JP2007118806A - 車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な仕組みにより倒立振り子車両の旋回特性を向上させる。
【解決手段】左右の駆動輪により走行する倒立振り子車両を、左右の駆動輪の外径サイズを個別に制御することにより旋回を行わせる。左右の駆動輪は同軸に固定してあり、車両は、旋回方向に対して外輪となる駆動輪の外径が内輪となる駆動輪の外径よりも大きくなるように駆動輪の外径を変化させることにより旋回する。また、内外輪の外径差により旋回方向に車両が傾くため、車両に作用する遠心力と重力の合力を車両の高さ方向に向けることができ、これによって車両の姿勢が安定する他、搭乗者が横方向に感じる遠心力を緩和することができる。駆動輪の外径の制御は、駆動輪のタイヤに充填されている空気の圧力を制御することにより行う。
【選択図】図2
【解決手段】左右の駆動輪により走行する倒立振り子車両を、左右の駆動輪の外径サイズを個別に制御することにより旋回を行わせる。左右の駆動輪は同軸に固定してあり、車両は、旋回方向に対して外輪となる駆動輪の外径が内輪となる駆動輪の外径よりも大きくなるように駆動輪の外径を変化させることにより旋回する。また、内外輪の外径差により旋回方向に車両が傾くため、車両に作用する遠心力と重力の合力を車両の高さ方向に向けることができ、これによって車両の姿勢が安定する他、搭乗者が横方向に感じる遠心力を緩和することができる。駆動輪の外径の制御は、駆動輪のタイヤに充填されている空気の圧力を制御することにより行う。
【選択図】図2
Description
本発明は、車両に関し、例えば、倒立振り子車両における旋回制御に関する。
一軸上に配設された左右の駆動輪の上に運転者が搭乗し、一輪車のようにバランスを保持しながら走行する倒立振り子車両が注目を集めている。
これら倒立振り子車両は、例えば、特許文献1に示されるように、車輪型倒立振り子の原理を用いてバランスを保持するようになっている。
これら倒立振り子車両は、例えば、特許文献1に示されるように、車輪型倒立振り子の原理を用いてバランスを保持するようになっている。
このような倒立振り子車両では、外輪の回転速度(角速度)が内輪の回転速度よりも大きくなるように左右輪の回転速度を変化させて旋回を行っている。
このような制御を行うために、例えば図9(a)のように、駆動輪11a、11b毎に別々のモータを配設している。そして、それぞれのモータの速度を制御することにより、駆動輪11a、11bのうち、外輪側の駆動輪の回転速度が内輪側の駆動輪の回転速度よりも大きくなるように制御している。
このような制御を行うために、例えば図9(a)のように、駆動輪11a、11b毎に別々のモータを配設している。そして、それぞれのモータの速度を制御することにより、駆動輪11a、11bのうち、外輪側の駆動輪の回転速度が内輪側の駆動輪の回転速度よりも大きくなるように制御している。
図9(b)は、従来の旋回制御についての他の例を示したものである。
この例では、ディファレンシャルギアを介してモータの回転が駆動輪11a、11bに伝達されるようになっている。ディファレンシャルギアは、モータから伝達された回転の回転速度を、駆動輪11a、11bで異なるように変換することができ、これによって、外輪の回転速度が内輪の回転速度よりも大きくなるように制御するようになっている。
なお、この図に示されるように、制動を行うためのブレーキも配設されてる。
この例では、ディファレンシャルギアを介してモータの回転が駆動輪11a、11bに伝達されるようになっている。ディファレンシャルギアは、モータから伝達された回転の回転速度を、駆動輪11a、11bで異なるように変換することができ、これによって、外輪の回転速度が内輪の回転速度よりも大きくなるように制御するようになっている。
なお、この図に示されるように、制動を行うためのブレーキも配設されてる。
また、倒立車両における旋回方法として特許文献2に記載の技術が提案されている。
この車両では、搭乗者の体重移動により、左右の駆動輪の外径を変化させるようになっている。
すなわち、左右の駆動輪内の流体(空気)が配管により自由に行き来できるように連通しており、搭乗者が体重を左右の何れかに移動すると、移動した側の駆動輪内の流体が反対側の駆動輪に押し出される。これによって、内輪側(体重を移動した側)の駆動輪の外径が外輪側の駆動輪の外径よりも小さくなり車両が旋回するようになっている。
この車両では、搭乗者の体重移動により、左右の駆動輪の外径を変化させるようになっている。
すなわち、左右の駆動輪内の流体(空気)が配管により自由に行き来できるように連通しており、搭乗者が体重を左右の何れかに移動すると、移動した側の駆動輪内の流体が反対側の駆動輪に押し出される。これによって、内輪側(体重を移動した側)の駆動輪の外径が外輪側の駆動輪の外径よりも小さくなり車両が旋回するようになっている。
しかし、図9(a)に示した方法では、モータを2台搭載する必要があり、図9(b)に示した方法では、ディファレンシャルギアを搭載する必要がある。
このため、何れの方式も車重が重くなると共に製造コストも高くなってしまうという問題があった。また、旋回中も車体は水平を保つため、重心の位置が高い場合は、遠心力により姿勢が不安定になる場合があった。
また、特許文献2記載の技術では、体重移動による駆動輪の外径差の調節が搭乗者の身体全体の感覚に任せられており、操作性や安定性が必ずしもよくなかった。
このため、何れの方式も車重が重くなると共に製造コストも高くなってしまうという問題があった。また、旋回中も車体は水平を保つため、重心の位置が高い場合は、遠心力により姿勢が不安定になる場合があった。
また、特許文献2記載の技術では、体重移動による駆動輪の外径差の調節が搭乗者の身体全体の感覚に任せられており、操作性や安定性が必ずしもよくなかった。
そこで、本発明は、簡単な仕組みにより倒立振り子車両を旋回させることを目的とする。
請求項1に記載の発明では、同一軸線上に配設された左右の駆動輪を駆動する駆動手段と、運転者からの旋回指示を受け付ける旋回指示受付手段と、前記受け付けた旋回指示で指定された旋回量に対応して、内輪側の駆動輪の外径が外輪側の駆動輪の外径よりも小さくなるように、前記左右の駆動輪のうち少なくとも一方の外径を制御する外径制御手段と、を車両に具備させて前記目的を達成する。
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、前記駆動輪は、流体を充填した弾性体で構成されており、前記外径制御手段は、前記流体の圧力を変化させて前記弾性体を伸縮させることにより前記駆動輪の外径を変化させることを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、請求項1、又は請求項2に記載の車両において、前記受け付けた旋回量に対応する車両の目標傾斜角を算出する目標傾斜角算出手段を具備し、前記外径制御手段は、車両の傾きが前記算出した目標傾斜角となるように、前記駆動輪の外径を制御することを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の車両において、車速を検出する車速検出手段を具備し、前記目標傾斜角算出手段は、前記検出した車速を用いて前記目標傾斜角を算出することを特徴とする。
請求項5に記載の発明では、請求項3、又は請求項4に記載の車両において、前記目標傾斜角算出手段は、前記駆動輪の外径の変化による車両の傾きにより、当該車両に作用する遠心力と重力の合力が前記軸線に垂直となるような傾斜角を算出することを特徴とする。
