特許 5928046 車輪型移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5928046

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月1日

(54)【発明の名称】車輪型移動体

(51)【国際特許分類】

   B60G 17/015 20060101AFI20160519BHJP

【ＦＩ】

   B60G17/015 Z

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-64391(P2012-64391)

(22)【出願日】2012年3月21日

(65)【公開番号】特開2013-193616(P2013-193616A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2015年2月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 徳晃

(72)【発明者】

【氏名】津坂 祐司

【審査官】 平野 貴也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３０７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２３９１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２１８６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｇ １／００ − ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪を駆動して路面を走行する車輪型移動体であって、
車体と、
車体の運動軸周りの姿勢角を検出又は推定する手段と、
車体の運動軸周りの姿勢角を調整可能なアクチュエータと、
アクチュエータの出力軸の回転角を検出する手段と、
検出又は推定された車体の姿勢角をローパスフィルタで処理した第１制御値と、検出されたアクチュエータの出力軸の回転角をハイパスフィルタで処理した第２制御値を用いて、アクチュエータに生じる外乱を補償する外乱補償部を有する制御装置と、を有する、車輪型移動体。

【請求項2】

制御装置は、検出又は推定された車体の姿勢角に基づいて、車体の姿勢角が目標姿勢角となるようにアクチュエータにフィードバック補償するフィードバック補償部を有している、請求項１に記載の車輪型移動体。

【請求項3】

外乱補償部は、第１制御値と第２制御値の和の２階微分値と、アクチュエータへの制御入力との差を、アクチュエータに生じる外乱として補償する、請求項１又は２に記載の車輪型移動体。

【請求項4】

ローパスフィルタの折れ点周波数が車体の固有振動周波数より低く、かつ、ハイパスフィルタの折れ点周波数が車体の固有振動周波数より低い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪型移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、車輪を駆動することで路面を走行する車輪型移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、走行状態に応じて車体を路面に対して傾斜させることで、車体の姿勢角（すなわち、重力方向に対する車体の姿勢角）を安定化する車輪型移動体が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１１５７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した車輪型移動体では、車体を路面に対して傾斜させるための車体傾斜装置（アクチュエータ）が設けられている。車体傾斜装置（アクチュエータ）は、車体を傾斜させるために大きなトルクを発生させる必要があり、通常、高い減速機構を備えている。このため、摩擦力に代表される外乱力が大きく、そのままでは車体を所望の姿勢角に制御することが難しい。本明細書は、車体を傾斜させるアクチュエータに作用する外乱力を補償し、車体を所望の姿勢角に制御することを実現するための技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書に開示する車輪型移動体は、車体と、車体の運動軸周りの姿勢角を検出又は推定する手段と、車体の運動軸周りの姿勢角を調整可能なアクチュエータと、アクチュエータの出力軸の回転角を検出する手段と、検出又は推定された車体の姿勢角をローパスフィルタで処理した第１制御値と、検出されたアクチュエータの出力軸の回転角をハイパスフィルタで処理した第２制御値を用いて、アクチュエータを制御する制御装置を有する。

【0006】

上記の車輪型移動体は、車体の姿勢角をローパスフィルタで処理した第１制御値と、アクチュエータの出力軸の回転角をハイパスフィルタで処理した第２制御値を用いる。後述するように、車体の姿勢角を用いると、低周波数領域の外乱力に対しては好適に補償できるが、高周波領域の外乱力に対しては姿勢角の推定遅れ等によって好適に補償することが難しい。一方、アクチュエータの出力軸の回転角を用いると、高周波領域の外乱力に対して好適に補償することができる。上記の車輪型移動体では、第１制御値と第２制御値を用いることで、アクチュエータに作用する外乱力を広帯域（すなわち、低周波領域及び高周波領域）で補償でき、車体を所望の姿勢角に好適に制御することができる

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例に係る車両の構成を模式的に示す正面図。

【図2】図１に示す車両の側面図。

【図3】実施例に係る制御系の構成を示すブロック図。

【図4】実施例に係る車両をモデル化した図

【図5】実施例に係る制御系の外乱補償の構成を示すブロック図。

【図6】図５に示す制御系に車体の姿勢角をフィードバックするフィードバック制御ループを追加したブロック図。

【図7】比較例に係る外乱補償の構成を示すブロック図。

【図8】数値シミュレーションの結果を示す図。

【図9】第１制御値と第２制御値を直接フィードバックするフィードバック制御系の構成例を示すブロック図。

【図10】第１制御値と第２制御値を直接フィードバックするフィードバック制御系の他の構成例を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

