JP2008024235A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回限界値を大きくすることが可能な横置き二輪の車両を提供する。
【解決手段】横置き二輪車両の旋回時における対策として、旋回限界値を把握する旋回限界推定システム、及び旋回限界値を向上させる重心位置調整システムを備える。旋回限界推定システムでは、重心位置と横方向加速度を高精度で推定することで旋回限界値及び旋回安定度を把握する。重心位置調整システムでは、推定した重心位置を向心力方向に移動させることで、旋回限界値を上げる。重心を移動させる機構として、i)車体の傾斜機構、ii)ウェイト（おもり）の移動機構、iii）シートの平行移動機構のうちの１つ以上が使用される。これにより、横置き二輪車両、特に、二輪間が狭く、重心位置が高い車両であっても、より速く、小さく曲がることが可能になり、旋回動作の走行性能、安定性、安全性の向上が図られる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、車両に係り、例えば、互いに対抗配置された２つの駆動輪を有する横置き二輪車両の旋回走行時の姿勢制御に関する。

倒立振り子の姿勢制御を利用した車両（以下、単に倒立振り子車両という）が注目され、現在実用化されつつある。
例えば、同軸上に配置された２つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による駆動輪の姿勢を感知して駆動する技術が特許文献１で提案されている。
また、従来の円形状の駆動輪１つや、球体状の駆動輪１つの姿勢を制御しながら移動する車両が特許文献２で提案され、また、特許文献２においても各種倒立振り子車両について指摘されている。

特開２００４−２７６７２７公報 特開２００４−１２９４３５公報

このような、車両では、運転者による体重移動量、リモコンや操縦装置からの操作量、予め入力された走行指令データ等に基づいて、姿勢制御を行いながら停車状態を維持したり走行したりするようになっている。
そして、車輪を操舵したり、２つの駆動輪に差動トルクを与えたりすることで、車両の旋回を行うようになっている。

しかし、一般的な乗用車と比べて、このような１人用車両は小型であり、左右輪の間隔は狭い。また、車両全体の重量に対する乗員の重量の割合は大きく、その乗員の着座姿勢を確保すると、車両全体の重心位置は高くなる。

したがって、このような車両が旋回走行するとき、その旋回速度が高すぎると、あるいは、旋回半径が小さすぎると、遠心力によって車両が過度に傾く可能性がある。また、横転まで至らなくても、内輪側の接地荷重が小さくなるために、内輪がスリップする可能性がある。
このように、旋回性能には限界があるため、その限界値に応じた制限値を設定し、その範囲内で旋回させるようにしている。

ところが、乗員が着座位置や着座姿勢を変えたり、異なる体型の人が乗ったりすると、旋回速度や旋回曲率（旋回半径の逆数）の限界値も変化する。このため、安全を考慮すると、想定される条件変化の範囲内で最も厳しい条件に対応した制限値を設定する必要があり、各条件に適した高い制限値を設定することができなかった。
なお、搭乗物が全く無い場合や、任意の荷物を乗せて自動走行するような場合であっても同様の課題が存在する。

そこで本発明は、旋回限界値（旋回速度、旋回曲率の最大値）、及びその制限値を大きくすることが可能な横置き二輪の車両を提供することを目的とする。

（１）請求項１記載の発明では、互いに対向配置された２つの駆動輪を含む車両であって、重量体を乗せる搭乗部と、重心位置を取得する重心位置取得手段と、車軸に対して水平方向の加速度成分である横方向加速度を取得する横方向加速度取得手段と、前記取得した重心位置と横方向加速度の大きさに応じて、前記重心位置の左右方向の移動量を決定する移動量決定手段と、前記決定した重心位置の移動量に従って、前記重心位置を移動させる重心移動手段と、を車両に具備させて前記目的を達成する。
（２）請求項２に記載した発明では、請求項１に記載の車両において、前記２つの駆動輪それぞれの回転速度を取得する回転速度取得手段を備え、前記横方向加速度取得手段は、前記取得した２つの駆動輪の各回転速度を用いて前記横方向加速度を算出する、ことを特徴とする。
（３）請求項３に記載した発明では、請求項１に記載の車両において、車両に配設された加速度計を備え、前記横方向加速度取得手段は、前記加速度計による測定値を用いて横方向加速度を算出する、ことを特徴とする。
（４）請求項４に記載した発明では、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両において、前記搭乗部に配置された荷重センサと、前記重量体の高さを測定する高さセンサと、を備え、前記重心位置取得手段は、前記荷重センサ及び前記高さセンサの検出値から、重心位置を取得する、ことを特徴とする。
（５）請求項５に記載した発明では、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両において、前記重心位置取得手段は、外乱オブザーバを使用して重心位置を取得する、ことを特徴とする。
（６）請求項６に記載した発明では、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両において、前記搭乗部に配置された荷重センサと、前記重量体の高さを測定する高さセンサと、前記荷重センサ及び前記高さセンサの検出値から、重心位置を取得する直接取得手段と、重心位置を外乱オブザーバにより取得する間接取得手段と、を備え、前記重心位置取得手段は、前記直接取得手段及び間接取得手段による取得値に基づいて、重心位置を取得する、ことを特徴とする。
（７）請求項７に記載した発明では、請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の車両において、前記重心移動手段は、前記左右方向に車体を傾斜させる車体傾斜手段と、前記左右方向にウェイトを移動させるウェイト移動手段と、前記左右方向に前記搭乗部を移動させる搭乗部移動手段、のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする。
（８）請求項８に記載した発明では、請求項７に記載の車両において、前記重心移動手段は、前記車体傾斜手段と、前記ウェイト移動手段と、前記搭乗部移動手段のうちの２つ以上を備え、前記移動量決定手段は、前記決定した重心の移動量を、前記重心移動手段が備える、前記車体傾斜手段と、前記ウェイト移動手段と、前記搭乗部移動手段のうちの２つ以上に分配する分配手段を備える、ことを特徴とする。
（９）請求項９に記載した発明では、請求項８に記載の車両において、前記分配手段は、前記決定した重心の移動量の周波数成分に基づいて分配する、ことを特徴とする。

本発明では、重心位置と横方向加速度を取得し、その値に応じて、重心位置の左右方向の移動量を決定し、決定した重心位置の移動量に従って、重心位置を移動させる
構成としたので、旋回限界値や制限値を大きくすることが可能になる。

以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図１から図１９を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
旋回走行時において、車両の接地荷重中心点が両駆動輪間の外側に移動すると、その車両は横転する。
ここで、接地荷重中心点は、車両に作用する遠心力と重力との合力ベクトルＦに平行で重心を通る直線と、地面との交点を表す。このとき、合力ベクトルＦの向きは、車両の横方向加速度によって決定され、さらに、横方向加速度は，車両の旋回速度と旋回曲率によって決定される。
したがって、接地荷重中心点の位置、すなわち、車両が横転するか否かは、車両の重心位置と横方向加速度（旋回速度と旋回曲率）によって決定される。
そして、車両の重心位置を向心方向（旋回円の中心に向かう方向）へ動かせば、車両の旋回限界値は向上する。

本実施形態では、横置き二輪車両の旋回限界向上の手段として、（ａ）旋回限界値を把握する旋回限界推定システム、及び（ｂ）旋回限界値を向上させる重心位置調整システムを備える。
（ａ）旋回限界推定システムでは、車両の重心位置を高精度で推定することで旋回限界値を把握する。また、車両の横方向加速度を推定または測定することで、現在の走行状態を把握する。
重心位置の推定については、荷重計と座高計の測定値から、搭乗物（乗員や荷物等）の着座位置、重量、体型を測定し、その測定値から車両の重心位置（車体対称面からのズレ、高さ）を推定（直接推定）すると共に、横方向車体傾斜制御の制御履歴から外乱オブザーバを使用して重心位置を推定する（間接推定）。
一方、横方向加速度（遠心力の大きさ）については、各輪の回転速度計と加速度センサから決定する。

（ｂ）重心位置調整システムでは、推定した重心位置を向心方向（旋回円の中心方向）に移動させることで、旋回限界値を上げる。
すなわち、接地荷重中心点Ｓが両駆動輪間の内側で、安定した旋回走行が可能な位置となるように重心を移動させる。
重心を移動させる機構として、i)車体の傾斜機構、ii)ウェイト（おもり）の移動機構、iii）シートの平行移動機構のうちの１つ以上が使用される。
重心移動機構を複数使用する場合には、各機構の周波数特性による使い分け、及び／又は重心移動量の周波数成分による各機構への配分を行う。
これにより、本実施形態では、横置き二輪車両であっても、より速く、小さく曲がることが可能になり、旋回動作の走行性能、安定性、安全性の向上が図られる。

なお、本明細書では、表記の都合上、図面とは表記を変えている。例えば、ｄ（→∧）やθ⁽・・⁾のように、文字の後のカッコ内の記号のうち、「→」はベクトル量（行列）であることを表し「∧」は推定値であることを表し、また「・」と「・・」はカッコの前の文字に対する１階及び２階の時間微分を表すものとする。

（２）実施形態の詳細
図１は、本実施形態における車両の外観構成を例示したものである。
図１に示されるように、車両は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ、１１ｂを備えている。
両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２で駆動されるようになっている。

駆動輪１１ａ、１１ｂ（以下、両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合には駆動輪１１という）及び駆動モータ１２の上部には、重量体である荷物や乗員等が搭乗する搭乗する搭乗部１３（シート）が配置されている。
搭乗部１３は、運転者が座る座面部１３１、背もたれ部１３２、及びヘッドレスト１３３で構成されている。

搭乗部１３は、駆動モータ１２が収納されている駆動モータ筐体１２１に固定された支持部材１４により支持されている。

搭乗部１３の左脇には操縦装置３０が配置されている。この操縦装置３０は、運転者の操作により、車両の加速、減速、旋回、その場回転（信地回転）、停止、制動等の指示を行う為のものである。

本実施形態における操縦装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に操縦装置３０を配置するようにしてもよい。

また、本実施形態の車両には、操縦装置３０が配置されているが、予め決められた走行指令データに従って自動走行する車両の場合には、操縦装置３０に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを読み取る読み取り手段で構成し、または／及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成するようにしてもよい。

なお、図１において、搭乗部１３には人が搭乗している場合について表示しているが、必ずしも人が運転する車両には限定されず、荷物だけを乗せて外部からのリモコン操作等により走行や停止をさせる場合、荷物だけを乗せて走行指令データに従って走行や停止をさせる場合、更には何も搭乗していない状態で走行や停止をする場合であってもよい。

