特開 2024-141495 移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024141495

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】移動体

(51)【国際特許分類】

   B62J 45/00 20200101AFI20241003BHJP

   B62J 45/415 20200101ALI20241003BHJP

   B62J 45/412 20200101ALI20241003BHJP

   B62K 3/00 20060101ALI20241003BHJP

   B62K 17/00 20060101ALI20241003BHJP

   B62J 45/422 20200101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B62J45/00

B62J45/415

B62J45/412

B62K3/00

B62K17/00

B62J45/422

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053188

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003683

【氏名又は名称】弁理士法人桐朋

(72)【発明者】

【氏名】住岡 忠使

(72)【発明者】

【氏名】秋元 一志

(72)【発明者】

【氏名】辻村 拓弥

(72)【発明者】

【氏名】高柳 翔

(72)【発明者】

【氏名】福島 伽津彦

【テーマコード（参考）】

3D212

【Ｆターム（参考）】

3D212BB24

3D212BB53

3D212BB66

3D212BB72

3D212BB74

3D212BB87

(57)【要約】      （修正有）

【課題】移動体の傾きを抑えるための移動体の設計を柔軟に行う。
【解決手段】車輪２０と車体３０とを有する移動体１０は、前記車体に対して前記車輪を、前記車輪が回転する車軸の軸線方向に沿って平行移動させる移動機構４０と、前記移動機構を駆動して前記車輪を前記軸線方向に沿って平行移動させる駆動装置４２と、慣性センサの検出信号に基づいて前記車体のロール角を取得するデータ取得部と、前記ロール角に基づいて前記車輪の移動量を算出する移動量算出部と、前記駆動装置を制御して、前記移動機構に前記車輪を前記移動量だけ平行移動させる駆動制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪と車体とを有する移動体であって、
前記車体に対して前記車輪を、前記車輪が回転する車軸の軸線方向に沿って平行移動させる移動機構と、
前記移動機構を駆動して前記車輪を前記軸線方向に沿って平行移動させる駆動装置と、
ロール角センサの検出信号に基づいて前記車体のロール角を取得するデータ取得部と、
前記ロール角に基づいて前記車輪の移動量を算出する移動量算出部と、
前記駆動装置を制御して、前記移動機構に前記車輪を前記移動量だけ平行移動させる駆動制御部と、
を備える、移動体。

【請求項2】

請求項１に記載の移動体であって、
前記車輪である後輪と、前記後輪の前に設けられる前輪と、前記前輪を操舵する操舵装置とをさらに備え、
前記データ取得部は、操舵角センサの検出信号に基づいて前記前輪に対する操舵の操舵角を取得し、
前記移動量算出部は、前記ロール角と前記操舵角とに基づいて、前記後輪の前記移動量を算出する、移動体。

【請求項3】

請求項２に記載の移動体であって、
前記データ取得部は、速度センサの検出信号に基づいて、前記移動体の移動方向における前記移動体の速度を取得し、
２質点系を構成し、前記移動体の重心が分解される２つの質点のうち一方の質点の位置が、前記後輪が地面に接する接点の位置であって、且つ、前記２つの質点のうち他方の質点の位置に倒立振子が位置するとした場合において、前記移動量算出部は、前記ロール角に応じた前記他方の質点の前記軸線方向における位置Ｐ１ｙおよび速度Ｖ１ｙを状態変数として前記２質点系の固有振動数ωｎおよび復元力ｕを用いた状態方程式（１）に基づき、前記他方の質点の前記地面からの高さと、前記移動体の質量のうち前記一方の質点に配分される質量と、前記移動体の前記質量のうち前記他方の質点に配分される質量と、前記移動体の諸元データと、前記移動方向における前記移動体の前記速度とに応じて定まる係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、前記駆動装置がフィードバック制御でｋ回目に前記後輪を移動させた時の前記後輪の前記移動量Ｐｒｙ（ｋ）と、ｋ回目の前記フィードバック制御における前記操舵角δｆ（ｋ）と、単位時間あたりの前記操舵角δｆ（ｋ）の変化量である操舵角速度ωｆ（ｋ）と、を用いた式（２）で表される前記復元力ｕを、前記フィードバック制御の第１フィードバックゲインＫＰおよび第２フィードバックゲインＫＶと、前記他方の質点の前記位置Ｐ１ｙおよび前記速度Ｖ１ｙとに基づく式（３）により表される前記フィードバック制御の制御入力として用いることにより得られる式（４）に基づいて、前記フィードバック制御によるｋ回目の前記後輪の前記移動量Ｐｒｙ（ｋ）を決定する、移動体。

【数1】

ｕ＝ＫＰ・Ｐ１ｙ＋ＫＶ・Ｖ１ｙ ・・・（３）

【数2】

【請求項4】

請求項３に記載の移動体であって、
前記他方の質点の前記位置Ｐ１ｙの第１目標値Ｐ１ｙｄと、前記他方の質点の前記速度Ｖ１ｙの第２目標値Ｖ１ｙｄとを取得する目標値取得部をさらに備え、
前記第１目標値Ｐ１ｙｄと前記第２目標値Ｖ１ｙｄとが取得された場合、前記移動量算出部は、前記式（４）に代えて、前記第１目標値Ｐ１ｙｄおよび前記第２目標値Ｖ１ｙｄとを含む式（５）に基づいて、前記フィードバック制御によるｋ回目の前記後輪の前記移動量Ｐｒｙ（ｋ）を決定する、移動体。

