車両
【課題】旋回時にも車体の安定を維持することができ、制御安定性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ようにする。
【解決手段】互いに連結された操舵（だ）部及び駆動部を備える車体と、車体を操舵する操舵輪と、車体を駆動する駆動輪と、操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前後方向に関して異なる位置に配設され、車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、傾斜用アクチュエータ装置を制御して車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、制御装置は、複数の横加速度センサが検出する横加速度から、仮想横加速度検出位置における推定横加速度を算出し、推定横加速度がゼロになるように、車体の傾斜を制御する。
【解決手段】互いに連結された操舵（だ）部及び駆動部を備える車体と、車体を操舵する操舵輪と、車体を駆動する駆動輪と、操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前後方向に関して異なる位置に配設され、車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、傾斜用アクチュエータ装置を制御して車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、制御装置は、複数の横加速度センサが検出する横加速度から、仮想横加速度検出位置における推定横加速度を算出し、推定横加速度がゼロになるように、車体の傾斜を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５６７１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、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。
【０００６】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、前後方向に関して異なる位置に配設された複数の横加速度センサの検出値から、仮想横加速度検出位置における横方向の加速度成分の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、旋回時にも車体の安定を維持することができ、また、制御安定性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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前後方向に関して異なる位置に配設され、前記車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、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、前記複数の横加速度センサが検出する横加速度から、仮想横加速度検出位置における推定横加速度を算出し、該推定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。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、旋回の初期においても、旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けにくくなるので、制御の安定性が向上する。したがって、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。
【０００９】
請求項２の構成によれば、旋回の初期に旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けることがないので、制御の安定性がより向上する。
【００１０】
請求項３の構成によれば、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する際にも、車体の傾斜を適切に制御することができるので、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ない。
【００１１】
請求項４の構成によれば、横加速度の検出値の精度が向上し、推定横加速度の精度も向上するので、車体の制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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図である。
【図２】本発明の第１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。
【図３】本発明の第１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図である。
【図４】本発明の第１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５】本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の車体各部の軌跡を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における旋回における車体中心から横加速度センサまでの距離を説明するモデルを示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における推定加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における車体制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における車体が傾斜している状態での車両の背面を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における前進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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図、図２は本発明の第１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は本発明の第１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図、図４は本発明の第１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。なお、図１において、（ａ）は右側面図、（ｂ）は背面図である。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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１（ｂ）及び２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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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（ａ）における右側）下方に配設される。
【００２３】
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。
【００２４】
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検出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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
本実施の形態において、車両１０は第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂを有する。なお、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂを統合的に説明する場合には、横加速度センサ４４として説明する。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１（ｂ）における左右方向）の加速度を検出する。
【００２８】
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、車体と乗員とには、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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、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、前後方向に関して異なる位置に配設されている。図１（ａ）に示される例においては、第１横加速度センサ４４ａが風よけ部１１ｃに配設され、第２横加速度センサ４４ｂが搭乗部１１の背面に配設されている。また、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、検出する車体の横方向の加速度の精度の点から、ともに、車体の幅方向の中心、すなわち、車両中心軸上に位置することが望ましい。
【００３１】
なお、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、同じ高さに配設されている、すなわち、路面１８からの距離が等しいことが望ましい。さらに、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。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左右の車輪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。
【００３２】
