DE112009005274B4

DE112009005274B4 - Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für inverspendelartiges Fahrzeug

Info

Publication number: DE112009005274B4
Application number: DE112009005274.6T
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: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: WO2011036694A1; JP5414804B2; US20120179352A1; US8548711B2; JPWO2011036694A1; DE112009005274T5

Abstract

Steuergerät für ein Inverspendel-artiges Fahrzeug, mit einer Fahrbewegungseinheit (5), die auf einer Bodenfläche bewegbar ist, einem Aktuator (7), welcher die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, einem Grundkörper (9), an dem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) montiert sind, und einem Nutzlast-Trägerteil (3) für den Benutzer, der an dem Grundkörper (9) befestigt ist, dass er bezüglich einer zu einer Bodenfläche senkrechten Richtung kippbar ist, umfassend: ein Neigungswinkelmesselement (52), das so eingestellt ist, dass es eine Ausgabe generiert, die dem Ist-Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerfeiles entspricht; ein Repräsentativpunkt-Geschwindigkeitsmesselement (72), das so eingestellt ist, dass es eine Ausgabe generiert, die der Fahrgeschwindigkeit eines vordefinierten Repräsentativpunktes des Fahrzeugs entspricht; und eine Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80), die so konfiguriert ist, dass sie eine Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße ermittelt, die eine Antriebskraft definiert, welche auf die Fahrbewegungseinheit (5) einzuwirken hat, indem zumindest ein vom Neigungswinkel-Messelement (52) gemessener Wert eines Neigungswinkels des Nutzlast-Trägerteiles (3), ein vordefinierter Wert eines Soll-Neigungswinkels, ein vom Repräsentativfunktion-Geschwindigkeits-Messelement (72) gemessener Wert einer Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes, ein vordefinierter Wert einer Soll-Bewegungsgeschwindigkeit, und eine variabel haltbare Justierstellgröße benutzt werden; und dass sie die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit (5) über den Aktuator (7) gemäß der ermittelten Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße regelt; ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Inverspendelartigen Fahrzeug, welches in der Lage ist, sich in alle Richtungen auf einer Bodenfläche zu bewegen.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Inverspendel-artiges Fahrzeug weist einen Grundkörper auf, der zusammengebaut ist mit einer Fahrbewegungseinheit, die in der Lage ist, sich auf einer Bodenfläche zu bewegen, einen Aktuator, welcher die Fahrbewegungseinheit antreibt und ein Nutzlast-Trägerteil zum Transportieren eines Subjekts, welches in der Lage ist, sich frei bezüglich der rechtwinkligen Richtung zu neigen. Um einen Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerteils bei einem Soll-Neigungswinkel zu belassen (um das Nutzlast-Trägerteil davon abzuhalten, umzufallen, ist es für das Inverspendel-artige Fahrzeug notwendig, die Fahrbewegungseinheit zu bewegen, indem ein Drehpunkt des Inverspendels verlagert wird.
Als eine Technik zum Regeln dieser Art von Inverspendel-artigem Fahrzeug ist die beispielsweise im Patentdokument 1 (Patent-Nr. JP 3070015 B2 offenbarte Technik von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen worden.
Im Patentdokument 1 ist eine Regelungstechnik eines Inverspendelartigen Fahrzeugs offenbart, in welchem ein Grundkörper eines Fahrzeugs, das mit einem Nutzlastträgerteil zum Transportieren eines Subjektes, nämlich eines Benutzers zusammengebaut ist, bereitgestellt ist um frei kippbar um zwei Achsen zu sein, im Besonderen eine Achse in eine Längsrichtung und die andere Achse in eine Querrichtung, bezüglich der Fahrbewegungseinheit, die eine Ballform aufweist. In der Regelungs-/Steuerungstechnik wird ein Antriebsdrehmoment eines Motors sequentiell bestimmt, um eine Differenz zwischen einem Messwert eines Neigungswinkels des Grundkörpers (= Neigungswinkel des Nutzlastträgerteils) und einem Soll-Neigungswinkel und eine Differenz zwischen einem Messwert einer Geschwindigkeit des Motors als Aktuator der Einheit (und als Konsequenz eine Fahrgeschwindigkeit der Fahrbewegungseinheit) und einer Soll-Geschwindigkeit zu 0 anzunähern. Danach wird die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit über den Motor gemäß dem bestimmten Antriebsdrehmoments geregelt/gesteuert.
Der bisherige Anmelder schlägt ferner Fahrzeuge vor, die in der Lage sind, als das Inverspendel-artige Fahrzeug zu funktionieren, wie diejenigen, die in Patentdokument 2 ( WO 2008/132 778 A1 ) und Patentdokument 3 ( WO 2008/132 779 A1 ) offenbart wurden.
Aus der US 2008/0245594 A1 ist ein Inverspendel-artiges Fahrzeug bekannt, wobei die PID Verstärkungsfaktoren der Regelung an die Beladung (Fahrer) angepasst werden. Die US 2008/0039990 A1 zeigt ein Inverspendel-artiges Fahrzeug, bei dem ein spezieller Betriebsmodus für das Auf- und Absteigen des Benutzers vorgesehen ist.
Aufgaben, die von der Erfindung gelöst werden sollen
Wie im Patentdokument 1 beschrieben, im Inverspendel-artigen Fahrzeug, welches eingestellt ist, um sich gemäß der Neigung des Nutzlast-Trägerteils durch einen Benutzer zu bewegen, wenn sich ein Benutzer an Bord des Nutzlast-Trägerteils begibt, kann unterschiedlicher Benutzer unterschiedliche An-Bord-Position und An-Bord-Haltung haben. Nachdem der Benutzer das Nutzlast-Trägerteil bestiegen hat, weicht der Neigungswinkel des Grundkörpers von einem Soll-Neigungswinkel ab (zum Beispiel ein Neigungswinkel zum Neigen des Grundkörpers, so dass der Schwerpunkt des Benutzers und das Fahrzeug als Ganzes im Wesentlichen genau über einem Berührungspunkt des Fahrzeuges zu der Bodenfläche befindlich ist), welcher als ein Kriterium dafür bestimmt ist, dass ein Benutzer an Bord ist; dadurch wird sich das Fahrzeug advers bewegen, um den Unterschied zwischen dem Neigungswinkel und dem Soll-Neigungswinkel zu eliminieren.
Um das oben genannten Problem zu lösen, wurde in Betracht gezogen, die An-Bord-Position oder die An-Bord-Haltung des Benutzers zu verändern (um das Fahrzeug davon abzuhalten, sich zu bewegen) oder einen Ausgleicher in dem Grundkörper bereitzustellen, um den Neigungswinkel des Grundkörpers physisch anzupassen; jedoch ist es schwierig, den Neigungswinkel des Grundkörpers mit dem Soll-Neigungswinkel mit einer den beiden Lösungen in Übereinstimmung zu bringen. Jedoch ist es gewünscht, dass die An-Bord-Position oder die An-Bord-Haltung des Benutzers zum Nutzlast-Trägerteil bei einer Position bestimmt wird oder als eine Stellung bestimmt wird, die für den Benutzer komfortables Besteigen des Nutzlast-Trägerteils ermöglicht und es ist wünschenswert, einen solchen Zustand zu erlauben.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Hinblick auf die vorgenannten Probleme erbracht und es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät eines Inverspendel-artigen Fahrzeuges bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Abweichung eines Neigungswinkels eines Grundkörpers von einem Soll-Neigungswinkel davon anzupassen, um das Fahrzeug in einem Normalzustand zu halten, wo der Neigungswinkel mit dem Soll-Neigungswinkel übereinstimmt und das Fahrzeug in Ruhe ist.
Mittel zum Lösen des Problems
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für ein Inverspendel-artiges Fahrzeuges gemäß Anspruch 1 oder 2 bereit.
In der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Boden” ferner verwendet werden, um eine Außenbodenfläche oder eine Straßenfläche einzuschließen, statt nur einen Boden im herkömmlichen Sinn (z. B. einen Innenraumboden) zu bedeuten.
Erfindungsgemäß bestimmt die Fahrbewegungseinheits-Steuerung die benötigte Stellgröße, um zumindest die Neigungsdifferenz und die Geschwindigkeitsdifferenz an Null anzunähern. Im ersten Modus wird, während die Soll-Fahrgeschwindigkeit bei Null belassen wird, die benötigte Stellgröße derart bestimmt, dass die vom Repräsentativpunkt-Geschwindigkeitsmesselement gemessene Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes auf Null konvergiert. Danach wird die Justierstellgröße, während der Regelungsprozess durchgeführt wird, um die Regeluns-Stellgröße durch Korrektur der benötigten Stellgröße gemäß dem vorliegenden Wert der Justierstellgröße zu bestimmen, zu einem Wert aktualisiert, um die Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes gemäß der vom Repräsentativpunkt-Geschwindigkeitsmesselement gemessenen Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes weiter an Null anzunähern.
Wenn ein Benutzer das Nutzlast-Trägerteil besteigt, kommt es deshalb zu einer Abweichung zwischen dem Neigungswinkel und dem Soll-Neigungswinkel in dem Normalzustand, wo der Neigungswinkel des Grundkörpers mit dem Soll-Neigungswinkel übereinstimmt und das Fahrzeug in Ruhe ist, wobei die Neigungsdifferenz aufgrund der Abweichung und die benötigte Stellgröße, die aus der Geschwindigkeitsdifferenz resultiert, dazu führen können, dass sich das Fahrzeug bewegt, wobei die Justierstellgröße aktualisiert wird, um die benötigte Stellgröße zu korrigieren, um so die Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes an null anzunähern. Dadurch wird die Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes zu null konvergiert, das Fahrzeug wird davon abgehalten, sich zu bewegen, und der Schwerpunkt des Benutzers und das Fahrzeug als Ganzes sich im Wesentlichen genau über einem Berührungspunkt des Fahrzeuges mit der Bodenfläche befindet; als Ergebnis davon kann das Fahrzeug in Ruhe stabilisiert werden.
im zweiten Modus wird die Justierstellgröße, die im ersten Modus aktualisiert wurde, zur Korrektur der Regelungs-Stellgröße benutzt. Im Besonderen ist die Justierstellgröße, die im zweiten Modus benutzt wird, ein konstanter Wert, welcher die Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes auch dann auf Null konvergieren kann, wenn sich eine Abweichung zwischen dem Neigungswinkel und dem Soll-Neigungswinkel im Normalzustand ereignet, wo der Neigungswinkel des Grundkörpers mit dem Soll-Neigungswinkel übereinstimmt und das Fahrzeug in Ruhe ist, weshalb das Fahrzeug in Ruhe im Normalzustand gehalten werden kann. Dadurch kann die Regelungs-Stellgröße bestimmt werden, um Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit zu regeln, wodurch es dem Benutzer erlaubt wird, eine komfortable Position oder Haltung zum Besteigen des Nutzlast-Trägerteils einzunehmen.
