車両
【課題】車体の降車方向傾斜確率を算出し、その値によって車体の傾斜方向を予測するとともに、転倒防止装置の実行を禁止する禁止手段を備え、降車方向への車体傾斜を予測した場合には転倒防止装置の実行をあらかじめ禁止状態にしておくことにより、車体傾斜方向の予測に基づく的確な判断で必要な場合にのみ確実に転倒防止装置を作動させることができ、転倒防止装置の不要な作動によって使用者が余分な時間と費用を要することがなく、かつ、車体固定式片側ストッパのみで十分な安全性を保障可能な倒立型の車両を実現することができるようにする。
【解決手段】車両制御装置は、車体の姿勢の制御の停止時に車体が傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段と、傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向に基づいて転倒防止装置の実行を禁止する禁止手段とを備える。
【解決手段】車両制御装置は、車体の姿勢の制御の停止時に車体が傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段と、傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向に基づいて転倒防止装置の実行を禁止する禁止手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【０００３】
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し、倒立制御の実行時にはストッパを路面から離脱させてストッパが走行の支障となることを防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の車両においては、可動式のストッパを車両の前後に取り付ける必要があり、これにより、構成が複雑化するとともに、車両の軽量化及び低コスト化の妨げとなる。
【０００６】
そこで、固定式のストッパを車両のいずれか一方側に取り付けることが考えられる。乗員が降車するときには、乗員が降車しやすい方向に車体を傾けて、車体に固定されたストッパを地面に接地させる。また、緊急停止時に車体が逆方向に傾斜した場合に備えて転倒防止装置を取り付ける。該転倒防止装置は非常時のみに作動するため、簡易なシステムが望ましく、例えば、転倒防止装置としてエアバッグを使用する。
【０００７】
ここで、転倒防止装置は、車体が逆方向に傾斜しない限り、作動させない方が望ましい。例えば、エアバッグの場合、作動後に交換が必要であり、そのために乗員又は車両の管理者は時間と費用を要する。したがって、車体が逆方向に傾斜したときにのみ、転倒防止装置を作動させる方が望ましい。
【０００８】
また、場合によっては、転倒防止装置を適切に作動させることができない可能性がある。例えば、車体の傾斜方向を確認した後に転倒防止装置を作動させる場合、転倒防止装置が機能する前に、車体の一部が路面に接触する可能性がある。また、車体の傾斜状態を計測するセンサの故障や制御に関する演算処理を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の故障、又は、それらに対する電力供給の遮断の結果として倒立制御を緊急停止した場合、その後の車体の傾斜方向を確認することは不可能である。
【０００９】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車体の降車方向傾斜確率を算出し、その値によって車体の傾斜方向を予測するとともに、転倒防止装置を作動させる転倒防止手段の実行を禁止する禁止手段を備え、降車方向への車体傾斜を予測した場合には転倒防止手段の実行をあらかじめ禁止状態にしておくことにより、車体傾斜方向の予測に基づく的確な判断で必要な場合にのみ確実に転倒防止装置を作動させることができるため、転倒防止装置の不要な作動によって使用者が余分な時間と費用を要することがなくなり、かつ、車体固定式片側ストッパのみで十分な安全性を保障でき、その結果、簡素で小型で軽量で安価で安全で便利な車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、前記車体の転倒を防止する転倒防止装置と、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、前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段と、該傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止手段とを備える。
【００１１】
本発明の他の車両においては、さらに、前記禁止手段は、前記車体の姿勢の制御を停止する直前に前記傾斜方向予測手段が予測した前記車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する。
【００１２】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車体の姿勢角度を制限する姿勢制限手段を更に備え、前記車両制御装置は、前記傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向と前記姿勢制限手段が機能する方向とが一致するときに前記禁止手段は前記転倒防止装置の実行を禁止する。
【００１３】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態によって、前記車体が傾斜する方向を予測する。
【００１４】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、前記車体の重心ずれ量を取得する重心ずれ量取得手段を備え、該重心ずれ取得手段によって取得された前記車体の重心ずれ量によって、前記車体が傾斜する方向を予測する。
【００１５】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記重心ずれ量取得手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態及び／又は前記駆動トルクの時間履歴に基づいて前記車体の重心ずれ量を推定する。
【００１６】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、車両の走行速度に基づいて前記車体の姿勢の制御の停止後における車両の減速度と減速時間を予測する減速状態予測手段を更に備え、該減速状態予測手段によって予測された前記減速度と前記減速時間によって、前記車体が傾斜する方向を予測する。
【００１７】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が特定方向へ傾斜する確率を算出し、算出した確率が所定の閾値以上であるときに前記車体が特定方向に傾斜すると予測する。
【００１８】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の姿勢の制御を停止するときに車両の電源を遮断する。
【００１９】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記禁止手段は、前記傾斜方向予測手段が前記車体が特定方向へ傾斜すると予測したときに前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止信号を前記転倒防止装置に送信し、該転倒防止装置は、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信した場合には実行せず、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信しなかった場合には実行する。
【００２０】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記転倒防止装置は、前記車体と路面の間に介在させて前記車体の傾斜角を所定の閾値以内に制限するエアバッグを作動させる。
【００２１】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記転倒防止装置は、前記車体の重心位置を転倒する方向の逆側に移動させる可動質量を作動させる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の構成によれば、車体の傾斜方向を予測し、必要であると予測される場合にのみ確実に転倒防止装置の作動等を実行するため、不要な転倒防止手段の実行、及び、その事後処理に必要な労力や費用を無くすことができる。
【００２３】
請求項２の構成によれば、姿勢制御を停止して車体が実際に傾斜する前に傾斜方向を予測して、必要に応じて転倒防止手段を実行するため、転倒防止装置の実行が遅れる場合、あるいは、センサの故障等により車体の傾斜状態の取得が困難な場合でも、必要な場合には確実に転倒防止手段を機能させることができる。また、姿勢制御を停止する前の最新の予測結果を用いることで、より信頼性の高い予測に基づいて転倒防止装置を実行又は禁止できる。
【００２４】
請求項３の構成によれば、例えば車体傾斜角を制限するストッパを車体の片側のみに備え、通常時の停車は車体をストッパ側に傾斜させることで行い、逆側に傾斜する非常時のみ転倒防止装置を実行するような車両を実現可能とし、小型で安全な倒立型車両を提供できる。
【００２５】
請求項４の構成によれば、車体の傾斜状態や駆動輪の回転状態を考慮し、車体傾斜に関する力学モデルに基づいて車体の傾斜方向を予測することにより、高い精度で車体の傾斜方向を予測することができる。
【００２６】
請求項５の構成によれば、乗員や積載物の状況によって変化する車体の重心ずれを考慮することで、より高い精度で車体の傾斜方向を予測できる。
【００２７】
請求項６の構成によれば、車体の重心ずれを推定によって取得することで、重心ずれを計測するセンサが不要であり、低コストかつ高精度の傾斜方向予測を実現できる。
【００２８】
請求項７の構成によれば、姿勢制御停止後の車両の減速過程を予測し、その減速に伴って車体に作用する慣性力を考慮することで、より高い精度で車体の傾斜方向を予測できる。
【００２９】
請求項８の構成によれば、傾斜方向の予測結果を確率という数値で決定することで、予測結果を定量的に判断することが可能となり、より適切に転倒防止装置を実行することができる。
【００３０】
請求項９の構成によれば、様々な倒立制御停止の条件を電源遮断という最も厳しい条件に統一することで、姿勢制御停止時のいかなる条件に対しても必要に応じて確実に転倒防止装置を実行できる。また、１つの条件に統一されることで、制御の設計が容易になる。
【００３１】
請求項１０の構成によれば、電源遮断の情報を転倒防止手段実行の条件に用いることで、電源が遮断されても必要に応じて確実に転倒防止装置を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの入出力信号を示す図である。
【図５】本発明の第１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。
【図６】本発明の第１の実施の形態における実質車体傾斜角と前方傾斜確率の関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における傾斜方向予測処理の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第２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。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
図１は本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す概略図、図２は本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図、図３は本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの構成を示すブロック図、図４は本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの入出力信号を示す図である。なお、図４において、（ａ）は転倒防止装置が作動しない場合、（ｂ）は転倒防止装置が作動する場合をそれぞれ表す。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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には搭乗部１４が取り付けられている。なお、本実施の形態においては、説明の都合上、乗員１５が搭乗部１４に搭乗している例について説明するが、搭乗部１４には必ずしも乗員１５が搭乗している必要はなく、例えば、車両１０がリモートコントロールによって操縦される場合には、搭乗部１４に乗員１５が搭乗していなくてもよいし、乗員１５に代えて、貨物が積載されていてもよい。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、足置き部、座面部、背もたれ部及びヘッドレストを備える。
