JP5617650B2

JP5617650B2 - 車両

Info

Publication number: JP5617650B2
Application number: JP2011007726A
Authority: JP
Inventors: 林　弘毅; 弘毅林; 裕司 ▲高▼倉; 山本　伸司; 伸司山本
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2031-01-18
Also published as: JP2012148634A

Description

本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に関するものである。

近年、エネルギ資源の枯渇問題に鑑み、車両の省燃費化が強く要求されている。その一方で、車両の低価格化等から、車両の保有者が増大し、１人が１台の車両を保有する傾向にある。そのため、例えば、４人乗りの車両を運転者１人のみが運転することで、エネルギが無駄に消費されるという問題点があった。車両の小型化による省燃費化としては、車両を１人乗りの三輪車又は四輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。

しかし、走行状態によっては、車両の安定性が低下してしまうことがある。そこで、車体を横方向に傾斜させることによって、旋回時の車両の安定性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−８８７４２号公報

しかしながら、前記従来の車両においては、旋回性能を向上させるために、車体を旋回方向内側に傾斜させることができるようになっているが、車体を傾斜させる操作が困難であり、旋回性能が低いので、乗員が不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがある。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように車体の傾斜角度を制御するとともに、重心位置が制御可能な範囲を外れた場合には車体を傾斜させる動作を停止することによって、車体の姿勢が変化するときであっても、路面が左右に傾斜しているときであっても、横方向の加速度成分がゼロとなり、車体及び乗員には車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用するので、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができるとともに、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる安全性の高い車両を提供することを目的とする。

そのために、本発明の車両においては、互いに連結された操舵（だ）部及び駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、前記車体に作用する横加速度及び前後加速度を検出する複数のセンサと、前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させるリンク機構と、該リンク機構を作動させる傾斜用アクチュエータ装置と、該傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記複数のセンサが検出する横加速度に基づく傾斜制御を行うとともに、前記複数のセンサが検出する横加速度及び前後加速度に基づいて重心位置が制御可能な範囲を外れたか否かを判断し、重心位置が制御可能な範囲を外れた場合には車体を傾斜させる動作を停止させる。

請求項１の構成によれば、路面の形状の急激な変化等の要因によって、走行状態が不安定になった場合、走行状態が更に不安定になることを効果的に防止することができるので、より安全性の高い車両を提供することができる。

請求項２の構成によれば、走行状態が不安定になったことを適切に判断することができる。

請求項３及び４の構成によれば、車体を左右に傾斜させるリンク機構を確実に固定することができる。

本発明の実施の形態における車両の構成を示す右側面図である。本発明の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図である。本発明の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する図である。本発明の実施の形態における車体を傾斜状態から直立状態に復帰させる動作を説明する図である。本発明の実施の形態における車体の重心に作用する加速度を説明する図である。本発明の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図である。本発明の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態における車両の傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態におけるリンクブレーキ制御処理の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における車両の構成を示す右側面図、図２は本発明の実施の形態における車両のリンク機構の構成を示す図、図３は本発明の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する図、図４は本発明の実施の形態における車体を傾斜状態から直立状態に復帰させる動作を説明する図、図５は本発明の実施の形態における車体の重心に作用する加速度を説明する図である。なお、図３において、（ａ）は直立状態の背面図、（ｂ）は傾斜状態の背面図であり、図４において、（ａ）は通常状態の動作を説明する図、（ｂ）は安定性が低下した状態の動作を説明する図であり、図５において、（ａ）は上面図、（ｂ）は右側面図である。

図において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の駆動部としての本体部２０と、乗員が搭乗して操舵する操舵部としての搭乗部１１と、車体の前方において幅方向の中心に配設された前輪である操舵輪としての車輪１２Ｆと、後輪として後方に配設された駆動輪である左側の車輪１２Ｌ及び右側の車輪１２Ｒとを有する。さらに、前記車両１０は、車体を左右に傾斜させる、すなわち、リーンさせるためのリーン機構、すなわち、車体傾斜機構として、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを支持するリンク機構３０と、該リンク機構３０を作動させるアクチュエータである傾斜用アクチュエータ装置としてのリンクモータ２５とを有する。なお、前記車両１０は、前輪が左右二輪であって後輪が一輪の三輪車であってもよいし、前輪及び後輪が左右二輪の四輪車であってもよいが、本実施の形態においては、図に示されるように、前輪が一輪であって後輪が左右二輪の三輪車である場合について説明する。

旋回時には、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバ角を変化させるとともに、搭乗部１１及び本体部２０を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両１０は車体を横方向（左右方向）にも傾斜させることができる。なお、図２及び３（ａ）に示される例においては、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して直立している、すなわち、キャンバ角が０度になっている。また、図３（ｂ）に示される例においては、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して右方向に傾斜している、すなわち、キャンバ角が付与されている。

