專利名稱：行進(jìn)物體和控制行進(jìn)物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及行進(jìn)物體，它包括主體、布置在第一軸上的至少兩個驅(qū)動輪和布置在第二軸上的至少一個從動輪。行進(jìn)物體能在站立姿態(tài)和穩(wěn)定姿態(tài)之間切換。在站立姿態(tài)中從動輪懸在空中，且在穩(wěn)定姿態(tài)中從動輪放置在地面上。
背景技術(shù)：
以上論述的涉及行進(jìn)物體的技術(shù)在如下參考中披露。
(1)美國專利No.6,553,271(2)Yoshihiko Takahashi和其他兩人，“Human Assistance Robot(第一報告)Wheelchair Prototype That Will Perform Wheelies”，TheJapan Society Of Mechanical Engineers(No.99-9)，Robotics MechatronicsConference 1999會議文章，June 1999，1A1-75-106(1)to 1A1-75-106(2)。
能在站立姿態(tài)和穩(wěn)定姿態(tài)之間切換的行進(jìn)物體可以穩(wěn)定地行進(jìn)和停止而保持穩(wěn)定的姿態(tài)，在穩(wěn)定的姿態(tài)中驅(qū)動輪和從動輪放置在地面上。行進(jìn)物體也可以穩(wěn)定地行進(jìn)和停止而保持站立姿態(tài)，其中僅驅(qū)動輪放置在地面上且從動輪懸在空中。行進(jìn)物體可以以小半徑轉(zhuǎn)向而保持站立姿態(tài)。此外，即使當(dāng)遇到上陡坡和下陡坡的時，行進(jìn)物體可以保持垂直的姿態(tài)而保持站立姿態(tài)。預(yù)見到當(dāng)行進(jìn)物體能在站立姿態(tài)和穩(wěn)定姿態(tài)之間切換時，行進(jìn)物體的使用范圍將擴(kuò)大。

發(fā)明內(nèi)容
常規(guī)的行進(jìn)物體將通過初始化用于保持站立姿態(tài)的控制程序而從穩(wěn)定姿態(tài)轉(zhuǎn)變到站立姿態(tài)。且常規(guī)的行進(jìn)物體將通過停止用于保持站立姿態(tài)的控制程序而從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)。
在常規(guī)的方法中，當(dāng)從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)時將存在驅(qū)動輪將猛烈地碰撞到地面的情況。當(dāng)從動輪猛烈地碰撞地面時，將在行進(jìn)物體上施加強的反作用力，且行進(jìn)物體的平衡將受到干擾。
本發(fā)明解決了前述的問題。本發(fā)明提供了當(dāng)從從動輪懸在空中的站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到從動輪放置在地面上的穩(wěn)定姿態(tài)時能使從動輪與柔和地與地面接觸的技術(shù)。
本發(fā)明教導(dǎo)的行進(jìn)物體提供有主體、至少兩個布置在第一軸上的驅(qū)動輪和至少一個布置在第二軸上的從動輪。行進(jìn)物體進(jìn)一步包括存儲設(shè)備，它存儲了目標(biāo)傾斜方案，該圖形按時間描述了在從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)期間主體的目標(biāo)傾斜角，還包括檢測了主體的傾斜角和/或傾斜角速度的檢測設(shè)備，基于存儲在存儲設(shè)備內(nèi)的目標(biāo)傾斜方案和由檢測設(shè)備檢測到的檢測值之間的偏差來計算轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩計算設(shè)備，和用于向驅(qū)動輪施加由轉(zhuǎn)矩計算設(shè)備計算的轉(zhuǎn)矩的促動器。
當(dāng)行進(jìn)物體從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定姿態(tài)時，從動輪接近地面的速度將對應(yīng)于主體的傾斜角速度。因此從動輪接近地面的速度能通過調(diào)節(jié)主體的角速度而調(diào)節(jié)。如果主體的傾斜角速度在接地前下降則從動輪能柔和地與地面接觸。
作為對比，當(dāng)主體的傾斜角速度過度地受限時，需要長時間以從站立狀態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)，且行進(jìn)物體必須行進(jìn)明顯的距離以從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)。在此情況下，除非保證足夠大的空間否則行進(jìn)物體不能從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)。
因為以上原因，如果主體的傾斜角速度可以在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)的轉(zhuǎn)變階段的早期設(shè)定得相對地高，且在轉(zhuǎn)變的隨后階段主體的傾斜角速度下降，這將能使從動輪柔和地接觸地面。在轉(zhuǎn)變期間調(diào)節(jié)主體的傾斜角速度是有益的。