Wie oben erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Abweichung zwischen dem Neigungswinkel und dem Soll-Neigungswinkel im Normalzustand eingestellt werden, wo der Neigungswinkel des Grundkörpers mit dem Soll-Neigungswinkel übereinstimmt und das Fahrzeug in Ruhe ist.
Inverspendel-artigen Fahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Fahrbewegungseinheit so eingestellt werden, dass sie sich in einer vorbestimmter Richtung auf einer Bodenfläche bewegt. Das Nutzlast-Trägerteil ist an dem Grundkörper derart fixiert, dass es um eine Achse in eine Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Richtung kippbar ist.
Die Fahrbewegungseinheit kann sich in alle Richtungen, inbegriffen einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung, welche orthogonal zueinander sind, auf einer Bodenfläche bewegen, und das Nutzlast-Trägerteil ist an dem Grundkörper derart fixiert, dass es um zwei Achsen, im Besonderen eine Achse in der ersten Richtung und die andere Achse in der zweiten Richtung, kippbar ist.
Hierbei bedeutet die Fahrbewegungseinheit „kann sich in alle Richtungen, inbegriffen der ersten Richtung und der zweiten Richtung bewegen” dass die Orientierung des Geschwindigkeitsvektors der Fahrbewegungseinheit zu jedem betrachteten Zeitpunkt in eine axiale Richtung orthogonal zu der ersten Richtung der zweiten Richtung von einer beliebigen Winkel-Orientierung um die axiale Richtung annehmen könnte, wenn die Fahrbewegungseinheit von dem Aktuator angetrieben wird. Die axiale Richtung ist annäherungsweise eine vertikale Richtung oder eine Richtung senkrecht zu einer Bodenfläche. Des Weiteren muss der Ausdruck „orthogonal” in der vorliegenden Erfindung nicht absolut orthogonal sein und darf leicht davon abweichen, absolut orthogonal zu sein.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung dient die Justierstellgröße zum Einstellen der Neigungsdifferenz; und die Fahrbewegungseinheits-Steuerung bestimmt die Stellgröße, welche durch Addition der Justierstellgröße zur benötigten Stellgröße zur Annäherung der Neigungsdifferenz an Null, korrigiert wird, als die Regelungs-Stellgröße.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Justierstellgröße, die zu der Neigungsdifferenz addiert werden soll, nachdem der Benutzer das Nutzlast-Trägerteil bestiegen hat, wenn der Neigungswinkel des Grundkörpers von dem Soll-Neigungswinkel abgelenkt wurde (ein Neigungswinkel zum Neigen des Grundkörpers, so dass der Schwerpunkt des Benutzers und des Fahrzeuges als Ganzes sich im Wesentlichen genau über einem Berührungspunkt des Fahrzeuges mit der Bodenfläche befindet), der als An-Bord-Referenz dient, so eingestellt, dass die Abweichung von dem Soll-Neigungswinkel eliminiert wird. Im Besonderen kann die Differenz zwischen dem Neigungswinkel und dem Soll-Neigungswinkel, da ein Abweichungsbetrag des Neigungswinkels, der zur Neigungsdifferenz addiert werden soll, so eingestellt wird, dass die Neigungsdifferenz von dem Soll-Neigungswinkel eliminiert wird, direkt im Normalzustand eingestellt werden, wo der Neigungswinkel des Grundkörpers mit dem Soll-Neigungswinkel übereinstimmt und das Fahrzeug in Ruhe ist.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dient die Justierstellgröße zur Einstellung der Geschwindigkeitsdifferenz; und die Fahrbewegungseinheits-Steuerung bestimmt die Stellgröße, welche durch Addition der Justierstellgröße zur benötigten Stellgröße zur Annäherung der Geschwindigkeitsdifferenz an null, korrigiert wird, als die Regelungs-Stellgröße.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Justierstellgröße, welche zur Geschwindigkeitsdifferenz addiert werden soll, nachdem der Benutzer das Nutzlast-Trägerteil bestiegen hat, wenn der Neigungswinkel des Grundkörpers von dem Soll-Neigungswinkel abgelenkt wird, der als An-Bord-Referenz dient und der Messwert der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes von der Soll-Fahrgeschwindigkeit abgelenkt wird, so eingestellt, dass die Abweichung zwischen der Soll-Fahrgeschwindigkeit und dem Messwert der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes eliminiert wird. Im Besonderen kann die Differenz zwischen dem Neigungswinkel und dem Soll-Neigungswinkel, da ein Abweichungsbetrag der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes, welcher zur Geschwindigkeitsdifferenz addiert werden soll, so eingestellt wird, dass die Geschwindigkeitsdifferenz von der Soll-Differenz eliminiert wird, indirekt im Normalzustand, wo der Neigungswinkel des Grundkörpers mit dem Soll-Neigungswinkel übereinstimmt und das Fahrzeug in Ruhe ist, eingestellt werden; dadurch kann das Fahrzeug davon abgehalten werden, sich zu bewegen.
Bevorzugt aktualisiert in einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Fahrbewegungseinheit-Steuerung die Justierstellgröße im ersten Modus, indem der Messwert der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes integriert wird, und in dem der integrierte Wert benutzt wird, um die Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes weiter an null anzunähern.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Justierstellgröße im ersten Modus bestimmt, in dem die vom Repräsentativität-Geschwindigkeitsmesselement gemessene Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes, integriert wird. Dadurch wird die Regelungs-Stellgröße, im ersten Modus, während die Soll-Fahrgeschwindigkeit bei null gehalten wird, bestimmt, um die Neigungsdifferenz und die Geschwindigkeitsdifferenz an null anzunähern, der integrierte Wert des Messwertes der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes wird ein Rückkopplungs-Regelungssystem, dadurch kann der Messwert der Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes zu null konvergiert werden, während eine Stationärer-Zustand-Abweichung unterdrückt wird. Dementsprechend kann die Neigungsdifferenz zwischen dem Neigungswinkel und dem Soll-Neigungswinkel eingestellt werden, um das Fahrzeug im Normalzustand zu halten, wo der Neigungswinkel des Grundkörpers mit dem Soll-Neigungswinkel übereinstimmt und das Fahrzeug in Ruhe ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Frontdiagramm eines Inverspendel-artigen Fahrzeuges entsprechend einer Ausführungsform;
2 ist eine Seitenansicht des Inverspendel-artiges Fahrzeuges gemäß der Ausführungsform;
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines unteren Abschnitts des Inverspendel-artigen Fahrzeuges entsprechend der Ausführungsform;
4 ist eine perspektivische Ansicht des unteren Abschnitts des Inverspendel-artigen Fahrzeuges entsprechend der Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrbewegungseinheit (Radanordnung) des Inverspendel-artigen Fahrzeuges gemäß der Ausführungsform;
6 ist ein Diagramm, welches die Anordnungsbeziehung zwischen der Fahrbewegungseinheit (Radanordnung) und freien Rollen des Inverspendelartigen Fahrzeuges gemäß der Ausführungsform illustriert;
7 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozess illustriert, der von einer Steuer-/Regeleinheit des Inverspendel-artigen Fahrzeuges entsprechend der Ausführungsform durchgeführt wird;
8 ist ein Diagramm, welches ein Inverspendel-Modell illustriert, welches das dynamische Verhalten des Inverspendel-artigen Fahrzeuges gemäß der Ausführungsform ausdrückt;
9 ist ein Blockdiagramm, welches eine auf den Prozess in Stufe 9 der 7 bezogene Prozessfunktion illustriert;
10, ist ein Blockdiagramm, welches eine Prozessfunktion eines in 9 illustrierten Verstärkungseinstellelementes illustriert;
11 ist ein Diagramm, welches eine Prozessfunktion eines in 10 illustrierten Begrenzungsprozessor illustriert (oder eines in 12 illustrierten Begrenzungsprozessors);
12 ist ein Blockdiagramm, welches eine Prozessfunktion eines in 9 illustrierten Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzers 76 illustriert;
13 ist ein Blockdiagramm, welches eine Prozessfunktion eines in 9 illustrierten Haltungssteuerungsrechners 80 illustriert; und
14 ist ein Flussdiagramm, welches einen Rechenprozess eines ersten Modus und eines zweiten Modus des in 9 illustrieren Haltungsregelungs-/Steuerungsrechner illustriert
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Zuerst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 der Aufbau eines Inverspendel-artigen Fahrzeugs in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst ein Inverspendel-artiges 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 einer 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 Inverspendel-artige 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. Die Aufbauten 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 311, 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 31L 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 211 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 Untersetzern umfassen, verbunden und werden durch die von dem Elektromotor 31R bzw. 311 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 Untersetzern (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 41L 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 211 in diesem Fall durch nicht gezeigte Federn in die Richtung zum Verengen der unteren Endabschnitte (der distalen Enden der Gabelabschnitte) der Abdeckelemente 21R und 21L 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 Drehgeschwindigkeiten der Rotationselemente 27R und 27L (die Drehgeschwindigkeitsvektoren, 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 1 durch Regeln/Steuern der Drehgeschwindigkeiten (umfassend die Rotationsrichtungen) der Elektromotoren 31R und 31L und somit durch Regeln/Steuern der Drehgeschwindigkeiten 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 1 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, wo der Benutzer an Bord des Fahrzeuges 1 ist, oder in dem Zustand, wo der Benutzer nicht an Bord des Fahrzeuges 1 ist, wird die Radanordnung 5 geregelt/gesteuert, um die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges 1 zu erhöhen, wenn die Abweichung der Ist-Haltung des Grundkörpers 9 von der Soll-Haltung größer wird und um das Fahrzeug 1 davon abzuhalten, zu fahren, wenn die Ist-Haltung des Grundkörpers 9 mit der Soll-Haltung übereinstimmt.
