JP5505319B2

JP5505319B2 - 車両

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Publication number: JP5505319B2
Application number: JP2011007669A
Authority: JP
Inventors: 弘毅林; 裕司 ▲高▼倉; 伸司山本
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-01-18
Also published as: US8831833B2; JP2012148631A; US20130297152A1; CN103328315B; CN103328315A; WO2012099138A1

Description

本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に関するものである。

近年、エネルギ資源の枯渇問題に鑑み、車両の省燃費化が強く要求されている。その一方で、車両の低価格化等から、車両の保有者が増大し、１人が１台の車両を保有する傾向にある。そのため、例えば、４人乗りの車両を運転者１人のみが運転することで、エネルギが無駄に消費されるという問題点があった。車両の小型化による省燃費化としては、車両を１人乗りの三輪車又は四輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。

しかし、走行状態によっては、車両の安定性が低下してしまうことがある。そこで、車体を横方向に傾斜させることによって、旋回時の車両の安定性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−０８８７４２号公報

しかしながら、前記従来の車両においては、旋回性能を向上させるために、車体を旋回方向内側に傾斜させることができるようになっているが、車体を傾斜させる操作が困難であり、旋回性能が低いので、乗員が不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがある。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、ヨー角加速度及び車速からリンク角速度予測値を算出して旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように車体の傾斜角度を制御することによって、車体の姿勢が変化するときであっても、路面が左右に傾斜しているときであっても、横方向の加速度成分がゼロとなり、車体及び乗員には車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用するので、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができるとともに、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる安全性の高い車両を提供することを目的とする。

そのために、本発明の車両においては、互いに連結された操舵（だ）部及び駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、前記操舵部又は駆動部を旋回方向内側に傾斜させるリンク機構と、該リンク機構を作動させる傾斜用アクチュエータ装置と、前記車体に作用する横加速度を検出する複数のセンサと、前記車体のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、旋回方向外側への遠心力と重力とが釣り合うように前記複数のセンサが検出する横加速度に基づくフィードバック制御を行うとともに、前記ヨー角速度検出手段が検出するヨー角速度の微分値及び前記車速検出手段が検出する車速からリンク角速度予測値を算出し、算出したリンク角速度予測値を使用したフィードフォワード制御を行って前記車体の傾斜を制御する。

請求項１の構成によれば、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように車体の傾斜角度を制御することができ、かつ、意図しない車体の傾斜が発生することがない。したがって、車体及び乗員には、車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用することとなるので、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる。

請求項２及び３の構成によれば、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。

本発明の実施の形態における車両の構成を示す右側面図である。本発明の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図である。本発明の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。本発明の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態における制御系のブロック図である。本発明の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図である。本発明の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態における車体リンク角を説明するモデルを示す図である。本発明の実施の形態におけるリンク角速度推定処理の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態におけるヨーレートの微分処理のサブルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態におけるフィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。

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。

図１は本発明の実施の形態における車両の構成を示す右側面図、図２は本発明の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図、図３は本発明の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。なお、図３において、（ａ）は車体が直立している状態を示す図、（ｂ）は車体が傾斜している状態を示す図である。

図において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の駆動部としての本体部２０と、乗員が搭乗して操舵する操舵部としての搭乗部１１と、車体の前方において幅方向の中心に配設された前輪である操舵輪としての車輪１２Ｆと、後輪として後方に配設された駆動輪である左側の車輪１２Ｌ及び右側の車輪１２Ｒとを有する。さらに、前記車両１０は、車体を左右に傾斜させる、すなわち、リーンさせるためのリーン機構、すなわち、車体傾斜機構として、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを支持するリンク機構３０と、該リンク機構３０を作動させるアクチュエータである傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ２５とを有する。なお、前記車両１０は、前輪が左右二輪であって後輪が一輪の三輪車であってもよいし、前輪及び後輪が左右二輪の四輪車であってもよいが、本実施の形態においては、図に示されるように、前輪が一輪であって後輪が左右二輪の三輪車である場合について説明する。

旋回時には、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバ角を変化させるとともに、搭乗部１１及び本体部２０を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両１０は車体を横方向（左右方向）にも傾斜させることができる。なお、図２及び３（ａ）に示される例においては、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して直立している、すなわち、キャンバ角が０度になっている。また、図３（ｂ）に示される例においては、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して右方向に傾斜している、すなわち、キャンバ角が付与されている。

