JP5182123B2 - vehicle - Google Patents
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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、乗員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, detects a change in the posture of the vehicle body due to the movement of the center of gravity of the occupant, and drives the vehicle body attached to a single spherical drive wheel. Techniques for vehicles that move while being controlled 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、倒立制御を行って、車両を移動させる。また、乗員が降車するときや車両の電源を遮断したときには、倒立制御を停止するのと同時にストッパを作動させ、該ストッパを接地させることによって車体の姿勢を維持するようになっている。 In this case, the vehicle is moved by performing the inversion control while detecting the balance of the vehicle body and the state of operation by the sensor. Further, when the occupant gets out of the vehicle or shuts off the power of the vehicle, the position of the vehicle body is maintained by operating the stopper simultaneously with stopping the inversion control and grounding the stopper.
しかしながら、前記従来の車両においては、車両の重心位置や重心高さが想定値と異なる場合、倒立制御を停止できない場合がある。例えば、乗員の体重、体型、搭乗姿勢等の違いや変化、また、荷物等の積載重量物の重量、形状、置き場所、置き方等の違いや変化により、車両の重心位置や重心高さが設計時に想定された位置からずれる。この結果、倒立制御を停止してストッパを接地させた時の接地荷重中心点の位置が変化し、車体姿勢の安定性が低下する可能性がある。したがって、緊急停止や降車に伴う倒立制御停止時の安全性を考慮すると、乗員や荷物等の条件を厳しく制約する必要がある。また、その条件を満足しているのかを乗員が判断する必要があるが、正確な判断は困難である。そのため、モビリティとして、使い勝手が悪い。 However, in the conventional vehicle, when the position of the center of gravity and the height of the center of gravity of the vehicle are different from the assumed values, the inversion control may not be stopped. For example, the position of the center of gravity and the height of the center of gravity of the vehicle may vary depending on differences or changes in the weight, body shape, boarding posture, etc. of the occupant, and differences or changes in the weight, shape, placement, placement, etc. Deviation from the position assumed at the time of design. As a result, the position of the center point of the ground load when the inversion control is stopped and the stopper is grounded may change, and the stability of the vehicle body posture may be lowered. Therefore, in consideration of safety at the time of emergency stop or inversion control stop accompanying getting off, it is necessary to severely restrict conditions such as passengers and luggage. In addition, it is necessary for the occupant to determine whether the condition is satisfied, but accurate determination is difficult. Therefore, it is not easy to use as mobility.
また、乗員や荷物等を含む車両総重量の一部である能動重量部が相対的に移動することによって倒立姿勢制御を行う車両においては、加減速中に倒立制御を停止できない場合がある。例えば、加減速に伴う慣性力のモーメントが重力のモーメントと釣り合うように能動重量部を前後に移動させた状態で車両が緊急停止する場合、想定していた慣性力が消滅して、車体のバランスが大きく偏った状態で停車するときがある。この場合においても、倒立制御停止後の車体姿勢の安定性が低下する可能性があるため、緊急停止や降車に伴う倒立制御停止時の安定性を考慮すると、能動重量部の移動範囲すなわち車両の加減速性能を大きく制限する必要がある。そのため、モビリティとして、使い勝手が悪い。 In addition, in a vehicle that performs an inverted posture control by relatively moving an active weight part that is a part of the total vehicle weight including passengers and luggage, the inverted control may not be stopped during acceleration / deceleration. For example, if the vehicle stops urgently with the active weight section moved back and forth so that the moment of inertia force accompanying acceleration / deceleration is balanced with the moment of gravity, the assumed inertia force disappears and the balance of the vehicle body There are times when the car stops with a large bias. Even in this case, the stability of the vehicle body posture after the inversion control stop may be lowered. Therefore, considering the stability at the time of the inversion control stop accompanying an emergency stop or getting off, the movement range of the active weight portion, that is, the vehicle Acceleration / deceleration performance must be greatly limited. Therefore, it is not easy to use as mobility.
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、倒立制御の実行時に、乗員や荷物等の重量、重心位置及び重心高さ、能動重量部の相対位置に応じた車両の重心位置及び重心高さを取得し、該車両の重心位置及び重心高さに基づいて姿勢制限手段の形状を制御し、倒立制御を停止する前にあらかじめ姿勢制限手段を適切な状態で待機させることによって、乗員や荷物等の状態に依らず、いつ倒立制御を停止しても車体を安定した状態に維持することを可能とし、異常時における緊急停止や乗員による降車要求に即時に対応することができ、使い勝手がよく、かつ、安全に使用することができる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 at the time of performing the inversion control, the position of the center of gravity of the vehicle according to the weight of the occupant, the luggage, the center of gravity position and the height of the center of gravity, and the relative position of the active weight portion. By obtaining the height of the center of gravity, controlling the shape of the posture restriction means based on the position and height of the center of gravity of the vehicle, and waiting for the posture restriction means in an appropriate state in advance before stopping the inversion control, Regardless of the state of the vehicle or baggage, it is possible to maintain the vehicle body in a stable state regardless of when the inversion control is stopped. An object of the present invention is to provide a vehicle that can be used safely and safely.
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、前記車体の姿勢角度を制限する姿勢制限手段と、前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、該車両制御装置は、車両の重心位置及び/又は重心高さである車両重心を取得する車両重心取得手段と、該車両重心取得手段によって取得された車両重心に応じて、前記姿勢制限手段の位置及び/又は形状を制御する姿勢制限制御手段と、前記車体に対して移動可能に取り付けられた能動重量部と、前記車体に対する前記能動重量部の相対位置を取得する能動重量部位置取得手段とを備え、前記車両重心取得手段は、前記能動重量部位置取得手段によって取得された相対位置に応じて前記車両重心を決定し、前記姿勢制限手段は、路面に接地した状態で前記車体の姿勢を制限し、前記姿勢制限制御手段は、前記姿勢制限手段が路面に接地した状態における前記車両重心を通る鉛直線が路面と交わる位置である第1の位置と、前記駆動輪が路面に接地する位置である第2の位置と、前記姿勢制限手段が路面に接地する位置である第3の位置について、前記第1の位置が前記第2の位置と前記第3の位置との間にあるように前記姿勢制限手段を制御する車両であって、前記第2の位置と前記第3の位置から等しい距離にある第4の位置について、該第4の位置に対する前記第1の位置の相対位置を表す接地荷重偏心度を算出する接地荷重偏心度算出手段を更に備え、前記姿勢制限制御手段は、算出された接地荷重偏心度が所定範囲内になるように前記姿勢制限手段を制御する。 For this purpose, in the vehicle of the present invention, the drive wheel rotatably attached to the vehicle body, the posture limiting means for limiting the posture angle of the vehicle body, and the drive torque applied to the drive wheel to control the vehicle wheel. A vehicle control device for controlling the attitude, the vehicle control device acquired by the vehicle center of gravity acquisition means for acquiring the vehicle center of gravity which is the center of gravity position and / or height of the center of gravity of the vehicle, and the vehicle center of gravity acquisition means A posture restriction control means for controlling the position and / or shape of the posture restriction means according to the center of gravity of the vehicle, an active weight portion movably attached to the vehicle body, and a relative position of the active weight portion to the vehicle body. Active weight part position acquisition means for acquiring a position, wherein the vehicle gravity center acquisition means determines the vehicle gravity center according to the relative position acquired by the active weight part position acquisition means, The force restricting means restricts the posture of the vehicle body in a state of being in contact with the road surface, and the posture restriction control means is a position where a vertical line passing through the center of gravity of the vehicle in a state where the posture restricting means is in contact with the road surface intersects the road surface. The first position is the first position, the second position is the position where the driving wheel is in contact with the road surface, and the third position is the position where the posture limiting means is in contact with the road surface. A vehicle that controls the posture limiting means so that it is between the second position and the third position, and the fourth position is the same distance from the second position and the third position. The apparatus further comprises a ground load eccentricity calculating means for calculating a ground load eccentricity indicating a relative position of the first position with respect to the fourth position, and the posture restriction control means has a calculated ground load eccentricity within a predetermined range. The posture system to be inside That controls the means.
本発明の他の車両においては、さらに、前記姿勢制限制御手段は、前記車体の姿勢の制御が行われている時に前記姿勢制限手段を制御する。 In another vehicle of the present invention, the posture restriction control means controls the posture restriction means when the posture of the vehicle body is being controlled.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車体の姿勢の制御の続行が可能か不可能かを判定する制御可能判定手段と、前記車体の姿勢の制御を続行するか停止するかを指令する信号を取得する制御指令取得手段と、を更に備え、前記車両制御装置は、前記制御可能判定手段が不可能と判定した時、又は、前記制御指令取得手段が停止を指令する信号を取得した時に、前記姿勢制限手段を固定する。 In yet another vehicle of the present invention, a controllability determining means for determining whether or not the vehicle body posture control can be continued, and a command to continue or stop the vehicle body posture control. A control command acquisition means for acquiring a signal to perform, wherein the vehicle control device has acquired a signal for instructing a stop when the controllability determination means determines that it is impossible or when the control command acquisition means Sometimes the posture limiting means is fixed.
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記姿勢制限手段は、前記駆動輪の回転軸に平行で前記駆動輪に接する所定の平面である基準面について、前記車体の姿勢角度を固定したとき、常に前記基準面に分断されること無く、前記基準面に接した状態を維持したまま位置及び/又は形状を変化させる機構を備える。 In still another vehicle of the present invention, the posture limiting means further fixes a posture angle of the vehicle body with respect to a reference plane that is a predetermined plane parallel to the rotation axis of the drive wheel and in contact with the drive wheel. And a mechanism for changing the position and / or shape while maintaining a state in contact with the reference surface without being divided into the reference surface.
