WO2009084384A1

WO2009084384A1 - 車両

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Publication number: WO2009084384A1
Application number: PCT/JP2008/072307
Authority: WO
Inventors: Katsunori Doi
Original assignee: Equos Research Co., Ltd.
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2009-07-09
Also published as: US20100305840A1; CN101821122A; US8374774B2

Abstract

　段差を昇降するときに段差の昇降に適した駆動トルクを駆動輪に付与するとともに、車体の重心を段差の上段方向に移動させることによって、段差に乗り上げるときにも、段差を降りるときにも安定した走行状態及び安定した車体の姿勢を保つことができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができるようにする。そのため、車体と、該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、路面の段差を昇降するときに、該段差に応じて前記車体の重心位置を制御する。

Description

車両

　本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関するものである。

　従来、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する技術が提案されている。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車体の姿勢変化を感知して駆動する車両、球体状の単一の駆動輪に取り付けられた車体の姿勢を制御しながら移動する車両等の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

　この場合、センサで車体のバランスや動作の状態を検出しながら、回転体の動作を制御して車両を停止又は移動させるようになっている。
特開２００７－２１９９８６号公報

しかしながら、前記従来の車両においては、段差を乗り降りする際に、車体が段差と逆の方向に傾き、安定した姿勢を維持することができなかった。例えば、段差に乗り上げるとき、必要な駆動トルクを駆動輪に付与すると、その反作用が車体に働くので、車体が段差と逆の方向に大きく傾いてしまう。一方、車体の姿勢を直立に維持しようとすると、必要な駆動トルクを駆動輪に付与することができないので、段差に乗り上げることができなくなってしまう。また、段差を降りるときにも同様の現象が発生し、車体が前方に傾いてしまう。

　本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、段差を昇降するときに段差の昇降に適した駆動トルクを駆動輪に付与するとともに、車体の重心を段差の上段方向に移動させることによって、段差に乗り上げるときにも、段差を降りるときにも安定した走行状態及び安定した車体の姿勢を保つことができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる車両を提供することを目的とする。

　そのために、本発明の車両においては、車体と、該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、路面の段差を昇降するときに、該段差に応じて前記車体の重心位置を制御する。

　本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の傾斜角を変化させて前記車体の重心位置を制御する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、進行方向に対して前後に移動可能に前記車体に取り付けられた能動重量部を更に有し、前記車両制御装置は、前記能動重量部を移動させて前記車体の重心位置を制御する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の重心位置を前記段差の上段方向に移動させる。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記駆動輪に前記段差に応じた駆動トルクを付加し、当該駆動トルクが前記車体の重心移動による重力トルクの増加量と等しくなるように、前記車体の重心位置を制御する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、オブザーバによって前記段差の抵抗である段差抵抗トルクを推定し、当該段差抵抗トルクに応じて前記車体の重心位置を制御する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記段差を検出するセンサを更に有し、前記車両制御装置は、前記センサによって計測した段差の計測値に応じて、前記車体の重心位置を制御する。

　本発明の更に他の車両においては、回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、前記車体の姿勢を考慮して段差の昇降に必要な駆動トルクである段差抵抗トルクを推定し、該段差抵抗トルクに応じて前記駆動トルクを補正する。

　本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の傾斜角を車体の姿勢として考慮して前記段差抵抗トルクを推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記駆動トルク、前記駆動輪の回転角加速度及び前記車体の傾斜角加速度に基づいて前記段差抵抗トルクを推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記段差抵抗トルクに比例して車体に作用する外力が前記駆動輪の駆動力と慣性力との差に等しいものとして前記段差抵抗トルクを推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記慣性力は、車両並進慣性力及び車体傾斜慣性力から成る。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前後方向に移動可能に前記車体に取り付けられた能動重量部を更に有し、前記車両制御装置は、前記駆動トルク及び／又は前記能動重量部の位置を制御して前記車体の姿勢を制御するとともに、前記車体の傾斜角及び前記能動重量部の位置を車体の姿勢として考慮して前記段差抵抗トルクを推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記駆動トルク、前記駆動輪の回転角加速度、前記車体の傾斜角加速度及び前記能動重量部の移動加速度に基づいて前記段差抵抗トルクを推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記慣性力は、前記車両並進慣性力、車体傾斜慣性力及び能動重量部移動慣性力から成る。

　本発明の更に他の車両においては、回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、路面の段差を昇降するときに、オブザーバによって前記段差の段差抵抗トルクを推定するとともに、該段差抵抗トルクの推定値の絶対値が所定の閾値を超えている場合、前記段差の昇降に必要な駆動トルクを付加する。

　本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記段差抵抗トルクの推定値の絶対値が前記閾値以下である場合、前記推定値を零にする。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、所定の時間だけ前の時刻から現在までにおける段差抵抗トルクの推定値の時間履歴について、その中に含まれる極値の統計学的特性量に基づいて前記閾値を決定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、極値の平均値に前記極値の標準偏差を所定値倍した値を加算した値を前記閾値の上限値とし、前記極値の平均値から前記極値の標準偏差を所定値倍した値を減算した値を前記閾値の下限値とする。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、走行路面の最大凹凸高さに基づいて前記閾値を決定する。

　本発明の更に他の車両においては、車体と、該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、走行指令を入力する入力装置と、該入力装置から入力された走行指令に基づき、前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、車両の動作状態と前記走行指令とに基づいて操縦意図を推定する操縦意図推定手段を備え、該操縦意図推定手段が推定した操縦意図に従って、段差を昇降するための駆動トルクを追加する段差昇降制御を実行又は禁止する。

　本発明の他の車両においては、さらに、前記操縦意図推定手段は、車両速度及び車両加速度の目標値に基づいて操縦意図を推定する。

　本発明の他の車両においては、さらに、前記操縦意図推定手段は、前記車両速度及び車両加速度の目標値に関する複数の所定の関数で領域を示す操縦意図推定マップを備え、前記車両速度及び車両加速度の目標値により定義される点が、該操縦意図推定マップに定義される領域の中にある場合に、操縦意図は段差昇降制御の禁止であると推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記操縦意図推定手段は、上がり段差への進入時において、車両速度及び車両加速度の目標値が所定の条件を満たしている場合、操縦意図は段差昇降制御の禁止であると推定し、車両速度及び車両加速度の目標値が所定の条件を満たしていない場合、操縦意図は段差昇降制御の実行であると推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記操縦意図推定手段は、車両が停止状態にあり、かつ、車両加速度の目標値が車両の停止状態の維持を指令する値である場合、操縦意図は段差昇降制御の禁止であると推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記操縦意図推定手段は、車両速度の絶対値が速度閾値以下であり、かつ、車両加速度の目標値が走行速度の維持又は制動を指令する値である場合、操縦意図は段差昇降制御の禁止であると推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記速度閾値は、段差抵抗トルクの値に応じて決定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記操縦意図推定手段は、走行方向の車両加速度の目標値が所定の負の閾値以下である急制動を指令する値である場合、操縦意図は段差昇降制御の禁止であると推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、下がり段差では、前記操縦意図推定手段が推定した操縦意図に係わらず、段差昇降制御を実行する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記段差を昇降するときに、前記車体の姿勢によって前記段差による抵抗である段差抵抗トルクを推定する段差抵抗トルク推定手段を備え、前記操縦意図判定手段は、前記段差抵抗トルクに応じて、段差が上がり段差か下がり段差かを判断し、その判断結果に基づいて前記操縦意図を推定する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御手段は、前記操縦意図推定手段が、操縦意図が段差昇降制御の実行であると判断した場合には値が零から１へ、また、操縦意図が段差昇降制御の禁止であると判断した場合には値が１から零へ所定の時間で変化する段差昇降トルク率を決定する段差昇降トルク率決定手段を備え、該段差昇降トルク率と前記段差による抵抗である段差抵抗トルクとの積の値を、段差を昇降するための駆動トルクとして追加する。

　本発明の更に他の車両においては、車体と、該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、走行指令を入力する入力装置と、該入力装置から入力された走行指令に基づき、前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、路面の段差を昇降する最中、前記駆動輪に前記段差に応じた駆動トルクを追加するとともに、前記走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値を補正する。

　本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記路面の段差を上る場合には進行方向の前記車両加速度の目標値を減少させ、前記路面の段差を下る場合には進行方向の前記車両加速度の目標値を増加させる。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記段差に応じて追加された駆動トルクによって車体に作用する反トルクを車両の加減速による慣性力で打ち消すように、前記車両加速度の目標値を補正する。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両加速度の目標値の補正量は、前記段差に応じて追加される駆動トルクに比例して設定される。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記段差の昇降完了時の予測される車両速度である車両終速度予測値に応じて、前記車両加速度の目標値の補正量を変化させる。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、車両終速度予測値は、前記駆動輪の回転角速度と、前記段差による抵抗である段差抵抗トルクと、前記走行指令に応じて決定される車両加速度の目標値に基づいて決定される。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車両終速度予測値が所定の第１の閾（しきい）値以下である場合には前記車両加速度の目標値の補正量をゼロにする。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車両終速度予測値が所定の第２の閾値以上である場合には、前記段差に応じて追加された駆動トルクによって車体に作用する反トルクが車両の加減速に伴う慣性力によって車体に作用するトルクと等しくなるような前記車両加速度の目標値の補正量である基準値を前記車両加速度の目標値の補正量とする。

　本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車両終速度予測値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間の範囲にある場合には、前記車両加速度の目標値の補正量をゼロから前記基準値まで遷移させる。

　請求項１の構成によれば、段差に乗り上げるときにも、段差を降りるときにも安定した走行状態及び安定した車体の姿勢を保つことができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。

　請求項２の構成によれば、搭乗部を移動させる移動機構を持たない車両に適用可能であり、構造及び制御システムを簡素化し、安価で軽量な車両を実現することができる。

　請求項３及び４の構成によれば、搭乗部を移動させる移動機構を持つ車両に適用可能であり、車体を傾けることなく、車体の姿勢を安定に保つことができる。

　請求項５の構成によれば、車体の姿勢をより安定に保つことができる。

　請求項６及び７の構成によれば、車両の走行状態をより安定に制御することができる。

本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり乗員が搭乗した状態で加速前進している状態を示す図である。本発明の第１の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態における車両の段差昇降動作を示す概略図である。本発明の第１の実施の形態における車両の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における車両の力学モデル及びそのパラメータを示す図である。本発明の第１の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値の変化を示す図である。本発明の第１の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図である。本発明の第２の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり段差手前で段差を検出している状態を示す図である。本発明の第３の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図である。本発明の第３の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態における上りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図である。本発明の第３の実施の形態における上りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図である。本発明の第３の実施の形態における下りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図である。本発明の第３の実施の形態における下りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図である。本発明の第３の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第４の実施の形態における車両の段差昇降動作を示す概略図である。本発明の第４の実施の形態における終速度補正係数の変化を示す図である。本発明の第４の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第５の実施の形態における搭乗意図推定マップ、すなわち、車両加速度の目標値及び駆動輪回転角速度の閾値を示す図である。本発明の第５の実施の形態における車両の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第５の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第６の実施の形態における曲率補正係数の変化を示す図である。本発明の第６の実施の形態における速度補正係数の変化を示す図である。本発明の第６の実施の形態における段差抵抗トルクの補正を説明する図である。本発明の第６の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第７の実施の形態における段差抵抗トルクの修正を説明する図である。本発明の第７の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の第８の実施の形態における段差抵抗トルク不感帯閾値の修正を説明する図である。本発明の第８の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０　　車両
１２　　駆動輪
１４　　搭乗部
２０　　制御ＥＣＵ

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

　図１は本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり乗員が搭乗した状態で加速前進している状態を示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。