本実施形態において、操縦装置３０の操作により出力される操作信号によって加減速等の制御が行われるが、例えば、特許文献１に示されるように、運転者が車両に対する前傾きモーメントや前後の傾斜角を変更することで、その傾斜角に応じた車両の姿勢制御及び走行制御を行うようにしてもよい。また、両方式を切り替え可能にしてもよい。

搭乗部１３の下側（座面部１３１裏面側）には、図示しないが後述する荷重計５１が配置されている。
また、搭乗部の背面（背もたれ部の表側）には、図示しないが後述する座高計５２が配置されている。

また、搭乗部１３と駆動輪１１との間には、図示しないが後述するウェイト（おもり）１３４が配置されている。このウェイト１３４は、後述するウェイト駆動アクチュエータ６３によって左右方向（車軸に平行な方向）に移動可能に構成されている。

搭乗部１３と駆動輪１１との間には制御ユニット１６が配置されている。
本実施形態において制御ユニット１６は、搭乗部１３の座面部１３１の下面に取り付けられているが、支持部材１４に取り付けるようにしてもよい。

図２は、制御ユニット１６の構成を表したものである。
制御ユニット１６は、車両の走行、姿勢制御、及び本実施形態における旋回時の走行制御等の各種制御を行う制御ＥＣＵ（電子制御装置）２０を備えており、この制御ＥＣＵ２０には、操縦装置３０、走行，姿勢制御用センサ４０、重心位置測定用センサ５０、アクチュエータ６０、及びバッテリ等のその他の装置が電気的に接続されている。

バッテリは、駆動モータ１２、アクチュエータ６０、制御ＥＣＵ２０等に電力を供給するようになっている。

制御ＥＣＵ２０は、走行制御プログラム、姿勢制御プログラム、本実施形態における旋回制御処理プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。

制御ＥＣＵ２０は、車体走行制御システム２１と重心位置制御システム２３を備えている。
車体走行制御システム２１は、車両の前後方向の加減速を制御する前後加減速機能と、車両を旋回させる旋回機能を実現するように構成され、旋回機能を実現するため横方向加速度決定システム２２を備えている。
車体走行制御システム２１は、姿勢制御を行うと共に、操縦装置３０から供給される前後方向及び旋回の指示に対応した指令値を車輪駆動アクチュエータ６１に供給するようになっている。

横方向加速度決定システム２２は、走行，姿勢制御用センサ４４から供給される両駆動輪１１ａ、１１ｂの車輪回転角、及び／又は並進加速度から、横方向加速度ａを算出し、重心位置制御システム２３に供給するようになっている。

重心位置制御システム２３は、外乱オブザーバ２４と重心位置推定システム２５を備えている。
外乱オブザーバ２４は、供給された横方向加速度ａと車体傾斜角θ₁の計測値から外乱を推定することで搭乗物（乗員等）の重心位置を推定（間接推定）し、重心位置推定システム２５に推定値を供給する。

重心位置推定システム２５は、供給された横方向加速度と荷重分布、座高の測定値から搭乗物の種別（人、荷物、無し）を判定し、その種別に応じて搭乗物の重心ズレと高さを推定（直接推定）する。
また重心位置推定システム２５は、直接推定、及び間接推定による重心位置ズレと高さから、車両の重心位置を決定する。

重心位置制御システム２３は、推定した重心位置と横方向加速度の大きさに応じた車体傾斜角、ウェイト位置、搭乗部位置の目標値を決定し、実際の車両の情報がそれと一致するように、対応する指令値をアクチュエータ６０に供給する。

操縦装置３０はコントローラ３１を備えており、運転者の操作に基づいて車両走行の目標値を制御ＥＣＵ２０に供給するようになっている。

走行，姿勢制御用センサ４０は、車輪回転角を検出する車輪回転計４１と、車両の並進加速度を検出する加速度計４２、及び横方向の車体傾斜角（ロール角）を検出する車体傾斜角度計４３を備えている。
走行，姿勢制御用センサ４０による検出値は、車体走行制御システム２１、及び横方向加速度決定システム２２に供給される。

重心位置測定用センサ５０は、乗員（搭乗物）の重心位置を推定（直接推定）するのに使用する、荷重計（又は荷重分布計）と座高計（又は形状測定器）を備えている。
図３は、荷重計５１と座高計５２の配置について表したものである。
図３に示されるように、荷重計５１は搭乗部１３の下側、具体的には座面部１３１の下面部に配置されている。
荷重計５１は、シート上の荷重分布（偏心）を測定し、測定値を重心位置推定システム２５に供給するようになっている。

荷重計５１は、搭乗部１３の下側（シート構造よりも下側）に配置することで、搭乗部に配置された搭乗物だけでなく、背もたれ部１３２やヘッドレスト１３３に掛けられた荷物の荷重や、その他の箇所に配置された全ての搭乗物の荷重を測定可能に構成されている。
荷重計５１は、後述する搭乗部移動機構よりも上に設置され、搭乗部１３と共に移動するようになっている。
なお、車体の重量（以下車体重量という）と、その重心位置（以下車体重心位置という）は固定されており、設計時に予め決定してあるので、荷重計５１の計測対象外である。

本実施形態では、荷重計５１として、３軸の成分を測定可能な荷重計を３つ以上配置している。
荷重計５１は、荷重分布と同時に重量を測定し、それを搭乗物の判別や重心位置調整システムの目標位置（角度）設定に使用する。

搭乗物の重心位置を推定するためには、荷重計を横方向に２つ設置すればよいが、３つ以上の荷重計を設置することで、フェイルセーフを実現している（荷重計が１つ壊れても計測可能）。
また、３軸成分測定可能な荷重計を使用し、さらに、横方向加速度と横方向車体傾斜角のデータを利用することにより、旋回時や車体傾斜時での重心ズレの推定も可能にしている。

図３に示されるように、座高計５２は、背もたれ部１３２に配設されている。
座高計５２は、移動型（走査型）の光センサを鉛直方向（高さ方向）に走査することで搭乗物の高さ（上位のの座高）を測定するようになっている。これにより高精度な測定が可能になる。測定値は、重心位置推定システム２５に供給される
なお、複数の固定型センサを鉛直方向に配置し、搭乗物の高さを離散的に測定するようにしてもよい。

なお、本実施形態の座高計５２では、複数の光センサを水平方向に配設することで搭乗物が大きく横にずれたときでも高さの測定を可能にするのと共に、１つが故障しても他の光センサの測定値を使用することでフェイルセーフを実現している。

また、本実施形態の座高計５２によって、搭乗物の形状を推定し、その種類の判別（人、荷物、無し）に利用することも可能である。

なお、重心位置に関する情報が得られるのであれば、他の測定器で代用するようにしてもよい。
例えば、図３（ｄ）に示されるように、ねじりトルク測定器で重心ズレを測定することができる。ただし、この場合には、搭乗物の質量を測定するために、荷重計を１つだけ設置する必要がある。

図２において、アクチュエータ６０は、車体走行制御システム２１から供給される指令値に従って駆動輪１１を駆動する車体駆動アクチュエータ６１を備えている。
アクチュエータ６０は、更に、重心位置制御システム２３から供給される指令値に従って、車体傾斜機構を制御する車体傾斜アクチュエータ６２、ウェイト移動機構を制御するウェイト移動アクチュエータ６３、及び、シートの平行移動機構を制御する搭乗部移動アクチュエータ６４を備えている。
なお、各機構については、後で述べる。

以上のように構成された１実施形態としての車両における旋回限界向上制御処理について、次に説明する。
図４は、旋回限界向上制御処理の内容を表したフローチャートである。
制御ＥＣＵ２０の横方向加速度決定システム２５は、走行，姿勢制御用センサ４０の車輪回転計４１から各駆動輪１１ａ、１１ｂの車輪回転角を取得すると共に、加速度計４２から並進加速度を取得する。そして、これらのデータから車体の横方向加速度ａを決定し、重心位置制御システム２３に供給する（ステップ１１）。

図５は、車体を傾けながら旋回するときの車両の力学的状態を表したものである。
横方向加速度ａの測定は、（１）各輪（駆動輪１１ａ、１１ｂ）の車輪回転計４１（角度計）の測定値を使用する方法と、（２）加速度計４２の測定値を使用する方法がある。

（１）車輪回転計４１の測定値を使用する方法
この方法は、左右駆動輪１１ａ、１１ｂの回転速度から、横方向加速度ａ⁽¹⁾を算出する。
図５（ａ）に示されるように、乗員からみて右側の駆動輪１１ａの回転周速度をＶ_R、左側の駆動輪１１ｂの回転周速度をＶ_Lとすると、乗員（搭乗物）の重心位置Ｐにおける横方向加速度ａ⁽¹⁾は次の数式１及び数式２から算出される。

（数式１）
ａ⁽¹⁾＝Ｖ・ΔＶ／Ｄ

（数式２）
Ｖ＝Ｖ_M−（Ｙ_G／Ｄ）ΔＶ
Ｖ_M＝（１／２）（Ｖ_R＋Ｖ_L）
ΔＶ＝Ｖ_R−Ｖ_L
Ｖ_R＝Ｒ_Wω_WR
Ｖ_L＝Ｒ_Wω_WL

なお、数式２における各記号は次の通りである。
ω_WR：右輪回転角速度
ω_WL：左輪回転角速度
Ｒ_W：タイヤ接地半径
Ｄ：トレッド
Ｙ_G：実質重心位置のズレ（１つ前の時間ステップでの値を利用）

（２）加速度計４２の測定値を使用する方法
この方法は、加速度計４２で測定される並進加速度の値から、横方向加速度ａ〜⁽²⁾を算出する。
図５（ｂ）に示されるように、車体中心軸をｎ軸、車体対称面に垂直な軸をｔ軸とし、ａ_n，ａ_tをセンサ加速度（各軸方向成分）、θ₁を車体傾斜角とするとき、センサ取り付け位置における横方向加速度ａ〜⁽²⁾は次の数式３から算出される。

（数式３）
ａ〜⁽²⁾＝ａ_tcosθ₁＋ａ_nsinθ₁

本実施形態では、車輪回転計４１の測定値に基づく横方向加速度ａ⁽¹⁾と、加速度計４２の測定値に基づく横方向加速度ａ〜⁽²⁾から、横方向加速度ａを決定する。
車体走行制御システム２１は、駆動輪がスリップしているか否かを判断し、スリップしていないと判断した場合には、車輪回転計４１の測定値に基づく値ａ⁽¹⁾を横方向加速度ａとし、スリップしていると判断した場合には、加速度計４２の測定値に基づく値ａ〜⁽²⁾を横方向加速度ａとする。

