DE112009005251B4

DE112009005251B4 - Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112009005251B4
Application number: DE112009005251.7T
Authority: DE
Inventors: Toru Takenaka; Kazushi Akimoto; Shinichiro Kobashi; Hideo Murakami; Yuichi Uebayashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2029-09-19
Also published as: JPWO2011033592A1; US8521395B2; US20120173114A1; DE112009005251T5; JP5355700B2; WO2011033592A1

Abstract

Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs (1) umfassend eine Fahrbewegungseinheit (5), die in der Lage ist, sich auf einer Bodenoberfläche zu bewegen, einen Aktuator (7), der die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, und einen Grundkörper (9), an dem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) angebracht sind, und der eingestellt ist, neigbar bezüglich der senkrechten Richtung zu sein, umfassend:ein Neigungswinkel-Messelement (52), das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend dem Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers (9) zu erzeugen;einen Kraftdetektor, der eingestellt ist, zumindest eine Kraft (Fx) zu detektieren, die in der horizontalen Richtung auf den Grundkörper (9) eingewirkt wird; undein Fahrbewegungseinheits-Regelungs/-Steuerelement (50), das eingestellt ist, eine Regelungs-/Steuerstellgröße zu ermitteln, welche eingestellt ist, eine Antriebskraft zu definieren, die auf die Fahrbewegungseinheit (5) eingewirkt wird, um den Neigungsunterschied zwischen einem gemessenen Wert des Neigungswinkels und einem Soll-Neigungswinkel, durch Benutzen des Messwerts des Neigungswinkels des Grundkörpers (9), festgelegt durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements (52), einen vorbestimmten Wert des Soll-Neigungswinkels, eine Ausgabe eines Kraftdetektors und eine Stellgröße, die variabel gesetzt werden kann, an null anzunähern; und die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit (5) durch den Aktuator (7) entsprechend der bestimmten Regelungs-/Steuerstellgröße zu steuern/regeln;wobei das Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße der Fahrbewegungseinheit (5) so zu manipulieren, dass der Grundkörper (9) in eine Richtung entgegen der Richtung der durch den Kraftdetektor detektierten Kraft (Fx) geneigt wird,dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall, in dem die durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) nahe null ist, ein Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) null wird, d.h. eine Totzone gesetzt wird und der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) größer wird, wenn die durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) größer wird, jedoch ist der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) konstant, wenn die Größe der durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eines inverspendel-artigen Fahrzeugs, welches in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen.
Stand der Technik
Ein inverspendelartiges Fahrzeug besitzt eine Fahrbewegungseinheit, die in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einen Aktuator, der die Fahrbewegungseinheit antreibt, und einen Grundkörper, an dem die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator angebracht sind, und der neigbar zur senkrechten Richtung ist. Um den Neigungswinkel bei einem Soll-Winkel zu halten (das Umfallen des Grundkörpers zu verhindern), ist es notwendig, die Fahrbewegungseinheit durch Versetzen eines Drehpunkts des Inverspendels zu bewegen.
Als diese Art von inverspendelartigem Fahrzeug wurde beispielsweise ein inverspendelartiges Fahrzeug, das in Patentdokument 1 (Patent JP 3 070 015 B2 ) offenbart wird, vom Anmelder vorgeschlagen. Im inverspendelartigen Fahrzeug, das in Patentdokument 1 offenbart wird, ist ein Grundkörper des Fahrzeugs, ausgestattet mit einem Nutzlastträgerteil, das ein zu transportierendes Objekt, nämlich einen Benutzer, trägt, gegeben, so dass es frei neigbar um zwei Achsen, insbesondere eine Achse in longitudinaler Richtung und die andere Achse in lateraler Richtung bezogen darauf, dass die Fahrbewegungseinheit ein Kugelform hat, ist. In der Regelungs-/Steuer-Technologie eines inverspendelartigen Fahrzeugs, wird das Antriebsdrehmoment sequentiell so bestimmt, dass eine Differenz zwischen einem gemessenen Wert des Neigungswinkels des Grundkörpers (=Neigungswinkel des Nutzlastträgerteils) und einem Soll-Neigungswinkel und der Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Geschwindigkeit des Motors als Aktuatoreinheit (und folglich der Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit) und einer Soll-Geschwindigkeit an null angenähert wird. Hiernach wird die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit durch den Motor entsprechend des bestimmten Antriebsdrehmoments gesteuert.
Die vorliegende Erfindung schlägt ferner Fahrzeuge vor, die in der Lage sind, als inverspendel-artiges Fahrzeug zu funktionieren, wie jene, die in Patentdokument 2 (Veröffentlichte internationale PCT-Anmeldungen WO 2008/ 132 778 A1 ) und Patentdokument 3 (Veröffentlichte internationale PCT-Anmeldungen WO 2008/ 132 779 A1 offenbart sind.
Aus der WO 2009/ 054 208 A1 und der US 2010 / 0 038 163 A1 sind inverspendelartige Fahrzeuge bekannt, umfassend eine Fahrbewegungseinheit, einen die Fahrbewegungseinheit antreibenden Aktuator, einen neigbaren Grundkörper, an dem die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator angebracht sind, ein den Neigungswinkel des Grundkörpers bestimmendes Neigungswinkel-Messelement, einen Kraftdetektor, der die in horizontaler Richtung auf den Grundkörper wirkende Kraft detektiert, und ein Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement, das eine Antriebskraft ermittelt, die auf die Fahrbewegungseinheit eingewirkt wird, um einen bestimmten Neigungswinkel an einem Soll-Neigungswinkel anzunähern.
Es sei der Vollständigkeit halber ferner auf die WO 2009/ 084 384 A1 und die US 2010 / 0 305 840 A1 verwiesen.
Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 3 070 015 B2
Patentdokument 2: Veröffentlichte internationale PCT-Anmeldungen WO 2008/ 132 778 A1
Patentdokument 3: Veröffentlichte internationale PCT-Anmeldungen WO 2008/ 132 779 A1

Abriss der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Aufgaben
Wie in Patentdokument 1 beschrieben, wird das inverspendelartige Fahrzeug, das in der Lage ist, sich entsprechend der Neigung des Grundkörpers durch einen Benutzer zu bewegen, gesteuert, sich auf die Richtung einer Kraft zur Neigung des Grundkörpers (externe Kraft) zuzubewegen; daher wird, wenn ein Benutzer das Fahrzeug zurücklehnt, wenn die Fahrvorrichtung in Ruhe ist, der Grundkörper so geneigt, dass er sich in die Neigungsrichtung bewegen wird. Dabei ist es unmöglich für das Fahrzeug, einen Rücklagezustand einzunehmen, bei dem der Körper des Benutzers vom Grundkörper getragen wird und er mit einem seiner Füße auf dem Boden steht, wenn beispielsweise der Benutzer auf dem Nutzlastträgerteil des parkenden Fahrzeugs sitzt für eine Ruhepause, oder einfach sein Körpergewicht auf dem Boden stehend auf das Fahrzeug stützt, ohne das Fahrzeug bestiegen zu haben.
Es ist daher Inhalt der vorliegenden Erfindung, eine Kontrollvorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, den erwähnten Rücklagezustand zu erkennen.
Mittel zur Lösung des Problems
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Regelungs-/Steuer-Vorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs bereit, das eine Fahrbewegungseinheit, die in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einen Aktuator, der die Fahrbewegungseinheit antreibt, einen Grundkörper, an dem die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator angebracht sind, und ein Nutzlastträgerteil für einen Benutzer, das so an den Grundkörper angebracht ist, dass es neigbar im Bezug auf eine senkrechte Richtung ist, umfasst. Die Kontrollvorrichtung des inverspendelartigen Fahrzeugs des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Neigungswinkel-Messelement, das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend einem Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers zu erzeugen; einen Kraftdetektor, der eingestellt ist, wenigstens eine Kraft zu detektieren, die auf den Grundkörper in horizontaler Richtung eingewirkt wird; und ein Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement, dazu eingestellt, eine Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, die dazu eingestellt ist, eine Antriebskraft zu definieren, die so auf die Fahrbewegungseinheit eingewirkt werden soll, dass sich ein Neigungsunterschied zwischen dem gemessenen Wert des Neigungswinkels und dem Soll-Neigungswinkel, durch Benutzen eines gemessenen Werts des Neigungswinkels des Grundkörpers, gegeben durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements, eines vordefinierten Werts des Soll-Neigungswinkels, eine Ausgabe des Kraftdetektors, und einer Stellgröße, die variabel gesetzt werden kann, an null annähert; und eine Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit entsprechend der bestimmten Regelungs-/Steuerstellgröße zu steuern/regeln, wobei die Fahrbewegungs-Steuereinheit eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße so zu bestimmen, dass der Grundkörper in Richtung entgegen der Richtung der Kraft, die durch den Kraftdetektor detektiert wurde, geneigt wird (erste Erfindung).
Entsprechend der ersten Erfindung wird wenigstens eine Kraft auf den Grundkörper in horizontaler Richtung durch den Kraftdetektor detektiert; das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement ist so eingestellt, dass eine Regelungs-/Steuerstellgröße, welche so bestimmt ist, dass sie eine auf die Fahrbewegungseinheit aufzubringende Antriebskraft definiert, so dass der Grundkörper in Richtung entgegen der Richtung der Kraft, die durch den Kraftdetektor detektiert wird, definiert, bestimmt wird.
Dabei wird, beispielsweise wenn der Benutzer sein Körpergewicht auf den Grundkörper stützt, während der Benutzer steht, die Regel-Steuerstellgröße angemessen zum Soll-Neigungswinkel addiert, entsprechend der Last, die auf den Grundkörper angewendet wird. Durch die Neigung kann die Fahrvorrichtung eine Kraft in die Richtung des Unterstützens des Körpers des Benutzers erzeugen, welche es dem Benutzer erlaubt, sich auf dem Grundkörper in den Rücklagezustand zurückzulehnen. In anderen Worten ist es durch Setzen des Soll-Neigungswinkels des Grundkörpers zum Entgegenhalten gegen die Rücklagelast vom Benutzer, der Fahrvorrichtung möglich, den Rücklagezustand zu erzeugen.
In der vorliegenden Erfindung ist „die Richtung zum Unterstützen des Körpers des Benutzers“ grundsätzlich eine Richtung entgegen der Richtung einer Kraft, welche durch den Kraftdetektor detektiert wird, beispielsweise eine horizontale Komponente der Richtung in Richtung der Position des Benutzers (beispielsweise des Schwerpunkts), der die Rücklage-Haltung gegen die Fahrbewegung der Fahrvorrichtung einnimmt.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Regelungs-/Steuer-Vorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs bereit, das eine Fahrbewegungseinheit, die in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einen Aktuator, der die Fahrbewegungseinheit antreibt, einen Grundkörper, an dem die Fahrbewegungseinheit und der Aktuator angebracht sind, und ein Nutzlastträgerteil für einen Benutzer, das so an den Grundkörper angebracht ist, dass es neigbar im Bezug auf eine senkrechte Richtung ist, umfasst. Die Steuervorrichtung eines inverspendelartigen Fahrzeugs des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Rücklage-Detektor, der dazu eingestellt ist, einen Rücklagezustand zu detektieren, in dem der Benutzer seinen Körper auf den Grundkörper stützt, während einer seiner Füße auf dem Boden steht, wenn die Fahrvorrichtung in Ruhe ist; ein Neigungswinkel-Messelement, das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend dem Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers zu erzeugen und ein Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement, das eingestellt ist, eine Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, die dazu eingestellt ist, eine Antriebskraft, die auf die Fahrbewegungseinheit eingewirkt werden soll, so zu bestimmen, dass eine Neigungsdifferenz zwischen dem gemessenen Wert des Neigungswinkels und dem Soll-Neigungswinkel, durch Benutzen des gemessenen Werts eines Neigungswinkels des Grundkörpers, gegeben durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements, eine Detektions-Ausgabe des Rücklage-Detektors, und einer Stellgröße, die variabel gesetzt werden kann, an null angenähert wird, und die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit durch den Aktuator, entsprechend der bestimmten Regel-Steuerstellgröße, zu kontrollieren; wobei die Fahrbewegungs-Steuereinheit eingestellt ist, die Regel-Steuerstellgröße so zu bestimmen, dass die Fahrbewegungseinheit in eine Richtung zum Unterstützen des Körpers des Benutzers getrieben wird, wenn der Rücklagezustand vom Rücklage-Detektor detektiert wird (zweite Erfindung).
In der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Boden“ so benutzt, dass der eine Bodenoberfläche im Freien oder eine Straßenoberfläche bezeichnet und nicht nur einen Boden im normalen Sinn (d.h. In einem Gebäude).
Zusätzlich beinhaltet ein „vorbestimmter Wert des Soll-Neigungswinkels“ nicht nur das Setzen des vorbestimmten Werts als vorläufig bestimmten Soll-Wert (Winkel), sondern beinhaltet auch das Bestimmen eines variablen Werts (Winkels) entsprechend einer Last (Kraft), die auf den Grundkörper eingewirkt wird, welche in den Ausführungsformen hiernach beschrieben werden wird (14 und 15).
Entsprechend der zweiten Erfindung bestimmt, wenn der Rücklagezustand, in dem der Benutzer seinen Körper auf den Grundkörper stützt und mit einem seiner Füße auf dem Boden steht wenn die Fahrvorrichtung in Ruhe ist, durch den Rücklage-Detektor detektiert wird, das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement die Regelungs-/ Steuerstellgröße so, dass die Fahrbewegungseinheit in eine Richtung für den Grundkörper zum Unterstützen des Körpers des Benutzers bewegt wird.
Dadurch wird, beispielsweise wenn der Benutzer sich auf den Nutzlastträgerteil von der Vorderseite der Fahrvorrichtung mit beiden Füßen auf dem Boden setzt, die Regel-Steuerstellgröße angemessen zum Soll-Neigungswinkel, entsprechend der Last, die auf den Nutzlastträgerteil in Rückwärtsrichtung eingewirkt wird, addiert. Wegen der Neigung kann die Fahrvorrichtung eine Kraft in Richtung zum Unterstützen des Körpers des Benutzer erzeugen, welche den Rücklagezustand des Benutzers, der sich auch dem Grundkörper zurücklehnt, erlaubt. In anderen Worten wird es durch Setzen des Soll-Neigungswinkels des Grundkörpers zum Entgegenwirken gegen die Rücklagelast des Benutzers möglich, den Rücklagezustand herbeizuführen.
In der inverspendelartigen Fahrbewegungseinheit nach diesem Aspekt der Erfindung ist es zulässig, dass die Fahrbewegungseinheit so eingestellt ist, dass sie in der Lage ist, sich in eine vordefinierte eine Richtung auf der Bodenfläche zu bewegen, und das Nutzlastträgerteil so eingestellt ist, dass es so am Grundkörper befestigt ist, dass es neigbar um eine Achse in eine Richtung orthogonal zur vorbestimmten einen Richtung ist.
Es ist auch zulässig, dass die Fahrbewegungseinheit so eingestellt ist, dass sie in der Lage ist, sich in alle Richtungen einschließlich einer ersten und einer zweiten Richtung, welche aufeinander orthogonal zueinander auf der Bodenfläche sind, zu bewegen und dass das Nutzlastträgerteil so eingestellt ist, dass es so am Grundkörper befestigt ist, dass es um zwei Achsen neigbar ist, insbesondere eine Achse in der ersten und eine Achse in der zweiten Richtung.
Hierbei bedeutet, dass die Fahrbewegungseinheit „in der Lage ist, sich in alle Richtungen, einschließlich der ersten und der zweiten Richtung zu bewegen“, dass die Orientierung des Geschwindigkeitsvektors der Fahrbewegungseinheit in jedem Moment betrachtet in einer axialen Richtung orthogonal zur ersten Richtung und der zweiten Richtung, eine Orientierung einer beliebigen Winkelorientierung um die Axialrichtung annehmen kann, wenn die Fahrbewegungseinheit vom Aktuator angetrieben wird. Die Axialrichtung ist annähernd eine Vertikalrichtung oder eine Richtung senkrecht zu einer Bodenfläche. Ferner muss der Begriff „orthogonal“ in der vorliegenden Erfindung nicht absolut orthogonal sein, und darf leicht davon abweichen, absolut orthogonal zu sein.
In der zweiten Erfindung ist es zulässig, dass der Rücklage-Detektor mit einem Kraftdetektor ausgestattet ist, der eingestellt ist, wenigstens eine Kraft, die auf das Nutzlastträgerteil in longitudinaler Richtung wirkt, zu detektieren; und die Fahrbewegungs-Steuereinheit ist eingestellt, die Regel-Steuerstellgröße zu bestimmen, die eingestellt ist, eine Antriebskraft einzuwirken, um die Fahrbewegungseinheit so zu bewegen, dass sich der Grundkörper in Richtung einer Richtung entgegen der Richtung der Kraft, die durch den Kraftdetektor detektiert wird, wenn die Fahrvorrichtung in Ruhe ist, neigt (dritte Erfindung).
Nach der dritten Erfindung wird, beispielsweise wenn der Benutzer sich auf das Nutzlastträgerteil setzt um den Rücklagezustand zu erreichen, die Kraft, die auf das Nutzlastträgerteil in seine Rückwärtsrichtung eingewirkt wird, durch den Kraftdetektor detektiert; hierbei übt das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement eine Antriebskraft aus, um die Fahrbewegungseinheit so anzutreiben, dass sich der Grundkörper in Richtung der Richtung (Vorwärtsrichtung) entgegen der Richtung der Kraft, die vom Kraftdetektor detektiert wird, wenn die Fahrvorrichtung in Ruhe ist, neigt. Dementsprechend, wird die Fahrvorrichtung in einer Position, mit dem Körper des Benutzers gestützt durch den Grundkörper, in Ruhe gehalten, die es dem Benutzer erlaubt, den Rücklagezustand gegen den Grundkörper einzunehmen.
In der dritten Erfindung ist es zulässig, dass der Kraftdetektor ein triaxialer Kraftsensor ist, der eingestellt ist, eine Last, die auf das Nutzlastträgerteil wirkt, zu detektieren; und die Fahrbewegungs-Steuereinheit eingestellt ist, die Regel-Steuerstellgröße, die eingestellt ist, die Antriebsleistung entsprechend einer externen Kraft in der longitudinalen Richtung, die durch den triaxialen Kraftsensor bestimmt wird, einzuwirken (vierte Erfindung).