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、図４に示されるように、傾斜制御装置として機能する傾斜制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４６を備える。該傾斜制御ＥＣＵ４６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、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ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、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ａ1 及びａ2 に基づいて車両中心軸上の任意の位置において車体に作用する横加速度の推定値を推定横加速度として算出する推定加速度演算部４９と、該推定加速度演算部４９が算出した推定横加速度に基づいてリンクモータ２５を作動させるための指令値を出力する傾斜制御部４７とを含む。
【００３３】
該傾斜制御部４７は、旋回走行の際には、フィードバック制御を行い、車体の傾斜角度が、推定加速度演算部４９が算出した推定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、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。
【００３４】
次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。ここでは、旋回走行時における車体傾斜制御処理の動作についてのみ説明する。
【００３５】
図５は本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の車体各部の軌跡を説明する図、図６は本発明の第１の実施の形態における旋回における車体中心から横加速度センサまでの距離を説明するモデルを示す図である。
【００３６】
本実施の形態における車両１０においては、前輪である車輪１２Ｆが操舵輪として機能し、旋回時には車輪１２Ｆの舵角が変化する。そのため、車両１０が後退しながら旋回するとき、すなわち、後進旋回時には、図５のように車両１０の向きが変化する。
【００３７】
図５は、車両１０が第１位置１０−１から第２位置１０−２まで、後退しながら矢印Ａで示されるように旋回する例を示している。換言すると、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する様子を示している。図５に示される例において、旋回角は９０度であり、第１位置１０−１と第２位置１０−２とでは車両１０の向きが９０度変化している。
【００３８】
なお、図５において、１９は、旋回における車体中心を示し、具体的には、後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸上であって、かつ、車両中心軸上、すなわち、前後方向に延在する車両１０の縦方向軸上、更に換言すると、車両１０の両幅方向中心に位置する。また、４４Ａは、横加速度センサ４４の仮の位置を示している。ここでは、説明の便宜上、横加速度センサ４４は単独であるものとする。そして、４４Ａは、車両中心軸上であって、かつ、操舵輪である車輪１２Ｆと旋回における車体中心１９との間であるものとする。
【００３９】
そして、図５において、線６１は、後退しながら矢印Ａで示されるように旋回する車両１０の軌跡を示しており、より具体的には、旋回における車体中心１９の軌跡を示している。なお、点６０は旋回する車両１０の旋回中心であり、ｒは旋回中心６０から軌跡６１の円弧部分までの距離、すなわち、旋回半径である。また、線６３は、横加速度センサ４４の軌跡を示している。そして、点６２は、横加速度センサ４４の軌跡６３が旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示している。該分岐点６２は、操舵輪である車輪１２Ｆの舵角が変化を開始した時点における横加速度センサ４４の位置に相当する。なお、６１ａは、旋回における車体中心１９の軌跡６１において、横加速度センサ４４の軌跡６３が旋回における車体中心１９の軌跡６１と一致する区間を示している。該区間６１ａは、操舵輪である車輪１２Ｆの舵角が変化を開始する前、すなわち、車両１０が後退しながら直進しているときの横加速度センサ４４の軌跡をも含んでいる。
【００４０】
軌跡６１及び６３を比較すると分かるように、車両１０の後進旋回の初期、すなわち、操舵輪が進行方向後側となる走行状態の旋回初期（分岐点６２の近傍の範囲）においては、横加速度センサ４４は、車両１０の旋回方向（図５における右方向）と逆方向（図５における左方向）に旋回した状態となる。これは、ヨーイング（ヨー運動）によって、車体が旋回における車体中心１９を中心にして平面上を回転するので、旋回における車体中心１９よりも後方に位置する横加速度センサ４４は、車両１０の旋回方向と逆方向に変位するからである。
【００４１】
そのため、矢印Ａで示されるように旋回する車両１０の全体には、矢印Ｂで示されるような旋回による加速度が生じるのに対し、車両１０における横加速度センサ４４の位置には、車両１０の後進旋回の初期に、矢印Ｃで示されるような逆向きの加速度が生じることとなる。車輪１２Ｆの舵角の大きさ、旋回における車体中心１９から横加速度センサ４４までの距離等の条件によっては、矢印Ｃで示されるような逆向きの加速度が矢印Ｂで示されるような旋回による加速度よりも大きくなることがあり得る。
【００４２】
したがって、横加速度センサ４４が検出した横加速度に基づき、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、車体の傾斜角度の制御を実行すると、特に、車両１０の後進旋回の初期において、制御が不安定なものとなり、車両１０の安定性を欠いてしまう可能性がある。なお、車両１０の後進旋回の終期においては、ヨーイングによって車体が旋回における車体中心１９を中心にして平面上を回転することによる加速度は、旋回による加速度と同じ方向になるので、ほとんど制御上の問題とならないと考えられる。
【００４３】
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、前後方向に関して異なる位置に配設され、望ましくは、車両中心軸上において互いに異なる位置に配設されている。横加速度センサ４４の数は、２つ以上であれば、いくつであってもよいが、ここでは、説明の都合上、図１及び６に示されるように、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つであるものとする。そして、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、車両中心軸上において同じ高さに配設されているものとする。さらに、第１横加速度センサ４４ａは風よけ部１１ｃに配設され、第２横加速度センサ４４ｂは搭乗部１１の背面に配設されているものとする。つまり、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、操舵輪である車輪１２Ｆと旋回における車体中心１９との間に位置するものとする。
【００４４】
また、図６に示されるように、旋回における車体中心１９から第１横加速度センサ４４ａまでの距離はＬH1であり、旋回における車体中心１９から第２横加速度センサ４４ｂまでの距離はＬH2であるものとする。さらに、旋回における車体中心１９上又は該車体中心１９よりも操舵輪の反対側の範囲における任意の位置に、仮想横加速度センサ４４ｘが取り付けられているものと考える。なお、該仮想横加速度センサ４４ｘは、車両中心軸上に位置することが望ましい。そして、仮想横加速度検出位置としての仮想横加速度センサ取付位置、すなわち、車体中心１９から仮想横加速度センサ４４ｘまでの距離はＬHxであるものとする。
【００４５】
次に、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する場合に推定横加速度を算出する動作について説明する。
【００４６】
図７は本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図、図８は本発明の第１の実施の形態における推定加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【００４７】
操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回走行、すなわち、車両１０による後進旋回が開始されると、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、推定加速度演算部４９は、推定加速度演算処理を実行し、推定横加速度ａx 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、推定横加速度ａx の値がゼロとなるような制御値をリンクモータ２５に出力する。
【００４８】
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ＴS （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。
【００４９】
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〉ヨーイングにより、車体が旋回における車体中心１９を中心にして回転するので、旋回における車体中心１９から離れた位置にある第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが車体中心１９を中心にして平面上を周方向に回転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が垂直面上を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。
【００５０】