【0009】

（特徴１） 本明細書に開示する実施例では、制御装置は、検出又は推定された車体の姿勢角に基づいて、車体の姿勢角が目標姿勢角となるようにアクチュエータにフィードバック補償するフィードバック補償部を有していてもよい。このような構成によると、車体の姿勢角を目標姿勢角に好適に制御することができる。

【0010】

（特徴２） 本明細書に開示する実施例では、制御装置は、第１制御値と第２制御値の和の２階微分値と、アクチュエータへの制御入力との差を、アクチュエータに生じる外乱として補償する外乱補償部を有していてもよい。このような構成によると、アクチュエータに生じる外乱の影響が補償され、車体の姿勢角を好適に制御することができる。

【0011】

（特徴３） 本明細書に開示する実施例では、ローパスフィルタの折れ点周波数が車体の固有振動周波数より低く、かつ、ハイパスフィルタの折れ点周波数が車体の固有振動周波数より低くてもよい。このような構成によると、車体の共振の影響を低減し、車体の姿勢角を好適に制御することができる。

【実施例1】

【0012】

本実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例では、本明細書に開示する技術を車体のロール軸周りのロール角制御に適用した例であり、ロール角制御に関係のない構成については、従来技術と同様としている。このため、以下の説明では、ロール角制御に関連する構成を主に説明し、それ以外の構成については適宜説明を省略する。図１，２に示すように、車両１００は、左右の前輪１２ａ，１２ｂと、１つの後輪１５（従動輪）と、前輪１２ａ，１２ｂ及び後輪１６が取付けられた車体１０を備えている。

【0013】

前輪１２ａ，１２ｂは、車体１０の側面に回転可能に取付けられている。各前輪１２ａ，１２ｂは、インホイールモータ１４ａ，１４ｂにより独立して駆動される。前輪１２ａ，１２ｂを駆動することで、車両１０は走行面Ｒを走行する。後輪１５は、車体１０に取付けられており、車両１００を正面からみたときに車体１０の中央となる位置に配置されている。本実施例では、後輪１５に、全方位車輪又はキャスタ車輪が用いられている。このため、左右の前輪１２ａ，１２ｂの回転駆動量（回転角速度）を制御することで、車両１００はその進行方向を任意の方向に変えることができる。なお、後輪１５を操舵輪とし、後輪１５の操舵角によって車両１００の進行方向を制御するようにしてもよい。

【0014】

車体１０は、ロール軸周りに回転可能となっている。車体１０は、車体１０のロール角速度を検出するジャイロセンサ１６と、車体１０のロール角度を制御するためのアクチュエータ１８と、アクチュエータ１８を制御する制御装置２０（図３に図示）を備えている。

【0015】

ジャイロセンサ１６は、車体１０のロール角速度を検出する。図３に示すように、ジャイロセンサ１６は、制御装置２０に電気的に接続されている。ジャイロセンサ１６から出力されるロール角速度信号は、制御装置２０に入力される。

【0016】

アクチュエータ１８は、車体１０のロール角度を調整するための装置である。アクチュエータ１８は、車体１０に対してロール軸周りのトルクτを付与する。図３に示すように、アクチュエータ１８は、制御装置２０に電気的に接続されている。制御装置２０から出力される制御指令値に基づいてアクチュエータ１８は、ロール軸周りにトルクτを発生する。本実施例では、アクチュエータ１８に、ギア付きサーボモータが用いられている。ギア付きサーボモータは、モータからの出力を減速機構（ギア）により減速して出力することで、大きなトルクτを発生する。アクチュエータ１８の出力軸の回転角は、エンコーダ２２によって検出される。エンコーダ２２で検出されたアクチュエータ１８の出力軸の回転角は、制御装置２０に入力される。

【0017】

制御装置２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータによって構成されている。制御装置２０は、車体１０に設置されている。制御装置２０は、ジャイロセンサ１６とアクチュエータ１８とエンコーダ２２に電気的に接続されている。制御装置２０は、ジャイロセンサ１６から入力されるロール角速度及びエンコーダ２２から入力されるアクチュエータ１８の出力軸の回転角に基づいて、アクチュエータ１４を駆動する。これによって、車体１０のロール軸周りの姿勢角（ロール角）が制御される。以下、制御装置２０について詳細に説明する。