本教導(dǎo)的行進(jìn)物體存儲了在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)轉(zhuǎn)變期間按時間描述了主體的目標(biāo)傾斜角的目標(biāo)傾斜方案。當(dāng)行進(jìn)物體從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定姿態(tài)時，主體的傾斜角將被調(diào)節(jié)以跟隨目標(biāo)傾斜方案。以此方式，例如在轉(zhuǎn)變的早期階段主體的傾斜角速度可以設(shè)定為相對地高，且在轉(zhuǎn)變的隨后階段主體的傾斜角速度下降。從動輪柔和地接觸地面。
根據(jù)此行進(jìn)物體，當(dāng)從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)時，從動輪將柔和地與地面接觸。同樣地，將不需要過分的空間的量。
在前述的行進(jìn)物體中，優(yōu)選的是在目標(biāo)傾斜角度超過預(yù)定的傾斜角的范圍內(nèi)，存儲在儲存設(shè)備內(nèi)的目標(biāo)傾斜角速度被限制為等于或低于預(yù)定速度。
當(dāng)從動輪接觸地面時，主體的傾斜角將依賴于道路表面的傾斜和粗糙而改變。當(dāng)從動輪接觸地面時，為與道路表面的傾斜或粗糙無關(guān)而控制主體的傾斜角速度以使其降低，主體的傾斜角速度必須控制在低的范圍內(nèi)，使存在從動輪接觸地面的可能性。
當(dāng)目標(biāo)傾斜角超過預(yù)先確定的傾斜角時，存在從動輪接觸地面的可能性。如果在目標(biāo)傾斜角度超過預(yù)先確定的傾斜角的范圍內(nèi)將目標(biāo)傾斜角速度限制為預(yù)定速度或更低，則從動輪將柔和地與道路表面接觸，而與道路表面的傾斜或粗糙無關(guān)。
預(yù)先確定的傾斜角，即，使得從動輪接觸地面變得可能的傾斜角，優(yōu)選地如下計算，即當(dāng)行進(jìn)物體在水平表面上處于穩(wěn)定姿態(tài)時從主體的傾斜角中減去預(yù)先確定的角。預(yù)先確定的角可以基于道路表面的傾斜和/或道路表面的粗糙度來確定。
行進(jìn)物體優(yōu)選地提供有基于在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)轉(zhuǎn)變的開始時刻檢測到的傾斜角和傾斜角速度而修正目標(biāo)傾斜方案的設(shè)備。
以此方式，從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)的轉(zhuǎn)變可以無任何不舒適的執(zhí)行。
行進(jìn)物體優(yōu)選地提供有檢測了驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角速度的第二檢測設(shè)備和基于由第二檢測設(shè)備檢測到的驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角速度來確定從動輪是否放置在地面上的設(shè)備。
主體的傾斜角將通過由促動器施加到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)。當(dāng)從動輪放置在地面上且主體的傾斜被禁止時，驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角速度將顯著地改變。因此，通過觀測驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角速度將可以確定從動輪是否放置在地面上。即使當(dāng)?shù)缆繁淼膬A斜或道路表面的粗糙未知時，通過使用驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角速度也可以正確地確定從動輪是否放置在地面上。
本教導(dǎo)的技術(shù)也可以實施在控制行進(jìn)物體的方法中?？刂菩羞M(jìn)物體的方法包括存儲在從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)期間按時間描述了主體的目標(biāo)傾斜角的目標(biāo)傾斜方案，檢測主體的傾斜角和/或傾斜角速度，基于在存儲步驟中存儲的目標(biāo)傾斜方案和在檢測步驟中檢測到的檢測值之間的偏差計算轉(zhuǎn)矩，和促動促動器以向驅(qū)動輪施加轉(zhuǎn)矩使得在計算步驟中計算到的轉(zhuǎn)矩施加到驅(qū)動輪。
通過使用此方法控制行進(jìn)物體的行進(jìn)，當(dāng)從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)時從動輪可以柔和地與地面接觸。不需要過分的空間的量。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，當(dāng)從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)時，從動輪可以柔和地放置在地面上，將防止干擾主體的平衡且將防止行進(jìn)物體翻倒。通過在乘員類型的行進(jìn)物體中采用本教導(dǎo)，可以獲得具有高平順性(ride)的行進(jìn)物體。


圖1示意性地圖示了實施例的行進(jìn)物體的結(jié)構(gòu)。
圖2示意性地圖示了在站立姿態(tài)的行進(jìn)物體。