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の位置と無関係である。一方、前記〈３〉は、平面上を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、車体中心１９からの距離に比例する、すなわち、ＬH1及びＬH2に比例する。また、前記〈４〉は、垂直面上を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、路面１８から第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂまでの距離（高さ）をＬとすると、概略Ｌに比例する。
【００５１】
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ａr1及びａr2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ａM1及びａM2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ａT 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ａG 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。
【００５２】
そして、ヨーイングによる周方向の変位の角速度、すなわち、ヨーレートをωr とし、その加速度、すなわち、ヨー加速度をωr ’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ωM とし、その角加速度をωM ’とする。なお、角速度ωM 又は角加速度ωM ’は、図示されないリンク角センサの検出値から取得することができる。
【００５３】
すると、ａr1＝ＬH1ωr ’、ａr2＝ＬH2ωr ’、ａM1＝ＬωM ’、ａM2＝ＬωM ’となる。
【００５４】
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 ＝ａT ＋ａG ＋ＬH1ωr ’＋ＬωM ’ ・・・式（１）
ａ2 ＝ａT ＋ａG ＋ＬH2ωr ’＋ＬωM ’ ・・・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 ＝（ＬH1−ＬH2）ωr ’ ・・・式（３）
さらに、該式（３）より、次の式（４）を得ることができる。
ωr ’＝（ａ1 −ａ2 ）／（ＬH1−ＬH2） ・・・式（４）
該式（４）によって、ヨー角加速度ωr ’の値を算出することができる。
【００５５】
また、車体に発生する横加速度がゼロになるように車体を傾斜させる制御の制御目標値としてａT ＋ａG を設定する場合に、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ａ1 及びａ2 から、不要な加速度〈３〉及び〈４〉を取り除いた結果、次の式（５）及び（６）を得ることができる。
ａT ＋ａG ＝ａ1 −ＬH1ωr ’−ＬωM ’ ・・・式（５）
ａT ＋ａG ＝ａ2 −ＬH2ωr ’−ＬωM ’ ・・・式（６）
理論上は、式（５）によっても式（６）によっても、同じ値を得ることができるが、ヨーイングによって生じる加速度は車体中心１９からの距離に比例するので、実際上は、車体中心１９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）によって推定横加速度ａx を算出することとする。
【００５６】
そして、前記式（４）及び（６）から、次の式（７）が導出される。
ａT ＋ａG ＝ａ2 −ＬH2（ａ1 −ａ2 ）／（ＬH1−ＬH2）−ＬωM ’ ・・・式（７）
ここで、図６に示されるような仮想横加速度センサ４４ｘによって検出される推定横加速度ａx は、前記式（１）及び（２）で表されるａ1 及びａ2 と同様に４つの加速度〈１〉〜〈４〉の合計であって、車体中心１９から仮想横加速度センサ４４ｘまでの距離がＬHxであるから、次の式（８）によって表される。
ａx ＝ａT ＋ａG −ＬHxωr ’＋ＬωM ’ ・・・式（８）
なお、該式（８）の右辺第３項の符号がマイナスであるのは、ＬHxが絶対値で表示され、かつ、仮想横加速度センサ４４ｘが車体中心１９よりも後側（操舵輪の反対側）に位置するからである。
【００５７】
そして、前記式（８）に前記式（４）及び（７）を代入すると、次の式（９）が導出される。
ａx ＝ａ2 −（ＬH2＋ＬHx）（Δａ／ΔＬH ） ・・・式（９）
なお、Δａ＝ａ1 −ａ2 であり、ΔＬH ＝ＬH1−ＬH2である。
【００５８】
ここで、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定する、すなわち、ＬHx＝０に設定すると、車両１０が後退しながら矢印Ａで示されるように旋回するときの仮想横加速度センサ４４ｘの軌跡は、図７において、線６３ｘで示されるようになる。すなわち、旋回における車体中心１９の軌跡６１と一致する。なお、図７において、線６３ａは第１横加速度センサ４４ａの軌跡を示し、線６３ｂは第２横加速度センサ４４ｂの軌跡を示している。そして、点６２ａは、第１横加速度センサ４４ａの軌跡６３ａが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示し、点６２ｂは、第２横加速度センサ４４ｂの軌跡６３ｂが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示している。
【００５９】
このことから、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定すると、仮想横加速度センサ４４ｘによって検出される推定横加速度ａx は、図５において、矢印Ｃで示されるような逆向きの加速度の影響を受けないことが分かる。
【００６０】
なお、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９よりも後側に設定することもできる。この場合、仮想横加速度センサ４４ｘの軌跡は、車体中心１９の軌跡６１よりも旋回内側を通ることとなるので、車両１０の後進旋回の初期においてヨーイングによって車体が旋回における車体中心１９を中心にして平面上を回転することによる加速度は、旋回による加速度と同じ方向になるので、ほとんど制御上の問題とならないと考えられる。
【００６１】
そして、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、推定加速度演算部４９は、推定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１横加速度センサ取付位置ＬH1、すなわち、車体中心１９から第１横加速度センサ４４ａまでの距離ＬH1の呼出を行う（ステップＳ２）。
【００６２】
続いて、推定加速度演算部４９は、第２横加速度センサ値ａ2 を取得するとともに（ステップＳ３）、第２横加速度センサ取付位置ＬH2、すなわち、車体中心１９から第２横加速度センサ４４ｂまでの距離ＬH2の呼出を行う（ステップＳ４）。
【００６３】
なお、第１横加速度センサ取付位置ＬH1、及び、第２横加速度センサ取付位置ＬH2の値は、車両１０の各部の寸法として、車体傾斜制御システムが有する記憶手段にあらかじめ格納されている。
【００６４】
続いて、推定加速度演算部４９は、仮想横加速度センサ取付位置ＬHx、すなわち、車体中心１９から仮想横加速度センサ４４ｘまでの距離ＬHxの呼出を行う（ステップＳ５）。なお、仮想横加速度センサ取付位置ＬHxの値は、あらかじめ設定され、車体傾斜制御システムが有する記憶手段に格納されている。前述のように、仮想横加速度センサ４４ｘの取付位置は、車両中心軸上であって旋回における車体中心１９上又は該車体中心１９よりも操舵輪の反対側の範囲にあれば任意に設定することができるが、ここでは、旋回における車体中心１９上であるものとする。すなわち、ＬHx＝０であるものとする。
【００６５】
続いて、推定加速度演算部４９は、推定横加速度ａx を算出する（ステップＳ６）。この場合、前記式（９）から推定横加速度ａx を算出する。
【００６６】
最後に、推定加速度演算部４９は、傾斜制御部４７へ推定横加速度ａx を送出して（ステップＳ７）、推定加速度演算処理を終了する。
【００６７】
次に、車体の傾斜を制御する動作について説明する。
【００６８】
図９は本発明の第１の実施の形態における車体制御処理の動作を示すフローチャートである。
【００６９】
傾斜制御部４７は、車体制御処理を開始すると、まず、推定加速度演算部４９から推定横加速度ａx を受信する（ステップＳ１１）。
【００７０】
続いて、傾斜制御部４７は、ａold 呼出を行う（ステップＳ１２）。ａold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された推定横加速度ａx である。なお、初期設定においては、ａold ＝０とされている。
【００７１】
続いて、傾斜制御部４７は、制御周期ＴS を取得し（ステップＳ１３）、推定横加速度ａx の微分値を算出する（ステップＳ１４）。ここで、ａx の微分値をｄａx ／ｄｔとすると、該ｄａx ／ｄｔは次の式（１０）によって算出される。
ｄａx ／ｄｔ＝（ａx −ａold ）／ＴS ・・・式（１０）
そして、傾斜制御部４７は、ａold ＝ａx として保存する（ステップＳ１５）。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した推定横加速度ａx をａold として、記憶手段に保存する。
【００７２】
続いて、傾斜制御部４７は、第１制御値ＵP を算出する（ステップＳ１６）。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ＣP とすると、第１制御値ＵP は次の式（１１）によって算出される。
ＵP ＝ＣP ａx ・・・式（１１）
続いて、傾斜制御部４７は、第２制御値ＵD を算出する（ステップＳ１７）。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をＣD とすると、第２制御値ＵD は次の式（１２）によって算出される。
ＵD ＝ＣD ｄａx ／ｄｔ ・・・式（１２）
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Ｓ１８）。該第３制御値Ｕは、第１制御値ＵP と第２制御値ＵD との合計であり、次の式（１３）によって算出される。
