DE112009005239T5

DE112009005239T5 - Regelungs- /Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112009005239T5
Application number: DE112009005239T
Authority: DE
Inventors: Kazushi Akimoto; Hideo Murakami; Toru Takenaka; Hiroshi Gomi; Shinichiro Kobashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2029-09-19
Also published as: JP5504272B2; WO2011033595A1; JPWO2011033595A1; US20120173088A1; US8645030B2; DE112009005239B4

Abstract

Gegenstand ist eins Regelungs-/Steuereinheit für ein inverspendelartiges Fahrzeug, die in der Lage ist, das Fahrzeug flüssig zu bewegen. Das inverspendelartige Fahrzeug 1 ist mit einem Griff 18 an einem oberen Endteil des Grundkörpers 9 ausgestattet. Eine auf den Griff wirkende externe Kraft F, die auf den Griff einwirkt, wird von einem Kraftsensor 55 detektiert. Gemäß der detektierten auf den Griff wirkenden externen Kraft F, bestimmt ein Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim und auf dieser Grundlage, bestimmt eine Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuereinheit eine Regelungs-/Steuerkenngröße.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs, welches in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen.
Ein inverspendelartiges Fahrzeug besitzt einen Grundkörper, an dem eine Fahrbewegungseinheit, die in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, ein Aktuator, der die Fahrbewegungseinheit antreibt und ein Ladeteil, das frei neigbar bezüglich zur senkrechten Richtung ist und benutzt wird, um ein Objekt zu transportieren, angebracht sind. Um den Neigungswinkel des Ladungsteils bei einem Soll-Neigungswinkel zu halten (zu verhindern, dass das Nutzlastträgerteil sich neigt und umfällt), ist es notwendig, die Fahrbewegungseinheit durch Versetzen eines Drehpunkts des inverspendelartigen Fahrzeugs im inverspendelartigen Fahrzeug zu bewegen.
Als Regelungs-/Steuertechnologie für diese Art von inverspendelartigem Fahrzeug wurde beispielsweise jenes, das in Patentdokument 1 offenbart wird, vom Anmelder vorgeschlagen.
Im Patentdokument 1 wird eine Regelungs-/Steuertechnologie eines inverspendelartigen Fahrzeugs offenbart, in dem ein Grundkörper, ausgestattet mit einem Nutzlastträgerteil, das ein zu transportierendes Objekt, nämlich einen Benutzer, trägt, gegeben ist, so dass er frei neigbar um zwei Achsen, insbesondere eine Achse in longitudinaler Richtung und die andere Achse in lateraler Richtung bezogen darauf, dass die Fahrbewegungseinheit ein Kugelform hat, ist. In der Regelungs-/Steuer-Technologie wird das Antriebsdrehmoment sequentiell so bestimmt, dass eine Differenz zwischen einem gemessenen Wert des Neigungswinkels des Grundkörpers (= Neigungswinkel des Nutzlastträgerteils) und einem Soll-Neigungswinkel und der Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Geschwindigkeit des Motors als Aktuatoreinheit (und folglich der Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit) und einer Soll-Geschwindigkeit an null angenähert wird. Hiernach wird die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit durch den Motor entsprechend des bestimmten Antriebsdrehmoments gesteuert.
Die vorliegende Erfindung schlägt ferner Fahrzeuge vor, die in der Lage sind, als inverspendel-artiges Fahrzeug zu funktionieren, wie jene, die in Patentdokument 2 und Patentdokument 3 offenbart sind.
Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Patentnummer 3070015
Patentdokument 2: Veröffentlichte internationale PCT-Anmeldungen WO/2008/132778
Patentdokument 3: Veröffentlichte internationale PCT-Anmeldungen WO/2008/132779

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wie in Patentdokument 1 beschrieben, ist es, im inverspendelartigen Fahrzeug, das eingerichtet ist, sich entsprechend der Neigung des Nutzlastträgerteils durch einen Benutzer zu bewegen, um das Fahrzeug zu bewegen, während der Benutzer nicht auf dem Nutzlastträgerteil sitzt, notwendig für den Benutzer, den Nutzlastträgerteil oder den Grundkörper zu halten, und den Grundkörper in eine Soll-Bewegungsrichtung zu neigen. Da jedoch das Fahrzeug eingestellt ist, so zu operieren, dass es den Neigungswinkel des Nutzlastträgerteils gleich einem Soll-Neigungswinkel hält, wird der Neigungswinkel, der durch den Benutzer geneigt wird, sofort ausgeglichen. Somit ist es schwierig, den Nutzlastträgerteil in einem im Wesentlichen konstanten Winkel zu halten, so dass das Fahrzeug sich flüssig in die Soll-Bewegungsrichtung bewegt. Es ist sinnvoll, das Anbringen von Stützrädern im Fahrzeug in Betracht zu ziehen, um es dem Fahrzeug zu erlauben, sich flüssig zu bewegen; jedoch wird dies die Struktur des Fahrzeugs kompliziert und das ganze Fahrzeug sehr groß machen, was es ungeeignet macht.
Mittel zum Lösen des Problems
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorgenannten Problems gemacht, und es ist somit ein Objekt der vorliegenden Erfindung, einen Regelungs-/Steuereinheit für ein inverspendelartiges Fahrzeug bereitzustellen, der in der Lage ist, das Fahrzeug flüssig zu bewegen.
Um ein oben beschriebenes Objekt zu erhalten, stellt die vorliegende Erfindung eine Regelungs-/Steuervorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs bereit, umfassend eine Fahrbewegungseinheit, die in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einen Aktuator zum Antreiben der Fahrbewegungseinheit, einen Grundkörper, an dem die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator angebracht sind und ein Nutzlastträgerteil für einen Benutzer, der an den Grundkörper angebracht ist. Die Regelungs-/Steuervorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Neigungswinkel-Messelement, das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend eines Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers zu erzeugen; einen externen Kraftdetektor, der eingestellt ist, eine externe Kraft auf ein Halteteil zu detektieren, das im Grundkörper oder dem Nutzlastträgerteil angebracht ist; und einen Fahrbewegungseinheits-Regler, der eingestellt ist, eine Regelungs-/Steuerkenngröße, die eingestellt ist, eine Antriebsleistung zu definieren, die auf die Fahrbewegungseinheit gemäß der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor, während des Durchführens eines Regelungs-/Steuerprozesses zum Halten eines gemessenen Werts des Neigungswinkels des Grundkörpers bei einem Soll-Neigungswinkel eines vordefinierten Werts, detektiert wird, eingewirkt werden soll, und zum Steuern/Regeln der Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit durch den Aktuator entsprechend der Regelungs-/Steuerkenngröße (Erster Aspekt).
In der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Boden” so benutzt, dass der eine Bodenoberfläche im Freien oder eine Straßenoberfläche bezeichnet und nicht nur einen Boden im normalen Sinn (d. h. In einem Gebäude).
Entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung wirkt, wenn er das Fahrzeug bewegt, ein Fußgänger (ein Benutzer, der nicht auf dem Nutzlastträgerteil sitzt, was im Folgenden gleichbedeutend ist) oder ähnliches, beispielsweise eine externe Kraft auf das Halteteil, das im Grundkörper oder dem Nutzlastträgerteil angebracht ist, ein, während der Grundkörper im Wesentlichen beim Soll-Neigungswinkel gehalten wird. Die Kraft, die auf das Halteteil einwirkt wird durch den externen Kraftdetektor detektiert, und das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerungselement bestimmt die Regelungs-/Steuerkenngröße entsprechend der detektierten äußeren Kraft.
Dadurch kann, wenn der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug bewegen möchte, anstatt das Nutzlastträgerteil kontinuierlich in die Soll-Bewegungsrichtung zu neigen, der Fußgänger oder ähnliches eine externe Kraft auf das Halteteil einwirken, während der Grundkörper im Wesentlichen beim Soll-Neigungswinkel gehalten wird, um das Fahrzeug zu bewegen.
Wie oben erwähnt ist es, gemäß der vorliegenden Erfindung, für den Fußgänger oder ähnliches nicht notwendig, das Nutzlastträgerteil in die Soll-Bewegungsrichtung geneigt zu halten während des Bewegens des Fahrzeugs, der Fußgänger oder ähnliches kann das Fahrzeug flüssig wie gewünscht entsprechend einer Bedienung durch des Halteteil bewegen.
Im inverspendelartigen Fahrzeug entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung ist es zulässig, dass die Fahrbewegungseinheit eingestellt ist, in der Lage zu sein, sich in eine vorbestimmte eine Richtung auf einer Bodenfläche zu bewegen und das Nutzlastträgerteil ist eingestellt, so an den Grundkörper angebracht zu sein, dass es neigbar um eine Achse in einer Richtung rechtwinklig zu der vorbestimmten einen Richtung ist.
Es ist auch zulässig, dass die Fahrbewegungseinheit so eingestellt ist, dass sie in der Lage ist, sich in alle Richtungen einschließlich einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung, die rechtwinklig zueinander sind, auf einer Bodenfläche zu bewegen und der Nutzlastträgerteil eingestellt ist, so an den Grundkörper angebracht zu sein, dass er neigbar um zwei Achsen, insbesondere eine Achse in der ersten Richtung und die andere Achse in der zweiten Richtung, ist.
Hierin bedeutet, dass die Fahrbewegungseinheit „in der Lage ist, sich in alle Richtungen, einschließlich der ersten Richtung und der zweiten Richtung zu bewegen”, dass die Orientierung des Geschwindigkeitsvektors der Fahrbewegungseinheit in jedem Moment, in einer axialen Richtung orthogonal zur ersten Richtung und der zweiten Richtung betrachtet, eine Orientierung einer beliebigen Winkelorientierung um die axiale Richtung annehmen kann, wenn die Fahrbewegungseinheit durch den Aktuator angetrieben wird. Die axiale Richtung ist näherungsweise eine vertikale Richtung oder eine Richtung senkrecht zur Bodenfläche. Ferner muss der Begriff „rechtwinklig” nicht absolut rechtwinklig bedeuten, und kann leicht davon abweichen, absolut rechtwinklig zu sein.
Im ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-(Steuerungselement beispielsweise die Regelungs-/Steuerkenngröße so, dass die Größe einer horizontalen Komponente der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor detektiert wird, reduziert wird (Zweiter Aspekt).
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird die Regelungs-/Steuerkenngröße so bestimmt, dass eine externe Kraft, die auf das Halteteil einwirkt, reduziert wird. Hierbei kann der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug flüssig mit einer kleineren Kraft bewegen, mit anderen Worten, das Fahrzeug kann flüssig bewegt werden.
Insbesondere bestimmt, im ersten Aspekt oder im zweiten Aspekt der Erfindung beispielsweise, das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerungselement die Regelungs-/Steuerkenngröße so, dass eine Orientierung einer horizontalen Komponente der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor detektiert wird, mit einer Soll-Bewegungsrichtung der Fahrbewegungseinheit zur Übereinstimmung gebracht wird (Dritter Aspekt).
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, da die Orientierung der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor detektiert wird, der Richtung in die sich der Fußgänger oder ähnliches bewegen will, entspricht, durch Bestimmen der Regelungs-/Steuerkenngröße, derart dass die Orientierung der detektierten externen Kraft mit der Soll-Bewegungsrichtung der Fahrbewegungseinheit zur Übereinstimmung gebracht wird, der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug flüssig in eine gewünschte Richtung bewegen.
Ferner ist es, in einem beliebigen aus dem ersten Aspekt bis zum dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zulässig, dass die Regelungs-/Steuervorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs ferner mit einem Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelement ausgestattet ist, das eingestellt ist, eine Ausgabe gemäß einer Repräsentativpunktgeschwindigkeit, die eine Ist-Fahrgeschwindigkeit eines vordefinierten Repräsentativpunkts des Fahrzeug ist, zu erzeugen. Für eine erste Richtung und eine zweite Richtung, rechtwinklig zueinander auf der Bodenfläche, bestimmt die Fahrbewegungs-Regelungs-/Steuereinheit die Regelungs-/Steuerkenngröße so, dass sowohl die erste Geschwindigkeitsfehler-Komponente für eine erste Richtung und eine zweite Geschwindigkeitsfehler-Komponente für eine zweite Richtung zu null gemacht werden, wobei die erste Geschwindigkeitsfehler-Komponente ein Fehler zwischen einer Geschwindigkeits-Komponente in der ersten Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, bezeichnet durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements und einer Soll-Geschwindigkeit in der ersten Richtung, bestimmt anhand einer Kraftkomponente in der ersten Richtung der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor detektiert wird, ist, und die zweite Geschwindigkeitsfehler-Komponente ein Fehler zwischen einer Geschwindigkeits-Komponente in der zweiten Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, bezeichnet durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements und einer Soll-Geschwindigkeit in der zweiten Richtung, bestimmt anhand einer Kraftkomponente in der zweiten Richtung der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor detektiert wird, ist (Vierter Aspekt).
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Regelungs-/Steuerkenngröße durch das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerungselement so bestimmt, dass die Repräsentativpunktgeschwindigkeit, bezeichnet durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements in der ersten Richtung mit der Soll-Geschwindigkeit in der ersten Richtung, die gemäß der Kraftkomponente in der ersten Richtung der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor detektiert wird, übereinstimmt, und die Repräsentativpunktgeschwindigkeit in der zweiten Richtung mit der Soll-Geschwindigkeit in der zweiten Richtung, die gemäß der Kraftkomponente in der zweiten Richtung der externen Kraft bestimmt wird, übereinstimmt.
Gemäß hierzu wird, für entweder die erste oder die zweite Richtung, die Regelungs-/Steuerkenngröße so bestimmt, dass die Repräsentativpunktgeschwindigkeit bei der Soll-Geschwindigkeit, die variabel entsprechend den Komponenten der externen Kraft in jeder Richtung angepasst wird, zum Konvergieren gebracht wird, was es dem Fußgänger oder ähnlichem erlaubt, das Fahrzeug flüssig bei einer Soll-Geschwindigkeit zu bewegen.
Ferner ist es, in einem beliebigen aus dem ersten Aspekt bis zum dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zulässig, dass die Regelungs-/Steuervorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs ferner mit einem Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelement ausgestattet ist, das eingestellt ist, eine Ausgabe gemäß einer Repräsentativpunktgeschwindigkeit zu erzeugen, die eine Ist-Fahrgeschwindigkeit eines vordefinierten Repräsentativpunkts des Fahrzeugs ist. Für eine erste Richtung und eine zweite Richtung rechtwinklig zueinander auf der Bodenoberfläche bestimmt das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerungselement die Regelungs-/Steuerkenngröße so, dass sowohl eine erste Geschwindigkeitsfehler-Komponente für eine erste Richtung und eine zweite Geschwindigkeitsfehler-Komponente für eine zweite Richtung zu null gemacht werden, wobei die erste Geschwindigkeitsfehler-Komponente ein Fehler zwischen einer Geschwindigkeits-Komponente in die erste Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, angezeigt durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements und einer Soll-Geschwindigkeit in der ersten Richtung, bestimmt anhand einer Kraftkomponente in der ersten Richtung der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor bestimmt wird, ist, und die zweite Geschwindigkeitsfehler-Komponente ein Fehler zwischen einer Geschwindigkeits-Komponente in der zweiten Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, angezeigt durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements, und einer Soll-Geschwindigkeit, die null ist in der zweiten Richtung, ist (Fünfter Aspekt).
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, angesichts der Tatsache, dass die durch den Fußgänger oder ähnliches gewünschte Bewegungsrichtung im Allgemeinen eine spezifische Richtung (beispielsweise die Längsrichtung) ist, erachtet, dass es zulässig ist, die externe Kraft, die auf das Halteteil wenigstens in der ersten Richtung wirkt, wiederzugeben. Hierzu wird die Regelungs-/Steuerkenngröße durch des Fahrbewegungseinheit-Regelungs-(Steuerungselement so bestimmt, dass die Repräsentativpunktgeschwindigkeit, angezeigt durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements in der ersten Richtung mit der Soll-Geschwindigkeit in der ersten Richtung, die gemäß der Kraftkomponente in der ersten Richtung der externen Kraft, die durch den externen Kraftdetektor detektiert wird, übereinstimmt und die Repräsentativpunktgeschwindigkeit in der zweiten Richtung gleich der Soll-Geschwindigkeit in der zweiten Richtung ist, die auf null gesetzt wurde.
Gemäß hierzu wird für die erste Richtung die Regelungs-/Steuerkenngröße so bestimmt, dass die Repräsentativpunktgeschwindigkeit bei der Soll-Geschwindigkeit, die variabel gemäß der Komponente der externen Kraft in der ersten Richtung angepasst wird, zum Konvergieren gebracht wird; und für die zweite Richtung ist die Soll-Geschwindigkeit null, um zu verhindern, dass das Fahrzeug in die zweite Richtung kippt, was es dem Fußgänger oder ähnlichem erlaubt, das Fahrzeug flüssig bei der gewünschten Geschwindigkeit zu bewegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Vorderdiagramm eines inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine Seitenansicht eines inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines unteren Teils des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
4 ist eine perspektivische Ansicht des unteren Teils eines inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrbewegungseinheit (Radanordnung) des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
6 ist ein Diagramm, das die Platzierungsbeziehung zwischen der Fahrbewegungseinheit (Radanordnung) und freien Rollen des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform, illustriert;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess, der von einer Regelungs-/Steuereinheit des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird, illustriert;
8 ist ein Diagramm, das ein Inverspendelmodell, das die dynamischen Verhaltensweisen des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform ausdrückt, illustriert;
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion, zugehörig zum Prozess in SCHRITT9 von 7 gemäß der Ausführungsform, illustriert;
10 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion eines Verstärkungseinstellelements, das in 9 illustriert ist, illustriert;
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion eines Begrenzungsprozessors, der in 10 illustriert ist (oder eines Begrenzungsprozessors, der in 12 illustriert ist), illustriert;
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion eines Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzers 76, der in 9 illustriert ist, illustriert;
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion eines Haltungs-Regelungs-/Steuer-Berechners 80, der in 9 illustriert ist, illustriert;
14 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess, der von einem erforderten Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74, der in 9 illustriert ist, illustriert;
15 ist ein Diagramm, das Ergebnisse des Berechnungsprozesses von |↑Vb_aim| und eines Berechnungsprozesses von Vb_x_aim und Vb_y_aim, der in 14 illustriert ist, illustriert.
