车辆的制作方法

专利名称：车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆，例如涉及一种利用倒立摆的姿态控制的车辆。
背景技术：
利用倒立摆的姿态控制的车辆(下面简称为倒立摆车辆)受到注目。在倒立摆车辆中，利用传感器部检测壳体的动作状态，同时控制部对旋转体的动作进行控制，使搬运装置处于静止状态，或使其移动。在专利文献1、2提出的技术中，在这种倒立摆车辆中，配置了能够出没的辅助轮。在专利文献1中记载了 当搭乘者乘车或降车时，推出辅助轮并使其接地，从而稳定车辆的姿态，使搭乘者容易进行乘车或降车。还有，即使在难以进行姿态控制的状况下， 也可以通过推出辅助轮来保持车辆的姿态。另一方面，在专利文献2中记载了 当出现异常动作时，推出辅助轮，以保持车辆的稳定状态。[专利文献1]日本专利特开2004-74814号公报[专利文献2]日本专利特开2004-217170号公报但是，在上述专利文献所记载的技术中，均不是在使车辆倾斜的状态下使车辆稳定地停止。即，所引用的专利文献技术是在车辆的水平状态下使辅助轮接地的技术，由于在乘车或降车时已经处于水平状态，因此对于乘车或降车时的控制没有特别指明。与此相对应，对于要在使车辆倾斜的状态下稳定地使车辆停止的情况，在乘车后启动车辆时应该怎样使车辆起立，或者在降车时应该怎样倾斜车辆使其停止，是影响乘车、 降车时的乘车感觉的因素。这里，本发明人就对于在倾斜状态下停止的倒立摆车辆进行的起立控制、以及对于在倾斜状态下使倒立摆车辆停下来的降车控制，提出了日本专利申请2007-22492。但是，如果让在倾斜状态下停止的车体的进行起立、或为让倒立状态的车辆停下来而使其倾斜，则在驱动转矩的反作用下车轮发生旋转，车辆会出现前进或后退。S卩，不能在不伴随车辆移动来进行起立、倾斜的控制。

发明内容
这里，本发明的目的在于提供一种能够在车辆不出现移动的情况下进行用于起立、乘降停止的倾斜的倒立摆车辆。(1)为实现上述目的，技术方案1记载的发明提供一种车辆，通过根据车体的倾斜状态和驱动轮的旋转状态对上述驱动轮的转矩进行控制，从而使包括搭乘部和车体的车辆本体保持在倒立状态下进行行驶，其具有在停止时通过让一部分接地、从而限制上述车辆本体的倾斜角的限制机构；相对于上述车体使上述搭乘部移动的搭乘部移动机构；和一边通过上述搭乘部移动机构使上述搭乘部移动、一边使上述车辆本体起立，以使上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上的起立控制机构。(2)技术方案2记载的发明提供技术方案1记载的车辆，其特征在于，上述起立控制机构在通过上述限制了机构限制车体的倾斜角的状态下，使上述搭乘部移动到上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上，然后开始上述车辆本体的起立。(3)技术方案3记载的发明提供技术方案2记载的车辆，其特征在于，上述起立控制机构根据上述车辆本体的倾斜角的变化，判断上述搭乘部是否移动到上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上。(4)技术方案4记载的发明提供技术方案1、2或3记载的车辆，其特征在于，上述起立控制机构确定与起立开始时间相对应的上述搭乘部的搭乘部目标位置和上述车体的车体倾斜角目标值，根据上述搭乘部目标位置对上述搭乘部的移动状态进行反馈控制，根据上述车体倾斜角目标值对上述车体的倾斜状态进行反馈控制。(5)技术方案5记载的发明提供技术方案4记载的车辆，其特征在于，上述起立控制机构确定上述搭乘部目标位置和上述车体倾斜角目标值，以使起立开始时和起立结束时的起立速度小于起立中途的起立速度。(6)为实现上述目的，技术方案6记载的发明提供一种车辆，通过根据车体的倾斜状态和驱动轮的旋转状态对上述驱动轮的转矩进行控制、从而使包括搭乘部和车体的车辆本体保持在倒立状态下进行行驶，其具有通过让一部分接地、从而限制上述车体的倾斜角的限制机构；相对于上述车体使上述搭乘部移动的搭乘部移动机构；和一边通过上述搭乘部移动机构使上述搭乘部移动、一边使上述车辆本体倾斜到上述限制机构的一部分接地的乘降停止状态，以使上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上的乘降停止控制机构。(7)技术方案7记载的发明提供技术方案6记载的车辆，其特征在于，上述乘降停止控制机构在上述乘降停止之后，使上述搭乘部向上述车辆本体的倾斜方向移动。(8)技术方案8记载的发明提供技术方案6或7记载的车辆，其特征在于，上述乘降停止控制机构确定与为使上述乘降停止的倾斜开始后的经过时间相对应的上述搭乘部的搭乘部目标位置和上述车体的车体倾斜角目标值，根据上述搭乘部目标位置对上述搭乘部的移动状态进行反馈控制，根据上述车体倾斜角目标值对上述车体的倾斜状态进行反馈控制。(9)技术方案9记载的发明提供技术方案6、7或8记载的车辆，其特征在于，上述乘降停止控制机构当车体倾斜角速度为规定的阈值以下时，判定为乘降停止的状态。(10)技术方案10记载的发明提供技术方案4或8记载的车辆，其特征在于，具有获取作用在上述搭乘部的载重的载重获取机构，并根据上述获取的载重，确定上述搭乘部目标位置。(11)技术方案11记载的发明提供技术方案10记载的车辆，其特征在于，上述载重获取机构将基于对上述搭乘部的搭乘载重进行测量的载重计的测量值，或者基于利用了上述搭乘部的移动状态、上述车体的倾斜状态、上述驱动轮的旋转状态中的至少一个状态的状态观察器的推定值，作为作用在上述搭乘部的载重。
(12)技术方案12记载的发明提供一种车辆，通过根据车体的倾斜状态和驱动轮的旋转状态对上述驱动轮的转矩进行控制，从而使包括搭乘部和车体的车辆本体保持在倒立状态下进行行驶，其具有在停止时通过让一部分接地、从而限制上述车辆本体的倾斜角的限制机构；相对于上述车体使上述搭乘部移动的搭乘部移动机构；以能够相对于上述车体进行移动的方式配置的平衡器；一边通过上述搭乘部移动机构使上述搭乘部移动、一边使上述车辆本体起立的起立控制机构；和基于利用上述起立控制机构而使车辆本体起立时产生的车辆本体的重心的移动、对上述平衡器的移动进行控制的平衡器控制机构。(13)技术方案13记载的发明提供技术方案12记载的车辆，其特征在于，上述起立控制机构在通过上述限制机构而限制了车体的倾斜角的状态下，使上述搭乘部移动到上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上，然后开始上述车辆本体的起立，上述平衡器控制机构在开始上述车辆本体的起立后，开始平衡器的移动控制。(14)技术方案14记载的发明提供技术方案13记载的车辆，其特征在于，上述起立控制机构根据上述车辆本体的倾斜角的变化，判断上述搭乘部是否移动到上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上。(15)技术方案15记载的发明提供技术方案12、13或14记载的车辆，其特征在于， 上述起立控制机构确定与起立开始后的经过时间相对应的上述搭乘部的搭乘部目标位置和上述车体的车体倾斜角目标值，根据上述搭乘部目标位置对上述搭乘部的移动状态进行反馈控制，根据上述车体倾斜角目标值对上述车体的倾斜状态进行反馈控制。(16)技术方案16记载的发明提供技术方案15记载的车辆，其特征在于，上述起立控制机构确定上述搭乘部目标位置和上述车体倾斜角目标值，以使起立开始时和起立结束时的起立速度小于起立中途的起立速度。(17)技术方案17记载的发明提供一种车辆，通过根据车体的倾斜状态和驱动轮的旋转状态对上述驱动轮的转矩进行控制，从而使包括搭乘部和车体的车辆本体保持在倒立状态下进行行驶，其具有通过让一部分接地、从而限制上述车辆本体的倾斜角的限制机构；相对于上述车体使上述搭乘部移动的搭乘部移动机构；以能够相对于上述车体进行移动的方式配置的平衡器；一边通过上述搭乘部移动机构使上述搭乘部移动、一边使上述车辆本体倾斜到上述限制机构的一部分接地的乘降停止的状态的乘降停止控制机构；和进行上述平衡器的移动控制、以便对利用上述起立控制机构来倾斜车辆本体时产生的车辆本体的重心的移动进行补偿的平衡器控制机构。(18)技术方案18记载的发明提供技术方案17记载的车辆，其特征在于，上述乘降停止控制机构在上述乘降停止后，使上述搭乘部向上述车辆本体的倾斜方向移动。