圖3示意性地圖示了在穩(wěn)定姿態(tài)的行進(jìn)物體。
圖4是示出了行進(jìn)物體的控制結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖5示出了目標(biāo)傾斜方案的例子。
圖6是用于使行進(jìn)物體從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)轉(zhuǎn)變的流程圖。
圖7示出了修正的目標(biāo)傾斜方案的例子。
具體實施例方式
首先，將列舉如下描述的實施例的重要特征。
(特征1)行進(jìn)物體提供有乘員可以坐在其中的乘員座椅，且乘員可以被行進(jìn)物體所承載。
(特征2)行進(jìn)物體提供有允許乘員操作進(jìn)行物體的操作設(shè)備。
(特征3)在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)的轉(zhuǎn)變期間，車輛主體的目標(biāo)傾斜角和目標(biāo)傾斜角速度在目標(biāo)傾斜方案中按時間描述。
將參考附圖來描述本教導(dǎo)的實施例。圖1示意性地圖示了本實施例的行進(jìn)物體10的總體結(jié)構(gòu)。注意為理解行進(jìn)物體10的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的部分將分解地示出。行進(jìn)物體10包括車輛主體12，布置在車輛主體12上的第一驅(qū)動輪34、第二驅(qū)動輪44和從動輪50。第一驅(qū)動輪34和第二驅(qū)動輪44可繞第一軸C1旋轉(zhuǎn)。從動輪50可繞第二軸C2旋轉(zhuǎn)。第一軸C1定位在車輛主體12的后側(cè)，且第二軸C2定位在車輛主體12的前側(cè)。第二軸C2通過止推軸承48布置在車輛主體12上。人員可以坐在其中的乘員座椅22布置在行進(jìn)物體10上。行進(jìn)物體10可以當(dāng)承載人員時行進(jìn)。
行進(jìn)物體10包括驅(qū)動第一驅(qū)動輪34的第一馬達(dá)32、驅(qū)動第二驅(qū)動輪44的第二馬達(dá)42、為兩個馬達(dá)32、42提供電動動力的電池模塊40。馬達(dá)32、42分別是用于驅(qū)動輪34、44的促動器，它們構(gòu)造為獨立地驅(qū)動每個驅(qū)動輪34、44。
行進(jìn)物體10包括控制了第一馬達(dá)32和第二馬達(dá)42的操作的控制模塊14和行進(jìn)物體10的乘員將操作的操作模塊。控制模塊14將響應(yīng)于通過行進(jìn)物體10的乘員施加到操作模塊20的操作，且將控制第一馬達(dá)32和第二馬達(dá)42的操作。
行進(jìn)物體10包括檢測車輛主體12的傾斜角速度的陀螺儀38、將檢測第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角的第一編碼器36和將檢測第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角的第二編碼器46。車輛主體12的傾斜角速度是車輛主體12的傾斜角的改變率。車輛主體12的傾斜角指示了車輛主體12繞第一軸C1的旋轉(zhuǎn)角(姿態(tài)角)。如在圖2中所示，在本實施例中，行進(jìn)物體10(不包括驅(qū)動輪34、44)的重心M直接地位于第一軸C1的上方的狀態(tài)將是傾斜角η的基準(zhǔn)點。當(dāng)車輛主體12處于其中重心M直接地位于第一軸C1上方的角度時，傾斜角η為零。當(dāng)車輛主體12向從動輪50傾斜時，傾斜角η為正值。
每個驅(qū)動輪34、44的旋轉(zhuǎn)角是相對于每個驅(qū)動輪34、44的車輛主體12的相對旋轉(zhuǎn)角。注意在圖2中圖示了第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角θ2。注意第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角將標(biāo)識為θ1。
操作桿18和轉(zhuǎn)變開關(guān)16布置在操作模塊20上。操作桿18是使乘員能調(diào)節(jié)行進(jìn)物體10的行進(jìn)速度的操作件。乘員能通過調(diào)節(jié)操作桿18的操作量來調(diào)節(jié)行進(jìn)物體10的行進(jìn)速度。此外，乘員能通過調(diào)節(jié)操作桿18的操作方向來調(diào)節(jié)行進(jìn)物體10的行進(jìn)方向。行進(jìn)物體10能響應(yīng)于輸入到操作桿18的操作而前進(jìn)、停止、倒退、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)變開關(guān)16是用于切換行進(jìn)物體10的姿態(tài)的操作件。行進(jìn)物體10的乘員能自由地在站立姿態(tài)和穩(wěn)定姿態(tài)之間切換行進(jìn)物體10的姿態(tài)。
圖2示意性地圖示了在站立姿態(tài)的行進(jìn)物體10。如在圖2中所示，在站立姿態(tài)從動輪50懸在空中，且僅第一驅(qū)動輪34和第二驅(qū)動輪44放置在地面上。行進(jìn)物體10能保持站立姿態(tài)而行進(jìn)、旋轉(zhuǎn)或大體上處于靜止。
