)及び全体重心 Zを移動させる。

[0124] ついで、主制御装置 161は、車両を現状状態から発進又は加減速させるために必要な駆動モータトルク T1を算出し、モータ制御装置 163に出力指令を出す (ステップ 31)。

モータ制御装置 163では、駆動モータ 12用のトルク—電流マップに基づいて、供給された駆動モータトルク T1に対応する電流値で駆動モータ 12 (駆動輪 11)を駆動することで、発進又は加減速を行う。 [0125] 以上により、発進又は加減速を行った後主制御装置 161は、姿勢安定制御（姿勢制御）を行、 (ステップ 32)、メインルーチンにリターンする。

[0126] 以上、第 2動作による発進時、加減速時の制御動作について説明したが、第 1動作による発進等の制御動作を行う場合には次のようにする。

すなわち、バランサ Bを移動させないので車両 (乗員 A)、バランサ、全体重心 Zの位置関係は変化しない。

そこで、ステップ 27で算出した目標傾斜角 αと発進等直前の全体重心 Zの傾斜角 a 0との差分 Δ αを、ステップ 22で測定した車両傾斜角に加算した角度が目標車両傾斜角となる (ステップ 28、 29)。

そして、主制御装置 161は、車体を算出した目標傾斜角と目標傾斜角速度にして発進又は加減速に必要な駆動モータトルクの算出と指令を出力する (ステップ 32)。なお、この場合には当然にステップ 30は省略される。

[0127] 以上説明したように、第 1及び第 2動作によれば、車両 (乗員 Α)は、発進及び加速時にお、て発進方向に傾斜 (前進の場合には前傾）し、減速時にお!、て発進方向と逆方向に傾斜するので、違和感のな、乗 «覚を得ることができる。

[0128] 次に、本実施形態及び各種変形例で使用するバランサの他の構成について図 13 〜図 15を用いて説明する。

なお、図 13〜図 15に示した構成図は、バランサの構成を説明するためのものであり、図 1に示した操縦装置 15や制御ユニット 16等については適宜省略してある。制御ユニット 16については、座面部 131の下部等に適宜配置される。

[0129] 図 13は、 360度回転可能なバランサ 182の構成を表したものである。

この図 13に示されるように、駆動輪 1 la用の駆動モータ 12aと駆動輪 1 lb用の駆動モータ 12bとの間にバランサモータ 181が配置されている。

このバランサモータ 181のバランサ駆動軸 188は、駆動輪 l la、 l ibの回転軸 111 と同軸上に配置され、バランサ駆動軸 188にはバランサ指示部材 187を介してバランサ 182が配置されている。

[0130] なお、図 13では、バランサ支持部材 187は、バランサモータ 181の一方側のバランサ駆動軸 188に配置されている力両側のバランサ駆動軸 188にバランサモータ 18 1を挟むように配置し、 2つのバランサ支持部材 187、 187でバランサを支持するようにしても良い。

[0131] 図 14は、バランサモータ 181で構成したバランサ 182を表したものである。

図 14に示されるように、駆動モータ 12bの筐体には駆動輪 11と同軸線上に軸 189 aが配置され、この軸 189aには軸受けを介してバランサ支持部材 189bが配置され、ノ《ランサ支持部材 189bにバランサとして機能するバランサモータ 181が取り付けられている。

バランサモータ 181の回転軸にはモータ歯車 187aが配置されており、モータ歯車 187aは、駆動モータ 12aの駆動輪 11aと反対側の筐体に配置されている固定歯車 1 87bと歯合して!/、る。

[0132] このバランサモータ 181を駆動すると、モータ歯車 187aが回転し、固定歯車 187b と歯合しながら固定歯車 187bの周囲をバランサモータ 181と共に回転移動する。その際バランサモータ 181は、ノ《ランサ支持部材 189bを介して軸 189aを回転軸として軸支されて、回転する。

[0133] このようにバランサモータ 181でバランサを構成したので、バランサを機能させるために必要な部材を小さくすることができるので、搭乗部 13下部の空間を有効に活用できる。

また、搭乗部 Aの重量となってヽたバランサモータの重量をバランサの重量とすることがでさる。

[0134] 図 15は、回転軸 111を中心として回転するのではなぐ水平面を車両の前後方向に移動するバランサ 182を表したものである。

この図 15に示されるように、座面部 131の座面と反対側に固定され、車両の前後方向を長手方向とする長さを持った固定部 181cが配置されている。

そして、バランサ 182は、固定部 181cに案内されながら、矢印 qで示されるように、車両の前後方向に移動するように構成されて、る。

[0135] この固定部 181cとバランサ 182による駆動は、ボールネジ式及び、リニアモータ式のいずれとしてもよい。

ボールネジ式の場合には、図示しないバランサモータでボールネジが回転され、その回転によりバランサ 182が前後に移動するようにする。

また、リニアモータ式の場合には、固定部 181cに固定子、ノ《ランサ 182に可動子が配置され、バランサ 182は、固定部 181cの長手方向に形成されたガイドに沿って前後に移動する。

[0136] (7)第 4実施形態

次に第 4実施形態について説明する。

この第 4実施形態では、前後方向の姿勢制御ではなぐ左右方向の姿勢制御を行う物である。

すなわち、以上説明した実施形態では、前後方向の倒立制御 (姿勢制御）にバランサ 182を使用する場合について説明したが、第 4実施形態では、左右方向にバランサを移動することで、左右方向の姿勢制御を行うようにしたものである。

なお、第 4実施形態の車両の場合、左右方向の傾斜に対する姿勢制御としてバランサを使用するので、駆動輪 11は 1つである。

[0137] 図 16は、第 4実施形態におけるバランサの動きについて表したものである。

図 16 (a)に示した実施形態では、ノンサ Bは、駆動輪 11の回転軸 111を中心として車両の前後方向の円弧上を矢印 piで示すように移動すると共に、回転軸 111を中心とした左右方向の円弧上を矢印 p2で示すように移動する。

[0138] 一方、図 16 (b)に示した実施形態では、バランサ Bは水平面上を前後方向に矢印 p3で示すように移動すると共に、左右方向に矢印 p4で示すように移動する。

[0139] なお、図 16 (a) (b)では、前後、左右方向に決められたライン pi〜p4上をバランサが移動する場合にっ、て説明したが、回転軸 111を中心とする曲面上の任意の位置や、水平面上の任意の位置を所定範囲内で移動するように構成してもよヽ。

[0140] 更に、図 16 (c)に示した実施形態では、バランサ Bは回転軸 111と搭乗者 A (の重心）を結ぶ車両線 Yを中心に、該車両線 Yの周囲を回転移動するように構成されている。図 16 (c)において、バランサ Bの周囲に記載した点線の領域は、バランサの外形形状を概念的に表したものであり、ノンサ全体が車両線 Yに接する状態で配置されている。

この場合、車両 (搭乗者 A)の傾斜に伴って車両線 Yも傾斜し、バランサ Bは水平面上ではなぐ車両線 Yと直交する平面上を車両線 Yを中心として、矢印 _Ρ5で示すように回転する。

なお、バランサ Βを車両の傾斜と関係なく水平面上を鉛直線を中心として回転するように構成してもよい。

[0141] 以上説明したように、左右方向の姿勢をバランサで制御することにより、車両の走行安定性を向上させることができる。

また、バランサの移動により強制的に全体重心 Ζの位置を左右に移動させることで、全体重心 Ζの移動方向に進路変更することが可能になる。例えば、バランサを左方向に移動させ、その反力で全体重心及び車両 (搭乗者 Α)を右方向に傾斜させることで、右方向にカーブすることが可能になる。

[0142] なお、以上説明したバランサによる左右方向の姿勢制御については、第 1〜第 3実施形態で説明した姿勢制御と同様に制御され、全体重心 Ζの強制的移動については第 2動作と同様に制御される。

[0143] 次に第 5実施形態について図 17から図 21を参照して詳細に説明する。

(8)第 5実施形態の概要

本実施形態の車両では、姿勢制御を行うバランサを、車軸と同軸の回りに回転するフライホイールで構成する。

すなわち、バランサを回転あるいは制動すると、回転数の増減によるバランサに角加速度が生じる。この際にバランサの有する慣性により、バランサの軸の回りにバランサの加速の方向と逆方向に車両を回転させるトルク (反力トルク）が生じる。このトルクにより車両の姿勢制御を行う。

本実施の形態の車両は、バランサの回転数の増減により車両の姿勢が安定した後は、バランサを自由回転させる（回転数一定状態)。

[0144] このように、ノランサをフライホイールで構成することによりストロークを無限とすることがでさる。

また、バランサの駆動による重心移動が無くなるため、姿勢制御が容易になる。また、バランサをコンパクトィ匕及び軽量ィ匕することができ、車両も小型化することができる。更に、バランサを重力に逆らわずに保持するためエネルギーの消費を軽減することができる。

[0145] (9)第 5実施形態の詳細

図 17は、車両の外観構成の一例を例示したものである。

本実施形態の車両は、倒立振り子車両により構成されており、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向で前後方向のノランスを保持するように姿勢制御を行、ながら走行するものである。

本実施形態における姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第 6, 302, 230 号明細書、特開昭 63— 35082号公報、特開 2004— 129435公報、特開 2004— 2 76727公報で開示された各種制御方法が使用可能である。

[0146] 図 17に示されるように、倒立振り子車両は、同軸に配置された 2つの駆動輪 l la、 1 lbを備えている。

両駆動輪 l la、 l ibは、それぞれホイールモータ筐体 121内に収納された駆動モータ（ホイールモータ） 12で駆動されるようになって!/、る。

また、駆動輪 l la、 l ibの間には、図示しないフライホイールで構成したバランサと、このバランサの回転を加速するバランサモータがホイールモータ筐体 121内に、駆動輪 l la、 l ibと同軸に設けられている。

