車輌制御装置
【課題】倒立制御車輌において常に同じ制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングでの車輌操作を可能とする車輌制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は、倒立制御車輌の車体傾斜角の角速度の制御を行う車輌制御装置であって、目標姿勢角を算出する目標姿勢角算出手段（ステップＳ３０５）と、目標姿勢角に応じた標準移動時間ｔCを算出する標準移動時間算出手段（ステップＳ３０６）と、目標姿勢角と現在の姿勢角との角度差ΔθCを算出する角度差算出手段（ステップＳ３０７）と、車体傾斜角速度[θ1*]を [θ1*]＝ΔθC／ｔCによって算出する車体傾斜角速度算出手段（ステップＳ３０８）と、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、倒立制御車輌の車体傾斜角の角速度の制御を行う車輌制御装置であって、目標姿勢角を算出する目標姿勢角算出手段（ステップＳ３０５）と、目標姿勢角に応じた標準移動時間ｔCを算出する標準移動時間算出手段（ステップＳ３０６）と、目標姿勢角と現在の姿勢角との角度差ΔθCを算出する角度差算出手段（ステップＳ３０７）と、車体傾斜角速度[θ1*]を [θ1*]＝ΔθC／ｔCによって算出する車体傾斜角速度算出手段（ステップＳ３０８）と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、倒立振り子の姿勢制御を利用した車輌の制御装置に係り、特に複数の車輌で自動追従走行を行うとき車輌制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、倒立振り子の姿勢制御を利用した車輌（以下、単に倒立制御車輌という）が注目されており、例えば、特許文献１（特開２００４−１２９４３５公報）などには、倒立振り子の姿勢制御を利用した搬送装置が提案されている。
【０００３】
一方、従来より、自動車等の車輌の運転を自動的に行う自動運転システムが知られている。このような自動運転システムの下では、たとえば高速道路などを走行する複数の自動車車輌は、個別的に走行するよりも、隊列を形成して車輌群として走行する方が、省力化や交通緩和などの点で好ましい場合が多いと考えられている。従って、自動運転システムでは、先行車輌に対して、後続車輌をどのように隊列形成させ、先行車輌に対して如何に自動的に追従走行させるかにつき種々研究がされている。このような追従走行に係る技術については、例えば特許文献２（特開２００１−２７３５８８号公報）などに開示がなされている。
【特許文献１】特開２００４−１２９４３５公報
【特許文献２】特開２００１−２７３５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているような従来の倒立制御車輌においては、目標姿勢角に向けての変化速度（車体傾斜角の角速度）は一定であったので、目標姿勢に到達するまでの時間が現在の姿勢に応じて変化する、という問題があった。すなわち、現在の姿勢と目標となる姿勢とに応じて、制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングが異なってしまい、操縦者が違和感を覚える、という問題があった。
【０００５】
また、倒立制御車輌においては、車輌を制動させる際は、車体が慣性力で転倒することを回避するために、制動前に一度車輪に加速トルクを与え、車体を後傾させ、所定の後傾角度に達した後、車輪に制動トルクを与え制動を開始する。
【０００６】
制動時に上記のように挙動する倒立制御車輌で、自動追従走行制御を行う場合について検討する。ここで、簡単のために２台の車輌を例として考えてみる。すなわち、搭乗者の運転操作による先行車輌に対して自動追従走行する後続車輌の場合を例として考えてみる。
【０００７】
先行車輌が制動開始時に、車体を後傾するための加速を開始した場合、先行車輌の加速度が増加する。このため、先行車輌と後続車輌との速度差が増加するため、後続車輌の加速度指令値は、直前の加速度指令値よりも増加する。この後、先行車輌が目標の車体傾斜角に達し、制動を開始すると、後続車輌はこれに追随するために減速指令が与えられ、車体を後傾にするための加速が開始される。
【０００８】
このように、後続車輌の制動開始タイミングは、先行車輌の制動開始タイミングから遅れることとなり、後続車輌における自動追従制御の精度が低下してしまう、という問題があった。さらに、先行車輌と後続車輌の車間距離によっては、後続車輌が先行車輌に追突してしまう可能性がある、という問題もあった。
【０００９】
なお、先行車輌の加速時などにも、後続車輌側では同様の問題が発生し得る。
【００１０】
以上をまとめると、倒立制御車輌の加速・制動前の準備動作では、制動準備時には加速、加速準備時には減速の方向に一度ふれる動作（以後、この動作を「カウンター動作」という）を行うために、倒立制御車輌で自動追従走行制御を行おうとすると、先行車輌の制動・加速準備動作に対して後続車輌が反応してしまい、後続車輌の自動追従走行制御に遅れが生じ、制御の精度が低下する、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明は、倒立制御車輌の車体傾斜角の角速度の制御を行う車輌制御装置であって、車体傾斜角度を検出する傾斜角検出手段と、目標車体傾斜角度を取得する目標車体傾斜角取得手段と、前記目標車体傾斜角度に応じて標準移動時間を決定する標準移動時間決定手段と、前記目標車体傾斜角度と前記傾斜角検出手段で検出した車体傾斜角度との角度差を算出する角度差算出手段と、前記標準移動時間と前記角度差とに基づいて、車体傾斜角の角速度を算出する車体傾斜角速度算出手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車輌制御装置において、前記車体傾斜角速度算出手段は、前記標準移動時間後に前記目標車体傾斜角度となるように車体傾斜角の角速度を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の車輌制御装置において、車輌を操作する操作手段と、を備え、前記目標車体傾斜角度は、前記操作手段の操作量に基づいて決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１乃至請求項３に記載の車輌制御装置によれば、目標姿勢角に応じた標準移動時間ｔC及び目標姿勢角と現在の姿勢角との角度差ΔθCに応じて、車体傾斜角速度[θ1*]を算出するので、目標姿勢が決定すれば、現在どのような姿勢状態であるかによらず、常に同じ制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングでの車輌操作を可能とする車輌制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態おいて、搭乗部の移動により小さな傾斜角で加速する状態を表したものである。本実施形態では、搭乗者を含む搭乗部を車輌の前後方向に相対的に並進移動させることにより、車体のバランス（倒立状態）を保つ。すなわち、図１（ａ）に示すように、搭乗者操作に基づく目標走行状態（加速、減速、停止など）に応じた加減速により車体に作用する駆動輪の反トルクと加速度に伴う慣性力とのバランスを保つために、搭乗者を含む搭乗部を加速度方向に並進移動させる。これにより、加減速度に対する車体の傾斜角を小さくすることができ、快適で安全な倒立型車輌を提供することができる。
【００１６】
図２は本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示した図である。図２において、１１ａ、１１ｂは駆動輪、１２は駆動モータ、１３は搭乗部、１４は支持部材、１６は制御ユニット、３０は入力装置、３１はジョイスティック、４２は車間距離センサ、６３は移動機構、８１は通信部、１３１は座面部、１３２は背もたれ部、１３３はヘッドレストをそれぞれ示している。
【００１７】
図２に示されるように、車輌は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ、１１ｂを備えている。両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２ａ、１２ｂで駆動されるようになっている。なお、車輌の駆動輪及び駆動モータについては、同軸上に２つ配置する場合だけでなく、それぞれ１つ、又は３つ以上を配置するようにしてもよい。
【００１８】
駆動輪１１ａ、１１ｂ（両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合には駆動輪１１という。以下他の構成も同様）及び駆動モータ１２の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗部１３（シート）が配置されている。
【００１９】
搭乗部１３は、運転者が座る座面部１３１、背もたれ部１３２、及びヘッドレスト１３３で構成されている。
【００２０】
搭乗部１３は、移動機構６３を介して支持部材１４により支持されている。支持部材１４は駆動モータ１２が収納されている駆動モータ筐体に固定されている。
【００２１】
移動機構６３としては、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、搭乗部駆動モータの駆動トルクにより搭乗部１３と、支持部材１４との相対的な位置を変更するようになっている。
【００２２】
リニアガイド装置は、支持部材１４に固定された案内レールと、搭乗部駆動モータに固定されたスライダと、転動体を備えている。
【００２３】
案内レールには、その左右側面部に２本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。
【００２４】
スライダの断面はコ字状に形成されており、その対向する二つの側面部内側には、２本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。
【００２５】
転動体は、前述した軌道溝の間に組み込まれて、案内レールとスライダとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。
【００２６】
なお、スライダには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝と戻し通路を循環するようになっている。
【００２７】
リニアガイド装置には、リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ（クラッチ）が配設されている。車輌が停車している時のように搭乗部の動作が不要であるときには、ブレーキにより、案内レールにスライダを固定することで、案内レールが固定されている支持部材１４と、スライダが固定されている搭乗部１３との相対的位置を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、支持部材１４側の基準位置と搭乗部１３側の基準位置との距離が所定値となるように制御する。
【００２８】
搭乗部１３の脇には入力装置３０が配置され、入力装置３０にはジョイスティック３１が配置されている。運転者は、このジョイスティック３１を操作することにより、車輌の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の指示を行うようになっている。
【００２９】
本実施形態における入力装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に入力装置３０を配置するようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌には、入力装置３０が配置されており、この入力装置３０に係るジョイスティック３１を搭乗者が操作することによって車輌の制御を行うが、このような搭乗者操作による「通常走行モード」と、搭乗者操作によらず前方を走行する車輌に追従する「追従走行モード」とを有するものである。本実施形態では「通常走行モード」と「追従走行モード」の双方の走行モードを有する車輌の制御装置を例に説明するが、本発明の車輌制御装置は「追従走行モード」のみを有する車輌にも適用することができる。
【００３１】
なお、予め決められた走行指令データに従って自動走行するように車輌を制御する場合には、入力装置３０に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを取得する読み取り手段、または／及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成してもよい。
【００３２】
なお、図２において、搭乗部１３には人が搭乗している場合について示しているが、必ずしも人が運転する車輌には限定されず、荷物だけを乗せた状態、あるいは、何も搭載していない状態で、外部からのリモコン操作や走行指令データに従って走行や停止をさせてもよい。
【００３３】
車間距離センサ４２は、制御ユニット１６に設けられており、自車輌と前方を走行する車輌との間の距離を計測するものであり、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダーなどで構成されている。本実施形態では、「追従走行モード」の車輌制御を実行する場合に、 車間距離センサ４２によって検出された車間距離情報が用いられるが、車間距離情報はその他の車輌制御にも用いることが可能である。
【００３４】
通信部８１は、車輌間で情報を送信することができる通信装置であり、無線方式、有線方式のいずれをも用いることができる。本実施形態では、「追従走行モード」の車輌制御を実行する場合に、この通信部８１によって、先行車輌の通信部８１から、先行車輌の走行状況などに係る所定の情報を得て、自車輌の車輌制御に供するものである。
【００３５】
搭乗部１３と駆動輪１１との間には制御ユニット１６が配置されている。本実施形態において制御ユニット１６は、支持部材１４に取り付けられている。
【００３６】
なお、制御ユニット１６は、搭乗部１３の座面部１３１の下面に取り付けるようにしてもよい。この場合、制御ユニットは移動機構６３によって搭乗部１３と共に前後に移動する。
【００３７】
本実施形態の車輌は、その他の装置としてバッテリを備えている。バッテリは支持部材１４に配設されており、駆動モータ１２、搭乗部駆動モータ、制御ＥＣＵ２０等に駆動用及び演算用の電力を供給する。