前記リンク機構３０は、左側の車輪１２Ｌ及び該車輪１２Ｌに駆動力を付与する電気モータ等から成る左側の回転駆動装置５１Ｌを支持する左側の縦リンクユニット３３Ｌと、右側の車輪１２Ｒ及び該車輪１２Ｒに駆動力を付与する電気モータ等から成る右側の回転駆動装置５１Ｒを支持する右側の縦リンクユニット３３Ｒと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの上端同士を連結する上側の横リンクユニット３１Ｕと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの下端同士を連結する下側の横リンクユニット３１Ｄと、本体部２０に上端が固定され、上下に延在する中央縦部材２１とを有する。また、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒと上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄとは回転可能に連結されている。さらに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄは、その中央部で中央縦部材２１と回転可能に連結されている。なお、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒ、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒ、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒ、並びに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄを統合的に説明する場合には、車輪１２、回転駆動装置５１、縦リンクユニット３３及び横リンクユニット３１として説明する。

そして、駆動用アクチュエータ装置としての前記回転駆動装置５１は、いわゆるインホイールモータであって、固定子としてのボディが縦リンクユニット３３に固定され、前記ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸が車輪１２の軸に接続され、前記回転軸の回転によって車輪１２を回転させる。なお、前記回転駆動装置５１は、インホイールモータ以外の種類のモータであってもよい。

また、前記リンクモータ２５は、電気モータ等を含む回転式の電動アクチュエータであって、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、前記ボディが取付フランジ２２を介して本体部２０に固定され、前記回転軸がリンク機構３０の上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されている。なお、リンクモータ２５の回転軸は、本体部２０を傾斜させる傾斜軸として機能し、中央縦部材２１と上側の横リンクユニット３１Ｕとの連結部分の回転軸と同軸になっている。そして、リンクモータ２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動し、リンク機構３０が作動する、すなわち、屈伸する。これにより、本体部２０を傾斜させることができる。なお、リンクモータ２５は、その回転軸が本体部２０及び中央縦部材２１に固定され、そのボディが上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されていてもよい。

また、リンクモータ２５は、リンク機構３０のリンク角の変化を検出する図示されないリンク角センサを備える。該リンク角センサは、リンクモータ２５においてボディに対する回転軸の回転角を検出する回転角センサであって、例えば、レゾルバ、エンコーダ等から成る。前述のように、リンクモータ２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動するのであるから、ボディに対する回転軸の回転角を検出することによって、中央縦部材２１に対する上側の横リンクユニット３１Ｕの角度の変化、すなわち、リンク角の変化を検出することができる。

さらに、リンクモータ２５は、回転軸をボディに対して回転不能に固定するリンクロック機構としてのリンクブレーキ２６を備える。該リンクブレーキ２６は、電力供給時に解除されるもの、例えば、無励磁作動型の電磁ブレーキであること、又は、メカニカルな機構であって、回転軸をボディに対して回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記リンクブレーキ２６によって、回転軸をボディに対して所定の角度で回転不能に固定し、リンク機構３０を屈伸不能に固定することができる。

前記搭乗部１１は、本体部２０の前端に図示されない連結部を介して連結される。該連結部は、搭乗部１１と本体部２０とを所定の方向に相対的に変位可能に連結する機能を有していてもよい。

また、前記搭乗部１１は、座席１１ａ、フットレスト１１ｂ及び風よけ部１１ｃを備える。前記座席１１ａは、車両１０の走行中に乗員が着座するための部位である。また、前記フットレスト１１ｂは、乗員の足部を支持するための部位であり、座席１１ａの前方側（図１における右側）下方に配設される。

さらに、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されないバッテリ装置が配設されている。該バッテリ装置は、回転駆動装置５１及びリンクモータ２５のエネルギ供給源である。また、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されない制御装置、インバータ装置、各種センサ等が収納されている。

そして、座席１１ａの前方には、操縦装置４１が配設されている。該操縦装置４１には、操舵装置としてのハンドルバー４１ａ、速度メータ等のメータ、インジケータ、スイッチ等の操縦に必要な部材が配設されている。乗員は、前記ハンドルバー４１ａ及びその他の部材を操作して、車両１０の走行状態（例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、旋回半径等）を指示する。なお、乗員が要求する車体の要求旋回量を出力するための手段である操舵装置として、ハンドルバー４１ａに代えて他の装置、例えば、ステアリングホイール、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操舵装置として使用することもできる。

なお、車輪１２Ｆは、サスペンション装置（懸架装置）の一部である前輪フォーク１７を介して搭乗部１１に接続されている。前記サスペンション装置は、例えば、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている前輪用のサスペンション装置と同様の装置であり、前記前輪フォーク１７は、例えば、スプリングを内蔵したテレスコピックタイプのフォークである。そして、一般的なオートバイ、自転車等の場合と同様に、乗員によるハンドルバー４１ａの操作に応じて操舵輪としての車輪１２Ｆは舵角を変化させ、これにより、車両１０の進行方向が変化する。

具体的には、前記ハンドルバー４１ａは、図示されない操舵軸部材の上端に接続され、操舵軸部材の下端には前輪フォーク１７の上端が接続されている。前記操舵軸部材は、上端が下端よりも後方に位置するように斜めに傾斜した状態で、搭乗部１１が備える図示されないフレーム部材に、回転可能に取り付けられている。また、前輪である車輪１２Ｆの車軸と後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸との距離、すなわち、ホイールベースはＬ_Hである。

