JP2013144471A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】スムーズに車体を旋回方向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、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】操舵指令情報を入力する操舵装置４１ａと、操舵部１１又は駆動部２０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１２Ｆの操舵角を変化させる操舵用アクチュエータ装置６５と、左右一対の駆動輪を駆動する駆動用アクチュエータ装置と、車体に作用する横加速度を検出するセンサ４４とを有し、操舵指令情報が入力されると旋回方向と反対方向のヨーモーメントが発生するように差動トルクを発生させ、センサが旋回方向に向いた横加速度を検出すると、差動トルクを解除し、操舵輪の操舵角を旋回方向に変化させる。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。）。

特開２００８−１５５６７１号公報

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。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、操舵指令情報が入力されると旋回外側の駆動輪に制動トルクを発生させ、旋回方向に向いた横加速度を検出すると前記制動トルクを解除して車体を旋回方向に傾斜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。

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駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた左右一対の車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、操舵指令情報を入力する操舵装置と、前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、前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、前記左右一対の駆動輪を駆動する駆動用アクチュエータ装置と、前記車体に作用する横加速度を検出するセンサと、前記傾斜用アクチュエータ装置、操舵用アクチュエータ装置及び駆動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、前記操舵指令情報が入力されると旋回方向と反対方向のヨーモーメントが発生するように左右の駆動輪に差動トルクを発生させ、前記センサが旋回方向に向いた横加速度を検出すると、前記差動トルクを解除し、前記操舵輪の操舵角を旋回方向に変化させる。

請求項１及び２の構成によれば、操舵角の変化及び旋回方向への車体の傾斜に先行して、旋回方向に向いた横加速度を発生させて、旋回方向に車体を傾斜させることができるので、スムーズに車体を旋回方向に傾斜させることができ、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。

請求項３の構成によれば、旋回方向に向いた横加速度が所定値となると、通常の旋回走行を開始するので、車体の安定性を維持することができる。

請求項４の構成によれば、旋回方向と反対側の駆動輪に制動トルクを発生させることによって差動トルクが発生するので、車体の安定性を維持することができる。

請求項５の構成によれば、旋回方向のヨーモーメントが発生するので、旋回性が向上する。

本発明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。 本発明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。 本発明の実施の形態における車両の構成を示す背面図である。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明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。 本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を説明する図である。 本発明の実施の形態における操舵初期の制御系を説明するブロック図である。 本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第１のフローチャートである。 本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第２のフローチャートである。 本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第３のフローチャートである。 本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第４のフローチャートである。

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。

図１は本発明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。

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。

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。

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。

そして、駆動モータ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、駆動用アクチュエータ装置として機能し、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｌ_H である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、操舵制御装置及び駆動制御装置を備える。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。さらに、前記駆動制御装置は、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、車速センサ５４、並びに、駆動モータとしての左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒに接続されている。そして、前記駆動制御装置は、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒを作動させるためのトルク指令値を出力する。なお、前記傾斜制御装置と操舵制御装置と駆動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、操舵制御装置及び駆動制御装置は、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。

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。

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。

さらに、本実施の形態においては、操舵指令情報が入力されると旋回方向と反対方向のヨーモーメントが発生するように左右の駆動輪に差動トルクを発生させ、旋回方向に向いた横加速度を検出すると差動トルクを解除して車体を旋回方向に傾斜させる。

なお、旋回方向と反対方向のヨーモーメントが発生するように左右の駆動輪に差動トルクを発生させる方法としては、（１）旋回方向と反対側の駆動輪に制動トルクを発生させる方法、（２）旋回方向側の駆動輪に駆動トルクを発生させる方法、及び、（３）旋回方向と反対側の駆動輪に制動トルクを発生させるとともに、旋回方向側の駆動輪に駆動トルクを発生させる方法、の３つの方法があり、前記（１）〜（３）の方法のいずれを採用することもできるが、本実施の形態においては、説明の都合上、前記（１）の方法についてのみ説明する。