Ｕ＝ＵP ＋ＵD ・・・式（１３）
最後に、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕをリンクモータ指令値としてリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ１９）、処理を終了する。
【００７３】
このように、本実施の形態においては、操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回走行時には、車両中心軸上の異なる位置に配設された第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値から、車両中心軸上における仮想横加速度センサ取付位置ＬHxにおける横方向の加速度成分の値を、推定横加速度ａx として算出し、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、すなわち、推定横加速度ａx の値がゼロとなるように、車体の傾斜角度を制御する。
【００７４】
これにより、操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回、すなわち、後進旋回時においても、旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けにくくなるので、制御の安定性が向上する。
【００７５】
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。特に、前記任意の位置である仮想横加速度センサ４４ｘの取付位置が旋回における車体中心１９上である場合には、旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けないので、制御の安定性がより向上する。
【００７６】
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、複数であって車両中心軸上の互いに異なる位置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。
【００７７】
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。
【００７８】
図１０は本発明の第２の実施の形態における車体が傾斜している状態での車両の背面を示す図である。
【００７９】
本実施の形態における車両１０は、リンク機構３０を有しておらず、本体部２０と搭乗部１１とが、ロール軸２０ａを中心に、ロール方向に揺動可能に連結され、傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ２５を回転させることによって、図に示されるように、本体部２０に対して搭乗部１１を揺動させてロールさせる、すなわち、傾斜させることができる。前記ロール軸２０ａは、本体部２０に対して搭乗部１１が揺動してロールする動作の中心、すなわち、ロール中心である。なお、車体の進行方向に延在するリンクモータ２５の回転軸を、前記ロール軸２０ａと一致させるようにしてもよい。
【００８０】
旋回時にも、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバ角は変化せず、搭乗部１１を前輪である車輪１２Ｆとともに、本体部２０に対して揺動させ、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。なお、図に示される例においては、直進時も旋回時も、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。
【００８１】
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。
【００８２】
なお、横加速度センサ４４は、前記第１の実施の形態と同様に、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂを含み、前記第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとは車両中心軸上の互いに異なる位置に配設されている。
【００８３】
本実施の形態においては、搭乗部１１が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心はロール軸２０ａと一致する。そこで、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Ｌは、ロール軸２０ａからの距離として設定される。
【００８４】
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、できる限りロール軸２０ａに近接した位置に配設されることが望ましい。
【００８５】
横加速度センサ４４について、その他の点は、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。また、車体傾斜制御システムについても、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。さらに、本実施の形態における車両１０の動作についても、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。
【００８６】
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。
【００８７】
図１１は本発明の第３の実施の形態における前進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図である。
【００８８】
本実施の形態において、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り、かつ、後輪が操舵輪である。つまり、本実施の形態における車両１０においては、前輪が左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒであって駆動輪として機能し、後輪である車輪１２Ｆが操舵輪として機能し、旋回時には車輪１２Ｆの舵角が変化する。そのため、車両１０が前進しながら旋回するとき、すなわち、前進旋回時には、図のように車両１０の向きが変化する。
【００８９】
図は、車両１０が前進しながら矢印Ａで示されるように旋回する例を示している。換言すると、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する様子を示している。なお、旋回における車体中心１９は前輪である、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸上であるから、車輪１２Ｆよりも前方に位置する。また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、車両中心軸上であって、かつ、操舵輪である車輪１２Ｆと旋回における車体中心１９との間に位置する。
【００９０】
そして、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定すると、車両１０が前進しながら矢印Ａで示されるように旋回するときの仮想横加速度センサ４４ｘの軌跡は、図において、線６３ｘで示されるようになる。すなわち、旋回における車体中心１９の軌跡６１と一致する。また、前記第１の実施の形態における図７と同様に、線６３ａは第１横加速度センサ４４ａの軌跡を示し、線６３ｂは第２横加速度センサ４４ｂの軌跡を示している。そして、点６２ａは、第１横加速度センサ４４ａの軌跡６３ａが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示し、点６２ｂは、第２横加速度センサ４４ｂの軌跡６３ｂが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示している。
【００９１】
このことから、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定すると、仮想横加速度センサ４４ｘによって検出される推定横加速度ａx は、逆向きの加速度の影響を受けないことが分かる。
【００９２】
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。また、車体傾斜制御システムについても、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。さらに、本実施の形態における車両１０の動作についても、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。
【００９３】
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】
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
１０ 車両
１１ 搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ 車輪
１９ 車体中心
２０ 本体部
２５ リンクモータ
４４ａ 第１横加速度センサ
４４ｂ 第２横加速度センサ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５６７１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、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。