さらに、車輪１２Ｆの車軸を支持する前輪フォーク１７の下端には、車両１０の走行速度である車速を検出する車速検出手段としての車速センサ５４が配設されている。該車速センサ５４は、車輪１２Ｆの回転速度に基づいて車速を検出するセンサであり、例えば、エンコーダ等から成る。

本実施の形態において、車両１０は第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂ並びに第１前後加速度センサ４４ｃ及び第２前後加速度センサ４４ｄを有する。これら第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂ並びに第１前後加速度センサ４４ｃ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、一般的な加速度センサ、ジャイロセンサ等から成るセンサであって、車両１０の横加速度、すなわち、車体の幅方向としての横方向（図３における左右方向）の加速度、及び、車両１０の前後加速度、すなわち、車体の前後方向（図１における左右方向）の加速度を検出する。

車両１０は、図３（ｂ）に示されるように、旋回時に車体を旋回内側に傾斜させて安定させるので、車体を傾斜させることによって、旋回時の旋回外側への遠心力と重力とが釣り合うような角度になるように制御される。このような制御を行うことによって、例えば、路面１８が進行方向と垂直な方向（進行方向に対する左右方向）に傾斜していたとしても、常に車体を水平に保つことが可能になる。これにより、車体及び乗員には、見かけ上、常に重力が鉛直下向きにかかっていることになり、違和感が低減され、また、車両１０の安定性が向上する。しかし、路面１８の形状の急激な変化等の要因によって、走行状態が不安定になったときにこのような制御を行うと、走行状態が更に不安定になる可能性がある。

例えば、旋回が終了したときには、図４（ａ）に示されるように、右側の車輪１２Ｒを下降させ、かつ、左側の車輪１２Ｌを上昇させるようにリンク機構３０を作動させて、図４（ａ−１）に示されるような車体を右側に傾斜させた姿勢から、図４（ａ−２）に示されるような姿勢に復帰させる。しかし、例えば、高速走行時において、路面１８の一部に突起が存在し、左側の車輪１２Ｌのみが前記突起の上を通過した直後には、図４（ｂ−１）に示されるように、左側の車輪１２Ｌが宙に浮き、車体が右側に傾斜した状態となる。この状態で、図４（ａ）に示される場合と同様にリンク機構３０を作動させると、図４（ｂ−２）に示されるように、車体全体が上昇してしまい、走行状態が更に不安定になる可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、車体を傾斜させる制御を行うと走行状態が更に不安定になる可能性がある場合には、車体を傾斜させる動作を停止するようになっている。具体的には、本実施の形態においては、車体に取り付けた第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂによって傾斜する車体の横方向の加速度を検出し、検出された横方向の加速度がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。これにより、旋回時に作用する遠心力と重力とが釣り合う傾斜角まで、車体を傾斜させることができる。また、進行方向と垂直な方向に路面１８が傾斜している場合でも、車体が鉛直になる傾斜角となるように制御することができる。なお、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、車体の幅方向の中心、すなわち、車体の縦方向軸線上に位置するように配設されている。それとともに、車体に取り付けた第１前後加速度センサ４４ｃ及び第２前後加速度センサ４４ｄによって車体の前後方向の加速度を検出し、検出された前後方向の加速度に基づいて、車両１０の重心位置が制御可能な所定の範囲、すなわち、安定範囲から外れたと判断された場合には、車体を傾斜させる動作を停止する。これにより、走行状態が更に不安定になることを効果的に防止することができる。

ところで、１つの横加速度センサのみで車体の横方向の加速度、すなわち、横加速度を検出すると、不要加速度成分をも検出してしまうことがある。例えば、車両１０の走行中、路面１８の窪（くぼ）みに左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが落下する場合があり得る。この場合、車体が傾斜するので、横加速度センサは、周方向に変位し、周方向の加速度を検出することになる。つまり、遠心力や重力に直接由来しない加速度成分、すなわち、不要加速度成分が検出されてしまう。

また、車両１０は、例えば、車輪１２Ｌ及び１２Ｒのタイヤ部分のように弾性を備え、ばねとして機能する部分を含み、また、各部材の接続部等に不可避的なガタが含まれる。そのため、横加速度センサは、不可避的なガタやばねを介して車体に取り付けられていると考えられるので、ガタやばねの変位によって生じる加速度をも不要加速度成分として検出してしまう。

このような不要加速度成分は、車体傾斜制御システムの制御性を悪化させる可能性がある。例えば、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくすると、不要加速度成分に起因する制御系の振動、発散等が発生するので、応答性を向上させようとしても制御ゲインを大きくすることができなくなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、横加速度センサが複数であって、互いに異なる高さに配設されている。図１及び３に示される例において、横加速度センサは、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの２つであって、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとは互いに異なる高さ位置に配設されている。第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの位置を適切に選択することで、効果的に不要加速度成分を取り除くことができる。同様に、前後加速度センサも、第１前後加速度センサ４４ｃ及び第２前後加速度センサ４４ｄの２つであって、第１前後加速度センサ４４ｃと第２前後加速度センサ４４ｄとは互いに異なる高さ位置に配設されている。

ところで、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂは、一般的な加速度センサである。なお、二軸以上の加速度センサであれば、複数の方向の加速度、例えば、車体の横方向及び前後方向の加速度を検出することができる。すなわち、横加速度センサ及び前後加速度センサの機能を発揮することができる。

