WO2019088085A1 - 車両 - Google Patents
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- B60G21/05—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected mechanically between wheels on the same axle but on different sides of the vehicle, i.e. the left and right wheel suspensions being interconnected
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Definitions
- the present specification relates to a vehicle that leans and turns a vehicle body.
- the running stability of the vehicle may be reduced.
- the direction of the wheel that can be turned to the left and right may be unstable.
- This specification discloses a technology that can improve the traveling stability of a vehicle.
- N is an integer of 3 or more wheels including a pair of wheels disposed apart from one another in the width direction of the vehicle and one or more other wheels, wherein the pair of wheels and the other N at least one of the wheels is configured as one or more pivoting wheels that can be pivoted to the left and right with respect to the forward direction of the vehicle, and includes one or more front wheels and one or more rear wheels With the wheels of With the car body, An inclination mechanism for inclining the vehicle body in the width direction; An operation input unit to which an operation amount indicating a turning direction and a turning degree is inputted by the operation; An inclination control unit that controls the inclination mechanism using the operation amount input to the operation input unit; A pivoting wheel support that supports the one or more pivoting wheels; Equipped with The pivoting wheel support is A support member rotatably supporting the one or more pivoting wheels; A rotating device that supports the support member so as to be rotatable to the left and right with respect to the vehicle body; A rotational drive device that applies
- the magnitude of the torque of the turning drive device is adjusted using the vehicle speed, so that the running stability of the vehicle can be improved.
- Application Example 2 It is a vehicle described in Application Example 1;
- the ratio of the magnitude of the torque of the turning drive device indicated by the first control value to the magnitude of the difference between the direction of the one or more turning wheels and the direction of the target of the first determination unit is The first control value is determined to be smaller when the vehicle speed is high than when the vehicle speed is low. vehicle.
- the direction of the one or more turning wheels can appropriately approach the target direction by increasing the magnitude of the torque of the turning drive device.
- the direction of the one or more pivoting wheels can change following the change in the inclination of the vehicle body by reducing the magnitude of the torque of the pivoting drive device.
- the running stability of the vehicle can be improved.
- Application Example 3 The vehicle according to the application example 1 or 2, wherein The first determination unit calculates the first control value by feedback control, using a difference between the direction of the one or more pivoting wheels and the direction of the target. vehicle.
- the turning control unit can appropriately set the torque of the turning drive device to a torque that brings the direction of one or more turning wheels closer to the direction of the target, thus improving the running stability of the vehicle. it can.
- Application Example 4 It is a vehicle described in Application Example 3;
- the first determination unit is indicated by the first control value when the difference between the direction of the one or more rotating wheels and the direction of the target is large compared to when the difference is small. Determining the first control value such that the magnitude of the torque of the rotary drive is increased; vehicle.
- the direction of the one or more turning wheels can appropriately approach the direction of the target, so that the running stability of the vehicle can be improved.
- the rotation control unit includes a second determination unit that determines a second control value for reducing the magnitude of the angular velocity that is the speed of change in the direction of the one or more rotating wheels.
- the drive control value determination unit determines the drive control value using at least the first control value and the second control value. vehicle.
- the rotation control unit includes a third determination unit that determines a third control value for reducing the magnitude of an angular acceleration that is an acceleration of a change in the direction of the one or more rotating wheels.
- the drive control value determination unit determines the drive control value using at least the first control value and the third control value. vehicle.
- Application Example 7 The vehicle according to any one of application examples 1 to 6,
- the turning wheel support portion is connected to the operation input portion and the support member, and follows the change in the inclination of the vehicle body regardless of the amount of operation input to the operation input portion.
- a vehicle comprising a connection that allows the direction of a pivoting wheel to change.
- the traveling stability can be improved.
- the technology disclosed in the present specification can be realized in various aspects, and can be realized, for example, in an aspect such as a vehicle, a control device of a vehicle, a control method of a vehicle, and the like.
- FIG. 2 is a right side view of the vehicle 10;
- FIG. 1 is a top view of a vehicle 10;
- FIG. 2 is a bottom view of the vehicle 10;
- FIG. 2 is a rear view of the vehicle 10;
- FIG. 2 is a schematic view showing a state of a vehicle 10; It is explanatory drawing of the balance of the force at the time of turning.
- FIG. 5 is an explanatory view showing a simplified relationship between a wheel angle AF and a turning radius R. It is explanatory drawing of the force which acts on the front wheel 12F which rotates.
- FIG. 2 is a block diagram showing a configuration related to control of a vehicle 10. It is a flow chart which shows an example of control processing.
- FIG. 1 is a top view of a vehicle 10
- FIG. 2 is a bottom view of the vehicle 10
- FIG. 2 is a rear view of the vehicle 10
- FIG. 2 is a schematic view showing a state of a vehicle 10; It is explanatory drawing
- FIG. 6 is a block diagram of a portion of control device 110 related to control of front wheel support device 41.
- 5 is a flowchart illustrating an example of processing for controlling a steering motor 65.
- a graph showing the correspondence between the vehicle speed V and the P gain Kp, a graph showing the correspondence between the vehicle speed V and the D gain Kd, and the correspondence between the vehicle speed V and the magnitude dAFa of the wheel angle difference dAF and the magnitude TQa of the torque A graph showing an example of the relationship, a graph showing the correspondence between the magnitude Vafa of the change velocity Vaf of the wheel angle AF and the first gain Kd1, the magnitude Vafa of the change velocity Vaf of the wheel angle AF and the torque magnitude TQ1 And a graph showing an example of the correspondence relationship of A graph showing the correspondence between the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf of the wheel angle AF and the second gain Kd2, and a graph showing an example of the correspondence between the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf
- FIGS. 2 to 4 in the configuration of the vehicle 10 shown in FIG. 1, a part used for explanation is illustrated, and the other parts are omitted.
- Six directions DF, DB, DU, DD, DR, DL are shown in FIGS.
- the forward direction DF is the forward direction of the vehicle 10
- the backward direction DB is the opposite direction of the forward direction DF.
- the upward direction DU is a vertically upward direction
- the downward direction DD is an opposite direction of the upward direction DU.
- the right direction DR is the right direction as viewed from the vehicle 10 traveling in the forward direction DF
- the left direction DL is the opposite direction of the right direction DR.
- the directions DF, DB, DR, and DL are all horizontal.
- the right and left directions DR, DL are perpendicular to the forward direction DF.
- this vehicle 10 is a single-seat small vehicle.
- Vehicle 10 (FIGS. 1 and 2) includes vehicle body 90, one front wheel 12F connected to vehicle body 90, and one another in the width direction of vehicle 10 (that is, a direction parallel to right direction DR). It is a tricycle having two rear wheels 12L, 12R arranged separately.
- the front wheel 12F is rotatable in the lateral direction, and is disposed at the center in the width direction of the vehicle 10.
- the rear wheels 12L, 12R are drive wheels, and are disposed symmetrically with respect to the center of the vehicle 10 in the width direction.
- the vehicle body 90 (FIG. 1) has a main body portion 20.
- the main body portion 20 has a front portion 20a, a bottom portion 20b, a rear portion 20c, and a support portion 20d.
- the bottom portion 20b is a plate-like portion extending in a horizontal direction (ie, a direction perpendicular to the upward direction DU).
- the front portion 20a is a plate-like portion that obliquely extends from the end portion on the forward direction DF side of the bottom portion 20b toward the forward direction DF side and the upward direction DU side.
- the rear portion 20c is a plate-like portion that obliquely extends from the end portion on the back direction DB side of the bottom portion 20b toward the back direction DB side and the upper direction DU side.
- the support portion 20d is a plate-like portion extending from the upper end of the rear portion 20c toward the rear direction DB.
- the main body 20 has, for example, a metal frame and a panel fixed to the frame.
- the vehicle body 90 (FIG. 1) further includes a seat 11 fixed on the bottom portion 20b, an accelerator pedal 45 and a brake pedal 46 disposed on the front portion DF side of the seat 11 on the bottom portion 20b, and a seat 11 seat.
- the controller 110 disposed below the surface and fixed to the bottom 20b, the battery 120 fixed to a portion of the bottom 20b below the controller 110, and the end of the front portion 20a on the forward direction DF side
- a fixed front wheel support device 41 and a shift switch 47 attached to the front wheel support device 41 are provided.
- another member for example, a roof, a headlight, etc.
- the vehicle body 90 includes a member fixed to the main body 20.
- the accelerator pedal 45 is a pedal for accelerating the vehicle 10.
- the depression amount of the accelerator pedal 45 (also referred to as “acceleration operation amount”) represents the acceleration force desired by the user.
- the brake pedal 46 is a pedal for decelerating the vehicle 10.
- the amount of depression of the brake pedal 46 (also referred to as “the amount of brake operation”) represents the decelerating force desired by the user.
- the shift switch 47 is a switch for selecting the traveling mode of the vehicle 10. In the present embodiment, one of four driving modes of "drive”, “neutral”, “reverse” and “parking" can be selected.
- Drive is a mode in which the drive wheels 12L and 12R drive forward
- Neutral is a mode in which the drive wheels 12L and 12R are rotatable
- Reverse is drive of the drive wheels 12L and 12R.
- the “parking” is a mode in which at least one wheel (e.g., the rear wheels 12L, 12R) can not rotate.
- Drive and “Neutral” are normally used when the vehicle 10 advances.
- the front wheel support device 41 (FIG. 1) is a device that rotatably supports the front wheel 12F in the turning direction of the vehicle 10 about the rotation axis Ax1.
- the front wheel support device 41 includes a front fork 17 rotatably supporting the front wheel 12F, a bearing 68 rotatably supporting the front fork 17 (that is, the front wheel 12F) about the rotation axis Ax1, and the front fork 17 And a steering motor 65 for rotating.
- the vehicle 10 is provided with a handle 41a as an operation input unit to which a turning direction and a degree of turning desired by the user are input by an operation by the user.
- a support bar 41 ax extending along the rotation axis of the handle 41 a is fixed to the handle 41 a.
- the support rod 41 ax is connected to the front wheel support device 41 so as to be rotatable along the rotation axis.
- the front wheel support device 41 also has a connecting portion 50 that connects the support bar 41 ax and the front fork 17. Details of the connection unit 50 will be described later.
- the front fork 17 (FIG. 1) is, for example, a telescopic-type fork incorporating a suspension (a coil spring and a shock absorber).
- the bearing 68 connects the main body portion 20 (here, the front portion 20 a) and the front fork 17. Further, the bearing 68 supports the front fork 17 so as to be rotatable to the left and right with respect to the forward direction DF.
- the steering motor 65 includes a rotor 66 and a stator 67. One of the rotor 66 and the stator 67 (in the present embodiment, the rotor 66) is fixed to the front fork 17. The other of the rotor 66 and the stator 67 (in the present embodiment, the stator 67) is fixed to the main body 20 (here, the front 20a).
- the handle 41a (FIG. 1) is pivotable about a support bar 41ax extending along the rotation axis of the handle 41a.
- the pivoting direction (right or left) of the handle 41a indicates the pivoting direction desired by the user.
- the degree of rotation of the handle 41a from a predetermined direction indicating straight movement (here, a rotation angle, hereinafter also referred to as a "handle angle”) indicates the degree of turning desired by the user.
- “handle angle> zero” indicates right turn
- “handle angle ⁇ zero” indicates left turn.
- the difference between the positive and negative steering wheel angles indicates the turning direction.
- the absolute value of the steering wheel angle indicates the degree of turning.
- Such a steering wheel angle is an example of an operation amount indicating the turning direction and the degree of turning input to the steering wheel 41a.
- the wheel angle AF (FIG. 2) is an angle of the traveling direction D12 of the rotating front wheel 12F based on the forward direction DF when the vehicle 10 is viewed in the downward direction DD.
- the traveling direction D12 is a direction perpendicular to the rotation axis of the front wheel 12F.
- “AF> zero” indicates that the turning direction is the right direction DR (that is, the direction D12 is the right direction DR)
- “Facing” is indicated
- “AF ⁇ zero” indicates that the turning direction is the left direction DL (that is, the direction D12 faces the left direction DL side).
- the control device 110 (FIG. 1) controls the steering motor 65 so as to change the direction of the front fork 17 (that is, the wheel angle AF of the front wheel 12F) in accordance with the direction of the steering wheel 41a operated by the user. There is.
- the controller 110 controls the direction D12 of the front wheel 12F to approach the direction of the target specified using the steering wheel angle by utilizing the large torque of the steering motor 65. Since the direction D12 of the front wheel 12F is controlled by the steering motor 65, free rotation of the front wheel 12F independent of the steering wheel angle is prohibited. In this case, the wheel angle AF corresponds to a so-called steering angle. Further, the control device 110 allows the direction D12 of the front wheel 12F to pivot left and right independently of the steering wheel angle by reducing the torque of the steering motor 65. As described later, the control device 110 adjusts the torque of the steering motor 65 using the vehicle speed.
- the pivot axis Ax1 of the front wheel support device 41 is obliquely inclined to the ground GL, Specifically, the direction toward the downward direction DD parallel to the rotation axis Ax1 is obliquely forward.
- the intersection point P2 between the rotation axis Ax1 of the front wheel support device 41 and the ground GL is located on the front direction DF side with respect to the contact center P1 of the front wheel 12F with the ground GL.
- the contact center P1 is a center of contact area Ca1 of the front wheel 12F and the ground GL.
- the center of the contact area indicates the position of the center of gravity of the contact area.
- the center of gravity of the area is the position of the center of gravity when it is assumed that the mass is evenly distributed in the area.
- the distance Lt in the back direction DB between these points P1 and P2 is called a trail.
- the positive trail Lt indicates that the contact center P1 is located on the back direction DB side of the intersection point P2.
- an angle CA between the vertically upward direction DU and a direction toward the vertically upward direction DU along the rotation axis Ax1 is also called a caster angle.
- the fact that the caster angle CA is larger than zero indicates that the direction toward the vertically upward direction DU side along the rotation axis Ax1 is inclined obliquely backward.
- the two rear wheels 12L, 12R are rotatably supported by the rear wheel support 80.
- the rear wheel support portion 80 is fixed to the link mechanism 30, the lean motor 25 fixed to the upper portion of the link mechanism 30, the first support portion 82 fixed to the upper portion of the link mechanism 30, and the front portion of the link mechanism 30.
- the second support portion 83 (FIG. 1).
- a portion of the link mechanism 30, the first support portion 82 and the second support portion 83 which is hidden by the right rear wheel 12 ⁇ / b> R is also shown by a solid line for the sake of explanation.
- FIG. 1 a portion of the link mechanism 30, the first support portion 82 and the second support portion 83 which is hidden by the right rear wheel 12 ⁇ / b> R is also shown by a solid line for the sake of explanation.
- the rear wheel support 80, the rear wheels 12 ⁇ / b> L and 12 ⁇ / b> R, and the connecting portion 75 hidden by the main body 20 are shown by solid lines for the purpose of explanation.
- the link mechanism 30 is shown in a simplified manner.
- the first support portion 82 (FIG. 4) is disposed on the upper direction DU side of the link mechanism 30.
- the first support portion 82 includes a plate-like portion extending in parallel to the right direction DR from the upper direction DU side of the left rear wheel 12L to the upper direction DU side of the right rear wheel 12R.
- the second support portion 83 (FIGS. 1 and 2) is disposed between the left rear wheel 12L and the right rear wheel 12R on the forward direction DF side of the link mechanism 30.
- the right rear wheel 12R (FIG. 1) has a wheel 12Ra having a rim, and a tire 12Rb mounted on the rim of the wheel 12Ra.
- the wheel 12Ra (FIG. 4) is connected to the right electric motor 51R.
- the right electric motor 51R has a stator and a rotor (not shown). One of the rotor and the stator is fixed to the wheel 12Ra, and the other is fixed to the rear wheel support 80.
- the rotation axis of the right electric motor 51R is the same as the rotation axis of the wheel 12Ra, and is parallel to the right direction DR.
- the configuration of the left rear wheel 12L is similar to that of the right rear wheel 12R.
- the left rear wheel 12L has a wheel 12La and a tire 12Lb.
- the wheel 12La is connected to the left electric motor 51L.
- One of the rotor and the stator of the left electric motor 51L is fixed to the wheel 12La, and the other is fixed to the rear wheel support portion 80.
- the electric motors 51L, 51R are in-wheel motors that directly drive the rear wheels 12L, 12R.
- FIGS. 1 and 4 show a state in which the vehicle body 90 is upright without being inclined (a state in which the inclination angle T described later is zero).
- the rotation axis ArL of the left rear wheel 12L and the rotation axis ArR of the right rear wheel 12R are located on the same straight line.
- FIGS. 1 and 3 show the contact center PbR of the right rear wheel 12R with the ground GL and the contact center PbL of the left rear wheel 12L with the ground GL.
- the right contact center PbR is the center of the contact area CaR of the right rear wheel 12R and the ground GL.
- the left contact center PbL is the center of the contact area CaL between the left rear wheel 12L and the ground GL.
- the positions of the contact points PbR and PbL in the forward direction DF are approximately the same.
- the link mechanism 30 (FIG. 4) is a so-called parallel link.
- the link mechanism 30 has three vertical link members 33L, 21, 33R arranged in order toward the right direction DR, and two horizontal link members 31U, 31D arranged in order toward the downward direction DD. .
- the vertical link members 33L, 21, 33R are parallel to the vertical direction when the vehicle body 90 is upright without being inclined.
- the lateral link members 31U and 31D are parallel in the horizontal direction when the vehicle body 90 is upright without being inclined.
- the two vertical link members 33L, 33R and the two horizontal link members 31U, 31D form a parallelogram link mechanism.
- the upper horizontal link member 31U connects the upper ends of the vertical link members 33L, 33R.
- the lower horizontal link member 31D connects the lower ends of the vertical link members 33L and 33R.
- the middle vertical link member 21 connects central portions of the horizontal link members 31U and 31D.
- the link members 33L, 33R, 31U, 31D, 21 are rotatably connected to each other, and the rotation axis is parallel to the forward direction DF.
- the left electric motor 51L is fixed to the left vertical link member 33L.
- the right electric motor 51R is fixed to the right vertical link member 33R.
- a first support 82 and a second support 83 (FIG. 1) are fixed to the upper portion of the middle vertical link member 21.
- the link members 33L, 21, 33R, 31U, 31D and the support portions 82, 83 are made of, for example, metal.
- the link mechanism 30 has a bearing for rotatably connecting a plurality of link members.
- the bearing 38 rotatably connects the lower horizontal link member 31D and the middle vertical link member 21, and the bearing 39 rotatably connects the upper horizontal link member 31U and the middle vertical link member 21.
- bearings are also provided in other portions that rotatably connect the plurality of link members.
- the lean motor 25 is, for example, an electric motor having a stator and a rotor.
- One of the stator and the rotor of the lean motor 25 is fixed to the middle vertical link member 21, and the other is fixed to the upper horizontal link member 31U.
- the rotational axis of the lean motor 25 is the same as the rotational axis of the connecting portion (here, the bearing 39) of the link members 31U and 21, and is located at the center of the vehicle 10 in the width direction.
- the rotor of the lean motor 25 rotates with respect to the stator, the upper horizontal link member 31U inclines with respect to the middle vertical link member 21. Thereby, the vehicle 10 is inclined.
- the torque generated by the lean motor 25 (in the present embodiment, the torque for tilting the upper horizontal link member 31U with respect to the middle vertical link member 21) is also referred to as a tilting torque.
- the tilt torque is a torque that tilts the vehicle body 90.
- FIG. 5 is a schematic view showing the state of the vehicle 10.
- FIG. 5A shows a state in which the vehicle 10 is upright
- FIG. 5B shows a state in which the vehicle 10 is inclined.
- a vehicle upward direction DVU in the drawing is an upward direction of the vehicle 10.
- the vehicle upward direction DVU is the same as the upward direction DU.
- the direction (specifically, the direction of the middle longitudinal link member 21) of the rear wheel support 80 inclined with the vehicle body 90 is adopted as the vehicle upper direction DVU.
- the entire vehicle 10 including the vehicle body 90 tilts with respect to the ground GL.
- the right rear wheel 12R moves to the vehicle upward direction DVU side
- the left rear wheel 12L moves to the opposite side.
- the whole of the vehicle 10 including the wheels 12F, 12L, 12R and by extension the vehicle body 90 inclines in the right direction DR.
- the vehicle 10 leans in the right direction DR.
- the vehicle 10 leans to the left direction DL side.
- the vehicle upward direction DVU is inclined to the right direction DR with respect to the upward direction DU.
- an angle between the upward direction DU and the upward direction DVU when the vehicle 10 is viewed in the forward direction DF will be referred to as an inclination angle T.
- T> zero indicates an inclination toward the right direction DR
- T ⁇ zero indicates an inclination toward the left direction DL.
- the inclination angle T of the vehicle 10 can be referred to as the inclination angle T of the vehicle body 90.
- the lean motor 25 has a lock mechanism (not shown) that fixes the lean motor 25 so as not to rotate.
- the lock mechanism By operating the lock mechanism, the upper horizontal link member 31U is non-rotatably fixed to the middle vertical link member 21.
- the inclination angle T is fixed.
- the locking mechanism is preferably a mechanical mechanism that does not consume power while the lean motor 25 (and thus the link mechanism 30) is fixed.
- the inclined axis AxL is shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B).
- the tilt axis AxL is located on the ground GL.
- the link mechanism 30 and the lean motor 25 can tilt the vehicle 10 to the right and left around the tilt axis AxL.
- the inclination axis AxL is located on the ground GL, and is a straight line parallel to the forward direction DF, passing through the contact center P1 between the front wheel 12F and the ground GL.
- the link mechanism 30 rotatably supporting the rear wheels 12L and 12R and the lean motor 25 as an actuator for operating the link mechanism 30 constitute an inclination mechanism 89 for inclining the vehicle body 90 in the width direction of the vehicle 10.
- the inclination angle T is an inclination angle by the inclination mechanism 89.
- the vehicle body 90 (specifically, the main body portion 20) has a roll axis AxR extending from the rear direction DB side toward the front direction DF side, as shown in FIGS. 1, 5A, and 5B. It is connected to the rear wheel support 80 so as to be pivotable to the center. As shown in FIGS. 2 and 4, in the present embodiment, the main body 20 is connected to the rear wheel support 80 by the suspension system 70 and the connection 75.
- the suspension system 70 has a left suspension 70L and a right suspension 70R.
- the left suspension 70L includes a coil spring 71L and a shock absorber 72L
- the right suspension 70R includes a coil spring 71R and a shock absorber 72R.
- each of the suspensions 70L, 70R is a telescopic suspension including coil springs 71L, 71R and shock absorbers 72L, 72R.
- the suspensions 70L and 70R are extendable and contractable along the central axes 70La and 70Ra (FIG. 4) of the suspensions 70L and 70R.
- the central axes of the suspensions 70L and 70R are approximately parallel to the vertical direction.
- the upper end portions of the suspensions 70L and 70R are coupled to the support portion 20d of the main body portion 20 so as to be pivotable about a pivot axis parallel to the first axial direction (for example, the forward direction DF).
- the lower end portions of the suspensions 70L and 70R are coupled to the first support portion 82 of the rear wheel support portion 80 so as to be rotatable about a rotation axis parallel to the second axial direction (for example, the right direction DR).
- the structure of the connection part of suspension 70L, 70R and another member may be another various structure (for example, ball joint).
- the connecting portion 75 is a rod extending in the forward direction DF, as shown in FIGS. 1 and 2.
- the connecting portion 75 is disposed at the center in the width direction of the vehicle 10.
- the end on the forward direction DF side of the connecting portion 75 is connected to the rear portion 20 c of the main body portion 20.
- the configuration of the connecting part is, for example, a ball joint.
- the connecting portion 75 can move in any direction within a predetermined range with respect to the rear portion 20c.
- the end on the rear direction DB side of the connecting portion 75 is connected to the second support portion 83 of the rear wheel support portion 80.
- the configuration of the connecting part is, for example, a ball joint.
- the connecting portion 75 can move in any direction with respect to the second support portion 83 within a predetermined range.
- the main body 20 (and the vehicle body 90 as a whole) is connected to the rear wheel support 80 via the suspension system 70 and the connection 75.
- the vehicle body 90 can move relative to the rear wheel support 80.
- the roll axis AxR in FIG. 1 indicates a central axis when the vehicle body 90 rotates in the right direction DR or the left direction DL with respect to the rear wheel support portion 80.
- the roll axis AxR is a straight line passing through the contact center P1 between the front wheel 12F and the ground GL and the vicinity of the connecting portion 75.
- the vehicle body 90 is rotatable in the width direction about the roll axis AxR by the expansion and contraction of the suspensions 70L and 70R.
- the inclination axis AxL of the inclination by the inclination mechanism 89 is different from the roll axis AxR.
- FIGS. 5 (A) and 5 (B) a vehicle body 90 pivoting about a roll axis AxR is shown by a dotted line.
- the roll axis AxR in the drawing indicates the position of the roll axis AxR on a plane including the suspensions 70L and 70R and perpendicular to the forward direction DF.
- the vehicle body 90 is further rotatable in the right direction DR and the left direction DL about the roll axis AxR.
- the vehicle body 90 is rotated in the width direction of the vehicle 10 with respect to the vertically upward direction DU (thus, the ground GL) by the rotation by the rear wheel support portion 80 and the rotation by the suspension system 70 and the connection portion 75. It can move.
- the rotation in the width direction of the vehicle body 90 which is realized by integrating the entire vehicle 10 is also referred to as a roll.
- the rolls of the vehicle body 90 are mainly caused throughout the rear wheel support 80, the suspension system 70, and the connection 75.
- the roll is also generated by deformation of members of the vehicle 10 such as the vehicle body 90 and the tires 12Rb and 12Lb.
- the gravity center 90c is shown by FIG. 1, FIG. 5 (A), and FIG. 5 (B).
- the center of gravity 90c is the center of gravity of the vehicle body 90 in the full load state. In the fully loaded state, the vehicle 10 is loaded with passengers (possibly with luggage) such that the total weight of the vehicle 10 is equal to the total weight of the vehicle.
- the maximum weight of the package may not be specified, but the maximum number of people may be specified.
- the center of gravity 90 c is the center of gravity in a state where the maximum number of occupants associated with the vehicle 10 get on the vehicle 10.
- a reference weight for example, 55 kg
- the maximum weight of the package may be specified.
- the center of gravity 90c is the center of gravity of the vehicle body 90 in a state in which the maximum number of occupants and the maximum weight of luggage are loaded.
- the center of gravity 90c is disposed on the lower direction DD side of the roll axis AxR. Therefore, when the vehicle body 90 vibrates about the roll axis AxR, it is possible to suppress the amplitude of the vibration from becoming excessively large.
- the battery 120 which is a relatively heavy element of the elements of the vehicle body 90 (FIG. 1) is arranged at a low position. Specifically, the battery 120 is fixed to the bottom portion 20 b which is the lowest portion of the main body portion 20 of the vehicle body 90. Therefore, the center of gravity 90c can be easily made lower than the roll axis AxR.
- FIG. 6 is an explanatory view of balance of force at the time of turning.
- a rear view of the rear wheels 12L and 12R when the turning direction is the right direction is shown in the figure.
- the control device 110 (FIG. 1) is lean so that the rear wheels 12L, 12R (and consequently the vehicle 10) incline in the right direction DR with respect to the ground GL
- the motor 25 may be controlled.
- the first force F1 in the figure is a centrifugal force acting on the vehicle body 90.
- the second force F 2 is gravity acting on the vehicle body 90.
- the mass of the vehicle body 90 is m (kg)
- the gravitational acceleration is g (approximately 9.8 m / s 2 )
- the inclination angle of the vehicle 10 with respect to the vertical direction is T (degrees).
- the velocity of V is m (m / s) and the radius of gyration is R (m).
- the first force F1 and the second force F2 are expressed by the following equations 1 and 2.
- F1 (m * V 2 ) / R (Equation 1)
- F2 m * g (equation 2)
- * is a multiplication symbol (same below).
- the force F1b in the drawing is a component of the first force F1 in the direction perpendicular to the vehicle upward direction DVU.
- the force F2b is a component of the second force F2 in the direction perpendicular to the vehicle upward direction DVU.
- the force F1b and the force F2b are represented by the following equations 3 and 4.
- F1b F1 * cos (T) (Equation 3)
- F2b F2 * sin (T) (Equation 4)
- cos () is a cosine function
- sin () is a sine function (the same applies hereinafter).
- the force F1b is a component for rotating the vehicle upward direction DVU to the left direction DL side
- the force F2b is a component for rotating the vehicle upward direction DVU to the right direction DR side.
- F1b F2b ( Formula 5)
- the turning radius R is expressed by the following equation 6.
- R V 2 / (g * tan (T)) (Equation 6)
- tan () is a tangent function (same below).
- Expression 6 is established without depending on the mass m of the vehicle body 90.
- T the absolute value of the inclination angle T
- Equation 6a the absolute value of the inclination angle without distinguishing between the left direction and the right direction. Equation 6a is satisfied regardless of the inclination direction of the vehicle body 90.
- R V 2 / (g * tan (Ta)) (Equation 6a)
- FIG. 7 is an explanatory view showing a simplified relationship between the wheel angle AF and the turning radius R.
- the wheels 12F, 12L, 12R viewed from the lower direction DD are shown.
- the front wheel 12F rotates in the right direction DR, and the vehicle 10 turns in the right direction DR.
- the front center Cf in the figure is the center of the front wheel 12F.
- the front center Cf is located on the rotation axis of the front wheel 12F.
- the front center Cf is approximately at the same position as the contact center P1 (FIG. 1).
- the rear center Cb is the center of the two rear wheels 12L, 12R.
- the rear center Cb is located at the center between the rear wheels 12L, 12R on the rotation axis of the rear wheels 12L, 12R.
- the position of the rear center Cb is the same as the center position between the contact centers PbL and PbR of the two rear wheels 12L and 12R.
- the center Cr is the center of turning (referred to as turning center Cr).
- the wheel base Lh is a distance in the forward direction DF between the front center Cf and the rear center Cb. As shown in FIG. 1, the wheel base Lh is a distance in the forward direction DF between the rotation axis of the front wheel 12F and the rotation axis of the rear wheels 12L, 12R.
- the front center Cf, the back center Cb, and the turning center Cr form a right triangle.
- the interior angle of the point Cb is 90 degrees.
- the interior angle of the point Cr is the same as the wheel angle AF. Therefore, the relationship between the wheel angle AF and the turning radius R is expressed by the following equation 7.
- AF arctan (Lh / R) (Equation 7)
- arctan () is an inverse function of the tangent function (the same applies hereinafter).
- Equation 7 can be used as a good approximate expression showing the relationship between the wheel angle AF and the turning radius R.
- the traveling direction of the vehicle 10 is to the right direction DR side Change.
- the front wheel support device 41 (and, consequently, the pivot axis Ax1 (FIG. 5B)) also moves in the right direction DR.
- the contact center P1 between the front wheel 12F and the ground GL can not move immediately to the right direction DR due to friction.
- the front wheel 12F has a positive trail Lt.
- the contact center P1 is located on the back direction DB side with respect to the intersection point P2 of the rotation axis Ax1 and the ground GL.
- the direction of the front wheel 12F that is, the travel direction D12 (FIG. 2)
- the pivoting direction RF in FIG. 5B indicates the pivoting direction of the front wheel 12F centered on the pivot axis Ax1 when the vehicle body 90 inclines to the right direction DR side.
- the forces F1b and F2b (FIG. 6, equation 5) are balanced, so the behavior of the vehicle 10 Stability is improved.
- the vehicle 10 turning at the inclination angle T tries to turn at a turning radius R expressed by Equation 6.
- the traveling direction D12 of the front wheel 12F naturally becomes the same as the traveling direction of the vehicle 10. Therefore, when the vehicle 10 turns at the inclination angle T, the orientation of the front wheel 12F that can turn to the left and right (ie, the wheel angle AF) is specified from the turning radius R expressed by Expression 6 and Expression 7. You can calm down in the direction of the wheel angle AF.
- the wheel angle AF changes following the inclination of the vehicle body 90.
- FIG. 8 is an explanatory view of a force acting on the rotating front wheel 12F.
- a perspective view of the front wheel 12F is shown in the figure.
- the direction D12 of the front wheel 12F is the same as the forward direction DF.
- the rotation axis Ax2 is a rotation axis of the front wheel 12F.
- the front wheel 12F rotates about the rotation axis Ax2.
- a pivot axis Ax1 of the front wheel support device 41 FIG.
- the rotation axis Ax1 extends from the upper direction DU to the lower direction DD.