前記リンク機構３０は、左側の車輪１２Ｌ及び該車輪１２Ｌに駆動力を付与する電気モータ等から成る左側の回転駆動装置５１Ｌを支持する左側の縦リンクユニット３３Ｌと、右側の車輪１２Ｒ及び該車輪１２Ｒに駆動力を付与する電気モータ等から成る右側の回転駆動装置５１Ｒを支持する右側の縦リンクユニット３３Ｒと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの上端同士を連結する上側の横リンクユニット３１Ｕと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの下端同士を連結する下側の横リンクユニット３１Ｄと、本体部２０に上端が固定され、上下に延在する中央縦部材２１とを有する。また、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒと上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄとは回転可能に連結されている。さらに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄは、その中央部で中央縦部材２１と回転可能に連結されている。なお、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒ、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒ、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒ、並びに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄを統合的に説明する場合には、車輪１２、回転駆動装置５１、縦リンクユニット３３及び横リンクユニット３１として説明する。

そして、駆動用アクチュエータ装置としての前記回転駆動装置５１は、いわゆるインホイールモータであって、固定子としてのボディが縦リンクユニット３３に固定され、前記ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸が車輪１２の軸に接続され、前記回転軸の回転によって車輪１２を回転させる。なお、前記回転駆動装置５１は、インホイールモータ以外の種類のモータであってもよい。

また、前記リンクモータ２５は、電気モータ等を含む回転式の電動アクチュエータであって、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、前記ボディが取付フランジ２２を介して本体部２０に固定され、前記回転軸がリンク機構３０の上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されている。なお、リンクモータ２５の回転軸は、本体部２０を傾斜させる傾斜軸として機能し、中央縦部材２１と上側の横リンクユニット３１Ｕとの連結部分の回転軸と同軸になっている。そして、リンクモータ２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動し、リンク機構３０が作動する、すなわち、屈伸する。これにより、本体部２０を傾斜させることができる。なお、リンクモータ２５は、その回転軸が本体部２０及び中央縦部材２１に固定され、そのボディが上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されていてもよい。

また、リンクモータ２５は、リンク機構３０のリンク角の変化を検出するリンク角センサ２５ａを備える。該リンク角センサ２５ａは、リンクモータ２５においてボディに対する回転軸の回転角を検出する回転角センサであって、例えば、レゾルバ、エンコーダ等から成る。前述のように、リンクモータ２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動するのであるから、ボディに対する回転軸の回転角を検出することによって、中央縦部材２１に対する上側の横リンクユニット３１Ｕの角度の変化、すなわち、リンク角の変化を検出することができる。

なお、リンクモータ２５は、回転軸をボディに対して回転不能に固定する図示されないロック機構を備える。該ロック機構は、メカニカルな機構であって、回転軸をボディに対して回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記ロック機構によって、回転軸をボディに対して所定の角度で回転不能に固定することができる。

前記搭乗部１１は、本体部２０の前端に図示されない連結部を介して連結される。該連結部は、搭乗部１１と本体部２０とを所定の方向に相対的に変位可能に連結する機能を有していてもよい。

また、前記搭乗部１１は、座席１１ａ、フットレスト１１ｂ及び風よけ部１１ｃを備える。前記座席１１ａは、車両１０の走行中に乗員が着座するための部位である。また、前記フットレスト１１ｂは、乗員の足部を支持するための部位であり、座席１１ａの前方側（図１における右側）下方に配設される。

さらに、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されないバッテリ装置が配設されている。該バッテリ装置は、回転駆動装置５１及びリンクモータ２５のエネルギ供給源である。また、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されない制御装置、インバータ装置、各種センサ等が収納されている。

そして、座席１１ａの前方には、操縦装置４１が配設されている。該操縦装置４１には、操舵装置としてのハンドルバー４１ａ、速度メータ等のメータ、インジケータ、スイッチ等の操縦に必要な部材が配設されている。乗員は、前記ハンドルバー４１ａ及びその他の部材を操作して、車両１０の走行状態（例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、旋回半径等）を指示する。なお、乗員が要求する車体の要求旋回量を出力するための手段である操舵装置として、ハンドルバー４１ａに代えて他の装置、例えば、ステアリングホイール、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操舵装置として使用することもできる。

なお、車輪１２Ｆは、サスペンション装置（懸架装置）の一部である前輪フォーク１７を介して搭乗部１１に接続されている。前記サスペンション装置は、例えば、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている前輪用のサスペンション装置と同様の装置であり、前記前輪フォーク１７は、例えば、スプリングを内蔵したテレスコピックタイプのフォークである。そして、一般的なオートバイ、自転車等の場合と同様に、乗員によるハンドルバー４１ａの操作に応じて操舵輪としての車輪１２Ｆは舵角を変化させ、これにより、車両１０の進行方向が変化する。