„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 Ob 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 Ob 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 Θbdot, 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 Ob 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 Variable 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 auf Rotationsbewegungen bezogene Variablen, wie Winkel, Drehgeschwindigkeiten (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 um 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 31L 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 SCHRITT 2 über, um einen Messwert Θb_xy_s eines Grundkörper-Neigungswinkels Θb und einen Messwert Θbdot_xy_s einer Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot 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.
Als nächstes führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50, nachdem sie eine Ausgabe eines Lastsensors 54 im SCHRITT 3 erfasst hat, die Bestimmungsverarbeitung im SCHRITT 4 aus. In der Bestimmungsverarbeitung bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50, ob das Fahrzeug 1 einen Benutzer an Bord hat oder nicht (ob ein Benutzer auf dem Sitz 3 sitzt oder nicht) durch Bestimmen, ob der durch die erfasste Ausgabe des Lastsensors 54 angezeigte Lastmesswert größer als ein vorhergehend eingestellter vorgegebener Wert ist oder nicht.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit führt dann, wenn das Bestimmungsergebnis im SCHRITT 4 positiv ist, die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Θb_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 SCHRITT 5 bzw. SCHRITT 6 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 Ob 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 Θb_xy_obj für den An-Bord-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 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 6 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 4 negativ ist, dann die Verarbeitung zum Einstellen eines Soll-Wertes Θb_xy_obj eines Grundkörper-Neigungswinkels Θb_xy und die Verarbeitung zum Einstellen der Werte konstanter Parameter zum Regeln/Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 im SCHRITT 7 bzw. SCHRITT 8 aus.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 stellt im SCHRITT 7 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 Θb_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 Ob 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 Θb_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 8 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.
Durch die vorangehend beschriebene Verarbeitung im SCHRITT 4 bis SCHRITT 8 werden der Soll-Wert Θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels Θb_xy und die Werte der konstanten Parameter für jeden der Betriebsmoden, nämlich den An-Bord-Modus und den autonomen Modus, eingestellt.
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 Θbdot_x in Richtung um eine Y-Achse der Grundkörper-Neigungswinkelgeschwindigkeit Θbdot und der Soll-Wert einer Komponente Θbdot_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 Θbdot_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 9 aus, um dadurch die Geschwindigkeitsbefehle 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 10 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 Drehgeschwindigkeit 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 31R 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 SCHRITT 9 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-/Steuerungsverarbeitungszyklus 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 (YZ-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 bereilgestellt, 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 Θbe_x_s zwischen einem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert Θb_x_s in Richtung um die Y-Achse und einem Soll-Grundkörper-Neigungswinkelwert Θb_x_obj (= Θb_x_s – Θb_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-Geschwindigkeits-Messwert 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 Θbe_y der Stange 64_y relativ zu der vertikalen Richtung mit einer Differenz Θbe_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 Θbe_y der Stange 64_y (= dΘbe_y/dt) mit einem Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeits-Messwert 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). ωw_x = (w_R + ω_L)/2 Ausdruck 01a ωw_y = C·(ω_R – ω_L)/2 Ausdruck 01b,
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. d²Θbe_x/dt² = α_x·Θbe_x + β_x·ωwdot_x Ausdruck 03x d²Θbe_y/dt² = α_y·Θbe_y + β_y·ωwdot_y Ausdruck 03y,
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 62x 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 SCHRITT 9 kurz zu beschreiben, bestimmt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle 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 50 bestimmt ferner die durch Integrieren der Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd bzw. ωwdot_y_cmd erhaltenen Werte als die Imaginärrad-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 Imaginärrad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_x_cmd (= Rw_x·ωw_x_cmd) entsprechende Bewegungsgeschwindigkeit des imaginären Rads 62_x und die dem Imaginärrad-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 ωL_cmd des Elektromotors 31R bzw. 31L, um die Soll-Bewegungsgeschwindigkeiten zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle 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.
Da zusätzlich ωwdot_x_cmd in den Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehlen ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd als Stellgrößen (Regelungs-/Steuerungseingaben) dient, auf die Drehwinkel-Beschleunigung des Imaginärrades 62_x, welches sich in die X-Achsen-Richtung bewegt, bezogen ist, funktioniert es als die Stellgröße zum Definieren der Antriebsleistung, welche an die Radanordnung 5 angelegt wird, um die Radanordnung 5 in die X-Achsen-Richtung zu bewegen; ähnlich funktioniert ωwdot_y_cmd, da es auf die Drehwinkel-Beschleunigung des Imaginärrades 62_y, welches sich in die Y-Achsen-Richtung bewegt, als die Stellgröße zum Definieren der Antriebsleistung, welche an die Radanordnung 5 angelegt werden soll, um die Radanordnung 5 in Y-Achsen-Richtung zu bewegen.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist mit den in dem Blockdiagramm der 9 dargestellten Funktionen als die Funktionen zum Ausführen der vorangehend beschrieben arithmetischen Fahrzeug regelungs-/steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 bereitgestellt.
Im Besonderen ist die Regelungs/Steuerungseinheit 50 ausgestattet mit einem Schwerpunktgeschwindigkeit-Rechner 72, der eingestellt ist, um einen geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s als einen beobachteten Wert einer Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy zu berechnen, welcher die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystem-Schwerpunktes ist, einem Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76, der eingestellt ist, um eine Soll-Regelungs/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy_mdfd als Soll-Wert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy zu bestimmen, durch Berücksichtigung einer Beschränkung, die auf einem zulässigen Bereich der Drehwinkelgeschwindigkeiten von den Elektromotoren 31R und 31L basiert, und einem Verstärkungseinsteller 78, der eingestellt ist, um einen Verstärkungseinstellungsparameter Kr_xy zum Einstellen der Werte der Verstärkungskoeffizienten der Ausdrücke 07x und 07y, die im Folgenden beschrieben werden, zu bestimmen.
Die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 ist ferner mit einem Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80, welcher den Imaginärrad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd berechnet, und einem Motorbefehlsrechner 82, welcher den Imaginärrad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd in ein Paar von einem Geschwindigkeitsbefehl ω_R_cmd (ein 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 Imaginärteil-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehl ωw_xy_cmd empfängt, welcher in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 70 berechnet wird. Das Verzögerungselement 84 gibt einen vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginärteil-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd in jedem Regelungs-/Steuerungsverarbeitungszyklus aus.
Bei der vorangehend beschriebenen arithmetischen Fahrzeugregelungs-/steuerungsverarbeitung im SCHRITT 9 wird die Verarbeitung durch die obengenannten Verarbeitungsabschnitte wie nachfolgend beschrieben ausgeführt.
Zunächst führt die Regelung/Steuerungseinheit 50 den Prozess durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 aus.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 empfängt den aktuellen Wert der in dem obengenannten SCHRITT 2 berechneten Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeits-Messwerte Θbdot_xy_s (Θbdot_x_s und Θbdot_y_s) und empfängt auch den vorangehenden Wert ωw_xy_cmd_p des Imaginärrad-Geschwindigkeitsbefehls ωw_xy_cmd (ωw_x_cmd_p und ωwy_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·ωw_x_cmd_p + h_x·Θbdot_x_s 05x Vb_y_s = Rw_y·wω_y_cmd_p + h_y·Θbdot_y_s 05y
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 62_x bzw. 62_y konvertiert werden, dann können die Drehwinkelgeschwindigkeiten anstelle von ωw_x_cmd_p und ωw_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 Soll-Werte sind.
Als nächstes führt die Regelung/Steuerungseinheit 50 den Prozess durch den Schwerpunktgeschwindigkeit-Begrenzer 76 und den Prozess durch den Verstärkungseinsteller 78 durch. In diesem Fall empfangen der Schwerpunktgeschwindigkeit-Begrenzer 76 und der Verstärkungseinsteller 78 jeweils die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_xy_s (Vb_x_s und Vby_x), die, wie oben beschrieben von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet werden.
Der Verstärkungseinsteller 78 bestimmt ferner 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, ωw_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 der Ausgabewerte 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_x_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 w_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 benötigten 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 78 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. Deshalb ist 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 Drehwimkelgeschwindigkeiten 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_x_s) werden in den Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76 eingegeben, und der Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzer 76 für den durch das Blockdiagramm in 12 illustrierten Prozess durch, indem die oben genannten Eingabewerte zur Bestimmung der Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd (Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd) benutzt werden.
Der Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 führt insbesondere zuerst die Verarbeitung durch die Stationärer-Zustand-Abweichungsrechner 94_x und 94_y aus.
In diesem Fall empfängt der Stationärer-Zustand-Abweichungsrechner 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-Abweichungsrechner 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-Abweichungsrechner 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-Abweichungsrechner 94_x gibt dann den Ausgabewert Vb_x_prd des Tiefpassfilters 94c_x aus.
Der Stationärer-Zustand-Abweichungsrechner 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-Abweichungsrechner 94_x führt der Stationärer-Zustand-Abweichungsrechner 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-Abweichungsrechners 94_x hat hier die Bedeutung einer Stationärer-Zustand-Abweichung 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-Abweichungsrechners 94_y die Bedeutung einer Stationärer-Zustand-Abweichung 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-Achsen-Richtung 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-Abweichungsrechners 94_x bzw. 94_y als die erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Abweichungswerte bezeichnet werden.
Nach dem durch die Stationärer-Zustand-Abweichungsrechner 94x und 94y wie oben beschrieben durchgeführten Prozess, liefert der Schwerpunktgeschwindigkeit-Begrenzer 76 die erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Abweichungswerte Vb_x_prd und Vb_y_prd an einen Begrenzungsprozessor 100. Der Prozess, der von dem Begrenzungsprozessor 100 durchgeführt wird, ist derselbe, wie der Prozess, der von dem Begrenzungsprozessor 86 des Verstärkungseinstellers 78 oben beschrieben durchgeführt wird. Wie durch die Bezugszeichen in Klammern in 11 angedeutet, sind nur die Eingabewerte und die Ausgabewerte der einzelnen Prozessabschnitte des Begrenzungsprozessors 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.