- the front axis Ax3 passes through the center of gravity 12Fc of the front wheel 12F and is parallel to the direction D12 of the front wheel 12F.
- the rotation axis Ax2 of the front wheel 12F also passes through the center of gravity 12Fc of the front wheel 12F.
- the front wheel support device 41 supporting the front wheel 12F is fixed to the vehicle body 90. Therefore, when the vehicle body 90 inclines, the front wheel support device 41 inclines together with the vehicle body 90, so the rotation axis Ax2 of the front wheel 12F also tends to incline in the same direction.
- a torque Tq1 (FIG. 8) acting on the front wheel 12F rotating about the rotation axis Ax2 acts on the front wheel 12F.
- the torque Tq1 includes a component of force that causes the front wheel 12F to lean toward the right direction DR about the front axis Ax3.
- the motion of an object when an external torque is applied to the rotating object is known as precession.
- a rotating object pivots about an axis perpendicular to the axis of rotation and the axis of external torque.
- the front wheel 12F which rotates is rotated to the right direction DR side centering on rotation axis Ax1 of the front wheel support apparatus 41 by application of torque Tq1.
- the direction D12 of the front wheel 12F ie, the wheel angle AF
- the front wheel support device 41 supports the front wheel 12F as follows. That is, the front wheel 12F can turn to the left and right with respect to the vehicle body 90 following the change of the inclination of the vehicle body 90 regardless of the information input to the steering wheel 41a. For example, even when the steering wheel 41a is maintained in a predetermined direction indicating straight travel, the front wheel 12F changes in the inclination angle T when the inclination angle T of the vehicle body 90 changes in the right direction. Following, it can turn to the right (ie, the wheel angle AF can change to the right).
- the fact that the front wheel support device 41 supports the front wheel 12F in this manner is paraphrased as follows.
- the front wheel support device 41 follows the change of the inclination of the vehicle body 90 to the vehicle body 90 so that the wheel angle AF of the front wheel 12F is not limited to one wheel angle AF with respect to one operation amount input to the steering wheel 41a.
- the front wheel 12F is supported so as to be rotatable to the left and right.
- connection portion 50 connects the support rod 41 ax fixed to the handle 41 a and the front fork 17 which is an example of a support member that rotatably supports the front wheel 12 F.
- the connecting portion 50 includes a first portion 51 fixed to the support rod 41 ax, a second portion 52 fixed to the front fork 17, and a third portion 53 connecting the first portion 51 and the second portion 52. Contains.
- the connection portion 50 is indirectly connected to the handle 41 a via the support rod 41 ax and directly connected to the front fork 17.
- the third portion 53 is an elastic body, and more specifically, a coil spring.
- the right- or left-directed force applied by the user to the handle 41 a is transmitted to the front fork 17 via the connection portion 50. That is, the user can apply a rightward or leftward force to the front fork 17 and thus to the front wheel 12F by operating the handle 41a.
- the front wheel 12F is not directed in the intended direction (ie, when the wheel angle AF is different from the intended angle)
- connection portion 50 loosely connects the handle 41 a and the front fork 17.
- the spring constant of the third portion 53 of the connection portion 50 is set to a sufficiently small value.
- the front wheel 12F follows the change in the inclination of the vehicle body 90 and is opposite to the left and right with respect to the vehicle body 90 regardless of the steering wheel angle input to the steering wheel 41a. Allow to rotate to Therefore, since the wheel angle AF can be changed to an angle suitable for the inclination angle T, the traveling stability is improved.
- connection portion 50 realizes a loose connection, that is, when the above-described rotation of front wheel 12F is permitted, vehicle 10 can operate as follows.
- the front wheel 12F can pivot to the right.
- the one-to-one relationship between the steering wheel angle and the wheel angle AF is Not maintained.
- the force applied to the handle 41a is transmitted to the front fork 17 via the connection 50, so that the wheel angle AF may change in response to a change in the steering wheel angle.
- the wheel angle AF is not fixed to one value and may change.
- the steering wheel 41a is turned to the right while both the steering wheel 41a and the front wheel 12F are in the linear direction. Thereby, the front wheel 12F turns to the right. After this, the handle 41a is returned to the straight ahead direction again.
- the front wheel 12F can be maintained in a state in which it does not go straight ahead, but faces right.
- the vehicle 10 may not be able to turn in the direction of the steering wheel 41a.
- the ratio of the change amount of the wheel angle AF to the change amount of the steering wheel angle may be smaller than when the vehicle 10 is traveling.
- FIG. 9 is a block diagram showing a configuration related to control of the vehicle 10.
- Vehicle 10 controls vehicle speed sensor 122, steering wheel angle sensor 123, wheel angle sensor 124, lean angle sensor 125, accelerator pedal sensor 145, brake pedal sensor 146, shift switch 47, and control related components.
- a device 110, a right electric motor 51R, a left electric motor 51L, a lean motor 25, and a steering motor 65 are provided.
- the vehicle speed sensor 122 is a sensor that detects the vehicle speed of the vehicle 10.
- the vehicle speed sensor 122 is attached to the lower end of the front fork 17 (FIG. 1), and detects the rotational speed of the front wheel 12F, that is, the vehicle speed.
- the steering wheel angle sensor 123 is a sensor that detects the orientation of the steering wheel 41a (ie, the steering wheel angle).
- the handle angle sensor 123 is attached to a support bar 41 ax fixed to the handle 41 a (FIG. 1).
- the wheel angle sensor 124 is a sensor that detects the wheel angle AF of the front wheel 12F.
- the wheel angle sensor 124 is attached to the steering motor 65 (FIG. 1).
- the lean angle sensor 125 is a sensor that detects the inclination angle T.
- the lean angle sensor 125 is attached to the lean motor 25 (FIG. 4). As described above, the orientation of the middle vertical link member 21 with respect to the upper horizontal link member 31U corresponds to the inclination angle T.
- the lean angle sensor 125 detects the orientation of the middle longitudinal link member 21 with respect to the upper horizontal link member 31U, that is, the inclination angle T.
- the accelerator pedal sensor 145 is a sensor that detects an accelerator operation amount. In the present embodiment, the accelerator pedal sensor 145 is attached to the accelerator pedal 45 (FIG. 1).
- the brake pedal sensor 146 is a sensor that detects a brake operation amount. In the present embodiment, the brake pedal sensor 146 is attached to the brake pedal 46 (FIG. 1).
- each sensor 122, 123, 124, 125, 145, 146 is comprised, for example using a resolver or an encoder.
- the control device 110 includes a main control unit 100, a drive device control unit 101, a lean motor control unit 102, and a steering motor control unit 103.
- Control device 110 operates using power from battery 120 (FIG. 1).
- the control units 100, 101, 102, and 103 each have a computer.
- the control units 100, 101, 102, and 103 include processors 100p, 101p, 102p, and 103p (for example, CPUs), volatile storage devices 100v, 101v, 102v, and 103v (for example, DRAMs), and non-volatiles.
- Memory storage 100n, 101n, 102n, 103n for example, flash memory).
- Programs for operations of the corresponding control units 100, 101, 102, and 103 are stored in advance in the non-volatile storage devices 100n, 101n, 102n, and 103n (not shown). Further, in the non-volatile storage device 100n of the main control unit 100, map data MT and MAF representing a map referred to in the processing described later are stored in advance.
- the processors 100p, 101p, 102p, and 103p execute various processes by executing corresponding programs.
- the processor 100 p of the main control unit 100 receives signals from the sensors 122, 123, 124, 125, 145, 146 and the shift switch 47, and controls the vehicle 10 according to the received signals. Specifically, the processor 100p of the main control unit 100 controls the vehicle 10 by outputting an instruction to the drive device control unit 101, the lean motor control unit 102, and the steering motor control unit 103 (details will be described later) .
- the processor 101 p of the drive control unit 101 controls the electric motors 51 L and 51 R in accordance with an instruction from the main control unit 100.
- the processor 102 p of the lean motor control unit 102 controls the lean motor 25 in accordance with an instruction from the main control unit 100.
- the processor 103 p of the steering motor control unit 103 controls the steering motor 65 in accordance with an instruction from the main control unit 100.
- These control units 101, 102, and 103 have electric circuits 101c, 102c, and 103c (for example, inverter circuits) for supplying electric power from the battery 120 to the motors 51L, 51R, 25, and 65 to be controlled, respectively. There is.
- control units 100, 101, 102, and 103 execute processing.
- FIG. 10 is a flowchart showing an example of control processing executed by the control device 110 (FIG. 9).
- the flowchart of FIG. 10 shows the procedure of control of the rear wheel support 80 and the front wheel support device 41.
- a code combining the character "S" and the number following the character "S" is attached to each process.
- the main control unit 100 acquires signals from the sensors 122, 123, 124, 125, 145, 146 and the shift switch 47. Thereby, the main control unit 100 specifies the velocity V, the steering wheel angle, the wheel angle AF, the inclination angle T, the accelerator operation amount, the brake operation amount, and the traveling mode.
- main control unit 100 determines whether or not the condition that "the travel mode is any one of” reverse “and” parking "is satisfied. If the traveling mode is different from either “reverse” or “parking” (here, if the traveling mode is either "drive” or “neutral"), the determination result of S110 is No. In this case, the main control unit 100 proceeds to S130. Generally, the determination result of S110 being No indicates that the vehicle 10 is moving forward.
- the main control unit 100 specifies a first target inclination angle T1 associated with the steering wheel angle.
- the first target inclination angle T1 is a value obtained by multiplying the steering wheel angle (in degrees) by a predetermined coefficient (for example, 30/60).
- a predetermined coefficient for example, 30/60.
- various relationships such that the absolute value of the first target inclination angle T1 increases as the absolute value of the steering wheel angle increases. It is possible to adopt.
- Information representing the correspondence between the steering wheel angle and the first target inclination angle T1 is determined in advance by map data MT stored in the non-volatile storage device 100n of the main control unit 100.
- the main control unit 100 refers to the map data MT and specifies a first target inclination angle T1 corresponding to the steering wheel angle according to the correspondence determined in advance by the referred data.
- the first target inclination angle T1 may be determined based on the steering wheel angle and other information (for example, the vehicle speed V).
- the equation 6 shows the correspondence between the inclination angle T, the velocity V and the turning radius R
- the equation 7 shows the correspondence between the turning radius R and the wheel angle AF.
- the main control unit 100 supplies the lean motor control unit 102 with an instruction for controlling the lean motor 25 such that the inclination angle T becomes the first target inclination angle T1.
- the lean motor control unit 102 drives the lean motor 25 such that the inclination angle T becomes the first target inclination angle T1.
- the inclination angle T of the vehicle 10 is changed to the first target inclination angle T1 associated with the steering wheel angle.
- the lean motor control unit 102 performs feedback control of the lean motor 25 using the difference between the inclination angle T and the first target inclination angle T1. For example, so-called PID (Proportional Integral Derivative) control is performed.
- PID Proportional Integral Derivative
- the entire main control unit 100 and the lean motor control unit 102 function as a tilt control unit that controls the link mechanism 30 for tilting the vehicle body 90 and the lean motor 25 (also referred to as a tilt control unit 190).
- control device 110 executes a process of controlling front wheel support device 41.
- FIG. 11 is a block diagram of a portion of control device 110 related to control of front wheel support device 41 (specifically, steering motor 65).
- the control device 110 performs feedback control of the steering motor 65 using the difference dAF between the wheel angle AF and the target wheel angle AFt1 so that the wheel angle AF approaches the target wheel angle AFt1 described later.
- PID Proportional Integral Derivative
- control device 110 also performs control to suppress a sudden change in the wheel angle AF, like a so-called steering damper.
- the whole of the main control unit 100 and the steering motor control unit 103 function as a rotation control unit that controls the torque of the steering motor 65 (also referred to as a rotation control unit 170).
- symbol 180 of FIG. 1, FIG. 9 has shown the rotation wheel support part 180 which supports the front wheel 12F.
- the pivoting wheel support portion 180 pivots the front fork 17, which is an example of a support member that rotatably supports the front wheel 12 F, a bearing 68 that supports the front fork 17 so that it can pivot to the left and right, and It includes a steering motor 65 for applying a torque to the front fork 17, a rotation control unit 170 for controlling the torque of the steering motor 65, and a connection unit 50.
- the steering motor control unit 103 includes a first addition point 310, a P gain control unit 315, a P control unit 320, an I control unit 330, a D gain control unit 335, and a D control unit. 340, a first gain control unit 344, a first-order derivative control unit 347, a second gain control unit 360, a second-order derivative control unit 365, a second summing point 390, and a power control unit 103c.
- the processing units 310, 315, 320, 330, 335, 340, 344, 347, 360, 365, and 390 are realized by the processor 103 p of the steering motor control unit 103.
- the power control unit 103 c is realized using an electric circuit (for example, an inverter circuit) which supplies the steering motor 65 with the power from the battery 120.
- the steering motor control unit 103 executes the processing as the processing units 310, 315, 320, 330, 335, 340, 344, 347, 360, 365, 390, 103c as the processing units 310, 315, 320, It is also expressed that 330, 335, 340, 344, 347, 360, 365, 390, 103c execute processing.
- FIG. 12 is a flowchart showing an example of processing for controlling the steering motor 65.
- This process shows an example of the process of S140 of FIG.
- main control unit 100 obtains information indicating vehicle speed V, information indicating steering wheel angle Ai, and information indicating wheel angle AF from vehicle speed sensor 122, steering wheel angle sensor 123, and wheel angle sensor 124, respectively.
- the main control unit 100 determines a first target wheel angle AFt1.
- the first target wheel angle AFt1 is determined according to the steering wheel angle Ai and the vehicle speed V.
- Information representing the correspondence between the first target wheel angle AFt1, the steering wheel angle Ai and the vehicle speed V is determined in advance by map data MAF stored in the non-volatile storage device 100n of the main control unit 100 (FIG. 9). ing.
- the main control unit 100 refers to the map data MAF, and specifies a first target wheel angle AFt1 corresponding to a combination of the steering wheel angle Ai and the vehicle speed V according to the correspondence determined in advance by the referred data.
- the correspondence relationship between the steering wheel angle Ai, the vehicle speed V and the first target wheel angle AFt1 is the first target inclination angle T1 specified using the steering wheel angle Ai in S130 of FIG. And the wheel angle AF specified using Equation 6 and Equation 7 above. Therefore, the same first target wheel angle AFt1 can be identified using the first target inclination angle T1 and the vehicle speed V.
- the map data MAF may define the correspondence between the combination of the first target inclination angle T1 and the vehicle speed V and the first target wheel angle AFt1. Then, the main control unit 100 may specify the first target wheel angle AFt1 using the first target inclination angle T1 and the vehicle speed V.
- the first addition point 310 of the steering motor control unit 103 acquires, from the main control unit 100, information representing the first target wheel angle AFt1 and information representing the wheel angle AF. Then, the first addition point 310 outputs, to the P control unit 320, the I control unit 330, and the D control unit 340, information indicating the difference dAF obtained by subtracting the wheel angle AF from the first target wheel angle AFt1. .
- the difference dAF between the first target wheel angle AFt1 and the wheel angle AF is also referred to as a wheel angle difference dAF.
- the P gain control unit 315 acquires information indicating the vehicle speed V from the main control unit 100, and determines the P gain Kp using the vehicle speed V. In the present embodiment, the correspondence between the vehicle speed V and the P gain Kp is determined in advance (the details will be described later).
- the P control unit 320 determines the proportional term Vp using the wheel angle difference dAF and the P gain Kp.
- the method of determining the proportional term Vp may be a known method for determining the proportional term of PID control. For example, a value obtained by multiplying the wheel angle difference dAF by the P gain Kp is output as the proportional term Vp.
- the I control unit 330 determines the integral term Vi using the wheel angle difference dAF and the I gain Ki.
- the I gain Ki is predetermined.
- the method of determining the integral term Vi may be a known method for determining the integral term of PID control. For example, a value obtained by multiplying the integral value of the wheel angle difference dAF by the I gain Ki is output as the integral term Vi.
- the time width for integrating the wheel angle difference dAF may be predetermined and may be determined based on other parameters (e.g., I gain Ki).
- the D gain control unit 335 acquires information indicating the vehicle speed V from the main control unit 100, and determines the D gain Kd using the vehicle speed V. In the present embodiment, the correspondence between the vehicle speed V and the D gain Kd is determined in advance (the details will be described later).
- the D control unit 340 determines the differential term Vd using the wheel angle difference dAF and the D gain Kd.
- the method of determining the derivative term Vd may be a known method for determining the derivative term of PID control. For example, a value obtained by multiplying the D gain Kd by the differential value of the wheel angle difference dAF is output as the differential term Vd.
- the time difference for identifying the differential value of the wheel angle difference dAF may be predetermined, or may be determined based on another parameter (for example, D gain Kd).
- the first gain control unit 344 acquires information indicating the wheel angle AF from the main control unit 100, and calculates the change speed Vaf of the wheel angle AF.
- the change speed Vaf of the wheel angle AF indicates the angular velocity of the left and right rotation of the front wheel 12F (hereinafter, also referred to as the angular velocity Vaf).
- the method of calculating the rate of change Vaf may be a known method for calculating the rate of change of the parameter.
- the first gain control unit 344 may adopt a difference obtained by subtracting the wheel angle AF at the past time point from the wheel angle AF at the current time point as the change speed Vaf.
- the time difference between the current time and the past time may be predetermined, or alternatively may be determined based on other parameters.
- the first gain control unit 344 determines the first gain Kd1 using the change speed Vaf.
- the wheel angle AF may change suddenly.
- the direction of change of the wheel angle AF due to the non-flat part of the road may be left or right.
- the magnitude of the change speed Vaf can be increased to such a magnitude that normally does not occur when the wheel angle AF changes in response to the operation of the steering wheel 41a.
- the first gain Kd1 is set to a large value when the magnitude of the change speed Vaf is excessively large (for example, when the magnitude of the change speed Vaf exceeds a reference).
- the first gain Kd1 is set to a small value when the magnitude of the rate of change Vaf is within an appropriate small range (for example, when the magnitude of the rate of change Vaf is equal to or less than the reference).
- the correspondence between the change speed Vaf and the first gain Kd1 is determined in advance.
- the first-order derivative control unit 347 determines the first-order derivative term Vd1 using the wheel angle AF and the first gain Kd1.
- the method of determining the first derivative term Vd1 may be a known method for determining the derivative term of PID control. For example, a value obtained by multiplying the first gain Kd1 by the derivative value of the wheel angle AF is output as a first-order derivative term Vd1.
- the time difference for specifying the differential value of the wheel angle AF may be predetermined, or may be determined based on another parameter (for example, the first gain Kd1).
- the second gain control unit 360 acquires information indicating the wheel angle AF from the main control unit 100, and calculates the angular acceleration Aaf of the wheel angle AF.
- the method of calculating the angular acceleration Aaf may be a known method for calculating the acceleration of the change of the parameter.
- the second gain control unit 360 may adopt a difference obtained by subtracting the angular velocity Vaf of the past time from the angular velocity Vaf of the current time as the angular acceleration Aaf.
- the time difference between the current time and the past time may be predetermined, or alternatively may be determined based on other parameters.
- the calculation method of the angular velocity Vaf may be the same as the calculation method of the angular velocity Vaf in S260.
- the second gain control unit 360 determines the second gain Kd2 using the angular acceleration Aaf. Similar to the first gain Kd1 (S260), the second gain Kd2 has a large value when the magnitude of the angular acceleration Aaf is excessively large (for example, when the magnitude of the angular acceleration Aaf exceeds the reference). It is set. On the other hand, when the magnitude of the angular acceleration Aaf falls within a suitable small range (for example, when the magnitude of the angular acceleration Aaf is below the reference), the second gain Kd2 is set to a small value. In the present embodiment, the correspondence between the angular acceleration Aaf and the second gain Kd2 is determined in advance.
- the second derivative control unit 365 determines the second derivative term Vd2 using the wheel angle AF and the second gain Kd2.
- the determination method of the second derivative term Vd2 is obtained by modifying the known method for determining the derivative term of the PID control so as to use the second derivative of the wheel angle AF instead of the first derivative of the wheel angle AF. It may be. For example, a value obtained by multiplying the second gain Kd2 by the second order differential value of the wheel angle AF is output as a second order differential term Vd2.
- the method of specifying the second derivative value of the wheel angle AF may be the same method as the method of specifying the derivative value in the method of determining the derivative term of the PID control.
- a difference obtained by subtracting the derivative value of the wheel angle AF at the past time from the derivative value of the wheel angle AF at the present time may be adopted as the second-order derivative value.
- the time difference for identifying the second derivative value may be predetermined, or may be determined based on another parameter (for example, the second gain Kd2).
- the second addition point 390 acquires information representing the terms Vp, Vi, Vd, Vd1, and Vd2 from the control units 320, 330, 340, 347, and 365, respectively. Then, the second addition point 390 specifies a drive control value Vc which is the sum of these terms Vp, Vi, Vd, Vd1, and Vd2, and outputs information indicating the drive control value Vc to the power control unit 103c.
- the power control unit 103c controls the power supplied to the steering motor 65 in accordance with the control value Vc.
- the magnitude of the power ie, the magnitude of the torque of the steering motor 65
- the magnitude of the power is larger as the absolute value of the control value Vc is larger.
- the control value Vc is approximately the same as the sum of the terms Vp, Vi, Vd determined using the wheel angle difference dAF.
- the direction of the torque of the steering motor 65 generated based on the control value Vc is the direction in which the wheel angle AF approaches the first target wheel angle AFt1.
- the first gain Kd1 can be set such that the magnitude of the first derivative term Vd1 is sufficiently larger than the magnitudes of the other terms Vp, Vi, Vd.
- the control value Vc may be approximately the same as the first derivative term Vd1.
- the direction of the torque of the steering motor 65 generated based on the control value Vc is the direction of reducing the magnitude of the derivative of the wheel angle AF, that is, the magnitude of the change speed Vaf.
- a torque of the steering motor 65 like a so-called steering damper, suppresses abrupt changes in the steering angle.
- the magnitude of the angular acceleration Aaf may be excessively large.
- the magnitude of the second derivative term Vd2 is also large.
- the direction of the torque of the steering motor 65 indicated by the second derivative term Vd2 reduces the magnitude of the second derivative of the wheel angle AF, that is, the magnitude of the angular acceleration Aaf (specifically, the absolute value of the angular acceleration Aaf) It is a direction.
- the magnitude of the angular acceleration Aaf decreases, the change in the angular velocity Vaf is suppressed.
- the second derivative term Vd2 suppresses the change of the angular velocity Vaf.
- the second-order derivative term Vd2 can cause the steering motor 65 to output a torque that suppresses a sharp increase in the magnitude of the angular velocity Vaf.
- Such a torque suppresses a sudden increase in the magnitude of the angular velocity Vaf and, in turn, a sudden change in the wheel angle AF.
- the control value Vc indicates the torque of the steering motor 65.
- the control value Vc indicates, for example, the direction and the magnitude of the current to be supplied to the steering motor 65.
- the steering motor control unit 103 determines the torque of the steering motor 65.
- Each of the terms Vp, Vi, Vd, Vd1, and Vd2 forms a part of the drive control value Vc. Therefore, it can be said that the terms Vp, Vi, Vd, Vd1, and Vd2 are also a kind of control value for controlling the torque of the steering motor 65.
- Control device 110 repeatedly executes the process of FIG.
- the control device 110 continuously performs control of the inclination angle T of S130 and control of the wheel angle AF of S140.
- the vehicle 10 travels in the traveling direction suitable for the steering wheel angle Ai.
- FIG. 13A is a graph showing a predetermined correspondence between the vehicle speed V and the P gain Kp.
- the horizontal axis indicates the vehicle speed V
- the vertical axis indicates the P gain Kp.
- the P gain Kp is a predetermined gain when the vehicle speed V changes from zero to the reference speed Vth. It changes approximately linearly from Kpm (Kpm> zero) to a value close to zero. Then, the P gain Kp smoothly changes with respect to the change of the vehicle speed V.
- the P gain Kp is the vehicle speed V in a second range RV2 (in the present embodiment, a range larger than the reference speed Vth and not more than the predetermined maximum speed Vm of the vehicle 10) which is a range of the vehicle speed V exceeding the reference speed Vth. Decrease gradually according to the increase of In the second range RV2, the P gain Kp is approximately zero. However, P gain Kp is larger than zero. In the second range RV2, the ratio of the change in the P gain Kp to the change in the vehicle speed V is smaller than in the first range RV1. Thus, the P gain Kp decreases as the vehicle speed V increases. In the second range RV2, the P gain Kp is close to zero regardless of the vehicle speed V. On the other hand, in the first range RV1, the P gain Kp can be a significantly larger value than the P gain Kp in the second range RV2.
- the P gain control unit 315 determines the P gain Kp as the P gain Kp associated with the vehicle speed V according to such a correspondence relationship.
- the correspondence between the velocity V and the P gain Kp is determined in advance by map data Mp stored in advance in the non-volatile storage device 103n (FIG. 9).
- the P gain control unit 315 specifies the P gain Kp associated with the vehicle speed V with reference to the map data Mp.
- FIG. 13B is a graph showing a predetermined correspondence between the vehicle speed V and the D gain Kd.
- the horizontal axis indicates the vehicle speed V
- the vertical axis indicates the D gain Kd.
- the D gain Kd changes in accordance with the vehicle speed V, similarly to the P gain Kp (FIG. 13A).
- the D gain Kd in the first range RV1 lower than the reference speed Vth, when the vehicle speed V changes from zero to the reference speed Vth, the D gain Kd becomes zero from the predetermined gain Kdm (Kdm> zero). It changes approximately linearly to a close value.
- the D gain Kd gradually decreases as the vehicle speed V increases.
- the D gain control unit 335 determines the D gain Kd to be the D gain Kd associated with the vehicle speed V according to such a correspondence relationship.
- the correspondence between the vehicle speed V and the D gain Kd is determined in advance by map data Md stored in advance in the non-volatile storage device 103n (FIG. 9).
- the D gain control unit 335 specifies the D gain Kd associated with the vehicle speed V with reference to the map data Md.
- FIG. 13C is a graph showing an example of the correspondence relationship between the vehicle speed V, the magnitude dAFa of the wheel angle difference dAF, and the magnitude TQa of the torque of the steering motor 65.
- the horizontal axis indicates the vehicle speed V, and the vertical axis indicates the magnitude dAFa of the wheel angle difference dAF.
- the magnitude dAFa of the wheel angle difference dAF indicates the absolute value of the wheel angle difference dAF (hereinafter, also referred to as the angle difference magnitude dAFa).
- the maximum value dAFam indicates the possible maximum value of the angular difference magnitude dAFa.
- the magnitude TQa of the torque indicates an absolute value of the torque (hereinafter, also referred to as a torque magnitude TQa).
- a torque magnitude TQa In the graph of FIG.
- the torque magnitude TQa increases as the absolute value of the control value Vc increases.
- the absolute value of the control value Vc is larger as the absolute value of the sum of the terms Vp, Vi, and Vd is larger.
- the I gain Ki is small.
- the absolute value of each of the proportional term Vp and the differential term Vd can be a larger value than the absolute value of the integral term Vi.
- the torque magnitude TQa is mainly determined based on the proportional term Vp and the differential term Vd.
- the region indicating the combination of the vehicle speed V and the angular difference dAFa is divided into five regions A1 to A5. These five areas A1 to A5 show the torque magnitude TQa divided into five stages.
- the order in which the torque magnitudes TQa are smaller is in the order of the areas A1 to A5.
- the shapes of the boundary lines L1 to L4 of the two adjacent regions indicate that the angular difference dAFa also increases from zero as the vehicle speed V increases from zero.
- the torque magnitude TQa smoothly changes in accordance with the change in at least one of the vehicle speed V and the angular difference magnitude dAFa. Although illustration is omitted, when at least one of the vehicle speed V and the angular difference magnitude dAFa changes in one region, the torque magnitude TQa also changes.
- the torque magnitude TQa decreases as the vehicle speed V increases, regardless of the angular difference magnitude dAFa.
- the angular difference magnitude dAFa is the first magnitude dAFax
- the corresponding regions change in the order of the regions A5 to A1.
- the decrease of the torque magnitude TQa with respect to the increase of the vehicle speed V corresponds to the decrease of the P gain Kp (FIG. 13 (A)) and the decrease of the D gain Kd (FIG. 13 (B)) with respect to the increase of the vehicle speed V. .
- the regions A1 and A2 corresponding to the small torque magnitude TQa have a larger range of the angular difference dAFa than in the first range RV1. It is spreading.
- the inclinations of the boundary lines L1 to L4 that is, the ratio of the change in the angular difference dAFa to the change in the vehicle speed V) dividing the regions A1 to A5 in FIG. It is significantly larger than in the range RV1.
- the inclinations of the boundary lines L3 and L4 dividing the regions A3, A4 and A5 corresponding to the large torque magnitude TQa are significantly larger in the second range RV2 than in the first range RV1.
- the torque magnitude TQa increases in accordance with the increase of the angular difference magnitude dAFa.
- the vehicle speed V is the first vehicle speed Vx
- the angular difference magnitude dAFa increases from zero
- the corresponding area changes in the order of the areas A1 to A5.
- the increase of the torque magnitude TQa with respect to the increase of the angular difference magnitude dAFa corresponds to the increase of the magnitude of the proportional term Vp (that is, the absolute value of the proportional term Vp) with respect to the increase of the angular difference magnitude dAFa (see FIG. 12: S235).
- the vehicle 10 When the steering motor 65 outputs a torque of such torque magnitude TQa, the vehicle 10 is controlled as follows.
- the vehicle speed V exceeds the reference speed Vth, since the torque magnitude TQa of the steering motor 65 is small, free rotation of the front wheel 12F independent of the steering wheel angle is permitted.
- the torque magnitude TQa in the two areas A1 and A2 of FIG. 13C allows free rotation of the front wheel 12F independent of the steering wheel angle.
- the reason why the P gain Kp and the D gain Kd are set such that the torque magnitude TQa decreases when the vehicle speed V is high is as follows.
- the direction of the front wheel 12F can be easily changed following the inclination of the vehicle body 90 due to various factors. For example, as described in FIG. 8, the direction of the front wheel 12F changes following the inclination of the vehicle body 90 due to the angular momentum of the rotating front wheel 12F. Therefore, as the angular momentum of the front wheel 12F is larger, that is, as the vehicle speed V is higher, the direction of the front wheel 12F can be easily changed following the inclination of the vehicle body 90.
- the torque magnitude TQa of the steering motor 65 is small, so the direction of the wheel 12F can be turned to the left or right regardless of the operation amount of the steering wheel 41a. It is.
- the front wheel 12F naturally rotates in the direction of the wheel angle AF specified by the turning radius R expressed by Expression 6 and Expression 7.
- the rotation of the front wheel 12F naturally starts after the start of the change of the inclination angle T. That is, the wheel angle AF changes in accordance with the inclination of the vehicle body 90.
- the wheel angle AF approaches an angle suitable for the inclination angle T, so that the traveling stability is improved.
- the reference speed Vth is experimentally determined in advance so that the direction D12 of the front wheel 12F can turn to a suitable direction for the inclination angle T in S140 of FIG. 10 (for example, the reference speed Vth is 20 km / h).
- the torque magnitude TQa also becomes large.
- the torque of the steering motor 65 suppresses the free rotation of the front wheel 12F, and the direction D12 of the front wheel 12F becomes the target direction (here, the target wheel Control is made to approach the direction corresponding to the angle AFt1).
- the direction D12 of the front wheel 12F does not easily change due to the resistance of snow or water.
- the angular difference magnitude dAFa can be large.
- the traveling vehicle 10 receives a crosswind
- the angular difference dAFa may increase as the vehicle 10 moves downwind.
- the torque of the steering motor 65 controls the direction D12 of the front wheel 12F to approach the direction of the target.
- the torque magnitude TQa in the three regions A3, A4, and A5 in FIG. 13C controls the direction D12 of the front wheel 12F to approach the direction of the target.
- the torque magnitude TQa of the steering motor 65 is large.
- the torque of the steering motor 65 is set to a torque that brings the direction D12 of the front wheel 12F closer to the target direction (here, the direction corresponding to the target wheel angle AFt1).
- the wheel angle AF approaches the target wheel angle AFt1
- the direction of the front wheel 12F approaches the direction of the target.
- the direction D12 of the front wheel 12F is suppressed from being shifted from the direction suitable for the operation amount of the steering wheel 41a, so that the running stability is improved.
- the torque magnitude TQa decreases as the vehicle speed V increases.