【００３８】
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。
【００３９】
また、前記入力装置３０は、停止要求取得手段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。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停止要求取得手段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。
【００４０】
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。
【００４１】
さらに、前記搭乗部１４の足置き部には、固定式の姿勢制限手段としてのストッパ１６が取り付けられている。なお、該ストッパ１６は、足置き部と一体的に形成されていることが望ましい。そして、倒立制御を停止した時には、前記ストッパ１６の少なくとも一部、例えば、前端部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、車体が所定角度以上に傾斜することを防止する。
【００４２】
降車時における車体の傾斜方向、すなわち、車両１０を停車させて乗員１５が降車する際に車体を傾斜させる方向である降車方向は、前方又は後方のいずれであってもよいが、本実施の形態における車両１０では、前記降車方向が前方であるものとして説明する。そして、降車時に倒立制御を停止すると、車体が前方に傾斜してストッパ１６の前端部が路面に接地するので、車体の姿勢が安定し、乗員１５は安全に降車することができる。
【００４３】
一方、前記搭乗部１４の背面には、降車方向と逆方向へ車体が転倒することを防止するための転倒防止装置１７が取り付けられている。該転倒防止装置１７は、緊急の倒立制御停止時に自動的に作動して車体の転倒を防止する装置であれば、いかなる種類の装置であってもよいが、本実施の形態においては、エアバッグ装置であるものとして説明する。該エアバッグ装置は、作動させると、ガス発生器（インフレータ）の発生する高圧ガスがバッグ内に注入されて該バッグが急速に膨張して路面に接地するので、車体の後方への転倒が防止される。
【００４４】
また、車両システムは、図２に示されるように、車両制御装置としての制御ＥＣＵ２０を有し、該制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２を備える。前記制御ＥＣＵ２０並びに主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両１０の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部１１に配設されるが、支持部１３や搭乗部１４に配設されていてもよい。また、前記主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２は、それぞれ、別個に構成されていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
また、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、車体傾斜センサ４１及び駆動モータ５２とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム４０の一部として機能する。前記車体傾斜センサ４１は、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り、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に送信する。
【００４７】
さらに、主制御ＥＣＵ２１は、作動禁止スイッチ６１及び転倒防止装置１７を備える転倒防止手段としての車体転倒防止システム６０を制御する。車両１０の緊急停止時には、転倒防止装置１７を作動させる信号が主制御ＥＣＵ２１から車体転倒防止システム６０に自動的に送信され、このとき、作動禁止スイッチ６１が禁止信号を受信していない場合に限り、転倒防止装置１７を作動させるようになっている。
【００４８】
なお、前記作動禁止スイッチ６１は、具体的には、図３に示されるように、入力信号の立下り時（ＯＮからＯＦＦに変化した時）に所定時間信号を出力する立下りトリガ６２と、入力信号を所定の時間Ｔだけ遅らせる遅延要素６３と、両方の信号が入力された場合（一方はその否定）にのみ信号を出力する論理積６４とを備え、論理演算処理を実行する電子回路である。そして、作動禁止スイッチ６１は、車両システムの電源投入状態に対応する電源信号、及び、主制御ＥＣＵ２１からの禁止信号が入力されると、図４に示されるような動作信号を転倒防止装置１７に対して出力する。
【００４９】
そして、前記立下りトリガ６２は、車両システムの電源投入状態に対応する電源信号がＯＦＦ状態に変化すると、すなわち、電源が遮断されると、信号として電源信号の立下りトリガ信号を出力する。これにより、電源遮断（緊急停止）時以外の時に転倒防止装置１７が作動することを防止する。また、前記遅延要素６３は、主制御ＥＣＵ２１からの禁止信号を所定の時間だけ遅らせる。すなわち、電源遮断から所定の時間だけ前における禁止信号の状態に応じて、作動禁止の是非を判断する。これにより、車両システムの電源遮断とともに主制御ＥＣＵ２１の電源も遮断された結果、主制御ＥＣＵ２１が禁止信号を送信できなくなる場合であっても、確実に転倒防止装置１７の作動を禁止することができる。さらに、前記論理積６４は、電源信号の立下りトリガ信号を受信し、かつ、所定の時間Ｔだけ遅れた禁止信号を受信しなかった場合、すなわち、電源遮断の直前における禁止信号がＯＦＦの場合、転倒防止装置１７の動作信号を出力する。これにより、禁止信号によって転倒防止装置１７を作動させるか否かをあらかじめ設定することができる。
【００５０】
さらに、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に送信する。
【００５１】
なお、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ４１として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と車体傾斜角速度とを決定してもよい。
【００５２】
なお、制御ＥＣＵ２０は、機能の観点から、倒立制御の停止時に車体の傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段、及び、転倒防止手段の実行を禁止する禁止手段、車体の重心ずれ量を取得する重心ずれ量取得手段、倒立制御停止後の車両の減速過程を予測する減速状態予測手段を備える。
【００５３】
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。
【００５４】
図５は本発明の第１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。
【００５５】
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、バッテリの異常による電力供給の遮断、各センサの故障、各アクチュエータの故障、各ＥＣＵの異常、各要素間の通信異常等の原因によって、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定する。
【００５６】
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定する。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定する。
【００５７】
そして、降車を望んでいないと判定すると、制御ＥＣＵ２０は、倒立制御を実行し（ステップＳ３）、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。
【００５８】
続いて、制御ＥＣＵ２０は、傾斜方向予測処理を実行し（ステップＳ４）、倒立制御停止時における車体の傾斜方向の予測として、車体が前方に傾斜する確率を決定する。
【００５９】
続いて、制御ＥＣＵ２０は、傾斜方向予測処理の結果に基づき、傾斜方向判定を行い、前方傾斜であるか否かを判定する（ステップＳ５）。この場合、車体が確実に前方に傾斜するか否かを、前方傾斜確率により判定する。具体的には、前方傾斜確率が所定の閾値以上である場合に前方傾斜と判定する。
【００６０】
そして、前方傾斜でない場合、制御ＥＣＵ２０は、許可指令を行って（ステップＳ６）、処理を終了する。具体的は、主制御ＥＣＵ２１から作動禁止スイッチ６１へ送信する禁止信号を停止することによって緊急停止時における車体転倒防止システム６０の作動を許可する。
【００６１】
また、前方傾斜である場合、制御ＥＣＵ２０は、禁止指令を行って（ステップＳ７）、処理を終了する。具体的には、主制御ＥＣＵ２１から作動禁止スイッチ６１へ禁止信号を送信することによって緊急停止時における車体転倒防止システム６０の作動を禁止する。
【００６２】
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Ｓ８）、車両システムの電源を遮断し、車両制御処理を終了する。前述のように、電源が遮断されると立下りトリガ６２は電源信号の立下りトリガ信号を出力する。そして、論理積６４は、電源信号の立下りトリガ信号を受信し、かつ、電源遮断の直前における禁止信号がＯＦＦの場合、転倒防止装置１７の動作信号を出力する。すると、転倒防止装置１７が作動するので、車体の後方への転倒が防止される。また、電源遮断の直前における禁止信号がＯＮである場合には、転倒防止装置１７の動作信号が出力されないので、転倒防止装置１７は作動しない。このように、許可指令又は禁止指令に応じた禁止信号によって、転倒防止装置１７を作動させるか否かが設定される。
【００６３】
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、着地制御を実行し（ステップＳ９）、車体を緩やかに前方に傾け、ストッパ１６を路面に接地させ、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。
【００６４】
このように、本実施の形態においては、緊急停止としてシステムの電源が遮断されると、事前に予測した必要性に基づいて、転倒防止装置１７が作動するようになっている。具体的には、転倒防止装置１７は、作動を禁止する禁止信号を受信していない場合にのみ作動する。倒立制御実行時の傾斜方向予測において、転倒防止装置１７の作動が不要である、とあらかじめ判断されていた場合には、緊急停止に関わらず、転倒防止装置１７は作動しない。これにより、転倒防止装置１７の不要な動作後に必要な乗員１５等の利用者の負担、（例えば、転倒防止装置１７がエアバッグ装置である場合には、新しいエアバッグ装置に交換する負担）を省くことができる。
【００６５】
また、車体が後方に傾斜する可能性がある場合に限り、緊急停止時における転倒防止装置１７の作動を許可するようになっている。具体的には、傾斜方向予測によって決定した前方傾斜確率に応じて、禁止信号の送信状態を切り替える。前方傾斜確率が所定の閾値よりも小さい場合には、転倒防止装置１７の作動を許可する。この場合、電源遮断時に転倒防止装置１７が自動的に作動するように、事前準備する。また、前方傾斜確率が所定の閾値よりも大きい場合には、転倒防止装置１７の作動を禁止する。この場合、転倒防止装置１７は作動することがなく、通常の乗降時と同様に、車体の前方のストッパ１６を接地させた状態で車体姿勢が保たれる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、乗員１５の降車希望に伴う車体前方傾斜動作時の快適性を保障するために、特別な着地制御を実行するが、緊急停止時と同様に、電源を遮断してもよい。これにより、制御系の設計が更に容易になる。
【００６７】
次に、傾斜方向予測処理について説明する。
【００６８】
図６は本発明の第１の実施の形態における実質車体傾斜角と前方傾斜確率の関係を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における傾斜方向予測処理の動作を示すフローチャートである。
【００６９】
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。