請求項1の構成によれば、車両の重心位置及び重心高さの変化に応じて姿勢制限手段を制御するため、重心位置及び重心高さが大きく変化した状態で倒立制御を停止しても、確実に車体を安定した状態に維持することができる。また、能動重量部の相対位置を考慮することで、車両の重心位置及び重心高さを正しく推定し、車両の加減速や登降坂等を目的として能動重量部を大きく相対移動させた状態で倒立制御を停止しても、確実に車体を安定した状態に維持することができる。換言すれば、高い加減速性能や登降坂性能を安全に実現できる。さらに、車体の力学的状態を厳密に考慮して安定性を予測した結果に基づいて姿勢制限手段を制御するため、より確実に車体を安定化させることができる。また、車体が傾斜して姿勢制限手段が接地した後に、車体が更に同じ方向に傾斜し続けることを防ぐのと共に、乗員の移動等に伴って車体が逆方向に傾斜することも防ぐことができる。さらに、車体の力学的状態を厳密に、かつ、定量的に考慮して安定性を予測した結果に基づいて姿勢制限手段を制御するため、更に確実に車体を安定化させることができる。また、接地荷重偏心度の目標値を所定範囲内とすることで、安定な範囲内で細かく姿勢制限手段を制御するような不要な動作、及び、それに伴うエネルギの浪費や振動、騒音等を防ぐことができる。
According to the configuration of
請求項2の構成によれば、姿勢制限手段を使用する前に、あらかじめ姿勢制限手段を適切な状態に設定することができる。 According to the configuration of the second aspect , the posture limiting unit can be set in an appropriate state in advance before the posture limiting unit is used.
請求項3の構成によれば、異常時における緊急停止や乗員による駐車要求等に即時且つ確実に対応することができる。また、姿勢制限手段を必要とする状態を容易に判断できるのと共に、倒立制御停止後における姿勢制限手段の誤動作を確実に防止できる。 According to the structure of Claim 3 , it can respond to the emergency stop at the time of abnormality, the parking request by a passenger | crew, etc. immediately and reliably. In addition, it is possible to easily determine the state that requires the posture restriction means, and it is possible to reliably prevent the posture restriction means from malfunctioning after stopping the inverted control.
請求項4の構成によれば、姿勢制限手段の制御に依らず、車体傾斜角の最大値を一定に保つような機構を用いることで、車体傾斜による加減速や登降坂等の運動性能と重心移動に対する安全性を両立させることができる。すなわち、安全で便利な倒立型車両を実現できる。 According to the configuration of the fourth aspect , by using a mechanism that keeps the maximum value of the vehicle body inclination angle constant regardless of the control of the posture restricting means, the motion performance and the center of gravity such as acceleration / deceleration due to vehicle body inclination and uphill / downhill It is possible to achieve both safety for movement. That is, a safe and convenient inverted vehicle can be realized.
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概略図であり乗員が搭乗した状態を示す図、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。なお、図1において、(a)は事前適応制御未実行の場合における倒立制御実行時の状態、(b)は事前適応制御未実行の場合における倒立制御停止後の状態、(c)は事前適応制御実行の場合における倒立制御停止後の状態、(d)は事前適応制御実行の場合における倒立制御実行時の状態である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle in an embodiment of the present invention, showing a state in which an occupant has boarded, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle control system in an embodiment of the present invention. . In FIG. 1, (a) is the state when the inverted control is executed when the prior adaptive control is not executed, (b) is the state after the inverted control is stopped when the prior adaptive control is not executed, and (c) is the prior adaptive. The state after the stop of the inverted control in the case of the control execution, (d) is the state at the time of executing the inverted control in the case of the prior adaptive control execution.
図1において、10は、本実施の形態における車両であり、車体の本体部11、駆動輪12、支持部13、及び、乗員15が搭乗するとともに、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 FIG. 1,
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
また、車体の一部である本体部11は、支持部13によって下方から支持され、駆動輪12の上方に位置する。そして、本体部11には、能動重量部として機能する搭乗部14が、車両10の前後方向に本体部11に対して相対的に並進可能となるように、換言すると、車体回転円の接線方向に相対的に移動可能となるように、取り付けられている。
The
ここで、能動重量部は、ある程度の質量を備え、本体部11に対して並進する、すなわち、前後に移動させることによって、車両10の重心位置を能動的に補正するものである。そして、能動重量部は、必ずしも搭乗部14である必要はなく、例えば、バッテリ等の重量のある周辺機器を並進可能に本体部11に対して取り付けた装置であってもよいし、ウェイト、錘(おもり)、バランサ等の専用の重量部材を並進可能に本体部11に対して取り付けた装置であってもよい。また、搭乗部14、重量のある周辺機器、専用の重量部材等を併用するものであってもよい。
Here, the active weight portion has a certain amount of mass and translates with respect to the
本実施の形態においては、説明の都合上、乗員15が搭乗するとともに荷物等としての搭載物18が搭載された状態の搭乗部14が能動重量部として機能する例について説明するが、搭乗部14には必ずしも乗員15が搭乗している必要はなく、例えば、車両10がリモートコントロールによって操縦される場合には、搭乗部14に乗員15が搭乗していなくてもよい。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 the
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、図示されない移動機構を介して本体部11に取り付けられている。
The
また、前記移動機構は、リニアガイド装置等の低抵抗の直線移動機構、及び、能動重量部アクチュエータとしての能動重量部モータ62を備え、該能動重量部モータ62によって搭乗部14を駆動し、本体部11に対して進行方向に前後させるようになっている。なお、能動重量部アクチュエータとしては、例えば、油圧モータ、リニアモータ等を使用することもできるが、ここでは、回転式の電気モータである能動重量部モータ62を使用するものとして説明する。
The moving mechanism includes a low-resistance linear moving mechanism such as a linear guide device and an active weight motor 62 as an active weight actuator, and the active weight motor 62 drives the
リニアガイド装置は、例えば、本体部11に取り付けられている案内レールと、搭乗部14に取り付けられ、案内レールに沿ってスライドするキャリッジと、案内レールとキャリッジとの間に介在するボール、コロ等の転動体とを備える。そして、案内レールには、その左右側面部に2本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。また、キャリッジの断面はコ字状に形成され、その対向する2つの側面部内側には、2本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。転動体は、軌道溝の間に組み込まれており、案内レールとキャリッジとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。なお、キャリッジには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝及び戻し通路を循環するようになっている。
The linear guide device includes, for example, a guide rail attached to the
また、リニアガイド装置は、該リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ又はクラッチを備える。車両10が停車しているときのように搭乗部14の動作が不要であるときには、ブレーキによって案内レールにキャリッジを固定することで、本体部11と搭乗部14との相対的位置関係を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、本体部11側の基準位置と搭乗部14側の基準位置との距離が所定値となるように制御される。
The linear guide device includes a brake or a clutch that fastens the movement of the linear guide device. When the operation of the
前記搭乗部14の脇(わき)には、目標走行状態取得装置としてのジョイスティック31を備える入力装置30が配設されている。乗員15は、操縦装置であるジョイスティック31を操作することによって、車両10を操縦する、すなわち、車両10の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の走行指令を入力するようになっている。なお、乗員15が操作して走行指令を入力することができる装置であれば、ジョイスティック31に代えて他の装置、例えば、ペダル、ハンドル、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を目標走行状態取得装置として使用することもできる。
An
また、前記入力装置30は、制御指令取得装置としての制御切替スイッチ32を備える。そして、乗員15が走行開始や降車を希望する場合には、制御切替スイッチ32を操作することによって、倒立制御の実行や停止の指令を入力するようになっている。