【数3】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の開示によると、二輪車が車幅方向に傾いた場合に、車輪側機構が円弧状のガイドレールに沿って移動するように、アクチュエータが車輪側機構を駆動する。これにより、後輪が車幅方向に移動しつつ、ロール方向に傾動する。こうして、二輪車の傾きが抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１７５６３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された移動体においては、車輪を移動する移動機構が、車輪とともに回転可能に設けられる必要があり、移動体の設計に制約が生じるという課題がある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様は、車輪と車体とを有する移動体は、前記車体に対して前記車輪を、前記車輪が回転する車軸の軸線方向に沿って平行移動させる移動機構と、前記移動機構を駆動して前記車輪を前記軸線方向に沿って平行移動させる駆動装置と、ロール角センサの検出信号に基づいて前記車体のロール角を取得するデータ取得部と、前記ロール角に基づいて前記車輪の移動量を算出する移動量算出部と、前記駆動装置を制御して、前記移動機構に前記車輪を前記移動量だけ平行移動させる駆動制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、移動体の傾きを抑えるための移動体の設計を柔軟に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａは、移動体の構成を模式的に示す図である。図１Ｂは、傾けられながら移動する移動体の背面を模式的に示す図である。

【図2】図２は、車輪の平行移動制御に関する構成を例示するブロック図である。

【図3】図３Ａおよび図３Ｂは、移動体を２質点系に置き換えた模式図である。

【図4】図４は、車輪の平行移動制御に係る処理手順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】

【0009】

一実施の形態による移動体について、図面を用いて説明する。本実施の形態の説明では、移動体として二輪車の例を用いるが、これに限定されない。図１Ａは、移動体１０の構成を模式的に示す図である。移動体１０は、車輪２０と、車輪２０が取り付けられる車体３０とを有する。本実施の形態の説明においては、図１Ａに示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸が用いられる。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、右手系の直交座標系を構成する。

【0010】

移動体１０の移動方向はｘ軸方向である。移動体１０は、ｘ軸の正の向きに移動する。ｙ軸は、ｘ軸に垂直である。ｙ軸の正の向きは、移動体１０が移動する向きに向かって左側に延びる向きである。図１Ａにおいて、車輪２０が接する地面は、ｘ軸およびｙ軸で形成されるｘｙ平面に対応する。移動体１０のｚ軸は、ｘｙ平面に垂直であり、重力方向に平行である。

【0011】

ｚ軸の正の向きは、ｘ軸およびｙ軸の交点から参照姿勢時の移動体１０の重心Ｇを通って延びる向きである。すなわち、参照姿勢時の移動体１０の重心Ｇが地面（ｘｙ平面）に射影された点が、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で形成される直交座標系の座標原点に対応する。なお、参照姿勢時において、車輪２０に対する操舵の操舵角、およびｘ軸に平行なロール軸を中心とする車体３０のロール角は、いずれもゼロである。このｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で形成される直交座標系は、移動体１０の移動とともに、地面に対してｘ軸の正の向きへ移動する。

【0012】

車輪２０は、後輪２０ｒおよび前輪２０ｆを含む。前輪２０ｆは、ｘ軸の正の向きに沿って後輪２０ｒよりも前に位置する。

【0013】

車体３０は、フレーム３２と、シート３４と、スイングアーム３６と、ベースプレート３８と、移動機構４０と、駆動装置４２と、ハンドルバー４４と、ヘッドパイプ４６と、フロントフォーク４８と、車軸５０とを有する。車軸５０は、後輪２０ｒの車軸５０ｒと、前輪２０ｆの車軸５０ｆとを含む。フレーム３２には、シート３４と、ベースプレート３８と、ヘッドパイプ４６とが取り付けられる。ベースプレート３８には、移動機構４０と、駆動装置４２と、スイングアーム３６とが取り付けられる。

【0014】

スイングアーム３６は、後輪２０ｒを支持する。スイングアーム３６の長手方向における一方の端部に、後輪２０ｒの車軸５０ｒが取り付けられる。車軸５０ｒは後輪２０ｒを回転可能に支持する。移動体１０が移動する場合、後輪２０ｒは、不図示の駆動部材により駆動され、車軸５０ｒのまわりを回転する。スイングアーム３６の長手方向における他方の端部にベースプレート３８が取り付けられる。

【0015】

移動機構４０は、例えばボールねじである。その場合、ボールねじは、後輪２０ｒに、回転可能に取り付けられる。駆動装置４２は、例えばモータである。後述する平行移動制御により、後輪２０ｒは、車軸５０ｒの軸線方向に沿って、車体３０に対し平行移動する。なお、後輪２０ｒは、その平行移動に伴い、車体３０に対して、移動体１０の移動方向（ｘ軸方向）の正の向きまたは負の向きに移動してもよい。