そこで、本実施の形態においては、第１横加速度センサ４４ａが第１前後加速度センサ４４ｃとしても機能し、第２横加速度センサ４４ｂが第２前後加速度センサ４４ｄとしても機能するものとして説明する。つまり、第１横加速度センサ４４ａと第１前後加速度センサ４４ｃとが一体的に構成され、第２横加速度センサ４４ｂと第２前後加速度センサ４４ｄとが一体的に構成されているものとして説明する。なお、第１横加速度センサ４４ａと第１前後加速度センサ４４ｃとが別個に構成され、第２横加速度センサ４４ｂと第２前後加速度センサ４４ｄとが別個に構成されるようにしてもよい。

具体的には、図３（ａ）に示されるように、第１横加速度センサ４４ａ及び第１前後加速度センサ４４ｃは、搭乗部１１の背面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ₁の位置に配設されている。また、第２横加速度センサ４４ｂ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、搭乗部１１の背面又は本体部２０の上面において、路面１８からの距離、すなわち、高さがＬ₂の位置に配設されている。なお、Ｌ₁＞Ｌ₂である。

そして、旋回走行時に、図３（ｂ）に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回すると、第１横加速度センサ４４ａは、横方向の加速度を検出して検出値ａ₁を出力し、第２横加速度センサ４４ｂは、横方向の加速度を検出して検出値ａ₂を出力する。なお、車体が傾く際の傾斜運動の中心、すなわち、ロール中心は、厳密には路面１８よりわずかに下方に位置するが、実際上は、概略路面１８と等しい位置であると考えられる。

前記第１横加速度センサ４４ａ及び第１前後加速度センサ４４ｃ並びに第２横加速度センサ４４ｂ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、ともに、十分に剛性の高い部材に取り付けられることが望ましい。また、Ｌ₁とＬ₂との差は、小さいと検出値ａ₁及びａ₂の差が小さくなるので、十分に大きいこと、例えば、０．３〔ｍ〕以上、とすることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第１前後加速度センサ４４ｃ並びに第２横加速度センサ４４ｂ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、ともに、リンク機構３０よりも上方に配設されることが望ましい。さらに、車体がサスペンション等のばねで支持されている場合、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第１前後加速度センサ４４ｃ並びに第２横加速度センサ４４ｂ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、ともに、いわゆる「ばね上」に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第１前後加速度センサ４４ｃ並びに第２横加速度センサ４４ｂ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、ともに、前輪である車輪１２Ｆの車軸と後輪である車輪１２Ｌ及び１２Ｒの車軸との間に配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第１前後加速度センサ４４ｃ並びに第２横加速度センサ４４ｂ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、ともに、可能な限り乗員の近くに配設されることが望ましい。さらに、前記第１横加速度センサ４４ａ及び第１前後加速度センサ４４ｃ並びに第２横加速度センサ４４ｂ及び第２前後加速度センサ４４ｄは、ともに、上側から観て進行方向に延在する車体の中心軸上に位置すること、すなわち、進行方向に関してオフセットされないことが望ましい。

本実施の形態においては、車体の旋回運動の角速度、すなわち、車体のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段としてのヨーレートセンサ４４ｅが配設されている。具体的には、該ヨーレートセンサ４４ｅは、例えば、座席１１ａとフットレスト１１ｂとの間に配設される。

なお、前記ヨーレートセンサ４４ｅは、一般的なヨーレートセンサであって、例えば、ジャイロセンサを、路面１８と平行な面内での回転角速度を検出することができるように取り付けたものである。

また、本実施の形態における車両１０は、制御装置の一部としての車体傾斜制御システムを有する。該車体傾斜制御システムは、一種のコンピュータシステムであり、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）等から成る傾斜制御装置を備える。該傾斜制御装置は、プロセッサ等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ、第１前後加速度センサ４４ｃ、第２前後加速度センサ４４ｄ、ヨーレートセンサ４４ｅ、車速センサ５４、リンクモータ２５及びリンクブレーキ２６に接続されている。そして、前記傾斜制御装置は、リンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値及びリンクブレーキ２６を作動させるための指令を出力する。

前記傾斜制御装置は、旋回走行の際には、フィードバック制御を行い、車体の傾斜角度が、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出する横加速度の値がゼロとなるような角度になるように、リンクモータ２５を作動させる。つまり、旋回外側への遠心力と重力とが釣り合って、横方向の加速度成分がゼロとなるような角度になるように、車体の傾斜角度を制御する。これにより、車体及び搭乗部１１に搭乗している乗員には、車体の縦方向軸線と平行な方向の力が作用することとなる。したがって、車体の安定を維持することができ、また、旋回性能を向上させることができる。

また、図５に示されるように、水平面内において、車両１０の重心Ｍの位置が制御可能な所定の範囲、すなわち、安定範囲から外れたと判断された場合には、車体を傾斜させる動作を停止するように制御する。なお、前記重心Ｍは、車両１０のみならず、搭乗している乗員及び搭載されている積載物をも含む全体の重心である。