[0147] 駆動輪 l la、 l ib (以下、両駆動輪 11aと l ibを指す場合には駆動輪 11という）及び駆動モータ 12の上部には運転者が搭乗する搭乗部 13が配置されてヽる。

搭乗部 13は、ホイールモータ筐体 121に固定された支持部材 14 (フレーム）により支持されている。

[0148] 搭乗部 13の左脇には操縦装置 15が配置されている。この操縦装置 15は、運転者の操作により、倒立振り子車両の加速、減速、旋回、回転、停止、制動等の指示を行う運転操作部である。

本実施形態における操縦装置 15は、座面部 131に固定されている力有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に操縦装置を配置するようにしてもよい。

[0149] なお本実施形態において、操縦装置 15の操作により指示される走行指令によって加減速などの制御が行われるが、例えば、特開平 10— 67254号公報に示されるように、運転者が車両に対する前傾きモーメントや前後の傾斜角を変更することで、その傾斜角に応じた車両の姿勢制御及び走行制御を行うように切替可能にしてもょ、。

[0150] 搭乗部の右脇には、表示'操作部 17が配置されている。この表示'操作部 17は、図示しな!、液晶表示装置からなる表示部 172と、この表示部 172の表面に配置されたタツチパネル及び専用の機能キーで構成される入力部 171を備えて、る。

なお、表示 ·操作部 17は、操縦装置 15と同様に又は同一のリモコンにより構成するようにしてもょヽ。また表示 ·操作部 17と操縦装置 15と左右の配置を逆〖こしてもよく、両者を同一の側に配置するようにしてもょ、。

[0151] 搭乗部 13と駆動輪 11との間には制御ユニット 16が配置されている。

[0152] 次に、フライホイールで構成したバランサによる姿勢制御の原理について説明する図 18 (a)は、本実施の形態の車両をモデルィ匕した模式図であり、車両を前進方向力も見た正面図を示している。

このモデルでは、車両を、搭乗部 13と、フレームを介して搭乗部 13と接続する駆動モータ 12、駆動モータ 12で駆動される駆動輪 11、及びフレームを介して搭乗部 13 と接続するバランサモータ 22、ノランサモータ 22で駆動されるバランサ 21で構成している。ただし、フレームの質量は無視する。

図 17に示した車両との対応では、図 17の車両から、駆動モータ 12、駆動輪 11、バランサモータ 22、ノ《ランサ 21を除いた部分の重心が図 18 (a)の搭乗部 13に該当する。

[0153] ここでは、進行方向に対して水平面上の垂直な方向（運転者から見て左右方向）のノ《ランスは保たれているものとし、進行方向のバランスを制御することを考える。図 18 (b)は、モデルィ匕した車両をバランサ 21側から見た側面図を示している。ただし、バランサモータ 22は省略してある。

以下では、図 18 (b)に示したように、車軸 25を中心として搭乗部 13が車両の前進方向に回転する (傾斜する）方向を正の方向とし、逆の方向を負の方向として説明する。

[0154] バランサ 21は、質量を持った回転体であり、その重心は車軸 25上にある。バランサモータ 22の回転軸は車軸 25と同軸になっており、バランサモータ 22は、バランサ 21 を指定された方向、及び指定された角加速度にて回転させる。

すなわち、ノ《ランサモータ 22は、指定された角加速度が正の値の場合はバランサ 2 1を正の方向に当該角加速度で回転し、負の値の場合はバランサ 21を負の方向に当該角加速度で回転する。

[0155] バランサモータ 22が、バランサ 21の回転を加速すると、バランサ 21の有する慣性により、バランサモータ 22のステータ側にバランサ 21の加速方向と逆方向に回転させるトルクが生じる。

バランサモータ 22は、車両に固定されているため、このトルクは、搭乗部 13をバランサ 21の加速方向と逆方向に回転させるトルクとして作用する。本実施形態では、このトルクを反力と呼ぶことにする。

すなわち、反力は、ノランサモータ 22がバランサ 21にトルクを作用させたことにより生じる反作用である。

この原理により、ノ《ランサ 21の回転を正の方向に加速すると、搭乗部 13には負の方向に傾く反力が作用し、バランサ 21の回転を負の方向に加速すると、搭乗部 13には正の方向に傾く反力が作用することになる。

[0156] このようにバランサ 21の加速に対する反力は、搭乗部 13を前進方向、あるいは後退方向に傾ける力として作用するため、これを車両の姿勢制御に利用することができる。

すなわち、目標とする車軸 25回りの傾斜角度（目標傾斜角）の位置から、搭乗部 1 3が外力等により傾斜した場合、搭乗部の傾斜方向にバランサ 21の回転を加速する。これにより、搭乗部 13を目標傾斜角度に近づける方向に反力が作用し、搭乗部の傾きを目的地傾斜角度に近づけるように位置制御することができる。 [0157] 図 19は、倒立振り子車両における姿勢制御の原理について説明したものである。図 19 (a)に示されるように、乗員 Aの重量を ml、駆動輪 11の車輪中心（回転軸)から、乗員の重心までの距離を rlとする。

なお、本明細書において角加速度は { 0 }、 { ω }で表し、図面においては Θの上部に 2つのドットを付した 0ドット'ドット、 ωの上部に 1つのドットを付した ωドットで表示する。

また、乗員 Αの重量 mlは、搭乗者が搭乗し、駆動輪 11を固定した状態で回転部分の全重量 Mからバランサ 21の重量を減じた値であり、搭乗部 13と乗員の体重とで近似できる。

[0158] いま図 19 (a)の状態から、何かの外力が加わって図 19 (b)に示されるように、乗員 Aの重心（以下乗員重心という）が前方に角加速度 { Θ 1 }で傾斜したものとする。この乗員重心の傾斜による傾斜角度 0 1と角加速度 { Θ 1 }がジャイロセンサ 162で検出される。

乗員重心の傾斜を検出すると、図 19 (c)に示されるように、バランサ 21の回転を乗員 Aの傾斜方向に角加速度 { ω 2}で加速させる。

加速の方向傾斜方向については、基準線（図 19の例では車軸 25を通る鉛直線）に対する傾斜角 Θの正負で判断され、通常車両の前方進行方向への回転を正、その逆を負とする。

[0159] このバランサ 21を動かす角加速度 { ω 2}は、 { ω 2} >Κ{ Θ 1 }である。 Κは常数で、その導出につ!、ては後述する。

なお、ノランサ 21の加速は、ノランサ 21の回転数を検出し、その回転方向が正方向（加速しょうとして、る方向と同方向に回転して、る場合)であれば回転数を増加させることで正方向の加速度 { ω 2}を得る。

そして、ノランサ 21が加速しょうとして、る方向と逆方向に回転して、る場合であれば、回転数を減少させることによる正又は負の加速を行う。回転数が減少して 0になつた場合には、それ以前と逆方向の回転を増加させる。

[0160] バランサ 21を、角加速度 { ω 2}で回転させると、図 19 (c)に示されるように、バランサ 21を動かすためのトルクに対する反力によって乗員 Aが後方 (最初の傾斜方向と反対方向）に移動する。

[0161] 乗員 Aが後方に移動することで鉛直線を越えて角度 0 3 (< 0)になったこと、すなわち、鉛直線に対する傾斜角 Θが反転したことを検出すると、バランサ 21を角度 Θ 3 方向（反対方向）に加速 (負の方向に加速)させる。

すなわち、乗員 Aの傾斜角度が反転した際の角加速度 { Θ 3}もジャイロセンサ 162 で検出され、角加速度 { Θ 3}に応じた角加速度 { ω 4} ({ ω 4} >Κ{ Θ 3})でバランサ 21を加速させる。

この場合の加速は、図 19の例の場合、負方向の加速となる。すなわち、直前までバランサ 21は正方向（図面右回り方向）に回転させているので、バランサ 21に回転数を減少 (減速)させることにより負方向の加速を行う（回転数が減少していき 0になったら逆回転させることになる）。

これにより、図 19 (d)に示されるように、ノ《ランサ 21を後方に動かすためのトルクに対する反力によって乗員 Αが再度前方に角加速度 { Θ 5}で移動する。

[0162] 以後、同様に乗員 Aの鉛直線に対する傾斜角の反転を検出した際の角加速度 { Θ }に対応した角加速度 { ω }でバランサ 21を傾斜角方向に加速し、そのバランサ 21の移動による反力で乗員 Αを鉛直線方向に戻す動作を繰り返す。このような乗員 Aの振り子運動を通して、鉛直線を中心とした傾斜角 Θが徐々に 0に収束し、図 19 (a)に示す正常状態の姿勢に戻すことができる。

なお、図 19に示した乗員 Aの傾斜角は説明のため大きく表示しているが実際には、傾斜角 θ 1又は角加速度 { Θ 1 }の検出により直ちにバランサ 21を加速させるので、乗員 Aにとつてわずかな動きでしかな、。

[0163] 車両は、図 19 (a)に示すように、搭乗部 13の位置が目標とする鉛直線上（目標傾斜角）に戻った場合、すなわち、搭乗部 13が所定の位置にあり、反力を必要としない場合、バランサモータ 22がバランサ 21に加えるトルクをゼロとし、バランサ 21を自由回転 (フリーラン)させる。

このようにバランサ 21の反力を利用するとき以外の場合にバランサ 21を自由回転させるのは、バランサ 21を制御（例えば制動）することで不要な反力が発生するのを防ぐためである。ノンサ 21を自由回転させても電力を消費したり、車両の重心を移動させたりしないので、車両の運用上何ら不都合は生じない。

