專利名稱：移動體控制裝置、及其控制方法以及控制程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制進(jìn)行倒立控制而行駛的倒立型移動體的移動體控制裝置、及其控制方法以及控制程序。
背景技術(shù)：
在使維持倒立狀態(tài)而行駛的倒立型移動體具體化的情況下，重要的是即使是在由于電氣系統(tǒng)的故障等造成不能充分保證馬達(dá)輸出時也能夠繼續(xù)安全地行駛。例如，已知有在由于電氣系統(tǒng)的故障等導(dǎo)致倒立型移動體突然減速的情況下，使輔助輪著地來防止跌倒的移動體控制裝置(參照專利文獻(xiàn)I)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利文獻(xiàn)特開2008-247136號公報。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，在上述專利文獻(xiàn)I所示的移動體控制裝置中，例如，在發(fā)生故障時等導(dǎo)致馬達(dá)輸出下降時，使輔助輪著地，所以不能繼續(xù)行駛。另一方面，優(yōu)選以下的移動體控制裝置即使是在由于那樣的故障導(dǎo)致不能充分保證馬達(dá)輸出的情況下，也不使用輔助輪而能夠以可利用的馬達(dá)輸出繼續(xù)進(jìn)行倒立控制。本發(fā)明是為了解決這樣的問題而做出的，其主要目的是提供即使在移動體的馬達(dá)輸出不能充分保證的情況下，也能夠以可利用的馬達(dá)輸出繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的移動體控制裝置、及其控制方法以及控制程序。用于解決問題的手段為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個實(shí)施方式是一種移動體控制裝置，其特征在 于，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制，所述移動體控制裝置包括狀態(tài)量檢測單元，所述狀態(tài)量檢測單元檢測所述移動體的狀態(tài)量；要求輸出估計(jì)單元，所述要求輸出估計(jì)單元基于通過所述狀態(tài)量檢測單元檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出；界限輸出估計(jì)單元，所述界限輸出估計(jì)單元基于通過所述狀態(tài)量檢測單元檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出；調(diào)整指令運(yùn)算單元，所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出通過所述要求輸出估計(jì)單元估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過通過所述界限輸出估計(jì)單元估計(jì)出的所述界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及控制單元，所述控制單元基于通過所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的所述指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。在該實(shí)施方式中，也可以是所述狀態(tài)量檢測單元檢測表示所述移動體的傾斜的負(fù)荷角度，所述移動體控制裝置還包括指令輸入單元，表示所述移動體的行駛指示的負(fù)荷角度指令被輸入到所述指令輸入單元中，所述控制單元控制所述移動體，以使得通過所述狀態(tài)量檢測單元檢測出的所述負(fù)荷角度追隨通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述界限輸出估計(jì)單元基于來自所述控制單元的所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令和來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量來運(yùn)算所述馬達(dá)消耗的輸出，在該運(yùn)算值飽和時，將所述運(yùn)算值估計(jì)為所述界限輸出估計(jì)值。而且，在該實(shí)施方式中，也可以是所述要求輸出估計(jì)單元基于來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量，來計(jì)算出作為所述負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、在根據(jù)通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令使所述移動體動作時所需的所述要求輸出估計(jì)值。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是還包括要求輸出一階微分估計(jì)單元，所述要求輸出一階微分估計(jì)單元基于來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量，來計(jì)算出作為所述、負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值；以及判別式運(yùn)算單元，所述判別式運(yùn)算單元基于來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量來計(jì)算出判別式運(yùn)算值，所述判別式運(yùn)算值用于判別所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出基于來自所述指令輸入單元的所述負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值時，基于來自所述要求輸出一階微分估計(jì)單元的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和來自所述判別式運(yùn)算單元的所述判別式運(yùn)算值來計(jì)算出所述調(diào)整負(fù)荷角度指令，所述調(diào)整負(fù)荷角度指令是以使所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)的方式調(diào)整所述負(fù)荷角度指令而得的指令，所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動體的負(fù)荷角度追隨所述調(diào)整后的所述調(diào)整負(fù)荷角度指令。