前記所定の範囲は、各車輪１２の接地点を結ぶ線分によって外延が画定された範囲であり、各車輪１２の接地点を結ぶ線分によって形成された多角形である。該多角形は、車両１０が四輪車である場合には四角形であり、車両１０が三輪車である場合には三角形である。本実施の形態において、前記多角形は、図５（ａ）に示されるように、前輪である車輪１２Ｆの接地点と、後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの接地点とを頂点とする二等辺三角形Ｋである。そして、重心Ｍの位置が二等辺三角形Ｋの外側にある場合には、リンクブレーキ２６を作動させてリンクモータ２５の回転軸をボディに対して回転不能に固定し、これにより、リンク機構３０を屈伸不能に固定する。

図５（ｂ）において、ｈは、重心Ｍの高さ、すなわち、路面１８から重心Ｍまでの距離である。そして、ｌは、重心前後位置、すなわち、車輪１２Ｆの接地点から重心Ｍまでの距離の水平成分である。また、Ｗは、トレッド、すなわち、後輪である左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの接地点間の距離である。さらに、ａ_Cxは、重心Ｍに作用する前後加速度であり、ａ_Cyは、重心Ｍに作用する横加速度であり、ａ_Rは、耐え得る横加速度、すなわち、横加速度の余裕値である。

ここで、横加速度の余裕値ａ_Rは、次の式（１）で表される。
ａ_R＝Ｗ（ｌ−ｈａ_Cx）／２ｈＬ_H ・・・式（１）
そして、次の式（２）が満足された場合には、リンクブレーキ２６を作動させてリンク機構３０を屈伸不能に固定する。
ａ_R＜｜ａ_Cy｜・・・式（２）
これにより、外乱を受けたときでも、走行状態が更に不安定になることを効果的に防止することができ、車体の安定を維持することができる。また、乗員が違和感を感じることがなく、乗り心地が向上する。

次に、前記車体傾斜制御システムの構成について説明する。

図６は本発明の実施の形態における車体傾斜制御システムの構成を示すブロック図である。

図において、４６は傾斜制御装置としての傾斜制御ＥＣＵであり、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ、第１前後加速度センサ４４ｃ、第２前後加速度センサ４４ｄ、ヨーレートセンサ４４ｅ、車速センサ５４、リンクモータ２５及びリンクブレーキ２６に接続されている。また、前記傾斜制御ＥＣＵ４６は、加速度演算部４８、傾斜制御部４７及びリンクモータ制御部４２を備える。

ここで、前記加速度演算部４８は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出した横加速度に基づいて合成横加速度を算出する。また、前記加速度演算部４８は、第１横加速度センサ４４ａ、第２横加速度センサ４４ｂ、第１前後加速度センサ４４ｃ、第２前後加速度センサ４４ｄが検出した横加速度及び前後加速度に基づいて、重心Ｍに作用する前後加速度ａ_Cx及び横加速度ａ_Cy並びに耐え得る横加速度ａ_Rを算出し、前記式（２）が満足された場合には、リンク停止指令を出力する。

そして、前記傾斜制御部４７は、加速度演算部４８が算出した合成横加速度、及び、リンク停止指令に基づいて制御値としての速度指令値を演算して出力する。また、前記リンクモータ制御部４２は、傾斜制御部４７が出力した速度指令値に基づいてリンクモータ２５を作動させるための制御値としてのトルク指令値を出力するとともに、加速度演算部４８が出力したリンク停止指令に基づいて、リンクブレーキ２６の作動指令及びリンクモータ２５の作動停止指令を出力する。

次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。まず、旋回走行における車体傾斜制御処理の動作の一部である横加速度演算処理の動作について説明する。

図７は本発明の実施の形態における旋回走行時の車体の傾斜動作を説明する力学モデルを示す図、図８は本発明の実施の形態における横加速度演算処理の動作を示すフローチャートである。

旋回走行が開始されると、車体傾斜制御システムは車体傾斜制御処理を開始する。姿勢制御が行われることで、車両１０は、リンク機構３０によって、旋回走行時には、図３（ｂ）に示されるように、車体を旋回内側（図において右側）に傾けた状態で旋回する。また、旋回走行時には、旋回外側への遠心力が車体に作用するとともに、車体を旋回内側に傾けたことによって重力の横方向成分が発生する。そして、加速度演算部４８は、横加速度演算処理を実行し、合成横加速度ａを算出して傾斜制御部４７に出力する。すると、該傾斜制御部４７は、フィードバック制御を行い、合成横加速度ａの値がゼロとなるような制御値としての速度指令値を出力する。そして、リンクモータ制御部４２は、傾斜制御部４７が出力した速度指令値に基づいてトルク指令値をリンクモータ２５に出力する。

なお、車体傾斜制御処理は、車両１０の電源が投入されている間、車体傾斜制御システムによって繰り返し所定の制御周期Ｔ_S（例えば、５〔ｍｓ〕）で実行される処理であり、旋回時において、旋回性能の向上と乗員の快適性の確保とを図る処理である。

なお、図７において、４４Ａは車体において第１横加速度センサ４４ａの配設された位置を示す第１センサ位置であり、４４Ｂは車体において第２横加速度センサ４４ｂの配設された位置を示す第２センサ位置である。