　図１において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の本体部１１、駆動輪１２、支持部１３及び乗員１５が搭乗する搭乗部１４を有し、前記車両１０は、車体を前後に傾斜させることができるようになっている。そして、倒立振り子の姿勢制御と同様に車体の姿勢を制御する。図１に示される例においては、車両１０は矢印Ａで示される方向に加速中であり、車体が進行方向に傾斜した状態が示されている。

　前記駆動輪１２は、車体の一部である支持部１３に対して回転可能に支持され、駆動アクチュエータとしての駆動モータ５２によって駆動される。なお、駆動輪１２の軸は図１に示す平面に垂直な方向に存在し、駆動輪１２はその軸を中心に回転する。また、前記駆動輪１２は、単数であっても複数であってもよいが、複数である場合、同軸上に並列に配設される。本実施の形態においては、駆動輪１２が２つであるものとして説明する。この場合、各駆動輪１２は個別の駆動モータ５２によって独立して駆動される。なお、駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、内燃機関等を使用することもできるが、ここでは、電気モータである駆動モータ５２を使用するものとして説明する。

　また、車体の一部である本体部１１は、支持部１３によって下方から支持され、駆動輪１２の上方に位置する。そして、本体部１１には、能動重量部として機能する搭乗部１４が、車両１０の前後方向へ本体部１１と相対的に移動可能となるように、換言すると、車体回転円の接線方向に相対的に移動可能となるように、取り付けられている。

　ここで、能動重量部は、ある程度の質量を有し、本体部１１に対して前後に移動させることによって、車両１０の重心位置を能動的に補正するものである。そして、能動重量部は、必ずしも搭乗部１４である必要はなく、例えば、バッテリ等の重量のある周辺機器を本体部１１に対して移動可能に取り付けた装置であってもよいし、ウェイト、錘（おもり）、バランサ等の専用の重量部材を本体部１１に対して移動可能に取り付けた装置であってもよい。また、搭乗部１４、重量のある周辺機器、専用の重量部材等を併用するものであってもよい。

　また、本実施の形態においては、説明の都合上、乗員１５が搭乗した状態の搭乗部１４が能動重量部として機能する例について説明するが、搭乗部１４には必ずしも乗員１５が搭乗している必要はなく、例えば、車両１０がリモートコントロールによって操縦される場合には、搭乗部１４に乗員１５が搭乗していなくてもよいし、乗員１５に代えて、貨物が積載されていてもよい。

　前記搭乗部１４は、乗用車、バス等の自動車に使用されるシートと同様のものであり、座面部１４ａ、背もたれ部１４ｂ及びヘッドレスト１４ｃを備え、図示されない移動機構を介して本体部１１に取り付けられている。

　前記移動機構は、リニアガイド装置等の低抵抗の直線移動機構、及び、能動重量部アクチュエータとしての能動重量部モータ６２を備え、該能動重量部モータ６２によって搭乗部１４を駆動し、本体部１１に対して車両進行方向に前後させるようになっている。なお、能動重量部アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、リニアモータ等を使用することもできるが、ここでは、回転式の電気モータである能動重量部モータ６２を使用するものとして説明する。

　リニアガイド装置は、例えば、本体部１１に取り付けられている案内レールと、搭乗部１４に取り付けられ、案内レールに沿ってスライドするキャリッジと、案内レールとキャリッジとの間に介在するボール、コロ等の転動体とを備える。そして、案内レールには、その左右側面部に２本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。また、キャリッジの断面はコ字状に形成され、その対向する２つの側面部内側には、２本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。転動体は、軌道溝の間に組み込まれており、案内レールとキャリッジとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。なお、キャリッジには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝及び戻し通路を循環するようになっている。

　また、リニアガイド装置は、該リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ又はクラッチを備える。車両１０が停車しているときのように搭乗部１４の動作が不要であるときには、ブレーキによって案内レールにキャリッジを固定することで、本体部１１と搭乗部１４との相対的位置関係を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、本体部１１側の基準位置と搭乗部１４側の基準位置との距離が所定値となるように制御される。

　前記搭乗部１４の脇（わき）には、目標走行状態取得装置としてのジョイスティック３１を備える入力装置３０が配設されている。乗員１５は、操縦装置であるジョイスティック３１を操作することによって、車両１０を操縦する、すなわち、車両１０の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するようになっている。なお、乗員１５が操作して走行指令を入力することができる装置であれば、ジョイスティック３１に代えて他の装置、例えば、ペダル、ハンドル、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を目標走行状態取得装置として使用することもできる。

　なお、車両１０がリモートコントロールによって操縦される場合には、前記ジョイスティック３１に代えて、コントローラからの走行指令を有線又は無線で受信する受信装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。また、車両１０があらかじめ決められた走行指令データに従って自動走行する場合には、前記ジョイスティック３１に代えて、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。

　また、車両１０は、車両制御装置としての制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２０を有し、該制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及び能動重量部制御ＥＣＵ２３を備える。前記制御ＥＣＵ２０並びに主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及び能動重量部制御ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両１０の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部１１に配設されるが、支持部１３や搭乗部１４に配設されていてもよい。また、前記主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２及び能動重量部制御ＥＣＵ２３は、それぞれ、別個に構成されていてもよいし、一体に構成されていてもよい。

　そして、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、駆動輪センサ５１及び駆動モータ５２とともに、駆動輪１２の動作を制御する駆動輪制御システム５０の一部として機能する。前記駆動輪センサ５１は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、駆動輪回転状態計測装置として機能し、駆動輪１２の回転状態を示す駆動輪回転角及び／又は回転角速度を検出し、主制御ＥＣＵ２１に送信する。また、該主制御ＥＣＵ２１は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信し、該駆動輪制御ＥＣＵ２２は、受信した駆動トルク指令値に相当する入力電圧を駆動モータ５２に供給する。そして、該駆動モータ５２は、入力電圧に従って駆動輪１２に駆動トルクを付与し、これにより、駆動アクチュエータとして機能する。

　また、主制御ＥＣＵ２１は、能動重量部制御ＥＣＵ２３、能動重量部センサ６１及び能動重量部モータ６２とともに、能動重量部である搭乗部１４の動作を制御する能動重量部制御システム６０の一部として機能する。前記能動重量部センサ６１は、エンコーダ等から成り、能動重量部移動状態計測装置として機能し、搭乗部１４の移動状態を示す能動重量部位置及び／又は移動速度を検出し、主制御ＥＣＵ２１に送信する。また、該主制御ＥＣＵ２１は、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ＥＣＵ２３に送信し、該能動重量部制御ＥＣＵ２３は、受信した能動重量部推力指令値に相当する入力電圧を能動重量部モータ６２に供給する。そして、該能動重量部モータ６２は、入力電圧に従って搭乗部１４を並進移動させる推力を搭乗部１４に付与し、これにより、能動重量部アクチュエータとして機能する。

　さらに、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、能動重量部制御ＥＣＵ２３、車体傾斜センサ４１、駆動モータ５２及び能動重量部モータ６２とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム４０の一部として機能する。前記車体傾斜センサ４１は、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り、車体傾斜状態計測装置として機能し、車体の傾斜状態を示す車体傾斜角及び／又は傾斜角速度を検出し、主制御ＥＣＵ２１に送信する。そして、該主制御ＥＣＵ２１は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信し、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ＥＣＵ２３に送信する。

　なお、主制御ＥＣＵ２１には、入力装置３０のジョイスティック３１から走行指令が入力される。そして、前記主制御ＥＣＵ２１は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信し、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ＥＣＵ２３に送信する。

　また、前記制御ＥＣＵ２０は、車両１０の走行状態及び車体姿勢の時間変化に基づいて段差抵抗トルクを推定する段差抵抗トルク推定手段として機能する。また、目標走行状態及び段差抵抗トルクに応じて目標とする車体姿勢、すなわち、車体傾斜状態及び／又は能動重量部移動状態を決定する目標車体姿勢決定手段として機能する。さらに、各センサによって取得した車両１０の走行状態及び車体姿勢、並びに、目標走行状態、目標車体姿勢及び段差抵抗トルクに応じて各アクチュエータの出力を決定するアクチュエータ出力決定手段として機能する。具体的には、段差抵抗トルクに応じて追加する駆動トルクを決定する段差昇降トルク決定手段、及び、段差昇降トルクに応じて車体の重心補正量を決定する重心補正量決定手段として機能する。

　なお、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ４１として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と車体傾斜角速度を決定してもよい。

　次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。まず、走行及び姿勢制御処理の概要について説明する。

　図３は本発明の第１の実施の形態における車両の段差昇降動作を示す概略図、図４は本発明の第１の実施の形態における車両の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。なお、図３（ａ）は比較のための従来技術による動作例を示し、図３（ｂ）は本実施の形態による動作を示している。

　「背景技術」の項で説明したような従来の車両の場合、図３（ａ）に示されるように、段差に乗り上げるために駆動輪１２に付与した駆動トルクの反作用、すなわち、反トルクが車体に作用するので、車体が後方に傾いてしまう。そのため、段差に乗り上げるときに、安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができない。

　これに対し、本実施の形態においては、搭乗部１４が能動重量部として機能し、図３（ｂ）に示されるように、搭乗部１４を前後に移動させることによって、車両１０の重心位置を能動的に補正する。これにより、段差に乗り上げるときには、車体の重心を前方に移動させるので、段差に乗り上げるための駆動トルクを駆動輪１２に付与したときの反作用、すなわち、反トルクが車体に作用しても、車体が後方に傾いてしまうことがない。したがって、段差に乗り上げるときにも安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができる。本実施の形態は、特に停止状態及び低速走行状態から段差に進入する場合に効果的である。

　また、段差に乗り上げるための駆動トルクを、乗り上げ動作の間、リアルタイムで推定して駆動輪１２に付与する。これにより、任意の形状の段差に対して、安定した乗り上げが可能となる。

　すなわち、本実施の形態においては、車両１０の重心位置補正や駆動トルクの付与を含む走行及び姿勢制御処理を実行することによって、車両１０は安定して段差を昇降することができる。

　走行及び姿勢制御処理において、制御ＥＣＵ２０は、まず、状態量の取得処理を実行し（ステップＳ１）、各センサ、すなわち、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１及び能動重量部センサ６１によって、駆動輪１２の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部１４の移動状態を取得する。

　次に、制御ＥＣＵ２０は、段差昇降トルクの決定処理を実行し（ステップＳ２）、状態量の取得処理で取得した状態量、すなわち、駆動輪１２の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部１４の移動状態と、各アクチュエータの出力値、すなわち、駆動モータ５２及び能動重量部モータ６２の出力値に基づき、オブザーバによって段差抵抗トルクを推定し、段差昇降トルクを決定する。ここで、前記オブザーバは、力学的なモデルに基づいて、制御系の内部状態を観測する方法であり、ワイヤードロジック又はソフトロジックで構成される。

　次に、制御ＥＣＵ２０は、目標走行状態の決定処理を実行し（ステップＳ３）、ジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両１０の加速度の目標値、及び、駆動輪１２の回転角速度の目標値を決定する。

　次に、制御ＥＣＵ２０は、目標車体姿勢の決定処理を実行し（ステップＳ４）、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルクと、目標走行状態の決定処理によって決定された車両１０の加速度の目標値に基づいて、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾斜角及び能動重量部位置の目標値を決定する。

　最後に、制御ＥＣＵ２０は、アクチュエータ出力の決定処理を実行し（ステップＳ５）、状態量の取得処理によって取得された各状態量、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルク、目標走行状態の決定処理によって決定された目標走行状態、及び、目標車体姿勢の決定処理によって決定された目標車体姿勢に基づいて、各アクチュエータの出力、すなわち、駆動モータ５２及び能動重量部モータ６２の出力を決定する。

　次に、走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。

　図５は本発明の第１の実施の形態における車両の力学モデル及びそのパラメータを示す図、図６は本発明の第１の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。