【００３８】
以下の説明において、駆動輪１１、および、これに固定されて共に回転する部分を「駆動輪」、搭乗者を含む車輌全体から駆動輪を除いた部分を「車体」、搭乗部１３、および、これに固定されて共に並進移動する部分（搭乗者を含む）を「搭乗部」とする。
【００３９】
本実施形態において、「搭乗部」は、搭乗部１３、入力装置３０、移動機構６３（リニアガイド）の一部により構成されるが、制御ユニット１６やバッテリを搭乗部１３に配設することで、「搭乗部」に加えてもよい。これにより、「搭乗部」の重量、および、その移動による効果を大きくすることができる。
【００４０】
図３は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御システムのブロック構成を示す図である。図３において、２０は制御ＥＣＵ、２１は主制御ＥＣＵ、２２は駆動輪制御ＥＣＵ、２３は搭乗部制御ＥＣＵ、２５は通信部制御ＥＣＵ、３０は入力装置、３１はジョイスティック、４０は車体制御システム、４１は車体傾斜センサ、４２は車間距離センサ、５０は駆動輪制御システム、５１は駆動輪センサ、５２は駆動モータ、６０は搭乗部制御システム、６１は搭乗部センサ、６２は搭乗部モータ、８０は通信制御システム、８１は通信部をそれぞれ示している。
【００４１】
本実施形態の車輌制御装置の制御システムは、走行姿勢制御手段として機能する制御ＥＣＵ（電子制御装置）２０、ジョイスティック３１、車体傾斜センサ４１、車間距離センサ４２、駆動輪センサ５１、駆動モータ５２（駆動モータ１２と同じ）、搭乗部センサ６１、搭乗部モータ６２（搭乗部駆動モータ）、通信部８１その他の装置を備えている。
【００４２】
制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２、搭乗部制御ＥＣＵ２３、通信部制御ＥＣＵ２５を備えており、駆動輪制御、車体制御（倒立制御）等により、車輌の走行、姿勢制御等の各種制御を行う。
【００４３】
制御ＥＣＵ２０は、本実施形態における走行・姿勢制御処理プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
【００４４】
主制御ＥＣＵ２１には、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、車間距離センサ４２、搭乗部センサ６１、及び、入力装置３０としてジョイスティック３１が接続されている。
【００４５】
ジョイスティック３１は、搭乗者の操作に基づく走行指令（操縦操作量）を主制御ＥＣＵ２１に供給する。
【００４６】
ジョイスティック３１は直立した状態を中立位置とし、前後方向に傾斜させることで加減速を指示し、左右に傾斜させることで旋回走行時の横方向加速度を指示する。傾斜角度に応じて、要求加減速度、横方向加速度が大きくなる。
【００４７】
車体傾斜センサ４１は、車体の傾斜角を検出する傾斜検出手段として機能し、駆動輪１１の車軸を回転中心とする車体の前後方向の傾斜状態を検出する。
【００４８】
車体傾斜センサ４１は、加速度を検出する加速度センサと車体傾斜角速度を検出するジャイロセンサを備えている。検出した加速度から車体傾斜角θ1を算出するのと同時に検出した車体傾斜角速度から車体傾斜角θ1を算出することで、その精度を高めるようにしている。なお、いずれか一方のセンサのみを配置し、その検出値から車体傾斜角や角速度を算出するようにしてもよい。
【００４９】
車間距離センサ４２は自車輌と前方を走行する車輌との間の距離を検出するものであり、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダーなどで構成され、この車間距離センサ４２によって検出された車間距離情報は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに利用される。
【００５０】
主制御ＥＣＵ２１は、目標とする目標走行状態を取得する目標走行状態取得手段として機能する。更に、取得した目標走行状態に応じて、駆動輪の駆動トルクと搭乗部の移動推力を決定する出力決定手段として機能する。
【００５１】
主制御ＥＣＵ２１は、ジョイスティック３１からの信号に基づく目標走行状態に応じて、目標とする車体傾斜角と、目標とする搭乗部位置を決定する目標姿勢決定手段として機能する。
【００５２】
また、主制御ＥＣＵ２１は、目標走行状態と目標姿勢（目標車体傾斜角と目標搭乗部位置）に応じて、各アクチュエータ（駆動モータ５２と搭乗部モータ６２）のフィードフォワード出力を決定する、フィードフォワード出力決定手段として機能する。
【００５３】
更に、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値と実測値との偏差に応じて駆動モータ５２のフィードバック出力を決定すると共に、搭乗部位置の目標値と実測値との偏差に応じて搭乗部モータ６２のフィードバック出力を決定する、フィードバック出力決定手段として機能する。
【００５４】
また、主制御ＥＣＵ２１は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに、先行車輌の走行状況等に応じて、加速度指令を決定して、この加速度指令に基づいて、駆動輪の駆動トルク指令を決定する。また、主制御ＥＣＵ２１は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに、先行車輌の走行状況等に応じて、加速度指令を決定して、目標走行状態と目標姿勢を決定する。
【００５５】
主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、駆動モータ５２と共に駆動手段として機能し、更に駆動輪センサ５１を含めて駆動輪制御システム５０を構成する。
【００５６】
駆動輪センサ５１は、駆動輪１１の回転状態である駆動輪回転角（回転角速度）を検出し、主制御ＥＣＵ２１に供給する。本実施形態の駆動輪センサ５１は、レゾルバ、或いはロータリーエンコーダなどで構成され、駆動輪回転角を検出する。この駆動輪回転角から回転角速度、車輌速度が計算により算出される。
【００５７】
主制御ＥＣＵ２１は駆動輪制御ＥＣＵ２２に駆動トルク指令値を供給し、駆動輪制御ＥＣＵ２２は駆動モータ５２に駆動トルク指令値に相当する入力電圧（駆動電圧）を供給する。駆動モータ５２は、入力電圧に従って、駆動輪１１に駆動トルクを与える駆動輪アクチュエータとして機能する。
【００５８】
また、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部制御ＥＣＵ２３、搭乗部センサ６１、搭乗部モータ６２と共に搭乗部制御システム６０を構成する。
【００５９】
搭乗部センサ６１は、搭乗部の相対位置を検出する位置検出として機能し、検出した搭乗部位置（移動速度）のデータを主制御ＥＣＵ２１に供給する。本実施形態の搭乗部センサは、エンコーダで構成され、搭乗部位置を検出する。この搭乗部位置の検出値から搭乗部の移動速度が算出される。
【００６０】
主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部制御ＥＣＵ２３に搭乗部推力指令値を供給し、搭乗部制御ＥＣＵ２３は搭乗部モータ６２に搭乗部推力指令値に相当する入力電圧（駆動電圧）を供給する。搭乗部モータ６２は、入力電圧に従って、搭乗部１３を並進移動させるための推力を与える搭乗部アクチュエータとして機能する。
【００６１】
また、主制御ＥＣＵ２１は、通信部制御ＥＣＵ２５、通信部８１と共に通信制御システム８０を構成する。通信部８１は、例えば、無線方式で車輌間のデータ通信を行うものであり、通信部制御ＥＣＵ２５を介して、受信したデータを主制御ＥＣＵ２１に入力したり、主制御ＥＣＵ２１から出力された所定のデータを送信したりする。
【００６２】
次に、以上の通り構成された車輌による走行・姿勢制御処理について説明する。図４は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における走行・姿勢制御のフローチャートである。
【００６３】
まず「通常走行モード」の走行・姿勢制御処理による処理全体の概要を説明する。
【００６４】
本実施形態における走行・姿勢制御では、加減速、停止など、目標とする走行状態に応じて、車体傾斜や搭乗部位置を制御し、車体のバランスを保ちつつ、目標とする走行状態を実現する。
【００６５】
図４において、ステップＳ１００でフローチャートが開始されると、主制御ＥＣＵ２１は、初めに、搭乗者の意志に従って、車輌をどのように動かすのか、すなわち、車輌の走行目標を決定する（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３）。
【００６６】
次いで、ステップＳ１０４に進み、主制御ＥＣＵ２１は、決定した走行目標に対して車体のバランスを保つ（倒立姿勢をとる）ような車体目標姿勢（目標車体傾斜角と目標搭乗部位置）を決定する。
【００６７】
このように、車体傾斜量と搭乗部位置を最適化することにより、車体傾斜を小さくして乗り心地の悪化を防止しつつ、搭乗者に適切な加速感を与えることができる。
【００６８】
ステップＳ１０５乃至ステップＳ１１０においては、主制御ＥＣＵ２１は、目標とする車輌走行状態と車体姿勢を実現するために必要な駆動モータ５２、搭乗部モータ６２の出力値を決定する。その値に応じて、駆動モータ５２と搭乗部モータ６２の実際の出力を駆動輪制御ＥＣＵ２２と搭乗部制御ＥＣＵ２３で制御する。
【００６９】
次に、走行・姿勢制御処理の詳細を説明する。
【００７０】
ステップＳ１０１においては、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗者によるジョイスティック３１の操縦操作量（走行指令）を取得する。
【００７１】
そして、ステップＳ１０２に進み、主制御ＥＣＵ２１は、取得した操作量に基づいて車輌加速度の目標値（車輌目標加速度）α*を決定する。例えば、ジョイスティック３１の前後操作量に比例した値を車輌目標加速度α*の値とする。
【００７２】
ステップＳ１０３では、主制御ＥＣＵ２１は、決定した車輌目標加速度α*から、駆動輪角速度の目標値（駆動輪目標角速度）[θω*]を算出する。
【００７３】
なお、記号[ｎ]は、ｎの時間微分を表すものとする。例えば、車輌目標加速度α*を時間積分し、所定の駆動輪接地半径で除した値を駆動輪目標角速度[θω*]として算出する。
【００７４】
次に、ステップＳ１０４では、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角と搭乗部位置の目標値を決定する。すなわち、ステップＳ１０２で決定した車輌目標加速度α*の大きさに応じた次の式（１）〜式（３）により車体傾斜角の目標値（目標車体傾斜角）θ1*を決定する。
【００７５】
そして、決定した目標車体傾斜角θ1*に基づき、車輌目標加速度α*の大きさに応じた式（４）〜式（６）により搭乗部位置の目標値（搭乗部目標位置）λS*を決定する。
θ1*＝φ*−βMax＋ｓｉｎ-1（γｓｉｎφ*ｃｏｓβMax） （α*＜−αMax）（１）
θ1*＝（１−ＣSense）φ* （−αMax≦α*＜αMax）（２）
θ1*＝φ＋βMax＋ｓｉｎ-1（γｓｉｎφ*ｃｏｓβMax） （α*＞αMax）（３）
λS*＝−λS、Max （α*＜−αMax） （４）
λS*＝ｌ1（ｍ1／ｍ2）｛ｔａｎ（φ*―θ1*）＋γ（ｓｉｎφ*／ｃｏｓ（φ*―θ1*））｝
（−αMax≦α*＜αMax） （５）
λS*＝−λS、Max （α*＞αMax）（６）
式（１）から式（６）において、φ*、βMax、γは、次の通りである。
φ*＝ｔａｎ-1α*
βMax＝ｔａｎ-1（ｍsλS、Max／ｍ1ｌ1）
γ＝Ｍ〜ＲW／ｍ1ｌ1，Ｍ〜＝ｍ1＋ｍW＋ＩW／ＲW2
α*は車輌目標加速度（Ｇ）である。また、λS、Maxは搭乗部移動量最大値で設定値である。
【００７６】
閾値αMaxは、式（５）においてλ*＝λS、Maxとしたとき、すなわち、搭乗部を限界まで動かしたときの車輌目標加速度α*である。この閾値αMaxは、既定値であるが、解析的に求めることが出来ないため、繰り返し計算や近似式等を用いることで決定する。
【００７７】
図５は、式（１）〜式（６）で与えられる車輌目標加速度α*（横軸）と目標車体傾斜角θ1*および搭乗部目標位置λS*の関係を図示したものである。
【００７８】
車輌目標加速度α*が閾値±αMaxの間にある場合（−αMax≦α*≦αMax）、目標車体傾斜角θ1*は式（２）により決定し、搭乗部目標位置λS*は式（５）により決定する。
【００７９】
これにより、−αMax≦α*≦αMaxの範囲では、車体をθ1*に傾けながら、搭乗部もλS*に動かすことにより、車体のバランスを保ちつつ、搭乗者に適切な加速度を感じさせることができる。
【００８０】
このように、閾値±αMaxの範囲内において、車輌目標加速度α*の実現に必要な重心位置の移動を、車体傾斜と搭乗部移動の両者により行うが、その重心移動の分担を決定するのが、式（２）と式（５）における搭乗者加速度感受係数ＣSenseである。ＣSenseの値は０≦ＣSense≦１であり、予め設定しておく。
【００８１】
ある車輌目標加速度α*に対して、設定値ＣSenseの値を大きくすると、目標車体傾斜角θ1*は大きくなり（式２）、搭乗部目標位置λS*は小さくなる（式５）。
【００８２】
ＣSenseは、搭乗者が加速度を感じる程度に相当する。すなわち、ＣSense＝１とすると、目標車体傾斜角θ1*＝０（式２）となり、車体を全く傾けないため、搭乗者は車輌の加減速による慣性力をそのまま感じる。
【００８３】
一方、ＣSense＝０とすると、θ1*＝φ*＝ｔａｎ-1α*となり、車体を平衡傾斜角（重力と慣性力の合力の角度）まで傾けるため、搭乗者は慣性力を感じない（ただし、搭乗者にとって下向きの力は増加する）。
【００８４】
本実施形態では、搭乗者に最適な加速度を感じさせる値として、ＣSense＝ｐが予め設定される。
【００８５】
例えば、ＣSense＝１とした場合、車輌目標加速度α*の実現に必要な重心位置の移動の全てを搭乗部１３の移動で実現することになり、車体を直立状態に維持するように制御しながら走行する。
【００８６】
搭乗部移動量が限界±λS、Maxに達したとき、すなわち、車輌目標加速度α*＜−αMax、又は、α*＞αMaxの場合、図５に示すように、車体をより大きく傾けてバランスを保つことになる（式１、３）。