第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する加速度は、〈１〉旋回時に車体に作用する遠心力、〈２〉車体を旋回内側に傾けたことによって発生する重力の横方向成分、〈３〉左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、並びに、〈４〉リンクモータ２５の作動又はその反作用により第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが周方向に変位することによって生じる加速度、の４つであると考えられる。これら４つの加速度のうち、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さ、すなわち、Ｌ₁及びＬ₂と無関係である。一方、前記〈３〉及び〈４〉は、周方向に変位することによって生じる加速度であるから、ロール中心からの距離に比例する、すなわち、概略Ｌ₁及びＬ₂に比例する。

ここで、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈３〉の加速度をａ_X1及びａ_X2とし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈４〉の加速度をａ_M1及びａ_M2とする。また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈１〉の加速度をａ_Tとし、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出してその検出値を出力する〈２〉の加速度をａ_Gとする。なお、前記〈１〉及び〈２〉は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さに無関係なので、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値は等しい。

そして、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒのいずれか一方のみが路面１８の窪みに落下することによる車体の傾斜、ガタやばねの変位等による周方向の変位の角速度をω_Rとし、その角加速度をω_R’とする。また、リンクモータ２５の作動又はその反作用による周方向の変位の角速度をω_Mとし、その角加速度をω_M’とする。なお、角速度ω_M又は角加速度ω_M’は、リンク角センサの検出値から取得することができる。

すると、ａ_X1＝Ｌ₁ω_R’、ａ_X2＝Ｌ₂ω_R’、ａ_M1＝Ｌ₁ω_M’、ａ_M2＝Ｌ₂ω_M’となる。

また、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出して出力する加速度の検出値をａ₁及びａ₂とすると、ａ₁及びａ₂は、４つの加速度〈１〉〜〈４〉の合計であるから、次の式（３）及び（４）で表される。
ａ₁＝ａ_T＋ａ_G＋Ｌ₁ω_R’＋Ｌ₁ω_M’ ・・・式（３）
ａ₂＝ａ_T＋ａ_G＋Ｌ₂ω_R’＋Ｌ₂ω_M’ ・・・式（４）
そして、式（３）から式（４）を減算すると、次の式（５）を得ることができる。
ａ₁−ａ₂＝（Ｌ₁−Ｌ₂）ω_R’＋（Ｌ₁−Ｌ₂）ω_M’ ・・・式（５）
ここで、Ｌ₁及びＬ₂の値は、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの高さであるから既知である。また、ω_M’の値は、リンクモータ２５の角速度ω_Mの微分値であるから既知である。すると、前記式（５）の右辺においては、第１項のω_R’の値のみが未知であり、他の値はすべて既知である。したがって、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ₁及びａ₂から、ω_R’の値を得ることが可能である。つまり、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂの検出値ａ₁及びａ₂に基づいて、不要加速度成分を取り除くことができる。

車体傾斜制御システムが車体傾斜制御処理を開始すると、加速度演算部４８は、横加速度演算処理を開始し、まず、第１横加速度センサ値ａ₁を取得するとともに（ステップＳ１）、第２横加速度センサ値ａ₂を取得する（ステップＳ２）。そして、加速度演算部４８は、加速度差Δａを算出する（ステップＳ３）。該Δａは次の式（６）によって表される。
Δａ＝ａ₁−ａ₂ ・・・式（６）
続いて、加速度演算部４８は、ΔＬ呼出を行うとともに（ステップＳ４）、Ｌ₂呼出を行う（ステップＳ５）。前記ΔＬは次の式（７）によって表される。
ΔＬ＝Ｌ₁−Ｌ₂ ・・・式（７）
続いて、加速度演算部４８は、合成横加速度ａを算出する（ステップＳ６）。なお、合成横加速度ａは、横加速度センサが１つである場合における横加速度センサ値ａに相当する値であって、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した値であり、次の式（８）及び（９）によって得られる。
ａ＝ａ₂−（Ｌ₂／ΔＬ）Δａ・・・式（８）
ａ＝ａ₁−（Ｌ₁／ΔＬ）Δａ・・・式（９）
理論上は、式（８）によっても式（９）によっても、同じ値を得ることができるが、周方向の変位によって生じる加速度はロール中心からの距離に比例するので、実際上は、ロール中心により近い方の横加速度センサ、すなわち、第２横加速度センサ４４ｂの検出値であるａ₂を基準にすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、式（８）によって合成横加速度ａを算出することとする。

最後に、加速度演算部４８は、傾斜制御部４７へ合成横加速度ａを送出して（ステップＳ７）、処理を終了する。

このように、本実施の形態においては、第１横加速度センサ４４ａと第２横加速度センサ４４ｂとを互いに異なる高さ位置に配設し、第１横加速度センサ値ａ₁と第２横加速度センサ値ａ₂とを合成した合成横加速度ａを算出し、該合成横加速度ａの値がゼロとなるように、フィードバック制御を行って車体の傾斜角度を制御する。

これにより、不要加速度成分を取り除くことができるので、路面状況の影響を受けることがなく、制御系の振動、発散等の発生を防止することができ、車体傾斜制御システムの制御ゲインを大きくして制御の応答性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、横加速度センサが２つである場合について説明したが、横加速度センサは、複数であって互いに異なる高さに配設されていれば、３つ以上であってもよく、いくつであってもよい。