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、前記駆動輪は、流体を充填した弾性体で構成されており、前記外径制御手段は、前記流体の圧力を変化させて前記弾性体を伸縮させることにより前記駆動輪の外径を変化させることを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、請求項1、又は請求項2に記載の車両において、前記受け付けた旋回量に対応する車両の目標傾斜角を算出する目標傾斜角算出手段を具備し、前記外径制御手段は、車両の傾きが前記算出した目標傾斜角となるように、前記駆動輪の外径を制御することを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の車両において、車速を検出する車速検出手段を具備し、前記目標傾斜角算出手段は、前記検出した車速を用いて前記目標傾斜角を算出することを特徴とする。
請求項5に記載の発明では、請求項3、又は請求項4に記載の車両において、前記目標傾斜角算出手段は、前記駆動輪の外径の変化による車両の傾きにより、当該車両に作用する遠心力と重力の合力が前記軸線に垂直となるような傾斜角を算出することを特徴とする。
本発明では、指定された旋回量に対応して、内輪側の駆動輪の外径が外輪側の駆動輪の外径よりも小さくなるように、前記左右の駆動輪のうち少なくとも一方の外径を制御するようにしたので、簡単な仕組みにより倒立振り子車両を旋回させることができる。
(1)実施形態の概要
本実施形態では、左右の駆動輪により走行する倒立振り子車両を、左右の駆動輪の外径を個別に制御することにより旋回を行わせる。
左右の駆動輪は同軸線上に固定配設されており、車両は、旋回方向に対して外輪となる駆動輪の外径が内輪となる駆動輪の外径よりも大きくなるように駆動輪の外径を変化させることにより旋回する。
このように、内外輪の外径差により旋回方向(内輪側)に車両が傾くため、車両に作用する遠心力と重力の合力を車両の高さ方向(座面と垂直な方向)に向けることができる。これによって旋回に際しての車両の姿勢が安定する他、搭乗者が横方向に感じる遠心力(横G)を緩和することができる。
駆動輪の外径の制御は、駆動輪のタイヤに充填されている空気の圧力を制御することにより行う。このため、車両は、空気を圧縮するコンプレッサと、圧縮空気を駆動輪に供給する空気流路、及び駆動輪内の空気を大気中に放出する空気路を備えており、電磁弁の操作によってタイヤ圧力を調節する。
本実施形態では、左右の駆動輪により走行する倒立振り子車両を、左右の駆動輪の外径を個別に制御することにより旋回を行わせる。
左右の駆動輪は同軸線上に固定配設されており、車両は、旋回方向に対して外輪となる駆動輪の外径が内輪となる駆動輪の外径よりも大きくなるように駆動輪の外径を変化させることにより旋回する。
このように、内外輪の外径差により旋回方向(内輪側)に車両が傾くため、車両に作用する遠心力と重力の合力を車両の高さ方向(座面と垂直な方向)に向けることができる。これによって旋回に際しての車両の姿勢が安定する他、搭乗者が横方向に感じる遠心力(横G)を緩和することができる。
駆動輪の外径の制御は、駆動輪のタイヤに充填されている空気の圧力を制御することにより行う。このため、車両は、空気を圧縮するコンプレッサと、圧縮空気を駆動輪に供給する空気流路、及び駆動輪内の空気を大気中に放出する空気路を備えており、電磁弁の操作によってタイヤ圧力を調節する。
(2)実施形態の詳細
図1は、本実施形態の車両の外観構成を例示したものである。
本実施形態の車両は、進行方向に対して左右に駆動輪を備えた倒立振り子車両により構成されており、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向(前後方向)のバランスを保持するように姿勢制御を行いながら走行するものである。
本実施形態における姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第6,302,230号明細書、特開昭63−35082号公報、特開2004−129435公報、特開2004−276727公報で開示された各種制御方法が使用可能である。
図1は、本実施形態の車両の外観構成を例示したものである。
本実施形態の車両は、進行方向に対して左右に駆動輪を備えた倒立振り子車両により構成されており、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向(前後方向)のバランスを保持するように姿勢制御を行いながら走行するものである。
本実施形態における姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第6,302,230号明細書、特開昭63−35082号公報、特開2004−129435公報、特開2004−276727公報で開示された各種制御方法が使用可能である。
図1に示されるように、倒立振り子車両は、同一軸線上に配設された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(ホイールモータ)12で駆動されるようになっている。
両駆動輪11a、11bは、それぞれ駆動モータ(ホイールモータ)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を区別しない場合は単に駆動輪11と記す)及び駆動モータ12の上部には運転者が搭乗する搭乗部13が配設されている。
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が収納されているホイールモータ筐体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が収納されているホイールモータ筐体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15が配設されている。この操縦装置15は、運転者の操作により、倒立振り子車両の加速、減速、旋回、回転、停止、制動等の指示を行うためのものである。
本実施形態における操縦装置15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を配設するようにしてもよい。
本実施形態における操縦装置15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を配設するようにしてもよい。
なお本実施形態において、操縦装置15の操作により出力される操作信号によって旋回・加減速等の制御が行われるが、例えば、特開平10−67254号公報に示されるように、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切替可能にしてもよい。
搭乗部の右脇には、表示・操作部17が配設されている。この表示・操作部17は、液晶表示装置(図示せず)からなる表示部172と、この表示部172の表面に配設されたタッチパネル及び専用の機能キーで構成される入力部171を備えている。
なお、表示・操作部17は、操縦装置15と同様に又は同一のリモコンにより構成するようにしてもよい。また表示・操作部17と操縦装置15と左右の配設を逆にしてもよく、両者を同一の側に配設するようにしてもよい。
なお、表示・操作部17は、操縦装置15と同様に又は同一のリモコンにより構成するようにしてもよい。また表示・操作部17と操縦装置15と左右の配設を逆にしてもよく、両者を同一の側に配設するようにしてもよい。
搭乗部13と駆動輪11との間には制御ユニット16が配設されている。
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。
また、図1に図示しないが、制御ユニット16の下部には、電力を供給するバッテリ、駆動輪11の空気圧を調節するためのコンプレッサ、電磁弁、配管などの配管系が収納されている。