【０００６】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、前後方向に関して異なる位置に配設された複数の横加速度センサの検出値から、仮想横加速度検出位置における横方向の加速度成分の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、旋回時にも車体の安定を維持することができ、また、制御安定性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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前後方向に関して異なる位置に配設され、前記車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、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、前記複数の横加速度センサが検出する横加速度から、仮想横加速度検出位置における推定横加速度を算出し、該推定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。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、旋回の初期においても、旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けにくくなるので、制御の安定性が向上する。したがって、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。
【０００９】
請求項２の構成によれば、旋回の初期に旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けることがないので、制御の安定性がより向上する。
【００１０】
請求項３の構成によれば、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する際にも、車体の傾斜を適切に制御することができるので、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ない。
【００１１】
請求項４の構成によれば、横加速度の検出値の精度が向上し、推定横加速度の精度も向上するので、車体の制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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図である。
【図２】本発明の第１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。
【図３】本発明の第１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図である。
【図４】本発明の第１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５】本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の車体各部の軌跡を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における旋回における車体中心から横加速度センサまでの距離を説明するモデルを示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における推定加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における車体制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における車体が傾斜している状態での車両の背面を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における前進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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図、図２は本発明の第１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は本発明の第１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図、図４は本発明の第１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。なお、図１において、（ａ）は右側面図、（ｂ）は背面図である。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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１（ｂ）及び２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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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（ａ）における右側）下方に配設される。
【００２３】
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。
【００２４】
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検出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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
本実施の形態において、車両１０は第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂを有する。なお、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂを統合的に説明する場合には、横加速度センサ４４として説明する。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１（ｂ）における左右方向）の加速度を検出する。
【００２８】
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、車体と乗員とには、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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、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、前後方向に関して異なる位置に配設されている。図１（ａ）に示される例においては、第１横加速度センサ４４ａが風よけ部１１ｃに配設され、第２横加速度センサ４４ｂが搭乗部１１の背面に配設されている。また、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、検出する車体の横方向の加速度の精度の点から、ともに、車体の幅方向の中心、すなわち、車両中心軸上に位置することが望ましい。
【００３１】
なお、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、同じ高さに配設されている、すなわち、路面１８からの距離が等しいことが望ましい。さらに、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。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左右の車輪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。
【００３２】
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、図４に示されるように、傾斜制御装置として機能する傾斜制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４６を備える。該傾斜制御ＥＣＵ４６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、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ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、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ａ1 及びａ2 に基づいて車両中心軸上の任意の位置において車体に作用する横加速度の推定値を推定横加速度として算出する推定加速度演算部４９と、該推定加速度演算部４９が算出した推定横加速度に基づいてリンクモータ２５を作動させるための指令値を出力する傾斜制御部４７とを含む。
【００３３】
該傾斜制御部４７は、旋回走行の際には、フィードバック制御を行い、車体の傾斜角度が、推定加速度演算部４９が算出した推定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、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。
【００３４】
次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。ここでは、旋回走行時における車体傾斜制御処理の動作についてのみ説明する。
【００３５】
図５は本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の車体各部の軌跡を説明する図、図６は本発明の第１の実施の形態における旋回における車体中心から横加速度センサまでの距離を説明するモデルを示す図である。
【００３６】
本実施の形態における車両１０においては、前輪である車輪１２Ｆが操舵輪として機能し、旋回時には車輪１２Ｆの舵角が変化する。そのため、車両１０が後退しながら旋回するとき、すなわち、後進旋回時には、図５のように車両１０の向きが変化する。
【００３７】
図５は、車両１０が第１位置１０−１から第２位置１０−２まで、後退しながら矢印Ａで示されるように旋回する例を示している。換言すると、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する様子を示している。図５に示される例において、旋回角は９０度であり、第１位置１０−１と第２位置１０−２とでは車両１０の向きが９０度変化している。
