JP5157306B2 - 車輪位置可変車両 - Google Patents
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Description
この結果、操縦安定性の向上と利便性の向上とを共に実現することができる。
図1は、実施例1の車輪位置可変車両の外観図であり、車体100の下部には4つの車輪ユニット(懸架手段)300が配置されている。
車両挙動制御装置400は、各センサからの信号に応じて、駆動アクチュエータ330、転舵アクチュエータ340を駆動し、車体速と車両の進行方向を制御する。
輪荷重制御手段510は、各センサからの信号に応じて、各車輪390の輪荷重が目標輪荷重となるようにトレッド&ホイールベース変更アクチュエータ350に対し車輪位置の変更を指令する輪荷重移動制御を実行する。
図4は、実施例1の車輪位置可変車両における車輪取り付け構造を示す側面図である。
車輪390は、サスペンションフレーム600を介して車体100に連結されている。サスペンションフレーム600は、車体100の底面(または他のサスペンションフレームの底面)に設けられたベアリング610と、車体100の側面中央部に沿って環状に設けられたリニアモータ・スライダ615により、車体100に対し相対回転可能に支持されている。実施例1のリニアモータ・スライダ615は、図2に示したトレッド&ホイールベース変更アクチュエータ350に相当し、リニアモータの水平方向の推力により車輪390を車体100に対して相対的に移動させる。
図5は、車輪390の移動によるホイールベースの変化状態を示すものである。図2に示したトレッド&ホイールベース変更アクチュエータ350を用いて車輪ユニット300を移動させることで、実施例1の車輪位置可変車両は、ホイールベースを拡張または縮小可能となる。
次に、実施例1の輪荷重制御装置510による輪荷重移動制御について説明する。
実施例1の輪荷重移動制御は、主に上述の市街地走行、車庫入れなどを除く通常の走行で用いられる。つまり実施例1の車両にあっては、走行安定性を要求されるシーンにおいて、単にトレッドやホイールベースの拡大を行うだけではなく、輪荷重移動制御を実行することにより、走行安定性の向上を図ろうとするものである。
よって、減速時、加速時においても輪荷重を均等に配分することができれば、車両挙動を安定させることができる。
そして、車両重心位置Gにおいて平面方向で直行する軸を合成加速度方向直角軸と設定する。
G(x,y)={(G(x)+ΔG(x))2+(G(y)+ΔG(y))2}1/2:合成加速度
G(i):加速度&ヨーレートセンサから検出
ΔG(i):目標車両姿勢から算出された姿勢補正加速度
m:車両質量
h:重心高さ
G(z):重力加速度
である。
つまり、4輪の輪荷重を等しくするために、W1=W2、すなわち、下記の式(2)を満足するようにl1,l2を設定すればよい。
Grate=G(x,y)/Gz:加速度比
lrate=l1/l2:ジオメトリ比
hrate=h/l2:高さ比
である。
図7において、重心高さhを0.5[m]とした場合のl1,l2の可動範囲を計算したので平面加速度[G]に対して車軸荷重を均等とするl1,l2の組み合わせをプロットしたものを輪荷重均等面αとして表す。
例えば、車輪の初期位置l1を0.8[m]、l2を0.8[m]であると仮定する。図7におけるA点である。車両加速、減速、旋回をすることなく走行している場合は、加速度0[G]のため、均等配分面上Eに位置する。
次に、実施例1のキャビン位置制御装置520によるキャビン位置移動制御について説明する。
図9において、車輪390を含む車両全体を右方向に移動させることなく、車体100のみを右方向に移動させる際の車輪の動作について考える。
図11,12において、車輪ユニット300は、車体重心点G.O.G.を原点として、図のようにxy座標を設定する。また、脚(サスペンションフレーム600)の角度は、xy座標のx座標を角度ゼロとして反時計周りの方向を+、反対方向を−とする。また、車輪390の転舵角は、脚の回転中心から周方向を角度ゼロとして反時計周りの方向を+、反対方向を−としている。
まず、図13(a)は、例えば、車両横方向に障害物を認識する2つの近接センサ(障害物検出手段)150を設け、これら2つの近接センサ150により認識した横方向障害物と車体100との距離を演算し、ある所定のしきい値になると横移動の動作を制限する例である。これにより、障害物との接触を回避することができる。なお、障害物検出手段としては、近接センサの他に、カメラを用いてもよい。
lt_lim=h×g(y)/g(z) …(6)
また、横方向加速度がマイナス方向の場合、重心が車輪390を超えた制限が演算されることも予測されるが、これを制限するために車輪390を超えない範囲としてもよい。また横移動中に急激な加速度変化に対応する程度のマージンを持たせてもよい。
実施例1の車輪位置可変車両にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
まず、実施例2のキャビン位置制御装置520による車両の片流れ抑制について説明する。図14は、車体100の車幅方向中心位置を左右一方側の車輪390に近づけた状態、すなわち、左右輪の一方と車体幅方向中心位置との距離と、左右輪の他方と車体幅方向中心位置との距離とを異ならせた状態で走行した場合の、車輪スリップ角と横力との関係を示す解析結果である。
図16(a)は駆動アクチュエータ330の駆動力によって車体100を移動させる場合、図16(b)はトレッド&ホイールベース変更アクチュエータ350の駆動力によって車体100を移動させる場合のイメージ図を示している。
実施例2の車輪位置可変車両にあっては、実施例1の効果に加え、以下に列挙する効果を奏する。
例えば、特開2006−264510号公報では、後輪を前輪と逆位相に操舵することで、低速時の小回り性能を高める技術が開示されているが、旋回時における4輪それぞれの懸架装置(本願の車輪ユニット300に相当する。)の位置は一定であるため、4輪それぞれに独立して懸架装置を設けたことによる効果は得られていない。4輪同時操舵では、操舵初期にリアが若干旋回外側へ動くが、重心を中心に旋回するため、前方認知に遅れが生じやすく、後方確認も困難である(図25)。
実施例3の車輪位置可変車両にあっては、実施例1の効果に加え、以下に列挙する効果を奏する。
実施例4の車輪位置可変車両にあっては、実施例1および実施例3の効果に加え、以下に列挙する効果を奏する。