The
ここで、乗員15が操作して倒立制御の実行や停止を入力することができる装置であれば、制御切替スイッチ32に代えて他の装置、例えば、押しボタンやタッチパネル、操作レバー、音声認識システム等の装置を制御指令取得装置として使用することもできる。また、これらは実行又は停止の一方のみを指令する装置であってもよい。
Here, as long as it is a device that can be operated by the
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及び制御切替スイッチ32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及び制御切替スイッチ32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。
When the
図1に示されるように、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が伸縮可能に取り付けられ、ストッパモータ72によって前後独立に伸縮させられる。図に示される例において、前記ストッパ16は、V字形の側面形状を備え、支持部13の下端に固定され、下方に向けて延出する中心部16c、該中心部16cの下端から前方斜め上方向に延出する前方部16f、該前方部16fの前端に形成された接地部としての前方接地部16a、前記中心部16cの下端から後方斜め上方向に延出する後方部16r、及び、該後方部16rの後端に形成された接地部としての後方接地部16bを有する。そして、前記前方部16f及び後方部16rは、互いに独立に伸縮可能に構成され、伸縮軸として機能する。
As shown in FIG. 1, a
図1(a)に示されるような前方部16fと後方部16rの長さが等しい状態において、ストッパ16の各部の位置、角度及び形状について、前方部16fと後方部16rは面対称の関係にあり、その平面上に駆動輪12の回転軸があるように取り付けられる、すなわち、前方部16fと後方部16rとは同一の寸法及び形状を備える。
In the state where the lengths of the
ストッパ16の具体的な寸法等は、車体傾斜角の制限値に基づいて決定される。まず、水平面を駆動輪12の回転軸まわりに車体傾斜角制限値に等しい角度だけ回転させた平面であり、かつ、駆動輪12に接する平面を基準面とする。なお、基準面は全部で4面考えられるが、駆動輪12の前方下部で接する面を前方部16fに対応する基準面とし、駆動輪12の後方下部で接する面を後方部に対応する基準面とする。そして、車体が直立状態にあるとき、すなわち、車体傾斜角が零であるとき、前方部16f及び後方部16rの伸縮方向が各々対応する基準面に平行であるように設計する。つまり、前方接地部16a及び後方接地部16bが水平面から車体傾斜角制限値だけ上方に傾いた方向に移動可能な構造とする。また、車体が直立状態にあるとき、前方部16f及び後方部16rの伸縮状態に関わらず、前方接地部16a及び後方接地部16bが前記基準面に接するように設計する。
Specific dimensions and the like of the
そして、倒立制御を停止した時には、前方接地部16a又は後方接地部16b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。
When the inversion control is stopped, the
このように、本実施の形態においては、車体直立時におけるストッパ16の伸縮軸、すなわち、前方部16f及び後方部16rの傾きであるストッパ伸縮軸偏角ΨSTが、所定の車体傾斜角の最大値θ1,MFと等しくなるような伸縮型ストッパ構造が採用されている。そして、ストッパ16の伸縮軸に平行で、かつ、駆動輪12に接する平面上にストッパ接地点が位置する。これにより、ストッパ長さによって、車体傾斜角制限値、すなわち、車両10の加減速や登降坂等の限界性能が変化しない。したがって、車両10の運動性能を低下させることなく、車両10の安全性を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the telescopic axis of the
なお、本実施の形態においては、ストッパの伸縮に対して車体傾斜角制限値が一定であるような構造を用いているが、ストッパが伸びると同方向の車体傾斜角制限値が大きくなるような構造を用いてもよい。この場合、安定性を確保するために必要なストッパ伸長量が増加する代わりに、運動限界性能を更に高めることができる。一方、ストッパが伸びると同方向の車体傾斜角制限値が小さくなるような構造を用いてもよい。この場合、運動限界性能が低下する代わりに、より短いストッパ伸長量で安定性を確保することが可能であり、すなわち、重心移動に対する安定性がより高い倒立型車両を提供できる。 In this embodiment, a structure in which the vehicle body tilt angle limit value is constant with respect to the expansion and contraction of the stopper is used. However, when the stopper extends, the vehicle body tilt angle limit value in the same direction increases. A structure may be used. In this case, instead of increasing the amount of stopper extension necessary to ensure stability, the motion limit performance can be further enhanced. On the other hand, a structure in which the vehicle body inclination angle limit value in the same direction decreases as the stopper extends may be used. In this case, instead of lowering the motion limit performance, it is possible to ensure stability with a shorter stopper extension amount, that is, it is possible to provide an inverted vehicle with higher stability against the movement of the center of gravity.
次に、前記ストッパモータ72は、すべりねじ伝動装置を介して、前方部16f及び後方部16rを伸縮させる。つまり、互いに螺(ら)合するスクリュ及びナットのいずれか一方をストッパモータ72によって回転させることによって他方を軸方向に移動させることにより、ストッパモータ72の回転往復運動を直線往復運動に変換し、この直線往復運動によって、ロッド状の前方部16fにおける前後端の間隔、及び、ロッド状の後方部16rにおける前後端の間隔を変化させる。したがって、ストッパブレーキを別段具備していなくても、電源が遮断されてストッパモータ72の回転が停止すると、スクリュ及びナット間の摩擦によって、直線往復運動にブレーキがかかり、前方部16f及び後方部16rが伸縮不能となる。
Next, the
また、車両10は、車両制御装置としての制御ECU(Electronic Control Unit)20を有し、該制御ECU20は、主制御ECU21、駆動輪制御ECU22、能動重量部制御ECU23及びストッパ制御ECU24を備える。前記制御ECU20並びに主制御ECU21、駆動輪制御ECU22、能動重量部制御ECU23及びストッパ制御ECU24は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両10の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部11に配設されるが、支持部13や搭乗部14に配設されていてもよい。また、前記主制御ECU21、駆動輪制御ECU22、能動重量部制御ECU23及びストッパ制御ECU24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。
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
また、主制御ECU21は、能動重量部制御ECU23、能動重量部センサ61及び能動重量部モータ62とともに、能動重量部である搭乗部14の動作を制御する能動重量部制御システム60の一部として機能する。前記能動重量部センサ61は、エンコーダ等から成り、能動重量部移動状態計測装置及び能動重量部位置取得手段として機能し、搭乗部14の移動状態を示す能動重量部位置及び/又は移動速度を検出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制御ECU21は、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信し、該能動重量部制御ECU23は、受信した能動重量部推力指令値に相当する入力電圧を能動重量部モータ62に供給する。そして、該能動重量部モータ62は、入力電圧に従って搭乗部14を並進移動させる推力を搭乗部14に付与し、これにより、能動重量部アクチュエータとして機能する。
The
さらに、主制御ECU21は、駆動輪制御ECU22、能動重量部制御ECU23、車体傾斜センサ41、駆動モータ52及び能動重量部モータ62とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム40の一部として機能する。前記車体傾斜センサ41は、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り、車体傾斜状態計測装置として機能し、車体の傾斜状態を示す車体傾斜角及び/又は傾斜角速度を検出し、主制御ECU21に送信する。そして、該主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信する。
Further, the
さらに、主制御ECU21は、ストッパ制御ECU24、ストッパセンサ71及びストッパモータ72とともに、ストッパ16の動作を制御するストッパ制御システム70の一部として機能する。前記ストッパセンサ71は、レゾルバ、エンコーダ等から成り、姿勢制限手段計測装置として機能し、ストッパ16の形状を示すストッパ長さ、すなわち、前方部16f及び後方部16rの長さを検出し、主制御ECU21に送信する。また、該主制御ECU21は、ストッパトルク指令値をストッパ制御ECU24に送信し、該ストッパ制御ECU24は、受信したストッパトルク指令値に相当する入力電圧をストッパモータ72に供給する。そして、該ストッパモータ72は、入力電圧に従ってストッパ16に駆動トルクを付与し、これにより、姿勢制限手段アクチュエータとして機能する。
Further, the
また、車両10は、荷重センサ81を有する。該荷重センサ81は、搭乗部14の取り付け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、重心位置及び重心高さを検出し、主制御ECU21に送信する。
The
なお、主制御ECU21には、入力装置30のジョイスティック31から走行指令が入力される。そして、前記主制御ECU21は、駆動トルク指令値を駆動輪制御ECU22に送信し、能動重量部推力指令値を能動重量部制御ECU23に送信する。
The
また、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ41として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と車体傾斜角速度とを決定してもよい。 Each sensor may acquire a plurality of state quantities. For example, an acceleration sensor and a gyro sensor may be used together as the vehicle body tilt sensor 41, and the vehicle body tilt angle and the vehicle body tilt angular velocity may be determined from the measured values of both.