[0164] 自由回転しているバランサ 21は、軸受などによる摩擦で徐々に停止する力あるいは、停止する前に、再度バランサモータ 22によって加速される。

このため、ノ《ランサモータ 22がバランサ 21の回転を加速する際に、前回の加速により既にバランサ 21が回転している場合がある。

ノランサ 21の回転を加速する際にバランサ 21が既に回転している場合、バランサモータ 22は、その回転速度からバランサ 21を加速する。

[0165] 例えば、ノランサ 21が正の方向に自由回転している場合に、ノランサ 21を正の方向に加速する場合、ノランサモータ 22は、ノランサ 21の回転を加速して更に高速で回転させる。逆に、ノランサ 21の回転を負の方向に加速する場合は、ノランサ 21を減速してバランサ 21の回転速度を低下させる。

[0166] 以上のように、本実施の形態では、バランサ 21の負の方向の加速をバランサモータ 22で行うように構成した力例えば、ブレーキなどの物理的な制動手段を用いて負の方向の加速を行うように構成することもできる。

例えば、ノランサ 21にブレーキ装置を設置した場合を考える。ノランサ 21が正の方向に回転している際に、これを負の方向に加速したい場合、ノランサ 21にブレーキ装置を作用させると、バランサ 21の回転が減速し (すなわち、負の方向に加速し）、これによつて反力を発生させることができる。

[0167] ここで、上記常数 Kについて説明する。

今、乗員 Aが前方に角加速度 { Θ 1 }で移動するのに必要なトルクを T1は次の式（1 )により求まる。

[0168] Tl =ml X (rl Xrl) Χ { θ 1 } · ·· (1)

[0169] 一方、バランサ 21を正の方向に加速した場合、乗員 Α (搭乗部 13)に対して負の方向に作用するトルク T2 (反力）の大きさは、次の式（2)により求まる。

ただし、バランサ 21は、直径 D、厚さ L、質量 mの円板とし、加速度 (角加速度）を d co Zdtとする。なお、 ωはバランサ 21の角速度である。

[0170] T2 = m- (D X D/16 + L X L/12) Χ { ω } · ·· (2) [0171] このトルク T2が Tlよりも大きければ、（トルク T2の反カー T1)のトルクで乗員 A (搭乗部 13)を傾斜した方向と反対方向 (後方）に戻すことができる。

(1) (2)式から、次の式（3)となる。

{_W2}>((mlXrlXrl)/m- (DXD/16+LXL/12)) { θ 1}···(3) 従って、 K= (mlXrl Xrl)/(m- (DXDZ16+LXLZ12))となる。

[0172] 実際の制御では、バランサモータ 22によるバランサ 21の駆動トルクを T2とし、 T2

>T1となるように、ノランサモータ 22を駆動制御することになる。

角加速度 { Θ 1}はジャイロセンサ 162で検出する。

乗員 Αの重量 mlは、装置の重量 mla+搭乗者の重量 mlbである力このうち装置重量 mlaは車両毎に既知である。搭乗者の重量 mlbは、予想される搭乗者の予想最大体重、例えば、 90kgを設定しておく。予想最大体重を設定しておき、その値に基づいて T2を決定すれば、それ以下の体重であっても、 T2>T1の条件を満たし、ノンサ 21の移動によって乗員 Αを反対方向に戻すことができる。

[0173] なお、搭乗部 13の運転者が座る座面部 131に搭乗者の体重を測定する体重計（体重計測手段)を配置しておき、その測定値を搭乗者の重量 mlbとして使用するようにしてもよい。

[0174] 以上に述べたように、車両は、バランサ 21の回転の加速に伴う反力によって姿勢制御を行うことができる。

ところで、搭乗部 13に加わった外力が大きぐ搭乗部 13が傾斜する角加速度が大きい場合、ノンサ 21で発生させ得る最大反力 Tbmaxでは姿勢制御に必要な反力が不足する場合がある。

この場合、本実施形態の車両では、駆動モータ 12による傾斜駆動トルクによって反力の不足分を補う。

[0175] 例えば、正方向に大きな外力（大きな角加速度)で傾いた搭乗部 13を垂直方向に立て直す場合、バランサ 21で最大のバランサトルクを発生させると共に、駆動モータ 12を駆動して車両を前進方向に加速させる。

車両を前進方向に加速すると、慣性の法則により車両は前進方向と逆方向に回転しょうとするため、搭乗部 13に逆方向のトルクが発生する。このように、駆動モータ 12 が車両を前進方向、ある、は後退方向に傾けるために駆動輪 11に対して発生するトルクを傾斜駆動トルクと呼ぶことにする。

このように、搭乗部 13には、バランサ 21による負方向の最大反力 Tbmaxと、傾斜駆動トルクを合成した反力が作用し、最初の傾斜方向と逆方向に戻される。その後、図 19で説明したと同様に振り子運動の後、搭乗部 13は鉛直位置に制御される。なお、振り子運動の途中で搭乗部 13 (乗員 A)の角加速度 { Θ }が小さくなり、バランサ 21の加速による反力で足りる状態になった以降は、駆動モータ 12による傾斜駆動トルクによる制御は不要である。

[0176] 次に、図 20を用いて車両のハードウェア構成について説明する。

図 20は、制御ユニット 16の構成を表したものである。

制御ユニット 16は、車両がバランサ 21を用いて姿勢制御を行いながら倒立振り子走行を行う機能を有して、る。

以下、制御ユット 16を構成する各構成要素について説明する。

[0177] 制御ユニット 16は、主制御装置 161、ジャイロセンサ 162、駆動モータ制御装置 16 3、ノランサモータ制御装置 165、記憶部 164を備えている。

そして、制御ユニット 16は、周辺の装置を構成する操縦装置 15、入力部 171、表示部 172、バランサ検出部 173、タイヤ角度検出部 174、駆動モータ用インバータ 3 1、駆動モータ 12、バランサモータ用インバータ 32、バランサモータ 22、及び図示しな!、バッテリなどと接続されて、る。

[0178] 主制御装置 161は、メイン CPUを備え、図示しない各種プログラムやデータが格納された ROM、作業領域として使用される RAM、外部記憶装置、インターフェース部などを備えたコンピュータシステムで構成されている。

ROMには、ノンサ 21を用いて倒立振り子車両の姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置 15からの各種走行指令に基づヽて走行を制御する走行制御プログラムなどの各種プログラムが格納されており、主制御装置 161は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。なお、これらプログラムは、記憶部 164に記憶しておき、メイン CPUがこれを読み出すように構成することもできる。

姿勢制御プログラムは、後述のセンサから車両の傾斜角度や傾斜角速度を検出し、運転者が指示する走行指令に従って車両が走行するように、これらの検出値を用

V、て駆動モータ 12ゃバランサモータ 22を制御する。

[0179] ジャイロセンサ 162は、搭乗部 13の姿勢を感知する姿勢感知センサとして機能するジャイロセンサ 162は、搭乗部 13の傾斜に基づく物理量として、搭乗部 13の傾斜角度と角加速度を検出する。

主制御装置 161は、ジャイロセンサ 162で検出される傾斜角度から傾斜方向を認識するようになっている。

[0180] なお、本実施形態のジャイロセンサ 162では、角加速度と傾斜角度を検出して主制御装置 161に供給するが、角加速度だけを検出するようにしてもょ、。

この場合、主制御装置 161は、ジャイロセンサ 162から供給される角速度を蓄積することで、角加速度と角度を算出して傾斜角を取得するようにする。

[0181] また、姿勢感知センサとしてはジャイロセンサ 162以外に、液体ロータ型角加速度計、渦電流式の角加速度計などの搭乗部 13が傾斜する際の角加速度に応じた信号を出力する各種センサを使用することができる。

[0182] 駆動モータ制御装置 163は駆動モータ用インバータ 31を制御し、これによつて駆動モータ 12を制御する。

駆動モータ制御装置 163は、駆動モータ 12用のトルク―電流マップを備えており、このトルク—電流マップに従って、主制御装置 161から指令される駆動トルクに対応する電流を駆動モータ 12に対して出力するように駆動モータ用インバータ 31を制御する。

[0183] 駆動モータ用インバータ 31は、図示しないバッテリに接続されており、ノッテリが供給する直流電流を駆動モータ制御装置 163の指示に従って交流に変換して駆動モータ 12に供給する。

このように、主制御装置 161、駆動モータ制御装置 163、駆動モータ用インバータ 3 1、及び駆動モータ 12は、協働して動作し、駆動輪駆動手段を構成している。

[0184] バランサモータ制御装置 165はバランサモータ用インバータ 32を制御し、これによつてバランサモータ 22を制御する。

バランサモータ制御装置 165は、バランサモータ 22用のトルク一電流マップを備えており、このトルク電流マップに従って、主制御装置 161から指令される駆動トルクに対応する電流をバランサモータ 22に対して出力するようにバランサモータ用インバータ 32を制御する。

[0185] ノランサモータ用インバータ 32は、駆動モータ用インバータ 31と共にバッテリに接続されており、バッテリが供給する直流電流をバランサモータ制御装置 165の指示に従って交流に変換してバランサモータ 22に供給する。

これによつて、バランサモータ 22は、バランサモータ制御装置 165に指示された回転方向に、指示された角加速度で回転する。

このように、主制御装置 161、バランサモータ制御装置 165、バランサモータ用インバータ 32、バランサモータ 22は、協働して動作し、車両の姿勢 (運転操作部の姿勢）を所定位置に制御する姿勢制御手段を構成して、る。

[0186] 記憶部 164には、プログラム類を記憶するほか、ナビゲーシヨンを行う場合は、ナビゲーシヨンプログラム、ナビゲーシヨンを行うための地図データなどが記憶される。入力部 171は、表示'操作部 17 (図 17参照）に配置され、各種データや指示、選択をするための入力手段として機能する。

[0187] 入力部 171は、表示部 172上に配置されたタツチパネルと、専用の選択ボタンで構成される。タツチパネル部分は、表示部 172に表示された各種選択ボタンに対応して運転者が押下 (タツチ)した位置が検出され、その押下位置と表示内容とから選択内容が取得される。