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。
また、図1に図示しないが、制御ユニット16の下部には、電力を供給するバッテリ、駆動輪11の空気圧を調節するためのコンプレッサ、電磁弁、配管などの配管系が収納されている。
図2の各図は、本実施形態の車両が旋回を行う原理を説明するための図である。
本実施形態の車両は、駆動輪11a、11bとシャフトが一体となって回転するようになっており、両駆動輪の回転速度は常に等しくなるようになっている。
図2(a)は、車両が直線走行を行っている場合の駆動輪11を示したものである。この場合、駆動輪11a、11bの外径は等しくなっている。駆動輪11a、11bの回転速度は等しいため、車両は直進する。
本実施形態の車両は、駆動輪11a、11bとシャフトが一体となって回転するようになっており、両駆動輪の回転速度は常に等しくなるようになっている。
図2(a)は、車両が直線走行を行っている場合の駆動輪11を示したものである。この場合、駆動輪11a、11bの外径は等しくなっている。駆動輪11a、11bの回転速度は等しいため、車両は直進する。
図2(b)は、車両が旋回する場合の駆動輪11を示したのである。
図に示した例では、駆動輪11bの外径が駆動輪11aの外径よりも小さくなっている。駆動輪11a、11bの回転速度は等しいため、外径の大きい駆動輪11aが外輪側、外径の小さい駆動輪11bが内輪側となって、車両は旋回する。
また、逆方向に旋回する場合は、駆動輪11aの外径が駆動輪11bの外径よりも小さくなるように駆動輪11の外径の大きさを制御する。
図に示した例では、駆動輪11bの外径が駆動輪11aの外径よりも小さくなっている。駆動輪11a、11bの回転速度は等しいため、外径の大きい駆動輪11aが外輪側、外径の小さい駆動輪11bが内輪側となって、車両は旋回する。
また、逆方向に旋回する場合は、駆動輪11aの外径が駆動輪11bの外径よりも小さくなるように駆動輪11の外径の大きさを制御する。
なお、厳密には、駆動輪11の表面(タイヤの表面)は丸みを帯びるなど立体的な形状を有しているため、車両が傾くとタイヤ表面と地面の接している箇所が変化する。この地面と接している箇所の外径を有効径という。
このように、本実施形態では、内外輪の有効径を変化させることにより車両を旋回させる。
このように、本実施形態では、内外輪の有効径を変化させることにより車両を旋回させる。
図3は、駆動輪11の内部構造を説明するための図である。
駆動輪11は、円盤状のホイール21の周囲に円環状のタイヤ20を配設することにより構成されている。
ホイール21は、例えば、アルミニウムなどの金属や樹脂などの非弾性部材で形成されており、外周部はタイヤ20の内周部を勘合させるために凹形状となっている。
タイヤ20は、例えば、ゴムなどの弾性体で形成された厚膜により構成されており、タイヤ内部24には空気が充填されている。
ホイール21は、中心軸上でシャフト22と接続しており、シャフト22と共に回転するようになっている。
駆動輪11は、円盤状のホイール21の周囲に円環状のタイヤ20を配設することにより構成されている。
ホイール21は、例えば、アルミニウムなどの金属や樹脂などの非弾性部材で形成されており、外周部はタイヤ20の内周部を勘合させるために凹形状となっている。
タイヤ20は、例えば、ゴムなどの弾性体で形成された厚膜により構成されており、タイヤ内部24には空気が充填されている。
ホイール21は、中心軸上でシャフト22と接続しており、シャフト22と共に回転するようになっている。
また、シャフト22、ホイール21の内部には、タイヤ内部24に至る空気流路23が設けられており。
ホイール21とタイヤ24の接合部は気密性が保たれており、このため、空気流路23内の圧力を増減することにより、タイヤ内部24の圧力を調節することができる。
タイヤ内部24の圧力が高まると、タイヤ20は外周部方向に膨張し、駆動輪11の外径が増大する。一方、タイヤ内部24の圧力が低下すると、タイヤ20は内周方向に収縮し、駆動輪11の外径が減少する。
このように、駆動輪11は、タイヤ内部24の圧力(以下、タイヤ圧力)を増減することにより弾性体を伸縮させることにより外径を変化させることができる。
ホイール21とタイヤ24の接合部は気密性が保たれており、このため、空気流路23内の圧力を増減することにより、タイヤ内部24の圧力を調節することができる。
タイヤ内部24の圧力が高まると、タイヤ20は外周部方向に膨張し、駆動輪11の外径が増大する。一方、タイヤ内部24の圧力が低下すると、タイヤ20は内周方向に収縮し、駆動輪11の外径が減少する。
このように、駆動輪11は、タイヤ内部24の圧力(以下、タイヤ圧力)を増減することにより弾性体を伸縮させることにより外径を変化させることができる。
図4は、本実施形態の車両の配管系の一例を示したブロック図である。
本実施形態の配管系は、コンプレッサ31で圧縮した空気をアキュムレータ32に蓄え、アキュムレータ32に蓄えた圧縮空気を駆動輪11a、11bに供給するようになっている。
コンプレッサ31は、例えば、レシプロ型やスクリュー型のものを使用することができる。
アキュムレータ32は、例えば、金属製の容器であって、配管系での急激な圧力の変化や圧力の脈動を緩和する作用を有している。
このように、制御ユニット16は、高圧源(アキュムレータ32)と低圧源(大気)を用いてタイヤ圧力を調節する。
本実施形態の配管系は、コンプレッサ31で圧縮した空気をアキュムレータ32に蓄え、アキュムレータ32に蓄えた圧縮空気を駆動輪11a、11bに供給するようになっている。
コンプレッサ31は、例えば、レシプロ型やスクリュー型のものを使用することができる。
アキュムレータ32は、例えば、金属製の容器であって、配管系での急激な圧力の変化や圧力の脈動を緩和する作用を有している。
このように、制御ユニット16は、高圧源(アキュムレータ32)と低圧源(大気)を用いてタイヤ圧力を調節する。
コンプレッサ31とアキュムレータ32の間には、電磁弁33と圧力センサP1が配設されている。
コンプレッサ31は、制御ユニット16からの指令により起動・停止され、電磁弁33は制御ユニット16の指令により開閉される。圧力センサP1は、アキュムレータ32の圧力を計測し、制御ユニット16に供給する。
コンプレッサ31は、制御ユニット16からの指令により起動・停止され、電磁弁33は制御ユニット16の指令により開閉される。圧力センサP1は、アキュムレータ32の圧力を計測し、制御ユニット16に供給する。
制御ユニット16は、アキュムレータ32内の圧力の上限値と下限値を記憶しており、圧力センサP1で検出した圧力が下限値を下回ると、コンプレッサ31を起動すると共に電磁弁33を開く。そして、制御ユニット16は、アキュムレータ32内の圧力が上限値に達すると、電磁弁33を閉じると共にコンプレッサ31を停止させる。
このようにして、アキュムレータ32内の圧力は、上限値と下限値の間となるように管理されている。アキュムレータ32内圧の下限値は、駆動輪11a、11bの最大圧力よりも大きい値となっている。
このようにして、アキュムレータ32内の圧力は、上限値と下限値の間となるように管理されている。アキュムレータ32内圧の下限値は、駆動輪11a、11bの最大圧力よりも大きい値となっている。
駆動輪11aは、電磁弁34aと圧力センサP2を介してアキュムレータ32に接続されている。圧力センサP2は、電磁弁34aと駆動輪11aの間に配設されており、制御ユニット16が駆動輪11aのタイヤ圧力(即ち、タイヤ内部24の圧力)を検出するのに用いられる。
更に、駆動輪11aに接続する配管の他端側は開放端となっており、電磁弁34bが配設されている。なお、配管の他端側に駆動輪11aを配設し、駆動輪11aとアキュムレータ32との間のいずれかの位置に電磁弁34を配設するようにしてもよい。