- the vehicle speed V changes between the first range RV1 and the second range RV2
- a sudden change in the torque magnitude TQa is suppressed, and thus the running stability is improved.
- the torque magnitude TQa is large, so that the torque of the steering motor 65 approaches the direction D12 of the front wheel 12F to the target direction (here, the direction corresponding to the target wheel angle AFt1). So, to control.
- the wheel angle AF approaches the first target wheel angle AFt1 suitable for the tilt angle T, traveling stability is improved.
- FIG. 13D is a graph showing a predetermined correspondence between the magnitude Vafa of the change speed Vaf of the wheel angle AF and the first gain Kd1.
- the horizontal axis indicates the magnitude Vafa of the change speed Vaf, and the vertical axis indicates the first gain Kd1.
- the magnitude Vafa of the rate of change Vaf indicates the absolute value of the rate of change Vaf (that is, the angular velocity Vaf) (hereinafter, also referred to as an angular velocity magnitude Vafa).
- the first gain Kd1 is maintained at a relatively small gain (note that Kd1> 0). .
- the first gain Kd1 When the angular velocity magnitude Vafa changes from a value smaller than the reference variation velocity Vaft to a value larger than the reference variation velocity Vaft, the first gain Kd1 largely increases relative to the increase in the angular velocity magnitude Vafa. Then, in the second range RVa2 which is a range of the angular velocity magnitude Vafa exceeding the reference change velocity Vaft, the first gain Kd1 is maintained at a relatively large gain. In S260 of FIG. 12, the first gain control unit 344 determines the first gain Kd1 as the gain Kd1 associated with the change speed Vaf by such a correspondence relationship.
- the correspondence between the change speed Vaf (here, the size Vafa) and the first gain Kd1 is determined in advance by the map data Md1 stored in advance in the non-volatile storage device 103n (FIG. 9).
- the first gain control unit 344 specifies the first gain Kd1 associated with the change speed Vaf with reference to the map data Md1.
- FIG. 13E is a graph showing an example of the correspondence relationship between the magnitude Vafa of the angular velocity Vaf of the wheel angle AF and the torque magnitude TQ1.
- the horizontal axis indicates the angular velocity magnitude Vafa, and the vertical axis indicates the torque magnitude TQ1.
- the torque magnitude TQ1 indicates the magnitude of the torque of the steering motor 65 indicated by the first order differential term Vd1. Since the terms Vp, Vi, and vd by the PID control are approximately zero when the wheel angle AF is the same as the target wheel angle AFt1 (ie, the wheel angle difference dAF is zero), the torque of the steering motor 65 The magnitude may be approximately the same as the torque magnitude TQ1.
- the torque magnitude TQ1 is a relatively small value.
- the first gain Kd1 is maintained at a small value, so that the torque magnitude TQ1 corresponds to the increase in the angular velocity magnitude Vafa. Increase slowly.
- the torque magnitude TQ1 When the angular velocity magnitude Vafa changes from a value smaller than the reference variation velocity Vaft to a value larger than the reference variation velocity Vaft, the torque magnitude TQ1 largely increases relative to the increase in the angular velocity magnitude Vafa. Such a change in the torque magnitude TQ1 corresponds to an increase in the first gain Kd1 (FIG. 13D) with respect to an increase in the angular velocity magnitude Vafa. Then, in the second range RVa2 in which the angular velocity magnitude Vafa exceeds the reference change velocity Vaft, the torque magnitude TQ1 increases in accordance with the increase in the angular velocity magnitude Vafa.
- the steering motor 65 can suppress the sudden change of the direction D12 of the front wheel 12F by a large torque.
- the first gain control unit 344 (FIG. 11) and the first-order differentiation control unit 347 perform control using the wheel angle AF instead of the wheel angle difference dAF. Therefore, the first derivative term Vd1 determined by the first derivative control unit 347 is a so-called steering damper regardless of the difference between the target wheel angle AFt1 and the wheel angle AF (ie, the wheel angle difference dAF). It is possible to suppress sudden changes in the wheel angle AF. As a result, the traveling stability of the vehicle 10 is improved.
- the steering damper can be omitted from the vehicle 10.
- the direction D12 of the front wheel 12F pivots to the left in response to the steering wheel 41a pivoting to the left.
- the direction D12 of the front wheel 12F may suddenly change to the left.
- the change speed Vaf of the wheel angle AF indicates a large change speed in the left direction.
- the direction of the torque of the steering motor 65 generated based on the first-order derivative term Vd1 of the first-order derivative control unit 347 is a direction in which the magnitude of the change speed Vaf is reduced, and here, is the right direction.
- Such torque suppresses sudden changes in the direction D12 of the front wheel 12F toward the left. For example, it is suppressed that the direction D12 of the front wheel 12F further rotates in the left direction beyond the direction of the target (here, the direction corresponding to the target wheel angle AFt1).
- the direction D12 of the front wheel 12F may change abruptly toward the right due to the protrusion.
- the direction of the torque of the steering motor 65 generated based on the first-order derivative term Vd1 is the left direction. Such torque suppresses sudden changes in the direction D12 of the front wheel 12F toward the right.
- the magnitude Vafa of the change speed Vaf of the wheel angle AF returns to a small value again.
- the first gain Kd1 (FIG. 13D) is set to a small value.
- the torque of the steering motor 65 is controlled such that the wheel angle AF approaches the target wheel angle AFt1 by the PID control by the control units 320, 330, and 340 (FIG. 11).
- the reference change velocity Vaft is set to a value larger than the value that the angular velocity magnitude Vafa can take by the normal operation of the handle 41a by the user.
- Such reference change rate Vaft may be determined experimentally.
- FIG. 14A is a graph showing a predetermined correspondence between the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf of the wheel angle AF and the second gain Kd2.
- the horizontal axis indicates the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf, and the vertical axis indicates the second gain Kd2.
- the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf indicates the absolute value of the angular acceleration Aaf (hereinafter, also referred to as the angular acceleration magnitude Aafa).
- the second gain Kd2 is maintained at a relatively small gain (note that Kd2> 0).
- the second gain Kd2 largely increases with the increase in the angular acceleration magnitude Aafa.
- 2nd gain Kd2 is maintained by a comparatively big gain.
- the second gain control unit 360 determines the second gain Kd2 as the gain Kd2 associated with the angular acceleration Aaf by such a correspondence relationship.
- the correspondence between the angular acceleration Aaf (here, the magnitude Aafa) and the second gain Kd2 is determined in advance by map data Md2 stored in advance in the non-volatile storage device 103n (FIG. 9).
- the second gain control unit 360 specifies the second gain Kd2 associated with the angular acceleration Aaf with reference to the map data Md2.
- FIG. 14 (B) is a graph showing an example of the correspondence between the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf of the wheel angle AF and the torque magnitude TQ2.
- the horizontal axis indicates the angular acceleration magnitude Aafa, and the vertical axis indicates the torque magnitude TQ2.
- the torque magnitude TQ2 indicates the magnitude of the torque of the steering motor 65 indicated by the second order differential term Vd2.
- the torque magnitude TQ2 is a relatively small value.
- the second gain Kd2 is maintained at a small value, so that the torque magnitude TQ2 corresponds to the increase in the angular acceleration magnitude Aafa. , Will increase slowly.
- the torque magnitude TQ2 When the angular acceleration magnitude Aafa changes from a value smaller than the reference angular acceleration Aaft to a value greater than the reference angular acceleration Aaft, the torque magnitude TQ2 largely increases with the increase in the angular acceleration magnitude Aafa.
- Such a change in the torque magnitude TQ2 corresponds to an increase in the second gain Kd2 (FIG. 14A) with respect to an increase in the angular acceleration magnitude Aafa.
- the torque magnitude TQ2 increases in accordance with the increase in the angular acceleration magnitude Aafa.
- the steering motor 65 can suppress the sudden change of the direction D12 of the front wheel 12F by a large torque.
- the second gain control unit 360 (FIG. 11) and the second-order differentiation control unit 365 perform control using the wheel angle AF instead of the wheel angle difference dAF. Therefore, the second-order derivative term Vd2 can suppress a sudden change of the wheel angle AF like a so-called steering damper regardless of the wheel angle difference dAF, similarly to the first-order derivative term Vd1.
- the steering motor 65 can suppress the change of the wheel angle AF at the stage when the wheel angle AF starts to change by outputting the torque corresponding to the second-order derivative term Vd2.
- the angular acceleration magnitude Aafa can also increase when the angular velocity magnitude Vafa decreases.
- the angular acceleration magnitude Aafa may increase.
- the second derivative term Vd2 increases.
- the direction of the torque corresponding to the second order differential term Vd2 is a direction that suppresses the reduction of the angular velocity magnitude Vafa.
- the second derivative term Vd2 can suppress a sudden change in the wheel angle AF due to the first derivative term Vd1.
- the control value Vc is approximately the same as the sum of the terms Vp, Vi, vd for bringing the wheel angle AF close to the target wheel angle AFt1.
- the torque of the steering motor 65 is controlled so that the direction of the front wheel 12F approaches the direction of the target.
- the process of S170 is the same as the process of S130.
- the main control unit 100 specifies a first target inclination angle T1 associated with the steering wheel angle.
- the main control unit 100 supplies the lean motor control unit 102 with an instruction for controlling the lean motor 25 such that the inclination angle T becomes the first target inclination angle T1.
- the lean motor control unit 102 drives the lean motor 25 such that the inclination angle T becomes the first target inclination angle T1.
- the inclination angle T is controlled to the first target inclination angle T1.
- the process of S180 is the same as the process of S140 except that the P gain Kp is set to a predetermined value.
- the process of FIG. 12 corrected as follows is performed. Specifically, in S230, the P gain control unit 315 (FIG. 11) sets the P gain Kp to a predetermined P gain.
- the P gain Kp prohibits free rotation of the front wheel 12F independent of the steering wheel angle, and is a gain large enough for the steering motor 65 to control the direction D12 of the front wheel 12F.
- the P gain Kp is set to the gain Kpm of FIG.
- the other steps in FIG. 12 are not changed, and are the same as the processing of the corresponding steps in S140 of FIG.
- the torque of the steering motor 65 is set to a torque that brings the direction D12 of the front wheel 12F closer to the target direction (here, the direction corresponding to the target wheel angle AFt1).
- the wheel angle AF approaches the target wheel angle AFt1, and the direction of the front wheel 12F approaches the direction of the target.
- the direction D12 of the front wheel 12F is suppressed from being shifted from the direction suitable for the operation amount of the steering wheel 41a, so that the running stability is improved.
- the control of the wheel angle AF in S180 may be other various controls.
- the P gain Kp may be determined as in S140.
- Control device 110 In response to the execution of the processes of S170 and S180, the process of FIG. 10 ends.
- Control device 110 repeatedly executes the process of FIG. When the conditions for executing S170 and S180 are satisfied (S110: Yes), the control device 110 continuously performs control of the inclination angle T of S170 and control of the wheel angle AF of S180. As a result, the vehicle 10 travels in the traveling direction suitable for the steering wheel angle Ai.
- the main control unit 100 (FIG. 9) and the drive device control unit 101 function as a drive control unit that controls the electric motors 51L and 51R according to the accelerator operation amount and the brake operation amount.
- the main control unit 100 supplies the drive device control unit 101 with an instruction to increase the output power of the electric motors 51L and 51R.
- the drive control unit 101 controls the electric motors 51L and 51R to increase the output power according to the instruction.
- the main control unit 100 supplies the drive device control unit 101 with an instruction to reduce the output power of the electric motors 51L, 51R.
- the drive control unit 101 controls the electric motors 51L and 51R so that the output power decreases according to the instruction.
- the main control unit 100 supplies the drive device control unit 101 with an instruction to reduce the output power of the electric motors 51L, 51R.
- the drive control unit 101 controls the electric motors 51L and 51R so that the output power decreases according to the instruction.
- the vehicle 10 has a brake device that frictionally reduces the rotational speed of at least one of all the wheels 12F, 12L, 12R. Then, when the user depresses the brake pedal 46, the brake device preferably reduces the rotational speed of at least one wheel.
- the control device 110 adjusts the P gain Kp in accordance with the vehicle speed V (S140).
- the fact that the determination result in S110 is No usually indicates that the vehicle 10 is moving forward.
- the main control unit 100 of the rotation control unit 170 sets the target direction of the front wheel 12F (ie, the first target wheel angle AFt1) to the steering wheel angle Ai and the first target inclination. It is determined using control parameters including at least one of the angle T1 and the vehicle speed V.
- the P gain control unit 315 determines the P gain Kp
- the P control unit 320 determines the proportional term Vp using the P gain Kp.
- the whole of the P gain control unit 315 and the P control unit 320 corresponds to a determination unit that determines the proportional term Vp (also referred to as a proportional term determination unit 321).
- the I control unit 330 determines the integral term Vi.
- the I control unit 330 corresponds to a determination unit that determines the integral term Vi (also referred to as an integral term determination unit 331).
- the D gain control unit 335 determines the D gain Kd
- the D control unit 340 determines the differential term Vd.
- the whole of the D gain control unit 335 and the D control unit 340 corresponds to a determination unit that determines the differential term Vd (also referred to as a differential term determination unit 341).
- these terms Vp, Vi, Vd are all terms for bringing the direction D12 of the front wheel 12F into the direction of the target (here, the direction corresponding to the target wheel angle AFt1).
- the second addition point 390 determines the drive control value Vc for controlling the steering motor 65 using the terms Vp, Vi, Vd (in the present embodiment, the terms Vp, Vi, Vd). And the terms Vd1 and Vd2 are used). Then, in S290, the power control unit 103c controls the torque of the steering motor 65 by controlling the power supplied to the steering motor 65 according to the control value Vc.
- the drive control value Vc is approximately equal to the terms Vp, Vi because the magnitude of the first-order derivative term Vd1 (S265) and the magnitude of the second-order derivative term Vd2 (S275) are small. , Is the same as the sum of Vd.
- the direction of the torque of the steering motor 65 is set to the direction of the torque that brings the direction of the front wheel 12F closer to the direction of the target.
- the P gain control unit 315 adjusts the P gain Kp using the vehicle speed V. That is, the proportional term determination unit 321 adjusts the proportional term Vp using the vehicle speed V.
- the rotation control unit 170 can adjust the torque of the steering motor 65 to a torque suitable for the vehicle speed V, so that the traveling stability of the vehicle can be improved.
- the P gain control unit 315 of the proportional term determination unit 321 (FIG. 11) is a P gain Kp. Is set to a smaller value when the vehicle speed V is high than when the vehicle speed V is low.
- the P control unit 320 of the proportional term determination unit 321 determines the proportional term Vp using the wheel angle difference dAF and the P gain Kp. Then, normally, as the absolute value of the proportional term Vp is larger, the torque magnitude TQa is also larger.
- the P gain Kp is steered with respect to the magnitude dAFa of the difference dAF between the wheel angle AF and the first target wheel angle AFt1 (ie, the magnitude of the difference between the direction D12 of the front wheel 12F and the direction of the target).
- the ratio of the torque magnitude TQa of the motor 65 is shown.
- the proportional term determination unit 321 determines that the ratio of the torque magnitude TQa of the steering motor 65 indicated by the proportional term Vp to the magnitude dAFa of the wheel angle difference dAF (that is, P gain Kp) has a high vehicle speed V.
- the proportional term Vp is determined so as to be smaller than when the vehicle speed V is low.
- the P gain Kp When the vehicle speed V is low, as the P gain Kp is increased, the absolute value of the proportional term Vp is increased, so that the torque of the steering motor 65 is increased. Thereby, the direction D12 of the front wheel 12F can appropriately approach the direction of the target. Further, when the vehicle speed V is high, the P gain Kp is reduced, so that the absolute value of the proportional term Vp is reduced, so that the torque of the steering motor 65 is reduced. Thereby, the direction D12 of the front wheel 12F can be changed following the change of the inclination of the vehicle body 90. Thus, the running stability of the vehicle can be improved. Further, as described above, as the vehicle speed V is higher, the direction of the front wheel 12F can be easily changed following the inclination of the vehicle body 90. Therefore, when the P gain Kp is set to a smaller value as the vehicle speed V is faster, good running stability of the vehicle is maintained at various vehicle speeds V.
- the P gain control unit 315 of the proportional term determination unit 321 changes the P gain Kp smoothly (that is, continuously) over the entire vehicle speed V. Therefore, it is suppressed that the torque of the steering motor 65 suddenly and largely changes according to the change of the vehicle speed V. As a result, the stability of the front wheel 12F in the direction D12 is improved, and the traveling stability is improved.
- the P control unit 320 of the proportional term determination unit 321 uses the wheel angle difference dAF (that is, the difference between the direction D12 of the front wheel 12F and the direction of the target).
- the proportional term Vp is determined by feedback control. That is, the torque of the steering motor 65 is feedback controlled.
- the rotation control unit 170 can appropriately set the torque of the steering motor 65 to a torque that brings the direction D12 of the front wheel 12F into the direction of the target. As a result, the traveling stability of the vehicle 10 can be improved.
- the P control unit 320 of the proportional term determination unit 321 sets P to the wheel angle difference dAF (ie, the size of the difference between the direction D12 of the front wheel 12F and the direction of the target).
- the proportional term Vp is determined by multiplying the gain Kp.
- the absolute value of the proportional term Vp is larger than when the angular difference magnitude dAFa is small.
- the absolute value of the drive control value Vc indicates the torque magnitude TQa of the steering motor 65.
- the absolute value of the proportional term Vp included in the drive control value Vc indicates the magnitude of the component of the torque of the steering motor 65 due to the proportional term Vp.
- the P control portion 320 of the proportional term determination portion 321 compares the torque of the steering motor 65 indicated by the proportional term Vp, as compared with the case where the angular difference magnitude dAFa is small.
- the proportional term Vp is determined so as to increase in size.
- Such a proportional term Vp realizes a torque magnitude TQa as shown in FIG. 13 (C).
- the torque magnitude of the steering motor 65 is greater than when the angular difference magnitude dAFa is small. TQa becomes large. Thereby, the direction D12 of the front wheel 12F can appropriately approach the direction of the target, so that the traveling stability of the vehicle is improved.
- the torque magnitude TQa is larger than when the angular difference magnitude dAFa is small.
- the torque magnitude TQa is , The free rotation of the front wheel 12F is suppressed, and the direction D12 of the front wheel 12F is brought closer to the direction of the target.
- the first gain control unit 344 of the rotation control unit 170 determines the first gain Kd1
- the first-order differentiation control unit 347 determines the first gain Kd1.
- the whole of the first gain control unit 344 and the first-order derivative control unit 347 corresponds to a determination unit that determines the first-order derivative term Vd1 (also referred to as a first-order derivative term determination unit 349).
- the first-order derivative term Vd1 is a term for reducing the angular velocity magnitude Vafa, which is the magnitude of the angular velocity Vaf in the direction D12 of the front wheel 12F.
- the second addition point 390 determines the drive control value Vc for controlling the steering motor 65 using the first-order derivative term Vd1 (in the present embodiment, the first-order derivative term Vd1 (In addition to the terms Vp, Vi, Vd, Vd2).
- the first-order derivative term Vd1 In addition to the terms Vp, Vi, Vd, Vd2.
- the drive control value Vc may be approximately the same as the first derivative term Vd1. Then, the steering motor 65 outputs a torque in a direction to reduce the magnitude Vafa of the change speed Vaf. As a result, sudden and large changes in the direction D12 of the front wheel 12F are suppressed, so the traveling stability of the vehicle can be improved.
- the second gain control unit 360 of the rotation control unit 170 determines the second gain Kd2, and in S275, the second-order differentiation control unit 365 uses the second gain Kd2.
- the whole of the second gain control unit 360 and the second derivative control unit 365 corresponds to a determining unit that determines the second derivative term Vd2 (also referred to as a second derivative term deciding unit 369).
- the second-order derivative term Vd2 is a term for reducing the angular acceleration magnitude Aafa which is the magnitude of the angular acceleration Aaf in the direction D12 of the front wheel 12F.
- the second addition point 390 determines the drive control value Vc for controlling the steering motor 65 using the second derivative term Vd2 (in this embodiment, in addition to the second derivative term Vd2 And the terms Vp, Vi, Vd, Vd1 are used).
- Vd2 in this embodiment, in addition to the second derivative term Vd2 And the terms Vp, Vi, Vd, Vd1 are used.
- the steering motor 65 outputs the torque indicated by the second-order derivative term Vd2, that is, the torque in the direction to reduce the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf.
- Vd2 the torque indicated by the second-order derivative term
- connection portion 50 is connected to the handle 41 a and the front fork 17, and can transmit a force from the handle 41 a to the front fork 17.
- the user can correct the direction D12 of the front wheel 12F by operating the steering wheel 41a, thereby improving the running stability.
- the connecting portion 50 allows the direction D12 of the front wheel 12F to change following the change in the inclination of the vehicle body 90 regardless of the amount of operation input to the steering wheel 41a (in the present embodiment, the third portion 53) Spring constant of (small). Therefore, since the wheel angle AF can be changed to an angle suitable for the inclination angle T, the traveling stability is improved.
- the correspondence between the vehicle speed V and the P gain Kp may be other various correspondences instead of the correspondence shown in FIG.
- the P gain Kp may change in a curve as the vehicle speed V changes. Further, the P gain Kp may be zero when the vehicle speed V exceeds the reference speed Vth. Also, the P gain Kp may be larger than zero regardless of the vehicle speed V as shown in the graph of FIG. 13 (A). In this case, the stability of the direction D12 of the front wheel 12F can be improved. In any case, it is preferable that the P gain Kp be set to a smaller value when the vehicle speed V is large than when the vehicle speed V is small. Thus, the running stability of the vehicle can be improved at various vehicle speeds V.
- the correspondence between the D gain Kd and the vehicle speed V may be various other correspondences instead of the correspondence shown in FIG. 13 (B).
- the D gain Kd may be a constant value larger than zero regardless of the vehicle speed V.
- the D gain Kd is preferably a small value close to zero.
- the D gain Kd may be zero regardless of the vehicle speed V. That is, the D control may be omitted from the control of the steering motor 65.
- the D gain control unit 335 and the D control unit 340 of FIG. 11 may be omitted, and S245 and S250 of FIG. 12 may be omitted.
- the I gain Ki may be set to a smaller value as the vehicle speed V is faster, as in the P gain Kp and the D gain Kd in FIGS. 13 (A) and 13 (B). Further, regardless of the vehicle speed V, the I gain Ki may be a constant value larger than zero. In this case, the I gain Ki is preferably a small value close to zero.
- the I control may be omitted from the control of the steering motor 65. In this case, the I control unit 330 of FIG. 11 may be omitted, and S240 of FIG. 12 may be omitted.
- each of the P gain Kp, the I gain Ki, and the D gain Kd may be set to zero. That is, in the first range RV1 of the vehicle speed V, the torque of the steering motor 65 may change according to the wheel angle difference dAF, and in the second range RV2 of the vehicle speed V, the torque may be maintained at zero.
- the P gain Kp, the D gain Kd and the I gain are small values so that the magnitude of the torque of the steering motor 65 becomes smaller as follows. Is preferred. Specifically, when the angular difference magnitude dAFa is in a partial range near zero and the magnitude Vafa of the change speed Vaf of the wheel angle AF is in a partial range near zero, steering is performed.
- the torque magnitude TQa of the motor 65 is preferably small.
- the small torque magnitude TQa is sized to allow the front wheel 12F to rotate to the left and right with respect to the vehicle body 90 following the change in the inclination of the vehicle body 90 regardless of the amount of operation of the steering wheel 41a. is there.
- the P gain Kp, the D gain Kd and the I gain realize the following change in the torque magnitude TQa of the steering motor 65, respectively. . That is, when the wheel angle difference dAF is a non-zero constant value, the torque magnitude TQa decreases as the vehicle speed V increases. Then, when the vehicle speed V changes, the torque magnitude TQa changes smoothly.
- the P gain Kp is used when the vehicle speed V is high.
- the value is set to a smaller value than when the vehicle speed V is low.
- the P gain Kp preferably changes smoothly.
- the D gain Kd and the I gain may be set to values that change according to the vehicle speed V as in the P gain Kp (FIG. 13A), and instead, the differential term Vd and the integral term Vi are It may be set to a sufficiently small value so as to be smaller than the proportional term Vp.
- the correspondence between the first gain Kd1 and the magnitude Vafa of the angular velocity Vaf of the front wheel 12F may be various other correspondences instead of the correspondence shown in FIG. 13 (D).
- the slope of the first gain Kd1 in the graph of FIG. 13D (here, the ratio of the change amount of the first gain Kd1 to the change amount of the angular velocity size Vafa) is larger as the angular velocity size Vafa is larger. It is also good.
- the first gain Kd1 may be maintained at a constant value in the largest partial range of the entire range of the angular velocity magnitude Vafa.
- the first gain control unit 344 and the first-order differentiation control unit 347 in FIG. 11 may be omitted, and S260 and S265 in FIG. 12 may be omitted.
- the correspondence between the second gain Kd2 and the magnitude Aafa of the angular acceleration Aaf of the front wheel 12F may be various other correspondences instead of the correspondence shown in FIG. 14 (A).
- the slope of the second gain Kd2 in the graph of FIG. 14A (here, the ratio of the change amount of the second gain Kd2 to the change amount of the angular acceleration magnitude Aafa) increases as the angular acceleration magnitude Aafa increases. It may be large.
- the second gain Kd2 may be maintained at a constant value in the largest partial range of the full range of the angular acceleration magnitude Aafa.
- the second gain control unit 360 and the second-order differential control unit 365 in FIG. 11 may be omitted, and S270 and S275 in FIG. 12 may be omitted.
- the second addition point 390 may determine the drive control value Vc using one or more control values including the proportional term Vp.
- the control value used to determine the drive control value Vc may be only the proportional term Vp, and in addition to the proportional term Vp, one or more terms arbitrarily selected from the terms Vi, Vd, Vd1, Vd2. May be included.
- the second addition point 390 may calculate the sum of one or more control values as the drive control value Vc.
- the method of specifying the target wheel angle in S140 and S180 of FIG. 10 may be various methods. As described above, the correspondence relationship between the steering wheel angle Ai, the vehicle speed V and the first target wheel angle AFt1 is the first target inclination angle T1 specified using the steering wheel angle Ai in S130 of FIG. It is the same as the corresponding relationship with the wheel angle AF specified using Equation 6 and Equation 7 above. Therefore, the first target wheel angle AFt1 may be specified using a combination of the first target inclination angle T1 and the vehicle speed V.
- the map data MAF may define the correspondence between the combination of the first target inclination angle T1 and the vehicle speed V and the first target wheel angle AFt1, and the main control unit 100 refers to the map data MAF.
- the first target wheel angle AFt1 corresponding to the combination of the first target inclination angle T1 and the vehicle speed V may be specified.
- the inclination angle T is controlled to approach the first target inclination angle T1. Therefore, instead of the first target inclination angle T1, the inclination angle T may be used.
- the map data MAF may define the correspondence between the combination of the actual inclination angle T and the vehicle speed V and the first target wheel angle AFt1, and the main control unit 100 refers to the map data MAF,
- the first target wheel angle AFt1 corresponding to the combination of the inclination angle T and the vehicle speed V may be specified.
- the first target inclination angle T1 and the inclination angle T are examples of inclination parameters related to the inclination of the vehicle body 90.
- the main control unit 100 may determine the target wheel angle using both the steering wheel angle Ai and the inclination parameter, and the vehicle speed V. In this case, the main control unit 100 may determine the target wheel angle as a wheel angle between the wheel angle suitable for the steering wheel angle Ai and the wheel angle suitable for the inclination parameter.
- the main control unit 100 is information (for example, a map) indicating the correspondence between control parameters including the steering wheel angle Ai, the inclination angle T, the first target inclination angle T1, and the vehicle speed V, and the target torque of the steering motor 65.
- the target torque associated with the control parameter may be identified with reference to the data).
- the steering motor control unit 103 may supply the steering motor 65 with power corresponding to the target torque.
- the information indicating the correspondence may be determined experimentally in advance.
- the main control unit 100 determines the vehicle speed at least one of the inclination parameter related to the inclination of the vehicle body and the operation amount of the steering wheel 41a such as the steering wheel angle Ai.
- Control parameters including V and V may be used to control the torque of the steering motor 65.
- the method of controlling the lean motor 25 in S130 and S170 of FIG. 10 may be various methods.
- the main control unit 100 performs control with reference to information (for example, map data) indicating a correspondence between a control parameter including a steering wheel angle Ai and an inclination angle T, and a target torque of the lean motor 25.
- the target torque associated with the parameter may be identified.
- the lean motor control unit 102 may supply the lean motor 25 with power corresponding to the target torque.
- the information indicating the correspondence may be determined experimentally in advance.
- the main control unit 100 controls the torque of the lean motor 25 using the control parameter including the inclination angle T and the operation amount of the handle 41a such as the handle angle Ai. You may
- the control process of the vehicle 10 may be other various processes instead of the process described in FIG.
- the inclination angle T may be controlled to a second target inclination angle T2 whose absolute value is smaller than the first target inclination angle T1.
- the second target inclination angle T2 expressed by Equation 8 changes in proportion to the vehicle speed V from zero to the reference speed Vth.
- the absolute value of the second target inclination angle T2 is less than or equal to the absolute value of the first target inclination angle T1.
- the reason is as follows. At low speeds, the direction of travel changes more frequently than at high speeds. Therefore, at low speeds, by reducing the absolute value of the inclination angle T, traveling with frequent changes in the traveling direction can be stabilized.
- the relationship between the second target inclination angle T2 and the vehicle speed V may be various other relationships such that the absolute value of the second target inclination angle T2 increases as the vehicle speed V increases.
- the wheel angle AF may be controlled to a second target wheel angle AFt2 whose absolute value is larger than the first target wheel angle AFt1.
- the second target wheel angle AFt2 may be determined such that the absolute value of the second target wheel angle AFt2 increases as the vehicle speed V decreases when the steering wheel angle Ai is the same. According to this configuration, the minimum turning radius of the vehicle 10 when the speed V is low can be reduced.
- the second target wheel angle AFt2 is determined so that the absolute value of the second target wheel angle AFt2 increases as the absolute value of the steering wheel angle Ai increases. preferable.
- the steering motor 65 and the lean motor 25 be controlled so that the wheel angle AF and the inclination angle T smoothly change when the vehicle speed V changes.
- FIG. 15 is a schematic view of another embodiment of a vehicle.
- the vehicle 10a of FIG. 15 is a vehicle obtained by replacing the link mechanism 30 of the vehicle 10 described with reference to FIG. 4 and the like with a motor stand 30a.
- the motors 51L, 51R of the rear wheels 12L, 12R are respectively fixed to the motor stand 30a.
- the motor stand 30a and the first support portion 82 are rotatably connected by a bearing 38a.
- the lean motor 25a can rotate the first support portion 82 to the right direction DR side and the left direction DL side with respect to the motor stand 30a. Thereby, the vehicle body 90 can be inclined to each of the right direction DR side and the left direction DL side.
- the rear wheels 12L, 12R stand upright without being inclined with respect to the ground GL regardless of whether or not the vehicle body 90 is inclined.
- a bearing 30a on which the motors 51L and 51R of the wheels 12L and 12R are fixed, a member 82 for supporting the vehicle body 90, and a bearing for rotatably connecting the stand 30a and the member 82 A configuration including 38a and a lean motor 25a for tilting the member 82 with respect to the stand 30a may be employed.
- each of the pair of wheels 12L and 12R (FIG. 5B) is slidably attached in the vertical direction to the member 82 supporting the vehicle body 90, and on the rotation axis between the pair of wheels 12L and 12R.
- the relative position in the vertical direction ie, the vertical direction of the vehicle body 90
- the relative position in the vertical direction is determined by the first hydraulic cylinder connecting the member 82 and the wheel 12L and the second hydraulic cylinder connecting the member 82 and the wheel 12R. It may be changed.
- the tilting mechanism may include a pair of arms disposed apart from each other in the width direction of the vehicle, and a pair of bearings pivotally connecting one end of each arm to the vehicle body.
- Each arm obliquely extends from one end toward the rear direction DB and the lower direction DD, and reaches the other end.
- the pivot axis of the bearing is parallel to the right direction DR, and each arm is pivotable up and down around one end connected to the bearing.
- the other ends of the pair of arms rotatably support a pair of wheels disposed apart from each other in the width direction.
- each arm changes the distance of a wheel and a vehicle body independently by rotating independently with respect to a vehicle body. For example, as in the embodiment of FIG.
- the vehicle body when the distance between the right wheel and the vehicle body is shortened and the distance between the left wheel and the vehicle body is increased, the vehicle body is inclined to the right.
