JP2010208530A - Vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関するものである。 The present invention relates to a vehicle using posture control of an inverted pendulum.
従来、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する技術が提案されている。例えば、同軸上に配設された２つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による車体の姿勢変化を感知して駆動する車両、球体状の単一の駆動輪に取り付けられた車体の姿勢を制御しながら移動する車両等の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 Conventionally, a technique related to a vehicle using posture control of an inverted pendulum has been proposed. For example, a vehicle that has two drive wheels arranged on the same axis and drives by sensing a change in the posture of the vehicle body due to the driver's movement of the center of gravity, and a vehicle body posture that is attached to a single spherical drive wheel Techniques such as a vehicle that moves while controlling the vehicle have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この場合、センサで車体のバランスや動作の状態を検出しながら、駆動輪の動作を制御して車両を停止又は移動させるようになっている。 In this case, the vehicle is stopped or moved by controlling the operation of the drive wheels while detecting the balance of the vehicle body and the state of operation by the sensor.
前記従来の車両においては、センサによって取得した車体の傾斜状態の計測値によって車体の姿勢を制御しているため、計測値として正しい値を取得できない場合、すなわち、異常状態である場合、その異常を検出して、異常状態に応じた制御を実行する必要がある。例えば、センサが故障した場合、センサから送信される故障状態を示す信号を受信したときに、センサの計測値が異常状態にあると判断できる。 In the conventional vehicle, since the posture of the vehicle body is controlled by the measured value of the vehicle body tilt state acquired by the sensor, when the correct value cannot be acquired as the measured value, that is, in the abnormal state, the abnormality is It is necessary to detect and execute control according to the abnormal state. For example, when a sensor fails, it can be determined that the measured value of the sensor is in an abnormal state when a signal indicating a failure state transmitted from the sensor is received.
しかしながら、センサ取付部の変形等によってセンサ基準角がずれたり、通信の不良によって異常な計測値を取得したときには、センサ自体の故障でないため、異常を検出することができない。 However, when the sensor reference angle is shifted due to deformation of the sensor mounting portion or an abnormal measurement value is acquired due to poor communication, the abnormality cannot be detected because the sensor itself is not a failure.
もっとも、このような事態に備えて、あらかじめ複数のセンサや通信手段を用意しておくことが考えられる。しかし、複数のセンサや通信手段を用意すると、高価で複雑なシステムになってしまう。つまり、安価で簡素なシステムによって、十分な安全性や利便性を保障することは、困難である。 However, in preparation for such a situation, it is conceivable to prepare a plurality of sensors and communication means in advance. However, if a plurality of sensors and communication means are prepared, the system becomes expensive and complicated. That is, it is difficult to ensure sufficient safety and convenience with an inexpensive and simple system.
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車体傾斜状態の計測値と推定値とを比較することによって、車体傾斜状態の計測値の異常を確実に検出することができ、より安全で安価な車両を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional vehicle, and by comparing the measured value of the vehicle body tilt state with the estimated value, the abnormality of the measured value of the vehicle body tilt state can be reliably detected. The object is to provide a safe and inexpensive vehicle.
そのために、本発明の車両においては、回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、前記車体の鉛直軸に対する傾斜角を計測する傾斜計測手段と、前記駆動輪の回転状態及び前記駆動トルクによって前記傾斜角を推定する傾斜推定手段と、前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角と前記傾斜推定手段によって推定された傾斜角との差の絶対値が所定値より大きい場合に前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角が異常であると判定する判定手段と、を備える。 For this purpose, the vehicle of the present invention includes a drive wheel rotatably attached to the vehicle body, and a vehicle control device that controls a drive torque applied to the drive wheel to control the posture of the vehicle body, The vehicle control device is measured by an inclination measuring unit that measures an inclination angle of the vehicle body with respect to a vertical axis, an inclination estimating unit that estimates the inclination angle based on a rotation state of the driving wheel and the driving torque, and the inclination measuring unit. Determining means for determining that the inclination angle measured by the inclination measuring means is abnormal when the absolute value of the difference between the inclination angle estimated by the inclination estimating means is larger than a predetermined value. .
本発明の他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記判定手段が前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角が異常であると判定すると、異常を報知する報知手段を更に備える。 In another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes notification means for notifying abnormality when the determination means determines that the inclination angle measured by the inclination measurement means is abnormal.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記判定手段は、前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角を前記車体の姿勢の制御に使用することが可能であるか否かを判定し、前記車両制御装置は、前記判定手段が可能であると判定した場合には前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角に応じて前記駆動トルクの値を決定し、前記判定手段が可能でないと判定した場合には前記傾斜推定手段によって推定された傾斜角に応じて前記駆動トルクの値を決定する。 In still another vehicle of the present invention, the determination means further determines whether or not the inclination angle measured by the inclination measurement means can be used for controlling the posture of the vehicle body, When determining that the determination means is possible, the vehicle control device determines the value of the driving torque according to the inclination angle measured by the inclination measurement means, and determines that the determination means is not possible The value of the driving torque is determined according to the inclination angle estimated by the inclination estimation means.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記判定手段は、前記差の絶対値が第１の所定値より大きく、かつ、第２の所定値以下である場合には、前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角が異常であるが、前記車体の姿勢の制御に使用することが可能であると判定し、前記差の絶対値が第２の所定値より大きい場合には、前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角が異常であり、前記車体の姿勢の制御に使用することが可能でないと判定する。 In still another vehicle of the present invention, the determination means further includes the inclination measuring means when the absolute value of the difference is larger than a first predetermined value and not more than a second predetermined value. If the measured inclination angle is abnormal but it is determined that it can be used for controlling the posture of the vehicle body, and the absolute value of the difference is larger than a second predetermined value, the inclination measuring means It is determined that the inclination angle measured by is abnormal and cannot be used for controlling the posture of the vehicle body.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記判定手段は、前記差の絶対値の累乗を第１の所定時間にわたって積分した第１の時間積分値が第１の所定積分値より大きく、かつ、前記差の絶対値の累乗を第２の所定時間にわたって積分した第２の時間積分値が第２の所定積分値以下である場合には前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角が異常であるが、前記車体の姿勢の制御に使用することが可能であると判定し、前記第２の時間積分値が第２の所定積分値より大きい場合には前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角が異常であり、前記車体の姿勢の制御に使用することが可能でないと判定する。 In still another vehicle of the present invention, the determination means further includes a first time integral value obtained by integrating a power of the absolute value of the difference over a first predetermined time, greater than the first predetermined integral value, and When the second time integrated value obtained by integrating the power of the absolute value of the difference over the second predetermined time is equal to or less than the second predetermined integrated value, the inclination angle measured by the inclination measuring means is abnormal. However, when the second time integral value is larger than a second predetermined integral value, the inclination angle measured by the inclination measuring means is determined to be usable for controlling the posture of the vehicle body. It is determined that it is abnormal and cannot be used for controlling the posture of the vehicle body.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記判定手段は、前記第１の所定時間より短い前記第２の所定時間と、前記第１の所定積分値を前記第１の所定時間で除した値よりも前記第２の所定積分値を前記第２の所定時間で除した値の方が大きくなるような前記第２の所定積分値に基づいて判定する。 In still another vehicle of the present invention, the determination unit further divides the second predetermined time shorter than the first predetermined time and the first predetermined integral value by the first predetermined time. The determination is made based on the second predetermined integration value such that a value obtained by dividing the second predetermined integration value by the second predetermined time is larger than a value.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の重心位置のずれ量を取得する重心ずれ量取得手段を更に備え、前記傾斜推定手段は、前記重心ずれ量取得手段によって取得された重心ずれ量によって前記傾斜角の推定値を補正する。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes a center-of-gravity shift amount acquisition unit that acquires a shift amount of the center of gravity position of the vehicle body, and the inclination estimation unit includes the center-of-gravity shift amount acquisition unit. The estimated value of the tilt angle is corrected based on the center-of-gravity shift amount obtained by the above.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記乗員及び／又は重量物を搭載する搭乗部と、該搭乗部の荷重分布を計測する荷重分布計測手段と、を更に備え、前記重心ずれ量取得手段は、前記荷重分布計測手段によって計測された前記荷重分布によって前記重心ずれ量を推定する。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle further includes a riding section on which the occupant and / or a heavy object are mounted, and load distribution measuring means for measuring a load distribution of the riding section, and acquiring the center of gravity deviation amount. The means estimates the center-of-gravity deviation amount based on the load distribution measured by the load distribution measuring means.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車両の走行抵抗の特性量である抵抗パラメータを取得する抵抗パラメータ取得手段を更に備え、前記傾斜推定手段は、前記抵抗パラメータ取得手段によって取得された抵抗パラメータによって前記傾斜角の推定値を補正する。 In still another vehicle of the present invention, the vehicle control device further includes a resistance parameter acquisition unit that acquires a resistance parameter that is a characteristic amount of a running resistance of the vehicle, and the inclination estimation unit includes the resistance parameter. The estimated value of the tilt angle is corrected by the resistance parameter acquired by the acquisition means.