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述調(diào)整指令運(yùn)算單元(a)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時，以與所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和所述要求輸出估計(jì)值的符號的積具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令，(b)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時，以與對所述負(fù)荷角度指令加上微小角度而得的改變負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和所述要求輸出估計(jì)值的符號的積具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令，(c)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時，以與所述負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和所述要求輸出估計(jì)值的符號的積具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令，(d)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時，以與所述負(fù)荷角度指令的符號具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是在由所述調(diào)整指令運(yùn)算單元判斷出基于來自所述指令輸入單元的負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)吋，所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動體的負(fù)荷角度追隨通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。此外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述狀態(tài)量檢測單元包括狀態(tài)檢測部，所述狀態(tài)檢測部檢測所述移動體的狀態(tài)量作為狀態(tài)檢測值；以及狀態(tài)估計(jì)部，所述狀態(tài)估計(jì)部基于通過所述狀態(tài)檢測部檢測出的所述狀態(tài)檢測值來估計(jì)作為所述狀態(tài)檢測值的估計(jì)值的狀態(tài)估計(jì)值。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述要求輸出估計(jì)值是關(guān)于所述負(fù)荷角度指令的時變四次多項(xiàng)式。而且，在該實(shí)施方式中，也可以是所述狀態(tài)量檢測單元檢測所述移動體的負(fù)荷角
度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、以及車輪角度中的至少ー者。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是還包括指令調(diào)整單元，所述指令調(diào)整單元根據(jù)來自所述調(diào)整指令運(yùn)算單元的指示，將通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令以及通過所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的調(diào)整負(fù)荷角度指令中的一者輸出給所述控制単元，所述控制單元控制所述移動體的馬達(dá)，以使得所述移動體的負(fù)荷角度追隨從所述指令調(diào)整單元輸出的所述負(fù)荷角度指令以及調(diào)整負(fù)荷角度指令。另ー方面，為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個實(shí)施方式可以是ー種移動體控制裝置的控制方法，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制，所述控制方法的特征在于，包括以下步驟檢測所述移動體的狀態(tài)量；基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出；基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出；在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。另外，為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個實(shí)施方式可以是ー種移動體控制裝置的控制程序，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制，所述控制程序的特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下處理檢測所述移動體的狀態(tài)量；基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出；基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出；在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值吋，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。另外，為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個實(shí)施方式可以是ー種移動體控制裝置，其特征在于，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制，所述移動體控制裝置包括傳感器，所述傳感器檢測所述移動體的狀態(tài)量；要求輸出估計(jì)部，所述要求輸出估計(jì)部基于通過所述傳感器檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出；界限輸出估計(jì)部，所述界限輸出估計(jì)部基于通過所述傳感器檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出；調(diào)整指令運(yùn)算部，所述調(diào)整指令運(yùn)算部在判斷出通過所述要求輸出估計(jì)部估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過通過所述界限輸出估計(jì)部估計(jì)出的所述界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及控制部，所述控制部基于通過所述調(diào)整指令運(yùn)算部調(diào)整后的所述指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠以移動體可利用的馬達(dá)輸出繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的移動體控制裝置、及其控制方法以及控制程序。