圖3示意性地圖示了在穩(wěn)定姿態(tài)的行進(jìn)物體10。如在圖3中所示，在穩(wěn)定姿態(tài)從動輪50、第一驅(qū)動輪34和第二驅(qū)動輪44放置在地面上。行進(jìn)物體10能保持穩(wěn)定姿態(tài)而行進(jìn)、旋轉(zhuǎn)或大體上處于靜止。在圖3中“ηz”圖示了當(dāng)從動輪50與水面表面接觸時車輛主體12的傾斜角。角ηz是當(dāng)行進(jìn)物體10處于在水平表面上的穩(wěn)定姿態(tài)時車輛主體12的傾斜角。角ηz稱為預(yù)先確定的地面傾斜角。當(dāng)行進(jìn)物體10處于穩(wěn)定姿態(tài)時車輛主體12的傾斜角將實際上因道路表面的傾斜或粗糙而改變，且因此不必需地與預(yù)先確定的地面傾斜角ηz相等。
如下將描述行進(jìn)物體10的控制系統(tǒng)。圖4是示出了行進(jìn)物體10的控制系統(tǒng)的構(gòu)造的方框圖。如在圖4中所示，控制單元14主要地裝配有控制器60，控制器60將調(diào)節(jié)第一馬達(dá)32第二馬達(dá)42、第一微分電路72、第二微分電路74、積分電路76等的操作。
第一微分電路72是將輸入第一編碼器36的輸出信號的電路，且將輸出此信號的微分。換言之，第一微分電路72將輸入由第一編碼器36所檢測到的第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角θ1且將輸出第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角速度dθ1/dt。注意在圖中其上方部分具有點的變量代表了此變量的微分。第一編碼器36和第一微分電路72連接到控制器60。檢測到的第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角θ1和旋轉(zhuǎn)角速度dθ1/dt將繼而輸入到控制器60。
第二微分電路74是將輸入第二編碼器46的輸出信號的電路，且將輸出此信號的微分。換言之，第二微分電路74將輸入由第二編碼器46所檢測到的第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角θ2且將輸出第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角速度dθ2/dt。第二編碼器46和第二微分電路74連接到控制器60。檢測到的第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角θ2和旋轉(zhuǎn)角速度dθ2/dt將繼而輸入到控制器60。
積分電路76是將輸入陀螺儀38的輸出信號的電路，且輸出此信號的積分。換言之，積分電路76將輸入由陀螺儀38所檢測到的車輛主體12的傾斜角速度dη/dt且將輸出車輛主體12的傾斜角η。積分電路76和陀螺儀38連接到控制器60。檢測到的車輛主體12的傾斜角η和傾斜角速度dη/dt將繼而輸入到控制器60。
控制器60由CPU、ROM、RAM等構(gòu)造成?？刂破?0功能地包括車輪目標(biāo)設(shè)定單元64、傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66、轉(zhuǎn)矩計算單元62等。
車輪目標(biāo)值設(shè)定單元64將主要地基于操作桿18的操作狀態(tài)設(shè)定第一驅(qū)動輪34的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角θ1*、第一驅(qū)動輪34的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角速度dθ1*/dt、第二驅(qū)動輪44的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角θ2*和第二驅(qū)動輪44的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角速度dθ2*/dt。每個目標(biāo)值θ1*、dθ1*/dt、θ2*和dθ2*/dt響應(yīng)于操作桿18的操作方向和操作量來設(shè)定。每個目標(biāo)值θ1*、dθ1*/dt、θ2*和dθ2*/dt將輸入到轉(zhuǎn)矩計算單元62。
傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66將主要地基于操作桿18的操作狀態(tài)和轉(zhuǎn)變開關(guān)16設(shè)定車輛主體12的目標(biāo)值(目標(biāo)傾斜角)η*和車輛主體12速度的目標(biāo)值(目標(biāo)傾斜角速度)dη*/dt。
在站立姿態(tài)，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66計算車輛主體12的傾斜角和傾斜角速度的目標(biāo)值以允許行進(jìn)物體10保持在站立姿態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)變開關(guān)16切換到站立姿態(tài)時，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66將繼而計算目標(biāo)傾斜角η*和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt，且將它們輸出到轉(zhuǎn)矩計算單元62。行進(jìn)物體10響應(yīng)于操作桿18的操作行進(jìn)和停止而保持站立姿態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)變開關(guān)16切換到穩(wěn)定姿態(tài)，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66將不輸出目標(biāo)傾斜角η*和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt。