この場合、具体的には、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としてのハンドル角を変化させると、回転駆動装置５１Ｌ又は５１Ｒによって旋回外側に該当する車輪１２Ｌ又は１２Ｒに制動トルクを発生させる。すると、旋回方向に向いた横加速度が発生する。そして、該横加速度が第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂによって検出されると、制動トルクを解除し、ハンドル角の変化に対応してリンクモータ２５を作動させ、車体の傾斜を制御するとともに、操舵輪である車輪１２Ｆの操舵角を変化させる。

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、操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角が変化し始める前に、旋回方向に向いた横加速度を発生させてから、操舵方向（ハンドルを切った方向）に向けて車体を傾斜させることができる。そのため、スムーズに車体を旋回方向に傾斜させることができる。つまり、操舵初期において操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角の変化及び車体の傾斜に先行して、旋回方向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に傾斜させることができる。

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と反対方向に車体を傾斜させる力として作用するので、旋回方向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。

これに対して、本実施の形態においては、前述のように、操舵初期において操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角が変化し始める前に、旋回方向に向いた横加速度を発生させてから旋回方向に向けて車体が傾斜し始めるので、スムーズに車体を旋回方向に傾斜させることができ、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。

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。

図４は本発明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。

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。そして、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。

さらに、７１は駆動制御装置としての駆動制御ＥＣＵであり、ハンドル角センサ６２、車速センサ５４、並びに、駆動モータとしての左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒに接続されている。また、前記駆動制御ＥＣＵ７１は、ヨーレート演算部７２、差動トルク演算部７３及び駆動モータ制御部７４を備える。

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。

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。

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、車速センサ５４が検出した車速、及び、ヨーレート演算部７２が出力したヨーレート指令値に基づいて、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。

さらに、前記ヨーレート演算部７２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、制御値としてのヨーレート指令値を演算して出力する。前記差動トルク演算部７３は、ヨーレート演算部７２が出力したヨーレート指令値に基づいて、制御値としての差動トルク指令値を演算して出力する。前記駆動モータ制御部７４は、差動トルク演算部７３が出力した差動トルク指令値に基づいて、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒ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。

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概略について説明する。

図５は本発明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６は本発明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。

旋回走行が行われると、車体傾斜制御システムは車体傾斜制御処理を実行する。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。

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Ｔ_S （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。

また、図５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。

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。

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ａ_X1及びａ_X2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ａ_M1及びａ_M2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ａ_T 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ａ_G 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。

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ω_R とし、その角加速度をω_R ’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ω_M とし、その角加速度をω_M ’とする。なお、角速度ω_M 又は角加速度ω_M ’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。

すると、ａ_X1＝Ｌ₁ ω_R ’、ａ_X2＝Ｌ₂ ω_R ’、ａ_M1＝Ｌ₁ ω_M ’、ａ_M2＝Ｌ₂ ω_M ’となる。

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 ＝ａ_T ＋ａ_G ＋Ｌ₁ ω_R ’＋Ｌ₁ ω_M ’ ・・・式（１）
ａ₂ ＝ａ_T ＋ａ_G ＋Ｌ₂ ω_R ’＋Ｌ₂ ω_M ’ ・・・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 ）ω_R ’＋（Ｌ₁ −Ｌ₂ ）ω_M ’ ・・・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、ω_M ’の値は、リンクモータ２５の角速度ω_M 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ω_R ’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、ω_R ’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。

車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を実行すると、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。

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。

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。

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。

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。

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。

図７は本発明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８は本発明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９は本発明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。

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）。

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。

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、ψ_old 呼出を行う（ステップＳ１３−１）。なお、ψ_old 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、ψ_old ＝０とされている。

続いて、リンク角速度推定部５０は、制御周期Ｔ_S を取得する（ステップＳ１３−２）。

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）−ψ_old ）／Ｔ_S ・・・式（８）
そして、リンク角速度推定部５０は、ψ_old ＝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。

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）。

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Ｔ_S を取得する（ステップＳ１４−１）。

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）。

続いて、リンク角速度推定部５０は、Δψ_old 呼出を行う（ステップＳ１４−３）。なお、Δψ_old 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。