(19)技术方案19记载的发明提供技术方案17或18记载的车辆，其特征在于，上述乘降停止控制机构确定与为使上述乘降停止的倾斜开始后的经过时间相对应的上述搭乘部的搭乘部目标位置和上述车体的车体倾斜角目标值，根据上述搭乘部目标位置对上述搭乘部的移动状态进行反馈控制，根据上述车体倾斜角目标值对上述车体的倾斜状态进行反馈控制。(20)技术方案20记载的发明提供技术方案17、18或19记载的车辆，其特征在于， 上述乘降停止控制机构当车体倾斜角速度为规定的阈值以下时，判定为乘降停止的状态。(21)技术方案21记载的发明提供技术方案15或19记载的车辆，其特征在于，具有获取作用在上述搭乘部的载重的载重获取机构，并根据上述获取的载重，确定上述搭乘部目标位置。(22)技术方案22记载的发明提供技术方案21记载的车辆，其特征在于，上述载重获取机构将利用基于对上述搭乘部的搭乘载重进行测量的载重计的测量值，或者基于利用了上述搭乘部的移动状态、上述车体的倾斜状态、上述驱动轮的旋转状态中的至少一个状态的状态观察器的推定值，作为作用在上述搭乘部的载重。(23)技术方案23记载的发明提供技术方案12或17记载的车辆，其特征在于，上述平衡器控制机构包括车轮旋转角、车体倾斜角、上述搭乘部位置中至少一个的反馈控制。发明效果本发明中，由于一边向前方或后方移动搭乘部，一边使车辆起立或进行乘降停止的倾斜，以使车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上，因此能够不伴随车辆的移动而进行用于起立、乘降停止的倾斜。


图1是表示本实施方式的起立控制和乘降停止控制的车辆状态的说明图。图2是举例表示本实施方式的车辆向前方行驶的状态的外观结构图。图3是第1实施方式、第4实施方式的控制系统的结构图。图4是表示起立·乘降停止控制的主流程的流程图。图5是表示第1实施方式的起立控制的处理内容的流程图。图6是表示起立控制的座位位置目标值λ ；与车体倾斜角目标值θ ；的时间变化的说明图。图7是表示第1实施方式的乘降停止控制的处理内容的流程图。图8是表示乘降停止控制的座位位置目标值λ久与车体倾斜角目标值θ ；的时间变化的说明图。图9是第2实施方式的控制系统的结构图。图10是表示平衡器移动机构的各结构例的图。图11是第2实施方式的车辆姿态控制系统的力学模型图。图12是表示第2实施方式的起立控制的处理内容的流程图。图13是表示第2实施方式的乘降停止控制的处理内容的流程图。图14是第3实施方式的控制系统的结构图。图15是表示第3实施方式的起立控制的处理内容的流程图。图16是表示第3实施方式的乘降停止控制的处理内容的流程图。图17是表示第4实施方式的起立控制的处理内容的流程图。图18是表示第4实施方式的乘降停止控制的处理内容的流程图。符号说明11驱动轮，12驱动马达，13搭乘部，14支撑部件，131座面部，132靠背部，133头枕，16控制单元，17限位器，20控制E⑶，21主控制E⑶，22驱动轮控制E⑶，23平衡器控制 E⑶，24座位控制E⑶，30输入装置，31操纵装置，32起立·乘降开关，40车体控制系统，41 角度计，50驱动轮控制系统，51驱动轮旋转角度计，52驱动轮促动器，60平衡器控制系统，61平衡器驱动马达旋转角度计，62平衡器驱动促动器(马达)，70座位控制系统，71座位驱动马达旋转角度计，72座位驱动促动器，73座位载重计，134平衡器，135滑动型促动器，136 支撑轴，137、138平衡器支撑轴马达
具体实施例方式以下，参照图1至图18，详细说明本发明的车辆所希望的实施方式。(1)实施方式概要在倒立车辆中，有时在车辆倾斜的状态下，比在车辆直立的状态下更容易进行乘车、降车。例如，对于搭乘部位于离开地面较高的位置的倒立车辆，由于搭乘者在车辆直立状态下难以乘车，因此希望其处于倾斜状态。还有，通过使车辆处于倾斜状态，可以降低其重心，从而提高乘车、降车时的车辆的稳定性。在本实施方式的车辆中，为了进一步使倾斜状态稳定化，配置有作为固定在车体上的构造物的限位器(限制机构)，通过将车辆本体(除去驱动轮和驱动马达，搭乘者、限位器、车体等)的重心移动到与驱动轮的接地点和限位器的接地点的等距离的位置上，使倾斜状态的车辆稳定地停止。在本说明书中，将限位器的前方端部接地且车体倾斜地停止的状态称为乘降停止状态。在乘降停止状态下，车辆本体的重心位于驱动轮的接地点的铅垂线的前方。这样， 当缓慢地使车辆起立、或使车辆倾斜时，若使控制起立或倾斜的转矩作用在车体上，则通过其反作用会使得车轮旋转，从而会使得车辆前后移动。这里，本实施方式中，通过使搭乘部前后移动，即使在车辆本体处于倾斜状态，也可以使得其重心位于通过驱动轮接地点的铅垂线上，通过对车体倾斜角与搭乘部位置进行控制，使其重心不发生移动，从而可以不使车辆移动(车轮不出现旋转)，而实现起立、倾斜。图1表示本实施方式的起立控制((a) (C))和乘降停止控制((d) (f)的车辆状态。如图1 (a)、(f)所示，在本实施方式中，在乘降停止状态下使搭乘部(座椅)13前后移动。在该状态下，车辆本体的重心P位于驱动轮12的接地点Sl与限位器17的接地点 S2之间。这样，通过使搭乘部13的高度向较低的前方移动，从而能够容易地进行乘降。在该乘降停止状态下，搭乘者在搭乘之后发出起立指令时，如图1(a)的箭头Al所示，向后方移动搭乘部13，以使重心P位于通过接地点Sl的铅垂线V上。搭乘部13向后方开始移动后，直至重心P移到铅垂线V的期间，接地点Sl和接地点S2双方均接地，并且，重心P位于两接地点S1、S2之间，因此车辆本体的倾斜角不发生变化。重心P移到铅垂线V后，如图1 (b)所示，以重心P不从铅垂线V上移开的方式，一边沿箭头A2所示方向向前方移动搭乘部13，一边沿箭头Bl所示方向使车辆本体起立。图 1(c)表示结束起立控制后的状态。这里，通过以由搭乘部13向前移动而引起的重心移动量与由车辆本体的起立而引起的重心移动量相互抵消的方式使上述两者进行移动，从而消除了重心P的移动。另一方面，在乘降停止控制的情况下，如图1(d)所示，以从重心P位于铅垂线V上的状态起，重心P不从铅垂线V上移开的方式，一边沿箭头A3所示方向向后方移动搭乘部 13，一边沿箭头B2所示方向使车辆本体向前方倾斜。这样，当限位器17的前端部在接地点S2接地时，车辆从倒立状态中脱出，稳定地停止下来。然后，由于使车辆处于乘降停止的初始状态，所以通过将搭乘部13向前方移动， 从而容易降低座面部而降车。图1(f)表示乘降停止控制处于结束状态。利用本实施方式，可以获得如下效果。(a)在乘降停止状态下，由于限位器的前方端部接地、且车辆本体的重心位于驱动轮与限位器接地点之间，因此可以使车辆稳定地停止，可以使搭乘者容易乘车和降车。(b)可以在车辆不移动的情况下，缓慢地进行起立和倾斜，因此一直到起立结束时、以及到乘降停止时都不会给搭乘者带来不舒服的感觉。(c)可以在车辆不移动的情况下进行起立、乘降，因此在乘车、降车时，不需要在前方确保大的空间。(2)实施方式的详细内容图2是举例表示本实施方式的车辆、在乘员乘车后正向前方行驶时的状态的外观结构图。如图2所示，车辆具有配置在同一轴上的2个驱动轮11a、lib。利用驱动马达12a、12b分别驱动两驱动轮11a、lib。在驱动轮11a、lib (在表示驱动轮11a、lib时，称为驱动轮11。以下的其他结构也同样)和驱动马达12的上部，配置有搭乘作为重量体的货物或乘员等的搭乘部13(座椅)。搭乘部13由驾驶员乘坐的座面部131、靠背部132、和头枕133构成。搭乘部13经由作为搭乘部移动机构的移动机构(图中未表示)，受到支撑部件14 的支撑。支撑部件14被固定在收容驱动马达12的驱动马达壳体上。作为移动机构，采用例如直线引导装置那样的低阻力的线性移动机构，利用搭乘部驱动马达的驱动转矩，改变搭乘部13与支撑部件14之间的相对位置。直线引导装置具有固定在支撑部件14上的导轨、固定在搭乘部驱动马达上的滑板、和滚动体。在导轨的左右侧面上，沿长度方向形成有2条直线形状的轨道槽。沿滑板的宽度方向的截面呈二字形状，在其相向的2个侧面部内侧形成有2条分别与导轨的轨道槽相向的轨道槽。滚动体被嵌入上述轨道槽之间，随着导轨与滑板之间的相对直线运动，在轨道槽内滚动。另外，在滑板上，形成有连接轨道槽两端的返回通路，滚动体在轨道槽和返回通路中进行循环。在直线引导装置中，配置有固定直线引导装置的运动的制动器(离合器)。当不需要搭乘部动作时，利用该制动器将导轨固定在滑板上，从而保持固定有导轨的支撑部件14 与固定有滑板的搭乘部13的相对位置。这样，当需要动作时，解除该制动器，并进行控制， 以使支撑部件14侧的基准位置与搭乘部13侧的基准位置之间的距离为规定值。