表示部 172は、表示 ·操作部 17に配置される。表示部 172は、入力部 171からの選択や入力対象となるボタンや説明などが表示されるようになって、る。 [0188] タイヤ角度検出部 174も例えばレゾルバなどで構成され、駆動輪 11の角度を検出し、これを主制御装置 161に供給する。

主制御装置 161は、タイヤ角度検出部 174から供給された角度を時間で微分することにより駆動輪の角速度を得ることができ、更にこれを時間で微分することにより角加速度を得ることができる。

主制御装置 161は、このようにして得た駆動輪の角加速度と、目標とする角加速度とを比較することで、駆動モータ制御装置 163をフィードバック制御することができる。

[0189] バランサ検出部 173は、バランサ 21の回転数と角度を検出し、これを主制御装置 1 61に供給する。

主制御装置 161は、バランサ検出部 173から供給された角度を時間微分することでバランサ 21の角速度を求め、バランサ 21の回転方向を確認する。

そして、主制御装置 161は、確認した回転方向と、バランサ検出部 173から供給されるバランサ 21の回転数とから、この回転数を初期値として搭乗部 13の姿勢制御するために必要なバランサの角加速度を算出する。すなわち、バランサ 21の回転数を初期値として回転数を増加（正方向の加速）、又は減少 (負方向の加速)させる。

[0190] 次に、図 21のフローチャートを用いて制御ユニット 16が行う姿勢制御の手順を説明する。

車両が走行を開始した後、制御ユニット 16は、ジャイロセンサ 162の検出値から車両の傾斜角度 { Θ }を測定する (ステップ 5)。

更に、制御ユニット 16は、ジャイロセンサ 162の検出値から車両の傾斜角加速度を測定する (ステップ 10)。

そして、制御ユニット 16は、タイヤ角度検出部 174の検出値から車両速度を測定する（ステップ 15)。

[0191] 次に制御ユニット 16は、操縦装置 15から運転者が行った入力（走行指令）を読み取る (ステップ 20)。走行指令では、運転者が指示した車速などが指令される。

次に、制御ユニット 16は、走行指令に従って車両を走行させるための車両の目標傾斜角を算出する (ステップ 25)。

次に、制御ユニット 16は、走行指令で指定された車速にて走行するために駆動モータ 12で発生させる走行駆動トルクの目標値を算出する (ステップ 30)。

[0192] 次に、制御ユニット 16は、バランサ 21の反力のみによって目標とする車両の傾斜を実現できるか否かを判断する (ステップ 35)。

すなわち、制御ユニット 16は、ステップ 10で測定した搭乗部 13の傾斜角加速度 { Θ }から上記数式（1)に従って、搭乗部 13 (乗員 A)に加わったトルク T1を算出し、バランサ 21の加速で発生させ得るの最大反力 Tbmaxと比較する。

[0193] ノランサ 21の反力によってのみ目標とする車両の傾斜を実現できると判断した場合、すなわち、 T1く Tbmaxである場合 (ステップ 35 ; Y)、制御ユニット 16は、バランサ 21に目標とする反力を発生させるための角加速度を算出し、更に、この角加速度を実現するためにバランサモータ 22で発生させるトルク、すなわちバランサトルク Tb を算出する (ステップ 40)。

このバランサトルク Tbは、式（1)に従って算出したトルク T1よりも大きな値、すなわち、 Tb>Tlとなる値である。

[0194] そして、制御ユニット 16は、バランサモータ制御装置 165で保持しているトルク一電流マップに従って、先に算出したバランサトルク Tbに対応する電流をバランサモータ 22に対して出力するようにバランサモータ用インバータ 32を制御する (ステップ 45)。これによつて、バランサ 21の回転が加速し、その際の反力で目標とする車両の傾斜角が実現する。

[0195] このステップ 45の動作と並行して、制御ユニット 16は、駆動モータ制御装置 163に指令して、先に算出した走行駆動トルクを駆動モータ 12に出力させる (ステップ 50)。これによつて、車両は、目標とする車速で走行することができる。

[0196] 一方、ノランサ 21の最大反力 Tbmaxでも車両の傾斜を戻すことができないと判断した場合、すなわち、 Tl≥Tbmaxである場合 (ステップ 35 ;N)、制御ユニット 16は、ノ《ランサ 21の最大反力 Tbmaxでは足りない分を補うための傾斜駆動トルク（=T1— 最大反力 Tbmax)を算出する (ステップ 60)。

そして、制御ユニット 16は、バランサモータ制御装置 165で保持しているトルク一電流マップに従って、最大値 Tbmaxに対応する電流をバランサモータ 22に対して出力するようにバランサモータ用インバータ 32を制御する (ステップ 65)。 [0197] このステップ 65の動作と並行して、制御ユニット 16は、駆動モータ用インバータ 31 に指令し、先に算出した走行駆動トルクと、先に算出した傾斜駆動トルクを加算した駆動トルクを駆動モータ 12に出力させる (ステップ 70)。

バランサの反力と傾斜駆動トルクにより目標とする車両の傾斜角が実現し、走行駆動トルクにより目標とする車速で走行することができる。

このように、ノランサトルクのみによっては目標とする車両の傾斜角が実現できない場合は、ノランサ 21による反力と傾斜駆動トルクを組み合わせることにより目標値を実現することができる。

[0198] 制御ユニット 16は、ステップ 50、又はステップ 70にて所望の傾斜角度、及び車速を実現した後、走行を継続する場合は (ステップ 55 ; Y)ステップ 5に戻り、走行を継続しない場合は (ステップ 55 ; N)、車両を停車して処理を終了する。

[0199] 以上に説明した第 5実施形態により次のような効果を得ることができる。

(1)バランサのストロークを無限とすることができる。

(2)バランサの重心が回転軸上にあるため、バランサの駆動に伴う車両の重心移動が生じず、姿勢制御処理が容易になる。

(3)反力の利用後にホイールを自由回転させることにより、不要な反力の発生を防ぐことができる。

(4)ホイールを用いることにより回転軸の回りに質量を分布させることができるため、バランサをコンパクトィ匕 (小型化)及び軽量ィ匕することができる。

(5)バランサを重力に逆らって保持する必要がな、ため、バランサ保持に要するエネルギー消費を低減することができる。

[0200] 次に第 6実施形態について図 23から図 28を参照して詳細に説明する。

(10)第 6実施形態概要

第 6実施形態の車両は、搭乗部とは別体で、前後（走行方向）に自由に移動可能で、各々独立制御が可能なバランサを複数設けることにより、車両全体の重心位置を所定位置に保つものである。

バランサは 2個以上あればよいが、本実施形態では、一例として、車両に、車軸の回りに個別に回転可能な第 1バランサと第 2バランサを備えているそして、車両は、搭乗部を所定の位置に姿勢制御する際に、姿勢制御に必要な反力トルクを計算すると共に、当該反力トルクを発生させ、かつ、車両の重心の位置を所定位置に保つような第 1バランサと第 2バランサの角加速度を計算する。

[0201] 第 1バランサと第 2バランサは、それぞれ個別の駆動モータに接続されており、車両は、両バランサが算出した角加速度となるように個々の駆動モータを駆動する。これによつて、車両は、全体の重心位置を所定位置に保ちながら姿勢制御に必要な反力トルクを発生させることができる。

また、このように姿勢制御することにより、動作時及び停止時において搭乗部の傾斜を抑制し、搭乗部を鉛直線上に保持することが可能となる。

更に、移動動作時に搭乗部の揺れを抑制することができるほか、搭乗部の安定性を向上させることができる。

[0202] (11)第 6実施形態の詳細

第 5の実施形態では、ノランサをフライホイールで構成したのに対して、第 6実施形態のノランサは第 1バランサと第 2バランサで構成される点を除き、その外観構成は同じである。従って、第 5実施形態における図 17の説明が第 6実施形態の車両の外観構成の説明である。

[0203] 次に、図 23と図 24を用いて第 1バランサと第 2バランサを用いた姿勢制御の原理について説明する。

図 23は、本実施形態の車両をモデルィヒした模式図であり、車両を前進方向から見た正面図を示している。

このモデルでは、車両を、搭乗部 13と、フレームを介して搭乗部 13と接続する駆動モータ 12、駆動モータ 12で駆動される駆動輪 11、及びフレームを介して搭乗部 13 と接続する第 1バランサモータ 22、第 1バランサモータ 22で駆動される第 1バランサ 2 0、及びフレームを介して搭乗部 13と接続する第 2バランサモータ 23、第 2バランサモータ 23で駆動される第 2バランサ 21で構成している。ただし、フレームの質量は無視する。

第 1バランサモータ 22、第 2バランサモータ 23の回転軸は車軸 25と同軸となるように配設されている。第 1バランサ 20と第 2バランサ 21は、それぞれ回転軸よりも上方に質量が分布するように構成されており、第 1バランサモータ 22、第 2バランサモータ 23により有限なストローク内でそれぞれ独立に双方向に回転可能となつて、る。

このように、質量分布が回転軸に対して非対称となるようにバランサを構成することにより、バランサの回転によって重心の移動を生じさせることができる。

[0204] 図 24は、図 23のモデルィ匕した車両を進行方向に対して、その側面から見た状態を表している。

なお、簡単ィ匕のため第 1バランサモータ 22、第 2バランサモータ 23などは省略してある。

また、図 24では、運転者を含めた車両全体の重心を重心 26で示している。

[0205] ここで、搭乗部 13の質量を ml、重心回りの慣性モーメントを II、重心から支点までの長さ ¾τ1とし、搭乗部 13の垂直方向力もの傾斜角を θ 1とする。なお、これらの値は、搭乗部 13に着席して、る運転者を含めた値とする。