【００８７】
なお、搭乗部移動量に余裕のある場合には、車体傾斜角の方を制限してもよい。
（目標車体傾斜角θ1*と搭乗部目標位置λS*の決定の変形例）
上記実施形態の説明では、車輌目標加速度α*と閾値±αMaxとの関係から式（１）〜式（３）のいずれか、及び式（４）〜式（６）のいずれかを選択して目標車体傾斜角θ1*と、搭乗部
目標位置λS*を決定する場合について説明した。
【００８８】
これに対して、図６に示す目標値決定処理によって目標車体傾斜角θ1*と、搭乗部目標位置λS*を決定してもよい。
【００８９】
図６は、目標値決定処理の内容を表したフローチャートである。図６において、ステップＳ２０１において、主制御ＥＣＵ２１は、最初に式（２）から車輌目標加速度α*に対応する目標車体傾斜角θ1*を算出する。
【００９０】
そして、ステップＳ２０２では、決定したθ1*を用いて数式５から搭乗部目標位置λS*を算出し、ステップＳ２０３では、算出値λS*が搭乗部の移動可能な−λS、Max≦λS*≦λS、Maxの範囲内であるか否かを判断する。
【００９１】
算出値λS*が搭乗部の移動可能な範囲内であれば（ステップＳ２０３；Ｙ）、主制御ＥＣＵ２１は、ステップＳ２０１で算出したθ1*を目標車体傾斜角に、ステップ１１で算出したλS*を搭乗部目標位置に、それぞれ決定し（ステップＳ２０６）、処理を終了する。
【００９２】
一方、算出値λS*が搭乗部の移動可能な範囲外である場合（ステップＳ２０３；Ｎ）、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部移動量最大値±λS、Maxを搭乗部目標位置λS*に決定する（ステップＳ２０４）。
【００９３】
そして、式（１）又は式（３）を用いて車輌目標加速度α*に対応するθ1*を再度算出し、これを目標車体傾斜角θ1*に決定し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。
【００９４】
以上の目標値決定処理によれば、式（１）〜式（３）、式（４）〜式（６）のいずれの数式を使用するかを決定するための閾値αMaxを用いることなく、目標車体傾斜角θ1*と搭乗部目標位置λS*を決定することができる。
【００９５】
本実施形態では、厳密な理論式である式（１）〜式（６）を用いて、車体目標姿勢を決定したが、より簡単な式を用いて決定してもよい。例えば、式（１）〜式（６）を線形化した式を使ってもよい。また、数式の代わりに、車輌目標加速度α*と車体目標姿勢の関係をマップとして予め用意して、それを使って車体目標姿勢を決定してもよい。
【００９６】
一方、より複雑な関係式を用いてもよい。例えば、車輌目標加速度α*の絶対値が所定の閾値以下の場合には、車体を全く傾けずに搭乗部のみを動かし、その閾値を超えた場合に車体を傾け始めるように、関係式を設定してもよい。
【００９７】
なお、本実施形態では、搭乗部の基準位置からの前方最大移動量と後方最大移動量が等しいとしているが、両者は異なってもよい。例えば、後方最大移動量の方を大きくすることにより、加速性能に比べて制動性能を高くすることができる。この場合には、閾値αMaxを各々の限界値に対応するように修正することで、容易に同様の制御を実現できる。
【００９８】
走行・姿勢制御処理（図４）の説明に戻る。ステップＳ１０５においては、主制御ＥＣＵ２１は、決定した各目標値を用いて残りの目標値を算出する。
【００９９】
すなわち、各目標値を時間微分、あるいは、時間積分することにより、駆動輪回転角目標値θW*、車体傾斜角速度目標値[θ1*]、搭乗部移動速度目標値[λS*]をそれぞれ算出する。
【０１００】
次に、ステップＳ１０６では、各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する。
【０１０１】
主制御ＥＣＵ２１は、次の式（７）により、車輌目標加速度α*を実現するのに必要だと予想される駆動モータ５２のフィードフォワード出力τW,FFを決定する。ちなみに、式（７）におけるＭ〜は、駆動輪の回転慣性分も考慮した車輌の総質量である。
【０１０２】
また、式（８）により、各目標値から搭乗部モータ６２のフィードフォワード出力ＳS,FFを決定する。このＳS,FFは、目標車体傾斜角θ1*に対して、搭乗部が重力によって移動せず、目標位置に留まるのに必要な搭乗部推力に相当する。
【０１０３】
【数１】
ただし、ここで、
【０１０４】
【数２】
である。
【０１０５】
式（７）、（８）のようなフィードフォワード出力を与えることにより、各状態量をより高精度で制御することができる。
【０１０６】
なお、この方法は、特に状態量の定常偏差を減少させるのに有効であるが、この代わりとしてフィードバック制御（ステップＳ１０９）で積分ゲインを与えてもよい。
【０１０７】
次に、ステップＳ１０７において、主制御ＥＣＵ２１は、各センサから各状態量を取得する。すなわち、駆動輪センサ５１から駆動輪回転角（回転角速度）を、車体傾斜センサ４１から車体傾斜角（傾斜角速度）を、搭乗部センサ６１から搭乗部位置（移動速度）を、それぞれ取得する。
【０１０８】
またステップＳ１０８で、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する。すなわち、駆動輪回転角（回転角速度）、車体傾斜角（傾斜角速度）、搭乗部位置（移動速度）を時間積分あるいは微分することにより、残りの状態量を算出する。
【０１０９】
次に、ステップＳ１０９において、主制御ＥＣＵ２１は、各アクチュエータのフィードバック出力を決定する。
【０１１０】
すなわち、各目標値と実際の状態量の偏差から、式（９）により駆動モータ５２のフィードバック出力τW,FBを、式（１０）により搭乗部モータ６２のフィードバック出力ＳS,FBを、それぞれ決定する。
【０１１１】
なお、式（９）、式（１０）における各Ｋの値はフィードバックゲインであり、各フィードバックゲインＫは、例えば最適レギュレータの値を予め設定しておく。また、前述のように、定常偏差を無くすために、積分ゲインを導入してもよい。
【０１１２】
τW,FB＝−ＫW1（θW−θW*）−ＫW2（[θW]−[θW*]）−ＫW3（θ1−θ1*）−ＫW4（[θ１]−[θ1*]）−ＫW5（λS−λS*）−ＫW6（[λS]−[λS*]） （９）
ＳS,FB＝−ＫS1（θW−θW*）−ＫS2（[θW]−[θW*]）−ＫS3（θ1−θ1*）−ＫS4（[θ1]−[θ1*]）−ＫS5（λS−λS*）−ＫS6（[λS]−[λS*]） （１０）
なお、いくつかのフィードバックゲインを零とすることで、簡素化してもよい。例えば、式（９）に代えてτW,FB＝−ＫW2（[θW]−[θW*]）−ＫW3（θ1−θ1*）、また式（１０）に代えてＳS,FB＝−ＫS5（λS−λS*）をそれぞれ用いてもよい。
【０１１３】
最後にステップＳ１１０において、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与え、メインルーチンにリターンする。
【０１１４】
すなわち、主制御ＥＣＵ２１は、ステップＳ１０６で決定したフィードフォワード出力τW,FFと、ステップＳ１０９で決定したフィードバック出力τW,FBの和（τW,FF＋τW,FB）を駆動トルク指令値τWとして、駆動輪制御ＥＣＵ２２に供給する。また、フィードフォワード出力ＳS,FFとフィードバック出力ＳS,FBの和（ＳS,FF＋ＳS,FB）を搭乗部推力指令値ＳSとして、搭乗部制御ＥＣＵ２３に供給する。
【０１１５】
これにより、駆動輪制御ＥＣＵ２２は、駆動トルク指令値τWに対応する入力電圧（駆動電圧）を駆動モータ５２に供給することで、駆動輪に駆動トルクτWを与える。
【０１１６】
また、搭乗部制御ＥＣＵ２３は、搭乗部推力指令値ＳSに対応した入力電圧（駆動電圧）を搭乗部モータ６２に供給することで、搭乗部を移動させる。
【０１１７】
次に、本実施形態に係る車輌制御装置が搭載された車輌における車体傾斜角速度目標値[θ1*]の算出方法について説明する。本実施形態においては、車輌の加減速の準備動作（カウンター動作）の時間を同じとすることで、姿勢角が異なるシチュエーションでも、同じ制動タイミング、制動フィーリングで操作が可能とする車輌制御を実施する。
【０１１８】
図７は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置が搭載された車輌における車体傾斜角速度目標値[θ1*]の制御概念を模式的に示す図である。図７は車輌の模式図を示しており、姿勢角が異なる種々の状態から目標姿勢Ｃ（θ1*）に至るまでの様子を示している。すなわち、図７では、（I）姿勢Ａから目標姿勢Ｃに至るときの様子、（II）基準姿勢Ｏから目標姿勢Ｃに至るときの様子、（III）姿勢Ｂから目標姿勢Ｃに至るときの様子の３パターンが示されている。図７中に示すように、（I）姿勢Ａから目標姿勢Ｃに至るときの姿勢角の変化をθ1Aとし、（II）基準姿勢Ｏから目標姿勢Ｃに至るときの姿勢角の変化をθ1Oとし、（III）姿勢Ｂから目標姿勢Ｃに至るときの姿勢角の変化をθ1Bとする。
【０１１９】
本実施形態では所定の基準姿勢角Oから目標姿勢Ｃまでの時間変化率[θ1O]で移動した場合の経過時間を、標準移動時間ｔC（ｔC＝θ1O／[θ1O]）として定め、姿勢Ａや姿勢Ｂなども含め、任意の姿勢から目標姿勢Ｃまで移動時間を、標準移動時間ｔCを基準に算出する。もちろん、目標姿勢は、図７に示す目標姿勢Ｃの状態に限らないので、具体的には操作装置であるジョイスティック３１の操作量に基づき、目標姿勢Ｃの傾斜角度が決定するので、様々な目標姿勢に応じた標準移動時間が定められている。
【０１２０】
図７の場合を例にとると、本実施形態における車輌制御では、
ｔC＝θ1O／[θ1O]＝θ1A／[θ1A]＝θ1B／[θ1B] （１１）
が成立するようにして、姿勢Ａや姿勢Ｂからでも全て同じ時間で、目標姿勢Ｃに移動できるように移動速度を決定する。
【０１２１】
つまり、車体傾斜角速度目標値[θ1*]は、目標姿勢Ｃの姿勢角Ｃまでの角度変化量をΔθCとすると、
[θ1*]＝ΔθC／ｔC （１２）
が成り立つように制御する。本実施形態では、このような制御を実行することによって、姿勢角が異なるシチュエーションでも、常に同じ制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングでの車輌操作を可能とする車輌制御を実現することができる。
【０１２２】
なお、標準移動時間ｔCは、車輌搭乗者の好みに応じて変更することが可能である。例えば、標準移動時間ｔCを短めに設定すると、車体傾斜角の速度が速くなるため、操作レスポンスが向上し、よりスポーティーな乗り心地となる。これとは逆に、標準移動時間ｔCを長めに設定すると、車体傾斜速度が遅くなるため、急峻な挙動を抑えられるため、乗り心地の安定性が向上される。
【０１２３】
次に、本発明の実施形態に係る車輌制御装置における制御フローを説明する。図８は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における車体傾斜角速度の制御処理のフローチャートを示す図である。以下、車輌のジョイスティック操作量をＪで示すこととする。なお、ジョイスティックは本願発明の操作手段として機能する。
【０１２４】
図８において、ステップＳ３００で車体傾斜角速度制御処理が開始されると、次にステップＳ３０１に進み、車輌を操作・操縦するための走行指令を与えるジョイスティック３１の操作量Jを取得する。ステップＳ３０２では、このジョイスティック３１の操作量Jから目標加速度α*を算出する。この目標加速度α*の算出については前記した方法が用いられる。ステップＳ３０３では、車輌の車輌加速度αが取得される。
【０１２５】
ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で取得された車輌加速度αと、ステップＳ３０２で算出された目標加速度α*とを比較し、α＝α*が成立するか否かが判定される。ステップＳ３０４における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３１０に進み、判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ３０５に進む。
【０１２６】
ステップＳ３１０では、車輌加速度αと目標加速度α*とが等しい状況であるために、駆動輪の駆動モータ１２（５２）のトルクを維持する。ステップＳ３１０に続いては、ステップＳ３０１に戻りループする。本フローチャートは、車輌の走行制御が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１２７】
ステップＳ３０４における判定の結果がＮＯであるときに進むステップＳ３０５では、ジョイスティック３１の操作量Jから目標姿勢角θ1*が算出される。この目標姿勢角θ1*の算出には前述の方法が用いられる。
【０１２８】
ステップＳ３０６では、図７において説明した基準姿勢角Oから標準移動時間θ1*までの到達時間ｔCを決定する。この基準姿勢角Oから目標姿勢角θ1*までの標準移動時間ｔCを決定するためには、不図示の記憶手段に記憶したテーブルなどを利用することができる。
【０１２９】
ステップＳ３０７では、現在の姿勢角と目標姿勢角θ1*までの角度差ΔθCを算出する。ステップＳ３０８では、この角度差ΔθC間を標準移動時間ｔCで姿勢変化可能な移動速度［θ1*］を、式（１２）によって算出する。ステップＳ３０９では、算出された移動速度［θ1*］でするために、移動に必要な駆動トルク値を出力する。ステップＳ３０９に続いては、ステップＳＳ３１１に進む。ステップＳ３１１では、姿勢角が目標姿勢角θ1*に達したか否かが判定される。ステップＳ３１１における判定結果がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０１に戻りループする。本フローチャートは、車輌の走行制御が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１３０】
また、ステップＳ３１１における判定結果がＮＯであるときには、再びステップＳ３０９に進む。
【０１３１】
以上のように、本発明の実施形態に係る車輌制御装置によれば、目標姿勢が決定すれば、現在どのような姿勢状態であるかによらず、常に同じ制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングでの車輌操作を可能とする車輌制御を実現することができる。