- the distance between the wheel and the vehicle body may be controlled by a drive (for example, a motor, a hydraulic cylinder, a pump, etc.) connected to the arm and the vehicle body.
- the tilt mechanism is, for example, connected to the vehicle body directly or indirectly with "the first member directly or indirectly connected to at least one of the pair of wheels disposed apart from each other in the width direction of the vehicle".
- a connecting device for movably connecting the first member to the second member.
- the connecting device may be, for example, a hydraulic cylinder that slidably connects the first member to the second member.
- the connection device may be a bearing that rotatably connects the first member and the second member.
- the direction of the pivot axis of the bearing may be any direction capable of changing the distance between the wheel connected to the first member and the vehicle body.
- the pivot may be parallel to the forward direction DF.
- the bearing may be a rolling bearing, or may be a sliding bearing instead.
- a driving mechanism that causes the first member and the second member to exert a force that changes the position of the second member with respect to the first member (for example, a torque that changes the direction of the second member with respect to the first member) May be included.
- the lateral link members 31D, 31U are indirectly connected to the wheels 12L, 12R via the link members 33L, 33R and the motors 51L, 51R, and in the example of the first member is there.
- the middle vertical link member 21 is indirectly connected to the vehicle body 90 via the first support portion 82 and the suspension system 70, and is an example of a second member.
- the lean motor 25 is an example of a drive device.
- the motor stand 30a is indirectly connected to the wheels 12L and 12R via the motors 51L and 51R, and is an example of the first member.
- the first support portion 82 is indirectly connected to the vehicle body 90 via the suspension system 70, and is an example of a second member.
- the tilting mechanism 89a in FIG. 15 includes a motor stand 30a, a first support 82, a bearing 38a rotatably connecting the motor stand 30a and the first support 82, and a lean motor 25a as a drive device. Contains.
- the suspensions 70L, 70R may be replaced by simple spacers.
- the middle vertical link member 21 is indirectly connected to the vehicle body 90 via the first support portion 82 and the spacer, and is an example of a second member of the tilting mechanism.
- the first support portion 82 may be omitted, and the bearing 39 may connect the suspensions 70L and 70R and the upper horizontal link member 31U.
- the suspensions 70L and 70R are directly connected to the vehicle body 90, and are examples of the second member of the tilting mechanism.
- the motor stand 30a may be omitted, and the bearing 38a may connect the first support portion 82 and the motors 51L and 51R.
- the motors 51L, 51R are directly connected to the wheels 12L, 12R and are examples of the first member of the tilting mechanism.
- the drive device of the tilt mechanism may be another type of drive device instead of the electric motor.
- the tilting mechanism may be driven by hydraulic pressure (eg, hydraulic pressure) from the pump.
- the lean motor 25a may be omitted, and the orientation of the member 82 relative to the platform 30a may be changed by the hydraulic cylinder connecting the platform 30a and the member 82.
- the tilt control unit for controlling the tilt mechanism using the amount of operation input to the operation input unit is the same as the main control unit 100 and the lean motor control unit 102 described in FIG. ,
- An electrical circuit including a computer instead, an electric circuit not including a computer (for example, an application specific integrated circuit (ASIC)) has an inclination mechanism such that the inclination angle T becomes a target inclination angle in accordance with the amount of operation input to the operation input unit. May be controlled.
- the tilt control may include an electrical circuit that controls the drive of the tilt mechanism.
- the operation input unit to which the operation amount indicating the turning direction and the degree of turning is input by operation is replaced with a member rotatable to the left and right like the handle 41a (FIG. 1), It may be various devices.
- the operation input unit may be a lever that can be tilted left and right from a predetermined reference direction (for example, an upright direction).
- the inclination direction of the lever indicates the pivoting direction, and the inclination angle of the lever from the reference direction indicates the degree of pivoting.
- the operation input unit may be various devices that receive an operation amount by mechanical movement (for example, any of rotation and inclination) like the handle 41a and the lever.
- the operation input unit may be a device that electrically receives an operation amount.
- the operation amount may be input to the touch panel.
- the configuration of the pivoting wheel supporting portion for supporting the pivoting wheel which is a wheel that can be pivoted to the left and right, may be various other configurations instead of the configuration of the pivoting wheel supporting portion 180 in FIGS. Good.
- the pivoting wheel support unit includes a support member rotatably supporting one or more pivoting wheels, a pivoting device rotatably supporting the support member to the left and right with respect to the vehicle body, and the support member And a rotation control unit that controls the torque of the rotation drive device using an operation amount and a vehicle speed.
- the direction of the pivoting wheel i.e., the wheel angle
- the rotation drive device can control the direction of the support member supporting the one or more rotation wheels, that is, the direction of the one or more rotation wheels.
- the support member may be a member of another configuration (e.g., a cantilevered member) instead of the front fork 17 (FIG. 1).
- the rotation device may include a bearing that connects the support member to the vehicle body so as to be rotatable to the left and right with respect to the forward direction DF, like the bearing 68 (FIG. 1).
- a bearing connects the vehicle body and the support member, and supports the support member so as to be rotatable to the left and right with respect to the front direction DF of the vehicle.
- the bearing may be a rolling bearing, or may be a sliding bearing instead.
- the pivoting device may be connected directly to the vehicle body or indirectly to the vehicle body via other members.
- the rotation device connect the support member and the vehicle body such that the support member is also inclined with the vehicle body when the vehicle body is inclined.
- the rotational drive may be another type of drive instead of the electric motor such as the steering motor 65 (FIG. 1).
- the rotational drive may include a pump, and hydraulic pressure (eg, hydraulic pressure) from the pump may apply torque to the support member.
- the rotation control unit may be an electric circuit including a computer as in the rotation control unit 170 (FIG. 9).
- an electrical circuit eg, an ASIC, an analog electrical circuit, etc.
- the rotation control unit may include an electric circuit that controls the rotation drive device.
- control values for example, a drive control value Vc, a proportional term Vp, a derivative term Vd, etc.
- Vc a drive control value
- Vp proportional term
- Vd derivative term
- one support member may rotatably support a plurality of pivoting wheels.
- the vehicle when the vehicle includes a plurality of turning wheels, the vehicle may include a plurality of support members. Each of the plurality of support members may rotatably support one or more pivoting wheels. Each of the one or more support members of the plurality of support members may support a plurality of wheels.
- the total number of support members provided in the vehicle may be one regardless of the total number of rotating wheels. For example, when the total number of pivoting wheels is M (M is an integer greater than or equal to 2), one support member may rotatably support each of the M pivoting wheels. Also, the total number of support members may be the same as the total number of pivoting wheels. For example, M support members may each rotatably support M pivoting wheels.
- one rotation device may be provided for each support member.
- the trail Lt described in FIG. 1 is preferably a positive value.
- the wheel angle of the turning wheel easily changes in accordance with the change in the inclination of the vehicle body 90.
- the trail Lt may be zero.
- the caster angle CA may be zero or may be different from zero (the caster angle CA is preferably equal to or greater than zero).
- connection portion connected to the operation input portion and the support member may be other various configurations instead of the configuration of the connection portion 50 of FIG. 1.
- the configuration of the connection unit is mechanically connected to the operation input unit and the support member, and transmits torque from the operation input unit to the support member according to the mechanical movement of the operation input unit by the operation of the operation input unit.
- Various configurations may be adopted that allow the direction of one or more turning wheels to change following the change in the inclination of the vehicle body regardless of the amount of operation input to the input unit.
- the first portion 51 of the connection 50 may be fixed directly to the handle 41a. That is, the connection unit 50 may be directly connected to the handle 41a.
- the second portion 52 of the connection portion 50 may be connected to the front fork 17 through another member. That is, the connection portion 50 may be connected to the front fork 17 indirectly via another member.
- the third portion 53 of the connection portion 50 may be another type of elastically deformable member.
- the third portion 53 may be, for example, various elastic bodies such as a torsion spring and rubber.
- the third portion 53 is not limited to an elastic body, and may be another type of device.
- the third portion 53 may be a damper.
- the third portion 53 may be a device that transmits torque via fluid, such as a fluid clutch, a fluid torque converter, or the like.
- the third portion 53 of the connection 50 may include at least one of an elastic body, a damper, a fluid clutch, and a fluid torque converter.
- the third portion 53 is connected to the first portion 51 and the second portion 52, transmits torque from the first portion 51 to the second portion 52, and between the first portion 51 and the second portion 52.
- Various devices may be included, including movable parts that allow for changes in relative position.
- Such a third part 53 allows the second part 52 to move with the first part 51 not moving, that is, the wheel angle AF changes with the steering wheel angle Ai not changing. Tolerate.
- the wheel angle AF of the front wheel 12F can be easily changed following the inclination of the vehicle body 90.
- connection portion 50 when the front wheel support device 41 is operating in the second mode, the connection portion 50 is inclined at the wheel angle AF of the front wheel 12F of the vehicle body 90 regardless of the steering wheel angle Ai input to the steering wheel 41a. It is preferable to realize a loose connection to an extent that allows changes to follow changes in. However, such a connection unit 50 may be omitted.
- the inclination angle T (here, the angle of the direction of the middle longitudinal link member 21 with respect to the upper horizontal link member 31U) specified using the signal from the lean angle sensor 125 is vertical
- the tilt angle of the vehicle upward direction DVU of the vehicle body 90 with respect to the upward direction DU can be deviated. Therefore, instead of the inclination angle T, the inclination angle of the upper direction (for example, the vehicle upward direction DVU) of the vehicle body 90 with respect to the vertically upward direction DU (FIG. 5B) specified without depending on the inclination of the road is used. It may be done (also called actual inclination angle).
- the vehicle 10, 10a may include a vertical direction detection device that specifies the vertically upward direction DU.
- the main control unit 100 may specify the actual inclination angle using the vertically upward direction DU specified by the vertical direction detection device.
- the configuration of the vertical direction detection device may be various configurations.
- the vertical direction detection device may include an acceleration sensor, a gyro sensor, and a signal processing unit.
- the acceleration sensor is a sensor that detects acceleration in any direction, and is, for example, a three-axis acceleration sensor.
- the gyro sensor is a sensor that detects angular acceleration around a rotation axis in any direction, and is, for example, a three-axis angular acceleration sensor.
- the acceleration sensor and the gyro sensor may be fixed to various members of the vehicle 10, 10a.
- the acceleration sensor and the gyro sensor are fixed to a common member (referred to as a sensor fixing member) among a plurality of members of the vehicles 10 and 10a.
- the acceleration sensor detects the direction of acceleration.
- the direction of the acceleration detected by the acceleration sensor is referred to as a detection direction.
- the detection direction is the same as the vertically downward direction DD opposite to the vertically upward direction DU. That is, the direction opposite to the detection direction is the vertically upward direction DU.
- the detection direction may be offset from the vertically downward direction DD according to the movement of the vehicle 10, 10a. For example, when the vehicle 10, 10a accelerates while moving forward, the detection direction is shifted in the direction to incline backward DB with respect to the vertically downward direction DD. When the vehicle 10, 10a decelerates during forward travel, the detection direction is shifted in a direction in which it is inclined toward the forward direction DF with respect to the vertically downward direction DD. When the vehicle 10, 10a turns in the left direction during forward movement, the detection direction is shifted in the direction inclined to the right direction DR with respect to the vertically downward direction DD. When the vehicle 10, 10a turns to the right during forward movement, the detection direction is shifted in the direction to lean to the left direction DL with respect to the vertically downward direction DD.
- the signal processing unit of the vertical direction detection device uses the vehicle speed V specified by the vehicle speed sensor 122 to calculate the acceleration of the vehicle 10, 10a. Then, the signal processing unit specifies the deviation of the detection direction with respect to the vertically downward direction DD due to the acceleration of the vehicle 10, 10a by using the acceleration (for example, the deviation of the forward direction DF or the backward direction DB of the detection direction Identified). In addition, the signal processing unit specifies the deviation of the detection direction with respect to the vertically downward direction DD due to the angular acceleration of the vehicle 10, 10a by using the angular acceleration specified by the gyro sensor (for example, the right direction of the detection direction) Deviation of DR or left direction DL is identified).
- the signal processing unit identifies the deviation in the detection direction with respect to the vertically downward direction DD. Then, the signal processing unit identifies the vertically downward direction DD, and further, the vertically upward direction DU by correcting the detection direction using the identified deviation. Then, the signal processing unit outputs information indicating the identified vertically upward direction DU.
- the vertically upward direction DU identified indicates the vertically upward direction DU with respect to the sensor fixing member.
- Main control unit 100 uses vertically upward direction DU detected by the vertical direction detection device and the positional relationship between the sensor fixing member and vehicle body 90 to vertically upward direction DU and vehicle upward direction DVU of vehicle body 90. And the angle between them, ie, the actual inclination angle, is calculated.
- the main control unit 100 (and thus the tilt control unit 190) controls the lean motor 25 using the calculated actual tilt angle.
- the inclination control unit 190 calculates a target actual inclination angle instead of the target inclination angle, and controls the lean motor 25 so that the actual inclination angle approaches the target actual inclination angle.
- the inclination control unit 190 can appropriately control the actual inclination angle even when the road is inclined to the left and right. Further, the main control unit 100 (and consequently, the rotation control unit 170) may control the steering motor 65 using the calculated actual inclination angle. Thus, the wheel angle AF is properly controlled.
- the signal processing unit of the vertical direction detection device may detect the vertically upward direction DU using other information related to the movement of the vehicle 10, 10a in addition to the information from the gyro sensor and the acceleration sensor .
- the position of the vehicle 10, 10a identified using GPS may be used.
- the signal processing unit may correct, for example, the vertically upward direction DU using a position by GPS. The correction amount based on the position by GPS may be determined experimentally in advance.