　本実施の形態においては、状態量やパラメータを次のような記号によって表す。なお、図５には状態量やパラメータの一部が示されている。
θ_W：駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θ₁：車体傾斜角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
λ_S：能動重量部位置（車体中心点基準）〔ｍ〕
τ_W：駆動トルク（２つの駆動輪の合計）〔Ｎｍ〕
Ｓ_S：能動重量部推力〔Ｎ〕
ｇ：重力加速度〔ｍ／ｓ²〕
ｍ_W：駆動輪質量（２つの駆動輪の合計）〔ｋｇ〕
Ｒ_W：駆動輪接地半径〔ｍ〕
Ｉ_W：駆動輪慣性モーメント（２つの駆動輪の合計）〔ｋｇｍ²〕
Ｄ_W：駆動輪回転に対する粘性減衰係数〔Ｎｓ／ｒａｄ〕
ｍ₁：車体質量（能動重量部を含む）〔ｋｇ〕
ｌ₁：車体重心距離（車軸から）〔ｍ〕
Ｉ₁：車体慣性モーメント（重心周り）〔ｋｇｍ²〕
Ｄ₁：車体傾斜に対する粘性減衰係数〔Ｎｓ／ｒａｄ〕
ｍ_S：能動重量部質量〔ｋｇ〕
ｌ_S：能動重量部重心距離（車軸から）〔ｍ〕
Ｉ_S：能動重量部慣性モーメント（重心周り）〔ｋｇｍ²〕
Ｄ_S：能動重量部並進に対する粘性減衰係数〔Ｎｓ／ｒａｄ〕

　次に、段差昇降トルクの決定処理について説明する。

　図７は本発明の第１の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

　段差昇降トルクの決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、段差抵抗トルクτ_Dを推定する（ステップＳ２－１）。この場合、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回（一つ前の時間ステップ）の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力に基づき、次の式（１）により、段差抵抗トルクτ_Dを推定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差昇降トルクτ_Cを決定する（ステップＳ２－２）。この場合、推定した段差抵抗トルクτ_Dの値を段差昇降トルクτ_Cの値とする。すなわち、τ_C＝τ_Dとする。

　このように、本実施の形態においては、駆動モータ５２が出力する駆動トルクと、状態量としての車両並進加速度を示す駆動輪回転角加速度、車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定する。この場合、駆動輪１２の回転状態を示す駆動輪回転角加速度だけでなく、車体姿勢の変化を示す車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度も考慮している。すなわち、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両、いわゆる倒立型車両に特有の要素である車体姿勢の変化を考慮している。

　従来においては、駆動トルクと駆動輪回転角加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定するため、特に車体の姿勢が変化しているとき、段差抵抗トルクの推定値に大きな誤差が生じることがあった。しかし、本実施の形態においては、車体の姿勢変化を示す車体傾斜角加速度及び能動重量部移動加速度をも考慮して段差抵抗トルクを推定するので、大きな誤差が生じることがなく、高い精度で段差抵抗トルクを推定することができる。

　一般的に、倒立型車両では、駆動輪と相対的に車体の重心が前後に移動するので、駆動輪が停止していても、車両の重心が前後に移動することがある。したがって、重心の加速度と駆動力、あるいは、駆動トルクとから段差抵抗トルクを高い精度で推定するためには、このような影響を考慮する必要がある。一般的な倒立型車両においては、車両全体に対する車体の重量比率が高く、かつ、段差昇降動作中の姿勢変化が大きいので、このような影響が大きくなる。

　また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に変化する段差抵抗トルクを常に推定している。例えば、段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪１２に付与すると、昇降終了直前に、車両１０が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両１０が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。そこで、本実施の形態においては、段差昇降状態と共に変化する段差抵抗トルクの推定をリアルタイムで行い、その値を常に更新することで、常に段差の昇降動作に適した段差昇降トルクを付与するようになっている。

　なお、段差抵抗トルクの推定値にローパスフィルタをかけることによって、推定値の高周波成分を除去することもできる。この場合、推定に時間遅れが生じるが、高周波成分に起因する振動を抑制することができる。

　本実施の形態においては、慣性力のみを考慮しているが、駆動輪１２の転がり抵抗や回転軸の摩擦による粘性抵抗、あるいは、車両１０に作用する空気抵抗などを副次的な影響として考慮してもよい。

　また、本実施の形態においては、駆動輪１２の回転運動に関する線形モデルを使用しているが、より正確な非線形モデルを使用してもよいし、車体傾斜運動や能動重量部並進運動についてのモデルを使用してもよい。なお、非線形モデルについては、マップの形式で関数を適用することもできる。

　さらに、計算の簡略化のために、車体姿勢の変化を考慮しなくてもよい。

　次に、目標走行状態の決定処理について説明する。

　図８は本発明の第１の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。

　目標走行状態の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、操縦操作量を取得する（ステップＳ３－１）。この場合、乗員１５が、車両１０の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するために操作したジョイスティック３１の操作量を取得する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、取得したジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両加速度の目標値を決定する（ステップＳ３－２）。例えば、ジョイスティック３１の前後方向への操作量に比例した値を車両加速度の目標値とする。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、決定した車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する（ステップＳ３－３）。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径Ｒ_Wで除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。

　次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。

　図９は本発明の第１の実施の形態における能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値の変化を示す図、図１０は本発明の第１の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。

　目標車体姿勢の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ４－１）。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と、段差昇降トルクの決定処理によって取得された段差昇降トルクτ_Cに基づき、次の式（２）及び（３）により、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ４－２）。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することにより、駆動輪回転角、車体傾斜角速度及び能動重量部移動速度の目標値を算出する。

　このように、本実施の形態においては、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、段差抵抗トルクτ_Dに応じた段差昇降トルクτ_Cに伴って車体に作用する反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、能動重量部位置の目標値及び車体傾斜角の目標値を決定する。

　このとき、車体に作用して車体を傾斜させようとするトルク、すなわち、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両１０が段差を上るときには、搭乗部１４を前方へ移動させ、あるいは、さらに車体を前方へ傾ける。また、車両１０が段差を下るときには、搭乗部１４を後方へ移動させ、あるいは、さらに車体を後方へ傾ける。

　本実施の形態においては、図９に示されるように、まず、車体を傾斜させずに搭乗部１４を移動させ、該搭乗部１４が能動重量部移動限界に達すると、車体の傾斜を開始させる。そのため、細かい加減速に対しては車体が前後に傾かないので、乗員１５にとっての乗り心地が向上する。また、格別に高い段差でなければ、段差の上でも車体が直立状態を維持するので、乗員１５にとっての視界の確保が容易となる。さらに、格別に高い段差でなければ、段差の上でも車体が大きく傾斜することがないので、車体の一部が路面に接触することが防止される。

　なお、本実施の形態においては、能動重量部移動限界が前方と後方とで等しい場合を想定しているが、前方と後方とで異なる場合には、各々の限界に応じて、車体の傾斜の有無を切り替えるようにしてもよい。例えば、加速性能よりも制動性能を高く設定する場合、後方の能動重量部移動限界を前方の限界よりも遠くに設定する必要がある。

　また、本実施の形態においては、加速度が低いときや段差が低いときには、搭乗部１４の移動だけで対応させているが、その車体傾斜トルクの一部又は全部を車体の傾斜で対応させてもよい。車体を傾斜させることにより、乗員１５に作用する前後方向の慣性力を軽減することができる。

　さらに、本実施の形態においては、線形化した力学モデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用することもできる。

　次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。

　図１１は本発明の第１の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。

　アクチュエータ出力の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する（ステップＳ５－１）。この場合、各目標値と段差昇降トルクτ_Cとから、次の式（４）により駆動モータ５２のフィードフォワード出力を決定し、また、次の式（５）により能動重量部モータ６２のフィードフォワード出力を決定する。

　このように、段差抵抗トルクτ_Dに応じた段差昇降トルクτ_Cを自動的に追加することにより、つまり、段差抵抗トルクτ_Dに応じて駆動トルクを補正することにより、段差の昇降の際にも、平地と同様の操縦感覚を提供することができる。すなわち、平地と同様の操縦操作で段差を乗り降りすることができる。また、ジョイスティック３１の一定の操縦操作に対して、段差の昇降の際に、車両１０が不必要に加減速することがない。

　このように、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現する。

　なお、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各アクチュエータのフィードバック出力を決定する（ステップＳ５－２）。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式（６）により駆動モータ５２のフィードバック出力を決定し、また、次の式（７）により能動重量部モータ６２のフィードバック出力を決定する。

　なお、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入することもできる。また、より簡単な制御として、Ｋ_W2、Ｋ_W3及びＫ_S5を除くフィードバックゲインのいくつかをゼロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくすために、積分ゲインを導入してもよい。

　最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与える（ステップＳ５－３）。この場合、主制御ＥＣＵ２１は、前述のように決定したフィードフォワード出力とフィードバック出力との和を駆動トルク指令値及び能動重量部推力指令値として、駆動輪制御ＥＣＵ２２及び能動重量部制御ＥＣＵ２３に送信する。

　このように、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτ_Dをオブザーバによって推定し、段差昇降トルクτ_Cを与えるとともに、搭乗部１４を段差の上段方向に移動させる。そのため、段差の上でも車体を直立に保持することができ、段差の昇降にも対応することができる。また、段差を計測する装置が不要となり、システム構成を簡素化してコストを低減することができる。

　さらに、車体の姿勢を示す車体傾斜角θ₁及び能動重量部位置λ_Sを考慮して段差昇降トルクτ_Cを推定するので、大きな誤差が生じることなく、極めて高い精度で段差昇降トルクτ_Cを推定することができる。

　なお、本実施の形態は、段差を上るときだけでなく、段差を降りるときにも有効であることを注記する。段差昇降トルクの付与によって段差降下時の車両１０の加速を抑えるのと共に、搭乗部１４を後方に移動させることにより車体を直立に保持する。これは、以降で説明する第２～第８の実施の形態でも同様である。

　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

　図１２は本発明の第２の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図、図１３は本発明の第２の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図である。

　前記第１の実施の形態においては、搭乗部１４が、車両１０の前後方向に本体部１１に対して相対的に並進可能となるように取り付けられ、能動重量部として機能する。この場合、能動重量部モータ６２を備える移動機構が配設され、これにより搭乗部１４を並進させるので、構造の複雑化、コストや重量の増加と共に、制御システムも複雑化する。一方、前記第１の実施の形態は、搭乗部１４を移動させる移動機構を有していない倒立型車両に適用することは不可能である。

　そこで、本実施の形態においては、搭乗部１４を移動させる移動機構が省略されている。また、図１２に示されるように、制御システムからも、能動重量部制御システム６０が省略され、能動重量部制御ＥＣＵ２３、能動重量部センサ６１及び能動重量部モータ６２が省略されている。なお、その他の点の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。

　そして、本実施の形態においては、図１３に示されるように、段差を昇降する際には、段差を昇降するための駆動輪１２に付与する駆動トルク、すなわち、段差昇降トルクの反作用として車体に作用する反トルクとしての車体傾斜トルクに対し、車体を段差昇降トルクに応じた角度だけ段差の上段方向に傾けることにより、車体傾斜トルクを重力の作用で打ち消してバランスを保つようになっている。

　なお、「背景技術」の項でも説明したように、例えば、段差に乗り上げるとき、必要な駆動トルクを駆動輪に付与すると、その反作用が車体に働くので、車体が段差と逆の方向、すなわち、段差の下段方向に大きく傾いてしまう。一方、車体の姿勢を直立に維持しようとすると、必要な駆動トルクを駆動輪に付与することができないので、段差に乗り上げることができなくなってしまう。また、段差を降りるときにも同様の現象が発生し、車体が前方に傾いてしまう。