Es ist auch zulässig, dass in der dritten Erfindung der Kraftdetektor ein uniaxialer Kraftdetektor ist, der eingestellt ist, eine auf das Nutzlastträgerteil aufgebrachte Last in senkrechter Richtung zu detektieren; und das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement so eingestellt ist, dass eine Regelungs-/Steuerstellgröße, die eingestellt ist, eine Antriebsleistung entsprechend einer Verminderung in der Last, wenn die Last, die durch den uniaxialen Kraftsensor geringer ist als des Gewicht des Benutzers, einzuwirken, bestimmt wird (fünfte Erfindung).
Es ist zulässig, dass in der zweiten Erfindung der Rücklage-Detektor mit einem manuellen Schalter, der im Grundkörper angebracht ist, ausgestattet ist und den Rücklagezustand detektiert, wenn der Schalter eingeschaltet ist (sechste Erfindung).
Es ist auch zulässig, dass der Rücklage-Detektor mit einem Fußauftrittskraft-Detektor ausgestattet ist, der eingestellt ist, eine Kraft, die auf eine Fußraste, die an den Grundkörper angebracht ist, eingewirkt wird, zu detektieren; und die Fahrbewegungs-Steuereinheit eingestellt ist, den Rücklagezustand zu detektieren, wenn keine Kraft vom Fußauftrittskraft-Detektor detektiert wird.
Figurenliste

1 ist ein Vorderdiagramm eines inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine Seitenansicht des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
3 ist eine vergrößerte Ansicht des unteren Teils des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform
4 ist eine perspektivische Ansicht des unteren Teils eines inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Ansicht der Fahrbewegungseinheit (Radanordnung) des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform;
6 ist ein Diagramm, das die Platzierungsbeziehung zwischen der Fahrbewegungseinheit (Radanordnung) und freien Rollen des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess illustriert, der von einer Regelungs-/Steuerungseinheit 50 des inverspendelartigen Fahrzeugs, gemäß der Ausführungsform, ausgeführt wird;
8 ist ein Diagramm, das ein Inverspendelmodell, das die dynamischen Verhaltensweisen des inverspendelartigen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform ausdrückt, illustriert;
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion verbunden mit dem Prozess, der in 7 illustriert ist, illustriert;
10 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion eines Verstärkungseinstellungs-Elements, das in 9 illustriert ist, illustriert;
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion eines Begrenzungsprozessors, der in 10 illustriert ist (oder eines Begrenzungsprozessors, der in 12 illustriert ist) illustriert;
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion einer Schwerpunktgeschwindigkeits-Drossel 76, die in 9 illustriert ist, illustriert;
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungs-Funktion eines Haltungskontroll-Berechners 80, der in 9 illustriert ist, illustriert;
14 ist ein Graph, der eine Variation einer Winkeldifferenz bezüglich einer Last, die im Rücklagezustand einer Fahrvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform angebracht ist; und
15 ein Graph, der eine Variation einer Winkeldifferenz bezüglich einer Verringerung des Körpergewichts, das auf den Nutzlastträgerteil in einem Rücklagezustand der Fahrvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform angebracht ist, illustriert.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Zuerst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 der Aufbau eines omnidirektionalen Fahrzeugs gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst ein omnidirektionales Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Nutzlast-Trägerteil 3 für einen Benutzer (Fahrer), eine Fahrbewegungseinheit 5, welche in der Lage ist, in alle Richtungen (alle zweidimensionalen Richtungen, umfassend eine Längsrichtung und eine Querrichtung) auf einer Bodenfläche zu fahren, während sie mit der Bodenfläche in Kontakt steht, einen Aktuator 7, welcher eine Antriebskraft zum Antreiben der Fahrbewegungseinheit 5 der Fahrbewegungseinheit 5 vermittelt und einen Grundkörper 9, an welchem das Nutzlast-Trägerteil 3, die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 montiert sind.
In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform bedeuten hier „die Längsrichtung“ und „die Querrichtung“ die Richtungen, welche mit der Längsrichtung bzw. der Querrichtung des Oberkörpers eines Benutzers an Bord des Nutzlast-Trägerteils 3 in einer normalen Haltung zusammenfallen oder im Wesentlichen zusammenfallen. Übrigens ist „die normale Haltung“ eine bei der Ausgestaltung vorgesehene Haltung, welche sich auf das Nutzlast-Trägerteil 3 bezieht und sie ist eine Haltung, in welcher die Rumpfachse des Oberkörpers des Benutzers näherungsweise in der vertikalen Richtung ausgerichtet ist und der Oberkörper nicht verdreht ist.
In diesem Fall sind in 1 „die Längsrichtung“ und „die Querrichtung“ die zur Zeichenebene senkrechte Richtung bzw. die Querrichtung der Zeichenebene. In 2 sind „die Längsrichtung“ und „die Querrichtung“ die Querrichtung der Zeichenebene bzw. die zur Zeichenebene senkrechte Richtung. Ferner werden bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die den Bezugszeichen beigefügten Abkürzungen „R“ und „L“ verwendet werden, um den Bezug zur rechten Seite bzw. linken Seite des Fahrzeugs 1 zu bezeichnen.
Der Grundkörper 9 ist mit einem unteren Rahmen 11, an welchem die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 angebracht sind, und einem sich aufwärts von dem oberen Ende des unteren Rahmens 11 erstreckenden Tragrahmen 13 bereitgestellt.
Ein sich von dem Tragerahmen 13 zur Vorderseite hin erstreckender Sitzrahmen 15 ist an der Oberseite des Tragrahmens 13 befestigt. Ferner ist der Sitz 3, auf welchem der Benutzer sitzt, an dem Sitzrahmen 15 angebracht. In der vorliegenden Ausführungsform dient der Sitz 3 als Nutzlast-Trägerteil für einen Benutzer. Somit fährt das omnidirektionale Fahrzeug 1 in der vorliegenden Ausführungsform (nachfolgend einfach als Fahrzeug 1 bezeichnet) auf einer Bodenfläche mit einem auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzer.
Ferner sind von dem auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzer bei Bedarf zu greifende Griffe 17R und 17L rechts und links von dem Sitz 3 angeordnet. Diese Griffe 17R und 17L sind an distalen Abschnitten von Bügeln 19R bzw. 19L gesichert, welche sich von dem Tragrahmen 13 (oder dem Sitzrahmen 15) erstrecken.
Der untere Rahmen 11 ist mit einem Paar von Abdeckelementen 21R und 21L bereitgestellt, welche sich gegenüberliegend in einer gabelnden Form mit einer Lücke dazwischen in der Querrichtung angeordnet sind. Die oberen Endabschnitte (die Gabelabschnitte) dieser Abdeckelemente 21R und 21L sind durch eine Gelenkwelle 23 verbunden, welche eine longitudinale axiale Mitte aufweist, so dass eines der Abdeckelemente 21R und 21L um die Gelenkwelle 23 bezüglich des anderen relativ schwenkbar ist. In diesem Fall sind die Abdeckelemente 21R und 21L durch nicht gezeigte Federn in einer Richtung vorgespannt, in welcher sich die unteren Endabschnitte (die distalen Enden der Gabelabschnitte) der Abdeckelemente 21R und 21L verengen.
Ferner sind eine Fußraste 25R, auf welcher der auf dem Sitz 3 sitzende Benutzer seinen/ihren rechten Fuß abstützt, und eine Fußraste 25L, auf welcher der Benutzer seinen/ihren linken Fuß abstützt, an den Außenflächen der Abdeckelemente 21R und 21L derart bereitgestellt, dass sich die Fußrasten nach außen in die rechte bzw. die linke Richtung erstrecken.
Die Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 sind zwischen den Abdeckelementen 21R und 21L des unteren Rahmens 11 angeordnet. Der Aufbau der Fahrbewegungseinheit 5 und des Aktuators 7 werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben werden.
Die in der vorliegenden Ausführungsform dargestellte Fahrbewegungseinheit 5 und der Aktuator 7 weisen den selben Aufbau auf wie diejenigen, welche beispielsweise in 1 des vorangehend erwähnten Patentdokuments 2 offenbart sind. Daher werden bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die Aspekte des Aufbaus der Fahrbewegungseinheit 5 und des Aktuators 7, welche in dem obengenannten Patentdokument 2 beschrieben sind, nur kurz beschrieben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Fahrbewegungseinheit 5 eine aus einem gummielastischen Material hergestellte Radanordnung, welche mit einer ringförmigen Form gebildet ist und eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform aufweist. Diese Fahrbewegungseinheit 5 (nachfolgend als die Radanordnung 5 bezeichnet) verformt sich elastisch, um in der Lage zu sein, um eine Mitte C1 des kreisförmigen Querschnitts zu rotieren (insbesondere die Umfangslinie, welche den Mittelpunkt C1 des kreisförmigen Querschnitts passiert und welche konzentrisch mit der axialen Mitte der Radanordnung 5 ist), wie durch den Pfeil Y1 in 5 und 6 angedeutet.
Die Radanordnung 5 ist zwischen den Abdeckelementen 21R und 21L angeordnet, wobei eine axiale Mitte C2 davon (eine axiale Mitte C2 orthogonal zu der Durchmesserrichtung der gesamten Radanordnung 5) in Querrichtung ausgerichtet ist, und tritt mit einer Bodenfläche an dem unteren Endabschnitt der Außenumfangsfläche der Radanordnung 5 in Kontakt.
Die Radanordnung 5 ist in der Lage, eine Rotationsbewegung um die axiale Mitte C2 der Radanordnung, wie durch einen Pfeil Y2 in 5 angedeutet, (eine Rollbewegung auf einer Bodenfläche) und eine Rotationsbewegung um die Mitte C1 des Querschnitts der Radanordnung 5 durchzuführen, indem sie von dem Aktuator 7 angetrieben wird (wird später im Detail zu diskutieren sein). Als Ergebnis davon ist die Radanordnung 5 in der Lage, in alle Richtungen auf einer Bodenfläche durch die Bewegungen zu fahren, welche die obengenannten Drehbewegungen kombinieren.
Der Aktuator 7 ist mit einem Rotationselement 27R und zwischen der Radanordnung 5 und dem rechten Abdeckelement 21R angeordneten freien Rollen 29R, einem Rotationselement 27L und zwischen der Radanordnung 5 und dem linken Abdeckelement 17L angeordneten freien Rollen 29L, einem Elektromotor 31R, welcher als ein oberhalb des Rotationselements 27R und den freien Rollen 29R angeordneter Aktuator dient, und einem Elektromotor 31L, welcher als ein oberhalb des Rotationselements 27L und den freien Rollen 29L dienender Aktuator bereitgestellt ist.
Die Gehäuse der Elektromotoren 31R und 31L sind an dem Abdeckelement 21R bzw. 21L angebracht. Obwohl nicht gezeigt, sind die elektrischen Quellen (Batterien oder Kondensatoren) der Elektromotoren 31R und 31 L an einem geeigneten Ort des Grundkörpers 9, wie dem Tragrahmen 13 oder dergleichen, montiert.
Das Rotationselement 27R ist rotierend durch das Abdeckelement 21R durch Zwischenschaltung einer eine Querachsenmitte aufweisenden Tragachse 33R getragen. Ebenso ist das Rotationselement 27L durch das Abdeckelement 21L durch Zwischenschaltung einer eine Querachsenmitte aufweisenden Trageachse 33L getragen. In diesem Fall sind der axiale Rotationsmittelpunkt des Rotationselements 27R (der axiale Mittelpunkt der Tragachse 33R) und der axiale Rotationsmittelpunkt des Rotationselements 27L (der axiale Mittelpunkt der Tragachse 33L) konzentrisch zueinander.
Die Rotationselemente 27R und 27L sind mit den Ausgangswellen des Elektromotors 31R bzw. 31L durch Zwischenschaltung von Kraftübertragungsmechanismen, welche Funktionen von Reduzierstücken umfassen, verbunden und werden durch die von dem Elektromotor 31R bzw. 31L übertragene Antriebskraft (Drehmoment) zur Drehung angetrieben. Die Kraftübertragungsmechanismen sind beispielsweise ein Riemenscheibe-Riemen-System. Wie in 3 dargestellt, ist das Rotationselement 27R insbesondere mit der Ausgangswelle des Elektromotors 31R durch Zwischenschaltung einer Riemenscheibe 35R und eines Riemens 37R verbunden. Ebenso ist das Rotationselement 27L mit der Ausgangswelle des Elektromotors 31L durch Zwischenschaltung einer Riemenscheibe 35L und eines Riemens 37L verbunden.
Übrigens kann der obengenannte Kraftübertragungsmechanismus beispielsweise aus einem Ritzel und einer Verbindungskette gebildet sein oder kann aus einer Mehrzahl von Zahnrädern gebildet sein. Als eine andere Alternative können die Elektromotoren 31R und 31L derart gebildet sein, dass deren Ausgangswellen angeordnet sind, um den Rotationselementen 27R und 27L gegenüberzuliegen, um die Ausgangswellen derart anzuordnen, dass sie konzentrisch mit den Rotationselementen 27R und 27L sind und die Ausgangswellen der Elektromotoren 31L und 31R können durch Zwischenschaltung von Reduzierstücken (beispielsweise Planetgetriebevorrichtungen) mit dem Rotationselement 27R bzw. 27L verbunden sein.
Die Rotationselemente 27R und 27L weisen die gleiche Form auf und sind als Kreiskegelstümpfe gebildet, deren Durchmesser sich zur Radanordnung 5 hin verringern und deren Außenumfangsflächen geneigte Außenumfangsflächen 39R und 39L bilden.
Eine Mehrzahl der freien Rollen 29R ist um die geneigte Außenumfangsfläche 39R des Rotationselements 27R derart angeordnet, dass die freien Rollen 29R in regelmäßigen Abständen auf dem mit dem Rotationselement 27R konzentrischen Umfang angeordnet sind. Ferner sind diese freien Rollen 29R an der geneigten Außenumfangsfläche 39R durch Zwischenschaltung der Bügel 41R angebracht und sind drehend durch die Bügel 41R getragen.
Ebenso ist eine Mehrzahl von freien Rollen 29L (der gleichen Anzahl wie die der freien Rollen 29R) um die geneigte Außenumfangsfläche 39L des Rotationselements 27L derart angeordnet, dass die freien Rollen 29L in regelmäßigen Abständen auf dem mit dem Rotationselement 27L konzentrischen Umfang angeordnet sind. Ferner sind diese freien Rollen 29L an der geneigten Außenumfangsfläche 39L durch Zwischenschaltung der Bügel 41L angebracht und sind drehbar von den Bügeln 41 L getragen.
Die Radanordnung 5 ist konzentrisch mit den Rotationselementen 27R und 27L angeordnet und zwischen den dem Rotationselement 27R benachbarten freien Rollen 29R und den dem Rotationselement 27L benachbarten freien Rollen 29L gehalten.
Wie in 1 und 6 dargestellt, sind die freien Rollen 29R und 29L in diesem Fall in Stellungen angeordnet, in welchen deren axiale Mitten C3 gegen die axiale Mitte C2 der Radanordnung 5 geneigt sind und auch gegen die Durchmesserrichtung der Radanordnung 5 geneigt sind (die radiale Richtung, welche die axiale Mitte C2 und die freien Rollen 29R und 29L bei Betrachtung der Radanordnung 5 in Richtung der axialen Mitte C2 davon verbindet). In den obengenannten Stellungen werden ferner die Außenumfangsflächen der freien Rollen 29R bzw. 29L in einen schrägen Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Radanordnung 5 gedrückt.
Allgemeiner gesagt, werden die rechten freien Rollen 29R in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Radanordnung 5 in Stellungen in Kontakt gedrückt, in welchen eine Reibungskraftkomponente in der Richtung um die axiale Mitte C2 (eine Reibungskraftkomponente in der Tangentialrichtung des Innenumfangs der Radanordnung 5) und eine Reibungskraftkomponente in der Richtung um die Mitte C1 des Querschnitts der Radanordnung 5 (eine Reibungskraftkomponente in der Tangentialrichtung des kreisförmigen Querschnitts) auf die Radanordnung an einer Fläche ausgeübt werden kann, welche mit der Radanordnung 5 in Kontakt steht, wenn das Rotationselement 27R um die axiale Mitte C2 zur Drehung angetrieben wird. Das Gleiche gilt für die linken freien Rollen 29L.
Wie vorangehend beschrieben, werden die Abdeckelemente 21R und 21L in diesem Fall durch nicht gezeigte Federn in die Richtung zum Verengen der unteren Endabschnitte (der distalen Enden der Gabelabschnitte) der Abdeckelemente 21R und 21 L vorgespannt. Somit hält die treibende Kraft die Radanordnung 5 zwischen den rechten freien Rollen 29R und den linken freien Rollen 29L und die freien Rollen 29R und 29L werden in Presskontakt mit der Radanordnung 5 gehalten (insbesondere der Presskontaktzustand, welcher ermöglicht, dass eine Reibungskraft zwischen den freien Rollen 29R und 29L und der Radanordnung 5 wirkt).
Wenn bei dem den vorangehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Fahrzeug 1 die Rotationselemente 27R und 27L zur Drehung mit der gleichen Geschwindigkeit in der gleichen Richtung durch den Elektromotor 31R bzw. 31L angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 um die axiale Mitte C2 in der gleichen Richtung wie der Rotationselemente 27R und 27L drehen. Dies veranlasst die Radanordnung 5 dazu, auf einer Bodenfläche in der Längsrichtung zu rollen und das gesamte Fahrzeug 1 wird in der Längsrichtung fahren. In diesem Fall dreht sich die Radanordnung 5 nicht um die Mitte C1 von dessen Querschnitt.
Wenn ferner beispielsweise die Rotationselemente 27R und 27L in einander entgegengesetzten Richtungen mit Geschwindigkeiten der gleichen Größe zur Drehung angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 dann um die Mitte C1 von dessen Querschnitt drehen. Dies veranlasst die Radanordnung 5, in die Richtung der axialen Mitte C2 davon zu fahren (das heißt in die Querrichtung), wodurch das gesamte Fahrzeug 1 veranlasst wird, in die Querrichtung zu fahren. In diesem Fall dreht sich die Radanordnung 5 nicht um die axiale Mitte C2 davon.
Wenn ferner die Rotationselemente 27R und 27L in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen mit voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeiten umfassende Richtungen) zur Drehung angetrieben werden, wird sich die Radanordnung 5 dann um die axiale Mitte C2 und auch um die axiale Mitte C1 von dessen Querschnitt drehen.