すなわち、車両は、運転者の体重などを計測し、 ml、 II、 rlを運転者込みの値に補正する機能を備えているものとする。

又は、運転者の標準的な体重などを予め想定しておき、この値を用いた計算値を固定的に用いるようにしてもょ、。

[0206] バランサに関しても同様にして、第 1バランサ 20の質量を m2、重心回りの慣性モーメントを 12、重心力支点までの長さを r2、垂直方向からの傾斜角を 0 2とし、第 2バランサ 21の質量を m3、重心回りの慣性モーメントを 13、重心から支点までの長さを r 3、垂直方向からの傾斜角を 0 3とする。

以下の計算式では、時間微分を記号 Uで表すことにする。この表記法に従い、角速度 ωは角度 Θの時間微分であり ω = { Θ }で表され、角加速度 exは角速度の時間微分であり、 α = { ω } = { { Θ } }で表される。

[0207] ここで、搭乗部 13に姿勢制御のための角加速度《1 = { { Θ 1 } }を与えることを目標とし、この際に重心 26に加速度を生じないような第 1バランサ 20、第 2バランサ 21の加速条件を求める。

ここで、角加速度 α 1は、搭乗部 13に外力が加わることで搭乗部 13が傾斜する際の角加速度であり、後述のジャイロセンサ 162で検出される。

[0208] まず、第 1バランサ 20に角加速度 a 2、第 2バランサ 21に角加速度 a 3を与えた場合、次の式（1)が成り立つ。

なお、以下の式では、累乗数 nを Γη)で表し、例えば、 ρの 3乗は、 ρΧρΧρ= (ρ' 3)で表すこととする。

[0209] (l2+m2(r2"2)) α 2+ (l3+m3(r3"2)) α 3= - (Il+ml (rl"2)) αΐ (1) [0210] ここで、（I2+m2(r2'2)) α2は、第 1バランサモータ 22が第 1バランサ 20に加えるバランサトルク τ 2に該当し、（I3+m3(r3'2)) «3は、第 2バランサモータ 23が第 2 ノランサ 21に加えるバランサトルクて 3に対応する。

一方、重心の周方向加速度 aGが 0となる条件は、次の式（2)で表される。

[0211] aG=Alcos( Θ G- Θ 1- j81) +A2cos( Θ G- θ 2- β 2) +A3cos( θ G— θ

3- β 3) =0 (2)

[0212] ここで、 Ai(i=l、 2、 3、以下同様）は、

Ai= (mi/M) ri ( ( α Γ 2) + ( ω Γ4) )

であり、 aiの関数である。

なお、 oi={ 0 i}、 M=∑miである。

∑は iに関する和を表し、 M=∑mi=ml+m2+m3となる。

また、 tan Θ Gは 0 G = Emirisin Θ i/∑miricos Θ iにより規定される。また、 j8iは、

ただし、∑は iに関する和を表す。

このように j8 iは a iの関数で表される。

[0213] このように、式（2)が成立する α 2、 α 3を与えると重心の周方向の加速度 aG = 0となり、全体の重心を車軸の周方向に動力さずに搭乗部 13を位置制御することができる。

そこで、式（1)及び式 (2)の両式を満たす《2、《3を数値解析により算出し、第 1 バランサモータ 22にバランサトルク τ 2=(I2+m2(r2"2)) α2を出力させ、第 2バランサモータ 23にバランサトルク τ 3=(I3+m3(r3"2)) α 3を出力させれば、車両全体の重心を周方向に回転せずに搭乗部 13を位置制御することができる。 [0214] 次に、図 25を用いて車両のハードウェア構成について説明する。

図 25は、制御ユニット 16の構成を表したものである。

制御ユニット 16は、車両が第 1バランサ 20、第 2バランサ 21を用いて姿勢制御を行 V、ながら倒立振り子走行を行う機能を有して!/、る。

[0215] 制御ユニット 16は、主制御装置 161、ジャイロセンサ 162、駆動モータ制御装置 16 3、第 1バランサモータ制御装置 165、第 2バランサモータ制御装置 166、記憶部 16 4を備えている。

そして、制御ユニット 16は、周辺の装置を構成する操縦装置 15、入力部 171、表示部 172、バランサ検出部 173、タイヤ角度検出部 174、駆動モータ用インバータ 3 1、駆動モータ 12、第 1バランサモータ用インバータ 32、第 1バランサモータ 22、第 2 バランサモータ用インバータ 33、第 2バランサモータ 23、及び図示しないバッテリなどと接続されている。

[0216] 主制御装置 161は、メイン CPUを備え、図示しない各種プログラムやデータが格納された ROM、作業領域として使用される RAM、外部記憶装置、インターフェース部などを備えたコンピュータシステムで構成されている。

ROMには、バランサ 20、 21を用いて倒立振り子車両の姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置 15からの各種走行指令に基づヽて走行を制御する走行制御プログラムなどの各種プログラムが格納されており、主制御装置 161は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。なお、これらプログラムは、記憶部 1 64に記憶しておき、メイン CPUがこれを読み出すように構成することもできる。

姿勢制御プログラムは、後述のセンサから車両の傾斜角度や傾斜角速度を検出し、運転者が指示する走行指令に従って車両が走行するように、これらの検出値を用いて先のバランサトルク τ 1、 τ 2を計算し、駆動モータ 12や第 1バランサモータ 22、第 2バランサモータ 23を制御する。

[0217] ジャイロセンサ 162は、搭乗部 13の姿勢を感知する姿勢感知センサとして機能するジャイロセンサ 162は、搭乗部 13の傾斜に基づく物理量として、搭乗部 13の傾斜角度 θ 1と角加速度 α 1を検出する。

主制御装置 161は、ジャイロセンサ 162で検出される傾斜角度 θ 1から傾斜方向を認識するようになって！/ヽる。

[0218] なお、本実施形態のジャイロセンサ 162では、角加速度 ex 1と傾斜角度 θ 1を検出して主制御装置 161に供給するが、角速度だけを検出するようにしてもよい。

この場合、主制御装置 161は、ジャイロセンサ 162から供給される角速度を蓄積することで、角加速度 α 1と角度 θ 1を算出して傾斜角を取得するようにする。

[0219] また、姿勢感知センサとしてはジャイロセンサ 162以外に、液体ロータ型角加速度計、渦電流式の角加速度計などの搭乗部 13が傾斜する際の角加速度に応じた信号を出力する各種センサを使用することができる。

[0220] 駆動モータ制御装置 163は駆動モータ用インバータ 31を制御し、これによつて駆動モータ 12を制御する。

[0221] 駆動モータ用インバータ 31は、図示しないバッテリに接続されており、ノッテリが供給する直流電流を駆動モータ制御装置 163の指示に従って交流に変換して駆動モータ 12に供給する。

このように、主制御装置 161、駆動モータ制御装置 163、駆動モータ用インバータ 3 1、及び駆動モータ 12は、このように協働して動作し、駆動輪駆動手段を構成している。 [0222] 第 1バランサモータ制御装置 165は第 1バランサモータ用インバータ 32を制御し、これによつて第 1バランサモータ 22を制御する。

第 1バランサモータ制御装置 165は、第 1バランサモータ 22用のトルク—電流マツプを備えており、このトルク電流マップに従って、主制御装置 161から指令されるノランサトルクて 1に対応する電流を第 1バランサモータ 22に対して出力するように第 1バランサモータ用インバータ 32を制御する。

[0223] 第 1バランサモータ用インバータ 32は、駆動モータ用インバータ 31と共にバッテリに接続されており、バッテリが供給する直流電流を第 1バランサモータ制御装置 165 の指示に従って交流に変換して第 1バランサモータ 22に供給する。

これによつて、第 1バランサモータ 22は、第 1バランサモータ制御装置 165に指示された回転方向に、指示された角加速度で回転する。

[0224] 第 2バランサモータ制御装置 166は第 2バランサモータ用インバータ 33を制御し、これによつて第 2バランサモータ 23を制御する。

第 2バランサモータ制御装置 166は、第 2バランサモータ 23用のトルク—電流マツプを備えており、このトルク電流マップに従って、主制御装置 161から指令されるノランサトルクて 2に対応する電流を第 2バランサモータ 23に対して出力するように第 2バランサモータ用インバータ 33を制御する。

[0225] このように、バランサトルク τ 1、 τ 2に対応する電流がバランサモータ 22、 23に供給されることで、バランサ 20、 21が角加速度 a 2、 a 3で駆動される力式（2)における重心の周方向加速度 aGは 0となり、全体の重心を車軸の周方向に動力さずに搭乗部 13を位置制御することができる。

[0226] 第 2バランサモータ用インバータ 33は、駆動モータ用インバータ 31、第 1バランサモータ用インバータ 32と共にノッテリに接続されており、ノッテリが供給する直流電流を第 2バランサモータ制御装置 166の指示に従って交流に変換して第 2バランサモータ 23に供給する。

これによつて、第 2バランサモータ 23は、第 2バランサモータ制御装置 166に指示された回転方向に、指示された角加速度で回転する。

このように、主制御装置 161、第 1バランサモータ制御装置 165、第 1バランサモータ用インバータ 32、第 1バランサモータ 22、第 1バランサ 20、第 2バランサモータ制御装置 166、第 2バランサモータ用インバータ 33、第 2バランサモータ 23、第 2バランサ 21は、協働して動作し、車両の姿勢 (運転操作部の姿勢)を所定位置に制御する姿勢制御手段を構成している。

[0227] 記憶部 164には、プログラム類を記憶するほか、ナビゲーシヨンを行う場合は、ナビゲーシヨンプログラム、ナビゲーシヨンを行うための地図データなどが記憶される。入力部 171は、表示'操作部 17 (図 1参照）に配置され、各種データや指示、選択をするための入力手段として機能する。

[0228] 入力部 171は、表示部 172上に配置されたタツチパネルと、専用の選択ボタンで構成される。タツチパネル部分は、表示部 172に表示された各種選択ボタンに対応して運転者が押下 (タツチ)した位置が検出され、その押下位置と表示内容とから選択内容が取得される。