具体的には、前記ハンドルバー４１ａは、図示されない操舵軸部材の上端に接続され、操舵軸部材の下端には前輪フォーク１７の上端が接続されている。前記操舵軸部材は、上端が下端よりも後方に位置するように斜めに傾斜した状態で、搭乗部１１が備える図示されないフレーム部材に、回転可能に取り付けられている。また、前輪である車輪１２Ｆの車軸と後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸との距離、すなわち、ホイールベースはＬ_Hである。

さらに、車輪１２Ｆの車軸を支持する前輪フォーク１７の下端には、車両１０の走行速度である車速を検出する車速検出手段としての車速センサ５４が配設されている。該車速センサ５４は、車輪１２Ｆの回転速度に基づいて車速を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。

本実施の形態において、車両１０は横加速度センサ４４を有する。該横加速度センサ４４は、一般的な加速度センサ、ジャイロセンサ等から成るセンサであって、車両１０の横加速度、すなわち、車体の幅方向としての横方向（図３における左右方向）の加速度を検出する。

車両１０は、旋回時に車体を旋回内側に傾斜させて安定させるので、車体を傾斜させることによって、旋回時の旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように制御される。このような制御を行うことによって、例えば、路面１８が進行方向と垂直な方向（進行方向に対する左右方向）に傾斜していたとしても、常に車体を水平に保つことが可能になる。これにより、車体及び乗員には、見かけ上、常に重力が鉛直下向きにかかっていることになり、違和感が低減され、また、車両１０の安定性が向上する。

そこで、本実施の形態においては、傾斜する車体の横方向の加速度を検出するために、横加速度センサ４４を車体に取り付け、横加速度センサ４４の出力がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。これにより、旋回時に作用する遠心力と重力とが釣り合う傾斜角まで、車体を傾斜させることができる。また、進行方向と垂直な方向に路面１８が傾斜している場合でも、車体が鉛直になる傾斜角となるように制御することができる。なお、前記横加速度センサ４４は、車体の幅方向の中心、すなわち、車体の縦方向軸線上に位置するように配設されている。

しかし、横加速度センサ４４が１つであると、不要加速度成分をも検出してしまうことがある。例えば、車両１０の走行中、路面１８の窪（くぼ）みに左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが落下する場合があり得る。この場合、車体が傾斜するので、横加速度センサ４４は、周方向に変位し、周方向の加速度を検出することになる。つまり、遠心力や重力に直接由来しない加速度成分、すなわち、不要加速度成分が検出されてしまう。

また、車両１０は、例えば、車輪１２Ｌ及び１２Ｒのタイヤ部分のように弾性を備え、ばねとして機能する部分を含み、また、各部材の接続部等に不可避的なガタが含まれる。そのため、横加速度センサ４４は、不可避的なガタやばねを介して車体に取り付けられていると考えられるので、ガタやばねの変位によって生じる加速度をも不要加速度成分として検出してしまう。

このような不要加速度成分は、車体傾斜制御システムの制御性を悪化させる可能性がある。例えば、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくすると、不要加速度成分に起因する制御系の振動、発散等が発生するので、応答性を向上させようとしても制御ゲインを大きくすることができなくなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、横加速度センサ４４が複数であって、互いに異なる高さに配設されている。図１及び３に示される例において、横加速度センサ４４は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの２つであって、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとは互いに異なる高さ位置に配設されている。第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの位置を適切に選択することで、効果的に不要加速度成分を取り除くことができる。

具体的には、図３（ａ）に示されるように、第１横加速度センサ４４ａは、搭乗部１１の背面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ₁の位置に配設されている。また、第２横加速度センサ４４ｂは、搭乗部１１の背面又は本体部２０の上面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ₂の位置に配設されている。なお、Ｌ₁＞Ｌ₂である。そして、旋回走行時に、図３（ｂ）に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回すると、第１横加速度センサ４４ａは、横方向の加速度を検出して検出値ａ₁を出力し、第２横加速度センサ４４ｂは、横方向の加速度を検出して検出値ａ₂を出力する。なお、車体が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心は、厳密には路面１８よりわずかに下方に位置するが、実際上は、概略路面１８と等しい位置であると考えられる。

前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、十分に剛性の高い部材に取り付けられることが望ましい。また、Ｌ₁とＬ₂との差は、小さいと検出値ａ₁及びａ₂の差が小さくなるので、十分に大きいこと、例えば、０．３〔ｍ〕以上、とすることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、リンク機構３０よりも上方に配設されることが望ましい。さらに、車体がサスペンション等のばねで支持されている場合、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、いわゆる「ばね上」に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、前輪である車輪１２Ｆの車軸と後輪である車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸との間に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、可能な限り乗員の近くに配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、ともに、上側から観て進行方向に延在する車体の中心軸上に位置すること、すなわち、進行方向に関してオフセットされないことが望ましい。