Ähnlich wie beim Begrenzungsprozessor 86 erzeugt der Begrenzungsprozessor 100, gemäß der Verarbeitung durch den 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 benötigten 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 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-Abweichungswerts 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-Abweichungswerts 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.
Falls die Ausgabewerte V_x_lim2 und V_y_lim2 nicht durch den Begrenzungsprozessor 100 zwangsbeschränkt werden, das heißt, die Drehwinkelgeschwindigkeiten der Elektromotoren 31R und 31L liegen innerhalb des zulässigen Bereiches, sogar wenn die Elektromotoren 31R und 31L so betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten von der Radanordnung 5 in die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung jeweils mit den erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Abweichungswerten Vb_y_prd und Vb_y_prd übereinstimmen, werden die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd beide bestimmt, null zu sein. Dadurch ist im Allgemeinen Vb_x_mdfd = Vb_y_mdfd = 0.
Auf der anderen Seite wird für die X-Achsen-Richtung, falls die Ausgabewerte Vb_x_lim2 und Vb_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 durch Zwangsbeschränkung der Eingabewerte Vb_x_t und Vb_y_t erzeugt, das heißt, falls die Drehwinkelgeschwindigkeiten von einem von den Elektromotoren 31R und 31L von dem zulässigen Bereich abweichen (falls der Absolutwert von einer von den Drehwinkelgeschwindigkeiten übermäßig hoch wird), wenn die Elektromotor 31R und 31L so betrieben werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten von der Radanordnung 5 in die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung jeweils mit den erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Abweichungswerten Vb_x_prd und Vb_y_prd übereinstimmen, zwischen dem Eingabewert Vb_x_prd und dem Ausgabewert Vw_x_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (= Vw_x_lim2 – Vb_x_prd) als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in die X-Achsen-Richtung Vb_x_mdfd bestimmt.
Des Weiteren wird ein Korrekturbetrag zwischen dem Eingabewert Vb_y_prd und dem Ausgabewert Vw_y_lim2 des Begrenzungsprozessors 100 (= Vw_y_lim2 – Vb_y_prd) als die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit in die Y-Achsen-Richtung Vb_y_mdfd bestimmt.
Dementsprechend hat die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd zum Beispiel für die Geschwindigkeit in der X-Achsen-Richtung, eine Richtung, die entgegengesetzt zu dem erwarteten Schwerpunktgeschwindigkeit-Stationärer-Zustand-Abweichungswert in der X-Achsen-Richtung Vb_x_prd ist, die vom Stationärer-Zustand-Abweichungsrechner 94_x ausgegeben wird. Das Gleiche gilt für die Geschwindigkeit in die Y-Achsen-Richtung.
Vorangehend ist die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 beschrieben worden.
Erneut Bezug nehmend auf die Beschreibung der 9 führt die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die Verarbeitung durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 aus, nachdem die Verarbeitung durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 und den Verstärkungseinsteller 78 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 Imaginärrad-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 Imaginärrad-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 Haltungsregel/Steuerungsrechner 80 erhält den Grundkörper-Neigungswinkelmesswert θb_xy_s, den Sollwert θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkeis θb_xy, den Grundkbrper-Neigungswinkel-Geschwindigkeits-Messwert θbdot_xy_s, der im vorgenannten SCHRITT 2 berechnet wurde, den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s, der vom Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 berechnet wurde, die Soll-Regelungs-/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_xy_mdfd, die von dem Schwerpunktgeschwindigkeitsbegrenzer 76 berechnet wurden, und die Verstärkungseinstellungsparameter Kr_y, die vom Verstärkungseinsteller 78 berechnet wurden.
Dann berechnet der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 zunächst die Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_xy_cmd gemäß der folgenden Ausdrücke 07x und 07y, indem die oben genannten empfangenen Werte und eine Neigungsoffset-Einstellungsstellgröße θb_xy_offset, die eingestellt ist, um angemessen aktualisiert zu werden, benutzt werden, deren Beschreibung im Folgenden gemacht wird. Wie im Folgenden im Detail beschrieben wird, ist der Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichungs-Messwert θbdot_x_s in den folgenden Ausdrücken 07x und 07y eine Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_x_s und dem Soll-Wert θb_x_obj (θbdot_x_s – θb_x_obj) und eine Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_y_s und dem Soll-Wert θb_y_obj (θbdot_y_s – θb_y_obj). ωwdot_x_cmd = K1_x·(Θbe_x_s – Θbe_x_offset) + K2_x·Θbdot_x_s + K3_x·(Vb_x_s – Vb_x_mdfd) Ausdruck 07x ωwdot_y_cmd = K1_y·(Θbe_y_s – Θbe_y_offset) + K2_y·Θbdot_y_s + K3_y·(Vb_y_s – Vb_y_mdfd) Ausdruck 07y
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden daher der Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωwdot_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 Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωwdot_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.
Der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 hat einen ersten Modus und einen zweiten Modus als seine arithmetischen Prozessmodi.
In dem ersten Modus wird ein arithmetischer Prozess durchgeführt, um sequentiell die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset, die eingestellt ist, um den erwarteten Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichung-Messwert θbe_xy_s einzustellen, aktualisiert. Die Aktualisierung für die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset wird durch Eingabe des Wertes der vorhergehenden Zeit in die Ausdrücke 07x und 07y durchgeführt. Die Aktualisierung der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset gemäß dem ersten Modus, wird in jedem der Operationsmodi getrennt durchgeführt, nämlich im An-Bord-Modus und im autonomen Modus.
Im zweiten Modus wird die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset bei einem konstanten Wert belassen, ohne aktualisiert zu werden. In anderen Worten wird im zweiten Modus ein Wert, der endlich gemäß dem ersten Modus in jedem der Operationsmodi aktualisiert wurde, wird als die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset zum Bestimmen der Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd benutzt.
Falls es kein Unterschied zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_xy_s und dem Soll-Wert θb_xy_obj in dem Normalzustand, wo der Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert Θb_xy_s gleich dem Soll-Wert θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb_xy ist, wird die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset in den Ausdrücken 07x und 07y gleich null.
Die Verstärkungskoeffizienten K1_x und K1_y in diesen Ausdrücken 07x und 07y bezeichnen die auf den Neigungswinkel des Grundkörpers 9 (oder des Sitzes 3) bezogenen Rückkopplungsverstärkungen, die Verstärkungskoeffizienten K2_x und K2_y bezeichnen die auf die Neigungswinkelgeschwindigkeit (zeitliche Änderungsrate eines Neigungswinkels) bezogenen Rückkopplungsverstärkungen des Grundkörpers 9 (oder des Sitzes 3) und die Verstärkungskoeffizienten K3_x und K3_y bezeichnen die auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugsystemschwerpunkts (ein vorgegebener Repräsentativpunkt des Fahrzeugs 1) bezogenen Rückkopplungsverstärkungen.
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)·Ki_a_x + Kr_x·Ki_b_x Ausdruck 09x Ki_y = (1 – Kr_y)·Ki_a_y + Kr_y·Ki_b_y Ausdruck 09y (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.
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 Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd berechnet wird.
Genauer berechnet der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80, Bezug nehmend auf 13, einen Wert in einem Prozessor 80a, durch Subtraktion einer Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_x_offset von dem Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichungs-Messwert θbe_x_s, welcher eine Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_x_s und dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_x_obj ist, danach berechnet eine manipulierte Stellgrößenkomponente u1_x in einem Prozessor 80a durch Multiplikation des berechneten Wertes mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_x. Dann berechnet der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 eine Stellgrößenkomponente u2_x in einem Prozessor 80b, durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeits-Messwertes θbdot_x_s mit dem zweiten Verstärkungskoeffizienten k2_x. Des Weiteren berechnet der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 die Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s und der Soll-Regelungs/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd (= Vb_x_s – Vb_x_mdfd) in einem Rechner 80b, und berechnet eine Stellgrößenkomponente u3_x in einem Prozessor 80c, durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_x. Dann summiert der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 die Stellgrößenkomponenten u1_x, u2_x und u3_x in einem Rechner 80e, um den Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu berechnen.
Ebenso führt der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 die Berechnung gemäß dem 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 62y bezogene Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωwdoty_cmd berechnet wird.
Genauer berechnet der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 einen Wert in dem Prozessor 80a durch Subtraktion der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_y_offset von dem Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichungs-Messwert θbe_y_s, welcher eine Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_y_s und dem Soll-Wert θb_y_obj ist, berechnet danach eine Stellgrößenkomponente u1_y in dem Prozessor 80a durch Multiplikation des berechneten Wertes mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_y. Dann berechnet der. Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 eine Stellgrößenkomponente u2_y in dem Prozessor 80b, durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeits-Messwertes θbdot_y_s mit dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_y. Des Weiteren berechnet der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 die Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_y_s und der Soll-Regelungs/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd (= Vb_y_s – Vb_y_mdfd) in dem Rechner 80b, und berechnet eine Stellgrößenkomponente u3_y in dem Prozessor 80c durch Multiplikation der berechneten Differenz mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_y. Dann summiert der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 die Stellgrößenkomponenten u1_y, u2_y und u3_y in dem Rechner 80e, um so den Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_y_cmd zu berechnen.
Auf der rechten Seite des Ausdruckes 07x gibt der erste Term (die erste Stellgrößenkomponente u1_x) die Rückkopplungsstellgrößenkomponente zum Konvergieren des Wertes, der durch Einstellen des Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichung-Messwertes θbe_x_s um die X-Achse erhalten wurde, durch die Neigungsoffset-Einstellungsstellgröße θb_x_offset gemäß dem P-Vorgabe (Proportional-Vorgabe), an, welches als Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsvorgabe dient, an null.