在搭乘部13的旁边配置有输入装置30。通过驾驶员的操作，该输入装置30进行车辆的加速、减速、转弯、原地旋转、停止、制动等的指示，并且进行本实施方式的起立指示和乘降停止指示。本实施方式的输入装置30固定在座面部131上，但也可以通过有线或无线连接的遥控器来构成。还有，也可以设置扶手部，并在其上部设置输入装置30。还有，在本实施方式的车辆中，配置有输入装置30，但对于按照预先确定的行驶指令数据进行自动行驶的车辆，设置行驶指令数据获取部，以取代输入装置30。行驶指令数据获取部也可以由从例如半导体存储器等各种存储媒体中读取行驶指令数据的读取机构所构成，或者/以及由利用无线通信从外部获取行驶指令数据的通信控制机构所构成。另外，在图1中，表示在搭乘部13搭乘人的情况，但并不局限于人驾驶的车辆，也可以是搭乘货物并利用外部的遥控操作等进行行驶或停止的情况，可以是搭乘货物并按照行驶指令数据进行行驶或停止的情况，另外，也可以是在没有搭乘任何东西的状态下进行行驶或停止的情况。此时的起立指示或降车指示与行驶指令数据一样，通过遥控器操作等来进行。在本实施方式中，根据通过输入装置30的操作所输入的操作信号，进行加减速等控制。在搭乘部13与驱动轮11之间，配置有控制单元16。在本实施方式中，控制单元16安装在支撑部件14上。还有，控制单元16也可以安装在搭乘部13的座面部131的下面。此时，控制单元通过移动机构与搭乘部13 —起前后移动。在支撑部件14上固定有一对作为限制机构的限位器17，其作用是在乘降停止状态下，通过让一部分接地，从而限制上述车体的倾斜角。一对限位器17以夹持着驱动轮12的方式被配置，但也可以配置在驱动轮12a、12b 之间。限位器17具有从被固定的支撑部件14的位置向车辆的前后方向延伸的弯曲形状，前方端部Pl和后方端部P2与地面接地，从而限制了车体的倾斜。限位器17，从驱动轮11的旋转轴至前方端部Pl的距离与至后方端部P2的距离相同，在车体的直立状态(车体的倾斜角为0的状态)下，从地面至前方端部Pl的高度与至后方端部P2的高度相同。在本实施方式中，在前方端部Pl接地的状态下进行乘降停止，但此时的车体倾斜角被设定为15度。该乘降停止时的倾斜角只要大于车辆的最大加速时的车体倾斜角，就可以设定为任意角度。还有，后方端部P2接地时的倾斜角只要大于车辆的最大减速时的车体倾斜角，就可以设定为任意角度。在本实施方式中，该车体倾斜角也同样被设定为15度，但也可以根据所要求的加速度、减速度，将二者设定为不同的数值。从驱动轮11的旋转轴至限位器17的前方端部Pl的距离被设计为，在前方端部Pl 接地的状态下，乘员搭乘时的车辆重心、以及所搭乘具有假定的体重、体型的乘员时的车辆重心均位于从驱动轮11的接地点至前方端部Pi的区域O点之间的铅垂上方)。在本实施方式中，将构成车辆的各部分中除去驱动轮11和驱动马达12之外的部分称为车辆本体。在车辆本体中，包括搭乘部13、限位器17、操纵装置30、控制单元16、移动机构等。车辆本体由利用移动机构沿车辆前后方向移动的搭乘部13、和除搭乘部13以外的部分构成的车体构成。本实施方式的车辆中，作为其它装置具有电池。电池向驱动马达12、搭乘部驱动马达、控制ECU20等供给驱动用和控制用的电能。图3表示第1实施方式的控制系统的结构图。控制系统具有作为起立控制机构和乘降停止控制机构的控制ECU(电子控制装置)20、操纵装置31、起动·降车开关32、角度计(角速度计)41、驱动轮旋转角度计51、驱动轮促动器52 (驱动马达1 、座椅驱动马达旋转角度计(位置传感器)71、座椅驱动促动器72 (搭乘部驱动马达)、以及其它装置。控制E⑶20具有主控制E⑶21、驱动轮控制E⑶22，通过驱动轮控制、车体控制(倒立控制)等，进行车辆的行驶、姿态控制等的各种控制。还有，控制ECU20具有座椅控制 ECU23，利用本实施方式中搭乘部13的移动进行起立·乘降停止控制。控制ECU20由具有存储了本实施方式的起立 乘降停止控制程序等各种程序和数据的ROM、用作工作区域的RAM、外部存储装置、接口部等的计算机系统构成。在主控制E⑶21上，连接了驱动轮旋转角度计51、角度计(角速度计)41、座椅驱动马达旋转角度计(位置传感器)71、以及作为输入装置30的操纵装置31、起立·乘降开关32。操纵装置31向主控制E⑶21供给基于搭乘者的操作的行驶指令。操纵装置31具有操纵杆。操纵杆将直立状态作为中间位置，通过向前后方向倾斜，指示加减速，通过向左右方向倾斜，指示左右方向的转弯曲率。要求加减速度、转弯半径根据倾斜角度而增加。起立 乘降开关32是搭乘者对车辆进行搭乘后的起动指示、以及降车指示(转移到乘降停止状态的指示)的开关。起立·乘降开关32上配置有起动指示开关和降车指示开关。主控制ECU21与角度计41 一起，发挥车体控制系统40的功能，并作为倒立车辆的姿态控制，基于车体倾斜状态，利用驱动轮12的反转矩对车体进行姿态控制。主控制E⑶21与驱动轮控制E⑶22、驱动轮旋转角度计51、驱动轮促动器52 —起， 发挥驱动轮控制系统50的功能。驱动轮旋转角度计51将驱动轮11的旋转角供给到主控制E⑶21。主控制E⑶21 向驱动轮控制ECU22供给驱动转矩指令值。驱动轮控制ECU22向驱动轮促动器52供给相当于驱动转矩指令值的驱动电压。驱动轮促动器52根据指令值，分别独立地控制两驱动轮lla、llb。还有，主控制E⑶21还与座椅控制EOTM、座椅驱动马达旋转角度计(位置传感器)71、座椅驱动促动器72 —起，发挥座椅控制系统70的作用。座椅驱动马达旋转角度计71向主控制ECU21供给座椅驱动马达的旋转角、或者座椅位置。主控制ECU21向座椅控制ECUM供给驱动推力指令值。座椅控制ECUM向座椅驱动促动器72供给相当于驱动推力指令值的驱动电压。座椅驱动促动器72根据指令值，沿着移动机构(直线引导装置)的方向，对搭乘部13的位置进行控制。
主控制E⑶21发挥驱动轮转矩确定机构的作用。还有，主控制E⑶21发挥起立控制机构、乘降停止控制机构的作用。下面说明上述结构的车辆中的起立·乘降停止控制。图4是表示起立·乘降停止控制的主流程的流程图。该图4所示的起立 乘降停止控制的主流程，在后述的起立控制、乘降停止控制的第1实施方式至第4实施方式中是共通的。首先，主控制E⑶21获取起动、降车指示开关的信号(步骤1)。接着，主控制ECU21判断车体是否处于倒立状态(步骤2)。采用例如车体倾斜角的测量值来进行该判断。如果车体没有处于倒立状态(步骤2 “否”)，且起动指示开关为0N(步骤3 “是”)，在主控制E⑶21执行后述的起立控制处理(步骤4)，之后返回主程序。在起立控制处理后的主程序中，执行通常的姿态(倒立)控制和行驶控制。另一方面，如果车体处于倒立状态(步骤2 “是”)，且起动指示开关为ON(步骤5 “是”)，则主控制E⑶21判断是否在倒立状态下停止(步骤6)。这里，作为是否在倒立状态下停止的判断条件，主控制E⑶21将左右各自的驱动轮11的旋转速度(绝对值)同时小于规定的阈值的情况看作“停止”。例如，像为了停止而正在进行减速的情况那样，当还没有在倒立状态下停止时 (步骤6 “否”)，主控制E⑶21返回主程序，继续倒立姿态控制，直至判断为停止(步骤6 “是”)。主控制E⑶21判断为在倒立状态下停止时(步骤6 “是”)，执行后述的乘降停止控制(步骤7)，之后返回主程序。在乘降停止控制后的主程序中，由于车辆处于停止状态，因此转移到之后的起立控制指令和监视点火钥匙的断开(电源断开指令)等相应的处理。另外，在本实施方式中，当车体没有处于倒立状态、起动指示开关为ON时，进行起立控制，但也可以在搭乘部13的座面部131处设置载重传感器等，以起立控制的指令供给和搭乘者的落座检测为条件，开始起立控制。例如，即使赋予了起立指令、但还未能检测到落座时，也不开始起立控制。还有，即使搭乘者没有操作起动指示开关，也可以只以落座检测作为条件，开始起立控制。还有，当车体处于倒立停止状态、降车指示开关为ON时，进行降车停止控制。但也可以在主控制ECU21检测到某种异常、判断难以继续进行车辆的姿态控制时，强制性地转移到乘降停止控制。接着，说明第1实施方式的起立控制(步骤4;图4)的内容。图5是表示第1实施方式的起立控制的处理内容的流程图。另外，在下面的说明中，将搭乘部13表示为座椅。主控制E⑶21从传感器获取车体倾斜和车轮旋转的状态量(步骤11)。S卩，主控制E⑶21从座椅驱动马达旋转角度计(位置传感器)71获取旋转角(座椅位置λ s)，从角度计(角速度计)41获取车体倾斜角θ工(角速度)。接着，主控制ECU21基于在步骤11获取的各状态量，确定座椅位置目标值λ / (步骤 12)。