【0016】

ヘッドパイプ４６と、ハンドルバー４４と、フロントフォーク４８とが、移動体１０の操舵装置を構成する。ヘッドパイプ４６に、ハンドルバー４４と、フロントフォーク４８とが取り付けられる。フロントフォーク４８は、前輪２０ｆを支持する。フロントフォーク４８の長手方向における一方の端部に、前輪２０ｆの車軸５０ｆが取り付けられる。車軸５０ｆは前輪２０ｆを回転可能に支持する。移動体１０が移動する場合、前輪２０ｆは、不図示の駆動部材により駆動され、車軸５０ｆのまわりを回転する。

【0017】

ハンドルバー４４の操作により、前輪２０ｆを操舵することができる。前輪２０ｆに対する操舵が行われた場合、フロントフォーク４８は、前輪２０ｆとともに、ヘッドパイプ４６のまわりを回転する。フロントフォーク４８および前輪２０ｆの回転角度は、前輪２０ｆに対する操舵の操舵角δｆに対応する角度である。

【0018】

図１Ａには、移動体１０および移動体１０に含まれる部品の寸法および位置に関する諸元データが示されている。移動体１０の諸元データは、ホイールベースＬを含む。ホイールベースＬは、前輪２０ｆの車軸５０ｆと後輪２０ｒの車軸５０ｒとの間の距離である。ホイールベースＬは、第１距離Ｌｆと第２距離Ｌｒとの和である。第１距離Ｌｆは、前輪２０ｆの車軸５０ｆから第１直線ＱＡまでの距離である。第１直線ＱＡは、移動体１０の重心Ｇを通る重力方向に平行な直線である。図１Ａに示す例において、第１直線ＱＡはｚ軸に一致する。第２距離Ｌｒは、後輪２０ｒの車軸５０ｒから第１直線ＱＡまでの距離である。

【0019】

諸元データは、キャスター角θｃｆを含む。キャスター角θｃｆは、フロントフォーク４８の中心軸線ＱＢに対して、第２直線ＱＣにより形成される角である。フロントフォーク４８の中心軸線ＱＢは、フロントフォーク４８の長手方向に平行な直線である。第２直線ＱＣは、前輪２０ｆの中心を通る直線であり、且つｚ軸に平行である。すなわち、第２直線ＱＣは地面に垂直である。第２直線ＱＣは、前輪２０ｆが地面に接する接地点を通る。

【0020】

諸元データは、フォークオフセットＬｏｆを含む。フォークオフセットＬｏｆは、フロントフォーク４８の中心軸線ＱＢと、操舵軸線ＱＤとの間の距離である。上述したように、操舵装置により前輪２０ｆに対する操舵が行われた場合、フロントフォーク４８は、前輪２０ｆとともに、ヘッドパイプ４６のまわりを回転する。操舵軸線ＱＤは、フロントフォーク４８の回転軸線である。すなわち、フロントフォーク４８は、操舵軸線ＱＤを中心に回転する。

【0021】

諸元データは、前輪２０ｆの半径Ｒｆと、前輪２０ｆのタイヤ部断面の半径ＲＳｆとを含む。前輪２０ｆのタイヤ部断面は、前輪２０ｆの中心を通って、ｙ軸およびｚ軸のいずれにも平行な平面による断面として得られる。半径ＲＳｆは、前輪２０ｆのタイヤ部断面に内接する円の半径である。

【0022】

諸元データは、後輪２０ｒの半径Ｒｒと、後輪２０ｒのタイヤ部断面の半径ＲＳｒとを含む。後輪２０ｒのタイヤ部断面は、後輪２０ｒの中心を通って、ｙ軸およびｚ軸のいずれにも平行な平面による断面として得られる。半径ＲＳｒは、後輪２０ｒのタイヤ部断面に内接する円の半径である。

【0023】

諸元データは、移動体１０の質量ｍと、移動体１０の重心Ｇの位置データを含む。移動体１０の重心Ｇの位置データは、ｘ座標値、ｙ座標値およびｚ座標値で表される。移動体１０が傾くことなく正立している場合、重心Ｇのｘ座標値およびｙ座標値はいずれもゼロである。重心Ｇのｚ座標値は、重心Ｇの地面からの高さｈに等しい。すなわち、諸元データは、移動体１０の重心Ｇの高さｈを含む。また、諸元データは、移動体１０の重心Ｇの位置における慣性モーメントＩｘを含む。

【0024】

図１Ｂは、傾けられながら移動する移動体１０の背面を模式的に示す図である。移動体１０は、カーブを曲がる場合等において、ｙ軸に向かって傾けられながら移動する。この移動体１０の傾きは、車体３０のロール角φｂに対応する。図１Ｂにおいて、ロール角φｂは、参照姿勢時の移動体１０の中心軸線ＱＧに対して、傾けられた移動体１０の中心軸線ＱＨにより形成される角として表されている。ロール角φｂの角度は、ｘ軸に平行なロール軸のまわりに車体３０が回転する角度である。

【0025】

ロール角φｂの角度が大き過ぎる場合、移動体１０の姿勢が不安定になるリスクが発生する。本実施の形態では、移動体１０の姿勢安定化のため、ロール角φｂに基づき、車輪２０が、車軸５０の軸線が延びる軸線方向に沿って車体３０に対し平行移動する。前輪２０ｆが移動するよりも後輪２０ｒが移動する方が、乗員が感じる違和感を、より低減することができる。

