JP5908354B2 - 倒立振子型車両 - Google Patents

Description

本発明は、倒立振子型車両に関し、特に、主輪の後方に尾輪を有する倒立振子型車両に関する。

倒立振子制御によって車体姿勢を所定の状態に保つ倒立振子型車両において、主輪が複数の回転自在なフリーローラを当該フリーローラの回転軸線が円環状をなすように組み合わせてなり、主輪が円環中心周りに回転駆動されることにより前後進移動し、フリーローラが自身の回転軸線周りに回転駆動されることにより左右横方向に移動し、更に主輪の後方に尾輪を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。

この倒立振子型車両によれば、尾輪の接地荷重が抵抗となって旋回することができる。

ＷＯ２００８／１３９７４０（Ａ１）

しかしながら、従来のものは、尾輪の接地荷重は尾輪の自重により一義的に決まる。このため、旋回性能が搭乗者の体重によって変化し、体重が重い搭乗者ほど旋回性能が低下する傾向がある。

本発明が解決しようとする課題は、尾輪の接地荷重の調整によって搭乗者の体重の如何に拘わらず優れた旋回性能が得られるようにすることである。

本発明による倒立振子型車両は、搭乗者が搭乗する搭乗部（１６）を備えた搭乗部フレーム（１２）と前後方向に延在する車輪支持フレーム（１４）とを具備した車体（１０）と、複数の回転自在なフリーローラ（４６）を当該フリーローラ（４６）の回転軸線が円環状をなすように組み合わせてなり、前記車輪支持フレーム（１４）の前端部に円環中心周りに回転自在に支持され、床面あるいは路面に接する接地点を有する主輪（３２）と、前記車輪支持フレーム（１４）の後端部に回転自在に支持され、前記主輪（３２）の接地点より車体後方にて接地する尾輪（５２）と、前記主輪（３２）を円環中心周りに回転駆動及び／叉は前記フリーローラ（４６）を自身の回転軸線周りに回転駆動する駆動装置（３６、４０、４２）と、前記駆動装置（３６、４０、４２）によって前記主輪（３２）の円環中心周りの回転駆動と前記フリーローラ（４６）の回転軸線周りの回転駆動とを制御し、前記搭乗部フレーム（１２）を所定の起立姿勢に保つ倒立振子制御を行う倒立振子制御装置（６４）とを有する倒立振子型車両であって、前記搭乗部（１６）に搭乗した搭乗者の荷重に応じた荷重を接地荷重として前記尾輪（５２）に作用させる接地荷重付与機構（７０、８２、８６、８８、９２）を有する。

この構成によれば、搭乗部（１６）に搭乗した搭乗者の荷重に応じた荷重が接地荷重付与機構（７０、８２、８６、８８、９２）によって接地荷重として尾輪（５２）に作用する。これにより、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪（５２）の接地荷重が適正値になり、良好な旋回性能が得られる。

本発明による倒立振子型車両は、好ましい一つの実施形態として、前記接地荷重付与機構は、前記車輪支持フレーム（１４）の前記前端部と前記後端部との中間部に前記搭乗部フレーム（１２）を前後方向に傾動可能に連結してなる。

この構成によれば、搭乗部（１６）の搭乗者の体重の一部が尾輪（５２）に下向きの荷重として作用し、搭乗者の体重に応じて尾輪（５２）の接地荷重が変化する。これにより、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪（５２）の接地荷重が適正値になり、良好な旋回性能が得られる。

本発明による倒立振子型車両は、好ましくは、更に、前記搭乗部フレーム（１２）が前記車輪支持フレーム（１４）に対して前倒することに応じてその動きに対向するばね力を生じるばね（７１）が設けられている。

この構成によれば、搭乗部フレーム（１２）が車輪支持フレーム（１４）に対して前倒すると、ばね（７１）が撓んでばね力を生じる。このばね力が前倒の抗力として車輪支持フレーム（１４）に作用し、主輪（３２）の接地荷重が増加するから、主輪（３２）による倒立振子型車両の前進走行効率が向上する。