　これに対し、本実施の形態においては、段差の高さに適した角度だけ車体を段差の上段方向に意図的に傾けるので、段差の昇降の際にも、安定した車体の姿勢を保つことができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。

　次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要及び目標走行状態の決定処理については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、状態量の取得処理、段差昇降トルクの決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理についてのみ説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。

　図１４は本発明の第２の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。

　次に、段差昇降トルクの決定処理について説明する。

　図１５は本発明の第２の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

　段差昇降トルクの決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、段差抵抗トルクτ_Dを推定する（ステップＳ２－１１）。この場合、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回（一つ前の時間ステップ）の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力とに基づき、次の式（８）により、段差抵抗トルクτ_Dを推定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差昇降トルクτ_Cを決定する（ステップＳ２－１２）。この場合、推定した段差抵抗トルクτ_Dの値を段差昇降トルクτ_Cの値とする。すなわち、τ_C＝τ_Dとする。

　このように、本実施の形態においては、駆動モータ５２が出力する駆動トルクと、状態量としての駆動輪回転角加速度及び車体傾斜角加速度に基づいて段差抵抗トルクを推定する。この場合、駆動輪１２の回転状態を示す駆動輪回転角加速度だけでなく、車体姿勢の変化を示す車体傾斜角加速度も考慮している。すなわち、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両、いわゆる倒立型車両に特有の要素である車体姿勢の変化を考慮している。

　従来においては、駆動トルクと駆動輪回転角加速度とに基づいて段差抵抗トルクを推定するため、特に車体の姿勢が大きく変化するとき、段差抵抗トルクの推定値に大きな誤差が生じることがあった。しかし、本実施の形態においては、車体の姿勢変化を示す車体傾斜角加速度を考慮して段差抵抗トルクを推定するので、大きな誤差が生じることがなく、高い精度で段差抵抗トルクを推定することができる。

　なお、前記第１の実施の形態と同様に、段差抵抗トルクの推定値にローパスフィルタをかけることによって、推定値の高周波成分を除去することもできる。この場合、推定に時間遅れが生じるが、高周波成分に起因する振動を抑制することができる。

　本実施の形態においては、慣性力のみを考慮しているが、駆動輪１２の転がり抵抗や回転軸の摩擦による粘性抵抗、あるいは、車両１０に作用する空気抵抗などを、副次的な影響として考慮してもよい。

　また、より正確な非線形モデルを使用してもよいし、車体傾斜運動についてのモデルを使用してもよい。なお、非線形モデルについては、マップの形式で関数を適用することもできる。

　次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。

　図１６は本発明の第２の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。

　目標車体姿勢の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ４－１１）。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値と、段差昇降トルクの決定処理によって取得された段差昇降トルクτ_Cとに基づき、次の式（９）により、車体傾斜角の目標値を決定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ４－１２）。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することにより、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値を算出する。

　このように、本実施の形態においては、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力及び駆動モータ反トルクだけでなく、段差抵抗トルクτ_Dに応じた段差昇降トルクτ_Cに伴って車体に作用する反トルクも考慮して、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾斜角の目標値を決定する。

　このとき、車体傾斜トルクを重力の作用によって打ち消すように、車体の重心を移動させる。例えば、車両１０が加速するとき及び段差を上るときには車体を前方へ傾ける。また、車両１０が減速するとき及び段差を下るときには車体を後方へ傾ける。

　なお、本実施の形態においては、線形化した力学モデルに基づいた式を使用しているが、より正確な非線形モデル又は粘性抵抗を考慮したモデルに基づいた式を使用してもよい。なお、式が非線形になる場合には、マップの形式で関数を適用することもできる。

　次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。

　図１７は本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。

　アクチュエータ出力の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する（ステップＳ５－１１）。この場合、目標値と段差昇降トルクτ_Cとから、前記第１の実施の形態において説明した前記式（４）により駆動モータ５２のフィードフォワード出力を決定する。

　前記式（４）に表されるように、段差抵抗トルクτ_Dに応じた段差昇降トルクτ_Cを自動的に追加することにより、段差の昇降の際にも、平地と同様の操縦感覚を提供することができる。すなわち、平地と同様の操縦操作で段差を乗り降りすることができる。また、ジョイスティック３１の一定の操縦操作に対して、段差の昇降の際に、車両１０が不必要に加減速することがない。

　なお、本実施の形態においては、理論的にフィードフォワード出力を与えることによって、より高精度な制御を実現するが、必要に応じて、フィードフォワード出力を省略することもできる。この場合、フィードバック制御により、定常偏差を伴いつつ、フィードフォワード出力に近い値が間接的に与えられる。また、前記定常偏差は、積分ゲインを適用することによって低減させることができる。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、アクチュエータのフィードバック出力を決定する（ステップＳ５－１２）。この場合、各目標値と実際の状態量との偏差から、次の式（１０）により駆動モータ５２のフィードバック出力を決定する。

　なお、スライディングモード制御等の非線形のフィードバック制御を導入することもできる。また、より簡単な制御として、Ｋ_W2及びＫ_W3を除くフィードバックゲインのいくつかをゼロとしてもよい。さらに、定常偏差をなくすために、積分ゲインを導入してもよい。

　最後に、主制御ＥＣＵ２１は、要素制御システムに指令値を与える（ステップＳ５－１３）。この場合、主制御ＥＣＵ２１は、前述のように決定したフィードフォワード出力とフィードバック出力との和を駆動トルク指令値として、駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信する。

　このように、本実施の形態においては、車体を段差の上段方向に傾けて、段差の昇降の際にバランスを保つことができる。したがって、搭乗部１４を移動させる移動機構を有していない倒立型車両に適用することができ、構造及び制御システムを簡素化することで、安価で軽量な倒立型車両でも安定した段差の乗り降りを実現することができる。

　次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

　図１８は本発明の第３の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり段差手前で段差を検出している状態を示す図、図１９は本発明の第３の実施の形態における車両の段差の昇降における動作を示す概略図、図２０は本発明の第３の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図１８において、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図、図１９において、（ａ）～（ｃ）は一連の動作を示す図である。

　段差の昇降動作中に一定の駆動トルクを駆動輪１２に付与すると、昇降終了直前に、車両１０が不必要に加減速してしまうことがある。これは、例えば、段差に乗り上げる場合、車両１０が段差を上るのと共に段差抵抗トルクが小さくなるためである。

　そこで、本実施の形態においては、車両１０の進行方向の段差をセンサによって検出し、該センサによって計測した段差の位置と高さ、及び、段差の昇降状態に相当する駆動輪回転角に応じて、段差昇降トルクを変化させるようになっている。

　そのため、本実施の形態において、車両１０は、図１８に示されるように、段差計測センサとしての距離センサ７１を有する。該距離センサ７１は、例えば、レーザ光を利用したものであるが、いかなる種類のセンサであってもよい。図１８に示される例においては、２つの距離センサ７１が、互いに前後に離れて、搭乗部１４の下面に配設され、各々が下面から路面までの距離を計測する。そして、各距離センサ７１の計測値の変化から、路面の段差を検出し、検出した段差の位置及び高さを取得することができる。望ましくは、一方の距離センサ７１が駆動輪１２の路面に接地する部位よりも前方に位置し、他方の距離センサ７１が駆動輪１２の路面に接地する部位よりも後方に位置するように配設される。このように、２つの距離センサ７１が駆動輪１２の接地点から前後に離れた位置において路面までの距離を計測するので、車両１０の前後の段差を検出することができる。

　また、車両１０は、図２０に示されるように、距離センサ７１を含む段差計測システム７０を有する。そして、距離センサ７１は、前後の２点において、路面までの距離としての対地距離を検出して主制御ＥＣＵ２１に送信する。

　これにより、例えば、段差に乗り上げる場合、図１９に示されるように、車両１０が上昇するのに応じて搭乗部１４の移動量、段差に乗り上げるための駆動トルク等を変化させ、安定した車体姿勢及び走行の制御を行うことができる。

　次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要、状態量の取得処理、目標走行状態の決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、段差昇降トルクの決定処理についてのみ説明する。

　図２１は本発明の第３の実施の形態における上りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図、図２２は本発明の第３の実施の形態における上りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図、図２３は本発明の第３の実施の形態における下りの段差を測定するときの幾何学的条件を示す図、図２４は本発明の第３の実施の形態における下りの段差の段差昇降抵抗率の変化を示す図、図２５は本発明の第３の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

　段差昇降トルクの決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、距離センサ７１の計測値を取得する（ステップＳ２－２１）。この場合、前後２つの距離センサ７１から対地距離の計測値を取得する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差の位置と高さとを決定する（ステップＳ２－２２）。この場合、各距離センサ７１から取得した対地距離の時間履歴と、車体傾斜角θ₁と、搭乗部１４の位置、すなわち、能動重量部位置λ_Sとに基づき、段差の位置と高さとを決定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差抵抗トルクτ_Dを決定する（ステップＳ２－２３）。この場合、段差抵抗トルクτ_Dを、次の式（１１）により算出する。
τ_D＝ξτ_D,Max　・・・式（１１）
　ここで、τ_D,Maxは最大段差抵抗トルクであり、ξは段差昇降抵抗率である。

　図２１に示されるように、段差が上り、すなわち、昇段である場合、最大段差抵抗トルクτ_D,Max及び段差昇降抵抗率ξは、次の式（１２）及び（１３）で表される。なお、図２１において、Ｘは段差検出時における段差までの距離であり、Ｈは段差の高さである。昇段の場合、Ｈはゼロ以上となる。

　なお、η₀は、仮想登坂角であり、段差を上るために必要な駆動輪回転角に相当する。また、θ_W,Sは駆動輪１２が段差に接触した時点の駆動輪回転角であり、θ_W,0は段差を検出した時点の駆動輪回転角である。さらに、Δθ_Wは段差接触以降の駆動輪回転角であり、その値は、駆動輪１２が段差に接触した時点でゼロになる。

　そして、段差抵抗トルクτ_Dの値は、図２２に示されるように変化する。すなわち、駆動輪１２が段差に接触した時点で最大値であるτ_D,Maxとなり、昇段中に徐々に減少し、昇段を終了した時点で最小値であるゼロになる。

　また、図２３に示されるように、段差が下り、すなわち、降段である場合、最大段差抵抗トルクτ_D,Max及び段差昇降抵抗率ξは、次の式（１４）及び（１５）で表される。なお、図２３においても、Ｘは段差検出時における段差までの距離であり、Ｈは段差の高さであるが、降段の場合、Ｈはゼロ未満、すなわち、マイナスとなる。

　そして、段差抵抗トルクτ_Dの値は、図２４に示されるように変化する。すなわち、駆動輪１２が段差に接触した時点で最小値であるゼロであり、降段中に徐々に減少し、降段を終了する時点の直前で最大値であるτ_D,Maxとなる。

　最後に、主制御ＥＣＵ２１は、段差昇降トルクτ_Cを決定する（ステップＳ２－２４）。この場合、推定した段差抵抗トルクτ_Dの値を段差昇降トルクτ_Cの値とする。すなわち、τ_C＝τ_Dとする。

　このように、段差昇降トルクの決定処理においては、段差の高さＨに応じて段差抵抗トルクτ_Dの大きさを変えるようになっている。つまり、段差の高さＨの値が大きいほど段差抵抗トルクτ_Dの値を大きくする。

　また、車両１０の段差昇降状態に応じて段差抵抗トルクτ_Dの大きさを変えるようになっている。つまり、駆動輪回転角θ_Wから車両１０の昇降状態を推定し、段差昇降抵抗率ξの値を変化させる。これにより、車両１０の速度変化にも対応することができる。

　具体的には、段差を上る場合、すなわち、段差の高さＨがゼロ以上の場合、駆動輪回転角θ_Wの増加とともに、段差抵抗トルクτ_D（段差昇降抵抗率ξ）を減少させる。これは、段差を上るにつれて、車両１０を支持するために必要な駆動トルクが減少するからである。