在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)的轉(zhuǎn)變期間，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66存儲了按時間描述了車輛主體12的目標(biāo)傾斜角η*和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt的目標(biāo)傾斜方案。圖5示出了目標(biāo)傾斜方案的例子。圖5中的“η*”指示了在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)的轉(zhuǎn)變期間車輛主體12的目標(biāo)傾斜角η*。在圖5中附帶有點的η*指示了在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)轉(zhuǎn)變期間車輛主體12的目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt。目標(biāo)傾斜角η*的導(dǎo)數(shù)等于目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt。
如在圖5中示出，目標(biāo)傾斜方案在從目標(biāo)傾斜角η*為零的時刻到目標(biāo)傾斜角η*超過預(yù)先確定的地面傾斜角ηz的范圍內(nèi)按時間描述了目標(biāo)傾斜角η和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt。目標(biāo)傾斜角η*和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt連續(xù)地且平滑地改變(數(shù)學(xué)上講可導(dǎo)的改變)。因為當(dāng)從動輪50放置在地面上時車輛主體12的傾斜角可以因道路表面的傾斜和粗糙而有時超過預(yù)先確定的地面傾斜角ηz，所以目標(biāo)傾斜方案覆蓋了其中目標(biāo)傾斜角η*超過預(yù)先確定的地面傾斜角ηz的范圍。
在目標(biāo)傾斜方案中，在目標(biāo)傾斜角η*超過角ηz-α(從預(yù)先確定的地面傾斜角ηz中減去預(yù)先確定的角α)的范圍(如圖5中“A”所示)內(nèi)，目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt確定為等于β。當(dāng)角速度β相對地小且在從動輪50可以接觸地面的點車輛主體12的傾斜角速度限制為角速度β時，從動輪50可以柔和地與道路表面接觸。如上所述，在從動輪50接觸地面的時刻車輛主體12的傾斜角將因為道路表面的傾斜或粗糙而改變。因此，當(dāng)存在從動輪將接觸地面的可能性時將車輛主體12的傾斜角速度限制為角速度β將是必需的。本實施例的目標(biāo)傾斜方案的預(yù)先確定的角α考慮存在于道路表面的傾斜和粗糙來確定，且超過角ηz-α的角范圍(如圖5中“A”所示)對應(yīng)于其中存在從動輪50可以接觸地面的可能性的車輛主體12的傾斜角。
當(dāng)轉(zhuǎn)變開關(guān)16從站立姿態(tài)切換到穩(wěn)定姿態(tài)時，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66將使用存儲的目標(biāo)傾斜方案來設(shè)定目標(biāo)傾斜角η*和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt。用于將行進(jìn)物體10從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定姿態(tài)的操作將在如下詳細(xì)地描述。作為對比，當(dāng)轉(zhuǎn)變開關(guān)16從穩(wěn)定姿態(tài)轉(zhuǎn)變到站立姿態(tài)時，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66將設(shè)定目標(biāo)傾斜角η*為零，且也將設(shè)定目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt為零。
轉(zhuǎn)矩計算單元62將使用從車輪目標(biāo)值設(shè)定單元64和傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66輸入的每個目標(biāo)值和從第一編碼器36、第二編碼器46、陀螺儀38、微分電路72、74和積分電路76輸入的檢測到的值之間的偏差。轉(zhuǎn)矩計算單元62將計算待由第一馬達(dá)32輸出的第一轉(zhuǎn)矩τ1和待由第二馬達(dá)42輸出的轉(zhuǎn)矩τ2。如下的公式用于計算第一轉(zhuǎn)矩τ1和第二轉(zhuǎn)矩τ2。