更に、駆動輪11aに接続する配管の他端側は開放端となっており、電磁弁34bが配設されている。なお、配管の他端側に駆動輪11aを配設し、駆動輪11aとアキュムレータ32との間のいずれかの位置に電磁弁34を配設するようにしてもよい。
電磁弁34a、34bは、何れも制御ユニット16の指令により開閉される。
制御ユニット16が、電磁弁34bを閉じたまま電磁弁34aを開くと、アキュムレータ32内の空気が駆動輪11aに供給され、駆動輪11aのタイヤ圧力が増大する。これによって、駆動輪11aの外径が増大する。
一方、制御ユニット16が電磁弁34aを閉じた状態で電磁弁34bを開くと、駆動輪11aの空気が放出され、タイヤ圧力が減少する。これによって駆動輪11aの外径が減少する。
このように、制御ユニット16は、電磁弁34a、34bを開閉してタイヤ圧力を調節し、駆動輪11aの外径を変化させることができる。
なお、制御ユニット16は、駆動輪11aのタイヤ圧力の上限値と下限値を記憶しており、駆動輪11aのタイヤ圧力がこの範囲で制御されるように、圧力センサP2でタイヤ圧力を監視している。
制御ユニット16が、電磁弁34bを閉じたまま電磁弁34aを開くと、アキュムレータ32内の空気が駆動輪11aに供給され、駆動輪11aのタイヤ圧力が増大する。これによって、駆動輪11aの外径が増大する。
一方、制御ユニット16が電磁弁34aを閉じた状態で電磁弁34bを開くと、駆動輪11aの空気が放出され、タイヤ圧力が減少する。これによって駆動輪11aの外径が減少する。
このように、制御ユニット16は、電磁弁34a、34bを開閉してタイヤ圧力を調節し、駆動輪11aの外径を変化させることができる。
なお、制御ユニット16は、駆動輪11aのタイヤ圧力の上限値と下限値を記憶しており、駆動輪11aのタイヤ圧力がこの範囲で制御されるように、圧力センサP2でタイヤ圧力を監視している。
同様に、駆動輪11bは、電磁弁35aと圧力センサP3を介してアキュムレータ32に接続されている。更に、駆動輪11bに接続する配管の他端側は開放端となっており、電磁弁35bが配設されている。
これらの構成要素の動作は、駆動輪11aの場合と同じである。
これらの構成要素の動作は、駆動輪11aの場合と同じである。
なお、本実施形態では、一例として、駆動輪11の外径を空気圧により制御したが、この他に、炭酸ガスなどの他の気体を用いたり、水などの液体を用いるなど、各種の流体を用いることができる。
また、空気以外の流体を用いる場合は、駆動輪11を減圧した際に放出される流体を回収し、再度利用する配管系を追加することにより、流体を再利用することができる。
また、空気以外の流体を用いる場合は、駆動輪11を減圧した際に放出される流体を回収し、再度利用する配管系を追加することにより、流体を再利用することができる。
図5は、倒立振り子車両の制御ユニット16について説明するための図である。
制御ユニット16は、主制御装置161、モータ制御装置163、電磁弁制御装置165、コンプレッサ制御装置166、ジャイロセンサ162、記憶部164などを備えている。
制御ユニット16には、操縦装置15、入力部171、表示部172、圧力センサP1〜P3、駆動モータ12、電磁弁33、34a、34b、35a、35b、コンプレッサ31などの周辺装置が接続されている。
バッテリ160は、駆動モータ12に接続されており、駆動用の電力を供給する他、制御ユニット16などに対しても制御用の低電圧の電力を供給するようになっている。
制御ユニット16は、主制御装置161、モータ制御装置163、電磁弁制御装置165、コンプレッサ制御装置166、ジャイロセンサ162、記憶部164などを備えている。
制御ユニット16には、操縦装置15、入力部171、表示部172、圧力センサP1〜P3、駆動モータ12、電磁弁33、34a、34b、35a、35b、コンプレッサ31などの周辺装置が接続されている。
バッテリ160は、駆動モータ12に接続されており、駆動用の電力を供給する他、制御ユニット16などに対しても制御用の低電圧の電力を供給するようになっている。
主制御装置161は、メインCPUを備え、図示しない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。
ROM(又は記憶部164)には、倒立振り子車両の姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置15からの各種指示信号に基づいて走行を制御する走行制御プログラム(操縦装置15からの旋回指示に基づいて旋回を制御するプログラムも含まれている)などの各種プログラムが格納されている。
主制御装置161は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。
ROM(又は記憶部164)には、倒立振り子車両の姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置15からの各種指示信号に基づいて走行を制御する走行制御プログラム(操縦装置15からの旋回指示に基づいて旋回を制御するプログラムも含まれている)などの各種プログラムが格納されている。
主制御装置161は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。
ジャイロセンサ162は、車両の傾き(搭乗部13の姿勢)を検出する傾斜角センサとして機能する。
ジャイロセンサ162は、車両の傾斜に基づく物理量として、車両の傾きと角加速度を計測し、主制御装置161に供給する。
車両の傾斜角は、搭乗部13の走行方向への傾斜角(ピッチ角)と、走行方向に垂直な方向への傾斜角(ロール角)があり、角加速度も走行方向への角加速度と、走行方向に垂直な方向への角加速度がある。
以下本実施形態では、車両のロール角を傾斜角Φといい、この傾斜角Φを旋回制御において検出される車両の傾きとして検出する。
ジャイロセンサ162は、車両の傾斜に基づく物理量として、車両の傾きと角加速度を計測し、主制御装置161に供給する。
車両の傾斜角は、搭乗部13の走行方向への傾斜角(ピッチ角)と、走行方向に垂直な方向への傾斜角(ロール角)があり、角加速度も走行方向への角加速度と、走行方向に垂直な方向への角加速度がある。
以下本実施形態では、車両のロール角を傾斜角Φといい、この傾斜角Φを旋回制御において検出される車両の傾きとして検出する。
これら傾斜角のうち、ロール角は、車両が旋回する際に、主制御装置161が後述の式(2)で求める目標傾斜角φを用いて駆動輪11の内外輪差を制御するのに用いられる。
なお、ジャイロセンサ162は、角加速度のみ検出し、主制御装置161がこれらを時間で積分することにより車両の傾斜角Φを算出するように構成してもよい。
なお、ジャイロセンサ162は、角加速度のみ検出し、主制御装置161がこれらを時間で積分することにより車両の傾斜角Φを算出するように構成してもよい。
また、傾斜角センサとしてはジャイロセンサ162以外に、液体ロータ型角加速度計、渦電流式の角加速度計等の車両が傾斜する際の角加速度に応じた信号を出力する各種センサを使用することができる。
液体ロータ型角加速度計は、サーボ型加速度計の振り子の代わりに液体の動きを検出し、この液体の動きをサーボ機構によりバランスさせるときのフィードバック電流から角加速度を測定するものである。一方、渦電流を利用した角加速度計は、永久磁石を用いて磁気回路を構成し、この回路内に円筒形のアルミニウム製のロータを配設し、このロータの回転速度の変化に応じて発生する磁気起電力に基づき、角加速度を検出するものである。
液体ロータ型角加速度計は、サーボ型加速度計の振り子の代わりに液体の動きを検出し、この液体の動きをサーボ機構によりバランスさせるときのフィードバック電流から角加速度を測定するものである。一方、渦電流を利用した角加速度計は、永久磁石を用いて磁気回路を構成し、この回路内に円筒形のアルミニウム製のロータを配設し、このロータの回転速度の変化に応じて発生する磁気起電力に基づき、角加速度を検出するものである。