圖I是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的倒立型移動體的概要構(gòu)成的立體圖；圖2是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的移動體控制裝置的概要系統(tǒng)構(gòu)成的 框圖；圖3是示意性地示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的倒立型移動體的側(cè)視圖；圖4是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的移動體控制裝置的控制處理流程的一個例子的流程圖；圖5是示出確認(rèn)在電池的単元故障時在界限輸出以內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的效果的仿真結(jié)果的圖；圖6是示出確認(rèn)在電池的単元故障時在界限輸出以內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的效果的仿真結(jié)果的圖；圖7是示出確認(rèn)在電池的単元故障時在界限輸出以內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的效果的仿真結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的移動體控制裝置是例如在進(jìn)行維持倒立狀態(tài)的倒立控制的同時進(jìn)行期望的行駛的倒立型移動體100中，在由于電氣系統(tǒng)的故障等導(dǎo)致能夠使用的馬達(dá)輸出下降的情況下，能夠在其界限輸出以內(nèi)繼續(xù)行駛的移動體控制裝置。這里,倒立型移動體100例如如圖I所示構(gòu)成為同軸ニ輪車，該同軸ニ輪車包括人或貨物等負(fù)荷被搭載于其上的平臺101、以能夠旋轉(zhuǎn)的方式被設(shè)置在平臺101上并被ー對馬達(dá)分別驅(qū)動的一對車輪102、以能夠操作的方式被立起設(shè)置于平臺101上的把柄103、以及被連接到把柄103并且由人等握持的把手104，但是倒立型移動體100不限于此，能夠應(yīng)用維持倒立狀態(tài)而行駛的任意的移動體。圖2是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的移動體控制裝置的概要系統(tǒng)構(gòu)成的框圖。本實(shí)施方式所涉及的移動體控制裝置200包括指令輸入器201、指令調(diào)整器202、控制器203、狀態(tài)檢測器204、狀態(tài)估計(jì)器205、界限輸出估計(jì)器206、要求輸出估計(jì)器207、要求輸出ー階微分估計(jì)器208、判別式運(yùn)算器209、以及調(diào)整指令運(yùn)算器210。指令輸入器201是指令輸入單元的ー個具體例子，與根據(jù)搭乘者對倒立型移動體100的行駛操作(例如，使倒立型移動體100的平臺101或者把柄103向前方或后方傾斜的操作)而被輸入的負(fù)荷角度Q1相應(yīng)的負(fù)荷角度指令Θ k被輸入到指令輸入器201。指令輸入器201對指令調(diào)整器202以及調(diào)整指令運(yùn)算器210輸出被輸入的負(fù)荷角度指令Θ lrD指令調(diào)整器202是指令調(diào)整單元的ー個具體例子，在從調(diào)整指令運(yùn)算器210接收到后述的第一指令信號時，對控制器203輸出來自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θμ另夕卜，在從調(diào)整指令運(yùn)算器210接收到后述的第二指令信號時，對控制器203輸出來自調(diào)整指令運(yùn)算器210的調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ k+Λ Θ lrD控制器203是控制単元的ー個具體例子，其進(jìn)行驅(qū)動倒立型移動體100的各車輪102的馬達(dá)的反饋控制，使得倒立型移動體100的負(fù)荷角度Θ i追隨來自指令調(diào)整器202的 負(fù)荷角度指令Θ lr或者調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ k+Λ Θ lrD狀態(tài)檢測器204是狀態(tài)檢測部的ー個具體例子，其使用倒立型移動體100上設(shè)置的角度傳感器、車輪速度傳感器、加速度傳感器、傾斜傳感器等傳感器來檢測倒立型移動體100的負(fù)荷角度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、以及車輪速度等，并作為狀態(tài)檢測值輸出給狀態(tài)估計(jì)器205。狀態(tài)估計(jì)器205是狀態(tài)估計(jì)部的ー個具體例子，其基于來自狀態(tài)檢測器204的負(fù)荷角度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、車輪速度等狀態(tài)檢測值，來計(jì)算作為各狀態(tài)檢測值的估計(jì)值的負(fù)荷角度估計(jì)值、負(fù)荷速度估計(jì)值、負(fù)荷加速度估計(jì)值、以及車輪速度估計(jì)值等狀態(tài)估計(jì)值，井分別輸出給界限輸出估計(jì)器206、要求輸出估計(jì)器207、要求輸出ー階微分估計(jì)器208、以及判別式運(yùn)算器209。