本発明の更に他の車両においては、さらに、路面形状を計測する路面形状計測手段を更に備え、前記抵抗パラメータ取得手段は、前記路面形状計測手段によって計測された前記路面形状によって前記抵抗パラメータを推定する。 Still another vehicle of the present invention further includes road surface shape measuring means for measuring a road surface shape, and the resistance parameter acquiring means estimates the resistance parameter based on the road surface shape measured by the road surface shape measuring means. To do.
請求項１の構成によれば、検証用のセンサを別途用意することなく、車体傾斜角計測値の異常を確実に検出することが可能であり、安価で安全な倒立型車両を実現できる。 According to the configuration of the first aspect, it is possible to reliably detect an abnormality in the measured value of the vehicle body tilt angle without separately preparing a verification sensor, and an inexpensive and safe inverted vehicle can be realized.
請求項２の構成によれば、計測値の異常時において、その異常に対応する制御の結果として通常時と同様の動作を実現できている場合においても、乗員に車体傾斜角計測値が異常状態にあることを確実に認識させ、乗員に点検や修理を促すことができる。
According to the configuration of
請求項３の構成によれば、倒立姿勢での走行中に車体傾斜角計測値の取得が突然不可能になった場合においても、倒立姿勢での走行状態を維持し、退避走行等を可能とする。 According to the configuration of claim 3, even when the vehicle body tilt angle measurement value is suddenly impossible during the traveling in the inverted posture, the traveling state in the inverted posture is maintained, and the retreat traveling or the like can be performed. To do.
請求項４の構成によれば、車体傾斜角の計測値と推定値のどちらを用いるかを計測値の異常の程度に応じて判断することで、適切な制御方法を選択することができる。 According to the configuration of the fourth aspect, an appropriate control method can be selected by determining which one of the measured value and the estimated value of the vehicle body inclination angle is used according to the degree of abnormality of the measured value.
請求項５の構成によれば、計測値の時間履歴を判断材料とし、更に２つの異なる基準を設けることで、異常状態及び計測値の使用可否をより適切に判断できる。 According to the configuration of the fifth aspect, it is possible to more appropriately determine the abnormal state and the availability of the measurement value by using the time history of the measurement value as a determination material and further providing two different criteria.
請求項６の構成によれば、深刻な異常を短時間で検出することで、深刻な異常への対応を早めるのと共に、判定が困難である微妙な異常を長時間のデータに基づいて判定することで、異常判定の精度を高めることができる。 According to the configuration of the sixth aspect, by detecting a serious abnormality in a short time, the response to the serious abnormality is accelerated, and a subtle abnormality that is difficult to determine is determined based on long-time data. Thus, the accuracy of abnormality determination can be increased.
請求項７の構成によれば、車体の重心位置のずれを考慮することで、乗員の体重や姿勢、搭載物の重量や位置の違いに伴う車体傾斜角の推定精度の低下を防ぐことができる。 According to the configuration of claim 7, by taking into account the shift of the center of gravity position of the vehicle body, it is possible to prevent a decrease in the estimation accuracy of the vehicle body inclination angle due to the difference in the weight and posture of the occupant and the weight and position of the load. .
請求項８の構成によれば、搭乗部の荷重分布を計測することで、車体の重心位置を正確に把握し、重心位置のずれによる影響を正確に補償することができる。 According to the configuration of the eighth aspect, by measuring the load distribution of the riding section, it is possible to accurately grasp the center of gravity position of the vehicle body and to accurately compensate for the influence of the shift of the center of gravity position.
請求項９の構成によれば、駆動輪回転状態の力学モデルに基づく車体傾斜角加速度の推定値を車体傾斜角の推定に用いる場合に、走行抵抗の影響を考慮することで、より高精度に車体傾斜角加速度及び車体傾斜角を推定できる。 According to the configuration of the ninth aspect, when the estimated value of the vehicle body inclination angle acceleration based on the dynamic model of the driving wheel rotation state is used for the estimation of the vehicle body inclination angle, the influence of the running resistance is taken into consideration, so that the accuracy is increased. The vehicle body inclination angle acceleration and the vehicle body inclination angle can be estimated.
請求項１０の構成によれば、路面形状を計測することで、走行抵抗の特性をより正確に推定し、走行抵抗による影響を正しく補償することができる。 According to the configuration of the tenth aspect, by measuring the road surface shape, it is possible to more accurately estimate the characteristics of the running resistance and correctly compensate the influence of the running resistance.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は本発明の実施の形態における車両の構成を示す図、図２は本発明の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a vehicle control system in the embodiment of the present invention.