θW ：駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θ1 ：車体傾斜角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
τW ：駆動トルク（２つの駆動輪の合計）〔Ｎｍ〕
ｇ：重力加速度〔ｍ／ｓ2 〕
ＲW ：駆動輪接地半径〔ｍ〕
Ｉ1 ：車体慣性モーメント〔ｋｇｍ2 〕
ｍ1 ：車体質量（乗員を含む）〔ｋｇ〕
ｌ1 ：車体重心距離（車軸から）〔ｍ〕
【００７０】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体重心ずれ量を推定する（ステップＳ４−２）。具体的には、取得した各状態量と駆動トルクの時間履歴とから、次の式（１）によって、車体重心ずれ量δ1 を推定する。
【００７１】
【数１】
【００７２】
なお、駆動トルクτW の値には、前回の制御処理時に決定した値を使用する。また、車体傾斜角加速度及び駆動輪回転角加速度の値は、車体傾斜角θ1 及び駆動輪回転角θW の計測値を２回時間微分（差分）することによって得られる。
【００７３】
本実施の形態においては、駆動輪回転状態と車体傾斜状態と駆動トルクの時間履歴とに基づいて、車体の傾斜運動に関する力学モデルの偏差として、車体重心ずれ量を推定する。具体的には、車体の回転慣性、車両１０の加減速に伴う慣性力、重力トルク、及び、駆動トルクの反トルクを考慮し、考慮していない作用が車体重心ずれによるものであると仮定して、車体重心ずれ量を推定する。したがって、例えば、車体傾斜センサ４１の機械的及び電気的なオフセットも重心ずれ量として自動的に考慮できる。
【００７４】
また、ローパスフィルタによって、外乱による影響を除く。例えば、乗員１５の一時的な動作や路面の凹凸、センサ信号のノイズ等の影響を除く。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、簡単な線形モデルにより車体重心ずれ量を推定しているが、より厳密なモデルによって推定してもよい。例えば、非線形的な作用や車体の回転に対する粘性抵抗等の要素を考慮したモデルを用いて、より厳密に推定してもよい。また、より簡単なモデルによって推定してもよい。例えば、特性時間の短い車体の回転慣性や加減速に伴う慣性力を無視したモデルを用いて推定してもよい。さらに、車体傾斜角加速度や駆動輪回転角加速度が大きい場合には推定値を固定することで、推定値の精度を保つようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、１次のローパスフィルタによって推定値を補正しているが、より高次のフィルタを用いてもよい。
【００７７】
さらに、本実施の形態においては、推定によって車体重心ずれ量を取得しているが、他の方法を用いてもよい。例えば、乗員１５や搭載物を含む搭乗部１４の荷重分布を計測する複数の荷重センサを具備し、その計測値に基づいて搭乗部１４及び車体重心ずれ量を推定してもよい。これにより、推定の精度や信頼性を更に高めることができる。また、この場合において、力学モデルで考慮していない他の要素、例えば、車体傾斜センサ４１のオフセット等を本実施の形態と同様の手法によって推定してもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態においては、車体の傾斜運動に関する力学モデルとの偏差を車体重心ずれ量として推定しているが、他の物理量によって偏差を評価してもよい。例えば、車体に作用する反トルクを偏差とし、その推定値を後述の車体傾斜角推定に利用してもよい。すなわち、車体重心ずれ量は力学モデルとの偏差に相当する物理量の１つであり、その限りではない。
【００７９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、前方傾斜確率を決定する（ステップＳ４−３）。この場合、取得した各状態量に応じて、次の式（２）によって、前方傾斜確率Ｐを決定する。
【００８０】
【数２】
【００８１】
図６には前方傾斜確率と実質車体傾斜角との関係が示されている。
【００８２】
なお、制動トルクの予測値には、次の仮定の下で所定の値を予め与えておく。まず、緊急停止時に駆動輪１２に摩擦ブレーキが作用する場合、性能予想値又は制御指令値であるブレーキトルクの値を与える。また、緊急停止時に駆動輪１２に摩擦ブレーキが作用しない場合、駆動モータ５２の逆起電力や駆動輪１２の転がり抵抗などを考慮して制動トルクに相当する値を与える。
【００８３】
このように、本実施の形態においては、車両１０の状態に基づいて、倒立制御を停止した時に車体が傾斜する方向の予測として、車体の前方傾斜確率を決定する。
【００８４】
具体的には、車体傾斜角と車体傾斜角速度に基づいて、前方傾斜確率を決定する。この場合、車体が前方に傾いているほど、また、車体の前方への傾斜速度が大きいほど、前方傾斜確率を大きくする。たとえ車体が後方に傾いていても、前方への車体傾斜角速度が大きければ、前方へ傾斜すると判断する。このように、車体傾斜角速度まで考慮することで、より高精度に傾斜方向を予測できる。
【００８５】
また、緊急停止時における車両１０の減速に伴う慣性力の影響を考慮する。具体的には、予測される車両１０の減速度と減速時間に基づいて、前方傾斜確率を決定する。また、車両速度又は駆動輪回転角速度に基づいて、減速時間を予測する。この場合、車両速度が高いほど、車両１０が停止するまでの時間が長く、車体傾斜に及ぼす影響が大きい、すなわち、前方傾斜確率が大きいと判断する。このように、緊急停止後の慣性力を考慮することで、より高精度に傾斜方向を予測できる。
【００８６】
さらに、車体重心ずれ量に応じて、前方傾斜確率を修正する。具体的には、予測される車両１０の減速度と減速時間に基づいて、前方傾斜確率を決定する。また、車両速度又は駆動輪回転角速度に基づいて、減速時間を予測する。この場合、車両速度が高いほど、車両１０が停止するまでの時間が長く、車体傾斜に及ぼす影響が大きい、すなわち、前方傾斜確率が大きいと判断する。このように、車体重心ずれ量を考慮することで、より高精度に傾斜方向を予測できる。
【００８７】
さらに、車体傾斜方向の予測結果を確率値として決定する。具体的には、釣り合い状態（車体がどちらにも傾かない状態）を予測した場合の前方傾斜確率を１／２とし、車体を前方へ傾けようとする力学的作用が大きいほど、前方傾斜確率を大きくする。このように、傾斜方向予測結果を定量的な値として出力することで、その予測結果を柔軟に、かつ、適切に扱うことを可能とする。
【００８８】
なお、本実施の形態においては、慣性と重力を考慮した力学モデルに基づいて、車体傾斜方向を予測しているが、他の影響を考慮してもよい。例えば、摩擦抵抗や空気抵抗、又は、車体の重心位置のずれを考慮して、車体傾斜方向を予測してもよい。さらに、車両１０が水平方向に相対移動する能動重量部を備える場合、その能動重量部の位置や速度を考慮して、車体傾斜方向を予測してもよい。
【００８９】
また、本実施の形態においては、非線形の関数によって前方傾斜確率を決定しているが、線形近似した簡単な関数によって決定してもよい。また、非線形の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。
【００９０】
さらに、本実施の形態においては、予測信頼度を所定値としているが、予測信頼度を車両の状況等に応じて変化させてもよい。例えば、車両の加速度や車体傾斜角加速度が所定の閾値よりも大きい場合、あるいは、坂路や凹凸路など路面形状が平坦（たん）ではない場合には、予測信頼度を低下させてもよい。これにより、車体傾斜方向予測の実際の信頼性に応じた妥当な予測結果が出力され、適切な制御が実行される。
【００９１】
また、前方傾斜確率が所定の閾値以上である場合に車体が前方へ傾斜すると予測するが、その閾値を車両１０の状況等に応じて変化させてもよい。例えば、予測信頼度と同様に、車両の加速度や車体傾斜角加速度が所定の閾値よりも大きい場合、あるいは、坂路や凹凸路など路面形状が平坦ではない場合には、閾値を低下させてもよい。これにより、車体傾斜方向予測の実際の信頼性に応じた適切な制御が実行される。
【００９２】
なお、本実施の形態においては、前方に車体を傾けた方が利便性や快適性が高いという前提で、前方への傾斜を促す制御を実行しているが、後方に傾けてもよい。例えば、車両１０の前方にハンドルがあり、後方から搭乗する立ち乗り型の倒立型車両の場合、必ず後方に傾斜させることで、昇降時の利便性や快適性を高めることができる場合がある。
【００９３】
このように、本実施の形態においては、車体の降車方向傾斜確率を算出し、その値によって車体の傾斜方向を予測するとともに、降車方向への車体傾斜を予測した場合には転倒防止装置１７の作動をあらかじめ禁止状態にする。これにより、車体の傾斜方向を確実に判断し、必要な場合にのみ確実に転倒防止装置１７を作動させることができる。
【００９４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００９５】
図８は本発明の第２の実施の形態における車両の構成を示す概略図、図９は本発明の第２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。
【００９６】
本実施の形態において、車両１０は、車軸１２ａより下方に配設された可動質量としてのウェイト７１を備える。該ウェイト７１は、車体の前後方向に延在するガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能である。前記ウェイト７１及びガイド部材７２は、例えば、リニアガイドのような構造を備え、ガイド部材７２が案内レールであり、ウェイト７１が案内レールに沿ってスライドするキャリッジであって、案内レールとキャリッジとの間に介在するボール、コロ等の転動体が配設されているような構造を備える。また、例えば、ボールねじのような構造を備え、ガイド部材７２が螺（ら）旋溝を備えるねじ軸であり、ウェイト７１がねじ軸に螺合するナットを備え、ねじ軸とナットとの間に介在するボール、コロ等の転動体が配設されているような構造を備える。なお、前記ガイド部材７２の前端は、ストッパ１６に固定された前方ブラケット７３に取り付けられ、前記ガイド部材７２の後端は、ストッパ１６に固定された後方ブラケット７４に取り付けられている。
【００９７】
また、ウェイト７１と後方ブラケット７４との間には付勢手段としてばね部材７５が配設され、ウェイト７１を特定方向としての前方へ付勢する。前記ばね部材７５は、例えば、圧縮コイルばねであり、ウェイト７１に対し、前方へ向けて押し出す力を付与する。
【００９８】
さらに、ストッパ１６には、第１固定手段としての電源対応ホルダ７６ａが取り付けられ、後方ブラケット７４には、第２固定手段及び第３固定手段としての制御対応ホルダ７６ｂが取り付けられている。前記電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂは固定状態と解放状態との切替が可能な固定手段であり、解放状態においてはウェイト７１の前後方向への移動を許し、固定状態ではウェイト７１の前後方向への移動を妨げる。
【００９９】
図８に示される状態では、電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂがともに固定状態となっており、ばね部材７５の付勢力に抗して、ウェイト７１の前方への移動を禁止している。これにより、ウェイト７１は、その重心が駆動輪接地点を通る鉛直線上にある位置で固定される。なお、前記電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂは、必ずしも、ストッパ１６及び後方ブラケット７４に取り付けられる必要はなく、車体のいかなる部位に取り付けられていてもよい。
【０１００】
また、車両１０は、車両制御装置としてのホルダ制御ＥＣＵ２３を更に備える。該ホルダ制御ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両１０の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部１１に配設されるが、支持部１３や搭乗部１４に配設されていてもよい。また、前記主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２と、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。
【０１０１】
そして、主制御ＥＣＵ２１は、ホルダ制御ＥＣＵ２３及びホルダモータ８２とともに、制御対応ホルダ７６ｂの動作を制御する制御対応ホルダシステム８０の一部として機能する。前記ホルダモータ８２は、制御対応ホルダ７６ｂを作動させ、固定状態及び解放状態を切り換える。
【０１０２】