　一方、段差を下る場合、すなわち、段差の高さＨがゼロ未満の場合、駆動輪回転角θ_Wの増加とともに、段差抵抗トルクτ_D（段差昇降抵抗率ξ）を増加させる。これは、段差を下るにつれて、車両１０を支持するために必要な駆動トルクが増加するからである。

　これにより、段差昇降時における車両１０の走行状態を安定的に制御することができる。

　なお、本実施の形態においては、車両１０の前方に位置する段差に前進して突入した場合についてのみ説明したが、車両１０の後方に位置する段差に後進して突入した場合についても、同様の制御を実施することができる。

　また、本実施の形態においては、段差の昇降動作中に距離センサ７１を使用しない場合について説明したが、車両１０の段差昇降状態をより正確に把握するために、距離センサ７１の計測値を利用することもできる。これにより、駆動輪１２がスリップしても安定した制御を行うことが可能となる。

　さらに、本実施の形態においては、段差昇降抵抗率ξの決定式に不連続な関数を使用した場合について説明したが、不連続部分を連続に修正した関数を使用することもできる。また、不連続部分における制御のチャタリング又は車両動作のハンチングを防止するために、ヒステリシス制御（例えば、２つの閾（しきい）値を設定し、駆動輪１２の回転方向に応じて閾値を変える制御）を導入してもよい。

　さらに、本実施の形態においては、非線形の力学モデルに基づく決定式を使用した場合について説明したが、簡略化のために、線形近似した式を使用してもよい。また、駆動輪１２の変形、転がり摩擦、スリップ条件等を考慮した、より高度な決定式を使用してもよい。

　このように、本実施の形態においては、車両１０の進行方向の段差を距離センサ７１によって検出し、該距離センサ７１によって計測した段差の位置及び高さＨ並びに駆動輪回転角θ_Wに応じて、段差昇降トルクτ_Cの値を変化させるようになっている。したがって、段差の昇降時にも車体の倒立姿勢を安定に保つことができる。これにより、車両１０は、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。

　なお、本実施の形態においては、２つの距離センサ７１によって段差の検出、並びに、段差の位置及び高さＨを計測した場合について説明したが、他の装置や方法を使用することもできる。例えば、カメラによって車両１０の進行方向の画像を取得し、取得した画像を解析することによって、段差の検出、並びに、段差の位置及び高さＨを計測してもよい。また、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）を利用して車両１０の位置を取得する車両位置取得システムと、路面と段差に関する情報を含む地図データとに基づいて、車両１０の周囲に存在する段差の情報を取得してもよい。

　次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１～第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１～第３の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

　図２６は本発明の第４の実施の形態における車両の段差昇降動作を示す概略図、図２７は本発明の第４の実施の形態における終速度補正係数の変化を示す図、図２８は本発明の第４の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。なお、図２６（ａ）は第１の実施の形態による動作例を示し、図２６（ｂ）は本実施の形態による動作を示している。

　車両１０が段差を乗り降りする際に、段差を昇降するための駆動トルクを追加する制御動作（以下「段差昇降制御」と称する。）において、追加された駆動トルクを車体の重心移動による重力トルクで打ち消すような車体姿勢の制御を試みても、車体姿勢の目標値の急激な変化に対して実動作が遅れることによって、車体姿勢の制御が不十分になり、車両１０が不必要に加減速したり、車体が大きく傾いたりしてしまうことがある。これは、車体姿勢の制御である車体傾斜角の制御や搭乗部１４の位置制御には、目標値の設定に対する時間遅れが存在するためである。すなわち、車体姿勢の制御の応答速度が駆動トルクを追加する制御の応答速度に比べて低いため、車体姿勢の制御に不釣り合いが生じる。

　もっとも、車体姿勢の制御の応答速度を高めることは可能であるが、そのために、例えば、搭乗部１４の移動速度を高くしようとすると、アクチュエータとして高出力の能動重量部モータ６２が必要となるので、車両１０の重量やコストが増加する。また、車体姿勢の制御の応答速度が高すぎると、乗員１５にとって乗り心地が悪化する場合がある。

　そこで、本実施の形態においては、段差昇降中に、車体姿勢が一定となるように、ジョイスティック３１の操作量に基づいて決定される車両加速度の目標値を補正する。具体的には、図２６（ｂ）に示されるように、段差を上る場合には、段差昇降の開始から終了まで、車体姿勢が一定となるように、段差昇降トルクτ_Cによって車体に作用する反トルクを車両１０の減速による慣性力で打ち消すように車両加速度の目標値を減少させる。つまり、段差の昇降に必要な段差昇降トルクτ_Cの反作用として車体に作用する反トルクが、車両１０の加減速に伴う慣性力によるトルクと釣り合うように、車両加速度の目標値を補正する。

　なお、車両速度が低い場合や段差が高い場合には、段差の昇降を完遂することができないため、車両加速度の目標値を補正しない。すなわち、前記第１の実施の形態で説明したように、また、図２６（ａ）に示されるように、搭乗部１４を駆動し、段差昇降トルクτ_Cによって車体に作用する反トルクを搭乗部１４の移動による重力で打ち消すように本体部１１に対して車両進行方向に前後させる。

　これにより、段差昇降時における車体姿勢の急激な変化を抑制することができ、段差のある場所でも安全に、かつ、快適に走行することができる。

　次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。なお、走行及び姿勢制御処理の概要、状態量の取得処理、段差昇降トルクの決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、ここでは、目標走行状態の決定処理についてのみ説明する。

　目標走行状態の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、操縦操作量を取得する（ステップＳ３－１１）。この場合、乗員１５が、車両１０の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するために操作したジョイスティック３１の操作量を取得する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、取得したジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両加速度の目標値を決定する（ステップＳ３－１２）。この場合、ジョイスティック３１の操作量と、駆動輪回転角速度と、段差抵抗トルクとに基づき、次の式（１６）により、車両加速度の目標値α^*を決定する。

　ここで、ξ_VCは終速度補正係数であり、車両１０が段差を上がり終えた時点での車両速度を予測した値である車両終速度予測値Ｖ_fによって、図２７に示されるように変化させる。すなわち、車両終速度予測値Ｖ_fが低いときほど、終速度補正係数ξ_VCを小さくする。なお、ξ_VC＝０は、車両加速度の目標値を補正しないことを意味し、前記第１の実施の形態で説明したような制御を実行することに相当する。

　具体的に、終速度補正係数ξ_VCは次の式（１８）によって設定される。

　また、Ｖ_f0及びＶ_f1は、車両終速度予測値Ｖ_fの第１の閾値としての低速側閾値、及び、第２の閾値としての高速側閾値であり、あらかじめ設定された所定値である。そして、車両終速度予測値Ｖ_fは、次の式（１９）によって与えられる。

　ここで、Ｃ_Iは慣性に関するパラメータ、Ｖは修正車両速度、ηは仮想登坂角であり、次の式（２０）、（２１）及び（２２）によって、それぞれ表される。

　ここで、εは、微小定数であり、前記式（１９）の分母がゼロになることを防止するために設定された所定値である。

　なお、仮想登坂角ηは、段差の昇降を完了するのに必要な駆動輪１２の回転角であり、例えば、図２６（ｂ）に示されるように、駆動輪１２が段差に接した状態において、駆動輪１２の周面と段差との接点における周面の接線が路面（水平面）となす角度に等しい。

　最後に、主制御ＥＣＵ２１は、決定した車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する（ステップＳ３－１３）。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径Ｒ_Wで除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。

　なお、ここでは、車両１０の前方に位置する段差に前進して進入して上がる場合についてのみ説明したが、車両１０の後方に位置する段差に後進して進入する場合についても、また、段差を下がる場合についても、同様の制御を実施することができる。

　このように、主制御ＥＣＵ２１は、段差昇降中に、車体姿勢が一定となるように車両加速度の目標値を補正する。

　具体的には、段差の昇降に必要な段差昇降トルクの反作用として車体に作用する反トルクが、車両１０の加減速に伴う慣性力によるトルクと釣り合うように、車両加速度の目標値を補正する。前進して段差を上がる場合、段差昇降トルクの反作用として車体を後方に倒そうとする反トルクを打ち消すように、車両１０を減速させて車体を前方に倒そうとする慣性力を発生させる。このとき、適切な減速を実現するための目標車両加速度補正量基準値を、段差昇降トルクに比例する関数として設定する。これにより、段差昇降時における車体姿勢（車体の傾斜角、搭乗部１４の位置等）の急激な変化を抑制して、安定で快適な段差の昇降動作を実現することができる。

　また、車両加速度の目標値の補正量を制限し、過度の補正を防止する。すなわち、目標車両加速度補正量基準値を、所定の最大値である目標車両加速度補正量最大値で制限することによって、自動的な修正に伴う乗員１５の操縦感覚との不一致、及び、急な加減速に伴う乗り心地の悪化を防止する。

　さらに、低速走行時は、車両加速度の目標値の補正量を制限し、段差昇降の未遂や折り返し動作を防止する。これにより、段差に低速で進入した場合でも、必要な段差昇降制御を適切に実行して安定した段差昇降を実現することができる。

　具体的には、初めに、段差昇降完了時の車両速度を予測した値である車両終速度予測値によって、目標車両加速度補正量修正値による補正を行ったときに段差昇降を完遂することができるか否かを判断する。ここで、車両終速度予測値は、力学的なモデルに基づき、駆動輪回転角速度、段差抵抗トルク、及び、固定した車体姿勢の目標値を決定するジョイスティック３１の操作量に応じた車両加速度の目標値の関数として設定される。これにより、重要な判断要素である車両終速度をより正確に予測することができる。

　そして、車両終速度予測値が所定の高速側閾値以上である場合、終速度補正係数を１として補正を行う。すなわち、車両速度が大きく低下して段差昇降の未遂や折り返し動作が起こる可能性は低いと判断し、車両を減速させることで、車体姿勢を変化させることなく、安定した状態で段差を上らせる。

　一方、車両終速度予測値が所定の低速側閾値以下である場合、終速度補正係数を０として補正を行わない。すなわち、車両速度が大きく低下すると段差昇降の未遂や折り返し動作が起こる可能性が高いと判断し、車体姿勢を変化させて重心を移動させることで、走行状態を変化させることなく、安定した状態で段差を上らせる。

　また、車両終速度予測値が高速側閾値と低速側閾値との間にある場合には、線形補間した関数によって終速度補正係数を与えることで、制御の切替に伴う走行状態や車体の姿勢の急激な変化や、閾値付近で周期的に切替が繰り返されるような振動を防ぐ。

　以上の方法により、車両速度と段差の高さ（段差抵抗トルクの大きさ）とを考慮した適度な補正を、簡単に実現することができる。

　なお、本実施の形態においては、車両終速度予測値が所定の高速側閾値以上である場合には終速度補正係数を１として車体姿勢を一定にする制御、すなわち、車体姿勢を優先した制御を実行する例について説明したが、終速度補正係数を１以下の値として、車体姿勢と車両走行状態とをある程度両立させるようにしてもよい。また、操縦装置であるジョイスティック３１にパラメータ調整装置を配設し、乗員１５自身が終速度補正係数の値を調整することができるようにしてもよい。

　また、本実施の形態においては、車両終速度予測値が所定の高速側閾値及び低速側閾値と比較することによって補正実行の可否を判断する例について説明したが、現時点の車両速度と車両終速度予測値との差分や比率、あるいは他の指標に基づいて補正実行の可否を判断してもよい。

　さらに、本実施の形態においては、駆動輪回転角速度の計測値に基づいて車両終速度を予測する例について説明したが、駆動輪回転角速度の目標値に基づいて車両終速度を予測してもよい。これにより、外乱等に伴う駆動輪回転角速度の微小振動が制御に影響を及ぼすことを防止し、より安定した段差昇降制御を実現することができる。