図において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の本体部１１、駆動輪１２、支持部１３、及び、乗員１５が搭乗するとともに、搭載物１８が搭載される搭乗部１４を有し、前記車両１０は、車体を前後に傾斜させることができるようになっている。そして、倒立振り子の姿勢制御と同様に車体の姿勢を制御する。図１に示される例において、車両１０は右方向に前進し、左方向に後退することができる。
In the figure,
前記駆動輪１２は、車体の一部である支持部１３に対して回転可能に支持され、駆動アクチュエータとしての駆動モータ５２によって駆動される。なお、駆動輪１２の軸は図１に示す平面に垂直な方向に存在し、駆動輪１２はその軸を中心に回転する。また、前記駆動輪１２は、単数であっても複数であってもよいが、複数である場合、同軸上に並列に配設される。本実施の形態においては、駆動輪１２が２つであるものとして説明する。この場合、各駆動輪１２は個別の駆動モータ５２によって独立して駆動される。なお、駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、内燃機関等を使用することもできるが、ここでは、電気モータである駆動モータ５２を使用するものとして説明する。
The drive wheel 12 is rotatably supported with respect to a
また、車体の一部である本体部１１は、支持部１３によって下方から支持され、駆動輪１２の上方に位置する。そして、本体部１１には、車両１０の運転者である乗員１５が搭乗する搭乗部１４が取り付けられている。
The
本実施の形態においては、説明の都合上、搭乗部１４には乗員１５が搭乗するとともに荷物等としての搭載物１８が搭載されている例について説明するが、搭乗部１４には必ずしも乗員１５が搭乗している必要はなく、例えば、車両１０がリモートコントロールによって操縦される場合には、搭乗部１４に乗員１５が搭乗していなくてもよい。また、同様に、搭乗部１４には必ずしも搭載物１８が搭載されている必要はなく、搭載物１８は省略することができる。
In the present embodiment, for the sake of explanation, an example will be described in which an
なお、前記搭乗部１４は、乗用車、バス等の自動車に使用されるシートと同様のものであり、座面部、背もたれ部及びヘッドレストを備える。
In addition, the said
前記搭乗部１４の脇（わき）には、目標走行状態取得装置としてのジョイスティック３１を備える入力装置３０が配設されている。乗員１５は、操縦装置であるジョイスティック３１を操作することによって、車両１０を操縦する、すなわち、車両１０の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するようになっている。なお、乗員１５が操作して走行指令を入力することができる装置であれば、ジョイスティック３１に代えて他の装置、例えば、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を目標走行状態取得装置として使用することもできる。
An
なお、車両１０がリモートコントロールによって操縦される場合には、前記ジョイスティック３１に代えて、コントローラからの走行指令を有線又は無線で受信する受信装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。また、車両１０があらかじめ決められた走行指令データに従って自動走行する場合には、前記ジョイスティック３１に代えて、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り装置を目標走行状態取得装置として使用することができる。
In addition, when the
また、図示していないが、入力装置３０には、報知手段としての表示ランプが配設されている。車両１０の状態が異常であるとき、表示ランプを点灯させることで、乗員１５にそれを認識させることができる。
Although not shown, the
なお、表示ランプに代えて、画面上に所定の内容を表示するディスプレイや所定の発信音又は音声を発するスピーカ等の装置を報知手段として使用することもできる。 Instead of the display lamp, a device such as a display that displays predetermined contents on the screen and a speaker that emits predetermined dial tone or voice can be used as the notification means.
さらに、車両１０の支持部１３には、姿勢制限手段としてのストッパ１６が取り付けられている。そして、倒立制御を停止した時には、前記ストッパ１６の前端又は後端のストッパ接地点が路面に接地することによって車体の姿勢角度を制限し、車体が所定角度、すなわち、車体傾斜角制限値以上に傾斜することを防止する。
Furthermore, a
また、車両１０は、車両制御装置としての制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０を有し、該制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２を備える。前記制御ＥＣＵ２０並びに主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両１０の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部１１に配設されるが、支持部１３や搭乗部１４に配設されていてもよい。また、前記主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２は、それぞれ、別個に構成されていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
In addition, the
そして、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、駆動輪センサ５１及び駆動モータ５２とともに、駆動輪１２の動作を制御する駆動輪制御システム５０の一部として機能する。前記駆動輪センサ５１は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、駆動輪回転状態計測装置として機能し、駆動輪１２の回転状態を示す駆動輪回転角及び／又は回転角速度を検出し、主制御ＥＣＵ２１に送信する。また、該主制御ＥＣＵ２１は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信し、該駆動輪制御ＥＣＵ２２は、受信した駆動トルク指令値に相当する入力電圧を駆動モータ５２に供給する。そして、該駆動モータ５２は、入力電圧に従って駆動輪１２に駆動トルクを付与し、これにより、駆動アクチュエータとして機能する。
The main control ECU 21 functions as a part of the drive
また、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、車体傾斜センサ４１及び駆動モータ５２とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム４０の一部として機能する。前記車体傾斜センサ４１は、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り、傾斜計測手段として機能し、車体の傾斜状態を示す車体傾斜角及び／又は傾斜角速度を検出し、主制御ＥＣＵ２１に送信する。そして、該主制御ＥＣＵ２１は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信する。
The main control ECU 21 functions as a part of the vehicle body control system 40 that controls the posture of the vehicle body together with the drive
さらに、主制御ＥＣＵ２１は、荷重分布計測手段としての搭乗部センサ６１とともに、搭乗部１４の座面荷重分布を計測する搭乗部計測システム６０の一部として機能する。前記搭乗部センサ６１は、搭乗部１４の取付部に配設された複数の１軸荷重センサ等から成り、搭載荷重パラメータとして搭乗部１４上の乗員１５及び搭載物１８の重量及び荷重分布を検出し、主制御ＥＣＵ２１に送信する。
Further, the main control ECU 21 functions as a part of the riding section measurement system 60 that measures the seat surface load distribution of the
さらに、主制御ＥＣＵ２１は、路面形状計測手段としての路面センサ７１とともに、路面の状態を計測する路面計測システム７０の一部として機能する。前記路面センサ７１は、車体の前後、例えば、本体部１１の下面の前後端等に配設された撮像装置等の画像センサから成り、撮影した路面画像データを主制御ＥＣＵ２１に送信する。
Further, the main control ECU 21 functions as a part of the road surface measurement system 70 that measures the state of the road surface together with the
加えて、主制御ＥＣＵ２１には、入力装置３０のジョイスティック３１から走行指令が入力される。そして、該主制御ＥＣＵ２１は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信する。
In addition, a travel command is input from the
さらに、主制御ＥＣＵ２１は、車体の傾斜状態を推定する傾斜推定手段として機能するとともに、車体の傾斜状態の計測値を取得すること及び計測値を制御に使用することが可能であるかを判定する判定手段、車体重心ずれ量を取得する重心ずれ量取得手段、及び、走行抵抗パラメータを取得する抵抗パラメータ取得手段としても機能する。 Further, the main control ECU 21 functions as a tilt estimating unit that estimates the tilt state of the vehicle body, and determines whether the measured value of the tilt state of the vehicle body can be acquired and the measured value can be used for control. It also functions as a determination means, a center-of-gravity deviation amount acquisition means for acquiring a vehicle body center-of-gravity deviation amount, and a resistance parameter acquisition means for acquiring a running resistance parameter.
なお、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ４１として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と傾斜角速度とを決定するようにしてもよい。また、図１に記載された数字以外の記号については、後述する。 Each sensor may acquire a plurality of state quantities. For example, an acceleration sensor and a gyro sensor may be used in combination as the vehicle body tilt sensor 41, and the vehicle body tilt angle and the tilt angular velocity may be determined from both measured values. Moreover, symbols other than the numbers described in FIG. 1 will be described later.