【０１３２】
ここで、車両姿勢制御における各パラメータについて以下整理しておく。図９は車両姿勢制御系の力学モデルを示した図である。
（ａ）状態量
θW：駆動輪回転角［ｒａｄ］
θ1：車体傾斜角（鉛直軸基準）［ｒａｄ］
λS：搭乗部位置（車体中心点基準）［ｍ］
（ｂ）入力
τW：駆動トルク（２輪合計）［Ｎｍ］
ＳS：搭乗部推力［Ｎ］
（ｃ）物理定数
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ2］
（ｄ）パラメータ
ｍW：駆動輪質量（２輪合計）［ｋｇ］
ＲW：駆動輪接地半径［ｍ］
ＩW：駆動輪慣性モーメント（２輪合計）［ｋｇｍ2］
ＤW：駆動輪回転に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｒａｄ］
ｍ1：車体質量（搭乗部含む）［ｋｇ］
ｌ1：車体重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ1：車体慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
Ｄ1：車体傾斜に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｒａｄ］
ｍS：搭乗部質量［ｋｇ］
ｌS：搭乗部基準重心距離（車軸から）［ｍ］
ＩS：搭乗部慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
ＤS：搭乗部並進に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｍ］
次に、「追従走行モード」の車輌制御処理による処理全体の概要を説明する。図１０は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御モデルを示す図であり、図１１は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の追従走行モードにおける制御システムのブロック構成を示す図である。
【０１３３】
以後、図１０に示すような、通常走行モードで走行する先行車輌Ａに対して、「追従走行モード」で追従する後続車輌Ｂにおける車輌制御について説明する。図１０においては、先行車輌Ａは搭乗者によって運転操作がなされており、後続車輌Ｂは「追従走行モード」で自動的に（運転操作なしに）先行車輌Ａを追従する状況を想定している。
【０１３４】
本実施形態における車輌制御装置では、追従走行モードにおける目標加速度α2*の目標加速度指令値を決定することを目的とする。
【０１３５】
図１１において、上半分の制御システムブロック図は先行車輌Ａのものを示しており、下半分の制御システムブロック図は後続車輌Ｂのものを示している。なお、図１１に示す制御システムブロック図は、図３に示すものを基にしている。
【０１３６】
「追従走行モード」においては、後続車輌Ｂは、通信部８１によって、先行車輌Ａから先行車輌Ａの走行状況データを取得する。より具体的には、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを取得する。また、後続車輌Ｂは、車間距離センサ４２の計測による車間距離ｄを取得する。
【０１３７】
本実施形態では、通信部８１によって取得された先行車輌Ａの走行状況データ（車輌速度、ジョイスティック操作量）と車間距離センサ４２によって計測された車間距離ｄとに基づいて目標加速度を演算するので、後続車輌Ｂは遅れることなく先行車輌Ａに追随することが可能となり、精度の高い自動追従走行制御を実現することができる。
【０１３８】
なお、ここでいう車輌速度とは、車輪の回転角より求めるものとする。具体的には、車輪回転角度を検出し、これを微分した値を車輪の回転速度とし、さらに、この回転速度から車輌速度を求める。
【０１３９】
後続車輌Ｂの主制御ＥＣＵ２１は、以上のパラメータを取得した上で、第１加速度指令値算出式（１３）と、第２加速度指令値算出式（１４）とに基づいて、目標加速度の指令値の候補とする２つの加速度指令値を算出する。α2は第１加速度指令値により算出された加速度指令値であり、α2’は第２加速度指令値により算出された加速度指令値である。
α2＝α1＋ｋ1（ｄ―ｄ*）＋ｋ2（ｖ1―ｖ2） （１３）
α2’＝ｋ3・Ｊ1 （１４）
式（１１）及び式（１２）において、α1は先行車輌Ａの加速度、ｋ1は車間距離ゲイン、ｄは車間距離センサ４２計測による車間距離、ｄ*は目標車間距離、ｋ2は速度ゲイン、ｖ1は先行車輌Ａの車輌速度、ｖ2は後続車輌Ｂの車輌速度、ｋ3は操作量ゲイン、Ｊ1は先行車輌Ａのジョイスティック操作量をそれぞれ示している。
【０１４０】
主制御ＥＣＵ２１は、２つの加速度指令値α2及びα2’の双方を算出し、先行車輌Ａの予測される挙動に応じて、これらのうちから適切なものを採用するような制御を行う。
【０１４１】
より具体的には、先行車輌Ａが「加速」したとしても、その「加速」が、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作として加速であるのかを、先行車輌Ａのジョイスティック操作量によって判定し、これに応じて２つの加速度指令α2及びα2’の双方から適切な加速度指令値を目標加速度の加速度指令値α2*として採用する。
【０１４２】
このように、先行車輌Ａのジョイスティック操作量情報によって、後続車輌Ｂは加速度指令値α2*を決定するようにしているので、後続車輌Ｂの自動追従走行制御に遅れが生じることがなく、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。
【０１４３】
また、先行車輌Ａが制動するような場合には、先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して、ジョイスティック操作量を伝達することで、先行車輌Ａが制動を行う旨の情報が後続車輌Ｂに遅れなく伝達されることにより、衝突の危険を回避することが可能となる。
【０１４４】
以上のように、本実施形態では、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。
【０１４５】
次に、後続車輌Ｂにおける「追従走行モード」の制御処理について説明する。図１２は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。
【０１４６】
図１２において、ステップＳ４００で自動追従制御処理が開始されると、続いてステップＳ４０１に進み、先行車輌Ａの車輌速度情報とジョイスティック３１の操作量（走行状況データ）を、通信部８１を利用し受信する。
【０１４７】
ステップＳ４０２では、受信した先行車輌Ａの車輌速度を、主制御ＥＣＵ２１における不図示の記憶部に記憶する。ステップＳ４０３においては、主制御ＥＣＵ２１は記憶部に累積的に記憶されている車輌速度に係る情報から先行車輌Ａの加速度を算出する。
【０１４８】
ステップＳ４０４では、自車輌（後続車輌Ｂ）の車輌速度を駆動輪センサ５１によって計測する。続いて、ステップＳ４０５では、自車輌（後続車輌Ｂ）と先行車輌Ａの車間距離ｄを車間距離センサ４２で計測する。
【０１４９】
ステップＳ４０６では、先行車輌Ａの加速度α1、車輌速度ｖ1、自車輌の車輌速度ｖ2、車間距離ｄから、式（１３）によって自車輌の第１加速度指令値α2を算出する。ステップＳ４０７では、先行車輌Ａのジョイスティック操作量Ｊ1に基づき、式（１４）によって自車輌の第２加速度指令値α2’を算出する。
【０１５０】
ステップＳ４０８では、先行車輌Ａのジョイスティック操作量Ｊ1に基づき、先行車輌Ａの操作が減速指示であるか否かを判定する。ステップＳ４０８における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ４１３に進み、ステップＳ４０８における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ４０９に進む。
【０１５１】
ステップＳ４１３では、α2＞α2’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ４１３の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ４１５に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち小さい値であるα2’が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４１３の判定がＮＯである場合には、ステップＳ４１４に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち小さい値であるα2が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ４１１に続いては、ステップＳ４０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１５２】
ステップＳ４０９では、α2＞α2’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ４０９の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ４１２に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち大きい値であるα2が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４０９の判定がＮＯである場合には、ステップＳ４１０に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち大きい値であるα2’が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ４１１に続いては、ステップＳ４０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１５３】
ステップＳ４０８における判定は、先行車輌Ａの加速動作が通常の加速動作であるのか、或いは、制動準備のための加速動作（カウンター動作）であるのか、を後続車輌Ｂが見極めるための材料とするものである。
【０１５４】
ステップＳ４０８における判定の結果がＹＥＳであるときには、先行車輌Ａは制動しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち小さい値のものを目標加速度の加速度指令値α2*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに衝突するような事態を未然に回避することができる。
【０１５５】
ステップＳ４０８における判定の結果がＮＯであるときには、先行車輌Ａは加速しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち大きい値のものを目標加速度の加速度指令値α2*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに遅れることなく追随することが可能となる。
【０１５６】
以上、本発明によれば、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。
【０１５７】
なお、本実施形態では先行車輌に後続する車輌を例に挙げて説明したが、先行車輌と併走して走行する場合でも、同様の制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本実施形態おいて、搭乗部を前方に動かすことで、より小さな傾斜角で加速する状態を表した説明図である。
【図２】本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御システムのブロック構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における走行・姿勢制御のフローチャートである。
【図５】車輌目標加速度α*（横軸）と目標車体傾斜角θ1*および、搭乗部目標位置λS*の関係図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の変形例における目標値決定処理のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置が搭載された車輌における車体傾斜角速度目標値[θ1*]の制御概念を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における車体傾斜角速度の制御処理のフローチャートを示す図である。
【図９】車両姿勢制御系の力学モデルを示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御モデルを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の追従走行モードにおける制御システムのブロック構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１１ａ、１１ｂ・・・駆動輪、１２・・・駆動モータ、１３・・・搭乗部、１４・・・支持部材、１６・・・制御ユニット、２０・・・制御ＥＣＵ、２１・・・主制御ＥＣＵ、２２・・・駆動輪制御ＥＣＵ、２３・・・搭乗部制御ＥＣＵ、２５・・・通信部制御ＥＣＵ、３０・・・入力装置、３１・・・ジョイスティック、４０・・・車体制御システム、４１・・・車体傾斜センサ、４２・・・車間距離センサ、５０・・・駆動輪制御システム、５１・・・駆動輪センサ、５２・・・駆動モータ、６０・・・搭乗部制御システム、６１・・・搭乗部センサ、６２・・・搭乗部モータ、６３・・・移動機構、８０・・・通信制御システム、８１・・・通信部、１３１・・・座面部、１３２・・・背もたれ部、１３３・・・ヘッドレスト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、倒立振り子の姿勢制御を利用した車輌の制御装置に係り、特に複数の車輌で自動追従走行を行うとき車輌制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、倒立振り子の姿勢制御を利用した車輌（以下、単に倒立制御車輌という）が注目されており、例えば、特許文献１（特開２００４−１２９４３５公報）などには、倒立振り子の姿勢制御を利用した搬送装置が提案されている。