表示部 172は、表示 ·操作部 17に配置される。表示部 172は、入力部 171からの選択や入力対象となるボタンや説明などが表示されるようになって、る。

[0229] タイヤ角度検出部 174も例えばレゾルバなどで構成され、駆動輪 11の角度を検出し、これを主制御装置 161に供給する。

[0230] バランサ検出部 173は、第 1バランサ 20と第 2バランサ 21の傾斜角を検出し、これを主制御装置 161に供給する。

第 1バランサ 20と第 2バランサ 21のストロークは有限であるため、この角度を超えて第 1バランサ 20、第 2バランサ 21を回転させることはできな、。

そのため、主制御装置 161は、第 1バランサ 20、第 2バランサ 21を駆動した後、バランサ検出部 173の検出値を参照しながら車両の姿勢制御に影響を与えない程度の低回転速度で第 1バランサ 20、第 2バランサ 21を駆動した方向と逆の方向に回転させて所定の定位置に復帰させる。これによつて、第 1バランサ 20と第 2バランサ 21 は、次回の姿勢制御用のストロークを確保することができる。

[0231] 次に図 26のフローチャートを用いて制御ユニット 16が行う走行制御処理について説明する。

制御ユニット 16は、タイヤ角度検出部 174の検出値から車両速度を測定する (ステップ 15)。

次に制御ユニット 16は、操縦装置 15から運転者が行った入力（走行指令）を読み取る (ステップ 20)。走行指令では、運転者が指示した車速などが指令される。

[0232] 次に、制御ユニット 16は、走行指令に従って車両を走行させるための車両の重心位置を算出する (ステップ 25)。

この重心位置は、搭乗部 13を垂直に保ったまま第 1バランサ 20、第 2バランサ 21を移動して実現してもよいし、あるいは、車両を進行方向に傾斜させて実現してもよいし、あるいは、両者を組み合わせてもよい。

[0233] そして、制御ユニット 16は、第 1バランサ 20、第 2バランサ 21を回転させて、ステツプ 25で算出した所定の重心位置に車両全体の重心を設定すると共に、ステップ 30 で算出した走行駆動トルクにて駆動モータ 12を駆動して車両を走行させる (ステップ 35)。

[0234] 制御ユニット 16は、走行を継続する力否かを判断し (ステップ 40)、走行を継続する場合は (ステップ 40 ; Y)、ステップ 15に戻り、走行を継続しない場合は (ステップ 40 ; N)、車両を停車して処理を終了する。

[0235] 次に図 27のフローチャートを用いて制御ユニット 16が行う姿勢制御処理について説明する。

制御ユニット 16は、ジャイロセンサ 162から搭乗部 13の傾斜角 θ 1と傾斜角加速度 a 1を取得し (ステップ 60)、傾斜角が反転した力否かを判断する (ステップ 65)。ここで、傾斜角 θ 1は、駆動輪 l la、 l ibの車軸を通る所定の基準線に対する傾斜角度が検出され、傾斜角の反転は、傾斜角 Θ 1 >0の状態と傾斜角 Θ 1 < 0の状態間の変化が該当する。また、傾斜角 Θ 1 =0 (安定状態)から傾斜角 Θ 1 >0や Θ 1 < 0への状態変化も、傾斜角の反転に含まれるものとする。

そして、本実施形態における基準線は、車軸を通る鉛直線に設定されているが、基準線を鉛直線カゝら所定角度 Θだけ傾斜させるようにしてもよい。この場合、搭乗部 13 が鉛直線に対して所定角度 Θだけ傾斜している状態が Θ 1 =0となる。例えば、走行 (前進、後進を含む）している場合に、走行している方向に所定角度 Θだけ傾斜させることで、不自然な感覚を解消することができる。この場合、車速が大きくなるほど所定角度を大きくすることで、車速 Vの関数として Θ (V)を規定するようにしてもよい。

[0236] 制御ユニット 16は、傾斜角の反転が無ければ (ステップ 65 ; N)、ステップ 60に戻つて弓 Iき続き姿勢の監視を継続する。

[0237] 一方、傾斜角の反転が検出された場合 (ステップ 65 ; Y)、制御ユニット 16は、ステツプ 60で取得した搭乗部 13の角加速度 α 1、及び、バランサ検出部 173で検出した Θ 2、 Θ 3を式（1)、及び（2)に代入して第 1バランサモータ 22、第 2バランサモータ 2 3に出力させるバランサトルク τ 2、 τ 3を算出する (ステップ 70)。

[0238] より詳細には、バランサトルク τ 2、 τ 3は、それぞれ第 1バランサ 20、第 2バランサ 2 1の角加速度 α 2、 α 3の関数であるため、制御ユニット 16は、これら角加速度を式（ 1)、式（2)で求め、これを用いてバランサトルク τ 2、 τ 3を算出する。このように制御ユニット 16は、角加速度計算手段として機能する。

なお、 mi、 Ii、 riなどのパラメータは予め記憶部 164に記憶されている。更に、搭乗部 13の ml、 II、 rlを運転者の体重などで補正する場合は、搭乗部 13 に体重計などの計測装置を装備し、制御ユニット 16はこれらの計測装置による出力値を用いてこれらのパラメータを補正する。

[0239] 次に、制御ユニット 16は、算出したバランサトルク τ 1、 τ 2を出力するように第 1バランサモータ制御装置 165、第 2バランサモータ制御装置 166に命じる。

すると第 1バランサモータ制御装置 165、第 2バランサモータ制御装置 166は、それぞれ第 1バランサモータ用インバータ 32、第 2バランサモータ用インバータ 33を制御し、第 1バランサモータ 22と第 2バランサモータ 23にそれぞれバランサトルク τ 1、 τ 2を出力させる (ステップ 75)。 [0240] これによつて、車両全体の重心位置はステップ 25で算出した所定値に保ったまま搭乗部 13の姿勢が制御される。

すなわち、搭乗部 13が外力により基準線に対して例えば車両進行方向に θ 1だけ傾斜した場合には、車両全体の重心位置を移動することなく第 1バランサ 20、第 2バランサ 21を回転させることで、搭乗部 13を基準線方向（外力により傾斜下方向と逆方向）に戻される。

[0241] ついで、制御ユニット 16は、電源がオフされたか判断し (ステップ 80)、オフされれば（； Y)処理を終了し、オフされていなければ（； N)、ステップ 60に戻って姿勢制御を継続する。

[0242] このように、基準線方向に戻された搭乗部 13は、そのまま基準線を越えて当初と反対方向に傾斜することになる力ステップ 60に戻ることで、この基準線を越えた時点で傾斜角の反転がありと判断され (ステップ 65 ; Y)、再び基準線方向への姿勢制御が行われる。

以後、同様に搭乗部 13の基準線に対する傾斜角の反転を検出した際の角加速度 a 1に対応したバランサトルク τ 1、 τ 2でバランサ 20、 21を回転させ、そのバランサ 21の移動による反力で搭乗部 13を基準線方向に戻す動作を繰り返す。このような搭乗部 13の振り子運動を通して、基準線を中心とした最大の傾斜角 θ 1が徐々に 0に収束し正常状態の姿勢に戻すことができる。

[0243] 以上に説明した第 6実施形態により次のような効果を得ることができる。

( 1)複数のバランサの反力トルクを組み合わせることにより、反力トルク方式の姿勢制御を車両全体の重心移動を伴わずに行うことが可能となる。

(2)重心移動を伴わずに反力トルクを発生することができるため、姿勢制御が容易になる。

(3)運転者の安定性が向上し、運転者の快適度を向上させることができる。

(4)走行時、停止時の運転者の走行方向への傾斜を低減することができ、運転者の快適度を向上させることができる。

[0244] 以上、本発明の車両における各実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなぐ各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。

例えば、説明した実施形態では、ノンサ歯車を回動させるために駆動軸 11の鉛直線上で平行な軸線上にバランサモータ 181の回転軸を配置するようにしたが、バランサ歯車 184の回転軸と直交する軸線上にバランサモータ 181の回転軸を配置し、ウォームギアによりバランサ歯車 184を回動するようにしてもょ、。

また、説明した実施形態では、バランサ歯車を外歯歯車としたが、内歯歯車としてもよい。

[0245] 更に、ノ《ランサモータ 181で発生させたトルクをバランサ Bに伝達する機構としては、歯車の他に、ベルト等の各種伝達機構を使用してもよい。

また、バランサ 182の移動方向を駆動輪 11の回転軸 111を中心とした回動方向としたが、制御ュ-ット 16と平行な方向を往復動可能に構成してもよ!/ヽ。

この場合、バランサ駆動部 18として、特許文献 2の図 29、 30で説明されているようにリニアモータを使用してバランサを移動するようにしてもよ、。

また、特許文献 1の図 13で説明されているように、モータの回転軸に配置したねじ軸の回転により軸方向にバランサを移動するようにしてもよ!、。

[0246] また、説明した実施形態では、車両の姿勢を定常状態に維持するために、乗員 A の傾斜角加速度 { Θ }から求まるトルク T1を、バランサ Bの移動トルク T2の反力— T2 で相殺することで姿勢制御をする場合について説明した。

しかし、乗員 Aの傾斜によるトルク T1を相殺するために、バランサ Bの移動トルク T2 とホイール駆動モータ 12の駆動によるトルク T3で姿勢制御をするようにしてもよい。

[0247] すなわち、ノランサ Bの移動だけでは姿勢制御できな、場合、例えば、バランサ B の最大出力トルク T2よりも乗員 Aの角加速度 { Θ }を発生させたトルク T1の方が大きい場合、ホイール駆動モータ 12を駆動し、駆動輪 11を駆動することで、姿勢制御をする。