Zu diesem Zeitpunkt veranlassen Bewegungen, welche die obengenannten Rotationsbewegungen (kombinierte Bewegungen) kombinieren, die Radanordnung 5 dazu, in Richtungen zu fahren, welche relativ zu der Längsrichtung und der Querrichtung geneigt sind, wodurch das gesamte Fahrzeug 1 veranlasst wird, in die gleiche Richtung wie die der Radanordnung 5 zu fahren. Die Fahrtrichtung der Radanordnung 5 wird sich in diesem Fall in Abhängigkeit der Differenz zwischen den Rotationsrichtungen umfassenden Rotationsgeschwindigkeiten der Rotationselemente 27R und 27L (die Rotationsgeschwindigkeitsvektoren, deren Polaritäten gemäß den Rotationsrichtungen definiert sind) ändern.
Die Fahrbewegungen der Radanordnung werden wie vorangehend beschrieben ausgeführt. Deshalb wird es möglich, die Fahrgeschwindigkeit und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs durch Regeln/Steuern der Rotationsgeschwindigkeiten (umfassend die Rotationsrichtungen) der Elektromotoren 31R und 31L und somit durch Regeln/Steuern der Rotationsgeschwindigkeiten der Rotationselemente 27R und 27L zu regeln/steuern.
Der Sitz (Bordabschnitt) 3 und der Grundkörper 9 sind übrigens um die Querachsenmitte C2 neigbar, wobei die axiale Mitte C2 der Radanordnung 5 der Tragepunkt ist, und auch zusammen mit der Radanordnung 5 um die longitudinale Achse neigbar, wobei die Bodenkontaktfläche (die untere Endfläche) der Radanordnung 5 der Tragepunkt ist.
Der Aufbau zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jetzt beschrieben werden. Ausgehend von einem XYZ-Koordinatensystem, in welchem, wie in 1 und 2 dargestellt, die longitudinale horizontale Achse durch eine X-Achse angedeutet ist, die seitliche horizontale Achse durch eine Y-Achse angedeutet ist und die vertikale Richtung durch eine Z-Achse angedeutet ist, können in der folgenden Beschreibung die Längsrichtung und die Querrichtung als die X-Achsen-Richtung bzw. die Y-Achsen-Richtung bezeichnet werden.
Zuerst wird die Regelung/Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs 1 umrissen werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird grundsätzlich, wenn der auf dem Sitz 3 sitzende Benutzer seinen/ihren Oberkörper neigt (insbesondere, wenn der Oberkörper derart geneigt wird, dass die Position des gesamten Schwerpunkts, welcher den Benutzer und das Fahrzeug 1 kombiniert (die auf eine horizontale Ebene projizierte Position) bewegt wird), der Grundkörper 9 dann zusammen mit dem Sitz 3 zu der Seite hin geneigt, zu welcher der Oberkörper geneigt worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert, dass das Fahrzeug 1 zu der Seite hin fährt, zu welcher sich der Grundkörper 9 geneigt hat. Beispielsweise, wenn der Benutzer seinen/ihren Oberkörper nach vorne neigt, was den Grundkörper 9 dazu veranlasst, sich zusammen mit dem Sitz 3 nach vorne zu neigen, wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 dann geregelt/gesteuert, um das Fahrzeug 1 dazu zu veranlassen, nach vorne zu fahren. Anders ausgedrückt, stellt gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Betrieb, in welchem der Benutzer seinen/ihren Oberkörper bewegt, was den Sitz 3 und den Grundkörper 9 dazu veranlasst, sich zu neigen, einen grundlegenden Lenkbetrieb für das Fahrzeug 1 bereit (eine Bewegungsanforderung des Fahrzeugs 1) und die Fahrbewegung der Radanordnung 5 wird gemäß dem Lenkbetrieb durch den Aktuator 7 geregelt/gesteuert.
Bei dem Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird hier die Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 als die Bodenkontaktfläche des gesamten Fahrzeugs 1 eine einzige lokale Region sein, welche kleiner als eine durch eine Projektion auf eine Bodenfläche des Fahrzeugs 1 und des Benutzers in dem Fahrzeug resultierende Region ist, und eine Bodenreaktionskraft wird nur auf die einzige lokale Region wirken. Aus diesem Grund muss die Radanordnung 5 derart bewegt werden, dass der gesamte Schwerpunkt des Benutzers und des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen unmittelbar über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist, um zu verhindern, dass der Grundkörper 9 durch Neigen umfällt.
Deshalb wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Haltung des Grundkörpers 9 in einem Zustand, in dem der gesamte Schwerpunkt des Benutzers und des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen direkt über dem Mittelpunkt der Radanordnung 5 angeordnet ist (der Mittelpunkt an der axialen Mitte C2) (genauer gesagt, in einem Zustand, in dem der Schwerpunkt im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist) als eine Soll-Haltung definiert und die Fahrbewegung der Radanordnung 5 wird grundsätzlich derart geregelt/gesteuert, dass die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 gegen die Soll-Haltung konvergiert.
Ferner wird in einem Zustand, in dem kein Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist, die Haltung des Grundkörpers 9 in einem Zustand, in dem der alleinige Schwerpunkt des Fahrzeugs im Wesentlichen unmittelbar oberhalb des Mittelpunkts der Radanordnung 5 angeordnet ist (der Mittelpunkt an der axialen Mitte C2) (genauer gesagt, in einem Zustand, in dem der Schwerpunkt im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist) als eine Soll-Haltung definiert, und die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 wird gegen die Soll-Haltung konvergiert. Somit wird die Fahrbewegung der Radanordnung 5 derart geregelt/gesteuert, dass sich das Fahrzeug 1 selbst stützt, ohne den Grundkörper 9 dazu zu veranlassen, durch Neigen umzufallen.
Entweder im Zustand, in dem sich der Benutzer auf dem Fahrzeug 1 befindet oder im Zustand, in dem sich kein Benutzer auf dem Fahrzeug 1 befindet, wird die Radanordnung 5 gesteuert, die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu erhöhen, wenn der Fehler der Ist-Haltung des Grundkörpers 9 von der Soll-Haltung größer wird, und das Fahren von Fahrzeug 1 zu beenden, wenn die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 der Soll-Haltung entspricht.
„Die Haltung“ bedeutet ergänzend eine räumliche Orientierung. Wenn sich in der vorliegenden Ausführungsform der Grundkörper 9 zusammen mit dem Sitz 3 neigt, ändern sich die Haltungen des Grundkörpers 9 und des Sitzes 3. In der vorliegenden Ausführungsform neigen sich der Grundkörper 9 und der Sitz 3 ferner integral, so dass ein Konvergieren der Haltung des Grundkörpers 9 gegen die Soll-Haltung äquivalent zu einem Konvergieren der Haltung des Sitzes 3 gegen eine dem Sitz 3 zugeordnete Soll-Haltung ist (die Haltung des Sitzes 3 in einem Zustand, in dem die Haltung des Grundkörpers 9 mit einer Soll-Haltung des Grundkörpers 9 übereinstimmt).
Um den Betrieb des vorangehend beschriebenen Fahrzeugs 1 zu regeln/steuern, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine als elektronische Schaltungseinheit gebildete Regelungs-/Steuerungseinheit 50, welche hauptsächlich einen Mikrocomputer und eine Treiberschaltungseinheit für die Elektromotoren 31R und 31L umfasst, ein Neigungssensor 52 zum Messen eines Neigungswinkels Θb relativ zu der vertikalen Richtung (die Schwerkraftrichtung) eines vorgegebenen Abschnitts des Grundkörpers 9 und einer Änderungsgeschwindigkeit davon (=dΘb/dt), ein Lastsensor 54 zum Detektieren, ob sich ein Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 befindet oder nicht, und Drehkodierer 56R und 56L, welche als Winkelsensoren zum Detektieren der Drehwinkel und der Drehwinkelgeschwindigkeiten der Ausgangswelle des Elektromotors 31R bzw. 31L dienen, wie in 1 und 2 dargestellt, an geeigneten Stellen des Fahrzeugs 1 montiert.
In diesem Fall sind die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 und der Neigungssensor 52 an dem Tragrahmen 13 beispielsweise dadurch angebracht, dass sie in dem Tragrahmen 13 des Grundkörpers 9 aufgenommen sind. Ferner ist der Lastsensor 54 in dem Sitz 3 aufgenommen. Ferner sind die Drehkodierer 56R und 56L integral mit den Elektromotoren 31R und 31L bereitgestellt. Die Drehkodierer 56R und 56L können alternativ an dem Rotationselement 27R bzw. 27L angebracht sein.
Der obengenannte Neigungssensor 52 ist insbesondere aus einem Beschleunigungssensor und einem Ratensensor (Winkelgeschwindigkeitssensor) wie einem Gyrosensor gebildet, und gibt Detektionssignale dieser Sensoren an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt dann eine vorgegebene arithmetische Messverarbeitung (diese kann allgemein als arithmetische Verarbeitung bekannt sein) auf Grundlage der Ausgaben des Beschleunigungssensors und des Ratensensors des Neigungssensors 52 aus, wodurch der Messwert des Neigungswinkels Θb relativ zu der vertikalen Richtung des Abschnitts, an welchem der Neigungssensor 52 installiert ist (Tragrahmen 13 in der vorliegenden Ausführungsform), und der Messwert der Neigungswinkelgeschwindigkeit Obdot, welche eine Änderungsrate (differentieller Wert) davon ist, berechnet wird.
Der zu messende Winkel Θb (nachfolgend als ein Grundkörper-Neigungswinkel Θb in einigen Fällen bezeichnet) ist in diesem Fall insbesondere aus einer Komponente in die Richtung um die Y-Achse (eine Höhenrichtung) Θb_x und einer Komponente in die Richtung um die X-Achse (eine Rollrichtung) Θb_y gebildet. Ebenso ist die zu messende Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot (nachfolgend als Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot in einigen Fällen bezeichnet) aus einer Komponente in die Richtung um die Y-Achse (die Höhenrichtung) Θbdot_x (=dΘb_x/dt) und einer Komponente in die Richtung um die X-Achse (die Rollrichtung) Θbdot_y (=dΘb_y/dt) gebildet.
Ergänzend neigt sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Sitz 3 integral mit dem Tragrahmen 13 des Grundkörpers 9, so dass der Grundkörper-Neigungswinkel Θb auch eine Bedeutung als der Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerteils 3 hat.
Bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform werden im Hinblick auf Variablen, wie ein Bewegungszustandsbetrag, welcher Komponenten in Richtungen der X-Achse und der Y-Achse aufweist, wie der obengenannte Grundkörper-Neigungswinkel Θb (oder Richtungen um Achsen) oder Variablen, wie auf den Bewegungszustandsbetrag bezogene Koeffizienten, die Bezugszeichen der Variablen mit einem Suffix „_x“ oder „_y“ versehen, um die Komponenten unterscheidbar zu bezeichnen.
Für die auf Translationsbewegungen, wie eine Translationsgeschwindigkeit, bezogene Variablen wird in diesem Fall eine Komponente in der X-Achsen-Richtung davon mit einem Suffix „_x“ versehen werden, und eine Komponente in der Y-Achsen-Richtung davon wird mit einem Suffix „_y“ versehen werden.
Unterdessen wird im Hinblick auf Rotationsbewegungen bezogene Variablen, wie Winkel, Rotationsgeschwindigkeiten (Winkelgeschwindigkeiten) und eine Winkelbeschleunigung, der Übersichtlichkeit halber eine Komponente in die Richtung um die Y-Achse mit dem Suffix „_x“ versehen werden, und eine Komponente in die Richtung um die X-Achse wird mit dem Suffix „_y“ versehen werden, um zu den auf Translationsbewegungen bezogenen Variablen mit Suffixen zu passen.
Ferner wird, um eine Variable in der Form eines Paares einer Komponente in der X-Achsen-Richtung (oder eine Komponente in Richtung um die Y-Achse) und eine Komponente in der Y-Achsen-Richtung (oder eine Komponente in Richtung um die X-Achse) zu bezeichnen, der Suffix „_xy“ zu dem Bezugszeichen der Variable hinzugefügt. Beispielsweise, um den obengenannten Grundkörper-Neigungswinkel Θb in der Form des Paares einer Komponente in Richtung um die Y-Achse Θb_x und einer Komponente in Richtung um die X-Achse Θb_y auszudrücken, wird das Paar durch „der Grundkörper-Neigungswinkel Θb_xy“ bezeichnet werden.
Der Lastsensor 54 ist in dem Sitz 3 derart aufgenommen, dass er einer Last von dem Gewicht eines Benutzers ausgesetzt wird, wenn der Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt, und gibt ein Detektionssignal basierend auf der Last an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 bestimmt dann, ob der Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist oder nicht, basierend auf dem Messwert der Last, welcher von der Ausgabe des Lastsensors 54 angezeigt wird.
Anstelle des Lastsensors 54 kann ein schalterartiger Sensor verwendet werden, welcher sich beispielsweise einschaltet, wenn ein Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt.
Der Drehkodierer 56R erzeugt ein Pulssignal jedes Mal, wenn die Ausgangswelle des Elektromotors 31R sich um einen vorgegebenen Winkel dreht und gibt das Pulssignal an die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 aus. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 misst dann basierend auf dem Pulssignal den Drehwinkel der Ausgangswelle des Elektromotors 53R und misst ferner die zeitliche Änderungsrate (differentieller Wert) des Messwertes des Drehwinkels als die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 53R. Das Gleiche gilt für den Drehkodierer 56L für den Elektromotor 31L.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt eine vorgegebene arithmetische Verarbeitung unter Verwendung der obengenannten Messwerte aus, wodurch Geschwindigkeitsbefehle bestimmt werden, welche die Soll-Werte der Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L sind, und führt eine Rückkopplungsregelung/-steuerung der Drehwinkelgeschwindigkeit jedes Elektromotors 31R und 31 L gemäß den bestimmten Geschwindigkeitsbefehlen aus.
Die Beziehung zwischen der Drehwinkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Elektromotors 31R und der Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotationselements 27R wird übrigens eine proportionale Beziehung basierend auf dem Geschwindigkeitsdämpfungsverhältnis eines festen Wertes zwischen der Ausgangswelle und dem Rotationselement 27R sein. Der Einfachheit halber wird in der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 31R die Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotationselements 27R bedeuten. Ebenso wird die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 31L die Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotationselements 27L bedeuten.
Nachfolgend wird die von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ausgeführte Regelungs-/Steuerungsverarbeitung detaillierter beschrieben werden.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt die durch das Flussdiagramm der 7 dargestellte Verarbeitung (Hauptroutinenverarbeitung) in einem vorgegebenen Regelungs-/Steuerungs-Verarbeitungszyklus aus.
Im SCHRITT 1 erfasst die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zuerst eine Ausgabe eines Neigungssensors 52.
Anschließend geht die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zu SCHRITT2 über, um einen Messwert Θb_xy_s eines Grundkörper-Neigungswinkels Θb und einen Messwert Θbdot_xy_s einer Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Obdot basierend auf der erfassten Ausgabe des Neigungssensors 52 zu berechnen.
In der folgenden Beschreibung wird, um den beobachteten Wert (den Messwert oder einen geschätzten Wert) eines Ist-Werts einer Variable (ein Zustandsbetrag), wie der obengenannte Messwert Θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb, mit einem Bezugszeichen zu versehen, wird das Bezugszeichen der Variable ein Suffix „_s“ aufweisen.
Anschließend erhält die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 eine Ausgabe des Lastsensors 54 in SCHRITT3.
Hiernach führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 einen Rücklagezustand-Bestimmungsprozess in SCHRITT4 aus. Der Rücklagezustand bezeichnet einen Zustand, in dem der Benutzer seinen Körper auf den Grundkörper stützt und einer seiner Füße auf dem Boden steht, während das Fahrzeug im Ruhezustand ist. Beispielsweise hat der Benutzer P in 2 beide Füße auf dem Boden stehen und setzt sich von der Vorderseite des Fahrzeugs 1 im Ruhezustand auf den Sitz (Nutzlastträgerteil) 3.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Rücklagezustand wie im Folgenden beschrieben detektiert. Insbesondere wird der Lastsensor 54 als Kraftsensor zum Detektieren wenigstens einer Kraft Fx, die auf den Sitz 3 in longitudinaler Richtung (X-Achsen-Richtung) einwirkt, benutzt. Wenn die Kraft Fx in longitudinaler Richtung durch den Kraftsensor detektiert wird, wenn Fahrzeug 1 in Ruhe ist, dann wird er als Rücklagezustand bestimmt. In diesem Fall ist Fx im Wesentlichen gleich der Reibungskraft, die vom Boden auf die Füße des Benutzers einwirkt. Der Kraftsensor zum Detektieren der Kraft kann ein triaxialer Kraftsensor sein, der in der Lage ist, eine Last, die auf das Nutzlastträgerteil in drei Richtungen der X, Y und Z Achsen wirkt, zu detektieren.
Es ist zulässig, dass der Lastsensor 54 ein uniaxialer Kraftsensor zum Detektieren einer Last Fz ist, die auf das Nutzlastträgerteil in der vertikalen Richtung (Z-Achsen-Richtung) einwirkt. Wenn eine Last, die durch den uniaxialen Kraftsensor detektiert wird, kleiner ist als das vorläufig gemessene Körpergewicht des Benutzers, dann wird bestimmt, dass der Benutzer sich in einem sitzenden Zustand auf dem Nutzlastträgerteil, mit beiden Füßen den Boden berührend, befindet (der Rücklagezustand).
An Stelle des Bestimmens der Ausgabe des Kraftsensors, ist es zulässig, einen manuellen Knopfschalter SW, wie durch die Kettenlinien in 2 am oberen Ende des Grundkörpers 9 illustriert, einzusetzen, der beispielsweise den Rücklagezustand detektiert, wenn der Knopfschalter an ist. In diesem Fall jedoch ist es für den Benutzer notwendig, den Knopfschalter SW zuerst zu drücken und sich danach gegen das Fahrzeug zurückzulehnen oder den Knopfschalter SW zu drücken, während er auf dem Nutzlastträgerteil sitzt.
Wie oben erwähnt führt, wenn des Bestimmungsergebnis in SCHRITT4 JA ist, oder in anderen Worten bestimmt wird, dass sich der Benutzer im Rücklagezustand befindet, die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 einen Rücklagemodus-Prozess in SCHRITT10 aus, dessen Details hiernach beschrieben werden.