モータ制御装置163は、主制御装置161からの指令(駆動トルク、速度、回転向きの各指示信号)に基づいて駆動モータ12を制御する。
モータ制御装置163は、駆動モータ12用のトルク−電流マップを備えている。
このトルク−電流マップに従って、モータ制御装置163は、主制御装置161から供給される駆動トルクに対応する電流を駆動モータ12に対して出力するように制御する。
このように、主制御装置161、モータ制御装置163、駆動モータ12は、駆動輪11を駆動する駆動輪制御手段として機能する。
モータ制御装置163は、駆動モータ12用のトルク−電流マップを備えている。
このトルク−電流マップに従って、モータ制御装置163は、主制御装置161から供給される駆動トルクに対応する電流を駆動モータ12に対して出力するように制御する。
このように、主制御装置161、モータ制御装置163、駆動モータ12は、駆動輪11を駆動する駆動輪制御手段として機能する。
なお、主制御装置161から供給される駆動トルクの指令値は、車両が停止している場合には、姿勢制御のためのトルク指令値(Tとする)であり、走行中は運転者の駆動要求に応じたトルク指令値から姿勢制御のためのトルク指令値Tを加減算した値である。
主制御装置161は、モータ制御装置163から供給される、駆動モータ12のロータの回転速度の検出値によって車速Vを検出する。この車速Vは、後述の式(2)で目標傾斜角φを算出するのに用いられる。
主制御装置161は、モータ制御装置163から供給される、駆動モータ12のロータの回転速度の検出値によって車速Vを検出する。この車速Vは、後述の式(2)で目標傾斜角φを算出するのに用いられる。
記憶部164は、例えば、ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置が用いられる。
記憶部164には、例えば、走行制御プログラム、ナビゲーションプログラムといった各種のプログラムや、ナビゲーションに用いる地図データなどの各種データが記憶されている。
主制御装置161は、インターフェイスを介して外部のコンピュータと接続し、記憶部164に記憶されたプログラムやデータを更新したり、あるいは新たに記憶させることができるようになっている。
記憶部164には、例えば、走行制御プログラム、ナビゲーションプログラムといった各種のプログラムや、ナビゲーションに用いる地図データなどの各種データが記憶されている。
主制御装置161は、インターフェイスを介して外部のコンピュータと接続し、記憶部164に記憶されたプログラムやデータを更新したり、あるいは新たに記憶させることができるようになっている。
電磁弁制御装置165は、主制御装置161からの指令に従って、電磁弁33、34a、34b、35a、35bを個別に開閉する。
主制御装置161から電磁弁制御装置165へは、電磁弁を特定する電磁弁特定情報と、電磁弁を開く開命令又は電磁弁を閉じる閉命令が電磁弁制御装置165に供給される。
電磁弁制御装置165は、電磁弁特定情報により開閉する電磁弁を認識し、開命令、又は閉命令により、この電磁弁を開くのかあるいは閉じるのかを認識する。
そして、電磁弁制御装置165は、電磁弁を構成するコイルに通電するなどしてこれを開閉する。
主制御装置161から電磁弁制御装置165へは、電磁弁を特定する電磁弁特定情報と、電磁弁を開く開命令又は電磁弁を閉じる閉命令が電磁弁制御装置165に供給される。
電磁弁制御装置165は、電磁弁特定情報により開閉する電磁弁を認識し、開命令、又は閉命令により、この電磁弁を開くのかあるいは閉じるのかを認識する。
そして、電磁弁制御装置165は、電磁弁を構成するコイルに通電するなどしてこれを開閉する。
コンプレッサ制御装置166は、主制御装置161からの指令に従ってコンプレッサ31を作動させる。
主制御装置161からコンプレッサ制御装置166へは、コンプレッサ31を作動させる作動命令やコンプレッサ31を停止させる停止命令が送信され、コンプレッサ制御装置166は、これらの命令に従って、コンプレッサ31の起動スイッチをオンオフする。
このように、電磁弁制御装置165、電磁弁33、34a、34b、35a、35b、コンプレッサ制御装置166は、駆動輪11の少なくとも一方の外径を制御する外径制御手段として機能する。
主制御装置161からコンプレッサ制御装置166へは、コンプレッサ31を作動させる作動命令やコンプレッサ31を停止させる停止命令が送信され、コンプレッサ制御装置166は、これらの命令に従って、コンプレッサ31の起動スイッチをオンオフする。
このように、電磁弁制御装置165、電磁弁33、34a、34b、35a、35b、コンプレッサ制御装置166は、駆動輪11の少なくとも一方の外径を制御する外径制御手段として機能する。
圧力センサP1〜P3は、例えば、ダイアフラムやベローズなどを用いて構成されており、主制御装置161は、圧力センサP1によりアキュムレータ32内の圧力を監視し、圧力センサP2、P3により、それぞれ駆動輪11aと駆動輪11bのタイヤ圧力を監視する。
入力部171は、表示・操作部17(図1参照)に配設され、各種データや指示、選択をするための入力手段として機能する。
入力部171は、表示部172上に配設されたタッチパネルと、専用の選択ボタンで構成される。タッチパネル部分は、表示部172に表示された各種選択ボタンに対応して搭乗者が押下(タッチ)した位置が検出され、その押下位置と表示内容とから選択内容が取得される。
入力部171は、表示部172上に配設されたタッチパネルと、専用の選択ボタンで構成される。タッチパネル部分は、表示部172に表示された各種選択ボタンに対応して搭乗者が押下(タッチ)した位置が検出され、その押下位置と表示内容とから選択内容が取得される。
操縦装置15は、運転者が加速・減速・旋回を指示する装置であって、例えば、ジョイスティック状の操作棒を運転者が傾斜させることにより指示するようになっている。操作棒の操作方法は概略次のとおりである。
車両を前進・後退させる場合は、操作棒をそれぞれ前後に倒すことにより指示する。その際の操作棒の傾斜角度が速度に対応する。
車両を前進・後退させる場合は、操作棒をそれぞれ前後に倒すことにより指示する。その際の操作棒の傾斜角度が速度に対応する。
車両を旋回させる場合は、操作棒を旋回方向に倒す(進行方向に向かって右旋回する場合は右に倒し、左旋回する場合は左に倒す)。そして、その際の操作棒の傾斜角度が旋回半径Rに対応している。
このように、操縦装置15では、操作棒の倒された方向により旋回方向が指示され、倒した量により旋回量(旋回半径R)が指示される。なお、操作棒を倒した量(傾斜角)が大きいほど旋回半径は小さくなる。
操縦装置15と主制御装置161は、運転者からの旋回指示を受け付ける旋回指示受付手段として機能する。
このように、操縦装置15では、操作棒の倒された方向により旋回方向が指示され、倒した量により旋回量(旋回半径R)が指示される。なお、操作棒を倒した量(傾斜角)が大きいほど旋回半径は小さくなる。
操縦装置15と主制御装置161は、運転者からの旋回指示を受け付ける旋回指示受付手段として機能する。
なお、操縦装置15では、操作棒の他に、ハンドル操作で旋回方向と旋回量を指定するように構成したり、あるいはタッチパネルにタッチすることにより旋回方向と旋回量を指定するように構成するなど、各種の方式が可能である。
更に、操縦装置15を用いずに運転者が旋回方向に体重を移動することにより、旋回方向と旋回量を指示するように構成することもできる。この場合、運転者は、自転車を運転している場合と同様の体重移動により車両に旋回を行わせることができ、運転者の体感にとって自然な旋回制御を行うことができる。