　さらに、本実施の形態においては、車両終速度予測値や仮想登坂角を決定するために非線形の関数を用いた例について説明したが、該非線形の関数を近似した線形の関数を用いることによって計算を簡素化してもよい。また、マップの形で非線形の関数を適用してもよい。

　さらに、本実施の形態においては、段差抵抗トルクの推定値によって段差の高さを推定し、その値に基づいて車両終速度を予測する例について説明したが、前記第３の実施の形態において説明したように距離センサ７１等の段差計測センサを使用し、該段差計測センサの計測結果に基づいて制御を実行してもよい。

　次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１～第４の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１～第４の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

　図２９は本発明の第５の実施の形態における搭乗意図推定マップ、すなわち、車両加速度の目標値及び駆動輪回転角速度の閾値を示す図、図３０は本発明の第５の実施の形態における車両の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャート、図３１は本発明の第５の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

　次の（ａ）～（ｃ）のような場合には、段差を昇降するための駆動トルクを追加する制御動作（以下「段差昇降制御」と称する。）を禁止する方が、すなわち、実行しない方が適切である。
（ａ）駆動輪１２が上がり段差に接触した状態で車両１０が停止し、乗員１５もジョイスティック３１を操作していない場合：この場合、乗員１５の操縦意図は、車両１０が停止した状態を維持すること、である可能性が高い。
（ｂ）比較的低い車両速度で駆動輪１２が上がり段差に接触し、乗員１５がジョイスティック３１の操作による走行指令として制動を入力した場合：この場合、乗員１５の操縦意図は、車両１０を段差に接触させて止めること、である可能性が高い。
（ｃ）乗員１５がジョイスティック３１の操作による走行指令として急制動を入力した場合：この場合、乗員１５の操縦意図は、車両１０を段差に接触させて止めること、又は、少しでも短い制動距離で車両１０を止めること、である可能性が高い。

　また、次の（ｄ）及び（ｅ）のような場合には、段差昇降制御を実行した方が適切である。
（ｄ）比較的高い車両速度で駆動輪１２が上がり段差に接触し、乗員１５がジョイスティック３１を操作して走行指令として制動を入力した場合：この場合、乗員１５は、車両１０を段差に接触させて止めることはできないことを認識している、又は、段差通過後に車両１０を止めることを意図している可能性が高い。
（ｅ）車両１０が下がり段差に進入した場合：この場合、段差を昇降するための駆動トルクを追加しないと、段差から着地したときに衝撃を受け、乗員１５は不快に感じる可能性が高い。

　そこで、本実施の形態においては、車両１０の走行状態と走行指令とに基づいて乗員１５の操縦意図を推定し、推定された操縦意図に従って段差昇降制御の実行又は禁止を選択する。すなわち、車両制御装置としての制御ＥＣＵ２０は、乗員１５の操縦意図を推定する操縦意図推定手段を備え、推定された操縦意図に従って段差昇降制御の実行又は禁止を選択する。具体的には、前記操縦意図推定手段は、車両１０の走行状態としての車両速度（駆動輪回転角速度）、走行指令としてジョイスティック３１の操作量に応じて決定される車両加速度の目標値、及び、段差の高さに相当する段差抵抗トルクを考慮して乗員１５の操縦意図を推定し、段差昇降制御の実行又は禁止を選択する。

　そして、操縦意図推定手段は、上がり段差への進入時、車両速度及び車両加速度の目標値が所定の条件を満たしている場合、操縦意図は段差昇降制御の禁止であると推定し、車両速度及び車両加速度の目標値が所定の条件を満たしていない場合、操縦意図は段差昇降制御の実行であると推定する。

　より詳細には、車両１０が停止状態にあり、車両加速度の目標値がゼロである場合又は停止を指令する値である場合には、段差昇降制御を実行しない。また、比較的低い車両速度で上がり段差に進入し、車両加速度の目標値が制動を指令する値である場合には、段差昇降制御を実行しない。一方、比較的高い車両速度で上がり段差に進入する場合、車両加速度の目標値が制動を指令する値であっても、段差昇降制御を実行する。また、車両加速度の目標値が急制動を指令する値である場合には、車両速度が高くても段差昇降制御を実行しない。さらに、下がり段差への進入時においては、車両速度や車両加速度の目標値に係わらず、段差昇降制御を実行する。

　これにより、乗員１５の操縦意図を的確に推定して、段差昇降制御を適切に実行することができる。したがって、段差が存在しても、乗員１５が意のままに操縦することができる倒立型車両を提供することができる。

　次に、本実施の形態における走行及び姿勢制御処理の概要について説明する。

　走行及び姿勢制御処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、車両１０の動作状態を示す状態量の取得処理を実行し（ステップＳ１１）、各センサ、すなわち、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１及び能動重量部センサ６１によって、駆動輪１２の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部１４の移動状態を取得する。

　次に、制御ＥＣＵ２０は、目標走行状態の決定処理を実行し（ステップＳ１２）、ジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両１０の加速度の目標値、及び、駆動輪１２の回転角速度の目標値を決定する。

　次に、制御ＥＣＵ２０は、段差昇降トルクの決定処理を実行し（ステップＳ１３）、状態量の取得処理で取得した状態量、すなわち、駆動輪１２の回転状態、車体の傾斜状態及び搭乗部１４の移動状態と、各アクチュエータの出力値、すなわち、駆動モータ５２及び／又は能動重量部モータ６２の出力値とに基づき、オブザーバによって段差抵抗トルクを推定し、さらに、目標走行状態の決定処理で決定した車両１０の加速度の目標値、駆動輪１２の回転角速度等に基づき、段差昇降トルクを決定する。

　次に、制御ＥＣＵ２０は、目標車体姿勢の決定処理を実行し（ステップＳ１４）、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルクと、目標走行状態の決定処理によって決定された車両１０の加速度の目標値とに基づいて、車体姿勢の目標値、すなわち、車体傾斜角及び能動重量部位置の目標値を決定する。

　最後に、制御ＥＣＵ２０は、アクチュエータ出力の決定処理を実行し（ステップＳ１５）、状態量の取得処理によって取得された各状態量、目標走行状態の決定処理によって決定された目標走行状態、段差昇降トルクの決定処理によって決定された段差昇降トルク、及び、目標車体姿勢の決定処理によって決定された目標車体姿勢に基づいて、各アクチュエータの出力、すなわち、駆動モータ５２及び能動重量部モータ６２の出力を決定する。

　次に、本実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の詳細について説明する。なお、状態量の取得処理、目標走行状態の決定処理、目標車体姿勢の決定処理及びアクチュエータ出力の決定処理については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

　段差昇降トルクの決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、段差抵抗トルクτ_Dを推定する（ステップＳ１３－１）。この場合、前記第１の実施の形態と同様に、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回（一つ前の時間ステップ）の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力とに基づき、前記式（１）により、段差抵抗トルクτ_Dを推定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差昇降トルクτ_Cを決定する（ステップＳ１３－２）。この場合、段差抵抗トルクτ_Dと、車両加速度の目標値と、駆動輪回転角速度とに基づき、次の式（２５）により、段差昇降トルクτ_Cを決定する。
τ_C＝ρτ_D　・・・式（２５）
　ここで、ρは、段差昇降トルク率であり、次の式（２６）で表される。

　このように、主制御ＥＣＵ２１は、乗員１５が段差を上がることを望んでいない、すなわち、操縦意図が段差昇降制御の不実行である、と推定した場合には、段差昇降制御を禁止する、すなわち、実行しない。

　具体的には、乗員１５によるジョイスティック３１の操作量によって決定される車両加速度の目標値と、車両１０の動作状態を示す駆動輪回転角速度と、段差の高さに相当する段差抵抗トルクの推定値とに基づいて、乗員１５が車両１０の段差乗り上げを望んでいるか否かを判断する。

　この場合、段差抵抗トルクの推定値に段差昇降トルク率を乗じることによって、段差昇降制御の実行と不実行とを切り替える。また、段差昇降トルク率指定値にローパスフィルタをかけることによって、段差昇降制御の実行と不実行との滑らかな切替を実現する。これにより、乗員１５の操縦意図を適切に判断することができ、乗員１５が車両１０の段差乗り上げを望んでいる場合のみ、段差昇降制御を実行する。

　車両１０が停止した状態で、乗員１５が車両加速度の目標値の入力に対応する操縦操作を行わない場合、段差昇降制御を実行しない。この場合は、前記（ａ）の場合に相当し、図２９の操縦意図判定マップにおいて、駆動輪回転角速度と目標車両加速度の条件に相当する点が、原点を含む長方形のハッチングされた領域の中に存在する。すなわち、駆動輪回転角速度の絶対値が所定の駆動輪回転角速度第１閾値以下であり、かつ、車両加速度の目標値の絶対値が所定の目標車両加速度第１閾値以下であるという条件を満足する場合である。この場合には、乗員１５が車両１０の段差昇降を望んでいないと判断し、操縦意図判定値を０とする。これにより、駆動輪１２が上がり段差に接触した状態で車両１０が停止しているときには、車両１０の停止状態を安定に保ち、乗員１５が意図しない段差乗り上げを防止することができる。

　また、車両１０の段差進入速度が低く、乗員１５が走行指令として制動を入力した場合、すなわち、制動を要求している場合、段差昇降制御を実行しない。この場合は、前記（ｂ）の場合に相当し、図２９の操縦意図判定マップにおいて、駆動輪角速度と目標車両加速度の条件に相当する点が、前記原点を含む長方形の右隣及び左隣のハッチングされた領域の中に存在する。すなわち、段差に進入する方向について、駆動輪回転角速度が駆動輪回転角速度第２閾値以下であり、かつ、車両加速度の目標値の絶対値が零以下であるという条件を満足する場合である。

　この場合には、乗員１５が段差を利用した車両１０の制動及び停止を望んでいると判断し、操縦意図判定値を０とする。なお、前記右隣及び左隣のハッチングされた領域は、駆動輪回転角速度が駆動輪回転角速度第１閾値より高く駆動輪回転角速度第２閾値以下である範囲において、目標車両加速度上限閾値を目標車両加速度第１閾値からゼロに線形に減少させることによって設けられた、乗員１５の微小な加速度要求に対して操縦意図判定値を０とする領域を含む。これにより、駆動輪１２を段差に接触させて車両１０を停止させる動作や段差の乗り上げによって減速させる動作を意図した乗員１５による操縦操作を適切に判断して、前記動作を容易に実現させることができる。

　さらに、車両１０の段差進入速度が高く、乗員１５が走行指令として緩やかな制動を入力した場合、すなわち、緩やかな制動を要求している場合、段差昇降制御を実行する。この場合は、前記（ｄ）の場合に相当し、図２９の操縦意図判定マップにおいて、駆動輪回転角速度と目標車両加速度の条件に相当する点が、前記右隣のハッチングされた領域のさらに右側に存在する車両加速度の目標値が負のハッチングされていない領域、又は、前記左隣のハッチングされた領域のさらに左側に存在する車両加速度の目標値が負のハッチングされていない領域の中に存在する。すなわち、段差に進入する方向について、駆動輪回転角速度が駆動輪回転角速度第２閾値より高く、かつ、車両加速度の目標値が負の目標車両加速度上限閾値より大きいという条件を満足する場合である。