以下に、本実施形態における駆動輪のスリップ判断について説明する。
初めに、車体走行制御システム２１は、次の数式４によって、車輪回転計４１の測定値に基づく乗員重心位置での横方向加速度ａ⁽¹⁾から、センサ取り付け位置での横方向加速度ａ〜⁽¹⁾を算出する。
なお、下記数式４におけるｈ_SAは、車体傾斜の回転中心から加速度センサまでの距離を表す。

（数式４）
ａ〜⁽¹⁾＝ａ⁽¹⁾＋（ΔＶ／Ｄ）²（Ｙ_G−ｈ_SAsinθ₁）

そして、車体走行制御システム２１は、Δａ＝ａ〜⁽¹⁾−ａ〜⁽²⁾を求め、Δａの絶対値が所定の閾値ε以上である場合には、スリップが生じていると判断する。
なお、右駆動輪１１ａと左駆動輪１１ｂのどちらがスリップしているかについては、次の数式５により判断できる。

（数式５）
ａ〜⁽¹⁾−ａ〜⁽²⁾≧ε …右側の駆動輪１１ａがスリップ
ａ〜⁽¹⁾−ａ〜⁽²⁾≦−ε …左側の駆動輪１１ｂがスリップ

横方向加速度決定システム２２で横方向加速度ａを求めた後、重心位置制御システム２３は、搭乗物（乗員等）の着座位置、体重、体型を計測器を使って測定する（ステップ１２）。

ついで重心位置制御システム２３の重心位置推定システム２５は、得られたデータから搭乗物の重心ズレ、高さを推定する（ステップ１３：直接推定）。
まず重心位置推定システム２５は、荷重計５１から得られた搭乗部１３上の荷重に基づき、搭乗物の質量を求める。
図６は、旋回走行時の乗員（搭乗物）およびシート（搭乗部１３）の力学的状態を表したものである。
図６において、搭乗物質量をｍ_H、シート質量をｍ_S、搭乗部全質量をｍ_c＝ｍ_H＋ｍ_S、重力加速度をｇとするとき、搭乗部に作用する力の垂直方向成分（車体中心軸に平行な方向成分）の釣り合いは、次の数式６で表される。

（数式６）
Ｆ_n＝ΣＦ_n ^(k)＝−ｍ_c（ｇcosθ₁＋ａsinθ₁）

数式６において、Ｆ_n ^(k)はＮ個の中のｋ番目の荷重計で計測された引張荷重を表し、全荷重計Ｎ個の計測値の総和をとることで、搭乗部に作用する垂直力Ｆ_nを求める。

また、θ₁は走行、姿勢制御用センサ４０で計測した横方向車体傾斜角、ａは横方向加速度決定システム２２で求めた横方向加速度であり、これらの値を使用することにより、旋回走行時や姿勢傾斜時にも搭乗物質量を求めることができる。

本実施形態では、重心位置推定システム２５は、数式６を変形して得られる次の数式７から、搭乗物質量ｍ_Hを求める。

（数式７）
ｍ_H＝（Ｆ_n／（ｇcosθ₁＋a sinθ₁））−ｍ_S

この搭乗物質量ｍ_Hの値は、全体の重心位置評価、搭乗物の種類判別、重心位置調整システムの目標位置（角度）設定に利用する。

次に、重心位置推定システム２５は、座高計から得られた搭乗物の高さ（座高、荷物の高さ）と、数式７で算出した搭乗物質量ｍ_Hに基づき、搭乗物の種類（人、荷物、無し）を判別し、その種類に適した方法で搭乗物重心高さｈ_Hを推定する。

図７は、搭乗物の種類の判別、及び、その種類に基づく重心高さｈ_Hの決定について説明したものである。
図７に示されるように、座高ζ_H、質量ｍ_H、比質量ｍ_H／ζ_Hに対して、ある閾値を設定し、それに基づいて搭乗物の種類を判別する。なお、図７及び以下の判別式で用いる各閾値は一例であり、想定される使用環境に応じて修正する。
（ａ）ｍ_H＜０．２ｋｇ、かつ、ζ_H＜０．０１ｍの場合、搭乗物は「無し」と判別する。
（ｂ）ｍ_H＞８ｋｇ、かつ、ζ_H＞０．３ｍ、かつ、ｍ_H／ζ_H＞３０ｋｇ／ｍの場合、搭乗物は「人」と判別する。
（ｃ）その他の場合（上記（ａ）、（ｂ）以外の場合）、搭乗物は「荷物」であると判別する。

以上の判別条件において、人の判別条件（ｂ）で体重に対する閾値が８ｋｇと小さいのは、子供の乗車も想定しているためである。また、比質量（単位座高当たりの重さ；ｍ_H／ζ_H）を人の判別条件に加えることで、その判別の正確性を高めることができる。
なお、小さくて重い荷物（例えば、鉄塊）を乗せた場合も人と判定しないために、上限としてｍ_H／ζ_H＜ｐ（例えば、８０ｋｇ／ｍ）を人の判別条件に加えてもよい。
また、各判別条件及び判別値は、一例であり、想定される使用条件に応じて適宜変更され、判別される。

以下、重心位置推定システム２５は、判別した搭乗物の種類に応じて、搭乗物の重心高さ（座面部１３１からの高さ）ｈ_Hを推定する。このように、搭乗物を判別し、その種類に応じて重心高さｈ_Hの推定方法（評価式）を変えることで、より正確な値を推定することができる。

（ａ）搭乗物を「無し」と判別した場合
ｈ_H＝０

（ｂ）搭乗物を「荷物」と判別した場合、重心が幾何中心よりも下にずれていると仮定し、その下方向へのズレの程度を表す偏心度γを用いて、次の数式８から重心高さｈ_Hを求める。この偏心度γはあらかじめ設定した仮定値であり、本実施形態ではγ＝０．４としている。
（数式８）
ｈ_H＝（（１−γ）／２）ζ_H

（ｃ）搭乗物を「人」と判別した場合、標準的な人の体型を基準として、数式９から重心高さｈ_Hを求める。
数式９において、ζ_H,0、ｈ_H,0は座高と重心高さの標準値であり、本実施形態では、ζ_H,0＝０．９０２ｍ、ｈ_H,0＝０．２６４ｍとする。
（数式９）
ｈ_H＝（ζ_H／ζ_H,0）ｈ_H,0

なお、ここでは、図７に従って搭乗物の種類や重心高さを求める場合について説明したが、より複雑な条件や評価式（マップ）を用いて、搭乗物の種類や重心高さを求めるようにしてもよい。

次に、重心位置推定システム２５は、荷重計５１から得られた搭乗部１３上の荷重分布、及び、これまでに取得した搭乗物情報である搭乗物質量ｍ_Hと搭乗物重心高さｈ_Hに基づいて、搭乗物の横方向の重心ズレλ_Hを求める。
図６において、搭乗部に作用する力の水平方向成分（車体対称面に垂直な方向成分）、および、基準軸（車体対称面と荷重計５１の設置面との交線）まわりのモーメントの釣り合いは、次の数式１０で表される。但し、車体傾斜運動（あるいは、搭乗部１３の傾斜運動）の角速度による遠心力や角加速度による慣性力は無視している。
この数式１０において、ｍ_c、λ_c、ｈ_c、η_c＝ｈ_c＋δ_Sは、それぞれ、搭乗部全体の質量、重心ズレ（車体軸から重心までの距離）、重心高さ（座面部１３１の座面から重心までの距離）、荷重計基準重心高さ（荷重計５１の設置面から重心までの距離）であり、数式１１で表される。
また、数式１０および数式１１において、ｍ_H、λ_H、ｈ_H、η_H＝ｈ_H＋δ_Sは、搭乗物の質量、重心ズレ、重心高さ、荷重計基準重心高さ、ｍ_S、λ_S、ｈ_S、η_S＝ｈ_S＋δ_Sは、シートの質量、重心ズレ、重心高さ、荷重計基準重心高さ、δ_Sは座面部１３１の厚さ（荷重計５１の設置面から座面部１３１の座面までの距離）、ｇは重力加速度をそれぞれ表す。

（数式１０）
Ｆ_t＝ΣＦ_t ^(k)＝ｍ_c（ｇsinθ₁−ａcosθ₁）−ｍ_Hλ_H(・・)＋Ｆ_et
Ｔ_tn＝Σ（Ｆ_n ^(k)Ｙ^(k)）
＝Ｆ_nλ_c−Ｆ_tη_c＋ｍ_Hλ_H(・・)（η_H−η_c）−Ｆ_et（η_et−η_c）

（数式１１）
ｍ_c＝ｍ_H＋ｍ_S
λ_c＝（ｍ_Hλ_H＋ｍ_Sλ_S）／ｍ_c
η_c＝（ｍ_Hη_H＋ｍ_Sη_S）／ｍ_c

数式１０において、Ｆ_n ^(k)、Ｆ_t ^(k)はＮ個の中のｋ番目の荷重計で計測された引張荷重、横方向荷重（車体対称面に垂直な方向成分）であり、全荷重計Ｎ個で総和をとることで、搭乗部に作用する垂直力Ｆ_n、横力Ｆ_tを求める。また、Ｙ^(k)はｋ番目の荷重計の取り付け位置（車体対称面からの距離）であり、これとＦ_n ^(k)との積の総和をとることで、搭乗部に作用するモーメントＴ_tnを求める。

同数式１０において、θ₁は走行、姿勢制御用センサ４０で計測した横方向車体傾斜角、ａは横方向加速度決定システム２２で求めた横方向加速度であり、これらの値を使用することにより、旋回走行時や姿勢傾斜時にも搭乗物の重心ズレや重心高さを求めることができる。

同数式１０において、Ｆ_etは外力を表し、人が外から押す力や風による力に相当する。また、η_etは外力の作用点高さ（荷重計５１の設置面からの高さ）である。これらの値は未知であり、搭乗物の重心ズレλ_Hを合わせて、数式１０の２つの式は３つの未知数を含む。
従って、外力Ｆ_etとその作用点高さη_etの両者を正確に求めることはできないが、その一方の値を仮定すれば、もう一方の値を求めることができる。例えば、空力中心（空気抵抗の作用点）の想定位置を作用点高さη_etとして仮定すれば、その空気抵抗の大きさＦ_etを評価でき、その値を走行、姿勢制御に利用することもできる。