界限輸出估計(jì)器206是界限輸出估計(jì)單元的ー個具體例子，其基于來自控制器203的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令和來自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，例如使用下述(9)式來運(yùn)算馬達(dá)消耗的輸出，在其運(yùn)算值飽和時，將其運(yùn)算值作為界限輸出估計(jì)值Plim，輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。要求輸出估計(jì)器207是要求輸出估計(jì)單元的ー個具體例子，其基于來自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，使用下述(17)式來計(jì)算作為負(fù)荷角度指令Θ&的多項(xiàng)式的、在根據(jù)通過指令輸入器201輸入的負(fù)荷角度指令Θ lr使倒立型移動體100動作時所需的要求輸出估計(jì)值P ( Θ J，并輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。要求輸出ー階微分估計(jì)器208是要求輸出ー階微分估計(jì)單元的ー個具體例子，其基于來自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，使用下述(20)式來計(jì)算作為負(fù)荷角度指令Θ&的多項(xiàng)式的、要求輸出估計(jì)值的ー階微分值(以下，稱為要求輸出ー階微分估計(jì)值)，并輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。判別式運(yùn)算器209是判別式運(yùn)算單元的ー個具體例子，其基于來自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，使用下述(21)式來計(jì)算用于判別要求輸出ー階微分估計(jì)值的判別式運(yùn)算值Λ，并輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。調(diào)整指令運(yùn)算器210是調(diào)整指令運(yùn)算單元的ー個具體例子，其在基于來自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θい來自界限輸出估計(jì)器206的界限輸出估計(jì)值Plim、以及來自要求輸出估計(jì)器207的要求輸出估計(jì)值P(Qli)判斷出基于來自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θ&的要求輸出估計(jì)值P(0J處于界限輸出估計(jì)值Plim以內(nèi)時，對指令調(diào)整器202輸出表示該情況的第一指令信號。另ー方面，調(diào)整指令運(yùn)算器210在基于來自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θ lr>來自界限輸出估計(jì)器206的界限輸出估計(jì)值Plim、以及來自要求輸出估計(jì)器207的要求輸出估計(jì)值P(ej判斷出基于來自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令0じ的要求輸出估計(jì)值p(0lr)超過界限輸出估計(jì)值Plim時，基于來自要求輸出ー階微分估計(jì)器208的要求輸出ー階微分估計(jì)值的符號和來自判別式運(yùn)算器209的判別式運(yùn)算值Λ，來計(jì)算調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ^+Λ Θが并將計(jì)算出的調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ^+Λ Θ&和表示該情況的第二指令信號輸出給指令調(diào)整器202，調(diào)整負(fù)荷角度指令Q1, Λ Θ&是以使要求輸出估計(jì)值處于界限輸出估計(jì)值Plini以內(nèi)的方式調(diào)整負(fù)荷角度指令Θじ而得的指令。此外，移動體控制裝置200例如以微型計(jì)算機(jī)為中心由硬件構(gòu)成，所述微型計(jì)算機(jī)包括進(jìn)行控制處理、運(yùn)算處理等的CPU (Central Processing Unit :中央處理單元)、存儲通過CPU執(zhí)行的控制 程序、運(yùn)算程序等的ROM (Read Only Memory :只讀存儲器)、以及存儲處理數(shù)據(jù)等的RAM (Random Access Memory :隨機(jī)存取存儲器)等。接著，詳細(xì)地說明移動體控制裝置200中的更加具體的處理的ー個例子。圖3是示意性地示出圖I所示的倒立型移動體的側(cè)視圖。例如如圖3所示,倒立型移動體100被構(gòu)成為負(fù)荷301以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連接到同軸配置的被馬達(dá)驅(qū)動的ー對車輪102上，并在維持負(fù)荷301的倒立狀態(tài)的同時以期望的速度行駛。這里，詳細(xì)說明圖3所示的倒立型移動體100的運(yùn)動方程式。此外下述運(yùn)動方程式(I)使用公知的分析力學(xué)的方法導(dǎo)出。首先，動能T以及勢能V能夠分別由下述(I)式以及⑵式表示。[數(shù)I]T = — mx {τθ2 + I cos Oxθλ) + / sin θλ Ox j J + — */,+^w2 (τθ2 )2 + 丄·72622…(I)式[數(shù)2]V = W1 g/cos(9〗-IW1^2Zcosei...⑵式此外，在上述⑴式以及⑵式中，各記號設(shè)定如下Hi1 :負(fù)荷301的質(zhì)量J1:負(fù)荷301的慣性矩m2 :車輪102的質(zhì)量J2 :車輪102的慣性矩ji,:車輪垂直加速度I :負(fù)荷301的重心和車軸的距離r :車輪102的半徑g :重力加速度另外，使用上述(I)式和(2)式來計(jì)算拉格朗日算子L = T-V，通過使用歐拉-拉格朝日方程式，上述的運(yùn)動方程式能夠表示為下述(3)式以及(4)式。[數(shù)3](/W1/2 + J1)我 + WilH cos θχθ2 - Jnlgl sin θ' = -Tm
…⑶式此外，在上述(3)式中，！ 表示馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。[數(shù)4]
權(quán)利要求