S卩，主控制E⑶21利用下面的公式1和公式2，确定座椅位置的目标值λ/。(公式1)!"〈丄时 Xs*= xs,init(l-r) + Xs,nr，r 彡 1 时 Xs* = λ5>η在公式1中，表示了利用规定的时间T1将控制开始后的时间t进行了无量纲化后的值(r = VT1)。还有，λ s,init表示本控制开始时的座椅位置(座椅的初始位置)。λ s,n为后述的公式2所表示的座椅的重心修正位置。重心修正位置为包括搭乘者和座椅的车辆本体的重心P位于通过驱动轮11的接地点Sl的铅垂线V上时(参照图 1(b))的座椅(搭乘部13)的位置。T1表示座椅向后移动时间，采用预先设定的值。在本实施方式中，如图6(a)所示，确定座椅目标位置λ/，以使其在座椅向后移动时间T1内，从座椅的初始位置Xs,init至重心修正位置λ s,n，沿直线进行变化。但是，如图6(a)的虚线所示，也可以设定座椅目标位置λ/，以使其从初始位置 λ s,init开始移动时的变化量、与到达重心修正位置λ s,n的结束移动前的变化量均小于在二者之间的变化量。这样，可以减轻座椅移动的加减速时对搭乘者的冲击。利用下面的公式2，设定座椅的重心修正位置Xs,n。在公式2中，Qianit表示车体的初始倾斜角(本控制开始时的值)。还有，I1表示车辆本体的自车轴起的重心距离，ms表示搭乘部质量，Hi1表示车辆本体的质量(包括搭乘部)。(公式2)Asjn = -I1(Ki1Zms) tan θ l init接着，主控制ECU21确定基于座椅驱动促动器72的座椅的驱动推力指令值& (步骤13)。即，主控制E⑶21利用所确定的座椅目标位置λ/，根据下面的公式3，确定座椅的驱动推力指令值&。这里，{χ}表示对χ的时间微分，例如，{>s}表示对Xs的时间微分。还有，下面说明中采用同样的记号。(公式3)Ss = Ss, f"KS7 ( λ s- λ ；) -Ks8 ({ λ s} - { λ s*})在公式3中，λ s表示利用座椅驱动马达旋转角度计71检测的现在的座椅位置。 通过反馈控制，使该值λ3与在步骤11所确定的座椅位置目标值λ/相一致。KS7, Ks8为反馈增益，可以使用预先通过例如极配置法确定的值。表示对干性摩擦用的前馈转矩，并赋予设定值，但其正负随着移动方向而变化 (向后移动时为负值)。另外也可以赋予座椅位置偏差(Xs-λ/)的积分增益，以取代&,f。另外，本实施方式中使用公式3，但第1项和第3项为提高精度的项，也可以省略。 例如，可以利用公式& = -Ks7 (λ5-λ；)来赋值。接着，主控制ECU21赋予在座椅控制系统70中所确定的驱动推力指令值Ss (步骤 14)。S卩，主控制ECU21将所确定的座椅的驱动推力指令值&供给到座椅控制ECUM，座椅控制ECUM向驱动促动器72供给与驱动推力指令值&相对应的驱动电压。
这样，座椅(搭乘部1 朝着座椅目标位置λ^向后方移动。接着，主控制E⑶21判断移动后的座椅是否到达重心修正位置(步骤15)。这里， 如图1(b)所示，重心修正位置指的是车辆本体的重心P位于通过驱动轮11的接地点Sl的铅垂线上时的座椅位置。如果判断座椅到达了重心修正位置(步骤15 “是”)，则主控制E⑶21转移到步骤 21之后的处理，开始车体的起立。另一方面，如果座椅没有到达重心修正位置(步骤15 “否”)，则主控制E⑶21判断车辆本体是否开始向上起立(步骤16)，关于车辆本体是否开始向上起立的判断，例如当车体倾斜角从初始值开始的变化值为规定的阈值以上时，判断为“向上起立”。这样，在座椅到达根据公式2设定的座椅的重心修正位置Xs,n之前(步骤15， “否”)，判断车辆本体是否开始向上起立，是因为相对于从公式2求得的计算值的重心修正位置Xs,n，有时会由于参数误差或外部扰动，而出现车体开始向上起立的情况。例如，当由于实际的搭乘者重量与假定值相差太远、而使得车辆本体的重心偏离假定的位置时，或者受到风力等外部扰动时等为上述相应的情况。这样，当检测到车辆本体开始向上起立(步骤16 “是”)，主控制E⑶21则认为实际上车辆本体的重心P到达了通过驱动轮11的接地点Si的铅垂线上(参照图1(b))，从而立刻中止座椅向后移动，转移到步骤21的车体起立。如果座椅没有到达重心修正位置λ s,n(步骤15，“否”)，且车体也没有开始向上起立(步骤16，“否”)，则主控制E⑶21返回步骤11，重复进行使座椅移动到重心修正位置的动作。从上述步骤11至步骤16的处理是从在乘降停止状态(图1 (a))发出起立控制指令后，向后方移动座椅(搭乘部1 ，至使车辆本体的重心P到达通过驱动轮11的接地点 Sl的铅垂线V上(参照图1(b))为止的处理。当车辆本体的重心P到达通过驱动轮11的接地点Sl的铅垂线V上(步骤15 “是”，16 “是”)，主控制E⑶21通过自步骤21至步骤25，使车辆本体起立。自步骤21至步骤25的处理为从车辆本体的重心P移动到重心修正位置(铅垂线V上的位置)之后(图 1(b))，至车体起立结束(图1(c))为止的处理。在这之间的处理中，以使车辆本体的重心 P和车辆位置不发生移动的方式进行控制。首先，主控制E⑶21从传感器获取各状态量(步骤21 )。即，主控制E⑶21从座椅驱动马达旋转角度计(位置传感器)71获取旋转角(座椅位置λ s)，从角度计(角速度计)41 获取车体倾斜角(角速度)θ ”从驱动轮旋转角度计51获取驱动轮旋转角θψ。接着，主控制E⑶21确定座椅位置和车体倾斜角的目标值λ/、步骤22)。艮口， 主控制E⑶21利用公式4确定座椅位置的目标值λ ；,并利用该目标值λ /，由公式5确定车体倾斜角的目标值θ Λ(公式4)r< 1时 Xs*= ASjinit2(l-r),r 彡 1 时 Xs* = 0(r 彡 1)(公式5)θ 广=-tan-1 (ms λ :/1 1》
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在公式4中，r表示了利用规定时间T2将从本控制子程序(步骤21 步骤25)开始后的时间t进行了无量纲化后的值(r = t/T2)。还有，λ s,init2表示同一开始时间的座椅位置(座椅的初始位置)。λ s,n表示上述的座椅的重心修正位置。T2表示座椅向前移动时间，采用预先设定的值。如图6(b)所示，在本实施方式中， 确定座椅目标位置λ/，以使其在座椅向后移动时间T2内，从座椅的初始位置入^_2至 λ Z = 0的座椅基准位置λ s,n(车辆倒立时车辆本体的重心P位于通过驱动轮11的接地点Sl的铅垂线V上时的座椅位置)为止，沿直线进行变化。还有，如图6(c)所示，确定车体倾斜角的目标值ΘΛ以使其在座椅向后移动时间Τ2 ，在从车体倾斜角的目标值θ广至 Θ广=0的直立姿态为止，沿着公式5所示的曲线进行变化。但是，如图6(b)、(c)的虚线所示，也可以设定座椅目标位置λ/、车体倾斜角的目标值θ Λ以使其从初始位置开始移动时的变化量、与结束移动前的变化量均小于在二者之间的变化量。这样，可以减轻座椅移动和车体起立的加减速时对搭乘者的冲击。接着，主控制E⑶21确定各促动器的指令值&、τ w(步骤23)。S卩，主控制E⑶21 从所确定的座椅位置和车体倾斜角的目标值λ θ A利用公式6确定座椅的驱动推力指令值&、利用公式7确定驱动轮的转矩指令值τψ。(公式6)Ss = Ss, f_KS7 ( λ s- λ s*) -Ks8 ({ λ s- λ s*})(公式7)Tff = -Kff2 { θ ff} +Kff3 ( θ「θ 广)+Kff4 ({ θ J - { θ 广})在公式7中，Kw2、Kw3、Kw4、KS7、Ks8为反馈增益，例如采用根据极配置法所预先设定的值。另外，在按照公式7的反馈控制中，也可以考虑座椅的位置和速度。还有，在公式6中，也可以赋予积分增益，以取代对干性摩擦用的前馈转矩Ss, f。接着，主控制E⑶21对各控制系统赋予指令值Ss、τψ(步骤对)。g卩，主控制E⑶21 分别对座椅控制ECUM、驱动轮控制ECU22供给所确定的指令值&、τ w。由此，驱动轮控制E⑶22通过向驱动轮促动器52供给与指令值τ w相对应的驱动电压，对驱动轮11赋予驱动转矩τ w。还有，座椅控制EOTM通过向座椅驱动促动器72供给与指令值&相对应的驱动电压，使座椅(搭乘部13)向前方移动。这样，利用来自驱动轮11的驱动转矩τ w，车辆本体一边慢慢地减小倾斜角θ，一边起立。由起立引起的重心移动量被座椅的前方移动所抵消。因此，可以在车辆不出现前后移动的情况下，进行起立动作。接着，主控制ECU21判断是否结束起立并处于倒立状态(步骤25)。当例如车体倾斜角(绝对值)为规定的阈值以下时，主控制ECU21判断为“倒立(=结束起立)”。如果车辆本体没有到达倒立状态(步骤25 “否”)，则主控制E⑶21返回步骤21， 继续进行起立控制。另一方面，如果到达倒立状态(步骤25 “是”)，则主控制E⑶21结束本实施方式的起立控制处理。以后，主控制ECU21执行倒立状态下的车辆的姿态(倒立)控制和行驶控制。