Zusätzlich ist die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θ_x_offset gleich einem Wert, der erhalten wird, der durch Verlagern des Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwertes θb_x_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb im Neigungswinkel um die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_x_offset. In anderen Worten wird der Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_x_s durch Verlagern in dem Neigungswinkel des Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwertes θb_x_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb um die Neigungsoffset-Einstellungsstellgröße θb_x_offset zu dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_x_obj, der von der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_x_offset (es wird offensichtlich davon ausgegangen, dass die Differenz θbe_x_s zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkelmesswert θb_x_s und dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_y_obj, der von der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_x_offset eingestellt wird, als null betrachtet wird) eingestellt wird, konvergiert.
Auf der rechten Seite des Ausdruckes 07x gibt der zweite Term (= die zweite Rückkopplungsstellgrößenkomponente u2_x) die Rückkopplungsstellgrößenkomponente für Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichung-Messwertes θbe_x_s um die X-Achse zu null an (Konvergieren des Grundkörper-Neigungswinkel-Messwertes θb_x_s zum Sollwert θb_x_obj), gemäß dem D-Vorgabe (Differential-Vorgabe), welches als Rückkopplungs-/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 genannt, sind im Allgemeinen (die Ausgabewerte V_x_lim2 und V_y_lim2 nicht durch den Begrenzungsprozessor 100 des Schwerpunktgeschwindigkeits-Begrenzers 76 zwangsbeschränkt) die Soll-Regelungs-/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeiten Vb_x_mdfd und Vb_y_mdfd beide gleich null. Falls Vb_x_mdfd = Vb_y_mdfd = 0, dann gleicht die dritte Stellgrößenkomponente u3_x einem Wert, der durch Multiplikation des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswertes Vb_x_s mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten k3_x erhalten wird und die dritte Stellgrößenkomponente u3_y gleicht einem Wert, der durch Multiplikation des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswertes Vb_y_s mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_u erhalten wird.
Weitere Beschreibungen werden zu den Komponenten angegeben, ohne die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset in den Ausdrücken 07x und 07y. Der Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωdotw_xy_cmd, der gemäß der Komponenten ohne die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset bestimmt wird, ist äquivalent zu der Einstellungsstellgröße der vorliegenden Erfindung. In anderen Worten ist die manipulierte Einstellungsstellgröße gleich dem Wert, der durch Addition der Stellgrößenkomponente u1_xy, die durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungsabweichung-Messwertes θbe_xy_s (= b_xy_s – θb_xy_ob) mit dem ersten Verstärkungskoeffizienten K1_xy, der zweiten Stellgrößenkomponente u2_xy, die durch Multiplikation des Grundkörper-Neigungswinkel-Geschwindigkeits-Messwertes θbdot_xy_s mit dem zweiten Verstärkungskoeffizienten K2_xy, und der dritten Stellgrößenkomponente u3_xy, die durch Multiplikation der Differenz zwischen dem geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s und der Soll-Regelungs/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy_mdfd (= Vb_xy_s – Vb_xy_mdfd) mit dem dritten Verstärkungskoeffizienten K3_xy erhalten wird; falls die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset nicht vorhanden ist (θb_xy_offset = 0), ist die korrespondierende Einstellungsstellgröße äquivalent zu dem Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωdotw_xy_cmd.
Nach der vorangehend beschriebenen Berechnung der Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot × cmd und ωwdoty_cmd integriert der Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 die ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd durch einen Integrator 80f, wodurch die obengenannten Imaginärrad-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 Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_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 Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_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 dann die Regelungs-/Steuerungseinheit 50 die wie vorangehend beschrieben durch den Haltung-Regelungs-/Steuerungsrechner 80 bestimmten Imaginärrad-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 Gleichung, wobei ω_R_cmd und ω_L_cmd als Unbekannte angenommen werden.
Somit ist die arithmetische Fahrzeugregelungs-/steuerungsverarbeitung in dem obengenannten SCHRITT 9 abgeschlossen.
Die detaillierten Inhalte des arithmetischen Regelungs/Steuerungsprozesses, der von der Regelungs/Steuerungseinheit 50 wie oben beschrieben durchgeführt wird, werden im Folgenden angegeben:
Zunächst wird, wenn die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset nicht vorhanden ist (θb_xy_offset = 0), in jedem Operationsmodus des An-Bord-Modus und des autonomen Modus, der Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_xy_cmd, der die Stellgrößen (Regelungs/Steuerungseingaben) angibt, derart bestimmt, dass der Fahrzeugsystemschwerpunkt im Wesentlichen stationär ist, während die Halterung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 bei einer Halterung gehalten wird, in welcher der Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichung-Messwert θbe_x_s und θbe_y_s beide gleich null sind (im Folgenden wird sich auf diese Haltung als auf die Grundhaltung bezogen werden).
Wenn die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 von der Grundhaltung geneigt ist, in anderen Worten, die Haltung des Fahrzeugsystemschwerpunktes (der Fahrzeug-Benutzer-Gesamtschwerpunkt oder der Nur-Fahrzeugschwerpunkt) in der Querrichtung wird von der Position, die sich im Wesentlichen genau über der Bodenberührungsfläche der Radanordnung 5 befindet, entfernt, so wird der Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehl ωwdot_xy_cmd so bestimmt, dass die Haltung des Sitzes 3 und des Grundkörpers 9 zurück in die Grundhaltung gesetzt wird (um θbe_x_ und θbe_y_s an null anzunähern oder bei null zu belassen).
Die durch Umwandeln der Imaginärrad-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, welche 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 Abweichung zu eliminieren (um Θbe_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 Abweichung zu eliminieren (um Θbe_x_s gegen null zu konvergieren), wenn das Ist-Θb_x von dem Soll-Wert Θb_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 Abweichung zu eliminieren (um Θbe_y_s gegen null zu konvergieren). Ebenso bewegt sich die Radanordnung 5 dann nach links, um die Abweichung zu eliminieren (um Θbe_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 der Abweichung von Θb_x und der Bewegungsbetrieb der Radanordnung 5 in der Querrichtung zum Eliminieren der Abweichung 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.
In dem Zustand (Normalzustand, wo sich der Fahrzeugsystemschwerpunkt im Wesentlichen genau über dem Bodenberührungspunkt befindet (in der vertikalen Richtung), wird sich der Grundkörper 9 nicht neigen, obwohl sich die Radanordnung 5 nicht bewegt; dadurch wird gewünscht, dass die Radanordnung 5 im Normalzustand stationär ist. Darüber hinaus wird der Soll-Wert θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb_xy im Grunde eingestellt, um mit dem Grundkörper-Neigungswinkel θb im Normalzustand übereinzustimmen.
Jedoch ist häufig das, aufgrund der Körperfigur des Benutzers, der Besteigungsposition für den Benutzer zum Besteigen des Sitzes 3 und Ähnlichem, der Ist-Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy_s vom Sollwert θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb_xy abweicht.
Dementsprechend wird die Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel θb_xy_s und dem Soll-Wert θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb_xy (ein Zustand, wo der Benutzer seinen Oberkörper unabsichtlich zusammen mit dem Sitz 3 und dem Grundkörper 9 neigt) dazu, dass sich die Radanordnung 5 bewegt.
In der vorliegenden Erfindung wird, um den Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωwdot_x_cmd zu bestimmen, um die Radanordnung 5 davon abzuhalten, sich zu bewegen, die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset eingeführt, um die Differenz bezüglich des Soll-Wertes θb_xy_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb_xy im Normalzustand einzustellen.
In anderen Worten führt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset zum Einstellen des erwarteten Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichung-Messwerts θbe_xy_s ein und aktualisiert die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset in der Berechnung des Imaginärteil-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehls ωw_xy_cmd. Danach bestimmter der Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 die Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd indem es die aktualisierte Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset benutzt.
Im Besonderen führt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner den im Flussdiagramm von 14 illustrierten Prozess in einem vorbestimmten Regelungs/Steuerungsprozesszyklus durch, um die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset zu aktualisieren und bestimmt die Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd, indem die aktualisierten Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset benutzt wird.
Zunächst bestimmter der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner, ob eine Aktualisierungsbedingung zum Aktualisieren der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset in SCHRITT 21 erfüllt ist.
Es kann eine Vielfalt an Aktualisierungsbedingungen benutzt werden, zum Beispiel ein Knopfschalter, der in einer vorbestimmten Position in dem Grundkörper 9 oder dem Sitz 3 bereitgestellt ist, wird angeschaltet, um Operationen in einem Zustand, wo der Benutzer an Bord des Fahrzeuges 1 ist, zu erlauben, ein gegebenes Zeitintervall ist verstrichen, seitdem Besteigen durch den Benutzer, angegeben durch den Messwert der Last, die durch die Ausgabe des Lastsensors 54 angezeigt wird (innerhalb vorbestimmter Zeit seit dem Besteigen bis zu dem Zeitablauf eines Zeitgebers), oder ähnliches.
Falls die Aktualisierungsbedingungen erfüllt ist, führt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 einen Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess im Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 in SCHRITT 22 durch; und ein Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess wird von dem Haltungsregelungs/Steuerungsrechner 80 in SCHRITT 22 durchgeführt, falls ein Auslöser nicht eingegeben wird, um die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset zu aktualisieren.
Der erste Modus in der vorliegenden Ausführungsform ist eingestellt, um die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset sequentiell zu aktualisieren und währenddessen die Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_xy_cmd zu bestimmen. Der zweite Modus ist eingestellt, um die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset, die endlich im ersten Modus aktualisiert wurde (Erhalten der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_xy_offset bei dem aktualisierten Wert) zum Bestimmen der Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_xy_cmd zu benutzen.
Wie oben erwähnt, führt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80, in entweder dem ersten Modus oder dem zweiten Modus, eine Sequenz von Prozessen durch, in dem die Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd bestimmt werden, und darauf basierend, indem die Imaginärrad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_y_cmd und ωw_y_cmd bestimmt, die Imaginärrad-Drehwinkelgeschwindigkeitsbefehle ωw_x_cmd und ωw_y_cmd in den Motorregelungs-/Steuerungs-Rechner 82 eingegeben, und ein Prozess in dem Motorregelungs-/Steuerungs-Rechner 82 durchgeführt werden.