【００３８】
なお、図５において、１９は、旋回における車体中心を示し、具体的には、後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸上であって、かつ、車両中心軸上、すなわち、前後方向に延在する車両１０の縦方向軸上、更に換言すると、車両１０の両幅方向中心に位置する。また、４４Ａは、横加速度センサ４４の仮の位置を示している。ここでは、説明の便宜上、横加速度センサ４４は単独であるものとする。そして、４４Ａは、車両中心軸上であって、かつ、操舵輪である車輪１２Ｆと旋回における車体中心１９との間であるものとする。
【００３９】
そして、図５において、線６１は、後退しながら矢印Ａで示されるように旋回する車両１０の軌跡を示しており、より具体的には、旋回における車体中心１９の軌跡を示している。なお、点６０は旋回する車両１０の旋回中心であり、ｒは旋回中心６０から軌跡６１の円弧部分までの距離、すなわち、旋回半径である。また、線６３は、横加速度センサ４４の軌跡を示している。そして、点６２は、横加速度センサ４４の軌跡６３が旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示している。該分岐点６２は、操舵輪である車輪１２Ｆの舵角が変化を開始した時点における横加速度センサ４４の位置に相当する。なお、６１ａは、旋回における車体中心１９の軌跡６１において、横加速度センサ４４の軌跡６３が旋回における車体中心１９の軌跡６１と一致する区間を示している。該区間６１ａは、操舵輪である車輪１２Ｆの舵角が変化を開始する前、すなわち、車両１０が後退しながら直進しているときの横加速度センサ４４の軌跡をも含んでいる。
【００４０】
軌跡６１及び６３を比較すると分かるように、車両１０の後進旋回の初期、すなわち、操舵輪が進行方向後側となる走行状態の旋回初期（分岐点６２の近傍の範囲）においては、横加速度センサ４４は、車両１０の旋回方向（図５における右方向）と逆方向（図５における左方向）に旋回した状態となる。これは、ヨーイング（ヨー運動）によって、車体が旋回における車体中心１９を中心にして平面上を回転するので、旋回における車体中心１９よりも後方に位置する横加速度センサ４４は、車両１０の旋回方向と逆方向に変位するからである。
【００４１】
そのため、矢印Ａで示されるように旋回する車両１０の全体には、矢印Ｂで示されるような旋回による加速度が生じるのに対し、車両１０における横加速度センサ４４の位置には、車両１０の後進旋回の初期に、矢印Ｃで示されるような逆向きの加速度が生じることとなる。車輪１２Ｆの舵角の大きさ、旋回における車体中心１９から横加速度センサ４４までの距離等の条件によっては、矢印Ｃで示されるような逆向きの加速度が矢印Ｂで示されるような旋回による加速度よりも大きくなることがあり得る。
【００４２】
したがって、横加速度センサ４４が検出した横加速度に基づき、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、車体の傾斜角度の制御を実行すると、特に、車両１０の後進旋回の初期において、制御が不安定なものとなり、車両１０の安定性を欠いてしまう可能性がある。なお、車両１０の後進旋回の終期においては、ヨーイングによって車体が旋回における車体中心１９を中心にして平面上を回転することによる加速度は、旋回による加速度と同じ方向になるので、ほとんど制御上の問題とならないと考えられる。
【００４３】
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、前後方向に関して異なる位置に配設され、望ましくは、車両中心軸上において互いに異なる位置に配設されている。横加速度センサ４４の数は、２つ以上であれば、いくつであってもよいが、ここでは、説明の都合上、図１及び６に示されるように、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つであるものとする。そして、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、車両中心軸上において同じ高さに配設されているものとする。さらに、第１横加速度センサ４４ａは風よけ部１１ｃに配設され、第２横加速度センサ４４ｂは搭乗部１１の背面に配設されているものとする。つまり、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、操舵輪である車輪１２Ｆと旋回における車体中心１９との間に位置するものとする。
【００４４】
また、図６に示されるように、旋回における車体中心１９から第１横加速度センサ４４ａまでの距離はＬH1であり、旋回における車体中心１９から第２横加速度センサ４４ｂまでの距離はＬH2であるものとする。さらに、旋回における車体中心１９上又は該車体中心１９よりも操舵輪の反対側の範囲における任意の位置に、仮想横加速度センサ４４ｘが取り付けられているものと考える。なお、該仮想横加速度センサ４４ｘは、車両中心軸上に位置することが望ましい。そして、仮想横加速度検出位置としての仮想横加速度センサ取付位置、すなわち、車体中心１９から仮想横加速度センサ４４ｘまでの距離はＬHxであるものとする。
【００４５】
次に、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する場合に推定横加速度を算出する動作について説明する。
【００４６】
図７は本発明の第１の実施の形態における後進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図、図８は本発明の第１の実施の形態における推定加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。
【００４７】
操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回走行、すなわち、車両１０による後進旋回が開始されると、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、推定加速度演算部４９は、推定加速度演算処理を実行し、推定横加速度ａx 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、推定横加速度ａx の値がゼロとなるような制御値をリンクモータ２５に出力する。
【００４８】
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ＴS （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。
【００４９】
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〉ヨーイングにより、車体が旋回における車体中心１９を中心にして回転するので、旋回における車体中心１９から離れた位置にある第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが車体中心１９を中心にして平面上を周方向に回転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が垂直面上を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。
【００５０】
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の位置と無関係である。一方、前記〈３〉は、平面上を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、車体中心１９からの距離に比例する、すなわち、ＬH1及びＬH2に比例する。また、前記〈４〉は、垂直面上を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、路面１８から第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂまでの距離（高さ）をＬとすると、概略Ｌに比例する。
【００５１】
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ａr1及びａr2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ａM1及びａM2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ａT 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ａG 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。
【００５２】
そして、ヨーイングによる周方向の変位の角速度、すなわち、ヨーレートをωr とし、その加速度、すなわち、ヨー加速度をωr ’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ωM とし、その角加速度をωM ’とする。なお、角速度ωM 又は角加速度ωM ’は、図示されないリンク角センサの検出値から取得することができる。
【００５３】
すると、ａr1＝ＬH1ωr ’、ａr2＝ＬH2ωr ’、ａM1＝ＬωM ’、ａM2＝ＬωM ’となる。
【００５４】
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 ＝ａT ＋ａG ＋ＬH1ωr ’＋ＬωM ’ ・・・式（１）
ａ2 ＝ａT ＋ａG ＋ＬH2ωr ’＋ＬωM ’ ・・・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 ＝（ＬH1−ＬH2）ωr ’ ・・・式（３）
さらに、該式（３）より、次の式（４）を得ることができる。
ωr ’＝（ａ1 −ａ2 ）／（ＬH1−ＬH2） ・・・式（４）
該式（４）によって、ヨー角加速度ωr ’の値を算出することができる。
【００５５】
また、車体に発生する横加速度がゼロになるように車体を傾斜させる制御の制御目標値としてａT ＋ａG を設定する場合に、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ａ1 及びａ2 から、不要な加速度〈３〉及び〈４〉を取り除いた結果、次の式（５）及び（６）を得ることができる。