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）＝Δψ_old ／（１＋Ｔ_S ｗ）＋Ｔ_S ｗψ／（１＋Ｔ_S 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）フィルタの式であり、一次遅れ系のローパスフィルタを表している。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。

そして、リンク角速度推定部５０は、Δψ_old ＝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Δψ_old として、記憶手段に保存する。

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１８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。

続いて、リンク角速度推定部５０は、リンク角速度制御値ａ_f を算出する（ステップＳ１６）。リンク角速度制御値ａ_f は、次の式（１７）によって算出される。
ａ_f ＝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。

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ａ_f 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。

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。

図１０は本発明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。

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）。

続いて、傾斜制御部４７は、ａ_old 呼出を行う（ステップＳ２２）。ａ_old 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、ａ_old ＝０とされている。

続いて、傾斜制御部４７は、制御周期Ｔ_S 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−ａ_old ）／Ｔ_S ・・・式（１８）
そして、傾斜制御部４７は、ａ_old ＝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ａ_old として、記憶手段に保存する。

続いて、傾斜制御部４７は、第１制御値Ｕ_P 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Ｇ_P とすると、第１制御値Ｕ_P は次の式（１９）によって算出される。
Ｕ_P ＝Ｇ_P ａ ・・・式（１９）
続いて、傾斜制御部４７は、第２制御値Ｕ_D 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Ｇ_D とすると、第２制御値Ｕ_D は次の式（２０）によって算出される。
Ｕ_D ＝Ｇ_D 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Ｕ_P と第２制御値Ｕ_D との合計であり、次の式（２１）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ_P ＋Ｕ_D ・・・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ａ_f を受信する（ステップＳ２９）。

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ａ_f との合計であり、次の式（２２）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ＋ａ_f ・・・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。

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。

図１１は本発明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。

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）。

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Ｓ４２）。ここで、操舵角目標値δ^* は次の式（２３）によって算出される。
δ^* ＝δＧ（ｚ） ・・・式（２３）
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。

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、一次遅れの伝達関数を準備し、実験的に時定数の値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。

なお、車速やヨーレートに応じて、動的に（リアルタイムで）時定数の値を変更するようにしてもよい。このときの時定数の値は、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。本実施の形態において、前記時定数の値は、実験等によって設定した値であって、傾斜不足分又はオーバーシュート分がない値（例えば、０．４）に設定し、あらかじめ記憶手段に格納した。

最後に、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へ出力して（ステップＳ４３）、操舵制御処理を終了する。

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。

図１２は本発明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。

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）。

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Ｓ５２）。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。

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Ｓ５３）。ここで、偏差をεとすると、該εは、次の式（２４）によって算出される。
ε＝Ｕ−Δη ・・・式（２４）
なお、Ｕは第４制御値Ｕである。

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Ｓ５４）。ここで、リンクモータ制御値をＵ_M とすると、該Ｕ_M は次の式（２５）によって算出される。
Ｕ_M ＝Ｇ_MPε ・・・式（２５）
なお、Ｇ_MPはモータ制御比例ゲインであって、Ｇ_MP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。

最後に、リンクモータ制御部４２は、リンクモータ制御値Ｕ_M をリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ５５）、リンクモータ制御処理を終了する。

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。

次に、乗員がハンドルバー４１ａを操作し始めた時、すなわち、操舵初期における傾斜制御処理の動作について説明する。

図１３は本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を説明する図、図１４は本発明の実施の形態における操舵初期の制御系を説明するブロック図、図１５は本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第１のフローチャートである。なお、図１３において、（ａ）は上方から観た模式図、（ｂ）は後方から観た模式図である。

本実施の形態において、車体傾斜制御システムは、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である操舵初期には、操舵輪としての車輪１２Ｆの操舵角を変化させ始める前に、旋回外側の駆動輪に制動トルクを発生させるようになっている。