Zunächst wird der SCHRITT 22 durchgeführte Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess beschrieben.
Im Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess aktualisiert der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80, im Prozess des Bestimmens der Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd gemäß der Ausdrücke 07x und 07y, die θb_x_offset und θb_y_offset. Die θb_y_offset und θb_x_offset in den Ausdrücken 07x und 07y sind die vorherigen Werte (Integrationswerte während des vorherigen Regelungs/Steuerungs-Prozesszyklus) der θb_x_offset und θb_y_offset, und sie werden durch einen im Folgenden beschrieben arithmetischen Prozess aktualisiert. Die Anfangswerte für die θb_x_offset und θb_y_offset werden beide gleich null gesetzt.
Während die Soll-Regelungs/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd in dem Ausdruck 07x bei null belassen wird, addiert der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 einen Wert, der durch Multiplikation des geschätzten Schwerpunkt-Geschwindigkeitswertes Vb_x_s mit einer vorbestimmten Verstärkung des vorherigen Wertes der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_x_offset erhalten wird, so dass der geschätzte Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s weiter an null angenähert wird. Der erhaltene aktuelle Integrationswert wird im nächsten Regelungs/Steuerung-Prozesszyklus als die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_x_offset bestimmt. Dementsprechend wird die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_x_offset aktualisiert.
Ähnlich addiert der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80, während die Soll-Regelungs-/Steuerungsschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd in dem Ausdruck 07y bei null belassen wird, einen Wert, der durch Multiplikation des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswertes Vb_y_s mit einer vorbestimmten Verstärkung des vorherigen Wertes der Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_y_offset erhalten wird, um den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_y_s weiter an null anzunähern. Der erhaltene aktuelle Integrationswert wird im nächsten Regelungs/Steuerungs-Prozesszyklus als die Neigungsoffset-Einstellungsvariable θb_y_offset bestimmt. Dementsprechend wird die
Demnach ist es möglich, durch Bestimmen der Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset (θb_x_offset und θb_y_offset) in einem Regelungs/Steuerungssystem, das den Integrationswert des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswertes Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) rückkoppelt, die Stationärer-Zustand-Abweichung so zu beschränken, dass der geschätzte Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s (Vb_x_s und Vb_y_s) zu null konvergiert wird. Dementsprechend kann das Fahrzeug 1 davon abgehalten werden, sich zu bewegen und kann in einem Ruhezustand stabilisiert werden, indem der Fahrzeugsystemschwerpunkt im Wesentlichen genau über dem Berührungspunkt zur Bodenfläche positioniert wird, wenn das Fahrzeug im Ruhezustand ist.
Der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess wird so lange fortwährend ausgeführt, wie das bestimmungsgemäße Ergebnis von SCHRITT 21 ja ist. In anderen Worten wird der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozessfort während ausgeführt, falls die Aktualisierungsbedingung zum Updaten der Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset erfüllt ist, und er wird zu dem Zeitpunkt beendet werden, wenn die Aktualisierungsbedingung nicht erfüllt ist. Dadurch wird der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess fortwährend ausgeführt, falls eine Ausgabe von dem Knopfschalter, welcher sich an einer vorbestimmten Position in dem Grundkörper 9 oder dem Sitz 3 befindet, als die Aktualisierungsbedingung benutzt wird, so lange, wie der Schalter, von dem das Fahrzeug 1 besteigenden Benutzer gedrückt wird; und zu einer Zeit (wenn der geschätzte Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s u null konvergiert und das Fahrzeug 1 in Ruhezustand ist) löst den Benutzer den Schalter, der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess wird beendet.
Falls ein gegebenes Zeitintervall vom Besteigen durch den Benutzer, angegeben durch den Messwert der Last, der durch die Ausgabe aus dem Lastsensor 54 angezeigt ist, als Aktualisierungsbedingung benutzt wird, wird der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess innerhalb des vorbestimmten Zeitintervalls vom Besteigen bis zum Ablauf der Zeit eines Zeitgebers ausgeführt, und wird beim Ablauf der Zeit des Zeitgebers beendet.
Es ist annehmbar, die Beendigungsbedingung des Erster-Modus-Arithmetischer-Prozesses unterschiedlich von der Erfüllung der Aktualisierungsbedingung einzustellen. Beispielsweise ist es annehmbar, die Beendigungsbedingung zur Beendigung des Erster-Modus-Arithmetischer-Prozesses einzustellen, falls das Ergebnis des Erster-Modus-Arithmetischer-Prozesses, nämlich der geschätzte Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s des Fahrzeuges 1 gleich oder im Wesentlichen gleich null wird.
Im Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess des SCHRITTES 23 bestimmt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 die Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd gemäß der Ausdrücke 07x und 07y, indem die θb_x_offset und θb_y_offset, die in SCHRITT 22 aktualisiert wurden, benutzt werden.
Die Neigungsoffseteinstellungsvariablen θb_x_offset und θb_y_offset sind gleich der Werte, die durch Auslenkung der Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwerte θb_x_obj und θby_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb in die Neigungsrichtung, durch die Neigungsoffseteinstellungsvariablen θb_x_offset und θb_y_offset. In anderen Worten werden, durch Auslenken der Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwerte θb_x_obj des Grundkbrper-Neigungswinkels θb in die Neigungswinkel, durch die Neigungsoffseteinstellungsvariablen θb_x_offset und θb_y_offset, die Differenz θbe_x_s zwischen dem Grundkörper_Neigungswinkel-Messwert θb_x_s und dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_x_obj und die Differenz θbe_y_s zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_x_s und dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_y_obj gleich null gehalten
Dementsprechend kann, obwohl die Abweichung zwischen dem Grundkörper Neigungswinkel-Messwert θb_xy_s und dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_xy_obj im Normalzustand auftritt, da die Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset bei einem konstanten Wert gesetzt ist, um die Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes dazu zu bringen, zu null zu konvergieren, das Fahrzeug im Ruhezustand im Normalzustand gehalten werden. Dadurch können die Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd bestimmt werden, das Fahrzeug 1 zu regeln/steuern, was es dem Benutzer erlaubt, eine komfortable Position oder Haltung zum Besteigen des Nutzlast-Trägerteils anzunehmen.
Das oben Stehende ist die detaillierte Beschreibung für den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess, der in SCHRITT 22 ausgeführt wurde, und den Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess, der in SCHRITT 23 ausgeführt, wurde, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Im Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess, der in SCHRITT 23 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, werden die Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_xy_cmd gemäß der Ausdrücke 07x' und 07y' durch Benutzer der Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_x_offset und θb_y_offset, die von dem Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess in SCHRITT 22 aktualisiert werden, bestimmt; jedoch ist es ersatzweise annehmbar, die Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωθwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd gemäß der Ausdrücke 07x und 07y zu bestimmen. In diesem Fall ist es gleich, die Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd gemäß der Ausdrücke 07x' und 07y' durch Addition der θb_x_offset und θb_y_offset, die im Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess in SCHRITT 22 aktualisiert wurden, zu dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwerten θb_x_obj und θb_y_obj des Grundkörper-Neigungswinkels θb zu bestimmen.
(Zweite Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur durch den Prozess, der vom Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 ausgeführt wird. Dadurch werden dieselben Bezugszeichen in der vorliegenden Ausführungsform zum Bezug auf die gleichen Elemente oder funktionalen Teile wie in der ersten Ausführungsform benutzt und deren Beschreibungen werden ausgelassen.
Der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 in der vorliegenden Ausführungsform führt den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess s und den Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess partiell unterschiedlich von denen, die jeweils in SCHRITT 22 und SCHRITT 23 in oben erwähnter 14 illustriert werden, aus.
Zunächst wird der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess in SCHRITT 22 beschrieben werden.
Im Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess aktualisiert der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset und Vb_y_offset im Bestimmungsprozess der Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd gemäß der folgenden Ausdrucke 07x' und 07y', die partiell modifiziert sind, von den Ausdrücken 07x und 07y. Die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset und Vb_y_offset in den Ausdrücken 07x' und 07y' sind die vorhergehenden Werte (Integrationswerte im vorhergehenden Regelungs/Steuerungs-Prozesszyklus) der Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset und Vb_y_offset und werden gemäß einem im Folgenden beschriebenen arithmetischen Prozess aktualisiert werden. Die Initialwerte der Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset und Vb_y_offset werden gleich null gesetzt. ωwdot_x_cmd = K1_x·Θbe_x_s –+ K2x·Θbdot_x_s + K3_x·(Vb_x_s – Vb_x_mdfd – Vb_x_offset) Ausdruck 07x' ωwdot_-y_cmd = K1_y·Θbe_y_+K2_y·Θbdot_y_s + K3_y·(Vb_y_s – Vb_y_mdfd – Vb_y_offset)) Ausdruck 07y
Während die Soll-Regelungs/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeit Vb_x_mdfd in dem Ausdruck 07x' bei null belassen wird, führt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 den Update-Prozess der Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset so durch, dass der geschätzte Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_x_s null angenähert wird. Im Besonderen addiert der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 einen Wert, der durch Multiplikation des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswertes Vb_x_s mit einer vorbestimmten Verstärkung zu dem vorherigen Wert der Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset. Der erhaltene aktuelle Integrationswert wird als die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_x_offset im nächsten Regelungs/Steuerungs-Prozesszyklus bestimmt. Dementsprechend wird die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_x_offset aktualisiert.
Während die Soll-Regelungs/Kontrollschwerpunktgeschwindigkeit Vb_y_mdfd in dem Ausdruck 07y' bei null belassen wird, führt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 den Prozess zum Updaten der Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_y_offset so aus, um den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_y_s an null anzunähern. Im Besonderen addiert der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 einen Wert, der durch Multiplikation des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswertes Vb_y_s mit einer vorbestimmten Verstärkung zu dem vorherigen Wert der Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_y_offset. Der erhaltene aktuelle Integrationswert wird als die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_y_offset in dem nächsten Regelungs/Steuerungs-Prozesszyklus bestimmt. Dementsprechend wird die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_y_offset aktualisiert.
