JP5928046B2 - Wheel type moving body - Google Patents
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Description
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。 The present specification relates to a wheel type moving body that travels on a road surface by driving a wheel.
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。
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。 The wheel type moving body described above is provided with a vehicle body tilting device (actuator) for tilting the vehicle body with respect to the road surface. The vehicle body tilting device (actuator) needs to generate a large torque to tilt the vehicle body, and usually includes a high speed reduction mechanism. For this reason, the disturbance force represented by the frictional force is large, and it is difficult to control the vehicle body to a desired posture angle as it is. The present specification discloses a technique for compensating for a disturbance force acting on an actuator for tilting the vehicle body and controlling the vehicle body to a desired posture angle.
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。 The wheel type moving body disclosed in the present specification includes a vehicle body, means for detecting or estimating a posture angle around the motion axis of the vehicle body, an actuator capable of adjusting the posture angle around the motion axis of the vehicle body, and an output shaft of the actuator. , A first control value obtained by processing the detected or estimated posture angle of the vehicle body with a low-pass filter, and a second control value obtained by processing the detected rotation angle of the output shaft of the actuator with a high-pass filter. And a control device for controlling the actuator.
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 The wheel-type moving body uses a first control value obtained by processing the posture angle of the vehicle body with a low-pass filter and a second control value obtained by processing the rotation angle of the output shaft of the actuator with a high-pass filter. As will be described later, if the posture angle of the vehicle body is used, it can be suitably compensated for disturbance forces in the low frequency range, but it should be suitably compensated for disturbance forces in the high frequency range by estimating the posture angle. Is difficult. On the other hand, when the rotation angle of the output shaft of the actuator is used, it is possible to suitably compensate for disturbance forces in a high frequency region. In the above-described wheel type moving body, by using the first control value and the second control value, the disturbance force acting on the actuator can be compensated in a wide band (that is, a low frequency region and a high frequency region), and the vehicle body can have a desired posture angle. Can be suitably controlled
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。 The main features of the embodiments described below are listed. The technical elements described below are independent technical elements and exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Absent.
(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。 (Characteristic 1) In the embodiment disclosed in the present specification, the control device feedback-compensates feedback to the actuator so that the posture angle of the vehicle body becomes the target posture angle based on the detected or estimated posture angle of the vehicle body. May have a part. According to such a configuration, the posture angle of the vehicle body can be suitably controlled to the target posture angle.
(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。 (Characteristic 2) In the embodiment disclosed in the present specification, the control device determines the difference between the second-order differential value of the sum of the first control value and the second control value and the control input to the actuator as a disturbance generated in the actuator. A disturbance compensation unit that compensates for the above may be included. According to such a configuration, the influence of the disturbance generated in the actuator is compensated, and the posture angle of the vehicle body can be suitably controlled.
(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。 (Feature 3) In the embodiment disclosed in this specification, the break frequency of the low-pass filter may be lower than the natural vibration frequency of the vehicle body, and the break frequency of the high pass filter may be lower than the natural vibration frequency of the vehicle body. According to such a configuration, the influence of the resonance of the vehicle body can be reduced, and the posture angle of the vehicle body can be suitably controlled.
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。
The present embodiment will be described with reference to the drawings. The present embodiment is an example in which the technique disclosed in this specification is applied to the roll angle control around the roll axis of the vehicle body, and the configuration not related to the roll angle control is the same as that of the conventional technique. For this reason, in the following description, the structure relevant to roll angle control is mainly demonstrated, and description is abbreviate | omitted suitably about the other structure. As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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Sr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Sr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、θn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。
First, a motion model around the roll axis of the
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τdis(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τdisを考慮して、下記の式(1)の通りとなる。
In the present embodiment, when the road surface R is uneven or the road surface R is inclined, the output shaft of the
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。
Here, in the present embodiment, control is performed so that the posture angle θ of the vehicle body
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τdis(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τdis(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τdis(s)を精度良く推定する必要がある。
Note that, when the formula (2) is Laplace transformed, the following formula (3) is obtained. As apparent from the equation (3), in order to set the vehicle body
ここで、外乱力τdis(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s2θ(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。
Here, as a method for estimating the disturbance force τ dis (s), for example, an estimation method using a disturbance observer can be considered. Using the twice differential value s 2 θ (s) of the attitude angle θ (s) of the
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θn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。
As is clear from the equation (4), the estimated disturbance force τ ′ dis (s) can obtain a good estimation result for frequencies below the break frequency of the low-pass filter Q (s). That is, the low-pass filter Q (s) has a gain of 1 and a phase of 0 deg with respect to frequencies below the breakpoint frequency. Further, as apparent from the equation (4), the estimated disturbance force τ ′ dis (s) is not affected by the angle θ n of the
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τdis(s)を精度良く推定する必要がある。
However, the low-pass filter Q (s) resonates due to (1) an estimated delay of the posture angle θ of the
外乱力τdis(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−θn)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)−θn(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。
As another method for estimating the disturbance force τ dis (s), it is conceivable to use the angle (θ−θ n ) of the output shaft of the
外乱力τdis(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τdis(s)を相殺する。したがって、外乱力τdis(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。 To compensate for the effects of the disturbance force tau dis (s) is by the equation estimated disturbance force is estimated by (5) tau 'disa (s), the disturbance force tau dis located on the right-hand side of formula (3) (s) is cancel. Therefore, the following relationship needs to be established between the disturbance force τ dis (s) and the estimated disturbance force τ ′ disa (s).