本発明による倒立振子型車両は、好ましい他の実施形態として、前記接地荷重付与機構は、前記搭乗部（１６）の搭載荷重を検出する搭載荷重検出部（８６、９２）と、前記搭載荷重検出部（８６、９２）によって検出される搭載荷重に応じて前記尾輪（５２）の接地荷重を増減する接地荷重調整部（８２、８８）とを有する。

この構成によれば、搭載荷重検出部（８６、９２）によって検出される搭載荷重に応じて尾輪５２の接地荷重が制御され、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪（５２）の接地荷重が適正値に設定され、良好な旋回性能が得られる。

本発明による倒立振子型車両は、好ましくは、搭載荷重検出部は荷重センサ（８６）により構成され、前記接地荷重調整部はアクチュエータ（８２）により構成され、前記荷重センサ（８６）によって検出される搭載荷重に応じて前記アクチュエータ（８２）の駆動量を制御する尾輪接地荷重制御装置（６５）を有する。

この構成によれば荷重センサ（８６）によって検出される搭載荷重に応じて尾輪（５２）の接地荷重がアクチュエータ（８２）によって制御され、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪（５２）の接地荷重が適正値に設定され、良好な旋回性能が得られる。

本発明による倒立振子型車両は、好ましくは、搭載荷重検出部は前記搭載荷重を流体圧に変換する搭載荷重感知流体圧装置（９２）により構成され、前記接地荷重調整部は供給される流体圧に応じて前記尾輪の接地荷重を増減する流体圧式アクチュエータ（８８）により構成され、前記搭載荷重感知流体圧装置（９２）と前記流体圧式アクチュエータ（８８）とが圧力伝達通路（９４）によって互いに接続されている。

この構成によれば、搭載荷重感知流体圧装置（９２）の流体圧が搭載荷重に応じて増大し、この流体圧によって流体圧式アクチュエータ（８８）が駆動されることにより、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪（５２）の接地荷重が適正値に設定され、良好な旋回性能が得られる。

本発明による倒立振子型車両によれば、搭乗者の体重に応じて尾輪の接地荷重が変化し、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪の接地荷重が適正値になり、良好な旋回性能が得られる。

本発明による倒立振子型車両の実施形態１を示す側面図。 実施形態１による倒立振子型車両の正面図。 実施形態１による倒立振子型車両に用いられる走行ユニットの斜視図。 本発明による倒立振子型車両の実施形態２を示す側面図。 本発明による倒立振子型車両の実施形態３を示す側面図。 実施形態３による倒立振子型車両の要部の斜視図。 本発明による倒立振子型車両の実施形態４を示す側面図。 本発明による倒立振子型車両の実施形態５を示す側面図。 本発明による倒立振子型車両の他の実施形態を示す側面図。

以下に、本発明による倒立振子型車両の実施形態１を、図１〜図３を参照して説明する。以下に云う、左、右は、倒立振子車両に搭乗した搭乗者の正面視での左、右であり、倒立振子車両を前方より見れば、左右が反転する。

本実施形態による倒立振子型車両は、車体１０として、搭乗部フレーム１２と、車輪支持フレーム１４とを有する。

搭乗部フレーム１２は、上下方向に長い左右のサイドメンバ１２Ａと、左右のサイドメンバ１２Ａの上端部同士を互いに連結するアッパメンバ１２Ｂとにより正面視で二股形状をしている。アッパメンバ１２Ｂの上部には搭乗部として（搭乗者が着座する座席（サドル）１６が取り付けられている。左右のサイドメンバ１２Ａの下端部には搭乗者の足置きであるペダル１８が固定されている。

車輪支持フレーム１４は、前後方向に長い左右のサイドメンバ１４Ａと、左右のサイドメンバ１４Ａの後端部同士を互いに連結するリアメンバ１４Ｂとにより平面視で二股形状をしている。左右のサイドメンバ１４Ａの前端部には主輪３２を含む走行ユニット３０が取り付けられ、リアメンバ１４Ｂには尾輪ユニット５０が取り付けられている。車輪支持フレーム１４は左右のサイドメンバ１４Ａの前後方向の中間部を左右水平方向に中心軸線を有する連結軸７０によって左右のサイドメンバ１２Ａの下端近傍に回動可能に連結されている。つまり、搭乗部フレーム１２の下端側が車輪支持フレーム１４の前端部と後端部との中間部に連結軸７０によって前後方向に傾動可能に接続されている。