Modus zum Ausführen der Erfindung
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Zuerst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 der Aufbau eines omnidirektionalen Fahrzeugs gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst ein omnidirektionales Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Nutzlast-Trägerteil 3 für einen Benutzer (Fahrer), eine Fahrbewegungseinheit 5, welche in der Lage ist, in alle Richtungen (alle zweidimensionalen Richtungen, umfassend eine Längsrichtung und eine Querrichtung) auf einer Bodenfläche zu fahren, während sie mit der Bodenfläche in Kontakt steht, einen Aktuator 7, welcher eine Antriebskraft zum Antreiben der Fahrbewegungseinheit 5 der Fahrbewegungseinheit 5 vermittelt und einen Grundkörper 9, an welchem das Nutzlast-Trägerteil 3, die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 montiert sind.
In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform bedeuten hier „die Längsrichtung” und „die Querrichtung” die Richtungen, welche mit der Längsrichtung bzw. der Querrichtung des Oberkörpers eines Benutzers an Bord des Nutzlast-Trägerteils 3 in einer normalen Haltung zusammenfallen oder im Wesentlichen zusammenfallen. Übrigens ist „die normale Haltung” eine bei der Ausgestaltung vorgesehene Haltung, welche sich auf das Nutzlast-Trägerteil 3 bezieht und sie ist eine Haltung, in welcher die Rumpfachse des Oberkörpers des Benutzers näherungsweise in der vertikalen Richtung ausgerichtet ist und der Oberkörper nicht verdreht ist.
In diesem Fall sind in 1 „die Längsrichtung” und „die Querrichtung” die zur Zeichenebene senkrechte Richtung bzw. die Querrichtung der Zeichenebene. In 2 sind „die Längsrichtung” und „die Querrichtung” die Querrichtung der Zeichenebene bzw. die zur Zeichenebene senkrechte Richtung. Ferner werden bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die den Bezugszeichen beigefügten Abkürzungen „R” und „L” verwendet werden, um den Bezug zur rechten Seite bzw. linken Seite des Fahrzeugs 1 zu bezeichnen.
Der Grundkörper 9 ist mit einem unteren Rahmen 11, an welchem die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 angebracht sind, und einem sich aufwärts von dem oberen Ende des unteren Rahmens 11 erstreckenden Tragrahmen 13 bereitgestellt.
Ein sich von dem Tragerahmen 13 zur Vorderseite hin erstreckender Sitzrahmen 15 ist an der Oberseite des Tragrahmens 13 befestigt. Ferner ist der Sitz 3, auf welchem der Benutzer sitzt, an dem Sitzrahmen 15 angebracht. In der vorliegenden Ausführungsform dient der Sitz 3 als Nutzlast-Trägerteil für einen Benutzer. Somit fährt das omnidirektionale Fahrzeug 1 in der vorliegenden Ausführungsform (nachfolgend einfach als Fahrzeug 1 bezeichnet) auf einer Bodenfläche mit einem auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzer.
Ferner sind von dem auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzer bei Bedarf zu greifende Griffe 17R und 17L rechts und links von dem Sitz 3 angeordnet. Diese Griffe 17R und 17L sind an distalen Abschnitten von Bügeln 19R bzw. 19L gesichert, welche sich von dem Tragrahmen 13 (oder dem Sitzrahmen 15) erstrecken.
Eine Oberseite des Tragerahmens 13 ist mit einem Griff (äquivalent zu einem Halteteil der vorliegenden Erfindung) 18 ausgestattet, der sich in lateraler Richtung erstreckt. Der Griff 18 wird von Klammern 18R und 18L an seinen beiden jeweiligen Enden gehalten. Die Klammern 18R und 18L sind eingerichtet, sich vom Klammersockel 18C, der mit dem oberen Endteil des Tragerahmens 13 verbunden ist, auszustrecken.
Der untere Rahmen 11 ist mit einem Paar von Abdeckelementen 21R und 21L bereitgestellt, welche sich gegenüberliegend in einer gabelnden Form mit einer Lücke dazwischen in der Querrichtung angeordnet sind. Die oberen Endabschnitte (die Gabelabschnitte) dieser Abdeckelemente 21R und 21L sind durch eine Gelenkwelle 23 verbunden, welche eine longitudinale axiale Mitte aufweist, so dass eines der Abdeckelemente 21R und 21L um die Gelenkwelle 23 bezüglich des anderen relativ schwenkbar ist. In diesem Fall sind die Abdeckelemente 21R und 21L durch nicht gezeigte Federn in einer Richtung vorgespannt, in welcher sich die unteren Endabschnitte (die distalen Enden der Gabelabschnitte) der Abdeckelemente 21R und 21L verengen.
Ferner sind eine Fußraste 25R, auf welcher der auf dem Sitz 3 sitzende Benutzer seinen/ihren rechten Fuß abstützt, und eine Fußraste 25L, auf welcher der Benutzer seinen/ihren linken Fuß abstützt, an den Außenflächen der Abdeckelemente 21R und 21L derart bereitgestellt, dass sich die Fußrasten nach außen in die rechte bzw. die linke Richtung erstrecken.
Die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 sind zwischen den Abdeckelementen 21R und 21L des unteren Rahmens 11 angeordnet. Der Aufbau der Fahrbewegungseinheit 5 und des Aktuators 7 werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben werden.
Die in der vorliegenden Ausführungsform dargestellte Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 weisen den selben Aufbau auf wie diejenigen, welche beispielsweise in 1 des vorangehend erwähnten Patentdokuments 2 offenbart sind. Daher werden bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die Aspekte des Aufbaus der Fahrbewegungseinheit 5 und des Aktuators 7, welche in dem obengenannten Patentdokument 2 beschrieben sind, nur kurz beschrieben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Fahrbewegungseinheit 5 eine aus einem gummielastischen Material hergestellte Radanordnung, welche mit einer ringförmigen Form gebildet ist und eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform aufweist. Diese Fahrbewegungseinheit 5 (nachfolgend als die Radanordnung 5 bezeichnet) verformt sich elastisch, um in der Lage zu sein, um eine Mitte C1 des kreisförmigen Querschnitts zu rotieren (insbesondere die Umfangslinie, welche den Mittelpunkt C1 des kreisförmigen Querschnitts passiert und welche konzentrisch mit der axialen Mitte der Radanordnung 5 ist), wie durch den Pfeil Y1 in 5 und 6 angedeutet.
Die Radanordnung 5 ist zwischen den Abdeckelementen 21R und 21L angeordnet, wobei eine axiale Mitte C2 davon (eine axiale Mitte C2 orthogonal zu der Durchmesserrichtung der gesamten Radanordnung 5) in Querrichtung ausgerichtet ist, und tritt mit einer Bodenfläche an dem unteren Endabschnitt der Außenumfangsfläche der Radanordnung 5 in Kontakt.
Die Radanordnung 5 ist in der Lage, eine Rotationsbewegung um die axiale Mitte C2 der Radanordnung, wie durch einen Pfeil Y2 in 5 angedeutet, (eine Rollbewegung auf einer Bodenfläche) und eine Rotationsbewegung um die Mitte C1 des Querschnitts der Radanordnung 5 durchzuführen, indem sie von dem Aktuator 7 angetrieben wird (wird später im Detail zu diskutieren sein). Als Ergebnis davon ist die Radanordnung 5 in der Lage, in alle Richtungen auf einer Bodenfläche durch die Bewegungen zu fahren, welche die obengenannten Drehbewegungen kombinieren.
Der Aktuator 7 ist mit einem Rotationselement 27R und zwischen der Radanordnung 5 und dem rechten Abdeckelement 21R angeordneten freien Rollen 29R, einem Rotationselement 27L und zwischen der Radanordnung 5 und dem linken Abdeckelement 17L angeordneten freien Rollen 29L, einem Elektromotor 31R, welcher als ein oberhalb des Rotationselements 27R und den freien Rollen 29R angeordneter Aktuator dient, und einem Elektromotor 31L, welcher als ein oberhalb des Rotationselements 27L und den freien Rollen 29L dienender Aktuator bereitgestellt ist.
Die Gehäuse der Elektromotoren 31R und 31L sind an dem Abdeckelement 21R bzw. 21L angebracht. Obwohl nicht gezeigt, sind die elektrischen Quellen (Batterien oder Kondensatoren) der Elektromotoren 31R und 31L an einem geeigneten Ort des Grundkörpers 9, wie dem Tragrahmen 13 oder dergleichen, montiert.
Das Rotationselement 27R ist rotierend durch das Abdeckelement 21R durch Zwischenschaltung einer eine Querachsenmitte aufweisenden Tragachse 33R getragen. Ebenso ist das Rotationselement 27L durch das Abdeckelement 21L durch Zwischenschaltung einer eine Querachsenmitte aufweisenden Trageachse 33L getragen. In diesem Fall sind der axiale Rotationsmittelpunkt des Rotationselements 27R (der axiale Mittelpunkt der Tragachse 33R) und der axiale Rotationsmittelpunkt des Rotationselements 27L (der axiale Mittelpunkt der Tragachse 33L) konzentrisch zueinander.
Die Rotationselemente 27R und 27L sind mit den Ausgangswellen des Elektromotors 31R bzw. 31L durch Zwischenschaltung von Kraftübertragungsmechanismen, welche Funktionen von Reduzierstücken umfassen, verbunden und werden durch die von dem Elektromotor 31R bzw. 31L übertragene Antriebskraft (Drehmoment) zur Drehung angetrieben. Die Kraftübertragungsmechanismen sind beispielsweise ein Riemenscheibe-Riemen-System. Wie in 3 dargestellt, ist das Rotationselement 27R insbesondere mit der Ausgangswelle des Elektromotors 31R durch Zwischenschaltung einer Riemenscheibe 35R und eines Riemens 37R verbunden. Ebenso ist das Rotationselement 27L mit der Ausgangswelle des Elektromotors 31L durch Zwischenschaltung einer Riemenscheibe 35L und eines Riemens 37L verbunden.
Übrigens kann der obengenannte Kraftübertragungsmechanismus beispielsweise aus einem Ritzel und einer Verbindungskette gebildet sein oder kann aus einer Mehrzahl von Zahnrädern gebildet sein. Als eine andere Alternative können die Elektromotoren 31R und 31L derart gebildet sein, dass deren Ausgangswellen angeordnet sind, um den Rotationselementen 27R und 27L gegenüberzuliegen, um die Ausgangswellen derart anzuordnen, dass sie konzentrisch mit den Rotationselementen 27R und 27L sind und die Ausgangswellen der Elektromotoren 31L und 31R können durch Zwischenschaltung von Reduzierstücken (beispielsweise Planetgetriebevorrichtungen) mit dem Rotationselement 27R bzw. 27L verbunden sein.
Die Rotationselemente 27R und 27L weisen die gleiche Form auf und sind als Kreiskegelstümpfe gebildet, deren Durchmesser sich zur Radanordnung 5 hin verringern und deren Außenumfangsflächen geneigte Außenumfangsflächen 39R und 39L bilden.
Eine Mehrzahl der freien Rollen 29R ist um die geneigte Außenumfangsfläche 39R des Rotationselements 27R derart angeordnet, dass die freien Rollen 29R in regelmäßigen Abständen auf dem mit dem Rotationselement 27R konzentrischen Umfang angeordnet sind. Ferner sind diese freien Rollen 29R an der geneigten Außenumfangsfläche 39R durch Zwischenschaltung der Bügel 41R angebracht und sind drehend durch die Bügel 41R getragen.
Ebenso ist eine Mehrzahl von freien Rollen 29L (der gleichen Anzahl wie die der freien Rollen 29R) um die geneigte Außenumfangsfläche 39L des Rotationselements 27L derart angeordnet, dass die freien Rollen 29L in regelmäßigen Abständen auf dem mit dem Rotationselement 27L konzentrischen Umfang angeordnet sind. Ferner sind diese freien Rollen 29L an der geneigten Außenumfangsfläche 39L durch Zwischenschaltung der Bügel 41L angebracht und sind drehbar von den Bügeln 41L getragen.
Die Radanordnung 5 ist konzentrisch mit den Rotationselementen 27R und 27L angeordnet und zwischen den dem Rotationselement 27R benachbarten freien Rollen 29R und den dem Rotationselement 27L benachbarten freien Rollen 29L gehalten.
Wie in 1 und 5 dargestellt, sind die freien Rollen 29R und 29L in diesem Fall in Stellungen angeordnet, in welchen deren axiale Mitten C3 gegen die axiale Mitte C2 der Radanordnung 5 geneigt sind und auch gegen die Durchmesserrichtung der Radanordnung 5 geneigt sind (die radiale Richtung, welche die axiale Mitte C2 und die freien Rollen 29R und 29L bei Betrachtung der Radanordnung 5 in Richtung der axialen Mitte 02 davon verbindet). In den obengenannten Stellungen werden ferner die Außenumfangsflächen der freien Rollen 29R bzw. 29L in einen schrägen Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Radanordnung 5 gedrückt.
Allgemeiner gesagt, werden die rechten freien Rollen 29R in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Radanordnung 5 in Stellungen in Kontakt gedrückt, in welchen eine Reibungskraftkomponente in der Richtung um die axiale Mitte C2 (eine Reibungskraftkomponente in der Tangentialrichtung des Innenumfangs der Radanordnung 5) und eine Reibungskraftkomponente in der Richtung um die Mitte C1 des Querschnitts der Radanordnung 5 (eine Reibungskraftkomponente in der Tangentialrichtung des kreisförmigen Querschnitts) auf die Radanordnung an einer Fläche ausgeübt werden kann, welche mit der Radanordnung 5 in Kontakt steht, wenn das Rotationselement 27R um die axiale Mitte C2 zur Drehung angetrieben wird. Das Gleiche gilt für die linken freien Rollen 29L.
Wie vorangehend beschrieben, werden die Abdeckelemente 21R und 21L in diesem Fall durch nicht gezeigte Federn in die Richtung zum Verengen der unteren Endabschnitte (der distalen Enden der Gabelabschnitte) der Abdeckelemente 21R und 21L vorgespannt. Somit hält die treibende Kraft die Radanordnung 5 zwischen den rechten freien Relief 29R und den linken freien Rollen 29L und die freien Rollen 29R und 29L werden in Presskontakt mit der Radanordnung 5 gehalten (insbesondere der Presskontaktzustand, welcher ermöglicht, dass eine Reibungskraft zwischen den freien Rollen 29R und 29L und der Radanordnung 5 wirkt).
Wenn bei dem den vorangehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Fahrzeug 1 die Rotationselemente 27R und 27L zur Drehung mit der gleichen Geschwindigkeit in der gleichen Richtung durch den Elektromotor 31R bzw. 31L angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 um die axiale Mitte C2 in der gleichen Richtung wie der Rotationselemente 27R und 27L drehen. Dies veranlasst die Radanordnung 5 dazu, auf einer Bodenfläche in der Längsrichtung zu rollen und das gesamte Fahrzeug 1 wird in der Längsrichtung fahren. In diesem Fall dreht sich die Radanordnung 5 nicht um die Mitte C1 von dessen Querschnitt.
Wenn ferner beispielsweise die Rotationselemente 27R und 27L in einander entgegengesetzten Richtungen mit Geschwindigkeiten der gleichen Größe zur Drehung angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 dann um die Mitte C1 von dessen Querschnitt drehen. Dies veranlasst die Radanordnung 4, in die Richtung der axialen Mitte C2 davon zu fahren (das heißt in die Querrichtung), wodurch das gesamte Fahrzeug 1 veranlasst wird, in die Querrichtung zu fahren. In diesem Fall dreht sich die Radanordnung 5 nicht um die axiale Mitte C2 davon.
Wenn ferner die Rotationselemente 27R und 27L in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen mit voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeiten umfassende Richtungen) zur Drehung angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 dann um die axiale Mitte C2 und auch um die axiale Mitte C1 von dessen Querschnitt drehen.
Zu diesem Zeitpunkt veranlassen Bewegungen, welche die obengenannten Rotationsbewegungen (kombinierte Bewegungen) kombinieren, die Radanordnung 5 dazu, in Richtungen zu fahren, welche relativ zu der Längsrichtung und der Querrichtung geneigt sind, wodurch das gesamte Fahrzeug 1 veranlasst wird, in die gleiche Richtung wie die der Radanordnung 5 zu fahren. Die Fahrtrichtung der Radanordnung 5 wird sich in diesem Fall in Abhängigkeit der Differenz zwischen den Rotationsrichtungen umfassenden Rotationsgeschwindigkeiten der Rotationselemente 27R und 27L (die Rotationsgeschwindigkeitsvektoren, deren Polaritäten gemäß den Rotationsrichtungen definiert sind) ändern.
Die Fahrbewegungen der Radanordnung werden wie vorangehend beschrieben ausgeführt. Deshalb wird es möglich, die Fahrgeschwindigkeit und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs durch Regeln/Steuern der Rotationsgeschwindigkeiten (umfassend die Rotationsrichtungen) der Elektromotoren 31R und 31L und somit durch Regeln/Steuern der Rotationsgeschwindigkeiten der Rotationselemente 27R und 27L zu regeln/steuern.
Der Sitz 3 und der Grundkörper 9 sind übrigens um die Querachsenmitte 02 neigbar, wobei die axiale Mitte C2 der Radanordnung 5 der Tragepunkt ist, und auch zusammen mit der Radanordnung 5 um die longitudinale Achse neigbar, wobei die Bodenkontaktfläche (die untere Endfläche) der Radanordnung 5 der Tragepunkt ist.
Der Aufbau zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jetzt beschrieben werden. Ausgehend von einem XYZ-Koordinatensystem, in welchem, wie in 1 und 2 dargestellt, die longitudinale horizontale Achse durch eine X-Achse angedeutet ist, die seitliche horizontale Achse durch eine Y-Achse angedeutet ist und die vertikale Richtung durch eine Z-Achse angedeutet ist, können in der folgenden Beschreibung die Längsrichtung und die Querrichtung als die X-Achsen-Richtung bzw. die Y-Achsen-Richtung bezeichnet werden.