【0026】

そのため、本実施の形態では、後輪２０ｒが、車軸５０ｒの軸線ＱＩが延びる軸線方向ＤＭに沿って車体３０に対し平行移動する。駆動装置４２が移動機構４０を駆動することにより、後輪２０ｒは移動量Ｐｒｙだけ平行移動する。これにより、移動体１０に対する復元力が発生し、ロール角φｂが小さくなり、移動体１０の傾きが抑えられる。したがって、移動体１０が安定化する。また、後輪２０ｒを回転移動させる必要が無いため、移動機構４０を車体３０に設けることができる。したがって、移動体１０の設計を柔軟に行うことができる。

【0027】

なお、移動機構４０は、後輪２０ｒを、スイングアーム３６とともに平行移動させてもよい。移動機構４０がボールねじである場合、ボールねじは、スイングアーム３６に、回転可能に取り付けられる。

【0028】

図２は、車輪２０の平行移動制御に関する構成を例示するブロック図である。移動体１０の車体３０は、車輪速センサ６０と、慣性センサ６２と、操舵角センサ６４と、制御装置７０とを、さらに有する。車輪速センサ６０は、前輪２０ｆおよび後輪２０ｒの少なくとも一方の車輪速を検出し、検出信号を制御装置７０へ出力する。慣性センサ６２は、車体３０の３軸方向における加速度および角速度を検出し、検出信号を制御装置７０へ出力する。操舵角センサ６４は、上述した操舵角δｆを検出し、検出信号を制御装置７０へ出力する。

【0029】

制御装置７０は、演算部７２と、記憶部７４とを有する。演算部７２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサを含む。すなわち、演算部７２は、処理回路（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）を含む。

【0030】

記憶部７４は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性メモリと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリ等の不揮発性メモリとを含む。揮発性メモリは、プロセッサのワーキングメモリとして用いられる。不揮発性メモリは、プロセッサが実行するプログラムと、その他必要なデータとを記憶する。その他必要なデータとして、例えば上述した移動体１０の諸元データが、予め不揮発性メモリに記憶される。

【0031】

演算部７２は、データ取得部８０と、移動量算出部８２と、駆動制御部８４とを有する。演算部７２が記憶部７４に保存されたプログラムを実行することにより、データ取得部８０と、移動量算出部８２と、駆動制御部８４とが実現される。データ取得部８０と、移動量算出部８２と、駆動制御部８４とのうちの少なくとも一部は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の集積回路、或いはディスクリートデバイスを含む電子回路によって実現されてもよい。

【0032】

データ取得部８０には、車輪速センサ６０からの検出信号が入力する。データ取得部８０は、車輪速センサ６０の検出信号に基づいて、移動体１０の移動方向であるｘ軸方向における移動体１０の速度Ｖｏｘを取得する。すなわち、車輪速センサ６０は、速度センサとして用いられる。

【0033】

データ取得部８０には、慣性センサ６２からの検出信号が入力する。データ取得部８０は、慣性センサ６２の検出信号に基づいて、車体３０のロール角φｂを取得する。すなわち、慣性センサ６２は、ロール角センサとして用いられる。

【0034】

データ取得部８０には、操舵角センサ６４からの検出信号が入力する。データ取得部８０は、操舵角センサ６４の検出信号に基づいて、操舵角δｆを取得する。

【0035】

移動量算出部８２は、移動体１０の諸元データ、速度Ｖｏｘ、ロール角φｂ、操舵角δｆ等に基づいて、軸線方向ＤＭに沿って平行移動する後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙを算出する。後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙの算出例については後述する。

【0036】

駆動制御部８４は、駆動装置４２を制御して、移動機構４０に後輪２０ｒを移動量Ｐｒｙだけ平行移動させる。移動機構４０は、後輪２０ｒ（車輪２０）を、車軸５０ｒの軸線方向ＤＭに沿って平行移動させる。

【0037】

図３Ａおよび図３Ｂは、移動体１０を２質点系に置き換えた模式図である。移動体１０を２質点系に置き換えることにより、後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙを算出することができる。前輪２０ｆが操舵された場合に、２質点系における重力加速度ｇによる角運動量の変化が無視された力学モデルについて、図３Ａを用いて以下に説明する。

【0038】

図３Ａに示すように、移動体１０の重心Ｇは、２質点系を構成する２つの質点Ｍ１、Ｍ２に分解される。２つの質点Ｍ１、Ｍ２のうちの一方の質点Ｍ２の位置は、後輪２０ｒが地面に接する接点の位置である。この２質点系において、２つの質点Ｍ１、Ｍ２のうちの他方の質点Ｍ１の位置に倒立振子が位置する。上述したように、重力加速度ｇによる角運動量の変化が無視されるため、質点Ｍ１、Ｍ２および重心Ｇが、いずれもｚ軸上に位置する場合、この倒立振子は安定する。その場合における前輪２０ｆおよび後輪２０ｒのロール角は、いずれも初期値０である。

【0039】

この力学モデルにおいて、前輪２０ｆに対する操舵により前輪２０ｆおよび後輪２０ｒのロール角が変化した場合、図３Ａに示すように、重心Ｇは、この倒立振子が安定する場合の位置Ｇｍから、質点Ｍ１を中心にロール角φｂ０だけ回転した位置Ｇｎに変化する。質点Ｍ２は、この倒立振子が安定する場合の位置Ｍ２ｍから、ｙ軸方向に移動量Ｐ２ｙだけ移動した位置Ｍ２ｎに変化する。