本実施の形態においては、車体の傾斜運動の角速度を検出するロールレートセンサ４４ｃ、及び、車体の旋回運動の角速度、すなわち、車体のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段としてのヨーレートセンサ４４ｄが配設されている。具体的には、前記ロールレートセンサ４４ｃ及びヨーレートセンサ４４ｄは、ともに、上側から観て進行方向に延在する車体の中心軸上に位置すること、すなわち、進行方向に関してオフセットされないことが望ましく、例えば、座席１１ａとフットレスト１１ｂとの間に配設される。

なお、前記ロールレートセンサ４４ｃは、一般的なロールレートセンサであって、例えば、ジャイロセンサを、路面１８と垂直方向の面内での回転角速度を検出することができるように取り付けたものである。また、前記ヨーレートセンサ４４ｄは、一般的なヨーレートセンサであって、例えば、ジャイロセンサを、路面１８と平行な面内での回転角速度を検出することができるように取り付けたものである。なお、三次元ジャイロセンサであれば、ロールレートセンサ４４ｃ及びヨーレートセンサ４４ｄの機能を発揮することができる。つまり、ロールレートセンサ４４ｃ及びヨーレートセンサ４４ｄは、それぞれ、別個に構成されたものであってもよいし、一体的に構成されたものであってもよい。

また、本実施の形態における車両１０は、制御装置の一部としての車体傾斜制御システムを有する。該車体傾斜制御システムは、一種のコンピュータシステムであり、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）等から成る傾斜制御装置を備える。該傾斜制御装置は、プロセッサ等の演算手段、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、リンク角センサ２５ａ、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ、ロールレートセンサ４４ｃ、ヨーレートセンサ４４ｄ、車速センサ５４及びリンクモータ２５に接続されている。そして、前記傾斜制御装置は、リンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値を出力する。

前記傾斜制御装置は、旋回走行の際には、フィードバック制御及びフィードフォワード制御を行い、車体の傾斜角度が、横加速度センサ４４が検出する横加速度の値がゼロとなるような角度になるように、リンクモータ２５を作動させる。つまり、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合って、横方向の加速度成分がゼロとなるような角度になるように、車体の傾斜角度を制御する。これにより、車体及び搭乗部１１に搭乗している乗員には、車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用することとなる。したがって、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができる。

また、傾斜方向への外乱を受けたときには、車体の傾斜角度の変化のうちの外乱による部分を抽出し、残余の部分に対しては通常モードで車体の傾斜角度を制御するとともに、抽出した部分に対しては外乱対応モードで車体の傾斜角度を制御する。したがって、外乱を受けたときでも、車体の安定を維持することができる。また、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。

次に、前記車体傾斜制御システムの構成について説明する。

図４は本発明の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。

図において、４６は傾斜制御装置としての傾斜制御ＥＣＵであり、リンク角センサ２５ａ、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ、ロールレートセンサ４４ｃ、ヨーレートセンサ４４ｄ、車速センサ５４及びリンクモータ２５に接続されている。また、前記傾斜制御ＥＣＵ４６は、横加速度演算部４８、リンク角速度推定部５０、外乱演算部４３、傾斜制御部４７及びリンクモータ制御部４２を備える。

ここで、前記横加速度演算部４８は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出した横加速度に基づいて合成横加速度を算出する。また、前記リンク角速度推定部５０は、ヨーレートセンサ４４ｄが検出したヨー角速度としてのヨーレート、及び、車速センサ５４が検出した車速に基づいてリンク角速度予測値を算出する。さらに、前記外乱演算部４３は、ロールレートセンサ４４ｃが検出した車体の傾斜運動の角速度としてのロールレート、及び、リンク角センサ２５ａが検出したリンク角に基づいて外乱分のロールレートを算出する。

そして、前記傾斜制御部４７は、横加速度演算部４８が算出した合成横加速度、リンク角速度推定部５０が算出したリンク角速度予測値、及び、外乱演算部４３が算出した外乱分のロールレートに基づいて、制御値としての速度指令値を演算して出力する。また、前記リンクモータ制御部４２は、傾斜制御部４７が出力した速度指令値に基づいてリンクモータ２５を作動させるための制御値としてのトルク指令値を出力する。

次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。まず、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作の一部である横加速度演算処理の動作について説明する。

図５は本発明の実施の形態における制御系のブロック図、図６は本発明の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図、図７は本発明の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。