本実施形態では、外力の影響は小さいと仮定し、Ｆ_et＝０とする。これにより、数式１０の２つの式を、以下の数式１２の形に変えることができる。この数式１２は代数式であり、簡易で安定した搭乗物重心ズレλ_Hの評価が可能である。
すなわち、重心位置推定システム２５は、これまでに求めた搭乗物の重量ｍ_Hと重心高さｈ_Hを用いて、数式１２（および数式１１）に基づき、搭乗物の重心ズレλ_Hを求める。

（数式１２）
λ_H＝（ｍ_cλ_c−ｍ_Sλ_S）／ｍ_H
λ_c＝｛Ｆ_tη_c＋Ｆ_Ha（η_H−η_c）＋Ｔ_tn｝／Ｆ_n
Ｆ_Ha＝Ｆ_t−ｍ_c（ｇsinθ₁−ａcosθ₁）

以上で説明した直接推定による搭乗物の重心ズレλ_Hと高さｈ_Hの直接推定（ステップ１２、１３）と並行して、重心位置制御システム２３は、外乱オブザーバ２４で重心位置制御における外乱を推定し、その外乱推定値に基づいて搭乗物の重心ズレと高さを推定（間接推定）する（ステップ１４、１５）。

まず、外乱オブザーバ２４は、重心位置修正制御の履歴から、その「外乱」を推定する（ステップ１４）。
図８は、外乱オブザーバ２４による外乱推定の方法を概念的に表したものである。
図８において、制御器は出力（状態量）ｙ（→）を取得し、その値が目標値に近づくような入力u（→）を制御対象に与える。このとき、推定器は入力u（→）を取得し、制御対象のモデルに基づいて、その入力u（→）から推定される出力ｙ（＾→）を求める。それと同時に、推定器は実際の出力ｙ（→）を取得し、その値と推定値ｙ（＾→）を比較する。そして、その差異の要因を「外乱」として推定し、その外乱推定値ｄ（＾→）から、制御対象の実物とモデルとの差異を推定する。

本実施形態の重心位置修正制御において、図８の制御器は重心位置制御システム２３、推定器は外乱オブザーバ２４、制御対象は重心位置調整機構である車体傾斜機構、ウェイト移動機構、シート（搭乗部１３）移動機構、入力u（→）は各重心位置調整機構を作動させるアクチュエータの駆動トルク（力）指令値、出力ｙ（→）は重心位置調整機構の状態量である車体傾斜角、ウェイト位置、シート位置をそれぞれ表す。
そして、搭乗物の質量と重心高さが、それぞれ想定値（ノミナル値）ｍ_H ⁽ⁿ⁾、ｈ_H ⁽ⁿ⁾であり、その重心が車体軸上にあり、車両が直進走行しているときの重心位置修正制御の対象をモデルとする。すなわち、搭乗物の重心ズレ、搭乗物の力学的パラメータ（質量、重心高さ、慣性モーメント）の想定値（ノミナル値）との差異、旋回走行に伴う遠心力の３つに起因する重心位置制御系への影響量を外乱ｄ（→）とし、その推定値ｄ（＾→）に基づいて、搭乗物の質量、重心高さ、重心ズレの値を推定する。

以下に、外乱推定値ｄ（＾→）を求めるのに必要な式の導出について説明する。
図９は、重心位置調整システムの力学モデルを示したものである。
この図９及び、これ以降の数式１４、１５、１６で用いられる各記号は、次の通りである。

θ₁；車体傾斜角
ξ_B；バランサ位置（車体中心からのズレ）
ξ_SL；搭乗部位置（車体中心からのズレ）
τ₁；車体傾斜トルク（アクチュエータ出力）
Ｓ_B；ウェイト駆動力（アクチュエータ出力）
Ｓ_SL；搭乗部駆動力（アクチュエータ出力）
ｇ；重力加速度
ａ；横方向加速度（実質重心位置での値）
ｍ₁；車体傾斜部総質量（可動部、乗員含む）
ｍ_B；ウェイト質量
ｍ_SL；搭乗部質量（乗員含む）
ｌ₁；車体傾斜部基本重心距離（回転中心からの距離）
ｌ_B；ウェイト基本重心距離（回転中心からの距離）
ｌ_SL；搭乗部基本重心距離（回転中心からの距離）
Ｊ₁；車体傾斜部慣性モーメント（回転中心周りでの値、乗員含む）
Ｄ₁；車体傾斜部の回転運動に対する粘性摩擦係数
Ｄ_B；ウェイトの並進運動に対する粘性摩擦係数
Ｄ_SL；搭乗部の並進運動に対する粘性摩擦係数
ｍ_H；搭乗物質量
λ_H；搭乗物重心ズレ
ｌ_H；搭乗物重心距離
Ｊ_H；搭乗物慣性モーメント（回転中心周りでの値）
上付き文字（ｎ）は、乗員に関するパラメータ値を想定値（ノミナル値）としたときの値を表す。

図９において、重心位置調整システムを表す力学モデルは、次の数式１３のような線形２階微分方程式の形で表現される。
数式１３において、ｘ_s（→）は基本状態、ｕ（→）は入力、Ｐ_uは入力作用経路であり、これらは数式１４で表される。また、Ｍ_s、Ｃ_s、Ｋ_sは、系の力学的特性を意味するパラメータ行列であり、数式１６で表される。なお、Ｉは単位行列を表す。

数式１３において、ｄ（→）は外乱を表し、旋回走行時の遠心力による外乱ｄ_a（→）、搭乗物の重心ズレによる外乱ｄλ（→）、搭乗物の力学的パラメータの違いによる外乱ｄΔ（→）の３つの和として、次の数式１６で表される。
また、Ｐ_dは外乱進入経路であり、次の数式１７で表される。

（数式１７）
Ｐ_d＝Ｉ

次に、力学モデルである数式１３を状態方程式の形で表すと、数式１８のようになる。
数式１８における状態変数ベクトルｘ（→）、及び各行列は、数式１９に示す通りである。

そして、数式１８の制御対象モデルにおける外乱ｄ（→）に対して、その推定値ｄ（＾→）を求める外乱オブザーバは、次の数式２０で表される。
数式２０において、u（→）は入力、ｘ（→）は状態量であり、上付き文字（ｋ）はその離散データにおける時間ステップ、すなわち、時刻ｔ＝ｋΔｔ（Δｔは離散時間刻み）での値を表す。

外乱オブザーバ２４は、以上で導出された数式２０の外乱オブザーバによって、入力u（→）と状態量ｘ（→）から、外乱推定値ｄ（→）を求める。

数式２０において、Lはオブザーバのフィードバックゲイン（行列）であり、推定値の収束時間と安定性を考慮して、例えば、極配置法によって、その値を決定する。一般に、推定時間（推定値の収束時間）を短くすると、その安定性は低下するため、推定にはある程度の時間が必要である。

数式２０で表されるオブザーバは、最小次元オブザーバであり、状態量ｘ（→）に観測値をそのまま用いることにより、少ない計算量（短い計算時間）で外乱を推定することが可能である。なお、計算量が多くても推定計算のロバスト性を優先させる場合には、状態量ｘ（→）に対しても、その推定量を用いる完全次元オブザーバを適用してもよい。
また、本実施形態では、すべての状態量ｘ（→）を出力ｙ（→）として取得する場合、すなわちｙ（→）＝ｘ（→）を想定しているが、必要なセンサの数を減らすこと等を目的として、状態量の一部に推定値を用いてもよい。

以上により推定された外乱推定値ｄ（∧→）は、外乱オブザーバ２４から重心位置推定システム２５に供給される。
重心位置推定システム２５は、外乱推定値ｄ（∧→）に基づき、搭乗物の質量及び重心位置（重心ズレと高さ）を推定する（ステップ１５）。

上述の数式１６を整理することにより、外乱ｄ（→）は、数式２１に示すように、外乱係数行列Λと状態量ベクトルη（→）の積で表すことができる。

まず、重心位置推定システム２５は、外乱の詳細を表す数式２１に基づいた最小自乗法を用いて、外乱係数行列Λを求める。
すなわち、参照時間T_ref＝（Ｎ−１）Δｔにおける、外乱推定値ｄ^(k)（＾→）と状態量ベクトルη^(k)（→）の時間履歴（ｋ＝１〜Ｎ）によって、次の数式２２から外乱係数行列Λを求める。

数式２２において、状態量ベクトルη（→）の加速度（角加速度）θ₁(・・)，ξ_SL(・・)は、センサによって得られた位置（角度）、あるいは、速度（角速度）の差分をとることで得られる。
また、参照時間Ｔ_refについては、オブザーバの推定収束時間（推定時間）よりも長い時間を設定する必要がある。
なお、数式２２において、η（→）の相関を無視する、すなわち、状態量ベクトルのテンソル積η（→）η（→）の非対角成分を零と近似することにより、計算を簡素化しても よい。

次に、重心位置推定システム２５は、得られた外乱係数行列Λの各成分から、搭乗物の力学的パラメータの偏差（想定値との差）である搭乗物質量偏差Δ（ｍ_H）、搭乗物１次モーメント偏差Δ（ｍ_Hｌ_H）を求める。

数式２１における外乱係数行列Λの表記で明らかなように、両搭乗物パラメータ偏差Δ（ｍ_H）、Δ（ｍ_Hｌ_H）は、外乱係数行列Λの複数の要素に対応しており、そのいずれからでも、パラメータ偏差の値を求めることができる。
このような冗長性に対して、本実施形態では、外乱係数行列Λの各要素に対して、それに対応する状態量の分散（値のばらつきの程度）を重みとして与えることで、パラメータ偏差のより正確な評価を実現する。これは、数式２２の最小自乗法において、状態量ベクトルη（→）の要素の時間変動（値のばらつき）が大きいほど、より正確に外乱推定行列Λの要素の値を評価できることを考慮した結果である。

すなわち、搭乗物質量偏差Δ（ｍ_H）、搭乗物１次モーメント偏差Δ（ｍ_Hｌ_H）は、数式２３、２４からそれぞれ求められる。
数式２３、２４において、Λ_ijは外乱係数行列Λのｉ行ｊ列要素を表し、それに基づく各評価値に対する重みＷ₂、Ｗ₃、Ｗ₄、Ｗ₅、Ｗ₆は、数式２５で表される。
なお、これらの数式において、ｍ₁は車体傾斜部の質量、ｌ₁は車体傾斜部の基本重心距離、ｍ_SLは搭乗部質量、ｇは重力加速度、ａは車両の横方向加速度、θ₁は車体傾斜角、ξ_SLは搭乗部位置であり、ｘ（−）は参照時間Ｔ_refにおけるｘの時間平均値を表す。