接着，说明第1实施方式的乘降停止控制(步骤7，图4)的内容。图7是表示第1实施方式的乘降停止控制的处理内容的流程图。在图7所示的乘降停止控制中，从步骤31至步骤36的处理是从倒立状态(图 1 (d))开始，不移动车辆本体的重心P、且不前后移动车辆，而使限位器前方端部S2接地的处理，即，直至乘降停止状态(图1(f))的处理。还有，从步骤41至步骤45的处理是为了在乘降停止状态下辅助搭乘者降车而使座椅移动到最前方位置(乘降辅助位置)的处理。主控制E⑶21从传感器获取各状态量(步骤31)。即，主控制E⑶21从座椅驱动马达旋转角度计(位置传感器)71获取旋转角(座椅位置λ s)，从角度计(角速度计)41获取车体倾斜角(角速度)θ ”从驱动轮旋转角度计51获取驱动轮旋转角θψ。接着，主控制E⑶21确定座椅位置的目标值λ^和车体倾斜角的目标值θ ^(步骤 32)。即，主控制E⑶21利用下面的公式8和公式9确定座椅位置的目标值Xs*。还有，利用所确定的座椅位置的目标值λ /，由公式10确定车体倾斜角的目标值θ广。(公式8)λ；= As,nr(公式9)λ s, n =-I1(Iii1Zms) tan θ ι F(公式10)θ j* = -tan-1 (His(As^Zm1I1)在公式8中，r表示了利用规定时间T2将从本控制子程序(步骤31 步骤36)开始后的时间t进行无量纲化后的值(r = t/T2)。T2表示座椅向后移动时间，采用预先设定的值。λ s,n表示座椅的重心修正位置，由公式9计算获得。重心修正位置为在车体接地时(乘降停止状态下)、车辆本体的重心P位于通过驱动轮的接地点Sl的铅垂线V上时的座椅(搭乘部13)的位置。在公式9中，θ 为限位器前方端部&接地的状态，即，为乘降停止状态的车辆本体的倾斜角(车体接地倾斜角)，采用预先设定的值。但是，在如图5所示的起立控制时，也可以预先存储车体起立之前的值(乘降停止状态的值)，并使用该值。利用公式8、公式9，相对于座椅向后移动时间T2，设定如图8(a)、(b)的实线所示的座椅位置的目标值λ/和车体倾斜角的目标值θ A但也可以通过设定虚线所示的动作， 以减轻座椅移动和车体起立的加减速时对搭乘者的冲击。接着，主控制E⑶21确定各促动器的指令值&、τ w(步骤33)。S卩，主控制E⑶21根据由公式8 公式10所确定的座椅位置和车体倾斜角的目标值λ θ Λ利用公式11确定座椅的驱动推力指令值&、利用公式12确定驱动轮的转矩指令值τψ。(公式11)Ss = Ss, f-KS7 ( λ s- λ ；) -Ks8 ({ λ s} - { λ s*})(公式12)τ ff = -Kff2 { θ ff} +Kff3 ( θ「θ 广)+Kff4 ({ θ J - { θ 广})的值。另外，在利用公式12的反馈控制中，也可以考虑座椅的位置和速度。还有，在公式11中，也可以赋予积分增益，以取代对干性摩擦用的前馈转矩Ss,f。接着，主控制E⑶21对各控制系统赋予指令值Ss、τ w (步骤34)。S卩，主控制E⑶21 分别对座椅控制ECUM、驱动轮控制ECU22赋予所确定的指令值&、τ w。由此，驱动轮控制E⑶22通过向驱动轮促动器52供给与指令值τ w相对应的驱动电压，对驱动轮11赋予驱动转矩τ w。还有，座椅控制EOTM通过向座椅驱动促动器72供给与指令值&相对应的驱动电压，使座椅(搭乘部13)向后方移动。这样，利用来自驱动轮11的驱动转矩τ w，车辆本体一边慢慢地增加倾斜角θ，一边倾斜。由车辆本体倾斜引起的重心移动量被座椅向后方移动所抵消。因此，可以在车辆不出现前后移动的情况下，进行起立动作。接着，主控制E⑶21判断座椅是否到达重心修正位置、即、车体接地状态(乘降停止状态)的车辆本体的重心P位于通过驱动轮11的接地点Sl的铅垂线V上时的座椅位置 (步骤35)。如果座椅没有到达重心修正位置(步骤35 “否”)，则主控制E⑶21返回步骤31， 继续座椅的向后移动和车辆本体的前倾。如果座椅到达重心修正位置(步骤35 “是”)，则主控制E⑶21进一步判断实际上车辆本体是否接地、即、限位器17的前方端部S2是否接地(步骤36)。当例如车体倾斜角为规定的阈值以上时，主控制ECU21判断为“接地(=结束倾斜)”。当车辆本体没有接地时(步骤36 “否”)，座椅移动到计算上的重心修正位置，但由于假定与起立控制同样，因参数误差或外部扰动等原因，车辆本体的重心P实际上没有到达重心修正位置，主控制E⑶21返回步骤31，继续进行座椅的向后移动和车辆本体的前倾。若结束基于上述自步骤31至步骤36的循环的从倒立状态至乘降停止状态的处理，则主控制E⑶21基于自步骤41至步骤45的循环，进行降车辅助处理。首先，主控制E⑶21从座椅驱动马达旋转角度计(位置传感器)71获取现在的座椅位置(旋转角)Xs (步骤41)。接着，主控制E⑶21利用下面的公式13确定座椅位置的目标值λ (步骤42)。(公式13)r < 1 时 λ s* = λ s, Init , (1-r) + As, en；1时 λ: = As,end在公式13中，r表示了利用规定的时间T1将座椅移动开始后的时间t进行了无量纲化后的值(r = VT1)。还有，λ s,init表示本控制开始时的座椅位置(座椅的初始位置)。As,end为由后述的公式14所计算出的座椅的乘降辅助位置。乘降辅助位置为搭乘者进行乘降时的座椅的设定位置。在本实施方式中，设定为车辆本体的重心P位于与驱动轮接地点Sl和限位器接地点S2(参照图1)等距离的点上时的座椅位置。另外，本实施方式的乘降辅助位置作为最优先考虑搭乘者乘降时的车体稳定性的座椅位置，设定了上述位置，但也可以重视搭乘者的乘降方便性，使乘降辅助位置(座椅位置)移动到更靠前方(限位器接地点S2侧)。还有，为了缩短从搭乘至起立、或从倾斜至降车的时间，也可使乘降辅助位置移动到更靠后方(驱动轮接地点Sl侧)，从而减少座椅移动量。T1表示座椅向前移动时间，采用预先设定的值。在本实施方式中，如图8(c)所示，确定座椅目标位置λ/，以使其在座椅向前移动时间T1内，从座椅的初始位置入^吣工至乘降辅助位置，沿直线进行变化。但是，如图8(c)的虚线所示，也可以设定座椅目标位置λ/，以使其从初始位置 λ s,initl开始移动时的变化量、与到达乘降辅助位置λ s,end的结束移动前的变化量均小于在二者之间的变化量。这样，可以减轻座椅移动的加减速时对搭乘者的冲击。利用下面的公式14，计算出座椅的乘降辅助位置Xs,end。在该公式14中，d为从车辆本体的中心面(通过车辆本体的重心和驱动轮的车轴的平面)至限位器17的前方端部S2的距离，M为车辆全重量，θ Linm表示车体倾斜角。还有，I1表示车辆本体的自车轴起的重心距离，ms表示搭乘部质量，Hi1表示车辆本体的质量(包括搭乘部)。(公式14)λ s, end = (d/2) (M/ms) -I1 (Hi1Ais) tan θ ^ init :接着，主控制ECU21确定基于座椅驱动促动器72的座椅的驱动推力指令值& (步骤43)。即，主控制E⑶21利用所确定的座椅目标位置λ/，根据下面的公式15，确定座椅的驱动推力指令值&。在公式15中，KS7、KS8为反馈增益，例如可以使用预先通过极配置法确定的值。Ss, f表示对干性摩擦用的前馈转矩，赋予设定值，但其正负随着移动方向而变化 (向后移动时为负值)。另外也可以赋予积分增益，以取代Ss,f。(公式I5)Ss = Ss, f-KS7 ( λ s- λ ；) -Ks8 ({ λ s} - { λ s*})接着，主控制ECU21赋予在座椅控制系统70中所确定的驱动推力指令值Ss (步骤 44)。S卩，主控制ECU21将所确定的座椅的驱动推力指令值&供给到座椅控制ECUM，座椅控制ECUM向驱动促动器72供给与驱动推力指令值&相对应的驱动电压。