Zuerst wird die Regelung/Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs 1 umrissen werden. Gemäß, der vorliegenden Ausführungsform wird grundsätzlich, wenn der auf dem Sitz 3 sitzende Benutzer seinen/ihren Oberkörper neigt (insbesondere, wenn der Oberkörper derart geneigt wird, dass die Position des gesamten Schwerpunkts, welcher den Benutzer und das Fahrzeug 1 kombiniert (die auf eine horizontale Ebene projizierte Position) bewegt wird), der Grundkörper 9 dann zusammen mit dem Sitz 3 zu der Seite hin geneigt, zu welcher der Oberkörper geneigt worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert, dass das Fahrzeug 1 zu der Seite hin fährt, zu welcher sich der Grundkörper 9 geneigt hat. Beispielsweise, wenn der Benutzer seinen/ihren Oberkörper nach vorne neigt, was den Grundkörper 9 dazu veranlasst, sich zusammen mit dem Sitz 3 nach vorne zu neigen, wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 dann geregelt/gesteuert, um das Fahrzeug 1 dazu zu veranlassen, nach vorne zu fahren.
Anders ausgedrückt, stellt gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Betrieb, in welchem der Benutzer seinen/ihren Oberkörper bewegt, was den Sitz 3 und den Grundkörper 9 dazu veranlasst, sich zu neigen, einen grundlegenden Lenkbetrieb für das Fahrzeug 1 bereit (eine Bewegungsanforderung des Fahrzeugs 1) und die Fahrbewegung der Radanordnung 5 wird gemäß dem Lenkbetrieb durch den Aktuator 7 geregelt/gesteuert.
Bei dem Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird hier die Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 als die Bodenkontaktfläche des gesamten Fahrzeugs 1 eine einzige lokale Region sein, welche kleiner als eine durch eine Projektion auf eine Bodenfläche des Fahrzeugs 1 und des Benutzers in dem Fahrzeug resultierende Region ist, und eine Bodenreaktionskraft wird nur auf die einzige lokale Region wirken. Aus diesem Grund muss die Radanordnung 5 derart bewegt werden, dass der gesamte Schwerpunkt des Benutzers und des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen unmittelbar über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist.
Deshalb wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Haltung des Grundkörpers 9 in einem Zustand, in dem der gesamte Schwerpunkt des Benutzers und des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen direkt über dem Mittelpunkt der Radanordnung 5 angeordnet ist (der Mittelpunkt an der axialen Mitte C2) (genauer gesagt, in einem Zustand, in dem der Schwerpunkt im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist) als eine Soll-Haltung definiert und die Fahrbewegung der Radanordnung 5 wird grundsätzlich derart geregelt/gesteuert, dass die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 gegen die Soll-Haltung konvergiert.
Ferner wird in einem Zustand, in dem kein Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist, die Haltung des Grundkörpers 9 in einem Zustand, in dem der alleinige Schwerpunkt des Fahrzeugs im Wesentlichen unmittelbar oberhalb des Mittelpunkts der Radanordnung 5 angeordnet ist (der Mittelpunkt an der axialen Mitte C2) (genauer gesagt, in einem Zustand, in dem der Schwerpunkt im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist) als eine Soll-Haltung definiert, und die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 wird gegen die Soll-Haltung konvergiert. Somit wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert, dass sich das Fahrzeug 1 selbst stützt, ohne den Grundkörper 9 dazu zu veranlassen, durch Neigen umzufallen.
Entweder im Zustand, in dem der Benutzer sich auf dem Fahrzeug 1 befindet oder im Zustand, in dem sich der Benutzer nicht auf dem Fahrzeug 1 befindet, wird die Bewegungsoperation der Radanordnung 5 gesteuert, die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu erhöhen, wenn der Fehler der Ist-Haltung des Grundkörpers 9 von der Soll-Haltung größer wird, und das Fahrzeug 1 vom Fahren anzuhalten, in einem Zustand, in dem die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 mit der Soll-Haltung übereinstimmt.
„Die Haltung” bedeutet ergänzend eine räumliche Orientierung. Wenn sich in der vorliegenden Ausführungsform der Grundkörper 9 zusammen mit dem Sitz 3 neigt, ändern sich die Haltungen des Grundkörpers 9 und des Sitzes 3. In der vorliegenden Ausführungsform neigen sich der Grundkörper 9 und der Sitz 3 ferner integral, so dass ein Konvergieren der Haltung des Grundkörpers 9 gegen die Soll-Haltung äquivalent zu einem Konvergieren der Haltung des Sitzes 3 gegen eine dem Sitz 3 zugeordnete Soll-Haltung ist (die Haltung des Sitzes 3 in einem Zustand, in dem die Haltung des Grundkörpers 9 mit einer Soll-Haltung des Grundkörpers 9 übereinstimmt).
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind, um die Operation des Fahrzeugs 1 wie oben beschrieben zu steuern/regeln, eine Regelungs-/Steuerungseinheit 50, bestehend aus einer elektronischen Schaltkreiseinheit, die hauptsächlich einen Mikrocomputer und eine Antriebsschaltkreis-Einheit für die Elektromotoren 31R und 31L umfasst, ein Neigungssensor 52 zum Messen eines Neigungswinkels θb relativ zur vertikalen Richtung (der Schwerkraftrichtung) eines vordefinierten Teils des Grundkörpers 9 und eine sich ändernde Geschwindigkeit desselben (= dθb/dt) als eine Zustand-Menge, verbunden mit der Haltung des Grundkörpers 9 (oder der Haltung des Sitzes 3), ein Lastsensor 54 zum Detektieren ob oder ob nicht sich ein Benutzer auf dem Fahrzeug 1 befindet, ein Kraftsensor 55 zum Detektieren einer externen Kraft, die auf den Griff 18 einwirkt, und Rotations-Enkoder 56R und 56L, die als Winkelsensoren zum Detektieren der jeweiligen Rotationswinkel und der Rotationswinkelgeschwindigkeiten der Ausgabe-Schafte der Elektromotoren 31R und 31L, an geeigneten Stellen des Fahrzeugs 1, wie in 1 und 2 illustriert, angebracht.
In diesem Fall sind die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 und der Neigungssensor 52 an dem Tragrahmen 13 beispielsweise dadurch angebracht, dass sie in dem Tragrahmen 13 des Grundkörpers 9 aufgenommen sind. Ferner ist der Lastsensor 54 in dem Sitz 3 aufgenommen. Ferner sind die Drehkodierer 56R und 56L integral mit den Elektromotoren 31R und 31L bereitgestellt. Die Drehkodierer 56R und 56L können alternativ an dem Rotationselement 27R bzw. 27L angebracht sein.
Der obengenannte Neigungssensor 52 ist insbesondere aus einem Beschleunigungssensor und einem Ratensensor (Winkelgeschwindigkeitssensor) wie einem Gyrosensor gebildet, und gibt Detektionssignale dieser Sensoren an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt dann eine vorgegebene arithmetische Messverarbeitung (diese kann allgemein als arithmetische Verarbeitung bekannt sein) auf Grundlage der Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Ratensensors des Neigungssensors 52 aus, wodurch der Messwert des Neigungswinkels Θb relativ zu der vertikalen Richtung des Abschnitts, an welchem der Neigungssensor 52 installiert ist (Tragrahmen 13 in der vorliegenden Ausführungsform), und der Messwert der Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot, welche eine Änderungsrate (differentieller Wert) davon ist, berechnet wird.
Der zu messende Winkel Θb (nachfolgend als ein Grundkörper-Neigungswinkel Θb in einigen Fällen bezeichnet) ist in diesem Fall insbesondere aus einer Komponente in die Richtung um die Y-Achse (eine Höhenrichtung) Θb_x und einer Komponente in die Richtung um die X-Achse (eine Rollrichtung) Θb_y gebildet. Ebenso ist die zu messende Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot (nachfolgend als Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot in einigen Fällen bezeichnet) aus einer Komponente in die Richtung um die Y-Achse (die Höhenrichtung) Θbdot_x (= dΘb_x/dt) und einer Komponente in die Richtung um die X-Achse (die Rollrichtung) Θbdot_y (= dΘb_y/dt) gebildet.
Ergänzend neigt sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Sitz 3 integral mit dem Tragrahmen 13 des Grundkörpers 9, so dass der Grundkörper-Neigungswinkel Θb auch eine Bedeutung als der Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerteils 3 hat.
Bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform werden im Hinblick auf Variablen, wie ein Bewegungszustandsbetrag, welcher Komponenten in Richtungen der X-Achse und der Y-Achse aufweist, wie der obengenannte Grundkörper-Neigungswinkel Θb (oder Richtungen um Achsen) oder Variablen, wie auf den Bewegungszustandsbetrag bezogene Koeffizienten, die Bezugszeichen der Variablen mit einem Suffix „_x” oder „_y” versehen, um die Komponenten unterscheidbar zu bezeichnen.
Für die auf Translationsbewegungen, wie eine Translationsgeschwindigkeit, bezogene Variablen wird in diesem Fall eine Komponente in der X-Achsen-Richtung davon mit einem Suffix „_x” versehen werden, und eine Komponente in der Y-Achsen-Richtung davon wird mit einem Suffix „_y” versehen werden.
Unterdessen wird im Hinblick auf Rotationsbewegungen bezogene Variablen, wie Winkel, Rotationsgeschwindigkeiten (Winkelgeschwindigkeiten) und eine Winkelbeschleunigung, der Übersichtlichkeit halber eine Komponente in die Richtung um die Y-Achse mit dem Suffix „_x” versehen werden, und eine Komponente in die Richtung um die X-Achse wird mit dem Suffix „_y” versehen werden, um zu den auf Translationsbewegungen bezogenen Variablen mit Suffixen zu passen.
Ferner wird, um eine Variable in der Form eines Paares einer Komponente in der X-Achsen-Richtung (oder eine Komponente in Richtung um die Y-Achse) und eine Komponente in der Y-Achsen-Richtung (oder eine Komponente in Richtung um die X-Achse) zu bezeichnen, der Suffix „_xy” zu dem Bezugszeichen der Variable hinzugefügt. Beispielsweise, um den obengenannten Grundkörper-Neigungswinkel Θb in der Form des Paares einer Komponente in Richtung um die Y-Achse Θb_x und einer Komponente in Richtung um die X-Achse Θb_y auszudrücken, wird das Paar durch „der Grundkörper-Neigungswinkel Θb_xy” bezeichnet werden.
Der Lastsensor 54 ist in dem Sitz 3 derart aufgenommen, dass er einer Last von dem Gewicht eines Benutzers ausgesetzt wird, wenn der Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt, und gibt ein Detektionssignal basierend auf der Last an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 bestimmt dann, ob der Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist oder nicht, basierend auf dem Messwert der Last, welcher von der Ausgabe des Lastsensors 54 angezeigt wird.
Anstelle des Lastsensors 54 kann ein schalterartiger Sensor verwendet werden, welcher sich beispielsweise einschaltet, wenn ein Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt.
Der Kraftsensor 55 ist zwischen dem oberen Endteil des Tragerahmens 13 und dem Klammersockel 18C angebracht und eingestellt, ein Detektionssignal an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 gemäß einer externen Kraft, die auf den Griff 18 einwirkt (im Folgenden als auf den Griff wirkende externe Kraft F bezeichnet), auszugeben. Der Kraftsensor 55 ist hier ein Kraftsensor (beispielsweise ein biaxialer Kraftsensor), der in der Lage ist, Translationskräfte in zwei axialen Richtungen senkrecht zueinander zu detektieren, und die Richtungen ihrer Detektions-Achsen sind jeweils entlang der Längsrichtung und der lateralen Richtung des Fahrzeugs 1 angeordnet. Insbesondere ist, in einem Zustand, in dem der Grundkörperneigungswinkel θb_xy in Übereinstimmung mit einem Soll-Wert θb_xy_obj ist, beispielsweise für einen autonomen Modus, der hiernach beschrieben wird, der Kraftsensor 55 so angeordnet, dass die Richtungen der Detektions-Achsen des Kraftsensors 55 jeweils in Übereinstimmung mit der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung sind. Auf der Grundlage der Ausgabe des Kraftsensors 55, bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 einen Messwert der X-Achsen-Richtungs-Komponente Fx und einen Messwert der Y-Achsen-Richtungs-Komponente Fy, der auf den Griff wirkenden externen Kraft F.
In der Ausgabe des Kraftsensors 55 bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 eine Translationskraft, die der Ausgabe im Zusammenhang mit der Detektionsachse, die der Längsrichtung des Fahrzeugs 1 entspricht, bezeichnet, als Messwert von Fx, und eine Translationskraft, die die Ausgabe in Zusammenhang mit der Detektionsachse, die der lateralen Richtung des Fahrzeugs 1 entspricht, bezeichnet, als Messwert von Fy. Wenn sich der Kraftsensor 55 zusammen mit dem Grundkörper 9 in einen Zustand, in dem der Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy nicht in Übereinstimmung mit dem Soll-Wert θb_xy_obj für den autonomen Modus ist, neigt, weichen die Richtungen der beiden Detektionsachsen des Kraftsensors 55 jeweils von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung ab. Somit ist es, um die Messwert von Fx und Fy akkurater bestimmen zu können, wünschenswert, die Messwerte von Fx und Fy durch das Ausführen einer Koordinaten-Transformation auf die auf den Griff wirkende externe Kraft F, die durch die Ausgabe des Kraftsensors 55 (Kraftvektoren, die in einem Koordinatensystem, das im Kraftsensor 55 festgelegt ist, verstanden werden) in Zusammenhang mit dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_xy_s, der auf der Ausgabe des Neigungssensors 52 basiert, bezeichnet wird, zu bestimmen.
Der Drehkodierer 56R erzeugt ein Pulssignal jedes Mal, wenn die Ausgangswelle des Elektromotors 31R sich um einen vorgegebenen Winkel dreht und gibt das Pulssignal an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-(Steuerungseinheit 50 misst dann basierend auf dem Pulssignal den Drehwinkel der Ausgangswelle des Elektromotors 53R und misst ferner die zeitliche Änderungsrate (differentieller Wert) des Messwertes des Drehwinkels als die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 53R. Das Gleiche gilt für den Drehkodierer 56L für den Elektromotor 31L.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt eine vorgegebene arithmetische Verarbeitung unter Verwendung der obengenannten Messwerte aus, wodurch Geschwindigkeitsbefehle bestimmt werden, welche die Soll-Werte der Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L sind, und führt eine Rückkopplungsregelung/-steuerung der Drehwinkelgeschwindigkeit jedes Elektromotors 31R und 31L gemäß den bestimmten Geschwindigkeitsbefehlen aus.
Die Beziehung zwischen der Drehwinkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Elektromotors 31R und der Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotationselements 27R wird übrigens eine proportionale Beziehung basierend auf dem Geschwindigkeitsdämpfungsverhältnis eines festen Wertes zwischen der Ausgangswelle und dem Rotationselement 27R sein. Der Einfachheit halber wird in der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 31R die Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotationselements 27R bedeuten. Ebenso wird die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 31L die Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotationselements 27L bedeuten.
Nachfolgend wird die von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ausgeführte Regelungs-/Steuerungsverarbeitung detaillierter beschrieben werden.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt die durch das Flussdiagramm der 7 dargestellte Verarbeitung (Hauptroutinenverarbeitung) in einem vorgegebenen Regelungs-/Steuerungs-Verarbeitungszyklus aus.
Im SCHRITT 1 erfasst die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zuerst eine Ausgabe eines Neigungssensors 52.
Anschließend geht die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zu SCHRITT 2 über, um einen Messwert Θb_xy_s eines Grundkörper-Neigungswinkels Θb und einen Messwert Θbdot_xy_s einer Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot basierend auf der erfassten Ausgabe des Neigungssensors 52 zu berechnen.
In der folgenden Beschreibung wird, um den beobachteten Wert (den Messwert oder einen geschätzten Wert) eines Ist-Werts einer Variable (ein Zustandsbetrag), wie der obengenannte Messwert Θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb, mit einem Bezugszeichen zu versehen, wird das Bezugszeichen der Variable ein Suffix „_s” aufweisen.
Als nächstes führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50, nachdem sie eine Ausgabe eines Lastsensors 54 im SCHRITT 3 erfasst hat, die Bestimmungsverarbeitung im SCHRITT 4 aus. In der Bestimmungsverarbeitung bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50, ob das Fahrzeug 1 einen Benutzer an Bord hat oder nicht (ob ein Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt oder nicht) durch Bestimmen, ob der durch die erfasste Ausgabe des Lastsensors 54 angezeigte Lastmesswert größer als ein vorhergehend eingestellter vorgegebener Wert ist oder nicht.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit führt dann, wenn das Bestimmungsergebnis im SCHRITT 4 positiv ist, die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb bzw. die Verarbeitung zum Einstellen der Werte konstanter Parameter (beispielsweise die Grundwerte unterschiedlicher Verstärkungen) zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 im SCHRITT 5 bzw. SCHRITT 6 aus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt im SCHRITT 5 einen vorgegebenen Soll-Wert für einen An-Bord-Modus als den Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb ein.
Der Begriff „An-Bord-Modus” bezeichnet hier den Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 in dem Fall, in dem der Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist. Der Soll-Wert Θb_xy_obj für den An-Bord-Modus ist derart voreingestellt, dass der Soll-Wert Θb_xy_obj mit dem Messwert Θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe des Neigungssensors 52 in einer Haltung des Grundkörpers 9 gemessen wird, in welcher der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs 1 und des auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzers (nachfolgend als Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt bezeichnet) im Wesentlichen unmittelbar über einer Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt ferner im SCHRITT 6 vorgegebene Werte für den An-Bord-Modus als die Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 ein. Die konstanten Parameter umfassen beispielsweise hx, hy, Ki_a_x, Ki_b_x, Ki_a_y und Ki_b_y (i = 1, 2, 3), welche später diskutiert werden.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt unterdessen, wenn das Bestimmungsergebnis im SCHRITT 4 negativ ist, dann die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb_xy und die Verarbeitung zum Einstellen der Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 im SCHRITT 7 bzw. SCHRITT 8 aus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt im SCHRITT 7 einen vorgegebenen Soll-Wert für einen autonomen Modus als den Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb ein.