最後に、重心位置推定システム２５は、求めた搭乗物質量偏差Δ（ｍ_H）と搭乗物一次モーメントΔ（ｍ_Hｌ_H）から、次の数式２６に従って、搭乗物の質量ｍ_H、重心高さｈ_H、重心ズレλ_Hを求める。
なお、数式２６において、ｇは重力加速度を表す。

以上のように、重心位置推定システム２５において、直接推定（ステップ１２、１３）による搭乗物の質量と重心位置の推定値、及び間接推定（ステップ１４、１５）による同推定値を取得した後、重心位置制御システム２３は、両推定値に基づいて、車両全体の質量と重心位置を決定する（ステップ１６）。
まず、重心位置制御システム２３は、搭乗物の質量ｍ_H、重心高さｈ_H、重心ズレλ_Hについて、計測器による直接推定値とオブザーバによる間接推定値から、次の（ｉ）〜（ｉｖ）の手順により、制御に適用する各パラメータ値を決定する。このように、両推定法による推定値を使い分ける、あるいは、併用することで、より正確なパラメータ値の推定を実現している。

（ｉ）走行状態に応じた使い分け
外乱オブザーバ２４は、状態量の変化がある程度大きく、また十分な観測時間がないと、パラメータ値を高精度で推定できない。そこで、制御開始時（制御開始からある設定時刻Ｔ１までの間）や、穏やかな走行時には、直接推定値をそのまま制御に適用するのと共に、その値を外乱オブザーバ２４の初期値として与える。

なお、走行状態が「穏やか」であるか否かの判断については、例えば、次の数式２７で表される不等式を満たしたときに、現在の走行状態が穏やかであると判断する。
数式２７において、Ｗ₀は予め設定した閾値であり、この値によって走行状態を判断する。また、ａは横方向加速度、θ₁は車体傾斜角、ξ_SLは搭乗部位置、ｇは重力加速度、ｌ₁は車体傾斜部基本重心距離（ノミナル値）であり、添字^(k)は、時間ステップを表す。

（ｉｉ）フェイルセーフとしての併用
本実施形態では、直接推定および間接推定による両推定値について、一方の推定値を他方の推定システムのフェイル判定指標に用いる。
すなわち、重心位置制御システム２３は、両推定値の値の差が大きい場合（所定値以上の場合）には、どちらか一方の推定値が異常であると判断する。そして、詳細な検討を行った後、異常である可能性が高い方の推定システムをフェイルとみなし、他方の推定値を採用する。
なお、このフェイルセーフ判定指標としての両推定値の使用については、他の（ｉ）（ｉｉｉ）（ｉｖ）とは別に、常時使用してもよい。

両推定値のどちらが異常であるかの判断については、例えば、次の数式２８および数式２９で表される条件のうちで、少なくとも一つを満足するとき、計測器による直接推定システムが異常であると判断する。
数式２８は出力値の不自然な変化を検出する条件、数式２９は未出力状態を検出する条件であり、両式中のｐ_[1]は計測器によるパラメータ推定値（搭乗物の質量、重心高さ、重心ズレのいずれか）を表す。また、ｐ_[1]maxは判別条件の閾値であり、予め妥当な値を設定しておく。

（ｉｉｉ）周波数成分に応じた使い分け
図１０は、直接推定と間接推定による両推定値を共に使用する際の重み付けについて、その一例を示したものである。
直接推定（ステップ１２、１３）と間接推定（ステップ１４、１５）には、各々評価可能な上限の周波数が存在する。
すなわち、計測器による直接推定には、各センサの性能（固有振動数、応答性能）に基づく上限周波数ｆ₁が存在し、オブザーバによる間接推定には、フィードバックゲインによって決定される推定値収束速度（推定時間）に基づく上限周波数ｆ₂が存在する。

そこで、本実施形態では、図１０（ａ）に示されるように、推定方法の上限周波数ｆ₁、ｆ₂を閾値とする３つの周波数帯域に両推定値を分割し、各々の周波数帯域で両推定値に対する重み付けを変える。
まず、直接推定における計測器測定限界ｆ₁以上の周波数成分については考慮しない。
次に、オブザーバの安定推定限界ｆ₂以上の周波数成分については、直接推定による推定値を採用する。そして、それ以下の周波数成分については、２つの推定値を考慮して、制御に使用するパラメータの値を決定する。

この周波数分割は、２つのローパスフィルタを使うことで実現できる。直接推定によるパラメータ推定値をｐ_[1]、間接推定によるパラメータ推定値をｐ_[2]とした場合、両推定値ｐ_[1]、ｐ_[2]に対し、直接推定値の高周波成分ｐ_Highは数式３１によって、直接推定値及び間接推定値の低周波成分ｐ_Low[1]、ｐ_Low[2]は数式３２によって、それぞれ抽出できる。

数式３０及び３１において、Ｆ_LPF［ｘ^(k)；ｆ_c］はローパスフィルタを表す関数であり、ｘ^(k)は被フィルタリング変数、ｆ_cはカットオフ周波数を表す。ローパスフィルタＦ_LPFについては、例えば、次の数式３２で表すような１次フィルタで実現できる。なお、数式３２において、Ｔ_Sはサンプリング周期を表す。

（ｉｖ）信頼性に合わせた使い分け
推定したパラメータの種類（質量ｍ_H、重心ズレλ_H、重心高さｈ_H）によって、直接推定値と間接推定値のどちらがより正確か、すなわち、その信頼度は異なる。
そこで、本実施形態では、各パラメータ推定値の低周波成分に対して、その信頼度に応じて予め設定された重みを与える。直接推定値に対する重みをω_[1]、間接推定値に対する重みをω_[2]とするとき、制御に適用するパラメータ値である搭乗物の質量ｍ_H、重心ズレλ_H、重心高さｈ_Hは、次の数式３３から得られる。

図１０（ｂ）に例示した、両推定値に対する重みの設定値の例を以下に示す。この設定値は、計測器による直接推定において、質量ｍ_Hの信頼度が高いこと、また、オブザーバによる間接推定において、重心高さｈ_Hの信頼度が高いことに基づく。

・搭乗部質量ｍ_H ；直接推定重みω_m[1]＝０．９、間接推定重みω_m[2]＝０．１
・搭乗部重心ズレλ_H；直接推定重みωλ_[1]＝０．５、間接推定重みωλ_[2]＝０．５
・搭乗部重心高さｈ_H；直接推定重みω_h[1]＝０．３、間接推定重みω_h[2]＝０．７

搭乗物の力学的パラメータである質量ｍ_H、重心ズレλ_H、重心高さｈ_Hを決定した後、重心位置制御システム２３は、車体と搭乗物（乗員等）を合わせた車両の全体の重心位置を求める。
図１１は、基本状態と調整状態における重心位置を表したものである。
最初に、重心位置制御システム２３は、図１１（ａ）に示すような、各重心位置調整機構を機能させていない状態、すなわち、車体を傾けていない、ウェイトや搭乗部が中心（基準位置）にある状態での車両の重心位置を求める。
なお、以降では、上記の状態を基本状態、この状態における車両の重心位置を基本重心位置と呼ぶ。

車両の質量ｍ、および、基本重心位置である基本重心ズレλと基本重心距離ｌは、次の数式３４から求められる。
数式３４において、ｍ_H、λ_H、ｈ_H、ｌ_H＝ｈ_H＋ｌ₀は、搭乗物の質量、重心ズレ、重心高さ、重心距離をそれぞれ表す。ｌ₀は、車体傾斜の回転中心から座面部１３１の座面までの距離である。また、ｍ_CB、ｌ_CBは車体の質量、重心距離をそれぞれ表す。なお、車体の重心ズレはλ_CB＝０とする。

（数式３４）
ｍ＝ｍ_H＋ｍ_CB
λ＝ｍ_Hλ_H／ｍ
ｌ＝（ｍ_Hｌ_H＋ｍ_CBｌ_CB）／ｍ

次に、重心位置制御システム２３は、図１１（ｂ）に示すような、各重心位置調整機構を動作させた状態、すなわち、車体が傾斜し、ウェイトや搭乗部が中心（基準位置）から動いている状態での車両の重心位置を求める。
なお、以降では、上記の状態を調整状態、この状態における車両の重心位置を実質重心位置と呼ぶ。

車体傾斜の回転中心を基準点とするとき、その基準点からの車軸方向へのズレＹ_G、および、鉛直方向へのズレＺ_Gは、全質量ｍ、基本重心ズレλ、基本重心距離ｌに基づき、次の数式３５から得られる。
数式３５において、θ₁は車体傾斜角、ｍ_SLは搭乗部移動機構によって移動する質量、ξ_SLは搭乗部位置、ｍ_Bはウェイト移動機構によって移動する質量、ξ_Bはウェイト位置を表す。

（数式３５）
Ｙ_G＝ｌsinθ₁＋λ₀cosθ₁
Ｚ_G＝ｌcosθ₁−λ₀sinθ₁
λ₀＝λ＋（ｍ_SLξ_SL＋ｍ_Bξ_B）／ｍ

各推定値に基づいて、車両の重心位置を決定した後、重心位置制御システム２３は、その重心位置と横方向加速度から重心位置修正量を設定する（ステップ１７）。
図１２は、横方向加速度と基本重心位置から決まる基本接地荷重中心点Ｓ、基本接地荷重中心位置λ_GF、及び基本接地荷重偏心度βについて表したものである。

図１２に示されるように、基本接地荷重中心点Ｓは、遠心力と重力の合力ベクトルＦと平行で重心を通る直線と地面との交点であり、車体中心軸に対する点Ｓの相対位置（ズレ）を基本接地荷重中心位置λ_GFとする。
また、λ_GFを半トレッドＤ／2で無次元化した値が、基本接地荷重偏心度βであり、−１＜β＜１ならば、基本接地荷重中心点は両駆動輪１１の間に存在する。

このように、各重心位置調整機構を動作させていない基本状態での安定性を知ることにより、重心位置の調整が必要か否かを容易に判断することができ、不必要な重心位置調整や重心位置調整機構の相殺動作（複数の機構が互いにその効果を打ち消しあうように動作すること）を避けられる。

基本接地荷重偏心度β、および、基本接地荷重中心位置λ_GF、基本重心位置での横方向加速度a_BCは、次の数式３６から求められる。
数式３６において、Ｒ_Wはタイヤ接地半径、Ｄはトレッド（両駆動輪１１ａ、１１ｂ間の距離）、Ｙ_Gは実質重心ズレ、λは基本重心ズレ、ｌは基本重心距離、θ₁は車体傾斜角、ΔＶは車輪回転周速度差、ｇは重力加速度である。