次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。まず、走行及び姿勢制御処理の概要について説明する。
Next, the operation of the
図３は本発明の実施の形態における車両の走行及び姿勢制御処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the vehicle travel and attitude control processing in the embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、車体傾斜センサ４１による車体傾斜状態の測定値と推定値とを比較して、車体傾斜角計測値の異常を検出する。具体的には、駆動輪回転角加速度と駆動トルクの時間履歴から車体傾斜角を推定する。また、搭乗部センサ６１による車体重心ずれ量の計測値によって、車体傾斜角の推定値を補正する。さらに、車体傾斜角加速度を別の力学モデルにより推定し、走行抵抗推定値に応じて補正する。そして、車体傾斜角の計測値と推定値の差が所定値より大きい場合、車体傾斜角計測値を異常とみなす。これにより、車体傾斜角計測値の異常を確実に検出することを可能とし、より安全で便利で安価な倒立型の車両１０を提供することができる。
In the present embodiment, the measured value of the vehicle body tilt state by the vehicle body tilt sensor 41 is compared with the estimated value to detect an abnormality in the vehicle body tilt angle measurement value. Specifically, the vehicle body inclination angle is estimated from the time history of the driving wheel rotation angular acceleration and the driving torque. Further, the estimated value of the vehicle body inclination angle is corrected based on the measured value of the vehicle body center-of-gravity deviation amount by the
走行及び姿勢制御処理において、制御ＥＣＵ２０は、まず、状態量の取得処理を実行し（ステップＳ１）、各センサ、すなわち、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、搭乗部センサ６１及び路面センサ７１、並びに、状態量推定手段によって、駆動輪１２の回転状態及び車体の傾斜状態を取得する。
In the travel and attitude control process, the control ECU 20 first executes a state quantity acquisition process (step S1), and each sensor, that is, the
次に、制御ＥＣＵ２０は、目標走行状態の決定処理を実行し（ステップＳ２）、ジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両１０の加速度の目標値、及び、駆動輪１２の回転角速度の目標値を決定する。
Next, the control ECU 20 executes a target travel state determination process (step S2), and based on the operation amount of the
次に、制御ＥＣＵ２０は、目標車体姿勢の決定処理を実行し（ステップＳ３）、目標走行状態の決定処理によって決定された車両１０の加速度の目標値と駆動輪１２の回転角速度の目標値に基づいて、車体姿勢の目標値として、車体傾斜角の目標値を決定する。
Next, the control ECU 20 executes a target vehicle body posture determination process (step S3), and based on the target value of the acceleration of the
最後に、制御ＥＣＵ２０は、アクチュエータ出力の決定処理を実行し（ステップＳ４）、状態量の取得処理によって取得された各状態量、目標走行状態の決定処理によって決定された目標走行状態、及び、目標車体姿勢の決定処理によって決定された目標車体姿勢に基づいて、各アクチュエータの出力、すなわち、駆動モータ５２の出力を決定する。
Finally, the control ECU 20 executes an actuator output determination process (step S4), each state quantity acquired by the state quantity acquisition process, the target travel state determined by the target travel state determination process, and the target Based on the target vehicle body posture determined by the vehicle body posture determination process, the output of each actuator, that is, the output of the
次に、走行及び姿勢制御処理の詳細について説明する。まず、状態量の取得処理について説明する。 Next, details of the running and posture control processing will be described. First, the state quantity acquisition process will be described.
図４は本発明の実施の形態における状態量の取得処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the state quantity acquisition process in the embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、状態量、入力、パラメータ、物理定数等を次のような記号によって表す。なお、図１には状態量やパラメータの一部が示されている。また、図１において、ｘp は車体の前後方向座標軸、ｚp は車体の上下方向座標軸、６２は乗員１５及び搭載物１８の重心位置（座標：ｘpG、ｚpG）である。
ＦS(i)：搭乗部センサ計測値（引張荷重を正、添字（ｉ）はｉ番目のセンサを表す）
ｘpS(i) ：搭乗部センサ位置（添字（ｉ）はｉ番目のセンサを表す）
θ1 ：車体傾斜角
λS ：搭乗部位置
α ：車両加速度〔Ｇ〕
ｍS0：乗員（搭載物）を除く搭乗部の重量
ｘS0：乗員（搭載物）を除く搭乗部の重心位置
ｌ1 ：車軸から搭乗部重心までの距離（基準値）
ｆ0 ：角速度換算振動数（所定値）
θR,sh：慣性力傾斜角の閾（しきい）値（所定値）
αS,sh：搭乗部相対加速度の閾値（所定値）
ζ0 ＝Δｔ／ＴLPF
Δｔ：搭乗部センサ計測周期（所定値）
ＴLPF ：ローパスフィルタ時定数（所定値）
ｇ：重力加速度〔ｍ／ｓ2 〕
状態量の取得処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、主たる状態量である駆動輪回転状態量及び車体傾斜状態量をそれぞれ取得するための主状態量取得処理を実行する（ステップＳ１−１）。
F S (i) : riding section sensor measurement value (tensile load is positive, subscript (i) indicates i-th sensor)
x pS (i) : riding section sensor position (subscript (i) indicates i-th sensor)
θ 1 : body inclination angle λ S : riding section position α: vehicle acceleration [G]
m S0 : Weight of the riding section excluding the occupant (loaded) x S0 : Center of gravity position of the riding section excluding the occupant (loaded) l 1 : Distance from the axle to the center of gravity of the riding section (reference value)
f 0 : Angular velocity conversion frequency (predetermined value)
θ R, sh : Inertial force tilt angle threshold value (predetermined value)
α S, sh ： Riding acceleration relative threshold (predetermined value)
ζ 0 = Δt / T LPF
Δt: riding section sensor measurement cycle (predetermined value)
T LPF : Low-pass filter time constant (predetermined value)
g: Gravity acceleration [m / s 2 ]
In the state quantity acquisition process, the main control ECU 21 first executes a main state quantity acquisition process for acquiring the drive wheel rotation state quantity and the vehicle body tilt state quantity, which are the main state quantities (step S1-1).
次に、主状態量取得処理について説明する。 Next, the main state quantity acquisition process will be described.
図５は本発明の実施の形態における車両の各重心位置を示す図、図６は本発明の実施の形態における主状態量取得処理の動作を示すフローチャートである。
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体重心ずれ量を推定する（ステップＳ１−１−２）。具体的には、まず、乗員１５と搭載物１８の重量ｍp を下記の式によって取得する。なお、図５において、１７は車両１０の重心位置（座標：ＸG 、ＺG ）である。
Subsequently, the main control ECU 21 estimates the shift amount of the vehicle body center of gravity (step S1-1-2). Specifically, first, the weight m p of the
また、乗員１５と搭載物１８の重心位置ｘpGを下記の式によって取得する。
Further, the center-of-gravity position x pG of the
ここで、上付き添字（ｎ）は時系列のｎ番目のデータであることを表す。なお、各時系列データの初期値には、所定の各基準値をあらかじめ与える。 Here, the superscript (n) represents the nth data in time series. In addition, each predetermined reference value is given in advance as the initial value of each time series data.
このように、本実施の形態においては、複数の搭乗部センサ６１の計測値に基づいて、搭載荷重パラメータを推定する。つまり、乗員１５と搭載物１８を合わせた重量ｍp 、及び、その重心位置を推定する。具体的には、搭乗部センサ６１の計測値の総和に基づいて、重量ｍp を推定する。また、複数の搭乗部センサ６１によって計測された搭乗部１４の前後の荷重分布に基づいて、重心位置を推定する。
Thus, in the present embodiment, the mounted load parameter is estimated based on the measurement values of the plurality of
ここで、θR ≦θR,shの場合、すなわち、重力と慣性力の合力が搭乗部１４に対して比較的垂直な方向に作用している場合、（例えば、直立停止状態にある場合）、荷重分布に基づいて重心位置ｘpGの値のみを修正する。 Here, when θ R ≦ θ R, sh , that is, when the resultant force of gravity and inertia acts in a direction relatively perpendicular to the riding section 14 (for example, in an upright stop state). Based on the load distribution, only the value of the centroid position x pG is corrected.