【0040】

この２質点系において、移動体１０の質量ｍは、質点Ｍ１の質量ｍ１と、質点Ｍ２の質量ｍ２とに配分される。質点Ｍ１は、地面からの高さｈ′の位置にある。物理法則に基づき、移動体１０の質量ｍと、質点Ｍ１の質量ｍ１と、質点Ｍ２の質量ｍ２と、重心Ｇの高さｈと、質点Ｍ１の高さｈ′と、重心Ｇの位置における慣性モーメントＩｘとに関する式（１）、式（２）、式（３）が成り立つ。式（１）、式（２）、式（３）を用いて、質点Ｍ１の高さｈ′と、質点Ｍ１の質量ｍ１と、質点Ｍ２の質量ｍ２とを算出することができる。
ｍ＝ｍ１＋ｍ２ ・・・（１）
ｍ１（ｈ′－ｈ）＝ｍ２・ｈ ・・・（２）
ｍ１（ｈ′－ｈ）^２＋ｍ２・ｈ^２＝Ｉｘ ・・・（３）

【0041】

さらに、上述した移動体１０の諸元データを用いた幾何学的計算により、式（４）、式（５）が導かれる。式（４）、式（５）を用いて、図３Ａに示すロール角φｂ０と移動量Ｐ２ｙとを、図１Ａに示す操舵角δｆと、図１Ｂに示す後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙとの関数として表すことができる。

【数1】

【0042】

前輪２０ｆが操舵された場合に、２質点系における重力加速度ｇによる角運動量の変化が考慮された力学モデルについて、図３Ｂを用いて以下に説明する。図３Ｂに示す２質点系において、質点Ｍ１に位置する倒立振子がｚ軸上にある場合、倒立振子は安定する。しかし、質点Ｍ１は、ｚ軸からロール角φ′だけ回転した位置にある。

【0043】

質点Ｍ１は、倒立振子が安定する位置から、上述した軸線方向ＤＭに沿って位置Ｐ１ｙへ移動した位置にある。なお、ロール角φ′が微小の場合、質点Ｍ１の軸線方向ＤＭの移動量は、ｙ軸方向の移動量と略一致するとみなせる。すなわち、質点Ｍ１は、倒立振子が安定する位置から、ｙ軸方向に沿って位置Ｐ１ｙへ移動した位置にある。このとき、質点Ｍ２は、ｚ軸からロール角φｂだけ回転した位置にある。

【0044】

質点Ｍ１におけるロール角φ′は、質点Ｍ２におけるロール角φｂと、図３Ａに示すロール角φｂ０とを用いた式（６）により得られる。また、質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙは、質点Ｍ１の高さｈ′と、質点Ｍ１におけるロール角φ′とを用いた式（７）により得られる。なお、質点Ｍ２におけるロール角φｂは、慣性センサ６２の検出信号に基づいて取得される車体３０のロール角φｂである。すなわち、式（６）および式（７）によると、質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙは、車体３０のロール角φｂに基づいて算出され得る。
φ′＝φｂ－φｂ０ ・・・（６）
Ｐ１ｙ＝－ｈ′・φ′ ・・・（７）

【0045】

図３Ｂに示す質点Ｍ１に作用する慣性モーメントｍ１・ｈ′^２・φ′^（２）は、式（８）の右辺に配置された第１項から第５項までの５つの項により表される。なお、角加速度φ′^（２）は、ロール角φ′が時刻ｔで２階微分されて得られる。
ｍ１・ｈ′^２・φ′^（２）＝ｍ１・ｇ・ｈ′・φ′
－ｍ２・ｇ・Ｐ２ｙ
－ｍ・ｇ・ＲＳｅｑ・φ′
＋ｍ・ｇ・Ｐｒｐｔｏｙ
＋ｍ１・ｈ′（Ｖ^（１）ｏｙ＋Ｖｏｘ・ωｚ） ・・・（８）

【0046】

式（８）の右辺の第１項ｍ１・ｇ・ｈ′・φ′は、質点Ｍ１に作用する重力のモーメントである。式（８）の右辺の第２項－ｍ２・ｇ・Ｐ２ｙは、質点Ｍ２に作用する重力のモーメントである。式（８）の右辺の第３項－ｍ・ｇ・ＲＳｅｑ・φ′は、車体３０がロール角φ′だけ傾けられたことにより生じる地面からの反力のモーメントである。車輪２０のタイヤ部断面の半径相当値ＲＳｅｑについては、後述する。式（８）の右辺の第４項ｍ・ｇ・Ｐｒｐｔｏｙは、操舵により生じる地面からの反力のモーメントである。操舵による移動量Ｐｒｐｔｏｙについては、後述する。

【0047】

式（８）の右辺の第５項ｍ１・ｈ′（Ｖ^（１）ｏｙ＋Ｖｏｘ・ωｚ）は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で形成される直交座標系が移動体１０の移動に伴って移動することによる質点Ｍ１の慣性力である。移動体１０の移動方向（ｘ軸方向）における移動体１０の速度Ｖｏｘは、上述したように、車輪速センサ６０の検出信号に基づいて取得される。軸線方向ＤＭにおける移動体１０の加速度Ｖ^（１）ｏｙと、車体３０のヨーレートωｚとについては、後述する。