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。 When the above equation (6) is substituted into the relational equation of equation (3), the following equation (7) is obtained.
次に、式(7)に式(4)の関係を代入すると、次の式(8)となる。 Next, when the relationship of Expression (4) is substituted into Expression (7), the following Expression (8) is obtained.
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τdis(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。 Here, assuming that the disturbance force τ dis (s) and the estimated disturbance force τ ′ dis (s) are equal in the region where the gain of the low-pass filter Q (s) is 1 and the phase is 0 °, the equation (8) ) Becomes the following formula (9).
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−θn)を用いて外乱力τdis(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。
As is clear from equation (9), in the frequency region lower than the break frequency of the low-pass filter Q (s), when the
なお、アクチュエータ18の出力軸の角度(θ−θn)を用いて外乱力τdis(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τdisが入力され、アクチュエータ18の出力軸の回転角(θ−θn)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。
FIG. 7 shows a block diagram of a control configuration when the disturbance force τ dis (s) is estimated using the angle (θ−θ n ) of the output shaft of the
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−θn)を用いて、外乱力τdis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。
Therefore, in the
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)−θn(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。
As is clear from the equation (10), a low-pass filter (ω / s + ω) is given to the posture angle θ (s) of the vehicle body
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τdisを補償する構成のブロック図を示す。
As is clear from the comparison between Expression (11) and Expression (9), in the
なお、本実施例では、外乱力τdis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。
In the present embodiment, a control loop that feeds back the attitude angle θ of the vehicle body
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10.0kgm2とし、時刻t=1.0sの時点で5.0Nmのステップ外乱力τdis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−θn)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。
Next, the operation of the
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。
FIG. 8 shows the simulation result. The upper part of FIG. 8 shows the step disturbance acting at time t = 1.0 s, the middle part shows the road surface disturbance acting at time t = 10.0 s, and the lower part represents the attitude angle θ of the
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τdis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。
As is clear from the above description, in the
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。 The control technique of the present embodiment can be suitably applied to a small moving body having a short wheel base and a short tread width. That is, in this type of small mobile body, it is required to change the inclination angle of the vehicle body according to the traveling state and to stabilize the posture of the vehicle body. When the control technique of this embodiment is used, the influence of disturbance force can be suppressed and the posture angle of the vehicle body can be stably controlled to a desired angle. As a result, the running stability of the small mobile body can be improved.
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。 The disturbance compensation method described above is merely an example, and the disturbance compensation method is not limited to the above-described method. Therefore, disturbance compensation may be performed by a configuration obtained by equivalently converting the configuration of FIG.
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)−θn(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。
Finally, the correspondence between the above-described embodiments and the claims will be described. The roll axis of the
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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
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。 For example, the embodiment described above is an example in which the technology disclosed in the present specification is applied to the roll angle control of the vehicle body, but the technology disclosed in the present specification can be applied to other than the roll angle control of the vehicle body, For example, the present invention can be applied to vehicle body pitch angle control. When the technique disclosed in this specification is applied to vehicle body pitch angle control, an actuator for controlling the vehicle body pitch angle and a sensor for detecting the vehicle body pitch angle may be provided. By providing such an actuator and a pitch angle sensor, the technology disclosed in this specification can be applied to the pitch angle control of the vehicle body.