また、θR ＞θR,shの場合、すなわち、重力と慣性力の合力が搭乗部１４に水平な方向にある程度作用する場合、（例えば、車体傾斜時や車両１０の加減速時）、荷重分布に基づいて重心高さｚpGの値のみを修正する。
Further, when θ R > θ R, sh , that is, when the resultant force of gravity and inertia acts to some extent in the horizontal direction on the riding section 14 (for example, when the vehicle body is inclined or the
すなわち、重心位置及び重心高さの推定においては、搭乗部１４に作用するピッチングモーメントの発生要因を考慮し、重心高さがほとんど寄与しないときには重心位置を高精度に推定し、重心高さがピッチングモーメントにある程度寄与するときには既に推定した重心位置に基づいて重心高さを推定する。また、一方の推定時には他方の値を固定する。これにより、搭乗部センサ６１のみで高精度に重心位置を推定することができる。
That is, in estimating the position of the center of gravity and the height of the center of gravity, the cause of the pitching moment acting on the
また、車体姿勢の変化が大きいときには、重心位置推定値を固定する。αS ＞αS,shの場合、すなわち、車体傾斜角速度や角加速度が所定の閾値よりも大きい場合、重心位置の推定値を修正せず、その前の推定値を維持する。このように、搭乗部１４に作用するピッチングモーメントの発生要因を考慮して、それが重心位置の違いのみによると判断した場合に限り、重心位置を推定する。したがって、倒立車両特有の現象である車体姿勢変化の影響を回避し、搭乗部センサ６１のみで高精度で安定な推定を実行できる。
Further, when the change in the vehicle body posture is large, the estimated position of the center of gravity is fixed. When α S > α S, sh , that is, when the vehicle body inclination angular velocity or angular acceleration is larger than a predetermined threshold, the estimated value of the center of gravity position is not corrected and the previous estimated value is maintained. In this way, the center of gravity position is estimated only when it is determined that the cause of the pitching moment acting on the
また、本実施の形態においては、複数の搭乗部センサ６１による座面荷重分布の計測値に基づいて、重心位置を推定しているが、他のセンサを追加して推定してもよい。例えば、レーザレーダ等によって乗員１５及び搭載物１８の形状を取得する形状センサを備え、取得した形状に基づいて重心の高さを推定してもよい。
Further, in the present embodiment, the position of the center of gravity is estimated based on the measurement value of the seating surface load distribution by the plurality of
また、搭乗部センサ６１として、より簡素なシステムを用いてもよい。例えば、搭乗部センサ６１を１つだけ備え、その計測値である重量から統計的知見に基づいて重心位置を推定してもよい。また、センサの代わりに入力装置を備え、乗員１５が自身の体重や身長及び搭載物１８の重量や形状のデータを入力装置によって入力又は送信し、そのデータに基づいて、重心位置を推定してもよい。
A simpler system may be used as the
そして、主制御ＥＣＵ２１は、取得した搭乗者パラメータである重量ｍp 及び重心位置ｘpGに基づき、次の式（１）によって、車体重心ずれ量δx を推定する。 Then, the main control ECU 21 estimates the vehicle body center-of-gravity deviation amount δ x by the following equation (1) based on the acquired passenger parameter weight m p and center-of-gravity position x pG .
ここで、ｍ1bは乗員１５及び搭載物１８がないときの車両重量、δx0は乗員１５及び搭載物１８がなく、直立時における搭乗部１４の基準位置が駆動輪接地点を通る鉛直軸上にあるときの重心位置である。
Here, m 1b is the vehicle weight when the
このように、本実施の形態においては、搭乗者パラメータに基づいて、車体重心ずれ量δx を推定する。つまり、乗員１５及び搭載物１８の重心位置について、基準値との差異を考慮する。このように、実際の車体パラメータを把握することで、より高精度な推定及び判定を実現できる。
Thus, in the present embodiment, the vehicle body center-of-gravity deviation amount δ x is estimated based on the passenger parameter. That is, the difference between the center of gravity of the
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、走行抵抗パラメータを取得する（ステップＳ１−１−３）。具体的には、次の式（２）によって走行抵抗定数τD0を決定し、次の式（３）によって走行抵抗比例係数ＣD を決定する。
τD0＝ＭｇＲW sin η＋（１＋βR ）τD0,S ・・・式（２）
ＣD ＝（１＋βR ）ＣD,S ・・・式（３）
なお、ηは路面勾（こう）配であり、路面センサ７１によって取得された路面画像データに基づいて決定される。また、βR は走行抵抗増加率であり、こちらも路面センサ７１によって取得された路面画像データに基づいて決定される。さらに、τD0,S及びＣD,S は走行抵抗パラメータ基準値であり、所定値をあらかじめ与える。
Subsequently, the main control ECU 21 acquires a travel resistance parameter (step S1-1-3). Specifically, the running resistance constant τ D0 is determined by the following equation (2), and the running resistance proportional coefficient C D is determined by the following equation (3).
τ D0 = MgR W sin η + (1 + β R ) τ D0, S Equation (2)
C D = (1 + β R ) C D, S Formula (3)
In addition, η is a road surface gradient and is determined based on road surface image data acquired by the
本実施の形態においては、路面センサ７１によって取得された路面情報に基づいて、走行抵抗パラメータである走行抵抗定数τD0及び走行抵抗比例係数ＣD を決定する。
In the present embodiment, a running resistance constant τ D0 and a running resistance proportional coefficient C D that are running resistance parameters are determined based on the road surface information acquired by the
また、路面の形状を考慮して、走行抵抗パラメータを修正する。具体的には、路面勾配ηに応じて、走行抵抗定数τD0を増加させる。なお、坂路上での車両走行状態に関する力学モデルに基づき、適切な値を走行抵抗定数として与える。これにより、坂路を走行中であっても、高精度な状態量の推定及び異常判定を実現できる。 In addition, the running resistance parameter is corrected in consideration of the shape of the road surface. Specifically, the running resistance constant τ D0 is increased according to the road surface gradient η. An appropriate value is given as a running resistance constant based on a dynamic model related to a vehicle running state on a slope. As a result, even when the vehicle is traveling on a slope, it is possible to realize highly accurate estimation of the state quantity and abnormality determination.
さらに、路面の状態を考慮して、走行抵抗比例係数ＣD を修正する。具体的には、路面画像データに基づいて路面の状態を推定し、その結果に応じて走行抵抗パラメータを修正する。凸凹路等の走行抵抗が高いと予想される路面を検出した場合には、走行抵抗増加率βR に所定の正の値を与える。また、コンクリート路面等の走行抵抗が低いと予想される路面を検出した場合には、走行抵抗増加率βR に所定の負の値を与える。これにより、路面の状態に関わらず、高精度な状態量の推定及び異常判定を実現できる。 Further, the traveling resistance proportional coefficient CD is corrected in consideration of the road surface condition. Specifically, the road surface state is estimated based on the road surface image data, and the running resistance parameter is corrected according to the result. When detecting a road surface on which the running resistance of the bumpy road, etc. are expected to be high, provides a predetermined positive value to the running resistance increase rate beta R. In addition, when a road surface such as a concrete road surface that is expected to have low running resistance is detected, a predetermined negative value is given to the running resistance increase rate β R. Thereby, it is possible to realize highly accurate estimation of state quantity and abnormality determination regardless of the road surface condition.
なお、本実施の形態においては、路面センサ７１としての画像センサによって取得された情報に基づいて、走行抵抗パラメータを修正しているが、他の方法で修正してもよい。例えば、路面状態を含む地図情報を取得可能なナビゲーションシステムを具備し、その地図情報と現在の車両位置とに基づいて、路面状態及び走行抵抗パラメータを取得してもよい。また、路面の状態を選択的又は定量的に入力可能な路面情報入力装置を具備し、使用環境に応じて乗員１５が入力した情報に基づいて、路面状態及び走行抵抗パラメータを取得してもよい。
In the present embodiment, the running resistance parameter is corrected based on information acquired by the image sensor as the
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜状態量を推定する（ステップＳ１−１−４）。具体的には、各状態量と駆動トルクの時間履歴、及び、各推定パラメータから、次の式（４）により車体傾斜角を推定する。 Subsequently, the main control ECU 21 estimates the vehicle body tilt state amount (step S1-1-4). Specifically, the vehicle body inclination angle is estimated by the following equation (4) from each state quantity, the time history of the driving torque, and each estimation parameter.