- the signal processing unit of the vertical direction detection device may be various electric circuits, for example, an electric circuit including a computer or an electric circuit not including a computer (for example, an ASIC).
- the gyro sensor may be a sensor that detects an angular velocity instead of the angular acceleration.
- trail Lt (FIG. 1) may be zero or less than zero.
- the direction of the front wheel 12F ie, the wheel angle AF
- the motors 51L, 51R may be connected to the devices 30, 30a via a suspension.
- At least a part of the functions for controlling the lean motor 25 among the functions of the main control unit 100 (FIG. 9) may be realized by the lean motor control unit 102.
- the control device 110 may be configured by one control unit. Also, a computer such as the control device 110 (FIG. 9) may be omitted.
- an electric circuit for example, an ASIC not including a computer controls the motors 51R, 51L, 25, 65 in accordance with signals from the sensors 122, 123, 124, 125, 145, 146 and the switch 47. It is also good. Also, instead of the electric circuit, a machine that operates using hydraulic pressure or a driving force of a motor may control the motors 51R, 51L, 25, 65.
- the method of specifying the correspondence between the input value and the output is map data (for example, map data MT, MAF, Mp, Md, Md1, Md2)
- various other methods such as a method using a function that calculates an output value using an input value as an argument may be used.
- correspondences used for control of the vehicle are experimentally determined so that the vehicles 10, 10a can appropriately travel. May be done.
- the control device of the vehicle may dynamically change the correspondence used for control of the vehicle according to the state of the vehicle.
- the vehicle may include a weight sensor that measures the weight of the vehicle body, and the controller may adjust the correspondence according to the weight of the vehicle body.
- the total number and arrangement of the plurality of wheels can be adopted as the total number and arrangement of the plurality of wheels.
- the total number of front wheels may be two and the total number of rear wheels may be one.
- the total number of front wheels may be two and the total number of rear wheels may be two.
- the pair of wheels disposed apart from each other in the width direction may be front wheels, or may be pivoting wheels.
- the rear wheel may be a pivoting wheel.
- the drive wheels may be front wheels.
- the vehicle includes N (N is an integer of 3 or more) wheels including a pair of wheels disposed apart from one another in the width direction of the vehicle and one or more other wheels. Is preferred.
- the N wheels of the vehicle preferably include one or more front wheels and one or more rear wheels disposed on the rear direction DB side of the front wheels. According to this configuration, the vehicle can stand on its own when the vehicle is stopped.
- at least one of the pair of wheels and the other wheel is configured as one or more pivoting wheels that can pivot to the left and right with respect to the forward direction of the vehicle. That is, only a pair of wheels may be pivoting wheels, only the other wheels may be pivoting wheels, and three or more wheels including the pair of wheels and the other wheels may be pivoting wheels.
- the total number of other wheels included in the one or more pivoting wheels may be any number.
- the drive device for driving the drive wheels may be any device that rotates the wheels (for example, an internal combustion engine) instead of the electric motor.
- the drive device may be omitted. That is, the vehicle may be a human powered vehicle.
- the tilting mechanism may be a manual tilting mechanism that operates in response to the operation of the operation input unit.
- the maximum number of vehicles may be two or more instead of one.
- part of the configuration realized by hardware may be replaced by software, and conversely, part or all of the configuration implemented by software is replaced by hardware You may do so.
- the functions of the control device 110 of FIG. 9 may be realized by a dedicated hardware circuit.
- the program when part or all of the functions of the present invention are realized by a computer program, the program is provided in the form of being stored in a computer readable recording medium (for example, a non-temporary recording medium). be able to.
- the program may be used while being stored on the same or different recording medium (computer readable recording medium) as provided.
- the “computer readable recording medium” is not limited to portable recording mediums such as memory cards and CD-ROMs, but is connected to internal storage devices in computers such as various ROMs and computers such as hard disk drives. It may also include external storage.
- the present invention is suitably applicable to a vehicle.
- Support rod 45: accelerator pedal, 46: brake pedal, 47: shift switch, 50: connection portion, 51: first portion, 52: second portion, 53: third portion, 51L: left electric Motor 51R: Right electric motor 65: Steering motor 66: Rotor 67: Stator 68: Bearing 70: Suspension system 70L: Left suspension 70R: Right suspension 70La, 70Ra Central axis: 71L, 71R ... coil spring, 72L, 72R ... shock absorber, 75 ... connecting part, 80 ... rear wheel supporting part, 82 ... first supporting part, 83 ... second supporting part, 89, 89a ... tilting mechanism, 90 ... car body, 90c ...
- control device 100 main control unit 101: drive device control unit 102: lean motor control unit 103: steering motor control unit 100p, 101p, 102p, 103p: processor 100v, 101v, 102v, 103 v ... volatile storage device, 100 n, 101 n, 102 n, 103 n ... non-volatile storage device , 101c, 102c, 103c ... electric circuit (power control unit), 120 ... battery, 122 ... vehicle speed sensor, 123 ... steering wheel angle sensor, 124 ... wheel angle sensor, 125 ... lean angle sensor, 145 ... accelerator pedal sensor, 146 ...
- Brake pedal sensor 170 rotation control unit 180: rotation wheel support unit 190: inclination control unit 310: first addition point 315: P gain control unit 320: P control unit 330I: control unit 335 ... D gain control unit, 340 ... D control unit, 344 ... first gain control unit, 347 ... first order differentiation control unit, 360 ... second gain control unit, 365 ... second order differentiation control unit, 390 ... second addition point, T: inclination angle, V: speed, R: turning radius, m: mass, V: vehicle speed, AFt1: first target wheel angle, AFt2: second target wheel angle, T2: second target inclination angle, RVa 1 ... 1st range, RVa 2 ... 2nd range, Vaft ...
Landscapes
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Abstract
車両は、車体と、車体を傾斜させる傾斜機構と、操作入力部と、傾斜制御部と、左右に回動可能な1以上の回動輪を支持する回動輪支持部と、を備える。回動輪支持部は、1以上の回動輪を支持する支持部材と、支持部材を左右に回動させるトルクを支持部材に印加する回動駆動装置と、回動駆動装置のトルクを、制御パラメータを用いて制御する回動制御部と、を含む。回動制御部は、1以上の回動輪の目標の方向を制御パラメータを用いて特定する特定部と、1以上の回動輪の方向を目標の方向に近づけるための第1制御値を決定する第1決定部と、第1制御値を用いて駆動制御値を決定する駆動制御値決定部と、駆動制御値に従って回動駆動装置のトルクを制御するトルク制御部と、を含む。第1決定部は第1制御値を車速を用いて調整する。
Description
本明細書は、車体を傾斜させて旋回する車両に関する。
旋回時に車体を傾斜させる車両が提案されている。例えば、前輪が自由にキャスター動作するように構成され、そして、運転者が制御デバイスを動かす方向によって示される方向に車体を傾斜させる技術が提案されている。
ところが、車両の走行安定性が低下する場合があった。例えば、左右に回動可能な車輪の方向が、不安定になる場合があった。
本明細書は、車両の走行安定性を向上できる技術を開示する。
本明細書は、例えば、以下の適用例を開示する。
[適用例1]
車両であって、
前記車両の幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪と、1個以上の他の車輪と、を含むN個(Nは3以上の整数)の車輪であって、前記一対の車輪と他の車輪との少なくとも一方が前記車両の前進方向に対して左右に回動可能な1以上の回動輪として構成されるとともに、1個以上の前輪と1個以上の後輪とを含む、N個の車輪と、
車体と、
前記車体を前記幅方向に傾斜させる傾斜機構と、
操作することで旋回方向と旋回の程度とを示す操作量が入力される操作入力部と、
前記操作入力部へ入力される前記操作量を用いて前記傾斜機構を制御する傾斜制御部と、
前記1以上の回動輪を支持する回動輪支持部と、
を備え、
前記回動輪支持部は、
前記1以上の回動輪を、回転可能に支持する支持部材と、
前記支持部材を、前記車体に対して左右に回動可能に支持する回動装置と、
前記支持部材を左右に回動させるトルクを、前記支持部材に印加する回動駆動装置と、
前記回動駆動装置のトルクを、前記車体の傾斜の大きさに関連する傾斜パラメータと前記操作量との少なくとも一方と、車速と、を含む制御パラメータを用いて制御する回動制御部と、
を備え、
前記回動制御部は、
前記1以上の回動輪の目標の方向を、前記制御パラメータを用いて特定する特定部と、
前記1以上の回動輪の方向を前記目標の方向に近づけるための第1制御値を決定する第1決定部と、
前記第1制御値を用いて、前記回動駆動装置を制御するための駆動制御値を決定する駆動制御値決定部と、
前記駆動制御値に従って前記回動駆動装置のトルクを制御するトルク制御部と、
を含み、
前記第1決定部は、前記第1制御値を、前記車速を用いて調整する、
車両。
車両であって、
前記車両の幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪と、1個以上の他の車輪と、を含むN個(Nは3以上の整数)の車輪であって、前記一対の車輪と他の車輪との少なくとも一方が前記車両の前進方向に対して左右に回動可能な1以上の回動輪として構成されるとともに、1個以上の前輪と1個以上の後輪とを含む、N個の車輪と、
車体と、
前記車体を前記幅方向に傾斜させる傾斜機構と、
操作することで旋回方向と旋回の程度とを示す操作量が入力される操作入力部と、
前記操作入力部へ入力される前記操作量を用いて前記傾斜機構を制御する傾斜制御部と、
前記1以上の回動輪を支持する回動輪支持部と、
を備え、
前記回動輪支持部は、
前記1以上の回動輪を、回転可能に支持する支持部材と、
前記支持部材を、前記車体に対して左右に回動可能に支持する回動装置と、
前記支持部材を左右に回動させるトルクを、前記支持部材に印加する回動駆動装置と、
前記回動駆動装置のトルクを、前記車体の傾斜の大きさに関連する傾斜パラメータと前記操作量との少なくとも一方と、車速と、を含む制御パラメータを用いて制御する回動制御部と、
を備え、
前記回動制御部は、
前記1以上の回動輪の目標の方向を、前記制御パラメータを用いて特定する特定部と、
前記1以上の回動輪の方向を前記目標の方向に近づけるための第1制御値を決定する第1決定部と、
前記第1制御値を用いて、前記回動駆動装置を制御するための駆動制御値を決定する駆動制御値決定部と、
前記駆動制御値に従って前記回動駆動装置のトルクを制御するトルク制御部と、
を含み、
前記第1決定部は、前記第1制御値を、前記車速を用いて調整する、
車両。
この構成によれば、回動駆動装置のトルクの大きさが、車速を用いて調整されるので、車両の走行安定性を向上できる。
[適用例2]
適用例1に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との差の大きさに対する前記第1制御値によって示される前記回動駆動装置のトルクの大きさの割合が、前記車速が速い場合に、前記車速が遅い場合と比べて、小さくなるように、前記第1制御値を決定する、
車両。
適用例1に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との差の大きさに対する前記第1制御値によって示される前記回動駆動装置のトルクの大きさの割合が、前記車速が速い場合に、前記車速が遅い場合と比べて、小さくなるように、前記第1制御値を決定する、
車両。
この構成によれば、車速が遅い場合には、回動駆動装置のトルクの大きさが大きくなることによって、1以上の回動輪の方向は、適切に、目標の方向に近づくことができる。また、車速が速い場合には、回動駆動装置のトルクの大きさが小さくなることによって、1以上の回動輪の方向は、車体の傾斜の変化に追随して変化できる。以上により、車両の走行安定性を向上できる。
[適用例3]
適用例1または2に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との間の差を用いて、前記第1制御値をフィードバック制御によって算出する、
車両。
適用例1または2に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との間の差を用いて、前記第1制御値をフィードバック制御によって算出する、
車両。
この構成によれば、回動制御部は、回動駆動装置のトルクを、1以上の回動輪の方向を目標の方向に近づけるトルクに、適切に、設定できるので、車両の走行安定性を向上できる。
[適用例4]
適用例3に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との間の前記差が大きい場合には、前記差が小さい場合と比べて、前記第1制御値によって示される前記回動駆動装置のトルクの大きさが大きくなるように、前記第1制御値を決定する、
車両。
適用例3に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との間の前記差が大きい場合には、前記差が小さい場合と比べて、前記第1制御値によって示される前記回動駆動装置のトルクの大きさが大きくなるように、前記第1制御値を決定する、
車両。
この構成によれば、1以上の回動輪の方向は、適切に、目標の方向に近づくことができるので、車両の走行安定性を向上できる。
[適用例5]
適用例1から4のいずれかに記載の車両であって、
前記回動制御部は、前記1以上の回動輪の前記方向の変化の速度である角速度の大きさを小さくするための第2制御値を決定する第2決定部を含み、
前記駆動制御値決定部は、少なくとも前記第1制御値と前記第2制御値とを用いて、前記駆動制御値を決定する、
車両。
適用例1から4のいずれかに記載の車両であって、
前記回動制御部は、前記1以上の回動輪の前記方向の変化の速度である角速度の大きさを小さくするための第2制御値を決定する第2決定部を含み、
前記駆動制御値決定部は、少なくとも前記第1制御値と前記第2制御値とを用いて、前記駆動制御値を決定する、
車両。
この構成によれば、1以上の回動輪の方向が急に大きく変化することが抑制されるので、車両の走行安定性を向上できる。
[適用例6]
適用例1から5のいずれかに記載の車両であって、
前記回動制御部は、前記1以上の回動輪の前記方向の変化の加速度である角加速度の大きさを小さくするための第3制御値を決定する第3決定部を含み、
前記駆動制御値決定部は、少なくとも前記第1制御値と前記第3制御値とを用いて、前記駆動制御値を決定する、
車両。
適用例1から5のいずれかに記載の車両であって、
前記回動制御部は、前記1以上の回動輪の前記方向の変化の加速度である角加速度の大きさを小さくするための第3制御値を決定する第3決定部を含み、
前記駆動制御値決定部は、少なくとも前記第1制御値と前記第3制御値とを用いて、前記駆動制御値を決定する、
車両。
この構成によれば、1以上の回動輪の方向が急に大きく変化することが抑制されるので、車両の走行安定性を向上できる。
[適用例7]
適用例1から6のいずれかに記載の車両であって、
前記回動輪支持部は、前記操作入力部と前記支持部材とに接続されるとともに、前記操作入力部に入力される前記操作量に拘わらず前記車体の傾斜の変化に追随して前記1以上の回動輪の方向が変化することを許容する接続部を備える、車両。
適用例1から6のいずれかに記載の車両であって、
前記回動輪支持部は、前記操作入力部と前記支持部材とに接続されるとともに、前記操作入力部に入力される前記操作量に拘わらず前記車体の傾斜の変化に追随して前記1以上の回動輪の方向が変化することを許容する接続部を備える、車両。
この構成によれば、ユーザは、操作入力部を操作することによって、1以上の回動輪の方向を修正できるので、走行安定性を向上できる。
なお、本明細書に開示の技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、車両、車両の制御装置、車両の制御方法、等の態様で実現することができる。
A.第1実施例:
A1.車両10の構成:
図1~図4は、一実施例としての車両10を示す説明図である。図1は、車両10の右側面図を示し、図2は、車両10の上面図を示し、図3は、車両10の下面図を示し、図4は、車両10の背面図を示している。図2~図4では、図1に示す車両10の構成のうち、説明に用いる部分が図示され、他の部分の図示が省略されている。図1~図4には、6つの方向DF、DB、DU、DD、DR、DLが示されている。前方向DFは、車両10の前進方向であり、後方向DBは、前方向DFの反対方向である。上方向DUは、鉛直上方向であり、下方向DDは、上方向DUの反対方向である。右方向DRは、前方向DFに走行する車両10から見た右方向であり、左方向DLは、右方向DRの反対方向である。方向DF、DB、DR、DLは、いずれも、水平な方向である。右と左の方向DR、DLは、前方向DFに垂直である。
A1.車両10の構成:
図1~図4は、一実施例としての車両10を示す説明図である。図1は、車両10の右側面図を示し、図2は、車両10の上面図を示し、図3は、車両10の下面図を示し、図4は、車両10の背面図を示している。図2~図4では、図1に示す車両10の構成のうち、説明に用いる部分が図示され、他の部分の図示が省略されている。図1~図4には、6つの方向DF、DB、DU、DD、DR、DLが示されている。前方向DFは、車両10の前進方向であり、後方向DBは、前方向DFの反対方向である。上方向DUは、鉛直上方向であり、下方向DDは、上方向DUの反対方向である。右方向DRは、前方向DFに走行する車両10から見た右方向であり、左方向DLは、右方向DRの反対方向である。方向DF、DB、DR、DLは、いずれも、水平な方向である。右と左の方向DR、DLは、前方向DFに垂直である。
本実施例では、この車両10は、一人乗り用の小型車両である。車両10(図1、図2)は、車体90と、車体90に連結された1つの前輪12Fと、車体90に連結され車両10の幅方向(すなわち、右方向DRに平行な方向)に互いに離れて配置された2つの後輪12L、12Rと、を有する三輪車である。前輪12Fは、左右方向に回動可能であり、車両10の幅方向の中心に配置されている。後輪12L、12Rは、駆動輪であり、車両10の幅方向の中心に対して対称に配置されている。
車体90(図1)は、本体部20を有している。本体部20は、前部20aと、底部20bと、後部20cと、支持部20dと、を有している。底部20bは、水平な方向(すなわち、上方向DUに垂直な方向)に拡がる板状の部分である。前部20aは、底部20bの前方向DF側の端部から前方向DF側かつ上方向DU側に向けて斜めに延びる板状の部分である。後部20cは、底部20bの後方向DB側の端部から後方向DB側かつ上方向DU側に向けて斜めに延びる板状の部分である。支持部20dは、後部20cの上端から後方向DBに向かって延びる板状の部分である。本体部20は、例えば、金属製のフレームと、フレームに固定されたパネルと、を有している。
車体90(図1)は、さらに、底部20b上に固定された座席11と、底部20b上の座席11よりも前方向DF側に配置されたアクセルペダル45とブレーキペダル46と、座席11の座面の下に配置され底部20bに固定された制御装置110と、底部20bのうちの制御装置110よりも下の部分に固定されたバッテリ120と、前部20aの前方向DF側の端部に固定された前輪支持装置41と、前輪支持装置41に取り付けられたシフトスイッチ47と、を有している。なお、図示を省略するが、本体部20には、他の部材(例えば、屋根、前照灯など)が固定され得る。車体90は、本体部20に固定された部材を含んでいる。
アクセルペダル45は、車両10を加速するためのペダルである。アクセルペダル45の踏み込み量(「アクセル操作量」とも呼ぶ)は、ユーザの望む加速力を表している。ブレーキペダル46は、車両10を減速するためのペダルである。ブレーキペダル46の踏み込み量(「ブレーキ操作量」とも呼ぶ)は、ユーザの望む減速力を表している。シフトスイッチ47は、車両10の走行モードを選択するためのスイッチである。本実施例では、「ドライブ」と「ニュートラル」と「リバース」と「パーキング」との4つの走行モードから1つを選択可能である。「ドライブ」は、駆動輪12L、12Rの駆動によって前進するモードであり、「ニュートラル」は、駆動輪12L、12Rが回転自在であるモードであり、「リバース」は、駆動輪12L、12Rの駆動によって後退するモードであり、「パーキング」は、少なくとも1つの車輪(例えば、後輪12L、12R)が回転不能であるモードである。「ドライブ」と「ニュートラル」とは、通常は、車両10の前進時に利用される。
前輪支持装置41(図1)は、回動軸Ax1を中心に車両10の旋回方向に向けて前輪12Fを回動可能に支持する装置である。前輪支持装置41は、前輪12Fを回転可能に支持する前フォーク17と、回動軸Ax1を中心に前フォーク17(すなわち、前輪12F)を回動可能に支持する軸受68と、前フォーク17を回動させる操舵モータ65と、を有している。また、車両10には、ユーザによる操作によってユーザの望む旋回方向と旋回の程度とが入力される操作入力部としてのハンドル41aが、設けられている。ハンドル41aには、ハンドル41aの回転軸に沿って延びる支持棒41axが、固定されている。支持棒41axは、回転軸に沿って回転可能に、前輪支持装置41に接続されている。また、前輪支持装置41は、支持棒41axと前フォーク17とを連結する接続部50を、有している。接続部50の詳細については、後述する。
前フォーク17(図1)は、例えば、サスペンション(コイルスプリングとショックアブソーバ)を内蔵したテレスコピックタイプのフォークである。
軸受68は、本体部20(ここでは、前部20a)と、前フォーク17と、を連結している。また、軸受68は、前フォーク17を、前方向DFに対して左右に回動可能に支持している。操舵モータ65は、ロータ66と、ステータ67と、を含んでいる。ロータ66とステータ67とのうちの一方(本実施例では、ロータ66)は、前フォーク17に固定されている。ロータ66とステータ67とのうちの他方(本実施例では、ステータ67)は、本体部20(ここでは、前部20a)に固定されている。
ハンドル41a(図1)は、ハンドル41aの回転軸に沿って延びる支持棒41axを中心に回動可能である。ハンドル41aの回動方向(右、または、左)は、ユーザの望む旋回方向を示している。直進を示す所定方向からのハンドル41aの回動の程度(ここでは、回動角度。以下「ハンドル角」とも呼ぶ)は、ユーザの望む旋回の程度を示している。本実施例では、「ハンドル角=ゼロ」は、直進を示し、「ハンドル角>ゼロ」は、右旋回を示し、「ハンドル角<ゼロ」は、左旋回を示している。このように、ハンドル角の正負の違いは、旋回方向を示している。また、ハンドル角の絶対値は、旋回の程度を示している。このようなハンドル角は、ハンドル41aに入力される旋回方向と旋回の程度とを表す操作量の例である。
車輪角AF(図2)は、下方向DDを向いて車両10を見る場合に、前方向DFを基準とする、回転する前輪12Fの進行方向D12の角度である。この進行方向D12は、前輪12Fの回転軸に垂直な方向である。本実施例では、「AF=ゼロ」は、「方向D12=前方向DF」を示し、「AF>ゼロ」は、旋回方向が右方向DRであること(すなわち、方向D12が右方向DR側を向いている)を示し、「AF<ゼロ」は、旋回方向が左方向DLであること(すなわち、方向D12が左方向DL側を向いている)を示している。制御装置110(図1)は、ユーザによって操作されるハンドル41aの向きに合わせて、前フォーク17の向き(すなわち、前輪12Fの車輪角AF)を変更するように、操舵モータ65を制御する場合がある。
制御装置110は、操舵モータ65の大きいトルクを利用することによって、前輪12Fの方向D12を、ハンドル角を用いて特定される目標の方向に近づくように、制御する。前輪12Fの方向D12が操舵モータ65によって制御されるので、ハンドル角とは独立な前輪12Fの自由な回動は、禁止される。この場合、車輪角AFは、いわゆる操舵角に対応する。また、制御装置110は、操舵モータ65のトルクを小さくすることによって、前輪12Fの方向D12がハンドル角とは独立に左右に回動することを、許容する。後述するように、制御装置110は、操舵モータ65のトルクを、車速を用いて調整する。
図1に示すように、本実施例では、車両10が水平な地面GL上に配置されている場合、前輪支持装置41の回動軸Ax1は、地面GLに対して斜めに傾斜しており、具体的には、回動軸Ax1に平行に下方向DD側へ向かう方向は、斜め前方を向いている。そして、前輪支持装置41の回動軸Ax1と地面GLとの交点P2は、前輪12Fの地面GLとの接触中心P1よりも、前方向DF側に位置している。図1、図3に示すように、接触中心P1は、前輪12Fと地面GLとの接触領域Ca1の中心である。接触領域の中心は、接触領域の重心の位置を示している。領域の重心は、領域内に質量が均等に分布していると仮定する場合の重心の位置である。これらの点P1、P2の間の後方向DBの距離Ltは、トレールと呼ばれる。正のトレールLtは、接触中心P1が交点P2よりも後方向DB側に位置していることを示している。また、鉛直上方向DUと、回動軸Ax1に沿って鉛直上方向DU側へ向かう方向と、のなす角度CAは、キャスター角とも呼ばれる。キャスター角CAがゼロよりも大きいことは、回動軸Ax1に沿って鉛直上方向DU側へ向かう方向が、斜め後ろに傾斜していることを、示している。
2つの後輪12L、12R(図4)は、後輪支持部80に回転可能に支持されている。後輪支持部80は、リンク機構30と、リンク機構30の上部に固定されたリーンモータ25と、リンク機構30の上部に固定された第1支持部82と、リンク機構30の前部に固定された第2支持部83(図1)と、を有している。図1では、説明のために、リンク機構30と第1支持部82と第2支持部83のうちの右後輪12Rに隠れている部分も実線で示されている。図2では、説明のために、本体部20に隠れている後輪支持部80と後輪12L、12Rと連結部75とが、実線で示されている。図1~図3では、リンク機構30が簡略化して示されている。
第1支持部82(図4)は、リンク機構30の上方向DU側に配置されている。第1支持部82は、左後輪12Lの上方向DU側から、右後輪12Rの上方向DU側まで、右方向DRに平行に延びる板状の部分を含んでいる。第2支持部83(図1、図2)は、リンク機構30の前方向DF側の、左後輪12Lと右後輪12Rとの間に配置されている。
右後輪12R(図1)は、リムを有するホイール12Raと、ホイール12Raのリムに装着されたタイヤ12Rbと、を有している。ホイール12Ra(図4)は、右電気モータ51Rに接続されている。右電気モータ51Rは、ステータとロータとを有している(図示省略)。ロータとステータとのうちの一方は、ホイール12Raに固定され、他方は、後輪支持部80に固定されている。右電気モータ51Rの回転軸は、ホイール12Raの回転軸と同じであり、右方向DRに平行である。左後輪12Lの構成は、右後輪12Rの構成と、同様である。具体的には、左後輪12Lは、ホイール12Laとタイヤ12Lbとを有している。ホイール12Laは、左電気モータ51Lに接続されている。左電気モータ51Lのロータとステータとのうちの一方は、ホイール12Laに固定され、他方は、後輪支持部80に固定されている。これらの電気モータ51L、51Rは、後輪12L、12Rを直接的に駆動するインホイールモータである。
図1、図4には、車体90が傾斜せずに直立している状態(後述する傾斜角Tがゼロである状態)が、示されている。この状態で、左後輪12Lの回転軸ArLと右後輪12Rの回転軸ArRとは、同じ直線上に位置している。また、図1、図3には、右後輪12Rの地面GLとの接触中心PbRと、左後輪12Lの地面GLとの接触中心PbLと、が示されている。図3に示すように、右の接触中心PbRは、右後輪12Rと地面GLとの接触領域CaRの中心である。左の接触中心PbLは、左後輪12Lと地面GLとの接触領域CaLの中心である。図1の状態では、これらの接触中心PbR、PbLの前方向DFの位置は、おおよそ同じである。
リンク機構30(図4)は、いわゆる、平行リンクである。リンク機構30は、右方向DRに向かって順番に並ぶ3つの縦リンク部材33L、21、33Rと、下方向DDに向かって順番に並ぶ2つの横リンク部材31U、31Dと、を有している。縦リンク部材33L、21、33Rは、車体90が傾斜せずに直立している場合に、鉛直方向に平行である。横リンク部材31U、31Dは、車体90が傾斜せずに直立している場合に、水平方向に平行である。2つの縦リンク部材33L、33Rと、2つの横リンク部材31U、31Dとは、平行四辺形リンク機構を形成している。上横リンク部材31Uは、縦リンク部材33L、33Rの上端を連結している。下横リンク部材31Dは、縦リンク部材33L、33Rの下端を連結している。中縦リンク部材21は、横リンク部材31U、31Dの中央部分を連結している。これらのリンク部材33L、33R、31U、31D、21は、互いに回動可能に連結されており、回動軸は、前方向DFに平行である。左縦リンク部材33Lには、左電気モータ51Lが固定されている。右縦リンク部材33Rには、右電気モータ51Rが固定されている。中縦リンク部材21の上部には、第1支持部82と第2支持部83(図1)とが、固定されている。リンク部材33L、21、33R、31U、31Dと、支持部82、83とは、例えば、金属で形成されている。
本実施例では、リンク機構30は、複数のリンク部材を回動可能に連結するための軸受けを有している。例えば、軸受38は、下横リンク部材31Dと中縦リンク部材21とを回動可能に連結し、軸受39は、上横リンク部材31Uと中縦リンク部材21とを回動可能に連結している。説明を省略するが、複数のリンク部材を回動可能に連結する他の部分にも、軸受が設けられている。
リーンモータ25は、例えば、ステータとロータとを有する電気モータである。リーンモータ25のステータとロータのうちの一方は、中縦リンク部材21に固定され、他方は、上横リンク部材31Uに固定されている。リーンモータ25の回動軸は、これらのリンク部材31U、21の連結部分(ここでは、軸受39)の回動軸と同じであり、車両10の幅方向の中心に位置している。リーンモータ25のロータがステータに対して回動すると、上横リンク部材31Uが、中縦リンク部材21に対して、傾斜する。これにより、車両10が傾斜する。以下、リーンモータ25によって生成されるトルク(本実施例では、中縦リンク部材21に対して上横リンク部材31Uを傾斜させるトルク)を、傾斜トルクとも呼ぶ。傾斜トルクは、車体90を傾斜させるトルクである。