走行ユニット３０は、左右の円筒形状のマウント部材３４と、マウント部材３４の各々に当該マウント部材３４の中心軸線Ａ周りに回転可能に支持された左右のドライブディスク３６とを有し、左右のマウント部材３４を各々ボルト３８によって左右のサイドメンバ１４Ａの前端部に固定されている。中心軸線Ａは、車体幅方向、つまり左右方向に略水平に存在する。

左右のドライブディスク３６の外周部には各々複数個のドライブローラ４０が円周方向に等間隔をおいて配置されている。左右のドライブローラ４０は、左右対称配置で、各々、中心軸線Ａに対して幾何学で云うねじれの関係をなす軸線を自身の中心軸線とする配置で、当該中心軸線周りに回転自在に取り付けられている。ドライブローラ４０は、すべて金属や硬質プラスチック等の硬質高剛性材料により構成されている。

左右のマウント部材３４の内側には各々電動モータ４２と減速装置（図示省略）が取り付けられている。左右の電動モータ４２は、各々減速装置を介して左右のドライブディスク３６と駆動連結され、左右のドライブディスク３６を中心軸線Ａ周りに個別に回転駆動する。

ドライブディスク３６の回転中心である中心軸線Ａはサイドメンバ１４Ａの前端部に位置するから、連結軸７０による搭乗部フレーム１２と車輪支持フレーム１４との連結点は、中心軸線Ａより尾輪ユニット５０の側にオフセットされた位置に存在することになる。

主輪３２は、金属製の円環部材４４と、円環部材４４の外周に取り付けられた複数個のフリーローラ４６とにより構成され、フリーローラ４６をもって床面あるいは路面に接地する。フリーローラ４６は、円環部材４４の外周に回転可能に装着された円筒状の金属製基部４６Ａと、金属製基部４６Ａの外周に加硫接着された円筒状のゴム製外周部４６Ｂとにより構成されている。フリーローラ４６は、円環部材４４の環方向（円周方向）に複数個設けられ、各々自身の配置位置における円環部材４４の中心線の接線を回転中心として個々に回転（自転）可能になっている。つまり、主輪３２は、独立して自転可能な複数個のフリーローラ４６を、円環をなすように組み合わせてなる。厳密には、複数個のフリーローラ４６は、自身の個数に応じた角数の多角形をなすように組み合わせて主輪３２をなす。

主輪３２は円環列群をなすフリーローラ４６を左右のドライブローラ４０による円環状ローラ列群によって左右両側より所定の接触圧をもって挟まれるようにして、これらより中心軸線Ａと略同一軸線上（同心）に支持されている。これにより、主輪３２は左右のドライブディスク３６と共に円環部材４４の中心（円環中心）を回転中心として回転（公転）可能になっている。従って主輪３２の公転中心軸線は中心軸線Ａと略同一軸線上に存在することになる。なお、主輪３２の上半分は、フェンダカバー３３によって被覆されている。

この主輪３２の配置において、左右のドライブローラ４０は、各々、主輪３２の中心軸線（円環中心）周りの回転方向、より正確には、各ドライブローラ４０のフリーローラ４６との接触箇所における接線方向に対して、直交および平行の何れでもない方向に延在する中心軸線周りに回転自在に配置されている。つまり、左右のドライブローラ４０は、各々、主輪３２の中心軸線周りの回転方向（公転方向）に対して傾斜し、ドライブディスク３６の回転軸線（中心軸線Ａ）に対してねじれの関係をなす回転軸線を有し、ドライブディスク３６の中心軸線に対して平行でも直交でもない一つの仮想面に沿った回転面を有する。

換言すると、フリーローラ４６の中心軸線と左右の各ドライブローラ４０の中心軸線とは、互いの接触箇所において交差している。つまり、左右の各ドライブローラ４０の中心軸線は、各フリーローラ４６の配置部位における中心軸線方向への投影平面で見て、フリーローラ４６の中心軸線に対して所定の傾斜角をもって傾斜している。