本実施の形態において、制御ECU20は、図1(a)に示されるように、倒立制御を実行している間に、図1(b)に示されるような倒立制御を停止した時の状態を予測し、予測した状態が図1(c)に示されるような倒立制御停止時の目標状態に一致するように、ストッパ16の回転状態を図1(d)に示されるように補正する事前適応制御を実行する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the control ECU 20 indicates the state when the inversion control as shown in FIG. 1B is stopped while the inversion control is being executed. Pre-adaptation for correcting and correcting the rotation state of the
なお、図1において、17は乗員15及び搭載物18も含む車両10の重心を示し、白抜きの三角は、駆動輪12の接地点としての駆動輪接地点を示し、白抜きの丸は、重心17からの垂線が路面と交わる点としての接地荷重中心点を示し、白抜きの星は、前方接地部16a又は後方接地部16bが路面に接地する点としてのストッパ接地点を示している。
In FIG. 1, 17 represents the center of gravity of the
つまり、制御ECU20は、ストッパ事前適応制御を実行し、接地荷重中心点とストッパ接地点とを予測し、補正する。具体的には、倒立制御実行時、すなわち、ストッパ16が浮上している時において、常に、倒立制御停止時、すなわち、ストッパ16の接地時の車体姿勢を予測し、それが安定状態であるようにストッパ16の状態をあらかじめ制御して倒立制御停止に備える。
That is, the control ECU 20 executes the stopper preliminary adaptive control, predicts and corrects the ground load center point and the stopper ground point. Specifically, when the inversion control is executed, that is, when the
また、搭載荷重や搭乗部14の状態による車両10の重心位置及び重心高さの変化を考慮して、接地荷重中心点を予測する。具体的には、乗員15及び搭載物18の重量や重心位置及び重心高さである搭載荷重パラメータと搭乗部14の位置を取得し、これらの値に基づいて車両の重心位置及び重心高さ、そして、倒立制御停止時の接地荷重中心点を予測し、ストッパ16を適切な状態に制御する。
Further, the ground load center point is predicted in consideration of changes in the center of gravity position and the height of the center of gravity of the
以下の説明において、表記の簡略化のため、駆動輪12の回転軸に垂直な平面に投影した駆動輪接地点を、省略して、単に、駆動輪接地点と表記する。また、ストッパ接地点や接地荷重中心点も同様に表記する。また、同様の理由から、倒立制御の実行時に予測したストッパ接地点及び接地荷重中心点を、それぞれストッパ接地予測点及び接地荷重中心予測点と表記する。
In the following description, for simplification of description, the driving wheel grounding point projected on a plane perpendicular to the rotation axis of the
車体姿勢の安定性については、予測される倒立制御停止時における駆動輪接地点とストッパ接地点と接地荷重中心点との位置関係によって判断する。まず、駆動輪接地点とストッパ接地点との中点に接地荷重中心点がある状態を最安定状態とする。そして、前記中点から接地荷重中心点までの水平方向の距離に相当する接地荷重偏心度の予測値を小さくするように、ストッパ接地予測点と接地荷重中心予測点とを制御する。具体的には、ストッパ16の状態を変化させることによって、ストッパ接地予測点と接地荷重中心予測点とを制御する。
The stability of the vehicle body posture is determined by the positional relationship among the driving wheel grounding point, the stopper grounding point, and the grounding load center point when the inverted inversion control is stopped. First, a state where the ground load center point is at the midpoint between the driving wheel grounding point and the stopper grounding point is defined as the most stable state. Then, the stopper grounding prediction point and the grounding load center prediction point are controlled so as to reduce the predicted value of the grounding load eccentricity corresponding to the horizontal distance from the midpoint to the grounding load center point. Specifically, the stopper grounding prediction point and the grounding load center prediction point are controlled by changing the state of the
前述のように、ストッパ16は、車両10の前後の前方部16fと後方部16rとが結合され、前方部16f及び後方部16rが伸縮可能となっている。そこで、前方部16f及び後方部16rの長さをストッパモータ72で変化させることによって、ストッパ接地予測点と接地荷重中心予測点とを制御することができる。
As described above, the
また、倒立制御停止時には電源が遮断されるため、ストッパ16の前方部16f及び後方部16rの伸縮運動に制動力が作用し、倒立制御停止直前の伸縮状態で固定される。倒立制御を停止するのは、例えば、システム異常に対する緊急停止時や、乗員15が降車又は駐車を希望する時である。
Further, since the power supply is cut off when the inversion control is stopped, the braking force acts on the expansion and contraction movements of the
なお、制御ECU20は、機能の観点から、搭乗部14に搭載された荷重の状態を示す搭載荷重パラメータを取得する搭載荷重パラメータ取得手段、搭乗部14の位置と搭載荷重パラメータとから車両重心位置及び重心高さを取得する車両重心取得手段、及び、車両重心位置及び重心高さに応じて、ストッパ16の形状の制御を開始する姿勢制限制御手段を備える。
From the viewpoint of function, the control ECU 20 includes a mounted load parameter acquisition means for acquiring a mounted load parameter indicating the state of the load mounted on the
このように、倒立制御実行時、すなわち、車体の姿勢制御が行われている時であってストッパ16を使用する前に、あらかじめストッパ16を適切な状態に設定しておくので、異常時における緊急停止、乗員15による駐車要求等にも即時に対応することができる。また、車両10の力学的状態を厳密に考慮して安定性を予測した結果に基づいてストッパ16を制御するため、倒立制御停止時にあっても、車体を確実に安定化させることができる。さらに、乗員15や搭載物の状態を正確に考慮して車両10の力学的状態を予測するため、乗員15や搭載物の状態を制限されることなく車両10を利用できる。さらに、搭乗部14の相対移動の影響を正確に考慮して車両10の力学的状態を予測するため、緊急停止時の安定性低下を憂慮することなく車両10の有する走行性能を最大限発揮できる。さらに、必要に応じてストッパ16の状態を制御するため、ストッパ16による安定領域の過度なマージンが不要であり、ストッパ16、すなわち、車両10を小型化及び軽量化することができる。
In this way, when the inversion control is executed, that is, when the posture control of the vehicle body is being performed and the
以上のように、搭載荷重の状態への適応、高い走行性能、並びに、車両10の小型化によって、安全で使い勝手のよい倒立型の車両10を提供できる。
As described above, the
ところで、搭乗部移動型の車両において搭乗部とストッパとを結合した場合には、以下の問題が発生する可能性がある。 By the way, when a boarding part and a stopper are combined in a riding part movement type vehicle, the following problems may occur.
第一に、搭乗部の可動距離に対する構造上の制約が大きくなる。具体的には、搭乗部とストッパの結合部材が車体構造と接触することを避ける必要があるが、ストッパは車両の前後に接続する必要があるため、可動距離が制限される場合がある。また、その解決策として、結合部材を車両の側方に逃がす構造にすると、車幅が大きくなる。したがって、車両の小型化と十分な加減速性能の両立が困難である。 First, structural restrictions on the movable distance of the riding section increase. Specifically, it is necessary to prevent the connecting member of the riding section and the stopper from coming into contact with the vehicle body structure. However, since the stopper needs to be connected to the front and rear of the vehicle, the movable distance may be limited. In addition, as a solution, if the structure is such that the coupling member escapes to the side of the vehicle, the vehicle width increases. Therefore, it is difficult to achieve both reduction in size of the vehicle and sufficient acceleration / deceleration performance.
第二に、ストッパの移動量が必要以上に大きくなる。車両の重心移動量は搭乗部の重心移動量よりも小さいため、搭乗部と共に移動するストッパの移動量は過剰になる。その結果、車両10の前後に過剰な空間を必要とするのと共に、車体が逆方向へ傾斜したときの安定性を低下させる。したがって、車両前後の物体との接触や倒立制御停止時における車体の逆方向への傾斜に対する十分な注意を強いられるため、使い勝手が悪い。
Second, the amount of movement of the stopper becomes larger than necessary. Since the moving amount of the center of gravity of the vehicle is smaller than the moving amount of the center of gravity of the riding part, the moving amount of the stopper that moves together with the riding part becomes excessive. As a result, an excessive space is required before and after the
第三に、ストッパの移動によって車体傾斜角の制限値が小さくなる。その結果、加減速限界性能の低下に伴い、走行性能や安全性が低下する。 Thirdly, the limit value of the vehicle body inclination angle is reduced by the movement of the stopper. As a result, traveling performance and safety are lowered with a decrease in acceleration / deceleration limit performance.
これに対して、本実施の形態においては、搭乗部14とストッパ接地点を独立に移動させる構造であるため、構造上の制約は比較的緩い。また、制御の結果として、ストッパ接地点の移動量は搭乗部14の移動量よりも短く、乗員15と搭載物18の重量に応じてストッパ接地点と搭乗部14の移動量の比が決定される。さらに、ストッパ接地点は水平面から上方に傾斜した直線上を移動するため、車体傾斜角の制限値及び相当する走行性能は維持される。すなわち、本実施の形態により、車両10の占有面積を大きくすることなく、安全、かつ、快適に利用できる倒立型の車両10を提供することができる。
On the other hand, in the present embodiment, since the riding
次に、前記構成の車両10の動作について説明する。まず、車両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 control process in the embodiment of the present invention.
車両制御処理において、制御ECU20は、まず、システム異常判定を行い、異常発生か否かを判定する(ステップS1)。この場合、例えば、バッテリのエネルギ枯渇やセンサの故障等の原因によって、倒立制御の維持が不可能な状態となっているか否かを判断する。 In the vehicle control process, the control ECU 20 first performs system abnormality determination to determine whether or not an abnormality has occurred (step S1). In this case, for example, it is determined whether or not the inversion control cannot be maintained due to a cause such as battery energy depletion or sensor failure.
