車両
【課題】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ようにする。
【解決手段】互いに連結された操舵部及び本体部を備える車体と、車体を操舵する操舵可能な操舵輪と、操舵不能な非操舵輪と、操舵指令情報を入力する操舵装置と、操舵部又は本体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、操舵装置から入力された操舵指令情報に基づいて操舵輪の操舵角を変化させる操舵用アクチュエータ装置と、傾斜用アクチュエータ装置及び操舵用アクチュエータ装置を制御する制御装置とを有し、制御装置は、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。
【解決手段】互いに連結された操舵部及び本体部を備える車体と、車体を操舵する操舵可能な操舵輪と、操舵不能な非操舵輪と、操舵指令情報を入力する操舵装置と、操舵部又は本体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、操舵装置から入力された操舵指令情報に基づいて操舵輪の操舵角を変化させる操舵用アクチュエータ装置と、傾斜用アクチュエータ装置及び操舵用アクチュエータ装置を制御する制御装置とを有し、制御装置は、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。
【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、旋回方向外側に向けて作用する遠心力の影響によって、トレッドが狭い場合や、重心位置が高い場合や、操舵（だ）速度が速い場合には、車両の安定性が低下しやすく、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、操舵操作の初期、すなわち、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させることによって、トレッドが狭い場合や、重心位置が高い場合や、操舵速度が速い場合であっても、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、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。
【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部及び本体部を備える車体と、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可能な操舵輪と、前記本体部に回転可能に取り付けられた車輪であって、操舵不能な非操舵輪と、操舵指令情報を入力する操舵装置と、前記操舵部又は本体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、前記操舵装置から入力された操舵指令情報に基づいて前記操舵輪の操舵角を変化させる操舵用アクチュエータ装置と、前記傾斜用アクチュエータ装置及び操舵用アクチュエータ装置を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、操舵初期に、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができ、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、操縦性や危機回避性能を犠牲とすることなしに、車体の安定性を維持することができる。
【０００９】
請求項２の構成によれば、操舵初期に操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に操舵輪の操舵角を変化させるだけで、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができる。したがって、構造を複雑化することなく、操舵初期に、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができる。
【００１０】
請求項３〜５の構成によれば、操舵初期にのみ操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に操舵輪の操舵角を変化させることができ、操舵操作の終期、すなわち、操舵終期には操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に操舵輪の操舵角を変化させないようにすることができる。したがって、車体の安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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右側面図である。
【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車両の構成を示す背面図である。
【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制御系のブロック図である。
【図６】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力学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横加速度演算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１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。
【図９】本発明の第１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。
【図１０】本発明の第１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。
【図１１】本発明の第１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。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第１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。
【図１４】本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における制御系のブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における伝達関数の入力と出力との関係を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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右側面図、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。
【００１４】
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可能な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って操舵不能な非操舵輪としての左側の車輪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。また、操舵輪が駆動輪として機能してもよいが、本実施の形態においては、操舵輪は駆動輪として機能しないものとして説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【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、乗員が操作して操舵方向、操舵角等の操舵指令情報を入力する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、前記操舵装置として、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は操舵角を変化させ、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、該操舵軸部材の上端は、搭乗部１１が備える図示されないフレーム部材に対して回転可能に取り付けられている。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、前記フレーム部材に取り付けられている。そして、前記操舵軸部材の上端のフレーム部材に対する回転角、すなわち、乗員がハンドルバー４１ａを操作して入力した操舵角指令値としてのハンドル角は、入力操舵角検出手段としてのハンドル角センサ６２によって検出される。該ハンドル角センサ６２は、例えば、エンコーダ等から成る。
【００２７】
また、前記操舵軸部材の上端と下端との間には、操舵用アクチュエータ装置としての操舵モータ６５が配設されており、該操舵モータ６５が、前記ハンドル角センサ６２によって検出されたハンドル角に基づいて、前記操舵軸部材の下端を回転させる。なお、該操舵軸部材の下端は、前記フレーム部材に対して回転可能に取り付けられ、かつ、前輪フォーク１７の上端に接続されている。そして、前記操舵軸部材の下端の前記フレーム部材に対する回転角、すなわち、操舵モータ６５が出力し、前輪フォーク１７を介して車輪１２Ｆに伝達される操舵角は、出力操舵角検出手段としての操舵角センサ６３によって検出される。該操舵角センサ６３は、例えば、操舵モータ６５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、レゾルバ、エンコーダ等から成る。なお、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ＬH である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等から成る傾斜制御装置及び操舵制御装置を備える。前記傾斜制御装置は、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。また、前記操舵制御装置は、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、ハンドル角センサ６２、操舵角センサ６３、車速センサ５４及び操舵モータ６５に接続されている。そして、前記操舵制御装置は、操舵モータ６５を作動させるための制御パルスを出力する。なお、前記傾斜制御装置と操舵制御装置とは相互に接続されている。また、前記傾斜制御装置及び操舵制御装置は、必ずしも別個に構成される必要はなく、一体的に構成されたものであってもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
さらに、本実施の形態においては、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。つまり、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向に車体の重心を移動させ、これにより、旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。なお、後述される操舵制御部６６は、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向と反対の方向に操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角を変化させる、すなわち、カウンタステア操作を実行することによって、ハンドルバー４１ａの操作により入力した操舵方向に車体の重心を移動させる。
【００４４】