本実施の形態においては、駆動輪回転状態と駆動トルクの時間履歴、及び、パラメータを用いて、車体の傾斜運動に関する力学モデルに基づいて、車体傾斜角を推定する。その際、重力トルク、車体の回転慣性、車両１０の加減速に伴う慣性力、及び、駆動トルクの反トルクを考慮し、それらの大きさの関係、及び、重力トルクと車体傾斜角との比例関係から、車体傾斜角を推定する。このように、力学モデルにおける各状態とトルクの理論的な関係を利用することで、未知の車体傾斜角を推定できる。
In the present embodiment, the vehicle body tilt angle is estimated based on a dynamic model related to the tilt motion of the vehicle body using the driving wheel rotation state, the time history of the drive torque, and the parameters. At that time, the gravity torque, the rotational inertia of the vehicle body, the inertial force accompanying the acceleration / deceleration of the
また、車体重心ずれ量の推定値によって、車体傾斜角の推定値を補正する。具体的には、車体の傾斜運動に関する力学モデルとの偏差に相当する車体重心ずれ量を計測によって取得することにより、推定の精度を向上させる。これにより、車体重心ずれ量の作用が車体傾斜角計測値の異常誤差と認識されることを防止して、より信頼性の高い異常判定が可能となる。 Further, the estimated value of the vehicle body tilt angle is corrected based on the estimated value of the vehicle body center of gravity deviation. Specifically, the accuracy of estimation is improved by obtaining a vehicle body center-of-gravity shift amount corresponding to a deviation from a mechanical model related to the tilt motion of the vehicle body by measurement. Accordingly, it is possible to prevent the action of the vehicle body center-of-gravity deviation amount from being recognized as an abnormal error of the vehicle body tilt angle measurement value, and to perform abnormality determination with higher reliability.
さらに、車体傾斜角加速度を別の力学モデルによって推定する。具体的には、車体傾斜角加速度を車体傾斜角とは独立な状態量とみなし、駆動輪１２の回転運動に関する力学モデルによって推定する。その際、駆動トルク、車両の加減速に対する慣性、及び、車体傾斜による重心移動の作用を考慮する。このように、車体傾斜角速度を別のモデルから推定することにより、加速度の積分に伴う誤差の蓄積、及び、推定計算の不安定化を回避し、安定で高精度な車体傾斜角の推定を実現する。 Furthermore, the vehicle body inclination angular acceleration is estimated by another dynamic model. Specifically, the vehicle body tilt angle acceleration is regarded as a state quantity independent of the vehicle body tilt angle, and is estimated by a dynamic model related to the rotational motion of the drive wheels 12. At that time, the driving torque, the inertia with respect to the acceleration / deceleration of the vehicle, and the action of the center of gravity movement due to the vehicle body inclination are considered. In this way, by estimating the vehicle body inclination angular velocity from another model, accumulation of errors accompanying acceleration integration and instability of estimation calculation are avoided, and stable and highly accurate vehicle body inclination angle estimation is realized. To do.
なお、本実施の形態においては、簡単な線形モデルにより車体傾斜角を推定しているが、より厳密なモデルによって推定してもよい。例えば、非線形的な作用や車体回転に対する粘性抵抗等の要素を考慮したモデルを用いて、より厳密に推定してもよい。また、より簡単なモデルによって推定してもよい。 In the present embodiment, the vehicle body inclination angle is estimated by a simple linear model, but may be estimated by a more rigorous model. For example, the estimation may be performed more strictly by using a model that takes into account factors such as nonlinear action and viscous resistance to vehicle body rotation. Moreover, you may estimate with a simpler model.
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜状態量を取得する（ステップＳ１−１−５）。
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、計測値は正常であるか否かを判断し（ステップＳ１−１−６）、正常でない場合には、さらに、異常疑惑であるか否かを判断する（ステップＳ１−１−７）。具体的には、計測値と推定値とを比較して計測値と推定値との偏差を次の式（５）によって求め、求めた偏差について偏差評価量ｅ1 及びｅ2 を次の式（６）によって算出し、算出した偏差評価量に基づいて計測値が正常であるか否か、及び、異常疑惑であるか否かを判断する。 Subsequently, the main control ECU 21 determines whether or not the measurement value is normal (step S1-1-6). If not, the main control ECU 21 further determines whether or not the measurement value is suspected (step S1). -1-7). Specifically, the measured value and the estimated value are compared to determine the deviation between the measured value and the estimated value by the following equation (5), and the deviation evaluation amounts e 1 and e 2 for the calculated deviation are expressed by the following equation ( 6), based on the calculated deviation evaluation amount, it is determined whether the measured value is normal and whether it is suspected of abnormality.
ここで、偏差評価量ｅ1 及びｅ2 のいずれもが偏差判定閾値以下である場合には、計測値は正常であると判断されるので、主制御ＥＣＵ２１は、車両１０の倒立制御に用いる値として計測値を採用し（ステップＳ１−１−８）、処理を終了する。
Here, when both the deviation evaluation amounts e 1 and e 2 are equal to or less than the deviation determination threshold value, it is determined that the measured value is normal, and thus the main control ECU 21 is a value used for the inversion control of the
また、計測値が正常でない場合であって偏差評価量ｅ2 が偏差判定閾値ｅ2,shより大きいときには、異常疑惑であると判断されるので、主制御ＥＣＵ２１は、乗員１５に対して異常疑惑状態であることを報知する（ステップＳ１−１−９）。具体的には、入力装置３０に配設された表示ランプを点灯させる。そして、主制御ＥＣＵ２１は、車両１０の倒立制御に用いる値として計測値を採用し、処理を終了する。
Further, when the measured value is not normal and the deviation evaluation amount e 2 is larger than the deviation determination threshold value e 2, sh , it is determined that the abnormality is suspected. It is notified that it is in a state (step S1-1-9). Specifically, a display lamp provided in the
一方、計測値が正常でない場合であって偏差評価量ｅ1 が偏差判定閾値ｅ1,shより大きいときには、異常疑惑でなく、緊急異常であると判断されるので、主制御ＥＣＵ２１は、乗員１５に対して緊急異常状態であることを報知する（ステップＳ１−１−１０）。そして、主制御ＥＣＵ２１は、車両１０の倒立制御に用いる値として推定値を採用し（ステップＳ１−１−１１）、処理を終了する。 On the other hand, when the measured value is not normal and the deviation evaluation amount e 1 is larger than the deviation determination threshold value e 1, sh , it is determined that the abnormality is not an suspicion but an emergency abnormality. Is notified of the emergency abnormal state (step S1-1-10). And main control ECU21 employ | adopts an estimated value as a value used for the inversion control of the vehicle 10 (step S1-1-11), and complete | finishes a process.
本実施の形態においては、計測値と推定値との差を比較することで、計測値が異常であることを検出する。具体的には、計測値と推定値との差の絶対値の累乗によって異常判定を行う。これにより、大きな偏差をより大きく評価することが可能となり、より適切に異常状態を判断できる。また、所定の時間だけ積分した値によって異常判定を行う。これにより、過渡的で瞬間的な偏差に左右されることがなくなり、より適切に異常判定を判断できる。 In the present embodiment, it is detected that the measured value is abnormal by comparing the difference between the measured value and the estimated value. Specifically, abnormality determination is performed by the power of the absolute value of the difference between the measured value and the estimated value. As a result, a large deviation can be evaluated more greatly, and an abnormal state can be determined more appropriately. Further, abnormality determination is performed based on a value integrated for a predetermined time. Thereby, it is not influenced by the transient and instantaneous deviation, and the abnormality determination can be determined more appropriately.