左右の電動モータ４２によって左右のドライブディスク３６の回転方向あるいは（および）回転速度を互いに違えると、ドライブディスク３６の回転力による円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右のドライブローラ４０とフリーローラ４６との接触面に作用する。この分力により、フリーローラ４６の外表面には、これを捩る力が作用し、フリーローラ４６が自身の中心軸線周りに回転（自転）することになる。

このフリーローラ４６の回転（自転）量は、左右のドライブディスク３６の回転速度差によって定まる。例えば、左右のドライブディスク３６を互いに同一速度で逆向きに回転させると、主輪３２は全く公転せず、フリーローラ４６の自転だけが生じる。これにより、主輪３２には左右方向の走行力が加わることになり、倒立振子型車両は、倒立振子制御下で左右方向に移動（真横移動）する。

これに対し、左右のドライブディスク３６の回転方向および回転速度が同一である場合には、フリーローラ４６が自転することがなく、主輪３２が公転し、倒立振子型車両は、倒立振子制御下で前進（直進）あるいは後進する。

尾輪ユニット５０は尾輪５２を有する。尾輪５２は、円環部材５４と、円環部材５４に外周に自転可能に取り付けられた複数個のフリーローラ５６とに有するオムニホイールにより構成され、円環部材５４の円環中心と同心に円環部材５４に固定されて車体前後方向に略水平に延在する尾輪車軸５８を車輪支持フレーム１４の後端部をなすリアメンバ１４Ｂに回転自在に取り付けられている。つまり、リアメンバ１４Ｂは尾輪車軸５８を車体前後方向に略水平に延在する中心軸線Ｂ周りに回転可能に支持している。

これにより、尾輪５２は、フリーローラ５６をもって主輪３２の車体後方にて接地し、平面視でドライブディスク３６の中心軸線Ａに対して直交する方向、換言すると、主輪３２の公転中心軸線に直交して車体前後方向に略水平に延在する中心軸線Ｂ周りに車輪支持フレーム１４に対して公転（円環部材５４の円環中心周りの回転）自在である。リアメンバ１４Ｂには尾輪車軸５８を回転駆動する電動モータ６０が取り付けられている。

左右のサイドメンバ１２Ａ間には電装品取付板６２が取り付けられている。電装品取付板６２の下部には電子制御式の主輪制御用パワードライブユニット（主輪ＰＤＵ）６４と尾輪制御用パワードライブユニット（尾輪ＰＤＵ）６６とジャイロセンサ６８とが取り付けられている。電装品取付板６２の上部には、電動モータ４２及び６０、主輪ＰＤＵ６４、尾輪ＰＤＵ６６、ジャイロセンサ６８等の電源である再充電可能なバッテリを含む電源ユニット６９が取り付けられている。

主輪ＰＤＵ６４と尾輪ＰＤＵ６６とは、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、センサ信号を取り込んで協調制御を行う。主輪ＰＤＵ６４は、倒立振子制御装置であり、搭乗部フレーム１２を略鉛直な起立姿勢（直立姿勢）に保つ倒立振子制御則に従って左右の電動モータ４２の制御処理を行う。尾輪ＰＤＵ６６は予め設定された旋回制御則に従って電動モータ６０の制御処理を行う。

次に、倒立振子型車両の走行動作について説明する。主輪ＰＤＵ６４は、ジャイロセンサ６８により計測される車体１０の前後左右の傾斜角及び角速度の変化より座席１６に着座した搭乗者を含む倒立振子型車両全体の重心位置を随時演算する。

主輪ＰＤＵ６４は、搭乗者を含む倒立振子型車両全体の重心がニュートラル位置（例えば、搭乗部フレーム１２の中心直上位置）にある時には、倒立振子制御則に従った制御処理に基づいて左右の電動モータ４２を駆動し、搭乗部フレーム１２を直立姿勢に維持する。

このとき、尾輪ＰＤＵ６４は、旋回制御則に従った制御処理に基づいて尾輪ユニット５０の電動モータ６０を停止状態に維持する。これにより尾輪５２は公転しない。

搭乗者を含む倒立振子型車両全体の重心がニュートラル位置より前側に移動すると、主輪ＰＤＵ６４が倒立振子制御則に従った制御処理のもとに、左右の電動モータ４２をそれぞれ正転方向に同一速度で駆動する。左右の電動モータ４２の駆動によって、左右のドライブディスク３６が同一速度で回転し、主輪３２が自身の円環中心を回転軸線として正転、つまり、前進方向に公転する。このとき、左右のドライブディスク３６に回転速度差が生じないため、ドライブディスク３６のドライブローラ４０及び主輪３２のフリーローラ４６が自転せず、倒立振子型車両は搭乗部フレーム１２の直立姿勢を維持しつつ真っ直ぐに前進する。