　この場合には、乗員１５が段差の乗り上げを意図している又は許容していると判断し、操縦意図判定値を１とする。なお、前記車両加速度の目標値が負のハッチングされていない領域は、駆動輪回転角速度が駆動輪回転角速度第２閾値より高い範囲において、目標車両加速度上限閾値をゼロから、目標車両加速度第２閾値に漸近するような指数関数によって減少させることで設けられた領域である。つまり、乗員１５の要求する目標減速度が大きいほど、段差昇降制御を実行する閾値、すなわち、操縦意図判定値を１とする駆動輪回転角速度の閾値を大きくするようになっている。これにより、車両速度が高いほど、段差に乗り上げた後に車両１０を停止させる動作を意図していると判定することで、乗員１５による操縦操作を適切に判断して、前記動作を容易にかつ安定に実現させることができる。

　さらに、乗り上げる段差が高いほど、段差昇降制御を実行するための車両速度の閾値を高くする。すなわち、段差抵抗トルクの推定値が大きいほど、高速走行時に操縦意図判定値を切り替えるための閾値である駆動輪回転角速度第２閾値を高くし、高い段差に対する車両１０の不自然な乗り上げを防止する。加えて、駆動輪回転角速度第２閾値を、車両１０が慣性で（駆動トルクを用いることなく）段差に乗り上げることができる最低限の車両速度である段差慣性乗り上げの最低駆動輪回転角速度に基づいて決定することによって、より自然な車両１０の動作を実現する。これにより、段差の高さを考慮した乗員１５の操縦意図をより適切に判断して、その動作を容易に実現させることができる。

　さらに、乗員１５が急制動を要求している場合、車両１０の段差進入速度に係わらず、段差昇降制御を実行しない。この場合は、前記（ｃ）の場合に相当し、図２９の操縦意図判定マップにおいて、駆動輪回転角速度と目標車両加速度の条件に相当する点が、二本の一点鎖線よりも外側にあるハッチングされた領域の中に存在する。すなわち、段差に進入する方向について、駆動輪回転角速度が駆動輪回転角速度第１閾値より高く、かつ、車両加速度の目標値が負の目標車両加速度第２閾値よりも低いという条件を満足する場合である。

　この場合、操縦意図判定値をゼロとし、駆動トルクを追加する段差昇降制御を実行しない。これにより、車両１０の急制動、又は、段差に乗り上げることを拒否する乗員１５の操縦意図を適切に判断して、その動作の実現を助けるような制御を実行することができる。

　さらに、段差を下りる場合には、必ず段差昇降制御を実行する。この場合は、前記（ｅ）の場合に相当する。すなわち、駆動輪回転角速度の正負と段差抵抗トルクの正負とが異なる場合には、車両１０が段差を下りる状態にあると判断し、段差昇降トルク率指定値を１とする。この場合、段差を下りることに伴う車両加速度増加を利用するよりも、段差を下りる際に発生する衝撃を緩和することを優先することで、乗り心地を向上させることができる。

　なお、本実施の形態においては、段差昇降トルク率指定値にローパスフィルタをかけることによって、段差昇降制御の実行と不実行との切替を滑らかにする例について説明したが、切替の滑らかさよりも応答性を重視するのであれば、段差昇降トルク率指定値にローパスフィルタをかけなくてもよい。また、図２９の操縦意図判定マップにおいて曲線で示されるような車両加速度の目標値と駆動輪回転角速度との関数である目標車両加速度上限閾値及び目標車両加速度下限閾値に遷移帯を設けてもよい。すなわち、図２９において、段差昇降トルク率指定値を０から１に切り替える曲線を所定の幅を備える帯域に置き換え、該帯域の中で段差昇降トルク率指定値を０から１に線形に変化させてもよい。これにより、切替時の滑らかさと、乗員１５の操作量の変化に対する応答性とを、ある程度両立させることができる。

　また、本実施の形態においては、前方の上がり段差接触時における制動要求に対して禁止した段差昇降制御が、車両１０が停止する直前に、一時的に、再実行される場合がある。例えば、駆動輪回転角速度が駆動輪回転角速度第１閾値より高く駆動輪回転角速度第２閾値以下であるという条件を満たす状態において、車両加速度の目標値を負の目標車両加速度第１閾値より低い一定値に維持すると、駆動輪回転角速度が駆動輪回転角速度第１閾値を下回ったときに、段差昇降トルク率指定値を０から１に変化する。そこで、このような問題を解決するために、車両加速度の目標値と駆動輪回転角速度とが変化する方向も考慮して、段差昇降トルク率指定値を決定してもよい。例えば、駆動輪回転角速度がゼロより高く駆動輪回転角速度第１閾値以下であり、かつ、車両加速度の目標値が負の目標車両加速度第１閾値より低い領域内に、車両加速度の目標値が変化することによって入った場合には段差昇降トルク率指定値を０から１に切り替えるが、駆動輪回転角速度が変化することによって入った場合には段差昇降トルク率指定値をゼロに維持するようにして、不必要な段差昇降制御の再実行を防止することができる。

　さらに、本実施の形態においては、駆動輪回転角速度の計測値に基づいて段差昇降制御の実行と禁止とを切り替える例について説明したが、駆動輪回転角速度の目標値に基づいて段差昇降制御の実行と禁止とを切り替えてもよい。これにより、外乱等に伴う駆動輪回転角速度の微小振動が段差昇降制御の実行と禁止との切替に影響を及ぼすことを防止し、より安定した段差昇降制御を実現することができる。

　さらに、本実施の形態においては、車両加速度の目標値の閾値の一部や段差慣性乗り上げの最低駆動輪回転角速度を決定するために非線形の関数を用いた例について説明したが、該非線形の関数を近似した線形の関数を用いることによって計算を簡素化してもよい。また、マップの形で非線形の関数を適用してもよい。

　さらに、本実施の形態においては、様々な乗員１５の操縦意図を想定して段差昇降制御の実行と禁止とを切り替える例について説明したが、車両１０を使用する用途、条件等によって、いくつかの切替を除いてもよい。例えば、低速での走行しか行わない場合には、高速での段差進入時における段差昇降制御を実行せず、制動要求時には常に段差昇降制御を禁止するようにしてもよい。

　さらに、本実施の形態においては、段差抵抗トルクの推定値によって段差の上下及び高さを推定し、その値に基づいて段差昇降制御の実行と禁止とを切り替える例について説明したが、前記第３の実施の形態において説明したように、距離センサ７１等の段差計測センサを使用し、該段差計測センサの計測結果に基づいて段差昇降制御の実行と禁止とを切り替えてもよい。

　さらに、本実施の形態においては、乗員１５によるジョイスティック３１の操作量に対応する車両加速度の目標値に基づいて乗員１５の操縦意図を推定する例について説明したが、ジョイスティック３１の操作量が車両速度の目標値に対応している場合には、車両加速度の目標値を車両速度の目標値に置き換えてもよいし、車両速度の目標値の時間差分に置き換えてもよい。また、ジョイスティック３１の操作量自体に基づいて乗員１５の操縦意図を推定してもよい。例えば、車両１０に操縦装置としてアクセルペダル及びブレーキペダルを配設し、各ペダルの踏み込み量と駆動輪回転角速度とに基づいて、段差昇降制御の実行と禁止とを切り替えてもよい。さらに、走行状態と停止状態とを乗員１５が切り替えるスイッチを車両１０に配設し、該スイッチの操作状態によって、車両停止時の段差昇降制御の禁止を選択してもよい。

　次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、第１～第５の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１～第５の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

　図３２は本発明の第６の実施の形態における曲率補正係数の変化を示す図、図３３は本発明の第６の実施の形態における速度補正係数の変化を示す図、図３４は本発明の第６の実施の形態における段差抵抗トルクの補正を説明する図、図３５は本発明の第６の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

　段差抵抗トルクτ_Dの推定、及び、推定された段差抵抗トルクτ_Dに基づく車両１０の走行及び姿勢の制御に遅れが生じてしまうことがある。これは、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、能動重量部センサ６１等のセンサの計測値のノイズに起因する段差抵抗トルクτ_Dの推定値のノイズを除去するためにローパスフィルタを使用したり、段差抵抗トルクτ_Dの推定計算に必要な加速度を得るために後退差分計算を行うためである。特に、段差に突入する車両１０の速度が高い場合に、遅れの影響が顕著に現れる。このような遅れが生じると、車両１０の不必要な加減速や車体の大きな傾斜が発生し、乗り心地が悪化してしまう。

　そこで、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτ_Dの推定値と、該推定値の時間変化率とに基づいて、前記推定値を少し未来の時刻における値に補正する。具体的には、線形外挿によって少し先の時刻の推定値であると予測される値に補正する。また、推定値の時間変化率及び曲率（時間変化加速度）の正負が異なる場合には、補正しない。さらに、駆動輪１２の回転速度の絶対値が大きいほど、前記推定値の補正量を大きくする。

　これにより、段差を昇降する際に、車両１０の走行状態や車体の姿勢がより安定したものとなる。また、段差に突入する車両１０の速度が高くても、段差昇降動作が安定したものとなる。

　段差昇降トルクの決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、段差抵抗トルクτ_Dを推定する（ステップＳ２－３１）。この場合、前記第１の実施の形態と同様に、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回（一つ前の時間ステップ）の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力とに基づき、段差抵抗トルクτ_Dを推定する。

　ξ_CCは曲率補正係数であり、次の式（３５）で表され、図３２に示されるように変化する。

　なお、Δｔ_bは、差分計算の時間刻みである。時間刻みΔｔ_f及びΔｔ_bは、例えば、ローパスフィルタの時定数Ｔ_LPFを基準として、次の式（３６）で表されるような条件を満たす値が設定される。
Δｔ_f≦Ｔ_LPF≦Δｔ_b　・・・式（３６）
　さらに、ξ_VCは速度補正係数であり、次の式（３７）で表され、図３３に示されるように変化する。

　このように、段差抵抗トルクτ_Dは、該段差抵抗トルクτ_Dの推定値と該推定値の時間変化率τ_D’とに基づき、推定値を少し先の時刻で得られるであろうと予測される値に補正される。具体的には、図３４に示されるように、線形外挿によって少し先の時刻における推定値を予測する。この場合、前記式（３６）で表されるように、推定値算出時におけるローパスフィルタの時定数に比べて、時間変化率を求める差分計算の時間刻みを大きくし、線形外挿の時間刻みを小さくすることで、制御の安定性及び一貫性を確保する。このように、適切に未来の時刻における値を予測することで、推定遅れによる影響を低減することができる。

　なお、推定値の時間変化率τ_D’の正負と曲率τ_D”の正負とが異なる場合、すなわち、両者の積が負となる場合には補正を行わない。つまり、前記式（３５）及び図３２に示されるようにγがゼロ以下の範囲では、曲率補正係数ξ_CCをゼロにして、補正を行わない。そして、前記積の正負が反転するときの不連続性を解消するために、連続的な補正関数を与える。これにより、線形外挿における過大な補正を防止し、適切な推定及び制御を行うことができる。

　最後に、主制御ＥＣＵ２１は、段差昇降トルクτ_Cを決定する（ステップＳ２－３３）。この場合、推定した段差抵抗トルクτ_Dの値を段差昇降トルクτ_Cの値とする。すなわち、τ_C＝τ_Dとする。

　これにより、段差を昇降する際に、車両１０の走行状態や車体の姿勢をより安定したものとすることができる。

　なお、本実施の形態においては、線形外挿、すなわち、１次の外挿によって未来の時刻における値を予測した場合についてのみ説明したが、より高次の外挿によって補正量を決定することもできる。

　また、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτ_Dの推定値の大きさに無関係に補正を行う場合についてのみ説明したが、前記推定値の絶対値が所定の閾値を上回ったときにのみ補正を行うことにより、段差に対してのみ適切な補正を行うようにすることもできる。

　このように、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτ_Dの推定値を、該推定値の時間変化率に基づいて予測した未来の時刻における値に補正するようになっている。したがって、段差を昇降する際に、車両１０の走行状態や車体の姿勢がより安定する。特に、段差に突入する車両１０の速度が高くても、段差昇降動作が安定する。これにより、車両１０は、段差昇降の際に、より安全に、かつ、より快適に走行することができる。