（数式３６）
β＝λ_GF／（Ｄ／２）
λ_GF＝λ−（ａ_BC／ｇ）（ｌ＋Ｒ_W）
ａ_BC＝ａ＋（ΔＶ／Ｄ）²（Ｙ_G−λ＋Ｒ_Wsinθ₁）

なお、数式３６では、基本状態と実質状態の重心位置の違いによる加速度値の変化を考慮しているが、加速度計の計測値を使用している場合（スリップしている場合）には、加速度の補正は行なわず、ａ_BC＝ａとする。

この数式３６から得られた基本接地荷重偏心度βの値により、基本状態における車両の安定度を次のように判定することができる。
（ａ）β＝０…中立状態；最も安定な状態
（ｂ）｜β｜＞１…車体横転；基本接地荷重点のずれている方向に車体が横転する
（ｃ）｜β｜＞β_slip…片輪スリップ；基本接地荷重点から遠い側の駆動輪がスリップする（結果的に車両がスピンし、横転する可能性が高い）

片輪スリップの条件（ｃ）における閾値β_slipは、次の数式３７から得られる。
数式３７において、ａ_BCは基本重心位置での横方向加速度、ｇは重力加速度、λ_GFはタイヤ接地半径、ｍは車両の質量である。また、τ_w*は基本接地荷重中心点から遠い側の駆動輪の駆動トルクを表す。

数式３７において、μはタイヤ路面間の摩擦係数である。本実施形態では、予め設定した想定値を与えるが、計測器による測定値やオブザーバなどによる推定値を用いてもよい。

数式３７から明らかなように、β_slipは１よりも小さい。すなわち、駆動トルクを与えている場合には、車両が横転する前に片輪がスリップする。そこで、本実施形態では、このスリップ限界β_slipを安定限界とする。

次に、重心位置制御システム２３は、求めた基本接地荷重偏心度βに基づいて、接地荷重偏心度修正量Δβ^*を決定する。

図１３は、基本接地荷重偏心度βに対する、接地荷重偏心度目標値β^*と接地荷重偏心度修正量Δβ^*を表したものである。
重心位置制御システム２３は、接地荷重偏心度修正量Δβ^*を、例えば、図１３（ｂ）、（ｃ）、あるいは、次の数式３８から求める。

数式３８において、β_safeは偏心度制限値であり、基本接地荷重偏心度βがこの値を超えない限り、重心位置の調整を行わない。これにより、微小な接地荷重点の移動に対して、不必要なエネルギー消費を無くすのと共に、搭乗部１３及び搭乗物の揺動を抑えることができる。

この偏心度制限値β_safeは、例えば、次の数式３９によって設定する。

（数式３９）
β_safe＝β_slip／Ｃ_safe

数式３９において、Ｃ_safeは安全係数であり、この値を１よりも大きくする、すなわち、β_safeをβ_slipよりも低く設定することにより、重心位置や横方向加速度の測定、推定における誤差や、各重心位置調整機構では対応できない高周波の変動に対する安全性を確保する。本実施形態では、この値をＣ_safe＝１．５とする。

なお、安全領域｜β^*｜＜β_safeの範囲内であれば、数式３８の代わりに、他の修正値決定方法を使用してもよい。例えば、最も安全な条件である完全対応型として、Δβ^*＝−β（β^*＝０）としてもよい。

次に、重心位置制御システム２３は、算出した接地荷重偏心度修正量Δβ^*を重心位置調整機構に振り分ける（ステップ１８）。

本実施形態では、重心位置を調整する機構として、車体傾斜機構、ウェイト移動機構、搭乗部移動機構を備えており、各機構は以下のような特徴を持つ。
車体傾斜機構は、その対象となる慣性が大きいことから、低周波域の遅くて大きい変動に対して効果的であり、車体と共に搭乗部および乗員（搭乗部）を傾けることができる。この効果は、乗員が体感する横方向加速度の調整に利用できる。
ウェイト移動機構は、ウェイトの質量が車両に比べて小さいことから、高周波域の速くて小さい変動に対して効果的である。
搭乗部移動機構は、車体傾斜機構と同様に、低周波域の遅くて大きい変動に対して効果的であるが、搭乗部および搭乗物は傾かない。これにより、乗員の姿勢を変えることなく、重心位置を調整できる。
以上のような特徴を考慮して、接地荷重偏心度修正量Δβ^*を振り分ける。

初めに、重心位置制御システム２３は、接地荷重偏心度修正量Δβ^*から、センサのデータが含むノイズ成分や車体運動への影響が小さい超高周波成分を除去する。
すなわち、次の数式４０で表されるように、接地荷重偏心度修正量Δβ^*に対してローパスフィルタをかけることにより、その超高周波成分を取り除き、実際に重心位置調整機構で対応する実質接地荷重偏心度修正量Δβ₀ ^*を求める。
なお、ローパスフィルタＦ_LPFとしては、例えば、前述の数式３２で示した一次フィルタを使用し、そのカットオフ周波数ｆ₀は、センサのサンプリング周期や車両運動制御の固有周波数に基づいて、あらかじめ設定しておく。

次に、重心位置制御システム２３は、求めた実質接地荷重偏心度修正量Δβ^* ₀の中で、ウェイト移動機構に割り当てる高周波成分Δβ^* _Bを抽出する。
図１４は、フィルタのゲイン線図（重み付け）を表したものである。
図１４あるいは次の数式４１に示すように、実質接地荷重偏心度修正量Δβ^* ₀をローパスフィルタＦ_LPFによって、低周波成分Δβ^* _Lowと高周波成分Δβ^* _Highに分割する。なお、フィルタのカットオフ周波数ｆ₁は、車体傾斜および搭乗部移動制御の対応限界速度（固有周波数）に基づいて、あらかじめ設定しておく。

そして、数式４１に示すように、得られた実質接地荷重偏心度修正量の高周波成分Δβ^* _Highは、全てウェイト移動機構の負担分Δβ^* _Bとする。

次に、重心位置制御システム２３は、旋回走行時に乗員が体感する（搭乗物に作用する）横方向加速度を考慮して、残った実質接地荷重偏心度修正量の低周波成分Δβ^* _Lowを車体傾斜機構と搭乗部移動機構へ分配する。

まず、重心位置制御システム２３は、車両の横方向加速度ａに基づいて、平衡傾斜角φ_eqを求める。
図１５（ａ）で示されるように、平衡傾斜角φ_eqは、遠心力と重力の合力ベクトルＦと鉛直軸のなす角度を表す。この角度は、乗員（搭乗物）に作用する力の向きに等しく、乗員（搭乗物）に作用する遠心力の増加と共に大きくなる。

この平衡傾斜角φ_eqは、次の数式４２で求められる。
数式４２において、ａは横方向加速度、ｇは重力加速度、ΔＶは左右輪回転周速度差、Ｄはトレッド、Ｙ_Gは車両の実質重心ズレ、λ_Hは乗員（搭乗物）の基本重心ズレ、ｌ_Hは乗員（搭乗物）の基本重心距離、θ₁は車体傾斜角、ξ_SLは搭乗部の位置を表す。
なお、ａ_Hは乗員（搭乗物）の重心位置における横方向加速度を表すが、加速度計の計測値をそのまま使用している場合（スリップしている場合）には、加速度の補正は行わず、ａ_H＝ａとする。

（数式４２）
φ_eq＝tan^-1（ａ_H／ｇ）
ａ_H＝ａ−（ΔＶ／Ｄ）²（Ｙ_GH−Ｙ_G）
Ｙ_GH＝ｌ_Hsinθ₁＋（λ_H＋ξ_SL）cosθ₁

ちなみに、乗員が体感する加速度の横方向成分（車体対称面に垂直な方向成分）ａ_Htは、次の数式４３で表される。
この数式４３から明らかなように、車体を平衡傾斜角まで傾けると、すなわち、θ₁＝φ_eqとすると、乗員は横方向の力を感じなくなる。

（数式４３）
ａ_Ht＝（√（ａ²＋ｇ²））sin（φ_eq−θ₁）

次に、重心位置制御システム２３は、算出した平衡傾斜角φ_eqに基づき、車体傾斜角の目標値θ₁ ^*を決定する。
数式４３において、乗員が体感する（搭乗物に作用する）横方向加速度ａ_Htは、乗員（搭乗物）に作用する遠心力の大きさに相当する平衡傾斜角φ_eq（および、車両の横方向加速度ａ）と、乗員（搭乗物）の傾きに等しい車体傾斜角θ₁によって決まる。
従って、車体傾斜角θ₁を操作することにより、任意の乗員体感横方向加速度ａ_Htを実現できる。

本実施形態では、図１５（ｂ）、あるいは、次の数式４４によって、車体傾斜角の目標値θ₁ ^*を決定する。
これにより、大きな遠心力による乗員への負荷の軽減と、遠心力の一部を体感することによる乗員の旋回状態の認識との両立が実現できる。

数式４４において、Ｃ_SA、φ₀はパラメータであり、予め設定した値を用いる。
Ｃ_SAは加速度変化感知係数であり、横方向加速度の増減に対する体感加速度の増減の比を表す。
また、φ₀は不感帯上限値であり、この値を平衡傾斜角φ_eqに対する閾値として用いることにより、以下に示すような、平衡傾斜角φ_eq（横方向加速度ａ）の大小による車体傾斜角目標値θ₁ ^*の決定手法の切り替えを実現している。

（ａ）平衡傾斜角φ_eqが小さい、すなわち、遠心力が小さい場合（│φ_eq│＜│φ₀│）には、車体を傾けない（目標傾斜角をθ₁ ^*＝０とする）。
これにより、乗員の姿勢や視界の細かい揺動を防ぐことが可能になる。
また、車体（搭乗部１３）の傾斜に必要なエネルギーを節約することができる。特に滑りネジ型のアクチュエータを使用して車体（搭乗部１３）を傾斜させる場合に有効である。

（ｂ）平衡傾斜角φ_eqが大きい、すなわち、遠心力が大きい場合（│φ_eq│＞│φ₀│）は、車体をある程度傾ける。
これにより、遠心力に伴う乗員身体への負荷、及び車体の横転や自身の落下などの乗員の精神的不安を軽減することができる。
また、車体を平衡傾斜角まで傾けないことにより（｜θ₁ ^*｜＜｜φ_eq｜）、乗員は車両が旋回状態にあることを体感できる。
さらに、平衡傾斜角（遠心力）の増加に従って、車体傾斜角目標値θ₁ ^*と平衡傾斜角φ_eqの差を大きくすること、すなわち、図１５（ｂ）における直線θ₁ ^*＝φ_eq（完全平衡）の傾きよりも小さな傾きとすることにより（Ｃ_SA＞０）、乗員に横方向加速度の増減を体感させることができる。