[0248] 具体的には、車両が停止状態の場合であれば、車両が乗員 Aの傾斜方向に移動するようにホイール駆動モータ 12を駆動することでトルク T3を発生させ、その反カー T3とバランサ Bの移動による反カー T2の合計トルク一（T2+T3)により乗員 Aの傾斜によるトルクを相殺するようにする。 [0249] また、車両が定常走行状態の場合、車両の前方への傾斜（ 0 >0)であれば、ホイール駆動モータ 12が分担するトルク T3分だけ加速するようにホイル駆動モータ 12を制御する。

一方、車両の後方への傾斜（ Θ < 0)であれば、トルク T3分だけ減速するようにホイール駆動モータ 12を制御する。

このように、バランサ Bの移動によるトルクの不足分をホイール駆動モータ 12の駆動トルク T3により補正することで、大きなトルクによる乗員 Aの傾斜にも対応することが可會になる。

[0250] また、説明した実施形態では、独立したバランサ 182を配置するようにしたが、バランサモータ 181をバランサとして使用するようにしてもよい。

この場合、バランサモータ 181が駆動輪 11の回転軸を中心とする円弧上を往復動し、または、水平面上を往復道するように構成する。

[0251] また、バランサモータ 181とバランサ 182の両者が移動するようにしてもよい。この場合バランサモータ 181とバランサ 182とを一体として移動するようにしてもよぐ通常バランサ 182のみを移動し、所定以上のトルクが必要である場合にバランサモータを移動させるようにしてもよく、その逆でもよい。

[0252] また、バランサとして、独立したバランサ 182を配置するのではなぐこれに代えて、またはこれに加えて、車両搭載装置をバランサとして使用するようにしてもょ、。例えば、ノッテリ 160をバランサとして使用したり、さらにバッテリ 16を含む制御ュ- ットをバランサとして使用するようにしてもょ、。

[0253] また、説明した実施形態では、鉛直線を基準として姿勢が鉛直線上となるように姿勢制御する場合について説明した。例えば、図 5で説明した姿勢制御では、鉛直線を基準にした傾斜角 Θ力^になるように姿勢を制御する場合について説明した。これに対して、姿勢制御の基準線を鉛直線力所定角度 Θだけ傾斜させるようにしてもよい。

例えば、走行 (前進、行進を含む）している場合に、走行している方向に所定角 Θ だけ傾斜させることで、不自然な感覚を解消することができる。

この場合、車速が大きくなるほど Θを大きくすることで、車速 Vの関数として Θ (V)を規定するようにしてもよヽ。

[0254] そして、この場合、図 5のステップ 51では、傾斜角 Θは、鉛直線から Θだけ進行方向に傾斜した角を基準にして反転があった力否かを判断する。

この場合においても、安定状態である傾斜角 Θ =0 (鉛直線から Θ傾斜）ら傾斜角

Θ >0や Θ < 0への状態変化も、傾斜角 Θの反転に含まれる。

[0255] また図 1、図 6で説明した両実施形態では、バランサ駆動部 18又はバランサ 182 ( 以下バランサ 18等という）を搭乗部 13の下側に配置した場合について説明したが、他の位置に配置するようにしてもよ!、。

この場合、乗員重心よりもバランサ重心が高、位置となるようにバランサ駆動部を配置するようにしてちょい。

[0256] 例えば、搭乗部 13に肘掛けを配置してその内部にバランサ 18等を配置することができる。

また、本実施形態の車両をカバーする本体を設け、搭乗部をカバーするドア部分等の車両側面（一方、又は両方）内部にバランサ等を配置するようにしてもよい。さらに、車両の上部に屋根部を配置し、この屋根部にバランサ 18等を配置するようにしてもよい。

これらの各場合において、ノ《ランサ 182の駆動は、回転運動、直線運動のいずれの方式を採用するようにしてもよい。

[0257] このように、乗員重心よりもバランサ重心が高、位置にバランサ 182を配置することで、説明した実施形態よりも、バランサを駆動する際の角加速度（回転運動の場合)、加速度 (直線運動の場合)を小さくすることができる。その結果、小型のバランサモータを使用することが可能になる。

[0258] また説明した実施形態では、水平面に対して直角で進行方向と平行な平面内において、所定の軸を中心としてバランサ 182を回動させる場合について説明した力水平面内において所定の軸を中心としてバランサ 182を回動させるようにしてもよい。すなわち、制御ユニット 16の下部に、座面 131の略中心部分となる所定位置を回転軸として水平面内で回転するバランサ 182配置する。

また、車両の屋根部の水平面に、屋根の略中心部分となる所定位置回転軸として水平面内で回転するバランサ 182を配置するようにしてもょ、。

ノンサ 182を水平面上で回転させることで、車両内の空間を有効に使用することができる。

[0259] また、説明した姿勢制御では、ステップ 51 (図 5、図 8、図 10)において傾斜角 Θの反転を検出したことを条件として、バランサ 182を傾斜方向に移動させる場合について説明した。

これに対して、 Θ =0になる直前の角度 θ 1でバランサ 182を反対側（ θ 1の反対側 )に移動させるようにしてもよい。

この場合の θ 1は、ノランサ 182を反対側に動力さな力つた場合に、 Θ =0の基準線 (鉛直線、又は鉛直線から Θ傾いた線)を通過する角加速度 { θ z}を算出し、その角加速度 { Θ z}に応じて決定する。

この場合、角加速度 { θ z}が大きいほど θ 1を大きくする。

これにより、より早く基準線上に姿勢を戻すことが可能になる。

[0260] また説明した実施形態では、ステップ 51において、傾斜角 Θ =0から Θ≠0になつた場合に、傾斜角の反転がありと判断した。

これに対して、搭乗部 (乗員 A)の傾斜角度 Θが所定の許容角度 Θ aを超えた場合、すなわち、 θ > Θ aとなった場合に傾斜角の反転がありと判断して姿勢制御を行うようにしてもよい。

この場合、式（1)から T1を算出するための乗員 Aの角加速度 { θ 1 }は、 θ > Θ aとなった際の角加速度とするが、 Θ≠0となった際の角加速度とすることも可能である。

[0261] また、説明した第 2実施形態及び、第 3実施形態では、駆動モータ 12による加算トルク T3として特に閾値を設定しな力つた。

しかし、駆動モータ 12から出力される駆動トルクは全て駆動輪 11の回転に使用される訳ではなぐその一部は、路面抵抗 (転がり抵抗)及びタイヤ (ゴム）の変形に使用される。このため、駆動モータ 12を駆動したとしても、ただちに駆動輪 11が始動する訳ではない。

[0262] そこで、駆動輪 11が停止状態力駆動を開始する始動トルク値を第 1閾値とし、乗員 Aの移動によるトルク T1が、この第 1閾値よりも小さい場合には、駆動モータ 12による加減トルク T3 >Τ1 (く第 1閾値)で姿勢制御を行うようにしてもょ、。

[0263] この場合、トルク T1が第 1閾値以上で第 2閾値未満である場合、駆動モータ 12により加減トルク Τ3を第 1閾値未満の所定値とし、ノ《ランサ Βの移動によるトルク Τ2を T1 第 1閾値とする。

ここで第 2閾値は、 Tmax+第 1閾値未満とする。

[0264] また、トルク T1が第 2閾値以上である場合、バランサ Bの移動によるトルク T2を Tma

Xとし、駆動モータ 12による加減トルク T3を T3 >T1— T2maxとする。

[0265] この変形例により、トルク T1が第 1閾値より小さい場合では、車両が移動したり（制止状態の場合)、走行速度が変わったり（走行状態の場合)することなぐ姿勢制御を行うことができる。

また、バランサ Bを動力さないので、その後の大きな外力にたいしてバランサ Bの位置を鉛直線上等の所定位置に保持しておくことができる。

[0266] また、本実施形態では、走行状態による、バランサ駆動モータと車輪駆動モータの負荷や効率に応じ、安定制御（姿勢制御）に用いるモータを選択的に使用するようにしてちよい。

例えば、車両の停車中はバランサモータを優先的に使用し、車両の走行中は駆動モータの使用を優先的に使用する。

[0267] また、トルク T1が T2max以上である場合、バランサ Bのトルク T2=T2maxとする場合について説明した力トルク T2が T2max未満となる範囲であれば、トルク T1を、トルク T2と加減トルク T3に所定割合で分担させるようにしてもよ!、。

[0268] 第 5実施形態については、次のような変形が可能である。

例えば、車軸 25とバランサ 21の回転軸を必ずしも同一軸上としなくてもよい。ただし、ノンサ 21の回転軸と車軸 25を同軸とした方が姿勢制御処理が簡単になる。また、バランサ 21の回転軸と車軸 25が垂直でなければ、必ずしもバランサ 21の回転軸と車軸 25が平行である必要はない。ただし、ノ《ランサ 21の回転軸と車軸 25が平行である方が反力の効果は大きくなる。

[0269] 第 6実施形態については、次のような変形が可能である。

例えば、第 1バランサ 20と第 2バランサ 21のうち、何れか一方をフライホイールにて構成することが可能である。バランサの一方をフライホイールにて構成することによりストロークによるバランサの移動制限はなくなる。

なお、第 1バランサ 20と第 2バランサ 21の両方をフライホイールとすると、第 1バランサ 20と第 2バランサ 21を駆動しても車両全体の重心位置を制御することができないため、少なくとも一方のバランサは、回転軸の回りに対して非対称な形状を有することが必要である。

[0270] また、説明した第 6実施形態では、第 1バランサ 20と第 2バランサ 21を特に区別しなかったが、一方を反力トルク発生用の重心バランサとし、他方を重心位置の維持のためのカウンタバランサとすることも可能である。

この場合、重心バランサの慣性モーメントをカウンタバランサの慣性モーメントよりも大きくするなど、それぞれの役割を果たすのに効果的なパラメータを設定することができる。