τ1＝K1·x1+K2·x2+K3·x5+K4·x6τ2＝K1·x3+K2·x4+K3·x5+K4·x6
此處，x1是第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角的目標(biāo)值θ1*和第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角的檢測值θ1之間的偏差(θ1*-θ1)。x2是第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角速度的目標(biāo)值dθ1*/dt和第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測值dθ1/dt之間的偏差(dθ1*/dt-dθ1/dt)。x3是第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角的目標(biāo)值θ2*和第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角的檢測值θ2之間的偏差(θ2*-θ2)。x4是第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角速度的目標(biāo)值dθ2*/dt和第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測值dθ2/dt之間的偏差(dθ2*/dt-dθ2/dt)。x5是車輛主體12的傾斜角的目標(biāo)值η*和車輛主體12的傾斜角的檢測值η之間的偏差(η*-η)。x6是車輛主體12的傾斜角速度的目標(biāo)值dη*/dt和車輛主體12的傾斜角速度的檢測值dη/dt之間的偏差(dη*/dt-dη/dt)。
K1是相對于每個驅(qū)動輪34、44的旋轉(zhuǎn)角的偏差x1、x3的反饋增益。K2是相對于每個驅(qū)動輪34、44的旋轉(zhuǎn)角速度的偏差x2、x4的反饋增益。K3是相對于車輛主體12的傾斜角的偏差x5的反饋增益。K4是相對于車輛主體12的傾斜角速度的偏差x6的反饋增益。
注意計算每個轉(zhuǎn)矩τ1、τ2的方法不限制于前述的公式?？梢圆捎脧V泛地使用在反饋控制中的不同的計算方法。當(dāng)轉(zhuǎn)變開關(guān)16保持在穩(wěn)定姿態(tài)時，車輛主體12的傾斜角的反饋控制將不是必需的，因此反饋增益K3和K4可以設(shè)定為零。
控制器60將通過第一馬達(dá)32調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出為由轉(zhuǎn)矩計算單元62所計算的第一轉(zhuǎn)矩τ1。此外，控制器60將通過第二馬達(dá)42調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出為由轉(zhuǎn)矩計算單元62所計算的第二轉(zhuǎn)矩τ2。以此方式，第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角θ1、第一驅(qū)動輪34的旋轉(zhuǎn)角速度dθ1/dt、第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角θ2、第二驅(qū)動輪44的旋轉(zhuǎn)角速度dθ2/dt、車輛主體12的傾斜角η、車輛主體12的傾斜角速度dη/dt將分別調(diào)節(jié)為目標(biāo)值θ1*、dθ1*/dt、θ2*、dθ2*/dt、η*、和dη*/dt。響應(yīng)于乘員對操作模塊20的操作，行進(jìn)物體10將在站立姿態(tài)和穩(wěn)定姿態(tài)之間改變。行進(jìn)物體10可行進(jìn)和停止而保持站立姿態(tài)。行進(jìn)物體10也能行進(jìn)和停止而保持穩(wěn)定姿態(tài)。
圖6示出了當(dāng)行進(jìn)物體10從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)時由控制器60執(zhí)行的操作流程。在從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)期間通過行進(jìn)物體10的操作將結(jié)合圖6中示出的流程來描述。當(dāng)轉(zhuǎn)變開關(guān)16從站立姿態(tài)切換為穩(wěn)定姿態(tài)時控制器60將開始在圖6中示出的操作流程圖。
在步驟S2中將檢測車輛主體12的傾斜角η，且將獲得在姿態(tài)轉(zhuǎn)變操作將開始時刻車輛主體的傾斜角的初始值η0。
在步驟S4中將檢測車輛主體12的傾斜角速度dη/dt，且將獲得在姿態(tài)轉(zhuǎn)變操作將開始時刻車輛主體的傾斜角速度的初始值η0/dt。