由此，座椅(搭乘部1 朝着座椅目标位置λ^，向前方移动。接着，主控制E⑶21判断移动后的座椅是否到达乘降辅助位置(步骤45)。如果没有到达(步骤45 “否”)，则主控制E⑶21返回步骤41，继续座椅的向前移动。另一方面，如果判断座椅到达乘降辅助位置(步骤45 “是”)，则主控制E⑶21结束座椅的移动，结束乘降停止控制。另外，在本实施方式中，当座椅到达乘降辅助位置时结束座椅移动，但也可以在搭乘者将降车开关切换到OFF时，也结束座椅移动。接着，说明第2实施方式。在该第2实施方式中，配置有能够沿车辆的前后方向移动的平衡器(重量体)，在第1实施方式所说明的起立控制中的使车辆本体起立的处理(步骤21 25)、以及乘降停止控制中的使车辆本体倾斜的处理(步骤31 36)中，由于参数的误差和外部扰动等的影响，车辆本体的倾斜和座椅的移动不能很好地保持平衡，在车辆出现移动时，利用平衡器对该影响的一部分进行补偿。即，平衡器用于车辆本体的微妙的平衡调整。在本实施方式中，与车辆本体的总重量相比，假定平衡器的重量很小。作为平衡器，可以使用例如(a)直线移动型、(b)旋转摆型、(c)旋转倒立摆型等各种。这里，所谓平衡器，定义为不包括搭乘部的车辆本体质量的一部分，且利用安装在车体上的促动器，可以使其沿与车体中心轴(通过车体重心和车体旋转中心的直线)和车轮旋转中心轴垂直的方向自由移动。图9表示第2实施方式的车辆的控制单元的结构图。与图3所示的第1实施方式的控制单元相同的部分，赋予了同一符号，适当省略其说明。如图9所示，第2实施方式的控制系统还具有平衡器控制E⑶23、平衡器驱动马达旋转角度计61、平衡器驱动促动器(马达)62。主控制E⑶21和这些各部分一起，作为平衡器控制系统60发挥作用。平衡器驱动马达旋转角度计(位置传感器)61向主控制E⑶21供给相当于平衡器位置的马达旋转角。主控制E⑶21向平衡器E⑶23供给驱动推力指令值。平衡器E⑶23向平衡器驱动促动器62供给相当于驱动推力指令值的驱动电压。其它结构与图3所示的第1实施方式一样。图10是表示可以使平衡器134移动到任意位置的平衡器移动机构的结构例的图。该平衡器移动机构作为重量体移动机构发挥作用，并构成车辆本体的一部分。平衡器移动机构通过沿前后方向移动作为重量体的平衡器134，来移动车辆本体的重心。平衡器134配置在搭乘部13与驱动轮11之间。该平衡器134可以通过平衡器驱动促动器62，沿前后方向(与车体中心轴和车轮旋转中心轴垂直的方向)移动。本实施方式的图10(a)的平衡器移动机构通过滑动型促动器135，在滑板上沿直线方向移动平衡器134。图10(b)、(C)所示的平衡器移动机构是采用了旋转移动型平衡器的机构。在支撑轴136的一端配置有平衡器134，在支撑轴136的另一端固定有平衡器支撑轴旋转马达 137、138的转子。然后，利用平衡器支撑轴马达137、138，在以支撑轴136为半径的圆周轨道上，移动平衡器134。在图10(b)的平衡器移动机构中，平衡器支撑轴旋转马达137配置在座面部131 的下部，平衡器134在圆周轨道上的下侧移动。在图10(c)的平衡器移动机构中，平衡器支撑轴旋转马达138与驱动轮11配置在同轴上，平衡器134在圆周轨道上的上侧移动。另外，作为其它的平衡器移动机构的例，也可以利用伸缩型的促动器来移动平衡器 134。例如，2根伸缩型促动器的各自一端固定在车辆的前方和后方，另一端分别固定在平衡器134上，也可以通过伸长两伸缩型促动器的一个，而缩短另一个，使平衡器134直线移动。图11是包括本实施方式的平衡器的车辆姿态控制系统的力学模型图。该力学模型中除去平衡器以外的部分也可以适用于其它实施方式。图11中的平衡器134示例了沿与车轴和车辆中心轴的垂直方向移动的图10(a)的情况。该图11的各符号意义如下所示。(a)状态量轮胎的旋转角[rad]θ工本体的倾斜角(铅垂轴基准)[rad]λ 2 平衡器的位置(车体中心轴基准)[m]λ s 座椅的位置(车体中心轴基准)[m](b)输入τ ff 驱动马达转矩O轮合计)[Nm]Sb 平衡器驱动推力[N]Ss 座椅驱动力[N](c)参数mff 轮胎的质量Rg] 轮胎的半径[m]Iff 轮胎的惯性力矩(车轴周围)Rgm2]Hi1 本体的质量(包括乘员)Rg]I1 本体的重心距离(自车轴起)[m]I1 本体的惯性力矩(重心周围)Rgm2]m2:平衡器的质量Dig]I2 平衡器的基准重心距离(自车轴起)[m]I2 平衡器的惯性力矩(重心周围)Rgm2]ms 搭乘部质量Rg]另外，平衡器的位置λ 2以车辆前方为正(与车体倾斜角θ工的正方向相同)。下面说明这种结构的第2实施方式的车辆的起立控制和乘降停止控制。图12是表示第2实施方式的起立控制的处理内容的流程图。另外，下面说明的各实施方式的结构图、流程图的说明中，与第1实施方式同样的部分赋予了同一符号、步骤序号，适当省略对同一部分的说明。在第2实施方式的起立控制中，与第1实施方式一样，主控制ECU21在乘降停止状态(图1(a))下发出起立控制指令后，使座椅(搭乘部13)向后方移动，使车辆本体的重心 P移动到通过驱动轮11的接地点Sl的铅垂线V上(图1 (b))(步骤11 步骤16)。若车辆本体的重心P移动到驱动轮11设定点Sl上，则主控制E⑶21从各传感器获取座椅位置Xs，车体倾斜角Θ”驱动轮旋转角θψ(步骤21)。另外，从平衡器驱动马达旋转角度计(位置传感器)61获取旋转角(平衡器位置λ 2)(步骤22)。接着，主控制E⑶21利用公式4确定座椅位置的目标值λ /，并且利用所确定的目标值λ/，由公式5确定车体倾斜角的目标值步骤22)。另外，平衡器的目标值为基准位置，即，λΒ* = 0。然后，主控制E⑶21从所确定的座椅位置和车体倾斜角λ/、θ A利用公式6确定座椅的驱动推力指令值&、利用公式7确定驱动轮的转矩指令值τ w(步骤23)。接着，主控制ECU21利用下面的公式16，确定平衡器的驱动推力指令值& (步骤
20232)。(公式16)Sb = -Kbi θ w-KB2 { θ ff} -KB5 λ 2-KB6 { λ 2}在公式16中，KB1、KB2为抑制车辆的移动(驱动轮的旋转)的反馈增益，KB5、Kb6为控制平衡器自身位置的反馈增益。例如可以通过极配置法，预先设定各反馈增益。在公式16中，通过对于驱动轮11的旋转角θ w赋予反馈增益Kbi，减少了驱动轮旋转速度的恒定偏差(一定速度下的车辆的移动)，并抑制了车辆的移动量。接着，主控制E⑶21对座椅控制EOTM、驱动轮控制E⑶22赋予所确定的指令值Ss、 τ w(步骤24)，另外，对平衡器控制E⑶23赋予由公式16所确定的指令值& (步骤M2)。由此，驱动轮控制E⑶22通过向驱动轮促动器52供给与指令值τ w相对应的驱动电压，使车辆本体向上起立，座椅控制ECUM通过向座椅驱动促动器72供给与指令值&相对应的驱动电压，使座椅(搭乘部13)向前方移动。然后，平衡器控制ECU23利用与指令值&相对应的驱动电压对平衡器驱动促动器 62进行驱动，从而使平衡器移动，抵消随着车辆本体的起立与座椅向前移动所产生的重心移动量的偏差，并抑制车辆的前后移动。接着，主控制ECU21判断是否结束了起立(步骤25)。如果没有结束(步骤25 “否”)，则返回步骤21，继续进行起立控制，如果到达起立状态(步骤25 “是”)，则结束本实施方式的起立控制处理。接着，参照图13的流程图，说明第2实施方式的乘降停止控制的处理。主控制E⑶21从各传感器获取座椅位置λ s、车体倾斜角θ工、驱动轮旋转角θ w(步骤31)，另外，从平衡器驱动马达旋转角度计61获取平衡器位置λ 2 (步骤312)。然后，主控制E⑶21根据公式8、9，确定座椅位置的目标值λ/，根据公式10，确定车体倾斜角的目标值θ ；(步骤32)。另外，与起立控制一样，平衡器的目标值为基准位置(λ/ = 0)。接着，主控制E⑶21从利用公式8 公式10所确定的座椅位置和车体倾斜角λ /、 θ Λ利用公式11确定座椅的驱动推力指令值&、利用公式12确定驱动轮的转矩指令值 τ w (步骤 33)。还有，主控制E⑶21利用在第2实施方式的起立控制中所说明的公式16，确定平衡器的驱动推力指令值& (步骤332)。接着，主控制E⑶21对座椅控制EOTM、驱动轮控制E⑶22分别赋予所确定的指令值&、τ w(步骤34)，另外，对平衡器控制E⑶赋予根据公式16确定的指令值& (步骤342)。