より具体的には、前記操舵制御装置は、ハンドル角の加速度の値に比例した値をハンドル角の値から減算して操舵角の目標値を設定する。これにより、操舵初期（乗員がハンドルバー４１ａを操作し始めた時、つまり、ハンドルを切り始めた時）に、操舵方向（ハンドルを切った方向）と反対の方向に、操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角が変化する。すなわち、逆ハンドル操作、又は、カウンタステア操作が行われる。そのため、操舵初期には、乗員の意図した旋回方向と逆の旋回方向への旋回が開始されるので、該旋回によって発生する遠心力が、乗員の意図した旋回方向内側に車体を傾斜させる力として作用するので、この力を車体傾斜制御に利用することにより、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができる。つまり、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができるので、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができる。
【００４５】
このような操舵制御を行うことなしに車体傾斜制御を行うと、例えば、トレッド（左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの接地点間の距離）が狭い場合や、車両１０の重心位置が高い場合や、操舵速度（ハンドルを切る速度）が速い場合には、旋回によって発生する遠心力が旋回方向外側に車体を傾斜させる力として作用するので、旋回方向内側に車体を傾斜させにくく、車両１０の安定性が低下することがある。もっとも、操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角の速度又は加速度を低下させれば、遠心力を抑制して、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、車体の安定性を維持することができる。しかし、この場合、車両１０の運動性能が低下するので、操縦性が悪化するとともに、危機回避性能も低下してしまう。
【００４６】
これに対して、本実施の形態においては、前述のように、操舵初期に、いわゆる、カウンタステア操作が行われたのと同様に、操舵方向と反対の方向に車輪１２Ｆの操舵角が変化する。これにより、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができ、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、操縦性や危機回避性能を犠牲とすることなしに、車体の安定性を維持することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、６１は操舵制御装置としての操舵制御ＥＣＵであり、ハンドル角センサ６２、操舵角センサ６３、車速センサ５４及び操舵モータ６５に接続されている。さらに、前記操舵制御ＥＣＵ６１は、操舵制御部６６及び操舵モータ制御部６７を備える。
【００５１】
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。
【００５２】
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。さらに、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、及び、操舵制御部６６が出力した操舵輪操舵角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。
【００５３】
また、前記操舵制御部６６は、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角、及び、車速センサ５４が検出した車速に基づいて、制御値としての操舵輪操舵角指令値を演算して出力する。前記操舵モータ制御部６７は、操舵角センサ６３が検出した操舵角、及び、操舵制御部６６が出力した操舵輪操舵角指令値に基づいて操舵モータ６５を作動させるための制御値としての制御パルスを出力する。
【００５４】
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。
【００５５】
図５は本発明の第１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力学モデルを示す図、図７は本発明の第１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。
【００５６】
本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図５に示されるような傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御と操舵制御ＥＣＵ６１による操舵制御とを組み合わせた制御が行われる。なお、傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御は、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である。
【００５７】
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、ＧP 、ＧRP、ＧYD、ＧST及びＧSL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り、ｆ4 は後述される式（２６）で表されるカウンタステア操作の影響を消すための関数である。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
また、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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ａX1及びａX2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。
【００６３】
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ωR とし、その角加速度を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、リンク角センサ２５ａの検出値から取得することができる。
【００６４】
すると、ａX1＝Ｌ1 ωR ’、ａX2＝Ｌ2 ωR ’、ａM1＝Ｌ1 ωM ’、ａM2＝Ｌ2 ωM ’となる。
【００６５】
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 ＋Ｌ1 ωR ’＋Ｌ1 ωM ’ ・・・式（１）
ａ2 ＝ａT ＋ａG ＋Ｌ2 ωR ’＋Ｌ2 ωM ’ ・・・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 ）ωR ’＋（Ｌ1 −Ｌ2 ）ωM ’ ・・・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、ωM ’の値は、リンクモータ２５の角速度ωM 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ωR ’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、ωR ’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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
図８は本発明の第１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９は本発明の第１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１０は本発明の第１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。
【００７３】
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）。
【００７４】
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。
【００７５】
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、ψold 呼出を行う（ステップＳ１３−１）。なお、ψold 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、ψold ＝０とされている。
【００７６】
続いて、リンク角速度推定部５０は、制御周期ＴS を取得する（ステップＳ１３−２）。
【００７７】
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）−ψold ）／ＴS ・・・式（８）
そして、リンク角速度推定部５０は、ψold ＝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。
【００７８】
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）。
【００７９】
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ＴS を取得する（ステップＳ１４−１）。
【００８０】
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）。
【００８１】
続いて、リンク角速度推定部５０は、Δψold 呼出を行う（ステップＳ１４−３）。なお、Δψold 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。
【００８２】
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）＝Δψold ／（１＋ＴS ｗ）＋ＴS ｗψ／（１＋ＴS ｗ） ・・・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（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタの式であるが、単純に一次遅れ系のローパスフィルタを用いてもよい。ＩＩＲフィルタとしては、例えば、チェビシェフII型フィルタを使用してもよいし、その他のフィルタを使用してもよい。また、一般的に使用されるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを使用してもよい。さらに、バンドパスフィルタのカットオフ周波数（−３〔ｄＢ〕周波数）は、１０〔Ｈｚ〕以下であることが望ましく、数〔Ｈｚ〕であることがより望ましい。
【００８３】
そして、リンク角速度推定部５０は、Δψold ＝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Δψold として、記憶手段に保存する。
【００８４】
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との間には、次の式（１１）で表される関係が成立する。
ａ0 cos 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。
【００８５】
続いて、リンク角速度推定部５０は、リンク角速度制御値ａf を算出する（ステップＳ１６）。リンク角速度制御値ａf は、次の式（１７）によって算出される。
ａf ＝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。
【００８６】
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ａf 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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１１は本発明の第１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。