【0048】

なお、加速度Ｖ^（１）ｏｙは、軸線方向ＤＭにおける移動体１０の速度Ｖｏｙが時刻ｔで１階微分されて得られる。速度Ｖｏｙは、移動体１０の諸元データと、ｘ軸方向における移動体１０の速度Ｖｏｘと、操舵角δｆとに基づいて、式（９）により表される。

【数2】

【0049】

上述したように、式（８）の右辺の第３項には、車輪２０のタイヤ部断面の半径相当値ＲＳｅｑが含まれる。これは、前輪２０ｆのタイヤ部断面の半径ＲＳｆと、後輪２０ｒのタイヤ部断面の半径ＲＳｒとに基づいて、式（１０）により得られる。
ＲＳｅｑ＝（Ｌｒ／Ｌ）・ＲＳｆ＋｛（Ｌｆ／Ｌ）・ＲＳｒ｝ ・・・（１０）

【0050】

上述したように、式（８）の右辺の第４項には、操舵による移動量Ｐｒｐｔｏｙが含まれる。移動量Ｐｒｐｔｏｙは、移動体１０が、前輪２０ｆに対する操舵とともに傾けられたことにより、後輪２０ｒが車軸５０ｒの軸線方向ＤＭに移動した移動量を示す。操舵による移動量Ｐｒｐｔｏｙは、式（１０）により得られる半径相当値ＲＳｅｑを用いた式（１１）で表される。

【数3】

【0051】

式（１１）から明らかであるように、操舵による移動量Ｐｒｐｔｏｙは、図１Ａに示す操舵角δｆと、図３Ａに示すロール角φｂ０との関数として表すことができる。ロール角φｂ０は、式（４）により、操舵角δｆと、後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙとの関数として表される。したがって、操舵による移動量Ｐｒｐｔｏｙもまた、操舵角δｆと、後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙとの関数として表される。

【0052】

上述したように、式（８）の右辺の第５項には、軸線方向ＤＭにおける移動体１０の加速度Ｖ^（１）ｏｙ＝Ａｏｙが含まれる。加速度Ａｏｙは、式（９）に示される軸線方向ＤＭにおける移動体１０の速度Ｖｏｙが時刻ｔで微分されて得られる。ｘ軸方向における移動体１０の速度Ｖｏｘが準定常状態にある場合、加速度Ａｏｙは、諸元データと、速度Ｖｏｘと、操舵角δｆが時刻ｔで微分されて得られる微分値δｆ^（１）とに基づいて、式（１２）により表される。すなわち、加速度Ａｏｙは、操舵角δｆの微分値δｆ^（１）の関数として表される。

【数4】

【0053】

上述したように、式（８）の右辺の第５項には、ヨーレートωｚが含まれる。ヨーレートωｚは、ｚ軸に平行なヨー軸のまわりに車体３０が回転する角度の角速度である。ヨーレートωｚは、移動体１０の諸元データと、ｘ軸方向における移動体１０の速度Ｖｏｘと、操舵角δｆとに基づいて、式（１３）により表される。すなわち、ヨーレートωｚは、操舵角δｆの関数として表される。

【数5】

【0054】

式（７）および式（８）に基づき、図３Ｂに示すロール角φ′を消去することができる。その結果、軸線方向ＤＭにおける質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙおよび速度Ｖ１ｙを状態変数として、２質点系の固有振動数ωｎおよび復元力ｕを用いた状態方程式（１４）が得られる。なお、固有振動数ωｎおよび復元力ｕは、式（１５）および式（１６）によりそれぞれ表される。復元力ｕにより、質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙがゼロになると、質点Ｍ１に位置する倒立振子が安定する。その場合、移動体１０の姿勢安定化が達成される。

【数6】

【0055】

式（１１）に示すように、操舵による移動量Ｐｒｐｔｏｙは、操舵角δｆと、ロール角φｂ０との関数である。式（４）に示すように、図３Ａに示すロール角φｂ０は、操舵角δｆと、後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙとの関数である。式（５）に示すように、図３Ａに示す後輪２０ｒの移動量Ｐ２ｙもまた、操舵角δｆと、後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙとの関数である。式（１２）に示すように、軸線方向ＤＭにおける移動体１０の加速度Ａｏｙは、操舵角δｆの微分値δｆ^（１）の関数である。式（１３）に示すように、軸線方向ＤＭにおける移動体１０のヨーレートωｚは、操舵角δｆの関数である。

【0056】

したがって、状態方程式（１４）に含まれ、式（１６）で表される復元力ｕは、式（１７）に示すように、操舵角δｆの微分値δｆ^（１）と、操舵角δｆと、後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙとの関数として表される。式（１７）に用いられた係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、移動体１０の諸元データと、質点Ｍ１の高さｈ′と、質点Ｍ１の質量ｍ１と、質点Ｍ２の質量ｍ２と、ｘ軸方向における移動体１０の速度Ｖｏｘとに応じて定まる。操舵角δｆが時刻ｔで微分されて得られる微分値δｆ^（１）は、単位時間あたりの操舵角δｆの変化量である操舵角速度ωｆである。