Hier bezeichnet der Begriff „autonomer Modus” einen Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 im Fall, in dem der Benutzer sich nicht auf dem Fahrzeug 1 befindet. Wie hiernach beschrieben, beinhaltet der autonome Modus zwei Modi: einen Bewegungsmodus, der eingerichtet ist, das Fahrzeug 1 zu bewegen, und einen Haltemodus, der eingerichtet ist, das Fahrzeug 1 in einem Haltezustand zu halten.
Der Soll-Wert θb_xy_obj für den autonomen Modus (entweder der Bewegungsmodus oder der Haltemodus) ist so voreingestellt, dass der Soll-Wert θb_xy_obj mit dem Messwert θb_xy_s des Grundkörperneigungswinkels θb zusammenfällt oder größtenteils zusammenfällt, der auf der Grundlage einer Ausgabe des Neigungssensors 52 in einer Haltung des Grundkörpers 9, in der der Schwerpunkt des Fahrzeugs 1 alleine (hiernach als Nur-Fahrzeugschwerpunkts bezeichnet) im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktoberfläche der Radanordnung 5 positioniert ist, gemessen wird. Der Soll-Wert θb_xy_obj für den autonomen Modus ist im Allgemeinen verschieden vom Soll-Wert θb_xy_obj für den An-Bord-Modus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt ferner im SCHRITT 8 vorgegebene Werte für den autonomen Modus als die Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 ein. Die Werte der konstanten Parameter für den autonomen Modus sind verschieden von den Werten der konstanten Parameter für den An-Bord-Modus.
Die obengenannten Werte der konstanten Parameter werden eingestellt, um zwischen dem An-Bord-Modus und dem autonomen Modus verschieden zu sein, da die Reaktionscharakteristiken der Betriebe des Fahrzeugs 1 relativ zu den Regelungs-/Steuerungseingaben aufgrund der Unterschiede in der Höhe des obengenannten Schwerpunkts, der Gesamtmasse und dergleichen zwischen den jeweiligen Moden voneinander verschieden sind.
Durch die vorangehend beschriebene Verarbeitung im SCHRITT 4 bis SCHRITT 8 werden der Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb_xy und die Werte der konstanten Parameter für jeden der Betriebsmoden, nämlich den An-Bord-Modus und den autonomen Modus, eingestellt.
Die Verarbeitung im SCHRITT 5 und SCHRITT 6 oder die Verarbeitung im SCHRITT 7 und SCHRITT 8 muss übrigens nicht in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus durchgeführt werden. Alternativ kann die Verarbeitung nur ausgeführt werden, wenn sich das Bestimmungsergebnis im SCHRITT 4 ändert.
Zusätzlich sind in sowohl dem An-Bord-Modus als auch dem autonomen Modus der Soll-Wert einer Komponente Θbdot_x in Richtung um eine Y-Achse der Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot und der Soll-Wert einer Komponente Θbdot_y in Richtung um eine X-Achse davon beide 0. Aus diesem Grund ist es nicht notwendig, die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes der Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot xy auszuführen.
Nach dem Ausführen der vorangehend beschriebenen Verarbeitung im SCHRITT 5 und SCHRITT 6 oder der vorangehend beschriebenen Verarbeitung im SCHRITT 7 und SCHRITT 8, führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 eine arithmetische Fahrzeug-Regelungs-/Steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 aus, um dadurch den Geschwindigkeitsbefehl für den Elektromotor 31R bzw. 31L zu bestimmen. Die arithmetische Fahrzeug-Regelungs-/Steuerungsverarbeitung wird später im Detail beschrieben werden.
Anschließend geht die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zum SCHRITT 10 über, um die Verarbeitung zum Regeln/Steuern der Betriebe der Elektromotoren 31R und 31L gemäß den im SCHRITT 9 bestimmten Geschwindigkeitsbefehlen auszuführen. In dieser Betriebsregelungs-/-steuerungsverarbeitung bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 basierend auf der Differenz zwischen dem im SCHRITT 9 bestimmten Geschwindigkeitsbefehl für den Elektromotor 31R und dem Messwert der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 31R, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe eines Drehkodierers 56R gemessen wird, einen Soll-Wert (Soll-Drehmoment) eines Ausgabedrehmoments des Elektromotors 31R derart, dass die Differenz gegen 0 konvergiert. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 regelt/steuert dann den dem Elektromotor 31R zugeführten Strom derart, dass der Elektromotor 31R ein Ausgabedrehmoment des Soll-Drehmoments ausgibt. Das Gleiche gilt für die Betriebsregelung/-steuerung des linken Elektromotors 31L.
Vorangehend ist die von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ausgeführte allgemeine Regelungs-/Steuerungsverarbeitung beschrieben worden.
Die vorangehend erwähnte arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 wird jetzt im Detail beschrieben werden.
In der nachfolgenden Beschreibung werden der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt in dem An-Bord-Modus und der alleinige Fahrzeugschwerpunkt in dem autonomen Modus allgemein als der Fahrzeugsystemschwerpunkt bezeichnet werden. Der Fahrzeugsystemschwerpunkt wird den Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt bezeichnen, wenn der Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 der An-Bord-Modus ist, und wird den alleinigen Fahrzeugschwerpunkt bezeichnen, wenn der Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 der autonome Modus ist.
In der nachfolgenden Beschreibung kann ferner hinsichtlich der Werte (aktualisierte Werte), welche in jedem Regelungs-/-Steuerungsverarbeitungszyklus von der Regelungs-/-Steuerungseinheit 50 bestimmt werden, ein Wert, welcher in dem gegenwärtigen (spätesten) Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus bestimmt wird, als ein gegenwärtiger Wert bezeichnet werden, und ein Wert, welcher in einem unmittelbar vorangehenden Regelungs-/Steuerungsverarbeitungsmodus bestimmt wird, kann als ein vorangehender Wert bezeichnet werden. Ein Wert wird ferner einen gegenwärtigen Wert bezeichnen, es sei denn, er wird als ein gegenwärtiger Wert oder ein vorangehender Wert bezeichnet.
Hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung in die X-Achsen-Richtung wird eine vorwärts gerichtete Richtung ferner als eine positive Richtung definiert werden, und hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung in die Y-Achsen-Richtung wird eine nach links gerichtete Richtung als die positive Richtung definiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 unter der Annahme ausgeführt, dass das dynamische Verhalten des Fahrzeugsystemschwerpunkts (insbesondere das durch Projizieren des Verhaltens von der Y-Achsen-Richtung auf eine dazu orthogonale Ebene (XZ-Ebene) beobachtete Verhalten und das durch Projizieren des Verhaltens von der X-Achsen-Richtung auf eine dazu orthogonale Ebene (YX-Ebene) beobachteten Verhalten) näherungsweise durch das Verhalten eines Inverspendel-Modells (dynamisches Verhalten des invertierten Pendels), wie in 8 gezeigt, ausgedrückt wird.
In 8 bezeichnen Bezugszeichen, welche nicht in Klammern gesetzt sind, die dem aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modell zugeordneten Bezugszeichen, während die in Klammern gesetzten Bezugszeichen die dem aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modell zugeordneten Bezugszeichen bezeichnen.
In diesem Fall ist das Inverspendel-Modell, welches ein aus der Y-Achsen-Richtung beobachtetes Verhalten ausdrückt, mit einem in dem Fahrzeugsystemschwerpunkt angeordneten Massenpunkt 60_x und einem imaginären Rad 62_x bereitgestellt, welches eine zu der Y-Achsen-Richtung parallele Rotationsachse 62a_x aufweist, und welches auf einer Bodenfläche frei rollt (nachfolgend als das imaginäre Rad 62_x bezeichnet). Der Massenpunkt 60_x ist ferner von einer Rotationswelle 62a_x des imaginären Rads 62_x durch Zwischenschaltung einer linearen Stange 64_x unter Verwendung der Rotationswelle 62a_x als der Tragepunkt derart getragen, dass der Massenpunkt 60_x um die Rotationswelle 62a_x schwenkbar ist.
In diesem Inverspendel-Modell entspricht eine Bewegung des Massenpunktes 60_x einer Bewegung des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts. Ferner wird angenommen, dass der Neigungswinkel Θbe_x der Stange 64_x relativ zu einer vertikalen Richtung mit einer Differenz Θbe_x_s zwischen einem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert Θb_x_s in Richtung um die Y-Achse und einem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert Θb_x_obj (= Θb_x_s – Θb_x_obj) übereinstimmt. Es wird auch angenommen, dass sich eine ändernde Geschwindigkeit des Neigungswinkels Θbe_x der Stange 64_x (= dΘbe_x/dt) mit einem Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswert Θbdot_x_s in Richtung um die Y-Achse übereinstimmt. Ferner wird angenommen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x (die translatorische Bewegungsgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung) mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der X-Achsen-Richtung übereinstimmt.
Ebenso ist das ein aus der X-Achsen-Richtung beobachtete Verhalten ausdrückende Inverspendel-Modell (Bezug nehmend zu den in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 8) mit einem im Fahrzeugsystemschwerpunkt angeordneten Massenpunkt 60_y und einem imaginären Rad 62_y, welches eine zu der X-Achsen-Richtung parallele Rotationsachse 62a_y aufweist, und welches auf einer Bodenfläche frei rollt (nachfolgend als das imaginäre Rad 62_y bezeichnet) bereitgestellt. Ferner wird der Massenpunkt 60_y von einer Rotationswelle 62a_y des imaginären Rads 62_y durch Zwischenschaltung einer linearen Stange 64_y unter Verwendung der Rotationswelle 62a_y als Tragepunkt derart getragen, dass der Massenpunkt 60_y um die Rotationswelle 62a_y schwenkbar ist.
In diesem Inverspendel-Modell entspricht eine Bewegung des Massenpunktes 60_y einer Bewegung des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts. Ferner wird angenommen, dass der Neigungswinkel Θbe_y der Stange 64_y relativ zu der vertikalen Richtung mit einer Differenz Θbe_y_s zwischen einem Grundkörper-Neigungswinkelmesswert Θb_y_s in Richtung um die X-Achse und einem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert Θb_y_obj (= Θb_y_s – Θb_y_obj) übereinstimmt. Es wird auch angenommen, dass eine sich ändernde Geschwindigkeit des Neigungswinkels Θbe_y der Stange 64_y (= dΘbe_y/dt) mit einem Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswert Θbdot_y_s in Richtung um die X-Achse übereinstimmt. Ferner wird angenommen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y (die translatorische Bewegungsgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung) mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der Y-Achsen-Richtung übereinstimmt.
Es wird angenommen, dass die imaginären Räder 62_x und 62_y jeweils Radien Rw_x und Rw_y vorgegebener Werte aufweisen.
Es wird angenommen, dass Beziehungen, welche durch die unten angegebenen Ausdrücke 01a und 01b dargestellt sind, zwischen Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x und ωw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y und Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R und ω_L des Elektromotors 31R bzw. 31L gelten (genauer gesagt, den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R und ω_L des Rotationselements 27R bzw. 27L). ωw_x = (w_R + ω_L)/2 Ausdruck 01a ωw_y = C·(ω_R – ω_L)/2 Ausdruck 01b, wobei „C” im Ausdruck 01b einen Koeffizienten eines vorgegebenen Wertes bezeichnet, welcher von einer mechanischen Beziehung oder einem Schlupf zwischen den freien Rollen 29R und 29L und der Radanordnung 5 abhängt. Die positiven Richtungen von ωw_x, ω_R und ω_L sind die Richtungen, in welchen sich das imaginäre Rad 62_x in dem Fall dreht, in dem das imaginäre Rad 62_x vorwärts rollt. Die positive Richtung von ωw_y ist die Richtung, in der sich das imaginäre Rad 62_y in dem Fall dreht, in dem das imaginäre Rad 62_y nach links rollt.
Die in 8 gezeigte Dynamik des Inverspendel-Modells wird hier durch die unten angegebenen Ausdrücke 03x und 03y dargestellt. Ausdruck 03x ist ein Ausdruck, welcher die Dynamik des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modells darstellt, während Ausdruck 03y ein Ausdruck ist, welcher die Dynamik des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modells darstellt. d²Θbe_x/dt² = α_x·Θbe_x + β_x·ωwdot_x Ausdruck 03x d²Θbe_y/dt² = α_y·Θbe_y + β_y·ωwdot_y Ausdruck 03y, wobei ωwdot_x im Ausdruck 03x die Drehwinkelbeschleunigung (der Wert der ersten Ableitung der Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_x) des imaginären Rads 62_x ausdrückt, α_x einen Koeffizienten, welcher von einer Masse oder einer Höhe h_x des Massenpunktes 60_x abhängt, bezeichnet, und β_x einen Koeffizienten, welcher von einer Trägheit (Trägheitsmoment) oder dem Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x abhängt, bezeichnet. Dasselbe gilt für ωwdot_y, α_y und β_y im Ausdruck 03y.
Wie aus diesen Ausdrücken 03x und 03y verständlich wird, werden die Bewegungen der Massenpunkte 60_x und 60_y des invertierten Pendels (das heißt, die Bewegungen des Fahrzeugsystemschwerpunkts) in Abhängigkeit der Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_x des imaginären Rads 62_x bzw. der Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_y des imaginären Rads 62_y angegeben.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_x des imaginären Rads 62_x als die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der Bewegung des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet, während die Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_y des imaginären Rads 62_y als die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der Bewegung des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet wird.
Um die arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 kurz zu beschreiben, bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd, weiche die Befehlswerte (Soll-Werte) der Drehwinkelbeschleunigungen ωwdot_x und ωwdot_y als Stellgrößen sind, derart, dass die Bewegung des in der X-Achsen-Richtung beobachteten Massenpunkts 60_x und die Bewegung des in der Y-Achsen-Richtung beobachteten Massenpunkts 60_y zu den Bewegungen werden, welche den Soll-Bewegungen des Fahrzeugsystemschwerpunkts entsprechen. Die Regelungs-/Steuerungseinheit bestimmt ferner die durch integrieren der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd bzw. ωwdot_y_cmd erhaltenen Werte als die Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und. ωw_y_cmd, welche die Befehlswerte (Soll-Werte) der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x und ωw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y sind.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 definiert ferner die dem Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_x_cmd (= Rw_x·ωw_x_cmd) entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x und die dem Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_y_cmd (= Rw_y·ωw_y_cmd) entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y als die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der X-Achsen-Richtung bzw. die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit davon in der Y-Achsen-Richtung und die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 bestimmt Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd des Elektromotors 31R bzw. 31L, um die Soll-Bewegungsgeschwindigkeiten zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd als die Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben), wie durch die Ausdrücke 07x und 07y angezeigt, durch Addieren dreier Stellgrößenkomponenten, welche später diskutiert werden, bestimmt.
Ergänzend wirkt sie, in den Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anforderungen ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd, die als Regelungs-/Steuerkenngrößen (Regelungs-/Steuer-Eingaben) dienen, da ωwdot_x_cmd in Verbindung steht mit der Rotationswinkel-Beschleunigung des imaginären Rads 62_x, das sich in die X-Achsen-Richtung bewegt, als Kenngröße zum Definieren der Antriebsleistung, die auf die Radanordnung 5 eingewirkt werden soll, um die Radanordnung 5 in X-Achsen-Richtung zu bewegen; ebenso wirkt sie, da ωwdot_y_cmd in Verbindung steht mit der Rotationswinkel-Beschleunigung des imaginären Rads 62_y, das sich in die Y-Achsen-Richtung bewegt, als Kenngröße zum Definieren der Antriebsleistung, die auf die Radanordnung 5 eingewirkt wird, um die Radanordnung 5 in die Y-Achsen-Richtung zu bewegen.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist mit den in dem Blockdiagramm der 9 dargestellten Funktionen als die Funktionen zum Ausführen der vorangehend beschrieben arithmetischen Fahrzeugregelungs-/steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 bereitgestellt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist insbesondere mit einem Fehlerrechner 70, welcher den Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwert θbe_xy_s berechnet, welcher die Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkelmesswert θb_xy_s und dem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert θb_xy_obj ist, einem Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72, welcher einen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s als einen beobachteten Wert einer Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy berechnet, welche die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts ist, einem Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74, welcher eine Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit V_xy_aim als den Soll-Wert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy erzeugt, welcher vermutlich von einem Lenkbetrieb des Fahrzeugs 1 (ein Betrieb zum Hinzufügen einer Antriebskraft zu dem Fahrzeugs 1) durch einen Benutzer oder dergleichen benötigt wird, einem Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76, welcher eine Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy_mdfd als den Soll-Wert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy bestimmt, unter Berücksichtigung einer Begrenzung basierend auf einem zulässigen Bereich der Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L von dem obengenannten geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s und der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit V_xy_aim und einem Verstärkungseinsteller 78, welcher einen Verstärkungseinstellparameter Kr_xy zum Einstellen der Werte der Verstärkungskoeffizienten der Ausdrücke 07x und 07y bestimmt, welche später diskutiert werden, bereitgestellt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist ferner mit einem Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80, welcher den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd berechnet, und einem Motorbefehlsrechner 82, welcher den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd in ein Paar von einem Geschwindigkeitsbefehl ω_R_cmd (Befehlswert einer Drehwinkelgeschwindigkeit) für den rechten Elektromotor 31R und einem Geschwindigkeitsbefehl ω_L_cmd (ein Befehlswert einer Drehwinkelgeschwindigkeit) für den linken Elektromotor 31L umwandelt, bereitgestellt.
Bezugszeichen 84 in 9 bezeichnet ein Verzögerungselement, welches den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd empfängt, welcher in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 70 berechnet wird. Das Verzögerungselement 84 gibt einen vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus aus.
Bei der vorangehend beschriebenen arithmetischen Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 wird die Verarbeitung durch die obengenannten Verarbeitungsabschnitte wie nachfolgend beschrieben ausgeführt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt zuerst die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 und die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 aus.