本実施の形態において、電源対応ホルダ７６ａは、電源投入時には自動的に固定状態に、電源遮断時には自動的に解放状態になる。また、制御対応ホルダ７６ｂは、電源投入時には主制御ＥＣＵ２１からのホルダ切り換え指令に応じて、固定状態及び解放状態が切り換わり、電源遮断時にはその直前の状態を維持する。
【０１０３】
なお、ホルダ制御ＥＣＵ２３を省略して、ホルダモータ８２の入力電圧を主制御ＥＣＵ２１から直接供給するようにしてもよい。その他の点の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０４】
次に、本実施の形態における車両１０の動作について説明する。
【０１０５】
車両制御処理において、制御ＥＣＵ２０は、前記第１の実施の形態と同様に、傾斜方向予測処理を実行し、該傾斜方向予測処理の結果に基づき、傾斜方向判定を行い、前方傾斜であるか否かを判定する。
【０１０６】
そして、前方傾斜でない場合、制御ＥＣＵ２０は、ウェイト解放を行う。具体的は、ホルダ制御ＥＣＵ２３に解放指令信号を送信することによって、制御対応ホルダ７６ｂを解放状態に切り換える。これにより、ウェイト７１の前方への移動は電源対応ホルダ７６ａのみによって阻止されている状態となる。
【０１０７】
また、前方傾斜の場合、制御ＥＣＵ２０は、ウェイト固定を行う。具体的には、ホルダ制御ＥＣＵ２３に固定指令信号を送信することによって制御対応ホルダ７６ｂを固定状態に切り換える。これにより、ウェイト７１の前方への移動は、電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂの両方によって阻止されている状態となる。なお、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にも、制御ＥＣＵ２０は、同様にウェイト固定を行う。
【０１０８】
そして、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、前記第１の実施の形態と同様に、電源遮断、すなわち、緊急停止を行い、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。前述のように、電源対応ホルダ７６ａは、電源投入時には自動的に固定され、電源遮断時には自動的に解放される。したがって、既にウェイト解放を行い、制御対応ホルダ７６ｂが解放状態に切り換えられている場合には、ばね部材７５の付勢力によってウェイト７１が前方へ移動する。これにより、車体全体の重心が前方に移動するので、車体が確実に前方に傾斜する。また、ウェイト７１を前方に移動させるばね部材７５の反力が車軸１２ａの下方に位置する後方ブラケット７４に作用することにより、該後方ブラケット７４を後方に移動させるような回転モーメント、すなわち、搭乗部１４を前方に傾斜させるような回転モーメントが作用し、車体が前方に傾斜するのを補助する。なお、ウェイト固定を行い、制御対応ホルダ７６ｂが固定状態に切り換えられている場合には、電源対応ホルダ７６ａが解放されても、ウェイト７１は前方へ移動しない。
【０１０９】
このように、本実施の形態においては、緊急停止としてシステムの電源が遮断されると、車両１０の状況に応じて、可動質量としてのウェイト７１が自動的に前方へ移動するようになっている。まず、電源遮断時、電源対応ホルダ７６ａは解放状態になる。したがって、電源遮断による倒立制御の停止時においても、車体を確実に前方に傾斜させることができる。また、制御対応ホルダ７６ｂは倒立制御実行時の設定状態を保持する。そのため、倒立制御実行時の傾斜方向予測処理においてウェイト７１の前方移動が不要であるとあらかじめ判断されていた場合には、緊急停止に関わらず、ウェイト７１は中立位置で保持される。したがって、倒立制御再開時に、再びウェイト７１を中立位置まで移動させる作業の手間を省くことができる。
【０１１０】
また、乗員１５の降車希望による通常の倒立制御停止時には、ウェイト７１を移動させない。具体的には、乗員１５による倒立制御停止指令を受けると、着地制御に移行する前に、制御対応ホルダ７６ｂを固定状態にする。これにより、倒立制御再開時に、再びウェイト７１を中立位置まで移動させる作業の手間を省くことができる。また、車体を前方に傾ける制御がウェイト７１の前方移動によって乱されることが無くなり、着地制御の設計が容易になる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、緊急停止に伴い前方に移動したウェイト７１を、倒立制御再開前に手動で中立位置まで復帰させるシステムを想定しているが、復帰用のアクチュエータを具備し、該アクチュエータを用いてウェイト７１を自動的に復帰させてもよい。この場合においても、本実施の形態は、エネルギの浪費低減及び起動時間の短縮の点で非常に効果的である。
【０１１２】
また、本実施の形態では、乗員１５の降車希望に伴う車体前方傾斜動作時の快適性を保障するために、特別な着地制御を実行するが、緊急停止時と同様に、電源を遮断してもよい。これにより、制御系の設計が更に容易になる。
【０１１３】
このように、本実施の形態においては、車体の前方傾斜確率に応じて、制御対応ホルダ７６ｂを制御する。具体的には、前方傾斜確率が所定値以下の場合に、制御対応ホルダ７６ｂを解放状態とする。これにより、緊急停止時に車体を前方に傾斜させるモーメントが過剰に発生することを防ぎ、接地時の衝撃や車両転倒の危険性を低減することができる。
【０１１４】
また、ウェイト７１が車軸１２ａよりも鉛直下方に位置するので、ウェイト７１を付勢するばね部材７５の反力によるモーメントが車体を前方に傾けるように作用する。これにより、ウェイト７１の質量が小さくても、車体をより確実に前方に傾斜させることができる。
【０１１５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１１６】
図１０は本発明の第３の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【０１１７】
本実施の形態においては、ストッパ１６がウェイト７１の代わりに可動質量として機能し、ガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能となっている。なお、支持部１３の下端には、前後に延在する補助部１３ａが固定され、該補助部１３ａの前端及び後端に前方ブラケット７３及び後方ブラケット７４が固定されている。また、電源対応ホルダ７６ａは、補助部１３ａに取り付けられている。
【０１１８】
その他の点の構成及び動作については、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１９】
このように、本実施の形態においては、車両１０の必須の構成要素であるストッパ１６に可動質量としての付加的な役割を持たせるようになっている。これにより、あらためて可動質量を追加する必要が無いため、車両の重量を大きく増やすことなく、車体が必ず前方に傾斜する車両を実現できる。また、非常停止時にストッパが前方に移動するため、ストッパが接地した状態の車体の安定性が増し、より安全な車両を実現できる。
【０１２０】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１２１】
図１１は本発明の第４の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【０１２２】
本実施の形態においては、搭乗部１４がウェイト７１の代わりに可動質量として機能し、ガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能となっている。この場合、駆動輪１２の上方に位置する本体部１１の上に上方ブラケット７７が固定され、該上方ブラケット７７にガイド部材７２の前端及び後端が取り付けられている。そして、搭乗部１４から下方に向けて延出する搭乗脚部１４ａの下端部１４ｂが、ガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能に取り付けられている。これにより、搭乗部１４が可動質量として前後方向へ移動することができる。
【０１２３】
なお、前記搭乗脚部１４ａの下端部１４ｂと上方ブラケット７７との間にばね部材７５が配設され、上方ブラケット７７に電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂが取り付けられている。
【０１２４】
その他の点の構成及び動作については、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２５】
このように、本実施の形態においては、大きな重量物である乗員１５を含む搭乗部１４に可動質量としての付加的な役割を持たせるようになっている。これにより、あらためて可動質量を追加する必要が無いため、車両の重量を大きく増やすことなく、車体が必ず前方に傾斜する車両を実現できる。また、小型の車両１０における最大の重量物である乗員１５を有効に活用することで、短い可動距離でも十分な効果が得られるため、より軽量・小型で、安価な車両１０を実現できる。また、非常停止時に搭乗部が前方に移動するため、停止後の乗員１５の降車が容易になる。
【０１２６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
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。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ 車両
１２ 駆動輪
１７ 転倒防止装置
２０ 制御ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【０００３】
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し、倒立制御の実行時にはストッパを路面から離脱させてストッパが走行の支障となることを防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の車両においては、可動式のストッパを車両の前後に取り付ける必要があり、これにより、構成が複雑化するとともに、車両の軽量化及び低コスト化の妨げとなる。
【０００６】
そこで、固定式のストッパを車両のいずれか一方側に取り付けることが考えられる。乗員が降車するときには、乗員が降車しやすい方向に車体を傾けて、車体に固定されたストッパを地面に接地させる。また、緊急停止時に車体が逆方向に傾斜した場合に備えて転倒防止装置を取り付ける。該転倒防止装置は非常時のみに作動するため、簡易なシステムが望ましく、例えば、転倒防止装置としてエアバッグを使用する。
【０００７】
ここで、転倒防止装置は、車体が逆方向に傾斜しない限り、作動させない方が望ましい。例えば、エアバッグの場合、作動後に交換が必要であり、そのために乗員又は車両の管理者は時間と費用を要する。したがって、車体が逆方向に傾斜したときにのみ、転倒防止装置を作動させる方が望ましい。
【０００８】
また、場合によっては、転倒防止装置を適切に作動させることができない可能性がある。例えば、車体の傾斜方向を確認した後に転倒防止装置を作動させる場合、転倒防止装置が機能する前に、車体の一部が路面に接触する可能性がある。また、車体の傾斜状態を計測するセンサの故障や制御に関する演算処理を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の故障、又は、それらに対する電力供給の遮断の結果として倒立制御を緊急停止した場合、その後の車体の傾斜方向を確認することは不可能である。
【０００９】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、車体の降車方向傾斜確率を算出し、その値によって車体の傾斜方向を予測するとともに、転倒防止装置を作動させる転倒防止手段の実行を禁止する禁止手段を備え、降車方向への車体傾斜を予測した場合には転倒防止手段の実行をあらかじめ禁止状態にしておくことにより、車体傾斜方向の予測に基づく的確な判断で必要な場合にのみ確実に転倒防止装置を作動させることができるため、転倒防止装置の不要な作動によって使用者が余分な時間と費用を要することがなくなり、かつ、車体固定式片側ストッパのみで十分な安全性を保障でき、その結果、簡素で小型で軽量で安価で安全で便利な車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、前記車体の転倒を防止する転倒防止装置と、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、前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段と、該傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止手段とを備える。
【００１１】