【０００３】
一方、従来より、自動車等の車輌の運転を自動的に行う自動運転システムが知られている。このような自動運転システムの下では、たとえば高速道路などを走行する複数の自動車車輌は、個別的に走行するよりも、隊列を形成して車輌群として走行する方が、省力化や交通緩和などの点で好ましい場合が多いと考えられている。従って、自動運転システムでは、先行車輌に対して、後続車輌をどのように隊列形成させ、先行車輌に対して如何に自動的に追従走行させるかにつき種々研究がされている。このような追従走行に係る技術については、例えば特許文献２（特開２００１−２７３５８８号公報）などに開示がなされている。
【特許文献１】特開２００４−１２９４３５公報
【特許文献２】特開２００１−２７３５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているような従来の倒立制御車輌においては、目標姿勢角に向けての変化速度（車体傾斜角の角速度）は一定であったので、目標姿勢に到達するまでの時間が現在の姿勢に応じて変化する、という問題があった。すなわち、現在の姿勢と目標となる姿勢とに応じて、制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングが異なってしまい、操縦者が違和感を覚える、という問題があった。
【０００５】
また、倒立制御車輌においては、車輌を制動させる際は、車体が慣性力で転倒することを回避するために、制動前に一度車輪に加速トルクを与え、車体を後傾させ、所定の後傾角度に達した後、車輪に制動トルクを与え制動を開始する。
【０００６】
制動時に上記のように挙動する倒立制御車輌で、自動追従走行制御を行う場合について検討する。ここで、簡単のために２台の車輌を例として考えてみる。すなわち、搭乗者の運転操作による先行車輌に対して自動追従走行する後続車輌の場合を例として考えてみる。
【０００７】
先行車輌が制動開始時に、車体を後傾するための加速を開始した場合、先行車輌の加速度が増加する。このため、先行車輌と後続車輌との速度差が増加するため、後続車輌の加速度指令値は、直前の加速度指令値よりも増加する。この後、先行車輌が目標の車体傾斜角に達し、制動を開始すると、後続車輌はこれに追随するために減速指令が与えられ、車体を後傾にするための加速が開始される。
【０００８】
このように、後続車輌の制動開始タイミングは、先行車輌の制動開始タイミングから遅れることとなり、後続車輌における自動追従制御の精度が低下してしまう、という問題があった。さらに、先行車輌と後続車輌の車間距離によっては、後続車輌が先行車輌に追突してしまう可能性がある、という問題もあった。
【０００９】
なお、先行車輌の加速時などにも、後続車輌側では同様の問題が発生し得る。
【００１０】
以上をまとめると、倒立制御車輌の加速・制動前の準備動作では、制動準備時には加速、加速準備時には減速の方向に一度ふれる動作（以後、この動作を「カウンター動作」という）を行うために、倒立制御車輌で自動追従走行制御を行おうとすると、先行車輌の制動・加速準備動作に対して後続車輌が反応してしまい、後続車輌の自動追従走行制御に遅れが生じ、制御の精度が低下する、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明は、倒立制御車輌の車体傾斜角の角速度の制御を行う車輌制御装置であって、車体傾斜角度を検出する傾斜角検出手段と、目標車体傾斜角度を取得する目標車体傾斜角取得手段と、前記目標車体傾斜角度に応じて標準移動時間を決定する標準移動時間決定手段と、前記目標車体傾斜角度と前記傾斜角検出手段で検出した車体傾斜角度との角度差を算出する角度差算出手段と、前記標準移動時間と前記角度差とに基づいて、車体傾斜角の角速度を算出する車体傾斜角速度算出手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車輌制御装置において、前記車体傾斜角速度算出手段は、前記標準移動時間後に前記目標車体傾斜角度となるように車体傾斜角の角速度を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の車輌制御装置において、車輌を操作する操作手段と、を備え、前記目標車体傾斜角度は、前記操作手段の操作量に基づいて決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１乃至請求項３に記載の車輌制御装置によれば、目標姿勢角に応じた標準移動時間ｔC及び目標姿勢角と現在の姿勢角との角度差ΔθCに応じて、車体傾斜角速度[θ1*]を算出するので、目標姿勢が決定すれば、現在どのような姿勢状態であるかによらず、常に同じ制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングでの車輌操作を可能とする車輌制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態おいて、搭乗部の移動により小さな傾斜角で加速する状態を表したものである。本実施形態では、搭乗者を含む搭乗部を車輌の前後方向に相対的に並進移動させることにより、車体のバランス（倒立状態）を保つ。すなわち、図１（ａ）に示すように、搭乗者操作に基づく目標走行状態（加速、減速、停止など）に応じた加減速により車体に作用する駆動輪の反トルクと加速度に伴う慣性力とのバランスを保つために、搭乗者を含む搭乗部を加速度方向に並進移動させる。これにより、加減速度に対する車体の傾斜角を小さくすることができ、快適で安全な倒立型車輌を提供することができる。
【００１６】
図２は本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示した図である。図２において、１１ａ、１１ｂは駆動輪、１２は駆動モータ、１３は搭乗部、１４は支持部材、１６は制御ユニット、３０は入力装置、３１はジョイスティック、４２は車間距離センサ、６３は移動機構、８１は通信部、１３１は座面部、１３２は背もたれ部、１３３はヘッドレストをそれぞれ示している。
【００１７】
図２に示されるように、車輌は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ、１１ｂを備えている。両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２ａ、１２ｂで駆動されるようになっている。なお、車輌の駆動輪及び駆動モータについては、同軸上に２つ配置する場合だけでなく、それぞれ１つ、又は３つ以上を配置するようにしてもよい。
【００１８】
駆動輪１１ａ、１１ｂ（両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合には駆動輪１１という。以下他の構成も同様）及び駆動モータ１２の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗部１３（シート）が配置されている。
【００１９】
搭乗部１３は、運転者が座る座面部１３１、背もたれ部１３２、及びヘッドレスト１３３で構成されている。
【００２０】
搭乗部１３は、移動機構６３を介して支持部材１４により支持されている。支持部材１４は駆動モータ１２が収納されている駆動モータ筐体に固定されている。
【００２１】
移動機構６３としては、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、搭乗部駆動モータの駆動トルクにより搭乗部１３と、支持部材１４との相対的な位置を変更するようになっている。
【００２２】
リニアガイド装置は、支持部材１４に固定された案内レールと、搭乗部駆動モータに固定されたスライダと、転動体を備えている。
【００２３】
案内レールには、その左右側面部に２本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。
【００２４】
スライダの断面はコ字状に形成されており、その対向する二つの側面部内側には、２本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対向するように形成されている。
【００２５】
転動体は、前述した軌道溝の間に組み込まれて、案内レールとスライダとの相対的直線運動に伴って軌道溝内を転動するようになっている。
【００２６】
なお、スライダには、軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝と戻し通路を循環するようになっている。
【００２７】
リニアガイド装置には、リニアガイド装置の動きを締結するブレーキ（クラッチ）が配設されている。車輌が停車している時のように搭乗部の動作が不要であるときには、ブレーキにより、案内レールにスライダを固定することで、案内レールが固定されている支持部材１４と、スライダが固定されている搭乗部１３との相対的位置を保持する。そして、動作が必要であるときには、このブレーキを解除し、支持部材１４側の基準位置と搭乗部１３側の基準位置との距離が所定値となるように制御する。
【００２８】
搭乗部１３の脇には入力装置３０が配置され、入力装置３０にはジョイスティック３１が配置されている。運転者は、このジョイスティック３１を操作することにより、車輌の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の指示を行うようになっている。
【００２９】
本実施形態における入力装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に入力装置３０を配置するようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌には、入力装置３０が配置されており、この入力装置３０に係るジョイスティック３１を搭乗者が操作することによって車輌の制御を行うが、このような搭乗者操作による「通常走行モード」と、搭乗者操作によらず前方を走行する車輌に追従する「追従走行モード」とを有するものである。本実施形態では「通常走行モード」と「追従走行モード」の双方の走行モードを有する車輌の制御装置を例に説明するが、本発明の車輌制御装置は「追従走行モード」のみを有する車輌にも適用することができる。
【００３１】
なお、予め決められた走行指令データに従って自動走行するように車輌を制御する場合には、入力装置３０に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを取得する読み取り手段、または／及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成してもよい。
【００３２】
なお、図２において、搭乗部１３には人が搭乗している場合について示しているが、必ずしも人が運転する車輌には限定されず、荷物だけを乗せた状態、あるいは、何も搭載していない状態で、外部からのリモコン操作や走行指令データに従って走行や停止をさせてもよい。
【００３３】
車間距離センサ４２は、制御ユニット１６に設けられており、自車輌と前方を走行する車輌との間の距離を計測するものであり、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダーなどで構成されている。本実施形態では、「追従走行モード」の車輌制御を実行する場合に、 車間距離センサ４２によって検出された車間距離情報が用いられるが、車間距離情報はその他の車輌制御にも用いることが可能である。
【００３４】
通信部８１は、車輌間で情報を送信することができる通信装置であり、無線方式、有線方式のいずれをも用いることができる。本実施形態では、「追従走行モード」の車輌制御を実行する場合に、この通信部８１によって、先行車輌の通信部８１から、先行車輌の走行状況などに係る所定の情報を得て、自車輌の車輌制御に供するものである。
【００３５】
搭乗部１３と駆動輪１１との間には制御ユニット１６が配置されている。本実施形態において制御ユニット１６は、支持部材１４に取り付けられている。
【００３６】
なお、制御ユニット１６は、搭乗部１３の座面部１３１の下面に取り付けるようにしてもよい。この場合、制御ユニットは移動機構６３によって搭乗部１３と共に前後に移動する。
【００３７】
本実施形態の車輌は、その他の装置としてバッテリを備えている。バッテリは支持部材１４に配設されており、駆動モータ１２、搭乗部駆動モータ、制御ＥＣＵ２０等に駆動用及び演算用の電力を供給する。
【００３８】
以下の説明において、駆動輪１１、および、これに固定されて共に回転する部分を「駆動輪」、搭乗者を含む車輌全体から駆動輪を除いた部分を「車体」、搭乗部１３、および、これに固定されて共に並進移動する部分（搭乗者を含む）を「搭乗部」とする。
【００３９】
本実施形態において、「搭乗部」は、搭乗部１３、入力装置３０、移動機構６３（リニアガイド）の一部により構成されるが、制御ユニット１６やバッテリを搭乗部１３に配設することで、「搭乗部」に加えてもよい。これにより、「搭乗部」の重量、および、その移動による効果を大きくすることができる。
【００４０】
図３は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御システムのブロック構成を示す図である。図３において、２０は制御ＥＣＵ、２１は主制御ＥＣＵ、２２は駆動輪制御ＥＣＵ、２３は搭乗部制御ＥＣＵ、２５は通信部制御ＥＣＵ、３０は入力装置、３１はジョイスティック、４０は車体制御システム、４１は車体傾斜センサ、４２は車間距離センサ、５０は駆動輪制御システム、５１は駆動輪センサ、５２は駆動モータ、６０は搭乗部制御システム、６１は搭乗部センサ、６２は搭乗部モータ、８０は通信制御システム、８１は通信部をそれぞれ示している。
【００４１】
本実施形態の車輌制御装置の制御システムは、走行姿勢制御手段として機能する制御ＥＣＵ（電子制御装置）２０、ジョイスティック３１、車体傾斜センサ４１、車間距離センサ４２、駆動輪センサ５１、駆動モータ５２（駆動モータ１２と同じ）、搭乗部センサ６１、搭乗部モータ６２（搭乗部駆動モータ）、通信部８１その他の装置を備えている。
【００４２】
制御ＥＣＵ２０は、主制御ＥＣＵ２１、駆動輪制御ＥＣＵ２２、搭乗部制御ＥＣＵ２３、通信部制御ＥＣＵ２５を備えており、駆動輪制御、車体制御（倒立制御）等により、車輌の走行、姿勢制御等の各種制御を行う。