Der Fehlerrechner 70 empfängt die in dem obengenannten SCHRITT 2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkelmesswerte Θb_xy_s (Θb_x_s und Θb_y_s) und die in dem obengenannten SCHRITT 5 oder SCHRITT 7 eingestellten Soll-Werte Θb_xy_obj (Θb_x_obj und Θb_y_obj). Der Fehlerrechner 70 subtrahiert dann Θb_x_obj von Θb_x_s, um den Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwert Θbe_x_s (= Θb_x_s – Θb_x_obj) in Richtung um die Y-Achse zu berechnen, und subtrahiert auch Θb_y_obj von Θb_y_s, um den Grundkörper-Neigungswinkel-Fehler-Messwert Θbe_y_s (= Θb_y_s – Θb_y_obj) in Richtung um die X-Achse zu berechnen.
Die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 kann vor der arithmetischen Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 während der Verarbeitung in dem obengenannten SCHRITT 5 oder SCHRITT 7 ausgeführt werden.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 empfängt den aktuellen Wert der in dem obengenannten SCHRITT 2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerte Θbdot xy_s (Θbdat_x_s und Θbdot_y_s) und empfängt auch den vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginäres-Rad-Geschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd (ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p) von dem Verzögerungselement 84. Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet dann einen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) aus den vorangehenden Eingabewerten gemäß einem vorgegebenen arithmetischen Ausdruck basierend auf dem obengenannten Inverspendel-Modell.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet insbesondere Vb_x_s und Vb_y_s gemäß dem folgenden Ausdruck 05x bzw. dem Ausdruck 05y. Vb_x_s = Rω_x·ωw_x_cmd_p + h_x·Θbdot_x_s 05x Vb_y_s = Rw_y·ωw_y_cmd_p + h_y·Θbdot_y_s 05y
In diesen Ausdrücken 05x und 05y bezeichnen Rw_x und Rw_y wie vorangehend beschrieben die Radien des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y und die Werte davon sind vorgegebene vorangehend eingestellte Werte. Ferner bezeichnen die Bezugszeichen h_x und h_y die Höhen des Massenpunkts 60_x bzw. 60_y des Inverspendel-Modells. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in diesem Fall die Höhe des Fahrzeugsystemschwerpunkts beibehalten, um im Wesentlichen konstant zu sein. Daher werden vorangehend eingestellte vorgegebene Werte als die Werte von h_x bzw. h_y verwendet. Zusätzlich sind die Höhen h_x und h_y in den konstanten Parametern zum Einstellen der Werte in dem obengenannten SCHRITT 6 oder SCHRITT 8 enthalten.
Der erste Term auf der rechten Seite des vorangehend angegebenen Ausdrucks 05x bezeichnet die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung, welcher dem vorangehenden Wert ωw_x_cmd_p des Geschwindigkeitsbefehls des imaginären Rads 62_x entspricht. Diese Bewegungsgeschwindigkeit entspricht dem aktuellen Wert einer Ist-Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung. Der zweite Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 05x entspricht ferner dem aktuellen Wert der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts in der X-Achsen-Richtung, welche dem sich mit einer Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot_x_s in Richtung um die Y-Achse (relative Bewegungsgeschwindigkeit in Bezug zu der Radanordnung 5) neigenden Grundkörper 9 zugeschrieben werden kann. Das Gleiche gilt für den Ausdruck 05y.
Alternativ kann das Paar der Messwerte (der aktuellen Werte) der Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L, welche basierend auf den Ausgaben der Drehkodierer 56R und 56L gemessen werden, in das Paar von Drehwinkelgeschwindigkeiten des imaginären Rads 62x bzw. 62y konvertiert werden, dann können die Drehwinkelgeschwindigkeiten anstelle von ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p der Ausdrücke 05x und 05y verwendet werden. Um allerdings die Einflüsse von in den Messwerten der Drehwinkelgeschwindigkeiten enthaltenen Rauschbeiträge zu eliminieren, ist es vorteilhaft, ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p zu verwenden, welche die Soll-Werte sind.
Anschließend führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die Verarbeitung durch den Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 und die Verarbeitung durch den Verstärkungseinsteller 78 aus. In diesem Fall empfangen der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 und der Verstärkungseinsteller 78 jeweils die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_x_s), welche durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 wie vorangehend beschrieben berechnet werden.
Wenn der Operations-Modus des Fahrzeugs 1 der An-Bord-Modus ist, setzt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 beide Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit V_x_aim und V_y_aim auf null. Andererseits, setzt, wenn der Operationsmodus des Fahrzeugs 1 der autonome Modus, wie hiernach beschrieben, ist, der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten V_x_aim und V_y_aim variabel gemäß ob es entweder im Bewegungsmodus, in dem der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug 1 gemäß den Bedienungsvorgängen am Griff 18 bewegt oder dem Haltemodus, in dem das Fahrzeug 1 im Haltezustand ist, ist. Wie detailliert hiernach beschrieben wird, sind im Bewegungsmodus die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten V_xy_aim (V_x_aim, V_y_aim) bestimmt gemäß der externen Kraft, die auf den Griff 18 einwirkt; jedoch sind im Haltemodus beide Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten V_x_aim und V_y_aim zu gleich null gesetzt.
Der Verstärkungseinsteller 78 bestimmt ferner die Verstärkungseinstellparameter Kr_xy (Kr_x und Kr_y) basierend auf den eingegebenen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_x_s).
Die Verarbeitung durch den Verstärkungseinsteller 78 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben werden.
Wie in 10 dargestellt, liefert der Verstärkurgseinsteller 78 die eingegebenen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an einen Begrenzungsprozessor 86. Der Begrenzungsprozessor 86 fügt gegebenenfalls Begrenzungen basierend auf den zulässigen Bereichen der Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_x_s und Vb_y_s zu, wodurch Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 erzeugt werden. Der Ausgabewert Vw_x_lim1 bezeichnet einen nach einer Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung erhaltenen Wert und der Ausgabewert Vw_y_lim1 bezeichnet einen nach einer Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung erhaltenen Wert.
Die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 wird detaillierter unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben werden. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 11 bezeichnen die Verarbeitung durch einen Begrenzungsprozessor 104 des Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzers 76, welcher später diskutiert wird, und kann in der auf die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 bezogenen Beschreibung vernachlässigt werden.
Der Begrenzungsprozessor 86 liefert zuerst die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an einen Prozessor 86a_x bzw. 86a_y. Der Prozessor 86a_x dividiert Vb_x_s durch den Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x, um die Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_x_s des imaginären Rads 62_x für den Fall zu berechnen, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung mit Vb_x_s übereinstimmt. Ebenso berechnet der Prozessor 86a_y die Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_y_s des imaginären Rads 62_y (= Vb_y_s/Rw_y) für den Fall, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung mit Vb_y_s übereinstimmt.
Anschließend wandelt der Begrenzungsprozessor 86 das Paar von ωw_x_s und ωw_y_s in ein Paar der Drehwinkelgeschwindigkeit ω_R_s des Elektromotors 31R und der Drehwinkelgeschwindigkeit ω_L_s des Elektromotors 31L durch einen XY-RL-Wandler 86b um.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Umwandlung durch Lösen einer simultanen Gleichung implementiert, welche durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_s bzw. ωw_y_s bzw. ω_R_s bzw. ω_L_s erhalten wird, wobei ω_R_s und ω_L_s als Unbekannte angenommen werden.
Anschließend liefert der Begrenzungsprozessor 86 die Ausgabewerte ω_R_s und ω_L_s des XY-RL-Wandlers 86b an den Begrenzer 86c_R bzw. 86c_L. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Begrenzer 86c_R ω_R_s direkt als einen Ausgabewert ω_R_lim1 aus, wenn ω_R_s innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motors liegt, welcher einen oberen Grenzwert (> 0) und einen unteren Grenzwert (< 0) vorangehend eingestellter vorgegebener Werte aufweist. Wenn ω_R_s von dem zulässigen Bereich für den rechten Motor abweicht, gibt der Begrenzer 86c_R als den Ausgabewert ω_R_lim1 einen Grenzwert des oberen Grenzwerts oder des unteren Grenzwerts des zulässigen Bereichs für den rechten Motor aus, je nachdem, welcher näher bei ω_R_s liegt. Somit wird der Ausgabewert ω_R_lim1 des Begrenzers 86c_R auf einen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motor begrenzt.
Ebenso gibt der Begrenzer 86c_L ω_L_s als einen Ausgabewert ω_L_lim1 direkt aus, wenn ω_L_s innerhalb des zulässigen Bereichs für den linken Motor liegt, welcher einen oberen Grenzwert (> 0) und einen unteren Grenzwert (< 0) vorangehend eingestellter vorgegebener Werte aufweist. Wenn ω_L_s von dem zulässigen Bereich für den linken Motor abweicht, gibt der Begrenzer 86c_L als den Ausgabewert ω_L_lim1 einen Grenzwert des oberen Grenzwerts oder des unteren Grenzwerts des zulässigen Bereichs für den linken Motor aus, je nachdem, welcher näher bei ω_L_s liegt. Somit wird der Ausgabewert ω_L_lim1 des Begrenzers 86c_L auf einen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs für den linken Motor begrenzt.
Der vorangehend beschriebene zulässige Bereich für den rechten Motor ist ein zulässiger Bereich, welcher derart eingestellt worden ist, dass verhindert wird, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit (Absolutwert) des rechten Elektromotors 31R übermäßig hoch wird, wodurch verhindert wird, dass der Maximalwert des Drehmoments, welches von dem Elektromotor 31R ausgegeben werden kann, abnimmt. Dies gilt auch für den zulässigen Bereich für den linken Motor.
Anschließend wandelt der Begrenzungsprozessor 86 das Paar von Ausgabewerten ω_R_lim1 und ω_L_lim1 des Begrenzers 86c_R bzw. 86c_L in ein Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y durch einen RL-XY-Wandler 86d um.
Die Umwandlung ist die Verarbeitung der inversen Umwandlung der Verarbeitung der Umwandlung durch den obengenannten XY-RL-Wandler 86b. Diese Verarbeitung wird durch Lösen einer simultanen Gleichung implementiert, welche durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_lim1 bzw. ωw_y_lim1 bzw. ω_R_lim1 bzw. ω_L_lim1 erhalten wird, wobei ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 als Unbekannte angenommen werden.
Anschließend liefert der Begrenzungsprozessor 86 die Ausgabewerte ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 des RL-XY-Wandlers 86d an einen Prozessor 86e_x bzw. 86e_y. Der Prozessor 86e_x multipliziert ωw_x_lim1 mit dem Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x, um ωw_x_lim1 in die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x_lim1 des imaginären Rads 62_x umzuwandeln. In der gleichen Weise wandelt der Prozessor 86e_y ωw_y_lim1 in die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y_lim1 des imaginären Rads 62_y um (= ωw_y_lim1·Rw_y).
Wenn angenommen wird, dass die vorangehend beschriebene Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung und die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung veranlasst, mit dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinzustimmen (anders ausgedrückt, wenn angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung und die Bewegungsgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung eingestellt werden, um mit Vb_x_s bzw. Vb_x_s übereinzustimmen), wird dann das mit Vb_x_s bzw. Vb_x_s übereinstimmende Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 von dem Begrenzungsprozessor 86 ausgegeben, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_s und ω_L_s des Elektromotors 31R bzw. 31L, welche zum Erreichen der Bewegungsgeschwindigkeiten benötigt werden, beide innerhalb des zulässigen Bereichs liegen.
Unterdessen werden beide oder eine von den Drehwinkelgeschwindigkeiten zwangsweise begrenzt, um innerhalb des zulässigen Bereichs zu liegen, wenn beide oder eine von den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_s und ω_L_s des Elektromotors 31R bzw. 31L von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen abweichen, und ein Paar der Bewegungsgeschwindigkeiten in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1, welche einem Paar der begrenzten Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_lim1 und ω_L_lim1 des Elektromotors 31R bzw. 31L entsprechen, wird von dem Begrenzungsprozessor 86 ausgegeben.
Somit erzeugt der Begrenzungsprozessor 86 ein Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 derart, dass die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 mit Vb_x_s bzw. Vb_y_s soweit wie möglich unter einer wesentlichen Soll-Bedingung übereinstimmen, dass die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L, welche dem Paar des Ausgabewerts Vw_x_lim1 bzw. Vw_y_lim1 entsprechen, nicht von den zulässigen Bereichen abweichen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Beschreibung der 10, führt der Verstärkungseinsteller 78 dann die Verarbeitung durch die Rechner 88_x und 88_y aus. Der Rechner 88_x empfängt den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_s und den Ausgabewert Vw_x_lim1 des Begrenzungsprozessors 86. Der Rechner 88_x berechnet dann einen durch Subtrahieren von Vb_x_s von Vw_x_lim1 erhaltenen Wert Vover_x und gibt den Wert Vover_x aus. Der Rechner 88_y empfängt ferner den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_s und den Ausgabewert Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86. Der Rechner 88_y berechnet dann einen durch Subtrahieren von Vb_y_s von Vw_y_lim1 erhaltenen Wert Vover_y und gibt den Wert Vover_y aus.
In diesem Fall ist dann Vw_x_lim1 = Vb_x_s und Vw_y_lim1 = Vb_y_s, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 86 eingeschränkt werden. Daher werden die Ausgabewerte Vover_x und Vover_y der Rechner 88_x bzw. 88_y beide Null werden.
Unterdessen werden dann ein korrigierter Betrag von Vb_x_s von Vw_x_lim1 (= Vw_x_lim1 – Vb_x_s) und ein korrigierter Betrag von Vb_y_s von Vw_y_lim1 (= Vw_y_lim1 – Vb_y_s) von dem Rechner 88_x bzw. 88_y ausgegeben werden, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86 durch zwangsweises Einschränken der Eingabewerte Vb_x_s und Vb_y_s erzeugt werden.
Anschließend schickt der Verstärkungseinsteller 78 den Ausgabewert Vover_x des Rechners 88_x durch Prozessoren 90_x und 92_x in dieser Reihenfolge, wodurch der Verstärkungseinstellparameter Kr_x bestimmt wird. Der Verstärkungseinsteller 78 schickt ferner den Ausgabewert Vover_y des Rechners 88_y durch Prozessoren 90_y und 92_y in dieser Reihenfolge, um dadurch den Verstärkungseinstellparameter Kr_y zu bestimmen. Die Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y nehmen beide Werte innerhalb des Bereichs zwischen 0 und 1 an.
Der Prozessor 90_x berechnet und gibt den Absolutwert der Eingabe Vover_x aus. Der Prozessor 92_x erzeugt ferner Kr_x derart, dass der Ausgabewert Kr_x monoton relativ zu einem Eingabewert |Vover_x| ansteigt und eine Sättigungscharakteristik aufweist. Die Sättigungscharakteristik ist eine Charakteristik, bei der ein Änderungsbetrag eines Ausgabewerts relativ zu einer Zunahme eines Eingabewerts 0 wird oder sich der 0 nähert, wenn der Eingabewert auf ein bestimmtes Niveau ansteigt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt der Prozessor 92_x dann in diesem Fall als Kr_x einen durch Multiplizieren des Eingabewerts |Vover_x| mit einem Proportionalitätskoeffizienten eines vorgegebenen Wertes erhaltenen Wert aus, wenn der Eingabewert |Vover_x| ein voreingestellter vorgegebener Wert oder kleiner ist. Der Prozessor 92_x gibt dann ferner 1 als Kr_x aus, wenn der Eingabewert |Vover_x| größer als der vorgegebene Wert ist. Der Proportionalitätskoeffizient wird übrigens derart eingestellt, dass das Produkt aus |Vover_x| und dem Proportionalitätskoeffizienten 1 wird, wenn |Vover_x| mit einem vorgegebenen wert übereinstimmt.
Die Verarbeitung durch die Prozessoren 90_y und 92_y ist die gleiche wie die vorangehend beschriebene Verarbeitung, welche durch den Prozessor 90_x bzw. 92_x ausgeführt wird.
Wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 in dem Begrenzungsprozessor 86 nicht zwangsweise durch die vorangehend beschriebene durch den Verstärkungseinsteller 76 ausgeführte Verarbeitung beschränkt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L innerhalb des zulässigen Bereichs liegen, selbst wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. in der Y-Achsen-Richtung mit dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinstimmen, werden beide Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y dann bestimmt, um 0 zu sein.
Wenn übrigens die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86 durch zwangsweises Einschränken der Eingabewerte Vb_x_s und Vb_y_s erzeugt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeit von einem der Elektromotoren 31R und 31L von dem zulässigen Bereich abweicht (wenn der Absolutwert einer der Drehwinkelgeschwindigkeiten übermäßig hoch wird), wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung mit den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_x_s und Vb_y_s übereinstimmen, werden die Werte der Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y dann basierend auf dem Absolutwert des obengenannten korrigierten Betrags Vover_x bzw. Vover_y bestimmt. In diesem Fall wird Kr_x bestimmt, um ein größerer Wert zu sein, wenn der Absolutwert des korrigierten Betrags Vx_over zunimmt, wobei der obere Grenzwert davon 1 ist. Das Gleiche gilt für Kr_y.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Beschreibung der 9 führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 dann die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 aus, nachdem, wie vorangehend beschrieben, die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 und den Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 ausgeführt wird.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 empfängt die durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechneten geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) und die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_aim (Vb_x_aim und Vb_y_aim), welche durch den Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 bestimmt werden. Der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 führt dann die durch das Blockdiagramm der 12 dargestellte Verarbeitung unter Verwendung der obigen Eingabewerte derart aus, dass die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy_mdfd (Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd) bestimmt wird.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 führt insbesondere zuerst die Verarbeitung durch die Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x und 94_y aus.
In diesem Fall empfängt der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_s und empfängt auch den vorangehenden Wert Vb_x_mdfd_p der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd durch Zwischenschaltung eines Verzögerungselements 96_x. In dem Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x wird die Eingabe Vb_x_s dann zuerst an eine Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente (PD-Kompensationskomponente) 94a_x geliefert. Die Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94_x ist eine Kompensationskomponente, deren Transferfunktion mit 1 + Kd·S bezeichnet wird, und addiert die Eingabe Vb_x_s zu dem durch Multiplizieren des differentiellen Wertes davon (zeitliche Änderungsrate) mit einem Koeffizienten Kd eines vorgegebenen Wertes erhaltenen Wert und gibt den aus der Addition erhaltenen Wert aus.