本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図５に示されるようなフィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせた制御が行われる。図５において、ｆ₁は、後述される式（６）で表される伝達関数であり、Ｇ_P、Ｇ_RP及びＧ_YDは比例制御動作の制御ゲインであり、ＬＰＦはローパスフィルタであり、ｓは微分要素である。また、ｆ₂は後述される式（１０）で表されるリンク角速度予測値であり、ｆ₃はロールレートゲインである。

旋回走行が開始されると、車体傾斜制御システムは車体傾斜制御処理を開始する。姿勢制御が行われることで、車両１０は、リンク機構３０によって、旋回走行時には、図３（ｂ）に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回する。また、旋回走行時には、旋回外側への遠心力が車体に作用するとともに、車体を旋回内側に傾けたことによって重力の横方向成分が発生する。そして、横加速度演算部４８は、横加速度演算処理を実行し、合成横加速度ａを算出して傾斜制御部４７に出力する。すると、該傾斜制御部４７は、フィードバック制御を行い、合成横加速度ａの値がゼロとなるような制御値としての速度指令値を出力する。そして、リンクモータ制御部４２は、傾斜制御部４７が出力した速度指令値に基づいてトルク指令値をリンクモータ２５に出力する。

なお、車体傾斜制御処理は、車両１０の電源が投入されている間、車体傾斜制御システムによって繰り返し所定の制御周期Ｔ_S（例えば、５〔ｍｓ〕）で実行される処理であり、旋回時において、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図る処理である。

なお、図６において、４４Ａは車体において第１横加速度センサ４４ａの配設された位置を示す第１センサ位置であり、４４Ｂは車体において第２横加速度センサ４４ｂの配設された位置を示す第２センサ位置である。

第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する加速度は、〈１〉旋回時に車体に作用する遠心力、〈２〉車体を旋回内側に傾けたことによって発生する重力の横方向成分、〈３〉左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、並びに、〈４〉リンクモータ２５の作動又はその反作用により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、の４つであると考えられる。これら４つの加速度のうち、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さ、すなわち、Ｌ₁及びＬ₂と無関係である。一方、前記〈３〉及び〈４〉は、周方向に変位することによって生じる加速度であるから、ロール中心からの距離に比例する、すなわち、概略Ｌ₁及びＬ₂に比例する。

ここで、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈３〉の加速度をａ_X1及びａ_X2とし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈４〉の加速度をａ_M1及びａ_M2とする。また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈１〉の加速度をａ_Tとし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈２〉の加速度をａ_Gとする。なお、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さに無関係なので、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値は等しい。

そして、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等による周方向の変位の角速度をω_Rとし、その角加速度をω_R’とする。また、リンクモータ２５の作動又はその反作用による周方向の変位の角速度をω_Mとし、その角加速度をω_M’とする。なお、角速度ω_M又は角加速度ω_M’は、リンク角センサ２５ａの検出値から取得することができる。

すると、ａ_X1＝Ｌ₁ω_R’、ａ_X2＝Ｌ₂ω_R’、ａ_M1＝Ｌ₁ω_M’、ａ_M2＝Ｌ₂ω_M’となる。

また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出して出力する加速度の検出値をａ₁及びａ₂とすると、ａ₁及びａ₂は、４つの加速度〈１〉〜〈４〉の合計であるから、次の式（１）及び（２）で表される。
ａ₁＝ａ_T＋ａ_G＋Ｌ₁ω_R’＋Ｌ₁ω_M’ ・・・式（１）
ａ₂＝ａ_T＋ａ_G＋Ｌ₂ω_R’＋Ｌ₂ω_M’ ・・・式（２）
そして、式（１）から式（２）を減算すると、次の式（３）を得ることができる。
ａ₁−ａ₂＝（Ｌ₁−Ｌ₂）ω_R’＋（Ｌ₁−Ｌ₂）ω_M’ ・・・式（３）
ここで、Ｌ₁及びＬ₂の値は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さであるから既知である。また、ω_M’の値は、リンクモータ２５の角速度ω_Mの微分値であるから既知である。すると、前記式（３）の右辺においては、第１項のω_R’の値のみが未知であり、他の値はすべて既知である。したがって、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ₁及びａ₂から、ω_R’の値を得ることが可能である。つまり、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ₁及びａ₂に基づいて、不要加速度成分を取り除くことができる。