また、本実施の形態においては、計測値が異常であると判断した場合に、その異常の程度に応じて、車両の走行と車体の姿勢の制御に引き続き計測値を用いることが可能であるか否かを判断する。具体的には、比較的短い判定時間における偏差の平均値が、比較的大きな閾値よりも更に大きい場合、計測値は短時間で急速に異常状態に至り、その異常の程度も大きいと考え、即時の計測値使用停止を必要とする「緊急異常」の状態であると判定する。この場合、計測値に代えて推定値に基づいて以降の制御を実行する。また、比較的長い判定時間における偏差の平均値が、比較的小さな閾値よりは大きい場合、計測値は徐々に異常状態へ悪化しているが、現時点ではその異常の程度は小さいと考え、即時の計測値使用停止は必要ないが、検査等は必要とする「異常疑惑」の状態であると判定する。この場合、引き続き計測値に基づいて制御を実行し、報知手段により利用者に検査を促す程度に留める。このように、異常状態の程度を適切に判断することにより、過剰な異常判定による利便性の低下や初期の微少な異常を許容することによる予防安全性の低下を防ぎ、便利で安全な倒立型車両を提供できる。 Also, in this embodiment, when it is determined that the measurement value is abnormal, can the measurement value be used continuously for vehicle travel and body posture control depending on the degree of the abnormality? Judge whether or not. Specifically, when the average value of deviations in a relatively short determination time is further larger than a relatively large threshold, the measured value rapidly reaches an abnormal state in a short time, and the degree of abnormality is considered to be large immediately. It is determined that the state is an “emergency abnormality” that requires the use stop of the measured value. In this case, the subsequent control is executed based on the estimated value instead of the measured value. In addition, when the average deviation over a relatively long judgment time is larger than a relatively small threshold, the measured value gradually deteriorates to an abnormal state. Although it is not necessary to stop using the measurement value, it is determined that the state of “abnormal suspicion” is necessary. In this case, the control is continuously executed based on the measured value, and the control is performed only by prompting the user to inspect by the notification means. In this way, by appropriately determining the extent of the abnormal state, it is possible to prevent the deterioration of convenience due to excessive abnormality determination and the prevention of preventive safety due to allowing an initial minute abnormality, and a convenient and safe inverted type A vehicle can be provided.
なお、本実施の形態においては、２つの偏差評価量について、その時間積分閾値や累乗指数に共通の値を用いているが、それぞれ異なる値を設定してもよい。例えば、緊急異常判定用の偏差評価量の決定式における累乗指数を大きくすることで、大小の偏差をより明確に選り分けてもよい。 In the present embodiment, a common value is used for the time integration threshold value and the power exponent for the two deviation evaluation amounts, but different values may be set. For example, the large and small deviations may be more clearly selected by increasing the power exponent in the determination formula for the deviation evaluation amount for emergency abnormality determination.
また、本実施の形態においては、車体傾斜角について計測値と推定値を比較しているが、その変化率である車体傾斜角速度を考慮してもよい。例えば、計測値と推定値の各変化率に所定の時定数を乗じた値を元の計測値と推定値に加えた値によって、偏差評価量を求めてもよい。これにより、異常状態への遷移をより早くあるいは簡易に検出することができる。 In the present embodiment, the measured value and the estimated value are compared for the vehicle body tilt angle, but the vehicle body tilt angular velocity, which is the rate of change, may be taken into consideration. For example, the deviation evaluation amount may be obtained from a value obtained by multiplying each change rate of the measured value and the estimated value by a predetermined time constant to the original measured value and the estimated value. Thereby, the transition to the abnormal state can be detected earlier or simply.
さらに、本実施の形態においては、常時異常判定を行っているが、車両の状況に応じて一時的に異常判定を停止してもよい。例えば、路面センサ７１により、段差を検出した場合には、段差接触時あるいは該段差近傍に車両が位置する間は、偏差評価量の値を固定してもよい。これにより、段差による各状態量の変化を異常と誤認識することを回避できる。
Furthermore, in the present embodiment, the abnormality determination is always performed, but the abnormality determination may be temporarily stopped according to the situation of the vehicle. For example, when a step is detected by the
次に、目標走行状態の決定処理について説明する。 Next, the target travel state determination process will be described.
図７は本発明の実施の形態における目標走行状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the target travel state determination process in the embodiment of the present invention.
目標走行状態の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、操縦操作量を取得する（ステップＳ２−１）。この場合、乗員１５が、車両１０の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するために操作したジョイスティック３１の操作量を取得する。
In the target travel state determination process, the main control ECU 21 first acquires a steering operation amount (step S2-1). In this case, the
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、取得したジョイスティック３１の操作量に基づいて、車両加速度の目標値を決定する（ステップＳ２−２）。例えば、ジョイスティック３１の前後方向への操作量に比例した値を車両加速度の目標値とする。
Subsequently, the main control ECU 21 determines a target value for vehicle acceleration based on the acquired operation amount of the joystick 31 (step S2-2). For example, a value proportional to the amount of operation of the
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、決定した車両加速度の目標値から、駆動輪回転角速度の目標値を算出する（ステップＳ２−３）。例えば、車両加速度の目標値を時間積分し、駆動輪接地半径ＲW で除した値を駆動輪回転角速度の目標値とする。 Subsequently, the main control ECU 21 calculates the target value of the drive wheel rotation angular velocity from the determined target value of the vehicle acceleration (step S2-3). For example, by integrating the target value of the vehicle acceleration time, a value obtained by dividing the driving wheel contact radius R W and the target value of the drive wheel rotation angular velocity.
次に、目標車体姿勢の決定処理について説明する。 Next, the target vehicle body posture determination process will be described.
図８は本発明の実施の形態における目標車体姿勢の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the target body posture determination process in the embodiment of the present invention.
目標車体姿勢の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、車体傾斜角の目標値を決定する（ステップＳ３−１）。この場合、目標走行状態の決定処理によって決定された車両加速度の目標値から、次の式（７）により車体傾斜角の目標値を決定する。 In the determination process of the target vehicle body posture, the main control ECU 21 first determines a target value of the vehicle body inclination angle (step S3-1). In this case, the target value of the vehicle body tilt angle is determined by the following equation (7) from the target value of the vehicle acceleration determined by the target travel state determination process.
なお、α* は、車両加速度の目標値である。このように、車両加速度に伴って車体に作用する慣性力と駆動トルクの反トルクとを考慮して、車体傾斜角の目標値を決定する。 Α * is a target value of vehicle acceleration. In this manner, the target value of the vehicle body tilt angle is determined in consideration of the inertial force acting on the vehicle body in accordance with the vehicle acceleration and the counter torque of the drive torque.
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、残りの目標値を算出する（ステップＳ３−２）。すなわち、各目標値を時間微分又は時間積分することによって、駆動輪回転角及び車体傾斜角速度の目標値を算出する。 Subsequently, the main control ECU 21 calculates the remaining target value (step S3-2). That is, the target values of the drive wheel rotation angle and the vehicle body tilt angular velocity are calculated by time differentiation or time integration of each target value.
次に、アクチュエータ出力の決定処理について説明する。 Next, the actuator output determination process will be described.
図９は本発明の実施の形態におけるアクチュエータ出力の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the actuator output determination process in the embodiment of the present invention.