更に、操縦装置15を用いずに運転者が旋回方向に体重を移動することにより、旋回方向と旋回量を指示するように構成することもできる。この場合、運転者は、自転車を運転している場合と同様の体重移動により車両に旋回を行わせることができ、運転者の体感にとって自然な旋回制御を行うことができる。
図6は、駆動輪11の外径と旋回半径の関係の一例を説明するための図である。
この例では、駆動輪11aの外径が550mm、駆動輪11bの外径が500mmで、駆動輪11aと駆動輪11bの距離が500mmとなっている。
この場合、旋回半径は5.5mとなる。この旋回半径は、小型車で実現できる旋回半径と同程度である。このように、外径差50mm程度で実用的な旋回能力を得ることができ、この程度であればタイヤ20の伸縮(膨張収縮)で実現することができる。
この例では、駆動輪11aの外径が550mm、駆動輪11bの外径が500mmで、駆動輪11aと駆動輪11bの距離が500mmとなっている。
この場合、旋回半径は5.5mとなる。この旋回半径は、小型車で実現できる旋回半径と同程度である。このように、外径差50mm程度で実用的な旋回能力を得ることができ、この程度であればタイヤ20の伸縮(膨張収縮)で実現することができる。
図7(a)は、旋回時に、車両に作用する力を説明するための図である。
本実施形態の車両は、車両に作用する遠心力と重力の合力が車軸(座面部131)と垂直になるように車両を傾ける。
以下に、このような条件を満たす車両の傾きを目標傾斜角φとして求める。
まず、重心に作用する遠心力Fcは、外輪側(外径の大きい方の駆動輪11側)に水平に作用し、その大きさは、車両の質量をM(搭乗者の質量を含める)、車速をV、旋回半径をRとすると次の式(1)で表される。
本実施形態の車両は、車両に作用する遠心力と重力の合力が車軸(座面部131)と垂直になるように車両を傾ける。
以下に、このような条件を満たす車両の傾きを目標傾斜角φとして求める。
まず、重心に作用する遠心力Fcは、外輪側(外径の大きい方の駆動輪11側)に水平に作用し、その大きさは、車両の質量をM(搭乗者の質量を含める)、車速をV、旋回半径をRとすると次の式(1)で表される。
Fc=M×V×V/R ・・・(1)
一方、重力は鉛直方向に作用し、重力加速度をgとするとその大きさはMgとなる。
そのため、遠心力と重力の合力Fが車軸に垂直となる条件は、次の式(2)で表される。
ただし、φは、駆動輪11の外径差による車体の傾斜角である。
そのため、遠心力と重力の合力Fが車軸に垂直となる条件は、次の式(2)で表される。
ただし、φは、駆動輪11の外径差による車体の傾斜角である。
φ=arctan{V×V/(gR)}・・・(2)
式(2)において、旋回半径Rは、搭乗者が操縦装置15を操作することにより指示される。主制御装置161は、このようにして指示された旋回半径Rと車速Vを式(2)に代入してφを求め、このφを目標値(目標傾斜角)として駆動輪11の外径を変化させる。
このように、主制御装置161は、式(2)によって旋回量に対応する車両の目標傾斜角φを算出する目標傾斜角算出手段として機能する。
このように、主制御装置161は、式(2)によって旋回量に対応する車両の目標傾斜角φを算出する目標傾斜角算出手段として機能する。
このように車両をφだけ傾けると、合力Fの方向は車軸と垂直となるため、搭乗者は身体に、遠心力による横方向の力(横G)を感じることがない。そのため、搭乗者は快適に旋回することができる。
また、この合力Fの作用の方向は、自転車に乗っていて旋回する場合と同様であり、このため、搭乗者は、自転車に乗っているかのような体感にて車両を操縦することができる。
更に、車両を転覆させる方向のモーメントが発生せず、内輪と外輪に等しく加重を分散させるため、安全に旋回を行うことができる。
また、この合力Fの作用の方向は、自転車に乗っていて旋回する場合と同様であり、このため、搭乗者は、自転車に乗っているかのような体感にて車両を操縦することができる。
更に、車両を転覆させる方向のモーメントが発生せず、内輪と外輪に等しく加重を分散させるため、安全に旋回を行うことができる。
図7(b)は、従来の車両で旋回した場合の力の作用を、本実施形態と比較するために示した図である。
従来は、車両を傾けずに旋回していたため、車両の重心に作用する遠心力Fcを打ち消す力が作用しない。
そのため、搭乗者は遠心力を水平方向に感じてしまう。
また、この遠心力Fcは、外輪側に加重が偏るため、図7(a)の例に比べると、旋回時における車両の安定性が低下する。
従来は、車両を傾けずに旋回していたため、車両の重心に作用する遠心力Fcを打ち消す力が作用しない。
そのため、搭乗者は遠心力を水平方向に感じてしまう。
また、この遠心力Fcは、外輪側に加重が偏るため、図7(a)の例に比べると、旋回時における車両の安定性が低下する。
なお、本実施形態の車両では、遠心力Fcと重力Mgの合力が車軸と垂直になるように構成したが、この条件を緩めて、車軸と垂直にならない範囲で車両を傾けるように構成することもできる。
この場合、図7(c)に示したように、合力Fの方向が、図に示した重心と外輪・内輪の接地点を結んだ点線の範囲となるようにすると、車両を転覆させずに旋回することができる。
この場合は、合力Fの方向が図7(c)の点線内となる範囲で旋回を行うことが可能である。
このように条件を緩和すると、旋回半径Rと車両の傾きを対応させる必要がなくなり、例えば、低速で小さな旋回半径Rを旋回する(条件を緩めない場合、旋回半径が小さい場合、車速を高速にする必要がある)ことができる。
この場合、図7(c)に示したように、合力Fの方向が、図に示した重心と外輪・内輪の接地点を結んだ点線の範囲となるようにすると、車両を転覆させずに旋回することができる。
この場合は、合力Fの方向が図7(c)の点線内となる範囲で旋回を行うことが可能である。
このように条件を緩和すると、旋回半径Rと車両の傾きを対応させる必要がなくなり、例えば、低速で小さな旋回半径Rを旋回する(条件を緩めない場合、旋回半径が小さい場合、車速を高速にする必要がある)ことができる。
次に、図8のフローチャートを用いて、旋回制御について説明する。
なお、このフローチャートは、車両が行う各種制御のうち旋回制御の部分を示しており、車両は、走行方向の姿勢制御などの走行に必要な他の制御を旋回制御と並行して行っている。
なお、このフローチャートは、車両が行う各種制御のうち旋回制御の部分を示しており、車両は、走行方向の姿勢制御などの走行に必要な他の制御を旋回制御と並行して行っている。
主制御装置161は、旋回指示が入力された否か、即ち操作棒が運転者によって旋回方向に傾けられたか否かを監視している(ステップ5)。
旋回指示が入力されない場合(ステップ5;N)、主制御装置161は引き続き監視を継続する。
旋回指示が入力された場合(ステップ5;Y)、主制御装置161は、操縦装置15からの旋回指示の入力を受け付ける(ステップ10)。この旋回指示は、操作棒が倒された方向と倒された角度などから構成されている。
旋回指示が入力されない場合(ステップ5;N)、主制御装置161は引き続き監視を継続する。
旋回指示が入力された場合(ステップ5;Y)、主制御装置161は、操縦装置15からの旋回指示の入力を受け付ける(ステップ10)。この旋回指示は、操作棒が倒された方向と倒された角度などから構成されている。
主制御装置161は、操作棒が傾けられた方向により旋回方向を特定し、これによって駆動輪11a、11bのうち何れが内輪となり、何れが外輪となるかを特定する。
なお、右側に旋回する場合は、進行方向に向かって操作棒が右側に傾けられ、進行方向に向かって右側(駆動輪11a)が内輪となる。逆に、左側に旋回する場合は、操作棒が左側に傾けられ、進行方向に向かって左側(駆動輪11b)が内輪となる。