Anschließend berechnet der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x durch einen Rechner 94b_x den durch Subtrahieren der Eingabe Vb_x_mdfd_p von dem Ausgabewert der Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94_x erhaltenen Wert und liefert dann den Ausgabewert des Rechners 94b_x zu einem eine Phasenkompensationsfunktion aufweisenden Tiefpassfilter 94c_x. Das Tiefpassfilter 94c_x ist ein Filter, dessen Transferfunktion mit (1 + T2·S)/(1 + T1·S) bezeichnet wird. Der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x gibt dann den Ausgabewert Vb_x_prd des Tiefpassfilters 94c_x aus.
Der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_y empfängt ferner den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_s und empfängt auch den vorangehenden Wert Vb_y_mdfd_p der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd durch Zwischenschaltung eines Verzögerungselements 96_y.
Wie bei dem vorangehend beschriebenen Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x führt der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_y dann die Verarbeitung durch eine Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94a_y, einen Rechner 94b_y und ein Tiefpassfilter 94c_y in dieser Reihenfolge aus und gibt einen Ausgabewert Vb_y_prd des Tiefpassfilters 94c_y aus.
Der Ausgabewert Vb_x_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_x hat hier die Bedeutung eines Stationärer-Zustand-Fehlers eines zukünftigen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts in der X-Achsen-Richtung, welcher von einem aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugsystemschwerpunkts vermutet wird (anders ausgedrückt, der aus der Y-Achsen-Richtung beobachtete Bewegungszustand des Massenpunktes 60_x des Inverspendel-Modells) relativ zu der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd eines erwarteten Konvergenzwerts. Ebenso hat der Ausgabewert Vb_y_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_y die Bedeutung eines Stationärer-Zustand-Fehlers eines zukünftigen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts in der Y-Achsen-Richtung, welcher von einem aus der X-Achsen-Richtung beobachteten aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugsystemschwerpunkts vermutet wird (anders ausgedrückt, der aus der X-Achsenrichtung beobachtete Bewegungszustand des Massenpunktes 60_y des Inverspendel-Modells) relativ zu der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd eines erwarteten Konvergenzwertes. Nachfolgend werden die Ausgabewerte Vb_x_prd und Vb_y_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_x bzw. 94_y als die erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerte bezeichnet werden.
Nach Ausführen der vorangehend beschriebenen Verarbeitung durch die Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x und 94_y führt der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 die Verarbeitung zum Addieren der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim zu dem Ausgabewert Vb_x_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_x und die Verarbeitung zum Addieren der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_aim zu dem Ausgabewert Vb_y_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_y durch einen Rechner 98_x bzw. 98_y aus.
Ein Ausgabewert Vb_x_t des Rechners 98_x wird daher die durch Addieren der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim in der X-Achsen-Richtung zu dem erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd erhaltene Geschwindigkeit anzeigen. Ebenso wird ein Ausgabewert Vb_y_t des Rechners 98_y die durch Addieren der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_aim in der Y-Achsen-Richtung zu dem erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_prd erhaltene Geschwindigkeit anzeigen.
Wenn die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit in X-Achsen-Richtung Vb_x_aim null ist, wie im Fall, in dem beispielsweise der Operations-Modus des Fahrzeugs 1 der autonome Modus oder der An-Bord-Modus ist, dann ist der erwartete Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärzustands-Fehlerwert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd direkt gegeben als der Ausgabe-Wert Vb_x_t des Berechners 98_x. Gleichermaßen ist, wenn die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit in Y-Achsen-Richtung Vb_y_aim null ist, der erwärtete Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärzustands-Fehlerwert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_prd direkt gegeben als der Ausgabe-Wert Vb_y_t des Berechners 98_y.
Anschließend liefert der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 die Ausgabewerte Vb_x_t und Vb_x_t des Rechners 98_x bzw. 98_y zu einem Begrenzungsprozessor 100. Die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 100 ist dieselbe wie die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 des vorangehend beschriebenen Verstärkungseinstellers 78. Wie durch die in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 11 angedeutet, sind in diesem Fall nur die Eingabewerte und die Ausgabewerte der einzelnen Verarbeitungsabschnitte des Begrenzungsprozessors 100 verschieden von denjenigen des Begrenzungsprozessors 86.
In dem Begrenzungsprozessor 100 werden insbesondere Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_t und ωw_y_t der imaginären Räder 62_x und 62_y in dem Fall, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y mit Vb_x_t bzw. Vb_y_t übereinstimmen, durch die Prozessoren 86a_x bzw. 86a_y berechnet. Das Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_t und ωw_y_t wird dann in das Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_t und ω_L_t der Elektromotoren 31R und 31L durch den XY-RL-Wandler 86b umgewandelt.
Diese Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_t und ω_L_t werden ferner auf Werte innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motor bzw. des zulässigen Bereichs für den linken Motor durch Begrenzer 86c_R und 86c_L begrenzt. Die Werte ω_R_lim2 und ω_L_lim2, welche der Begrenzungsverarbeitung unterworfen worden sind, werden dann durch den RL-XY-Wandler 86d in die Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim2 und ωw_y_lim2 der imaginären Räder 62_x und 62_y umgewandelt.
Anschließend werden die den Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim2 und ωw_y_lim2 entsprechenden Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 der imaginären Räder 62_x und 62_y durch den Prozessor 86e_x bzw. 86e_y berechnet und diese Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 werden von dem Begrenzungsprozessor 100 ausgegeben.
Durch Ausführen der vorangehend beschriebenen Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 100 erzeugt der Begrenzungsprozessor 100 ein Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 derart, dass die Ausgabewerte Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 mit Vb_x_t bzw. Vb_y_t soweit wie möglich unter einer wesentlichen Soll-Bedingung übereinstimmen, dass die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L, welche dem Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim2 bzw. Vw_y_lim2 entsprechen, wie beim Begrenzungsprozessor 86 nicht von den zulässigen Bereichen abweichen.
Die zulässigen Bereiche für den rechten Motor und den linken Motor in dem Begrenzungsprozessor 100 müssen übrigens nicht die selben sein wie die zulässigen Bereiche in dem Begrenzungsprozessor 86 und können eingestellt werden, um zulässige Bereiche zu sein, welche verschieden voneinander sind.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 12 führt der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 dann die Verarbeitung durch Rechner 102_x und 102_y aus, um die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd bzw. Vb_y_mdfd zu berechnen. In diesem Fall berechnet der Rechner 102_x einen Wert, welcher durch Subtrahieren des erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerts in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd von dem Ausgabewert Vw_x_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 erhalten wird, als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd. Ebenso berechnet der Rechner 102_y einen Wert, welcher durch Subtrahieren des erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerts in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_prd von dem Ausgabewert Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 erhalten wird, als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd.
Hinsichtlich der wie vorangehend beschrieben bestimmten Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd werden in dem Fall, in dem die Ausgabewerte V_x_lim2 und V_y_lim2 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 100 beschränkt werden, das heißt in dem Fall, in dem die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L innerhalb der zulässigen Bereiche liegen, selbst wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung mit dem Ausgabewert Vb_x_t des Rechners 98_x bzw. Vb_y_t des Rechners 98_y übereinstimmen, die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim direkt als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd bzw. Vb_y_mdfd bestimmt werden.
In diesem Fall wird, wenn die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_aim Null ist, die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd dann auch Null sein, und wenn die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_aim Null ist, wird die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd dann auch Null sein.
Unterdessen wird, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 durch zwangsweises Beschränken der Eingabewerte Vb_x_t und Vb_y_t erzeugt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeit von einem der Elektromotoren 31R und 31L von dem zulässigen Bereich abweicht (wenn der Absolutwert einer der Drehwinkelgeschwindigkeiten übermäßig hoch wird), wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung mit dem Ausgabewert Vb_x_t des Rechners 98_x und dem Ausgabewert Vb_y_t des Rechners 98_y übereinstimmen, dann ein durch Korrigieren der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim mit einem Korrekturbetrag von dem Eingabewert Vb_x_t des Ausgabewertes Vw_x_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (= Vw_x_lim2 – Vb_x_t) (ein durch Addieren des Korrekturbetrags zu Vb_x_aim erhaltener Wert) erhaltener Wert als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd bestimmt.
Ferner wird hinsichtlich der Y-Achsen-Richtung ein durch Korrigieren der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_aim durch einen Korrekturbetrag von dem Eingabewert Vb_y_t des Ausgabewertes Vb_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (= Vw_y_lim2 – Vb_x_t) (ein durch Addieren des Korrekturbetrags zu Vb_y_aim erhaltener Wert) erhaltener Wert als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd bestimmt.
In diesem Fall nähert sich dann die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd der Null mehr an als der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim oder wird zu einer Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung von der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim, wenn die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim auf beispielsweise der Geschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung nicht Null ist. Ferner wird dann die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd zu einer Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung von dem erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd, welcher von dem Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x ausgegeben wird, wenn die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim Null ist. Das Gleiche gilt für die Geschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung.
Vorangehend ist die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 beschrieben worden.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 9 führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 aus, nachdem die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72, den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76, den Verstärkungseinsteller 78 und den Fehlerrechner 70 wie vorangehend beschrieben ausgeführt wird.
Die Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 13 beschrieben werden. Im Übrigen sind die nicht in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 13 die Bezugszeichen, welche sich auf die Verarbeitung zum Bestimmen des obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_x_cmd beziehen, welcher der Soll-Wert der Drehwinkelgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x ist, welches in der X-Achsen-Richtung rollt. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen sind die Bezugszeichen, welche sich auf die Verarbeitung zum Bestimmen des obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_y_cmd beziehen, welcher der Soll-Wert der Drehwinkelgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y ist, welches in der Y-Achsen-Richtung rollt.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 empfängt den von dem Fehlerrechner 70 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswert Θbe_xy_s, die in dem obengenannten SCHRITT 2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerte Θbdot_xy_s, die von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechneten geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s, die von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 berechneten Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd und die von dem Verstärkungseinsteller 78 berechneten Verstärkungseinstellparameter Kr_xy.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet dann zuerst die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωdotw_xy_cmd gemäß den folgenden Ausdrücken 07x und 07y unter Verwendung der vorangehend empfangenen Werte. ωdot_x_cmd = K1_x·Θbe_x_s + K2_x·Θbdot_x_s + K3_x·(Vb_x_s – Vb_x_mdfd) Ausdruck 07x ωdot_y_cmd = K1_y·Θbe_y_s + K2_y·Θbdot_y_s + K3_y·(Vb_y_s – Vb_x_mdfd) Ausdruck 07y
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden daher der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_x_cmd, welcher die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Bewegung des Massenpunkts 60x des Inverspendel-Modells (das heißt, die aus der Y-Achsen-Richtung beobachtete Bewegung des Fahrzeugsystemschwerpunkts) bezeichnet, und der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_y_cmd, welcher die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Bewegung des Massenpunktes 60_y des Inverspendel-Modells (das heißt, die aus der X-Achsen-Richtung beobachtete Bewegung des Fahrzeugsystemschwerpunkts) bezeichnet, durch Addieren dreier Stellgrößenkomponenten (die drei Terme auf der rechten Seite von jedem der Ausdrücke 07x und 07y) bestimmt.
Die Verstärkungskoeffizienten K1_x und K1_y in diesen Ausdrücken 07x und 07y bezeichnen die auf den Neigungswinkel des Grundkörpers 9 (oder des Sitzes 3) bezogenen Rückkopplungsverstärkungen, die Verstärkungskoeffizienten K2_x und K2_y bezeichnen die auf die Neigungswinkelgeschwindigkeit (zeitliche Änderungsrate eines Neigungswinkels) bezogenen Rückkopplungsverstärkungen des Grundkörpers 9 (oder des Sitzes 3) und die Verstärkungskoeffizienten K3_x und K3_y bezeichnen die auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts (ein vorgegebener Repräsentativpunkt des Fahrzeugs 1) bezogenen Rückkopplungsverstärkungen.
In diesem Fall werden die auf die Stellgrößenkomponenten in dem Ausdruck 07x bezogenen Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x auf Grundlage des Verstärkungseinstellparameters Kr_x variabel eingestellt, während die auf die Stellgrößenkomponenten in dem Ausdruck 07y bezogenen Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y auf der Grundlage des Verstärkungseinstellparameters Kr_y variabel eingestellt werden. Nachfolgend können die Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x im Ausdruck 07x als der erste Verstärkungskoeffizient K1_x bzw. der zweite Verstärkungskoeffizient K2_x bzw. der dritte Verstärkungskoeffizient K3_x bezeichnet werden. Das Gleiche gilt für die Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y im Ausdruck 07y.
Ein i-ter Verstärkungskoeffizient Ki_x (i = 1, 2 oder 3) im Ausdruck 07x und ein i-ter Verstärkungskoeffizient Ki_y (i = 1, 2 oder 3) im Ausdruck 07y werden auf der Grundlage der Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y gemäß den unten angegebenen Ausdrücken 09x und 09y, wie durch die Anmerkung in 13 angedeutet, bestimmt. Ki_x = (1 – Kr_x) Ki_a_x + Kr_x·Ki_b_x Ausdruck 09x Ki_y = (1 – Kr_y)·Ki_a_y + Kr_y·Ki_b_y Ausdruck 09y (i = 1, 2, 3)
Ki_a_x und Ki_b_x im Ausdruck 09x bezeichnen hier vorangehend eingestellte konstante Werte als die Verstärkungskoeffizientenwerte an einem Minimumende (einem Ende nahe bei Null) des i-ten Verstärkungskoeffizienten Ki_x bzw. als den Verstärkungskoeffizientenwert an einem Maximumende (einem von Null entfernten Ende). Das Gleiche gilt für Ki_a_y und Ki_b_y im Ausdruck 09y.
Daher wird jeder bei der Berechnung des Ausdrucks 07x verwendete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x (i = 1, 2 oder 3) als ein gewichteter Mittelwert der dazu entsprechenden konstanten Werte Ki_a_x und Ki_b_x bestimmt. In diesem Fall wird ferner das jedem von Ki_a_x und Ki_b_x zugeordnete Gewicht gemäß dem Verstärkungseinstellparameter Kr_x verändert. Somit, wenn Kr_x = Null, dann: Ki_x = Ki_a_x, und wenn Kr_x = 1, dann: Ki_x = Ki_b_x. Wenn sich Kr_x der 1 von Null annähert, nähert sich der i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x Ki_b_x von Ki_a_x an.
Ebenso wird jeder bei der Berechnung des Ausdrucks 07y verwendete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_y (i = 1, 2 oder 3) als ein gewichteter Mittelwert der dazugehörigen konstanten Werte Ki_a_y und Ki_b_y bestimmt. In diesem Fall wird das Gewicht jedem von Ki_a_y und Ki_b_y ferner gemäß dem Verstärkungseinstellparameter Kr_y geändert. Wie im Falle von Ki_x ändert sich daher der Wert des i-ten Verstärkungskoeffizienten Ki_y zwischen Ki_a_y und Ki_b_y, wenn sich der Wert von Kr_y von Null bis 1 ändert.
Zusätzlich sind die obengenannten konstanten Werte Ki_a_x, Ki_b_x und Ki_a_y, Ki_b_y (i = 1, 2 oder 3) in den konstanten Parametern enthalten, deren Werte in dem obengenannten SCHRITT 6 oder SCHRITT 8 eingestellt werden.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 verwendet die wie vorangehend beschrieben bestimmten ersten bis dritten Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x, um die Berechnung des vorangehenden Ausdrucks 07x durchzuführen, wodurch der auf das in der X-Achsen-Richtung rollende imaginäre Rad 62_x bezogene Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd berechnet wird.
Im Detail, unter Bezugnahme auf 13 berechnet der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_x_s mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_x erhaltene Stellgrößenkomponente u1_x und eine durch Multiplikation des Basiswinkel-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerts Θbdot_x_s mit dem dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_x erhaltene Stellgrößenkomponente u2_x durch einen Prozessor 80a bzw. 80b. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet ferner die Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd (= Vb_x_s – Vb_x_mdfd) durch einen Rechner 80d und berechnet durch einen Prozessor 80c eine durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_x erhaltene Stellgrößenkomponente u3_x. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 addiert dann diese Stellgrößenkomponenten u1_x, u2_x und u3_x durch einen Rechner 80e auf, um den Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu berechnen.
Ebenso führt der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 die Berechnung des vorangehenden Ausdruck 07y unter Verwendung der wie vorangehend beschrieben bestimmten ersten bis dritten Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y aus, wodurch der auf das in der Y-Achsen-Richtung rollende imaginäre Rad 62_y bezogene Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_y_cmd berechnet wird.
In diesem Fall berechnet der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_y_s mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_y erhaltene Stellgrößenkomponente u1_y und eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeitsmesswerts Θbdot_y_s mit dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_y erhaltene Stellgrößenkomponente u2_y durch den Prozessor 80a bzw. 80b. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet ferner die Differenz zwischen dem geschätzten Soll-Schwerpunktgeschwindigkeitswert. Vb_y_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd (= Vb_y_s – Vb_y_mdfd) durch den Rechner 80d und berechnet durch den Prozessor 80c eine durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_y erhaltene Stellgrößenkomponente u3_y. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 addiert dann diese Stellgrößenkomponenten u1_y, u2_y und u3_y durch den Rechner 80e auf, um den Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu berechnen.
Der erste Term (= die erste Stellgrößenkomponente u1_x) und der zweite Term (= die zweite Stellgrößenkomponente u2_x) der rechten Seite des Ausdrucks 07x bezeichnen hier die Rückkopplungsstellgrößenkomponenten zum Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_x_s in Richtung um die X-Achse gegen Null (Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkelmesswerts Θb_x_s gegen den Soll-Wert Θb_x_obj) durch die PD-Vorgabe (Proportional-Differenzial-Vorgabe), welche als die Rückkopplungsregelungs-/-Steuerungsvorgabe dient.
Der dritte Term (= die dritte Stellgrößenkomponente u3_x) der rechten Seite des Ausdrucks 07x bezeichnet ferner eine Rückkopplungsstellgrößenkomponente zum Konvergieren der Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd gegen Null (Konvergieren von Vb_x_s gegen Vb_x_mdfd) durch eine Proportional-Vorgabe, welche als die Rückkopplungsregelungs-/-Steuerungsvorgabe dient.
