JP2014184889A - Inverted two-wheeler, turning operation control method of inverted two-wheeler and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、搭乗者を乗車させる倒立二輪車、倒立二輪車の旋回動作制御方法及びプログラムに関し、特に搭乗者を乗せて倒立状態を維持して走行可能な倒立二輪車、倒立二輪車の旋回動作制御方法及びプログラム関する。 The present invention relates to an inverted two-wheeled vehicle for riding a passenger, a method for controlling the turning operation of an inverted two-wheeled vehicle, and a program. Related.
従来、搭乗者を乗車させて倒立状態を維持して走行可能な倒立二輪車においては、前後方向の傾き（前後方向の姿勢角（ピッチ角））に応じて走行速度の制御が行われる。例えば、特許文献１には、走行速度に応じて旋回指令を抑制することで旋回の安定を図った技術が開示されている。また、特許文献２には、旋回指令時に急激な旋回を実現できるように前後方向の速度を抑制する技術が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an inverted two-wheeled vehicle that can travel with an occupant riding while maintaining an inverted state, the traveling speed is controlled according to the inclination in the front-rear direction (posture angle (pitch angle) in the front-rear direction). For example,
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、走行速度に応じて旋回指令を抑制することにより、低速領域では旋回しやすく、高速領域では旋回しにくくなる。すなわち、この特許文献に記載の制御方法では、特に、搭乗者の左右方向の体重移動に合わせて旋回指令値を取得するような倒立二輪車の場合、降車しようとして片足に体重がかかると、車体が旋回指令を受けた状態となり、かつ降車時車体はほぼ停止しており低速であるため、倒立二輪車の回転角度量が大きくなってしまうという問題点がある。
However, in the technique described in
図１４は、特許文献１に記載の技術の問題点を説明するための図である。図１４に示すように、車両の傾き度合いを検出して旋回指令値として用いるため、片足のみ乗車している場合、車両の傾き角度θが旋回指令角度まで大きくなる。すなわち、例えば降車時に方足から降りようとすると、車両が旋回指令角度を検出してしまって旋回指令を出力し旋回してしまう。これは、倒立制御に必要な並進速度と旋回に必要な速度を別々に制御しているためで、左右の車輪への速度指令が倒立に必要な並進速度指令と旋回に必要な速度指令の足し合わせとなるためである。
FIG. 14 is a diagram for explaining a problem of the technique described in
例えば、ユーザが乗車又は降車する場合に、低速状態となる。これは、倒立中に乗降車する場合は、ロボットはバランスを取り続けるために停止することができないためである。このような低速度領域で、左右の重心変化で旋回する機能を実現する倒立台車を利用すると、乗降車時の振る舞い、つまりは片足を乗せたり、片足を降ろしたりする動作により、倒立台車が旋回指令を出してしまう。さらに、このとき、前後方向にはほとんど移動していない状態であると、旋回回転角度量のみが大きくなるため、倒立台車がその場で旋回してしまい危険である。 For example, when the user gets on or off the vehicle, the vehicle enters a low speed state. This is because the robot cannot stop when getting on and off while standing upside down to keep balance. Using an inverted cart that realizes the function of turning with a change in the center of gravity on the left and right in such a low-speed region, the inverted cart turns due to the behavior when getting on and off, that is, the operation of putting one foot on or lowering one foot. I give a command. Furthermore, at this time, if it is in a state of hardly moving in the front-rear direction, only the turning rotation angle amount becomes large, so that the inverted cart turns on the spot, which is dangerous.
また、特許文献２に記載の技術においては、旋回時に倒立が維持できなくなり転倒等の可能性が生ずる。すなわち、倒立二輪車は、前後方向の速度を調整することで倒立を維持する。よって、搭乗者が大きな旋回を行おうとして前後方向に大きく傾きながら旋回しようとした場合、すなわち高速で旋回しようとした場合に、前後方向の走行速度が抑制されると倒立が維持できなくなる場合があるという問題点がある。
Further, in the technique described in
図１５は、特許文献２に記載の技術の問題点を説明するための図である。倒立二輪車においては、図１５（ａ）のように倒立状態を維持して走行していて、スピードを上げる場合には、図１５（ｂ）に示すように、搭乗者が車体を前傾姿勢とする。倒立二輪車は、この前傾姿勢に対し、倒立を維持しようとする作用を用いて走行速度を上げることで倒立を維持する。すなわち、倒立二輪車における走行速度は、倒立状態を維持するために必要な速度として制御される。したがって、旋回時に一意的に前後方向のスピードを抑制すると、倒立状態を維持するために必要な走行速度が保たれなくなってしまい、倒立状態が維持できず、転倒の危険が発生する場合がある。
FIG. 15 is a diagram for explaining a problem of the technique described in
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、倒立状態を維持したまま安定して旋回することが可能な倒立二輪車、倒立二輪車の旋回動作制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and provides an inverted two-wheeled vehicle capable of stably turning while maintaining an inverted state, a turning operation control method for an inverted two-wheeled vehicle, and a program. For the purpose.
本発明に係る倒立二輪車は、倒立状態を維持して走行可能な倒立二輪車であって、走行速度を指示する速度指令値を出力する速度指令値出力手段と、前記速度指令値出力手段が出力した速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合には、所定の抑制ゲインを算出する旋回抑制制御手段と、前記旋回抑制制御手段が算出した抑制ゲインに応じた速度制御を行う速度制御手段とを有するものである。 An inverted two-wheeled vehicle according to the present invention is an inverted two-wheeled vehicle that can travel while maintaining an inverted state, and outputs a speed command value output means that outputs a speed command value that indicates a traveling speed, and the speed command value output means outputs When the speed command value is equal to or greater than the predetermined value V1, the vehicle includes a turning suppression control unit that calculates a predetermined suppression gain, and a speed control unit that performs speed control according to the suppression gain calculated by the turning suppression control unit. It is.
本発明においては、走行速度が所定値Ｖ１以上の場合には旋回抑制制御手段が走行速度を抑制する抑制ゲインを算出し、速度制御手段がこの抑制ゲインを使用して速度制御を行う。すなわち、走行速度がＶ１より低速時には、走行速度を制限することがないため旋回時においても倒立状態を維持することができる。また、走行速度が十分に大きい場合には走行速度を抑制して倒立状態を維持しつつ安定して旋回することが可能となる。 In the present invention, when the traveling speed is greater than or equal to the predetermined value V1, the turning suppression control means calculates a suppression gain that suppresses the traveling speed, and the speed control means performs speed control using this suppression gain. That is, when the traveling speed is lower than V1, the traveling speed is not limited, so that the inverted state can be maintained even during turning. Further, when the traveling speed is sufficiently high, the traveling speed can be suppressed and the vehicle can turn stably while maintaining the inverted state.
また、搭乗者の乗車状態を検出する乗車状態判定手段を更に有し、前記旋回抑制制御手段は、前記乗車状態判定手段が判定した搭乗者の乗車状態に応じた旋回抑制ゲインパターンに基づき前記抑制ゲインを算出することができる。したがって、搭乗者の左右方向の体重移動に合わせて旋回指令値を取得する場合、搭乗者の乗車状態と走行速度に応じて、適切な旋回パターンに切り替えて旋回抑制ゲインを制御することができる。 In addition, the vehicle further includes a boarding state determination unit that detects a boarding state of the passenger, and the turn suppression control unit is configured to perform the suppression based on a turn suppression gain pattern according to the boarding state of the passenger determined by the boarding state determination unit. Gain can be calculated. Therefore, when the turning command value is acquired in accordance with the weight movement of the passenger in the left-right direction, the turning suppression gain can be controlled by switching to an appropriate turning pattern according to the riding state and the traveling speed of the passenger.
更に、前記乗車状態判定手段は、前記搭乗者の両足又は片足のみがステップ上にあるかを判定し、前記旋回抑制制御手段は、前記乗車状態判定手段により前記搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合は、前記速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合に第１の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインＧｘを算出してもよい。このことにより、搭乗者の両足が車両のステップ上にある場合には、搭乗者は降車又は乗車しようとしておらず、走行中であるとみなすことができ、低速時には旋回抑制を行わないので安定した旋回を行うことができる。 Further, the riding state determining means determines whether only both feet or one foot of the occupant is on the step, and the turning suppression control means is such that both feet of the occupant are on the step by the riding state determining means. If the speed command value is greater than or equal to the predetermined value V1, the suppression gain Gx may be calculated by the first suppression gain calculation method. As a result, when both feet of the passenger are on the steps of the vehicle, the passenger is not trying to get off or get on, and can be regarded as traveling, and is stable because it does not suppress turning at low speeds. A turn can be made.
更にまた、前記旋回抑制制御手段は、前記乗車状態判定手段により前記搭乗者の片足のみがステップ上にあると判定された場合は、前記速度指令値が所定値ｖ１以下の場合に第２の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインｇ１ｘを算出し、前記速度指令値が所定値ｖ２（＞ｖ１）の場合に第３の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインｇ２ｘを算出してもよい。このことにより、搭乗者の片足のみがステップ上にある場合には、搭乗者が降車又は乗車しようとしているものと判断でき、所定値ｖ１以下の走行速度においては、旋回抑制ゲインを算出して旋回を抑制することができると共に、両脚がステップ上にある場合と同じく所定の値ｖ２より走行速度が大きい場合も旋回抑制ゲインを算出して旋回を抑制することができる。 Furthermore, the turning suppression control means performs second suppression when the speed command value is equal to or less than a predetermined value v1 when the riding state determination means determines that only one foot of the passenger is on the step. The suppression gain g1x may be calculated by a gain calculation method, and the suppression gain g2x may be calculated by a third suppression gain calculation method when the speed command value is a predetermined value v2 (> v1). As a result, when only one foot of the passenger is on the step, it can be determined that the passenger is about to get off or get on, and at a traveling speed below the predetermined value v1, a turn suppression gain is calculated to turn. As with the case where both legs are on the step, the turning suppression gain can be calculated to suppress turning even when the traveling speed is higher than the predetermined value v2.
また、旋回抑制ゲインの最大値Ｇｍａｘと最小値Ｇｍｉｎとを結ぶＮ（Ｎは０以上の整数）次関数又は３角関数からなる旋回抑制ゲインパターンを複数有し、前記乗車状態判定手段の判定結果に基づき旋回抑制ゲインパターンを選択する旋回抑制ゲインパターン切替手段を有し、前記旋回抑制制御手段は、前記旋回抑制ゲインパターン切替手段が選択した旋回抑制ゲインパターンにおける前記速度指令値に対応した値を前記抑制ゲインとして算出してもよい。旋回抑制ゲインパターン切替部により、走行速度及び乗車状態に応じた抑制ゲインパターンを選択することができ、最適な方式にて得られた抑制ゲインにより旋回抑制制御を行うことができる。 In addition, there are a plurality of turning suppression gain patterns composed of N (N is an integer of 0 or more) linear function or triangular function connecting the maximum value Gmax and the minimum value Gmin of the turning suppression gain, and the determination result of the riding state determination means A turn suppression gain pattern switching means for selecting a turn suppression gain pattern based on the turn suppression gain pattern switching means, wherein the turn suppression control means has a value corresponding to the speed command value in the turn suppression gain pattern selected by the turn suppression gain pattern switching means. The suppression gain may be calculated. The turning suppression gain pattern switching unit can select a suppressing gain pattern according to the traveling speed and the riding state, and the turning suppression control can be performed with the suppressing gain obtained by the optimum method.