例えば、図１３に示されるように、矢印Ａで示される方向（図における左方向）に旋回しようとして、乗員がハンドルバー４１ａを操作し始めると、駆動モータとしての左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが発生するトルクを制御して旋回外側（図における右側）の駆動輪である右の車輪１２Ｒに矢印Ｂで示されるような制動トルクを発生させる。すると、車体の重心Ｇの回りに矢印Ｃで示されるようなヨー方向のモーメントが発生する。該モーメントの方向は、矢印Ａで示される方向と逆方向である。そして、前記モーメントが発生することによって、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの接地点よりも高い位置にある重心Ｇには、矢印Ｄで示されるような旋回方向を向いた合成横加速度ａが発生して作用する。なお、該合成横加速度ａの大きさは、図１４に示されるようなフィードバック制御によって決定することができる。

そして、前記合成横加速度ａが発生したら、直ちに左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒのトルクの制御を停止して、制動トルクの発生を解除する。続いて、車輪１２Ｆの操舵角を旋回方向に変化させる。その後、前述した旋回走行における傾斜制御処理を実行し、車体を旋回方向内側に傾斜させる。

具体的には、車体傾斜制御システムは、まず、ハンドル角微分値Δδ、車速センサ値ν、及び、駆動トルク発生値τ_m を取得する（ステップＳ６１）。ここで、Δδは、ハンドル角を時間微分した値であり、ハンドル角速度に相当する。また、Δδは、次の式（２６）によって算出することができる。
Δδ＝（δ（ｔ）−δ_old ）／Ｔ_S ・・・式（２６）
なお、δ（ｔ）は、今回の傾斜制御処理実行時に取得されたハンドル角センサ値であり、δ_old は、前回の傾斜制御処理実行時に保存されたδ（ｔ）の値であって、初期設定においては、δ_old ＝０とされている。

また、駆動トルク発生値τ_m は、駆動モータとしての左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが現在発生している駆動トルクの値である。

続いて、駆動制御ＥＣＵ７１の差動トルク演算部７３は、第１の差動トルクτ_D1を算出する（ステップＳ６２）。該第１の差動トルクτ_D1は、図１３において矢印Ｂで示されるような制動トルクを旋回方向の駆動輪に発生させるために左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが発生する駆動トルクの差分である。

続いて、駆動モータ制御部７４は、差動トルク演算部７３が算出した第１の差動トルクτ_D1を発生させるための駆動トルク指令値τ_R 、τ_L を算出する（ステップＳ６３）。なお、前記τ_R は、右の回転駆動装置５１Ｒに出力する駆動トルク指令値であり、前記τ_L は、左の回転駆動装置５１Ｌに出力する駆動トルク指令値である。そして、駆動モータ制御部７４は、算出した駆動トルク指令値τ_R 、τ_L を駆動モータへ出力する（ステップＳ６４）。すなわち、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒへのトルク指令値として出力する。

続いて、傾斜制御ＥＣＵ４６の傾斜制御部４７は、横加速度演算部４８が算出した合成横加速度ａを取得し（ステップＳ６５）、該合成横加速度ａの大きさが所定値となったか否かを判断する。該所定値は、図１４に示されるようなフィードバック制御によって決定される。

そして、合成横加速度ａの大きさが所定値となった場合、車体傾斜制御システムは、駆動トルク制御を通常制御に復帰させる（ステップＳ６６）。すると、操舵制御部６６は、ハンドル角センサ値δを取得し（ステップＳ６７）、傾斜制御部４７は、通常制御における必要リンク角η^* 、すなわち、操舵制御部６６が取得したハンドル角センサ値δに対応するリンク角目標値η^* を算出する（ステップＳ６８）。

続いて、傾斜制御部４７は、リンクモータ制御部４２へ必要リンク角η^* 及び傾斜指令を出力し（ステップＳ６９）、操舵制御部６６は、操舵モータ制御部６７へ操舵指令を出力して（ステップＳ７０）、処理を終了する。

ここでは、図１４に示されるようなフィードバック制御を行い、図１３において矢印Ｄで示されるような合成横加速度ａの大きさを、ハンドル角センサ値δ、すなわち、操舵指令情報に含まれる操舵量としての操舵角変化量によって決定する場合の動作について説明したが、前記矢印Ｄで示されるような合成横加速度ａの大きさは、操舵指令情報に含まれる操舵時間としてのハンドルバー４１ａの操作時間によって決定することもできる。