ａT ＋ａG ＝ａ1 −ＬH1ωr ’−ＬωM ’ ・・・式（５）
ａT ＋ａG ＝ａ2 −ＬH2ωr ’−ＬωM ’ ・・・式（６）
理論上は、式（５）によっても式（６）によっても、同じ値を得ることができるが、ヨーイングによって生じる加速度は車体中心１９からの距離に比例するので、実際上は、車体中心１９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）によって推定横加速度ａx を算出することとする。
【００５６】
そして、前記式（４）及び（６）から、次の式（７）が導出される。
ａT ＋ａG ＝ａ2 −ＬH2（ａ1 −ａ2 ）／（ＬH1−ＬH2）−ＬωM ’ ・・・式（７）
ここで、図６に示されるような仮想横加速度センサ４４ｘによって検出される推定横加速度ａx は、前記式（１）及び（２）で表されるａ1 及びａ2 と同様に４つの加速度〈１〉〜〈４〉の合計であって、車体中心１９から仮想横加速度センサ４４ｘまでの距離がＬHxであるから、次の式（８）によって表される。
ａx ＝ａT ＋ａG −ＬHxωr ’＋ＬωM ’ ・・・式（８）
なお、該式（８）の右辺第３項の符号がマイナスであるのは、ＬHxが絶対値で表示され、かつ、仮想横加速度センサ４４ｘが車体中心１９よりも後側（操舵輪の反対側）に位置するからである。
【００５７】
そして、前記式（８）に前記式（４）及び（７）を代入すると、次の式（９）が導出される。
ａx ＝ａ2 −（ＬH2＋ＬHx）（Δａ／ΔＬH ） ・・・式（９）
なお、Δａ＝ａ1 −ａ2 であり、ΔＬH ＝ＬH1−ＬH2である。
【００５８】
ここで、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定する、すなわち、ＬHx＝０に設定すると、車両１０が後退しながら矢印Ａで示されるように旋回するときの仮想横加速度センサ４４ｘの軌跡は、図７において、線６３ｘで示されるようになる。すなわち、旋回における車体中心１９の軌跡６１と一致する。なお、図７において、線６３ａは第１横加速度センサ４４ａの軌跡を示し、線６３ｂは第２横加速度センサ４４ｂの軌跡を示している。そして、点６２ａは、第１横加速度センサ４４ａの軌跡６３ａが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示し、点６２ｂは、第２横加速度センサ４４ｂの軌跡６３ｂが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示している。
【００５９】
このことから、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定すると、仮想横加速度センサ４４ｘによって検出される推定横加速度ａx は、図５において、矢印Ｃで示されるような逆向きの加速度の影響を受けないことが分かる。
【００６０】
なお、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９よりも後側に設定することもできる。この場合、仮想横加速度センサ４４ｘの軌跡は、車体中心１９の軌跡６１よりも旋回内側を通ることとなるので、車両１０の後進旋回の初期においてヨーイングによって車体が旋回における車体中心１９を中心にして平面上を回転することによる加速度は、旋回による加速度と同じ方向になるので、ほとんど制御上の問題とならないと考えられる。
【００６１】
そして、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、推定加速度演算部４９は、推定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１横加速度センサ取付位置ＬH1、すなわち、車体中心１９から第１横加速度センサ４４ａまでの距離ＬH1の呼出を行う（ステップＳ２）。
【００６２】
続いて、推定加速度演算部４９は、第２横加速度センサ値ａ2 を取得するとともに（ステップＳ３）、第２横加速度センサ取付位置ＬH2、すなわち、車体中心１９から第２横加速度センサ４４ｂまでの距離ＬH2の呼出を行う（ステップＳ４）。
【００６３】
なお、第１横加速度センサ取付位置ＬH1、及び、第２横加速度センサ取付位置ＬH2の値は、車両１０の各部の寸法として、車体傾斜制御システムが有する記憶手段にあらかじめ格納されている。
【００６４】
続いて、推定加速度演算部４９は、仮想横加速度センサ取付位置ＬHx、すなわち、車体中心１９から仮想横加速度センサ４４ｘまでの距離ＬHxの呼出を行う（ステップＳ５）。なお、仮想横加速度センサ取付位置ＬHxの値は、あらかじめ設定され、車体傾斜制御システムが有する記憶手段に格納されている。前述のように、仮想横加速度センサ４４ｘの取付位置は、車両中心軸上であって旋回における車体中心１９上又は該車体中心１９よりも操舵輪の反対側の範囲にあれば任意に設定することができるが、ここでは、旋回における車体中心１９上であるものとする。すなわち、ＬHx＝０であるものとする。
【００６５】
続いて、推定加速度演算部４９は、推定横加速度ａx を算出する（ステップＳ６）。この場合、前記式（９）から推定横加速度ａx を算出する。
【００６６】
最後に、推定加速度演算部４９は、傾斜制御部４７へ推定横加速度ａx を送出して（ステップＳ７）、推定加速度演算処理を終了する。
【００６７】
次に、車体の傾斜を制御する動作について説明する。
【００６８】
図９は本発明の第１の実施の形態における車体制御処理の動作を示すフローチャートである。
【００６９】
傾斜制御部４７は、車体制御処理を開始すると、まず、推定加速度演算部４９から推定横加速度ａx を受信する（ステップＳ１１）。
【００７０】
続いて、傾斜制御部４７は、ａold 呼出を行う（ステップＳ１２）。ａold は、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された推定横加速度ａx である。なお、初期設定においては、ａold ＝０とされている。
【００７１】
続いて、傾斜制御部４７は、制御周期ＴS を取得し（ステップＳ１３）、推定横加速度ａx の微分値を算出する（ステップＳ１４）。ここで、ａx の微分値をｄａx ／ｄｔとすると、該ｄａx ／ｄｔは次の式（１０）によって算出される。
ｄａx ／ｄｔ＝（ａx −ａold ）／ＴS ・・・式（１０）
そして、傾斜制御部４７は、ａold ＝ａx として保存する（ステップＳ１５）。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した推定横加速度ａx をａold として、記憶手段に保存する。
【００７２】
続いて、傾斜制御部４７は、第１制御値ＵP を算出する（ステップＳ１６）。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ＣP とすると、第１制御値ＵP は次の式（１１）によって算出される。
ＵP ＝ＣP ａx ・・・式（１１）
続いて、傾斜制御部４７は、第２制御値ＵD を算出する（ステップＳ１７）。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をＣD とすると、第２制御値ＵD は次の式（１２）によって算出される。
ＵD ＝ＣD ｄａx ／ｄｔ ・・・式（１２）
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Ｓ１８）。該第３制御値Ｕは、第１制御値ＵP と第２制御値ＵD との合計であり、次の式（１３）によって算出される。
Ｕ＝ＵP ＋ＵD ・・・式（１３）
最後に、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕをリンクモータ指令値としてリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ１９）、処理を終了する。
【００７３】
このように、本実施の形態においては、操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回走行時には、車両中心軸上の異なる位置に配設された第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値から、車両中心軸上における仮想横加速度センサ取付位置ＬHxにおける横方向の加速度成分の値を、推定横加速度ａx として算出し、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、すなわち、推定横加速度ａx の値がゼロとなるように、車体の傾斜角度を制御する。
【００７４】
これにより、操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回、すなわち、後進旋回時においても、旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けにくくなるので、制御の安定性が向上する。
【００７５】
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。特に、前記任意の位置である仮想横加速度センサ４４ｘの取付位置が旋回における車体中心１９上である場合には、旋回方向と逆方向の加速度の影響を受けないので、制御の安定性がより向上する。
【００７６】
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、複数であって車両中心軸上の互いに異なる位置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。
【００７７】
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。
【００７８】
図１０は本発明の第２の実施の形態における車体が傾斜している状態での車両の背面を示す図である。
【００７９】