【００４３】
制御ＥＣＵ２０は、本実施形態における走行・姿勢制御処理プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
【００４４】
主制御ＥＣＵ２１には、駆動輪センサ５１、車体傾斜センサ４１、車間距離センサ４２、搭乗部センサ６１、及び、入力装置３０としてジョイスティック３１が接続されている。
【００４５】
ジョイスティック３１は、搭乗者の操作に基づく走行指令（操縦操作量）を主制御ＥＣＵ２１に供給する。
【００４６】
ジョイスティック３１は直立した状態を中立位置とし、前後方向に傾斜させることで加減速を指示し、左右に傾斜させることで旋回走行時の横方向加速度を指示する。傾斜角度に応じて、要求加減速度、横方向加速度が大きくなる。
【００４７】
車体傾斜センサ４１は、車体の傾斜角を検出する傾斜検出手段として機能し、駆動輪１１の車軸を回転中心とする車体の前後方向の傾斜状態を検出する。
【００４８】
車体傾斜センサ４１は、加速度を検出する加速度センサと車体傾斜角速度を検出するジャイロセンサを備えている。検出した加速度から車体傾斜角θ1を算出するのと同時に検出した車体傾斜角速度から車体傾斜角θ1を算出することで、その精度を高めるようにしている。なお、いずれか一方のセンサのみを配置し、その検出値から車体傾斜角や角速度を算出するようにしてもよい。
【００４９】
車間距離センサ４２は自車輌と前方を走行する車輌との間の距離を検出するものであり、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダーなどで構成され、この車間距離センサ４２によって検出された車間距離情報は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに利用される。
【００５０】
主制御ＥＣＵ２１は、目標とする目標走行状態を取得する目標走行状態取得手段として機能する。更に、取得した目標走行状態に応じて、駆動輪の駆動トルクと搭乗部の移動推力を決定する出力決定手段として機能する。
【００５１】
主制御ＥＣＵ２１は、ジョイスティック３１からの信号に基づく目標走行状態に応じて、目標とする車体傾斜角と、目標とする搭乗部位置を決定する目標姿勢決定手段として機能する。
【００５２】
また、主制御ＥＣＵ２１は、目標走行状態と目標姿勢（目標車体傾斜角と目標搭乗部位置）に応じて、各アクチュエータ（駆動モータ５２と搭乗部モータ６２）のフィードフォワード出力を決定する、フィードフォワード出力決定手段として機能する。
【００５３】
更に、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角の目標値と実測値との偏差に応じて駆動モータ５２のフィードバック出力を決定すると共に、搭乗部位置の目標値と実測値との偏差に応じて搭乗部モータ６２のフィードバック出力を決定する、フィードバック出力決定手段として機能する。
【００５４】
また、主制御ＥＣＵ２１は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに、先行車輌の走行状況等に応じて、加速度指令を決定して、この加速度指令に基づいて、駆動輪の駆動トルク指令を決定する。また、主制御ＥＣＵ２１は、車輌が「追従走行モード」の状態にあるときに、先行車輌の走行状況等に応じて、加速度指令を決定して、目標走行状態と目標姿勢を決定する。
【００５５】
主制御ＥＣＵ２１は、駆動輪制御ＥＣＵ２２、駆動モータ５２と共に駆動手段として機能し、更に駆動輪センサ５１を含めて駆動輪制御システム５０を構成する。
【００５６】
駆動輪センサ５１は、駆動輪１１の回転状態である駆動輪回転角（回転角速度）を検出し、主制御ＥＣＵ２１に供給する。本実施形態の駆動輪センサ５１は、レゾルバ、或いはロータリーエンコーダなどで構成され、駆動輪回転角を検出する。この駆動輪回転角から回転角速度、車輌速度が計算により算出される。
【００５７】
主制御ＥＣＵ２１は駆動輪制御ＥＣＵ２２に駆動トルク指令値を供給し、駆動輪制御ＥＣＵ２２は駆動モータ５２に駆動トルク指令値に相当する入力電圧（駆動電圧）を供給する。駆動モータ５２は、入力電圧に従って、駆動輪１１に駆動トルクを与える駆動輪アクチュエータとして機能する。
【００５８】
また、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部制御ＥＣＵ２３、搭乗部センサ６１、搭乗部モータ６２と共に搭乗部制御システム６０を構成する。
【００５９】
搭乗部センサ６１は、搭乗部の相対位置を検出する位置検出として機能し、検出した搭乗部位置（移動速度）のデータを主制御ＥＣＵ２１に供給する。本実施形態の搭乗部センサは、エンコーダで構成され、搭乗部位置を検出する。この搭乗部位置の検出値から搭乗部の移動速度が算出される。
【００６０】
主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部制御ＥＣＵ２３に搭乗部推力指令値を供給し、搭乗部制御ＥＣＵ２３は搭乗部モータ６２に搭乗部推力指令値に相当する入力電圧（駆動電圧）を供給する。搭乗部モータ６２は、入力電圧に従って、搭乗部１３を並進移動させるための推力を与える搭乗部アクチュエータとして機能する。
【００６１】
また、主制御ＥＣＵ２１は、通信部制御ＥＣＵ２５、通信部８１と共に通信制御システム８０を構成する。通信部８１は、例えば、無線方式で車輌間のデータ通信を行うものであり、通信部制御ＥＣＵ２５を介して、受信したデータを主制御ＥＣＵ２１に入力したり、主制御ＥＣＵ２１から出力された所定のデータを送信したりする。
【００６２】
次に、以上の通り構成された車輌による走行・姿勢制御処理について説明する。図４は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における走行・姿勢制御のフローチャートである。
【００６３】
まず「通常走行モード」の走行・姿勢制御処理による処理全体の概要を説明する。
【００６４】
本実施形態における走行・姿勢制御では、加減速、停止など、目標とする走行状態に応じて、車体傾斜や搭乗部位置を制御し、車体のバランスを保ちつつ、目標とする走行状態を実現する。
【００６５】
図４において、ステップＳ１００でフローチャートが開始されると、主制御ＥＣＵ２１は、初めに、搭乗者の意志に従って、車輌をどのように動かすのか、すなわち、車輌の走行目標を決定する（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３）。
【００６６】
次いで、ステップＳ１０４に進み、主制御ＥＣＵ２１は、決定した走行目標に対して車体のバランスを保つ（倒立姿勢をとる）ような車体目標姿勢（目標車体傾斜角と目標搭乗部位置）を決定する。
【００６７】
このように、車体傾斜量と搭乗部位置を最適化することにより、車体傾斜を小さくして乗り心地の悪化を防止しつつ、搭乗者に適切な加速感を与えることができる。
【００６８】
ステップＳ１０５乃至ステップＳ１１０においては、主制御ＥＣＵ２１は、目標とする車輌走行状態と車体姿勢を実現するために必要な駆動モータ５２、搭乗部モータ６２の出力値を決定する。その値に応じて、駆動モータ５２と搭乗部モータ６２の実際の出力を駆動輪制御ＥＣＵ２２と搭乗部制御ＥＣＵ２３で制御する。
【００６９】
次に、走行・姿勢制御処理の詳細を説明する。
【００７０】
ステップＳ１０１においては、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗者によるジョイスティック３１の操縦操作量（走行指令）を取得する。
【００７１】
そして、ステップＳ１０２に進み、主制御ＥＣＵ２１は、取得した操作量に基づいて車輌加速度の目標値（車輌目標加速度）α*を決定する。例えば、ジョイスティック３１の前後操作量に比例した値を車輌目標加速度α*の値とする。
【００７２】
ステップＳ１０３では、主制御ＥＣＵ２１は、決定した車輌目標加速度α*から、駆動輪角速度の目標値（駆動輪目標角速度）[θω*]を算出する。
【００７３】
なお、記号[ｎ]は、ｎの時間微分を表すものとする。例えば、車輌目標加速度α*を時間積分し、所定の駆動輪接地半径で除した値を駆動輪目標角速度[θω*]として算出する。
【００７４】
次に、ステップＳ１０４では、主制御ＥＣＵ２１は、車体傾斜角と搭乗部位置の目標値を決定する。すなわち、ステップＳ１０２で決定した車輌目標加速度α*の大きさに応じた次の式（１）〜式（３）により車体傾斜角の目標値（目標車体傾斜角）θ1*を決定する。
【００７５】
そして、決定した目標車体傾斜角θ1*に基づき、車輌目標加速度α*の大きさに応じた式（４）〜式（６）により搭乗部位置の目標値（搭乗部目標位置）λS*を決定する。
θ1*＝φ*−βMax＋ｓｉｎ-1（γｓｉｎφ*ｃｏｓβMax） （α*＜−αMax）（１）
θ1*＝（１−ＣSense）φ* （−αMax≦α*＜αMax）（２）
θ1*＝φ＋βMax＋ｓｉｎ-1（γｓｉｎφ*ｃｏｓβMax） （α*＞αMax）（３）
λS*＝−λS、Max （α*＜−αMax） （４）
λS*＝ｌ1（ｍ1／ｍ2）｛ｔａｎ（φ*―θ1*）＋γ（ｓｉｎφ*／ｃｏｓ（φ*―θ1*））｝
（−αMax≦α*＜αMax） （５）
λS*＝−λS、Max （α*＞αMax）（６）
式（１）から式（６）において、φ*、βMax、γは、次の通りである。
φ*＝ｔａｎ-1α*
βMax＝ｔａｎ-1（ｍsλS、Max／ｍ1ｌ1）
γ＝Ｍ〜ＲW／ｍ1ｌ1，Ｍ〜＝ｍ1＋ｍW＋ＩW／ＲW2
α*は車輌目標加速度（Ｇ）である。また、λS、Maxは搭乗部移動量最大値で設定値である。
【００７６】
閾値αMaxは、式（５）においてλ*＝λS、Maxとしたとき、すなわち、搭乗部を限界まで動かしたときの車輌目標加速度α*である。この閾値αMaxは、既定値であるが、解析的に求めることが出来ないため、繰り返し計算や近似式等を用いることで決定する。
【００７７】
図５は、式（１）〜式（６）で与えられる車輌目標加速度α*（横軸）と目標車体傾斜角θ1*および搭乗部目標位置λS*の関係を図示したものである。
【００７８】
車輌目標加速度α*が閾値±αMaxの間にある場合（−αMax≦α*≦αMax）、目標車体傾斜角θ1*は式（２）により決定し、搭乗部目標位置λS*は式（５）により決定する。
【００７９】
これにより、−αMax≦α*≦αMaxの範囲では、車体をθ1*に傾けながら、搭乗部もλS*に動かすことにより、車体のバランスを保ちつつ、搭乗者に適切な加速度を感じさせることができる。
【００８０】
このように、閾値±αMaxの範囲内において、車輌目標加速度α*の実現に必要な重心位置の移動を、車体傾斜と搭乗部移動の両者により行うが、その重心移動の分担を決定するのが、式（２）と式（５）における搭乗者加速度感受係数ＣSenseである。ＣSenseの値は０≦ＣSense≦１であり、予め設定しておく。
【００８１】
ある車輌目標加速度α*に対して、設定値ＣSenseの値を大きくすると、目標車体傾斜角θ1*は大きくなり（式２）、搭乗部目標位置λS*は小さくなる（式５）。
【００８２】
ＣSenseは、搭乗者が加速度を感じる程度に相当する。すなわち、ＣSense＝１とすると、目標車体傾斜角θ1*＝０（式２）となり、車体を全く傾けないため、搭乗者は車輌の加減速による慣性力をそのまま感じる。
【００８３】
一方、ＣSense＝０とすると、θ1*＝φ*＝ｔａｎ-1α*となり、車体を平衡傾斜角（重力と慣性力の合力の角度）まで傾けるため、搭乗者は慣性力を感じない（ただし、搭乗者にとって下向きの力は増加する）。
【００８４】
本実施形態では、搭乗者に最適な加速度を感じさせる値として、ＣSense＝ｐが予め設定される。
【００８５】
例えば、ＣSense＝１とした場合、車輌目標加速度α*の実現に必要な重心位置の移動の全てを搭乗部１３の移動で実現することになり、車体を直立状態に維持するように制御しながら走行する。
【００８６】
搭乗部移動量が限界±λS、Maxに達したとき、すなわち、車輌目標加速度α*＜−αMax、又は、α*＞αMaxの場合、図５に示すように、車体をより大きく傾けてバランスを保つことになる（式１、３）。
【００８７】
なお、搭乗部移動量に余裕のある場合には、車体傾斜角の方を制限してもよい。
（目標車体傾斜角θ1*と搭乗部目標位置λS*の決定の変形例）
上記実施形態の説明では、車輌目標加速度α*と閾値±αMaxとの関係から式（１）〜式（３）のいずれか、及び式（４）〜式（６）のいずれかを選択して目標車体傾斜角θ1*と、搭乗部
目標位置λS*を決定する場合について説明した。
【００８８】
これに対して、図６に示す目標値決定処理によって目標車体傾斜角θ1*と、搭乗部目標位置λS*を決定してもよい。
【００８９】
図６は、目標値決定処理の内容を表したフローチャートである。図６において、ステップＳ２０１において、主制御ＥＣＵ２１は、最初に式（２）から車輌目標加速度α*に対応する目標車体傾斜角θ1*を算出する。
【００９０】
そして、ステップＳ２０２では、決定したθ1*を用いて数式５から搭乗部目標位置λS*を算出し、ステップＳ２０３では、算出値λS*が搭乗部の移動可能な−λS、Max≦λS*≦λS、Maxの範囲内であるか否かを判断する。
【００９１】
算出値λS*が搭乗部の移動可能な範囲内であれば（ステップＳ２０３；Ｙ）、主制御ＥＣＵ２１は、ステップＳ２０１で算出したθ1*を目標車体傾斜角に、ステップ１１で算出したλS*を搭乗部目標位置に、それぞれ決定し（ステップＳ２０６）、処理を終了する。
【００９２】
一方、算出値λS*が搭乗部の移動可能な範囲外である場合（ステップＳ２０３；Ｎ）、主制御ＥＣＵ２１は、搭乗部移動量最大値±λS、Maxを搭乗部目標位置λS*に決定する（ステップＳ２０４）。
【００９３】
そして、式（１）又は式（３）を用いて車輌目標加速度α*に対応するθ1*を再度算出し、これを目標車体傾斜角θ1*に決定し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。
【００９４】
以上の目標値決定処理によれば、式（１）〜式（３）、式（４）〜式（６）のいずれの数式を使用するかを決定するための閾値αMaxを用いることなく、目標車体傾斜角θ1*と搭乗部目標位置λS*を決定することができる。
【００９５】