アクチュエータ出力の決定処理において、主制御ＥＣＵ２１は、まず、各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する（ステップＳ４−１）。この場合、各目標値から、次の式（８）により駆動モータ５２のフィードフォワード出力を決定する。
In the actuator output determination process, the main control ECU 21 first determines the feedforward output of each actuator (step S4-1). In this case, the feedforward output of the
このように、目標車両加速度を実現するのに必要な駆動トルクを付加することで、車両１０の走行及び姿勢制御を高精度に実行する。
As described above, the driving torque and the attitude control of the
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、各アクチュエータのフィードバック出力を決定する（ステップＳ４−２）。この場合、各目標値と実際の状態量又は推定値との偏差から、次の式（９）により駆動モータ５２のフィードバック出力を決定する。
Subsequently, the main control ECU 21 determines the feedback output of each actuator (step S4-2). In this case, the feedback output of the
ここで、各フィードバックゲインＫW1〜ＫW4の値には、例えば、最適レギュレータの値をあらかじめ設定しておく。 Here, as the values of the feedback gains K W1 to K W4 , for example, values of optimum regulators are set in advance.
なお、スライディングモード制御などの非線形のフィードバック制御を導入してもよい。また、より簡単な制御として、ＫW2及びＫW3を除くゲインのいくつかを零にしてもよい。さらに、定常偏差をなくすために、積分ゲインを導入してもよい。 Note that non-linear feedback control such as sliding mode control may be introduced. As a simpler control, some of the gains excluding K W2 and K W3 may be set to zero. Further, an integral gain may be introduced in order to eliminate the steady deviation.
本実施の形態においては、車体傾斜センサ４１による車体傾斜角の計測値に基づいて制御する場合でも、傾斜推定手段による車体傾斜角の推定値に基づいて制御する場合でも、換言すれば、車体傾斜角計測値の取得が可能でも不可能でも、前記式（９）に示す同一の制御則によって走行及び姿勢制御を実行する。これにより、制御則が簡素化されるため、制御系の設計時やプログラミング時に費やす労力や制御動作時の演算コストを大幅に低減できる。 In the present embodiment, whether the control is based on the measured value of the vehicle body inclination angle by the vehicle body inclination sensor 41 or the control based on the estimated value of the vehicle body inclination angle by the inclination estimation means, in other words, the vehicle body inclination Whether the angle measurement value can be obtained or not, the running and posture control is executed according to the same control law shown in the equation (9). Thereby, since the control law is simplified, it is possible to greatly reduce the labor spent at the time of designing and programming the control system and the calculation cost at the time of the control operation.
最後に、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与える（ステップＳ４−３）。この場合、主制御ＥＣＵ２１は、前述のように決定したフィードフォワード出力とフィードバック出力との和を駆動トルク指令値として、駆動輪制御ＥＣＵ２２に送信する。
Finally, the main control ECU 21 gives a command value to each element control system (step S4-3). In this case, the main control ECU 21 transmits the sum of the feedforward output and the feedback output determined as described above to the drive
このように、本実施の形態においては、駆動輪回転角加速度と駆動トルクの時間履歴から車体傾斜角を推定し、搭乗部センサ６１による車体重心ずれ量の計測値によって、車体傾斜角の推定値を補正し、車体傾斜角加速度を別の力学モデルにより推定し、走行抵抗推定値に応じて補正する。そして、車体傾斜センサ４１による車体傾斜状態の測定値と推定値とを比較して、車体傾斜角の計測値と推定値の差が所定値より大きい場合、車体傾斜角計測値を異常とみなす。これにより、車体傾斜角計測値の異常を確実に検出することを可能とし、より安全で便利で安価な倒立型の車両１０を提供することができる。
Thus, in the present embodiment, the vehicle body inclination angle is estimated from the time history of the driving wheel rotation angular acceleration and the driving torque, and the estimated value of the vehicle body inclination angle is determined based on the measured value of the vehicle body center of gravity deviation amount by the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
本発明は、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に適用することができる。 The present invention can be applied to a vehicle using posture control of an inverted pendulum.
１０ 車両
１２ 駆動輪
１７ 重心位置
２０ 制御ＥＣＵ
２１ 主制御ＥＣＵ
４１ 車体傾斜センサ
10 Vehicle 12
21 Main control ECU
41 Car body tilt sensor
Claims (10)
該駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
該車両制御装置は、
前記車体の鉛直軸に対する傾斜角を計測する傾斜計測手段と、
前記駆動輪の回転状態及び前記駆動トルクによって前記傾斜角を推定する傾斜推定手段と、
前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角と前記傾斜推定手段によって推定された傾斜角との差の絶対値が所定値より大きい場合に前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角が異常であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする車両。 A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body,
A vehicle control device for controlling the attitude of the vehicle body by controlling the drive torque applied to the drive wheels,
The vehicle control device
An inclination measuring means for measuring an inclination angle with respect to a vertical axis of the vehicle body;
Inclination estimation means for estimating the inclination angle based on the rotational state of the drive wheel and the drive torque;
When the absolute value of the difference between the inclination angle measured by the inclination measurement means and the inclination angle estimated by the inclination estimation means is larger than a predetermined value, it is determined that the inclination angle measured by the inclination measurement means is abnormal. And a determination means for performing the vehicle.
前記車両制御装置は、前記判定手段が可能であると判定した場合には前記傾斜計測手段によって計測された傾斜角に応じて前記駆動トルクの値を決定し、前記判定手段が可能でないと判定した場合には前記傾斜推定手段によって推定された傾斜角に応じて前記駆動トルクの値を決定する請求項１又は２に記載の車両。 The determination means determines whether or not the inclination angle measured by the inclination measurement means can be used for controlling the posture of the vehicle body,
When the vehicle control device determines that the determination unit is possible, the vehicle control device determines the value of the driving torque according to the inclination angle measured by the inclination measurement unit, and determines that the determination unit is not possible. The vehicle according to claim 1 or 2, wherein the value of the driving torque is determined according to the inclination angle estimated by the inclination estimation means.
前記傾斜推定手段は、前記重心ずれ量取得手段によって取得された重心ずれ量によって前記傾斜角の推定値を補正する請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。 The vehicle control device further includes a center-of-gravity shift amount acquisition unit that acquires a shift amount of the center of gravity position of the vehicle body,
The vehicle according to claim 1, wherein the inclination estimation unit corrects the estimated value of the inclination angle based on a center-of-gravity shift amount acquired by the center-of-gravity shift amount acquisition unit.
該搭乗部の荷重分布を計測する荷重分布計測手段と、を更に備え、
前記重心ずれ量取得手段は、前記荷重分布計測手段によって計測された前記荷重分布によって前記重心ずれ量を推定する請求項７に記載の車両。 A boarding unit carrying the occupant and / or a heavy object;
Load distribution measuring means for measuring the load distribution of the riding section, and
The vehicle according to claim 7, wherein the center-of-gravity shift amount acquisition unit estimates the center-of-gravity shift amount based on the load distribution measured by the load distribution measurement unit.
前記傾斜推定手段は、前記抵抗パラメータ取得手段によって取得された抵抗パラメータによって前記傾斜角の推定値を補正する請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両。 The vehicle control device further includes a resistance parameter acquisition unit that acquires a resistance parameter that is a characteristic amount of a running resistance of the vehicle,
The vehicle according to any one of claims 1 to 8, wherein the inclination estimation unit corrects the estimated value of the inclination angle based on the resistance parameter acquired by the resistance parameter acquisition unit.
前記抵抗パラメータ取得手段は、前記路面形状計測手段によって計測された前記路面形状によって前記抵抗パラメータを推定する請求項９に記載の車両。 It further comprises road surface shape measuring means for measuring the road surface shape,
The vehicle according to claim 9, wherein the resistance parameter acquisition unit estimates the resistance parameter based on the road surface shape measured by the road surface shape measurement unit.
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