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−θn)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。 In the above-described embodiment, the first control value (the value obtained by processing the attitude angle θ of the vehicle body with the low-pass filter) and the second control value (the rotation angle (θ−θ n ) of the output shaft of the actuator) are obtained with the high-pass filter. The disturbance force is estimated using the processed value), but the technique disclosed in the present specification is not limited to such an example. For example, the posture angle θ of the vehicle body may be controlled by directly using these control values for feedback control.
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θrefの差分(θ−θref)が第1フィードバック補償器FB1に入力される。第1フィードバック補償器FB1は、車体の姿勢角θと目標姿勢角θrefの差分(θref−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FB1からの出力と、(2)第1制御値[ωθ/(s+ω)]と第2制御値[s(θ―θn)/(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FB2に入力される。第2フィードバック補償器FB2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FB1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FB2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FB1をP補償器とし、第2フィードバック補償器FB2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−θn)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FB2のゲインを大きく設定することができ、外乱τdis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τdis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。 When the first control value and the second control value are directly used for feedback control, for example, the configuration shown in FIG. 9 can be adopted. In the feedback control system shown in FIG. 9, the difference (θ−θ ref ) between the vehicle body posture angle θ and the target posture angle θ ref is input to the first feedback compensator FB 1 . The first feedback compensator FB 1 calculates an output so that the difference (θ ref −θ) between the posture angle θ of the vehicle body and the target posture angle θ ref becomes zero. Also, (1) the output from the first feedback compensator FB 1 , (2) the first control value [ωθ / (s + ω)] and the second control value [s (θ−θ n ) / (s + ω)] differential value of the sum (the pseudo posture angular velocity), the difference is inputted to the second feedback compensator FB 2. The second feedback compensator FB 2 calculates the control input τ to the actuator so that the difference between (1) and (2) becomes zero. The first feedback compensator FB 1 is a feedback compensator for the posture angle θ of the vehicle body, and can be designed by PID control theory, phase lead / lag compensation, H∞ compensation, and the like. The second feedback compensator FB 2 is a feedback compensator for the pseudo posture angular velocity of the vehicle body, and can be designed by PID control theory, phase lead / lag compensation, H∞ compensation, and the like. For example, the first feedback compensator FB 1 can be a P compensator and the second feedback compensator FB 2 can be a PI compensator. By adopting the configuration shown in FIG. 9, the gain of the second feedback compensator FB 2 can be set larger than when the rotation angle (θ−θ n ) of the output shaft of the actuator is not used, The disturbance τ dis can be suppressed with high accuracy. In the configuration shown in FIG. 9, an observer for estimating the disturbance τ dis according to the embodiment may be further incorporated inside the control loop that feeds back the pseudo posture angular velocity.
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θrefと、(b)第1制御値[ωθ/(s+ω)]と第2制御値[s(θ―θn)/(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−θn)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τdis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。 Furthermore, when using a 1st control value and a 2nd control value for direct feedback control, the structure shown in FIG. 10 can be taken, for example. In the feedback control system shown in FIG. 10, (a) target attitude angle θ ref , (b) first control value [ωθ / (s + ω)] and second control value [s (θ−θ n ) / (s + ω) ] (Pseudo attitude angle) and the difference between the sum and the sum of the values is input to the feedback compensator FB. The feedback compensator FB calculates the control input τ to the actuator so that the difference between (a) and (b) becomes zero. The feedback compensator FB is a feedback compensator for the pseudo posture angle of the vehicle body, and can be designed by PID control theory, phase lead / lag compensation, H∞ compensation, and the like. For example, the feedback compensator FB can be a PID compensator. By adopting the configuration shown in FIG. 10, the gain of the feedback compensator FB can be set larger than in the case where the rotation angle (θ−θ n ) of the output shaft of the actuator is not used, and the disturbance τ dis Can be accurately controlled. In the configuration shown in FIG. 10, the disturbance observer according to the embodiment or the control loop for feeding back the pseudo posture angular velocity shown in FIG. 9 may be incorporated inside the control loop for feeding back the pseudo posture angle.
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。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
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
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 A wheel type moving body that drives a wheel and travels on a road surface,
The car body,
Means for detecting or estimating a posture angle around the motion axis of the vehicle body;
An actuator that can adjust the attitude angle around the motion axis of the vehicle body,
Means for detecting the rotation angle of the output shaft of the actuator;
Using the first control value obtained by processing the detected or estimated posture angle of the vehicle body with a low-pass filter and the second control value obtained by processing the detected rotation angle of the output shaft of the actuator with a high-pass filter, disturbance generated in the actuator is reduced. And a control device having a disturbance compensation unit for compensation .
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