【００８９】
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）。
【００９０】
続いて、傾斜制御部４７は、ａold 呼出を行う（ステップＳ２２）。ａold 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、ａold ＝０とされている。
【００９１】
続いて、傾斜制御部４７は、制御周期ＴS 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−ａold ）／ＴS ・・・式（１８）
そして、傾斜制御部４７は、ａold ＝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ａold として、記憶手段に保存する。
【００９２】
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ＧP とすると、第１制御値ＵP は次の式（１９）によって算出される。
ＵP ＝ＧP ａ ・・・式（１９）
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ＧD とすると、第２制御値ＵD は次の式（２０）によって算出される。
ＵD ＝ＧD ｄａ／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ＵP と第２制御値ＵD との合計であり、次の式（２１）によって算出される。
Ｕ＝ＵP ＋ＵD ・・・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ａf を受信する（ステップＳ２９）。
【００９３】
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ａf との合計であり、次の式（２２）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ＋ａf ・・・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）、傾斜制御処理を終了する。
【００９４】
次に、旋回走行における車体制御動作の一部である操舵制御処理の動作について説明する。
【００９５】
図１２は本発明の第１の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【００９６】
操舵制御処理においては、ハンドル角センサ値δを取得した後、車速νに応じて関数を作用させてもよい。例えば、一般的に、車速νが高くなると、ハンドルを大きく切っても操舵輪の操舵角を大きくする必要がなくなる。そのため、操舵制御処理において演算に使用するハンドル角センサ値δは、ハンドル角センサ６２から取得した後に車速νと反比例するような関数を乗じることで、決定することもできる。
【００９７】
また、ハンドル角センサ値δによって車体のヨーレートを決定することもできる。これは、車速νとは無関係に、あるハンドル角センサ値δのときはあるヨーレートとなるようにフィードバック制御を構成するものである。
【００９８】
これらは、いずれも、ステアバイワイヤを行うときに採用される手法である。
【００９９】
本実施の形態における操舵制御部６６は、操舵制御処理を開始すると、まず、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角の値であるハンドル角センサ値δを取得する（ステップＳ４１）。前記ハンドル角は、乗員がハンドルバー４１ａを操作して入力した操舵角指令値である。
【０１００】
続いて、操舵制御部６６は、ハンドル角センサ値δに対して、フィルタ処理を実行する（ステップＳ４２）。該フィルタ処理は、前記リンク角速度推定処理におけるフィルタ処理と同様の、ローパスフィルタによる処理であり、バンドパスフィルタとして一般的に使用されるＩＩＲフィルタ又はＦＩＲフィルタを使用することができるし、一次遅れ系の単純なローパスフィルタを用いてもよい。
【０１０１】
続いて、操舵制御部６６は、ハンドル角センサ値δの微分値ｄδ／ｄｔを算出する（ステップＳ４３）。ここで、ハンドル角センサ値δの微分値ｄδ／ｄｔは、ハンドル角の角速度を表す。
【０１０２】
続いて、操舵制御部６６は、ハンドル角センサ値δの二階微分値ｄ2 δ／ｄｔ2 を算出する（ステップＳ４４）。ここで、ハンドル角センサ値δの二階微分値ｄ2 δ／ｄｔ2 は、ハンドル角の角加速度を表す。
【０１０３】
続いて、操舵制御部６６は、操舵角目標値δ* を算出する（ステップＳ４５）。ここで、カウンタステア操作に相当する制御ゲインをＧSTとすると、操舵角目標値δ* は次の式（２３）によって算出される。
δ* ＝δ−ＧSTｄ2 δ／ｄｔ2 ・・・式（２３）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角補正値ＵSLを算出する（ステップＳ４６）。ここで、ハンドル角に応じてリンク角を制御する制御ゲイン、つまり、ハンドルを切る方向に応じて車体を旋回方向内側に傾斜させるようにリンク角を制御する制御ゲインをＧSLとすると、リンク角補正値ＵSLは次の式（２４）によって算出される。
ＵSL＝ＧSLｄ2 δ／ｄｔ2 ・・・式（２４）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角マスク値ＧLMを算出する（ステップＳ４７）。ここで、カウンタステア操作の影響を消すための関数をｆ4 とすると、リンク角マスク値ＧLMは次の式（２５）によって算出される。
ＧLM＝ｆ4 （ｄ2 δ／ｄｔ2 ） ・・・式（２５）
なお、ｆ4 は、カウンタステア操作時に、横加速度に基づいた傾斜制御処理の影響を排除するための関数である。カウンタステア操作によって、乗員の意図した旋回方向と逆の旋回方向への旋回が開始されるので、該旋回により発生する遠心力が、乗員の意図した旋回方向の内側に車体を傾斜させる方向の横加速度として検出される。そのため、該横加速度に基づいた傾斜制御処理が行われると、乗員の意図した旋回方向の外側に車体を傾斜させることになってしまう。したがって、カウンタステア操作時には、横加速度に基づいた傾斜制御処理の影響を排除する必要がある。
【０１０４】
そこで、ｆ4 は、入力が実際に取り得る最大値のときに０を出力するような関数として構成される。なお、出力は０〜１である。例えば、入力をｘとし、該ｘが実際に取り得る最大値をＸMAX とすると、出力ｙは、次の式（２６）によって得ることができる。
ｙ＝−１／ＸMAX ・｜ｘ｜＋１ ・・・式（２６）
続いて、操舵制御部６６は、算出した操舵角目標値δ* を操舵モータ制御部６７へ出力する（ステップＳ４８）。
【０１０５】
最後に、操舵制御部６６は、算出したリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMをリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ４９）、操舵制御処理を終了する。
【０１０６】
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。
【０１０７】
図１３は本発明の第１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。
【０１０８】
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Ｓ５１）。
【０１０９】
続いて、リンクモータ制御部４２は、操舵制御部６６からリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMを受信する（ステップＳ５２）。
【０１１０】
続いて、リンクモータ制御部４２は、第５制御値Ｕを算出する（ステップＳ５３）。該第５制御値Ｕは、第４制御値Ｕとリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMとに基づいて、次の式（２７）によって算出される。
Ｕ＝ＧLMＵ＋ＵSL ・・・式（２７）
続いて、リンクモータ制御部４２は、リンク角の角速度、すなわち、リンク角速度Δηを取得する（ステップＳ５４）。該リンク角速度Δη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、該リンク角センサ値ηを時間微分することによって算出される。また、リンクモータ制御部４２は、リンク角速度Δηの値を外乱演算部４３から取得することもできる。
【０１１１】
続いて、リンクモータ制御部４２は、制御誤差としての偏差を算出する（ステップＳ５５）。ここで、偏差をεとすると、該εは、次の式（２８）によって算出される。
ε＝Ｕ−Δη ・・・式（２８）
なお、Ｕは第５制御値Ｕである。
【０１１２】
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としてのリンクモータ制御値を算出する（ステップＳ５６）。ここで、リンクモータ制御値をＵM とすると、該ＵM は次の式（２９）によって算出される。
ＵM ＝ＧMPε ・・・式（２９）
なお、ＧMPはモータ制御比例ゲインであって、ＧMP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。
【０１１３】
最後に、リンクモータ制御部４２は、リンクモータ制御値ＵM をリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ５７）、リンクモータ制御処理を終了する。
【０１１４】
ここでは、リンクモータ制御処理が比例制御、すなわち、Ｐ制御であるものとして説明したが、ＰＩＤ制御であってもよい。
【０１１５】
このように、本実施の形態においては、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。つまり、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向に車体の重心を移動させ、これにより、旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。なお、操舵制御部６６は、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向と反対の方向に操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角を変化させる、すなわち、カウンタステア操作を実行することによって、ハンドルバー４１ａの操作により入力した操舵方向に車体の重心を移動させる。
【０１１６】
これにより、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができ、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、操縦性や危機回避性能を犠牲とすることなしに、車体の安定性を維持することができる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
図１４は本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック図、図１５は本発明の第２の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０１１９】
本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図１４に示されるような傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御と操舵制御ＥＣＵ６１による操舵制御とを組み合わせた制御が行われる。図１４において、ｆ5 は後述される式（３０）で表されるカウンタステア操作における操舵角の計算値、すなわち、逆操舵計算値を算出するための関数である。なお、その他の点については、前記第１の実施の形態で説明した図５と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２０】