【0018】

まず、車体１０のロール軸周りの運動モデルについて説明し、次いで、その運動モデルに基づいて制御装置２０の制御構成を説明する。図４に示すように、車体１０は、サスペンション１３ａ，１３ｂによって懸架されたアーム１０ａと、アーム１０ａに取付けられた車体上部１０ｂによって表される。本実施例では、前輪１２ａ，１２ｂの剛性は、十分に高いものとして無視し、アーム１０ａが左右のサスペンション１３ａ，１３ｂを介して路面Ｒに支持されているものとする。車体上部１０ｂの姿勢角は、アーム１０ａに取付けられたアクチュエータ１８によって制御可能となっている。ここで、Ｊはアクチュエータ１８の出力軸Ｓ_ｒ周りの車体上部１０ｂの慣性モーメントであり、Ｍは車体上部１０ｂの質量であり、ｌはアクチュエータ１８の出力軸Ｓ_ｒから車体上部１０ｂの重心までの距離であり、θは車体上部１０ｂの姿勢角（重力方向に対する姿勢角）であり、θ_ｎはアームの回転角度であり、τはアクチュエータ１８のトルクを表している。

【0019】

なお、本実施例では、路面Ｒに凹凸が存在し、あるいは、路面Ｒが傾斜している場合は、アクチュエータ１８の出力軸は自由に回転することが可能な構成となっている。したがって、理論的には、路面Ｒの外乱が車体上部１０ｂの姿勢角に影響を与えることはない。しかしながら、アクチュエータ１８は高いギア比の減速機構を有しており、アクチュエータ１８の出力軸には外乱力τ_ｄｉｓ（摩擦力等）が作用している。したがって、車体上部１０ｂの運動方程式は、アクチュエータ１８の出力軸に作用する外乱力τ_ｄｉｓを考慮して、下記の式（１）の通りとなる。

【0020】

【数1】

【0021】

ここで、本実施例では、車両１００が旋回運度を行うとき以外（直進運動等の場合）は、車体上部１０ｂの姿勢角θが０°となるように制御する。すなわち、重力Ｍｇｌｓｉｎθによるトルクが０となる。また、車両１００が旋回運動を行う場合は、車体上部１０ｂに作用する重力によるトルクと、車体上部１０ｂに作用する遠心力によるトルクが釣合うように、車体上部１０ｂの傾斜角θを制御する。このため、旋回運動時においても、Ｍｇｌｓｉｎθは０として取り扱うことができる。したがって、上記の式（１）は、下記の式（２）のように表される。

【0022】

【数2】

【0023】

なお、式（２）をラプラス変換すると、下記の式（３）となる。式（３）から明らかなように、車体上部１０ｂを所望の姿勢角θとするためには、外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を推定し、その推定した推定外乱力τ’_ｄｉｓ（ｓ）を用いて補償する必要がある。すなわち、外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を推定し、その推定された推定外乱力τ’_ｄｉｓ（ｓ）を打ち消すようにアクチュエータ１８を駆動する必要がある。車体上部１０ｂを所望の姿勢角θとするためには、外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を精度良く推定する必要がある。

【0024】

【数3】

【0025】

ここで、外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を推定する方法としては、例えば、外乱オブザーバによる推定方法が考えられる。車体上部１０ｂの姿勢角θ（ｓ）の２回微分値ｓ^２θ（ｓ）と、制御入力τ（ｓ）と、車体上部１０ｂの慣性モーメントＪを用いると、推定外乱力τ’_ｄｉｓ（ｓ）は、次の式（４）で得られる。式（４）において、Ｑ（ｓ）は、定常ゲインが１であり、次数が２以上のローパスフィルタである。

【0026】

【数4】

【0027】

式（４）から明らかなように、推定外乱力τ’_ｄｉｓ（ｓ）は、ローパスフィルタＱ（ｓ）の折れ点周波数以下の周波数に対して良好な推定結果を得ることができる。すなわち、ローパスフィルタＱ（ｓ）は、折れ点周波数以下の周波数に対してゲインが１であり、位相が０ｄｅｇとなるためである。また、式（４）から明らかなように、推定外乱力τ’_ｄｉｓ（ｓ）はアーム１０ａの角度θ_ｎの影響は受けない。したがって、路面Ｒの凹凸や傾斜によってアーム１０ａが回転しても、それによって車体上部１０ｂの姿勢角θが変化することはない。上記のことから、ローパスフィルタＱ（ｓ）の折れ点周波数以下の周波数の外乱τ（ｓ）に対しては、推定外乱力τ’_ｄｉｓ（ｓ）を用いることで、車体上部１０ｂの姿勢を精度よく制御することができる。