1.一種移動體控制裝置，其特征在于，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制， 所述移動體控制裝置包括 狀態(tài)量檢測單元，所述狀態(tài)量檢測單元檢測所述移動體的狀態(tài)量； 要求輸出估計(jì)單元，所述要求輸出估計(jì)單元基于通過所述狀態(tài)量檢測單元檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出； 界限輸出估計(jì)單元，所述界限輸出估計(jì)單元基于通過所述狀態(tài)量檢測單元檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出； 調(diào)整指令運(yùn)算單元，所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出通過所述要求輸出估計(jì)單元估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過通過所述界限輸出估計(jì)單元估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及 控制單元，所述控制單元基于通過所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的所述指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述狀態(tài)量檢測單元檢測表示所述移動體的傾斜的負(fù)荷角度， 所述移動體控制裝置還包括指令輸入單元，表示所述移動體的行駛指示的負(fù)荷角度指令被輸入到所述指令輸入單元中， 所述控制單元控制所述移動體，以使得通過所述狀態(tài)量檢測單元檢測出的所述負(fù)荷角度追隨通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述界限輸出估計(jì)單元基于來自所述控制單元的所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令和來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量來運(yùn)算所述馬達(dá)消耗的輸出，在該運(yùn)算值飽和時，將所述運(yùn)算值估計(jì)為所述界限輸出估計(jì)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述要求輸出估計(jì)單元基于來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量，來計(jì)算出作為所述負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、在根據(jù)通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令使所述移動體動作時所需的所述要求輸出估計(jì)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的移動體控制裝置，其特征在于，還包括 要求輸出一階微分估計(jì)單元，所述要求輸出一階微分估計(jì)單元基于來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量，來計(jì)算出作為所述負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值；以及 判別式運(yùn)算單元，所述判別式運(yùn)算單元基于來自所述狀態(tài)量檢測單元的所述狀態(tài)量來計(jì)算出判別式運(yùn)算值，所述判別式運(yùn)算值用于判別所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出基于來自所述指令輸入單元的所述負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值時，基于來自所述要求輸出一階微分估計(jì)單元的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和來自所述判別式運(yùn)算單元的所述判別式運(yùn)算值來計(jì)算出所述調(diào)整負(fù)荷角度指令，所述調(diào)整負(fù)荷角度指令是以使所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)的方式調(diào)整所述負(fù)荷角度指令而得的指令， 所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動體的負(fù)荷角度追隨所述調(diào)整后的所述調(diào)整負(fù)荷角度指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述調(diào)整指令運(yùn)算單元 (a)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時，以與所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和所述要求輸出估計(jì)值的符號的積具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令， (b)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時，以與對所述負(fù)荷角度指令加上微小角度而得的改變負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和所述要求輸出估計(jì)值的符號的積具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令， (C)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時，以與所述負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號和所述要求輸出估計(jì)值的符號的積具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令， (d)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時，以與所述負(fù)荷角度指令的符號具有相反的符號的調(diào)整量來調(diào)整所述負(fù)荷角度指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的移動體控制裝置，其特征在于， 