車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、横加速度演算部４８は、横加速度演算処理を開始し、まず、第１横加速度センサ値ａ₁を取得するとともに（ステップＳ１）、第２横加速度センサ値ａ₂を取得する（ステップＳ２）。そして、横加速度演算部４８は、加速度差Δａを算出する（ステップＳ３）。該Δａは次の式（４）によって表される。
Δａ＝ａ₁−ａ₂ ・・・式（４）
続いて、横加速度演算部４８は、ΔＬ呼出を行うとともに（ステップＳ４）、Ｌ₂呼出を行う（ステップＳ５）。前記ΔＬは次の式（５）によって表される。
ΔＬ＝Ｌ₁−Ｌ₂ ・・・式（５）
続いて、横加速度演算部４８は、合成横加速度ａを算出する（ステップＳ６）。なお、合成横加速度ａは、横加速度センサ４４が１つである場合における横加速度センサ値ａに相当する値であって、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した値であり、次の式（６）及び（７）によって得られる。
ａ＝ａ₂−（Ｌ₂／ΔＬ）Δａ・・・式（６）
ａ＝ａ₁−（Ｌ₁／ΔＬ）Δａ・・・式（７）
理論上は、式（６）によっても式（７）によっても、同じ値を得ることができるが、周方向の変位によって生じる加速度はロール中心からの距離に比例するので、実際上は、ロール中心により近い方の横加速度センサ４４、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂの検出値であるａ₂を基準にすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、式（６）によって合成横加速度ａを算出することとする。

最後に、横加速度演算部４８は、傾斜制御部４７へ合成横加速度ａを送出して（ステップＳ７）、横加速度演算処理を終了する。

このように、本実施の形態においては、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとを互いに異なる高さ位置に配設し、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した合成横加速度ａを算出し、該合成横加速度ａの値がゼロとなるように、フィードバック制御を行って車体の傾斜角度を制御する。

これにより、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、横加速度センサ４４が２つである場合について説明したが、横加速度センサ４４は、複数であって互いに異なる高さに配設されていれば、３つ以上であってもよく、いくつであってもよい。

次に、旋回走行におけるリンク角速度を推定するリンク角速度推定処理の動作について説明する。

図８は本発明の実施の形態における車体リンク角を説明するモデルを示す図、図９は本発明の実施の形態におけるリンク角速度推定処理の動作を示すフローチャート、図１０は本発明の実施の形態におけるヨーレートの微分処理のサブルーチンを示すフローチャート、図１１は本発明の実施の形態におけるフィルタ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

リンク角速度推定部５０は、リンク角速度推定処理を開始すると、まず、ヨーレートセンサ４４ｄが検出したヨーレートの値であるヨーレートセンサ値ψを取得するとともに（ステップＳ１１）、車速センサ５４が検出した車速の値である車速センサ値νを取得する（ステップＳ１２）。

そして、リンク角速度推定部５０は、ヨーレートの微分処理を実行し（ステップＳ１３）、Δψを算出する。該Δψは、ヨーレートを時間微分した値であり、ヨー角加速度に相当する。

ヨーレートの微分処理において、リンク角速度推定部５０は、まず、ψ_old呼出を行う（ステップＳ１３−１）。なお、ψ_oldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたψ（ｔ）の値である。なお、初期設定においては、ψ_old＝０とされている。

続いて、リンク角速度推定部５０は、制御周期Ｔ_Sを取得する（ステップＳ１３−２）。

続いて、リンク角速度推定部５０は、ヨーレート微分値Δψを算出する（ステップＳ１３−３）。Δψは、次の式（８）によって算出される。
Δψ＝（ψ（ｔ）−ψ_old）／Ｔ_S ・・・式（８）
そして、リンク角速度推定部５０は、ψ_old＝ψ（ｔ）として保存し（ステップＳ１３−４）、ヨーレートの微分処理を終了する。

続いて、リンク角速度推定部５０は、ヨーレート微分値Δψに対して、フィルタ処理を実行する（ステップＳ１４）。

フィルタ処理において、リンク角速度推定部５０は、まず、制御周期Ｔ_Sを取得する（ステップＳ１４−１）。

続いて、リンク角速度推定部５０は、カットオフ周波数ｗを取得する（ステップＳ１４−２）。

続いて、リンク角速度推定部５０は、Δψ_old呼出を行う（ステップＳ１４−３）。なお、Δψ_oldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存されたΔψ（ｔ）の値である。

続いて、リンク角速度推定部５０は、フィルタ処理されたヨーレート微分値Δψ（ｔ）を算出する（ステップＳ１４−４）。Δψ（ｔ）は、次の式（９）によって算出される。
Δψ（ｔ）＝Δψ_old／（１＋Ｔ_Sｗ）＋Ｔ_Sｗψ／（１＋Ｔ_Sｗ）・・・式（９）
該式（９）は、バンドパスフィルタとして一般的に使用されるＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタの式であり、一次遅れ系のローパスフィルタを表している。