【0028】

しかしながら、ローパスフィルタＱ（ｓ）は、（１）車体上部１０ｂの姿勢角θの推定遅れ、（２）車両１００のバネ特性（前輪１２ａ，１２ｂの剛性、サスペンション１３ａ，１３ｂの剛性等）による共振振動、（３）アクチュエータ１８のギアのバックラッシ等によって、その折れ点周波数を十分に高い周波数に設定できない。したがって、ローパスフィルタＱ（ｓ）の折れ点周波数より高い周波数領域において、外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を精度良く推定する必要がある。

【0029】

外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を推定する他の方法としては、アクチュエータ１８の出力軸の角度（θ−θ_ｎ）を、車体上部１０ｂの姿勢角θの代わりに用いることが考えられる。アクチュエータ１８の出力軸の角度はθ（ｓ）−θ_ｎ（ｓ）と表されるため、これを式（４）の右辺に代入すると、次の式（５）により推定外乱力τ’_ｄｉｓａ（ｓ）を推定することができる。

【0030】

【数5】

【0031】

外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）の影響を補償するには、式（５）によって推定される推定外乱力τ’_ｄｉｓａ（ｓ）によって、式（３）の右辺にある外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を相殺する。したがって、外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）と、推定外乱力τ’_ｄｉｓａ（ｓ）の間には、下記の関係が成立する必要がある。

【0032】

【数6】

【0033】

上記の式（６）を、式（３）の関係式に代入すると、下記の式（７）となる。

【0034】

【数7】

【0035】

次に、式（７）に式（４）の関係を代入すると、次の式（８）となる。

【0036】

【数8】

【0037】

ここで、ローパスフィルタＱ（ｓ）のゲインが１で、かつ、位相が０°の領域において、外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）と推定外乱力τ’_ｄｉｓ（ｓ）が等しいとすると、式（８）は、下記の式（９）となる。

【0038】

【数9】

【0039】

式（９）から明らかなように、ローパスフィルタＱ（ｓ）の折れ点周波数より低い周波数領域においては、路面外乱によってアーム１０ａが回転すると、それによって、車体上部１０ｂの姿勢角θも変化することを示している。したがって、アクチュエータ１８の出力軸の角度（θ−θ_ｎ）を用いて外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を推定すると、ローパスフィルタＱ（ｓ）の折れ点周波数より低い周波数領域においては、路面Ｒからの外乱力によって車体上部１０ｂの姿勢角θが所望の姿勢角に制御できないこととなる。

【0040】

なお、アクチュエータ１８の出力軸の角度（θ−θ_ｎ）を用いて外乱力τ_ｄｉｓ（ｓ）を推定したときの制御構成のブロック図を図７に示す。図７から明らかなように、制御対象である車体上部１０ｂには、制御入力τと外乱力τ_ｄｉｓが入力され、アクチュエータ１８の出力軸の回転角（θ−θ_ｎ）がフィードバックされる。フィードバックされた値と制御入力τとの差にはローパスフィルタＱ（ｓ）が与えられ、その値により制御入力τが補償されている。

【0041】

そこで、本実施例の制御装置２０では、設定した周波数ｆ＝２πωより低い周波数では車体上部１０ｂの姿勢角θを用い、設定した周波数ｆ＝２πωより高い周波数ではアクチュエータ１８の出力軸の回転角（θ−θ_ｎ）を用いて、外乱力τ_ｄｉｓを推定することとする。したがって、本実施例の制御装置２０によって推定される推定外乱力τ’_ｄｉｓｂ（ｓ）は、式（４）を変形して、下記の式（１０）で表される。

【0042】

【数10】

【0043】

式（１０）より明らかなように、車体上部１０ｂの姿勢角θ（ｓ）には、ローパスフィルタ（ω／ｓ＋ω）が与えられ、アクチュエータ１８の出力軸の回転角（θ（ｓ）−θ_ｎ（ｓ））にはハイパスフィルタ（ｓ／ｓ＋ω）が与えられ、これらの和を用いて推定外乱力τ’_ｄｉｓｂ（ｓ）が算出されている。上記の式（１０）を、式（６）から式（９）への変形と同様の処理をすると、車体上部１０ｂの姿勢角θ（ｓ）は、次の式（１１）で表される。