更に、搭乗者の左右方向の体重移動に応じて旋回指令を出力する旋回指令出力手段を有し、前記旋回抑制制御手段は、前記旋回指令が出力されると前記抑制ゲインを算出するものとしてもよい。このことにより、左右方向の体重移動に応じて旋回指令を出力させることができる。 Further, the vehicle may further include a turn command output unit that outputs a turn command in accordance with a weight shift in the left-right direction of the passenger, and the turn suppression control unit calculates the suppression gain when the turn command is output. Good. As a result, a turn command can be output according to the weight shift in the left-right direction.
更にまた、前記速度指令値出力手段は、車両の前後方向の傾きから倒立状態を維持するために必要な速度指令値を算出して出力し、前記速度制御手段は、前記速度指令値と前記抑制ゲインとに基づき前記速度制御を実行するものとすることができる。このことにより、車両の前後方向の傾きに応じて速度指令を出力することができる。 Furthermore, the speed command value output means calculates and outputs a speed command value necessary for maintaining the inverted state from the vehicle longitudinal inclination, and the speed control means outputs the speed command value and the suppression. The speed control can be executed based on the gain. Thereby, a speed command can be output according to the inclination of the vehicle in the front-rear direction.
また、前記旋回抑制制御手段は、（速度指令値Ｖｘ，旋回抑制ゲインＧｘ）＝（Ｖ１，旋回抑制ゲイン最大値Ｇｍａｘ）、（Ｖ２（＞Ｖ１），旋回抑制ゲイン最小値Ｇｍｉｎ）とし、旋回抑制ゲインＧｘを、Ｖ１≦Ｖｘ≦Ｖ２では、旋回抑制ゲイン最大値Ｇｍａｘと旋回抑制ゲイン最小値Ｇｍｉｎとを結ぶ１次関数Ｇ（ｘ）により決定し、Ｖｘ≧Ｖ２では旋回抑制ゲインＧｘ＝Ｇｍｉｎとしてもよい。これにより、両脚が車両上にある場合には、所定の速度Ｖ１以下では抑制ゲイン最大値、例えば１とし、旋回時の走行速度を抑制せず、所定値Ｖ１以上Ｖ２以下では、走行速度に応じて小さくなる抑制ゲインにより旋回時の走行速度を抑制し、さらにＶ２以上の走行速度においては旋回を行わせないようにすることができる。 The turning suppression control means sets (speed command value Vx, turning suppression gain Gx) = (V1, turning suppression gain maximum value Gmax), (V2 (> V1), turning suppression gain minimum value Gmin), and turns suppression. The gain Gx is determined by a linear function G (x) connecting the turning suppression gain maximum value Gmax and the turning suppression gain minimum value Gmin when V1 ≦ Vx ≦ V2, and the turning suppression gain Gx = Gmin when Vx ≧ V2. Good. Thus, when both legs are on the vehicle, the maximum suppression gain value, for example, 1 is set at a predetermined speed V1 or less, and the traveling speed at the time of turning is not suppressed, and depending on the traveling speed at a predetermined value V1 or more and V2 or less. The traveling speed at the time of turning can be suppressed by the suppression gain that becomes smaller, and further, the turning can be prevented from being performed at the traveling speed of V2 or higher.
更に、前記旋回抑制制御手段は、（速度指令値ｖｘ，旋回抑制ゲインｇｘ）＝（ｖ０（＜ｖ１），旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎ）、（ｖ１，旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘ）、（ｖ２，旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘ）、（ｖ３（＞ｖ２），旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎ）とし、旋回抑制ゲインｇｘを、ｖ０≦ｖｘ≦ｖ１では、旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎと旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘとを結ぶ１次関数ｇ１（ｘ）により決定し、ｖ１≦ｖｘ≦ｖ２では、旋回抑制ゲインｇｘ＝旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘとし、ｖ２≦ｖｘ≦ｖ３では、旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘと旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎとを結ぶ１次関数ｇ２（ｘ）により決定するものとしてもよい。これにより、片足のみ車両上にある場合には、所定値ｖ１以下の走行速度では速度と共に大きくなる（抑制をより小さくする）旋回抑制ゲインにより走行速度を制御し、所定値ｖ１以上ｖ２以下では、抑制ゲイン最大値、例えば１とし、旋回時の走行速度を抑制せず、所定値ｖ２以上ｖ３以下では、走行速度に応じて小さくなる（抑制をより大きくする）抑制ゲインにより旋回時の走行速度を抑制し、さらにｖ３以上の走行速度においては旋回を行わせないようにすることができる。 Further, the turning suppression control means includes (speed command value vx, turning suppression gain gx) = (v0 (<v1), turning suppression gain minimum value gmin), (v1, turning suppression gain maximum value gmax), (v2, The turning suppression gain maximum value gmax), (v3 (> v2), turning suppression gain minimum value gmin), and the turning suppression gain gx when v0 ≦ vx ≦ v1, the turning suppression gain minimum value gmin and the turning suppression gain maximum value gmax. Is determined by a linear function g1 (x) linking to, and when v1 ≦ vx ≦ v2, the turning suppression gain gx = turning suppression gain maximum value gmax, and when v2 ≦ vx ≦ v3, the turning suppression gain maximum value gmax and the turning suppression are set. It may be determined by a linear function g2 (x) connecting the minimum gain value gmin. As a result, when only one foot is on the vehicle, the traveling speed is controlled by a turning suppression gain that increases with the speed at a traveling speed equal to or less than a predetermined value v1 (which makes the suppression smaller), and at a predetermined value v1 or more and v2 or less, The suppression gain maximum value, for example, 1 is set, and the traveling speed at the time of turning is not suppressed. When the predetermined value is v2 or more and v3 or less, the traveling speed at the time of turning is reduced by a suppression gain that becomes smaller (increases suppression). Further, it is possible to prevent the vehicle from turning at a traveling speed of v3 or higher.
本発明に係る倒立二輪車の旋回動作制御方法は、倒立状態を維持して走行可能な倒立二輪車の旋回動作制御方法であって、走行速度を指示する速度指令値を出力する速度指令値出力工程と、前記速度指令値出力工程にて出力された速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合には、所定の抑制ゲインを算出する旋回抑制制御工程と、前記旋回抑制制御工程にて算出された抑制ゲインに応じた速度制御を行う速度制御工程とを有するものである。 A turning operation control method for an inverted two-wheeled vehicle according to the present invention is a turning operation control method for an inverted two-wheeled vehicle capable of traveling while maintaining an inverted state, and a speed command value output step for outputting a speed command value for instructing a traveling speed; When the speed command value output in the speed command value output step is greater than or equal to a predetermined value V1, a turning suppression control step for calculating a predetermined suppression gain, and a suppression gain calculated in the turning suppression control step And a speed control step for performing speed control according to the above.
また、本発明に係るプログラムは、倒立状態を維持して走行可能な倒立二輪車の旋回速度抑制処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、走行速度を指示する速度指令値を出力する速度指令値出力処理と、前記速度指令値出力処理にて出力された速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合には、所定の抑制ゲインを算出する旋回抑制制御処理と、前記旋回抑制制御処理にて算出された抑制ゲインに応じた速度制御を行う速度制御処理とを有する。 A program according to the present invention is a program for causing a computer to execute a turning speed suppression process of an inverted motorcycle capable of running while maintaining an inverted state, and for outputting a speed command value for instructing a traveling speed. When the speed command value output by the value output process and the speed command value output process is greater than or equal to the predetermined value V1, the turn suppression control process for calculating a predetermined suppression gain and the turn suppression control process And a speed control process for performing speed control according to the suppressed gain.
本発明によれば、倒立状態を維持したまま安定して旋回することが可能な倒立二輪車、倒立二輪車の旋回動作制御方法及びプログラムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inverted two-wheeled vehicle capable of stably turning while maintaining an inverted state, a turning operation control method for an inverted two-wheeled vehicle, and a program.
以下、本発明を適用した具体的な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。この実施の形態は、本発明を、倒立状態を維持して走行可能な倒立二輪車に適用したものである。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to an inverted motorcycle that can run while maintaining an inverted state.
本願発明者等は、上述したように、前後方向の速度が旋回速度に影響するような倒立台車では、低速度領域で旋回速度を抑制しないと、乗降車時に台車が回転してしまうという知見に基づき、旋回ゲインを制御することで、低速でも高速でも倒立二輪車の倒立状態を安定して維持しながら旋回することができる、倒立二輪車の旋回動作制御方法を見出した。ここで、本明細書において、旋回ゲインとは、旋回動作時の旋回速度のみを抑制するものいう。 As described above, the inventors of the present application have found that an inverted carriage whose front-rear speed affects the turning speed, unless the turning speed is suppressed in the low-speed region, the carriage rotates when getting on and off. Based on this, the present inventors have found a method for controlling the turning motion of an inverted motorcycle that can control the turning gain while stably maintaining the inverted state of the inverted motorcycle at both low speed and high speed. Here, in this specification, the turning gain is a value that suppresses only the turning speed during the turning operation.
後述するように、本実施の形態にかかる倒立二輪車は、２つの車輪と、車輪上に配置され搭乗者を搭乗することができるステップと、搭乗者が走行方向及び走行速度を制御するためのハンドルとを有する。また、本実施の形態にかかる倒立二輪車は、車輪の回転角度及び／又は回転角速度を測定するエンコーダやレゾルバ等の速度センサ、倒立二輪車の姿勢角度及び／又は姿勢角速度を取得するための姿勢センサ等の複数のセンサを有する。姿勢角度又は姿勢角速度は、ロール、ピッチ、ヨー軸の少なくとも１つから測定するものとする。 As will be described later, the inverted two-wheeled vehicle according to the present embodiment includes two wheels, a step arranged on the wheels and capable of boarding the passenger, and a handle for the passenger to control the traveling direction and the traveling speed. And have. Further, the inverted two-wheeled vehicle according to the present embodiment includes a speed sensor such as an encoder or resolver that measures the rotation angle and / or rotation angular velocity of the wheel, a posture sensor for acquiring the posture angle and / or posture angular velocity of the inverted two-wheeled vehicle, and the like. A plurality of sensors. The posture angle or the posture angular velocity is measured from at least one of a roll, a pitch, and a yaw axis.
そして、これらのセンサ値に基づき、モータ制御、倒立制御及び姿勢角度を算出して姿勢制御等の各制御を行うマイコンなどのＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を有する。さらに、上記の姿勢センサにより、ユーザの左右方向の姿勢変化を検知し、姿勢変化角度に応じて旋回指令値を算出又は出力するコントローラを有する。また、ステップ上に搭乗者が乗るとオンし、降りるとオフする乗車検知を行う乗車検知スイッチ（ＳＷ）も有している。 And based on these sensor values, it has IC (Integrated Circuit: IC), such as a microcomputer which performs motor control, inversion control, and attitude | position angle, and performs each control, such as attitude | position control. Furthermore, it has a controller that detects a change in posture of the user in the left-right direction by the posture sensor and calculates or outputs a turn command value according to the posture change angle. It also has a boarding detection switch (SW) that detects boarding that turns on when a passenger gets on the step and turns off when the passenger gets off.