以上、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づく実施例1〜4により説明したが、本発明の具体的な構成は、各実施例に示したものに限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない程度の設計変更等があっても本発明に含まれる。
110 操舵角センサ(操舵角検出手段)
111 アクセル開度センサ
120 加速度&ヨーレートセンサ(横方向加速度検出手段、ヨーレート検出手段)
130 ピッチ&ロール角センサ
140 車体速センサ(車速検出手段)
150 近接センサ(障害物検出手段)
300 車輪ユニット(懸架手段)
310 車輪ユニット位置センサ
315 車輪回転速センサ
320 転舵角センサ
330 駆動アクチュエータ(駆動手段)
340 転舵アクチュエータ(転舵手段)
350 トレッド&ホイールベース変更アクチュエータ(車輪位置変更手段)
390 車輪
400 車両挙動制御装置
500 ジオメトリ制御装置
510 輪荷重制御装置(第1車輪位置制御手段)
520 キャビン位置制御装置(第2車輪位置制御手段)
Claims (24)
- 各車輪を懸架する複数の懸架手段と、
各懸架手段に設けられ車体に対する車輪の向きを変更する転舵手段と、
各懸架手段に設けられ車輪を駆動する駆動手段と、
各懸架手段を車体に対して車幅方向の任意の位置に移動させる車輪位置変更手段と、
各車輪の輪荷重が目標輪荷重となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第1車輪位置制御手段と、
左右輪の一方と車体の車幅方向中心位置との距離と、左右輪の他方と車体の車幅方向中心位置との距離とを異ならせることにより、車体の車幅方向位置が目標車***置となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第2車輪位置制御手段と、
を備え、
前記車輪位置変更手段は、各車輪を1つの環状軌道上で移動させることを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項1に記載の車輪位置可変車両において、
前記第1車輪位置制御手段は、各車輪の輪荷重が均等となるように車輪位置を変更することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項1または請求項2に記載の車輪位置可変車両において、
前記第1車輪位置制御手段は、車両重心に作用する加速度の方向に基づいて、加速度方向における車輪と車両重心との距離を変更することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、左右の車輪間距離を一定に保ちつつ、各車輪位置を変更することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、左右の車輪間距離を変更しつつ、各車輪位置を変更することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項5に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、車体を移動させる際、移動方向と反対側に位置する懸架手段と車体中心との距離を一定に維持しつつ、移動方向に位置する懸架手段と車体中心との距離を短くすることを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
車両側方の障害物を検出する障害物検出手段を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、検出された障害物と車体との距離が所定のしきい値以下である場合、車体の移動を停止することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、車両重心位置の移動範囲が各懸架手段よりも車幅方向内側の範囲内に収まるように、車体の移動量を制限することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、車両に横方向加速度が作用したとき、車両重心位置の移動範囲が各懸架手段よりも車幅方向内側の範囲内に収まるように、車体の移動量を制限することを特徴とする車輪位置可変装置。 - 各車輪を懸架する複数の懸架手段と、
各懸架手段に設けられ車体に対する車輪の向きを変更する転舵手段と、
各懸架手段に設けられ車輪を駆動する駆動手段と、
各懸架手段を車体に対して車幅方向の任意の位置に移動させる車輪位置変更手段と、
各車輪の輪荷重が目標輪荷重となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第1車輪位置制御手段と、
左右輪の一方と車体の車幅方向中心位置との距離と、左右輪の他方と車体の車幅方向中心位置との距離とを異ならせることにより、車体の車幅方向位置が目標車***置となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第2車輪位置制御手段と、
を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、車体の車幅方向中心位置を左右一方側の車輪に近づけた状態で直進走行する場合、車両に発生するヨーモーメントを打ち消すように左右輪の駆動力を配分することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 各車輪を懸架する複数の懸架手段と、
各懸架手段に設けられ車体に対する車輪の向きを変更する転舵手段と、
各懸架手段に設けられ車輪を駆動する駆動手段と、
各懸架手段を車体に対して車幅方向の任意の位置に移動させる車輪位置変更手段と、
各車輪の輪荷重が目標輪荷重となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第1車輪位置制御手段と、
左右輪の一方と車体の車幅方向中心位置との距離と、左右輪の他方と車体の車幅方向中心位置との距離とを異ならせることにより、車体の車幅方向位置が目標車***置となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第2車輪位置制御手段と、
を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、車体の車幅方向中心位置を左右一方側の車輪に近づけた状態で直進走行する場合、発生する車輪横すべり角を打ち消すように各車輪のトー角を制御することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 各車輪を懸架する複数の懸架手段と、