本発明の他の車両においては、さらに、前記禁止手段は、前記車体の姿勢の制御を停止する直前に前記傾斜方向予測手段が予測した前記車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する。
【００１２】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車体の姿勢角度を制限する姿勢制限手段を更に備え、前記車両制御装置は、前記傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向と前記姿勢制限手段が機能する方向とが一致するときに前記禁止手段は前記転倒防止装置の実行を禁止する。
【００１３】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態によって、前記車体が傾斜する方向を予測する。
【００１４】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、前記車体の重心ずれ量を取得する重心ずれ量取得手段を備え、該重心ずれ取得手段によって取得された前記車体の重心ずれ量によって、前記車体が傾斜する方向を予測する。
【００１５】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記重心ずれ量取得手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態及び／又は前記駆動トルクの時間履歴に基づいて前記車体の重心ずれ量を推定する。
【００１６】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、車両の走行速度に基づいて前記車体の姿勢の制御の停止後における車両の減速度と減速時間を予測する減速状態予測手段を更に備え、該減速状態予測手段によって予測された前記減速度と前記減速時間によって、前記車体が傾斜する方向を予測する。
【００１７】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記傾斜方向予測手段は、前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が特定方向へ傾斜する確率を算出し、算出した確率が所定の閾値以上であるときに前記車体が特定方向に傾斜すると予測する。
【００１８】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記車両制御装置は、前記車体の姿勢の制御を停止するときに車両の電源を遮断する。
【００１９】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記禁止手段は、前記傾斜方向予測手段が前記車体が特定方向へ傾斜すると予測したときに前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止信号を前記転倒防止装置に送信し、該転倒防止装置は、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信した場合には実行せず、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信しなかった場合には実行する。
【００２０】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記転倒防止装置は、前記車体と路面の間に介在させて前記車体の傾斜角を所定の閾値以内に制限するエアバッグを作動させる。
【００２１】
本発明の更に他の車両においては、さらに、前記転倒防止装置は、前記車体の重心位置を転倒する方向の逆側に移動させる可動質量を作動させる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の構成によれば、車体の傾斜方向を予測し、必要であると予測される場合にのみ確実に転倒防止装置の作動等を実行するため、不要な転倒防止手段の実行、及び、その事後処理に必要な労力や費用を無くすことができる。
【００２３】
請求項２の構成によれば、姿勢制御を停止して車体が実際に傾斜する前に傾斜方向を予測して、必要に応じて転倒防止手段を実行するため、転倒防止装置の実行が遅れる場合、あるいは、センサの故障等により車体の傾斜状態の取得が困難な場合でも、必要な場合には確実に転倒防止手段を機能させることができる。また、姿勢制御を停止する前の最新の予測結果を用いることで、より信頼性の高い予測に基づいて転倒防止装置を実行又は禁止できる。
【００２４】
請求項３の構成によれば、例えば車体傾斜角を制限するストッパを車体の片側のみに備え、通常時の停車は車体をストッパ側に傾斜させることで行い、逆側に傾斜する非常時のみ転倒防止装置を実行するような車両を実現可能とし、小型で安全な倒立型車両を提供できる。
【００２５】
請求項４の構成によれば、車体の傾斜状態や駆動輪の回転状態を考慮し、車体傾斜に関する力学モデルに基づいて車体の傾斜方向を予測することにより、高い精度で車体の傾斜方向を予測することができる。
【００２６】
請求項５の構成によれば、乗員や積載物の状況によって変化する車体の重心ずれを考慮することで、より高い精度で車体の傾斜方向を予測できる。
【００２７】
請求項６の構成によれば、車体の重心ずれを推定によって取得することで、重心ずれを計測するセンサが不要であり、低コストかつ高精度の傾斜方向予測を実現できる。
【００２８】
請求項７の構成によれば、姿勢制御停止後の車両の減速過程を予測し、その減速に伴って車体に作用する慣性力を考慮することで、より高い精度で車体の傾斜方向を予測できる。
【００２９】
請求項８の構成によれば、傾斜方向の予測結果を確率という数値で決定することで、予測結果を定量的に判断することが可能となり、より適切に転倒防止装置を実行することができる。
【００３０】
請求項９の構成によれば、様々な倒立制御停止の条件を電源遮断という最も厳しい条件に統一することで、姿勢制御停止時のいかなる条件に対しても必要に応じて確実に転倒防止装置を実行できる。また、１つの条件に統一されることで、制御の設計が容易になる。
【００３１】
請求項１０の構成によれば、電源遮断の情報を転倒防止手段実行の条件に用いることで、電源が遮断されても必要に応じて確実に転倒防止装置を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの入出力信号を示す図である。
【図５】本発明の第１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。
【図６】本発明の第１の実施の形態における実質車体傾斜角と前方傾斜確率の関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における傾斜方向予測処理の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第２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。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
図１は本発明の第１の実施の形態における車両の構成を示す概略図、図２は本発明の第１の実施の形態における車両システムの構成を示すブロック図、図３は本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの構成を示すブロック図、図４は本発明の第１の実施の形態における車両の車体転倒防止システムの入出力信号を示す図である。なお、図４において、（ａ）は転倒防止装置が作動しない場合、（ｂ）は転倒防止装置が作動する場合をそれぞれ表す。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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には搭乗部１４が取り付けられている。なお、本実施の形態においては、説明の都合上、乗員１５が搭乗部１４に搭乗している例について説明するが、搭乗部１４には必ずしも乗員１５が搭乗している必要はなく、例えば、車両１０がリモートコントロールによって操縦される場合には、搭乗部１４に乗員１５が搭乗していなくてもよいし、乗員１５に代えて、貨物が積載されていてもよい。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、足置き部、座面部、背もたれ部及びヘッドレストを備える。
【００３８】
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。
【００３９】
また、前記入力装置３０は、停止要求取得手段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。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停止要求取得手段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。
【００４０】
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。
【００４１】
さらに、前記搭乗部１４の足置き部には、固定式の姿勢制限手段としてのストッパ１６が取り付けられている。なお、該ストッパ１６は、足置き部と一体的に形成されていることが望ましい。そして、倒立制御を停止した時には、前記ストッパ１６の少なくとも一部、例えば、前端部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、車体が所定角度以上に傾斜することを防止する。
【００４２】
降車時における車体の傾斜方向、すなわち、車両１０を停車させて乗員１５が降車する際に車体を傾斜させる方向である降車方向は、前方又は後方のいずれであってもよいが、本実施の形態における車両１０では、前記降車方向が前方であるものとして説明する。そして、降車時に倒立制御を停止すると、車体が前方に傾斜してストッパ１６の前端部が路面に接地するので、車体の姿勢が安定し、乗員１５は安全に降車することができる。
【００４３】
一方、前記搭乗部１４の背面には、降車方向と逆方向へ車体が転倒することを防止するための転倒防止装置１７が取り付けられている。該転倒防止装置１７は、緊急の倒立制御停止時に自動的に作動して車体の転倒を防止する装置であれば、いかなる種類の装置であってもよいが、本実施の形態においては、エアバッグ装置であるものとして説明する。該エアバッグ装置は、作動させると、ガス発生器（インフレータ）の発生する高圧ガスがバッグ内に注入されて該バッグが急速に膨張して路面に接地するので、車体の後方への転倒が防止される。
【００４４】
また、車両システムは、図２に示されるように、車両制御装置としての制御ＥＣＵ２０を有し、該制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２を備える。前記制御ＥＣＵ２０並びに主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両１０の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部１１に配設されるが、支持部１３や搭乗部１４に配設されていてもよい。また、前記主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２は、それぞれ、別個に構成されていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
また、主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、車体傾斜センサ４１及び駆動モータ５２とともに、車体の姿勢を制御する車体制御システム４０の一部として機能する。前記車体傾斜センサ４１は、加速度センサ、ジャイロセンサ等から成り、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に送信する。
【００４７】
さらに、主制御ＥＣＵ２１は、作動禁止スイッチ６１及び転倒防止装置１７を備える転倒防止手段としての車体転倒防止システム６０を制御する。車両１０の緊急停止時には、転倒防止装置１７を作動させる信号が主制御ＥＣＵ２１から車体転倒防止システム６０に自動的に送信され、このとき、作動禁止スイッチ６１が禁止信号を受信していない場合に限り、転倒防止装置１７を作動させるようになっている。
【００４８】