在步驟S6中，存儲在傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66內(nèi)的目標(biāo)傾斜方案(見圖5)將基于在步驟S2中檢測到的車輛主體12的傾斜角初始值η0和在S4步驟中檢測到的車輛主體12的傾斜角速度初始值dη0/dt修正。圖7示出了目標(biāo)傾斜方案在修正后的例子。如在圖7中所示，在修正后的目標(biāo)傾斜方案中，目標(biāo)傾斜角初始值η*修正為在S2步驟中檢測到的初始值η0，且目標(biāo)傾斜角速度的初始值dη*/dt修正為在S4步驟中檢測到的初始值dη0/dt。然后，目標(biāo)傾斜角η*將修正為從初始值η0到角ηz-α連續(xù)地改變。如在圖5和圖7中所示，目標(biāo)傾斜角η*到達(dá)預(yù)先確定的地面傾斜角ηz的時間周期“B”在修正前和修正后保持為相同的值。此外，目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt將修正為從初始值dη0/dt到角速度β連續(xù)地改變。修正可以例如通過使用三角函數(shù)完成。甚至在目標(biāo)傾斜方案已經(jīng)修改后，在范圍“A”(見圖7)內(nèi)，該范圍“A”中目標(biāo)傾斜角η*超過其角ηz-α(從預(yù)先確定的地面傾斜角ηz中減去預(yù)先確定的角α)，目標(biāo)傾斜角η*的改變率，即目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt，將確定為等于角速度β。
在步驟S8中，修正的目標(biāo)傾斜方案將用于反饋控制來自第一馬達(dá)32和第二馬達(dá)42的轉(zhuǎn)矩輸出。換言之，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66將設(shè)定目標(biāo)傾斜角η*和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt為在修正的目標(biāo)傾斜方案中描述的值。然后，傾斜目標(biāo)值設(shè)定單元66將輸出目標(biāo)傾斜角的設(shè)定值η*和目標(biāo)傾斜角速度的設(shè)定值dη*/dt到轉(zhuǎn)矩計算單元62。轉(zhuǎn)矩計算單元62將基于目標(biāo)傾斜角η*和檢測到的傾斜角η之間的偏差和目標(biāo)傾斜角速度dη*/dt和檢測到的目標(biāo)傾斜角速度dη/dt之間的偏差而計算第一轉(zhuǎn)矩τ1和第二轉(zhuǎn)矩τ2?？刂破?0將通過第一馬達(dá)32調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出為由轉(zhuǎn)矩計算單元62計算的第一轉(zhuǎn)矩τ1，且將通過第二馬達(dá)42調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出為由轉(zhuǎn)矩計算單元62計算的第二轉(zhuǎn)矩τ2。以此方式，車輛主體12的傾斜角和傾斜角速度將反饋控制為跟隨修正的目標(biāo)傾斜方案。
在步驟S10中，將確定從動輪50是否放置在道路表面上。控制器60將通過觀測驅(qū)動輪34、44的旋轉(zhuǎn)角速度確定從動輪50是否放置在道路表面上。在行進(jìn)物體10從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定姿態(tài)期間，控制器60將響應(yīng)于描述了目標(biāo)傾斜方案的目標(biāo)傾斜角η*，且車輛主體12將向前向從動輪50傾斜。因為目標(biāo)傾斜方案覆蓋了其中目標(biāo)傾斜角η*足夠地超過預(yù)先確定的地面傾斜角ηz的范圍，將從第一馬達(dá)32和第二馬達(dá)42輸出轉(zhuǎn)矩使得甚至在從動輪50放置在道路上后車輛主體12將傾向于向前傾斜。當(dāng)從動輪50放置在道路表面上且車輛主體12的向前傾斜因接地的從動輪50而被禁止時，每個從動輪34、44的旋轉(zhuǎn)角速度將因為由第一馬達(dá)32和第二馬達(dá)42輸出的轉(zhuǎn)矩而顯著地改變?？刂破?0將通過檢測驅(qū)動輪34、44的每個的旋轉(zhuǎn)角速度的改變而確定從動輪50是否放置在道路表面上。在本實施例中，行進(jìn)物體10前進(jìn)直至從動輪50放置在地面上，且當(dāng)從動輪放置在地面上后行進(jìn)物體10倒退。因此當(dāng)?shù)谝或?qū)動輪34和第二驅(qū)動輪44的至少一個旋轉(zhuǎn)角速度為零或更低時，可以確定從動輪50放置在地面上。通過基于驅(qū)動輪34、44的旋轉(zhuǎn)角速度為從動輪50進(jìn)行接地確定，可以正確地確定從動輪50是否放置在地面上，即使當(dāng)從動輪50放置在道路表面上時車輛主體12的傾斜角與預(yù)先確定的地面角ηz因道路表面的傾斜或粗糙不同。
注意為從動輪50確定接地不限制于前述的方法。從動輪50是否放置在道路表面上也可以通過觀測車輛主體12的傾斜角速度來確定。
在步驟S8中馬達(dá)32、42的反饋控制將繼續(xù)，直至在步驟S10中確定從動輪50放置在地面上。車輛主體12的傾斜角和傾斜角速度將大體上與修正的目標(biāo)傾斜方案相同地改變，直至從動輪50在地面上。即使當(dāng)存在未預(yù)料到的道路表面上的傾斜或粗糙，當(dāng)從動輪50放置地面上時車輛主體12的傾斜角速度將限制為角速度β。從動輪50將柔和地放置在道路表面上。將防止了在行進(jìn)物體10的平衡中的干擾、乘員的不舒適性感覺等。
本發(fā)明的實施例的特定的例子以上已經(jīng)提出，但是這些例子僅圖示了本發(fā)明的一些可能性且不限制本發(fā)明的權(quán)利要求。在權(quán)利要求中闡明的技術(shù)包括以上闡明的特定例子的轉(zhuǎn)化和修改。