更に、実施形態では、第 1バランサ 20と第 2バランサ 21の回転軸を車軸 25と同軸としたが、必ずしも同一軸上でなくてもよい。

[0271] また、説明した第 6実施形態では、姿勢制御において式（2)を用いて、 α 2、 α 3を算出するようにした力次の式（3)により近似してもよい。

すなわち、車両がほぼ鉛直軸上で直立している場合は 0 1、 0 2、 0 3、 ω 1、 ω 2、 ω 3が何れも約 0となるため、式（2)は、次の式（3)で近似することができる。

この近似式（3)を使用することで、《2、《3の算出が容易になる。

[0272] aG=mlrl a l/M+m2r2 a 2/M+m3r3 a 3/M (3)

[0273] なお、本実施形態の車両は次のように構成することも可能である。

(1)構成 A

一軸上に配置された駆動輪と、

搭乗部と、

前記搭乗部の傾斜に基づく物理量を検出する姿勢感知センサと、

前記搭乗部に対して移動可能に配置されたバランサと、

搭乗者による駆動指令と加減トルク値に従って前記駆動輪を駆動制御する駆動制御部と、前記物理量が第 1閾値よりも小さい場合に、姿勢制御に必要な前記駆動輪の第 1の加減トルク値を前記駆動制御部に供給し、

前記物理量が第 1閾値以上で第 2閾値以下である場合に、前記物理量に対応する反力トルクが発生するように前記バランサを前記搭乗部の傾斜方向に移動させ、該物理量が第 2閾値より大きい場合、該第 2閾値に対応する反力トルクが発生するように前記バランサを前記搭乗部の傾斜方向に移動させると共に、姿勢制御に必要な前記駆動輪の第 2の加減トルク値を前記駆動制御部に供給する、

ことで前記搭乗部の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、

を具備することを特徴とする車両。

(2)構成 B

前記第 1の閾値は、前記駆動輪が停止状態力駆動を開始する始動トルク値に対応する物理量であることを特徴とする構成 Aに記載の車両。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の車両における一実施例である倒立振り子車両の外観構成図である。

[図 2]バランサ駆動部の構成図である。

[図 3]倒立振り子車両の制御ユニットの構成図である。

[図 4]倒立振り子車両における姿勢制御の原理についての説明図である。

[図 5]姿勢制動処理の動作を表したフローチャートである。

[図 6]他の倒立振り子車両の外観構成図である。

[図 7]第 2実施形態における、倒立振り子車両のトルクバランスについて表した説明図である。

[図 8]第 2実施形態において、主制御装置の姿勢制御動作を表したフローチャートである。

[図 9]第 3実施形態における、車両走行中の各部の状態を表した説明図である。

[図 10]第 3実施形態において、主制御装置の姿勢制御動作を表したフローチャートである。

[図 11]発進又は加減速における第 1動作の概要とが第 2動作の概要を表した説明図である。

[図 12]第 2動作による発進時、加減速時の制御動作を表したフローチャートである。圆 13]360度回転可能なバランサの構成を表した説明図である。

圆 14]バランサモータでバランサを構成した場合の説明図である。

圆 15]水平面を車両の前後方向に移動するバランサの説明図である。

圆 16]第 4実施形態におけるバランサの動きについて表した説明図である。

圆 17]第 5実施形態における車両の外観構成図である。

圆 18]第 5実施形態におけるバランサによる姿勢制御の原理についての説明図である。

圆 19]第 5実施形態における倒立振り子車両における姿勢制御の原理について説明した図である。

圆 20]第 5実施形態における車両のハードウア的な構成についての説明図である

[図 21]第 5実施形態における制御ユニットによる姿勢制御の処理を表すフローチヤ一トである。

圆 22]従来のバランサを用いた姿勢制御の説明図である。

圆 23]第 6実施形態におけるバランサによる姿勢制御の原理についての説明図である。

圆 24]第 6実施形態におけるバランサによる姿勢制御の原理についての説明図である。

圆 25]第 6実施形態における車両のハードウア的な構成についての説明図である

[図 26]第 6実施形態における制御ユニットによる走行制御の処理を表すフローチヤ一トである。

[図 27]第 6実施形態における制御ユニットによる姿勢制御の処理を表すフローチヤ一トである。

圆 28]従来のバランサを用いた姿勢制御の説明図である。

符号の説明駆動輪

ホイ一ノレ駆動モータ搭乗部

1 座面部

2 背もたれ部

3 ヘッドレスト支持部材

操縦装置

制御ユニット

0 パッテリ

1 主制御装置

2 ジャイロセンサ

3 モータ制御装置バランサ駆動部

1 パランサモータ2 バランサ

3 ノランサ駆動機構4 バランサ歯車

5 軸受け

6 歯車支持部

7 モータ歯車

表示，操作部

バランサ

バランサモータ車軸

駆動モータ用インバータバランサモータ用インバ4 記憶部 165 バランサモータ制御装置

171 入力部

172 表示部

173 バランサ検出部

174 タイヤ角度検出部

20 第 1バランサ

21 第 2バランサ

22 第 1バランサモータ

23 第 2バランサモータ

32 第 1バランサモータ用インバータ

33 第 2バランサモータ用インバータ

Claims

請求の範囲

[1] 一軸上に配置された駆動輪と、

搭乗部と、

前記搭乗部に対して移動可能に配置されたバランサと、

搭乗者による駆動指令に従って前記駆動輪を駆動制御する駆動制御部と、前記検出した搭乗部の物理量に応じて前記検出した搭乗部の傾斜方向に前記バランサを移動し、これにより生じる反力トルクで前記搭乗部を元の姿勢位置に戻すことで前記搭乗部の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、

を具備することを特徴とする車両。

[2] 一軸上に配置された駆動輪と、

搭乗部と、

前記搭乗部に対して移動可能に配置されたバランサと、

搭乗者による駆動指令に従って前記駆動輪を駆動制御する駆動制御部と、前記検出した搭乗部の物理量に応じて、前記バランサを該傾斜方向に移動させることで前記搭乗部の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、

を具備し、

前記姿勢制御手段は、前記検出した物理量が所定値を超える場合に、該所定値に対応する反力トルクが発生するように前記バランサを移動すると共に、姿勢制御に必要な前記駆動輪の加減トルク値を前記駆動制御部に供給し、

前記駆動制御部は、前記駆動指令及び前記加減トルク値に従って前記駆動輪を駆動制御する、ことを特徴とする車両。

[3] 前記姿勢制御手段は、車速が所定値以下の場合は前記バランサの移動と前記加減トルク値の供給により、車速が前記所定値より大き!/、場合は前記加減トルク値の供給により、姿勢制御を行うことを特徴とする請求項 2に記載の車両。

[4] 一軸上に配置された駆動輪と、

搭乗部と、前記搭乗部の傾斜に基づく物理量を検出する姿勢感知センサと、前記搭乗部に対して移動可能に配置されたバランサと、

搭乗者による駆動指令に従って前記駆動輪を駆動制御する駆動制御部と、前記検出した搭乗部の物理量に応じて前記搭乗部の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、

を具備し、

前記姿勢制御手段は、車両の発進時において、進行方向と逆方向に前記バランサを移動し、その反力トルクで車両全体の重心を進行方向に移動させる、ことを特徴とする車両。

[5] 前記姿勢制御手段は、車両の加速時において進行方向と逆方向に前記バランサを移動し、減速時において進行方向に前記バランサを移動する、ことを特徴とする請求項 4に記載の車両。

[6] 一軸の車軸上に配置された駆動輪を駆動する駆動輪駆動手段と、

前記駆動輪の上方に配置され、前記駆動輪の運転操作を行う運転操作部と、前記運転操作部に対して移動可能に配置された複数のバランサと、

車両の重心位置を所定位置に保つように前記複数のバランサを個別に移動し、その際に生じる反力により前記運転操作部の姿勢を所定の位置に制御する姿勢制御手段と、

を具備したことを特徴とする車両。

[7] 前記複数のバランサは、前記車軸の回りに移動可能に配置されており、前記姿勢制御手段は、前記複数のノンサを前記車軸の回りに個別に回転させることにより移動させることを特徴とする請求項 6に記載の車両。

[8] 前記姿勢制御手段は、前記バランサを、前記検出した物理量に対するトルク T1以上のトルク T2を発生させる角加速度又は角速度で移動させることを特徴とする請求項 1から請求項 7のうちのいずれ力 1の請求項に記載の車両。

[9] 前記バランサを移動させるバランサモータを備え、

前記姿勢制御手段は、前記バランサモータにより前記バランサを前記搭乗部の傾斜方向に移動させることを特徴とする請求項 1から請求項 8のうちのいずれか 1の請求項に記載の車両。

[10] 前記姿勢制御手段は、前記バランサと共に前記バランサモータを、前記搭乗部の傾斜方向に移動させることを特徴とする請求項 1から請求項 9のうちのいずれか 1の請求項に記載の車両。

[11] 前記バランサは、前記バランサモータに電力を供給する電源であることを特徴とする請求項 1から請求項 10のうちのいずれ力 1の請求項に記載の車両。

[12] 一軸の車軸上に配置された駆動輪を駆動する駆動輪駆動手段と、

前記駆動輪の上方に配置され、前記駆動輪の運転操作を行う運転操作部と、前記車軸と同一軸上の回転軸の回りに回転する回転体と、

前記回転体の回転を加速し、その際に生じる反力により前記運転操作部の姿勢を所定の位置に制御する姿勢制御手段と、

を具備したことを特徴とする車両。

[13] 前記姿勢制御手段は、前記運転操作部が前記所定の位置から前記車軸の回りに傾いた方向と同じ方向に前記回転体を加速することを特徴とする請求項 12に記載の单両。

[14] 前記姿勢維持手段は、前記前記運転操作部が前記所定の位置にある場合、前記回転体を自由回転させることを特徴とする請求項 12、又は請求項 13に記載の車両。