このように構成された本実施の形態にかかる倒立二輪車においては、搭乗者の乗車状態と車体の走行速度に応じて旋回抑制を適切に行うことにより、無理な旋回等を防止し、倒立状態を保ったまま安全に旋回動作を行わせるものである。特に、所定の走行速度までは旋回抑制を行わず、無理に走行速度を下げて倒立状態を不安定にすることがないと共に、所定の走行速度以上では旋回抑制ゲインの値を小さくし、つまり抑制度合いを大きくし、旋回しないようにすることができる。 In the inverted two-wheeled vehicle according to the present embodiment configured as described above, by appropriately suppressing the turning according to the riding state of the occupant and the traveling speed of the vehicle body, an unreasonable turning is prevented and the inverted state is maintained. This makes it possible to perform a turning operation safely while keeping it. In particular, turning control is not performed up to a predetermined traveling speed, the traveling speed is not lowered forcibly and the inverted state is not made unstable, and the turning suppression gain value is reduced, that is, suppressed above a predetermined traveling speed. The degree can be increased to prevent turning.
また、高速走行時に旋回しようとすると搭乗者の体が大きく傾き、片足だけがステップ上で、もう片足がステップから浮いた状態（以下、片足オン状態ともいう。）になる。よって、高速走行中に片足オン状態で旋回指令が出力された場合には、両足がステップ上にある、通常の状態（以下、両足オン状態ともいう。）に比べ抑制度合いを小さくし、旋回半径を大きくして旋回させるようにすることで、高速走行時の旋回も安定して行わせることができる。 In addition, when attempting to turn at high speed, the passenger's body is greatly inclined, and only one foot is on the step and the other foot is lifted from the step (hereinafter also referred to as one foot on state). Therefore, when a turn command is output with one foot on during high-speed running, the degree of suppression is reduced compared to the normal state where both feet are on the step (hereinafter also referred to as both feet on), and the turn radius By turning the vehicle at a large value, turning at high speed can be performed stably.
以下、このような旋回制御を行う倒立二輪車の構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる倒立二輪車の旋回制御部を示すブロック図である。旋回制御部１１０は、速度指令値出力手段としての速度指令値出力部１１１と、旋回抑制制御手段としての旋回抑制制御部１１２と、速度制御手段としての速度制御部１１３とを有する。
Hereinafter, the configuration of an inverted motorcycle that performs such turning control will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a turning control unit of an inverted motorcycle according to the present embodiment. The turning
速度指令値出力部１１１は、倒立二輪車（車両）の前後方向の傾きの検出結果が入力され、当該検出結果を、倒立二輪車の倒立が維持されるような走行速度を指示する速度指令値に変換して旋回抑制制御部１１２及び速度制御部１１３へ出力する。旋回抑制制御部１１２は、速度指令値出力部１１１が出力した速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合には、所定の抑制ゲインを算出して出力する。速度指令値出力部１１１から出力された速度指令値と、旋回抑制制御部１１２で算出された抑制ゲインとが速度制御部１１３の前段の乗算器で乗算され速度制御部１１３に入力される。速度制御部１１３は、速度指令値に抑制ゲインが乗算された値、すなわち旋回抑制された速度指令値に基づき倒立二輪車の左右のモータに対する角速度指令値を生成して出力する。これにより、走行速度が所定の速さ以上である場合には旋回抑制されるため、高速走行時に無理な旋回を行うことがなく、倒立二輪車が安定して旋回することができる。
The speed command
ここで、この旋回制御部１１０は、更に、搭乗者の乗車状態を検出する乗車状態判定手段としての乗車検出ＳＷ（スイッチ）１１４を備える。これにより、旋回抑制制御部１１２は、乗車検出ＳＷ１１４が判定した搭乗者の乗車状態に応じた旋回抑制ゲインパターンに基づき抑制ゲインを算出することができる。
Here, the turning
具体的には、乗車検出ＳＷ１１４は、搭乗者の両足が共にステップ（図１２のステップカバー３参照）上にあるか、又は片足のみがステップ上にあるかを判定する。そして、旋回抑制制御部１１２は、乗車検出ＳＷ１１４により搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合は、速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合に第１の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインＧｘを算出する。さらに、旋回抑制制御部１１２は、乗車検出ＳＷ１１４により搭乗者の片足のみがステップ上にあると判定された場合は、速度指令値が所定値ｖ１以下の場合に第２の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインｇ１ｘを算出し、速度指令値が所定値ｖ２（＞ｖ１）の場合に第３の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインｇ２ｘを算出する。
Specifically, the
図２（ａ）は、搭乗者の片足のみがステップ上にあると判定された場合の旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）、ｇ２（ｘ）と、速度指令値ｖ（ｘ）との関係を示すグラフ図、図２（ｂ）は、搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合の旋回抑制ゲインＧ（ｘ）と、速度指令値Ｖ（ｘ）との関係を示すグラフ図である。 FIG. 2A is a graph showing the relationship between the turn suppression gains g1 (x) and g2 (x) and the speed command value v (x) when it is determined that only one foot of the passenger is on the step. FIG. 2 and FIG. 2B are graphs showing the relationship between the turn suppression gain G (x) and the speed command value V (x) when it is determined that both feet of the passenger are on the step.
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、旋回抑制ゲインパターンは、旋回抑制ゲインの最大値ｇｍａｘと最小値ｇｍｉｎとを結ぶ１次関数（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）で表わされる。なお、旋回抑制ゲインパターンは、その他、旋回抑制ゲインの最大値Ｇｍａｘと最小値Ｇｍｉｎとを結ぶＮ（Ｎは０以上の整数）次関数又は３角関数等の直線又は曲線とすることもできる。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the turning suppression gain pattern is expressed by a linear function (Y = aX + b) that connects the maximum value gmax and the minimum value gmin of the turning suppression gain. In addition, the turning suppression gain pattern may be a straight line or a curve such as an N-order function or a triangular function (N is an integer of 0 or more) connecting the maximum value Gmax and the minimum value Gmin of the turning suppression gain.
図２（ａ）に示すように、搭乗者の片足のみがステップ上にあると判定された場合には、（速度指令値ｖｘ，旋回抑制ゲインｇｘ）＝（ｖ０，旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎ）、（ｖ１，旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘ）、（ｖ２，旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘ）、（ｖ３，旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎ）（ｖ０＜ｖ１＜ｖ２＜ｖ３）であって、低速度区間のｖ０≦ｖｘ≦ｖ１においては、旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎと旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘとを結ぶ１次関数ｇ１（ｘ）で表わされる。なお、ｖ０乃至ｖ１は低速度区間、ｖ１乃至ｖ２は中速度区間、ｖ２乃至ｂ３は高速度区間とする。すなわち、この低速度区間では走行速度ｖ（ｘ）が大きくなるに連れて旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）は高くなり、より抑制度合いが小さくなる。 As shown in FIG. 2A, when it is determined that only one foot of the passenger is on the step, (speed command value vx, turning suppression gain gx) = (v0, turning suppression gain minimum value gmin) , (V1, turning suppression gain maximum value gmax), (v2, turning suppression gain maximum value gmax), (v3, turning suppression gain minimum value gmin) (v0 <v1 <v2 <v3), In v0 ≦ vx ≦ v1, it is represented by a linear function g1 (x) that connects the minimum turning suppression gain value gmin and the maximum turning suppression gain value gmax. Note that v0 to v1 are low speed sections, v1 to v2 are medium speed sections, and v2 to b3 are high speed sections. That is, in this low speed section, as the traveling speed v (x) increases, the turning suppression gain g1 (x) increases and the suppression degree decreases.
ここで、旋回抑制ゲインを、速度指令値ｖｘ＝ｖ０からｖ１の間で、旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎから旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘに値を一気に変更しない。これは、ある閾値を超えた場合に極端に速度を変更する（極端に旋回抑制ゲインを変更する）と、急に旋回してしまうようになり感性評価上好ましくないためである。したがって、本実施の形態においては、旋回抑制ゲインの値を図２に示すように、徐々に大きく又は徐々に小さくしていくことで、閾値を超えた場合には連続的に旋回抑制ゲインを変化させて、これを防止することができる。 Here, the value of the turning suppression gain is not changed at a stretch from the minimum turning suppression gain value gmin to the maximum turning suppression gain value gmax between the speed command value vx = v0 and v1. This is because, if the speed is extremely changed when a certain threshold value is exceeded (extremely changing the turning suppression gain), turning suddenly is not preferable in terms of sensitivity evaluation. Therefore, in the present embodiment, the value of the turning suppression gain is gradually increased or gradually decreased as shown in FIG. 2, and the turning suppression gain is continuously changed when the threshold value is exceeded. This can be prevented.
ここで、本実施の形態においては、最小旋回抑制ゲインｇｍｉｎ＝０であり、この場合は走行速度がゼロにされる。また、最大旋回抑制ゲインｇｍａｘ＝１であり、旋回抑制を行わない。そして、中速度区間のｖ１≦ｖｘ≦ｖ２においては、旋回抑制ゲインｇｘ＝旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘ＝１で一定かつ旋回抑制を行わない。そして、高速度区間のｖ２≦ｖｘ≦ｖ３においては、旋回抑制ゲイン最大値ｇｍａｘと旋回抑制ゲイン最小値ｇｍｉｎとを結ぶ１次関数ｇ２（ｘ）で表わされる。すなわち、この高速度区間では走行速度ｖ（ｘ）が大きくなるに連れて旋回抑制ゲインｇ２（ｘ）は低くなり、より抑制度合いが高くなる。そして、ｖ３より大きくなると、最小旋回抑制ゲインｇｍｉｎ＝０となり、旋回動作を行わせない。 Here, in the present embodiment, the minimum turning suppression gain gmin = 0, and in this case, the traveling speed is set to zero. Further, the maximum turning suppression gain gmax = 1, and turning control is not performed. And in v1 <= vx <= v2 of a medium speed area, turning suppression gain gx = turning suppression gain maximum value gmax = 1 is constant, and turning suppression is not performed. And in v2 <= vx <= v3 of a high-speed area, it represents with the linear function g2 (x) which connects the turning suppression gain maximum value gmax and the turning suppression gain minimum value gmin. That is, in this high speed section, as the traveling speed v (x) increases, the turning suppression gain g2 (x) decreases and the suppression degree increases. When v3 is exceeded, the minimum turning suppression gain gmin = 0, and the turning operation is not performed.