Die upgedatete Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset addiert eine Gewichtung zu den Schwerpunktgeschwindigkeitskomponenten Vb_x_s – Vb_x_mdfd und Vb_y_s – Vb_y_mdfd (im Besonderen zu den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerten Vb_x_s und Vb_y_s) um die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an null anzunähern.
Dadurch funktionieren, wenn eine Differenz zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_xy_s und dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_xy_obj im Normalzustand auftritt, um das Fahrzeug dazu zu bringen, sich zu bewegen, die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset und Vb_y_offset um die geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswerte Vb_x_s und Vb_y_s an null anzunähern, was das Fahrzeug 1 davon abhält, sich zu bewegen, und es in einem Ruhezustand hält. Dementsprechend kann das Fahrzeug 1 davon abgehalten werden, sich zu bewegen und kann in einem Ruhezustand stabilisiert werden, indem der Fahrzeugsystemschwerpunkt im Wesentlichen genau über dem Berührungspunkt zu der Bodenfläche positioniert wird, wenn das Fahrzeug im Ruhezustand ist.
Im Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess des SCHRITTES 23 bestimmt der Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 die Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_x_cmd und ωwdot_y_cmd gemäß der Ausdrücke 07x' und 07y', durch Benutzen der Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariablen Vb_x_offset und Vb_y_offset, den SCHRITT 22 upgedatet werden.
Dementsprechend wird, obwohl die Abweichung zwischen dem Grundkörper-Neigungswinkel-Messwert θb_xy_s und dem Grundkörper-Neigungswinkel-Sollwert θb_xy_obj im Normalzustand auftritt, die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset bei einem konstanten Wert gesetzt, um die Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes dazu zu bringen, zu null zu konvergieren, das Fahrzeug kann im Ruhezustand und im Normalzustand gehalten werden. Dadurch können die Imaginärrad-Drehwinkelbeschleunigungsbefehle ωwdot_cmd und ωwdot_y_cmd bestimmt werden, die Fahrbewegung des Fahrzeuges 1 zu regeln/zu steuern, was es dem Benutzer erlaubt, eine komfortable Position oder Haltung zum Besteigen des Nutzlast-Trägerteils einzunehmen.
Das oben Stehende ist die detaillierte Beschreibung für den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess, der in SCHRITT 22 ausgeführt wird, und dem Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess, der in SCHRITT 23 ausgeführt wird, gemäß der zweiten Ausführungsform.
Hier wird die zweite entsprechende Beziehung zwischen dem Fahrzeug 1 der ersten und zweiten Ausführungsformen und die vorliegende Erfindung zusätzlich beschreiben.
Zunächst verkörpern der Prozess, der von der Regelung/Steuerung 50 in SCHRITT 9 und SCHRITT 10 der 7 ausgeführt wird und der Prozess, der vom Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner 80 in SCHRITT 22 und SCHRITT 23 von 14 ausgeführt wird, die Fahrbewegungseinheitsregelung/steuerung der vorliegenden Erfindung. Der Neigungssensor 52 und der Prozess, der in SCHRITT 2 von 7 ausgeführt wird, verkörpern das Neigungswinkel-Messelement der vorliegenden Erfindung. Das Repräsentativpunkt-Geschwindigkeitsmesselement der vorliegenden Erfindung wird durch den Schwerpunktgeschwindigkeitsrechner 72 verkörpert. Der Fahrzeugsystemschwerpunkt entspricht einem vorbestimmten Repräsentativpunkt des Fahrzeuges in der vorliegenden Erfindung. Der Grundkörper-Neigungswinkel-Abweichungs-Messwert θbe_xy_s entspricht der Neigungsdifferenz in der vorliegenden Erfindung.
Einige auf die oben beschriebenen Ausführungsformen bezogenen Modifikationen werden nun beschrieben werden.
In der oben genannten Ausführungsform wird beschrieben, dass der Fahrzeugsystemschwerpunkt (genauer, der Gesamt-Fahrzeugbenutzerschwerpunkt) äquivalent zu einem vorbestimmten Repräsentativpunkt des Fahrzeuges 1 ist; jedoch ist es annehmbar, den vorbestimmten Repräsentativpunkt als den Mittelpunkt der Radanordnung 5 einzustellen, einen Punkt in einem vorbestimmten Abschnitt (zum Beispiel der Tragrahmen 13) des Grundkörpers 9 oder ähnliches.
In den oben genannten Ausführungsformen wird beschrieben, dass die Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset oder die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset in sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung aktualisiert wird und danach der Imaginärrad-Drehwinkel-Beschleunigungsbefehl ωwdot_xy_cmd bestimmt wird, indem die aktualisierten Offseteinstellungsvariablen benutzt werden; jedoch ist es annehmbar, den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess und den Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess nur in eine von der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung auszuführen (zum Beispiel nur die X-Achsen-Richtung). Unter Berücksichtigung des Falles, dass die An-Bord-Haltung des Benutzers zu dem Sitz 3 dazu neigt, sich vorwärts oder rückwärts zu lehnen, ist es wünschenswert, den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess und den Z-Modus-Arithmetischer-Prozess nur in die X-Achsen-Richtung auszuführen.
In den oben genannten Ausführungsformen wird beschrieben, dass die Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset oder die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset (der Initialintegrationswert) zu Beginn des ersten Modus bei null initialisiert wird; jedoch ist es annehmbar, einen Wert zu benutzen, der schließlich im ersten Modus der vorherigen Zeit bestimmt wurde, als die Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset oder die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset zu Beginn des ersten Modus der zweiten Zeit oder später für jeden An-Bord-Modus oder jeden autonomen Modus zu jeder Zeit. In diesem Fall ist es wünschenswert, die Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset oder die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset, die in jedem An-Bord-Modus zu speichern oder jeder autonome Modus kann in einem nicht löschbaren Speicher gespeichert werden, wenn die Regelung/Steuerung 50 ausgeschaltet ist.
In den oben genannten Ausführungsformen wird beschrieben, dass der Benutzer den Sitz 3 bestiegen haben soll; jedoch ist es nicht darauf beschränkt, es ist annehmbar, den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess und den Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess im autonomen Modus auszuführen, wenn sich kein Benutzer auf dem Sitz 3 befindet. In anderen Worten können der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess und der Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess in dem Fall ausgeführt werden, wo die Soll-Werte und Parameter für den An-Bord-Modus in SCHRITT 5 und SCHRITT 6 von 7 gesetzt werden oder in dem Fall, wo die Soll-Werte und Parameter für den autonomen Modus in SCHRITT 7 und SCHRITT 8 gesetzt werden.
Im oben stehenden Fall kann der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess in einer vorbestimmten Zeitdauer genau nachdem der Operationsmodus vom autonomen Modus in den An-Bord-Modus oder umgekehrt, gewechselt hat, durchgeführt werden.
In den oben stehenden Ausführungsformen wird beschrieben, dass ein Wert, der durch Integrieren des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeits-Wertes Vb_xy_s erhalten wird, als Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset oder die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset in dem Aktualisierungsprozess bestimmt wird; ersatzweise ist es annehmbar, die Einstellungsvariablen durch Addition oder Subtraktion eines vordefinierten konstanten Wertes davon zu bestimmen, so dass der geschätzte Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s an null angenähert wird. Ob der konstante Wert davon addiert oder subtrahiert werden soll, wird auf eine Art bestimmt, um den geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswert Vb_xy_s zu annullieren (um die Werte einer Polarität der umgekehrten Polarität des geschätzten Schwerpunktgeschwindigkeitswertes Vb_xy_s zu addieren).
In den oben genannten Ausführungsformen wird beschrieben, dass ein benötigter Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert V_xy_aim, der als benötigter Wert der Schwerpunktgeschwindigkeit Vb_xy dient, die vermutlich von einer Steuerungsoperation des Fahrzeuges 1 (eine Operation zur Addition von Antriebskraft zu dem Fahrzeug 1), von einem Benutzer oder ähnlichem benötigt wird, abwesend ist, der benötigte Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert V_xy_aim ist nämlich gleich null; jedoch ist es annehmbar, falls der benötigte Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert V_xy_aim möglicherweise vorhanden ist, einen Entscheidungsblock vor dem Bestimmungsprozess des SCHRITTES 21 in 14 bereitgestellt zu haben, um zu entscheiden, ob der benötigte Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert V_xy_aim vorhanden ist oder nicht und der e Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess und der Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess werden nur dann ausgeführt, wenn der benötigte Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert V_xy_aim nicht vorhanden ist (das heißt, der benötigte Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert V_xy_aim = 0).
Jedoch ist es annehmbar, falls der benötigte Schwerpunktgeschwindigkeits-Wert V_xy_aim in Erscheinung tritt, während der Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess ausgeführt wird, den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess zu beenden und den Zweiter-Modus-Arithmetischer-Prozess auszuführen, indem die Neigungsoffseteinstellungsvariable θb_xy_offset oder die Geschwindigkeitsoffset-Einstellungsvariable Vb_xy_offset, die durch den Erster-Modus-Arithmetischer-Prozess aktualisiert wurden zu benutzen.
In den oben genannten Ausführungsformen wird das in 1 und 2 illustrierte Fahrzeug als Beispiel gegeben; jedoch ist das Inverspendelartige Fahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf das in den oben genannten Ausführungsformen beschriebene Fahrzeug beschränkt.
Im Besonderen weist die Radanordnung 5, die als Fahrbewegungseinheit des Fahrzeuges 1 dient, eine einteilige Bauweise auf. Alternativ kann die Radanordnung 5 jedoch eine Bauweise aufweisen, wie sie zum Beispiel in 10 des Patentdokumentes 3 gezeigt ist. Im Besonderen kann die Radanordnung konstruiert sein, um ein steifes annulares Achsenteil und eine Mehrzahl von Rollen, die rotativ und extern in das steife annulare Achsenteil eingefügt werden, so dass deren Achsenmitten in die tangentiale Richtung des Achsenteiles orientiert sind, wobei die Mehrzahl dieser Rollen in einer Umfangsrichtung entlang des Achsenteiles angeordnet ist.
Es ist annehmbar, dass die Fahrbewegungseinheit eine raupenförmige Struktur aufweist, wie zum Beispiel in 3 des Patentdokumentes 2 gezeigt.