　次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。なお、第１～第６の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１～第６の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

　図３６は本発明の第７の実施の形態における段差抵抗トルクの修正を説明する図、図３７は本発明の第７の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

　段差抵抗トルクτ_Dを推定して制御を行っても、推定値の微小変動によって車両速度や車体姿勢に振動が生じてしまうことがある。例えば、路面の微小な凹凸だけでなく、風等の車両１０が受ける外乱や、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、能動重量部センサ６１等のセンサの計測値のノイズのような段差以外の要因によって、段差抵抗トルクτ_Dの推定値に微小変動が発生する。また、段差抵抗トルクτ_Dを推定値に基づく段差昇降状態の判別によって制御の切替を行う場合、推定値の微小変動に反応して判別結果及び制御の切替が頻発し、結果として、車両速度や車体姿勢により大きな振動が生じる可能性がある。一方、推定値の変動の高周波成分を除去するためにローパスフィルタを使用すると、段差昇降時に、段差抵抗トルクτ_Dの推定、並びに、段差抵抗トルクτ_Dの推定値に基づく車両１０の走行及び姿勢の制御に遅れが生じてしまうことがある。その結果、乗員１５にとって、乗り心地が悪くなってしまう。

　また、段差昇降時以外においても、段差を昇降するための制御が常に行われ、他の制御に影響を及ぼす可能性がある。そのため、制御系の設計や調整に、より多くの労力を費やすことになってしまう。

　そこで、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτ_Dの推定値の絶対値が所定の閾値以下である場合、段差昇降トルクτ_Cを付加しないようにする。

　これにより、通常走行時における車両速度や車体姿勢に振動が生じることがない。また、段差を昇降する際にも、平地を走行する際にも、快適に走行することができる。

　段差昇降トルクの決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、段差抵抗トルクτ_Dを推定する（ステップＳ２－４１）。この場合、前記第１の実施の形態と同様に、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回（一つ前の時間ステップ）の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力とに基づき、段差抵抗トルクτ_Dを推定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差抵抗トルクτ_Dを修正する（ステップＳ２－４２）。この場合、所定の不感帯閾値に基づき、次の式（３８）によって段差抵抗トルクτ_Dの推定値を修正する。

　また、ξ_SEは感度であり、次の式（３９）で表される。

　なお、Ｈ_Roughは、路面の最大凹凸高さであり、でこぼこ道を考慮した場合の想定値である。

　このように、段差抵抗トルクτ_Dの推定値の絶対値が小さい場合には、その値をゼロにするように修正する。具体的には、段差抵抗トルクτ_Dの推定値を、図３６に示されるように修正する。

　つまり、段差抵抗トルクτ_Dの推定値が不感帯閾値の上限値と下限値との間の内側にあるときには、推定値をゼロとする。これにより、小さな段差抵抗トルクτ_Dの推定値の変動を無視し、車両速度や車体姿勢の振動を防ぐことができる。

　また、段差抵抗トルクτ_Dの推定値が不感帯閾値の上限値と下限値との間の外側にあるときには、推定値をそのまま採用する。これにより、大きな段差抵抗トルクτ_Dの推定値の変動を段差とみなして、適切な制御を行うことができる。

　なお、不感帯閾値の前後における段差抵抗トルクτ_Dの推定値の不連続をなくし、連続的に変化させる。これにより、不感帯閾値上での不連続遷移時における車両速度や車体姿勢のショックを緩和することができるとともに、不感帯閾値付近での反復的な遷移に伴う車両速度や車体姿勢の振動（ハンチング）を防ぐことができる。

　また、本実施の形態では、ローパスフィルタの時定数を上げる必要がないので、制御の遅れが小さくなる。

　なお、本実施の形態においては、想定される路面の凹凸高さに基づいて不感帯閾値を所定の値に設定した場合についてのみ説明したが、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、能動重量部センサ６１等のセンサの計測値のノイズ成分等の他の要素を考慮して設定することもできる。

　また、本実施の形態においては、感度ξ_SEを、指数関数的にξ_SE＝１に漸近させることによって円滑性及び収束性の両立を実現した場合についてのみ説明したが、より簡単な関数を用いることもできる。例えば、複数の線形関数を組み合わせることによって同様の関数を実現してもよい。また、より複雑な関数を用いることもできる。例えば、導関数（感度の増加率）の不連続をなくすような関数を導入してもよい。

　このように、本実施の形態においては、段差抵抗トルクτ_Dの推定値の絶対値が所定の閾値以下である場合、段差昇降トルクτ_Cを付加しないようになっている。したがって、通常走行時における車両速度や車体姿勢に振動が生じることがない。これにより、段差を昇降する際にも、平地を走行する際にも、快適に走行することができる。

　次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。なお、第１～第７の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１～第７の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

　図３８は本発明の第８の実施の形態における段差抵抗トルク不感帯閾値の修正を説明する図、図３９は本発明の第８の実施の形態における段差昇降トルクの決定処理の動作を示すフローチャートである。

　前記第７の実施の形態において説明した不感帯閾値を大きくすると、低い段差を検出することができなくなる。すると、低い段差の昇降の際に、車両速度や車体姿勢が大きく変化し、乗り心地が悪化してしまう。

　また、段差抵抗トルクτ_Dの推定値の変動幅は、路面状態によって異なる。例えば、屋内の滑らかな床では、前記推定値の変動幅は小さい。また、例えば、砂利道のような小さな凹凸が連続する路面では、前記推定値の変動幅は大きい。そのため、不感帯閾値を小さくすると、小さな凹凸が連続する路面を走行する際に、制御切替が頻発したり、それに起因する車両速度や車体姿勢に振動が生じることがある。

　さらに、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、能動重量部センサ６１等のセンサの計測値のノイズ成分は、モータ、インバータ等の動作状態によっても変化する。

　そこで、本実施の形態においては、所定の時間だけ前の時刻から現在までにおける段差抵抗トルクτ_Dの推定値の時間履歴に注目し、その中に含まれる極値の統計学的特性量に基づいて不感帯閾値を決定する。具体的には、極値の平均値に標準偏差をＮ倍した値を加算した値を不感帯閾値の上限値とし、極値の平均値から標準偏差をＮ倍した値を減算した値を不感帯閾値の下限値とする。

　これにより、路面状態の変化等に対応し、段差抵抗トルクτ_Dの推定値の不感帯閾値が自動的に適切な値に調整されるので、いつでもどこでも、快適に走行することができる。

　段差昇降トルクの決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、段差抵抗トルクτ_Dを推定する（ステップＳ２－５１）。この場合、前記第１の実施の形態と同様に、状態量の取得処理で取得した各状態量と、前回（一つ前の時間ステップ）の走行及び姿勢制御処理におけるアクチュエータ出力の決定処理で決定した各アクチュエータの出力とに基づき、段差抵抗トルクτ_Dを推定する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差抵抗トルクτ_Dの不感帯閾値を決定する（ステップＳ２－５２）。この場合、次の式（４０）及び（４１）によって不感帯閾値の上限値τ_D0,Max及び下限値τ_D0,Minを決定する。なお、図３８には、所定の時間だけ前の時刻から現在までにおける段差抵抗トルクτ_Dの推定値の時間履歴の例が示され、さらに、その中に含まれる極値（図に示される例においては６つ）が示されている。

　図３８において、Ｔ_refは、現在より所定時間だけ前の時刻を設定するための参照時間であって、極値を考慮する時間であり、かつ、所定値である。すなわち、現在の時刻からＴ_ref以前の時間履歴は考慮されない。

　極値の検出方法は、任意に選択することができるが、例えば、次の式（４４）を満たした場合にτ_D（ｔ₁）は極値であると判断することによって自動的に検出することができる。

　該式（４４）は、図３８に示されるような時間履歴の変化を示す線において、ある点の前後で傾きが逆になっている場合、当該点が極値である、と判断することを表している。

　このように、所定の時間だけ前の時刻から現在までにおける段差抵抗トルクτ_Dの推定値の時間履歴について、その中に含まれる極値の統計学的特性量に基づいて不感帯閾値を決定する。この場合、統計学的特性量として、平均値及び標準偏差を指標に用いる。そして、標準偏差で表される値のばらつきを常態と仮定し、これを大きく上回る値の偏差が異常な状態、すなわち、段差であると判断するように、閾値を決定する。

　つまり、段差抵抗トルクτ_Dの推定値と平均値との差が、標準偏差（平均的なばらつき）に対して明らかに大きいときには、当該推定値を段差として考慮する。そして、当該推定値に基づいて、段差に対する適切な制御を実行する。

　また、段差抵抗トルクτ_Dの推定値と平均値との差が、標準偏差と同等かそれ以下であるときには、当該推定値を段差として考慮しない。そして、当該推定値を無視することによって、車両速度や車体姿勢の振動を防止する。

　続いて、主制御ＥＣＵ２１は、段差抵抗トルクτ_Dを修正する（ステップＳ２－５３）。この場合、決定された不感帯閾値に基づき、前記第７の実施の形態と同様にして、段差抵抗トルクτ_Dの推定値を修正する。

　なお、本実施の形態においては、統計学的特性量である平均値及び標準偏差によって推定値のばらつきを評価した場合についてのみ説明したが、より簡単な手法を用いて評価することもできる。例えば、所定の時間履歴において、その中で２番目に大きな値と２番目に小さな値とを、通常時のばらつきの程度と判断して、閾値として用いてもよい。また、より力学的な根拠に基づく厳密な手法として、周波数フィルタやパターン解析によって段差昇降時の段差抵抗トルクτ_Dの推定値を抽出し、それを除いた推定値の集合に基づいて閾値を設定することもできる。

　また、本実施の形態においては、閾値の初期値としてあらかじめ所定の値を与えておくことを想定した場合について説明したが、前回の制御終了時における２つの閾値を記憶しておき、その値を初期値として用いることもできる。

　このように、本実施の形態においては、所定の時間だけ前の時刻から現在までにおける段差抵抗トルクτ_Dの推定値の時間履歴について、その中に含まれる極値の統計学的特性量に基づいて不感帯閾値を決定するようになっている。したがって、路面状態の変化等に対応し、段差抵抗トルクτ_Dの推定値の不感帯閾値が自動的に適切な値に調整されるので、いつでもどこでも、快適に走行することができる。

　なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

　この発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に適用することができる。

Claims

　車体と、
　該車体に回転可能に取り付けられた駆動輪と、
　該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
　該車両制御装置は、路面の段差を昇降するときに、該段差に応じて前記車体の重心位置を制御することを特徴とする車両。
　前記車両制御装置は、前記車体の傾斜角を変化させて前記車体の重心位置を制御する請求項１に記載の車両。
　進行方向に対して前後に移動可能に前記車体に取り付けられた能動重量部を更に有し、
　前記車両制御装置は、前記能動重量部を移動させて前記車体の重心位置を制御する請求項１又は２に記載の車両。
　前記車両制御装置は、前記車体の重心位置を前記段差の上段方向に移動させる請求項１～３のいずれか１項に記載の車両。
　前記車両制御装置は、前記駆動輪に前記段差に応じた駆動トルクを付加し、当該駆動トルクが前記車体の重心移動による重力トルクの増加量と等しくなるように、前記車体の重心位置を制御する請求項１～４のいずれか１項に記載の車両。
　前記車両制御装置は、オブザーバによって前記段差の抵抗である段差抵抗トルクを推定し、当該段差抵抗トルクに応じて前記車体の重心位置を制御する請求項１～５のいずれか１項に記載の車両。
　前記段差を検出するセンサを更に有し、
　前記車両制御装置は、前記センサによって計測した段差の計測値に応じて、前記車体の重心位置を制御する請求項１～５のいずれか１項に記載の車両。