例如前從動輪不限制為一個，且多個從動輪可以提供在第二軸上。此外，行進(jìn)物體也能包括布置在第一軸后方的第三軸，且后從動輪可以放置在第三軸上。在此情況下，優(yōu)選的是第二目標(biāo)傾斜方案分開地準(zhǔn)備以將后從動輪放置在地面上。
此外，在本說明書或附圖中所披露的技術(shù)元件可以分開地利用或以不同的組合利用且不限制為在申報專利時在權(quán)利要求中闡明的組合。此外，在本說明書或附圖中披露的技術(shù)可以被利用于同時地實現(xiàn)多個物體(objeθs)或?qū)崿F(xiàn)這些物體中的一個。
權(quán)利要求
1.一種行進(jìn)物體，包括主體；至少兩個布置在第一軸上的驅(qū)動輪；至少一個布置在第二軸上的從動輪，其中當(dāng)所述行進(jìn)物體處于站立姿態(tài)時該從動輪懸在空中，且當(dāng)所述行進(jìn)物體處于穩(wěn)定姿態(tài)時該從動輪放置在地面上；存儲了目標(biāo)傾斜方案的存儲設(shè)備，該目標(biāo)傾斜方案按時間描述了在從所述站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到所述穩(wěn)定姿態(tài)期間所述主體的目標(biāo)傾斜角；檢測所述主體的傾斜角和/或傾斜角速度的第一檢測設(shè)備；基于存儲在存儲設(shè)備內(nèi)的所述目標(biāo)傾斜方案和由第一檢測設(shè)備所檢測到的檢測值之間的偏差來計算轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩計算設(shè)備；和用于向所述驅(qū)動輪施加由所述轉(zhuǎn)矩計算設(shè)備計算的所述轉(zhuǎn)矩的促動器。
2.如權(quán)利要求1所述的行進(jìn)物體，其中在所述目標(biāo)傾斜角超過預(yù)定的傾斜角的范圍的情況下，所述目標(biāo)傾斜方案中所描述的所述目標(biāo)傾斜角的速度被限制在小于或等于預(yù)定速度的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的行進(jìn)物體，其中當(dāng)所述行進(jìn)物體處于水平表面上的穩(wěn)定姿態(tài)時，所述預(yù)先確定的傾斜角是通過從所述主體的傾斜角中減去預(yù)先確定的角而計算出的角。
4.如權(quán)利要求1所述的行進(jìn)物體，進(jìn)一步包括基于在從站立姿態(tài)到穩(wěn)定姿態(tài)轉(zhuǎn)變的開始時刻檢測到的傾斜角和/或傾斜角速度修正所述目標(biāo)傾斜方案的修正設(shè)備。
5.如權(quán)利要求1所述的行進(jìn)物體，進(jìn)一步包括檢測所述驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)角速度的第二檢測設(shè)備；和基于由該第二檢測設(shè)備檢測到的所述驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角速度確定所述從動輪是否處于放置在地面上的狀態(tài)的確定設(shè)備。
6.一種控制行進(jìn)物體的方法，該行進(jìn)物體包括主體、至少兩個布置在第一軸上的驅(qū)動輪和至少一個布置在第二軸上的從動輪，該行進(jìn)物體能在其中該從動輪懸在空中的站立姿態(tài)和其中該從動輪放置在地面上的穩(wěn)定姿態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該方法包括存儲目標(biāo)傾斜方案，該目標(biāo)傾斜方案從該站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到該穩(wěn)定姿態(tài)期間按時間描述了所述主體的目標(biāo)傾斜角；檢測所述主體的傾斜角和/或傾斜角速度；基于在所述存儲步驟中存儲的所述目標(biāo)傾斜方案和在所述檢測步驟中檢測到的檢測值之間的偏差計算轉(zhuǎn)矩；和促動促動器以向所述驅(qū)動輪施加轉(zhuǎn)矩使得在所述計算步驟中計算的轉(zhuǎn)矩施加到所述驅(qū)動輪。
全文摘要
行進(jìn)物體，包括主體、至少兩個布置在第一軸上的驅(qū)動輪和至少一個布置在第二軸上的從動輪。行進(jìn)物體能在其中從動輪懸在空中的站立姿態(tài)切換到其中從動輪放置在地面上的穩(wěn)定姿態(tài)。行進(jìn)物體包括存儲了目標(biāo)傾斜方案的存儲設(shè)備，目標(biāo)傾斜方案按時間描述了在從站立姿態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定姿態(tài)期間主體的目標(biāo)傾斜角；檢測主體的傾斜角和/或傾斜角速度的檢測設(shè)備；基于存儲在存儲設(shè)備內(nèi)的目標(biāo)傾斜方案和由檢測設(shè)備所檢測到的檢測值之間的偏差來計算轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩計算設(shè)備；和用于向驅(qū)動輪施加由轉(zhuǎn)矩計算設(shè)備計算的轉(zhuǎn)矩的促動器。
文檔編號B62K17/00GK1927635SQ20061012816
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者中島一誠, 不破稔夫, 本園貴一 申請人:豐田自動車株式會社