Alternativ kann, wie zum Beispiel in 5 des Patentdokumentes 2, 7 des Patentdokumentes 3, oder 1 des Patentdokumentes 1 gezeigt, die Fahrbewegungseinheit aus einem sphärischen Teil bestehen, und das Fahrzeug kann so konstruiert sein, dass das sphärische Teil rotativ in eine Richtung um die X-Achse und eine Richtung um die Y-Achse von einem Aktuator (zum Beispiel ein Aktuator mit der vorgenannten Radanordnung 5) angetrieben wird.
Des Weiteren wurde in der vorliegenden Ausführungsform das Fahrzeug 1, ausgestattet mit dem Sitz 3 als An-Bord-Abschnitt, erläutert. Alternativ kann das Inverspendel-artige Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch ein Fahrzeug sein, welches eine Konstruktion aufweist, wobei eine Stufe, auf welcher ein Benutzer seine/ihre beiden Füße lehnt und ein Abschnitt, der vom Benutzer, der auf der Stufe steht, gehalten werden soll, an einen Grundkörper befestigt werden, wie zum Beispiel in 8 in Patentdokument 3 illustriert.
Somit kann die vorliegende Erfindung auf Inverspendel-artige Fahrzeuge verschiedener Bauweisen angewandt werden, wie in den vorgenannten Patentdokumenten 1 bis 3 und ähnlichen illustriert.
Des Weiteren kann das Inverspendel-artige Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Fahrbewegungseinheiten ausgestattet sein, welche in alle Richtungen auf einer Bodenfläche bewegbar sind (zum Beispiel zwei in die Querrichtung oder zwei in die Längsrichtung, oder drei oder vier).
Des Weiteren ist es in einem Inverspendel-artigen Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung nicht essentiell für den Grundkörper, zusammen mit dem Nutzlast-Trägerteil für den Benutzer zu kippen. Zum Beispiel ist es annehmbar, in dem Fall, wo das Fahrzeug eine Mehrzahl von Fahrbewegungseinheiten einschließt, dass der Grundkörper, an welchen die Fahrbewegungseinheiten befestigt sind, eingestellt ist, um nicht bezüglich der Bodenfläche zu kippen und das Nutzlast-Trägerteil ist an dem Grundkörper frei neigbar bezüglich des Grundkörpers befestigt.
Beschreibung der Bezugszeichen

1 ... Inverspendel-artiges Fahrzeug, das in der Lage ist, sich in alle Richtungen zu bewegen; 3 ... Sitz (Nutzlast-Trägerteil); 5 ... Radanordnung (Fahrbewegungseinheit); 7 ... Aktuator; 9 ... Grundkörper; 52 ... Neigungssensor (Neigungswinkel-Messelement); 72 ... Schwerpunktgeschwindigkeits-Rechner (Repräsentativfunktion-Geschwindigkeits-Messelement; 80 ... Haltungsregelungs/Steuerungs-Rechner (Fahrbewegungseinheit Steuer/Regelungselement); SCHRITT 2 ... Neigungswinkel-Messelement und SCHRITT 9, 10, 22, 23 ... eine Fahrbewegungseinheitsregelung/Steuerung.

Claims

Steuergerät für ein Inverspendel-artiges Fahrzeug, mit einer Fahrbewegungseinheit (5), die auf einer Bodenfläche bewegbar ist, einem Aktuator (7), welcher die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, einem Grundkörper (9), an dem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) montiert sind, und einem Nutzlast-Trägerteil (3) für den Benutzer, der an dem Grundkörper (9) befestigt ist, dass er bezüglich einer zu einer Bodenfläche senkrechten Richtung kippbar ist, umfassend: ein Neigungswinkelmesselement (52), das so eingestellt ist, dass es eine Ausgabe generiert, die dem Ist-Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerfeiles entspricht; ein Repräsentativpunkt-Geschwindigkeitsmesselement (72), das so eingestellt ist, dass es eine Ausgabe generiert, die der Fahrgeschwindigkeit eines vordefinierten Repräsentativpunktes des Fahrzeugs entspricht; und eine Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80), die so konfiguriert ist, dass sie eine Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße ermittelt, die eine Antriebskraft definiert, welche auf die Fahrbewegungseinheit (5) einzuwirken hat, indem zumindest ein vom Neigungswinkel-Messelement (52) gemessener Wert eines Neigungswinkels des Nutzlast-Trägerteiles (3), ein vordefinierter Wert eines Soll-Neigungswinkels, ein vom Repräsentativfunktion-Geschwindigkeits-Messelement (72) gemessener Wert einer Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes, ein vordefinierter Wert einer Soll-Bewegungsgeschwindigkeit, und eine variabel haltbare Justierstellgröße benutzt werden; und dass sie die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit (5) über den Aktuator (7) gemäß der ermittelten Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße regelt; wobei die Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80) so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Modus zum Aktualisieren der Justierstellgröße und einen zweiten Modus zum Bestimmen der Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße unter Verwendung der im ersten Modus aktualisierten Justierstellgröße hat, wobei im ersten Modus die Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80) einen Steuerprozess zur Bestimmung der Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße durchführt, indem eine benötigte Stellgröße, um zumindest eine Neigungsdifferenz zwischen dem gemessenen Wert des Neigungswinkels des Nutzlast-Trägerteiles (3) und dem Soll-Neigungswinkel sowie eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem gemessenen Wert der Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit und der Soll-Fahrgeschwindigkeit jeweils Null anzunähern, gemäß einem gegebenen Wert der Justierstellgröße korrigiert wird, während die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit bei Null belassen wird, und die Justierstellgröße entsprechend dem gemessenen Wert der Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit, während der Regelprozess durchgeführt wird, aktualisiert wird, so dass die Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit weiter an Null angenähert wird; und im zweiten Modus die Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80) die Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße bestimmt, indem die benötigte Stellgröße zur Annäherung von zumindest der Neigungsdifferenz und der Geschwindigkeitsdifferenz an Null gemäß der im ersten Modus aktualisierten Justierstellgröße korrigiert wird, wobei die Justierstellgröße zur Justierung der Neigungsdifferenz dient; und die Fahrbewegungseinheits-Steuerung (80) die Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße durch Addieren der Justierstellgröße zur benötigten Stellgröße zur Annäherung der Neigungsdifferenz an Null bestimmt.
Steuergerät für ein Inverspendel-artiges Fahrzeug, mit einer Fahrbewegungseinheit (5), die auf einer Bodenfläche bewegbar ist, einem Aktuator (7), welcher die Fahrbewegungseinheit (5) antreibt, einem Grundkörper (9), an dem die Fahrbewegungseinheit (5) und der Aktuator (7) montiert sind und einem Nutzlast-Trägerteil (3) für den Benutzer, der so an dem Grundkörper (9) befestigt ist, dass er bezüglich einer zu einer Bodenfläche senkrechten Richtung kippbar ist, umfassend: ein Neigungswinkelmesselement (52), das so eingestellt ist, dass es eine Ausgabe generiert, die dem Ist-Neigungswinkel des Nutzlast-Trägerteiles entspricht; ein Repräsentativpunkt-Geschwindigkeitsmesselement (72), das so eingestellt ist, dass es eine Ausgabe generiert, die der Fahrgeschwindigkeit eines vordefinierten Repräsentativpunktes des Fahrzeugs entspricht; und eine Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80), die so konfiguriert ist, dass sie eine Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße ermittelt, die eine Antriebskraft definiert, welche auf die Fahrbewegungseinheit (5) einzuwirken hat, indem zumindest ein vom Neigungswinkel-Messelement (52) gemessener Wert eines Neigungswinkels des Nutzlast-Trägerfeiles (3), ein vordefinierter Wert eines Soll-Neigungswinkels, ein vom Repräsentativfunktion-Geschwindigkeits-Messelement (72) gemessener Wert einer Fahrgeschwindigkeit des Repräsentativpunktes, ein vordefinierter Wert einer Soll-Bewegungsgeschwindigkeit und eine variabel haltbare Justierstellgröße benutzt wird; und dass sie die Fahrbewegung der Fahrbewegungseinheit (5) über den Aktuator (7) gemäß der ermittelten Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße regelt; wobei die Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80) so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Modus zum Aktualisieren der Justierstellgröße und einen zweiten Modus zum Bestimmen der Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße unter Verwendung der im ersten Modus aktualisierten Justierstellgröße, hat, wobei im ersten Modus die Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80) einen Steuerprozess zur Bestimmung der Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße durchführt, indem eine benötigte Stellgröße, um zumindest eine Neigungsdifferenz zwischen dem gemessenen Wert des Neigungswinkels des Nutzlast-Trägerteiles (3) und dem Soll-Neigungswinkel sowie eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem gemessenen Wert der Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit und der Soll-Fahrgeschwindigkeit jeweils Null anzunähern gemäß einem gegebenen Wert der Justierstellgröße korrigiert wird, während die Soll-Bewegungsgeschwindigkeit bei Null belassen wird, und die Justierstellgröße entsprechend dem gemessenen Wert der Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit, während der Regelprozess durchgeführt wird, aktualisiert wird, so dass die Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit weiter an Null angenähert wird; und im zweiten Modus die Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80) die Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße bestimmt, indem die benötigte Stellgröße zur Annäherung von zumindest der Neigungsdifferenz und der Geschwindigkeitsdifferenz an Null gemäß der im ersten Modus aktualisierten Justierstellgröße korrigiert wird, wobei die Justierstellgröße zur Justierung der Geschwindigkeitsdifferenz dient; und die Fahrbewegungseinheit-Steuerung (80) die Regelungs-/Steuerungs-Stellgröße durch Addieren der Justierstellgröße zur benötigten Stellgröße zur Annäherung der Geschwindigkeitsdifferenz an Null bestimmt.
Steuergerät für ein Inverspendel-artiges Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fahrbewegungseinheitssteuerung (80) die Justierstellgröße im ersten Modus aktualisiert, indem der gemessene Wert der Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit integriert wird und indem der integrierte Wert als ein Wert benutzt wird, der die Repräsentativpunkt-Fahrgeschwindigkeit weiter an Null annähern kann.