また、本実施の形態における横加速度演算処理、リンク角速度推定処理、傾斜制御処理及びリンクモータ制御処理の動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略し、ここでは、本実施の形態における操舵制御処理の動作についてのみ説明する。
【０１２１】
操舵制御部６６は、操舵制御処理を開始すると、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角の値であるハンドル角センサ値δを取得し（ステップＳ６１）、ハンドル角センサ値δに対して、フィルタ処理を実行し（ステップＳ６２）、ハンドル角センサ値δの微分値ｄδ／ｄｔを算出し（ステップＳ６３）、ハンドル角センサ値δの二階微分値ｄ2 δ／ｄｔ2 を算出する（ステップＳ６４）。ここまでの動作については、前記第１の実施の形態における操舵制御処理のステップＳ４１〜Ｓ４４の動作と同様である。
【０１２２】
続いて、操舵制御部６６は逆操舵計算値δSLを算出する（ステップＳ６５）。該逆操舵計算値δSLは、関数ｆ5 に従って算出され、具体的には、次の式（３０）によって得ることができる。
【０１２３】
【数１】
【０１２４】
これにより、乗員によるハンドルバー４１ａの操作、すなわち、操舵初期にのみカウンタステア操作を発生させ、操舵終期にはカウンタステア操作を発生させないようにすることができる。
【０１２５】
続いて、操舵制御部６６は、操舵角目標値δ* を算出する（ステップＳ６６）。ここで、操舵角目標値δ* は次の式（３１）によって算出される。
δ* ＝δ−ＧSTδSL ・・・式（３１）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角補正値ＵSLを算出する（ステップＳ６７）。ここで、リンク角補正値ＵSLは次の式（３２）によって算出される。
ＵSL＝ＧSLδSL ・・・式（３２）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角マスク値ＧLMを算出する（ステップＳ６８）。ここで、リンク角マスク値ＧLMは次の式（３３）によって算出される。
ＧLM＝ｆ4 （δSL） ・・・式（３３）
続いて、操舵制御部６６は、算出した操舵角目標値δ* を操舵モータ制御部６７へ出力する（ステップＳ６９）。
【０１２６】
最後に、操舵制御部６６は、算出したリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMをリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ７０）、操舵制御処理を終了する。
【０１２７】
このように、本実施の形態においては、操舵指令情報に含まれる操舵角の微分値を使用する。具体的には、関数ｆ5 に従って算出された逆操舵計算値δSLを使用する。
【０１２８】
これにより、乗員によるハンドルバー４１ａの操作、すなわち、操舵初期にのみカウンタステア操作を発生させ、操舵終期にはカウンタステア操作を発生させないようにすることができる。
【０１２９】
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。
【０１３０】
図１６は本発明の第３の実施の形態における制御系のブロック図、図１７は本発明の第３の実施の形態における伝達関数の入力と出力との関係を示す図、図１８は本発明の第３の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０１３１】
本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図１６に示されるような傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御と操舵制御ＥＣＵ６１による操舵制御とを組み合わせた制御が行われる。図１６において、Ｇ（ｓ）は、カウンタステア操作も含めた操舵操作のゲインを算出するための伝達関数であり、例えば、ラプラス変数ｓを用いて表現され、次の式（３４）で表される。
｛１−０．１ｓ｝／｛１＋０．１１ｓ＋０．００１ｓ2 ｝ ・・・式（３４）
なお、該式（３４）は、次の式（３５）に式（３６）を乗じることによって得られたものである。
｛１−０．１ｓ｝／｛１＋０．０１ｓ｝ ・・・式（３５）
１／｛１＋０．１ｓ｝ ・・・式（３６）
前記式（３５）は、ラプラス変数による表現において零点を持つような伝達関数に対応し、前記式（３６）は、一次遅れ要素に対応するものであって安定性を補償するために使用される。
【０１３２】
そして、伝達関数Ｇ（ｓ）が前記式（３４）で表わされる場合、その入力と出力との関係は、図１７のようになる。なお、図１７において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸はゲイン（無次元）を示している。また、線α１〜α４は入力を示し、線β１〜β４は、それぞれ、線α１〜α４で示される入力に対応する出力を示している。
【０１３３】
伝達関数Ｇ（ｓ）の入力は、ハンドル角センサ値δに対して、ローパスフィルタによる処理を施したものであるから、乗員がハンドルバー４１ａを操作したことによるハンドル角の変化に対応する。また、伝達関数Ｇ（ｓ）の出力は、操舵角目標値δ* に対応する。そして、線α１〜α４の傾斜は、ハンドル角の変化速度を表している。
【０１３４】
線α１〜α４とそれに対応する線β１〜β４を観ると、ハンドル角の変化速度が速いと、すなわち、乗員がハンドルバー４１ａを急操作すると、操舵初期に、伝達関数Ｇ（ｓ）の出力がマイナスとなる、すなわち、カウンタステア操作が発生することが分かる。また、ハンドル角の変化速度が遅いと、すなわち、乗員がハンドルバー４１ａを緩操作すると、操舵初期にも、伝達関数Ｇ（ｓ）の出力がマイナスとならない、すなわち、カウンタステア操作が発生しないことが分かる。
【０１３５】
なお、図１６に示されるブロック図におけるその他の点については、前記第１の実施の形態で説明した図５と同様であるので、その説明を省略する。
【０１３６】
また、本実施の形態における横加速度演算処理、リンク角速度推定処理、傾斜制御処理及びリンクモータ制御処理の動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略し、ここでは、本実施の形態における操舵制御処理の動作についてのみ説明する。
【０１３７】
操舵制御部６６は、操舵制御処理を開始すると、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角の値であるハンドル角センサ値δを取得し（ステップＳ７１）し、ハンドル角センサ値δに対して、フィルタ処理を実行する（ステップＳ７２）。ここまでの動作については、前記第１の実施の形態における操舵制御処理のステップＳ４１及びＳ４２の動作と同様である。
【０１３８】
続いて、操舵制御部６６は、操舵角目標値δ* を算出する（ステップＳ７３）。ここで、操舵角目標値δ* は次の式（３７）によって算出される。
δ* ＝δＧ（ｚ） ・・・式（３７）
なお、伝達関数Ｇ（ｓ）は、連続系の伝達関数なので、そのままでは操舵制御ＥＣＵ６１で計算することができない。そのため、例えば、双一次変換等によって、連続系の伝達関数Ｇ（ｓ）は、あらかじめ、離散系の伝達関数Ｇ（ｚ）に変換されて使用される。
【０１３９】
前記伝達関数Ｇ（ｓ）（又はＧ（ｚ））を構成するには次の２つの手順がある。第１の手順は、零点がある一次遅れの伝達関数を準備し、実験的に時定数と零点の値とを調整することである。第２の手順は、ナイキストの安定判別の条件を満たすように、一次遅れの伝達関数を前記第１の手順で準備した伝達関数に乗じて使用することである。
【０１４０】
なお、車速やヨーレートに応じて、動的に（リアルタイムで）零点の値を変更するようにしてもよい。このときの零点の値は、例えば、車速やヨーレートに応じて実験的に決定された値を二次元マップとして保持し、該二次元マップを計算に使用してもよい。
【０１４１】
続いて、操舵制御部６６は、リンク角補正値ＵSLを算出する（ステップＳ７４）。ここで、リンク角補正値ＵSLは次の式（３８）によって算出される。
ＵSL＝ＧSL｛δ−δ* ｝ ・・・式（３８）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角マスク値ＧLMを算出する（ステップＳ７５）。ここで、リンク角マスク値ＧLMは次の式（３９）によって算出される。
ＧLM＝ｆ4 （δ−δ* ） ・・・式（３９）
続いて、操舵制御部６６は、算出した操舵角目標値δ* を操舵モータ制御部６７へ出力する（ステップＳ７６）。
【０１４２】
最後に、操舵制御部６６は、算出したリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMをリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ７７）、操舵制御処理を終了する。
【０１４３】
このように、本実施の形態においては、零点がある一次遅れの伝達関数を使用する。具体的には、伝達関数Ｇ（ｓ）（又はＧ（ｚ））を使用する。これにより、乗員によるハンドルバー４１ａの操作、すなわち、操舵初期にのみカウンタステア操作を発生させるようにすることができる。
【０１４４】
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】
【０１４５】
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】
【０１４６】
１０ 車両
１１ 搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ 車輪
２０ 本体部
２５ リンクモータ
４１ａ ハンドルバー
６５ 操舵モータ
【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、旋回方向外側に向けて作用する遠心力の影響によって、トレッドが狭い場合や、重心位置が高い場合や、操舵（だ）速度が速い場合には、車両の安定性が低下しやすく、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、操舵操作の初期、すなわち、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させることによって、トレッドが狭い場合や、重心位置が高い場合や、操舵速度が速い場合であっても、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、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。
【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部及び本体部を備える車体と、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可能な操舵輪と、前記本体部に回転可能に取り付けられた車輪であって、操舵不能な非操舵輪と、操舵指令情報を入力する操舵装置と、前記操舵部又は本体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、前記操舵装置から入力された操舵指令情報に基づいて前記操舵輪の操舵角を変化させる操舵用アクチュエータ装置と、前記傾斜用アクチュエータ装置及び操舵用アクチュエータ装置を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、操舵初期に、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができ、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、操縦性や危機回避性能を犠牲とすることなしに、車体の安定性を維持することができる。