搭乗者を含む倒立振子型車両全体の重心がニュートラル位置より後側に移動すると、主輪ＰＤＵ６４が倒立振子制御則に従った制御処理のもとに、左右の電動モータ４２をそれぞれ逆転方向に同一速度で駆動する。左右の電動モータ４２の駆動によって、左右のドライブディスク３６が同一速度で逆転し、主輪３２が自身の輪中心を回転軸として逆転、つまり、後進方向に公転する。このときも、左右のドライブディスク３６に回転速度差が生じないため、ドライブディスク３６のドライブローラ４０及び主輪３２のフリーローラ４６が自転せず、倒立振子型車両は搭乗部フレーム１２の直立姿勢を維持しつつ真っ直ぐに後進する。

前進時及び後進時には、尾輪ＰＤＵ６６は、旋回制御則に従った制御処理のもとに、尾輪ユニット５０の電動モータ６０の停止状態が維持され、尾輪５２は公転しない。しかしながら、倒立振子型車両の前進に伴って尾輪５２のフリーローラ５６が自転する。

搭乗者を含む倒立振子型車両全体の重心がニュートラル位置より左側あるいは右側に移動すると、主輪ＰＤＵ６４が、倒立振子制御則に従った制御処理のもとに、左右の電動モータ４２を、互いに異なった回転方向及び又は回転速度に駆動する。左右の電動モータ４２の駆動によって、左右のドライブディスク３６間に回転速度差が生じ、左右のドライブディスク３６の回転力による円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右のドライブローラ４０と主輪３２のフリーローラ４６との接触面に作用する。この分力によってフリーローラ４６が自身の中心軸線回りに回転（自転）することになる。

フリーローラ４６の回転は、左右のドライブディスク３６の回転速度差によって定まるから、例えば、左右のドライブディスク３６を互いに同一速度で逆向きに回転させると、主輪３２は全く公転せず、フリーローラ４６の自転だけが生じる。これにより、主輪３２には左右方向の走行力が加わることになり、倒立振子型車両は、左右方向に移動（真横移動）する。また、左右のドライブディスク３６を同一方向に相違した速度で回転させると、主輪３２の公転と共にフリーローラ４６の自転が生じる。これにより、倒立振子型車両は、搭乗部フレーム１２の直立姿勢を維持しつつ斜め前方や斜め後方に移動する。

このとき、尾輪ＰＤＵ６６は、旋回制御則に従った制御処理のもとに、尾輪ユニット５０の電動モータ６０を駆動し、真横移動速度と同等の回転速度で尾輪５２を回転（公転）させてもよい。主輪３２のフリーローラ４６の回転（自転）による移動量と、尾輪５２の公転による移動量とに差が生じると、尾輪５２が横力を生じ、倒立振子型車両は旋回する。

主輪３２の公転とフリーローラ４６の自転とが停止し、尾輪５２だけが公転すると、車体１０は、主輪３２の接地点を中心として向きを変える旋回（その場旋回）をすることになる。

後端部に尾輪５２を支持している車輪支持フレーム１４は、前後方向の中間部に搭乗部フレーム１２を前後に傾動可能に連結されているから、座席１６に着座した搭乗者の体重の一部が尾輪５２に下向きの荷重として作用する。これにより、搭乗者の体重に応じて尾輪５２の接地荷重が変化する。つまり、体重が重い搭乗者ほど尾輪５２の接地荷重が大きくなり、搭乗者の体重に応じた適切な接地荷重となり、尾輪５２の公転（中心軸線Ｂ周りに回転）による横力発生に基づく倒立振子型車両の旋回やその場旋回が搭乗者の体重の如何に拘わらず良好に行われる。