各懸架手段に設けられ車体に対する車輪の向きを変更する転舵手段と、
各懸架手段に設けられ車輪を駆動する駆動手段と、
各懸架手段を車体に対して車幅方向の任意の位置に移動させる車輪位置変更手段と、
各車輪の輪荷重が目標輪荷重となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第1車輪位置制御手段と、
左右輪の一方と車体の車幅方向中心位置との距離と、左右輪の他方と車体の車幅方向中心位置との距離とを異ならせることにより、車体の車幅方向位置が目標車***置となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第2車輪位置制御手段と、
を備え、
前記車輪位置変更手段は、各車輪を所定の円弧状軌道上で移動可能であり、
前記第2車輪位置制御手段は、懸架手段の車両前後方向に対する角度が所定角度を超える場合には、前記車輪位置変更手段に代えて、前記駆動手段を駆動することにより、車体の位置を変更することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項12に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、各懸架手段の車両前後方向に対する角度に応じて、左右の車輪位置変更手段または駆動手段の出力比を変更することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項5に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、車体を移動させる際、移動方向と反対側に位置する懸架手段の車体に対する位置を固定することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項14に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、移動させる車輪のすべり角がゼロとなるように当該車輪のトー角を制御することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項5または請求項15に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、移動させる車輪の要求する力の合力を求め、この合力を生成する際にエネルギが最小となるように前記車輪位置変更手段および前記駆動手段を制御することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 各車輪を懸架する複数の懸架手段と、
各懸架手段に設けられ車体に対する車輪の向きを変更する転舵手段と、
各懸架手段に設けられ車輪を駆動する駆動手段と、
各懸架手段を車体に対して車幅方向の任意の位置に移動させる車輪位置変更手段と、
各車輪の輪荷重が目標輪荷重となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第1車輪位置制御手段と、
左右輪の一方と車体の車幅方向中心位置との距離と、左右輪の他方と車体の車幅方向中心位置との距離とを異ならせることにより、車体の車幅方向位置が目標車***置となるように前記車輪位置変更手段に対し車輪位置の変更を指令する第2車輪位置制御手段と、
を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、旋回時に車体を旋回外側へ移動させることを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項17に記載の車輪位置可変車両において、
前記第2車輪位置制御手段は、各車輪を車幅方向内側へ近づけることで、車体の位置を旋回外側へ移動させることを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項17または請求項18に記載の車輪位置可変車両において、
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、検出された車速に応じて旋回時における各車輪の移動量を制御することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項17ないし請求項19のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、検出された操舵角に応じて旋回時における各車輪の移動量を制御することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項17ないし請求項20のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
車両の横方向加速度を検出する横方向加速度検出手段を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、検出された横方向加速度に応じて旋回時における各車輪の移動量を制御することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項17ないし請求項21のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、検出されたヨーレートに応じて旋回時における各車輪の移動量を制御することを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項17ないし請求項22のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
前記車輪位置変更手段は、各車輪を車両前後方向へ移動可能であり、
前記第2車輪位置制御手段は、旋回初期時、車体を車両前方側へ移動させることを特徴とする車輪位置可変車両。 - 請求項17ないし請求項23のいずれか1項に記載の車輪位置可変車両において、
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記第2車輪位置制御手段は、検出された車速が低車速しきい値以下となる低車速域では、車体を旋回外側へ移動させ、前記車速が前記低車速しきい値を超える中高車速域では、車体を旋回内側へ移動させることを特徴とする車輪位置可変車両。
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