なお、数式４４、あるいは、図１５（ｂ）で示される車体傾斜角目標設定関数は、本実施形態で使用する場合の例示であり、他の関数を用いてもよい。例えば、θ₁ ^*＝φ_eq（完全平衡）とすれば、乗員に全く遠心力を負担させることなく走行することが可能となる。
また、その関数を、平衡傾斜角φ_eqから車体傾斜角目標値θ₁ ^*への変換テーブルとして記憶しておき、該変換テーブルに従って車体傾斜角目標値θ₁ ^*を決定するようにしてもよい。

さらに、乗員の好みや搭乗物の種類に応じて、車体傾斜角目標設定関数を切り替えてもよい。
乗員の好みに応じて切り替える場合、例えば、操縦装置３０にパラメータ変更入力装置を設置し、それを乗員が操作することにより、車体傾斜角目標設定関数のパラメータを、連続的あるいは離散的に変えられるようにしてもよい。
搭乗物の種類に応じて切り替える場合、例えば、ステップ１３（図７）における搭乗物種類の推定結果に基づき、以下のように切り替えてもよい。
（ａ）搭乗物が「人」ならば、数式４４、あるいは、図１５（ｂ）に示す関数を用いる。
（ｂ）搭乗物が「荷物」ならば、常に車体を平衡傾斜角φ_eqまで傾け、荷物の転倒や落下を防ぐ。
（ｃ）搭乗物が「無」ければ、常に車体を傾けずに、エネルギーの浪費を防ぐ。

次に、重心位置制御システム２３は、決定した車体傾斜角の目標値θ₁ ^*に基づいて、実質接地荷重偏心度修正量の低周波成分Δβ_Low ^*を、車体傾斜機構と搭乗部移動機構へ分配する。

実質接地荷重偏心度修正量の車体傾斜機構負担分Δβ_CL ^*は数式４５により、搭乗部移動機構負担分Δβ_SL ^*は数式４６により、それぞれ決定される。
これにより、接地荷重偏心度修正量Δβ_Low ^*で達成される車体横転に対する安全性確保と、車体傾斜角目標値θ₁ ^*で達成される乗員の乗り心地の確保を両立させることができる。
数式４５及び４６において、ａは車両の横方向加速度、ｇは重力加速度、Ｄはトレッド、Ｒ_Wはタイヤ接地半径、ｌは車両の基本重心距離、λは車両の基本重心ズレを表す。

（数式４６）
Δβ_SL ^*＝Δβ_Low ^*−Δβ_CL ^*

最後に、重心位置制御システム２３は、実質接地荷重偏心度修正量の車体傾斜機構負担分Δβ_CL ^*と搭乗部移動機構負担分Δβ_SL ^*に対して、相殺動作の防止処理を行う。
これにより、両機構の不必要な相殺動作（互いに効果を打ち消しあう動作）、特に、接地荷重中心点を最安定位置から遠ざけるように搭乗部を動かすことを防ぐことができる。

図１６は、低周波重心位置調整機構による協力動作と相殺動作について表したものである。
このような各条件に対して、不必要な動作を行っている場合のみ、各機構負担分の設定値Δβ_CL ^*、Δβ_SL ^*を修正する。

（ａ）β_CL ^*・Δβ_SL ^*＞０の場合、両機構は共に同じ方向に重心（接地荷重中心点）を動かすように動作する（協力動作）。この場合には、両機構の負担分Δβ_CL ^*、Δβ_SL ^*共に修正の必要はない。
（ｂ）β_CL ^*・Δβ_SL ^*＜０の場合、両機構は互いに逆の方向に重心（接地荷重中心点）を動かすように動作する（相殺動作）。この条件は、さらに以下の２つの条件に分けて扱う。
（ｂ１）β_Low ^*・Δβ_CL ^*＞０の場合、車体傾斜機構は、系全体が目標とする重心移動の方向と同じ方向に動作するが、搭乗部移動機構は、その逆に動作する。この動作は無意味であるため、搭乗部移動機構の負担分をΔβ_SL ^*＝０と修正し、搭乗部の逆動作を防ぐ。なお、車体傾斜機構の負担分Δβ_CL ^*については、修正する必要はない。
（ｂ２）β_Low ^*・Δβ_CL ^*＜０の場合、車体傾斜機構は、系全体が目標とする重心移動の方向と逆の方向に動作する。この動作は、重心移動に対しては無駄であるが、乗員の乗り心地に対しては有効である。従って、この場合には、両機構の負担分Δβ_CL ^*、Δβ_SL ^*共に修正しない。なお、乗員の乗り心地の向上よりも、各機構の動作に伴うエネルギー消費の低減を優先させる場合には、車体を傾けない、すなわち、Δβ_CL ^*＝０と修正してもよい。

車体傾斜機構、ウェイト移動機構、搭乗部移動機構の各機構に対する実質接地荷重偏心度修正量の負担分を決定した後、重心位置制御システム２３は、その負担分に応じて各機構を動かし、重心位置を移動させることでその負担分を実行する（ステップ１９〜ステップ２１）。

重心位置制御システム２３は、車体傾斜機構を使って、車体を目標傾斜角θ₁ ^*に傾けることにより、重心位置を調整する（ステップ１９）。
車体傾斜角目標値θ₁ ^*は、ステップ１８で車体傾斜機構に分配された実質接地荷重偏心度修正量の負担分Δβ_CL ^*に基づき、次の数式４７によって決定される。
数式４７において、ａは横方向加速度、ｇは重力加速度、Ｒ_Wはタイヤ接地半径、Ｄはトレッド、ｌは車両の基本重心距離、λは車両の基本重心ズレである。

なお、車体傾斜角目標値θ₁ ^*については、ステップ１８の数式４４で一度求めており、その後でΔβ_CL ^*に対する修正が無ければ、前に求めた値をそのまま用いてもよい。

図１７は、車体を目標角θ₁ ^*に傾斜させる車体傾斜機構について、その構成例を表したものである。
この車体傾斜機構は、搭乗部傾斜手段として機能し、搭乗部１３を含む車体の一部を横方向に傾けることによって、車両の重心を移動させる。この機構は、可動部の質量（慣性）が大きいため、重心をゆっくり大きく移動させるのに適する。また、車体と共に搭乗部および乗員も傾くことを利用して、乗員の感じる遠心力の程度を調整することも可能である。

図１７（ａ）の車体傾斜機構は、駆動輪１１ａ、１１ｂに配置されたリンク機構７０を備えている。
リンク機構７０は、上部リンク７１、下部リンク７２を備え、両リンク７１、７２の両端は、それぞれ駆動輪１１ａ、１１ｂの支持軸８０ａ〜８０ｄによって軸支されている。
なお、駆動モータ１２ａ、１２ｂには、支持軸８０ａ〜８０ｄを支持するための支持部材が溶接などにより取り付けられている。
このようにリンク機構７０では、上部リンク７１、下部リンク７２をそれぞれ上辺、下辺とし、駆動モータ１２ａ、駆動モータ１２ｂを左右の辺とする４節のリンク機構が平行四辺形として構成される。

上部リンク７１の中央には、支持軸８０ｅが設けられ、下部リンク７２の中央には傾斜用モータ（車体傾斜アクチュエータ）６２のステータ６３が配設されている。
そして搭乗部１３が上部に配設された連結リンク７５の下側端部には、傾斜用モータ６２のロータ６４が固定され、この連結リンク７５の途中に上部リンク７１の支持軸８０ｅが固定されている。

このように構成されたリンク機構７０において、傾斜用モータ６２を駆動すると、リンク機構７０の平行四辺形が変形し、連結リンク７５の傾斜に伴って搭乗部１３が傾斜するようになっている。

図１７（ｂ）に示した車体傾斜機構は、スライダ機構９０により搭乗部１３を傾斜させる機構である。この機構では、搭乗部１３の傾斜に関わらず、駆動輪１１ａ、１１ｂは傾斜しない機構となっている。
両駆動輪１１ａ、１１ｂには、固定軸９１および、スライダ軸９２が固定されており、搭乗部１３が上端部に配設された搭乗部支持軸９５の下側端部が固定軸９１の中央の支持軸８０ｈに軸支されている。
スライダ軸９２には、該スライダ軸９２に沿って水平方向に往復動可能なスライダ９３が配置されており、スライダ９３と搭乗部支持軸９５とが、連結軸９４によって連結されている。
このスライダ９３の移動により、支持軸８０ｈを支点として、搭乗部支持軸９５及び搭乗部１３が傾斜するようになっている。

図１７（ｃ）に示した車体傾斜機構では、両駆動輪１１ａ、１１ｂ、両駆動輪１１ａ、１１ｂに固定された固定軸９１、及び、固定軸９１に下側端部が固定された搭乗部支持軸９５から成る部分は傾斜せず、固定軸９５の上端部に配設された搭乗部１３が傾斜用モータ９６の駆動によって傾斜するようになっている。

以上のように、車体の中心軸上の一点を中心として車体が傾斜する機構に、その中心軸まわりにトルクτ₁を与えるアクチュエータと、車体の傾斜角を計測するセンサによって、車体を任意の角度に傾ける。
その際、回転中心の高さを車軸に合わせ、車体の傾斜に合わせてタイヤも傾けることにより、平衡傾斜角時の接地荷重中心点のズレを無くすことができる。
また、タイヤを傾けない場合には、回転中心を地面に近づけるほど、平衡傾斜角時の接地荷重中心点のズレを小さくすることができる。

なお、車体傾斜機構については、その他各種機構、駆動力を使用するようにしてもよい。例えば、カム機構、ボールねじ、油圧シリンダなどの伸縮装置等を使用して、搭乗部１３を傾斜させてもよい。

車体傾斜機構の動作と同時に、重心位置制御システム２３は、ウェイト移動機構を使って、ウェイト１３４を目標位置ξ_B ^*へ移動することにより、重心位置を調整する（ステップ２０）。
ウェイト１３４の目標位置ξ_B ^*は、ステップ１８でウェイト移動機構に対して分配された接地荷重偏心度修正量の負担分Δβ_B ^*に基づき、次の数式４８によって決定される。
数式４８において、θ₁は車体傾斜角、ａは車両の横方向加速度、ｇは重力加速度、Ｄはトレッド、ｍは車両の質量、ｍ_Bはウェイトの質量である。