図5は、車両10の状態を示す概略図である。図中には、車両10の簡略化された背面図が示されている。図5(A)は、車両10が直立している状態を示し、図5(B)は、車両10が傾斜している状態を示している。図5(A)に示すように、上横リンク部材31Uが中縦リンク部材21に対して直交する場合、全ての車輪12F、12L、12Rが、平らな地面GLに対して直立する。そして、車体90を含む車両10の全体は、地面GLに対して、直立する。図中の車両上方向DVUは、車両10の上方向である。車両10が傾斜していない状態では、車両上方向DVUは、上方向DUと同じである。本実施例では、後輪支持部80のうちの車体90とともに傾斜する部材の向き(具体的には、中縦リンク部材21の向き)を、車両上方向DVUとして採用する。
図5(B)に示すように、上横リンク部材31Uが中縦リンク部材21に対して傾斜する場合、右後輪12Rと左後輪12Lとの一方が、車両上方向DVU側に移動し、他方は、車両上方向DVUとは反対方向側に移動する。すなわち、リンク機構30とリーンモータ25とは、幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪12L、12Rの間の回転軸に垂直な方向の相対位置を変化させる。この結果、全ての車輪12F、12L、12Rが地面GLに接触した状態で、これらの車輪12F、12L、12Rは、地面GLに対して傾斜する。そして、車体90を含む車両10の全体は、地面GLに対して、傾斜する。図5(B)の例では、右後輪12Rが車両上方向DVU側に移動し、左後輪12Lが反対側に移動している。この結果、車輪12F、12L、12R、ひいては、車体90を含む車両10の全体は、右方向DR側に、傾斜する。後述するように、車両10が右方向DR側に旋回する場合に、車両10は、右方向DR側に傾斜する。車両10が左方向DL側に旋回する場合に、車両10は、左方向DL側に傾斜する。
図5(B)では、車両上方向DVUは、上方向DUに対して、右方向DR側に傾斜している。以下、前方向DFを向いて車両10を見る場合の、上方向DUと車両上方向DVUとの間の角度を、傾斜角Tと呼ぶ。ここで、「T>ゼロ」は、右方向DR側への傾斜を示し、「T<ゼロ」は、左方向DL側への傾斜を示している。車両10が傾斜する場合、車体90も、おおよそ、同じ方向に傾斜する。車両10の傾斜角Tは、車体90の傾斜角Tということができる。
なお、リーンモータ25は、リーンモータ25を回動不能に固定する図示しないロック機構を有している。ロック機構を作動させることによって、上横リンク部材31Uは、中縦リンク部材21に対して回動不能に固定される。この結果、傾斜角Tが固定される。例えば、車両10の駐車時に、傾斜角Tはゼロに固定される。ロック機構としては、メカニカルな機構であって、リーンモータ25(ひいては、リンク機構30)を固定している最中に電力を消費しない機構が好ましい。
図5(A)、図5(B)には、傾斜軸AxLが示されている。傾斜軸AxLは、地面GL上に位置している。リンク機構30とリーンモータ25とは、車両10を、傾斜軸AxLを中心に、右と左とに傾斜させることができる。本実施例では、傾斜軸AxLは、地面GL上に位置しており、前輪12Fと地面GLとの接触中心P1を通り前方向DFに平行な直線である。後輪12L、12Rを回転可能に支持するリンク機構30と、リンク機構30を作動させるアクチュエータとしてのリーンモータ25とは、車体90を車両10の幅方向に傾斜させる傾斜機構89を構成する。傾斜角Tは、傾斜機構89による傾斜角である。
車体90(具体的には、本体部20)は、図1、図5(A)、図5(B)に示すように、後方向DB側から前方向DF側に向かって延びるロール軸AxRを中心に回動可能に、後輪支持部80に連結されている。図2、図4に示すように、本実施例では、本体部20は、サスペンションシステム70と連結部75とによって、後輪支持部80に連結されている。
サスペンションシステム70(図4)は、左サスペンション70Lと、右サスペンション70Rと、を有している。左サスペンション70Lは、コイルスプリング71Lとショックアブソーバ72Lとを含み、右サスペンション70Rは、コイルスプリング71Rとショックアブソーバ72Rとを含んでいる。本実施例では、各サスペンション70L、70Rは、コイルスプリング71L、71Rとショックアブソーバ72L、72Rとを内蔵するテレスコピックタイプのサスペンションである。各サスペンション70L、70Rは、各サスペンション70L、70Rの中心軸70La、70Ra(図4)に沿って、伸縮可能である。
図4に示すように車両10が直立している状態では、各サスペンション70L、70Rの中心軸は、鉛直方向におおよそ平行である。サスペンション70L、70Rの上端部は、第1軸方向(例えば、前方向DF)に平行な回動軸を中心に回動可能に本体部20の支持部20dに連結されている。サスペンション70L、70Rの下端部は、第2軸方向(例えば、右方向DR)に平行な回動軸を中心に回動可能に後輪支持部80の第1支持部82に連結されている。なお、サスペンション70L、70Rと他の部材との連結部分の構成は、他の種々の構成であってもよい(例えば、玉継ぎ手)。
連結部75は、図1、図2に示すように、前方向DFに延びる棒である。連結部75は、車両10の幅方向の中心に配置されている。連結部75の前方向DF側の端部は、本体部20の後部20cに連結されている。連結部分の構成は、例えば、玉継ぎ手である。連結部75は、後部20cに対して、予め決められた範囲内で、任意の方向に動くことができる。連結部75の後方向DB側の端部は、後輪支持部80の第2支持部83に連結されている。連結部分の構成は、例えば、玉継ぎ手である。連結部75は、第2支持部83に対して、予め決められた範囲内で、任意の方向に動くことができる。
このように、本体部20(ひいては、車体90)は、サスペンションシステム70と連結部75とを介して、後輪支持部80に連結されている。車体90は、後輪支持部80に対して、動くことが可能である。図1のロール軸AxRは、車体90が後輪支持部80に対して右方向DRまたは左方向DLに回動する場合の中心軸を示している。本実施例では、ロール軸AxRは、前輪12Fと地面GLとの接触中心P1と、連結部75の近傍と、を通る直線である。車体90は、サスペンション70L、70Rの伸縮によって、ロール軸AxRを中心に、幅方向に回動可能である。なお、本実施例では、傾斜機構89による傾斜の傾斜軸AxLは、ロール軸AxRと異なっている。
図5(A)、図5(B)には、ロール軸AxRを中心に回動する車体90が、点線で示されている。図中のロール軸AxRは、サスペンション70L、70Rを含み前方向DFに垂直な平面上のロール軸AxRの位置を示している。図5(B)に示すように、車両10が傾斜した状態においても、車体90は、さらに、ロール軸AxRを中心に、右方向DRと左方向DLとに回動可能である。
車体90は、後輪支持部80による回動と、サスペンションシステム70と連結部75とによる回動と、によって、鉛直上方向DU(ひいては、地面GL)に対して、車両10の幅方向に回動し得る。このように、車両10の全体を総合して実現される車体90の幅方向の回動を、ロールとも呼ぶ。本実施例では、車体90のロールは、主に、後輪支持部80とサスペンションシステム70と連結部75との全体を通じて引き起こされる。また、車体90やタイヤ12Rb、12Lbなどの車両10の部材の変形によっても、ロールは生じる。
図1、図5(A)、図5(B)には、重心90cが示されている。この重心90cは、満載状態での車体90の重心である。満載状態は、車両10が、車両10の総重量が許容される車両総重量になるように、乗員(可能なら荷物も)を積んだ状態である。例えば、荷物の最大重量は規定されず、最大定員数が規定される場合がある。この場合、重心90cは、車両10に対応付けられた最大定員数の乗員が車両10に搭乗した状態の重心である。乗員の体重としては、最大定員数に予め対応付けられた基準体重(例えば、55kg)が採用される。また、最大定員数に加えて、荷物の最大重量が規定される場合がある。この場合、重心90cは、最大定員数の乗員と、最大重量の荷物と、を積んだ状態での、車体90の重心である。
図示するように、本実施例では、重心90cは、ロール軸AxRの下方向DD側に配置されている。従って、車体90がロール軸AxRを中心に振動する場合に、振動の振幅が過度に大きくなることを抑制できる。本実施例では、重心90cをロール軸AxRの下方向DD側に配置するために、車体90(図1)の要素のうち比較的重い要素であるバッテリ120が、低い位置に配置されている。具体的には、バッテリ120は、車体90の本体部20のうちの最も低い部分である底部20bに固定されている。従って、重心90cを、容易に、ロール軸AxRよりも低くできる。
図6は、旋回時の力のバランスの説明図である。図中には、旋回方向が右方向である場合の後輪12L、12Rの背面図が示されている。後述するように、旋回方向が右方向である場合、制御装置110(図1)は、後輪12L、12R(ひいては、車両10)が地面GLに対して右方向DRに傾斜するように、リーンモータ25を制御する場合がある。
図中の第1力F1は、車体90に作用する遠心力である。第2力F2は、車体90に作用する重力である。ここで、車体90の質量をm(kg)とし、重力加速度をg(おおよそ、9.8m/s2)とし、鉛直方向に対する車両10の傾斜角をT(度)とし、旋回時の車両10の速度をV(m/s)とし、旋回半径をR(m)とする。第1力F1と第2力F2とは、以下の式1、式2で表される。
F1 = (m*V2)/R (式1)
F2 = m*g (式2)
ここで、*は、乗算記号(以下、同じ)。
F1 = (m*V2)/R (式1)
F2 = m*g (式2)
ここで、*は、乗算記号(以下、同じ)。
また、図中の力F1bは、第1力F1の、車両上方向DVUに垂直な方向の成分である。力F2bは、第2力F2の、車両上方向DVUに垂直な方向の成分である。力F1bと力F2bとは、以下の式3、式4で表される。
F1b = F1*cos(T) (式3)
F2b = F2*sin(T) (式4)
ここで、「cos()」は、余弦関数であり、「sin()」は、正弦関数である(以下、同じ)。
F1b = F1*cos(T) (式3)
F2b = F2*sin(T) (式4)
ここで、「cos()」は、余弦関数であり、「sin()」は、正弦関数である(以下、同じ)。
力F1bは、車両上方向DVUを左方向DL側に回動させる成分であり、力F2bは、車両上方向DVUを右方向DR側に回動させる成分である。車両10が傾斜角T(さらには、速度Vと旋回半径R)を保ちつつ安定して旋回を続ける場合には、F1bとF2bとの関係は、以下の式5で表される
F1b = F2b (式5)
式5に上記の式1~式4を代入すると、旋回半径Rは、以下の式6で表される。
R = V2/(g*tan(T)) (式6)
ここで、「tan()」は、正接関数である(以下、同じ)。
式6は、車体90の質量mに依存せずに、成立する。ここで、式6の「T」を、左方向と右方向とを区別せずに傾斜角の大きさを表すパラメータTa(ここでは、傾斜角Tの絶対値)に置換することによって得られる以下の式6aは、車体90の傾斜方向に拘わらずに、成立する。
R = V2/(g*tan(Ta)) (式6a)
F1b = F2b (式5)
式5に上記の式1~式4を代入すると、旋回半径Rは、以下の式6で表される。
R = V2/(g*tan(T)) (式6)
ここで、「tan()」は、正接関数である(以下、同じ)。
式6は、車体90の質量mに依存せずに、成立する。ここで、式6の「T」を、左方向と右方向とを区別せずに傾斜角の大きさを表すパラメータTa(ここでは、傾斜角Tの絶対値)に置換することによって得られる以下の式6aは、車体90の傾斜方向に拘わらずに、成立する。
R = V2/(g*tan(Ta)) (式6a)
図7は、車輪角AFと旋回半径Rとの簡略化された関係を示す説明図である。図中には、下方向DDを向いて見た車輪12F、12L、12Rが示されている。図中では、前輪12Fは、右方向DRに回動しており、車両10は、右方向DRに旋回する。図中の前中心Cfは、前輪12Fの中心である。前中心Cfは、前輪12Fの回転軸上に位置している。下方向DDを向いて車両10を見る場合、前中心Cfは、接触中心P1(図1)とおおよそ同じ位置に位置している。後中心Cbは、2つの後輪12L、12Rの中心である。車体90が傾斜していない場合、後中心Cbは、後輪12L、12Rの回転軸上の、後輪12L、12Rの間の中央に位置している。下方向DDを向いて車両10を見る場合、後中心Cbの位置は、2個の後輪12L、12Rの接触中心PbL、PbRの間の中央の位置と、同じである。中心Crは、旋回の中心である(旋回中心Crと呼ぶ)。ホイールベースLhは、前中心Cfと後中心Cbとの間の前方向DFの距離である。図1に示すように、ホイールベースLhは、前輪12Fの回転軸と、後輪12L、12Rの回転軸との間の前方向DFの距離である。
図7に示すように、前中心Cfと後中心Cbと旋回中心Crとは、直角三角形を形成する。点Cbの内角は、90度である。点Crの内角は、車輪角AFと同じである。従って、車輪角AFと旋回半径Rとの関係は、以下の式7で表される。
AF = arctan(Lh/R) (式7)
ここで「arctan()」は、正接関数の逆関数である(以下、同じ)。
AF = arctan(Lh/R) (式7)
ここで「arctan()」は、正接関数の逆関数である(以下、同じ)。
なお、現実の車両10の挙動と、図7の簡略化された挙動と、の間には、種々の差異が存在する。例えば、現実の車輪12F、12L、12Rは、地面GLに対して滑り得る。また、現実の前輪12Fと後輪12L、12Rは、傾斜する。従って、現実の旋回半径は、式7の旋回半径Rと異なり得る。ただし、式7は、車輪角AFと旋回半径Rとの関係を示す良い近似式として、利用可能である。
前進中に図5(B)のように車両10が右方向DR側へ傾斜した場合、車体90の重心90cが右方向DR側へ移動するので、車両10の進行方向は、右方向DR側へ変化する。これにより、前輪支持装置41(図1)(ひいては、回動軸Ax1(図5(B)))も、右方向DR側へ移動する。一方、前輪12Fと地面GLとの接触中心P1は、摩擦によって、直ぐに右方向DR側へ移動することはできない。そして、本実施例では、図1で説明したように、前輪12Fは、正のトレールLtを有する。すなわち、接触中心P1は、回動軸Ax1と地面GLとの交点P2よりも、後方向DB側に位置している。これらの結果、前進中に車両10が右方向DR側へ傾斜した場合、前輪12Fの向き(すなわち、進行方向D12(図2))は、自然に、車両10の新たな進行方向、すなわち、傾斜方向(図5(B)の例では、右方向DR)に、回動可能である。図5(B)中の回動方向RFは、車体90が右方向DR側へ傾斜する場合の、回動軸Ax1を中心とする前輪12Fの回動方向を示している。操舵モータ65のトルクが小さい場合には、前輪12Fの向きは、傾斜角Tの変更開始に続いて、自然に、傾斜方向に回動する。そして、車両10は、傾斜方向に向かって、旋回する。
また、旋回半径が上記の式6(ひいては、式6a)で表される旋回半径Rと同じである場合には、力F1b、F2b(図6、式5)が釣り合うので、車両10の挙動の安定性が向上する。傾斜角Tで旋回する車両10は、式6で表される旋回半径Rで旋回しようとする。また、車両10が正のトレールLtを有するので、前輪12Fの進行方向D12は、自然に、車両10の進行方向と同じになる。従って、車両10が傾斜角Tで旋回する場合、左右に回動できる前輪12Fの向き(すなわち、車輪角AF)は、式6で表される旋回半径Rと、式7と、から特定される車輪角AFの向きに、落ち着き得る。このように、車輪角AFは、車体90の傾斜に追随して、変化する。
また、本実施例では、車体90が傾斜する場合に、前輪12Fには、トレールLtに依存せずに、車輪角AFを傾斜方向に回動させる力が作用する。図8は、回転する前輪12Fに作用する力の説明図である。図中には、前輪12Fの斜視図が示されている。図8の例では、前輪12Fの方向D12は、前方向DFと同じである。回転軸Ax2は、前輪12Fの回転軸である。車両10が前進する場合、前輪12Fは、この回転軸Ax2を中心に、回転する。図中には、前輪支持装置41(図1)の回動軸Ax1と、前軸Ax3とが示されている。回動軸Ax1は、上方向DU側から下方向DD側に向かって延びている。前軸Ax3は、前輪12Fの重心12Fcを通り、前輪12Fの方向D12に平行な軸である。なお、前輪12Fの回転軸Ax2も、前輪12Fの重心12Fcを通っている。
図1等で説明したように、本実施例では、前輪12Fを支持する前輪支持装置41は、車体90に固定されている。従って、車体90が傾斜する場合には、前輪支持装置41が車体90とともに傾斜するので、前輪12Fの回転軸Ax2も、同様に、同じ方向へ傾斜しようとする。走行中の車両10の車体90が右方向DR側に傾斜する場合、回転軸Ax2を中心に回転する前輪12Fに、右方向DR側へ傾斜させるトルクTq1(図8)が作用する。このトルクTq1は、前軸Ax3を中心に前輪12Fを右方向DR側へ傾斜させようとする力の成分を含んでいる。このように、回転する物体に外部トルクが印加される場合の物体の運動は、歳差運動として知られている。例えば、回転する物体は、回転軸と外部トルクの軸とに垂直な軸を中心に、回動する。図8の例では、トルクTq1の印加によって、回転する前輪12Fは、前輪支持装置41の回動軸Ax1を中心に右方向DR側へ回動する。このように、回転する前輪12Fの角運動量に起因して、前輪12Fの方向D12(すなわち、車輪角AF)は、車体90の傾斜に追随して変化する。
以上、車両10が右方向DR側に傾斜する場合について説明した。車両10が左方向DL側に傾斜する場合も、同様に、前輪12Fの方向D12(すなわち、車輪角AF)は、車体90の傾斜に追随して左方向DL側へ回動する。
このように、操舵モータ65のトルクが小さい場合、前輪支持装置41は、以下のように、前輪12Fを支持している。すなわち、前輪12Fは、ハンドル41aに入力される情報に拘わらず、車体90の傾斜の変化に追随して、車体90に対して左右に回動可能である。例えば、ハンドル41aが直進を示す所定方向を向いた状態に維持される場合であっても、車体90の傾斜角Tが右方向に変化する場合には、前輪12Fは、傾斜角Tの変化に追随して、右方向に回動し得る(すなわち、車輪角AFは、右方向に変化し得る)。前輪支持装置41がこのように前輪12Fを支持していることは、以下のように言い換えられる。すなわち、前輪支持装置41は、ハンドル41aに入力される1つの操作量に対する前輪12Fの車輪角AFが1つの車輪角AFに制限されないように、車体90の傾斜の変化に追随して車体90に対して左右に回動可能に、前輪12Fを支持している。
なお、図1で説明したように、ハンドル41aに固定された支持棒41axと、前輪12Fを回転可能に支持する支持部材の例である前フォーク17とは、接続部50で連結されている。接続部50は、支持棒41axに固定された第1部分51と、前フォーク17に固定された第2部分52と、第1部分51と第2部分52とを接続する第3部分53と、を含んでいる。接続部50は、ハンドル41aに、支持棒41axを介して間接的に接続され、前フォーク17に、直接的に接続されている。第3部分53は、本実施例では、弾性体であり、具体的には、コイルバネである。ユーザがハンドル41aを右または左に回動させる場合、ハンドル41aにユーザによって印加された右向きまたは左向きの力は、接続部50を介して、前フォーク17へ伝達される。すなわち、ユーザは、ハンドル41aを操作することによって、前フォーク17、ひいては、前輪12Fに、右向きまたは左向きの力を、印加できる。これにより、ユーザは、前輪12Fが意図する方向を向いていない場合(すなわち、車輪角AFが意図する角度と異なる場合)、ハンドル41aを操作することによって、前輪12Fの向き(すなわち、車輪角AF)を修正できる。これにより、走行安定性を向上できる。例えば、路面の凹凸や風などの外部の要因に応じて、車輪角AFが変化する場合に、ユーザは、ハンドル41aを操作することによって、車輪角AFを修正できる。
なお、接続部50は、ハンドル41aと前フォーク17とを緩く接続する。例えば、接続部50の第3部分53のバネ定数は、十分に小さい値に設定されている。このような接続部50は、操舵モータ65のトルクが小さい場合に、ハンドル41aに入力されるハンドル角に拘わらずに、前輪12Fが車体90の傾斜の変化に追随して車体90に対して左右に回動することを、許容する。従って、車輪角AFは傾斜角Tに適した角度に変化できるので、走行安定性が向上する。なお、接続部50が、緩い接続を実現する場合、すなわち、前輪12Fの上記のような回動を許容する場合、車両10は、以下のように動作し得る。例えば、ハンドル41aが左方向に回動される場合であっても、車体90が右方向に傾斜する場合には、前輪12Fは、右方向に回動し得る。また、アスファルト舗装された平らで乾燥した道路上に車両10が停止している状態で、ハンドル41aを右と左とに回動させる場合に、ハンドル角と車輪角AFとの一対一の関係は維持されない。ハンドル41aに印加される力は、接続部50を介して、前フォーク17に伝達されるので、車輪角AFは、ハンドル角の変化に応じて、変化し得る。ただし、ハンドル角が1つの特定の値になるようにハンドル41aの向きが調整された時の車輪角AFは、1つの値に固定されず、変化し得る。例えば、ハンドル41aと前輪12Fとの両方が直進方向を向く状態で、ハンドル41aが右方向に回動される。これにより、前輪12Fは、右を向く。この後に、ハンドル41aが再び直進方向に戻される。ここで、前輪12Fは、直進方向を向かず、右を向いた状態に、維持され得る。また、ハンドル41aを右または左に回動させたとしても、車両10は、ハンドル41aの方向に旋回できない場合がある。また、車両10が停止している場合には、車両10が走行している場合と比べて、ハンドル角の変化量に対する車輪角AFの変化量の割合が小さい場合がある。
A2.車両10の制御:
図9は、車両10の制御に関する構成を示すブロック図である。車両10は、制御に関する構成として、車速センサ122と、ハンドル角センサ123と、車輪角センサ124と、リーン角センサ125と、アクセルペダルセンサ145と、ブレーキペダルセンサ146と、シフトスイッチ47と、制御装置110と、右電気モータ51Rと、左電気モータ51Lと、リーンモータ25と、操舵モータ65と、を有している。
図9は、車両10の制御に関する構成を示すブロック図である。車両10は、制御に関する構成として、車速センサ122と、ハンドル角センサ123と、車輪角センサ124と、リーン角センサ125と、アクセルペダルセンサ145と、ブレーキペダルセンサ146と、シフトスイッチ47と、制御装置110と、右電気モータ51Rと、左電気モータ51Lと、リーンモータ25と、操舵モータ65と、を有している。
車速センサ122は、車両10の車速を検出するセンサである。本実施例では、車速センサ122は、前フォーク17(図1)の下端に取り付けられており、前輪12Fの回転速度、すなわち、車速を検出する。
ハンドル角センサ123は、ハンドル41aの向き(すなわち、ハンドル角)を検出するセンサである。本実施例では、ハンドル角センサ123は、ハンドル41a(図1)に固定された支持棒41axに取り付けられている。
車輪角センサ124は、前輪12Fの車輪角AFを検出するセンサである。本実施例では、車輪角センサ124は、操舵モータ65(図1)に取り付けられている。
リーン角センサ125は、傾斜角Tを検出するセンサである。リーン角センサ125は、リーンモータ25に取り付けられている(図4)。上述したように、上横リンク部材31Uに対する中縦リンク部材21の向きが、傾斜角Tに対応している。リーン角センサ125は、上横リンク部材31Uに対する中縦リンク部材21の向き、すなわち、傾斜角Tを検出する。
アクセルペダルセンサ145は、アクセル操作量を検出するセンサである。本実施例では、アクセルペダルセンサ145は、アクセルペダル45(図1)に取り付けられている。ブレーキペダルセンサ146は、ブレーキ操作量を検出するセンサである。本実施例では、ブレーキペダルセンサ146は、ブレーキペダル46(図1)に取り付けられている。
なお、各センサ122、123、124、125、145、146は、例えば、レゾルバ、または、エンコーダを用いて構成されている。
制御装置110は、主制御部100と、駆動装置制御部101と、リーンモータ制御部102と、操舵モータ制御部103と、を有している。制御装置110は、バッテリ120(図1)からの電力を用いて動作する。本実施例では、制御部100、101、102、103は、それぞれ、コンピュータを有している。具体的には、制御部100、101、102、103は、プロセッサ100p、101p、102p、103p(例えば、CPU)と、揮発性記憶装置100v、101v、102v、103v(例えば、DRAM)と、不揮発性記憶装置100n、101n、102n、103n(例えば、フラッシュメモリ)と、を有している。不揮発性記憶装置100n、101n、102n、103nには、対応する制御部100、101、102、103の動作のためのプログラムが、予め格納されている(図示省略)。また、主制御部100の不揮発性記憶装置100nには、後述する処理で参照されるマップを表すマップデータMT、MAFが、予め格納されている。プロセッサ100p、101p、102p、103pは、それぞれ、対応するプログラムを実行することによって、種々の処理を実行する。
主制御部100のプロセッサ100pは、センサ122、123、124、125、145、146とシフトスイッチ47とからの信号を受信し、受信した信号に応じて車両10を制御する。具体的には、主制御部100のプロセッサ100pは、駆動装置制御部101とリーンモータ制御部102と操舵モータ制御部103とに指示を出力することによって、車両10を制御する(詳細は後述)。
駆動装置制御部101のプロセッサ101pは、主制御部100からの指示に従って、電気モータ51L、51Rを制御する。リーンモータ制御部102のプロセッサ102pは、主制御部100からの指示に従って、リーンモータ25を制御する。操舵モータ制御部103のプロセッサ103pは、主制御部100からの指示に従って、操舵モータ65を制御する。これらの制御部101、102、103は、それぞれ、制御対象のモータ51L、51R、25、65にバッテリ120からの電力を供給する電気回路101c、102c、103c(例えば、インバータ回路)を有している。
以下、制御部100、101、102、103のプロセッサ100p、101p、102p、103pが処理を実行することを、単に、制御部100、101、102、103が処理を実行する、とも表現する。
図10は、制御装置110(図9)によって実行される制御処理の例を示すフローチャートである。図10のフローチャートは、後輪支持部80と前輪支持装置41との制御の手順を示している。図10では、各処理に、文字「S」と、文字「S」に続く数字と、を組み合わせた符号が、付されている。
S100では、主制御部100は、センサ122、123、124、125、145、146とシフトスイッチ47とからの信号を取得する。これにより、主制御部100は、速度Vとハンドル角と車輪角AFと傾斜角Tとアクセル操作量とブレーキ操作量と走行モードとを、特定する。
S110では、主制御部100は、「走行モードが「リバース」と「パーキング」とのいずれかである」という条件が満たされるか否かを判断する。走行モードが「リバース」と「パーキング」とのいずれとも異なる場合(ここでは、走行モードが「ドライブ」と「ニュートラル」とのいずれかである場合)、S110の判断結果は、Noである。この場合、主制御部100は、S130へ移行する。S110の判断結果がNoであることは、通常は、車両10が前進していることを、示している。
S130では、主制御部100は、ハンドル角に対応付けられた第1目標傾斜角T1を特定する。本実施例では、第1目標傾斜角T1は、ハンドル角(単位は、度)に所定の係数(例えば、30/60)を乗じて得られる値である。なお、ハンドル角と第1目標傾斜角T1との対応関係としては、比例関係に代えて、ハンドル角の絶対値が大きいほど第1目標傾斜角T1の絶対値が大きくなるような種々の関係を採用可能である。ハンドル角と第1目標傾斜角T1との対応関係を表す情報は、主制御部100の不揮発性記憶装置100nに格納されているマップデータMTによって、予め、決められている。主制御部100は、このマップデータMTを参照し、参照したデータによって予め決められた対応関係に従って、ハンドル角に対応する第1目標傾斜角T1を特定する。なお、第1目標傾斜角T1は、ハンドル角と他の情報(例えば、車速V)とに基づいて、決定されてもよい。
なお、上述したように、式6は、傾斜角Tと速度Vと旋回半径Rとの対応関係を示し、式7は、旋回半径Rと車輪角AFとの対応関係を示している。これらの式6、7を総合すれば、傾斜角Tと速度Vと車輪角AFとの対応関係が特定される。ハンドル角と第1目標傾斜角T1との対応関係は、傾斜角Tと速度Vと車輪角AFとの対応関係を通じて、ハンドル角と車輪角AFとを対応付けている、ということができる(ここで、車輪角AFは、速度Vに依存して変化し得る)。
主制御部100(図9)は、傾斜角Tが第1目標傾斜角T1となるようにリーンモータ25を制御するための指示を、リーンモータ制御部102に供給する。リーンモータ制御部102は、指示に従って、傾斜角Tが第1目標傾斜角T1になるように、リーンモータ25を駆動する。これにより、車両10の傾斜角Tが、ハンドル角に対応付けられた第1目標傾斜角T1に、変更される。本実施例では、リーンモータ制御部102は、傾斜角Tと第1目標傾斜角T1との差を用いるリーンモータ25のフィードバック制御を行う。例えば、いわゆるPID(Proportional Integral Derivative)制御が行われる。この制御により、傾斜角Tと第1目標傾斜角T1との差の絶対値が大きい場合に、リーンモータ25のトルクの大きさが大きくなり、傾斜角Tは、第1目標傾斜角T1に近づく。主制御部100とリーンモータ制御部102との全体は、車体90を傾斜させるリンク機構30とリーンモータ25とを制御する傾斜制御部として、機能する(傾斜制御部190とも呼ぶ)。
S140では、制御装置110は、前輪支持装置41を制御する処理を、実行する。図11は、制御装置110のうち、前輪支持装置41(具体的には、操舵モータ65)の制御に関連する部分のブロック図である。本実施例では、制御装置110は、車輪角AFが、後述する目標車輪角AFt1に近づくように、車輪角AFと目標車輪角AFt1との差dAFを用いる操舵モータ65のフィードバック制御を行う。具体的には、PID(Proportional Integral Derivative)制御が行われる。この制御により、差dAFの絶対値が大きい場合に、操舵モータ65のトルクの大きさが大きくなり、車輪角AFは、目標車輪角AFt1に近づく。このように、目標車輪角AFt1は、前輪12Fの方向D12の目標の方向を示している。また、制御装置110は、いわゆるステアリングダンパのように、車輪角AFの急な変化を抑制する制御も行う。
このように、主制御部100と操舵モータ制御部103との全体は、操舵モータ65のトルクを制御する回動制御部として、機能する(回動制御部170とも呼ぶ)。また、図1、図9の符号180は、前輪12Fを支持する回動輪支持部180を示している。回動輪支持部180は、前輪12Fを回転可能に支持する支持部材の例である前フォーク17と、前フォーク17を左右に回動可能に支持する軸受68と、前フォーク17を左右に回動させるトルクを前フォーク17に印加する操舵モータ65と、操舵モータ65のトルクを制御する回動制御部170と、接続部50と、を含んでいる。
図11に示すように、操舵モータ制御部103は、第1加算点310と、Pゲイン制御部315と、P制御部320と、I制御部330と、Dゲイン制御部335と、D制御部340と、第1ゲイン制御部344と、一階微分制御部347と、第2ゲイン制御部360と、二階微分制御部365と、第2加算点390と、電力制御部103cと、を含んでいる。処理部310、315、320、330、335、340、344、347、360、365、390は、操舵モータ制御部103のプロセッサ103pによって実現される。また、電力制御部103cは、操舵モータ65にバッテリ120からの電力を供給する電気回路(例えば、インバータ回路)を用いて、実現される。以下、操舵モータ制御部103が、処理部310、315、320、330、335、340、344、347、360、365、390、103cとして処理を実行することを、処理部310、315、320、330、335、340、344、347、360、365、390、103cが処理を実行する、とも表現する。
図12は、操舵モータ65を制御する処理の例を示すフローチャートである。この処理は、図10のS140の処理の例を示している。S200では、主制御部100は、車速センサ122とハンドル角センサ123と車輪角センサ124とから、車速Vを示す情報とハンドル角Aiを示す情報と車輪角AFを示す情報とを、それぞれ取得する。S210では、主制御部100は、第1目標車輪角AFt1を決定する。第1目標車輪角AFt1は、ハンドル角Aiと車速Vとに応じて決定される。第1目標車輪角AFt1とハンドル角Aiと車速Vとの対応関係を表す情報は、主制御部100(図9)の不揮発性記憶装置100nに格納されているマップデータMAFによって、予め、決められている。主制御部100は、このマップデータMAFを参照し、参照したデータによって予め決められた対応関係に従って、ハンドル角Aiと車速Vとの組み合わせに対応する第1目標車輪角AFt1を特定する。
なお、本実施例では、ハンドル角Aiと車速Vと第1目標車輪角AFt1との対応関係は、図10のS130でハンドル角Aiを用いて特定される第1目標傾斜角T1と、車速Vと、上記の式6、式7とを用いて特定される車輪角AFと、の対応関係と同じである。従って、同じ第1目標車輪角AFt1は、第1目標傾斜角T1と車速Vとを用いて、特定可能である。例えば、マップデータMAFは、第1目標傾斜角T1と車速Vとの組み合わせと、第1目標車輪角AFt1と、の対応関係を規定してよい。そして、主制御部100は、第1目標傾斜角T1と車速Vとを用いて、第1目標車輪角AFt1を特定してよい。
S220(図12)では、操舵モータ制御部103(図11)の第1加算点310は、主制御部100から第1目標車輪角AFt1を表す情報と車輪角AFを表す情報とを取得する。そして、第1加算点310は、第1目標車輪角AFt1から車輪角AFを引いて得られる差dAFを示す情報を、P制御部320とI制御部330とD制御部340とに、出力する。以下、第1目標車輪角AFt1と車輪角AFとの差dAFを、車輪角差dAFとも呼ぶ。
S230では、Pゲイン制御部315は、主制御部100から車速Vを示す情報を取得し、車速Vを用いてPゲインKpを決定する。本実施例では、車速VとPゲインKpとの対応関係は、予め決められている(詳細は、後述する)。S235では、P制御部320は、車輪角差dAFとPゲインKpとを用いて、比例項Vpを決定する。比例項Vpの決定方法は、PID制御の比例項を決定するための公知の方法であってよい。例えば、車輪角差dAFにPゲインKpを乗じて得られる値が、比例項Vpとして出力される。
S240では、I制御部330は、車輪角差dAFとIゲインKiとを用いて、積分項Viを決定する。本実施例では、IゲインKiは、予め決められている。積分項Viの決定方法は、PID制御の積分項を決定するための公知の方法であってよい。例えば、車輪角差dAFの積分値にIゲインKiを乗じて得られる値が、積分項Viとして出力される。車輪角差dAFを積分するための時間幅は、予め決められていてよく、また、他のパラメータ(例えば、IゲインKi)に基づいて、決定されてよい。
S245では、Dゲイン制御部335は、主制御部100から車速Vを示す情報を取得し、車速Vを用いてDゲインKdを決定する。本実施例では、車速VとDゲインKdとの対応関係は、予め決められている(詳細は、後述する)。S250では、D制御部340は、車輪角差dAFとDゲインKdとを用いて、微分項Vdを決定する。微分項Vdの決定方法は、PID制御の微分項を決定するための公知の方法であってよい。例えば、車輪角差dAFの微分値にDゲインKdを乗じて得られる値が、微分項Vdとして出力される。車輪角差dAFの微分値を特定するための時間差は、予め決められていてよく、これに代えて、他のパラメータ(例えば、DゲインKd)に基づいて決定されてよい。
なお、比例項Vpを決定するための処理S230、S235と、積分項Viを決定するための処理S240と、微分項Vdを決定するための処理S245、S250とは、並列に実行される。
S260では、第1ゲイン制御部344は、主制御部100から車輪角AFを示す情報を取得し、車輪角AFの変化速度Vafを算出する。車輪角AFの変化速度Vafは、前輪12Fの左右の回動の角速度を示している(以下、角速度Vafとも呼ぶ)。変化速度Vafの算出方法は、パラメータの変化速度を算出するための公知の方法であってよい。例えば、第1ゲイン制御部344は、現時点の車輪角AFから過去の時点の車輪角AFを減算して得られる差を、変化速度Vafとして採用してよい。現時点と過去の時点との間の時間差は、予め決められていてよく、これに代えて、他のパラメータに基づいて決定されてよい。第1ゲイン制御部344は、変化速度Vafを用いて、第1ゲインKd1を決定する。前輪12Fが、隆起や凹部などの道路の高さが急に変化する部分に接触する場合、車輪角AFは、急に変化し得る。道路の平坦ではない部分に起因する車輪角AFの変化の方向は、左方向であり得、また、右方向であり得る。そして、変化速度Vafの大きさは、ハンドル41aの操作に応じて車輪角AFが変化する場合には通常は生じないほどの大きさまで、大きくなり得る。詳細については後述するが、変化速度Vafの大きさが過度に大きい場合に(例えば、変化速度Vafの大きさが、基準を超える場合に)、第1ゲインKd1は、大きい値に設定される。一方、変化速度Vafの大きさが、適切な小さい範囲内である場合(例えば、変化速度Vafの大きさが、基準以下である場合)、第1ゲインKd1は、小さい値に設定される。本実施例では、変化速度Vafと第1ゲインKd1との対応関係は、予め決められている。
S265では、一階微分制御部347は、車輪角AFと第1ゲインKd1とを用いて、一階微分項Vd1を決定する。一階微分項Vd1の決定方法は、PID制御の微分項を決定するための公知の方法であってよい。例えば、車輪角AFの微分値に第1ゲインKd1を乗じて得られる値が、一階微分項Vd1として出力される。車輪角AFの微分値を特定するための時間差は、予め決められていてよく、これに代えて、他のパラメータ(例えば、第1ゲインKd1)に基づいて決定されてよい。
S270では、第2ゲイン制御部360は、主制御部100から車輪角AFを示す情報を取得し、車輪角AFの角加速度Aafを算出する。角加速度Aafの算出方法は、パラメータの変化の加速度を算出するための公知の方法であってよい。例えば、第2ゲイン制御部360は、現時点の角速度Vafから過去の時点の角速度Vafを減算して得られる差を、角加速度Aafとして採用してよい。現時点と過去の時点との間の時間差は、予め決められていてよく、これに代えて、他のパラメータに基づいて決定されてよい。角速度Vafの算出方法は、S260での角速度Vafの算出方法と同じであってよい。第2ゲイン制御部360は、角加速度Aafを用いて、第2ゲインKd2を決定する。第1ゲインKd1(S260)と同様に、第2ゲインKd2は、角加速度Aafの大きさが過度に大きい場合に(例えば、角加速度Aafの大きさが、基準を超える場合に)、大きい値に設定される。一方、角加速度Aafの大きさが、適切な小さい範囲内である場合(例えば、角加速度Aafの大きさが、基準以下である場合)、第2ゲインKd2は、小さい値に設定される。本実施例では、角加速度Aafと第2ゲインKd2との対応関係は、予め決められている。
S275では、二階微分制御部365は、車輪角AFと第2ゲインKd2とを用いて、二階微分項Vd2を決定する。二階微分項Vd2の決定方法は、PID制御の微分項を決定するための公知の方法を、車輪角AFの一階微分に代えて車輪角AFの二階微分を用いるように修正して得られる方法であってよい。例えば、車輪角AFの二階微分値に第2ゲインKd2を乗じて得られる値が、二階微分項Vd2として出力される。車輪角AFの二階微分値を特定する方法は、PID制御の微分項を決定する方法における微分値の特定方法と同様の方法であってよい。例えば、現時点の車輪角AFの微分値から過去の時点の車輪角AFの微分値を減算して得られる差が、二階微分値として採用されてよい。二階微分値を特定するための時間差は、予め決められていてよく、これに代えて、他のパラメータ(例えば、第2ゲインKd2)に基づいて決定されてよい。