Das Gleiche gilt für den ersten bis dritten Term (die erste bis dritte Stellgrößenkomponente u1_y, u2_y und u3_y) der rechten Seite des Ausdrucks 07y.
Nach der vorangehend beschriebenen Berechnung der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd integriert der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 diese ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd durch einen Integrator 80f, wodurch die obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd bestimmt werden.
Vorangehend sind die Details der Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 beschrieben worden.
Zusätzlich kann der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_x_cmd alternativ durch einen Ausdruck berechnet werden, bei dem der dritte Term der rechten Seite von Ausdruck 07x in die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_x_s (= K3_x·Vb_x_s) und die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_x_mdfd (= –K3_x·Vb_x_mdfd) getrennt ist. Ebenso kann der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_y_cmd alternativ durch einen Ausdruck berechnet werden, bei dem der dritte Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 07y in die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_y_s (= K3_y·Vb_x_s) und die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_y_mdfd (= –K3_y·Vb_y_mdfd) getrennt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd der imaginären Räder 62_x und 62_y ferner als die Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben) zum Regeln/Steuern des Verhaltens des Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet worden. Jedoch können die Antriebsdrehmomente der imaginären Räder 62_x und 62_y oder die durch Division der Antriebsdrehmomente durch die Radien Rw_x und Rw_y der imaginären Räder 62_x und 62_y erhaltenen Translationskräfte (das heißt, die Reibungskräfte zwischen den imaginären Rädern 62_x, 62_y und einer Bodenfläche) als die Stellgrößen verwendet werden.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 9 liefert die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die wie vorangehend beschrieben durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 bestimmten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd zu dem Motorbefehlsrechner 82 und führt die Verarbeitung, durch den Motorbefehlsrechner 82 aus, um einen Geschwindigkeitsbefehl ω_R_cmd des Elektromotors 31R und einen Geschwindigkeitsbefehl ω_L_cmd des Elektromotors 31L zu bestimmen. Die Verarbeitung durch den Motorbefehlsrechner 82 ist dieselbe wie die Verarbeitung durch den XY-RL-Wandler 86b des obengenannten Begrenzungsprozessors 86 (Bezug zu 11).
Der Motorbefehlsrechner 82 bestimmt insbesondere die Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd der Elektromotoren 31R und 31L durch eine durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_cmd bzw. ωw_y_cmd bzw. ω_R_cmd bzw. ω_L_cmd erhaltene simultane Gleichungen, wobei ω_R_cmd und ω_L_cmd als Unbekannte angenommen werden.
Somit ist die arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung in dem obengenannten SCHRITT 9 abgeschlossen.
Durch die durch die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 wie vorangehend beschrieben ausgeführte arithmetische Regelungs-/Steuerungsverarbeitung werden die die Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben) bezeichnenden Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωdotw_xy_cmd derart bestimmt, dass die Haltung des Grundkörpers 9 grundsätzlich in einer Haltung beibehalten wird, in welcher die obengenannten Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerte Θbe_x_s und Θbe_y_s beide Null sind (nachfolgend wird diese Haltung als die Grundhaltung bezeichnet werden), das heißt, die Haltung des Fahrzeugsystemschwerpunkts (der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt oder der alleinige Fahrzeugschwerpunkt) wird beibehalten, um im Wesentlichen unmittelbar über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 in dem Betriebsmodus sowohl des An-Bord-Modus als auch des autonomen Modus zu sein. Im Detail wird der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_xy_cmd derart bestimmt, dass die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xys als die geschätzten Werte der Bewegungsgeschwindigkeiten des Fahrzeugsystemschwerpunkts gegen die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd konvergieren, während die Haltung des Grundkörpers 9 in der obengenannten Grundhaltung beibehalten wird. Die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd sind übrigens im Allgemeinen Null (insbesondere, solange ein Benutzer oder dergleichen keine zusätzliche Antriebskraft auf das Fahrzeug 1 in dem An-Bord-Modus ausübt). In diesem Fall wird der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_xy_cmd derart bestimmt werden, dass der Fahrzeugsystemschwerpunkt im Wesentlichen stationär ist, während die Haltung des Grundkörpers 9 in der obengenannten Grundhaltung beibehalten wird.
Die durch Umwandeln der Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_xy_cmd, welche durch Integrieren jeder Komponente von ωdotw_xy_cmd erhalten werden, erhaltenen Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L werden dann als die Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd der Elektromotoren 31R und 31L bestimmt. Die Drehgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L werden ferner gemäß den Geschwindigkeitsbefehlen ω_R_cmd und ω_L_cmd geregelt/gesteuert. Die Bewegungsgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen, Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung werden daher derart geregelt/gesteuert, dass sie mit der Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x, welches ωw_x_cmd entspricht, bzw. mit der Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y, welche ωw_y_cmd entspricht, übereinstimmen.
Mit dieser Anordnung bewegt sich die Radanordnung 5 dann vorwärts, um die Fehler zu eliminieren (um Θbe_x_s gegen Null zu konvergieren), wenn beispielsweise der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_x von dem Soll-Wert Θb_x_obj in Richtung um die Y-Achse durch Nach-Vorne-Lehnen abweicht. Ebenso bewegt sich die Radanordnung 5 dann rückwärts, um den Fehler zu eliminieren (um Θbe_x_s gegen Null zu konvergieren), wenn das Ist-Θb_x von dem Soll-Wert Θb_x_obj durch Rückwärts-Lehnen abweicht.
Beispielsweise, wenn ferner der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_y von dem Soll-Wert Θb_y_obj in Richtung um die X-Achse durch Nach-Rechts-Lehnen abweicht, bewegt sich die Radanordnung 5 dann nach rechts, um den Fehler zu eliminieren (um Θbe_y_s gegen Null zu konvergieren). Ebenso bewegt sich die Radanordnung 5 dann nach links, um den Fehler zu eliminieren (um Θbe_y_s gegen Null zu konvergieren), wenn das Ist-Θb_y von dem Soll-Wert Θb_y_obj durch Nach-Links-Lehnen abweicht.
Wenn ferner sowohl der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_x als auch Θb_y von dem Soll-Wert Θb_x_obj bzw. Θb_y_obj abweichen, werden dann der Bewegungsbetrieb der Radanordnung 5 in der Längsrichtung zum Eliminieren des Fehlers von Θb_x und der Bewegungsbetrieb der Radanordnung 5 in der Querrichtung zum Eliminieren des Fehlers von Θb_y kombiniert, so dass sich die Radanordnung 5 in einer Richtung bewegen wird, welche die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung kombiniert (eine Richtung in einem Winkel zu sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung).
Somit bewegt sich die Radanordnung 5 dann in Richtung der Neigungsseite, wenn sich der Grundkörper 9 von der Grundhaltung neigt. Somit wird sich die Radanordnung 5 dann zu der Neigungsseite bewegen, wenn beispielsweise der Benutzer absichtlich seinen/ihren Oberkörper in dem obengenannten An-Bord-Modus neigt.
In dem Fall, in dem die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd Null sind, wenn die Haltung des Grundkörpers 9 gegen die Grundhaltung konvergiert, kommt die Bewegung der Radanordnung 5 im Wesentlichen zum Stillstand. Wenn ferner beispielsweise der Neigungswinkel Θb_x des Grundkörpers 9 in Richtung um die Y-Achse in einem von der Grundhaltung geneigten bestimmten Winkel beibehalten wird, konvergiert dann die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung gegen eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit, welche dem Winkel entspricht (eine Bewegungsgeschwindigkeit, welche einen bestimmten Stationärer-Zustand-Fehler von der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd aufweist). Dasselbe gilt für den Fall, in dem der Neigungswinkel Θb_y des Grundkörpers 9 in Richtung um die X-Achse in einem bestimmten, von der Grundhaltung geneigten Winkel beibehalten wird.
Ferner wird in einer Situation, in der beispielsweise die durch den obengenannten Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 erzeugten Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim beide Null sind, wenn der Betrag der Neigung des Grundkörpers 9 von der obengenannten Grundhaltung (die Grundkörper-Neigungswinkelmesswerte Θbe_x_s und Θbe_y_s) relativ groß wird und die Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten der Radanordnung 5 in einer oder beiden von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung zum Eliminieren des Neigungsbetrags oder zum Beibehalten des Neigungsbetrags (wobei diese Bewegungsgeschwindigkeiten dem in 12 gezeigten erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwert Vb_x_prd bzw. Vb_y_prd entsprechen) eine übermäßig hohe Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten sind, welche die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L veranlassen würden, von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen davon abzuweichen, eine Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung von der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 (im Detail Vw_x_lim2 – Vb_x_prd und Vw_y_lim2 – Vb_y_prd) dann als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd bestimmt werden. Die Stellgrößenkomponenten u3_x und u3_y aus den Stellgrößenkomponenten, welche eine Regelungs-/Steuerungseingabe darstellen, werden dann derart bestimmt, dass die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s gegen die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd bzw. Vb_y_mdfd konvergieren. Dies verhindert, dass der Neigungsbetrag des Grundkörpers 9 von der obengenannten Grundhaltung übermäßig groß wird, wodurch verhindert wird, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L übermäßig hoch werden.
Ferner werden in dem obengenannten Verstärkungseinsteller 78 in der Situation, in der eine oder beide der geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s groß werden und die Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten der Radanordnung 5 in einer oder beiden von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung, welche zum Eliminieren der Neigung des Grundkörpers 9 von der obengenannten Grundhaltung oder zum Beibehalten des Neigungsbetrags benötigt werden, eine übermäßig große Bewegungsgeschwindigkeit werden können, welche die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L dazu veranlassen würden, von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen davon abzuweichen, wenn der Fehler nennenswerter wird, (insbesondere, wenn die in 10 gezeigten Absolutwerte von Vover_x und Vover_y zunehmen), einer oder beide der obengenannten Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y von 0 näher an 1 gebracht.
In diesem Fall nähert sich jeder gemäß dem obengenannten Ausdruck 09x berechnete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x (i = 1, 2 oder 3) dem konstanten Wert Ki_b_x an dem Maximumende von dem konstanten Wert Ki_a_x an dem Minimumende an, wenn sich Kr_x der 1 nähert. Das Gleiche gilt für jeden gemäß dem obengenannten Ausdruck 09y berechneten i-ten Verstärkungskoeffizient Ki_y (i = 1, 2 oder 3).
Wenn die Absolutwerte der obengenannten Verstärkungskoeffizienten zunehmen, nehmen die Empfindlichkeiten der Stellgrößen (die Imaginares-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωdotw_x_cmd und ωdotw_y_cmd) als Reaktion auf eine Änderung der Neigung des Grundkörpers 9 zu. Daher wird in dem Moment, in dem der Neigungsbetrag des Grundkörpers 9 von der Grundhaltung eine Zunahme anzeigt, die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 geregelt/gesteuert, um sofort den Neigungsbetrag zu eliminieren. Dies hält den Grundkörper in hohem Maße davon zurück, sich von der Grundhaltung wesentlich zu neigen, wodurch es ermöglicht wird, zu verhindern, dass die Bewegungsgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten der Radanordnung 5 in einer oder beiden von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung eine übermäßig hohe Bewegungsgeschwindigkeit wird, welche die Drehwinkelgeschwindigkeit oder -geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L veranlasst, von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen davon abzuweichen.
Ferner werden, im Bewegungsmodus des autonomen Modus, wenn der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim (Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten, in denen einer oder beide aus Vb_x_aim und Vb_y_aim nicht null sind) entsprechend den Bedienungsvorgängen am Griff 18 durch den Benutzer ohne dass er sich auf dem Sitz 3 befindet, erzeugt, die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim jeweils als die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten für Steuerung/Regelung Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd bestimmt, außer wenn die Rotationswinkel-Geschwindigkeiten von einem oder beiden der Elektromotoren 31R und 31L zu einer hohen Winkelgeschwindigkeit oder zu Geschwindigkeiten werden, die von dem erlaubten Bereich oder Bereichen daraus (insbesondere, so lange Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2, die in 12 gezeigt werden, jeweils mit Vb_x_t und Vb_y_t übereinstimmen) abweichen. Somit wird die Geschwindigkeit der Radanordnung 5 so gesteuert/geregelt, dass die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim implementiert sind (so dass die Ist-Schwerpunktgeschwindigkeiten sich den Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim annähern).
Die Verarbeitung durch den obengenannten Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74, dessen Beschreibung zurückgestellt worden ist, wird jetzt detailliert beschrieben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform stellt, wie vorangehend beschrieben, der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim dann auf Null ein, wenn der Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 der autonome Modus ist.
Währenddessen bestimmt, im Fall, in dem der Operations-Modus des Fahrzeugs 1 der autonome Modus ist, der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim variabel, gemäß ob der Operations-Modus der Bewegungs-Modus ist, gemäß den Bedienungsvorgängen des Griffs 18, oder der Halte-Modus, in dem das Fahrzeug 1 im Haltezustand gehalten wird, ist.
Insbesondere führt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 den Prozess, der im Flussdiagramm von 14 illustriert ist, sequentiell in einem vordefinierten Regelungs-/Steuer-Verarbeitungs-Zyklus aus, um die um die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim in der X-Achsen-Richtung und die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_aim in der Y-Achsen-Richtung, im autonomen Modus zu bestimmen.
Wie hiernach beschrieben werden soll, führt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 zuerst den Prozess von SCHRITT21 aus. In dem Prozess, erhält der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit-Generator 74 die Ausgabe des Kraftsensors 55.
Die Ausgabe des Kraftsensors 55 umfasst zwei Komponenten: die X-Achsen-Richtungs-Komponente und die Y-Achsen-Richtungs-Komponente. Der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 erhält den Messwert der X-Achsen-Richtungs-Komponente Fx und den Messwert der Y-Achsen-Komponente Fy, der auf den Griff wirkenden externen Kraft F, die auf den Griff 18 wirkt.
Hiernach, zu SCHRITT22 fortfahrend, bestimmt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 ob oder ob nicht der Operations-Modus des Fahrzeugs 1 im autonomen Modus ist. Die Bestimmung wird auf Basis des Bestimmungs-Ergebnisses in SCHRITT4 von 7 durchgeführt.
Wenn der Operations-Modus des Fahrzeugs 1 nicht im autonomen Modus ist in SCHRITT22, in anderen Worten im An-Bord-Modus ist, fährt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 zu SCHRITT26 fort, um die beiden Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim zu null zu bestimmen.
Andererseits fährt, wenn der Operations-Modus des Fahrzeugs 1 im autonomen Modus in SCHRITT22 ist, der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 zu SCHRITT23 fort, um zu bestimmen, ob der momentane arithmetische Verarbeitungs-Modus der Bewegungs-Modus oder der Halte-Modus ist.
Eine Vielfalt von Elementen können als Elemente zum Bestimmen des arithmetischen Verarbeitungs-Modus herangezogen werden. In der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise wird der momentane arithmetische Verarbeitungs-Modus gemäß der Größe der auf den Griff wirkenden externen Kraft F, bezeichnet durch die Ausgabe des Kraftsensors 55, der in SCHRITT21 erhalten wird, bestimmt. Insbesondere wird, wenn der Benutzer sich nicht auf dem Fahrzeug 1 befindet, wenn die Größe der auf den Griff wirkenden externen Kraft, angezeigt durch die Ausgabe des Kraftsensors 55, gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, der momentane arithmetische Verarbeitungs-Modus als der Bewegungs-Modus bestimmt; wenn die Größe der auf den Griff wirkenden externen Kraft F, angezeigt durch die Ausgabe des Kraftsensors 55, kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, wird der momentane arithmetische Verarbeitungs-Modus als der Halte-Modus bestimmt. Der vordefinierte Schwellenwert ist so gesetzt, dass bestimmt wird, ob oder ob nicht die Größe der auf den Griff einwirkende externe Kraft F null oder ein sehr kleiner Wert ist (nahe null).
An Stelle des Bestimmens des arithmetischen Verarbeitungs-Modus wie oben beschrieben, ist es auch zulässig, beispielsweise einen Wechsel-Schalter zum Schalten des Bewegungs-Modus und des Halte-Modus an einer vordefinierten Stelle des Fahrzeugs 1 anzubringen, so dass der momentane arithmetische Verarbeitungs-Zustand gemäß einer Ausgabe des Wechsel-Schalters bestimmt werden kann. Insbesondere wird, wenn die Ausgabe des Wechsel-Schalters in einem Ausgabe-Zustand, der die Wahl des Bewegungs-Modus anzeigt, ist, der momentane arithmetische Verarbeitungs-Modus als im Bewegungs-Modus bestimmt; wenn die Ausgabe des Wechsel-Schalters in einem Ausgabe-Zustand ist, der die Wahl das Halte-Modus anzeigt, wird er als im Halte-Modus bestimmt. Ferner ist es auch zulässig, eine Mehrzahl von Kombinationen der mehreren Bestimmungs-Elemente zu benutzen, um zu bestimmen, ob der arithmetische Verarbeitungs-Modus im Bewegungs-Modus oder im Halte-Modus ist.
Wenn der momentane arithmetische Verarbeitungs-Modus als im Halte-Modus bestimmt wird, fährt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 zu SCHRITT26 fort, um beide Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim zu null zu setzen.
Andererseits fährt, wenn der momentane arithmetische Verarbeitungs-Modus als im Bewegungs-Modus bestimmt wird, der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 zu SCHRITT24 fort, um eine Größe |↑Vb_aim| (= sqrt(Vb_x_aim² + Vb_y_aim²)) eines Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Vektors ↑Vb_x_aim (Geschwindigkeitsvektor umfassend zwei Komponenten der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim) gemäß der Ausgabe, die vom Kraftsensor 55 erhalten wird, nämlich der auf den Griffwirkenden externen Kraft, die auf den Griff 18 wirkt, zu berechnen.
Insbesondere berechnet, wie in 15 illustriert, der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 die Größe, der auf den Griff wirkenden externen Kraft F (= sqrt(Fx² + Fy²)), aus den Messwerten Fx und Fy jeweils in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung, durch den Kraftsensor 55.