由此，驱动轮控制E⑶22通过向驱动轮促动器52供给与指令值τ w相对应的驱动电压，使车辆本体倾斜，座椅控制ECUM通过向座椅驱动促动器72供给与指令值&相对应的驱动电压，使座椅(搭乘部13)向后方移动。这样，平衡器控制ECU23利用与指令值&相对应的驱动电压对平衡器驱动促动器 62进行驱动，从而使平衡器移动，与起立时同样，抵消随着车辆本体的倾斜与座椅向后移动所产生的重心移动量的偏差，并抑制车辆的前后移动。接着，主控制E⑶21判断座椅是否到达重心修正位置、以及车体是否接地(步骤 35、步骤36)。如果座椅没有到达重心修正位置(步骤35 “否”)，或车体没有接地(步骤36 “否”)，则主控制ECU21返回步骤31，继续座椅的向后移动和车辆本体的前倾。另一方面，如果座椅到达重心修正位置(步骤35: “是”)，车体接地(步骤36: “是”)，则与第1实施方式同样，利用从步骤41至步骤45的循环，进行降车辅助处理。另外，在第2实施方式中，将平衡器用于车辆本体对于外部扰动的微妙的平衡处理，但也可以用于由座椅移动产生的车辆重心移动的辅助处理。例如，在起立控制开始时将座椅从乘降辅助位置向后移动的情况下(步骤11 16)，通过让平衡器也向后移动，可以减少重心移动所需要的座椅移动量，从而可以缩短至起立所需的时间。还有，在后述的乘降停止控制中，当从重心辅助位置向前移动座椅时(步骤41 45)，通过向后移动平衡器，可以在将车辆本体的重心保持在驱动轮接地点Sl与限位器接地点S2的中间位置的状态下，跟向前移动降车辅助位置，从而方便搭乘者乘车或降车。接着，说明第3实施方式。在该第3实施方式中，测定搭乘部13(搭乘者和座椅)的质量，根据该质量，修正控制参数，从而更加稳定地进行起立控制、乘降停止控制。图14是第3实施方式的控制系统的结构图。与图3所示的第1实施方式的控制系统相同的部分，赋予了同一符号，适当省略其说明。如图14所示，第3实施方式的控制系统还具有作为座椅控制系统70的一部分的座椅载重计73，对搭乘部载重(垂直载重)Ws进行检测，并将其供给到主控制E⑶21。另外在第3实施方式中，利用载重计对搭乘部质量进行了评价，但也可以采用离散性测定方法进行评价，即利用简单的系统对质量进行阶段性评价。还有，也可以通过搭乘者自身输入质量(体重)，并使用该输入值。下面说明这种结构的第3实施方式的起立控制和乘降停止控制。另外，与第1实施方式的起立控制、乘降停止控制同样的处理赋予了同一步骤编号，适当省略对其说明。图15是表示第3实施方式的起立控制的处理内容的流程图。主控制E⑶21从座椅载重计73获取作用在座椅上的垂直载重(搭乘部载重Ws) (步骤101)，利用下面的公式17确定搭乘部质量ms (步骤102)。(公式17)ms = msj0+ffs/gcos θ 工在公式17中，ms,0为搭乘部质量的非变动部分(与有无搭乘者无关的质量，座椅等)，Ws为在步骤101获取的搭乘部载重(垂直力)，g为重力加速度，θ i为车体倾斜角。这里，搭乘部质量ms为利用座椅控制系统能够移动的部分的质量，不仅包括搭乘者，还包括搭乘了货物时的搭乘物质量。另外，在本实施方式中，采用了测定垂直载重(与座面垂直的成分)的载重计，但也可以采用能测定水平成分的载重计。此时，可以在不使用车体倾斜角θ工的值的情况下， 确定搭乘部质量ms。另外，对于利用公式17求得的搭乘部质量ms，可以加上低通滤波器，以去除高频成分。由此，可以消除因噪声引起的车体或座椅的振动。对于车辆本体的质量Hi1，也可以预先加上与搭乘部质量的标准值(基于假定而预先设定的值)的差值。还有，在初始(开始本控制循环时)，对于车体倾斜角θ工，采用设计值、或上次乘车停止控制结束时所存储的值。在本实施方式中，只对于车体质量Hi1考虑了搭乘部质量变动的影响，但也可以对车体的重心距离I1，也考虑搭乘部质量变动的影响，来进行修正。还有，在本实施方式中，只对于搭乘部质量变动直接影响的参数进行了修正，但也可以对于例如反馈增益也考虑其影响，来进行修正。例如，也可以对于公式3、公式6、公式11、公式15的反馈增益Ks7，按照下面的公式 18，进行修正。在公式18中，[χ]表示χ的标准值。(公式I8)Ks7 = (ms/ [ms]) [KS7]利用公式17确定搭乘部质量％后，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤11至步骤16的处理。但是，在利用公式1确定重心修正位置λ s,n的公式2中，采用在步骤102所确定的搭乘部质量ms (以及车体质量Hi1)的值。若车辆本体的重心P移动到通过驱动轮的接地点Sl的铅垂线上，则与步骤101、 102 一样，主控制E⑶21从座椅载重计73获取作用在座椅上的垂直载重(搭乘部载重Ws) (步骤201)，利用上述公式17确定搭乘部质量ms (步骤202)。利用上述公式17确定搭乘部质量叫后，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤12至步骤25的处理。但是，在确定车体倾斜角目标值θ ^的公式5中，采用在步骤202所确定的搭乘部质量ms(以及车体质量Hi1)的值。下面参照图16，说明第3实施方式的乘降停止控制。与起立控制的步骤101、102 —样，主控制E⑶21从座椅载重计73获取作用在座椅上的垂直载重(搭乘部载重Ws)(步骤301)，利用上述公式17确定搭乘部质量ms (步骤 302)。确定搭乘部质量叫后，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤31至步骤 36的处理。但是，在利用公式8确定重心修正位置Xs,n的确定公式(公式9)、以及公式10的车体倾斜角目标值θ ；的确定公式中，采用在步骤302所确定的搭乘部质量ms(以及车体质量Hl1)的值。结束利用自步骤301至步骤36的循环的从倒立状态至乘降停止状态的处理后，与步骤301、302 —样，主控制E⑶21从座椅载重计73获取作用在座椅上的垂直载重(搭乘部载重Ws)(步骤401)，利用上述公式17确定搭乘部质量ms (步骤402)。利用公式17确定搭乘部质量％后，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤41至步骤45的处理。但是，在利用公式13确定乘降辅助位置Xs,md的确定公式(公式14)中，采用在步骤402所确定的搭乘部质量ms(以及车体质量Hi1)的值。另外，在本实施方式中，对为了适应如图15、16说明的在起立控制、乘降停止控制的中途搭乘部质量发生了变化的情况，而在控制循环中每次都获取搭乘部载重的情况进行了说明，但也可以只在控制循环开始前测定一次载重。此时，虽然不能对应控制中的质量变化，但可以提高控制的稳定性。
下面说明第4实施方式。 虽然已经说明了在第3实施方式中，根据座椅载重计73的实测值，通过公式17计算搭乘部质量ms(以及车体质量Hi1)的值的情况，但在第4实施方式中，对搭乘部的质量进行推定，并根据该推定值，对控制参数进行修正。例如利用状态观察器对搭乘部质量进行推定。第4实施方式的控制系统与图3所示的第1实施方式相同。图17是表示第4实施方式的起立控制的处理内容的流程图。主控制E⑶21最初对搭乘部质量进行推定(步骤10；3)。S卩，主控制E⑶21根据座椅移动的状态，利用下面的公式19的座椅移动模型，来推定搭乘部质量ms。在公式19中， Ss,f0为干性摩擦，采用预先设定的值。还有，g为重力加速度，Cs为相对座椅移动的粘性摩擦系数。另外，在本控制循环(步骤101 步骤16)开始时，作为观察器的初始值，对搭乘部质量赋予预先确定的标准值。(公式19)ms= (-Ss,f0±&,f0+CsUs})/gSin θ i在公式19中，例如对于恒定的座椅移动速度{ λ s}，座椅移动所需的推力&越大， 所推定的搭乘部质量ms也越大。在基于公式19的座椅移动模型中，没有考虑惯性，而且干性摩擦也为与重量无关的恒定值，但也可以采用严密地考虑了这些因素的更详细的模型来推定搭乘部质量ms。对于利用公式19求得的搭乘部质量ms，也可以加上低通滤波器，以去除高频成分。这样，可以使观察器稳定化，并且消除因噪声引起的车体或座椅的振动。利用公式19来推动搭乘部质量ms后，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤11至步骤16的处理。但是，在利用公式1确定重心修正位置λ s,n的公式2中，采用在步骤103所确定的搭乘部质量ms (以及车体质量Hi1)的值。