Andererseits bestimmt, wenn das Bestimmungsergebnis in SCHRITT4 NEIN ist, oder in anderen Worten bestimmt wird, dass der Benutzer sich nicht im Rücklagezustand befindet, die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ob oder ob nicht der Benutzer sich auf dem Fahrzeug 1 befindet (ob oder ob nicht der Benutzer im Sitz 3 sitzt), entsprechend der Bestimmung, ob oder ob nicht ein gemessener Lastwert, angezeigt durch die Ausgabe, die vom Lastsensor 54 erhalten wurde, größer ist als ein vorläufig gesetzter definierter Wert.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit führt dann, wenn das Bestimmungsergebnis im SCHRITT 5 positiv ist, die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Ob_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb bzw. die Verarbeitung zum Einstellen der Werte konstanter Parameter (beispielsweise die Grundwerte unterschiedlicher Verstärkungen) zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 im SCHRITT6 bzw. SCHRITT7 aus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt im SCHRITT 5 einen vorgegebenen Soll-Wert für einen An-Bord-Modus als den Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb ein.
Der Begriff „An-Bord-Modus“ bezeichnet hier den Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 in dem Fall, in dem der Benutzer an Bord des Fahrzeugs 1 ist. Der Soll-Wert Ob_xy_obj für den An-Bord-Modus ist derart voreingestellt, dass der Soll-Wert Ob_xy_obj mit dem Messwert Ob_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe des Neigungssensors 52 in einer Haltung des Grundkörpers 9 gemessen wird, in welcher der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs 1 und des auf dem Sitz 3 sitzenden Benutzers (nachfolgend als Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt bezeichnet) im Wesentlichen unmittelbar über einer Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt ferner im SCHRITT 7 vorgegebene Werte für den An-Bord-Modus als die Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 ein. Die konstanten Parameter umfassen beispielsweise hx, hy, Ki_a_x, Ki_b_x, Ki_a_y und Ki_b_y (i=1, 2, 3), welche später diskutiert werden.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt unterdessen, wenn das Bestimmungsergebnis im SCHRITT 5 negativ ist, dann die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb_xy und die Verarbeitung zum Einstellen der Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 im SCHRITT 8 bzw. SCHRITT 9 aus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt im SCHRITT 8 einen vorgegebenen Soll-Wert für einen autonomen Modus als den Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb ein.
Der Begriff „autonomer Modus“ bedeutet hier einen Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 in dem Fall, in dem der Benutzer nicht an Bord des Fahrzeugs 1 ist. Der Soll-Wert Ob_xy_obj für den autonomen Modus ist derart voreingestellt, dass der Soll-Wert Θb_xy_obj mit dem Messwert Θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels Θb übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe des Neigungssensors 52 in einer Haltung des Grundkörpers 9 gemessen wird, in welcher der alleinige Schwerpunkt des Fahrzeugs 1 (nachfolgend als alleiniger Fahrzeugschwerpunkt bezeichnet) im Wesentlichen unmittelbar über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 angeordnet ist. Der Soll-Wert Ob_xy_obj für den autonomen Modus ist im Allgemeinen verschieden von dem Soll-Wert Θb_xy_obj für den An-Bord-Modus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt ferner im SCHRITT 9 vorgegebene Werte für den autonomen Modus als die Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 ein. Die Werte der konstanten Parameter für den autonomen Modus sind verschieden von den Werten der konstanten Parameter für den An-Bord-Modus. Die obengenannten Werte der konstanten Parameter werden eingestellt, um zwischen dem An-Bord-Modus und dem autonomen Modus verschieden zu sein, da die Reaktionscharakteristiken der Betriebe des Fahrzeugs 1 relativ zu den Regelungs-/Steuerungseingaben aufgrund der Unterschiede in der Höhe des obengenannten Schwerpunkts, der Gesamtmasse und dergleichen zwischen den jeweiligen Moden voneinander verschieden sind.
Im Rücklagemodus-Prozess in SCHRITT10 führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 einen Sollwert-Setzprozess zum Setzen eines Sollwerts θb_xy_obj eines Grundkörper-Neigungswinkels θb_xy und einen Parameterwert-Setzprozess zum Setzen der Werte von konstanten Parametern zum Steuern/Regeln des Betriebs von Fahrzeug 1 aus.
Im Sollwert-Setzprozess setzt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 den vorläufig definierten Sollwert für den Rücklagemodus als Sollwert θb_xy_obj des Neigungswinkels θb.
Hierbei bezieht sich der Rücklagemodus auf einen Betriebsmodus des Fahrzeug 1, in dem sich der Benutzer im Rücklagezustand befindet. Der Sollwert θb_xy_obj des Rücklagemodus ist so voreingestellt, dass der Sollwert θb_xy_obj mit dem gemessenen Wert θb_xy_s des Grundkörper-Neigungswinkels θb zusammenfällt (oder im Wesentlichen zusammenfällt), der auf Basis einer Ausgabe des Neigungssensors 52 in einer Haltung des Grundkörpers 9, in der der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 positioniert ist.
Im Parameterwert-Setzprozess setzt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die vorläufig definierten Werte für den Rücklagemodus als Werte konstanter Parameter zum Kontrollieren des Betriebs von Fahrzeug 1. Die Werte konstanter Parameter des Rücklagemodus sind verschieden von den Werten konstanter Parameter für den An-Bord-Modus und für den autonomen Modus.
Nach den oben beschriebenen Prozessen von SCHRITT4 bis SCHRITT10 werden die Sollwerte θb_xy_obj des Grundkörperneigungswinkels θb_xy und die Werte der konstanten Parameter für jeden der Betriebsmodi gesetzt, nämlich den An-Bord-Modus, den autonomen Modus und den Rücklagemodus.
Die Verarbeitung im SCHRITT 5 und SCHRITT 6 oder die Verarbeitung im SCHRITT 7 und SCHRITT 8 muss übrigens nicht in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus durchgeführt werden. Alternativ kann die Verarbeitung nur ausgeführt werden, wenn sich das Bestimmungsergebnis im SCHRITT 4 ändert.
Zusätzlich sind in sowohl dem An-Bord-Modus als auch dem autonomen Modus der Soll-Wert einer Komponente Obdot_x in Richtung um eine Y-Achse der Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Obdot und der Soll-Wert einer Komponente Obdot_y in Richtung um eine X-Achse davon beide 0. Aus diesem Grund ist es nicht notwendig, die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes der Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Obdot_xy auszuführen.
Nach dem Ausführen der vorangehend beschriebenen Verarbeitung im SCHRITT 5 und SCHRITT 6 oder der vorangehend beschriebenen Verarbeitung im SCHRITT 7 und SCHRITT 8, führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 eine arithmetische Fahrzeug-Regelungs-/Steuerungsverarbeitung im SCHRITT 1 aus, um dadurch den Geschwindigkeitsbefehl für den Elektromotor 31R bzw. 31L zu bestimmen. Die arithmetische Fahrzeug-Regelungs-/Steuerungsverarbeitung wird später im Detail beschrieben werden.
Anschließend geht die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 zum SCHRITT 12 über, um die Verarbeitung zum Regeln/Steuern der Betriebe der Elektromotoren 31R und 31L gemäß den im SCHRITT 9 bestimmten Geschwindigkeitsbefehlen auszuführen. In dieser Betriebsregelungs-/- steuerungsverarbeitung bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 basierend auf der Differenz zwischen dem im SCHRITT 9 bestimmten Geschwindigkeitsbefehl für den Elektromotor 31R und dem Messwert der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 31R, welcher auf der Grundlage einer Ausgabe eines Drehkodierers 56R gemessen wird, einen Soll-Wert (Soll-Drehmoment) eines Ausgabedrehmoments des Elektromotors 31R derart, dass die Differenz gegen 0 konvergiert. Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 regelt/steuert dann den dem Elektromotor 31 R zugeführten Strom derart, dass der Elektromotor 31R ein Ausgabedrehmoment des Soll-Drehmoments ausgibt. Das Gleiche gilt für die Betriebsregelung/-steuerung des linken Elektromotors 31L.
Vorangehend ist die von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ausgeführte allgemeine Regelungs-/Steuerungsverarbeitung beschrieben worden.
Die vorangehend erwähnte arithmetische Fahrzeugregelungs-/- steuerungsverarbeitung im SCHRITT11 wird jetzt im Detail beschrieben werden.
In der nachfolgenden Beschreibung werden der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt in dem An-Bord-Modus und der alleinige Fahrzeugschwerpunkt in dem autonomen Modus allgemein als der Fahrzeugsystemschwerpunkt bezeichnet werden. Der Fahrzeugsystemschwerpunkt wird den Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt bezeichnen, wenn der Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 der An-Bord-Modus ist, und wird den alleinigen Fahrzeugschwerpunkt bezeichnen, wenn der Betriebsmodus des Fahrzeugs 1 der autonome Modus ist.
In der nachfolgenden Beschreibung kann ferner hinsichtlich der Werte (aktualisierte Werte), welche in jedem Regelungs-/- Steuerungsverarbeitungszyklus von der Regelungs-/-Steuerungseinheit 50 bestimmt werden, ein Wert, welcher in dem gegenwärtigen (spätesten) Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus bestimmt wird, als ein gegenwärtiger Wert bezeichnet werden, und ein Wert, welcher in einem unmittelbar vorangehenden Regelungs-/Steuerungsverarbeitungsmodus bestimmt wird, kann als ein vorangehender Wert bezeichnet werden. Ein Wert wird ferner einen gegenwärtigen Wert bezeichnen, es sei denn, er wird als ein gegenwärtiger Wert oder ein vorangehender Wert bezeichnet.
Hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung in die X-Achsen-Richtung wird eine vorwärts gerichtete Richtung ferner als eine positive Richtung definiert werden, und hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung in die Y-Achsen-Richtung wird eine nach links gerichtete Richtung als die positive Richtung definiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 unter der Annahme ausgeführt, dass das dynamische Verhalten des Fahrzeugsystemschwerpunkts (insbesondere das durch Projizieren des Verhaltens von der Y-Achsen-Richtung auf eine dazu orthogonale Ebene (XZ-Ebene) beobachtete Verhalten und das durch Projizieren des Verhaltens von der X-Achsen-Richtung auf eine dazu orthogonale Ebene (YX-Ebene) beobachteten Verhalten) näherungsweise durch das Verhalten eines Inverspendel-Modells (dynamisches Verhalten des invertierten Pendels), wie in 8 gezeigt, ausgedrückt wird.
In 8 bezeichnen Bezugszeichen, welche nicht in Klammern gesetzt sind, die dem aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modell zugeordneten Bezugszeichen, während die in Klammern gesetzten Bezugszeichen die dem aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modell zugeordneten Bezugszeichen bezeichnen.
In diesem Fall ist das Inverspendel-Modell, welches ein aus der Y-Achsen-Richtung beobachtetes Verhalten ausdrückt, mit einem in dem Fahrzeugsystemschwerpunkt angeordneten Massenpunkt 60_x und einem imaginären Rad 62_x bereitgestellt, welches eine zu der Y-Achsen-Richtung parallele Rotationsachse 62a_x aufweist, und welches auf einer Bodenfläche frei rollt (nachfolgend als das imaginäre Rad 62_x bezeichnet). Der Massenpunkt 60_x ist ferner von einer Rotationswelle 62a_x des imaginären Rads 62_x durch Zwischenschaltung einer linearen Stange 64_x unter Verwendung der Rotationswelle 62a_x als der Tragepunkt derart getragen, dass der Massenpunkt 60_x um die Rotationswelle 62a_x schwenkbar ist.
In diesem Inverspendel-Modell entspricht eine Bewegung des Massenpunktes 60_x einer Bewegung des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts. Ferner wird angenommen, dass der Neigungswinkel Θbe_x der Stange 64_x relativ zu einer vertikalen Richtung mit einer Differenz Obe_x_s zwischen einem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert Θb_x_s in Richtung um die Y-Achse und einem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert Ob_x_obj (=Ob_x_s - Ob_x_obj) übereinstimmt. Es wird auch angenommen, dass sich eine ändernde Geschwindigkeit des Neigungswinkels Θbe_x der Stange 64_x (=dΘbe_x/dt) mit einem Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswert Θbdot_x_s in Richtung um die Y-Achse übereinstimmt. Ferner wird angenommen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x (die translatorische Bewegungsgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung) mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der X-Achsen-Richtung übereinstimmt.
Ebenso ist das ein aus der X-Achsen-Richtung beobachtete Verhalten ausdrückende Inverspendel-Modell (Bezug nehmend zu den in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 8) mit einem im Fahrzeugsystemschwerpunkt angeordneten Massenpunkt 60_y und einem imaginären Rad 62_y, welches eine zu der X-Achsen-Richtung parallele Rotationsachse 62a_y aufweist, und welches auf einer Bodenfläche frei rollt (nachfolgend als das imaginäre Rad 62_y bezeichnet) bereitgestellt. Ferner wird der Massenpunkt 60_y von einer Rotationswelle 62a_y des imaginären Rads 62_y durch Zwischenschaltung einer linearen Stange 64_y unter Verwendung der Rotationswelle 62a_y als Tragepunkt derart getragen, dass der Massenpunkt 60_y um die Rotationswelle 62a_y schwenkbar ist.
In diesem Inverspendel-Modell entspricht eine Bewegung des Massenpunktes 60_y einer Bewegung des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts. Ferner wird angenommen, dass der Neigungswinkel Obe_y der Stange 64_y relativ zu der vertikalen Richtung mit einer Differenz Obe_y_s zwischen einem Grundkörper-Neigungswinkelmesswert Θb_y_s in Richtung um die X-Achse und einem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert Θb_y_obj (=Θb_y_s - Θb_y_obj) übereinstimmt. Es wird auch angenommen, dass eine sich ändernde Geschwindigkeit des Neigungswinkels Obe_y der Stange 64_y (=dΘbe_y/dt) mit einem Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswert Θbdot_y_s in Richtung um die X-Achse übereinstimmt. Ferner wird angenommen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y (die translatorische Bewegungsgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung) mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der Y-Achsen-Richtung übereinstimmt.
Es wird angenommen, dass die imaginären Räder 62_x und 62_y jeweils Radien Rw_x und Rw_y vorgegebener Werte aufweisen.
Es wird angenommen, dass Beziehungen, welche durch die unten angegebenen Ausdrücke 01a und 01b dargestellt sind, zwischen Drehwinkelgeschwindigkeiten (ωw_x und ωw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y und Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R und ω_L des Elektromotors 31R bzw. 31L gelten (genauer gesagt, den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R und ω_L des Rotationselements 27R bzw. 27L). $ω w_x = (ω_R + ω_L) / 2$
$ω w_y = C \cdot (ω_R - ω_L) / 2$
wobei „C“ im Ausdruck 01b einen Koeffizienten eines vorgegebenen Wertes bezeichnet, welcher von einer mechanischen Beziehung oder einem Schlupf zwischen den freien Rollen 29R und 29L und der Radanordnung 5 abhängt. Die positiven Richtungen von ωw_x, ω_R und ω_L sind die Richtungen, in welchen sich das imaginäre Rad 62_x in dem Fall dreht, in dem das imaginäre Rad 62_x vorwärts rollt. Die positive Richtung von ωw_y ist die Richtung, in der sich das imaginäre Rad 62_y in dem Fall dreht, in dem das imaginäre Rad 62_y nach links rollt.
Die in 8 gezeigte Dynamik des Inverspendel-Modells wird hier durch die unten angegebenen Ausdrücke 03x und 03y dargestellt. Ausdruck 03x ist ein Ausdruck, welcher die Dynamik des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modells darstellt, während Ausdruck 03y ein Ausdruck ist, welcher die Dynamik des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Inverspendel-Modells darstellt. $d^{2} Θ be_x / {dt}^{2} = a_x \cdot Θ be_x + β_x \cdot ω wdot_x$
$d^{2} Θ be_y / {dt}^{2} = a_y \cdot Θ be_y + β_ψ \cdot ω wdot_y$
wobei ωwdot_x im Ausdruck 03x die Drehwinkelbeschleunigung (der Wert der ersten Ableitung der Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_x) des imaginären Rads 62_x ausdrückt, α_x einen Koeffizienten, welcher von einer Masse oder einer Höhe h_x des Massenpunktes 60_x abhängt, bezeichnet, und β_x einen Koeffizienten, welcher von einer Trägheit (Trägheitsmoment) oder dem Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x abhängt, bezeichnet. Dasselbe gilt für ωwdot_y, α_y und β_y im Ausdruck 03y.
Wie aus diesen Ausdrücken 03x und 03y verständlich wird, werden die Bewegungen der Massenpunkte 60_x und 60_y des invertierten Pendels (das heißt, die Bewegungen des Fahrzeugsystemschwerpunkts) in Abhängigkeit der Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_x des imaginären Rads 62_x bzw. der Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_y des imaginären Rads 62_y angegeben.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_x des imaginären Rads 62_x als die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der Bewegung des aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet, während die Drehwinkelbeschleunigung ωwdot_y des imaginären Rads 62_y als die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der Bewegung des aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet wird.
Um die arithmetische Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT9 kurz zu beschreiben, bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle (ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd, welche die Befehlswerte (Soll-Werte) der Drehwinkelbeschleunigungen ωwdot_x und ωwdot_y als Stellgrößen sind, derart, dass die Bewegung des in der X-Achsen-Richtung beobachteten Massenpunkts 60_x und die Bewegung des in der Y-Achsen-Richtung beobachteten Massenpunkts 60_y zu den Bewegungen werden, welche den Soll-Bewegungen des Fahrzeugsystemschwerpunkts entsprechen. Die Regelungs-/Steuerungseinheit bestimmt ferner die durch Integrieren der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd bzw. ωwdot_y_cmd erhaltenen Werte als die Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd, welche die Befehlswerte (Soll-Werte) der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x und ωw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y sind.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 definiert ferner die dem Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_x_cmd (=Rw_x · ωw_x_cmd) entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x und die dem Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_y_cmd (=Rw_y · ωw_y_cmd) entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y als die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 des Fahrzeugs 1 in der X-Achsen-Richtung bzw. die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit davon in der Y-Achsen-Richtung und die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 bestimmt Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd des Elektromotors 31R bzw. 31L, um die Soll-Bewegungsgeschwindigkeiten zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd als die Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben), wie durch die Ausdrücke 07x und 07y angezeigt, durch Addieren dreier Stellgrößenkomponenten, welche später diskutiert werden, bestimmt.