なお、右側に旋回する場合は、進行方向に向かって操作棒が右側に傾けられ、進行方向に向かって右側(駆動輪11a)が内輪となる。逆に、左側に旋回する場合は、操作棒が左側に傾けられ、進行方向に向かって左側(駆動輪11b)が内輪となる。
次に、主制御装置161は、操作棒が傾けられた角度により旋回半径Rを算出する(ステップ15)。
ここで、旋回半径Rは、R=f(r)といった関数によって走行制御プログラム中に定義されており、主制御装置161は、これによってRを算出する。ここで、rは操作棒が傾けられた角度である。一般にfは、rが大きいと旋回半径Rが小さくなるような関数である。
なお、R=f(r、V)とし、Rの算出に操作棒の傾斜角rと車速Vを用いることもできる。例えば、高速で走向している場合、急激に旋回すると遠心力が大きくなり車両の安定性が低下する。そのため、操作棒の傾きが同じ角度であっても、車速Vが大きいほどRが大きくなるようにRの関数を規定すると高速での急旋回を抑制することができ、安全性が向上する。
ここで、旋回半径Rは、R=f(r)といった関数によって走行制御プログラム中に定義されており、主制御装置161は、これによってRを算出する。ここで、rは操作棒が傾けられた角度である。一般にfは、rが大きいと旋回半径Rが小さくなるような関数である。
なお、R=f(r、V)とし、Rの算出に操作棒の傾斜角rと車速Vを用いることもできる。例えば、高速で走向している場合、急激に旋回すると遠心力が大きくなり車両の安定性が低下する。そのため、操作棒の傾きが同じ角度であっても、車速Vが大きいほどRが大きくなるようにRの関数を規定すると高速での急旋回を抑制することができ、安全性が向上する。
次に、主制御装置161は、駆動モータ12の回転速度から車速Vを検出する(車速検出手段)(ステップ20)。駆動モータ12は、ロータの位置を主制御装置161に対して出力するので、主制御装置161は、これを時間微分するなどして車速Vを算出することができる。
また、駆動モータ12にロータの回転速度を検出するセンサを取り付け、主制御装置161が車速を直接検出できるようにしてもよい。
また、駆動モータ12にロータの回転速度を検出するセンサを取り付け、主制御装置161が車速を直接検出できるようにしてもよい。
次に、主制御装置161は、式(2)を用いて車両の傾斜の方向(進行方向に対して左右の何れか)と傾斜角度を算出する(ステップ25)。
主制御装置161は、傾斜の方向に関しては旋回する側が傾斜の方向であると判断する。即ち、右側に旋回する場合は、車両を傾斜させる方向は右側であり、左側に旋回する場合は、車両を傾斜させる方向は左側である。
そして、傾斜角度に関しては、ステップ15で算出した旋回半径Rと、ステップ20で検出した車速Vを式(2)に代入して算出する。
主制御装置161は、傾斜の方向に関しては旋回する側が傾斜の方向であると判断する。即ち、右側に旋回する場合は、車両を傾斜させる方向は右側であり、左側に旋回する場合は、車両を傾斜させる方向は左側である。
そして、傾斜角度に関しては、ステップ15で算出した旋回半径Rと、ステップ20で検出した車速Vを式(2)に代入して算出する。
このようにして、車両を傾ける方向、及び目標傾斜角φを算出した後、主制御装置161は、駆動輪11の外径の制御を行って外径を変化させる(ステップ27)。
本実施形態では、内輪となる側の駆動輪11の空気を放出してタイヤ圧力を低下させて内輪の外径を小さくし、これによって内外輪の外径差を形成する。
本実施形態では、内輪となる側の駆動輪11の空気を放出してタイヤ圧力を低下させて内輪の外径を小さくし、これによって内外輪の外径差を形成する。
本実施形態では、通常の直線走行時はアキュムレータ32の内圧と駆動輪11のタイヤ圧力を等しくし、旋回する場合に内輪側の空気を放出するように構成してある。
これにより、主制御装置161は、タイヤ圧力を減圧する場合は、電磁弁34a、35aを閉じたまま電磁弁34b又は電磁弁35bのうち、該当するものを開状態にし、減圧したタイヤ圧を復元するには、電磁弁34b、35bを閉じた状態で、電磁弁34a、35aのうち、該当するものを開状態にする。
これにより、主制御装置161は、タイヤ圧力を減圧する場合は、電磁弁34a、35aを閉じたまま電磁弁34b又は電磁弁35bのうち、該当するものを開状態にし、減圧したタイヤ圧を復元するには、電磁弁34b、35bを閉じた状態で、電磁弁34a、35aのうち、該当するものを開状態にする。
なお、外輪のタイヤ圧を高めて外輪の外径を大きくするように構成することも可能である。
この場合アキュムレータ32の最少の内圧を駆動輪11のタイヤ圧力よりも高く維持する必要がある。
ただし、旋回に際して外輪のタイヤ圧を加圧し、これと同時に内輪のタイヤ圧を減圧するように制御すると、内外輪の外径差をより大きくすることができ、旋回半径R最小値をより小さくすることが可能になる。
何れの方式を採用するかは、車両の仕様や用途などにより決定される。
この場合アキュムレータ32の最少の内圧を駆動輪11のタイヤ圧力よりも高く維持する必要がある。
ただし、旋回に際して外輪のタイヤ圧を加圧し、これと同時に内輪のタイヤ圧を減圧するように制御すると、内外輪の外径差をより大きくすることができ、旋回半径R最小値をより小さくすることが可能になる。
何れの方式を採用するかは、車両の仕様や用途などにより決定される。
このようにして、主制御装置161は、電磁弁34b、電磁弁35bのうち、内輪となる側の電磁弁に対する開命令を電磁弁制御装置165に供給し、電磁弁制御装置165は当該電磁弁を開く。
これによって、内輪のタイヤ圧力が低下し、車両が旋回方向に傾き始める。
主制御装置161は、車両の傾斜角Φをジャイロセンサ162によって検出し、これと目標傾斜角φとを比較する。そして、主制御装置161は、車両の傾斜角Φが目標傾斜角φに到達したか否かを判断する(ステップ30)。
なお、主制御装置161は、車両の傾斜角Φの検出を所定のサンプリングレートにより行い、逐次検出している。
これによって、内輪のタイヤ圧力が低下し、車両が旋回方向に傾き始める。
主制御装置161は、車両の傾斜角Φをジャイロセンサ162によって検出し、これと目標傾斜角φとを比較する。そして、主制御装置161は、車両の傾斜角Φが目標傾斜角φに到達したか否かを判断する(ステップ30)。
なお、主制御装置161は、車両の傾斜角Φの検出を所定のサンプリングレートにより行い、逐次検出している。
このようにして主制御装置161は、車両の傾斜角Φを検出しながら、傾斜角Φがまだ目標傾斜角φに達していない場合(ステップ30;N)、開いた電磁弁(34b又は35b)の開状態を維持し、空気圧の調整(減圧)を引き続き行う(ステップ35)。そして、主制御装置161は、ステップ30に戻って車両の傾斜角Φが目標傾斜角φに到達したかを確認する。
一方、車両傾斜角Φが目標傾斜角φに到達した場合(ステップ30)、主制御装置161は、運手者の操作により旋回半径が変更されたか確認する(ステップ40)。
一方、車両傾斜角Φが目標傾斜角φに到達した場合(ステップ30)、主制御装置161は、運手者の操作により旋回半径が変更されたか確認する(ステップ40)。
旋回半径Rが変更されている場合(ステップ40;Y)、主制御装置161の処理は、ステップ10に戻って再度目標傾斜角φの算出を行い、内輪のタイヤ圧力を調節する。
旋回半径Rが変更されていない場合(ステップ40;N)、主制御装置161は、旋回制御を終了する。
旋回半径Rが変更されていない場合(ステップ40;N)、主制御装置161は、旋回制御を終了する。
通常、道路のカーブ区間は、クロソイド曲線と呼ばれる曲線に沿って形成されており、カーブ区間の両端では旋回半径Rが大きく、カーブ区間の中間では旋回半径Rが小さく設定されている。