【０００９】
請求項２の構成によれば、操舵初期に操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に操舵輪の操舵角を変化させるだけで、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができる。したがって、構造を複雑化することなく、操舵初期に、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができる。
【００１０】
請求項３〜５の構成によれば、操舵初期にのみ操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に操舵輪の操舵角を変化させることができ、操舵操作の終期、すなわち、操舵終期には操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に操舵輪の操舵角を変化させないようにすることができる。したがって、車体の安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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右側面図である。
【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車両の構成を示す背面図である。
【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制御系のブロック図である。
【図６】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力学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横加速度演算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１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。
【図９】本発明の第１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。
【図１０】本発明の第１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。
【図１１】本発明の第１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。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第１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。
【図１４】本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における制御系のブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における伝達関数の入力と出力との関係を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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右側面図、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。
【００１４】
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可能な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って操舵不能な非操舵輪としての左側の車輪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。また、操舵輪が駆動輪として機能してもよいが、本実施の形態においては、操舵輪は駆動輪として機能しないものとして説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【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、乗員が操作して操舵方向、操舵角等の操舵指令情報を入力する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、前記操舵装置として、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は操舵角を変化させ、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、該操舵軸部材の上端は、搭乗部１１が備える図示されないフレーム部材に対して回転可能に取り付けられている。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、前記フレーム部材に取り付けられている。そして、前記操舵軸部材の上端のフレーム部材に対する回転角、すなわち、乗員がハンドルバー４１ａを操作して入力した操舵角指令値としてのハンドル角は、入力操舵角検出手段としてのハンドル角センサ６２によって検出される。該ハンドル角センサ６２は、例えば、エンコーダ等から成る。
【００２７】
また、前記操舵軸部材の上端と下端との間には、操舵用アクチュエータ装置としての操舵モータ６５が配設されており、該操舵モータ６５が、前記ハンドル角センサ６２によって検出されたハンドル角に基づいて、前記操舵軸部材の下端を回転させる。なお、該操舵軸部材の下端は、前記フレーム部材に対して回転可能に取り付けられ、かつ、前輪フォーク１７の上端に接続されている。そして、前記操舵軸部材の下端の前記フレーム部材に対する回転角、すなわち、操舵モータ６５が出力し、前輪フォーク１７を介して車輪１２Ｆに伝達される操舵角は、出力操舵角検出手段としての操舵角センサ６３によって検出される。該操舵角センサ６３は、例えば、操舵モータ６５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、レゾルバ、エンコーダ等から成る。なお、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ＬH である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等から成る傾斜制御装置及び操舵制御装置を備える。前記傾斜制御装置は、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。また、前記操舵制御装置は、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、ハンドル角センサ６２、操舵角センサ６３、車速センサ５４及び操舵モータ６５に接続されている。そして、前記操舵制御装置は、操舵モータ６５を作動させるための制御パルスを出力する。なお、前記傾斜制御装置と操舵制御装置とは相互に接続されている。また、前記傾斜制御装置及び操舵制御装置は、必ずしも別個に構成される必要はなく、一体的に構成されたものであってもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
さらに、本実施の形態においては、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。つまり、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向に車体の重心を移動させ、これにより、旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。なお、後述される操舵制御部６６は、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向と反対の方向に操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角を変化させる、すなわち、カウンタステア操作を実行することによって、ハンドルバー４１ａの操作により入力した操舵方向に車体の重心を移動させる。
【００４４】
より具体的には、前記操舵制御装置は、ハンドル角の加速度の値に比例した値をハンドル角の値から減算して操舵角の目標値を設定する。これにより、操舵初期（乗員がハンドルバー４１ａを操作し始めた時、つまり、ハンドルを切り始めた時）に、操舵方向（ハンドルを切った方向）と反対の方向に、操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角が変化する。すなわち、逆ハンドル操作、又は、カウンタステア操作が行われる。そのため、操舵初期には、乗員の意図した旋回方向と逆の旋回方向への旋回が開始されるので、該旋回によって発生する遠心力が、乗員の意図した旋回方向内側に車体を傾斜させる力として作用するので、この力を車体傾斜制御に利用することにより、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができる。つまり、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができるので、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができる。
【００４５】
このような操舵制御を行うことなしに車体傾斜制御を行うと、例えば、トレッド（左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの接地点間の距離）が狭い場合や、車両１０の重心位置が高い場合や、操舵速度（ハンドルを切る速度）が速い場合には、旋回によって発生する遠心力が旋回方向外側に車体を傾斜させる力として作用するので、旋回方向内側に車体を傾斜させにくく、車両１０の安定性が低下することがある。もっとも、操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角の速度又は加速度を低下させれば、遠心力を抑制して、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、車体の安定性を維持することができる。しかし、この場合、車両１０の運動性能が低下するので、操縦性が悪化するとともに、危機回避性能も低下してしまう。
【００４６】
これに対して、本実施の形態においては、前述のように、操舵初期に、いわゆる、カウンタステア操作が行われたのと同様に、操舵方向と反対の方向に車輪１２Ｆの操舵角が変化する。これにより、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができ、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、操縦性や危機回避性能を犠牲とすることなしに、車体の安定性を維持することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、６１は操舵制御装置としての操舵制御ＥＣＵであり、ハンドル角センサ６２、操舵角センサ６３、車速センサ５４及び操舵モータ６５に接続されている。さらに、前記操舵制御ＥＣＵ６１は、操舵制御部６６及び操舵モータ制御部６７を備える。
【００５１】
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。
【００５２】
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。さらに、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、及び、操舵制御部６６が出力した操舵輪操舵角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。