【0044】

【数11】

【0045】

式（１１）と式（９）の比較から明らかなように、本実施例の制御装置２０では、設定した周波数ｆ＝２πωより低いθｎの周波数成分と、Ｑ（ｓ）で設定した折れ点周波数以上の路面外乱成分は、車体上部１０ｂの姿勢角θに影響を与えない。図５に本実施例の制御装置２０の外乱力τ_ｄｉｓを補償する構成のブロック図を示す。

【0046】

なお、本実施例では、外乱力τ_ｄｉｓを補償する制御ループの外側に、車体上部１０ｂの姿勢角θをフィードバックする制御ループが設けられる。すなわち、本実施例の制御装置２０は、図６に示す構成を備える。図６中、「ＦＢ」は、フィードバック補償器であり、ＰＩＤ制御やＨ∞制御等を用いて設計することができる。なお、図６に示す構成においては、ローパスフィルタ（ω／ｓ＋ω）とハイパスフィルタ（ｓ／ｓ＋ω）の次数は１次であったが、ローパスフィルタとハイパスフィルタの次数は１次以外の次数としてもよい。

【0047】

次に、上述した制御装置２０の作用について説明する。ここでは、車体上部１０ｂの慣性モーメントＪを１０．０ｋｇｍ^２とし、時刻ｔ＝１．０ｓの時点で５．０Ｎｍのステップ外乱力τ_ｄｉｓが作用し、時刻ｔ＝１０．０ｓ以降において周波数０．０５Ｈｚの路面外乱力が作用するという条件で、車体１０ｂの姿勢角θをシミュレーションした。シミュレーションでは、ローパスフィルタＱ（ｓ）は５．０Ｈｚに折れ点周波数を有する２次のローパスフィルタとし、ωは２π１．０とした。なお、比較例として、図７に示す制御構成（すなわち、アクチュエータ１８の出力軸の回転角（θ−θ_ｎ）のみを用いる場合）についても、同様のシミュレーションを行った。

【0048】

図８にシミュレーション結果を示す。図８の上段は時刻ｔ＝１．０ｓで作用するステップ外乱を示し、中段は時刻ｔ＝１０．０ｓで作用する路面外乱を示し、下段は車体上部１０ｂの姿勢角θを表している。図８から明らかなように、比較例では、時刻ｔ＝１．０ｓのステップ外乱については好適に補償されているが、時刻ｔ＝１０．０ｓ以降の路面外乱の影響を受けて姿勢角θが変動している。一方、本実施例の制御装置２０では、時刻ｔ＝１．０ｓのステップ外乱、及び、時刻ｔ＝１０．０ｓ以降の路面外乱の影響を受けず、姿勢角θが一定の値に制御される。

【0049】

上述した説明から明らかなように、本実施例の車両１００では、車体１０に作用する外乱力τ_ｄｉｓを広帯域で精度良く推定することができ、その推定された外乱力τ’_ｄｉｓを用いてアクチュエータ１８を駆動する。その結果、車体１０の姿勢角θを安定して所望の姿勢角に制御することができる。

【0050】

本実施例の制御技術は、ショートホイールベース及びショートトレッド幅の小型移動体に好適に適用することができる。すなわち、この種の小型移動体では、走行状態に応じて車体の傾斜角度を変化させ、車体の姿勢を安定化することが要求される。本実施例の制御技術を用いると、外乱力の影響を抑制し、車体の姿勢角を所望の角度に安定して制御することができる。これによって、小型移動体の走行安定性を向上することができる。

【0051】

なお、上述した外乱補償の方法は、単なる一例であって、外乱補償の方法は、上述した方法に限られない。したがって、図５の構成を等価変換した構成によって、外乱補償を行ってもよい。

【0052】

最後に、上述した実施例と請求項との対応関係を説明しておく。車体１０のロール軸が請求項でいう「車体の運動軸」の一例であり、ジャイロセンサ１６が「車体の姿勢角を検出又は推定する手段」の一例であり、エンコーダ２２が「アクチュエータの出力軸の回転角を検出する手段」の一例であり、［ω／（ｓ＋ω）］・θ（ｓ）が「第１制御値」の一例であり、［ｓ／（ｓ＋ω）］・（θ（ｓ）−θ_ｎ（ｓ））が「第２制御値」の一例であり、図５に示す構成が「外乱補償部」の一例であり、図６に示すＦＢが「フィードバック補償部」の一例である。