なお、PID制御のためのS210~S250の処理と、一階微分項Vd1のためのS260、S265の処理と、二階微分項Vd2のためのS270、S275の処理とは、並列に実行される。
S280では、第2加算点390は、制御部320、330、340、347、365から、項Vp、Vi、Vd、Vd1、Vd2を表す情報を、それぞれ取得する。そして、第2加算点390は、これらの項Vp、Vi、Vd、Vd1、Vd2の合計である駆動制御値Vcを特定し、駆動制御値Vcを示す情報を、電力制御部103cに出力する。S290では、電力制御部103cは、制御値Vcに従って、操舵モータ65に供給される電力を制御する。電力の大きさ(すなわち、操舵モータ65のトルクの大きさ)は、制御値Vcの絶対値が大きいほど、大きい。
後述するように、車輪角AFの変化が緩やかである場合(すなわち、角速度Vafの大きさと角加速度Aafの大きさとが小さい場合)、第1ゲインKd1と第2ゲインKd2とが小さいので、一階微分項Vd1と二階微分項Vd2とは、ゼロに近い。この場合、制御値Vcは、車輪角差dAFを用いて決定される項Vp、Vi、Vdの合計と、おおよそ同じである。そして、制御値Vcに基づいて生じる操舵モータ65のトルクの向きは、車輪角AFを第1目標車輪角AFt1に近づける向きである。
車輪角AFが急に変化する場合、変化速度Vafの大きさが過度に大きくなり得る。この場合、後述するように第1ゲインKd1が大きいので、一階微分項Vd1の大きさも大きい。本実施例では、第1ゲインKd1は、一階微分項Vd1の大きさが他の項Vp、Vi、Vdの大きさよりも十分に大きくなるように、設定され得る。そして、制御値Vcは、一階微分項Vd1と、おおよそ同じであり得る。この場合、制御値Vcに基づいて生じる操舵モータ65のトルクの向きは、車輪角AFの微分の大きさ、すなわち、変化速度Vafの大きさを小さくする向きである。操舵モータ65のこのようなトルクは、いわゆるステアリングダンパと同様に、操舵角の急な変化を抑制する。
車輪角AFが急に変化する場合、変化速度Vafの大きさに加えて、角加速度Aafの大きさも過度に大きくなり得る。この場合、後述するように第2ゲインKd2が大きいので、二階微分項Vd2の大きさも大きい。二階微分項Vd2によって示される操舵モータ65のトルクの方向は、車輪角AFの二階微分の大きさ、すなわち、角加速度Aafの大きさ(具体的には、角加速度Aafの絶対値)を小さくする方向である。角加速度Aafの大きさが小さくなる場合、角速度Vafの変化は、抑制される。このように、二階微分項Vd2は、角速度Vafの変化を、抑制する。道路の凹凸などによって車輪角AFが急に変化し始めた場合に、角速度Vafの大きさが急に増大する。二階微分項Vd2は、角速度Vafの大きさの急な増大を抑制するトルクを、操舵モータ65に出力させ得る。このようなトルクは、角速度Vafの大きさの急な増大、ひいては、車輪角AFの急な変化を、抑制する。
このように、制御値Vcは、操舵モータ65のトルクを示している。制御値Vcは、例えば、操舵モータ65に供給すべき電流の向きと大きさとを示している。S280では、操舵モータ制御部103(具体的には、第2加算点390)は、操舵モータ65のトルクを、決定しているといえる。また、各項Vp、Vi、Vd、Vd1、Vd2は、いずれも、駆動制御値Vcの一部を形成している。従って、各項Vp、Vi、Vd、Vd1、Vd2も、操舵モータ65のトルクを制御するための制御値の一種である、といえる。
以上により、図12の処理、すなわち、図10のS140の処理が、終了する。制御装置110は、図10の処理を繰り返し実行する。S130、S140を実行するための条件が満たされる場合(S110:No)、制御装置110は、S130の傾斜角Tの制御と、S140の車輪角AFの制御を、継続して行う。この結果、車両10は、ハンドル角Aiに適した進行方向に向かって、走行する。
図13(A)は、車速VとPゲインKpとの予め決められた対応関係を示すグラフである。横軸は、車速Vを示し、縦軸は、PゲインKpを示している。図示するように、予め決められた基準速度Vth以下の車速Vの範囲である第1範囲RV1では、車速Vがゼロから基準速度Vthへ変化する場合に、PゲインKpは、予め決められたゲインKpm(Kpm>ゼロ)から、ゼロに近い値へ、おおよそ直線的に変化する。そして、PゲインKpは、車速Vの変化に対して、滑らかに変化している。基準速度Vthを超える車速Vの範囲である第2範囲RV2(本実施例では、基準速度Vthより大きく、車両10の予め決められた最高速度Vm以下の範囲)では、PゲインKpは、車速Vの増大に応じて、緩やかに減少する。第2範囲RV2では、PゲインKpは、おおよそゼロである。ただし、PゲインKpは、ゼロよりも大きい。また、第2範囲RV2では、第1範囲RV1と比べて、車速Vの変化に対するPゲインKpの変化の割合は、小さい。このように、車速Vが速いほど、PゲインKpは小さくなる。また、第2範囲RV2では、車速Vに拘わらずに、PゲインKpは、ゼロに近い。一方、第1範囲RV1では、PゲインKpは、第2範囲RV2でのPゲインKpと比べて、大幅に大きな値になり得る。
図12のS230では、Pゲイン制御部315は、PゲインKpを、このような対応関係によって車速Vに対応付けられるPゲインKpに、決定する。速度VとPゲインKpとの対応関係は、不揮発性記憶装置103n(図9)に予め格納されているマップデータMpによって、予め、決められている。Pゲイン制御部315は、マップデータMpを参照して、車速Vに対応付けられたPゲインKpを特定する。
図13(B)は、車速VとDゲインKdとの予め決められた対応関係を示すグラフである。横軸は、車速Vを示し、縦軸は、DゲインKdを示している。図示するように、DゲインKdは、PゲインKp(図13(A))と同様に、車速Vに応じて変化する。具体的には、基準速度Vth以下の第1範囲RV1では、車速Vがゼロから基準速度Vthへ変化する場合に、DゲインKdは、予め決められたゲインKdm(Kdm>ゼロ)から、ゼロに近い値へ、おおよそ直線的に変化する。基準速度Vthを超える第2範囲RV2では、DゲインKdは、車速Vの増大に応じて、緩やかに減少する。第2範囲RV2では、DゲインKdは、おおよそゼロである。ただし、DゲインKdは、ゼロよりも大きい。図12のS245では、Dゲイン制御部335は、DゲインKdを、このような対応関係によって車速Vに対応付けられるDゲインKdに、決定する。車速VとDゲインKdとの対応関係は、不揮発性記憶装置103n(図9)に予め格納されているマップデータMdによって、予め、決められている。Dゲイン制御部335は、マップデータMdを参照して、車速Vに対応付けられたDゲインKdを特定する。
図13(C)は、車速Vと、車輪角差dAFの大きさdAFaと、操舵モータ65のトルクの大きさTQaと、の対応関係の例を示すグラフである。横軸は、車速Vを示し、縦軸は、車輪角差dAFの大きさdAFaを示している。車輪角差dAFの大きさdAFaは、車輪角差dAFの絶対値を示している(以下、角差大きさdAFaとも呼ぶ)。最大値dAFamは、角差大きさdAFaの取り得る最大値を示している。トルクの大きさTQaは、トルクの絶対値を示している(以下、トルク大きさTQaとも呼ぶ)。図13(C)のグラフは、第1ゲインKd1(図12:S260)と第2ゲインKd2(S270)とが十分に小さい場合(すなわち、一階微分項Vd1(S265)と二階微分項Vd2(S275)とが十分に小さい場合)のグラフを示している。
図12のS280、S290で説明したように、トルク大きさTQaは、制御値Vcの絶対値が大きいほど、大きい。そして、第1ゲインKd1と第2ゲインKd2とが小さい場合、制御値Vcの絶対値は、項Vp、Vi、Vdの合計の絶対値が大きいほど、大きい。本実施例では、IゲインKiが小さい。車両10の走行中には、比例項Vpと微分項Vdとのそれぞれの絶対値は、積分項Viの絶対値を超えて、更に大きい値になり得る。そして、トルク大きさTQaは、主に、比例項Vpと微分項Vdとに基づいて、決まる。
図13(C)のグラフでは、車速Vと角差大きさdAFaとの組み合わせを示す領域は、5つの領域A1~A5に区分されている。これら5つの領域A1~A5は、トルク大きさTQaを、5段階に区切って示している。トルク大きさTQaの小さい順は、領域A1~A5順である。隣接する2つの領域の境界線L1~L4のそれぞれの形状は、車速Vがゼロから増大することに応じて、角差大きさdAFaもゼロから増大することを示している。実際には、トルク大きさTQaは、車速Vと角差大きさdAFaとの少なくとも一方の変化に応じて、滑らかに変化する。図示を省略するが、1つの領域内において、車速Vと角差大きさdAFaとの少なくとも一方が変化する場合、トルク大きさTQaも、変化する。
図示するように、いずれの角差大きさdAFaにおいても、車速Vの増大に応じて、トルク大きさTQaは、減少する。例えば、角差大きさdAFaが第1大きさdAFaxである場合、車速Vがゼロから増大すると、対応する領域は、領域A5~A1の順に変化する。車速Vの増大に対するトルク大きさTQaの減少は、車速Vの増大に対するPゲインKp(図13(A))の減少とDゲインKd(図13(B))の減少とに、対応している。
特に、図13(A)、図13(B)に示すように、車速Vが基準速度Vthを超える第2範囲RV2内では、車速Vが基準速度Vth以下である第1範囲RV1内とは異なり、PゲインKpとDゲインKdとは、ゼロに近い。従って、角差大きさdAFaが一定であるという条件下において、車速Vが基準速度Vthを超える場合、車速Vが基準速度Vth以下である場合と比べて、トルク大きさTQaは、とても小さくなる。例えば、図13(C)に示すように、小さいトルク大きさTQaに対応する領域A1、A2は、第2範囲RV2内では、第1範囲RV1内と比べて、角差大きさdAFaの大きい範囲に、拡がっている。また、図13(C)の領域A1~A5を区切る境界線L1~L4の傾き(すなわち、車速Vの変化に対する角差大きさdAFaの変化の割合)は、第2範囲RV2内では、第1範囲RV1内と比べて、大幅に大きい。特に、大きなトルク大きさTQaに対応する領域A3、A4、A5を区切る境界線L3、L4の傾きは、第2範囲RV2内において、第1範囲RV1内と比べて、大幅に大きい。
また、いずれの車速Vにおいても、角差大きさdAFaの増大に応じて、トルク大きさTQaは、増大する。例えば、車速Vが、第1車速Vxである場合、角差大きさdAFaがゼロから増大すると、対応する領域は、領域A1~A5の順に変化する。角差大きさdAFaの増大に対するトルク大きさTQaの増大は、角差大きさdAFaの増大に対する比例項Vpの大きさ(すなわち、比例項Vpの絶対値)の増大に、対応している(図12:S235)。
操舵モータ65が、このようなトルク大きさTQaのトルクを出力する場合、車両10は、以下のように制御される。車速Vが基準速度Vthを超える場合、操舵モータ65のトルク大きさTQaが小さいので、ハンドル角とは独立な前輪12Fの自由な回動が、許容される。例えば、図13(C)の2つの領域A1、A2内のトルク大きさTQaは、ハンドル角とは独立な前輪12Fの自由な回動を、許容する。このように、車速Vが速い場合にトルク大きさTQaが小さくなるように、PゲインKpとDゲインKdとが設定される理由は、以下の通りである。
車速Vが速い場合、種々の要因によって、前輪12Fの向きは、車体90の傾斜に追随して容易に変化できる。例えば、図8で説明したように、前輪12Fの方向は、回転する前輪12Fの角運動量に起因して、車体90の傾斜に追随して変化する。従って、前輪12Fの角運動量が大きいほど、すなわち、車速Vが速いほど、前輪12Fの向きは、車体90の傾斜に追随して容易に変化できる。本実施例では、車速Vが基準速度Vthを超える場合には、操舵モータ65のトルク大きさTQaが小さいので、車輪12Fの方向は、ハンドル41aの操作量に拘わらずに、左右に回動可能である。この場合、前輪12Fは、式6で表される旋回半径Rと、式7と、から特定される車輪角AFの方向に、自然に、回動する。前輪12Fの回動は、傾斜角Tの変更開始の後に、自然に始まる。すなわち、車輪角AFは、車体90の傾斜に追随して変化する。このように、車輪角AFは傾斜角Tに適した角度に近づくので、走行安定性が向上する。なお、基準速度Vthは、図10のS140で、前輪12Fの方向D12が傾斜角Tに適した方向を向くことができるように、予め、実験的に決定される(例えば、基準速度Vthは、時速20km)。
また、車速Vが基準速度Vthを超える場合であっても、角差大きさdAFaが大きい場合には、トルク大きさTQaも大きくなる。この結果、角差大きさdAFaが大きい場合には、操舵モータ65のトルクは、前輪12Fの自由な回動を抑制し、そして、前輪12Fの方向D12を、目標の方向(ここでは、目標車輪角AFt1に対応する方向)に近づくように、制御する。例えば、車両10が雪道や冠水した道を走行する場合、前輪12Fの方向D12は、雪や水の抵抗によって、変化しにくい。この結果、角差大きさdAFaが、大きくなり得る。また、走行中の車両10が横風を受ける場合、車両10が風下に移動することによって、角差大きさdAFaが大きくなり得る。このような場合に、操舵モータ65のトルクは、前輪12Fの方向D12を、目標の方向に近づくように、制御する。例えば、図13(C)の3つの領域A3、A4、A5内のトルク大きさTQaは、前輪12Fの方向D12を、目標の方向に近づくように、制御する。この結果、車輪角AFが傾斜角Tに適した第1目標車輪角AFt1に近づくので、走行安定性が向上する。
車速Vが基準速度Vth以下である場合、操舵モータ65のトルク大きさTQaが大きい。また、操舵モータ65のトルクは、前輪12Fの方向D12を目標の方向(ここでは、目標車輪角AFt1に対応する方向)に近づけるトルクに、設定される。これにより、車輪角AFは、目標車輪角AFt1に近づき、前輪12Fの方向は、目標の方向に近づく。この結果、前輪12Fの方向D12が、ハンドル41aの操作量に適した方向からずれることが抑制されるので、走行安定性が向上する。
また、車速Vが基準速度Vth以下である場合、トルク大きさTQaは、車速Vが速いほど、小さくなる。これにより、車速Vが第1範囲RV1と第2範囲RV2との間で変化する場合に、トルク大きさTQaの急な変化が抑制されるので、走行安定性が、向上する。また、車速Vが遅い場合には、トルク大きさTQaが大きいので、操舵モータ65のトルクは、前輪12Fの方向D12を、目標の方向(ここでは、目標車輪角AFt1に対応する方向)に近づくように、制御する。この結果、車輪角AFが傾斜角Tに適した第1目標車輪角AFt1に近づくので、走行安定性が向上する。
図13(D)は、車輪角AFの変化速度Vafの大きさVafaと第1ゲインKd1との予め決められた対応関係を示すグラフである。横軸は、変化速度Vafの大きさVafaを示し、縦軸は、第1ゲインKd1を示している。変化速度Vafの大きさVafaは、変化速度Vaf(すなわち、角速度Vaf)の絶対値を示している(以下、角速度大きさVafaとも呼ぶ)。図示するように、予め決められた基準変化速度Vaft以下の角速度大きさVafaの範囲である第1範囲RVa1では、第1ゲインKd1は、比較的小さいゲインに維持される(なお、Kd1>0)。角速度大きさVafaが基準変化速度Vaftより小さい値から基準変化速度Vaftより大きな値に変化すると、第1ゲインKd1は、角速度大きさVafaの増大に対して大きく増大する。そして、基準変化速度Vaftを超える角速度大きさVafaの範囲である第2範囲RVa2では、第1ゲインKd1は、比較的大きなゲインに、維持される。図12のS260では、第1ゲイン制御部344は、第1ゲインKd1を、このような対応関係によって変化速度Vafに対応付けられるゲインKd1に、決定する。変化速度Vaf(ここでは、大きさVafa)と第1ゲインKd1との対応関係は、不揮発性記憶装置103n(図9)に予め格納されているマップデータMd1によって、予め、決められている。第1ゲイン制御部344は、マップデータMd1を参照して、変化速度Vafに対応付けられた第1ゲインKd1を特定する。
図13(E)は、車輪角AFの角速度Vafの大きさVafaと、トルク大きさTQ1と、の対応関係の例を示すグラフである。横軸は、角速度大きさVafaを示し、縦軸は、トルク大きさTQ1を示している。このトルク大きさTQ1は、一階微分項Vd1によって示される操舵モータ65のトルクの大きさを示している。車輪角AFが目標車輪角AFt1と同じである状態(すなわち、車輪角差dAFがゼロである状態)では、PID制御による項Vp、Vi、vdがおおよそゼロであるので、操舵モータ65のトルクの大きさは、トルク大きさTQ1とおおよそ同じであり得る。
図示するように、角速度大きさVafaが基準変化速度Vaft以下の第1範囲RVa1内である場合には、トルク大きさTQ1は、比較的小さい値である。図13(D)で説明したように、この第1範囲RVa1内では、第1ゲインKd1は、小さい値に維持されているので、トルク大きさTQ1は、角速度大きさVafaの増大に対して、緩やかに増大する。
角速度大きさVafaが基準変化速度Vaftより小さい値から基準変化速度Vaftより大きな値に変化すると、トルク大きさTQ1は、角速度大きさVafaの増大に対して大きく増大する。トルク大きさTQ1のこのような変化は、角速度大きさVafaの増大に対する第1ゲインKd1(図13(D))の増大に、対応している。そして、角速度大きさVafaが基準変化速度Vaftを超える第2範囲RVa2では、トルク大きさTQ1は、角速度大きさVafaの増大に応じて、増大する。
このように、角速度大きさVafaが大きい場合には、トルク大きさTQ1が大きくなる。従って、道路の凹凸などによって前輪12Fの進行方向D12が意図せず急に変化し始めた場合に、操舵モータ65は、大きなトルクによって、前輪12Fの方向D12の急な変化を抑制できる。特に、第1ゲイン制御部344(図11)と一階微分制御部347とは、車輪角差dAFではなく、車輪角AFを用いて、制御を行う。従って、一階微分制御部347によって決定される一階微分項Vd1は、目標車輪角AFt1と車輪角AFとの間の差(すなわち、車輪角差dAF)に拘わらずに、いわゆるステアリングダンパのように車輪角AFの急な変化を抑制できる。この結果、車両10の走行安定性が、向上する。また、車両10から、ステアリングダンパを省略できる。
例えば、車両10が平らな道路上を走行している場合、ハンドル41aが左方向に回動されたことに応じて、前輪12Fの方向D12は、左方向に回動する。前輪12Fの方向D12が左方向に回動している最中に、前輪12Fが道路の隆起に接触する場合、前輪12Fの方向D12は、左方向に向かって急に変化し得る。この場合、車輪角AFの変化速度Vafは、左方向の大きな変化速度を示している。一階微分制御部347の一階微分項Vd1に基づいて生じる操舵モータ65のトルクの向きは、変化速度Vafの大きさを小さくする方向であり、ここでは、右方向である。このようなトルクによって、前輪12Fの方向D12が左方向に向かって急に変化することが、抑制される。例えば、前輪12Fの方向D12が、目標の方向(ここでは、目標車輪角AFt1に対応する方向)を超えて、更に左方向に回動することが、抑制される。
なお、前輪12Fの方向D12は、隆起に起因して右方向に向かって急に変化し得る。この場合、一階微分項Vd1に基づいて生じる操舵モータ65のトルクの向きは、左方向である。このようなトルクによって、前輪12Fの方向D12が右方向に向かって急に変化することが、抑制される。
前輪12Fが道路の隆起を通り過ぎた後には、車輪角AFの変化速度Vafの大きさVafaは、再び小さい値に戻る。この結果、第1ゲインKd1(図13(D))は、小さい値に設定される。そして、制御部320、330、340(図11)によるPID制御によって、車輪角AFが目標車輪角AFt1に近づくように、操舵モータ65のトルクが制御される。
なお、基準変化速度Vaftは、ユーザによるハンドル41aの通常の操作によって角速度大きさVafaが取り得る値よりも、大きな値に、設定される。このような基準変化速度Vaftは、実験的に決定されてよい。
図14(A)は、車輪角AFの角加速度Aafの大きさAafaと第2ゲインKd2との予め決められた対応関係を示すグラフである。横軸は、角加速度Aafの大きさAafaを示し、縦軸は、第2ゲインKd2を示している。角加速度Aafの大きさAafaは、角加速度Aafの絶対値を示している(以下、角加速度大きさAafaとも呼ぶ)。図示するように、予め決められた基準角加速度Aaft以下の角加速度大きさAafaの範囲である第1範囲RAa1では、第2ゲインKd2は、比較的小さいゲインに維持される(なお、Kd2>0)。角加速度大きさAafaが基準角加速度Aaftより小さい値から基準角加速度Aaftより大きな値に変化すると、第2ゲインKd2は、角加速度大きさAafaの増大に対して大きく増大する。そして、基準角加速度Aaftを超える角加速度大きさAafaの範囲である第2範囲RAa2では、第2ゲインKd2は、比較的大きなゲインに、維持される。図12のS270では、第2ゲイン制御部360は、第2ゲインKd2を、このような対応関係によって角加速度Aafに対応付けられるゲインKd2に、決定する。角加速度Aaf(ここでは、大きさAafa)と第2ゲインKd2との対応関係は、不揮発性記憶装置103n(図9)に予め格納されているマップデータMd2によって、予め、決められている。第2ゲイン制御部360は、マップデータMd2を参照して、角加速度Aafに対応付けられた第2ゲインKd2を特定する。
図14(B)は、車輪角AFの角加速度Aafの大きさAafaと、トルク大きさTQ2と、の対応関係の例を示すグラフである。横軸は、角加速度大きさAafaを示し、縦軸は、トルク大きさTQ2を示している。このトルク大きさTQ2は、二階微分項Vd2によって示される操舵モータ65のトルクの大きさを示している。
図示するように、角加速度大きさAafaが基準角加速度Aaft以下の第1範囲RAa1内である場合には、トルク大きさTQ2は、比較的小さい値である。図14(A)で説明したように、この第1範囲RAa1内では、第2ゲインKd2は、小さい値に維持されているので、トルク大きさTQ2は、角加速度大きさAafaの増大に対して、緩やかに増大する。
角加速度大きさAafaが基準角加速度Aaftより小さい値から基準角加速度Aaftより大きな値に変化すると、トルク大きさTQ2は、角加速度大きさAafaの増大に対して大きく増大する。トルク大きさTQ2のこのような変化は、角加速度大きさAafaの増大に対する第2ゲインKd2(図14(A))の増大に、対応している。そして、角加速度大きさAafaが基準角加速度Aaftを超える第2範囲RAa2では、トルク大きさTQ2は、角加速度大きさAafaの増大に応じて、増大する。
このように、角加速度大きさAafaが大きい場合には、トルク大きさTQ2が大きくなる。従って、道路の凹凸などによって前輪12Fの進行方向D12が意図せず急に変化し始めた場合に、操舵モータ65は、大きなトルクによって、前輪12Fの方向D12の急な変化を抑制できる。特に、第2ゲイン制御部360(図11)と二階微分制御部365とは、車輪角差dAFではなく、車輪角AFを用いて、制御を行う。従って、二階微分項Vd2は、一階微分項Vd1と同様に、車輪角差dAFに拘わらずに、いわゆるステアリングダンパのように車輪角AFの急な変化を抑制できる。
また、車輪角AFが急に変化する場合、角加速度大きさAafaは、角速度大きさVafaが大きくなるよりも先に、大きくなり得る。すなわち、角加速度大きさAafaは、車輪角AFが変化し始めた段階で、基準角加速度Aaftを超え得る。従って、第2ゲインKd2、ひいては、二階微分項Vd2は、車輪角AFが変化し始めた段階で、大きな値になり得る。これにより、操舵モータ65は、二階微分項Vd2に対応するトルクを出力することによって、車輪角AFが変化し始めた段階で、車輪角AFの変化を抑制できる。
また、角加速度大きさAafaは、角速度大きさVafaが小さくなる場合にも、大きくなり得る。例えば、一階微分項Vd1に対応するトルクよって角速度大きさVafaが低減する場合に、角加速度大きさAafaは、増大し得る。このような角加速度大きさAafaの増大に応じて、二階微分項Vd2が増大する。この場合、二階微分項Vd2に対応するトルクの方向は、角速度大きさVafaの低減を抑制する方向である。このように、二階微分項Vd2は、一階微分項Vd1による車輪角AFの急な変化を抑制できる。
車輪角AFの変化が小さくなった場合、角速度Vafと角加速度Aafとが小さくなる。これにより、一階微分項Vd1と二階微分項Vd2とが小さくなる。この状態では、制御値Vcは、車輪角AFを目標車輪角AFt1に近づけるための項Vp、Vi、vdの合計と、おおよそ同じである。そして、操舵モータ65のトルクは、前輪12Fの方向を目標の方向に近づけるように、制御される。
図10のS110で、「走行モードが「リバース」と「パーキング」とのいずれかである」という条件が満たされる場合(S110:Yes)、制御装置110は、S170、S180の処理を実行する。
S170の処理は、S130の処理と、同じである。主制御部100は、ハンドル角に対応付けられた第1目標傾斜角T1を特定する。主制御部100は、傾斜角Tが第1目標傾斜角T1となるようにリーンモータ25を制御するための指示を、リーンモータ制御部102に供給する。リーンモータ制御部102は、指示に従って、傾斜角Tが第1目標傾斜角T1になるように、リーンモータ25を駆動する。これにより、傾斜角Tは、第1目標傾斜角T1に、制御される。
S180の処理は、PゲインKpが予め決められた値に設定される点を除いて、S140の処理と同じである。S180では、以下のように修正された図12の処理が、実行される。具体的には、S230では、Pゲイン制御部315(図11)は、PゲインKpを、予め決められたPゲインに設定する。このPゲインKpは、ハンドル角とは独立な前輪12Fの自由な回動を禁止し、操舵モータ65が前輪12Fの方向D12を制御するのに十分な大きさのゲインである。例えば、PゲインKpは、図13(A)のゲインKpmに設定される。図12の他のステップは、変更されず、図10のS140での対応するステップの処理と、同じである。これにより、S180では、操舵モータ65のトルクは、前輪12Fの方向D12を目標の方向(ここでは、目標車輪角AFt1に対応する方向)に近づけるトルクに、設定される。車輪角AFは、目標車輪角AFt1に近づき、前輪12Fの方向は、目標の方向に近づく。この結果、前輪12Fの方向D12が、ハンドル41aの操作量に適した方向からずれることが抑制されるので、走行安定性が向上する。なお、S180での車輪角AFの制御は、他の種々の制御であってよい。例えば、PゲインKpは、S140と同様に、決定されてよい。
S170、S180の処理が実行されたことに応じて、図10の処理が終了する。制御装置110は、図10の処理を繰り返し実行する。S170、S180を実行するための条件が満たされる場合(S110:Yes)、制御装置110は、S170の傾斜角Tの制御と、S180の車輪角AFの制御を、継続して行う。この結果、車両10は、ハンドル角Aiに適した進行方向に向かって、走行する。
図示を省略するが、主制御部100(図9)と駆動装置制御部101とは、アクセル操作量とブレーキ操作量とに応じて電気モータ51L、51Rを制御する駆動制御部として機能する。本実施例では、具体的には、アクセル操作量が増大した場合には、主制御部100は、電気モータ51L、51Rの出力パワーを増大させるための指示を、駆動装置制御部101に供給する。駆動装置制御部101は、指示に従って、出力パワーが増大するように、電気モータ51L、51Rを制御する。アクセル操作量が減少した場合には、主制御部100は、電気モータ51L、51Rの出力パワーを減少させるための指示を、駆動装置制御部101に供給する。駆動装置制御部101は、指示に従って、出力パワーが減少するように、電気モータ51L、51Rを制御する。
ブレーキ操作量がゼロよりも大きくなった場合には、主制御部100は、電気モータ51L、51Rの出力パワーを減少させるための指示を、駆動装置制御部101に供給する。駆動装置制御部101は、指示に従って、出力パワーが減少するように、電気モータ51L、51Rを制御する。なお、車両10は、全ての車輪12F、12L、12Rのうちの少なくとも1つの車輪の回転速度を摩擦によって低減するブレーキ装置を有することが好ましい。そして、ユーザがブレーキペダル46を踏み込んだ場合に、ブレーキ装置が、少なくとも1つの車輪の回転速度を低減することが好ましい。
以上のように、本実施例では、図10のS110の判断結果がNoである場合には、制御装置110は、車速Vに応じて、PゲインKpを調整している(S140)。ここで、S110の判断結果がNoであることは、通常は、車両10が前進していることを、示している。
また、図12のS210では、回動制御部170(図11)の主制御部100は、前輪12Fの目標の方向(すなわち、第1目標車輪角AFt1)を、ハンドル角Aiと第1目標傾斜角T1との少なくとも一方と、車速Vと、を含む制御パラメータを用いて、決定する。S230では、Pゲイン制御部315は、PゲインKpを決定し、S235では、P制御部320は、PゲインKpを用いて、比例項Vpを決定する。Pゲイン制御部315とP制御部320との全体は、比例項Vpを決定する決定部に対応する(比例項決定部321とも呼ぶ)。S240では、I制御部330は、積分項Viを決定する。I制御部330は、積分項Viを決定する決定部に対応する(積分項決定部331とも呼ぶ)。S245では、Dゲイン制御部335は、DゲインKdを決定し、S250では、D制御部340は、微分項Vdを決定する。Dゲイン制御部335とD制御部340との全体は、微分項Vdを決定する決定部に対応する(微分項決定部341とも呼ぶ)。上述したように、これらの項Vp、Vi、Vdは、いずれも、前輪12Fの方向D12を目標の方向(ここでは、目標車輪角AFt1に対応する方向)に近づけるための項である。図12のS280では、第2加算点390は、項Vp、Vi、Vdを用いて、操舵モータ65を制御するための駆動制御値Vcを決定する(本実施例では、項Vp、Vi、Vdに加えて、項Vd1、Vd2が用いられる)。そして、S290では、電力制御部103cは、制御値Vcに従って操舵モータ65に供給する電力を制御することによって、操舵モータ65のトルクを制御する。車両10が安定した状態で走行している場合、一階微分項Vd1(S265)の大きさと二階微分項Vd2(S275)の大きさとが小さいので、駆動制御値Vcは、おおよそ、項Vp、Vi、Vdの合計と同じである。従って、操舵モータ65のトルクの方向は、前輪12Fの方向を目標の方向に近づけるトルクの方向に、設定される。そして、図13(A)で説明したように、Pゲイン制御部315は、PゲインKpを、車速Vを用いて調整する。すなわち、比例項決定部321は、比例項Vpを、車速Vを用いて調整している。これにより、回動制御部170は、操舵モータ65のトルクを、車速Vに適したトルクに調整できるので、車両の走行安定性を向上できる。
また、図13(A)で説明したように、図10のS140(具体的には、図12のS230)では、比例項決定部321(図11)のPゲイン制御部315は、PゲインKpを、車速Vが速い場合に、車速Vが遅い場合と比べて、小さい値に設定する。図12のS235では、比例項決定部321のP制御部320は、車輪角差dAFとPゲインKpとを用いて、比例項Vpを決定する。そして、通常は、比例項Vpの絶対値が大きいほど、トルク大きさTQaも大きい。このように、PゲインKpは、車輪角AFと第1目標車輪角AFt1との間の差dAFの大きさdAFa(すなわち、前輪12Fの方向D12と目標の方向との差の大きさ)に対する操舵モータ65のトルク大きさTQaの割合を、示している。このように、比例項決定部321は、車輪角差dAFの大きさdAFaに対する比例項Vpによって示される操舵モータ65のトルクの大きさTQaの割合(すなわち、PゲインKp)が、車速Vが速い場合に、車速Vが遅い場合と比べて、小さくなるように、比例項Vpを決定している。車速Vが遅い場合には、PゲインKpが大きくなることによって、比例項Vpの絶対値が大きくなるので、操舵モータ65のトルクが大きくなる。これにより、前輪12Fの方向D12は、適切に、目標の方向に近づくことができる。また、車速Vが速い場合には、PゲインKpが小さくなることによって、比例項Vpの絶対値が小さくなるので、操舵モータ65のトルクが小さくなる。これにより、前輪12Fの方向D12は、車体90の傾斜の変化に追随して変化できる。以上により、車両の走行安定性を向上できる。また、上述したように、車速Vが速いほど、前輪12Fの向きは、車体90の傾斜に追随して容易に変化できる。従って、車速Vは速いほどPゲインKpが小さい値に設定される場合には、種々の車速Vにおいて、車両の良好な走行安定性は、維持される。
また、図13(A)に示すように、比例項決定部321のPゲイン制御部315は、PゲインKpを、車速Vの全体に亘って、滑らかに(すなわち、連続的に)変化させる。従って、車速Vの変化に応じて操舵モータ65のトルクが急に大きく変化することが抑制される。この結果、前輪12Fの方向D12の安定性が向上し、そして、走行安定性が向上する。
また、図11、図12で説明したように、比例項決定部321のP制御部320は、車輪角差dAF(すなわち、前輪12Fの方向D12と目標の方向との間の差)を用いて、フィードバック制御によって、比例項Vpを決定する。すなわち、操舵モータ65のトルクは、フィードバック制御される。これにより、回動制御部170は、操舵モータ65のトルクを、前輪12Fの方向D12を目標の方向に近づけるトルクに、適切に、設定できる。この結果、車両10の走行安定性を向上できる。
また、図12のS235で説明したように、比例項決定部321のP制御部320は、車輪角差dAF(すなわち、前輪12Fの方向D12と目標の方向との差の大きさ)に、PゲインKpを乗じることによって、比例項Vpを決定する。車輪角差dAFの絶対値である角差大きさdAFaが大きい場合には、角差大きさdAFaが小さい場合と比べて、比例項Vpの絶対値は、大きい。また、駆動制御値Vcの絶対値は、操舵モータ65のトルク大きさTQaを示している。駆動制御値Vcに含まれる比例項Vpの絶対値は、操舵モータ65のトルクのうち比例項Vpに起因する成分の大きさを示している。以上により、比例項決定部321のP制御部320は、角差大きさdAFaが大きい場合には、角差大きさdAFaが小さい場合と比べて、比例項Vpによって示される操舵モータ65のトルクの大きさが大きくなるように、比例項Vpを決定する。このような比例項Vpは、図13(C)に示すようなトルク大きさTQaを実現する。すなわち、角差大きさdAFa(すなわち、前輪12Fの方向D12と目標の方向との間の差)が大きい場合には、角差大きさdAFaが小さい場合と比べて、操舵モータ65のトルク大きさTQaは、大きくなる。これにより、前輪12Fの方向D12は、適切に、目標の方向に近づくことができるので、車両の走行安定性が、向上する。
特に、本実施例では、ゼロより大きい車速Vの全範囲に亘って、角差大きさdAFaが大きい場合に、角差大きさdAFaが小さい場合と比べて、トルク大きさTQaが大きい。そして、角差大きさdAFaが大きい場合(ここでは、角差大きさdAFaと車速Vとの組み合わせが、図13(C)の3つの領域A3~A5内にある場合)、トルク大きさTQaは、前輪12Fの自由な回動を抑制し、そして、前輪12Fの方向D12を目標の方向に近づける。これにより、角差大きさdAFaが大きい場合に、前輪12Fの方向D12は、適切に、目標の方向に近づくことができるので、車両の走行安定性が、向上する。
また、図12のS260では、回動制御部170(図11)の第1ゲイン制御部344は、第1ゲインKd1を決定し、S265では、一階微分制御部347は、第1ゲインKd1を用いて、一階微分項Vd1を決定する。このように、第1ゲイン制御部344と一階微分制御部347との全体は、一階微分項Vd1を決定する決定部に対応する(一階微分項決定部349とも呼ぶ)。上述したように、一階微分項Vd1は、前輪12Fの方向D12の角速度Vafの大きさである角速度大きさVafaを小さくするための項である。そして、図12のS280では、第2加算点390は、一階微分項Vd1を用いて、操舵モータ65を制御するための駆動制御値Vcを決定する(本実施例では、一階微分項Vd1に加えて、項Vp、Vi、Vd、Vd2が用いられる)。前輪12Fが、隆起や凹部などの道路の高さが急に変化する部分に接触し、そして、角速度大きさVafaが大きくなる場合、第1ゲインKd1が大きくなるので、一階微分項Vd1の絶対値が大きくなる。特に、前輪12Fの方向D12の角速度大きさVafaが大きい場合、一階微分項Vd1の絶対値は、他の項Vp、Vi、Vd、Vd2の絶対値よりも、大幅に大きくなり得る。この場合、駆動制御値Vcは、おおよそ、一階微分項Vd1と同じであり得る。そして、操舵モータ65は、変化速度Vafの大きさVafaを小さくする方向のトルクを出力する。これにより、前輪12Fの方向D12が急に大きく変化することが抑制されるので、車両の走行安定性を向上できる。
また、図12のS270では、回動制御部170(図11)の第2ゲイン制御部360は、第2ゲインKd2を決定し、S275では、二階微分制御部365は、第2ゲインKd2を用いて、二階微分項Vd2を決定する。このように、第2ゲイン制御部360と二階微分制御部365との全体は、二階微分項Vd2を決定する決定部に対応する(二階微分項決定部369とも呼ぶ)。上述したように、二階微分項Vd2は、前輪12Fの方向D12の角加速度Aafの大きさである角加速度大きさAafaを小さくするための項である。そして、図12のS280では、第2加算点390は、二階微分項Vd2を用いて、操舵モータ65を制御するための駆動制御値Vcを決定する(本実施例では、二階微分項Vd2に加えて、項Vp、Vi、Vd、Vd1が用いられる)。前輪12Fが、隆起や凹部などの道路の高さが急に変化する部分に接触し、そして、角加速度大きさAafaが大きくなる場合、第2ゲインKd2が大きくなるので、二階微分項Vd2の絶対値が大きくなる。特に、前輪12Fの方向D12が急に変化する場合、二階微分項Vd2の絶対値は、一階微分項Vd1の絶対値の増大よりも先に、増大し得る。この場合、操舵モータ65は、二階微分項Vd2によって示されるトルク、すなわち、角加速度Aafの大きさAafaを小さくする方向のトルクを出力する。これにより、前輪12Fの方向D12が急に大きく変化することが抑制されるので、車両の走行安定性を向上できる。
また、図1で説明したように、接続部50は、ハンドル41aと前フォーク17とに接続されており、ハンドル41aから前フォーク17へ、力を伝達できる。これにより、ユーザは、ハンドル41aを操作することによって、前輪12Fの方向D12を修正できるので、走行安定性が向上する。また、接続部50は、ハンドル41aに入力される操作量に拘わらず車体90の傾斜の変化に追随して前輪12Fの方向D12が変化することを許容する(本実施例では、第3部分53のバネ定数が、小さい)。従って、車輪角AFは傾斜角Tに適した角度に変化できるので、走行安定性が向上する。
B.変形例:
(1)車速VとPゲインKpとの対応関係は、図13(A)に示す対応関係に代えて、他の種々の対応関係であってよい。例えば、第1範囲RV1内において、PゲインKpは、車速Vの変化に対して、曲線を描くように変化してもよい。また、車速Vが基準速度Vthを超える場合のPゲインKpは、ゼロであってよい。また、PゲインKpは、図13(A)のグラフのように、車速Vに拘わらずに、ゼロよりも大きくてよい。この場合、前輪12Fの方向D12の安定性を向上できる。いずれの場合も、PゲインKpは、車速Vが大きい場合には、車速Vが小さい場合と比べて、小さい値に設定されることが好ましい。これにより、種々の車速Vにおいて、車両の走行安定性を向上できる。
(1)車速VとPゲインKpとの対応関係は、図13(A)に示す対応関係に代えて、他の種々の対応関係であってよい。例えば、第1範囲RV1内において、PゲインKpは、車速Vの変化に対して、曲線を描くように変化してもよい。また、車速Vが基準速度Vthを超える場合のPゲインKpは、ゼロであってよい。また、PゲインKpは、図13(A)のグラフのように、車速Vに拘わらずに、ゼロよりも大きくてよい。この場合、前輪12Fの方向D12の安定性を向上できる。いずれの場合も、PゲインKpは、車速Vが大きい場合には、車速Vが小さい場合と比べて、小さい値に設定されることが好ましい。これにより、種々の車速Vにおいて、車両の走行安定性を向上できる。