また、図２（ｂ）に示すように、搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合には、（速度指令値Ｖｘ，旋回抑制ゲインＧｘ）＝（Ｖ１，旋回抑制ゲイン最大値Ｇｍａｘ）、（Ｖ２（＞Ｖ１），旋回抑制ゲイン最小値Ｇｍｉｎ）であって、高速度区間のＶ１≦Ｖｘ≦Ｖ２においては、旋回抑制ゲインは、旋回抑制ゲイン最大値Ｇｍａｘと旋回抑制ゲイン最小値Ｇｍｉｎとを結ぶ１次関数Ｇｘで表わされる。なお、Ｖ０乃至Ｖ１は低速度区間、Ｖ１乃至Ｖ２は中速度区間、Ｖ２乃至Ｖ３は高速度区間とする。すなわち、この高速度区間では、走行速度Ｖ（ｘ）が大きくなるに連れて旋回抑制ゲインＧ（ｘ）は低くなり、より抑制度合いが高くなる。さらに、Ｖ（ｘ）≧Ｖ２では旋回抑制ゲインＧ（ｘ）＝Ｇｍｉｎ＝０であり、Ｖ（ｘ）≦Ｖ１の低・中速度区間では、旋回抑制ゲインＧ（ｘ）＝Ｇｍａｘ＝１とする。ここで、本実施の形態においては、最小旋回抑制ゲインＧｍｉｎ＝０、最大旋回抑制ゲインＧｍａｘ＝１であり、すなわち、Ｖ（ｘ）≦Ｖ１の中・低速度区間では、旋回抑制を行わず、またＶ（ｘ）≧Ｖ２の高速度区間では旋回動作を行わせない。 Further, as shown in FIG. 2B, when it is determined that both feet of the passenger are on the step, (speed command value Vx, turning suppression gain Gx) = (V1, turning suppression gain maximum value Gmax) ), (V2 (> V1), minimum turning suppression gain Gmin), and in the high speed section V1 ≦ Vx ≦ V2, the turning suppression gain is the maximum turning suppression gain Gmax and the minimum turning suppression gain Gmin. Is represented by a linear function Gx. Note that V0 to V1 are low speed sections, V1 to V2 are medium speed sections, and V2 to V3 are high speed sections. That is, in this high speed section, as the traveling speed V (x) increases, the turning suppression gain G (x) decreases and the suppression degree increases. Furthermore, when V (x) ≧ V2, the turning suppression gain G (x) = Gmin = 0, and in the low / medium speed section where V (x) ≦ V1, the turning suppression gain G (x) = Gmax = 1. . Here, in the present embodiment, the minimum turning suppression gain Gmin = 0 and the maximum turning suppression gain Gmax = 1, that is, turning suppression is not performed in the middle / low speed section of V (x) ≦ V1. Further, the turning operation is not performed in the high speed section where V (x) ≧ V2.
ここで、図２（ａ）に示すｖ２と図２（ｂ）に示すＶ１とは異なる値であってもよい。さらに、旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）、旋回抑制ゲインｇ２（ｘ）、及び旋回抑制ゲインＧ（ｘ）Ｇのそれぞれの傾きは異なっていてもよい。さらに、最大旋回抑制ゲインｇｍａｘ及び最大旋回抑制ゲインＧｍａｘは１より小さい値であっても大きい値であってもよい。また、最小旋回抑制ゲインｇｍｉｎ及び最小旋回抑制ゲインＧｍｉｎは０より大きな値であってもよい。 Here, v2 shown in FIG. 2A and V1 shown in FIG. 2B may be different values. Furthermore, the respective inclinations of the turning suppression gain g1 (x), the turning suppression gain g2 (x), and the turning suppression gain G (x) G may be different. Further, the maximum turning suppression gain gmax and the maximum turning suppression gain Gmax may be a value smaller than 1 or a larger value. Further, the minimum turning suppression gain gmin and the minimum turning suppression gain Gmin may be values greater than zero.
図１に戻って、旋回制御部１１０は、更に、旋回抑制ゲインパターン切替手段としての旋回抑制ゲインパターン切替部１１５を有する。この旋回抑制ゲインパターン切替部１１５は、旋回抑制ゲインの最大値Ｇｍａｘと最小値Ｇｍｉｎとを結ぶＮ（Ｎは０以上の整数）次関数又は３角関数からなる旋回抑制ゲインパターンを複数有し、乗車検出ＳＷ１１４の判定結果に基づき、すなわち、搭乗者の両足が両方ステップ上にあるか又は片足のみがステップ上にあるかの判定結果に応じて旋回抑制ゲインパターンを選択する。
Returning to FIG. 1, the turning
図２の例でいうと、例えば搭乗者の降車時又は搭乗時であって片足のみが検出された場合に、速度ｖ（ｘ）＜ｖ１であれば、旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）の抑制ゲインパターンを選択し、ｖ１≦速度ｖ（ｘ）≦ｖ２であれば、旋回抑制ゲインｇ（ｘ）＝最大旋回抑制ゲインｇｍａｘの抑制ゲインパターンを選択し、ｖ２≦ｖ（ｘ）≦ｖ３であれば、旋回抑制ゲインｇ２（ｘ）の抑制ゲインパターンを選択し、ｖ（ｘ）≧ｖ３であれば、旋回抑制ゲインｇ（ｘ）＝最小旋回抑制ゲインｇｍｉｎの抑制ゲインパターンを選択する。 In the example of FIG. 2, for example, when only one foot is detected when the passenger gets off or gets on board, and the speed v (x) <v1, the suppression gain of the turn suppression gain g1 (x) A pattern is selected, and if v1 ≦ speed v (x) ≦ v2, a suppression gain pattern of turning suppression gain g (x) = maximum turning suppression gain gmax is selected, and if v2 ≦ v (x) ≦ v3 Then, the suppression gain pattern of the turning suppression gain g2 (x) is selected. If v (x) ≧ v3, the suppression gain pattern of the turning suppression gain g (x) = minimum turning suppression gain gmin is selected.
また、搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合に、速度Ｖ（ｘ）≦Ｖ１であれば旋回抑制ゲインＧ（ｘ）＝最大旋回抑制ゲインＧｍａｘの抑制ゲインパターンを選択し、Ｖ１≦速度Ｖ（ｘ）≦Ｖ２であれば、旋回抑制ゲインＧ（ｘ）の抑制ゲインパターンを選択する。 Further, when it is determined that both the feet of the passenger are on the step, if the speed V (x) ≦ V1, the suppression gain pattern of turning suppression gain G (x) = maximum turning suppression gain Gmax is selected, and V1 If ≦ speed V (x) ≦ V2, the suppression gain pattern of the turning suppression gain G (x) is selected.
また、旋回制御部１１０は、搭乗者の左右方向の体重移動に応じて旋回指令を出力する旋回指令出力手段としての旋回指令部１１６を有する。旋回指令部１１６は、姿勢センサ（図１２のジャイロセンサ２７乃至３０参照）からのセンサ値に基づき、倒立二輪車の左右方向の傾きの変化が所定値以上になると旋回指令であると判定して、旋回指令値を旋回抑制制御部１１２へ出力する。旋回抑制制御部１１２は、旋回指令部１１６からの旋回指令値を受け取ると、これをトリガーにして旋回抑制ゲインを算出する。すなわち、旋回抑制制御部１１２は、旋回抑制ゲインパターン切替部１１５が搭乗者の乗車状態に応じて選択した抑制ゲインパターンを受け取り、速度指令値出力部１１１からの速度指令値と対応する旋回抑制ゲインを算出して出力する。
Further, the turning
ここで、旋回抑制ゲインパターンは、乗車状態に応じて選択されるものとして説明したが、走行速度（速度指令値）の違い、搭乗者が倒立二輪車の運転の熟達度の違い、晴れ又は雨等の天気の違い、コンクリート又は砂地等の路面状態の違い、倒立二輪車の二輪の大きさの違い等に応じて、異なる旋回抑制ゲインパターンを選択するものとしてもよい。又は、旋回抑制制御部１１２がこれらのパラメータを元に旋回抑制ゲインを算出するものとしてもよい。
Here, the turning suppression gain pattern has been described as being selected according to the riding state, but the difference in travel speed (speed command value), the difference in the driving skill of the inverted motorcycle by the passenger, clear or rain, etc. Different turning suppression gain patterns may be selected according to differences in weather, differences in road surface conditions such as concrete or sand, differences in the size of the two-wheeled motorcycle. Alternatively, the turning
次に、本実施の形態にかかる旋回動作制御方法について説明する。図３は、本実施の形態にかかる旋回動作制御方法を示すフローチャートである。図３に示すように、先ず速度指令値出力部１１１より前後方向の走行速度（速度指令値）を取得する（ステップＳ１）。次に、乗車検出ＳＷ１１４より、乗車状態の判定結果を取得する（ステップＳ２）。このステップＳ１及びステップＳ２の処理は、例えば所定の時間間隔のタイミングで定期的行われるものとすることができる。 Next, the turning motion control method according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the turning operation control method according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, first, a traveling speed (speed command value) in the front-rear direction is acquired from the speed command value output unit 111 (step S1). Next, the boarding state determination result is acquired from the boarding detection SW 114 (step S2). The processing of step S1 and step S2 can be performed periodically, for example, at a predetermined time interval.
そして、ステップＳ２の結果により、両脚がステップ上にないと判定された場合は、誰も搭乗していないと判断し（ステップＳ４）、ロボット（倒立二輪車）は動作を停止する（ステップＳ５）。なお、例えば所定の時間以上、ステップ上に両足がないと判定された場合に倒立二輪車の電源をＯＦＦするようにしてもよい。 If it is determined from the result of step S2 that both legs are not on the step, it is determined that no one is on board (step S4), and the robot (inverted motorcycle) stops operating (step S5). For example, when it is determined that there is no both feet on the step for a predetermined time or longer, the power supply of the inverted motorcycle may be turned off.
一方、片足のみステップ上にあると判定された場合（ステップＳ６）、ステップＳ１で取得した速度に応じた旋回抑制ゲインを、ステップＳ２で取得した旋回抑制ゲインパターンから算出する。先ず、ｖ（ｘ）≦ｖ１の低速度走行中と判定された場合、低速度用旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）により旋回抑制ゲインを求める（ステップＳ８）。また、ｖ１≦走行速度ｖ（ｘ）≦ｖ２の中速度走行中と判定された場合には、中速度旋回抑制ゲイン＝１を出力する。さらに、走行速度ｖ２≦ｖ（ｘ）≦ｖ３の高速度走行中と判定された場合には、高速度旋回抑制ゲインｇ２（ｘ）により旋回抑制ゲインを求める。なお、旋回抑制ゲインｇ２（ｘ）＝０（ｖ（ｘ）≧ｖ３）であって、ｖ３以上の速度の場合は旋回動作を行わせない。 On the other hand, when it is determined that only one foot is on the step (step S6), the turning suppression gain corresponding to the speed acquired in step S1 is calculated from the turning suppression gain pattern acquired in step S2. First, when it is determined that the vehicle is traveling at a low speed of v (x) ≦ v1, a turning suppression gain is obtained from the turning suppression gain for low speed g1 (x) (step S8). When it is determined that v1 ≦ traveling speed v (x) ≦ v2 is traveling at a medium speed, medium speed turning suppression gain = 1 is output. Further, when it is determined that the vehicle is traveling at a high speed with the traveling speed v2 ≦ v (x) ≦ v3, the turning suppression gain is obtained from the high speed turning suppression gain g2 (x). Note that when the turning suppression gain g2 (x) = 0 (v (x) ≧ v3) and the speed is v3 or higher, the turning operation is not performed.