本実施形態では、厳密な理論式である式（１）〜式（６）を用いて、車体目標姿勢を決定したが、より簡単な式を用いて決定してもよい。例えば、式（１）〜式（６）を線形化した式を使ってもよい。また、数式の代わりに、車輌目標加速度α*と車体目標姿勢の関係をマップとして予め用意して、それを使って車体目標姿勢を決定してもよい。
【００９６】
一方、より複雑な関係式を用いてもよい。例えば、車輌目標加速度α*の絶対値が所定の閾値以下の場合には、車体を全く傾けずに搭乗部のみを動かし、その閾値を超えた場合に車体を傾け始めるように、関係式を設定してもよい。
【００９７】
なお、本実施形態では、搭乗部の基準位置からの前方最大移動量と後方最大移動量が等しいとしているが、両者は異なってもよい。例えば、後方最大移動量の方を大きくすることにより、加速性能に比べて制動性能を高くすることができる。この場合には、閾値αMaxを各々の限界値に対応するように修正することで、容易に同様の制御を実現できる。
【００９８】
走行・姿勢制御処理（図４）の説明に戻る。ステップＳ１０５においては、主制御ＥＣＵ２１は、決定した各目標値を用いて残りの目標値を算出する。
【００９９】
すなわち、各目標値を時間微分、あるいは、時間積分することにより、駆動輪回転角目標値θW*、車体傾斜角速度目標値[θ1*]、搭乗部移動速度目標値[λS*]をそれぞれ算出する。
【０１００】
次に、ステップＳ１０６では、各アクチュエータのフィードフォワード出力を決定する。
【０１０１】
主制御ＥＣＵ２１は、次の式（７）により、車輌目標加速度α*を実現するのに必要だと予想される駆動モータ５２のフィードフォワード出力τW,FFを決定する。ちなみに、式（７）におけるＭ〜は、駆動輪の回転慣性分も考慮した車輌の総質量である。
【０１０２】
また、式（８）により、各目標値から搭乗部モータ６２のフィードフォワード出力ＳS,FFを決定する。このＳS,FFは、目標車体傾斜角θ1*に対して、搭乗部が重力によって移動せず、目標位置に留まるのに必要な搭乗部推力に相当する。
【０１０３】
【数１】
ただし、ここで、
【０１０４】
【数２】
である。
【０１０５】
式（７）、（８）のようなフィードフォワード出力を与えることにより、各状態量をより高精度で制御することができる。
【０１０６】
なお、この方法は、特に状態量の定常偏差を減少させるのに有効であるが、この代わりとしてフィードバック制御（ステップＳ１０９）で積分ゲインを与えてもよい。
【０１０７】
次に、ステップＳ１０７において、主制御ＥＣＵ２１は、各センサから各状態量を取得する。すなわち、駆動輪センサ５１から駆動輪回転角（回転角速度）を、車体傾斜センサ４１から車体傾斜角（傾斜角速度）を、搭乗部センサ６１から搭乗部位置（移動速度）を、それぞれ取得する。
【０１０８】
またステップＳ１０８で、主制御ＥＣＵ２１は、残りの状態量を算出する。すなわち、駆動輪回転角（回転角速度）、車体傾斜角（傾斜角速度）、搭乗部位置（移動速度）を時間積分あるいは微分することにより、残りの状態量を算出する。
【０１０９】
次に、ステップＳ１０９において、主制御ＥＣＵ２１は、各アクチュエータのフィードバック出力を決定する。
【０１１０】
すなわち、各目標値と実際の状態量の偏差から、式（９）により駆動モータ５２のフィードバック出力τW,FBを、式（１０）により搭乗部モータ６２のフィードバック出力ＳS,FBを、それぞれ決定する。
【０１１１】
なお、式（９）、式（１０）における各Ｋの値はフィードバックゲインであり、各フィードバックゲインＫは、例えば最適レギュレータの値を予め設定しておく。また、前述のように、定常偏差を無くすために、積分ゲインを導入してもよい。
【０１１２】
τW,FB＝−ＫW1（θW−θW*）−ＫW2（[θW]−[θW*]）−ＫW3（θ1−θ1*）−ＫW4（[θ１]−[θ1*]）−ＫW5（λS−λS*）−ＫW6（[λS]−[λS*]） （９）
ＳS,FB＝−ＫS1（θW−θW*）−ＫS2（[θW]−[θW*]）−ＫS3（θ1−θ1*）−ＫS4（[θ1]−[θ1*]）−ＫS5（λS−λS*）−ＫS6（[λS]−[λS*]） （１０）
なお、いくつかのフィードバックゲインを零とすることで、簡素化してもよい。例えば、式（９）に代えてτW,FB＝−ＫW2（[θW]−[θW*]）−ＫW3（θ1−θ1*）、また式（１０）に代えてＳS,FB＝−ＫS5（λS−λS*）をそれぞれ用いてもよい。
【０１１３】
最後にステップＳ１１０において、主制御ＥＣＵ２１は、各要素制御システムに指令値を与え、メインルーチンにリターンする。
【０１１４】
すなわち、主制御ＥＣＵ２１は、ステップＳ１０６で決定したフィードフォワード出力τW,FFと、ステップＳ１０９で決定したフィードバック出力τW,FBの和（τW,FF＋τW,FB）を駆動トルク指令値τWとして、駆動輪制御ＥＣＵ２２に供給する。また、フィードフォワード出力ＳS,FFとフィードバック出力ＳS,FBの和（ＳS,FF＋ＳS,FB）を搭乗部推力指令値ＳSとして、搭乗部制御ＥＣＵ２３に供給する。
【０１１５】
これにより、駆動輪制御ＥＣＵ２２は、駆動トルク指令値τWに対応する入力電圧（駆動電圧）を駆動モータ５２に供給することで、駆動輪に駆動トルクτWを与える。
【０１１６】
また、搭乗部制御ＥＣＵ２３は、搭乗部推力指令値ＳSに対応した入力電圧（駆動電圧）を搭乗部モータ６２に供給することで、搭乗部を移動させる。
【０１１７】
次に、本実施形態に係る車輌制御装置が搭載された車輌における車体傾斜角速度目標値[θ1*]の算出方法について説明する。本実施形態においては、車輌の加減速の準備動作（カウンター動作）の時間を同じとすることで、姿勢角が異なるシチュエーションでも、同じ制動タイミング、制動フィーリングで操作が可能とする車輌制御を実施する。
【０１１８】
図７は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置が搭載された車輌における車体傾斜角速度目標値[θ1*]の制御概念を模式的に示す図である。図７は車輌の模式図を示しており、姿勢角が異なる種々の状態から目標姿勢Ｃ（θ1*）に至るまでの様子を示している。すなわち、図７では、（I）姿勢Ａから目標姿勢Ｃに至るときの様子、（II）基準姿勢Ｏから目標姿勢Ｃに至るときの様子、（III）姿勢Ｂから目標姿勢Ｃに至るときの様子の３パターンが示されている。図７中に示すように、（I）姿勢Ａから目標姿勢Ｃに至るときの姿勢角の変化をθ1Aとし、（II）基準姿勢Ｏから目標姿勢Ｃに至るときの姿勢角の変化をθ1Oとし、（III）姿勢Ｂから目標姿勢Ｃに至るときの姿勢角の変化をθ1Bとする。
【０１１９】
本実施形態では所定の基準姿勢角Oから目標姿勢Ｃまでの時間変化率[θ1O]で移動した場合の経過時間を、標準移動時間ｔC（ｔC＝θ1O／[θ1O]）として定め、姿勢Ａや姿勢Ｂなども含め、任意の姿勢から目標姿勢Ｃまで移動時間を、標準移動時間ｔCを基準に算出する。もちろん、目標姿勢は、図７に示す目標姿勢Ｃの状態に限らないので、具体的には操作装置であるジョイスティック３１の操作量に基づき、目標姿勢Ｃの傾斜角度が決定するので、様々な目標姿勢に応じた標準移動時間が定められている。
【０１２０】
図７の場合を例にとると、本実施形態における車輌制御では、
ｔC＝θ1O／[θ1O]＝θ1A／[θ1A]＝θ1B／[θ1B] （１１）
が成立するようにして、姿勢Ａや姿勢Ｂからでも全て同じ時間で、目標姿勢Ｃに移動できるように移動速度を決定する。
【０１２１】
つまり、車体傾斜角速度目標値[θ1*]は、目標姿勢Ｃの姿勢角Ｃまでの角度変化量をΔθCとすると、
[θ1*]＝ΔθC／ｔC （１２）
が成り立つように制御する。本実施形態では、このような制御を実行することによって、姿勢角が異なるシチュエーションでも、常に同じ制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングでの車輌操作を可能とする車輌制御を実現することができる。
【０１２２】
なお、標準移動時間ｔCは、車輌搭乗者の好みに応じて変更することが可能である。例えば、標準移動時間ｔCを短めに設定すると、車体傾斜角の速度が速くなるため、操作レスポンスが向上し、よりスポーティーな乗り心地となる。これとは逆に、標準移動時間ｔCを長めに設定すると、車体傾斜速度が遅くなるため、急峻な挙動を抑えられるため、乗り心地の安定性が向上される。
【０１２３】
次に、本発明の実施形態に係る車輌制御装置における制御フローを説明する。図８は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における車体傾斜角速度の制御処理のフローチャートを示す図である。以下、車輌のジョイスティック操作量をＪで示すこととする。なお、ジョイスティックは本願発明の操作手段として機能する。
【０１２４】
図８において、ステップＳ３００で車体傾斜角速度制御処理が開始されると、次にステップＳ３０１に進み、車輌を操作・操縦するための走行指令を与えるジョイスティック３１の操作量Jを取得する。ステップＳ３０２では、このジョイスティック３１の操作量Jから目標加速度α*を算出する。この目標加速度α*の算出については前記した方法が用いられる。ステップＳ３０３では、車輌の車輌加速度αが取得される。
【０１２５】
ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で取得された車輌加速度αと、ステップＳ３０２で算出された目標加速度α*とを比較し、α＝α*が成立するか否かが判定される。ステップＳ３０４における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３１０に進み、判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ３０５に進む。
【０１２６】
ステップＳ３１０では、車輌加速度αと目標加速度α*とが等しい状況であるために、駆動輪の駆動モータ１２（５２）のトルクを維持する。ステップＳ３１０に続いては、ステップＳ３０１に戻りループする。本フローチャートは、車輌の走行制御が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１２７】
ステップＳ３０４における判定の結果がＮＯであるときに進むステップＳ３０５では、ジョイスティック３１の操作量Jから目標姿勢角θ1*が算出される。この目標姿勢角θ1*の算出には前述の方法が用いられる。
【０１２８】
ステップＳ３０６では、図７において説明した基準姿勢角Oから標準移動時間θ1*までの到達時間ｔCを決定する。この基準姿勢角Oから目標姿勢角θ1*までの標準移動時間ｔCを決定するためには、不図示の記憶手段に記憶したテーブルなどを利用することができる。
【０１２９】
ステップＳ３０７では、現在の姿勢角と目標姿勢角θ1*までの角度差ΔθCを算出する。ステップＳ３０８では、この角度差ΔθC間を標準移動時間ｔCで姿勢変化可能な移動速度［θ1*］を、式（１２）によって算出する。ステップＳ３０９では、算出された移動速度［θ1*］でするために、移動に必要な駆動トルク値を出力する。ステップＳ３０９に続いては、ステップＳＳ３１１に進む。ステップＳ３１１では、姿勢角が目標姿勢角θ1*に達したか否かが判定される。ステップＳ３１１における判定結果がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０１に戻りループする。本フローチャートは、車輌の走行制御が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１３０】
また、ステップＳ３１１における判定結果がＮＯであるときには、再びステップＳ３０９に進む。
【０１３１】
以上のように、本発明の実施形態に係る車輌制御装置によれば、目標姿勢が決定すれば、現在どのような姿勢状態であるかによらず、常に同じ制動、発進、加減速タイミング、或いは制動、発進、加減速フィーリングでの車輌操作を可能とする車輌制御を実現することができる。
【０１３２】
ここで、車両姿勢制御における各パラメータについて以下整理しておく。図９は車両姿勢制御系の力学モデルを示した図である。
（ａ）状態量
θW：駆動輪回転角［ｒａｄ］
θ1：車体傾斜角（鉛直軸基準）［ｒａｄ］
λS：搭乗部位置（車体中心点基準）［ｍ］
（ｂ）入力
τW：駆動トルク（２輪合計）［Ｎｍ］
ＳS：搭乗部推力［Ｎ］
（ｃ）物理定数
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ2］
（ｄ）パラメータ
ｍW：駆動輪質量（２輪合計）［ｋｇ］
ＲW：駆動輪接地半径［ｍ］
ＩW：駆動輪慣性モーメント（２輪合計）［ｋｇｍ2］
ＤW：駆動輪回転に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｒａｄ］
ｍ1：車体質量（搭乗部含む）［ｋｇ］
ｌ1：車体重心距離（車軸から）［ｍ］
Ｉ1：車体慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
Ｄ1：車体傾斜に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｒａｄ］
ｍS：搭乗部質量［ｋｇ］
ｌS：搭乗部基準重心距離（車軸から）［ｍ］
ＩS：搭乗部慣性モーメント（重心周り）［ｋｇｍ2］
ＤS：搭乗部並進に対する粘性減衰係数［Ｎｓ／ｍ］
次に、「追従走行モード」の車輌制御処理による処理全体の概要を説明する。図１０は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御モデルを示す図であり、図１１は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の追従走行モードにおける制御システムのブロック構成を示す図である。
【０１３３】
以後、図１０に示すような、通常走行モードで走行する先行車輌Ａに対して、「追従走行モード」で追従する後続車輌Ｂにおける車輌制御について説明する。図１０においては、先行車輌Ａは搭乗者によって運転操作がなされており、後続車輌Ｂは「追従走行モード」で自動的に（運転操作なしに）先行車輌Ａを追従する状況を想定している。
【０１３４】
本実施形態における車輌制御装置では、追従走行モードにおける目標加速度α2*の目標加速度指令値を決定することを目的とする。
【０１３５】
図１１において、上半分の制御システムブロック図は先行車輌Ａのものを示しており、下半分の制御システムブロック図は後続車輌Ｂのものを示している。なお、図１１に示す制御システムブロック図は、図３に示すものを基にしている。
【０１３６】