次に、リンクモータ制御部４２へ速度指令値を出力するための傾斜制御処理の動作について説明する。

図９は本発明の実施の形態における車両の傾斜制御処理の動作を示すフローチャートである。

傾斜制御処理において、傾斜制御部４７は、まず、加速度演算部４８から合成横加速度ａを受信する（ステップＳ１１）。

続いて、傾斜制御部４７は、ａ_old呼出を行う（ステップＳ１２）。ａ_oldは、前回の車体傾斜制御処理実行時に保存された合成横加速度ａである。なお、初期設定においては、ａ_old＝０とされている。

続いて、傾斜制御部４７は、制御周期Ｔ_Sを取得し（ステップＳ１３）、ａの微分値を算出する（ステップＳ１４）。ここで、ａの微分値をｄａ／ｄｔとすると、該ｄａ／ｄｔは次の式（１０）によって算出される。
ｄａ／ｄｔ＝（ａ−ａ_old）／Ｔ_S ・・・式（１０）
そして、傾斜制御部４７は、ａ_old＝ａとして保存する（ステップＳ１５）。つまり、今回の車体傾斜制御処理実行時に取得した横加速度センサ値ａをａ_oldとして、記憶手段に保存する。

続いて、傾斜制御部４７は、第１制御値Ｕ_Pを算出する（ステップＳ１６）。ここで、比例制御動作の制御ゲイン、すなわち、比例ゲインをＣ_Pとすると、第１制御値Ｕ_Pは次の式（１１）によって算出される。
Ｕ_P＝Ｃ_Pａ・・・式（１１）
続いて、傾斜制御部４７は、第２制御値Ｕ_Dを算出する（ステップＳ１７）。ここで、微分制御動作の制御ゲイン、すなわち、微分時間をＣ_Dとすると、第２制御値Ｕ_Dは次の式（１２）によって算出される。
Ｕ_D＝Ｃ_Dｄａ／ｄｔ・・・式（１２）
続いて、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕを算出する（ステップＳ１８）。該第３制御値Ｕは、第１制御値Ｕ_Pと第２制御値Ｕ_Dとの合計であり、次の式（１３）によって算出される。
Ｕ＝Ｕ_P＋Ｕ_D ・・・式（１３）
最後に、傾斜制御部４７は、第３制御値Ｕを速度指令値としてリンクモータ制御部４２へ出力して（ステップＳ１９）、処理を終了する。

次に、リンクモータ２５へトルク指令値を出力するためのリンクモータ制御処理の動作について説明する。

図１０は本発明の実施の形態におけるリンクモータ制御処理の動作を示すフローチャートである。

リンクモータ制御処理において、リンクモータ制御部４２は、まず、傾斜制御部４７から第３制御値Ｕを受信する（ステップＳ２１）。

続いて、リンクモータ制御部４２は、リンク角センサが検出したリンク角センサ値ηに基づいて、リンク機構３０のリンク角の角速度Δηを算出する（ステップＳ２２）。

また、リンクモータ制御部４２は、Δηの値を加速度演算部４８等から取得することができるときは、前記ステップＳ２２の動作を省略することもできる。

続いて、リンクモータ制御部４２は、制御誤差を算出する（ステップＳ２３）。ここで、制御誤差をεとすると、該εは、次の式（１４）によって算出される。
ε＝Ｕ−Δη ・・・式（１４）
なお、Ｕは傾斜制御部４７から受信した第３制御値Ｕである。

続いて、リンクモータ制御部４２は、モータ制御比例ゲインＧ_MPを取得する（ステップＳ２４）。該モータ制御比例ゲインＧ_MPの値は、実験等に基づいて設定された値であり、あらかじめ記憶手段に格納されている。

続いて、リンクモータ制御部４２は、リンクモータ２５を作動させるためのトルク指令値を算出する（ステップＳ２５）。ここで、トルク指令値をＵ_Tとすると、該Ｕ_Tは次の式（１５）によって算出される。
Ｕ_T＝Ｇ_MPε ・・・式（１５）
最後に、リンクモータ制御部４２は、トルク指令値Ｕ_Tをリンクモータ２５へ出力して（ステップＳ２６）、処理を終了する。

次に、リンクブレーキ２６の作動指令及びリンクモータ２５の作動停止指令を出力するためのリンクブレーキ制御処理の動作について説明する。

図１１は本発明の実施の形態におけるリンクブレーキ制御処理の動作を示すフローチャートである。

リンクブレーキ制御処理において、加速度演算部４８は、まず、重心における前後加速度、すなわち、重心Ｍに作用する前後加速度ａ_Cxを算出する（ステップＳ３１）。ここで、第１前後加速度センサ４４ｃ及び第２前後加速度センサ４４ｄが検出した前後加速度の検出値をａ_x1及びａ_x2とすると、前記ａ_Cxは、次の式（１６）によって算出される。なお、前記ａ_x1及びａ_x2は、進行方向を正とする値である。
ａ_Cx＝ｈ（ａ_x1−ａ_x2）／（Ｌ₁−Ｌ₂）＋ａ_x2−Ｌ₂（ａ_x1−ａ_x2）／（Ｌ₁−Ｌ₂）・・・式（１６）
続いて、加速度演算部４８は、横加速度の余裕値ａ_Rを算出する（ステップＳ３２）。なお、該ａ_Rは、前記式（１）によって算出される。