若车辆本体的重心P移动到通过驱动轮的接地点Sl的铅垂线上，则主控制E⑶21 再次确定搭乘部质量ms (步骤20 。S卩，主控制ECU21利用公式20的车体倾斜模型，根据车体倾斜的状态(θ D，推定搭乘部质量ms。在公式20中，mc为车体重量的非变动部分，表示为[mJ-DiiJ。[χ]表示χ的标准值。另外，在本控制循环(步骤203 步骤2 开放时，作为观察器的初始值，对搭乘部质量赋予预先确定的标准值。(公式2O)ms = (( τ ff/g)-IiicI1Sin O1)/(I1Sin θ 广 λ scos θ》在公式20中，例如对于恒定的车体倾斜角θ工和座椅位置Xs，车体起立所需的转矩、越大，所推定的搭乘部质量叫也越大。在基于公式20的车体倾斜模型中，没有考虑惯性和摩擦，但也可以采用严密地考虑了这些因素的更详细的模型来推定搭乘部质量ms。还有，也可以从其它力学系来推定驱动轮的旋转等。对于利用公式20求得的搭乘部质量ms，也可以加上低通滤波器，以去除高频成分。 这样，可以使观察器稳定化，并消除因噪声引起的车体或座椅的振动。利用公式20推定搭乘部质量％后，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤21至步骤沈的处理。但是，在确定车体倾斜角目标值θ ；的公式5中，采用在步骤203所推定的搭乘部质量ms(以及车体质量Hi1)的值。图18是表示第4实施方式的乘降停止控制的处理内容的流程图。主控制ECU21最初推定搭乘部质量(步骤30 。该推定中采用第4实施方式的起立控制中说明的公式20的车体倾斜模型。接着，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤31至步骤36的处理。但是，在利用公式8确定重心修正位置Xs,n的确定公式(公式9)、以及公式10的车体倾斜角目标值θ ；的确定公式中，采用在步骤303所推定的搭乘部质量ms(以及车体质量Hl1)的值。结束利用自步骤303至步骤36的循环的从倒立状态至乘降停止状态的处理后，主控制ECU21确定搭乘部质量ms (步骤40 。该推定中采用第4实施方式的起立控制中说明的公式19的座椅移动模型。接着，主控制E⑶21与第1实施方式一样，进行自步骤41至步骤45的处理。但是，在利用公式13确定乘降辅助位置Xs,end的确定公式(公式14)中，采用在步骤403所推定的搭乘部质量ms。在上述说明的第4实施方式的起立控制、乘降停止控制中，在与控制循环相同的循环(相同周期)内，推定了搭乘部质量ms，但也可以在其它循环(周期)内进行推定。例如，当计算量大时，可以增大推定计算的周期。 另外，在第4实施方式中，利用基于力学模型的观察器，推定了搭乘部质量ms。但也可以采用更加简单的方法。例如，可以取代公式19，而对移动座椅所需的最低限度需要的推力与此时的搭乘部质量ms的关系进行测定，并将测定结果作为映射(map)预先存储起来，并用其进行推定。上述说明的第3实施方式、第4实施方式中，利用测定、推定，分别确定第1实施方式的搭乘部质量ms，但也可以在第2实施方式中，使用第3实施方式、第4实施方式所确定、 推定的搭乘部质量ms。还有，在上述各实施方式中，车辆的乘降停止状态下的车辆本体的倾斜方向为前方，但在例如搭乘部没有靠背部而只有座面部的情况下、或在没有座面部而从后方乘车的车辆的情况下，也可以向后方倾斜。
权利要求
1.一种车辆，通过根据车体的倾斜状态和驱动轮的旋转状态对上述驱动轮的转矩进行控制，从而使包括搭乘部和车体的车辆本体保持在倒立状态下进行行驶，所述倒立状态是车辆本体已结束起立且成为通常姿态的状态，其特征在于，具有限制机构，其通过让一部分接地，从而限制上述车体的倾斜角；搭乘部移动机构，其相对于上述车体，使上述搭乘部移动；和乘降停止控制机构，其一边通过上述搭乘部移动机构使上述搭乘部移动，一边使上述车辆本体倾斜到上述限制机构的一部分接地的乘降停止状态，以使上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于上述乘降停止控制机构，在上述乘降停止之后，使上述搭乘部向上述车辆本体的倾斜方向移动。
3.根据权利要求1或2所述的车辆，其特征在于上述乘降停止控制机构，确定与为使上述乘降停止的倾斜开始后的经过时间相对应的上述搭乘部的搭乘部目标位置和上述车体的车体倾斜角目标值，根据上述搭乘部目标位置对上述搭乘部的移动状态进行反馈控制，根据上述车体倾斜角目标值对上述车体的倾斜状态进行反馈控制。
4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于上述乘降停止控制机构，当车体倾斜角速度为规定的阈值以下时，判定为乘降停止的状态。
5.根据权利要求3所述的车辆，其特征在于具有获取作用在上述搭乘部的载重的载重获取机构，并根据上述获取的载重，确定上述搭乘部目标位置。
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于上述载重获取机构，将基于对上述搭乘部的搭乘载重进行测量的载重计的测量值，或者基于利用了上述搭乘部的移动状态、上述车体的倾斜状态、上述驱动轮的旋转状态中的至少一个状态的状态观察器的推定值，作为作用在上述搭乘部的载重。
7.—种车辆，通过根据车体的倾斜状态和驱动轮的旋转状态对上述驱动轮的转矩进行控制，从而使包括搭乘部和车体的车辆本体保持在倒立状态下进行行驶，所述倒立状态是车辆本体已结束起立且成为通常姿态的状态，其特征在于，具有限制机构，其通过让一部分接地，从而限制上述车辆本体的倾斜角；搭乘部移动机构，其相对于上述车体，使上述搭乘部移动；平衡器，其以能够相对于上述车体进行移动的方式被配置；乘降停止控制机构，其一边通过上述搭乘部移动机构使上述搭乘部移动，一边使上述车辆本体倾斜到上述限制机构的一部分接地的乘降停止的状态；和平衡器控制机构，其进行上述平衡器的移动控制，以便对利用上述起立控制机构来倾斜车辆本体时产生的车辆本体的重心的移动进行补偿。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于上述乘降停止控制机构，在上述乘降停止后，使上述搭乘部向上述车辆本体的倾斜方向移动。
9.根据权利要求7或8所述的车辆，其特征在于上述乘降停止控制机构，确定与为使上述乘降停止的倾斜开始后的经过时间相对应的上述搭乘部的搭乘部目标位置和上述车体的车体倾斜角目标值，根据上述搭乘部目标位置对上述搭乘部的移动状态进行反馈控制，根据上述车体倾斜角目标值对上述车体的倾斜状态进行反馈控制。
10.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于上述乘降停止控制机构，当车体倾斜角速度为规定的阈值以下时，判定为乘降停止的状态。
11.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于具有获取作用在上述搭乘部的载重的载重获取机构，并根据上述获取的载重，确定上述搭乘部目标位置。
12.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于上述载重获取机构，将利用基于对上述搭乘部的搭乘载重进行测量的载重计的测量值，或者基于利用了上述搭乘部的移动状态、上述车体的倾斜状态、上述驱动轮的旋转状态中的至少一个状态的状态观察器的推定值，作为作用在上述搭乘部的载重。
13.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于上述平衡器控制机构包括车轮旋转角、车体倾斜角、上述搭乘部位置中至少一个的反馈控制。
全文摘要
本发明提供一种车辆。该车辆，通过根据车体的倾斜状态和驱动轮的旋转状态对上述驱动轮的转矩进行控制，从而使包括搭乘部和车体的车辆本体保持在倒立状态下进行行驶，其特征在于，具有限制机构，其通过让一部分接地，从而限制上述车体的倾斜角；搭乘部移动机构，其相对于上述车体，使上述搭乘部移动；和乘降停止控制机构，其一边通过上述搭乘部移动机构使上述搭乘部移动，一边使上述车辆本体倾斜到上述限制机构的一部分接地的乘降停止状态，以使上述车辆本体的重心位于通过上述驱动轮的接地点的铅垂线上。
文档编号B62K3/00GK102173304SQ20111008049
公开日2011年9月7日 申请日期2008年2月22日 优先权日2007年3月27日
发明者土井克则 申请人:爱考斯研究株式会社