【数7】

【0057】

質点Ｍ１に位置する倒立振子を安定化させるフィードバック制御が、倒立振子が安定するまで制御周期Δｔで周期的に行われることを想定する。すなわち、駆動装置４２が制御周期Δｔのフィードバック制御で後輪２０ｒを周期的に平行移動させる。後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙ（ｋ）は、駆動装置４２がフィードバック制御でｋ回目に後輪２０ｒを移動させた時の後輪２０ｒの移動量である。

【0058】

したがって、式（１７）は式（１８）に書き換えられる。さらに、移項により、式（１８）は式（１９）に書き換えられる。

【数8】

【0059】

式（１８）で表される復元力ｕを、式（２０）で表されるフィードバック制御の制御入力として用いると、式（１９）は、式（２１）に書き換えられる。式（２０）に示すように、フィードバック制御の制御入力としての復元力ｕは、フィードバック制御の第１フィードバックゲインＫＰおよび第２フィードバックゲインＫＶと、質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙおよび速度Ｖ１ｙとに基づいて表される。第１フィードバックゲインＫＰおよび第２フィードバックゲインＫＶは、実験により適切に設定される。式（２１）に基づいて、フィードバック制御によるｋ回目の後輪２０ｒの移動量Ｐｒｙ（ｋ）が決定される。
ｕ＝ＫＰ・Ｐ１ｙ＋ＫＶ・Ｖ１ｙ ・・・（２０）

【数9】

【0060】

こうしたフィードバック制御により、後輪２０ｒが、軸線方向ＤＭに沿って車体３０に対し、移動量Ｐｒｙ（ｋ）ずつ平行移動する。これにより、移動体１０に対する復元力ｕが発生し、ロール角φｂが小さくなっていくため、移動体１０が安定化する。

【0061】

図４は、車輪２０の平行移動制御に係る処理手順を示すフローチャートである。本処理手順は、例えば制御装置７０が有する演算部７２により行われる。本処理手順が開始されると、ステップＳ１で、データ取得部８０は、車輪速センサ６０の検出信号に基づいて、ｘ軸方向における移動体１０の速度Ｖｏｘを取得する。ステップＳ２で、データ取得部８０は、慣性センサ６２の検出信号に基づいて、車体３０のロール角φｂを取得する。

【0062】

ステップＳ３で、データ取得部８０は、操舵角センサ６４の検出信号に基づいて、操舵角δｆを取得する。ステップＳ４で、移動量算出部８２は、制御装置７０の記憶部７４から、移動体１０の諸元データを取得する。ステップＳ５で、移動量算出部８２は、移動体１０の速度Ｖｏｘと、車体３０のロール角φｂと、操舵角δｆと、移動体１０の諸元データとに基づいて、車輪２０（後輪２０ｒ）を平行移動させる時の移動量Ｐｒｙを算出する。

【0063】

ステップＳ６で、駆動制御部８４は、駆動装置４２を制御する。駆動装置４２は、移動機構４０を駆動する。移動機構４０は、車体３０に対して車輪２０を、軸線方向ＤＭに沿って移動量Ｐｒｙだけ平行移動させる。ステップＳ６の処理が完了すると、本処理手順は終了する。

【0064】

［変形例］
上記実施の形態は、以下のように変形されてもよい。

【0065】

（変形例１）
フィードバック制御の制御入力としての復元力ｕには、式（２０）に代えて式（２２）が用いられてもよい。式（２２）には、式（２０）と同様に、第１フィードバックゲインＫＰおよび第２フィードバックゲインＫＶと、質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙおよび速度Ｖ１ｙとが含まれている。式（２２）には、さらに、質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙおよび速度Ｖ１ｙの目標状態量としての、第１目標値Ｐ１ｙｄおよび第２目標値Ｖ１ｙｄが含まれている。質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙの第１目標値Ｐ１ｙｄ、および質点Ｍ１の速度Ｖ１ｙの第２目標値Ｖ１ｙｄは、それぞれ予め設定される。

【0066】

予め設定された第１目標値Ｐ１ｙｄおよび第２目標値Ｖ１ｙｄがデータ取得部８０により取得された場合、式（２１）に代えて、第１目標値Ｐ１ｙｄおよび第２目標値Ｖ１ｙｄを含む式（２３）が用いられる。質点Ｍ１の位置Ｐ１ｙおよび速度Ｖ１が、それぞれ第１目標値Ｐ１ｙｄおよび第２目標値Ｖ１ｙｄに達するまで、フィードバック制御が行われる。
ｕ＝ＫＰ・（Ｐ１ｙ－Ｐ１ｙｄ）＋ＫＶ・（Ｖ１ｙ－Ｖ１ｙｄ） ・・・（２２）

【数10】

【0067】

第１目標値Ｐ１ｙｄおよび第２目標値Ｖ１ｙｄは、移動体１０のユーザにとって違和感が抑えられ得る値として予め設定される。そのため、ユーザは移動体１０で快適に移動できる。