そのため、運転者は、カーブ区間に進入しながら操作棒を徐々に旋回方向に倒し、カーブ区間を出ながら操作棒を徐々に戻すことになる。
このように、旋回半径Rがカーブ区間の通行に伴って刻々と変化するため、本実施形態では、ステップ40で逐次旋回半径Rの変更を確認し、内輪のタイヤ圧を調節するようになっている。
そのため、運転者は、カーブ区間に進入しながら操作棒を徐々に旋回方向に倒し、カーブ区間を出ながら操作棒を徐々に戻すことになる。
このように、旋回半径Rがカーブ区間の通行に伴って刻々と変化するため、本実施形態では、ステップ40で逐次旋回半径Rの変更を確認し、内輪のタイヤ圧を調節するようになっている。
以上、本発明の車両における1実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、主制御装置161は、車両傾斜角Φを検出し、これが目標傾斜角φと等しくなるようにタイヤ圧力を制御したが、旋回制御のプログラム中で目標傾斜角φと目標タイヤ圧力を対応付けておき、主制御装置161は、内輪のタイヤ圧力がこの目標タイヤ圧力に達するようにタイヤ圧力を減圧する構成としてもよい。
例えば、説明した実施形態では、主制御装置161は、車両傾斜角Φを検出し、これが目標傾斜角φと等しくなるようにタイヤ圧力を制御したが、旋回制御のプログラム中で目標傾斜角φと目標タイヤ圧力を対応付けておき、主制御装置161は、内輪のタイヤ圧力がこの目標タイヤ圧力に達するようにタイヤ圧力を減圧する構成としてもよい。
また、目標タイヤ圧力により傾斜角Φの粗調性を行い、車両の傾斜角Φと目標傾斜角φの差により微調整を行うように構成することもできる。
この場合、主制御装置161は、まず、タイヤ圧力を目標タイヤ圧力まで減圧した後、車両の傾斜角Φと目標傾斜角φの差からタイヤ圧力を微調整する。
この場合、主制御装置161は、まず、タイヤ圧力を目標タイヤ圧力まで減圧した後、車両の傾斜角Φと目標傾斜角φの差からタイヤ圧力を微調整する。
以上に説明した本実施形態により次のような効果を得ることができる。
(1)空気圧によって駆動輪の外径(有効径)差を制御することにより自由な半径での車両の旋回が可能となる。
(2)内輪側の駆動輪11の外径が外輪側の駆動輪11の外径よりも小さくなるため、車両を旋回方向に傾けることができ、旋回時の車両の姿勢安定性を高めることができる。
(3)車両の旋回制御において、内外輪に回転速度の差を制御する機構が必要なく、システムがコンパクトとなり、軽量化を図ることができる。
(4)旋回方向に自動的に車両が傾斜するため、搭乗者が遠心力により受ける横方向の力を打ち消したり、あるいは緩和することができる。
(1)空気圧によって駆動輪の外径(有効径)差を制御することにより自由な半径での車両の旋回が可能となる。
(2)内輪側の駆動輪11の外径が外輪側の駆動輪11の外径よりも小さくなるため、車両を旋回方向に傾けることができ、旋回時の車両の姿勢安定性を高めることができる。
(3)車両の旋回制御において、内外輪に回転速度の差を制御する機構が必要なく、システムがコンパクトとなり、軽量化を図ることができる。
(4)旋回方向に自動的に車両が傾斜するため、搭乗者が遠心力により受ける横方向の力を打ち消したり、あるいは緩和することができる。
なお、本実施形態では、駆動輪11aと駆動輪11bが直結しており、駆動輪11aと駆動輪11bの回転速度が等しくなるように構成したが、従来例のように、駆動輪11a、11bの回転速度を個別に制御する方式と、本実施形態のように駆動輪11の外径を制御する方式を組み合わせることも可能である。
本実施形態では、駆動輪11の外径差と旋回半径Rが対応しているが、駆動輪11の外径差と共に回転速度を個別に制御することにより、旋回半径Rに対して様々な車両の傾きを採用することが可能となる。
本実施形態では、駆動輪11の外径差と旋回半径Rが対応しているが、駆動輪11の外径差と共に回転速度を個別に制御することにより、旋回半径Rに対して様々な車両の傾きを採用することが可能となる。
また、車両に旋回半径Rに応じて車速Vを加減速する機能を備えるようにしてもよい。
この場合、運転者が操作棒を倒して旋回を指示すると、車両は、操作棒の傾斜角度に応じて決定される旋回半径Rに応じて車速Vを減速し、旋回から直線走行に復帰するのに応じて車速Vを加速するように構成する。
このように構成すると、車両は、カーブ区間に進入する際に減速し、カーブ区間から脱する際に加速することができ、円滑な旋回を行うことができる。
この場合、運転者が操作棒を倒して旋回を指示すると、車両は、操作棒の傾斜角度に応じて決定される旋回半径Rに応じて車速Vを減速し、旋回から直線走行に復帰するのに応じて車速Vを加速するように構成する。
このように構成すると、車両は、カーブ区間に進入する際に減速し、カーブ区間から脱する際に加速することができ、円滑な旋回を行うことができる。
11 駆動輪
12 駆動モータ
13 搭乗部
14 支持部材
15 操縦装置
16 制御ユニット
17 表示・操作部
171 入力部
172 表示部
20 タイヤ
21 ホイール
24 タイヤ内部
22 シャフト
23 空気流路
31 コンプレッサ
32 アキュムレータ32
33、34a、34b、35a、35b 電磁弁
160 バッテリ
161 主制御装置
162 ジャイロセンサ
163 モータ制御装置
164 記憶部
165 電磁弁制御装置
166 コンプレッサ制御装置
P1〜P3 圧力センサ
12 駆動モータ
13 搭乗部
14 支持部材
15 操縦装置
16 制御ユニット
17 表示・操作部
171 入力部
172 表示部
20 タイヤ
21 ホイール
24 タイヤ内部
22 シャフト
23 空気流路
31 コンプレッサ
32 アキュムレータ32
33、34a、34b、35a、35b 電磁弁
160 バッテリ
161 主制御装置
162 ジャイロセンサ
163 モータ制御装置
164 記憶部
165 電磁弁制御装置
166 コンプレッサ制御装置
P1〜P3 圧力センサ
Claims (5)
- 同一軸線上に配置された左右の駆動輪を駆動する駆動手段と、
運転者からの旋回指示を受け付ける旋回指示受付手段と、
前記受け付けた旋回指示で指定された旋回量に対応して、内輪側の駆動輪の外径が外輪側の駆動輪の外径よりも小さくなるように、前記左右の駆動輪のうち少なくとも一方の外径を制御する外径制御手段と、
を具備したことを特徴とする車両。 - 前記駆動輪は、流体を充填した弾性体で構成されており、前記外径制御手段は、前記流体の圧力を変化させて前記弾性体を伸縮させることにより前記駆動輪の外径を変化させることを特徴とする請求項1に記載の車両。
- 前記受け付けた旋回量に対応する車両の目標傾斜角を算出する目標傾斜角算出手段を具備し、
前記外径制御手段は、車両の傾きが前記算出した目標傾斜角となるように、前記駆動輪の外径を制御することを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の車両。 - 車速を検出する車速検出手段を具備し、
前記目標傾斜角算出手段は、前記検出した車速を用いて前記目標傾斜角を算出することを特徴とする請求項3に記載の車両。 - 前記目標傾斜角算出手段は、前記駆動輪の外径の変化による車両の傾きにより、当該車両に作用する遠心力と重力の合力が前記軸線に垂直となるような傾斜角を算出することを特徴とする請求項3、又は請求項4に記載の車両。
Priority Applications (1)
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-
2005
- 2005-10-28 JP JP2005314570A patent/JP2007118806A/ja active Pending
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