そして、リンク角速度推定部５０は、Δψ_old＝Δψ（ｔ）として保存し（ステップＳ１４−５）、フィルタ処理を終了する。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に算出したΔψ（ｔ）の値をΔψ_oldとして、記憶手段に保存する。

続いて、リンク角速度推定部５０は、リンク角速度予測値ｆ₂を算出する（ステップＳ１５）。ここで、重力をｇとすると、リンク角速度予測値ｆ₂は、次の式（１０）によって算出される。
ｆ₂＝ｄη／ｄｔ＝（ν／ｇ）（ｄψ／ｄｔ）・・・式（１０）
前述のように、リンク角センサ２５ａは、中央縦部材２１に対する上側の横リンクユニット３１Ｕの角度の変化、すなわち、リンク角の変化を検出する。ここで、リンク角をηとし、旋回時における車体の傾斜角が、横加速度としての遠心力ａ₀と重力ｇとが釣り合うように制御されているものとすると、路面が水平であれば、遠心力ａ₀と重力ｇとは、図８に示されるようになり、次の式（１１）で表される関係が成立する。
ａ₀cos η＝ｇsin η ・・・式（１１）
該式（１１）から、次の式（１２）が導出される。
ａ₀／ｇ＝sin η／cos η＝tan η ・・・式（１２）
さらに、該式（１２）から、次の式（１３）が導出される。
ａ₀＝ｇtan η ・・・式（１３）
一方、ヨーレートがψであり、旋回半径がｒであるとすると、車速ν及び旋回時に車体に作用する横加速度としての遠心力ａ₀は次の式（１４）及び（１５）によって表される。
ν＝ｒψ ・・・式（１４）
ａ₀＝ｒψ²＝νψ ・・・式（１５）
そして、該式（１５）と前記式（１３）とから、次の式（１６）が導出される。
tan η＝νψ／ｇ・・・式（１６）
さらに、tan η≒ηと近似することができるとともに、車速νの変化がリンク角ηの変化と比較して十分に遅いので、車速νを定数とみなすことができるとすると、前記式（１６）から、前記式（１０）を得ることができる。

続いて、リンク角速度推定部５０は、リンク角速度制御値ａ_fを算出する（ステップＳ１６）。リンク角速度制御値ａ_fは、次の式（１７）によって算出される。
ａ_f＝Ａｄη／ｄｔ・・・式（１７）
ここで、Ａは、０〜１の任意の値であり、車両１０の構造に応じて決定されるチューニング定数である。

最後に、リンク角速度推定部５０は、傾斜制御部４７へリンク角速度制御値ａ_fを送出して（ステップＳ１７）、リンク角速度推定処理を終了する。

次に、リンクモータ制御部４２へ速度指令値を出力するための傾斜制御処理の動作について説明する。

図１２は本発明の実施の形態における傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。

傾斜制御処理において、傾斜制御部４７は、まず、横加速度演算部４８から合成横加速度ａを受信する（ステップＳ２１）。

続いて、傾斜制御部４７は、ａ_old呼出を行う（ステップＳ２２）。ａ_oldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された合成横加速度ａである。なお、初期設定においては、ａ_old＝０とされている。

続いて、傾斜制御部４７は、制御周期Ｔ_Sを取得し（ステップＳ２３）、ａの微分値を算出する（ステップＳ２４）。ここで、ａの微分値をｄａ／ｄｔとすると、該ｄａ／ｄｔは次の式（１８）によって算出される。
ｄａ／ｄｔ＝（ａ−ａ_old）／Ｔ_S ・・・式（１８）
そして、傾斜制御部４７は、ａ_old＝ａとして保存する（ステップＳ２５）。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した横加速度センサ値ａをａ_oldとして、記憶手段に保存する。

続いて、傾斜制御部４７は、第１制御値Ｕ_Pを算出する（ステップＳ２６）。ここで、比例制御動作の制御ゲイン、すなわち、比例ゲインをＧ_Pとすると、第１制御値Ｕ_Pは次の式（１９）によって算出される。
Ｕ_P＝Ｇ_Pａ・・・式（１９）
続いて、傾斜制御部４７は、第２制御値Ｕ_Dを算出する（ステップＳ２７）。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をＧ_Dとすると、第２制御値Ｕ_Dは次の式（２０）によって算出される。
Ｕ_D＝Ｇ_Dｄａ／ｄｔ・・・式（２０）
続いて、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕを算出する（ステップＳ２８）。該第３制御値Ｕは、第１制御値Ｕ_Pと第２制御値Ｕ_Dとの合計であり、次の式（２１）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ_P＋Ｕ_D ・・・式（２１）
第３制御値Ｕを算出すると、傾斜制御部４７は、リンク角速度推定部５０からリンク角速度制御値ａ_fを受信する（ステップＳ２９）。