Ergänzend wirkt sie, in den Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisungen ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd, die als Stellgrößen (Kontrolleingaben) in der vorliegenden Ausführungsform dienen, da ωwdot_x_cms in Verbindung steht mit der Rotationswinkelbeschleunigung des imaginären Rads 62_x, das sich in die X-Achsen-Richtung bewegt, als Stellgröße zum Definieren der Antriebsleistung, die auf die Radanordnung 5 eingewirkt wird, um die Radanordnung 5 in X-Achsen-Richtung zu bewegen; ebenso wirkt sie, da ωwdot_y_cmd in Verbindung steht mit der Rotationswinkelbeschleunigung des imaginären Rads 62_y, das sich in Y-Achsen-Richtung bewegt, als Stellgröße zum Definieren der Antriebsleistung, die auf die Radanordnung 5 eingewirkt wird, um die Radanordnung 5 in Y-Achsen-Richtung zu bewegen.
Wie im Blockdiagramm von 9 illustriert, ist die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 mit den Funktionen zum Ausführen des Fahrzeugkontrollarithmetik-Prozesses in SCHRITT11 wie oben beschrieben ausgestattet.
Spezifischer ist die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 mit einem Fehler-Berechner 70, der eingestellt ist, eine Differenz, nämlich den Grundkörperneigungswinkel-Fehlermesswert θbe_xy_s zwischen dem Grundkörperneigungswinkel-Messwert θb_xy_s und dem Grundkörperneigungswinkel-Sollwert θb_xy_obj zu berechnen, einem Schwerpunktgeschwindigkeits-Berechner 72, der eingestellt ist, einen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert Vb_xy_s als beobachteten Wert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy, welcher die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts ist, zu berechnen, eine Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76, der eingestellt ist, eine Soll-Steuer/Regel-Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy_mdfd als Sollwert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy durch in Betracht-Ziehen einer Einschränkung basierend auf einem zulässigen Bereich der Rotationswinkel-Geschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L zu bestimmen, und einem Verstärkungseinsteller 78, der eingestellt ist, einen Verstärkungseinstell-Parameter Kr_xy zum Anpassen der Werte der Verstärkungskoeffizienten der Ausdrücke 07x und 07y wie hiernach beschrieben zu bestimmen, ausgestattet.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist ferner mit einem Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80, welcher den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd berechnet, und einem Motorbefehlsrechner 82, welcher den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd in ein Paar von einem Geschwindigkeitsbefehl ω_R_cmd (Befehlswert einer Drehwinkelgeschwindigkeit) für den rechten Elektromotor 31R und einem Geschwindigkeitsbefehl ω_L_cmd (ein Befehlswert einer Drehwinkelgeschwindigkeit) für den linken Elektromotor 31L umwandelt, bereitgestellt.
Bezugszeichen 84 in 9 bezeichnet ein Verzögerungselement, welches den Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd empfängt, welcher in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet wird. Das Verzögerungselement 84 gibt einen vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus aus.
Die vorangehend beschriebenen arithmetischen Fahrzeug-regelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT11 wird wie nachfolgend beschrieben ausgeführt.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 führt zuerst die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 und die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 aus.
Der Fehlerrechner 70 empfängt die in dem obengenannten SCHRITT 2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkelmesswerte Θb_xy_s (Θb_x_s und Θb_y_s) und die in dem obengenannten SCHRITT 5 oder SCHRITT 7 eingestellten Soll-Werte Θb_xy_obj (Θb_x_obj und Θb_y_obj). Der Fehlerrechner 70 subtrahiert dann Θb_x_obj von Θb_x_s, um den Grundkörper-Neigungswinkelfehler-Messwert Θbe_x_s (=Θb_x_s - Θb_x_obj) in Richtung um die Y-Achse zu berechnen, und subtrahiert auch Θb_y_obj von Θb_y_s, um den Grundkörper-Neigungswinkel-FehlerMesswert Θbe_y_s (=Θb_y_s - Θb_y_obj) in Richtung um die X-Achse zu berechnen.
Die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 kann vor der arithmetischen Fahrzeugregelungs-/-steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Verarbeitung durch den Fehlerrechner 70 während der Verarbeitung in dem obengenannten SCHRITT 5 oder SCHRITT 7 ausgeführt werden.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 empfängt den aktuellen Wert der in dem obengenannten SCHRITT 2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerte Θbdot_xy_s (Θbdot_x_s und Θbdot_y_s) und empfängt auch den vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginäres-Rad-Geschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd (ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p) von dem Verzögerungselement 84. Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet dann einen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) aus den vorangehenden Eingabewerten gemäß einem vorgegebenen arithmetischen Ausdruck basierend auf dem obengenannten Inverspendel-Modell.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet insbesondere Vb_x_s und Vb_y_s gemäß dem folgenden Ausdruck 05x bzw. dem Ausdruck 05y. $Vb_x_s = Rw_x \cdot ω w_x_cmd_p + h_x \cdot Θ bdot_x_s$
$Vb_y_s = Rw_y \cdot ω w_y_cmd_p + h_y \cdot Θ bdot_y_s$
In diesen Ausdrücken 05x und 05y bezeichnen Rw_x und Rw_y wie vorangehend beschrieben die Radien des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y und die Werte davon sind vorgegebene vorangehend eingestellte Werte.
Ferner bezeichnen die Bezugszeichen h_x und h_y die Höhen des Massenpunkts 60_x bzw. 60_y des Inverspendel-Modells. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in diesem Fall die Höhe des Fahrzeugsystemschwerpunkts beibehalten, um im Wesentlichen konstant zu sein. Daher werden vorangehend eingestellte vorgegebene Werte als die Werte von h_x bzw. h_y verwendet. Zusätzlich sind die Höhen h_x und h_y in den konstanten Parametern zum Einstellen der Werte in dem obengenannten SCHRITT 6 oder SCHRITT 8 enthalten.
Der erste Term auf der rechten Seite des vorangehend angegebenen Ausdrucks 05x bezeichnet die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung, welcher dem vorangehenden Wert ωw_x_cmd_p des Geschwindigkeitsbefehls des imaginären Rads 62_x entspricht. Diese Bewegungsgeschwindigkeit entspricht dem aktuellen Wert einer Ist-Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung. Der zweite Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 05x entspricht ferner dem aktuellen Wert der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts in der X-Achsen-Richtung, welche dem sich mit einer Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot_x_s in Richtung um die Y-Achse (relative Bewegungsgeschwindigkeit in Bezug zu der Radanordnung 5) neigenden Grundkörper 9 zugeschrieben werden kann. Das Gleiche gilt für den Ausdruck 05y.
Alternativ kann das Paar der Messwerte (der aktuellen Werte) der Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L, welche basierend auf den Ausgaben der Drehkodierer 56R und 56L gemessen werden, in das Paar von Drehwinkelgeschwindigkeiten des imaginären Rads 62x bzw. 62y konvertiert werden, dann können die Drehwinkelgeschwindigkeiten anstelle von ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p der Ausdrücke 05x und 05y verwendet werden. Um allerdings die Einflüsse von in den Messwerten der Drehwinkelgeschwindigkeiten enthaltenen Rauschbeiträge zu eliminieren, ist es vorteilhaft, ωw_x_cmd_p und ωw_y_cmd_p zu verwenden, welche die Soll-Werte sind.
Anschließend führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 den Prozess durch den Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76 und den Prozess durch den Verstärkungseinsteller 78 aus. In diesem Fall erhalten sowohl der Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76 als auch der Verstärkungseinsteller 78 die geschätzten SchwerpunktgeschwindigkeitsWerte Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s), die durch den Schwerpunktgeschwindigkeits-Berechner 72 wie oben beschrieben berechnet wurden.
Der Verstärkungseinsteller 78 bestimmt hiernach die Verstärkungseinstellparameter Kr_xy (Kr_x und Kr_y) basierend auf den eingegebenen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s). Die Verarbeitung durch den Verstärkungseinsteller 78 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben werden.
Wie in 10 dargestellt, liefert der Verstärkungseinsteller 78 die eingegebenen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an einen Begrenzungsprozessor 86. Der Begrenzungsprozessor 86 fügt gegebenenfalls Begrenzungen basierend auf den zulässigen Bereichen der Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_x_s und Vb_y_s zu, wodurch Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 erzeugt werden. Der Ausgabewert Vw_x_lim1 bezeichnet einen nach einer Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung erhaltenen Wert und der Ausgabewert Vw_y_lim1 bezeichnet einen nach einer Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung erhaltenen Wert.
Die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 wird detaillierter unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben werden. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 11 bezeichnen die Verarbeitung durch einen Begrenzungsprozessor 104 des Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzers 76, welcher später diskutiert wird, und kann in der auf die Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 bezogenen Beschreibung vernachlässigt werden.
Der Begrenzungsprozessor 86 liefert zuerst die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an einen Prozessor 86a_x bzw. 86a_y. Der Prozessor 86a_x dividiert Vb_x_s durch den Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x, um die Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_x_s des imaginären Rads 62_x für den Fall zu berechnen, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung mit Vb_x_s übereinstimmt. Ebenso berechnet der Prozessor 86a_y die Drehwinkelgeschwindigkeit ωw_y_s des imaginären Rads 62_y (=Vb_y_s/Rw_y) für den Fall, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung mit Vb_y_s übereinstimmt.
Anschließend wandelt der Begrenzungsprozessor 86 das Paar von ωw_x_s und ωw_y_s in ein Paar der Drehwinkelgeschwindigkeit ω_R_S des Elektromotors 31R und der Drehwinkelgeschwindigkeit ω_L_s des Elektromotors 31L durch einen XY-RL-Wandler 86b um. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Umwandlung durch Lösen einer simultanen Gleichung implementiert, welche durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_s bzw. ωw_y_s bzw. ω_R_s bzw. ω_L_s erhalten wird, wobei ω_R_s und ω_L_S als Unbekannte angenommen werden.
Anschließend liefert der Begrenzungsprozessor 86 die Ausgabewerte ω_R_s und ω_L_S des XY-RL-Wandlers 86b an den Begrenzer 86c_R bzw. 86c_L. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Begrenzer 86c_R ω_R_s direkt als einen Ausgabewert ω_R_lim1 aus, wenn ω_R_s innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motors liegt, welcher einen oberen Grenzwert (>0) und einen unteren Grenzwert (<0) vorangehend eingestellter vorgegebener Werte aufweist. Wenn ω_R_s von dem zulässigen Bereich für den rechten Motor abweicht, gibt der Begrenzer 86c_R als den Ausgabewert ω_R_lim1 einen Grenzwert des oberen Grenzwerts oder des unteren Grenzwerts des zulässigen Bereichs für den rechten Motor aus, je nachdem, welcher näher bei ω_R_S liegt. Somit wird der Ausgabewert ω_R_lim1 des Begrenzers 86c_R auf einen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motor begrenzt.
Ebenso gibt der Begrenzer 86c_L ω_L_s als einen Ausgabewert ω_L_lim1 direkt aus, wenn ω_L_s innerhalb des zulässigen Bereichs für den linken Motor liegt, welcher einen oberen Grenzwert (>0) und einen unteren Grenzwert (<0) vorangehend eingestellter vorgegebener Werte aufweist. Wenn ω_L_s von dem zulässigen Bereich für den linken Motor abweicht, gibt der Begrenzer 86c_L als den Ausgabewert ω_L_lim1 einen Grenzwert des oberen Grenzwerts oder des unteren Grenzwerts des zulässigen Bereichs für den linken Motor aus, je nachdem, welcher näher bei ω_L_s liegt. Somit wird der Ausgabewert ω_L_lim1 des Begrenzers 86c_L auf einen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs für den linken Motor begrenzt.
Der vorangehend beschriebene zulässige Bereich für den rechten Motor ist ein zulässiger Bereich, welcher derart eingestellt worden ist, dass verhindert wird, dass die Drehwinkelgeschwindigkeit (Absolutwert) des rechten Elektromotors 31R übermäßig hoch wird, wodurch verhindert wird, dass der Maximalwert des Drehmoments, welches von dem Elektromotor 31R ausgegeben werden kann, abnimmt. Dies gilt auch für den zulässigen Bereich für den linken Motor.
Anschließend wandelt der Begrenzungsprozessor 86 das Paar von Ausgabewerten ω_R_lim1 und ω_L_lim1 des Begrenzers 86c_R bzw. 86c_L in ein Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y durch einen RL-XY-Wandler 86d um.
Die Umwandlung ist die Verarbeitung der inversen Umwandlung der Verarbeitung der Umwandlung durch den obengenannten XY-RL-Wandler 86b. Diese Verarbeitung wird durch Lösen einer simultanen Gleichung implementiert, welche durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_lim1 bzw. ωw_y_lim1 bzw. ω_R_lim1 bzw. ω_L_lim1 erhalten wird, wobei ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 als Unbekannte angenommen werden.
Anschließend liefert der Begrenzungsprozessor 86 die Ausgabewerte ωw_x_lim1 und ωw_y_lim1 des RL-XY-Wandlers 86d an einen Prozessor 86e_x bzw. 86e_y. Der Prozessor 86e_x multipliziert ωw_x_lim1 mit dem Radius Rw_x des imaginären Rads 62_x, um ωw_x_lim1 in die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x_lim1 des imaginären Rads 62_x umzuwandeln. In der gleichen Weise wandelt der Prozessor 86e_y ωw_y_lim1 in die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y_lim1 des imaginären Rads 62_y um (=ωw_y_lim1 · Rw_y).
Wenn angenommen wird, dass die vorangehend beschriebene Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 86 die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_x des imaginären Rads 62_x in der X-Achsen-Richtung und die Bewegungsgeschwindigkeit Vw_y des imaginären Rads 62_y in der Y-Achsen-Richtung veranlasst, mit dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinzustimmen (anders ausgedrückt, wenn angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung und die Bewegungsgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung eingestellt werden, um mit Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinzustimmen), wird dann das mit Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinstimmende Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 von dem Begrenzungsprozessor 86 ausgegeben, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_s und ω_L_s des Elektromotors 31R bzw. 31L, welche zum Erreichen der Bewegungsgeschwindigkeiten benötigt werden, beide innerhalb des zulässigen Bereichs liegen.
Unterdessen werden beide oder eine von den Drehwinkelgeschwindigkeiten zwangsweise begrenzt, um innerhalb des zulässigen Bereichs zu liegen, wenn beide oder eine von den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_s und ω_L_s des Elektromotors 31R bzw. 31L von dem zulässigen Bereich oder den zulässigen Bereichen abweichen, und ein Paar der Bewegungsgeschwindigkeiten in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1, welche einem Paar der begrenzten Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_lim1 und ω_L_lim1 des Elektromotors 31R bzw. 31L entsprechen, wird von dem Begrenzungsprozessor 86 ausgegeben.
Somit erzeugt der Begrenzungsprozessor 86 ein Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 derart, dass die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 mit Vb_x_s bzw. Vb_y_s soweit wie möglich unter einer wesentlichen Soll-Bedingung übereinstimmen, dass die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L, welche dem Paar des Ausgabewerts Vw_x_lim1 bzw. Vw_y_lim1 entsprechen, nicht von den zulässigen Bereichen abweichen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Beschreibung der 10, führt der Verstärkungseinsteller 78 dann die Verarbeitung durch die Rechner 88_x und 88_y aus. Der Rechner 88_x empfängt den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_s und den Ausgabewert Vw_x_lim1 des Begrenzungsprozessors 86. Der Rechner 88_x berechnet dann einen durch Subtrahieren von Vb_x_s von Vw_x_lim1 erhaltenen Wert Vover_x und gibt den Wert Vover_x aus. Der Rechner 88_y empfängt ferner den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_s und den Ausgabewert Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86. Der Rechner 88_y berechnet dann einen durch Subtrahieren von Vb_y_s von Vw_y_lim1 erhaltenen Wert Vover_y und gibt den Wert Vover_y aus.
In diesem Fall ist dann Vw_x_lim1 = Vb_x_s und Vw_y_lim1 = Vb_y_s, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 86 eingeschränkt werden. Daher werden die Ausgabewerte Vover_x und Vover_y der Rechner 88_x bzw. 88_y beide Null werden.
Unterdessen werden dann ein korrigierter Betrag von Vb_x_s von Vw_x_lim1 (=Vw_x_lim1 - Vb_x_s) und ein korrigierter Betrag von Vb_y_s von Vw_y_lim1 (=Vw_y_lim1 - Vb_y_s) von dem Rechner 88_x bzw. 88_y ausgegeben werden, wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86 durch zwangsweises Einschränken der Eingabewerte Vb_x_s und Vb_y_s erzeugt werden.
Anschließend schickt der Verstärkungseinsteller 78 den Ausgabewert Vover_x des Rechners 88_x durch Prozessoren 90_x und 92_x in dieser Reihenfolge, wodurch der Verstärkungseinstellparameter Kr_x bestimmt wird. Der Verstärkungseinsteller 78 schickt ferner den Ausgabewert Vover_y des Rechners 88_y durch Prozessoren 90_y und 92_y in dieser Reihenfolge, um dadurch den Verstärkungseinstellparameter Kr_y zu bestimmen. Die Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y nehmen beide Werte innerhalb des Bereichs zwischen 0 und 1 an.
Der Prozessor 90_x berechnet und gibt den Absolutwert der Eingabe Vover_x aus. Der Prozessor 92_x erzeugt ferner Kr_x derart, dass der Ausgabewert Kr_x monoton relativ zu einem Eingabewert | Vover_x | ansteigt und eine Sättigungscharakteristik aufweist. Die Sättigungscharakteristik ist eine Charakteristik, bei der ein Änderungsbetrag eines Ausgabewerts relativ zu einer Zunahme eines Eingabewerts 0 wird oder sich der 0 nähert, wenn der Eingabewert auf ein bestimmtes Niveau ansteigt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt der Prozessor 92_x dann in diesem Fall als Kr_x einen durch Multiplizieren des Eingabewerts | Vover_x | mit einem Proportionalitätskoeffizienten eines vorgegebenen Wertes erhaltenen Wert aus, wenn der Eingabewert | Vover_x | ein voreingestellter vorgegebener Wert oder kleiner ist. Der Prozessor 92_x gibt dann ferner 1 als Kr_x aus, wenn der Eingabewert | Vover_x | größer als der vorgegebene Wert ist. Der Proportionalitätskoeffizient wird übrigens derart eingestellt, dass das Produkt aus | Vover_x | und dem Proportionalitätskoeffizienten 1 wird, wenn | Vover_x | mit einem vorgegebenen wert übereinstimmt.