このように、車輪支持フレーム１４の前後方向の中間部に搭乗部フレーム１２が連結されていることにより、座席１６に搭乗した搭乗者の荷重に応じた荷重、つまり搭乗者の体重の一部を接地荷重として尾輪５２に作用させる接地荷重付与機構が成立する。

主輪３２と尾輪５２との搭乗者の体重による荷重分配は、搭乗部フレーム１２と車輪支持フレーム１４との結合点（連結軸７０の位置）と車輪支持フレーム１４によるドライブディスク３６の支持点（中心軸線Ａの位置）との距離と、搭乗部フレーム１２と車輪支持フレーム１４との結合点と尾輪５２の支持点との距離との比により決まり、この比の適正設定によって荷重分配を適正なものにすることができる。なお、連結軸７０の位置を変化可能に構成することにより、上述の比を可変設定できる構造にすることもできる。

次に、本発明による倒立振子型車両の実施形態２を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態２では、搭乗部フレーム１２が車輪支持フレーム１４に対して前倒する時に、その動きに対抗するばね力を生じる捩りコイルばね７１が設けられている。

この場合には、搭乗部フレーム１２が車輪支持フレーム１４に対して前倒すると、捩りコイルばね７１が撓んでばね力を生じる。このばね力が前倒の抗力として車輪支持フレーム１４に作用し、主輪３２の接地荷重が増加する。これにより、主輪３２による倒立振子型車両の前進走行効率が向上する。

次に、本発明による倒立振子型車両の実施形態３を、図５、図６を参照して説明する。なお、図５、図６において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

下端部を左右のドライブディスク３６に固定されて車輪支持フレーム１４に対して中心軸線Ａと同心に枢動可能な左右のリンクメンバ７２を有する。左右のリンクメンバ７２の上端部は上部連結部材７４によって互い固定連結されている。上部連結部材７４には枢軸７６によって左右のリンクメンバ７８の前端部が枢動可能に連結されている。左右のリンクメンバ７８の後端部は各々枢軸８０によって搭乗部フレーム１２の左右のサイドメンバ１２Ａの上端近傍部に枢動可能に連結されている。

これにより、左右のドライブディスク３６の車輪支持フレーム１４に対する回転中心（中心軸線Ａ）と枢軸７６及び８０と連結軸７０とによる４節と、搭乗部フレーム１２と車輪支持フレーム１４とリンクメンバ７２及び７８との４個のリンクメンバにより、搭乗部フレーム１２が車輪支持フレーム１４に対して前後方向に傾動可能に接続する平行リンク機構が構成される。なお、この場合も、主輪ＰＤＵ６４は搭乗部フレーム１２を略鉛直な直立姿勢に保つ倒立振子制御を行う。

この実施形態では実施形態２のものより、搭乗部フレーム１２と車輪支持フレーム１４との連結強度が増すと共に、走行ユニット駆動時に主輪３２が床（接地点）から受ける反力をリンクメンバ７２、７８を介して搭乗部フレーム１２に伝達することができるため、車輪支持フレーム１４に対する搭乗部フレーム１２の前後方向の傾動が安定する。そのこと以外は、実施形態２と同等の作用をする。

次に、本発明による倒立振子型車両の実施形態４を、図７を参照して説明する。なお、図７においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、搭乗部フレーム１２と車輪支持フレーム１４とは、中心軸線Ａと同心位置、つまり、主輪３２の円環中心とほぼ同心位置にて連結軸７０によって互いに回動可能に連結されている。換言すると、搭乗部フレーム１２の下端側が車輪支持フレーム１４の中心軸線Ａと同心位置に連結軸７０によって前後方向に傾動可能に接続されている。

搭乗部フレーム１２の車体後部側にはブラケット１２Ｃによって接地荷重調整部をなす電動式アクチュエータ８２が取り付けられている。電動式アクチュエータ８２は通電によって上下移動する出力ロッド８４を有している。出力ロッド８４は先端部にて車輪支持フレーム１４の上部に設けられている台部１４Ｃの上面に当接している。

座席１６には搭載荷重検出部としてロードセル等による荷重センサ８６が取り付けられている。荷重センサ８６は座席１６に着座した搭乗者の体重、つまり座席１６の搭載荷重を検出するものであり、搭載荷重を定量的に示すセンサ信号を電装品取付板６２に取り付けられた接地荷重制御用パワードライブユニット（接地荷重ＰＤＵ）６５に出力する。