「追従走行モード」においては、後続車輌Ｂは、通信部８１によって、先行車輌Ａから先行車輌Ａの走行状況データを取得する。より具体的には、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを取得する。また、後続車輌Ｂは、車間距離センサ４２の計測による車間距離ｄを取得する。
【０１３７】
本実施形態では、通信部８１によって取得された先行車輌Ａの走行状況データ（車輌速度、ジョイスティック操作量）と車間距離センサ４２によって計測された車間距離ｄとに基づいて目標加速度を演算するので、後続車輌Ｂは遅れることなく先行車輌Ａに追随することが可能となり、精度の高い自動追従走行制御を実現することができる。
【０１３８】
なお、ここでいう車輌速度とは、車輪の回転角より求めるものとする。具体的には、車輪回転角度を検出し、これを微分した値を車輪の回転速度とし、さらに、この回転速度から車輌速度を求める。
【０１３９】
後続車輌Ｂの主制御ＥＣＵ２１は、以上のパラメータを取得した上で、第１加速度指令値算出式（１３）と、第２加速度指令値算出式（１４）とに基づいて、目標加速度の指令値の候補とする２つの加速度指令値を算出する。α2は第１加速度指令値により算出された加速度指令値であり、α2’は第２加速度指令値により算出された加速度指令値である。
α2＝α1＋ｋ1（ｄ―ｄ*）＋ｋ2（ｖ1―ｖ2） （１３）
α2’＝ｋ3・Ｊ1 （１４）
式（１１）及び式（１２）において、α1は先行車輌Ａの加速度、ｋ1は車間距離ゲイン、ｄは車間距離センサ４２計測による車間距離、ｄ*は目標車間距離、ｋ2は速度ゲイン、ｖ1は先行車輌Ａの車輌速度、ｖ2は後続車輌Ｂの車輌速度、ｋ3は操作量ゲイン、Ｊ1は先行車輌Ａのジョイスティック操作量をそれぞれ示している。
【０１４０】
主制御ＥＣＵ２１は、２つの加速度指令値α2及びα2’の双方を算出し、先行車輌Ａの予測される挙動に応じて、これらのうちから適切なものを採用するような制御を行う。
【０１４１】
より具体的には、先行車輌Ａが「加速」したとしても、その「加速」が、通常の加速であるのか、制動準備のためのカウンター動作として加速であるのかを、先行車輌Ａのジョイスティック操作量によって判定し、これに応じて２つの加速度指令α2及びα2’の双方から適切な加速度指令値を目標加速度の加速度指令値α2*として採用する。
【０１４２】
このように、先行車輌Ａのジョイスティック操作量情報によって、後続車輌Ｂは加速度指令値α2*を決定するようにしているので、後続車輌Ｂの自動追従走行制御に遅れが生じることがなく、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。
【０１４３】
また、先行車輌Ａが制動するような場合には、先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して、ジョイスティック操作量を伝達することで、先行車輌Ａが制動を行う旨の情報が後続車輌Ｂに遅れなく伝達されることにより、衝突の危険を回避することが可能となる。
【０１４４】
以上のように、本実施形態では、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。
【０１４５】
次に、後続車輌Ｂにおける「追従走行モード」の制御処理について説明する。図１２は本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。
【０１４６】
図１２において、ステップＳ４００で自動追従制御処理が開始されると、続いてステップＳ４０１に進み、先行車輌Ａの車輌速度情報とジョイスティック３１の操作量（走行状況データ）を、通信部８１を利用し受信する。
【０１４７】
ステップＳ４０２では、受信した先行車輌Ａの車輌速度を、主制御ＥＣＵ２１における不図示の記憶部に記憶する。ステップＳ４０３においては、主制御ＥＣＵ２１は記憶部に累積的に記憶されている車輌速度に係る情報から先行車輌Ａの加速度を算出する。
【０１４８】
ステップＳ４０４では、自車輌（後続車輌Ｂ）の車輌速度を駆動輪センサ５１によって計測する。続いて、ステップＳ４０５では、自車輌（後続車輌Ｂ）と先行車輌Ａの車間距離ｄを車間距離センサ４２で計測する。
【０１４９】
ステップＳ４０６では、先行車輌Ａの加速度α1、車輌速度ｖ1、自車輌の車輌速度ｖ2、車間距離ｄから、式（１３）によって自車輌の第１加速度指令値α2を算出する。ステップＳ４０７では、先行車輌Ａのジョイスティック操作量Ｊ1に基づき、式（１４）によって自車輌の第２加速度指令値α2’を算出する。
【０１５０】
ステップＳ４０８では、先行車輌Ａのジョイスティック操作量Ｊ1に基づき、先行車輌Ａの操作が減速指示であるか否かを判定する。ステップＳ４０８における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ４１３に進み、ステップＳ４０８における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ４０９に進む。
【０１５１】
ステップＳ４１３では、α2＞α2’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ４１３の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ４１５に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち小さい値であるα2’が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４１３の判定がＮＯである場合には、ステップＳ４１４に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち小さい値であるα2が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ４１１に続いては、ステップＳ４０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１５２】
ステップＳ４０９では、α2＞α2’が成り立つか否かが判定される。ステップＳ４０９の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ４１２に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち大きい値であるα2が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４０９の判定がＮＯである場合には、ステップＳ４１０に進み、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち大きい値であるα2’が目標加速度指令値α2*として採用される。ステップＳ４１１では、採用された加速度の指令値に基づいて、駆動トルク指令が実行される。ステップＳ４１１に続いては、ステップＳ４０１に戻りループする。本フローチャートは、「追従走行モード」が解かれるまでループすることを前提としている。
【０１５３】
ステップＳ４０８における判定は、先行車輌Ａの加速動作が通常の加速動作であるのか、或いは、制動準備のための加速動作（カウンター動作）であるのか、を後続車輌Ｂが見極めるための材料とするものである。
【０１５４】
ステップＳ４０８における判定の結果がＹＥＳであるときには、先行車輌Ａは制動しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち小さい値のものを目標加速度の加速度指令値α2*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに衝突するような事態を未然に回避することができる。
【０１５５】
ステップＳ４０８における判定の結果がＮＯであるときには、先行車輌Ａは加速しようとしている場合であるので、第１加速度指令値α2及び第２加速度指令値α2’のうち大きい値のものを目標加速度の加速度指令値α2*として採用する。これによって、後続車輌Ｂとしては、先行車輌Ａに遅れることなく追随することが可能となる。
【０１５６】
以上、本発明によれば、走行状況データとして、先行車輌Ａの車輌速度情報と、先行車輌Ａのジョイスティック３１の操作量とを先行車輌Ａから後続車輌Ｂに対して通信することによって、自動追従走行制御の精度を向上させることが可能となる。
【０１５７】
なお、本実施形態では先行車輌に後続する車輌を例に挙げて説明したが、先行車輌と併走して走行する場合でも、同様の制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本実施形態おいて、搭乗部を前方に動かすことで、より小さな傾斜角で加速する状態を表した説明図である。
【図２】本実施形態の車輌制御装置が搭載された車輌について、乗員が乗車して前方に走行している状態の外観構成を例示した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御システムのブロック構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における走行・姿勢制御のフローチャートである。
【図５】車輌目標加速度α*（横軸）と目標車体傾斜角θ1*および、搭乗部目標位置λS*の関係図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の変形例における目標値決定処理のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置が搭載された車輌における車体傾斜角速度目標値[θ1*]の制御概念を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における車体傾斜角速度の制御処理のフローチャートを示す図である。
【図９】車両姿勢制御系の力学モデルを示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における制御モデルを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置の追従走行モードにおける制御システムのブロック構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る車輌制御装置における自動追従制御処理のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１１ａ、１１ｂ・・・駆動輪、１２・・・駆動モータ、１３・・・搭乗部、１４・・・支持部材、１６・・・制御ユニット、２０・・・制御ＥＣＵ、２１・・・主制御ＥＣＵ、２２・・・駆動輪制御ＥＣＵ、２３・・・搭乗部制御ＥＣＵ、２５・・・通信部制御ＥＣＵ、３０・・・入力装置、３１・・・ジョイスティック、４０・・・車体制御システム、４１・・・車体傾斜センサ、４２・・・車間距離センサ、５０・・・駆動輪制御システム、５１・・・駆動輪センサ、５２・・・駆動モータ、６０・・・搭乗部制御システム、６１・・・搭乗部センサ、６２・・・搭乗部モータ、６３・・・移動機構、８０・・・通信制御システム、８１・・・通信部、１３１・・・座面部、１３２・・・背もたれ部、１３３・・・ヘッドレスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
倒立制御車輌の車体傾斜角の角速度の制御を行う車輌制御装置であって、
車体傾斜角度を検出する傾斜角検出手段と、
目標車体傾斜角度を取得する目標車体傾斜角取得手段と、
前記目標車体傾斜角度に応じて標準移動時間を決定する標準移動時間決定手段と、
前記目標車体傾斜角度と前記傾斜角検出手段で検出した車体傾斜角度との角度差を算出する角度差算出手段と、
前記標準移動時間と前記角度差とに基づいて、車体傾斜角の角速度を算出する車体傾斜角速度算出手段と、を有することを特徴とする車輌制御装置。
【請求項２】
前記車体傾斜角速度算出手段は、前記標準移動時間後に前記目標車体傾斜角度となるように車体傾斜角の角速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の車輌制御装置。
【請求項３】
車輌を操作する操作手段と、を備え、
前記目標車体傾斜角度は、前記操作手段の操作量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の車輌制御装置。
【請求項１】
倒立制御車輌の車体傾斜角の角速度の制御を行う車輌制御装置であって、
車体傾斜角度を検出する傾斜角検出手段と、
目標車体傾斜角度を取得する目標車体傾斜角取得手段と、
前記目標車体傾斜角度に応じて標準移動時間を決定する標準移動時間決定手段と、
前記目標車体傾斜角度と前記傾斜角検出手段で検出した車体傾斜角度との角度差を算出する角度差算出手段と、
前記標準移動時間と前記角度差とに基づいて、車体傾斜角の角速度を算出する車体傾斜角速度算出手段と、を有することを特徴とする車輌制御装置。
【請求項２】
前記車体傾斜角速度算出手段は、前記標準移動時間後に前記目標車体傾斜角度となるように車体傾斜角の角速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の車輌制御装置。
【請求項３】
車輌を操作する操作手段と、を備え、
前記目標車体傾斜角度は、前記操作手段の操作量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の車輌制御装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１４２１２７（Ｐ２００９−１４２１２７Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１８４９１（Ｐ２００７−３１８４９１）
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【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２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【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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