【００５３】
また、前記操舵制御部６６は、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角、及び、車速センサ５４が検出した車速に基づいて、制御値としての操舵輪操舵角指令値を演算して出力する。前記操舵モータ制御部６７は、操舵角センサ６３が検出した操舵角、及び、操舵制御部６６が出力した操舵輪操舵角指令値に基づいて操舵モータ６５を作動させるための制御値としての制御パルスを出力する。
【００５４】
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。
【００５５】
図５は本発明の第１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力学モデルを示す図、図７は本発明の第１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。
【００５６】
本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図５に示されるような傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御と操舵制御ＥＣＵ６１による操舵制御とを組み合わせた制御が行われる。なお、傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御は、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である。
【００５７】
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、ＧP 、ＧRP、ＧYD、ＧST及びＧSL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り、ｆ4 は後述される式（２６）で表されるカウンタステア操作の影響を消すための関数である。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
また、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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ａX1及びａX2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。
【００６３】
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ωR とし、その角加速度を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、リンク角センサ２５ａの検出値から取得することができる。
【００６４】
すると、ａX1＝Ｌ1 ωR ’、ａX2＝Ｌ2 ωR ’、ａM1＝Ｌ1 ωM ’、ａM2＝Ｌ2 ωM ’となる。
【００６５】
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 ＋Ｌ1 ωR ’＋Ｌ1 ωM ’ ・・・式（１）
ａ2 ＝ａT ＋ａG ＋Ｌ2 ωR ’＋Ｌ2 ωM ’ ・・・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 ）ωR ’＋（Ｌ1 −Ｌ2 ）ωM ’ ・・・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、ωM ’の値は、リンクモータ２５の角速度ωM 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ωR ’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、ωR ’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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
図８は本発明の第１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９は本発明の第１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１０は本発明の第１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。
【００７３】
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）。
【００７４】
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。
【００７５】
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、ψold 呼出を行う（ステップＳ１３−１）。なお、ψold 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、ψold ＝０とされている。
【００７６】
続いて、リンク角速度推定部５０は、制御周期ＴS を取得する（ステップＳ１３−２）。
【００７７】
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）−ψold ）／ＴS ・・・式（８）
そして、リンク角速度推定部５０は、ψold ＝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。
【００７８】
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）。
【００７９】
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ＴS を取得する（ステップＳ１４−１）。
【００８０】
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）。
【００８１】
続いて、リンク角速度推定部５０は、Δψold 呼出を行う（ステップＳ１４−３）。なお、Δψold 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。
【００８２】
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）＝Δψold ／（１＋ＴS ｗ）＋ＴS ｗψ／（１＋ＴS ｗ） ・・・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（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタの式であるが、単純に一次遅れ系のローパスフィルタを用いてもよい。ＩＩＲフィルタとしては、例えば、チェビシェフII型フィルタを使用してもよいし、その他のフィルタを使用してもよい。また、一般的に使用されるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを使用してもよい。さらに、バンドパスフィルタのカットオフ周波数（−３〔ｄＢ〕周波数）は、１０〔Ｈｚ〕以下であることが望ましく、数〔Ｈｚ〕であることがより望ましい。
【００８３】
そして、リンク角速度推定部５０は、Δψold ＝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Δψold として、記憶手段に保存する。
【００８４】
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との間には、次の式（１１）で表される関係が成立する。
ａ0 cos 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。
【００８５】
続いて、リンク角速度推定部５０は、リンク角速度制御値ａf を算出する（ステップＳ１６）。リンク角速度制御値ａf は、次の式（１７）によって算出される。
ａf ＝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。
【００８６】
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ａf 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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１１は本発明の第１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。
【００８９】
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）。
【００９０】
続いて、傾斜制御部４７は、ａold 呼出を行う（ステップＳ２２）。ａold 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、ａold ＝０とされている。
【００９１】
続いて、傾斜制御部４７は、制御周期ＴS 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−ａold ）／ＴS ・・・式（１８）
そして、傾斜制御部４７は、ａold ＝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ａold として、記憶手段に保存する。
【００９２】
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ＧP とすると、第１制御値ＵP は次の式（１９）によって算出される。
ＵP ＝ＧP ａ ・・・式（１９）
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ＧD とすると、第２制御値ＵD は次の式（２０）によって算出される。
ＵD ＝ＧD ｄａ／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ＵP と第２制御値ＵD との合計であり、次の式（２１）によって算出される。
Ｕ＝ＵP ＋ＵD ・・・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ａf を受信する（ステップＳ２９）。
【００９３】
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ａf との合計であり、次の式（２２）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ＋ａf ・・・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）、傾斜制御処理を終了する。
【００９４】
次に、旋回走行における車体制御動作の一部である操舵制御処理の動作について説明する。
【００９５】
図１２は本発明の第１の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【００９６】
操舵制御処理においては、ハンドル角センサ値δを取得した後、車速νに応じて関数を作用させてもよい。例えば、一般的に、車速νが高くなると、ハンドルを大きく切っても操舵輪の操舵角を大きくする必要がなくなる。そのため、操舵制御処理において演算に使用するハンドル角センサ値δは、ハンドル角センサ６２から取得した後に車速νと反比例するような関数を乗じることで、決定することもできる。
【００９７】
また、ハンドル角センサ値δによって車体のヨーレートを決定することもできる。これは、車速νとは無関係に、あるハンドル角センサ値δのときはあるヨーレートとなるようにフィードバック制御を構成するものである。
【００９８】