なお、前記作動禁止スイッチ６１は、具体的には、図３に示されるように、入力信号の立下り時（ＯＮからＯＦＦに変化した時）に所定時間信号を出力する立下りトリガ６２と、入力信号を所定の時間Ｔだけ遅らせる遅延要素６３と、両方の信号が入力された場合（一方はその否定）にのみ信号を出力する論理積６４とを備え、論理演算処理を実行する電子回路である。そして、作動禁止スイッチ６１は、車両システムの電源投入状態に対応する電源信号、及び、主制御ＥＣＵ２１からの禁止信号が入力されると、図４に示されるような動作信号を転倒防止装置１７に対して出力する。
【００４９】
そして、前記立下りトリガ６２は、車両システムの電源投入状態に対応する電源信号がＯＦＦ状態に変化すると、すなわち、電源が遮断されると、信号として電源信号の立下りトリガ信号を出力する。これにより、電源遮断（緊急停止）時以外の時に転倒防止装置１７が作動することを防止する。また、前記遅延要素６３は、主制御ＥＣＵ２１からの禁止信号を所定の時間だけ遅らせる。すなわち、電源遮断から所定の時間だけ前における禁止信号の状態に応じて、作動禁止の是非を判断する。これにより、車両システムの電源遮断とともに主制御ＥＣＵ２１の電源も遮断された結果、主制御ＥＣＵ２１が禁止信号を送信できなくなる場合であっても、確実に転倒防止装置１７の作動を禁止することができる。さらに、前記論理積６４は、電源信号の立下りトリガ信号を受信し、かつ、所定の時間Ｔだけ遅れた禁止信号を受信しなかった場合、すなわち、電源遮断の直前における禁止信号がＯＦＦの場合、転倒防止装置１７の動作信号を出力する。これにより、禁止信号によって転倒防止装置１７を作動させるか否かをあらかじめ設定することができる。
【００５０】
さらに、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に送信する。
【００５１】
なお、各センサは、複数の状態量を取得するものであってもよい。例えば、車体傾斜センサ４１として加速度センサとジャイロセンサとを併用し、両者の計測値から車体傾斜角と車体傾斜角速度とを決定してもよい。
【００５２】
なお、制御ＥＣＵ２０は、機能の観点から、倒立制御の停止時に車体の傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段、及び、転倒防止手段の実行を禁止する禁止手段、車体の重心ずれ量を取得する重心ずれ量取得手段、倒立制御停止後の車両の減速過程を予測する減速状態予測手段を備える。
【００５３】
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。
【００５４】
図５は本発明の第１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。
【００５５】
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、バッテリの異常による電力供給の遮断、各センサの故障、各アクチュエータの故障、各ＥＣＵの異常、各要素間の通信異常等の原因によって、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定する。
【００５６】
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定する。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定する。
【００５７】
そして、降車を望んでいないと判定すると、制御ＥＣＵ２０は、倒立制御を実行し（ステップＳ３）、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。
【００５８】
続いて、制御ＥＣＵ２０は、傾斜方向予測処理を実行し（ステップＳ４）、倒立制御停止時における車体の傾斜方向の予測として、車体が前方に傾斜する確率を決定する。
【００５９】
続いて、制御ＥＣＵ２０は、傾斜方向予測処理の結果に基づき、傾斜方向判定を行い、前方傾斜であるか否かを判定する（ステップＳ５）。この場合、車体が確実に前方に傾斜するか否かを、前方傾斜確率により判定する。具体的には、前方傾斜確率が所定の閾値以上である場合に前方傾斜と判定する。
【００６０】
そして、前方傾斜でない場合、制御ＥＣＵ２０は、許可指令を行って（ステップＳ６）、処理を終了する。具体的は、主制御ＥＣＵ２１から作動禁止スイッチ６１へ送信する禁止信号を停止することによって緊急停止時における車体転倒防止システム６０の作動を許可する。
【００６１】
また、前方傾斜である場合、制御ＥＣＵ２０は、禁止指令を行って（ステップＳ７）、処理を終了する。具体的には、主制御ＥＣＵ２１から作動禁止スイッチ６１へ禁止信号を送信することによって緊急停止時における車体転倒防止システム６０の作動を禁止する。
【００６２】
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Ｓ８）、車両システムの電源を遮断し、車両制御処理を終了する。前述のように、電源が遮断されると立下りトリガ６２は電源信号の立下りトリガ信号を出力する。そして、論理積６４は、電源信号の立下りトリガ信号を受信し、かつ、電源遮断の直前における禁止信号がＯＦＦの場合、転倒防止装置１７の動作信号を出力する。すると、転倒防止装置１７が作動するので、車体の後方への転倒が防止される。また、電源遮断の直前における禁止信号がＯＮである場合には、転倒防止装置１７の動作信号が出力されないので、転倒防止装置１７は作動しない。このように、許可指令又は禁止指令に応じた禁止信号によって、転倒防止装置１７を作動させるか否かが設定される。
【００６３】
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、着地制御を実行し（ステップＳ９）、車体を緩やかに前方に傾け、ストッパ１６を路面に接地させ、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。
【００６４】
このように、本実施の形態においては、緊急停止としてシステムの電源が遮断されると、事前に予測した必要性に基づいて、転倒防止装置１７が作動するようになっている。具体的には、転倒防止装置１７は、作動を禁止する禁止信号を受信していない場合にのみ作動する。倒立制御実行時の傾斜方向予測において、転倒防止装置１７の作動が不要である、とあらかじめ判断されていた場合には、緊急停止に関わらず、転倒防止装置１７は作動しない。これにより、転倒防止装置１７の不要な動作後に必要な乗員１５等の利用者の負担、（例えば、転倒防止装置１７がエアバッグ装置である場合には、新しいエアバッグ装置に交換する負担）を省くことができる。
【００６５】
また、車体が後方に傾斜する可能性がある場合に限り、緊急停止時における転倒防止装置１７の作動を許可するようになっている。具体的には、傾斜方向予測によって決定した前方傾斜確率に応じて、禁止信号の送信状態を切り替える。前方傾斜確率が所定の閾値よりも小さい場合には、転倒防止装置１７の作動を許可する。この場合、電源遮断時に転倒防止装置１７が自動的に作動するように、事前準備する。また、前方傾斜確率が所定の閾値よりも大きい場合には、転倒防止装置１７の作動を禁止する。この場合、転倒防止装置１７は作動することがなく、通常の乗降時と同様に、車体の前方のストッパ１６を接地させた状態で車体姿勢が保たれる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、乗員１５の降車希望に伴う車体前方傾斜動作時の快適性を保障するために、特別な着地制御を実行するが、緊急停止時と同様に、電源を遮断してもよい。これにより、制御系の設計が更に容易になる。
【００６７】
次に、傾斜方向予測処理について説明する。
【００６８】
図６は本発明の第１の実施の形態における実質車体傾斜角と前方傾斜確率の関係を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における傾斜方向予測処理の動作を示すフローチャートである。
【００６９】
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。
θW ：駆動輪回転角〔ｒａｄ〕
θ1 ：車体傾斜角（鉛直軸基準）〔ｒａｄ〕
τW ：駆動トルク（２つの駆動輪の合計）〔Ｎｍ〕
ｇ：重力加速度〔ｍ／ｓ2 〕
ＲW ：駆動輪接地半径〔ｍ〕
Ｉ1 ：車体慣性モーメント〔ｋｇｍ2 〕
ｍ1 ：車体質量（乗員を含む）〔ｋｇ〕
ｌ1 ：車体重心距離（車軸から）〔ｍ〕
【００７０】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、車体重心ずれ量を推定する（ステップＳ４−２）。具体的には、取得した各状態量と駆動トルクの時間履歴とから、次の式（１）によって、車体重心ずれ量δ1 を推定する。
【００７１】
【数１】
【００７２】
なお、駆動トルクτW の値には、前回の制御処理時に決定した値を使用する。また、車体傾斜角加速度及び駆動輪回転角加速度の値は、車体傾斜角θ1 及び駆動輪回転角θW の計測値を２回時間微分（差分）することによって得られる。
【００７３】
本実施の形態においては、駆動輪回転状態と車体傾斜状態と駆動トルクの時間履歴とに基づいて、車体の傾斜運動に関する力学モデルの偏差として、車体重心ずれ量を推定する。具体的には、車体の回転慣性、車両１０の加減速に伴う慣性力、重力トルク、及び、駆動トルクの反トルクを考慮し、考慮していない作用が車体重心ずれによるものであると仮定して、車体重心ずれ量を推定する。したがって、例えば、車体傾斜センサ４１の機械的及び電気的なオフセットも重心ずれ量として自動的に考慮できる。
【００７４】
また、ローパスフィルタによって、外乱による影響を除く。例えば、乗員１５の一時的な動作や路面の凹凸、センサ信号のノイズ等の影響を除く。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、簡単な線形モデルにより車体重心ずれ量を推定しているが、より厳密なモデルによって推定してもよい。例えば、非線形的な作用や車体の回転に対する粘性抵抗等の要素を考慮したモデルを用いて、より厳密に推定してもよい。また、より簡単なモデルによって推定してもよい。例えば、特性時間の短い車体の回転慣性や加減速に伴う慣性力を無視したモデルを用いて推定してもよい。さらに、車体傾斜角加速度や駆動輪回転角加速度が大きい場合には推定値を固定することで、推定値の精度を保つようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、１次のローパスフィルタによって推定値を補正しているが、より高次のフィルタを用いてもよい。
【００７７】
さらに、本実施の形態においては、推定によって車体重心ずれ量を取得しているが、他の方法を用いてもよい。例えば、乗員１５や搭載物を含む搭乗部１４の荷重分布を計測する複数の荷重センサを具備し、その計測値に基づいて搭乗部１４及び車体重心ずれ量を推定してもよい。これにより、推定の精度や信頼性を更に高めることができる。また、この場合において、力学モデルで考慮していない他の要素、例えば、車体傾斜センサ４１のオフセット等を本実施の形態と同様の手法によって推定してもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態においては、車体の傾斜運動に関する力学モデルとの偏差を車体重心ずれ量として推定しているが、他の物理量によって偏差を評価してもよい。例えば、車体に作用する反トルクを偏差とし、その推定値を後述の車体傾斜角推定に利用してもよい。すなわち、車体重心ずれ量は力学モデルとの偏差に相当する物理量の１つであり、その限りではない。
【００７９】
続いて、主制御ＥＣＵ２１は、前方傾斜確率を決定する（ステップＳ４−３）。この場合、取得した各状態量に応じて、次の式（２）によって、前方傾斜確率Ｐを決定する。
【００８０】
【数２】
【００８１】
図６には前方傾斜確率と実質車体傾斜角との関係が示されている。
【００８２】
なお、制動トルクの予測値には、次の仮定の下で所定の値を予め与えておく。まず、緊急停止時に駆動輪１２に摩擦ブレーキが作用する場合、性能予想値又は制御指令値であるブレーキトルクの値を与える。また、緊急停止時に駆動輪１２に摩擦ブレーキが作用しない場合、駆動モータ５２の逆起電力や駆動輪１２の転がり抵抗などを考慮して制動トルクに相当する値を与える。
【００８３】
このように、本実施の形態においては、車両１０の状態に基づいて、倒立制御を停止した時に車体が傾斜する方向の予測として、車体の前方傾斜確率を決定する。
【００８４】
具体的には、車体傾斜角と車体傾斜角速度に基づいて、前方傾斜確率を決定する。この場合、車体が前方に傾いているほど、また、車体の前方への傾斜速度が大きいほど、前方傾斜確率を大きくする。たとえ車体が後方に傾いていても、前方への車体傾斜角速度が大きければ、前方へ傾斜すると判断する。このように、車体傾斜角速度まで考慮することで、より高精度に傾斜方向を予測できる。
【００８５】