接地荷重ＰＤＵ６５は、電動式アクチュエータ８２の駆動制御を行うものであり、荷重センサ８６よりのセンサ信号に基づき搭載荷重の増加に応じて電動式アクチュエータ８２の出力ロッド８４を降下駆動し、出力ロッド８４が台部１４Ｃの上面に当接する当接力を増加する制御を定量的に行う。

出力ロッド８４の台部１４Ｃの上面に対する当接力が増加することにより、搭乗部フレーム１２に対して車輪支持フレーム１４に図７で見て中心軸線Ａを中心とする時計廻り方向の力が作用し、尾輪５２の接地荷重が増加する。これにより、接地荷重ＰＤＵ６５による電動式アクチュエータ８２の制御によって座席１６に着座した搭乗者の体重に応じて尾輪５２の接地荷重が可変設定される。この制御により、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪５２の接地荷重が適正値になり、良好な旋回性能が得られる。

次に本発明による倒立振子型車両の実施形態５を、図８を参照して説明する。なお、図９においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態でも、搭乗部フレーム１２と車輪支持フレーム１４とは、中心軸線Ａと同心位置、つまり、主輪３２の円環中心とほぼ同心位置にて連結軸７０によって互いに回動可能に連結されている。換言すると、搭乗部フレーム１２の下端側が車輪支持フレーム１４の中心軸線Ａと同心位置に連結軸７０によって前後方向に傾動可能に接続されている。

搭乗部フレーム１２の車体後部側にはブラケット１２Ｃによって接地荷重調整部をなす流体圧式アクチュエータ８８が取り付けられている。流体圧式アクチュエータ８８は流体圧によって上下移動する出力ロッド９０を有している。出力ロッド９０は先端部にて車輪支持フレーム１４の上部に設けられている台部１４Ｃの上面に当接している。

座席１６には流体を封入された流体封入袋９２が取り付けられている。流体封入袋９２は、搭載荷重感知流体圧装置であり、座席１６に着座した搭乗者の体重を受け、搭載荷重を流体圧に変換する。つまり、流体封入袋９２の内圧が搭載荷重に応じて増大する。

流体封入袋９２と流体圧式アクチュエータ８８とは圧力伝達配管９４によって互いに連通接続されている。

本実施形態では、流体封入袋９２の内圧に応じて流体圧式アクチュエータ８８が駆動され、流体封入袋９２の内圧の増加、つまり座席１６に着座した搭乗者の体重の増加に応じて流体圧式アクチュエータ８８に与えられる流体圧が高くなり、出力ロッド９０の台部１４Ｃの上面に対する当接力が増加する。この当接力の増加に応じて搭乗部フレーム１２に対して車輪支持フレーム１４に図７で見て中心軸線Ａを中心とする時計廻り方向の力が作用し、尾輪５２の接地荷重が増加する。これにより、座席１６に着座した搭乗者の体重に応じて尾輪５２の接地荷重が可変設定され、搭乗者の体重の如何に拘わらず尾輪５２の接地荷重が適正値になり、良好な旋回性能が得られる。

以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。尾輪５２は、オムニホイールに限られることなく、通常のゴムタイヤによる車輪であってもよい。また、図９に示されているように、尾輪５２は主輪３２の公転中心軸と平行に回転軸線周りに回転自在なコロによって構成されてもよい。図９に示されている実施形態の尾輪５２は、垂直軸線周りに向きを変えることができる操舵輪として構成され、操舵用の電動モータによって操舵駆動されるようになっていてもよく、更には尾輪５２が補助走行用の伝動モータによって回転駆動されてもよい。

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。電動モータ６０は省略され、尾輪５２が完全な従動輪となる構成でもよい。