そして、異常発生はないと判定すると、制御ECU20は、降車希望判定を行い、降車希望であるか否かを判定する(ステップS2)。この場合、入力装置30の制御切替スイッチ32から入力された実行/停止指令の信号を取得し、乗員15が降車を望んでいるか否かを判断する。具体的には、実行指令の場合には乗員15が降車を望んでいない、停止指令の場合には乗員15が降車を望んでいると判断する。
If it is determined that no abnormality has occurred, the control ECU 20 determines whether to get off the vehicle and determines whether or not it is desired to get off (step S2). In this case, an execution / stop command signal input from the
そして、降車を望んでいないと判定すると、制御ECU20は、ブレーキ開放を行い(ステップS3)、ストッパモータ72が備えるストッパブレーキ及び能動重量部モータ62が備える搭乗部ブレーキに電源を投入し、ストッパブレーキ及び搭乗部ブレーキの開放状態を維持し、ストッパ16及び搭乗部14にブレーキがかからないようにする。なお、本実施の形態において、ストッパモータ72及び能動重量部モータ62は、ストッパブレーキ及び搭乗部ブレーキを備え、電源遮断時にはストッパブレーキ及び搭乗部ブレーキが作動するようになっている。ストッパブレーキ及び搭乗部ブレーキとしては、例えば、無励磁作動型の電磁ブレーキを使用する。なお、前方部16f及び後方部16rの伸縮構造がすべりねじを備えるものである場合には、ストッパブレーキは不要である。
If it is determined that the user does not want to get off, the control ECU 20 releases the brake (step S3), turns on the power to the stopper brake provided in the
続いて、制御ECU20は、倒立制御を実行し(ステップS4)、車体の倒立姿勢を維持しつつ、乗員15が指令する走行状態を実現する。なお、倒立制御の内容については、通常の倒立型車両における倒立制御と同様であるので、説明を省略する。
Subsequently, the control ECU 20 executes the inversion control (step S4), and realizes the traveling state commanded by the
続いて、制御ECU20は、ストッパ制御処理を実行し(ステップS5)、倒立制御の停止に備えてストッパ16を適切な状態に制御し、車両制御処理を終了する。なお、該車両制御処理は、所定の時間間隔(例えば、100〔μs〕毎)で繰り返し実行される。
Subsequently, the control ECU 20 executes a stopper control process (step S5), controls the
一方、システム異常判定において異常が発生していると判定した場合、制御ECU20は、電源遮断、すなわち、緊急停止を行い(ステップS6)、車両10のシステムの電源を遮断し、車両制御処理を終了する。なお、遮断される電源には、ストッパモータ72が備えるストッパブレーキ及び能動重量部モータ62が備える搭乗部ブレーキの電源も含まれる。
On the other hand, if it is determined in the system abnormality determination that an abnormality has occurred, the control ECU 20 shuts off the power, that is, performs an emergency stop (step S6), shuts off the power of the system of the
また、降車希望判定において降車を希望していると判定した場合、制御ECU20は、ブレーキ作動を行い(ステップS7)、ストッパモータ72が備えるストッパブレーキ及び能動重量部モータ62が備える搭乗部ブレーキの電源を遮断し、ストッパブレーキ及び搭乗部ブレーキを作動させて、ストッパ16及び搭乗部14を固定する。なお、着地制御において搭乗部14の移動機構を活用する場合には、搭乗部ブレーキは作動させなくてもよい。
Further, when it is determined that the user wants to get off in the get-off request determination, the control ECU 20 performs the brake operation (step S7), and the power source for the stopper brake provided in the
続いて、制御ECU20は、着地制御を実行し(ステップS8)、車体を緩やかに前方に傾け、ストッパ16の前方接地部16aを路面に接地させ、車両制御処理を終了する。
Subsequently, the control ECU 20 executes landing control (step S8), gently tilts the vehicle body forward, causes the
なお、本実施の形態では、車両制御処理において、異常時を除いて、必ず制御切替スイッチ32の入力に基づく乗員15の降車希望を判断しているが、一度降車希望の信号を受信したら、それ以降は制御切替スイッチ32の入力に係わらず、常に降車を望んでいると判断してもよい。これにより、無駄な制御処理が軽減されるのと共に、一度降車希望を送信した直後に撤回された場合に適応することが困難な姿勢制御の実行、及び、それに伴う危険性を簡単に回避することができる。
In the present embodiment, the vehicle control process always determines whether the
次に、ストッパ制御処理について説明する。 Next, the stopper control process will be described.
図4は本発明の実施の形態におけるストッパ制御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 stopper control process in the embodiment of the present invention.
ストッパ制御処理において、制御ECU20は、まず、ストッパ状態量の取得処理を実行し(ステップS5−1)、ストッパセンサ71によって、ストッパ16の状態量を取得する。
In the stopper control process, the control ECU 20 first executes a stopper state quantity acquisition process (step S5-1), and the stopper sensor 71 acquires the state quantity of the
次に、制御ECU20は、変動特性量の取得処理を実行し(ステップS5−2)、車体の安定性に影響を及ぼす要素についての特性量、具体的に本実施の形態においては、車両10の重心位置及び重心高さを取得する。
Next, the control ECU 20 executes the process of acquiring the fluctuation characteristic amount (step S5-2), and the characteristic amount of the element that affects the stability of the vehicle body, specifically in the present embodiment, the
次に、制御ECU20は、接地状態の予測処理を実行し(ステップS5−3)、ストッパ状態量の取得処理によって取得されたストッパ16の状態量及び変動特性量の取得処理によって取得された特性量に基づいて、倒立制御停止時、すなわち、ストッパ接地時における車両10の力学的状態を予測する。
Next, the control ECU 20 executes a prediction process of the ground contact state (step S5-3), and the characteristic quantity acquired by the acquisition process of the state quantity of the
次に、制御ECU20は、ストッパ目標状態の決定処理を実行し(ステップS5−4)、接地状態の予測処理によって予測された車両10の力学的状態に応じてストッパ状態量の目標値を決定する。
Next, the control ECU 20 executes a stopper target state determination process (step S5-4), and determines a target value of the stopper state quantity according to the mechanical state of the
最後に、制御ECU20は、ストッパ出力の制御処理を実行し(ステップS5−5)、ストッパ状態量の取得処理によって取得されたストッパ16の状態量及びストッパ目標状態の決定処理によって決定されたストッパ状態量の目標値に応じて、ストッパトルク指令値をストッパ制御ECU24に与える。 Finally, the control ECU 20 executes a stopper output control process (step S5-5), and the stopper state determined by the stopper state quantity acquisition process and the stopper target state determination process acquired by the stopper state quantity acquisition process. A stopper torque command value is given to the stopper control ECU 24 in accordance with the target amount.
次に、ストッパ制御処理の詳細について説明する。まず、ストッパ状態量の取得処理について説明する。 Next, details of the stopper control process will be described. First, the stopper state quantity acquisition process will be described.
図5は本発明の実施の形態におけるストッパ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. 5 is a flowchart showing the operation of the stopper state quantity acquisition process in the embodiment of the present invention.
ストッパ状態量の取得処理において、主制御ECU21は、まず、ストッパ16の状態量を取得する(ステップS5−1−1)。この場合、ストッパセンサ71からストッパ長さ及び/又はストッパ伸縮速度を取得する。
In the stopper state quantity acquisition process, the
続いて、主制御ECU21は、残りの状態量を算出する(ステップS5−1−2)。この場合、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。取得した状態量がストッパ長さである場合には、これを時間微分することによって、ストッパ伸縮速度を得ることができる。また、取得した状態量がストッパ伸縮速度である場合には、これを時間積分することによって、ストッパ長さを得ることができる。
Subsequently, the
次に、変動特性量の取得処理について説明する。 Next, the fluctuation characteristic amount acquisition process will be described.
図6は本発明の実施の形態における搭乗部の重心位置及び重心高さを決定する動作を説明する図、図7は本発明の実施の形態における車両の重心位置及び重心高さを決定する動作を説明する図、図8は本発明の実施の形態における変動特性量の取得処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a diagram for explaining the operation for determining the gravity center position and the gravity center height of the riding section in the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is the operation for determining the vehicle gravity center position and the gravity center height in the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the fluctuation characteristic amount acquisition process in the embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、状態量やパラメータを次のような記号によって表す。
FS(i):荷重センサ計測値(引張荷重を正、添字(i)はi番目のセンサを表す)
xpS(i) :荷重センサ位置(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
zS0:乗員(搭載物)を除く搭乗部の重心高さ
l1 :車軸から搭乗部重心までの距離(基準値)
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:荷重センサ計測周期(所定値)
TLPF :ローパスフィルタ時定数(所定値)
変動特性量の取得処理において、主制御ECU21は、まず、駆動輪12及び車体の状態量を取得する(ステップS5−2−1)。この場合、倒立制御で用いた駆動輪回転角及び/又は回転角速度、車体傾斜角及び/又は傾斜角速度、並びに、搭乗部位置及び/又は移動速度を再び取得する。
In the present embodiment, state quantities and parameters are represented by the following symbols.