図１８は、ウェイト１３４を目標位置ξ^* _Bに移動させるウェイト移動機構について、その構成例を表したものである。
このウェイト移動機構は、ウェイト移動手段として機能し、ウェイトを横方向に動かすことによって車両の重心を移動させる。この機構は、可動部の質量（慣性）が小さいため、重心を速く細かく移動させるのに適する。

ウェイト移動機構は、搭乗部１３の座面部１３１の下部に配置されたウェイト１３４を横方向（車体対称面に垂直な方向）に移動させるように構成されている。
本実施形態である図１８（ａ）のウェイト移動機構は、スライダ型アクチュエータ１３５によって、スライダ上でウェイト１３４を平行移動させる。
図１８（ｂ）に示すウェイト移動機構では、２つの伸縮型アクチュエータ１３６ａ、１３６ｂの一方を伸ばし、他方を縮めることで、ウェイト１３４を平行移動させる。
図１８（ｃ）に示すウェイト移動機構は、回転傾斜型ウェイトを用いた機構である。支持軸１３８の上端部にはウェイト１３４が配設され、支持軸１３８の下端部には、駆動輪軸１３９の中央に配置されたモータ１４０のロータが固定されている。そして、モータ１４０によって、支持軸１３８を半径とする円周上でウェイト１３４を移動させる。

以上のように、車体対称面に垂直な方向に移動可能なウェイトと、そのウェイトに駆動力を与えるアクチュエータと、ウェイトの位置を検出するセンサによって、バランサを任意の位置に動かす。
なお、ウェイト１３４として、車体に元々搭載している重量物（バッテリ、ＥＣＵなど）を利用することで、本機構実現に伴う余分な重量増を無くすことができる。
また、ウェイト１３４の配置高さを高くすることにより、ウェイト移動（加減速）に伴う車体傾斜運動への反作用の効果が大きくなり、それを姿勢制御に利用することもできる。

車体傾斜機構、ウェイト移動機構の動作と同時に、重心位置制御システム２３は、搭乗部移動機構を使って、搭乗部１３を目標位置ξ_SL ^*に移動することにより、重心位置を調整する（ステップ２１）。
搭乗部１３の目標位置ξ_SL ^*は、ステップ１８で搭乗部移動機構に対して分配された実質接地荷重偏心度修正量Δβ_SL ^*に基づき、次の数式４９によって決定される。
数式４９において、θ₁は車体傾斜角、ａは車両の横方向加速度、ｇは重力加速度、Ｄはトレッド、ｍは車両の質量、ｍ_SLは搭乗部の質量である。

図１９は、搭乗部１３を目標位置ξ_SL ^*に移動させる搭乗部移動機構についての構成例を表したものである。
この搭乗部移動機構は、搭乗部移動手段として機能し、搭乗部を横方向に動かすことによって、車両の重心を移動させる。この機構は可動部の質量（慣性）が大きいため重心をゆっくり大きく移動させるのに適する。また、重心移動において、搭乗部や乗員を傾ける必要がない。

搭乗部移動機構は、搭乗部１３を横方向に移動させるように構成されている。
本実施形態である図１９（ａ）の搭乗部移動機構では、スライダ型アクチュエータ１４０により、スライダ上で搭乗部１３を左右に移動させる。
図１９（ｂ）の搭乗部移動機構では、平行四辺形リンク１４１とその対角線上に伸縮型アクチュエータ１４２を配置し、その伸縮によって平行四辺形リンクを変形させることで、搭乗部１３をスライドさせる。
図１９（ｃ）の搭乗部移動機構では、支持部材（車台）１４を駆動輪軸と平行に移動させる。

以上のように、車体対称面に垂直な方向に移動可能な搭乗部と、その搭乗部に駆動力を与えるアクチュエータと、搭乗部の位置を検出するセンサによって、搭乗部を任意の位置に動かす。
なお、スライド部の高さを車軸に近づけることにより、搭乗部の移動（加減速）に伴う車体傾斜運動への反作用の効果を小さくすることができる。

以上で説明した各重心位置調整機構（車体傾斜機構、ウェイト移動機構、搭乗部移動機構）を用いて、重心位置制御システム２３は、実際の車体傾斜角θ₁、ウェイト位置ξ_B、搭乗部位置ξ_SLが、目標とする車体傾斜角θ₁ ^*、ウェイト位置ξ_B ^*、搭乗部位置ξ_SL ^*と一致するように制御する。

本実施形態では、重心位置調整機構の全体に対する状態フィードバック制御で、重心位置制御を実現する。
このとき、各アクチュエータから与えられる入力u（→）（車体傾斜アクチュエータ出力τ₁、ウェイト移動アクチュエータ出力Ｓ_B、搭乗部移動アクチュエータ出力Ｓ_SL）は、次の数式５０で表される。
また、数式５０における状態量ｘ（→）、目標状態量ｘ（→＊）、基準入力u（→＊）の成分は、数式５１に示すとおりである。

数式５０において、Ｋはフィードバック行列であり、収束時間と安定性を考慮して、例えば最適レギュレータのゲイン設定手法により、予め設定しておく。
なお、数式５１の目標状態量ｘ（→＊）における各目標値の変化速度θ₁ ^*（・）、ξ_B ^*（・）、ξ_SL ^*（・）は、各目標値の差分によって求められるが、変化速度を無視して、θ₁ ^*（・）＝ξ_B ^*（・）＝ξ_SL ^*（・）＝０としてもよい。

また、数式５１に示す基準入力u（→＊）の各成分は、次の数式５２から得られる。
数式５２において、ａは車両の横方向加速度、ｇは重力加速度、ｍ₁は車体傾斜部の質量、ｍ_Bはウェイトの質量、ｍ_SLは搭乗部の質量、ｍ_Hは搭乗物の質量、λ_Hは搭乗物の重心ズレを表す。

以上説明した実施形態では、１軸の二輪車における旋回限界向上制御を例に説明したが、本発明では、三輪以上の車両に対しても、本実施形態における旋回限界向上制御の方法を適用することが可能である。

本実施形態における車両の外観構成図である。 制御ユニットの構成図である。 荷重計と座高計の配置説明図である。 旋回限界向上制御処理の内容を表したフローチャートである。 車体傾斜旋回走行における車両の力学的状態の説明図である。 旋回時の乗員（搭乗物）の状態を表した説明図である。 搭乗物の種類判別と、それに基づく重心高さの推定についての説明図である。 外乱オブザーバによる外乱推定の方法を表した説明図である。 重心位置調整機構の力学モデルを表した説明図である。 搭乗物の力学的パラメータについて、直接推定値と間接推定値の使い分けを例示した説明図である。 基本状態と調整状態における重心位置を表した説明図である。 基本接地荷重中心点Ｓと基本接地荷重偏心度βについての説明図である。 基本接地荷重偏心度目標値β^*と基本接地荷重偏心度修正量Δβ^*を表した説明図である。 各重心位置調整機構の周波数による使い分け（フィルタのゲイン線図）を表した説明図である。 車体傾斜角目標値決定関数についての説明図である。 低周波重心位置調整機構における協力動作と相殺動作についての説明図である。 重心位置調整機構の１つである、車体傾斜機構の構成例を表した説明図である。 重心位置調整機構の１つである、ウェイト移動機構の構成例を表した説明図である。 重心位置調整機構の１つである、搭乗部移動機構の構成例を表した説明図である。

符号の説明

１１ 駆動輪
１２ 駆動モータ
１３ 搭乗部
１３１ 座面部
１４ 支持部材
１６ 制御ユニット
２０ 制御ＥＣＵ
２１ 車体走行制御システム
２２ 横方向加速度決定システム
２３ 重心位置制御システム
２４ 外乱オブザーバ
２５ 重心位置推定システム
３０ 操縦装置
４０ 走行、姿勢制御用センサ
４１ 走行速度計
４２ 加速度計
４３ 車体傾斜角度計
５０ 重心位置測定用センサ
５１ 荷重計
５２ 座高計
６０ アクチュエータ
６１ 駆動輪アクチュエータ
６２ 車体傾斜アクチュエータ
６３ ウェイト駆動アクチュエータ
６４ 搭乗部駆動アクチュエータ
１３４ ウェイト

Claims (9)

1. 互いに対向配置された２つの駆動輪を含む車両であって、
   重量体を乗せる搭乗部と、
   重心位置を取得する重心位置取得手段と、
   車軸に対して水平方向の加速度成分である横方向加速度を取得する横方向加速度取得手段と、
   前記取得した重心位置と横方向加速度の大きさに応じて、前記重心位置の左右方向の移動量を決定する移動量決定手段と、
   前記決定した重心位置の移動量に従って、前記重心位置を移動させる重心移動手段と、
   を具備したことを特徴とする車両。
   
2. 前記２つの駆動輪それぞれの回転速度を取得する回転速度取得手段を備え、
   前記横方向加速度取得手段は、前記取得した２つの駆動輪の各回転速度を用いて前記横方向加速度を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 車両に配設された加速度計を備え、
   前記横方向加速度取得手段は、前記加速度計による測定値を用いて横方向加速度を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
4. 前記搭乗部に配置された荷重センサと、
   前記重量体の高さを測定する高さセンサと、
   を備え、
   前記重心位置取得手段は、前記荷重センサ及び前記高さセンサの検出値から、重心位置を取得する、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両。
5. 前記重心位置取得手段は、外乱オブザーバを使用して重心位置を取得する、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両。
6. 前記搭乗部に配置された荷重センサと、
   前記重量体の高さを測定する高さセンサと、
   前記荷重センサ及び前記高さセンサの検出値から、重心位置を取得する直接取得手段と、
   重心位置を外乱オブザーバにより取得する間接取得手段と、を備え、
   前記重心位置取得手段は、前記直接取得手段及び間接取得手段による取得値に基づいて、重心位置を取得する、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両。
7. 前記重心移動手段は、
   前記左右方向に車体を傾斜させる車体傾斜手段と、
   前記左右方向にウェイトを移動させるウェイト移動手段と、
   前記左右方向に前記搭乗部を移動させる搭乗部移動手段、
   のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の車両。
8. 前記重心移動手段は、前記車体傾斜手段と、前記ウェイト移動手段と、前記搭乗部移動手段のうちの２つ以上を備え、
   前記移動量決定手段は、前記決定した重心の移動量を、前記重心移動手段が備える、前記車体傾斜手段と、前記ウェイト移動手段と、前記搭乗部移動手段のうちの２つ以上に分配する分配手段を備える、
   ことを特徴とする請求項７に記載の車両。
9. 前記分配手段は、前記決定した重心の移動量の周波数成分に基づいて分配する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の車両。

Images