Die Verarbeitung durch die Prozessoren 90_y und 92_y ist die gleiche wie die vorangehend beschriebene Verarbeitung, welche durch den Prozessor 90_x bzw. 92_x ausgeführt wird.
Wenn die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 in dem Begrenzungsprozessor 86 nicht zwangsweise durch die vorangehend beschriebene durch den Verstärkungseinsteller 76 ausgeführte Verarbeitung beschränkt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L innerhalb des zulässigen Bereichs liegen, selbst wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. in der Y-Achsen-Richtung mit dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s bzw. Vb_y_s übereinstimmen, werden beide Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y dann bestimmt, um 0 zu sein. Damit gilt im Allgemeinen Kr_x=Kr_y=0.
Wenn übrigens die Ausgabewerte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 des Begrenzungsprozessors 86 durch zwangsweises Einschränken der Eingabewerte Vb_x_s und Vb_y_s erzeugt werden, das heißt, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeit von einem der Elektromotoren 31R und 31L von dem zulässigen Bereich abweicht (wenn der Absolutwert einer der Drehwinkelgeschwindigkeiten übermäßig hoch wird), wenn die Elektromotoren 31R und 31L derart betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung mit den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_x_s und Vb_y_s übereinstimmen, werden die Werte der Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y dann basierend auf dem Absolutwert des obengenannten korrigierten Betrags Vover_x bzw. Vover_y bestimmt. In diesem Fall wird Kr_x bestimmt, um ein größerer Wert zu sein, wenn der Absolutwert des korrigierten Betrags Vx_over zunimmt, wobei der obere Grenzwert davon 1 ist. Das Gleiche gilt für Kr_y.
Die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) werden in den Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76 eingegeben, und der Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76 führt den Prozess, der vom Blockdiagramm von 12 illustriert wird, durch Benutzen der Eingabe-Werte aus, um die Soll-Steuer/Regel-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd (Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd) zu bestimmen. Der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 führt insbesondere zuerst die Verarbeitung durch die Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x und 94_y aus.
In diesem Fall empfängt der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_s und empfängt auch den vorangehenden Wert Vb_x_mdfd_p der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd durch Zwischenschaltung eines Verzögerungselements 96_x. In dem Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x wird die Eingabe Vb_x_s dann zuerst an eine Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente (PD-Kompensationskomponente) 94a_x geliefert. Die Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94_x ist eine Kompensationskomponente, deren Transferfunktion mit 1+Kd·S bezeichnet wird, und addiert die Eingabe Vb_x_s zu dem durch Multiplizieren des differentiellen Wertes davon (zeitliche Änderungsrate) mit einem Koeffizienten Kd eines vorgegebenen Wertes erhaltenen Wert und gibt den aus der Addition erhaltenen Wert aus.
Anschließend berechnet der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x durch einen Rechner 94b_x den durch Subtrahieren der Eingabe Vb_x_mdfd_p von dem Ausgabewert der Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94_x erhaltenen Wert und liefert dann den Ausgabewert des Rechners 94b_x zu einem eine Phasenkompensationsfunktion aufweisenden Tiefpassfilter 94c_x. Das Tiefpassfilter 94c_x ist ein Filter, dessen Transferfunktion mit (1+T2·S) / (1+T1 S) bezeichnet wird. Der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x gibt dann den Ausgabewert Vb_x_prd des Tiefpassfilters 94c_x aus.
Der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_y empfängt ferner den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_s und empfängt auch den vorangehenden Wert Vb_y_mdfd_p der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd durch Zwischenschaltung eines Verzögerungselements 96_y.
Wie bei dem vorangehend beschriebenen Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_x führt der Stationärer-Zustand-Fehlerrechner 94_y dann die Verarbeitung durch eine Proportional-Differenzial-Kompensationskomponente 94a_y, einen Rechner 94b_y und ein Tiefpassfilter 94c_y in dieser Reihenfolge aus und gibt einen Ausgabewert Vb_y_prd des Tiefpassfilters 94c_y aus.
Der Ausgabewert Vb_x_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_x hat hier die Bedeutung eines Stationärer-Zustand-Fehlers eines zukünftigen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts in der X-Achsen-Richtung, welcher von einem aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugsystemschwerpunkts vermutet wird (anders ausgedrückt, der aus der Y-Achsen-Richtung beobachtete Bewegungszustand des Massenpunktes 60_x des Inverspendel-Modells) relativ zu der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd eines erwarteten Konvergenzwerts. Ebenso hat der Ausgabewert Vb_y_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_y die Bedeutung eines Stationärer-Zustand-Fehlers eines zukünftigen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerts in der Y-Achsen-Richtung, welcher von einem aus der X-Achsen-Richtung beobachteten aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugsystemschwerpunkts vermutet wird (anders ausgedrückt, der aus der X-Achsenrichtung beobachtete Bewegungszustand des Massenpunktes 60_y des Inverspendel-Modells) relativ zu der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd eines erwarteten Konvergenzwertes. Nachfolgend werden die Ausgabewerte Vb_x_prd und Vb_y_prd des Stationärer-Zustand-Fehlerrechners 94_x bzw. 94_y als die erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerte bezeichnet werden.
Nach dem Prozess, der durch die Stationärzustands-Berechner 94_x und 94_y wie oben beschrieben ausgeführt wird, gibt der Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76 die erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeits-Stationärzustands-Fehlerwerte Vb_x_prd und Vb_y_prd an den Begrenzungsprozessor 100 weiter. Der Prozess, der vom Begrenzungsprozessor 100 ausgeführt wird, ist der selbe wie der Prozess, der vom Begrenzungsprozessor 86 des oben beschriebenen Verstärkungseinstellers 78 ausgeführt wird. Wie angezeigt durch die Referenz-Zahlen in Klammern in 11, sind nur die Eingabe-Werte und die Ausgabe-Werte der individuellen Verarbeitungs-Abschnitte des Begrenzungsprozessors 100 unterschiedlich von denen des Begrenzungsprozessors 86.
In dem Begrenzungsprozessor 100 werden insbesondere Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_t und ωw-y-t der imaginären Räder 62_x und 62_y in dem Fall, in dem angenommen wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x und Vw_y des imaginären Rads 62_x bzw. 62_y mit Vb_x_t bzw. Vb_y_t übereinstimmen, durch die Prozessoren 86a_x bzw. 86a_y berechnet. Das Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_t und ωw_y_t wird dann in das Paar der Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_t und ω_L_t der Elektromotoren 31R und 31L durch den XY-RL-Wandler 86b umgewandelt.
Diese Drehwinkelgeschwindigkeiten ω_R_t und ω_L_t werden ferner auf Werte innerhalb des zulässigen Bereichs für den rechten Motor bzw. des zulässigen Bereichs für den linken Motor durch Begrenzer 86c_R und 86c_L begrenzt. Die Werte ω_R_lim2 und ω_L_lim2, welche der Begrenzungsverarbeitung unterworfen worden sind, werden dann durch den RL-XY-Wandler 86d in die Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim2 und ωw_y_lim2 der imaginären Räder 62_x und 62_y umgewandelt.
Anschließend werden die den Drehwinkelgeschwindigkeiten ωw_x_lim2 und ωw_y_lim2 entsprechenden Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 der imaginären Räder 62_x und 62_y durch den Prozessor 86e_x bzw. 86e_y berechnet und diese Bewegungsgeschwindigkeiten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 werden von dem Begrenzungsprozessor 100 ausgegeben.
Wie der Begrenzungsprozessor 86, entsprechend der Verarbeitung durch den Begrenzungsprozessor 100 erzeugt der Begrenzungsprozessor 100 ein Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 derart, dass die Ausgabewerte Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 mit Vb_x_t bzw. Vb_y_t soweit wie möglich unter einer wesentlichen Soll-Bedingung übereinstimmen, dass die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L, welche dem Paar von Ausgabewerten Vw_x_lim2 bzw. Vw_y_lim2 entsprechen, wie beim Begrenzungsprozessor 86 nicht von den zulässigen Bereichen abweichen.
Die zulässigen Bereiche für den rechten Motor und den linken Motor in dem Begrenzungsprozessor 100 müssen übrigens nicht die selben sein wie die zulässigen Bereiche in dem Begrenzungsprozessor 86 und können eingestellt werden, um zulässige Bereiche zu sein, welche verschieden voneinander sind.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der Fig. 12 führt der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 dann die Verarbeitung durch Rechner 102_x und 102_y aus, um die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd bzw. Vb_y_mdfd zu berechnen. In diesem Fall berechnet der Rechner 102_x einen Wert, welcher durch Subtrahieren des erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerts in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd von dem Ausgabewert Vw_x_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 erhalten wird, als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd. Ebenso berechnet der Rechner 102_y einen Wert, welcher durch Subtrahieren des erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Fehlerwerts in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_prd von dem Ausgabewert Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 erhalten wird, als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in der Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd.
Wenn die Ausgabe-Werte V_x_lim2 und V_y_lim2 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 100 eingeschränkt werden, das heißt die Rotationswinkel-Geschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L in erlaubte Bereiche fallen, selbst wenn die Elektromotoren 31R und 31L so betrieben werden, dass die Fahrgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in X-Achsen-Richtung und in Y-Achsen-Richtung jeweils mit den erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärzustands-Fehlerwerten Vb_x_prd und Vb_y_prd übereinstimmen, werden die Soll-Steuer/Regel-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd beide zu null bestimmt. Damit gilt generell Vb_x_mdfd=Vb_y_mdfd=0.
Wenn andererseits die Ausgabe-Werte Vw_x_lim2 und Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 durch zwangsweises Einschränken der Eingabe-Werte Vb_x_t und Vb_y_t erzeugt werden, das heißt, wenn die Rotationswinkel-Geschwindigkeit von einem der Elektromotoren 31R und 31L aus dem erlaubten Bereich abweicht (wenn der Absolutwert von einer der Rotationswinkel-Geschwindigkeiten übermäßig groß wird), wenn die Elektromotoren 31R und 31L so betrieben werden, dass die Fahrgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung jeweils mit den erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärzustands-Fehlerwerten Vb_x_prd und Vb_y_prd übereinstimmen, dann wird für die X-Achsen-Richtung eine Korrekturmenge zwischen den Eingabe-Werten Vb_x_prd und den AusgabeWerten Vw_x_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (=Vw_x_lim2 - Vb_x_prd) als gewünschte Soll-Steuer/Regel-Geschwindigkeit in X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd bestimmt.
Ferner wird eine Korrekturmenge zwischen dem Eingabe-Wert Vb_y_prd und dem Ausgabe-Wert Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (=Vw_y_lim2 - Vb_y_prd) als gewünschte Soll-Steuer/Regel-Geschwindigkeit in Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd bestimmt.
Entsprechend hat, beispielsweise für die Geschwindigkeit in X-Achsen-Richtung die Soll-Steuer/Regel-Geschwindigkeit Vb_x_mdfd eine Richtung entgegen dem erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärzustands-Fehlerwert in X-Achsen-Richtung Vb_x_prd, der vom Stationärzustands-Fehler-Berechner 94_x ausgegeben wird. Das selbe gilt für die Geschwindigkeit in Y-Achsen-Richtung.
Vorangehend ist die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 beschrieben worden.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der Fig. 9 führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 aus, nachdem die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72, den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76, den Verstärkungseinsteller 78 und den Fehlerrechner 70 wie vorangehend beschrieben ausgeführt wird. Die Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 13 beschrieben werden.
Im Übrigen sind die nicht in Klammern gesetzten Bezugszeichen in 13 die Bezugszeichen, welche sich auf die Verarbeitung zum Bestimmen des obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_x_cmd beziehen, welcher der Soll-Wert der Drehwinkelgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x ist, welches in der X-Achsen-Richtung rollt. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen sind die Bezugszeichen, welche sich auf die Verarbeitung zum Bestimmen des obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_y_cmd beziehen, welcher der Soll-Wert der Drehwinkelgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y ist, welches in der Y-Achsen-Richtung rollt.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 empfängt den von dem Fehlerrechner 70 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswert Θbe_xy_s, die in dem obengenannten SCHRITT 2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerte Θbdot_xy_s, die von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechneten geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s, die von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 berechneten Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd und die von dem Verstärkungseinsteller 78 berechneten Verstärkungseinstellparameter Kr_xy.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet dann zuerst die Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωdotw_xy_cmd gemäß den folgenden Ausdrücken 07x und 07y unter Verwendung der vorangehend empfangenen Werte. $\begin{array}{l} ω dot_x_cmd = K1_x \cdot Θ be_x_s + K2_x \cdot Θ bdot_x_s \\ \begin{matrix} \end{matrix} + K3_x \cdot (Vb_x_s - Vb_x_mdfd) \end{array}$
$\begin{array}{l} ω dot_y_cmd = K1_y \cdot Θ be_y_s + K2_y \cdot Θ bdot_y_s \\ \begin{matrix} \end{matrix} + K3_y \cdot (Vb_y_s - Vb_x_mdfd) \end{array}$
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden daher der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_x_cmd, welcher die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der aus der Y-Achsen-Richtung beobachteten Bewegung des Massenpunkts 60_x des Inverspendel-Modells (das heißt, die aus der Y-Achsen-Richtung beobachtete Bewegung des Fahrzeugsystemschwerpunkts) bezeichnet, und der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_y_cmd, welcher die Stellgröße (Regelungs-/Steuerungseingabe) zum Regeln/Steuern der aus der X-Achsen-Richtung beobachteten Bewegung des Massenpunktes 60_y des Inverspendel-Modells (das heißt, die aus der X-Achsen-Richtung beobachtete Bewegung des Fahrzeugsystemschwerpunkts) bezeichnet, durch Addieren dreier Stellgrößenkomponenten (die drei Terme auf der rechten Seite von jedem der Ausdrücke 07x und 07y) bestimmt.
In diesem Fall werden die auf die Stellgrößenkomponenten in dem Ausdruck 07x bezogenen Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x auf Grundlage des Verstärkungseinstellparameters Kr_x variabel eingestellt, während die auf die Stellgrößenkomponenten in dem Ausdruck 07y bezogenen Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y auf der Grundlage des Verstärkungseinstellparameters Kr_y variabel eingestellt werden. Nachfolgend können die Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x im Ausdruck 07x als der erste Verstärkungskoeffizient K1_x bzw. der zweite Verstärkungskoeffizient K2_x bzw. der dritte Verstärkungskoeffizient K3_x bezeichnet werden. Das Gleiche gilt für die Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y im Ausdruck 07y.
Ein i-ter Verstärkungskoeffizient Ki_x (i=1, 2 oder 3) im Ausdruck 07x und ein i-ter Verstärkungskoeffizient Ki_y (i=1, 2 oder 3) im Ausdruck 07y werden auf der Grundlage der Verstärkungseinstellparameter Kr_x und Kr_y gemäß den unten angegebenen Ausdrücken 09x und 09y, wie durch die Anmerkung in 13 angedeutet, bestimmt. $Ki_x = (1 - Kr_x) \cdot Ki_a_x + Kr_x \cdot Ki_b_x$
$Ki_y = (1 - Kr_y) \cdot Ki_a_y + Kr_y \cdot Ki_b_y$

(i=1, 2, 3)
Ki_a_x und Ki_b_x im Ausdruck 09x bezeichnen hier vorangehend eingestellte konstante Werte als die Verstärkungskoeffizientenwerte an einem Minimumende (einem Ende nahe bei Null) des i-ten Verstärkungskoeffizienten Ki_x bzw. als den Verstärkungskoeffizientenwert an einem Maximumende (einem von Null entfernten Ende). Das Gleiche gilt für Ki_a_y und Ki_b_y im Ausdruck 09y.
Daher wird jeder bei der Berechnung des Ausdrucks 07x verwendete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x (i=1, 2 oder 3) als ein gewichteter Mittelwert der dazu entsprechenden konstanten Werte Ki_a_x und Ki_b_x bestimmt. In diesem Fall wird ferner das jedem von Ki_a_x und Ki_b_x zugeordnete Gewicht gemäß dem Verstärkungseinstellparameter Kr_x verändert. Somit, wenn Kr_x=Null, dann: Ki_x=Ki_a_x, und wenn Kr_x=1, dann: Ki_x=Ki_b_x. Wenn sich Kr_x der 1 von Null annähert, nähert sich der i-te Verstärkungskoeffizient Ki_x Ki_b_x von Ki_a_x an.
Ebenso wird jeder bei der Berechnung des Ausdrucks 07y verwendete i-te Verstärkungskoeffizient Ki_y (i=1, 2 oder 3) als ein gewichteter Mittelwert der dazugehörigen konstanten Werte Ki_a_y und Ki_b_y bestimmt. In diesem Fall wird das Gewicht jedem von Ki_a_y und Ki_b_y ferner gemäß dem Verstärkungseinstellparameter Kr_y geändert. Wie im Falle von Ki_x ändert sich daher der Wert des i-ten Verstärkungskoeffizienten Ki_y zwischen Ki_a_y und Ki_b_y, wenn sich der Wert von Kr_y von Null bis 1 ändert.
Wie oben erwähnt sind normalerweise (insbesondere, wenn die Ausgabe-Werte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor der Verstärkungseinstellers 78 eingeschränkt sind) Kr_x und Kr_y beide gleich null. Damit ist im Allgemeinen der i-te Verstärkungs-Koeffizient Ki_x = Ki_a_x (i=1,2 oder 3) und Ki_y = Ki_a_y (i=1,2 oder 3).
Zusätzlich sind die obengenannten konstanten Werte Ki_a_x, Ki_b_x und Ki_a_y, Ki_b_y (i=1, 2 oder 3) in den konstanten Parametern enthalten, deren Werte in dem obengenannten SCHRITT 6 oder SCHRITT 8 eingestellt werden.
Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 verwendet die wie vorangehend beschrieben bestimmten ersten bis dritten Verstärkungskoeffizienten K1_x, K2_x und K3_x, um die Berechnung des vorangehenden Ausdrucks 07x durchzuführen, wodurch der auf das in der X-Achsen-Richtung rollende imaginäre Rad 62_x bezogene Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd berechnet wird.