これらは、いずれも、ステアバイワイヤを行うときに採用される手法である。
【００９９】
本実施の形態における操舵制御部６６は、操舵制御処理を開始すると、まず、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角の値であるハンドル角センサ値δを取得する（ステップＳ４１）。前記ハンドル角は、乗員がハンドルバー４１ａを操作して入力した操舵角指令値である。
【０１００】
続いて、操舵制御部６６は、ハンドル角センサ値δに対して、フィルタ処理を実行する（ステップＳ４２）。該フィルタ処理は、前記リンク角速度推定処理におけるフィルタ処理と同様の、ローパスフィルタによる処理であり、バンドパスフィルタとして一般的に使用されるＩＩＲフィルタ又はＦＩＲフィルタを使用することができるし、一次遅れ系の単純なローパスフィルタを用いてもよい。
【０１０１】
続いて、操舵制御部６６は、ハンドル角センサ値δの微分値ｄδ／ｄｔを算出する（ステップＳ４３）。ここで、ハンドル角センサ値δの微分値ｄδ／ｄｔは、ハンドル角の角速度を表す。
【０１０２】
続いて、操舵制御部６６は、ハンドル角センサ値δの二階微分値ｄ2 δ／ｄｔ2 を算出する（ステップＳ４４）。ここで、ハンドル角センサ値δの二階微分値ｄ2 δ／ｄｔ2 は、ハンドル角の角加速度を表す。
【０１０３】
続いて、操舵制御部６６は、操舵角目標値δ* を算出する（ステップＳ４５）。ここで、カウンタステア操作に相当する制御ゲインをＧSTとすると、操舵角目標値δ* は次の式（２３）によって算出される。
δ* ＝δ−ＧSTｄ2 δ／ｄｔ2 ・・・式（２３）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角補正値ＵSLを算出する（ステップＳ４６）。ここで、ハンドル角に応じてリンク角を制御する制御ゲイン、つまり、ハンドルを切る方向に応じて車体を旋回方向内側に傾斜させるようにリンク角を制御する制御ゲインをＧSLとすると、リンク角補正値ＵSLは次の式（２４）によって算出される。
ＵSL＝ＧSLｄ2 δ／ｄｔ2 ・・・式（２４）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角マスク値ＧLMを算出する（ステップＳ４７）。ここで、カウンタステア操作の影響を消すための関数をｆ4 とすると、リンク角マスク値ＧLMは次の式（２５）によって算出される。
ＧLM＝ｆ4 （ｄ2 δ／ｄｔ2 ） ・・・式（２５）
なお、ｆ4 は、カウンタステア操作時に、横加速度に基づいた傾斜制御処理の影響を排除するための関数である。カウンタステア操作によって、乗員の意図した旋回方向と逆の旋回方向への旋回が開始されるので、該旋回により発生する遠心力が、乗員の意図した旋回方向の内側に車体を傾斜させる方向の横加速度として検出される。そのため、該横加速度に基づいた傾斜制御処理が行われると、乗員の意図した旋回方向の外側に車体を傾斜させることになってしまう。したがって、カウンタステア操作時には、横加速度に基づいた傾斜制御処理の影響を排除する必要がある。
【０１０４】
そこで、ｆ4 は、入力が実際に取り得る最大値のときに０を出力するような関数として構成される。なお、出力は０〜１である。例えば、入力をｘとし、該ｘが実際に取り得る最大値をＸMAX とすると、出力ｙは、次の式（２６）によって得ることができる。
ｙ＝−１／ＸMAX ・｜ｘ｜＋１ ・・・式（２６）
続いて、操舵制御部６６は、算出した操舵角目標値δ* を操舵モータ制御部６７へ出力する（ステップＳ４８）。
【０１０５】
最後に、操舵制御部６６は、算出したリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMをリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ４９）、操舵制御処理を終了する。
【０１０６】
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。
【０１０７】
図１３は本発明の第１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。
【０１０８】
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Ｓ５１）。
【０１０９】
続いて、リンクモータ制御部４２は、操舵制御部６６からリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMを受信する（ステップＳ５２）。
【０１１０】
続いて、リンクモータ制御部４２は、第５制御値Ｕを算出する（ステップＳ５３）。該第５制御値Ｕは、第４制御値Ｕとリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMとに基づいて、次の式（２７）によって算出される。
Ｕ＝ＧLMＵ＋ＵSL ・・・式（２７）
続いて、リンクモータ制御部４２は、リンク角の角速度、すなわち、リンク角速度Δηを取得する（ステップＳ５４）。該リンク角速度Δη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、該リンク角センサ値ηを時間微分することによって算出される。また、リンクモータ制御部４２は、リンク角速度Δηの値を外乱演算部４３から取得することもできる。
【０１１１】
続いて、リンクモータ制御部４２は、制御誤差としての偏差を算出する（ステップＳ５５）。ここで、偏差をεとすると、該εは、次の式（２８）によって算出される。
ε＝Ｕ−Δη ・・・式（２８）
なお、Ｕは第５制御値Ｕである。
【０１１２】
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としてのリンクモータ制御値を算出する（ステップＳ５６）。ここで、リンクモータ制御値をＵM とすると、該ＵM は次の式（２９）によって算出される。
ＵM ＝ＧMPε ・・・式（２９）
なお、ＧMPはモータ制御比例ゲインであって、ＧMP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。
【０１１３】
最後に、リンクモータ制御部４２は、リンクモータ制御値ＵM をリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ５７）、リンクモータ制御処理を終了する。
【０１１４】
ここでは、リンクモータ制御処理が比例制御、すなわち、Ｐ制御であるものとして説明したが、ＰＩＤ制御であってもよい。
【０１１５】
このように、本実施の形態においては、操舵初期に、操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。つまり、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向に車体の重心を移動させ、これにより、旋回方向内側に向けた加速度を発生させる。なお、操舵制御部６６は、乗員がハンドルバー４１ａの操作を開始した直後の時期に、ハンドルバー４１ａの操作によって入力した操舵方向と反対の方向に操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角を変化させる、すなわち、カウンタステア操作を実行することによって、ハンドルバー４１ａの操作により入力した操舵方向に車体の重心を移動させる。
【０１１６】
これにより、操舵初期に、旋回方向内側に向けて車体の重心を移動させることができ、スムーズに車体を旋回方向内側に傾斜させることができるので、操縦性や危機回避性能を犠牲とすることなしに、車体の安定性を維持することができる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
図１４は本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック図、図１５は本発明の第２の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０１１９】
本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図１４に示されるような傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御と操舵制御ＥＣＵ６１による操舵制御とを組み合わせた制御が行われる。図１４において、ｆ5 は後述される式（３０）で表されるカウンタステア操作における操舵角の計算値、すなわち、逆操舵計算値を算出するための関数である。なお、その他の点については、前記第１の実施の形態で説明した図５と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２０】
また、本実施の形態における横加速度演算処理、リンク角速度推定処理、傾斜制御処理及びリンクモータ制御処理の動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略し、ここでは、本実施の形態における操舵制御処理の動作についてのみ説明する。
【０１２１】
操舵制御部６６は、操舵制御処理を開始すると、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角の値であるハンドル角センサ値δを取得し（ステップＳ６１）、ハンドル角センサ値δに対して、フィルタ処理を実行し（ステップＳ６２）、ハンドル角センサ値δの微分値ｄδ／ｄｔを算出し（ステップＳ６３）、ハンドル角センサ値δの二階微分値ｄ2 δ／ｄｔ2 を算出する（ステップＳ６４）。ここまでの動作については、前記第１の実施の形態における操舵制御処理のステップＳ４１〜Ｓ４４の動作と同様である。
【０１２２】
続いて、操舵制御部６６は逆操舵計算値δSLを算出する（ステップＳ６５）。該逆操舵計算値δSLは、関数ｆ5 に従って算出され、具体的には、次の式（３０）によって得ることができる。
【０１２３】
【数１】
【０１２４】
これにより、乗員によるハンドルバー４１ａの操作、すなわち、操舵初期にのみカウンタステア操作を発生させ、操舵終期にはカウンタステア操作を発生させないようにすることができる。
【０１２５】
続いて、操舵制御部６６は、操舵角目標値δ* を算出する（ステップＳ６６）。ここで、操舵角目標値δ* は次の式（３１）によって算出される。
δ* ＝δ−ＧSTδSL ・・・式（３１）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角補正値ＵSLを算出する（ステップＳ６７）。ここで、リンク角補正値ＵSLは次の式（３２）によって算出される。
ＵSL＝ＧSLδSL ・・・式（３２）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角マスク値ＧLMを算出する（ステップＳ６８）。ここで、リンク角マスク値ＧLMは次の式（３３）によって算出される。
ＧLM＝ｆ4 （δSL） ・・・式（３３）
続いて、操舵制御部６６は、算出した操舵角目標値δ* を操舵モータ制御部６７へ出力する（ステップＳ６９）。
【０１２６】
最後に、操舵制御部６６は、算出したリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMをリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ７０）、操舵制御処理を終了する。
【０１２７】
このように、本実施の形態においては、操舵指令情報に含まれる操舵角の微分値を使用する。具体的には、関数ｆ5 に従って算出された逆操舵計算値δSLを使用する。
【０１２８】
これにより、乗員によるハンドルバー４１ａの操作、すなわち、操舵初期にのみカウンタステア操作を発生させ、操舵終期にはカウンタステア操作を発生させないようにすることができる。
【０１２９】
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。
【０１３０】