次に、前記矢印Ｄで示されるような合成横加速度ａの大きさを操舵時間によって決定する場合の、操舵初期における傾斜制御処理の動作について説明する。

図１６は本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第２のフローチャートである。

この場合、車体傾斜制御システムは、まず、ハンドル角センサ値δがεより大きいか否かを判断する（ステップＳ８１）。ここで、εは、あらかじめ設定された微小な正の値であり、ハンドル角センサ値δに不可避的に含まれる誤差乃至公差を代表する値である。

そして、ハンドル角センサ値δがεより大きくない場合、すなわち、ハンドル角センサ値δが実質的にゼロである場合には処理を終了し、ハンドル角センサ値δがεより大きい場合、すなわち、ハンドル角センサ値δが実質的に検出された場合には、ハンドル角センサ値δがεより大きい状態である時間、車速センサ値ν、及び、駆動トルク発生値τ_m を取得する（ステップＳ８２）。

なお、これより後の動作、すなわち、図１６におけるステップＳ８３〜ステップＳ９１の動作は、図１５におけるステップＳ６２〜ステップＳ７０の動作と同様であるので、その説明を省略する。

図１５及び１６に示される例においては、図１３において矢印Ｄで示されるような合成横加速度ａが所定値になると、すなわち、必要な合成横加速度ａが発生すると、矢印Ｂで示されるような制動トルクの発生を解消して、旋回走行における傾斜制御処理に戻る、すなわち、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが発生するトルクが等しくなるようにする場合の動作について説明したが、前記矢印Ｄで示されるような合成横加速度ａが所定値になると、車体の重心Ｇの回りに矢印Ｃと反対方向のモーメントが発生するように、すなわち、旋回方向にヨーモーメントが発生するように、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが発生するトルクを制御することもできる。

次に、前記矢印Ｄで示されるような合成横加速度ａの大きさを操舵角変化量によって決定する場合であって、合成横加速度ａが所定値になると、旋回方向にヨーモーメントが発生するように、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが発生するトルクを制御する場合の、操舵初期における傾斜制御処理の動作について説明する。

図１７は本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第３のフローチャートである。

この場合、車体傾斜制御システムは、まず、ハンドル角微分値Δδ、車速センサ値ν、及び、駆動トルク発生値τ_m を取得する（ステップＳ１０１）。なお、これ以降、横加速度演算部４８が算出した合成横加速度ａを取得するまでの動作、すなわち、図１７におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の動作は、図１５におけるステップＳ６１〜ステップＳ６５の動作と同様であるので、その説明を省略する。

そして、合成横加速度ａの大きさが所定値となった場合、車体傾斜制御システムは、旋回方向にヨーモーメントが発生するように、駆動トルク制御を行う。具体的には、駆動制御ＥＣＵ７１の差動トルク演算部７３は、第２の差動トルクτ_D2を算出する（ステップＳ１０６）。該第２の差動トルクτ_D2は、図１３における矢印Ｂと反対方向の駆動トルクを旋回外側の駆動輪に発生させるために左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが発生する駆動トルクの差分である。これにより、車体の重心Ｇの回りに矢印Ｃと反対方向のモーメント、すなわち、旋回方向にヨーモーメントが発生することとなる。

続いて、駆動モータ制御部７４は、差動トルク演算部７３が算出した第２の差動トルクτ_D2を発生させるための駆動トルク指令値τ_R 、τ_L を駆動モータへ出力する（ステップＳ１０７）。

なお、これより後の動作、すなわち、図１７におけるステップＳ１０８〜ステップＳ１１１の動作は、図１５におけるステップＳ６７〜ステップＳ７０の動作と同様であるので、その説明を省略する。

次に、前記矢印Ｄで示されるような合成横加速度ａの大きさを操舵時間によって決定する場合であって、合成横加速度ａが所定値になると、旋回方向にヨーモーメントが発生するように、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒが発生するトルクを制御する場合の、操舵初期における傾斜制御処理の動作について説明する。