また、両脚がステップ上にあると判定された場合（ステップＳ１１）は、搭乗者が通常の状態で走行中と判断し、その速度に応じた旋回抑制を行う（ステップＳ１２）。先ず、走行速度Ｖ（ｘ）≦Ｖ１の低速度及び中速度走行中と判定された場合は旋回抑制ゲインＧ（ｘ）＝最大旋回抑制ゲインＧｍａｘ＝１とし、旋回を抑制しない（ステップＳ１３）。一方、走行速度Ｖ（ｘ）≧Ｖ１の高速度走行中と判定された場合は、旋回抑制ゲインＧ（ｘ）により旋回抑制ゲインを求める（ステップＳ１４）。なお、旋回抑制ゲインＧ（ｘ）＝０（Ｖ（ｘ）≧Ｖ２）であって、Ｖ２以上の速度の場合は旋回動作を行わせない。 If it is determined that both legs are on the step (step S11), it is determined that the occupant is traveling in a normal state, and the turning is suppressed according to the speed (step S12). First, when it is determined that the vehicle travels at low and medium speeds where the traveling speed V (x) ≦ V1, the turning suppression gain G (x) = the maximum turning suppression gain Gmax = 1, and the turning is not suppressed (step S13). On the other hand, when it is determined that the vehicle is traveling at a high speed with the traveling speed V (x) ≧ V1, a turning suppression gain is obtained from the turning suppression gain G (x) (step S14). When the turning suppression gain G (x) = 0 (V (x) ≧ V2) and the speed is V2 or higher, the turning operation is not performed.
次に、旋回抑制ゲインＧ（ｘ）、旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）、及び旋回抑制ゲインｇ２（ｘ）の他の例について説明する。図４（ａ）は、搭乗者の片足のみがステップ上にあると判定された場合の旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）、ｇ２（ｘ）と、速度指令値ｖ（ｘ）との他の関係を示すグラフ図、図４（ｂ）は、搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合の旋回抑制ゲインＧ（ｘ）と、速度指令値Ｖ（ｘ）との他の関係を示すグラフ図である。 Next, other examples of the turning suppression gain G (x), the turning suppression gain g1 (x), and the turning suppression gain g2 (x) will be described. FIG. 4A shows another relationship between the turn suppression gains g1 (x) and g2 (x) and the speed command value v (x) when it is determined that only one foot of the passenger is on the step. FIG. 4B is a graph illustrating another relationship between the turn suppression gain G (x) and the speed command value V (x) when it is determined that both feet of the passenger are on the step. FIG.
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、旋回抑制ゲインＧ（ｘ）、旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）、及び旋回抑制ゲインｇ２（ｘ）は、１次関数だけでなく、２次又は２次以上のＮ次関数や三角関数とすることもできる。旋回抑制ゲインパターンは、上述したように、搭乗者の乗車状態及び走行速度に応じて、更には、天気、路面状態、搭乗者の熟練度、倒立二輪車の車輪の大きさ等のその他の要素に応じても適宜異なる旋回抑制パターンを選択するように構成することも可能である。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the turning suppression gain G (x), the turning suppression gain g1 (x), and the turning suppression gain g2 (x) are not only linear functions but 2 It can also be an N-order function or a trigonometric function of the second order or higher order. As described above, the turning suppression gain pattern depends on the riding state and traveling speed of the passenger, and further includes other factors such as weather, road surface condition, passenger skill level, and the size of the wheels of the inverted motorcycle. Even if it responds, it is also possible to select different turning control patterns as appropriate.
本実施の形態においては、乗車検出ＳＷ１１４が片足オン状態を検知し低速度走行中の場合は倒立二輪車から降車しようとしていると判断し、旋回抑制ゲインを小さくして（抑制度合いを大きくして）降車時に旋回しないようにすることができる。また、高速走行中に旋回動作を使用とした場合は、高速走行中の旋回動作では身体を大きく傾けて片足オン状態になるため、旋回抑制ゲインを両足オン時よりも大きくする、すなわち抑制度合いを小さくして、旋回半径を大きくして旋回させることができる。また、両脚オン状態では低速及び中速度走行中には、旋回抑制ゲインを１とし、走行速度を抑制せず、高速走行時にのみ、高速になるほど旋回ゲインを小さくし、旋回動作の抑制度合を制御するようにしたので、倒立に必要な走行速度を保ちつつ倒立を維持させたまま旋回動作を行わせることが可能である。
In the present embodiment, when the
次に、上述した図１にかかる旋回制御部を搭載する倒立二輪車の第１の例及び車両旋回角速度の算出方法の詳細について説明する。図５は、倒立二輪車を上部から見た模式図である。ここで、モータ軸の回転角度は、モータの出力側（タイヤ側）から見て反時計方向の回転を正とした角度とする。図５に示すように、倒立二輪車２００は、第１ＥＣＵ（electronic control unit）２１０及び第２ＥＣＵ２２０、左右のモータＬ２３１／モータＬ２３２、及び左右のタイヤＬ２４１／タイヤＲ２４２を有する。第１ＥＣＵ２１０は、ＡＭＰ０＿２１１及びＡＭＰ１＿２１２を有し、第２ＥＣＵ２２０は、ＡＭＰ０＿２２１及びＡＭＰ１＿２２２を有する。そして、モータＬ２３１は、ＡＭＰ１＿２１２及びＡＭＰ０＿２２１と接続され、モータＲ２３２は、ＡＭＰ０＿２１１及びＡＭＰ１＿２２２と接続されている。なお、左右のモータは夫々ギアを介して左右のタイヤと接続される。
Next, details of a first example of an inverted two-wheeled vehicle equipped with the above-described turning control unit according to FIG. 1 and a method of calculating the vehicle turning angular velocity will be described. FIG. 5 is a schematic view of an inverted motorcycle as viewed from above. Here, the rotation angle of the motor shaft is an angle with the counterclockwise rotation as seen from the motor output side (tire side). As shown in FIG. 5, the inverted two-
図６は、図５に示す倒立二輪車を真上から見た場合の旋回時の軌跡を説明する図である。ここで、 FIG. 6 is a diagram for explaining a trajectory during a turn when the inverted motorcycle shown in FIG. 5 is viewed from directly above. here,
次に、地体車輪角度と対地車輪角速度の算出方法について説明する。一般的に、車体が前方に倒れるとモータは回転していないのにも関わらず、車輪は地面に対して回転する。こんため、モータの回転角度だけでは、車体の進んだ距離や速度を正確に計算することができない。そこで、車体の傾きの影響を加えて、地面に対して車輪が転がった角度を、対地車輪角度と定義し、これを求める。図７は、対地車輪角度を説明する図である。 Next, a method for calculating the ground wheel angle and the ground wheel angular velocity will be described. In general, when the vehicle body falls forward, the wheel rotates relative to the ground even though the motor is not rotating. For this reason, the travel distance and speed of the vehicle body cannot be accurately calculated only by the rotation angle of the motor. Therefore, by adding the influence of the inclination of the vehicle body, the angle at which the wheel rolls with respect to the ground is defined as the ground wheel angle, and this is obtained. FIG. 7 is a diagram for explaining the ground wheel angle.
図７（ａ）の位置Ｐ０から前進し、図７（ｂ）の位置Ｐ１へ進む。さらに、前傾し、図７（ｃ）の位置Ｐ２へと車輪が転がる。ここで、図７（ｄ）に示すように、位置Ｐ０からＰ１までの距離Ａがモータの回転による転がり距離であり、位置Ｐ１からＰ２までの距離Ｂが車体の回転による転がり距離であり、この距離Ａと距離Ｂの区間の総和の角度を、対地車輪角度θLandWheelという。 The vehicle advances from position P0 in FIG. 7A and proceeds to position P1 in FIG. 7B. Further, it tilts forward and the wheel rolls to position P2 in FIG. Here, as shown in FIG. 7 (d), the distance A from the position P0 to P1 is the rolling distance due to the rotation of the motor, and the distance B from the position P1 to P2 is the rolling distance due to the rotation of the vehicle body. The angle of the sum of the sections of distance A and distance B is called ground wheel angle θ LandWheel .
ここで、
車体Ｐｉｔｃｈ角度：θBodyPitch
車輪Ｐｉｔｃｈ軸角度：θWheel
対地車輪角度：θLandWheel
としたとき、下記式が成り立つ。なお、左右の対地車輪角度は同様の方法で算出する。
θLandWheel＝θBodyPitch＋θWheel
さらに、対地車輪回転速度も同様に求めることができる。
here,
Body Pitch Angle: θ BodyPitch
Wheel Pitch shaft angle: θ Wheel
Ground wheel angle: θ LandWheel
Then, the following equation holds. The left and right ground wheel angles are calculated by the same method.
θ LandWheel = θ BodyPitch + θ Wheel
Further, the ground wheel rotation speed can be obtained in the same manner.
次に、車両中心移動距離と車両中心速度の算出方法について説明する。車両中心移動速度、車両中心速度とは、ワールド座標系で考えたときの物体の移動距離と速度（スカラー量）を示す。
車両半径：Ｒ
対地車輪角度（左）：θLandWheel[Ｌ]
対地車輪角度（右）：θLandWheel[Ｒ]
とすると、対地車輪移動距離（左）：θLandWheelPos[Ｌ]、及び対地車輪移動距離（右）：θLandWheelPos[Ｒ]は、下記式で求めることができる。
θLandWheelPos[Ｌ]＝ＲθLandWheel[Ｌ]
θLandWheelPos[Ｒ]＝ＲθLandWheel[Ｒ]
また、車両中心移動距離：ＸbodyPosは、下記式で求めることができる。
Next, a method for calculating the vehicle center moving distance and the vehicle center speed will be described. The vehicle center moving speed and the vehicle center speed indicate the moving distance and speed (scalar amount) of the object when considered in the world coordinate system.
Vehicle radius: R
Ground wheel angle (left): θ LandWheel [L]
Ground wheel angle (right): θ LandWheel [R]
Then, the ground wheel travel distance (left): θ LandWheelPos [L] and the ground wheel travel distance (right): θ LandWheelPos [R] can be obtained by the following equations.
θ LandWheelPos [L] ＝ Rθ LandWheel [L]
θ LandWheelPos [R] ＝ Rθ LandWheel [R]
Further, the vehicle center moving distance: X bodyPos can be obtained by the following equation.