Im Detail, unter Bezugnahme auf 13 berechnet der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_x_s mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_x erhaltene Stellgrößenkomponente u1_x und eine durch Multiplikation des Basiswinkel-Neigungswinkel-Geschwindigkeitsmesswerts Θbdot_x_s mit dem dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_x erhaltene Stellgrößenkomponente u2_x durch einen Prozessor 80a bzw. 80b. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet ferner die Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd (=Vb_x_s-Vb_x_mdfd) durch einen Rechner 80d und berechnet durch einen Prozessor 80c eine durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_x erhaltene Stellgrößenkomponente u3_x. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 addiert dann diese Stellgrößenkomponenten u1_x, u2_x und u3_x durch einen Rechner 80e auf, um den Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu berechnen.
Ebenso führt der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 die Berechnung des vorangehenden Ausdruck 07y unter Verwendung der wie vorangehend beschrieben bestimmten ersten bis dritten Verstärkungskoeffizienten K1_y, K2_y und K3_y aus, wodurch der auf das in der Y-Achsen-Richtung rollende imaginäre Rad 62_y bezogene Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_y_cmd berechnet wird.
In diesem Fall berechnet der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Obe_y_s mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_y erhaltene Stellgrößenkomponente u1_y und eine durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeitsmesswerts Θbdot_y_s mit dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_y erhaltene Stellgrößenkomponente u2_y durch den Prozessor 80a bzw. 80b. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 berechnet ferner die Differenz zwischen dem geschätzten Soll-Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_y_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd (=Vb_y_s-Vb_y_mdfd) durch den Rechner 80d und berechnet durch den Prozessor 80c eine durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_y erhaltene Stellgrößenkomponente u3_y. Der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 addiert dann diese Stellgrößenkomponenten u1_y, u2_y und u3_y durch den Rechner 80e auf, um den Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu berechnen.
Der erste Term (= die erste Stellgrößenkomponente u1_x) und der zweite Term (= die zweite Stellgrößenkomponente u2_x) der rechten Seite des Ausdrucks 07x bezeichnen hier die Rückkopplungsstellgrößenkomponenten zum Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerts Θbe_x_s in Richtung um die X-Achse gegen Null (Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkelmesswerts Θb_x_s gegen den Soll-Wert Ob_x_obj) durch die PD-Vorgabe (Proportional-Differenzial-Vorgabe), welche als die Rückkopplungsregelungs-/-Steuerungsvorgabe dient.
Der dritte Term (= die dritte Stellgrößenkomponente u3_x) der rechten Seite des Ausdrucks 07x bezeichnet ferner eine Rückkopplungsstellgrößenkomponente zum Konvergieren der Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd gegen Null (Konvergieren von Vb_x_s gegen Vb_x_mdfd) durch eine Proportional-Vorgabe, welche als die Rückkopplungsregelungs-/- Steuerungsvorgabe dient.
Das Gleiche gilt für den ersten bis dritten Term (die erste bis dritte Stellgrößenkomponente u1_y, u2_y und u3_y) der rechten Seite des Ausdrucks 07y.
Wie oben erwähnt sind im Allgemeinen (die Ausgabe-Werte V_x_lim2 und V_y_lim2 sind nicht zwangsweise eingeschränkt durch den Begrenzungsprozessor 100 des Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76) die Soll-Steuer/Regel-Geschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd beide gleich null. Wenn Vb_x_mdfd= Vb_y_mdfd= 0, dann wird die dritte Stellgrößen-Komponente u3_x gleich einem Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeits-Werts Vb_x_s mit dem dritten Verstärkungs-Koeffizienten K3_x und der dritten Stellgrößen-Komponente u3_y gleich einem Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeits-Werts Vb_y_s mit dem dritten Verstärkungs-Koeffizienten K3_y.
Nach der vorangehend beschriebenen Berechnung der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd integriert der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 diese ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd durch einen Integrator 80f, wodurch die obengenannten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd bestimmt werden.
Vorangehend sind die Details der Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 beschrieben worden.
Zusätzlich kann der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_x_cmd alternativ durch einen Ausdruck berechnet werden, bei dem der dritte Term der rechten Seite von Ausdruck 07x in die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_x_s (=K3_x · Vb_x_s) und die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_x_mdfd (=-K3_x · Vb_x_mdfd) getrennt ist. Ebenso kann der Imaginäres-Rad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωdotw_y_cmd alternativ durch einen Ausdruck berechnet werden, bei dem der dritte Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 07y in die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_y_s (=K3_y . Vb_y_s) und die Stellgrößenkomponente basierend auf Vb_y_mdfd (=-K3_y . Vb_y_mdfd) getrennt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd der imaginären Räder 62_x und 62_y ferner als die Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben) zum Regeln/Steuern des Verhaltens des Fahrzeugsystemschwerpunkts verwendet worden. Jedoch können die Antriebsdrehmomente der imaginären Räder 62_x und 62_y oder die durch Division der Antriebsdrehmomente durch die Radien Rw_x und Rw_y der imaginären Räder 62_x und 62_y erhaltenen Translationskräfte (das heißt, die Reibungskräfte zwischen den imaginären Rädern 62_x, 62_y und einer Bodenfläche) als die Stellgrößen verwendet werden.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 9 liefert die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die wie vorangehend beschrieben durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 bestimmten Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd zu dem Motorbefehlsrechner 82 und führt die Verarbeitung durch den Motorbefehlsrechner 82 aus, um einen Geschwindigkeitsbefehl ω_R_cmd des Elektromotors 31R und einen Geschwindigkeitsbefehl ω_L_cmd des Elektromotors 31L zu bestimmen. Die Verarbeitung durch den Motorbefehlsrechner 82 ist dieselbe wie die Verarbeitung durch den XY-RL-Wandler 86b des obengenannten Begrenzungsprozessors 86 (Bezug zu 11).
Der Motorbefehlsrechner 82 bestimmt insbesondere die Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd der Elektromotoren 31R und 31L durch eine durch Ersetzen von ωw_x, ωw_y, ω_R und ω_L der obengenannten Ausdrücke 01a und 01b durch ωw_x_cmd bzw. ωw_y_cmd bzw. ω_R_cmd bzw. ω_L_cmd erhaltene simultane Gleichungen, wobei ω_R_cmd und ω_L_cmd als Unbekannte angenommen werden.
Somit ist der Fahrzeug- Regelungs-/Steuerarithmetik-Prozess im SCHRITT11 abgeschlossen.
Nach dem Regelungs-/Steuerarithmetik-Prozess, der von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 wie oben beschrieben ausgeführt wird, wird in jedem der Betriebsmodi des An-Bord-Modus und des autonomen Modus die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisung ωdotw_xy_cmd, die die Stellgrößen (Kontroll-Eingaben) bezeichnet, so bestimmt, dass der Fahrzeugsystemschwerpunkt (der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt) stationär ist, während die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 in einer Haltung gehalten werden, in der die Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswerte θbe_x_s und θbe_y_s beide gleich null sind (im Folgenden wird diese Haltung als Grundhaltung genannt). Wenn die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 aus der Grundhaltung geneigt ist, in anderen Worten die Position des Fahrzeugsystemschwerpunkts in der Lateralrichtung weg von der Position, die im Wesentlichen direkt über der Bodenkontaktfläche der Radanordnung 5 lokalisiert ist, verschoben ist, wird die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisung ωdot_xy_cmd so bestimmt, dass die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 zurück in die Grundhaltung zurückgesetzt werden (um θbe_x_s und θbe_y_s an null anzunähern oder sie bei null zu halten).
Die durch Umwandeln der Imaginäres-Rad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_xy_cmd, welche durch Integrieren jeder Komponente von ωdotw_xy_cmd erhalten werden, erhaltenen Drehwinkelgeschwindigkeiten des Elektromotors 31R bzw. 31L werden dann als die Geschwindigkeitsbefehle ω_R_cmd und ω_L_cmd der Elektromotoren 31R und 31L bestimmt. Die Drehgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L werden ferner gemäß den Geschwindigkeitsbefehlen ω_R_cmd und ω_L_cmd geregelt/gesteuert. Die Bewegungsgeschwindigkeiten der Radanordnung 5 in der X-Achsen-Richtung bzw. der Y-Achsen-Richtung werden daher derart geregelt/gesteuert, dass sie mit der Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x, welches ωw_x_cmd entspricht, bzw. mit der Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_y, welche ωw_y_cmd entspricht, übereinstimmen.
Mit dieser Anordnung bewegt sich die Radanordnung 5 dann vorwärts, um die Fehler zu eliminieren (um Obe_x_s gegen Null zu konvergieren), wenn beispielsweise der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_x von dem Soll-Wert Θb_x_obj in Richtung um die Y-Achse durch Nach-Vorne-Lehnen abweicht. Ebenso bewegt sich die Radanordnung 5 dann rückwärts, um die Fehler zu eliminieren (um Obe_x_s gegen Null zu konvergieren), wenn das Ist-Θb_x von dem Soll-Wert Ob_x_obj durch Rückwärts-Lehnen abweicht.
Beispielsweise, wenn ferner der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_y von dem Soll-Wert Θb_y_obj in Richtung um die X-Achse durch Nach-Rechts-Lehnen abweicht, bewegt sich die Radanordnung 5 dann nach rechts, um die Fehler zu eliminieren (um Obe_y_s gegen Null zu konvergieren). Ebenso bewegt sich die Radanordnung 5 dann nach links, um die Fehler zu eliminieren (um Obe_y_s gegen Null zu konvergieren), wenn das Ist-Θb_y von dem Soll-Wert Θb_y_obj durch Nach-Links-Lehnen abweicht.
Wenn ferner sowohl der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel Θb_x als auch Θb_y von dem Soll-Wert Θb_x_obj bzw. Θb_y_obj abweichen, werden dann der Bewegungsbetrieb der Radanordnung 5 in der Längsrichtung zum Eliminieren des Fehlers von Θb_x und der Bewegungsbetrieb der Radanordnung 5 in der Querrichtung zum Eliminieren des Fehlers von Θb_y kombiniert, so dass sich die Radanordnung 5 in einer Richtung bewegen wird, welche die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung kombiniert (eine Richtung in einem Winkel zu sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung).
Somit bewegt sich die Radanordnung 5 dann in Richtung der Neigungsseite, wenn sich der Grundkörper 9 von der Grundhaltung neigt. Somit wird sich die Radanordnung 5 dann zu der Neigungsseite bewegen, wenn beispielsweise der Benutzer absichtlich seinen/ihren Oberkörper in dem obengenannten An-Bord-Modus neigt.
Es sollte bemerkt werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Sitz 3 und der Grundkörper 9 von der normalen Haltung geneigt sind, die Bewegungsrichtung in der horizontalen Ebene des Fahrzeugsystemschwerpunkts (Bewegungsrichtung senkrecht zur Z-Achse) nicht immer mit der Bewegungsrichtung der Radanordnung 5 übereinstimmen muss.
Wenn sich die Radanordnung 5 bewegt (sich das ganze Fahrzeug 1 bewegt), falls die Haltung von Sitz 3 und Grundkörper 9 bei einer konstanten Haltung gehalten wird, die von der normalen Haltung geneigt ist, wird die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts (und folglich die Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5) dahin konvergiert, eine konstante Differenz von der Soll-Regelungs-/Steuergeschwindigkeit Vb_xy_mdfd zu haben, und die Differenz hängt vom Grundkörper-Neigungswinkel-Fehlermesswert θbe_xy_s ab.
In der vorliegenden Ausführungsform werden, falls die Fahrbewegung der Radanordnung 5 normalerweise in einer Bewegungsgeschwindigkeit ausgeführt wird, bei der die Rotationswinkel-Geschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L nicht übermäßig hoch sind (präziser, wenn die Ausgabe-Werte V_x_lim2 und V_y_lim2 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 100 des Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzers 76 eingeschränkt sind), die Soll-Regelungs-/Steuer-Schwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd beide bei null gehalten. Wenn die Vb_mdfd und Vb_y_mdfd bei null gehalten werden, falls die Haltung von Sitz 3 und Grundkörper 9 in einer konstanten Haltung von der normalen Haltung geneigt gehalten wird, wird die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts (und folglich die Fahrgeschwindigkeit der Radanordnung 5) zu einer Fahrgeschwindigkeit konvergiert, die eine Größe und Richtung abhängig vom Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θbe_xy_s aufweist.
Das Fahrzeug 1 der vorliegenden Ausführungsform, das eingestellt ist, die zuvor genannten Operationen auszuführen, operiert in folgender Weise, wenn der Rücklagezustand wie oben beschrieben detektiert wird.
Zum Beispiel wird, wie in 2 illustriert, wenn sich der Benutzer auf den Sitz 3 (Nutzlastträgerteil) von der Vorderseite her in Ruhe, mit beiden Beinen den Boden berührend, setzt, der Rücklagezustand anhand der Bestimmung der Richtung der Kraft Fx, die auf den Sitz 3 in Längsrichtung (X-Achsen-Richtung) eingewirkt wird, durch den Lastsensor 54, bestimmt.
Entsprechend wird die Regelungs-/Steuerstellgröße, die eingestellt ist, eine Antriebsleistung zum Antreiben der Fahrbewegungseinheit, nämlich der Radanordnung 5 (in der vorliegenden Ausführungsform die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisung ωdot_xy_cmd) einzuwirken, durch Addieren des Soll-Winkelkorrekturwinkels Δ θb_by, der anhand der Kraft Fx bestimmt wird, zum Sollwert θb_xy_obj, der im Rücklagemodus-Prozess von SCHRITT10 gesetzt wird (in anderen Worten, um den Sollwert zu θb_xy_obj + Δ θb_xy zu setzen), so bestimmt, dass der Grundkörper 9 in die entgegengesetzte Richtung der Richtung der Kraft Fx (Richtung zur Vorderseite in 2) geneigt wird. Der Soll-Winkelkorrekturwinkel Δ θb_xy wird vorläufig definiert als Funktion von Fx, wie in 14 illustriert, beispielsweise im Fall, in dem die Kraft Fx in die X-Achsen-Richtung auf das Nutzlastträgerteil eingewirkt wird. Insbesondere wird er so gesetzt, dass, falls die Größe der Kraft Fx (Vorwärtsrichtung ist als „+“ gesetzt) nahe null ist, dann die Δ θb_xy=0 wird (d.h. eine Totzone gesetzt wird); und der Δ θb_xy größer wird, wenn die Kraft Fx größer wird (proportional); jedoch ist, wenn die Größe der Kraft Fx gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird, der Δ θb_xy konstant.
Spezifischer ist, wenn die Kraft Fx eine Vorwärtsrichtung hat (+) hat, der Δ θb_xy „-“ und |Δ θb_xy| steigt in Proportion mit der Größe der Kraft Fx an; jedoch ist, wenn die Größe der Kraft Fx gleich oder größer als der vordefinierte Wert wird, der |Δ θb_xy|konstant. Andererseits ist, wenn die Kraft Fx eine Rückwärtsrichtung (-) hat, der Δ θb_xy „+“ und |Δ θb_xy| steigt in Proportion zur Größe der Kraft Fx an; jedoch ist, wenn die Größe der Kraft Fx gleich oder größer als ein vordefinierter Wert wird, der |Δ θb_xy| konstant.
Weiterhin wird, in der Bestimmung des Rücklagezustands durch die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 gemäß der Last Fz, die auf den Sitz 3, nämlich das Nutzlastträgerteil, in der vertikalen Richtung eingewirkt wird, die Last, die gemessen wird, wenn der Benutzer sich auf dem Fahrzeug 1 mit den Füßen vom Boden befindet, als Körpergewicht des Benutzers gespeichert, falls die Last Fz, die hiernach gemessen wird, kleiner ist als das Körpergewicht des Benutzers, von der Regelungs-/Steuerungseinheit 50 der Rücklagezustand bestimmt.
Entsprechend wird, wie in 15 beispielsweise illustriert, der Soll-Winkelkorrekturwert Δ θb_xy zum Sollwert θb_xy_obj addiert, der im Rücklagemodus-Prozess von SCHRITT10 vorläufig als Funktion der Körpergewichtsabnahme ΔW (=W-Fz) definiert ist. Insbesondere wird er so gesetzt, dass wenn die Körpergewichtsabnahme ΔW nahe null ist, der Δ θb_xy=0 ist (d.h. eine Totzone gesetzt wird); und der Δ θb_xy größer wird, wenn die Körpergewichtsabnahme ΔW größer wird (proportional); jedoch bleibt, falls die Größe der Körpergewichtsabnahme ΔW gleich oder größer einen vordefinierten Wert wird, der Δ θb_xy konstant (gleich einem oberen Limit).
Es sollte bemerkt werden, dass der Zweck des Setzens eines oberen Limits in den Beispielen des Soll-Winkelkorrekturwerts das Verhindern des Divergierens der Steuerung des Neigungswinkels von Fahrzeug 1 entsprechend positiver Rückkopplung ist.
Nach Fahrzeug 1 in der vorliegenden Ausführungsform, wird der Neigungswinkelfehler geeignet zum Soll-Neigungswinkel (Neigungswinkel des Grundkörpers, so dass der Gesamtschwerpunkt von Benutzer und Fahrzeug im Wesentlichen direkt über dem Bodenkontaktpunkt positioniert ist) entsprechend der abnehmenden Last addiert. Entsprechend kann das Fahrzeug 1 eine Kraft in Richtung zum Unterstützen des Körpers des Benutzers erzeugen, die es dem Benutzer möglich macht, sich auf dem Grundkörper in den Rücklagezustand zurückzulehnen. In anderen Worten wird es durch Setzen des Soll-Neigungswinkels des Grundkörpers zum Entgegenwirken gegen die abnehmende Last des Benutzers möglich für das Fahrzeug 1, den Rücklagezustand einzunehmen.
Insbesondere wird, da die Regelungs-/Steuerstellgröße durch Setzen des Sollwinkels so zu θb_xy_obj + Δ θb_xy gesetzt wird, dass die Fahrbewegungseinheit (Radanordnung 5) in die Richtung zum Unterstützen des Körpers des Benutzers auf dem Grundkörper 9 bestimmt wird, die Fahrbewegungseinheit in die Richtung zum Unterstützen des Körpers des Benutzers, der auf dem Nutzlastträgerteil (Sitz 3) ruht, angetrieben. Dementsprechend kann das Fahrzeug 1 in der Postion zum Unterstützen des Körpers des Benutzer durch den Grundkörper 9 anhalten, was es dem Benutzer erlaubt, sich gegen den Grundkörper in den Rücklagezustand zurückzulehnen.