Die auf den Griff wirkende Kraft F hat die Größe der Kraft, die durch den Fußgänger (ein Benutzer, der sich nicht auf dem Sitz 3 befindet) oder ähnliches auf den Griff 18 eingewirkt wird, um das Fahrzeug 1 zu bewegen, damit steht deren Größe in Beziehung zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs, das bewegt werden soll. In anderen Worten wurde sie verwendet, die Absicht des Benutzers, das Fahrzeug 1 schneller zu bewegen, wenn die Kraft größer ist, oder langsamer zu bewegen, wenn die Kraft kleiner ist, wiederzugeben.
Der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 berechnet die Größe |↑Vb_aim| des Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Vektors ↑Vb_aim gemäß der berechneten auf den Griff wirkenden externen Kraft F. |↑Vb_aim| = K·F Ausdruck 11
In Ausdruck 11 ist K ein Verstärkungs-Koeffizient, ein fester, vorläufig gesetzter Wert.
Jedoch ist es, in der Bestimmung der Größe |↑Vb_aim| des Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Vektors, wenn die auf den Griff wirkende externe Kraft F (= sqrt(F_x² + F_y²)) gleich oder kleiner als das untere Limit einer vordefinierten Schwelle ist, zulässig für den Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74, die Größe |↑Vb_aim| des Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Vektor auf null zu setzen, ungeachtet Ausdruck 11.
Der Grund hierfür ist, dass, wenn die Größe der auf den Griff wirkenden Kraft F gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, der Nachweis-Wert des Kraftsensors 55 Zuverlässigkeit vermissen lassen wird. Beispielsweise wäre es, wenn der Nachweis-Wert des Kraftsensors ein gewisses Rauschen enthält, das durch Bewegungen wie Schütteln oder ähnliches des Grundkörpers 9 ausgelöst wird, und die Größe der auf den Griffwirkenden externen Kraft F, die durch den Kraftsensor 55 detektiert wird, gleich oder kleiner als ein vordefinierter Wert ist, schwierig, das Fahrzeug 1 wie gewünscht zu bewegen, aufgrund der Beeinflussung durch das Rauschen. Hierbei wird, wenn die Größe der auf den Griff wirkenden externen Kraft F gleich oder kleiner ist als das untere Limit einer vordefinierten Schwelte, durch Bestimmen der Größe |↑Vb_aim| des Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Vektors, das Fahrzeug 1 als Ergebnis dessen gestoppt.
Danach fährt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 fort zu SCHRITT25, um die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim durch Benutzen der Messwerte Fx und Fy von zwei horizontalen Komponenten der Ausgabe, die vom Kraftsensor 55 in SCHRITT21 erhalten wird, zu berechnen.
Da die Wirkungsrichtung der auf den Griff wirkenden externen Kraft F bezüglich des Fahrzeugs 1 in der horizontalen Ebene, zusammenfällt mit der Richtung in die der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug 1, wie in 15 illustriert, zu bewegen vorhat, berechnet der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim so, dass das Verhältnis zwischen der X-Achsen-Richtungs-Komponente Fx und der Y-Achsen-Richtungs-Komponente Fy, der auf den Griff wirkenden externen Kraft F, zusammenfällt mit einem Verhältnis zwischen der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim in der X-Achsen-Richtung und der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_aim in der Y-Achsen-Richtung.
Insbesondere bestimmt der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim gemäß des folgenden Ausdrucks. Vb_x_aim = |↑Vb_aim|·(Fx/F) = K·Fx Ausdruck 13x Vb_y_aim = |↑Vb_aim|·(Fy/F) = K·Fy Ausdruck 13y
Die Ausdrücke 13x und 13y werden durch Einführen des Ausdrucks 11 auf ihre rechte Seite vereinfacht.
Durch Benutzen der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim, die oben berechnet wurden, bestimmt der Haltungs-Regelungs-/Steuer-Berechner 80 die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anforderungen ωdotw_xy_cms wie oben genannt. Dem gemäß ist es möglich, das Fahrzeug 1 gemäß der auf den Griff wirkenden externen Kraft F, die durch den Fußgänger oder ähnliches auf den Griff 18 bei der Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeug 1, die in Beziehung steht zur Größe der Kraft und der Fahrrichtung des Fahrzeugs 1, eingewirkt wird, entsprechend der Orientierung der Kraft zu bewegen.
Dadurch ist es, wenn der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug 1 durch Halten und Neigen des Sitzes 3 oder des Grundkörpers 9 bewegt, nicht nötig, den Sitz 3 oder den Grundkörper 9 in einem geneigten Zustand in die Fahrrichtung zu halten; es ist dem Fußgänger oder ähnlichem möglich, das Fahrzeug 1 durch Einwirken der externen Kraft auf den Griff 18 zu bewegen, wenn der Grundkörperneigungswinkel θb_xy beim Soll-Wert θb_xy_obj für den autonomen Modus gehalten wird, und die Stabilität der Reisegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu verbessern. Somit kann der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug 1 wie vorgesehen flüssig bewegen.
Die Entsprechung zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der vorliegenden Erfindung wird hier zusätzlich beschrieben werden.
Der Prozess, der durch die Regelungs-/Steuereinheit 50 in SCHRITT9 und SCHRITT10 von 7 ausgeführt wird, verkörpert das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerungselement der vorliegenden Erfindung. Die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisungen ωdotw_x_cmd und ωdotw_y_cmd entsprechen jeweils den Regelungs-/Steuerkenngrößen der vorliegenden Erfindung. Die erforderten Schwerpunktgeschwindigkeiten zum Steuern/Regeln Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd entsprechen der Soll-Geschwindigkeit der vorliegenden Erfindung. Die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim entsprechen einem Wert, der auf der externen Kraft, die vom externen Kraftdetektor detektiert wird, basiert. Die Soll-Wert θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels entsprechen dem Soll-Neigungswinkel der vorliegenden Erfindung.
Einige Modifikationen der Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, werden nun beschrieben.
In der oben erwähnten Ausführungsform wird beschrieben, dass der Fahrzeugsystemschwerpunkt (genauer, der Gesamt-Fahrzeugs-Benutzer-Schwerpunkt) ein vordefinierter Repräsentativpunkt von Fahrzeug 1 ist; jedoch ist es zulässig, den vordefinierten Repräsentativpunkt als den Mittelpunkt der Radanordnung 5, einen Punkt in einem vordefinierten Teil (beispielsweise dem Tragerahmen 13) des Grundkörpers 9 oder ähnliches zu setzen.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist der Benutzer, der ein Fußgänger, der sich nicht auf dem Sitz 3 befindet, ist, als ein Beispiel eines mobilen Objekts beschrieben; jedoch ist sie nicht hierauf beschränkt, zusätzlich zu einem Fußgänger kann ein mobiles Objekt wie ein weiteres Fahrzeug oder ähnliches, außer dem vorliegenden Fahrzeug 1, eingestellt sein, die Bewegung des Fahrzeugs 1 zu steuern/regeln, gemäß einer auf den Griff wirkenden externen Kraft F, die auf den Griff 18 wirkt.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 eingestellt, die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_aim und Vb_y_aim, die in Verbindung stehen mit der externen Kraft F, die auf den Griff 18 wirkt, in sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung zu berechnen, und der Haltungs-Regelungs-/Steuer-Kalkulator 80 ist eingestellt, die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisungen ωdotw_x_cmd und ωdotw_y_cmd zu bestimmen, jedoch ist er nicht hierauf beschränkt.
Es ist beispielsweise zulässig, die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim oder die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_aim nur in eine Richtung der X-Achsen-Richtung oder der Y-Achsen-Richtung durch den Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator 74 zu berechnen und die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisungen ωdotw_x_cmd und ωdotw_y_cmd durch den Haltungs-Regelungs-/Steuer-Berechner 80 zu bestimmen.
Beispielsweise ist, in der vorliegenden Ausführungsform, der Griff 18 eingestellt, sich in die laterale Richtung zu erstrecken, so dass es dem Fußgänger oder ähnlichem möglich wird, das Fahrzeug in die Längsrichtung zu bewegen (angenommen der Fußgänger oder ähnliches vor dem Fahrzeug 1 hält den Griff 18 um das Fahrzeug nach vorne zu bewegen). Daher ist es zulässig, die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim, basierend auf der auf den Griff wirkenden externen Kraft F, entsprechend dem Ausdrucks 13 nur in der X-Achsen-Richtung zu berechnen und die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim auf null zu setzen in der Y-Achsen-Richtung. Da in Anbetracht der Tatsache, dass die Soll-Bewegungsrichtung des Fußgängers oder ähnlichem im Allgemeinen eine spezifische Richtung (beispielsweise in die X-Achsen-Richtung, die die Längsrichtung ist) ist, ist es als zulässig anzusehen, die externe Kraft, die auf den Griff 18 wenigstens in eine axiale Richtung einwirkt, wiederzugeben. Da das Fahrzeug 1 mit seiner Fahrgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung gleich null gesteuert/geregelt wird, wird das Seiten-Schütteln des Fahrzeugs 1 in der Y-Achsen-Richtung verhindert, was es dem Fußgänger oder ähnliches erlaubt, Fahrzeug 1 flüssig zu bewegen.
Ferner ist es, an Stelle des Berechnens der Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim oder der Vb_y_aim, basierend auf der auf den Griff wirkenden Kraft F in eine vordefinierte Richtung (beispielsweise der X-Achsen-Richtung), zulässig, die Kraftgröße der X-Achsen-Richtungs-Komponente Fx und die Größe der Y-Achsen-Richtungs-Komponente Fy der auf den Griff wirkenden externen Kraft zu vergleichen, die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim oder Vb_y_aim, basierend auf der auf den Griff wirkenden externen Kraft F in die Richtung, in der die Kraftgröße größer ist, zu berechnen, und die Soll-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_aim oder Vb_y_aim auf null zu setzen, in der Richtung, in der die Kraftgröße kleiner ist. Dem gemäß ist es möglich, die auf den Griff wirkende externe Kraft F, die auf den Griff 18 in eine Richtung in die der Fußgänger oder ähnliches das Fahrzeug 1 bewegen soll, wiederzugeben, ungeachtet davon, wie der Griff montiert ist.
In den oben genannten Ausführungsformen ist das Fahrzeug 1 das die Konfiguration, die in 1 und 2 illustriert ist, umfasst, exemplarisch ausgeführt; jedoch ist das inverspendelartige Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf das exemplarisch ausgeführte Fahrzeug beschränkt.
Beispielsweise hat die Radanordnung 5, die als Fahrbewegungseinheit des Fahrzeugs 1 dient, in der vorliegenden Erfindung eine einteilige Konstruktion; jedoch ist es zulässig, dass die Radanordnung 5 eine Konstruktion, die beispielsweise in 10 von Patentdokument 3 gezeigt ist, haben kann. Insbesondere kann die Radanordnung konstruiert sein, ein starres, ringförmiges Schaftteil und eine Mehrzahl von Rollen, die rotierbar und von Außen so in das starre, ringförmige Schaftteil eingesetzt sind, dass ihre axialen Zentren in die tangentiale Richtung des Schaftteils orientiert sind, zu haben, wobei die Mehrzahl dieser Rollen in die Umfangsrichtung entlang des Schaftteils angebracht sind.
Es ist zulässig, dass die Fahrbewegungseinheit eine raupenkettenartige Struktur, wie beispielsweise in 3 von Patentdokument 2 gezeigt, haben kann.
Alternativ kann, wie beispielsweise in 5 von Patentdokument 2, 7 von Patentdokument 3, oder 1 von Patentdokument 1, gezeigt, die Fahrbewegungseinheit aus einem sphärischen Teil konstruiert sein, und das Fahrzeug kann so konstruiert sein, dass das sphärische Teil rotierend in eine Richtung um die X-Achse und eine Richtung um die Y-Achse durch einen Aktuator (z. B. einen Aktuator umfassend die Radanordnung 5) angetrieben wird.
Ferner wurde, in der vorliegenden Ausführungsform, das Fahrzeug 1 ausgestattet mit dem Sitz 3 als An-Bord-Sektion für einen Benutzer, exemplarisch vorgeführt. Alternativ jedoch kann das inverspendelartige Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug umfassend eine Konstruktion, in der eine Fußraste, auf die der Benutzer seine beiden Füße stellt und eine Sektion, die durch den Benutzer gegriffen wird, wenn er auf der Fußraste steht, die am Grundkörper angebracht ist, sein, wie beispielsweise in 8 in Patentdokument 3 illustriert.
Damit kann die vorliegende Erfindung auf inverspendelartige Fahrzeuge verschiedener Konstruktionsformen angewendet werden, wie in den Patentdokumenten 1 bis 3 und ähnlichem illustriert.
Ferner kann das inverspendelartige Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt sein, eine Mehrzahl von Fahrbewegungseinheiten zu haben, die in der Lage sind, sich auf einer Bodenfläche in alle Richtungen zu bewegen (z. B. zwei in der lateralen Richtung, oder zwei in der Längsrichtung oder drei oder mehr).
Ferner ist es, im inverspendelartigen Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, nicht wesentlich für den Grundkörper, sich zusammen mit dem Nutzlastträgerteil für den Benutzer zu neigen. Beispielsweise ist es, in dem Fall, in dem das Fahrzeug eine Mehrzahl von Fahrbewegungseinheiten umfasst, zulässig, dass der Grundkörper, an den die Fahrbewegungseinheiten angebracht sind, sich nicht neigt bezüglich der Bodenoberfläche und das Nutzlastträgerteil an den Grundkörper frei neigbar bezüglich des Grundkörpers angebracht ist.
Beschreibung der Bezugszeichen

1: inverspendelartiges omnidirektionales Fahrzeug; 3: Sitz (Nutzlastträgerteil); 4: Einstellungsteil; 5: Radanordnung (Fahrbewegungseinheit); 7: Aktuator; 9: Grundkörper; 50: Regelungs-/Steuereinheit (Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuereinheit); 55: Kraftsensor (externer Kraftsensor); 74: Soll-Schwerpunktgeschwindigkeits-Generator (Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuereinheit)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/132778 [0006]
WO 2008/132779 [0006]

Claims

Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs umfassend eine Fahrbewegungseinheit, die in der Lage ist, sich auf einer Bodenoberfläche zu bewegen, einen Aktuator, der die Fahrbewegungseinheit antreibt, einen Grundkörper, an dem die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator angebracht sind, und ein Nutzlastträgerteil für einen Benutzer, das an den Grundkörper angebracht ist, umfassend: ein Neigungswinkel-Messelement, das eingerichtet ist, eine Ausgabe entsprechend dem Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers, zu erzeugen; einen externen Kraftdetektor, der eingerichtet ist, eine externe Kraft zu detektieren, die auf ein Halteteil, das im Grundkörper oder dem Nutzlastträgerteil angebracht ist, einwirkt; und ein Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement, das eingerichtet ist, eine Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, welche eingestellt ist, eine Antriebsleistung zu definieren, die auf die Fahrbewegungseinheit entsprechend einer externen Kraft, eingewirkt werden soll, die durch den externen Kraftdetektor während der Durchführung eines Regelungs-/Steuerprozesses detektiert wird, um einen Messwert des Neigungswinkels des Grundkörpers bei einem Soll-Neigungswinkel eines vorbestimmten Werts zu halten und die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit durch den Aktuator entsprechend der bestimmten Regelungs-/Steuerstellgröße zu steuern/regeln.
Regelungs-/Steuereinheit des inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement die Regelungs-Steuerstellgröße so bestimmt, dass die Größe einer horizontalen Komponente der externen Kraft, detektiert durch den externen Kraftdetektor, reduziert wird.
Regelungs-/Steuereinheit des inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement die Regelungs-/Steuerstellgröße so bestimmt, dass die Orientierung einer horizontalen Komponente einer externen Kraft, detektiert durch den externen Kraftdetektor, an die Soll-Bewegungsrichtung der Fahrbewegungseinheit angepasst wird.
Regelungs-/Steuereinheit des inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 1, weiterhin ausgestattet mit einem Reprasentativpunktgeschwindigkeits-Messelement, das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend einer Repräsentativpunktgeschwindigkeit zu erzeugen, welche die Ist-Geschwindigkeit eines vorbestimmten Repräsentativpunkts des Fahrzeugs ist, für eine erste Richtung und eine zweite Richtung rechtwinklig zueinander auf der Bodenoberfläche bestimmt das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement die Regelungs-/Steuerstellgröße in der Art, dass sowohl die erste Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente für eine erste Richtung als auch eine zweite Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente für eine zweite Richtung zu null gemacht werden, wobei die erste Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente eine Abweichung zwischen einer Geschwindigkeitskomponente in der ersten Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, angezeigt durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements, und einer Soll-Geschwindigkeit in der ersten Richtung, bestimmt entsprechend einer Kraftkomponenten in der ersten Richtung einer externen Kraft, detektiert durch den externen Kraftdetektor, ist, und die zweite Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente eine Abweichung zwischen einer Geschwindigkeitskomponenten in der zweiten Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, angezeigt durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements und einer Soll-Geschwindigkeit in der zweiten Richtung, bestimmt entsprechend einer Kraftkomponenten in der zweiten Richtung einer externen Kraft, detektiert durch den externen Kraftdetektor, ist.
Regelungs-/Steuereinheit des inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 1, weiterhin ausgestattet mit einem Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelement, das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend einer Repräsentativpunktgeschwindigkeit zu erzeugen, welche eine ist-Fahrgeschwindigkeit eines vordefinierten Repräsentativpunkts des Fahrzeugs ist, für eine erste Richtung und eine zweite Richtung rechtwinklig zueinander auf der Bodenoberfläche bestimmt das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement die Regelungs-/Steuerstellgröße in der Art, dass sowohl eine erste Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente für eine erste Richtung und eine zweite Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente für eine zweite Richtung zu null gemacht werden, wobei die erste Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente eine Abweichung zwischen einer Geschwindigkeitskomponente in der ersten Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, bestimmt durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements und einer Soll-Geschwindigkeit in der ersten Richtung, bestimmt entsprechend einer Kraftkomponenten in der ersten Richtung der externen Kraft, detektiert durch den externen Kraftdetektor ist, und die zweite Geschwindigkeitsabweichungs-Komponente eine Abweichung zwischen einer Geschwindigkeitskomponenten in der zweiten Richtung der Repräsentativpunktgeschwindigkeit, bestimmt durch die Ausgabe des Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelements und einer Soll-Geschwindigkeit in der zweiten Richtung, die Null ist, ist.