次に、第１ＥＣＵ２１０及び第２ＥＣＵ２２０について更に詳細に説明する。このＥＣＵは、旋回指令演算を行う旋回指令演算部を有する。図８は、旋回指令演算部を含むＥＣＵの構成を示すブロック図である。図８に示すように、ＥＣＵ３００は、旋回指令演算部３０１、並進指令演算部３０２、倒立演算部３０３及びモータアンプ通信送信部３０４を有する。
Next, the
旋回指令演算部３０１は、主に、ハンドルの傾き（リーン角）の多重系処理、リーン角のニュートラル判定、及び旋回スイッチに応じた車両の目標旋回角速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］の演算の３つの処理が実施される。並進指令演算部３０２では、走行モードに応じた３つの値、すなわち車両のＰｉｔｃｈ軸の角度目標値［ｒａｄ］、車両のＰｉｔｃｈ軸の角速度目標値［ｒａｄ／ｓ］、及び車両の目標車両ブレーキ量の演算処理を実施する。
The turn
旋回指令演算部３０１及び並進指令演算部３０２の演算結果は、車両の目標状態として、倒立演算部３０３へ入力される。倒立演算部３０３では、最終的な左右モータへの角速度目標値［ｒａｄ／ｓｅｃ］の演算が行われ、この演算結果がモータアンプ通信送信部３０４に入力され、モータアンプ通信送信部３０４を介してモータアンプへ出力される。
The calculation results of the turn
先ず、リーン角のニュートラル判定について説明する。車両の目標旋回角速度の演算は、リーン角→ゲイン調整→最終ゲイン調整→リミット処理→旋回速度指令
の順で演算される。車両の目標旋回角速度の演算は、以下の３つのゲイン（１）〜（３）を計算し、上記計算過程に示すように、ゲインを掛け合わせることで、ハンドルの傾き（リーン角）及び／又は旋回スイッチの状態から最終的な左右方向の車両の目標旋回速度を算出する。なお、旋回スイッチとは、ハンドルの傾き（リーン角度）とは別にハンドルグリップ部分に取り付けられた旋回操作用コントローラを指す。
（１）旋回抑制ゲイン（旋回調整ゲイン）：
ユーザ操作によって決まる車両状態（走行ゲイン状態）によって計算され、最終的な車両の目標旋回角速度指令の調整を行うゲイン
（２）リーン角速度ゲイン：
リーン角の効き具合を、車体並進速度によって調整するためのゲイン
（３）リーン角角度ゲイン：
リーン角の効き具合をリーン角の左右方向の切り具合によって調整するためのゲイン
First, the neutral determination of the lean angle will be described. The target turning angular velocity of the vehicle is calculated in the order of lean angle → gain adjustment → final gain adjustment → limit processing → turning speed command. The calculation of the target turning angular velocity of the vehicle is performed by calculating the following three gains (1) to (3), and multiplying the gains as shown in the above calculation process, so that the steering wheel tilt (lean angle) and / or The final target turning speed of the vehicle in the left-right direction is calculated from the state of the turning switch. The turning switch refers to a turning operation controller that is attached to the handle grip part separately from the inclination (lean angle) of the handle.
(1) Turn suppression gain (turn adjustment gain):
A gain calculated by the vehicle state (traveling gain state) determined by the user operation and adjusting the final target turning angular velocity command of the vehicle (2) lean angular velocity gain:
Gain for adjusting the effectiveness of the lean angle according to the vehicle body translation speed (3) Lean angle angle gain:
Gain to adjust the effectiveness of the lean angle by adjusting the lean angle in the horizontal direction
以下に旋回抑制ゲインの算出方法についてさらに具体的に説明する。この旋回抑制ゲインは、主に以下に説明するユーザの操作パターンに対応すべく設定されているゲイン調整機能である。なお、走行モードについては後述する。
（１−１）走行モードが走行（ＲＵＮ）のとき、降車ボタンを押さずに片足ずつ降車するユーザへ対応する要求
・車両並進速度がある一定閾値以下、つまり十分に減速している場合にのみ、この機能を有効にする。
・降車のときに車両が旋回すると危険なため旋回動作を徐々に無効にしたい場合に使用する（ＳＷＯＦＦ＿ＤＯＷＮ）
・再び車両に乗ろうとしたときに車両の旋回動作を徐々に有効にしたい（ＳＷＯＮ＿ＵＰ）
（１−２）乗車後には旋回動作を徐々に有効にしたい（ＲＵＮ＿ＵＰ）要求
ただし、乗車した直後の低速時にハンドルを切っている場合は乗車直後にバランスを崩している可能性があるため、ハンドル操作を無効にする（走行モードの状態遷移の条件で保障）
（１−３）走行モードがＲＵＮ以外のときは乗車操作を徐々に無効にしたい（ＮＲＵＮ＿ＤＯＷＮ）要求
Hereinafter, the calculation method of the turning suppression gain will be described more specifically. This turning suppression gain is a gain adjustment function that is set mainly to correspond to user operation patterns described below. The travel mode will be described later.
(1-1) When the travel mode is travel (RUN), a request corresponding to a user who gets off one foot without pressing the get-off button. Only when the vehicle translation speed is below a certain threshold, that is, when the vehicle is sufficiently decelerated. Enable this feature.
・ Use when you want to gradually turn off the turning operation because it is dangerous to turn the vehicle when getting off (SWOFF_DOWN)
・ I want to gradually enable the turning operation of the vehicle when trying to get into the vehicle again (SWON_UP)
(1-2) Request to gradually enable turning operation after boarding (RUN_UP) request However, if the steering wheel is turned off at low speed immediately after boarding, the balance may be lost immediately after boarding, so the steering wheel Disable operation (guaranteed by condition of state transition in driving mode)
(1-3) When the driving mode is other than RUN, request to gradually disable the riding operation (NRUN_DOWN) request
倒立制御状態における旋回禁止から旋回許可への状態切り替えは徐々に行われる。旋回禁止か、又は許可かは、例えば、
＜条件１＞前進走行速度がある速度Ｘｋｍ／ｈより大きい
＜条件２＞後退走行速度がある速度Ｙｋｍ／ｈより小さい
＜条件３＞ハンドル位置が中心位置付近
のいずれかの条件を満たすときは旋回禁止、そうでない場合は旋回許可であると判断するなどとすることができる。
The state switching from turning prohibition to turning permission in the inverted control state is gradually performed. Whether turning is prohibited or permitted, for example,
<
ここで、走行速度とは、車体の中心軸の速度をいい、左右の車輪速度の平均値が中心軸の速度となる。Ｘｋｍ／ｈとは、例えば２.５ｋｍ／ｈであり、Ｙｋｍ／ｈとは、例えば１．２５ｋｍ／ｈである。なお、前進と後退とで異なる速度閾値としているが、この速度閾値は、同一でも異なっていてもよく、また、これらの数値に限らない。また、ハンドル位置が中心付近とは、例えば約１ｄｅｇ以内とすることができる。 Here, the traveling speed refers to the speed of the central axis of the vehicle body, and the average value of the left and right wheel speeds is the speed of the central axis. Xkm / h is, for example, 2.5 km / h, and Ykm / h is, for example, 1.25 km / h. Although different speed threshold values are used for forward and backward movements, the speed threshold values may be the same or different, and are not limited to these numerical values. Further, the position of the handle near the center can be, for example, within about 1 deg.
図９は、旋回ゲインの大きさと時間の関係を示すグラフ図である。図９に示すように、旋回禁止から旋回許可に遷移した後、旋回ゲインを、０（旋回不可）から１（旋回指令値を抑制しない）の状態へは、時間の関数を使用することで、徐々に旋回動作を可能とする。この関数は、１次関数でも２次関数でもよく、また図９に示すものに限らない。時間とともに旋回ゲインが０から１又は１から０へ推移していけばよい。なお、上述の図２及び図４の例では、旋回ゲインは、走行速度と共に遷移するものであるとして説明した。旋回ゲインを、速度と時間との両方を基準に遷移させるようにしてもよいし、必要に応じて一方だけを採用してもよい。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the magnitude of the turning gain and time. As shown in FIG. 9, after changing from turning prohibition to turning permission, the turning gain is changed from 0 (turning is impossible) to 1 (turning command value is not suppressed) by using a function of time. The turning operation is possible gradually. This function may be a linear function or a quadratic function, and is not limited to that shown in FIG. It is only necessary for the turning gain to change from 0 to 1 or from 1 to 0 with time. In the example of FIGS. 2 and 4 described above, the turning gain is described as changing with the traveling speed. The turning gain may be changed based on both speed and time, or only one of them may be adopted as necessary.
図１０は、倒立二輪車の走行モードを示す模式図である。図１０に示すように、倒立二輪車の走行モードには、以下の４つのモードがある。
＜モード１＞倒立（ＳＴＡＮＤ）：旋回なし倒立制御
＜モード２＞走行（ＲＵＮ）：旋回あり倒立制御
＜モード３＞降車（ＧＥＴＯＦＦ）：旋回なし倒立制御
＜モード４＞待機（ＷＡＩＴ）：制御ＯＦＦ
FIG. 10 is a schematic diagram showing a traveling mode of the inverted motorcycle. As shown in FIG. 10, there are the following four modes in the traveling mode of the inverted motorcycle.
<
ここで、モード２（走行）以外のモード１（倒立）及びモード３（降車）は、搭乗者が倒立二輪車から乗り降りしている途中の状態を示す。モード４の待機の状態から、片足ＯＮで、姿勢（ピッチ角度）が中立付近になるとモード１の倒立モードに遷移する。ここで、倒立付近とは、図１１に示すように、ピッチ角度の中立点の±α以内であれば、中立付近とみなすことができる。なお、αは任意の数値とする。
Here, modes 1 (inverted) and mode 3 (get off) other than mode 2 (running) indicate a state in which the passenger is getting on and off the inverted motorcycle. From the standby state in mode 4, when the one foot is ON and the posture (pitch angle) is near neutral, the
次に、倒立モードでは、旋回なしの倒立制御が行われる。ここからハンドルが中心付近で両足ＯＮとなると、走行モードに移行する。この走行モードでは、旋回あり倒立制御が行われる。一方、倒立モードから両足ＯＦＦ又は降車指示が出た場合、または走行モードから両足ＯＦＦ又は降車指示がでた場合は、降車モードとなり、旋回なしの倒立制御が行われる。ここから両足ＯＦＦすると、待機モードで制御がＯＦＦされる。 Next, in the inverted mode, inverted control without turning is performed. From here, when the steering wheel becomes both feet ON near the center, it shifts to the running mode. In this travel mode, the turn-up inverted control is performed. On the other hand, when both feet are turned off or an instruction to get off is issued from the inverted mode, or when both feet are turned off or an instruction to get off is issued from the running mode, the vehicle enters the getting off mode, and the inverted control without turning is performed. When both feet are turned off from here, the control is turned off in the standby mode.
上述したように、本実施の形態においては、搭乗者の片足のみがステップ上にあると判定された場合、走行速度がある一定値以下では旋回抑制ゲインを０とし、旋回動作を禁止すると共に、ある走行速度以上（ｖ０）乃至走行速度（ｖ１）の間においては、旋回抑制ゲインの最小値ｇｍｉｎと最大値ｇＧｍａｘとを結ぶ１次関数（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）で表わされる旋回抑制ゲインｇ１（ｘ）により、旋回抑制ゲインを算出し、旋回速度を抑制する。このことにより、上記（１−１）乃至（１−３）にかかる要求を満たすことができる。 As described above, in the present embodiment, when it is determined that only one foot of the passenger is on the step, the turning suppression gain is set to 0 when the traveling speed is equal to or less than a certain value, and the turning operation is prohibited. Between a certain traveling speed (v0) to a traveling speed (v1), a turning suppression gain g1 (x) represented by a linear function (Y = aX + b) connecting the minimum value gmin and the maximum value gGmax of the turning suppression gain. Thus, the turning suppression gain is calculated to suppress the turning speed. As a result, the above requirements (1-1) to (1-3) can be satisfied.