続いて、加速度演算部４８は、重心における横加速度、すなわち、重心Ｍに作用する横加速度ａ_Cyを算出する（ステップＳ３３）。ここで、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出した横加速度の検出値をａ_y1及びａ_y2とすると、前記ａ_Cyは、次の式（１７）によって算出される。
ａ_Cy＝ｈ（ａ_y1−ａ_y2）／（Ｌ₁−Ｌ₂）＋ａ_y2−Ｌ₂（ａ_y1−ａ_y2）／（Ｌ₁−Ｌ₂）・・・式（１７）
続いて、加速度演算部４８は、算出されたａ_Rの値とａ_Cyの絶対値とを比較して、ａ_Rの値がａ_Cyの絶対値未満であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。そして、ａ_Rの値がａ_Cyの絶対値未満である場合、加速度演算部４８は、リンク停止指令を傾斜制御部４７へ出力し（ステップＳ３５）、処理を終了する。すると、前記リンク停止指令は、そのまま、傾斜制御部４７からリンクモータ制御部４２へ伝達される。そして、該リンクモータ制御部４２は、リンク停止指令に基づいて、リンクブレーキ２６の作動指令及びリンクモータ２５の作動停止指令を出力する。これにより、リンクモータ２５が作動を停止するとともに、リンクブレーキ２６が作動してリンクモータ２５の回転軸をボディに対して回転不能に固定するので、リンク機構３０が屈伸不能に固定される。

なお、ａ_Rの値がａ_Cyの絶対値未満であるか否かを判断して、ａ_Rの値がａ_Cyの絶対値未満でない場合、加速度演算部４８は、リンク動作許可指令を傾斜制御部４７へ出力し（ステップＳ３６）、処理を終了する。すると、前記リンク動作許可指令は、そのまま、傾斜制御部４７からリンクモータ制御部４２へ伝達される。そして、該リンクモータ制御部４２は、リンク動作許可指令に基づいて、リンクブレーキ２６の解除指令及びリンクモータ２５の動作許可指令を出力する。これにより、リンクモータ２５が作動するとともに、リンクブレーキ２６の作動を解除してリンクモータ２５の回転軸をボディに対して回転不能に固定された状態から解除するので、リンク機構３０が屈伸可能にされる。

このように、本実施の形態においては、第１横加速度センサ４４ａ及び第２横加速度センサ４４ｂが検出する横加速度並びに第１前後加速度センサ４４ｃ及び第２前後加速度センサ４４ｄが検出する前後加速度に基づいて、重心Ｍの位置が制御可能な範囲を外れたか否かを判断し、重心Ｍの位置が制御可能な範囲を外れた場合には車体を傾斜させる動作を停止させる。

これにより、路面１８の形状の急激な変化等の要因によって、走行状態が不安定になった場合、走行状態が更に不安定になることを効果的に防止することができるので、より安全性の高い車両１０を提供することができる。

また、水平面内における重心Ｍの位置が車輪１２の接地点を結ぶ線分によって形成された二等辺三角形Ｋの外側に位置する場合に、重心Ｍが制御可能な範囲を外れたと判断するので、走行状態が不安定になったことを適切に判断することができる。

さらに、リンクブレーキ２６を作動させて、リンクモータ２５の回転軸をボディに対して回転不能に固定するので、リンク機構３０を確実に固定することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、少なくとも左右一対の車輪を有する車両に利用することができる。

１０車両
１１搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ車輪
２０本体部
２５リンクモータ
２６リンクブレーキ
３０リンク機構
４４ａ第１横加速度センサ
４４ｂ第２横加速度センサ
４４ｃ第１前後加速度センサ
４４ｄ第２前後加速度センサ

Claims

互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
前記車体に作用する横加速度及び前後加速度を検出する複数のセンサと、
前記操舵部又は駆動部を旋回方向に傾斜させるリンク機構と、
該リンク機構を作動させる傾斜用アクチュエータ装置と、
該傾斜用アクチュエータ装置を制御して前記車体の傾斜を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記複数のセンサが検出する横加速度に基づく傾斜制御を行うとともに、前記複数のセンサが検出する横加速度及び前後加速度に基づいて重心位置が制御可能な範囲を外れたか否かを判断し、重心位置が制御可能な範囲を外れた場合には車体を傾斜させる動作を停止させることを特徴とする車両。
前記制御装置は、水平面内における重心位置が前記車輪の接地点を結ぶ線分によって形成された多角形の外側に位置する場合に、重心位置が制御可能な範囲を外れたと判断する請求項１に記載の車両。
前記リンク機構を固定するリンクブレーキを更に有し、
前記制御装置は、重心位置が制御可能な範囲を外れた場合には、前記リンクブレーキを作動させて前記リンク機構を固定するとともに、前記傾斜用アクチュエータ装置の動作を停止させる請求項１又は２に記載の車両。
前記傾斜用アクチュエータ装置はモータであり、前記リンクブレーキは、前記モータの回転軸を前記モータのボディに対して固定するブレーキである請求項３に記載の車両。