F S (i) : Load sensor measurement value (Tensile load is positive, subscript (i) indicates i-th sensor)
x pS (i) : Load 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 of the riding section excluding the occupant (loaded) z S0 : Height of the center of gravity of the riding section excluding the occupant (loaded)
l 1 : Distance from axle to center of gravity of riding area (reference 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: Load sensor measurement cycle (predetermined value)
T LPF : Low-pass filter time constant (predetermined value)
In the variation characteristic amount acquisition process, the
なお、倒立制御においては、駆動輪センサ51から駆動輪回転角及び/又は回転角速度を取得し、車体傾斜センサ41から車体傾斜角及び/又は傾斜角速度を取得し、能動重量部センサ61から搭乗部位置及び/又は移動速度を取得し、さらに、取得した状態量を時間微分又は時間積分することによって、残りの状態量を算出する。例えば、取得した状態量が駆動輪回転角、車体傾斜角及び搭乗部位置である場合には、これらを時間微分することによって、回転角速度、傾斜角速度及び移動速度を得ることができる。また、例えば、取得した状態量が回転角速度、傾斜角速度及び移動速度である場合には、これらを時間積分することによって、駆動輪回転角、車体傾斜角及び搭乗部位置を得ることができる。
In the inversion control, the driving wheel rotation angle and / or the rotation angular velocity are acquired from the
続いて、主制御ECU21は、搭載荷重パラメータを取得する(ステップS5−2−2)。この場合、図6に示されるような位置に配設された荷重センサ81の計測値から搭載荷重パラメータとして、次のようなパラメータを取得する。なお、図6において、82は乗員15及び搭載物18の重心である。
Subsequently, the
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。
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
さらに、乗員15と搭載物18の重心高さzpGを下記の式によって取得する。
Furthermore, the center-of-gravity height z 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、複数の荷重センサ81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、その重心位置と重心高さを推定する。具体的には、荷重センサ81の計測値の総和に基づいて、重量mp を推定する。また、複数の荷重センサ81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、重心位置及び重心高さを推定する。
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時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時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、荷重センサ81のみで高精度に重心位置及び重心高さ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、駆動輪12の並進加速度に対する車体及び搭乗部14の相対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。これにより、考慮が困難な相対加速度の影響が重心位置及び重心高さの推定値に及ぶことがない。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、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 relative acceleration of the vehicle body and the
なお、本実施の形態においては、複数の荷重センサ81による荷重分布の計測値に基づいて、重心位置及び重心高さを推定しているが、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位置及び重心高さを推定してもよい。
In the present embodiment, the position of the center of gravity and the height of the center of gravity are estimated based on the measurement values of the load distribution obtained by the plurality of
また、荷重センサ81として、より簡素なシステムを用いてもよい。例えば、荷重センサ81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及び重心高さを推定してもよい。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、重心位置及び重心高さを推定してもよい。
Further, a simpler system may be used as the
続いて、主制御ECU21は、車両重心位置及び重心高さを決定する(ステップS5−2−3)。この場合、搭載荷重パラメータと搭乗部14の位置とから、次の式(1)により、重心17の位置と高さを決定する。
Subsequently, the
ここで、Mは重量、XG は重心位置、ZG は重心高さである。また、mb は乗員15及び搭載物18がないときの車両重量、XG0は乗員15及び搭載物18がなく、搭乗部14が基準位置にあるときの重心位置、ZG0は乗員15及び搭載物18がないときの重心高さ(車軸高さ基準)、ZS は搭乗部基準高さ(荷重センサ81の取り付け位置の高さ)である。
Here, M is the weight, X G is the position of the center of gravity, and Z G is the height of the center of gravity. Further, m b is the vehicle weight in the absence of the
このように、本実施の形態においては、搭載荷重パラメータ及び搭乗部14の位置に基づいて、車両10の重心17の位置及び高さを決定する。この場合、搭載荷重パラメータとして乗員15及び搭載物18の重量と重心位置及び重心高さを考慮し、それらの偏差による車両重心位置及び重心高さの変化分を補正する。これにより、倒立制御停止時の安定性をより正しく推定し、適切なストッパ16の制御を実行できる。また、搭乗部14の移動による重心位置の変化を考慮する。これにより、加減速や登降坂中の緊急停止時においても車体の安定性を確実に保つことができるため、緊急停止時の安全性を憂慮することなく、車両10の有する走行性能を十分に発揮することができる。
Thus, in the present embodiment, the position and height of the center of
なお、本実施の形態においては、搭乗部14の実際の位置に基づいて車両重心位置を決定しているが、搭乗部14の位置制御に比べてストッパ16の状態制御の時間遅れが大きい場合、搭乗部14の位置制御における目標位置に基づいて車両重心位置を決定してもよい。これにより、搭乗部14の移動を予測してストッパ16を制御することで、ストッパ16の状態制御の時間遅れをある程度補償できる。
In the present embodiment, the position of the center of gravity of the vehicle is determined based on the actual position of the
次に、接地状態の予測処理について説明する。 Next, the ground state prediction process will be described.
図9は本発明の実施の形態におけるストッパの接地予測状態を示す図、図10は本発明の実施の形態における駆動輪接地点、接地荷重中心点及びストッパ接地点の位置関係を説明する図、図11は本発明の実施の形態における接地状態の予測処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a diagram illustrating a predicted contact state of the stopper according to the embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram illustrating the positional relationship among the drive wheel ground point, the ground load center point, and the stopper ground point according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the ground state prediction process in the embodiment of the present invention.
接地状態の予測処理において、主制御ECU21は、まず、ストッパ接地点を予測する(ステップS5−3−1)。具体的には、ストッパ状態量の取得処理で取得したストッパ長さに基づき、ストッパ接地点を予測する。なお、図9には、ストッパ16の前方接地部16aが路面に接地した予測状態が示されている。
In the grounding state prediction process, the
ストッパ16の前方接地部16aが接地した場合の駆動輪接地点からストッパ接地予測点までの水平線上の距離xS,f と、ストッパ16の後方接地部16bが接地した場合の駆動輪接地点からストッパ接地予測点までの水平線上の距離xS,r は、次の式(2)で表される。なお、以降の説明において、xS,f 及びxS,r を統合的に説明する場合には、駆動輪接地点からストッパ接地予測点までの距離をxS として説明する。
The distance x S, f on the horizontal line from the driving wheel grounding point to the stopper grounding prediction point when the
続いて、主制御ECU21は、接地荷重中心点を予測する(ステップS5−3−2)。具体的には、ストッパ状態量の取得処理で取得したストッパ長さ及び変動特性量の取得処理で取得した車両重心位置及び重心高さに基づき、接地荷重中心点を予測する。
Subsequently, the
ストッパ16の前方接地部16aが接地した場合の駆動輪接地点から接地荷重中心予測点までの水平線上の距離xC,f と、ストッパ16の後方接地部16bが接地した場合の駆動輪接地点から接地荷重中心予測点までの水平線上の距離xC,r は、次の式(3)で表される。なお、以降の説明において、xC,f 及びxC,r を統合的に説明する場合には、駆動輪接地点から接地荷重中心予測点までの距離をxC として説明する。
The distance x C, f on the horizontal line from the driving wheel grounding point when the
このように、主制御ECU21は、車両重心位置及び重心高さとストッパ16の状態とに基づいて、倒立制御の停止時、すなわち、ストッパ16の接地時における車体姿勢及び力学的状態を予測する。つまり、車両重心(XG 、ZG )とストッパ長さλST,f及びλST,rに基づいて、ストッパ接地点と接地荷重中心点を予測する。この場合、ストッパ長さλST,f及びλST,rによるストッパ接地点の位置変化を考慮して、駆動輪接地点からストッパ接地点までの距離xS を求める。また、車両重心、及び、ストッパ長さλST,f及びλST,rによる車体傾斜角の変化を考慮して、駆動輪接地点から接地荷重中心点までの距離xC を求める。このように、倒立制御停止時における車両10の状態を詳細に考慮することで、その安定性をより高い精度で評価できる。
As described above, the
また、主制御ECU21は、車体が前傾してストッパ16の前方部16fの前方接地部16aが接地した場合と、車体が後傾してストッパ16の後方部16rの後方接地部16bが接地した場合とを考慮し、各々の場合におけるストッパ接地点及び接地荷重中心点を求める。これにより、倒立制御の緊急停止時において車体がどちらの方向に傾斜しても、その安定性を保証できる。
Further, the
なお、本実施の形態においては、非線形の評価式によって、ストッパ接地点と接地荷重中心点との相対位置を予測しているが、より簡単な線形式によって予測してもよい。また、駆動輪12の変形や車体傾斜の慣性等を考慮したより詳細なモデルに基づく評価式によって予測してもよい。さらに、関数をマップとして具備し、それを用いて予測してもよい。
In the present embodiment, the relative position between the stopper grounding point and the grounding load center point is predicted by a non-linear evaluation formula, but may be predicted by a simpler line format. Further, it may be predicted by an evaluation formula based on a more detailed model considering the deformation of the
続いて、主制御ECU21は、接地荷重偏心度を予測する(ステップS5−3−3)。具体的には、予測したストッパ接地点及び接地荷重中心点に基づき、次の式(4)により、倒立制御の停止時、すなわち、ストッパ16の接地時における接地荷重偏心度を算出する。なお、図10には、ストッパ接地点、接地荷重中心点及び駆動輪接地点の位置と、駆動輪接地点からストッパ接地点及び接地荷重中心点までの水平距離と、接地荷重偏心度との関係も示されている。
Subsequently, the
ストッパ16の前方接地部16aが接地した場合の接地荷重偏心度をγf とし、ストッパ16の後方接地部16bが接地した場合の接地荷重偏心度をγr とすると、γf 及びγr は、次の式(4)で表される。なお、以降の説明において、γf 及びγr を統合的に説明する場合には、接地荷重偏心度γとして説明する。
If the ground load eccentricity when the
このように、主制御ECU21は、予測した駆動輪接地点、ストッパ接地点及び接地荷重中心点の位置関係に基づいて、倒立制御停止時、すなわち、ストッパ接地時における車体姿勢の安定性を評価する。具体的には、駆動輪接地点とストッパ接地点との中点を基準とした接地荷重中心点のずれを駆動輪接地点及びストッパ接地点間距離の半分で無次元化した値である接地荷重偏心度によって、安定性を評価する。
As described above, the
接地荷重偏心度が、γ>1の場合、接地荷重中心点がストッパ接地点の外側に位置するので、ストッパ接地点を中心として車体が回転し、場合によっては転倒する危険性があるため、危険な「不安定」であると評価する。また、γ<−1の場合、接地荷重中心点が駆動輪接地点の外側に位置するので、ストッパ接地時の車体姿勢を維持することができず、やがて車体は逆側に傾斜するため、不便な「不安定」であると評価する。さらに、γ=0の場合、接地荷重中心点が上記の2領域から最も離れた位置にあるので、この点が「最安定」であると評価し、この位置に接地荷重中心点があることを理想とする。 When the grounding load eccentricity is γ> 1, the grounding load center point is located outside the stopper grounding point, so the vehicle body rotates around the stopper grounding point, and in some cases there is a risk of falling, which is dangerous. It is evaluated as “unstable”. Further, when γ <−1, the ground load center point is located outside the driving wheel ground point, so the vehicle body posture at the time of stopper grounding cannot be maintained, and the vehicle body eventually tilts to the opposite side, which is inconvenient. It is evaluated as “unstable”. Further, when γ = 0, the ground load center point is located at the position farthest from the above two regions. Therefore, this point is evaluated as “most stable”, and the ground load center point is present at this position. Ideal.