図１２及び図１３は、本実施の形態にかかる倒立二輪車の一例を示す外観図及びブロック図である。図１２に示すように、本実施の形態にかかる倒立二輪車１は、ステップカバー３に搭乗した搭乗者が、倒立二輪車１の前後方向に荷重を作用させた際における、前後方向への倒立二輪車１の姿勢角（ピッチ角）をセンサを利用して検出し、この検出結果に基づいて、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように左右の車輪２を駆動するモータを制御する。すなわち、倒立二輪車１は、ステップカバー３に搭乗した搭乗者が前方に荷重を作用させて倒立二輪車１を前方に傾斜させると、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように前方に加速し、搭乗者が後方に荷重を作用させて倒立二輪車１を後方に傾斜させると、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように後方に加速するように、左右の車輪２を駆動するモータを制御する。倒立二輪車１は、制御の安定性を確保するために、モータを制御する制御系が２重化されている。
12 and 13 are an external view and a block diagram showing an example of an inverted motorcycle according to the present embodiment. As shown in FIG. 12, the inverted two-
これらのモータの制御は、倒立二輪車１に搭載された制御装置１０によって行われる。図１３に示すように、制御装置１０は、マイクロコントローラ１１、１２（以下、「マイコン」とも呼ぶ）、インバータ１３乃至１６、モータ１７、１８、回転角センサ１９乃至２２、レゾルバ−デジタル変換器（以下、「ＲＤＣ」とも呼ぶ）２３乃至２６、及びジャイロセンサ２７乃至３０を有する。なお、上述の旋回制御部１１０は制御装置１０内に含まれていてもよいし、制御装置１０とは別途設けられていてもよい。
Control of these motors is performed by the
制御装置１０は、倒立二輪車１の制御の安定性を確保するために、その制御系を、１系の制御系と２系の制御系とに二重化させた二重系システムとなっている。１系の制御系は、マイコン１１、インバータ１３、１４、回転角センサ１９、２０、ＲＤＣ２３、２４、及びジャイロセンサ２７、２８を含む。２系の制御系は、マイコン１２、インバータ１５、１６、回転角センサ２１、２２、ＲＤＣ２５、２６、及びジャイロセンサ２９、３０を含む。
The
マイコン１１、１２のそれぞれは、ジャイロセンサ２７、２８及びジャイロセンサ２９、３０のそれぞれから出力される角速度信号に基づいて、上述したように、倒立状態を維持するようにモータ１７、１８を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。マイコン１１、１２のそれぞれは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶部を有し、記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、本実施の形態におけるマイコン１１、１２のそれぞれとしての処理を実行する。すなわち、マイコン１１、１２のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態におけるマイコン１１、１２のそれぞれにおける処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。
Each of the
マイコン１１は、モータ１７を制御する指令値をインバータ１３に出力する。また、マイコン１１は、モータ１８を制御する指令値をインバータ１４に出力する。マイコン１２は、モータ１７を制御する指令値をインバータ１５に出力する。また、マイコン１２は、モータ１８を制御する指令値をインバータ１６に出力する。具体的には、マイコン１１、１２のそれぞれは、ジャイロセンサ２７、２９のそれぞれから出力される角速度信号が示す倒立二輪車１のピッチ軸周りの角速度（ピッチ角速度）を積分することで倒立二輪車１の前後方向の姿勢角（ピッチ角）を算出し、算出した姿勢角に基づいて倒立二輪車１の倒立状態を維持するようにモータ１７、１８を制御する指令値を生成する。
The
ここで、制御装置１０は、ジャイロセンサ２７、２９に代えて、倒立二輪車１の前後方向の姿勢角（ピッチ角）を検出し、検出した姿勢角を示す姿勢角信号をマイコン１１、１２のそれぞれ出力する姿勢角センサを有するようにしてもよい。姿勢角センサは、例えば、加速度センサ及びジャイロセンサによって、倒立二輪車１の姿勢角を検出するように構成される。そして、マイコン１１、１２のそれぞれは、姿勢角センサから出力された姿勢角信号が示す姿勢角に基づいて、倒立状態を維持するようにモータ１７、１８を制御する指令値を生成するようにしてもよい。
Here, the
また、マイコン１１、１２のそれぞれは、ＲＤＣ２３、２５のそれぞれから出力される、モータ１７の回転角を示す回転角信号に基づいて、モータ１７をフィードバック制御するように、インバータ１３、１５のそれぞれに対する指令値を生成する。また、マイコン１１、１２のそれぞれは、ＲＤＣ２４、２６のそれぞれから出力される、モータ１８の回転角を示す回転角信号に基づいて、モータ１８をフィードバック制御するように、インバータ１４、１６のそれぞれに対する指令値を生成する。
Each of the
ここで、マイコン１１は、ＲＤＣ２３及びＲＤＣ２５のうち、少なくもいずれか１つから出力される回転角信号に基づいて、モータ１７をフィードバック制御するようにすればよいが、原則、同じ制御系に含まれるＲＤＣ２３からの回転角信号のみを利用する。また、マイコン１１は、ＲＤＣ２４及びＲＤＣ２６のうち、少なくもいずれか１つから出力される回転角信号に基づいて、モータ１８をフィードバック制御するようにすればよいが、原則、同じ制御系に含まれるＲＤＣ２４からの回転角信号のみを利用する。同様に、マイコン１２は、ＲＤＣ２３及びＲＤＣ２５のうち、少なくもいずれか１つから出力される回転角信号に基づいて、モータ１７をフィードバック制御するようにすればよいが、原則、同じ制御系に含まれるＲＤＣ２５からの回転角信号のみを利用する。また、マイコン１２は、ＲＤＣ２４及びＲＤＣ２６のうち、少なくもいずれか１つから出力される回転角信号に基づいて、モータ１８をフィードバック制御するようにすればよいが、原則、同じ制御系に含まれるＲＤＣ２６からの回転角信号のみを利用する。
Here, the
インバータ１３は、マイコン１１から出力された指令値からＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、モータ１７を駆動する駆動電流を生成してモータ１７へ供給する。インバータ１４は、マイコン１１から出力された指令値からＰＷＭ制御により、モータ１８を駆動する駆動電流を生成してモータ１８へ供給する。インバータ１５は、マイコン１２から出力された指令値からＰＷＭ制御により、モータ１７を駆動する駆動電流を生成してモータ１７に供給する。インバータ１６は、マイコン１２から出力された指令値からＷＭ制御により、モータ１８を駆動する駆動電流を生成してモータ１８に供給する。
The
モータ１７、１８のそれぞれは、二重巻線のモータである。モータ１７は、インバータ１３から供給される駆動電流と、インバータ１５から供給される駆動電流とに基づいて駆動される。モータ１７を駆動することによって、倒立二輪車１の左側の車輪２が回転する。モータ１８は、インバータ１４から供給される駆動電流と、インバータ１６から供給される駆動電流とに基づいて駆動される。モータ１８を駆動することによって、倒立二輪車１の右側の車輪２が回転する。
Each of the
回転角センサ１９は、モータ１７の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してＲＤＣ２３に出力する。回転角センサ２０は、モータ１８の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してＲＤＣ２４に出力する。回転角センサ２１は、モータ１７の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してＲＤＣ２５に出力する。回転角センサ２２は、モータ１８の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してＲＤＣ２６に出力する。
The
ＲＤＣ２３は、回転角センサ１９から出力された回転角信号をデジタル形式にＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の回転角信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する。ＲＤＣ２４は、回転角センサ２０から出力された回転角信号をデジタル形式にＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の回転角信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する。ＲＤＣ２５は、回転角センサ２１から出力された回転角信号をデジタル形式にＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の回転角信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する。ＲＤＣ２６は、回転角センサ２２から出力された回転角信号をデジタル形式にＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の回転角信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する。
The RDC 23 A / D converts the rotation angle signal output from the
ジャイロセンサ２７、２９のそれぞれは、搭乗者がステップカバー３に対して、倒立二輪車１の前後方向に荷重を作用させた際における、倒立二輪車１の前後方向に対する角速度（ピッチ軸周りの角速度、ピッチ角速度）を検出し、検出したピッチ角速度を示す角速度信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する。
Each of the
ジャイロセンサ２９、３０のそれぞれは、倒立二輪車１のヨー軸周りの角速度（以下、「ヨー角速度」とも呼ぶ）を検出し、検出したヨー角速度を示す角速度信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する。
Each of the
ここで、マイコン１１、１２のそれぞれは、倒立二輪車１が倒立二輪車１の左右方向に傾斜する坂道を走行している場合には、上述の各角速度信号から得られたピッチ角速度とヨー角速度に対して回転行列計算を行うことで、倒立二輪車１の左右水平方向の軸周りの角速度を算出し、算出した角速度をピッチ角速度として利用することで、倒立二輪車１の倒立状態を維持するようにモータ１７、１８を制御する指令値を生成する。これによれば、倒立二輪車１が左右方向に傾斜する坂道を走行している場合であっても、倒立二輪車１の前後方向の姿勢角に基づいて、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように倒立二輪車１を制御することも可能である。
Here, when each of the
また、マイコン１１、１２のそれぞれは、ジャイロセンサ２８、３０のそれぞれから出力される角速度信号が示すヨー角速度に基づいて、他の任意の倒立二輪車１の制御を行うようにしてもよい。例えば、マイコン１１、１２のそれぞれは、倒立二輪車１の急激な旋回を防止するために、ジャイロセンサ２８、３０のそれぞれから出力される角速度信号が示すヨー角速度が所定のヨー角速度を超えていると判断した場合に、それ以上のヨー角速度で倒立二輪車１が旋回しないように、モータ１７、１８を制御する指令値を生成するようにしてもよい。
Further, each of the
ここで、上述したように、本実施の形態においては、旋回制御部１１０により、搭乗者の乗車状態及び走行速度から、最適な旋回抑制ゲインパターンを選択し、この旋回抑制ゲインパターンを利用して旋回速度を制御する。すなわち、降車時又は搭乗時のような片足オン状態のときは、旋回ゲインを小さくし、旋回抑制度合いを大きくして旋回しないようにする。また、高速度走行時に旋回しようとした場合には、旋回時に身体が傾き片足オン状態になるのに対し、高速走行時に両足オン状態の場合は、高速で旋回すると転倒の恐れがあるとして、片足オン状態の場合より、両脚オン状態の場合の方の旋回ゲインを小さくし、旋回抑制度合いを大きくして無理な旋回を抑制することができる。
Here, as described above, in the present embodiment, the turning
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。 For example, in the above-described embodiment, the hardware configuration has been described. However, the present invention is not limited to this, and arbitrary processing may be realized by causing a CPU (Central Processing Unit) to execute a computer program. Is possible. In this case, the computer program can be stored using various types of non-transitory computer readable media and supplied to the computer. Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (for example, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (for example, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R / W and semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)) are included. The program may also be supplied to the computer by various types of transitory computer readable media. Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. The temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
１ 倒立二輪車
２ 車輪
３ ステップカバー
１０ 制御装置
１１、１２ マイクロコントローラ
１３、１４、１５、１６ インバータ
１７、１８ モータ
１９、２０、２１、２２ 回転角センサ
２３、２４、２５、２６ レゾルバ‐デジタル変換器
２７、２８、２９、３０ ジャイロセンサ
１１０ 旋回制御部
１１１ 速度指令値出力部
１１２ 旋回抑制制御部
１１３ 速度制御部
１１４ 乗車検出ＳＷ
１１５ 旋回抑制ゲインパターン切替部
１１６ 旋回指令部
２００ 倒立二輪車
２１０ 第１ＥＣＵ＿０
２１１ ＡＭＰ０
２１２ ＡＭＰ１
２２０ 第２ＥＣＵ＿１
２２１ ＡＭＰ０
２２２ ＡＭＰ１
２３１ モータＬ
２３２ モータＲ
２４１ タイヤＬ
２４２ タイヤＲ
３００ ＥＣＵ
３０１ 旋回指令演算部
３０２ 並進指令演算部
３０３ 倒立演算部
３０４ モータアンプ通信送信部
DESCRIPTION OF
115 Turning suppression gain
211 AMP0
212 AMP1
220 2ECU_1
221 AMP0
222 AMP1
231 Motor L
232 Motor R
241 Tire L
242 Tire R
300 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (17)
走行速度を指示する速度指令値を出力する速度指令値出力手段と、
前記速度指令値出力手段が出力した速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合には、所定の抑制ゲインを算出する旋回抑制制御手段と、
前記旋回抑制制御手段が算出した抑制ゲインに応じた速度制御を行う速度制御手段とを有する倒立二輪車。 An inverted motorcycle that can run while maintaining an inverted state,
Speed command value output means for outputting a speed command value for instructing the traveling speed;
When the speed command value output by the speed command value output means is a predetermined value V1 or more, a turning suppression control means for calculating a predetermined suppression gain;
An inverted motorcycle having speed control means for performing speed control according to the suppression gain calculated by the turning suppression control means.