また、緊急停止時における車両１０の減速に伴う慣性力の影響を考慮する。具体的には、予測される車両１０の減速度と減速時間に基づいて、前方傾斜確率を決定する。また、車両速度又は駆動輪回転角速度に基づいて、減速時間を予測する。この場合、車両速度が高いほど、車両１０が停止するまでの時間が長く、車体傾斜に及ぼす影響が大きい、すなわち、前方傾斜確率が大きいと判断する。このように、緊急停止後の慣性力を考慮することで、より高精度に傾斜方向を予測できる。
【００８６】
さらに、車体重心ずれ量に応じて、前方傾斜確率を修正する。具体的には、予測される車両１０の減速度と減速時間に基づいて、前方傾斜確率を決定する。また、車両速度又は駆動輪回転角速度に基づいて、減速時間を予測する。この場合、車両速度が高いほど、車両１０が停止するまでの時間が長く、車体傾斜に及ぼす影響が大きい、すなわち、前方傾斜確率が大きいと判断する。このように、車体重心ずれ量を考慮することで、より高精度に傾斜方向を予測できる。
【００８７】
さらに、車体傾斜方向の予測結果を確率値として決定する。具体的には、釣り合い状態（車体がどちらにも傾かない状態）を予測した場合の前方傾斜確率を１／２とし、車体を前方へ傾けようとする力学的作用が大きいほど、前方傾斜確率を大きくする。このように、傾斜方向予測結果を定量的な値として出力することで、その予測結果を柔軟に、かつ、適切に扱うことを可能とする。
【００８８】
なお、本実施の形態においては、慣性と重力を考慮した力学モデルに基づいて、車体傾斜方向を予測しているが、他の影響を考慮してもよい。例えば、摩擦抵抗や空気抵抗、又は、車体の重心位置のずれを考慮して、車体傾斜方向を予測してもよい。さらに、車両１０が水平方向に相対移動する能動重量部を備える場合、その能動重量部の位置や速度を考慮して、車体傾斜方向を予測してもよい。
【００８９】
また、本実施の形態においては、非線形の関数によって前方傾斜確率を決定しているが、線形近似した簡単な関数によって決定してもよい。また、非線形の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。
【００９０】
さらに、本実施の形態においては、予測信頼度を所定値としているが、予測信頼度を車両の状況等に応じて変化させてもよい。例えば、車両の加速度や車体傾斜角加速度が所定の閾値よりも大きい場合、あるいは、坂路や凹凸路など路面形状が平坦（たん）ではない場合には、予測信頼度を低下させてもよい。これにより、車体傾斜方向予測の実際の信頼性に応じた妥当な予測結果が出力され、適切な制御が実行される。
【００９１】
また、前方傾斜確率が所定の閾値以上である場合に車体が前方へ傾斜すると予測するが、その閾値を車両１０の状況等に応じて変化させてもよい。例えば、予測信頼度と同様に、車両の加速度や車体傾斜角加速度が所定の閾値よりも大きい場合、あるいは、坂路や凹凸路など路面形状が平坦ではない場合には、閾値を低下させてもよい。これにより、車体傾斜方向予測の実際の信頼性に応じた適切な制御が実行される。
【００９２】
なお、本実施の形態においては、前方に車体を傾けた方が利便性や快適性が高いという前提で、前方への傾斜を促す制御を実行しているが、後方に傾けてもよい。例えば、車両１０の前方にハンドルがあり、後方から搭乗する立ち乗り型の倒立型車両の場合、必ず後方に傾斜させることで、昇降時の利便性や快適性を高めることができる場合がある。
【００９３】
このように、本実施の形態においては、車体の降車方向傾斜確率を算出し、その値によって車体の傾斜方向を予測するとともに、降車方向への車体傾斜を予測した場合には転倒防止装置１７の作動をあらかじめ禁止状態にする。これにより、車体の傾斜方向を確実に判断し、必要な場合にのみ確実に転倒防止装置１７を作動させることができる。
【００９４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００９５】
図８は本発明の第２の実施の形態における車両の構成を示す概略図、図９は本発明の第２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。
【００９６】
本実施の形態において、車両１０は、車軸１２ａより下方に配設された可動質量としてのウェイト７１を備える。該ウェイト７１は、車体の前後方向に延在するガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能である。前記ウェイト７１及びガイド部材７２は、例えば、リニアガイドのような構造を備え、ガイド部材７２が案内レールであり、ウェイト７１が案内レールに沿ってスライドするキャリッジであって、案内レールとキャリッジとの間に介在するボール、コロ等の転動体が配設されているような構造を備える。また、例えば、ボールねじのような構造を備え、ガイド部材７２が螺（ら）旋溝を備えるねじ軸であり、ウェイト７１がねじ軸に螺合するナットを備え、ねじ軸とナットとの間に介在するボール、コロ等の転動体が配設されているような構造を備える。なお、前記ガイド部材７２の前端は、ストッパ１６に固定された前方ブラケット７３に取り付けられ、前記ガイド部材７２の後端は、ストッパ１６に固定された後方ブラケット７４に取り付けられている。
【００９７】
また、ウェイト７１と後方ブラケット７４との間には付勢手段としてばね部材７５が配設され、ウェイト７１を特定方向としての前方へ付勢する。前記ばね部材７５は、例えば、圧縮コイルばねであり、ウェイト７１に対し、前方へ向けて押し出す力を付与する。
【００９８】
さらに、ストッパ１６には、第１固定手段としての電源対応ホルダ７６ａが取り付けられ、後方ブラケット７４には、第２固定手段及び第３固定手段としての制御対応ホルダ７６ｂが取り付けられている。前記電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂは固定状態と解放状態との切替が可能な固定手段であり、解放状態においてはウェイト７１の前後方向への移動を許し、固定状態ではウェイト７１の前後方向への移動を妨げる。
【００９９】
図８に示される状態では、電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂがともに固定状態となっており、ばね部材７５の付勢力に抗して、ウェイト７１の前方への移動を禁止している。これにより、ウェイト７１は、その重心が駆動輪接地点を通る鉛直線上にある位置で固定される。なお、前記電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂは、必ずしも、ストッパ１６及び後方ブラケット７４に取り付けられる必要はなく、車体のいかなる部位に取り付けられていてもよい。
【０１００】
また、車両１０は、車両制御装置としてのホルダ制御ＥＣＵ２３を更に備える。該ホルダ制御ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車両１０の各部の動作を制御するコンピュータシステムであり、例えば、本体部１１に配設されるが、支持部１３や搭乗部１４に配設されていてもよい。また、前記主制御ＥＣＵ２１及び駆動輪制御ＥＣＵ２２と、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。
【０１０１】
そして、主制御ＥＣＵ２１は、ホルダ制御ＥＣＵ２３及びホルダモータ８２とともに、制御対応ホルダ７６ｂの動作を制御する制御対応ホルダシステム８０の一部として機能する。前記ホルダモータ８２は、制御対応ホルダ７６ｂを作動させ、固定状態及び解放状態を切り換える。
【０１０２】
本実施の形態において、電源対応ホルダ７６ａは、電源投入時には自動的に固定状態に、電源遮断時には自動的に解放状態になる。また、制御対応ホルダ７６ｂは、電源投入時には主制御ＥＣＵ２１からのホルダ切り換え指令に応じて、固定状態及び解放状態が切り換わり、電源遮断時にはその直前の状態を維持する。
【０１０３】
なお、ホルダ制御ＥＣＵ２３を省略して、ホルダモータ８２の入力電圧を主制御ＥＣＵ２１から直接供給するようにしてもよい。その他の点の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０４】
次に、本実施の形態における車両１０の動作について説明する。
【０１０５】
車両制御処理において、制御ＥＣＵ２０は、前記第１の実施の形態と同様に、傾斜方向予測処理を実行し、該傾斜方向予測処理の結果に基づき、傾斜方向判定を行い、前方傾斜であるか否かを判定する。
【０１０６】
そして、前方傾斜でない場合、制御ＥＣＵ２０は、ウェイト解放を行う。具体的は、ホルダ制御ＥＣＵ２３に解放指令信号を送信することによって、制御対応ホルダ７６ｂを解放状態に切り換える。これにより、ウェイト７１の前方への移動は電源対応ホルダ７６ａのみによって阻止されている状態となる。
【０１０７】
また、前方傾斜の場合、制御ＥＣＵ２０は、ウェイト固定を行う。具体的には、ホルダ制御ＥＣＵ２３に固定指令信号を送信することによって制御対応ホルダ７６ｂを固定状態に切り換える。これにより、ウェイト７１の前方への移動は、電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂの両方によって阻止されている状態となる。なお、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にも、制御ＥＣＵ２０は、同様にウェイト固定を行う。
【０１０８】
そして、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、前記第１の実施の形態と同様に、電源遮断、すなわち、緊急停止を行い、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。前述のように、電源対応ホルダ７６ａは、電源投入時には自動的に固定され、電源遮断時には自動的に解放される。したがって、既にウェイト解放を行い、制御対応ホルダ７６ｂが解放状態に切り換えられている場合には、ばね部材７５の付勢力によってウェイト７１が前方へ移動する。これにより、車体全体の重心が前方に移動するので、車体が確実に前方に傾斜する。また、ウェイト７１を前方に移動させるばね部材７５の反力が車軸１２ａの下方に位置する後方ブラケット７４に作用することにより、該後方ブラケット７４を後方に移動させるような回転モーメント、すなわち、搭乗部１４を前方に傾斜させるような回転モーメントが作用し、車体が前方に傾斜するのを補助する。なお、ウェイト固定を行い、制御対応ホルダ７６ｂが固定状態に切り換えられている場合には、電源対応ホルダ７６ａが解放されても、ウェイト７１は前方へ移動しない。
【０１０９】
このように、本実施の形態においては、緊急停止としてシステムの電源が遮断されると、車両１０の状況に応じて、可動質量としてのウェイト７１が自動的に前方へ移動するようになっている。まず、電源遮断時、電源対応ホルダ７６ａは解放状態になる。したがって、電源遮断による倒立制御の停止時においても、車体を確実に前方に傾斜させることができる。また、制御対応ホルダ７６ｂは倒立制御実行時の設定状態を保持する。そのため、倒立制御実行時の傾斜方向予測処理においてウェイト７１の前方移動が不要であるとあらかじめ判断されていた場合には、緊急停止に関わらず、ウェイト７１は中立位置で保持される。したがって、倒立制御再開時に、再びウェイト７１を中立位置まで移動させる作業の手間を省くことができる。
【０１１０】
また、乗員１５の降車希望による通常の倒立制御停止時には、ウェイト７１を移動させない。具体的には、乗員１５による倒立制御停止指令を受けると、着地制御に移行する前に、制御対応ホルダ７６ｂを固定状態にする。これにより、倒立制御再開時に、再びウェイト７１を中立位置まで移動させる作業の手間を省くことができる。また、車体を前方に傾ける制御がウェイト７１の前方移動によって乱されることが無くなり、着地制御の設計が容易になる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、緊急停止に伴い前方に移動したウェイト７１を、倒立制御再開前に手動で中立位置まで復帰させるシステムを想定しているが、復帰用のアクチュエータを具備し、該アクチュエータを用いてウェイト７１を自動的に復帰させてもよい。この場合においても、本実施の形態は、エネルギの浪費低減及び起動時間の短縮の点で非常に効果的である。
【０１１２】
また、本実施の形態では、乗員１５の降車希望に伴う車体前方傾斜動作時の快適性を保障するために、特別な着地制御を実行するが、緊急停止時と同様に、電源を遮断してもよい。これにより、制御系の設計が更に容易になる。
【０１１３】
このように、本実施の形態においては、車体の前方傾斜確率に応じて、制御対応ホルダ７６ｂを制御する。具体的には、前方傾斜確率が所定値以下の場合に、制御対応ホルダ７６ｂを解放状態とする。これにより、緊急停止時に車体を前方に傾斜させるモーメントが過剰に発生することを防ぎ、接地時の衝撃や車両転倒の危険性を低減することができる。
【０１１４】