これにより、転倒の危険だけでなく、逆側への車体再傾斜も回避させることができ、安定した車体姿勢の維持を実現することができる。 Thereby, not only the danger of falling, but also re-tilting of the vehicle body to the opposite side can be avoided, and a stable vehicle body posture can be maintained.
また、本実施の形態においては、接地荷重中心点が駆動輪接地点とストッパ接地点との中点にある場合を最安定としているが、異なる点にある場合を最安定としてもよい。例えば、接地荷重中心点がストッパ接地点の外側にある状態の方が、駆動輪接地点の外側にある状態よりも重大な不安定状態にあることを考慮し、所定量だけ駆動輪接地点に接近した位置を最安定点とすることで、より転倒しにくい制御を実現してもよい。 Further, in the present embodiment, the most stable case is when the ground load center point is at the midpoint between the drive wheel ground point and the stopper ground point, but the case where the ground load center point is at a different point may be the most stable. For example, considering that the state where the ground load center point is outside the stopper ground point is in a more unstable state than the state outside the drive wheel ground point, the drive wheel ground point is set to a predetermined amount. By making the approached position the most stable point, control that is more difficult to fall may be realized.
さらに、前側接地を想定した接地荷重中心点と後側接地を想定した接地荷重中心点について異なる値を最安定としてもよい。また、走行状態等で異なる値を最安定としてもよい。例えば、走行中の非常停止時には車体が前方に勢いよく傾斜する可能性があるため、走行中は前側の最安定点を駆動輪接地点側に走行速度に応じた量だけ近付けてもよい。また、降車時には前傾接地した後に乗員15が降車すると重心位置が後方に移動するため、停止中は前側の最安定点をストッパ接地点側に乗員15の体重に応じた量だけ近付けてもよい。
Furthermore, different values may be used as the most stable values for the ground load center point assuming the front side grounding and the ground load center point assuming the rear side ground. In addition, a different value depending on the running state or the like may be the most stable. For example, since there is a possibility that the vehicle body may lean forward in an emergency stop while traveling, the most stable point on the front side may be brought closer to the driving wheel grounding point side by an amount corresponding to the traveling speed during traveling. Further, when the
次に、ストッパ目標状態の決定処理について説明する。 Next, the stopper target state determination process will be described.
図12は本発明の実施の形態における接地荷重偏心度の予測値と目標値との関係を示す図、図13は本発明の実施の形態におけるストッパ目標状態の決定処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the predicted value of the ground load eccentricity and the target value in the embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the stopper target state determination process in the embodiment of the present invention. .
ストッパ目標状態の決定処理において、主制御ECU21は、まず、接地荷重偏心度の目標値を決定する(ステップS5−4−1)。具体的には、接地状態の予測処理によって予測した接地荷重偏心度の値に基づき、次の式(5)によって、接地荷重偏心度の目標値を決定する。なお、上付きの符号*は目標値であることを示す符号である。また、図12には、接地荷重偏心度の予測値と目標値との関係が示されている。
In the stopper target state determination process, the
ここでは、接地荷重偏心度が安定な範囲にあるように、かつ、緩やかに最安定な値に収束するように、目標値を決定する。そのために、接地荷重偏心度の推定値に基づいて、接地荷重偏心度の目標値を決定する。 Here, the target value is determined so that the ground load eccentricity is in a stable range and gradually converges to the most stable value. For this purpose, a target value of the ground load eccentricity is determined based on the estimated value of the ground load eccentricity.
具体的には、接地荷重偏心度が不安定な範囲にある場合、すなわち、γ<γMin 又はγ>γMax である場合、安定な範囲内の所定値を目標値とする。これにより、接地荷重偏心度を迅速に安定な範囲内まで変化させ、不安定な状態を回避する。また、接地荷重偏心度が安定な範囲にある場合、すなわち、γMin <γ<γMax である場合、推定値よりも少し小さな値を目標値とする。これにより、接地荷重偏心度を緩やかに最安定点へ誘導し、その安定度を強くする。 Specifically, when the ground load eccentricity is in an unstable range, that is, when γ <γ Min or γ> γ Max , a predetermined value within the stable range is set as the target value. As a result, the ground load eccentricity is rapidly changed to a stable range, and an unstable state is avoided. When the ground load eccentricity is in a stable range, that is, when γ Min <γ <γ Max , a value slightly smaller than the estimated value is set as the target value. As a result, the ground load eccentricity is gently guided to the most stable point, and the stability is increased.
このように、緊急度に応じて対応を変えることで、非緊急時の過剰な制御に伴うエネルギの浪費や振動発生を回避することができる。 In this way, by changing the response according to the degree of urgency, it is possible to avoid waste of energy and occurrence of vibration associated with excessive control during non-emergency.
なお、本実施の形態では、単純な線形関数を組み合わせた関数で接地荷重偏心度の目標値を設定しているが、より複雑な非線形の関数を用いてもよい。例えば、式(5)における閾値付近の不連続な変化を滑らかにすることで、同閾値付近でのストッパ16や車体の動作の急な変化を軽減させることができる。また、本実施の形態では、接地荷重偏心度の予測値が正の場合と負の場合で同様の関数から目標値を設定しているが、その特性が異なってもよい。例えば、正の場合の目標値の関数の勾(こう)配をより小さく設定することで、車体転倒の防止をより強くすることができる。さらに、本実施の形態では、前側接地を想定した場合と後側接地を想定した場合で同じ関数を用いているが、それが異なっていてもよい。例えば、前側接地想定時の目標値の関数の最大値をより小さく設定することで、緊急停止時に可能性が高くなる前側への車体転倒の防止をより強く実行することができる。
In the present embodiment, the target value of the ground load eccentricity is set by a function combining simple linear functions, but a more complicated non-linear function may be used. For example, by smoothing the discontinuous change in the vicinity of the threshold value in Expression (5), a sudden change in the operation of the
また、本実施の形態では、接地荷重偏心度の目標値を同予測値に基づいて設定することで収束速度などの制御特性を調整しているが、後述のフィードバック制御において特性を調整してもよい。例えば、接地荷重偏心度の予測値が所定の閾値を超過している場合にはフィードバックゲインを大きくし、同閾値以下の場合には同ゲインを小さくすることで、本実施の形態と同様の効果を実現できる。 Further, in the present embodiment, the control characteristics such as the convergence speed are adjusted by setting the target value of the contact load eccentricity based on the predicted value, but even if the characteristics are adjusted in the feedback control described later. Good. For example, if the predicted value of the ground load eccentricity exceeds a predetermined threshold, the feedback gain is increased, and if the predicted value of the ground load eccentricity is equal to or lower than the threshold, the same effect as this embodiment is achieved. Can be realized.
続いて、主制御ECU21は、ストッパ状態量の目標値を決定する(ステップS5−4−2)。具体的には、接地荷重偏心度の目標値及び変動特性量の取得処理によって取得した車両重心位置に基づき、次の式(6)及び(7)によって、ストッパ長さの目標値を決定する。なお、式(6)はストッパ16の前方部16fの長さの目標値、式(7)はストッパ16の後方部16rの長さの目標値をそれぞれ表す。
Subsequently, the
このように、接地荷重偏心度の目標値に応じて、ストッパ16の目標状態を決定する。つまり、接地荷重偏心度の目標値と車両重心位置及び重心高さによって、ストッパ長さの目標値を決定する。この場合、ストッパ接地点及び接地荷重中心点が接地荷重偏心度の目標値を実現する配置になるようなストッパ長さを幾何学的条件等に基づいて算出し、それを目標値として設定する。
Thus, the target state of the
なお、ストッパ長さを接地荷重偏心度と車両重心位置及び重心高さの陽関数で表すこと、すなわち、直接求めることは困難であることから、本実施の形態においては、数値的な方程式の解法(ニュートン法)を用いている。 It should be noted that the stopper length is expressed by an explicit function of the contact load eccentricity, the position of the center of gravity of the vehicle, and the height of the center of gravity, that is, it is difficult to directly obtain the stopper length. (Newton method) is used.
なお、本実施の形態においては、非線形の陰関数によってストッパ長さの目標値を決定しているが、より簡単な線形式又は陽関数によって決定してもよい。また、関数をマップとして具備し、それを用いて決定してもよい。 In the present embodiment, the target value of the stopper length is determined by a nonlinear implicit function, but may be determined by a simpler linear form or explicit function. Further, the function may be provided as a map and determined using the map.
また、本実施の形態においては、接地荷重偏心度という指標を用いることによって車体の姿勢安定性の扱いを容易にしているが、車両重心位置及びストッパ長さから直接的にストッパ長さの目標値を設定してもよい。さらに、接地荷重偏心度の目標値を、一度、接地荷重中心点及びストッパ接地点の相対位置の目標値に置き換えた後に、ストッパ長さの目標値を決定してもよい。 Further, in this embodiment, the handling of the posture stability of the vehicle body is facilitated by using an index called ground load eccentricity, but the target value of the stopper length directly from the vehicle center of gravity position and the stopper length. May be set. Further, the target value of the stopper length may be determined after the target value of the ground load eccentricity is once replaced with the target value of the relative position of the ground load center point and the stopper ground point.
次に、ストッパ出力の制御処理について説明する。 Next, the stopper output control process will be described.
図14は本発明の実施の形態におけるストッパ出力の制御処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the stopper output control process according to the embodiment of the present invention.