前記旋回抑制制御手段は、前記乗車状態判定手段が判定した搭乗者の乗車状態に応じた旋回抑制ゲインパターンに基づき前記抑制ゲインを算出する
請求項１記載の倒立二輪車。 It further has a boarding state determination means for detecting the boarding state of the passenger,
The inverted two-wheeled vehicle according to claim 1, wherein the turning suppression control unit calculates the suppression gain based on a turning suppression gain pattern corresponding to a passenger's riding state determined by the riding state determination unit.
前記旋回抑制制御手段は、前記乗車状態判定手段により前記搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合は、前記速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合に第１の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインＧｘを算出する
請求項２記載の倒立二輪車。 The riding state determination means determines whether only both feet or one foot of the passenger is on the step,
The turning suppression control means uses the first suppression gain calculation method when the speed command value is equal to or greater than a predetermined value V1 when the riding state determination means determines that both feet of the occupant are on the step. The inverted motorcycle according to claim 2, wherein a suppression gain Gx is calculated.
請求項２記載の倒立二輪車。 When the riding state determination unit determines that only one foot of the occupant is on the step, the turning suppression control unit performs a second suppression gain calculation method when the speed command value is equal to or less than a predetermined value v1. 3. The inverted motorcycle according to claim 2, wherein the suppression gain g <b> 1 x is calculated using the third suppression gain calculation method when the speed command value is a predetermined value v <b> 2 (> v <b> 1).
前記旋回抑制制御手段は、前記旋回抑制ゲインパターン切替手段が選択した旋回抑制ゲインパターンにおける前記速度指令値に対応した値を前記抑制ゲインとして算出する
請求項２乃至４のいずれか１項記載の倒立二輪車。 Based on the determination result of the riding state determination means, there are a plurality of turn suppression gain patterns composed of N (N is an integer greater than or equal to 0) linear function or triangular function connecting the maximum value Gmax and the minimum value Gmin of the turn suppression gain. A turning suppression gain pattern switching means for selecting a turning suppression gain pattern;
5. The inversion according to claim 2, wherein the turning suppression control unit calculates a value corresponding to the speed command value in the turning suppression gain pattern selected by the turning suppression gain pattern switching unit as the suppression gain. Motorcycle.
前記旋回抑制制御手段は、前記旋回指令が出力されると前記抑制ゲインを算出する
請求項１乃至５のいずれか１項記載の倒立二輪車。 A turn command output means for outputting a turn command in accordance with the weight movement of the passenger in the left-right direction;
The inverted motorcycle according to any one of claims 1 to 5, wherein the turning suppression control means calculates the suppression gain when the turning command is output.
前記速度制御手段は、前記速度指令値と前記抑制ゲインとに基づき前記速度制御を実行する
請求項１乃至６のいずれか１項記載の倒立二輪車。 The speed command value output means calculates and outputs a speed command value necessary to maintain the inverted state from the vehicle front-rear inclination.
The inverted motorcycle according to any one of claims 1 to 6, wherein the speed control means executes the speed control based on the speed command value and the suppression gain.
請求項３記載の倒立二輪車。 The turning suppression control means sets (speed command value Vx, turning inhibition gain Gx) = (V1, turning inhibition gain maximum value Gmax), (V2 (> V1), turning inhibition gain minimum value Gmin), and turns inhibition gain Gx. Is determined by a linear function G (x) connecting a maximum turning suppression gain value Gmax and a minimum turning suppression gain value Gmin when V1 ≦ Vx ≦ V2, and the turning suppression gain Gx = Gmin when Vx ≧ V2. The inverted motorcycle according to 3.
請求項４記載の倒立二輪車。 The turning suppression control means includes (speed command value vx, turning suppression gain gx) = (v0 (<v1), turning suppression gain minimum value gmin), (v1, turning suppression gain maximum value gmax), (v2, turning suppression). (Maximum gain value gmax), (v3 (> v2), minimum turning suppression gain value gmin), and the turning suppression gain gx, when v0 ≦ vx ≦ v1, the turning suppression gain minimum value gmin and the turning suppression gain maximum value gmax are It is determined by the linear function g1 (x) to be connected. When v1 ≦ vx ≦ v2, the turning suppression gain gx = turning suppression gain maximum value gmax is set, and when v2 ≦ vx ≦ v3, the turning suppression gain maximum value gmax and the turning suppression gain minimum are set. The inverted two-wheeled vehicle according to claim 4, which is determined by a linear function g2 (x) connecting the value gmin.
走行速度を指示する速度指令値を出力する速度指令値出力工程と、
前記速度指令値出力工程にて出力された速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合には、所定の抑制ゲインを算出する旋回抑制制御工程と、
前記旋回抑制制御工程にて算出された抑制ゲインに応じた速度制御を行う速度制御工程とを有する倒立二輪車の旋回動作制御方法。 A method for controlling the turning motion of an inverted two-wheeled vehicle capable of running while maintaining an inverted state,
A speed command value output step for outputting a speed command value for instructing a traveling speed;
When the speed command value output in the speed command value output step is a predetermined value V1 or more, a turning suppression control step for calculating a predetermined suppression gain;
A turning operation control method for an inverted motorcycle having a speed control step of performing speed control according to the suppression gain calculated in the turning suppression control step.
前記旋回抑制制御工程では、前記乗車状態判定工程にて判定された搭乗者の乗車状態に応じた旋回抑制ゲインパターンに基づき前記抑制ゲインが算出される
請求項１０記載の倒立二輪車の旋回動作制御方法。 A ride state determination step for detecting the ride state of the passenger;
The method for controlling a turning operation of an inverted motorcycle according to claim 10, wherein the turning suppression control step calculates the turning gain based on a turning restraining gain pattern corresponding to the riding state of the occupant determined in the riding state determination step. .
前記旋回抑制制御工程では、前記乗車状態判定工程にて前記搭乗者の両足がステップ上にあると判定された場合は、前記速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合に第１の抑制ゲイン算出法により抑制ゲインＧｘが算出される
請求項１１記載の倒立二輪車の旋回動作制御方法。 In the riding state determination step, it is determined whether only both feet or one foot of the passenger is on the step,
In the turning suppression control step, when it is determined in the riding state determination step that both feet of the occupant are on the step, a first suppression gain calculation method is performed when the speed command value is equal to or greater than a predetermined value V1. The suppression gain Gx is calculated by the turning motion control method for an inverted motorcycle according to claim 11.
請求項１１記載の倒立二輪車の旋回動作制御方法。 In the turning suppression control step, when it is determined in the riding state determination step that only one foot of the passenger is on the step, a second suppression gain calculation is performed when the speed command value is equal to or less than a predetermined value v1. The control gain g1x is calculated by the method, and the control gain g2x is calculated by the third control gain calculation method when the speed command value is a predetermined value v2 (> v1). Method.
前記旋回抑制制御工程では、前記旋回抑制ゲインパターン切替工程にて選択された旋回抑制ゲインパターンにおける前記速度指令値に対応した値を前記抑制ゲインとして算出する
請求項１１乃至１３のいずれか１項記載の倒立二輪車の旋回動作制御方法。 There are a plurality of turning suppression gain patterns composed of N (N is an integer of 0 or more) linear function or triangular function connecting the maximum value Gmax and the minimum value Gmin of the turning suppression gain, and the determination result in the riding state determination step A turning suppression gain pattern switching step of selecting the turning suppression gain pattern based on
The said turning suppression control process calculates the value corresponding to the said speed command value in the turning suppression gain pattern selected in the said turning suppression gain pattern switching process as said suppression gain. Method for controlling the turning motion of an inverted motorcycle.
請求項１２記載の倒立二輪車の旋回動作制御方法。 In the turning suppression control step, (speed command value Vx, turning suppression gain Gx) = (V1, turning suppression gain maximum value Gmax), (V2 (> V1), turning suppression gain minimum value Gmin), and the turning suppression gain Gx. The V1 ≦ Vx ≦ V2 is determined by a linear function connecting the maximum turning suppression gain Gmax and the minimum turning suppression gain Gmin, and the turning suppression gain Gx = Gmin when Vx ≧ V2. A method for controlling the turning motion of an inverted motorcycle.
請求項１３記載の倒立二輪車の旋回動作制御方法。 In the turning suppression control step, (speed command value vx, turning suppression gain gx) = (v0 (<v1), turning suppression gain minimum value gmin), (v1, turning suppression gain maximum value gmax), (v2, turning suppression) (Maximum gain value gmax), (v3 (> v2), minimum turning suppression gain value gmin), and the turning suppression gain gx, when v0 ≦ vx ≦ v1, the turning suppression gain minimum value gmin and the turning suppression gain maximum value gmax are It is determined by the linear function g1 (x) to be connected. When v1 ≦ vx ≦ v2, the turning suppression gain gx = turning suppression gain maximum value gmax is set, and when v2 ≦ vx ≦ v3, the turning suppression gain maximum value gmax and the turning suppression gain minimum are set. The method for controlling the turning motion of an inverted motorcycle according to claim 13, wherein the turning function is determined by a linear function g2 (x) connecting the value gmin.
走行速度を指示する速度指令値を出力する速度指令値出力処理と、
前記速度指令値出力処理にて出力された速度指令値が所定値Ｖ１以上の場合には、所定の抑制ゲインを算出する旋回抑制制御処理と、
前記旋回抑制制御処理にて算出された抑制ゲインに応じた速度制御を行う速度制御処理とを有するプログラム。 A program for causing a computer to execute turning speed suppression processing of an inverted motorcycle that can run while maintaining an inverted state,
A speed command value output process for outputting a speed command value for instructing a traveling speed;
When the speed command value output in the speed command value output process is equal to or greater than a predetermined value V1, a turning suppression control process for calculating a predetermined suppression gain;
A speed control process for performing speed control according to the suppression gain calculated in the turning suppression control process.
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