【0068】

（変形例２）
上述の実施の形態において、移動体１０として二輪車の例が用いられた。しかし、傾けられながら移動する移動体１０であればよいため、移動体１０は二輪車に限られない。例えば移動体１０は、三輪車であってもよい。また、移動体１０は、一輪車であってもよい。なお、一輪車においては操舵が行われない場合があり得る。その場合は、操舵角δｆの値にゼロが代入されればよい。

【0069】

［実施の形態から得られる発明］
上記実施の形態から把握しうる発明について、以下の付記を開示する。

【0070】

（付記１）車輪（２０）と車体（３０）とを有する移動体（１０）は、前記車体に対して前記車輪を、前記車輪が回転する車軸（５０）の軸線方向（ＤＭ）に沿って平行移動させる移動機構（４０）と、前記移動機構を駆動して前記車輪を前記軸線方向に沿って平行移動させる駆動装置（４２）と、ロール角センサ（６２）の検出信号に基づいて前記車体のロール角（φｂ）を取得するデータ取得部（８０）と、前記ロール角に基づいて前記車輪の移動量（Ｐｒｙ）を算出する移動量算出部（８２）と、前記駆動装置を制御して、前記移動機構に前記車輪を前記移動量だけ平行移動させる駆動制御部（８４）と、を備える。これにより、移動体の傾きを抑えるための移動体の設計を柔軟に行うことができる。

【0071】

（付記２）付記１に記載の移動体であって、前記車輪である後輪（２０ｒ）と、前記後輪の前に設けられる前輪（２０ｆ）と、前記前輪を操舵する操舵装置（４４、４６、４８）とをさらに備え、前記データ取得部は、操舵角センサ（６４）の検出信号に基づいて前記前輪に対する操舵の操舵角（δｆ）を取得し、前記移動量算出部は、前記ロール角と前記操舵角とに基づいて、前記後輪の前記移動量を算出してもよい。これにより、操舵を考慮して移動量をより正確に算出することができる。

【0072】

（付記３）付記２に記載の移動体であって、前記データ取得部は、速度センサ（６０）の検出信号に基づいて、前記移動体の移動方向（ｘ）における前記移動体の速度（Ｖｏｘ）を取得し、２質点系を構成し、前記移動体の重心（Ｇ）が分解される２つの質点のうち一方の質点（Ｍ２）の位置が、前記後輪が地面に接する接点の位置であって、且つ、前記２つの質点のうち他方の質点（Ｍ１）の位置に倒立振子が位置するとした場合において、前記移動量算出部は、前記ロール角に応じた前記他方の質点の前記軸線方向における位置Ｐ１ｙおよび速度Ｖ１ｙを状態変数として前記２質点系の固有振動数ωｎおよび復元力ｕを用いた状態方程式（１４）に基づき、前記他方の質点の前記地面からの高さ（ｈ′）と、前記移動体の質量のうち前記一方の質点に配分される質量（ｍ２）と、前記移動体の前記質量のうち前記他方の質点に配分される質量（ｍ１）と、前記移動体の諸元データと、前記移動方向における前記移動体の前記速度とに応じて定まる係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、前記駆動装置がフィードバック制御でｋ回目に前記後輪を移動させた時の前記後輪の前記移動量Ｐｒｙ（ｋ）と、ｋ回目の前記フィードバック制御における前記操舵角δｆ（ｋ）と、単位時間あたりの前記操舵角δｆ（ｋ）の変化量である操舵角速度ωｆ（ｋ）と、を用いた式（１８）で表される前記復元力ｕを、前記フィードバック制御の第１フィードバックゲインＫＰおよび第２フィードバックゲインＫＶと、前記他方の質点の前記位置Ｐ１ｙおよび前記速度Ｖ１ｙとに基づく式（２０）により表される前記フィードバック制御の制御入力として用いることにより得られる式（２１）に基づいて、前記フィードバック制御によるｋ回目の前記後輪の前記移動量Ｐｒｙ（ｋ）を決定してもよい。これにより、移動体が安定化する。

【0073】

（付記４）付記３に記載の移動体であって、前記他方の質点の前記位置Ｐ１ｙの第１目標値Ｐ１ｙｄと、前記他方の質点の前記速度Ｖ１ｙの第２目標値Ｖ１ｙｄとを取得する目標値取得部をさらに備え、前記第１目標値Ｐ１ｙｄと前記第２目標値Ｖ１ｙｄとが取得された場合、前記移動量算出部は、前記式（２１）に代えて、前記第１目標値Ｐ１ｙｄおよび前記第２目標値Ｖ１ｙｄとを含む式（２３）に基づいて、前記フィードバック制御によるｋ回目の前記後輪の前記移動量Ｐｒｙ（ｋ）を決定してもよい。これにより、ユーザは移動体で快適に移動できる。

【0074】

なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

【符号の説明】

【0075】

１０…移動体 ２０…車輪
３０…車体 ３２…フレーム
３４…シート ３６…スイングアーム
３８…ベースプレート ４０…移動機構
４２…駆動装置 ４４…ハンドルバー
４６…ヘッドパイプ ４８…フロントフォーク
５０…車軸 ６０…車輪速センサ（速度センサ）
６２…慣性センサ（ロール角センサ） ６４…操舵角センサ
７０…制御装置 ７２…演算部
７４…記憶部 ８０…データ取得部
８２…移動量算出部 ８４…駆動制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】