ストッパ出力の制御処理において、主制御ECU21は、まず、ストッパモータ72のストッパトルク指令値を決定する(ステップS5−5−1)。具体的には、ストッパ長さ及びストッパ伸縮速度の目標値と計測値との偏差に基づき、次の式(12)によって、ストッパモータ72のストッパトルク指令値を決定する。なお、τS,f は前方部16fを伸縮させるストッパモータ72のストッパトルク指令値であり、τS,r は後方部16rを伸縮させるストッパモータ72のストッパトルク指令値である。また、以降の説明において、τS,f 及びτS,r を統合的に説明する場合には、ストッパトルク指令値τS として説明する。
In the control process of the stopper output, the
このように、フィードバック制御(PID制御)によって、ストッパ16の目標状態を実現するようにストッパトルク指令値を決定する。
Thus, the stopper torque command value is determined by feedback control (PID control) so as to realize the target state of the
なお、本実施の形態においては、ストッパ長さを制御対象としたフィードバック制御を実行しているが、他の状態量を対象としてもよい。例えば、ストッパ接地点、接地荷重中心点、又は、接地荷重偏心度を制御量としたフィードバック制御を実行してもよい。さらに、スライディングモード制御等の他のフィードバック制御、又は、フィードフォワード制御を導入してもよい。 In the present embodiment, feedback control with the stopper length as a control target is executed, but another state quantity may be set as a target. For example, feedback control using the control amount as a stopper ground point, ground load center point, or ground load eccentricity may be executed. Further, other feedback control such as sliding mode control or feedforward control may be introduced.
最後に、主制御ECU21は、ストッパ制御システム70に指令値を与える(ステップS5−5−2)。この場合、主制御ECU21は、前述のように決定したストッパモータ72のストッパトルク指令値をストッパ制御ECU24に送信する。
Finally, the
このように、本実施の形態においては、倒立制御実行時に車両10の重心位置及び重心高さを取得し、それに応じてストッパ16を制御する。また、乗員15と搭載物18の重量、重心位置、重心高さ、及び、搭乗部14の位置に応じて、車両10の重心位置を決定する。
Thus, in the present embodiment, the position of the center of gravity and the height of the center of gravity of the
これにより、乗員15や搭載物18の状態に依らず、常に安全、かつ、快適に利用できる倒立型の車両10を提供することができる。
Thereby, it is possible to provide an
なお、本実施の形態においては、倒立制御の実行時に限って車両の重心位置に応じたストッパの制御を実行しているが、倒立制御の停止時にストッパ16の制御が可能な場合、それを実行してもよい。例えば、倒立制御を停止した状態で乗員15が乗降する際に、乗員15の体重等に応じて接地したストッパ16を制御することにより、乗車時や降車時に車体が大きく傾く心配が無く、車両10への乗り降りがより容易で安全になる。
In the present embodiment, the control of the stopper according to the center of gravity position of the vehicle is executed only when the inversion control is executed. However, when the control of the
また、本実施の形態においては、搭乗部14に任意の重量と重心位置を有する乗員15や積載物18が搭載され、さらに搭乗部14が能動重量部として前後に移動することで車体の姿勢制御を補助しているが、使用上搭載荷重の変動が小さい場合や一定の重量物しか搭載しない車両10の場合には、搭乗部14の相対位置のみに基づいてストッパ16の制御を実行してもよい。また、車両10が能動重量部を持たない場合についても、本実施の形態における搭乗部14の相対位置を一定値とすることで、本実施の形態と同様にストッパ16の制御を実行することができる。
Further, in the present embodiment, an
さらに、本実施の形態においては、伸縮型ストッパによる構成を説明したが、他の種類のストッパを用いてもよい。 Furthermore, in the present embodiment, the configuration using the telescopic stopper has been described, but other types of stoppers may be used.
例えば、支持部13とストッパ16がモータを介して相対的に回転可能な状態で結合された構造とし、モータのトルクによってストッパ16の回転角のみを制御することで、ストッパ接地時の車体傾斜角を調整して車体姿勢の安定化を達成してもよい。この場合、前後各々の制御はできないが、伸縮型に比べて簡素なシステムで倒立制御停止時における車体姿勢の安定性を実現できる。
For example, the
また、ストッパスライダ機構を具備し、該スライダ機構の相対的に並進移動する部分の一方を支持部13に固定し、他方をストッパ16に固定することで、ストッパ16が支持部13と相対的に並進移動する構造を用いてもよい。この場合、ストッパ16を駆動輪12の回転軸から遠ざけるほど、遠ざけた側のストッパ16が接地した時の車体の傾斜角が小さくなり、その方向に転倒する可能性が低下する。
In addition, a stopper slider mechanism is provided, and one of the parts of the slider mechanism that translates relatively is fixed to the
また、本実施の形態においては、すべりねじ伝動装置を介してストッパ16の前方部16f及び後方部16rを伸縮させる構造であるが、これに加えて、前方部16fと前方接地部16aの間、及び、後方部16rと後方接地部16bの間にそれぞれコイルばねを介し、また、電源投入時に各コイルばねが所定のひずみ量で固定されるのと共に電源遮断時に解放される係合装置を具備した構造を用いてもよい。この場合、倒立制御の停止と共に電源を遮断した時にコイルばねの付与力により突出した前方接地部16a及び/又は後方接地部16rが接地した状態における車体姿勢の安定性を倒立制御実行時に予測し、不安定であると判定した場合にはすべりねじ伝動装置を動作させて、予測される接地状態を安定化させることができる。
Further, in the present embodiment, 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
14 搭乗部
16 ストッパ
16a 前方接地部
16b 後方接地部
16f 前方部
16r 後方部
17 重心
20 制御ECU
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記車体の姿勢角度を制限する姿勢制限手段と、
前記駆動輪に付与する駆動トルクを制御して前記車体の姿勢を制御する車両制御装置とを有し、
該車両制御装置は、
車両の重心位置及び/又は重心高さである車両重心を取得する車両重心取得手段と、
該車両重心取得手段によって取得された車両重心に応じて、前記姿勢制限手段の位置及び/又は形状を制御する姿勢制限制御手段と、
前記車体に対して移動可能に取り付けられた能動重量部と、
前記車体に対する前記能動重量部の相対位置を取得する能動重量部位置取得手段とを備え、
前記車両重心取得手段は、前記能動重量部位置取得手段によって取得された相対位置に応じて前記車両重心を決定し、
前記姿勢制限手段は、路面に接地した状態で前記車体の姿勢を制限し、
前記姿勢制限制御手段は、前記姿勢制限手段が路面に接地した状態における前記車両重心を通る鉛直線が路面と交わる位置である第1の位置と、前記駆動輪が路面に接地する位置である第2の位置と、前記姿勢制限手段が路面に接地する位置である第3の位置について、前記第1の位置が前記第2の位置と前記第3の位置との間にあるように前記姿勢制限手段を制御する車両であって、
前記第2の位置と前記第3の位置から等しい距離にある第4の位置について、該第4の位置に対する前記第1の位置の相対位置を表す接地荷重偏心度を算出する接地荷重偏心度算出手段を更に備え、
前記姿勢制限制御手段は、算出された接地荷重偏心度が所定範囲内になるように前記姿勢制限手段を制御することを特徴とする車両。 A drive wheel rotatably mounted on the vehicle body,
Posture limiting means for limiting the posture angle of the vehicle body;
A vehicle control device that controls the attitude of the vehicle body by controlling the drive torque applied to the drive wheels,
The vehicle control device
Vehicle center-of-gravity acquisition means for acquiring the center of gravity of the vehicle, which is the center of gravity position and / or height of the center of gravity of the vehicle;
Attitude restriction control means for controlling the position and / or shape of the attitude restriction means according to the vehicle gravity center acquired by the vehicle gravity center acquisition means;
An active weight portion movably attached to the vehicle body;
Active weight part position acquisition means for acquiring a relative position of the active weight part with respect to the vehicle body,
The vehicle center of gravity acquisition means determines the vehicle center of gravity according to the relative position acquired by the active weight part position acquisition means,
The posture restriction means restricts the posture of the vehicle body in a state of being in contact with the road surface,
The attitude restriction control means is a first position where a vertical line passing through the center of gravity of the vehicle intersects the road surface in a state where the attitude restriction means is in contact with the road surface, and a position where the driving wheel contacts the road surface. 2 and the third position where the posture limiting means is in contact with the road surface, the posture restriction so that the first position is between the second position and the third position. A vehicle for controlling the means,
Ground contact load eccentricity calculation for calculating a ground load eccentricity indicating a relative position of the first position with respect to the fourth position for a fourth position at an equal distance from the second position and the third position. Further comprising means,
The attitude limiting control means, a vehicle vertical load eccentricity calculated is characterized that you control the attitude limiting means to fall within a predetermined range.
前記車体の姿勢の制御を続行するか停止するかを指令する信号を取得する制御指令取得手段と、を更に備え、
前記車両制御装置は、前記制御可能判定手段が不可能と判定した時、又は、前記制御指令取得手段が停止を指令する信号を取得した時に、前記姿勢制限手段を固定する請求項1又は2に記載の車両。 Controllability determining means for determining whether or not the control of the posture of the vehicle body can be continued;
Control command acquisition means for acquiring a signal for instructing whether to continue or stop the control of the posture of the vehicle body,
The vehicle control apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the vehicle control device fixes the posture restriction unit when the controllability determination unit determines that the controllability determination unit is impossible, or when the control command acquisition unit acquires a signal to stop. The vehicle described.
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