図１６は本発明の第３の実施の形態における制御系のブロック図、図１７は本発明の第３の実施の形態における伝達関数の入力と出力との関係を示す図、図１８は本発明の第３の実施の形態における操舵制御処理の動作を示すフローチャートである。
【０１３１】
本実施の形態における車体傾斜制御処理では、図１６に示されるような傾斜制御ＥＣＵ４６による傾斜制御と操舵制御ＥＣＵ６１による操舵制御とを組み合わせた制御が行われる。図１６において、Ｇ（ｓ）は、カウンタステア操作も含めた操舵操作のゲインを算出するための伝達関数であり、例えば、ラプラス変数ｓを用いて表現され、次の式（３４）で表される。
｛１−０．１ｓ｝／｛１＋０．１１ｓ＋０．００１ｓ2 ｝ ・・・式（３４）
なお、該式（３４）は、次の式（３５）に式（３６）を乗じることによって得られたものである。
｛１−０．１ｓ｝／｛１＋０．０１ｓ｝ ・・・式（３５）
１／｛１＋０．１ｓ｝ ・・・式（３６）
前記式（３５）は、ラプラス変数による表現において零点を持つような伝達関数に対応し、前記式（３６）は、一次遅れ要素に対応するものであって安定性を補償するために使用される。
【０１３２】
そして、伝達関数Ｇ（ｓ）が前記式（３４）で表わされる場合、その入力と出力との関係は、図１７のようになる。なお、図１７において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸はゲイン（無次元）を示している。また、線α１〜α４は入力を示し、線β１〜β４は、それぞれ、線α１〜α４で示される入力に対応する出力を示している。
【０１３３】
伝達関数Ｇ（ｓ）の入力は、ハンドル角センサ値δに対して、ローパスフィルタによる処理を施したものであるから、乗員がハンドルバー４１ａを操作したことによるハンドル角の変化に対応する。また、伝達関数Ｇ（ｓ）の出力は、操舵角目標値δ* に対応する。そして、線α１〜α４の傾斜は、ハンドル角の変化速度を表している。
【０１３４】
線α１〜α４とそれに対応する線β１〜β４を観ると、ハンドル角の変化速度が速いと、すなわち、乗員がハンドルバー４１ａを急操作すると、操舵初期に、伝達関数Ｇ（ｓ）の出力がマイナスとなる、すなわち、カウンタステア操作が発生することが分かる。また、ハンドル角の変化速度が遅いと、すなわち、乗員がハンドルバー４１ａを緩操作すると、操舵初期にも、伝達関数Ｇ（ｓ）の出力がマイナスとならない、すなわち、カウンタステア操作が発生しないことが分かる。
【０１３５】
なお、図１６に示されるブロック図におけるその他の点については、前記第１の実施の形態で説明した図５と同様であるので、その説明を省略する。
【０１３６】
また、本実施の形態における横加速度演算処理、リンク角速度推定処理、傾斜制御処理及びリンクモータ制御処理の動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略し、ここでは、本実施の形態における操舵制御処理の動作についてのみ説明する。
【０１３７】
操舵制御部６６は、操舵制御処理を開始すると、ハンドル角センサ６２が検出したハンドル角の値であるハンドル角センサ値δを取得し（ステップＳ７１）し、ハンドル角センサ値δに対して、フィルタ処理を実行する（ステップＳ７２）。ここまでの動作については、前記第１の実施の形態における操舵制御処理のステップＳ４１及びＳ４２の動作と同様である。
【０１３８】
続いて、操舵制御部６６は、操舵角目標値δ* を算出する（ステップＳ７３）。ここで、操舵角目標値δ* は次の式（３７）によって算出される。
δ* ＝δＧ（ｚ） ・・・式（３７）
なお、伝達関数Ｇ（ｓ）は、連続系の伝達関数なので、そのままでは操舵制御ＥＣＵ６１で計算することができない。そのため、例えば、双一次変換等によって、連続系の伝達関数Ｇ（ｓ）は、あらかじめ、離散系の伝達関数Ｇ（ｚ）に変換されて使用される。
【０１３９】
前記伝達関数Ｇ（ｓ）（又はＧ（ｚ））を構成するには次の２つの手順がある。第１の手順は、零点がある一次遅れの伝達関数を準備し、実験的に時定数と零点の値とを調整することである。第２の手順は、ナイキストの安定判別の条件を満たすように、一次遅れの伝達関数を前記第１の手順で準備した伝達関数に乗じて使用することである。
【０１４０】
なお、車速やヨーレートに応じて、動的に（リアルタイムで）零点の値を変更するようにしてもよい。このときの零点の値は、例えば、車速やヨーレートに応じて実験的に決定された値を二次元マップとして保持し、該二次元マップを計算に使用してもよい。
【０１４１】
続いて、操舵制御部６６は、リンク角補正値ＵSLを算出する（ステップＳ７４）。ここで、リンク角補正値ＵSLは次の式（３８）によって算出される。
ＵSL＝ＧSL｛δ−δ* ｝ ・・・式（３８）
続いて、操舵制御部６６は、リンク角マスク値ＧLMを算出する（ステップＳ７５）。ここで、リンク角マスク値ＧLMは次の式（３９）によって算出される。
ＧLM＝ｆ4 （δ−δ* ） ・・・式（３９）
続いて、操舵制御部６６は、算出した操舵角目標値δ* を操舵モータ制御部６７へ出力する（ステップＳ７６）。
【０１４２】
最後に、操舵制御部６６は、算出したリンク角補正値ＵSL及びリンク角マスク値ＧLMをリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ７７）、操舵制御処理を終了する。
【０１４３】
このように、本実施の形態においては、零点がある一次遅れの伝達関数を使用する。具体的には、伝達関数Ｇ（ｓ）（又はＧ（ｚ））を使用する。これにより、乗員によるハンドルバー４１ａの操作、すなわち、操舵初期にのみカウンタステア操作を発生させるようにすることができる。
【０１４４】
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】
【０１４５】
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】
【０１４６】
１０ 車両
１１ 搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ 車輪
２０ 本体部
２５ リンクモータ
４１ａ ハンドルバー
６５ 操舵モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに連結された操舵部及び本体部を備える車体と、
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可能な操舵輪と、
前記本体部に回転可能に取り付けられた車輪であって、操舵不能な非操舵輪と、
操舵指令情報を入力する操舵装置と、
前記操舵部又は本体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、
前記操舵装置から入力された操舵指令情報に基づいて前記操舵輪の操舵角を変化させる操舵用アクチュエータ装置と、
前記傾斜用アクチュエータ装置及び操舵用アクチュエータ装置を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、操舵初期に、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させることを特徴とする車両。
【請求項２】
前記制御装置は、操舵初期に、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に前記操舵輪の操舵角を変化させるように操舵用アクチュエータ装置を制御することによって、前記車体の重心を移動させる請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記制御装置は、前記操舵指令情報に含まれる操舵角の微分値を使用することによって、操舵初期にのみ、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に前記操舵輪の操舵角を変化させるように操舵用アクチュエータ装置を制御する請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記操舵初期は、前記操舵指令情報に含まれる操舵角の微分値と前記操舵指令情報に含まれる操舵角の二階微分値との積が零又は正のときである請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記制御装置は、零点がある一次遅れの伝達関数を使用することによって、操舵初期にのみ、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に前記操舵輪の操舵角を変化させるように操舵用アクチュエータ装置を制御する請求項２に記載の車両。
【請求項１】
互いに連結された操舵部及び本体部を備える車体と、
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可能な操舵輪と、
前記本体部に回転可能に取り付けられた車輪であって、操舵不能な非操舵輪と、
操舵指令情報を入力する操舵装置と、
前記操舵部又は本体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、
前記操舵装置から入力された操舵指令情報に基づいて前記操舵輪の操舵角を変化させる操舵用アクチュエータ装置と、
前記傾斜用アクチュエータ装置及び操舵用アクチュエータ装置を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、操舵初期に、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向に車体の重心を移動させるように制御して旋回方向内側に向けた加速度を発生させることを特徴とする車両。
【請求項２】
前記制御装置は、操舵初期に、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に前記操舵輪の操舵角を変化させるように操舵用アクチュエータ装置を制御することによって、前記車体の重心を移動させる請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記制御装置は、前記操舵指令情報に含まれる操舵角の微分値を使用することによって、操舵初期にのみ、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に前記操舵輪の操舵角を変化させるように操舵用アクチュエータ装置を制御する請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記操舵初期は、前記操舵指令情報に含まれる操舵角の微分値と前記操舵指令情報に含まれる操舵角の二階微分値との積が零又は正のときである請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記制御装置は、零点がある一次遅れの伝達関数を使用することによって、操舵初期にのみ、前記操舵指令情報に含まれる操舵方向と反対の方向に前記操舵輪の操舵角を変化させるように操舵用アクチュエータ装置を制御する請求項２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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−２３１６６（Ｐ２０１３−２３１６６Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２７１４（Ｐ２０１１−１６２７１４）
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【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２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【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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