また、ウェイト７１が車軸１２ａよりも鉛直下方に位置するので、ウェイト７１を付勢するばね部材７５の反力によるモーメントが車体を前方に傾けるように作用する。これにより、ウェイト７１の質量が小さくても、車体をより確実に前方に傾斜させることができる。
【０１１５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１１６】
図１０は本発明の第３の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【０１１７】
本実施の形態においては、ストッパ１６がウェイト７１の代わりに可動質量として機能し、ガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能となっている。なお、支持部１３の下端には、前後に延在する補助部１３ａが固定され、該補助部１３ａの前端及び後端に前方ブラケット７３及び後方ブラケット７４が固定されている。また、電源対応ホルダ７６ａは、補助部１３ａに取り付けられている。
【０１１８】
その他の点の構成及び動作については、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１９】
このように、本実施の形態においては、車両１０の必須の構成要素であるストッパ１６に可動質量としての付加的な役割を持たせるようになっている。これにより、あらためて可動質量を追加する必要が無いため、車両の重量を大きく増やすことなく、車体が必ず前方に傾斜する車両を実現できる。また、非常停止時にストッパが前方に移動するため、ストッパが接地した状態の車体の安定性が増し、より安全な車両を実現できる。
【０１２０】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【０１２１】
図１１は本発明の第４の実施の形態における車両の構成を示す概略図である。
【０１２２】
本実施の形態においては、搭乗部１４がウェイト７１の代わりに可動質量として機能し、ガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能となっている。この場合、駆動輪１２の上方に位置する本体部１１の上に上方ブラケット７７が固定され、該上方ブラケット７７にガイド部材７２の前端及び後端が取り付けられている。そして、搭乗部１４から下方に向けて延出する搭乗脚部１４ａの下端部１４ｂが、ガイド部材７２に沿って車体の前後方向に移動可能に取り付けられている。これにより、搭乗部１４が可動質量として前後方向へ移動することができる。
【０１２３】
なお、前記搭乗脚部１４ａの下端部１４ｂと上方ブラケット７７との間にばね部材７５が配設され、上方ブラケット７７に電源対応ホルダ７６ａ及び制御対応ホルダ７６ｂが取り付けられている。
【０１２４】
その他の点の構成及び動作については、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２５】
このように、本実施の形態においては、大きな重量物である乗員１５を含む搭乗部１４に可動質量としての付加的な役割を持たせるようになっている。これにより、あらためて可動質量を追加する必要が無いため、車両の重量を大きく増やすことなく、車体が必ず前方に傾斜する車両を実現できる。また、小型の車両１０における最大の重量物である乗員１５を有効に活用することで、短い可動距離でも十分な効果が得られるため、より軽量・小型で、安価な車両１０を実現できる。また、非常停止時に搭乗部が前方に移動するため、停止後の乗員１５の降車が容易になる。
【０１２６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
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。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ 車両
１２ 駆動輪
１７ 転倒防止装置
２０ 制御ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、
前記車体の転倒を防止する転倒防止装置と、
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、
前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段と、
該傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする車両。
【請求項２】
前記禁止手段は、前記車体の姿勢の制御を停止する直前に前記傾斜方向予測手段が予測した前記車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記車体の姿勢角度を制限する姿勢制限手段を更に備え、
前記車両制御装置は、前記傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向と前記姿勢制限手段が機能する方向とが一致するときに前記禁止手段は前記転倒防止装置の実行を禁止する請求項１又は２に記載の車両。
【請求項４】
前記傾斜方向予測手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態によって、前記車体が傾斜する方向を予測する請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項５】
前記傾斜方向予測手段は、前記車体の重心ずれ量を取得する重心ずれ量取得手段を備え、
該重心ずれ取得手段によって取得された前記車体の重心ずれ量によって、前記車体が傾斜する方向を予測する請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。
【請求項６】
前記重心ずれ量取得手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態及び／又は前記駆動トルクの時間履歴に基づいて前記車体の重心ずれ量を推定する請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記傾斜方向予測手段は、車両の走行速度に基づいて前記車体の姿勢の制御の停止後における車両の減速度と減速時間を予測する減速状態予測手段を更に備え、該減速状態予測手段によって予測された前記減速度と前記減速時間によって、前記車体が傾斜する方向を予測する請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項８】
前記傾斜方向予測手段は、前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が特定方向へ傾斜する確率を算出し、算出した確率が所定の閾値以上であるときに前記車体が特定方向に傾斜すると予測する請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両。
【請求項９】
前記車両制御装置は、前記車体の姿勢の制御を停止するときに車両の電源を遮断する請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１０】
前記禁止手段は、前記傾斜方向予測手段が前記車体が特定方向へ傾斜すると予測したときに前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止信号を前記転倒防止装置に送信し、
該転倒防止装置は、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信した場合には実行せず、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信しなかった場合には実行する請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
前記転倒防止装置は、前記車体と路面の間に介在させて前記車体の傾斜角を所定の閾値以内に制限するエアバッグを作動させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１２】
前記転倒防止装置は、前記車体の重心位置を転倒する方向の逆側に移動させる可動質量を作動させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１】
回転可能に車体に取り付けられた駆動輪と、
前記車体の転倒を防止する転倒防止装置と、
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、
前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が傾斜する方向を予測する傾斜方向予測手段と、
該傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする車両。
【請求項２】
前記禁止手段は、前記車体の姿勢の制御を停止する直前に前記傾斜方向予測手段が予測した前記車体が傾斜する方向に基づいて前記転倒防止装置の実行を禁止する請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記車体の姿勢角度を制限する姿勢制限手段を更に備え、
前記車両制御装置は、前記傾斜方向予測手段が予測した車体が傾斜する方向と前記姿勢制限手段が機能する方向とが一致するときに前記禁止手段は前記転倒防止装置の実行を禁止する請求項１又は２に記載の車両。
【請求項４】
前記傾斜方向予測手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態によって、前記車体が傾斜する方向を予測する請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項５】
前記傾斜方向予測手段は、前記車体の重心ずれ量を取得する重心ずれ量取得手段を備え、
該重心ずれ取得手段によって取得された前記車体の重心ずれ量によって、前記車体が傾斜する方向を予測する請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。
【請求項６】
前記重心ずれ量取得手段は、前記車体の傾斜状態及び／又は前記駆動輪の回転状態及び／又は前記駆動トルクの時間履歴に基づいて前記車体の重心ずれ量を推定する請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記傾斜方向予測手段は、車両の走行速度に基づいて前記車体の姿勢の制御の停止後における車両の減速度と減速時間を予測する減速状態予測手段を更に備え、該減速状態予測手段によって予測された前記減速度と前記減速時間によって、前記車体が傾斜する方向を予測する請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項８】
前記傾斜方向予測手段は、前記車体の姿勢の制御の停止時に前記車体が特定方向へ傾斜する確率を算出し、算出した確率が所定の閾値以上であるときに前記車体が特定方向に傾斜すると予測する請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両。
【請求項９】
前記車両制御装置は、前記車体の姿勢の制御を停止するときに車両の電源を遮断する請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１０】
前記禁止手段は、前記傾斜方向予測手段が前記車体が特定方向へ傾斜すると予測したときに前記転倒防止装置の実行を禁止する禁止信号を前記転倒防止装置に送信し、
該転倒防止装置は、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信した場合には実行せず、前記車体の電源が遮断される直前に前記禁止信号を受信しなかった場合には実行する請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
前記転倒防止装置は、前記車体と路面の間に介在させて前記車体の傾斜角を所定の閾値以内に制限するエアバッグを作動させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１２】
前記転倒防止装置は、前記車体の重心位置を転倒する方向の逆側に移動させる可動質量を作動させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２０２１１７（Ｐ２０１０−２０２１１７Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２００７（Ｐ２００９−５２００７）
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
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