在由所述調(diào)整指令運(yùn)算單元判斷出基于來自所述指令輸入單元的負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)時，所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動體的負(fù)荷角度追隨通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述狀態(tài)量檢測單元包括 狀態(tài)檢測部，所述狀態(tài)檢測部檢測所述移動體的狀態(tài)量作為狀態(tài)檢測值；以及狀態(tài)估計(jì)部，所述狀態(tài)估計(jì)部基于通過所述狀態(tài)檢測部檢測出的所述狀態(tài)檢測值來估計(jì)作為所述狀態(tài)檢測值的估計(jì)值的狀態(tài)估計(jì)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述要求輸出估計(jì)值是關(guān)于所述負(fù)荷角度指令的時變四次多項(xiàng)式。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的移動體控制裝置，其特征在于， 所述狀態(tài)量檢測單元檢測所述移動體的負(fù)荷角度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、以及車輪角度中的至少一者。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中任一項(xiàng)所述的移動體控制裝置，其特征在于， 還包括指令調(diào)整單元，所述指令調(diào)整單元根據(jù)來自所述調(diào)整指令運(yùn)算單元的指示，將通過所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令以及通過所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的調(diào)整負(fù)荷角度指令中的一者輸出給所述控制單元， 所述控制單元控制所述移動體的馬達(dá)，以使得所述移動體的負(fù)荷角度追隨從所述指令調(diào)整單元輸出的所述負(fù)荷角度指令以及調(diào)整負(fù)荷角度指令。
13.—種移動體控制裝置的控制方法，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制， 所述控制方法的特征在于，包括以下步驟 檢測所述移動體的狀態(tài)量； 基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出； 基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出； 在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。
14.一種移動體控制裝置的控制程序，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制， 所述控制程序的特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下處理 檢測所述移動體的狀態(tài)量； 基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出； 基于所述檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出； 在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。
15.一種移動體控制裝置，其特征在于，所述移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行所述移動體的倒立控制，所述移動體控制裝置包括 傳感器，所述傳感器檢測所述移動體的狀態(tài)量； 要求輸出估計(jì)部，所述要求輸出估計(jì)部基于通過所述傳感器檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動體動作時所需的馬達(dá)輸出； 界限輸出估計(jì)部，所述界限輸出估計(jì)部基于通過所述傳感器檢測出的所述移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出； 調(diào)整指令運(yùn)算部，所述調(diào)整指令運(yùn)算部在判斷出通過所述要求輸出估計(jì)部估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過通過所述界限輸出估計(jì)部估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及 控制部，所述控制部基于通過所述調(diào)整指令運(yùn)算部調(diào)整后的所述指令值來控制所述移動體的馬達(dá)。
全文摘要
移動體控制裝置控制驅(qū)動移動體的車輪的馬達(dá)來進(jìn)行移動體的倒立控制。另外，移動體控制裝置包括狀態(tài)量檢測單元，檢測移動體的狀態(tài)量；要求輸出估計(jì)單元，基于通過狀態(tài)量檢測單元檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使移動體動作時所需的馬達(dá)輸出；界限輸出估計(jì)單元，基于通過狀態(tài)量檢測單元檢測出的移動體的狀態(tài)量來估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時的界限輸出；調(diào)整指令運(yùn)算單元，在判斷出通過要求輸出估計(jì)單元估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過通過界限輸出估計(jì)單元估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時，調(diào)整指令值以使得要求輸出估計(jì)值處于界限輸出估計(jì)值以內(nèi)；以及控制單元，基于通過調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的指令值來控制移動體的馬達(dá)。
文檔編號B62K17/00GK102666265SQ201080051630
公開日2012年9月12日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者安藤玄 申請人:豐田自動車株式會社