【0053】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。

【0054】

例えば、上述した実施例は、本明細書に開示する技術を車体のロール角制御に適用した例であったが、本明細書に開示する技術は、車体のロール角制御以外にも適用でき、例えば、車体のピッチ角制御に適用することができる。本明細書に開示する技術を車体のピッチ角制御に適用する場合は、車体のピッチ角を制御するためのアクチュエータと、車体のピッチ角を検出するセンサを装備すればよい。このようなアクチュエータとピッチ角センサを備えることで、車体のピッチ角制御に本明細書に開示する技術を適用することができる。

【0055】

また、上述した実施例では、第１制御値（車体の姿勢角θをローパスフィルタで処理した値）と、第２制御値（アクチュエータの出力軸の回転角（θ−θ_ｎ）をハイパスフィルタで処理した値）を用いて外乱力を推定したが、本明細書に開示する技術は、このような例に限られない。例えば、これらの制御値を直接フィードバック制御に用いることで、車体の姿勢角θを制御するようにしてもよい。

【0056】

第１制御値と第２制御値を直接フィードバック制御に用いる場合、例えば、図９に示す構成を採ることができる。図９に示すフィードバック制御系では、車体の姿勢角θと目標姿勢角θ_ｒｅｆの差分（θ−θ_ｒｅｆ）が第１フィードバック補償器ＦＢ_１に入力される。第１フィードバック補償器ＦＢ_１は、車体の姿勢角θと目標姿勢角θ_ｒｅｆの差分（θ_ｒｅｆ−θ）が０となるように出力を算出する。また、（１）第１フィードバック補償器ＦＢ_１からの出力と、（２）第１制御値［ωθ／（ｓ＋ω）］と第２制御値［ｓ（θ―θ_ｎ）／（ｓ＋ω）］の和の微分値（擬似姿勢角速度）と、の差分が、第２フィードバック補償器ＦＢ_２に入力される。第２フィードバック補償器ＦＢ_２は、上記（１）と上記（２）の差分が０となるように、アクチュエータへの制御入力τを算出する。第１フィードバック補償器ＦＢ_１は、車体の姿勢角θに対するフィードバック補償器であり、ＰＩＤ制御理論、位相進み遅れ補償、Ｈ∞補償等によって設計することができる。また、第２フィードバック補償器ＦＢ_２は、車体の擬似姿勢角速度に対するフィードバック補償器であり、ＰＩＤ制御理論、位相進み遅れ補償、Ｈ∞補償等によって設計することができる。例えば、第１フィードバック補償器ＦＢ_１をＰ補償器とし、第２フィードバック補償器ＦＢ_２をＰＩ補償器とすることができる。図９に示す構成を採用することで、アクチュエータの出力軸の回転角（θ−θ_ｎ）を利用しない場合と比較して、第２フィードバック補償器ＦＢ_２のゲインを大きく設定することができ、外乱τ_ｄｉｓを精度よく抑制することができる。なお、図９に示す構成において、擬似姿勢角速度をフィードバックする制御ループの内側に、実施例に係る外乱τ_ｄｉｓを推定するオブザーバがさらに組み込まれていてもよい。

【0057】

さらに、第１制御値と第２制御値を直接フィードバック制御に用いる場合、例えば、図１０に示す構成を採ることができる。図１０に示すフィードバック制御系では、（ａ）目標姿勢角θ_ｒｅｆと、（ｂ）第１制御値［ωθ／（ｓ＋ω）］と第２制御値［ｓ（θ―θ_ｎ）／（ｓ＋ω）］の和（擬似姿勢角）と、の差分が、フィードバック補償器ＦＢに入力される。フィードバック補償器ＦＢは、上記（ａ）と上記（ｂ）の差分が０となるように、アクチュエータへの制御入力τを算出する。フィードバック補償器ＦＢは、車体の擬似姿勢角に対するフィードバック補償器であり、ＰＩＤ制御理論、位相進み遅れ補償、Ｈ∞補償等によって設計することができる。例えば、フィードバック補償器ＦＢはＰＩＤ補償器とすることができる。図１０に示す構成を採用することで、アクチュエータの出力軸の回転角（θ−θ_ｎ）を利用しない場合と比較して、フィードバック補償器ＦＢのゲインを大きく設定することができ、外乱τ_ｄｉｓを精度よく抑制することができる。なお、図１０に示す構成において、擬似姿勢角をフィードバックする制御ループの内側に、実施例に係る外乱オブザーバや、図９に記載の擬似姿勢角速度をフィードバックする制御ループが組み込まれていてもよい。

【0058】

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0059】

１０ 車体
１２ａ，１２ｂ 前輪
１６ ジャイロセンサ
１８ アクチュエータ
２０ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】