本実施の形態における車両１０は、リンク機構３０を有しておらず、本体部２０と搭乗部１１とが、ロール軸２０ａを中心に、ロール方向に揺動可能に連結され、傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ２５を回転させることによって、図に示されるように、本体部２０に対して搭乗部１１を揺動させてロールさせる、すなわち、傾斜させることができる。前記ロール軸２０ａは、本体部２０に対して搭乗部１１が揺動してロールする動作の中心、すなわち、ロール中心である。なお、車体の進行方向に延在するリンクモータ２５の回転軸を、前記ロール軸２０ａと一致させるようにしてもよい。
【００８０】
旋回時にも、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバ角は変化せず、搭乗部１１を前輪である車輪１２Ｆとともに、本体部２０に対して揺動させ、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。なお、図に示される例においては、直進時も旋回時も、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。
【００８１】
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。
【００８２】
なお、横加速度センサ４４は、前記第１の実施の形態と同様に、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂを含み、前記第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとは車両中心軸上の互いに異なる位置に配設されている。
【００８３】
本実施の形態においては、搭乗部１１が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心はロール軸２０ａと一致する。そこで、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Ｌは、ロール軸２０ａからの距離として設定される。
【００８４】
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、できる限りロール軸２０ａに近接した位置に配設されることが望ましい。
【００８５】
横加速度センサ４４について、その他の点は、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。また、車体傾斜制御システムについても、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。さらに、本実施の形態における車両１０の動作についても、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。
【００８６】
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。
【００８７】
図１１は本発明の第３の実施の形態における前進旋回時の仮想横加速度センサの軌跡を説明する図である。
【００８８】
本実施の形態において、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り、かつ、後輪が操舵輪である。つまり、本実施の形態における車両１０においては、前輪が左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒであって駆動輪として機能し、後輪である車輪１２Ｆが操舵輪として機能し、旋回時には車輪１２Ｆの舵角が変化する。そのため、車両１０が前進しながら旋回するとき、すなわち、前進旋回時には、図のように車両１０の向きが変化する。
【００８９】
図は、車両１０が前進しながら矢印Ａで示されるように旋回する例を示している。換言すると、操舵輪が進行方向後側となる走行状態で旋回する様子を示している。なお、旋回における車体中心１９は前輪である、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸上であるから、車輪１２Ｆよりも前方に位置する。また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、車両中心軸上であって、かつ、操舵輪である車輪１２Ｆと旋回における車体中心１９との間に位置する。
【００９０】
そして、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定すると、車両１０が前進しながら矢印Ａで示されるように旋回するときの仮想横加速度センサ４４ｘの軌跡は、図において、線６３ｘで示されるようになる。すなわち、旋回における車体中心１９の軌跡６１と一致する。また、前記第１の実施の形態における図７と同様に、線６３ａは第１横加速度センサ４４ａの軌跡を示し、線６３ｂは第２横加速度センサ４４ｂの軌跡を示している。そして、点６２ａは、第１横加速度センサ４４ａの軌跡６３ａが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示し、点６２ｂは、第２横加速度センサ４４ｂの軌跡６３ｂが旋回における車体中心１９の軌跡６１から分岐する分岐点を示している。
【００９１】
このことから、仮想横加速度センサ４４ｘの位置を車体中心１９に設定すると、仮想横加速度センサ４４ｘによって検出される推定横加速度ａx は、逆向きの加速度の影響を受けないことが分かる。
【００９２】
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。また、車体傾斜制御システムについても、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。さらに、本実施の形態における車両１０の動作についても、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。
【００９３】
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】
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
１０ 車両
１１ 搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ 車輪
１９ 車体中心
２０ 本体部
２５ リンクモータ
４４ａ 第１横加速度センサ
４４ｂ 第２横加速度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
前後方向に関して異なる位置に配設され、前記車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、
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、前記複数の横加速度センサが検出する横加速度から、仮想横加速度検出位置における推定横加速度を算出し、該推定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ことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記仮想横加速度検出位置は、旋回における車体中心上又は該車体中心よりも操舵輪と反対側の範囲である請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記制御装置は、前記操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回走行時に、前記推定横加速度を算出し、該推定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又は２に記載の車両。
【請求項４】
前記複数の横加速度センサは車両中心軸上の異なる位置に配設され、前記仮想横加速度検出位置は車両中心軸上に設定される請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項１】
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に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
前後方向に関して異なる位置に配設され、前記車体に作用する横加速度を検出する複数の横加速度センサと、
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、前記複数の横加速度センサが検出する横加速度から、仮想横加速度検出位置における推定横加速度を算出し、該推定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ことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記仮想横加速度検出位置は、旋回における車体中心上又は該車体中心よりも操舵輪と反対側の範囲である請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記制御装置は、前記操舵輪が進行方向後側となる走行状態での旋回走行時に、前記推定横加速度を算出し、該推定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又は２に記載の車両。
【請求項４】
前記複数の横加速度センサは車両中心軸上の異なる位置に配設され、前記仮想横加速度検出位置は車両中心軸上に設定される請求項１〜３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２０１１−１９５００６（Ｐ２０１１−１９５００６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３５８０（Ｐ２０１０−６３５８０）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【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２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【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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