Hier wird nun die Korrespondenzbeziehung zwischen Fahrzeug 1 der ersten Ausführungsform und der vorliegenden Erfindung ergänzend beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Längsrichtung und die Lateralrichtung des Benutzers auf dem Fahrzeug 1 jeweils äquivalent zur X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung. Der Fahrzeugsystemschwerpunkt ist äquivalent zu einem vorbestimmten Repräsentativpunkt des Fahrzeugs.
Der Prozess, der von der Steuerung 50 in SCHRITT11 und SCHRITT12 von 7 ausgeführt wird, verkörpert die Fahrbewegungs-Regelungs-/Steuereinheit der vorliegenden Erfindung. Der arithmetische Prozess, der durch den Haltungssteuerungs-Berechner 80 entsprechend den Ausdrücken 07x und 07y ausgeführt wird, bestimmt die Regelungs-/Steuerstellgröße. Der Neigungssensor 52 und der Prozess, der in SCHRITT2 von 7 ausgeführt wird, verkörpert das Neigungswinkel-Messelement der vorliegenden Erfindung. Das Repräsentativpunktgeschwindigkeits-Messelement der vorliegenden Erfindung wird vom Schwerpunktgeschwindigkeits-Berechner 72 verkörpert.
Der Grundkörperneigungswinkel-Fehlermesswert θbe_xy_s ist äquivalent zur Neigungsdifferenz in der vorliegenden Erfindung und in den θbe_xy_s sind θbe_x_s und θbe_y_s äquivalent zu jeweils einer ersten Neigungsdifferenz-Komponente und einer zweiten Neigungsdifferenz-Komponente. Die Imaginärrad-Rotationswinkelbeschleunigungs-Anweisungen ωdot_x_cmd und ωdot_y_cmd sind äquivalent zur Regelungs-/Steuerstellgröße der vorliegenden Erfindung.
Einige Modifikationen im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Ausführungsformen werden nun beschrieben.
In den genannten Ausführungsformen wird beschrieben, dass der Fahrzeugsystemschwerpunkt (genauer, der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt) äquivalent ist zum vordefinierten Repräsentativpunkt von Fahrzeug 1; jedoch ist es zulässig, den Repräsentativpunkt als Mittelpunkt der Radanordnung 5, einen Punkt in einem vordefinierten Teil (zum Beispiel dem Tragerahmen 13) des Grundkörpers oder ähnliches zu definieren.
In den genannten Ausführungsformen werden die Verstärkungs-Koeffizienten K1_x, K3_x, K1_y und K3_y so bestimmt, dass | K3_x |/| K1_x |<| K3_y |/| K1_y | gilt. Jedoch sind, in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Rotationswinkel-Geschwindigkeit von einem oder beiden der Elektromotoren nicht übermäßig groß sind, das heißt, in einem normalen Zustand (insbesondere, wenn die Ausgabe-Werte Vw_x_lim1 und Vw_y_lim1 nicht zwangsweise durch den Begrenzungsprozessor 86 des Verstärkungseinstellers eingeschränkt werden), die Verstärkungs-Koeffizienten K1_x, K3_x, K1_y und K3_y jeweils gleich den Konstanten K1_a_x, K3_a_x, K1_a_y und K3_a_y. Somit ist es, beispielsweise nur im normalen Zustand, zulässig, | K3_x |/| K1_x |<| K3_y |/| K1_y | zu setzen. In diesem Fall ist es zulässig, die Konstanten K1_a_x, K3_a_x, K1_a_y und K3_a_y so zu setzen, dass | K3_x |/| K1_x |<| K3_y |/| K1_y | gilt.
Ferner ist es zulässig, die Verstärkungs-Koeffizienten K1_x, K3_x, K1_y, K3_y annähernd so zu bestimmen, dass | K3_x |/| K1_x |>| K3_y |/| K1_y | entgegen dem oben genannten gemäß den Betriebsbedingungen oder Umgebungen von Fahrzeug 1, den Schaltoperationen des Benutzers oder ähnlichem. Entsprechend kann, wenn das Fahrzeug 1 in die Y-Achsen-Richtung bewegt wird, die irreguläre Variation der Fahrtrichtung der Radanordnung 5 bezüglich der Y-Achsen-Richtung verhindert werden.
In den vorgenannten Ausführungsformen wird der Verstärkungs-Koeffizient Ki_xy (i=1,2,3) angemessen modifiziert gemäß dem Verstärkungseinstell-Parameter Kr_xy; jedoch ist es zulässig, den Verstärkungs-Koeffizienten Ki_xy (i=1,2,3) in einem oder beiden Modi des An-Bord-Modus und des autonomen Modus konstant zu halten. Wenn der Verstärkungs-Koeffizient Ki_xy (i=1,2,3) konstant gehalten wird, ist der Prozess des Verstärkungseinstellers 78 unnötig.
In den vorgenannten Ausführungsformen ist Fahrzeug 1, wie in 1 und 2 illustriert, als Beispiel gegeben; jedoch ist das inverspendelartige Fahrzeug 1 nach der vorliegenden Erfindung nicht auf das Fahrzeug, das in den vorgenannten Ausführungsformen beschrieben ist, beschränkt.
Insbesondere hat die Radanordnung, die als Fahrbewegungseinheit des Fahrzeugs 1 in der vorliegenden Ausführungsform dient, eine einteilige Konstruktion. Alternativ jedoch kann die Radanordnung 5 eine Konstruktion, wie z.B. in 10 von Patentdokument 3 gezeigt, haben. Spezifischer kann die Radanordnung so konstruiert sein, dass sie ein steifes, ringförmiges Schaftteil und eine Mehrzahl von Rollen, die so rotierbar und von außen in das steife, ringförmige Schaftteil eingeführt sind, dass ihre Kreismittelpunkte in die Tangentialrichtung des Schaftteils orientiert sind, wobei die Mehrzahl dieser Rollen in der Umfangsrichtung entlang des Schaftteils angeordnet sind, umfasst.
Es ist zulässig, dass die Fahrbewegungseinheit eine raupenketten-förmige Struktur, wie in beispielsweise 3 des Patentdokuments 2 gezeigt, aufweist. Alternativ, wie beispielsweise in 5 des Patentdokuments 2, 7 des Patentdokuments 3, oder 1 des Patentdokuments 1, kann die Fahrbewegungseinheit so aus einem sphärischen Teil konstruiert sein, und das Fahrzeug kann so konstruiert sein, dass das sphärische Teil rotierend in eine Richtung um die X-Achse und eine Richtung um die Y-Achse durch einen Aktuator (z.b. ein Aktuator umfassend die Radanordnung 5) angetrieben wird.
Ferner wurde in der vorliegenden Ausführungsform das Fahrzeug 1, ausgestattet mit dem Sitz 3 als Nutzlastträgerteil für einen Benutzer, beispielhaft vorgeführt. Alternativ jedoch ist das inverspendelartige Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, ein Fahrzeug zum Tragen eines Benutzers zu sein; es kann ein Fahrzeug zum Beladen und Transportieren von Waren oder ähnlichem sein. Es ist auch zulässig, dass es nur der Körper des Benutzers stützt, ohne den Nutzlastträgerteil, der zum Tragen des Benutzers oder Beladen der Waren angebracht ist.
Ferner kann das inverspendelartige Fahrzeug ein Fahrzeug sein, das eine Konstruktion umfasst, in der eine Fußraste, auf der ein Benutzer seine beiden Füße stützen kann, und ein Teil, das vom Benutzer gegriffen wird, an einem Grundkörper angebracht sind, wie beispielsweise in 8 in Patentdokument 3, illustriert.
Damit kann die vorliegende Erfindung auf inverspendelartige Fahrzeuge verschiedener Konstruktionsformen, wie in den Patentdokumenten 1 bis 3 und ähnlichem illustriert, angewendet werden.
Ferner kann das inverspendelartige Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Fahrbewegungseinheiten, die in alle Richtungen auf einer Bodenfläche beweglich sind (z.B. zwei in der Lateralrichtung, oder zwei in der Längsrichtung, oder drei oder mehr), ausgestattet sein.
Ferner ist es, im inverspendelartigen Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, nicht entscheidend für den Grundkörper, sich zusammen mit dem Nutzlastträgerteil für den Benutzer zu neigen. Beispielsweise ist es, im Fall, in dem das Fahrzeug eine Mehrzahl von Fahrbewegungseinheiten beinhaltet, zulässig, dass der Grundkörper, an welchem die Fahrbewegungseinheiten angebracht sind, eingestellt ist, sich nicht bezüglich der Bodenfläche zu neigen und der Nutzlastträgerteil frei neigbar am Grundkörper angebracht ist, bezüglich des Grundkörpers.
Bezugszeichenliste
1...inverspendelartiges Fahrzeug, das in der Lage ist, dich in alle Richtungen zu bewegen; 3...Sitz (Nutzlastträgerteil); 5...Radanordnung (Fahrbewegungseinheit); 7...Aktuator; 9...Grundkörper; 50...Regelungs-/Steuerungseinheit; 52...Neigungssensor (Neigungswinkel-Messelement); 54... Lastsensor

Claims

Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs (1) umfassend eine Fahrbewegungseinheit (5), die in der Lage ist, sich auf einer Bodenoberfläche zu bewegen, einen Aktuator (7), der die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, und einen Grundkörper (9), an dem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) angebracht sind, und der eingestellt ist, neigbar bezüglich der senkrechten Richtung zu sein, umfassend: ein Neigungswinkel-Messelement (52), das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend dem Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers (9) zu erzeugen; einen Kraftdetektor, der eingestellt ist, zumindest eine Kraft (Fx) zu detektieren, die in der horizontalen Richtung auf den Grundkörper (9) eingewirkt wird; und ein Fahrbewegungseinheits-Regelungs/-Steuerelement (50), das eingestellt ist, eine Regelungs-/Steuerstellgröße zu ermitteln, welche eingestellt ist, eine Antriebskraft zu definieren, die auf die Fahrbewegungseinheit (5) eingewirkt wird, um den Neigungsunterschied zwischen einem gemessenen Wert des Neigungswinkels und einem Soll-Neigungswinkel, durch Benutzen des Messwerts des Neigungswinkels des Grundkörpers (9), festgelegt durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements (52), einen vorbestimmten Wert des Soll-Neigungswinkels, eine Ausgabe eines Kraftdetektors und eine Stellgröße, die variabel gesetzt werden kann, an null anzunähern; und die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit (5) durch den Aktuator (7) entsprechend der bestimmten Regelungs-/Steuerstellgröße zu steuern/regeln; wobei das Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße der Fahrbewegungseinheit (5) so zu manipulieren, dass der Grundkörper (9) in eine Richtung entgegen der Richtung der durch den Kraftdetektor detektierten Kraft (Fx) geneigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall, in dem die durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) nahe null ist, ein Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) null wird, d.h. eine Totzone gesetzt wird und der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) größer wird, wenn die durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) größer wird, jedoch ist der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) konstant, wenn die Größe der durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs (1) umfassend eine Fahrbewegungseinheit (5), die in der Lage ist, sich auf einer Bodenoberfläche zu bewegen, einen Aktuator (7), der die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, einen Grundkörper (9), an dem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) angebracht sind, und ein Nutzlastträgerteil (3) für einen Benutzer, das derart an den Grundkörper (9) angebracht ist, dass es neigbar bezüglich der senkrechten Richtung ist, umfassend: einen Rücklage-Detektor, der eingestellt ist, einen Rücklage-Zustand zu detektieren, in dem der Benutzer, dessen Körper vom Grundkörper getragen wird, mit einem seiner Füße den Boden berührt, wenn das Fahrzeug in Ruhe ist; ein Neigungswinkel-Messelement (52), das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend dem Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers (9) zu erzeugen; und ein Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement (50), das eingestellt ist, eine Regelungs-/Steuerstellgröße zu ermitteln, die eingestellt ist, eine Antriebsleistung zu definieren, die auf die Fahrbewegungseinheit (5) angelegt wird um den Neigungsunterschied zwischen einem Messwert des Neigungswinkels und einen Soll-Neigungswinkel an null anzunähern, indem Messwert eines Neigungswinkels des Grundkörpers (9), bestimmt durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements (52), ein vorbestimmter Wert eines Soll-Neigungswinkels, eine Bestimmungsausgabe des Rücklage-Detektors benutzt werden; und eine Stellgröße, die variabel gesetzt werden darf, und die Bewegung der Fahrbewegungseinheit (5) durch den Aktuator entsprechend der bestimmten Regelungs-/Steuerstellgröße steuern/regeln darf; wobei das Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße so zu bestimmen, dass die Fahrbewegungseinheit (5) in eine Richtung getrieben wird, in der der Grundkörper (9) den Körper des Benutzers stützt, wenn der Rücklage-Zustand vom Rücklage-Detektor bestimmt wird, wobei der Rücklage-Detektor mit einem Kraftdetektor ausgestattet ist, der wenigstens eine Kraft (Fx), die auf das Nutzlastträgerteil (3) in horizontaler Richtung einwirkt, detektiert; und das Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, welche Regelungs-/Steuerstellgröße eingestellt ist, eine Antriebsleistung aufzuerlegen, um die Fahrbewegungseinheit (5) so zu bewegen, dass der Grundkörper (9) in eine Richtung entgegen der Richtung der, durch den Kraftdetektor detektierten, Kraft (Fx) geneigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall, in dem die durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) nahe null ist, ein Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) null wird, d.h. eine Totzone gesetzt wird und der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) größer wird, wenn die durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) größer wird, jedoch ist der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) konstant, wenn die Größe der durch den Kraftdetektor detektierte Kraft (Fx) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 2, wobei der Kraftdetektor aus einem triaxialen Kraftsensor besteht, der eingestellt ist, eine Last, die auf das Nutzlastträgerteil (3) aufgebracht ist, zu detektieren; und das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, welche Regelungs-/Steuerstellgröße eingestellt ist, die Antriebsleistung entsprechend einer externen Kraft in der Längsichtung, detektiert durch den triaxialen Kraftsensor, aufzuerlegen.
Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs (1) umfassend eine Fahrbewegungseinheit (5), die in der Lage ist, sich auf einer Bodenoberfläche zu bewegen, einen Aktuator (7), der die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, einen Grundkörper (9), an dem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) angebracht sind, und ein Nutzlastträgerteil (3) für einen Benutzer, das derart an den Grundkörper (9) angebracht ist, dass es neigbar bezüglich der senkrechten Richtung ist, umfassend: einen Rücklage-Detektor, der eingestellt ist, einen Rücklage-Zustand zu detektieren, in dem der Benutzer, dessen Körper vom Grundkörper getragen wird, mit einem seiner Füße den Boden berührt, wenn das Fahrzeug in Ruhe ist; ein Neigungswinkel-Messelement (52), das eingestellt ist, eine Ausgabe entsprechend dem Ist-Neigungswinkel des Grundkörpers (9) zu erzeugen; und ein Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement (50), das eingestellt ist, eine Regelungs-/Steuerstellgröße zu ermitteln, die eingestellt ist, eine Antriebsleistung zu definieren, die auf die Fahrbewegungseinheit (5) angelegt wird um den Neigungsunterschied zwischen einem Messwert des Neigungswinkels und einen Soll-Neigungswinkel an null anzunähern, indem Messwert eines Neigungswinkels des Grundkörpers (9), bestimmt durch die Ausgabe des Neigungswinkel-Messelements (52), ein vorbestimmter Wert eines Soll-Neigungswinkels, eine Bestimmungsausgabe des Rücklage-Detektors benutzt werden; und eine Stellgröße, die variabel gesetzt werden darf, und die Bewegung der Fahrbewegungseinheit (5) durch den Aktuator entsprechend der bestimmten Regelungs-/Steuerstellgröße steuern/regeln darf; wobei das Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße so zu bestimmen, dass die Fahrbewegungseinheit (5) in eine Richtung getrieben wird, in der der Grundkörper (9) den Körper des Benutzers stützt, wenn der Rücklage-Zustand vom Rücklage-Detektor bestimmt wird, der Rücklage-Detektor mit einem Kraftdetektor ausgestattet ist, der wenigstens eine Kraft (Fx), die auf das Nutzlastträgerteil (3) in horizontaler Richtung einwirkt, detektiert; und das Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, welche Regelungs-/Steuerstellgröße eingestellt ist, eine Antriebsleistung aufzuerlegen, um die Fahrbewegungseinheit (5) so zu bewegen, dass der Grundkörper (9) in eine Richtung entgegen der Richtung der, durch den Kraftdetektor detektierten, Kraft (Fx) geneigt wird, wobei der Kraftdetektor aus einem uniaxialen Kraftsensor besteht, der eingestellt ist, eine Last, die in senkrechter Richtung auf das Nutzlastträgerteil (3) aufgebracht ist, zu detektieren; und das Fahrbewegungseinheit-Regelungs-/Steuerelement (50) eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, welche Regelungs-/Steuerstellgröße eingestellt ist, die Antriebsleistung entsprechend einer Abnahme der Last (Δw), wenn die durch den uniaxialen Kraftsensor detektierte Last geringer ist als ein Körpergewicht des Benutzers, aufzuerlegen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall, in dem die Abnahme der Last (Δw) nahe null ist, ein Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) null ist, d.h. eine Totzone gesetzt wird und der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) so gesetzt wird, dass er größer wird, wenn die Abnahme der Last (Δw) außerhalb der Totzone größer wird, jedoch wird der Soll-Winkelkorrekturwinkel (Δθb_xy) so gesetzt, dass er konstant ist, wenn die Abnahme der Last (Δw) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs nach Anspruch 2, wobei der Rücklage-Detektor mit einem Handschalter ausgestattet ist, der im Grundkörper angebracht ist, und den Rücklage-Zustand detektiert, wenn der Handschalter eingeschaltet ist.
Regelungs-/Steuereinheit eines inverspendel-artigen Fahrzeugs, nach Anspruch 2, wobei der Rücklage-Detektor mit einem Fußauftrittskraft-Detektor ausgestattet ist, der eingestellt ist, eine Kraft zu detektieren, die auf eine Fußraste ausgeübt wird, die an den Grundkörper angebracht ist; und das Fahrbewegungseinheits-Regelungs-/Steuerelement eingestellt ist, die Regelungs-/Steuerstellgröße zu bestimmen, welche Regelungs-/Steuerstellgröße eingestellt ist, eine Antriebskraft aufzuerlegen, wenn keine Kraft durch den Fußauftritts-Detektor detektiert wird.