図１８は本発明の実施の形態における操舵初期の傾斜制御処理の動作を示す第４のフローチャートである。

この場合、車体傾斜制御システムは、まず、ハンドル角センサ値δがεより大きいか否かを判断する（ステップＳ１２１）。

そして、ハンドル角センサ値δがεより大きくない場合には処理を終了し、ハンドル角センサ値δがεより大きい場合には、ハンドル角センサ値δがεより大きい状態である時間、車速センサ値ν、及び、駆動トルク発生値τ_m を取得する（ステップＳ１２２）。

なお、これより後、横加速度演算部４８が算出した合成横加速度ａを取得するまでの動作、すなわち、図１８におけるステップＳ１２３〜ステップＳ１２６の動作は、図１５におけるステップＳ６２〜ステップＳ６５の動作と同様であるので、その説明を省略する。

そして、合成横加速度ａの大きさが所定値となった場合、駆動制御ＥＣＵ７１の差動トルク演算部７３は、第２の差動トルクτ_D2を算出する（ステップＳ１２７）。

続いて、駆動モータ制御部７４は、差動トルク演算部７３が算出した第２の差動トルクτ_D2を発生させるための駆動トルク指令値τ_R 、τ_L を駆動モータへ出力する（ステップＳ１２８）。

なお、これより後の動作、すなわち、図１８におけるステップＳ１２９〜ステップＳ１３２の動作は、図１５におけるステップＳ６７〜ステップＳ７０の動作と同様であるので、その説明を省略する。

このように、本実施の形態においては、操舵指令情報が入力されると旋回方向と反対方向のヨーモーメントが発生するように左右の駆動輪に差動トルクを発生させ、旋回方向に向いた横加速度を検出すると差動トルクを解除して車体を旋回方向に傾斜させる。具体的には、乗員がハンドルバー４１ａを操作して旋回方向にハンドル角を変化させると、旋回方向と逆方向にヨーモーメントが発生するように旋回外側の駆動輪に制動トルクを発生させ、旋回方向に向いた横加速度が検出されると制動トルクを解除し、操舵輪である車輪１２Ｆの操舵角を旋回方向に変化させるようになっている。

これにより、操舵角の変化及び旋回方向への車体の傾斜に先行して、旋回方向に向いた横加速度を発生させて、旋回方向に車体を傾斜させることができるので、スムーズに車体を旋回方向に傾斜させることができ、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。

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。

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。

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
４４ 横加速度センサ
４４ａ 第１横加速度センサ
４４ｂ 第２横加速度センサ
５１Ｌ、５１Ｒ 回転駆動装置
６５ 操舵モータ

Claims (5)

1. 互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
   前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
   前記駆動部に回転可能に取り付けられた左右一対の車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
   操舵指令情報を入力する操舵装置と、
   前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
   前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、
   前記左右一対の駆動輪を駆動する駆動用アクチュエータ装置と、
   前記車体に作用する横加速度を検出するセンサと、
   前記傾斜用アクチュエータ装置、操舵用アクチュエータ装置及び駆動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、前記操舵指令情報が入力されると旋回方向と反対方向のヨーモーメントが発生するように左右の駆動輪に差動トルクを発生させ、前記センサが旋回方向に向いた横加速度を検出すると、前記差動トルクを解除し、前記操舵輪の操舵角を旋回方向に変化させることを特徴とする車両。
2. 前記制御装置は、前記センサが旋回方向に向いた横加速度を検出すると、前記差動トルクを解除し、前記操舵輪の操舵角を旋回方向に変化させるとともに、前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させる請求項１に記載の車両。
3. 前記制御装置は、前記センサが検出した旋回方向に向いた横加速度の値が所定値となると、前記差動トルクを解除し、前記操舵輪の操舵角を旋回方向に変化させ、
   前記所定値は、前記操舵指令情報に含まれる操舵量又は操舵時間によって決定される請求項１又は２に記載の車両。
4. 前記制御装置は、前記旋回方向と反対側の駆動輪に制動トルクを発生させることによって、前記差動トルクを発生させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
5. 前記制御装置は、前記センサが旋回方向に向いた横加速度を検出すると、前記差動トルクを解除し、前記旋回方向のヨーモーメントが発生するように左右の駆動輪に差動トルクを発生させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。

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