また、DゲインKdと車速Vとの対応関係は、図13(B)に示す対応関係に代えて、他の種々の対応関係であってよい。例えば、DゲインKdは、車速Vに拘わらず、ゼロよりも大きな一定値であってよい。この場合、DゲインKdは、ゼロに近い小さな値であることが、好ましい。また、DゲインKdは、車速Vに拘わらず、ゼロであってよい。すなわち、操舵モータ65の制御から、D制御が省略されてもよい。この場合、図11のDゲイン制御部335とD制御部340とが省略され、図12のS245、S250が省略されてよい。
また、IゲインKiは、図13(A)、図13(B)のPゲインKpとDゲインKdと同様に、車速Vが速いほど小さい値に、設定されてもよい。また、IゲインKiは、車速Vに拘わらず、ゼロよりも大きな一定値であってよい。この場合、IゲインKiは、ゼロに近い小さな値であることが、好ましい。また、操舵モータ65の制御から、I制御が省略されてもよい。この場合、図11のI制御部330が省略され、図12のS240が省略されてよい。
また、車速Vの第2範囲RV2において、PゲインKpとIゲインKiとDゲインKdとのそれぞれが、ゼロに設定されてもよい。すなわち、車速Vの第1範囲RV1内では、操舵モータ65のトルクが車輪角差dAFに応じて変化し、車速Vの第2範囲RV2内では、トルクがゼロに維持されてもよい。
いずれの場合も、車速Vが基準速度Vthを超える場合には、PゲインKpとDゲインKdとIゲインとは、操舵モータ65のトルクの大きさが以下のように小さくなるように、小さい値であることが好ましい。具体的には、角差大きさdAFaがゼロに近い一部の範囲内にあり、かつ、車輪角AFの変化速度Vafの大きさVafaがゼロに近い一部の範囲内にある場合に、操舵モータ65のトルク大きさTQaが、小さいことが好ましい。このように小さいトルク大きさTQaは、ハンドル41aの操作量に拘わらず前輪12Fが車体90の傾斜の変化に追随して車体90に対して左右に回動することを許容するような大きさである。
また、車速Vが基準速度Vth以下である場合には、PゲインKpとDゲインKdとIゲインとは、それぞれ、以下のような操舵モータ65のトルク大きさTQaの変化を実現することが好ましい。すなわち、車輪角差dAFが非ゼロの一定値である場合、トルク大きさTQaは、車速Vが速いほど小さくなる。そして、車速Vが変化する場合に、トルク大きさTQaは滑らかに変化する。トルク大きさTQaの上記のような変化を実現しつつ、操舵モータ65に車輪角AFを第1目標車輪角AFt1に近づけるトルクを出力させるためには、PゲインKpは、車速Vが速い場合に、車速Vが遅い場合と比べて、小さい値に設定されることが好ましい。そして、車速Vが変化する場合に、PゲインKpは、滑らかに変化することが好ましい。DゲインKdとIゲインとは、PゲインKp(図13(A))と同様に車速Vに応じて変化する値に設定されてよく、これに代えて、微分項Vdと積分項Viとが比例項Vpに比べて小さくなるように、十分に小さい値に設定されてよい。
また、第1ゲインKd1と前輪12Fの角速度Vafの大きさVafaとの対応関係は、図13(D)に示す対応関係に代えて、他の種々の対応関係であってよい。例えば、図13(D)のグラフにおける第1ゲインKd1の傾き(ここでは、角速度大きさVafaの変化量に対する第1ゲインKd1の変化量の割合)は、角速度大きさVafaが大きいほど、大きくてもよい。また、角速度大きさVafaの全範囲のうちの最も大きい一部の範囲において、第1ゲインKd1は、一定値に、維持されてもよい。また、図11の第1ゲイン制御部344と一階微分制御部347とが省略され、図12のS260、S265が省略されてもよい。
また、第2ゲインKd2と前輪12Fの角加速度Aafの大きさAafaとの対応関係は、図14(A)に示す対応関係に代えて、他の種々の対応関係であってよい。例えば、図14(A)のグラフにおける第2ゲインKd2の傾き(ここでは、角加速度大きさAafaの変化量に対する第2ゲインKd2の変化量の割合)は、角加速度大きさAafaが大きいほど、大きくてもよい。また、角加速度大きさAafaの全範囲のうちの最も大きい一部の範囲において、第2ゲインKd2は、一定値に、維持されてもよい。また、図11の第2ゲイン制御部360と二階微分制御部365とが省略され、図12のS270、S275が省略されてもよい。
このように、第2加算点390は、比例項Vpを含む1以上の制御値を用いて、駆動制御値Vcを決定してよい。駆動制御値Vcの決定に用いられる制御値は、比例項Vpのみであってよく、また、比例項Vpに加えて、項Vi、Vd、Vd1、Vd2から任意に選択された1個以上の項を含んでもよい。いずれの場合も、第2加算点390は、1以上の制御値の合計を、駆動制御値Vcとして算出してよい。
(2)図10のS140、S180で目標車輪角を特定する方法は、種々の方法であってよい。上述したように、ハンドル角Aiと車速Vと第1目標車輪角AFt1との対応関係は、図10のS130でハンドル角Aiを用いて特定される第1目標傾斜角T1と、車速Vと、上記の式6、式7とを用いて特定される車輪角AFと、の対応関係と同じである。従って、第1目標車輪角AFt1は、第1目標傾斜角T1と車速Vとの組み合わせを用いて、特定されてよい。例えば、マップデータMAFは、第1目標傾斜角T1と車速Vとの組み合わせと、第1目標車輪角AFt1と、の対応関係を定めてよく、主制御部100は、マップデータMAFを参照して、第1目標傾斜角T1と車速Vとの組み合わせに対応する第1目標車輪角AFt1を特定してよい。また、傾斜角Tは、第1目標傾斜角T1に近づくように、制御される。従って、第1目標傾斜角T1の代わりに、傾斜角Tが用いられてよい。例えば、マップデータMAFは、実際の傾斜角Tと車速Vとの組み合わせと、第1目標車輪角AFt1と、の対応関係を定めてよく、主制御部100は、マップデータMAFを参照して、傾斜角Tと車速Vとの組み合わせに対応する第1目標車輪角AFt1を特定してよい。なお、第1目標傾斜角T1と傾斜角Tとは、車体90の傾斜の大きさに関連する傾斜パラメータの例である。また、主制御部100は、ハンドル角Aiと傾斜パラメータとの両方と、車速Vと、を用いて、目標車輪角を決定してもよい。この場合、主制御部100は、目標車輪角を、ハンドル角Aiに適した車輪角と、傾斜パラメータに適した車輪角と、の間の車輪角に、決定してよい。
また、主制御部100は、ハンドル角Aiと傾斜角Tと第1目標傾斜角T1と車速Vとを含む制御パラメータと、操舵モータ65の目標トルクと、の対応関係を示す情報(例えば、マップデータ)を参照して、制御パラメータに対応付けられた目標トルクを特定してよい。そして、操舵モータ制御部103は、操舵モータ65に、目標トルクに対応する電力を供給してよい。対応関係を示す情報は、予め実験的に、決定されてよい。
このように、主制御部100(ひいては、回動制御部170)は、車体の傾斜の大きさに関連する傾斜パラメータと、ハンドル角Ai等のハンドル41aの操作量と、の少なくとも一方と、車速Vと、を含む制御パラメータを用いて、操舵モータ65のトルクを制御してよい。
(3)図10のS130、S170でリーンモータ25を制御する方法は、種々の方法であってよい。例えば、主制御部100は、ハンドル角Aiと、傾斜角Tと、を含む制御パラメータと、リーンモータ25の目標トルクと、の対応関係を示す情報(例えば、マップデータ)を参照して、制御パラメータに対応付けられた目標トルクを特定してよい。そして、リーンモータ制御部102は、リーンモータ25に、目標トルクに対応する電力を供給してよい。対応関係を示す情報は、予め実験的に、決定されてよい。
このように、主制御部100(ひいては、傾斜制御部190)は、傾斜角Tと、ハンドル角Ai等のハンドル41aの操作量と、を含む制御パラメータを用いて、リーンモータ25のトルクを制御してよい。
(4)車両10の制御処理は、図10等で説明した処理に代えて、他の種々の処理であってよい。例えば、低速時(例えば、速度Vが基準速度Vth以下である場合)には、傾斜角Tは、第1目標傾斜角T1よりも絶対値が小さい第2目標傾斜角T2に制御されてもよい。第2目標傾斜角T2は、例えば、以下の式8で表されてよい。
T2 = (V/Vth)T1 (式8)
式8で表される第2目標傾斜角T2は、ゼロから基準速度Vthまで車速Vに比例して変化する。第2目標傾斜角T2の絶対値は、第1目標傾斜角T1の絶対値以下である。この理由は、以下の通りである。低速時には、高速時と比べて、進行方向が頻繁に変更される。従って、低速時には、傾斜角Tの絶対値を小さくすることによって、進行方向の頻繁な変更を伴う走行を、安定化できる。なお、第2目標傾斜角T2と車速Vとの関係は、車速Vが大きいほど第2目標傾斜角T2の絶対値が大きくなるような、他の種々の関係であってよい。
T2 = (V/Vth)T1 (式8)
式8で表される第2目標傾斜角T2は、ゼロから基準速度Vthまで車速Vに比例して変化する。第2目標傾斜角T2の絶対値は、第1目標傾斜角T1の絶対値以下である。この理由は、以下の通りである。低速時には、高速時と比べて、進行方向が頻繁に変更される。従って、低速時には、傾斜角Tの絶対値を小さくすることによって、進行方向の頻繁な変更を伴う走行を、安定化できる。なお、第2目標傾斜角T2と車速Vとの関係は、車速Vが大きいほど第2目標傾斜角T2の絶対値が大きくなるような、他の種々の関係であってよい。
また、低速時(例えば、車速Vが基準速度Vth以下である場合)には、車輪角AFは、第1目標車輪角AFt1よりも絶対値が大きい第2目標車輪角AFt2に制御されてもよい。例えば、第2目標車輪角AFt2は、ハンドル角Aiが同じ場合には、車速Vが小さいほど第2目標車輪角AFt2の絶対値が大きくなるように、決定されてよい。この構成によれば、速度Vが小さい場合の車両10の最小回転半径を小さくできる。いずれの場合も、第2目標車輪角AFt2は、車速Vが同じ場合には、ハンドル角Aiの絶対値が大きいほど第2目標車輪角AFt2の絶対値が大きくなるように、決定されることが好ましい。
いずれの場合も、車速Vが変化する場合に、車輪角AFと傾斜角Tとが滑らかに変化するように、操舵モータ65とリーンモータ25とが制御されることが好ましい。
(5)車体90を幅方向に傾斜させる傾斜機構の構成としては、リンク機構30(図4)を含む傾斜機構89の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。図15は、車両の別の実施例の概略図である。図15の車両10aは、図4等で説明した車両10のリンク機構30をモータ台30aに置換して得られる車両である。後輪12L、12Rのモータ51L、51Rは、それぞれ、モータ台30aに固定されている。モータ台30aと第1支持部82とは、軸受38aによって、回動可能に連結されている。リーンモータ25aは、モータ台30aに対して、第1支持部82を、右方向DR側と左方向DL側とのそれぞれに回動させることができる。これにより、車体90は、右方向DR側と左方向DL側とのそれぞれに、傾斜できる。後輪12L、12Rは、車体90が傾斜しているか否かに拘わらずに、地面GLに対して、傾斜せずに、直立する。このように、傾斜機構89aとしては、車輪12L、12Rのモータ51L、51Rが固定された台30aと、車体90を支持する部材82と、台30aと部材82とを回動可能に連結する軸受38aと、台30aに対して部材82を傾斜させるリーンモータ25aと、を含む構成を採用してもよい。
また、一対の車輪12L、12R(図5(B))のそれぞれが、車体90を支持する部材82に上下方向にスライド可能に取り付けられ、そして、一対の車輪12L、12Rの間の回転軸に垂直な方向(すなわち、車体90の上下方向)の相対位置が、部材82と車輪12Lとを連結する第1液圧シリンダと、部材82と車輪12Rとを連結する第2液圧シリンダと、によって変更されてもよい。
また、傾斜機構は、車両の幅方向に互いに離れて配置された一対のアームと、各アームの一端部を車体に回動可能に連結する一対の軸受と、を含んでよい。各アームは、一端部から、後方向DB側かつ下方向DD側に向けて斜めに延びて、他端部に至る。軸受の回動軸は、右方向DRに平行であり、各アームは、軸受に接続された一端部を中心に、上下に回動可能である。一対のアームの他端部は、幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪を、それぞれ、回転可能に支持している。そして、各アームは、車体に対して独立に回動することによって、車輪と車体との距離を独立に変化させる。例えば、図5(B)実施例と同様に、右側の車輪と車体との距離が短くなり、左側の車輪と車体との距離が長くなる場合、車体は、右側に傾斜する。なお、車輪と車体との間の距離は、アームと車体とに接続された駆動装置(例えば、モータ、液圧シリンダとポンプなど)によって、制御されてよい。
一般的には、地面GLに対して車体90を傾斜させることが可能な種々の構成を採用可能である。傾斜機構は、例えば、「車両の幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪の少なくとも一方に直接的または間接的に接続された第1部材」と、「車体に直接的または間接的に接続された第2部材」と、「第1部材を第2部材に可動に接続する接続装置」と、を含んでよい。接続装置は、例えば、第1部材を第2部材にスライド可能に接続する液圧シリンダであってよい。また、接続装置は、第1部材と第2部材とを回動可能に連結する軸受であってよい。軸受の回動軸の方向は、第1部材に接続された車輪と、車体と、の間の距離を変化させることが可能な任意の方向であってよい。例えば、図4、図15の軸受38、39、38aの回動軸のように、回動軸は、前方向DFに平行であってよい。なお、軸受は、転がり軸受であってよく、これに代えて、滑り軸受であってもよい。また、傾斜機構は、第1部材に対する第2部材の位置を変化させる力(例えば、第1部材に対する第2部材の向きを変化させるトルク)を第1部材と第2部材とに作用させる駆動装置を含んでよい。
図4の実施例では、横リンク部材31D、31Uは、リンク部材33L、33Rとモータ51L、51Rとを介して、間接的に、車輪12L、12Rに接続されており、第1部材の例である。中縦リンク部材21は、第1支持部82とサスペンションシステム70とを介して、間接的に、車体90に接続されており、第2部材の例である。そして、リーンモータ25は、駆動装置の例である。また、図15の実施例では、モータ台30aは、モータ51L、51Rを介して、間接的に、車輪12L、12Rに接続されており、第1部材の例である。第1支持部82は、サスペンションシステム70を介して、間接的に、車体90に接続されており、第2部材の例である。図15の傾斜機構89aは、モータ台30aと、第1支持部82と、モータ台30aと第1支持部82とを回動可能に連結する軸受38aと、駆動装置であるリーンモータ25aと、を含んでいる。
図4の実施例において、サスペンション70L、70Rが、単純なスペーサに置換されてよい。この場合、中縦リンク部材21は、第1支持部82とスペーサとを介して、間接的に、車体90に接続されており、傾斜機構の第2部材の例である。また、第1支持部82が省略され、軸受39は、サスペンション70L、70Rと上横リンク部材31Uとを、連結してよい。この場合、サスペンション70L、70Rは、車体90に直接的に接続されており、傾斜機構の第2部材の例である。また、図15の実施例において、モータ台30aが省略され、軸受38aは、第1支持部82とモータ51L、51Rとを、連結してよい。この場合、モータ51L、51Rは、車輪12L、12Rに直接的に接続されており、傾斜機構の第1部材の例である。
また、傾斜機構の駆動装置は、電気モータに代えて他の種類の駆動装置であってもよい。例えば、傾斜機構は、ポンプからの液圧(例えば、油圧)によって駆動されてもよい。図15の実施例において、リーンモータ25aが省略され、台30aに対する部材82の向きが、台30aと部材82とを接続する液圧シリンダによって変更されてもよい。
(6)操作入力部(例えば、ハンドル41a)へ入力される操作量を用いて傾斜機構を制御する傾斜制御部は、図9で説明した主制御部100とリーンモータ制御部102とのように、コンピュータを含む電気回路であってよい。代わりに、コンピュータを含まない電気回路(例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit))が、操作入力部へ入力される操作量に応じて、傾斜角Tが目標の傾斜角になるように、傾斜機構を制御してもよい。このように、傾斜制御部は、傾斜機構の駆動装置を制御する電気回路を含んでよい。
(7)操作することで旋回方向と旋回の程度とを示す操作量が入力される操作入力部は、ハンドル41a(図1)のように左と右とに回動可能な部材に代えて、種々の装置であってよい。例えば、操作入力部は、予め決められた基準方向(例えば、直立方向)から左と右とに傾斜可能なレバーであってよい。レバーの傾斜方向(右と左とのいずれか)は、旋回方向を示し、基準方向からのレバーの傾斜の角度は、旋回の程度を示している。操作入力部は、このようなハンドル41aとレバーのように、機械的な動き(例えば、回動と傾斜とのいずれか)によって操作量を受け付ける種々の装置であってよい。これに代えて、操作入力部は、電気的に操作量を受け付ける装置であってもよい。例えば、タッチパネルに、操作量が、入力されてもよい。
(8)左右に回動可能な車輪である回動輪を支持する回動輪支持部の構成は、図1、図9の回動輪支持部180の構成に代えて、他の種々の構成であってよい。一般的には、回動輪支持部は、1以上の回動輪を回転可能に支持する支持部材と、車体に対して支持部材を左右に回動可能に支持する回動装置と、支持部材を左右に回動させるトルクを支持部材に印加する回動駆動装置と、操作量と車速とを用いて回動駆動装置のトルクを制御する回動制御部と、を含んでよい。このような回動輪支持部を採用する場合、車体が傾斜する場合に、支持部材も車体と共に傾斜する。従って、回動輪の方向(すなわち、車輪角)は、車体の傾斜に追随して変化できる。また、回動駆動装置は、支持部材にトルクを印加することにより、1以上の回動輪を支持する支持部材の方向、すなわち、1以上の回動輪の方向を、制御できる。
ここで、支持部材は、前フォーク17(図1)に代えて、他の構成の部材であってよい(例えば、片持ちの部材)。また、回動装置は、軸受68(図1)のように、支持部材を前方向DFに対して左右に回動可能に車体に接続する軸受を含んでよい。このような軸受は、車体と支持部材とを接続するとともに、支持部材を車両の前方向DFに対して左右に回動可能に支持する。なお、軸受は、転がり軸受であってよく、これに代えて、滑り軸受であってもよい。いずれの場合も、回動装置は、車体に直接的に接続されてよく、また、他の部材を介して間接的に、車体に接続されてよい。ここで、回動装置は、車体が傾斜する場合に支持部材も車体と共に傾斜するように、支持部材と車体とを接続していることが好ましい。また、回動駆動装置は、操舵モータ65(図1)のような電気モータに代えて他の種類の駆動装置であってもよい。例えば、回動駆動装置は、ポンプを含み、ポンプからの液圧(例えば、油圧)が、支持部材にトルクを印加してよい。また、回動制御部は、回動制御部170(図9)のようにコンピュータを含む電気回路であってよい。代わりに、コンピュータを含まない電気回路(例えば、ASIC、アナログ電気回路など)が、回動駆動装置を制御してもよい。このように、回動制御部は、回動駆動装置を制御する電気回路を含んでよい。また、回動駆動装置(例えば、操舵モータ65)のトルクを制御するために用いられる制御値(例えば、駆動制御値Vc、比例項Vp、微分項Vdなど)は、上記実施例の駆動制御値Vcのようにデジタル情報によって示されてよく、これに代えて、電圧値、電流値、抵抗値などの種々のアナログ情報によって示されてよい。
なお、1つの支持部材は、複数の回動輪を、回転可能に支持してよい。また、車両が複数の回動輪を備える場合、車両は、複数の支持部材を備えてよい。そして、複数の支持部材のそれぞれが、1以上の回動輪を回転可能に支持してよい。複数の支持部材のうちの1以上の支持部材のそれぞれが、複数の車輪を支持してよい。また、車両に設けられている支持部材の総数は、回動輪の総数に拘わらずに、1つであってよい。例えば、回動輪の総数がM個(Mは2以上の整数)である場合、1つの支持部材が、M個の回動輪のそれぞれを回転可能に支持してよい。また、支持部材の総数は、回動輪の総数と同じであってもよい。例えば、M個の支持部材が、それぞれ、M個の回動輪を回転可能に支持してよい。また、回動装置は、各支持部材に1つずつ、設けられていてよい。
いずれの場合も、図1で説明したトレールLtは、正値であることが好ましい。トレールLtが正値である場合、回動輪の車輪角は、容易に、車体90の傾斜の変化に追随して変化する。ただし、トレールLtは、ゼロであってもよい。また、キャスター角CAは、ゼロであってもよく、ゼロとは異なっていてもよい(キャスター角CAがゼロ以上であることが好ましい)。
(9)操作入力部と支持部材とに接続されている接続部の構成は、図1の接続部50の構成に代えて、他の種々の構成であってよい。接続部の構成は、操作入力部と支持部材とに機械的に接続され、操作入力部の操作による操作入力部の機械的な動きに応じて操作入力部から支持部材へトルクを伝達し、操作入力部に入力される操作量に拘わらず車体の傾斜の変化に追随して1以上の回動輪の方向が変化することを許容する種々の構成であってよい。
例えば、接続部50(図1)の第1部分51は、ハンドル41aに直接的に固定されてよい。すなわち、接続部50は、ハンドル41aに、直接的に接続されてもよい。また、接続部50の第2部分52は、他の部材を介して、前フォーク17に接続されてよい。すなわち、接続部50は、他の部材を介して間接的に、前フォーク17に接続されてよい。また、接続部50の第3部分53は、弾性変形可能な他の種類の部材であってよい。第3部分53は、例えば、トーションバネ、ゴム等の種々の弾性体であってよい。また、第3部分53は、弾性体に限らず、他の種類の装置であってよい。例えば、第3部分53は、ダンパであってよい。また、第3部分53は、流体クラッチ、流体トルクコンバータなどの、流体を介してトルクを伝達する装置であってよい。このように、接続部50の第3部分53は、弾性体とダンパと流体クラッチと流体トルクコンバータとのうちの少なくとも1つを含んでよい。
第3部分53は、第1部分51と第2部分52とに接続され、第1部分51から第2部分52へトルクを伝達し、そして、第1部分51と第2部分52との間の相対位置の変化を許容する可動部分を含む、種々の装置であってよい。このような第3部分53は、第1部分51が動いていない状態で第2部分52が動くことを許容する、すなわち、ハンドル角Aiが変化していない状態で車輪角AFが変化することを許容する。この結果、前輪12Fの車輪角AFは、車体90の傾斜に追随して容易に変化できる。いずれの場合も、接続部50は、前輪支持装置41が第2モードで動作している場合に、ハンドル41aに入力されるハンドル角Aiに拘わらず、前輪12Fの車輪角AFが車体90の傾斜の変化に追随して変化することを許容する程度に緩い接続を実現していることが好ましい。ただし、そのような接続部50が省略されてもよい
(9)道路が傾斜する場合には、リーン角センサ125からの信号を用いて特定される傾斜角T(ここでは、上横リンク部材31Uに対する中縦リンク部材21の向きの角度)は、鉛直上方向DUに対する車体90の車両上方向DVUの傾斜角から、ずれ得る。そこで、傾斜角Tに代えて、道路の傾斜に依存せずに特定される鉛直上方向DU(図5(B))に対する車体90の上方向(例えば、車両上方向DVU)の傾斜角が利用されてよい(実傾斜角とも呼ぶ)。例えば、車両10、10aは、鉛直上方向DUを特定する鉛直方向検出装置を備えてよい。主制御部100は、鉛直方向検出装置によって特定された鉛直上方向DUを用いて、実傾斜角を特定してよい。鉛直方向検出装置の構成は、種々の構成であってよい。例えば、鉛直方向検出装置は、加速度センサと、ジャイロセンサと、信号処理部と、を含んでよい。加速度センサは、任意の方向の加速度を検出するセンサであり、例えば、3軸の加速度センサである。ジャイロセンサは、任意の方向の回転軸を中心とする角加速度を検出するセンサであり、例えば、3軸の角加速度センサである。加速度センサとジャイロセンサは、車両10、10aの種々の部材に固定されてよい。以下、加速度センサとジャイロセンサとが、車両10、10aの複数の部材のうちの共通の部材(センサ固定部材と呼ぶ)に固定されていることとする。
加速度センサは、加速度の方向を検出する。以下、加速度センサによって検出される加速度の方向を、検出方向と呼ぶ。車両10、10aが停止している状態では、検出方向は、鉛直上方向DUの反対の鉛直下方向DDと同じである。すなわち、検出方向の反対の方向が、鉛直上方向DUである。
車両10、10aの走行時には、検出方向は、車両10、10aの動きに応じて、鉛直下方向DDからずれ得る。例えば、車両10、10aが前進中に加速する場合、検出方向は、鉛直下方向DDに対して後方向DB側に傾斜する方向に、ずれる。車両10、10aが前進中に減速する場合、検出方向は、鉛直下方向DDに対して前方向DF側に傾斜する方向に、ずれる。車両10、10aが前進中に左方向に旋回する場合、検出方向は、鉛直下方向DDに対して右方向DR側に傾斜する方向に、ずれる。車両10、10aが前進中に右方向に旋回する場合、検出方向は、鉛直下方向DDに対して左方向DL側に傾斜する方向に、ずれる。
鉛直方向検出装置の信号処理部は、車速センサ122によって特定される車速Vを用いることによって、車両10、10aの加速度を算出する。そして、信号処理部は、加速度を用いることによって、車両10、10aの加速度に起因する鉛直下方向DDに対する検出方向のずれを特定する(例えば、検出方向の前方向DFまたは後方向DBのずれが特定される)。また、信号処理部は、ジャイロセンサによって特定される角加速度を用いることによって、車両10、10aの角加速度に起因する鉛直下方向DDに対する検出方向のずれを特定する(例えば、検出方向の右方向DRまたは左方向DLのずれが、特定される)。以上により、信号処理部は、鉛直下方向DDに対する検出方向のずれを特定する。そして、信号処理部は、検出方向を、特定されたずれを用いて修正することによって、鉛直下方向DD、ひいては、鉛直上方向DUを特定する。そして、信号処理部は、特定した鉛直上方向DUを示す情報を、出力する。
特定される鉛直上方向DUは、センサ固定部材に対する鉛直上方向DUを示している。主制御部100は、鉛直方向検出装置によって検出された鉛直上方向DUと、センサ固定部材と車体90との間の位置関係と、を用いて、鉛直上方向DUと車体90の車両上方向DVUとの間の角度、すなわち、実傾斜角を、算出する。主制御部100(ひいては、傾斜制御部190)は、算出された実傾斜角を用いて、リーンモータ25を制御する。例えば、傾斜制御部190は、目標傾斜角に代えて目標実傾斜角を算出し、実傾斜角が目標実傾斜角に近づくようにリーンモータ25を制御する。この構成によれば、道路が左右に傾斜している場合であっても、傾斜制御部190は、実傾斜角を、適切に、制御できる。また、主制御部100(ひいては、回動制御部170)は、算出された実傾斜角を用いて、操舵モータ65を制御してよい。これにより、車輪角AFは、適切に制御される。
なお、鉛直方向検出装置の信号処理部は、ジャイロセンサと加速度センサとからの情報に加えて、車両10、10aの動きに関連する他の情報を用いて、鉛直上方向DUを検出してよい。他の情報としては、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて特定される車両10、10aの位置が、用いられてよい。信号処理部は、例えば、鉛直上方向DUを、GPSによる位置を用いて、補正してもよい。なお、GPSによる位置に基づく補正量は、予め実験的に決定されてよい。
鉛直方向検出装置の信号処理部は、種々の電気回路であってよく、例えば、コンピュータを含む電気回路であってよく、コンピュータを含まない電気回路(例えば、ASIC)であってもよい。ジャイロセンサは、角加速度に代えて、角速度を検出するセンサであってよい。
(10)車両の構成としては、上述の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、トレールLt(図1)が、ゼロ、または、ゼロ未満であってもよい。この場合も、図8で説明したように、回転する前輪12Fの角運動量を利用して、前輪12Fの方向(すなわち、車輪角AF)は、車体90の傾斜に追随して変化できる。また、図4、図15の実施例において、モータ51L、51Rは、サスペンションを介して、装置30、30aに接続されてもよい。主制御部100(図9)の機能のうちのリーンモータ25を制御するための機能の少なくとも一部が、リーンモータ制御部102によって実現されてもよい。主制御部100の機能のうちの操舵モータ65を制御するための機能の少なくとも一部が、操舵モータ制御部103によって実現されてもよい。制御装置110が、1つの制御部によって構成されてもよい。また、制御装置110(図9)のようなコンピュータが省略されてもよい。例えば、コンピュータを含まない電気回路(例えば、ASIC)が、センサ122、123、124、125、145、146とスイッチ47とからの信号に応じて、モータ51R、51L、25、65を制御してもよい。また、電気回路に代えて、油圧やモータの駆動力を利用して動作する機械が、モータ51R、51L、25、65を制御してもよい。また、入力値と出力値との対応関係(例えば、車速VとPゲインKpとの対応関係)を特定する方法は、マップデータ(例えば、マップデータMT、MAF、Mp、Md、Md1、Md2)を用いる方法に代えて、入力値を引数として用いて出力値を算出する関数を用いる方法などの他の種々の方法であってよい。また、車両の制御に用いられる対応関係(例えば、マップデータMT、MAF、Mp、Md、Md1、Md2によって示される対応関係)は、車両10、10aが適切に走行できるように、実験的に決定されてよい。また、車両の制御装置は、車両の制御に用いられる対応関係を、車両の状態に応じて、動的に変更してよい。例えば、車両は、車体の重量を測定する重量センサをー備え、制御装置は、車体の重量に応じて対応関係を調整してよい。
また、複数の車輪の総数と配置としては、種々の構成を採用可能である。例えば、前輪の総数が2であり、後輪の総数が1であってもよい。また、前輪の総数が2であり、後輪の総数が2であってもよい。また、幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪が、前輪であってもよく、また、回動輪であってもよい。また、後輪が回動輪であってもよい。また、駆動輪が前輪であってもよい。いずれの場合も、車両は、車両の幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪と、1個以上の他の車輪と、を含むN個(Nは3以上の整数)の車輪を備えることが好ましい。そして、車両のN個の車輪は、1個以上の前輪と、前輪よりも後方向DB側に配置された1個以上の後輪と、を含むことが好ましい。この構成によれば、車両の停止時に車両が自立できる。ここで、一対の車輪と他の車輪との少なくとも一方が、車両の前進方向に対して左右に回動可能な1以上の回動輪として構成されていることが好ましい。すなわち、一対の車輪のみが回動輪であってよく、他の車輪のみが回動輪であってよく、一対の車輪と他の車輪とを含む3以上の車輪が回動輪であってよい。ここで、1以上の回動輪に含まれる他の車輪の総数は、任意の数であってよい。また、駆動輪を駆動する駆動装置は、電気モータに代えて、車輪を回転させる任意の装置であってよい(例えば、内燃機関)。また、駆動装置を省略してもよい。すなわち、車両は、人力の車両であってもよい。この場合、傾斜機構は、操作入力部の操作に応じて動作する人力の傾斜機構であってよい。また、車両の最大定員数は、1人に代えて、2人以上であってもよい。
(11) 上記各実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部あるいは全部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、図9の制御装置110の機能を、専用のハードウェア回路によって実現してもよい。
また、本発明の機能の一部または全部がコンピュータプログラムで実現される場合には、そのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体(例えば、一時的ではない記録媒体)に格納された形で提供することができる。プログラムは、提供時と同一または異なる記録媒体(コンピュータ読み取り可能な記録媒体)に格納された状態で、使用され得る。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、メモリーカードやCD-ROMのような携帯型の記録媒体に限らず、各種ROM等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスクドライブ等のコンピュータに接続されている外部記憶装置も含み得る。
以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。
本発明は、車両に、好適に利用できる。
10、10a…車両、11…座席、12F…前輪、12L…左後輪(駆動輪)、12R…右後輪(駆動輪)、12Fc…重心、12La、12Ra…ホイール、12Lb、12Rb…タイヤ、17…前フォーク、20…本体部、20a…前部、20b…底部、20c…後部、20d…支持部、21…中縦リンク部材、25、25a…リーンモータ、30…リンク機構、30a…モータ台、31D…下横リンク部材、31U…上横リンク部材、33L…左縦リンク部材、33R…右縦リンク部材、38、38a、39…軸受、41…前輪支持装置、41a…ハンドル、41ax…支持棒、45…アクセルペダル、46…ブレーキペダル、47…シフトスイッチ、50…接続部、51…第1部分、52…第2部分、53…第3部分、51L…左電気モータ、51R…右電気モータ、65…操舵モータ、66…ロータ、67…ステータ、68…軸受、70…サスペンションシステム、70L…左サスペンション、70R…右サスペンション、70La、70Ra…中心軸、71L、71R…コイルスプリング、72L、72R…ショックアブソーバ、75…連結部、80…後輪支持部、82…第1支持部、83…第2支持部、89、89a…傾斜機構、90…車体、90c…重心、110…制御装置、100…主制御部、101…駆動装置制御部、102…リーンモータ制御部、103…操舵モータ制御部、100p、101p、102p、103p…プロセッサ、100v、101v、102v、103v…揮発性記憶装置、100n、101n、102n、103n…不揮発性記憶装置、101c、102c、103c…電気回路(電力制御部)、120…バッテリ、122…車速センサ、123…ハンドル角センサ、124…車輪角センサ、125…リーン角センサ、145…アクセルペダルセンサ、146…ブレーキペダルセンサ、170…回動制御部、180…回動輪支持部、190…傾斜制御部、310…第1加算点、315…Pゲイン制御部、320…P制御部、330I…制御部、335…Dゲイン制御部、340…D制御部、344…第1ゲイン制御部、347…一階微分制御部、360…第2ゲイン制御部、365…二階微分制御部、390…第2加算点、T…傾斜角、V…速度、R…旋回半径、m…質量、V…車速、AFt1…第1目標車輪角、AFt2…第2目標車輪角、T2…第2目標傾斜角、RVa1…第1範囲、RVa2…第2範囲、Vaft…基準変化速度、TQa1…第1値、TQa2…第2値、F1…第1力、F2…第2力、F1b…力、F2b…力、T1…第1目標傾斜角、P1…接触中心、P2…交点、CA…キャスター角、DU…上方向、DD…下方向、DF…前方向、DB…後方向、DL…左方向、DR…右方向、DU…鉛直上方向、DVU…車両上方向、D12…進行方向、AF…車輪角、RF…回動方向、GL…地面、MT…マップデータ、MAF…マップデータ、Md、Md1、Md2…マップデータ、Mp…マップデータ、Vp…比例項、Vi…積分項、Vd…微分項、Vc…制御値、Cf…前中心、Cb…後中心、Lh…ホイールベース、Ai…ハンドル角、Cr…旋回中心、Lt…トレール、Vx…第1車速、dAF…車輪角差、RV1…第1範囲、RV2…第2範囲、Ca1…接触領域、Tq1…トルク、Ax1、Ax2…回転軸、Ax3…前軸、CaL…接触領域、PbL…接触中心、CaR…接触領域、PbR…接触中心、ArL、ArR…回転軸、AxL…傾斜軸、Vaf…変化速度(角速度)、AxR…ロール軸、Vth…基準速度、
Claims (7)
- 車両であって、
前記車両の幅方向に互いに離れて配置された一対の車輪と、1個以上の他の車輪と、を含むN個(Nは3以上の整数)の車輪であって、前記一対の車輪と他の車輪との少なくとも一方が前記車両の前進方向に対して左右に回動可能な1以上の回動輪として構成されるとともに、1個以上の前輪と1個以上の後輪とを含む、N個の車輪と、
車体と、
前記車体を前記幅方向に傾斜させる傾斜機構と、
操作することで旋回方向と旋回の程度とを示す操作量が入力される操作入力部と、
前記操作入力部へ入力される前記操作量を用いて前記傾斜機構を制御する傾斜制御部と、
前記1以上の回動輪を支持する回動輪支持部と、
を備え、
前記回動輪支持部は、
前記1以上の回動輪を、回転可能に支持する支持部材と、
前記支持部材を、前記車体に対して左右に回動可能に支持する回動装置と、
前記支持部材を左右に回動させるトルクを、前記支持部材に印加する回動駆動装置と、
前記回動駆動装置のトルクを、前記車体の傾斜の大きさに関連する傾斜パラメータと前記操作量との少なくとも一方と、車速と、を含む制御パラメータを用いて制御する回動制御部と、
を備え、
前記回動制御部は、
前記1以上の回動輪の目標の方向を、前記制御パラメータを用いて特定する特定部と、
前記1以上の回動輪の方向を前記目標の方向に近づけるための第1制御値を決定する第1決定部と、
前記第1制御値を用いて、前記回動駆動装置を制御するための駆動制御値を決定する駆動制御値決定部と、
前記駆動制御値に従って前記回動駆動装置のトルクを制御するトルク制御部と、
を含み、
前記第1決定部は、前記第1制御値を、前記車速を用いて調整する、
車両。 - 請求項1に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との差の大きさに対する前記第1制御値によって示される前記回動駆動装置のトルクの大きさの割合が、前記車速が速い場合に、前記車速が遅い場合と比べて、小さくなるように、前記第1制御値を決定する、
車両。 - 請求項1または2に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との間の差を用いて、前記第1制御値をフィードバック制御によって算出する、
車両。 - 請求項3に記載の車両であって、
前記第1決定部は、前記1以上の回動輪の前記方向と前記目標の方向との間の前記差が大きい場合には、前記差が小さい場合と比べて、前記第1制御値によって示される前記回動駆動装置のトルクの大きさが大きくなるように、前記第1制御値を決定する、
車両。 - 請求項1から4のいずれかに記載の車両であって、
前記回動制御部は、前記1以上の回動輪の前記方向の変化の速度である角速度の大きさを小さくするための第2制御値を決定する第2決定部を含み、
前記駆動制御値決定部は、少なくとも前記第1制御値と前記第2制御値とを用いて、前記駆動制御値を決定する、
車両。 - 請求項1から5のいずれかに記載の車両であって、
前記回動制御部は、前記1以上の回動輪の前記方向の変化の加速度である角加速度の大きさを小さくするための第3制御値を決定する第3決定部を含み、
前記駆動制御値決定部は、少なくとも前記第1制御値と前記第3制御値とを用いて、前記駆動制御値を決定する、
車両。 - 請求項1から6のいずれかに記載の車両であって、
前記回動輪支持部は、前記操作入力部と前記支持部材とに接続されるとともに、前記操作入力部に入力される前記操作量に拘わらず前記車体の傾斜の変化に追随して前記1以上の回動輪の方向が変化することを許容する接続部を備える、車両。
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