１０ 車体
１２ 搭乗部フレーム
１４ 車輪支持フレーム
１６ 座席
２０ ボルト
３０ 走行ユニット
３２ 主輪
３４ マウント部材
３６ ドライブディスク
４０ ドライブローラ
４２ 電動モータ
４４ 円環部材
４６ フリーローラ
５０ 尾輪ユニット
５２ 尾輪
５４ 円環部材
５６ フリーローラ
５８ 尾輪車軸
６０ 電動モータ
６４ 主輪制御用パワードライブユニット（主輪ＰＤＵ）
６５ 接地荷重制御用パワードライブユニット（接地荷重ＰＤＵ）
６６ 尾輪制御用パワードライブユニット（尾輪ＰＤＵ）
６８ ジャイロセンサ
７０ 連結軸
７１ 捩りコイルばね
７２ リンクメンバ
７８ リンクメンバ
８２ 電動式アクチュエータ
８６ 荷重センサ
８８ 流体圧式アクチュエータ
９２ 流体封入袋
９４ 圧力伝達配管

Claims (5)

1. 搭乗者が搭乗する搭乗部を備えた搭乗部フレームと前後方向に延在する車輪支持フレームとを具備した車体と、
   複数の回転自在なフリーローラを当該フリーローラの回転軸線が円環状をなすように組み合わせてなり、前記車輪支持フレームの前端部に円環中心周りに回転自在に支持され、床面あるいは路面に接する接地点を有する主輪と、
   前記車輪支持フレームの後端部に回転自在に支持され、前記主輪の接地点より車体後方にて接地する尾輪と、
   前記主輪を円環中心周りに回転駆動及び／叉は前記フリーローラを自身の回転軸線周りに回転駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置によって前記主輪の円環中心周りの回転駆動と前記フリーローラの回転軸線周りの回転駆動とを制御し、前記搭乗部フレームを所定の起立姿勢に保つ倒立振子制御を行う倒立振子制御装置とを有する倒立振子型車両であって、
   前記搭乗部に搭乗した搭乗者の荷重に応じた荷重を接地荷重として前記尾輪に作用させる接地荷重付与機構とを有し、
   前記接地荷重付与機構は、前記車輪支持フレームの前記前端部と前記後端部との中間部に前記搭乗部フレームを前後方向に傾動可能に連結してなる倒立振子型車両。
2. 前記搭乗部フレームが前記車輪支持フレームに対して前倒することに応じてその動きに対向するばね力を生じるばねが設けられている請求項１に記載の倒立振子型車両。
3. 搭乗者が搭乗する搭乗部を備えた搭乗部フレームと前後方向に延在する車輪支持フレームとを具備した車体と、
   複数の回転自在なフリーローラを当該フリーローラの回転軸線が円環状をなすように組み合わせてなり、前記車輪支持フレームの前端部に円環中心周りに回転自在に支持され、床面あるいは路面に接する接地点を有する主輪と、
   前記車輪支持フレームの後端部に回転自在に支持され、前記主輪の接地点より車体後方にて接地する尾輪と、
   前記主輪を円環中心周りに回転駆動及び／叉は前記フリーローラを自身の回転軸線周りに回転駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置によって前記主輪の円環中心周りの回転駆動と前記フリーローラの回転軸線周りの回転駆動とを制御し、前記搭乗部フレームを所定の起立姿勢に保つ倒立振子制御を行う倒立振子制御装置とを有する倒立振子型車両であって、
   前記搭乗部に搭乗した搭乗者の荷重に応じた荷重を接地荷重として前記尾輪に作用させる接地荷重付与機構とを有し、
   前記接地荷重付与機構は、前記搭乗部の搭載荷重を検出する搭載荷重検出部と、前記搭載荷重検出部によって検出される搭載荷重に応じて前記尾輪の接地荷重を増加する接地荷重調整部とを有する倒立振子型車両。
4. 前記搭載荷重検出部は荷重センサにより構成され、前記接地荷重調整部はアクチュエータにより構成され、前記荷重センサによって検出される搭載荷重に応じて前記アクチュエータの駆動量を制御する尾輪接地荷重制御装置を有する請求項３に記載の倒立振子型車両。
5. 前記搭載荷重検出部は前記搭載荷重を流体圧に変換する搭載荷重感知流体圧装置により構成され、前記接地荷重調整部は供給される流体圧に応じて前記尾輪の接地荷重を増減する流体圧式アクチュエータにより構成され、
   前記搭載荷重感知流体圧装置と前記流体圧式アクチュエータとが圧力伝達通路によって互いに接続されている請求項３に記載の倒立振子型車両。

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