続いて、傾斜制御部４７は、第４制御値Ｕを算出する（ステップＳ３０）。該第４制御値Ｕは、第３制御値Ｕとリンク角速度制御値ａ_fとの合計であり、次の式（２２）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ＋ａ_f ・・・式（２２）
最後に、傾斜制御部４７は、第４制御値Ｕを速度指令値としてリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ３１）、処理を終了する。

次に、リンクモータ２５へトルク指令値を出力するためのリンクモータ制御処理の動作について説明する。

図１３は本発明の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。

リンクモータ制御処理において、リンクモータ制御部４２は、まず、傾斜制御部４７から第４制御値Ｕを受信する（ステップＳ４１）。

続いて、リンクモータ制御部４２は、リンク角センサ２５ａが検出したリンク角センサ値ηを取得し（ステップＳ４２）、リンク角速度算出処理を実行して（ステップＳ４３）、リンク機構３０のリンク角の角速度Δηを算出する。

また、リンクモータ制御部４２は、Δηの値を外乱演算部４３から取得することによって、前記ステップＳ４２及びＳ４３の動作を省略することもできる。

続いて、リンクモータ制御部４２は、制御誤差を算出する（ステップＳ４４）。ここで、制御誤差をεとすると、該εは、次の式（２３）によって算出される。
ε＝Ｕ−Δη ・・・式（２３）
なお、Ｕは傾斜制御部４７から受信した第４制御値Ｕである。

続いて、リンクモータ制御部４２は、モータ制御比例ゲインＧ_MPを取得する（ステップＳ４５）。該モータ制御比例ゲインＧ_MPの値は、実験等に基づいて設定された値であり、あらかじめ記憶手段に格納されている。

続いて、リンクモータ制御部４２は、リンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値を算出する（ステップＳ４６）。ここで、トルク指令値をＵ_Tとすると、該Ｕ_Tは次の式（２４）によって算出される。
Ｕ_T＝Ｇ_MPε ・・・式（２４）
最後に、リンクモータ制御部４２は、トルク指令値をＵ_Tをリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ４７）、処理を終了する。

このように、本実施の形態においては、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとを互いに異なる高さ位置に配設し、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した合成横加速度ａを算出し、該合成横加速度ａの値に基づいて、車体の傾斜角度を制御する。

これにより、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。また、路面１８が進行方向と垂直な方向に傾斜していても、車体を路面１８に対して垂直に保つことができる。したがって、車体の安定を維持することができ、かつ、旋回性能を向上させることができるとともに、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる。

さらに、リンク角速度予測値を車体傾斜制御に使用するので、旋回開始時及び終了時のように横加速度の変化が大きい場合における制御遅れを解消することができる。

さらに、リンク角速度予測値を、操舵角速度でなく、ヨーレートに基づいて算出するので、即時性がやや犠牲になるものの、予測精度を向上させることができる。例えば、カウンターステアの場合には旋回方向と逆方向に操舵角が変化するので、操舵角速度に基づいてリンク角速度を予測すると、意図しない車体の傾斜が発生することとなる。しかし、ヨーレートに基づいてリンク角速度を予測するならば、このような場合にも、対応することができる。

また、ヨーレートゲイン、制御遅れ、路面の摩擦係数等の影響をすべて内包した形でヨーレートセンサ４４ｄで検出することができるので、傾斜制御ＥＣＵ４６の演算量を抑制することができる。

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。

本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に利用することができる。

１０車両
１１搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ車輪
２０本体部
２５リンクモータ
４４横加速度センサ
４４ａ第１横加速度センサ
４４ｂ第２横加速度センサ
４４ｄヨーレートセンサ
５４車速センサ

Claims

互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
前記操舵部又は駆動部を旋回方向内側に傾斜させるリンク機構と、
該リンク機構を作動させる傾斜用アクチュエータ装置と、
前記車体に作用する横加速度を検出する複数のセンサと、
前記車体のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、旋回方向外側への遠心力と重力とが釣り合うように前記複数のセンサが検出する横加速度に基づくフィードバック制御を行うとともに、前記ヨー角速度検出手段が検出するヨー角速度の微分値及び前記車速検出手段が検出する車速からリンク角速度予測値を算出し、算出したリンク角速度予測値を使用したフィードフォワード制御を行って前記車体の傾斜を制御することを特徴とする車両。
前記制御装置は、前記複数のセンサが検出する横加速度を合成した合成横加速度がゼロになるように、前記車体の傾斜を制御する請求項１に記載の車両。
前記複数のセンサは、互いに異なる高さに配設された横加速度センサである請求項１又は２に記載の車両。