JP6277404B2

JP6277404B2 - 自動車

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Publication number: JP6277404B2
Application number: JP2012216624A
Authority: JP
Inventors: 堀口　宗久; 宗久堀口; 水野　晃; 晃水野
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP2014069672A

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、少なくとも一つの操舵輪を含む３輪以上の車輪を有し、自立して停車可能な自動車に関する。

従来、この種の自動車としては、ロータ軸に回動自在に支持されたロータとロータ軸を支持するインナジンバルとインナジンバルをロータ軸に垂直な軸廻りに回動自在に支持するアウタジンバルとを有する車体姿勢制御手段と、ハンドルの操舵方向を検出する操舵角センサと、車体の傾斜量を検出する車体傾斜センサと、アウタジンバルのアウタジンバル軸に回転トルクを付与するアクチュエータと、を備える自動二輪車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動二輪車では、車体傾斜センサの検出結果に応じた回転トルクをアクチュエータよりアウタジンバル軸に付与し、車体姿勢制御手段に発生するジャイロモーメントで車体を所定量傾斜させ、常に、車体の傾斜方向を車体重心に作用する合力の方向と一致させるとともに、その時の遠心力に基づくモーメント、重力に基づくモーメント及び車体姿勢制御手段からのジャイロモーメント間のバランスを維持することにより、ドライバの体重の移動を伴わずに右左折することができるようにしている。

また、回転可能に支持された回転体を有するジャイロと、ジャイロを回転体の回転軸と直交する軸回りに回転可能に支持する支持軸と、ジャイロを回転させるジンバルモータと、を有する車両挙動制御装置を備える自動車も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この自動車では、車体を左右方向に貫くピッチ軸で回転体を回転支持すると共に、回転体を車両が前進するときの車輪の回転方向と逆方向に回転させ、更に、回転体の回転数を車速が大きいほど大きくすることにより、車両の挙動に応じたジャイロモーメントを発生させている。

さらに、車体を左右方向に傾斜させる機構を備える車両も提案されている（例えば、特許文献３参照）。この車両では、旋回時に旋回外側へ生じる横加速度による遠心力と重力がつりあう角度に車両の傾斜を制御することによって、搭乗者と車体に作用する力を座席の座面に垂直な方向下向きとなるようにして、搭乗者の違和感を軽減し、旋回時の車両の安定性を向上させている。

特開２００４−８２９０３号公報特開２００８−２３６９５８号公報特開２０１１−１７８３２９号公報

近年、省エネルギの観点から、トレッドが狭く軽量で小型の自動車の開発が望まれている。このような自動車は、トレッドに対する重心の高さの割合がトレッドが広い車両に比して大きくなるため、旋回時に旋回外側に横転する可能性が高くなる。したがって、トレッドが狭く軽量で小型の自動車において、安定して旋回することができる構成が望まれている。

本発明の自動車は、安定して旋回することができる自動車を提案することを主目的とする。

本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
少なくとも一つの操舵輪を含む３輪以上の車輪を有し、自立して停車可能な自動車であって、
車体の重心位置を左右方向に変更可能な重心位置変更機構と該重心位置変更機構により重心位置を変更するための変更用駆動手段とを有する重心位置変更装置と、
車体に対して車体が左右方向に傾斜する方向のモーメントを出力可能なモーメント出力装置と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の自動車では、旋回時には、重心位置変更装置により車体の重心位置を旋回内側に変更すると共に、モーメント出力装置から車体を旋回内側に傾斜させる方向のモーメントを出力することにより、安定して旋回することができるようになる。即ち、重心位置変更装置により車体の重心位置を旋回内側に変更して重心に作用する重力のと遠心力との合成力の作用線を旋回内側に移動させることにより、重心位置変更装置を備えない自動車に比して安定して旋回することができるようにし、更に、モーメント出力装置から車体を旋回内側に傾斜させる方向のモーメントを出力することにより、更に安定して旋回することができるようにするのである。したがって、本発明の自動車は、より安定して旋回することができる自動車となる。また、本発明の自動車では、急ハンドルによって車両が旋回外側に横転しそうになるときにモーメント出力装置から車体を旋回内側に傾斜させるモーメントを出力するものとすれば、車両の横転を抑制することができる。このように、本発明の自動車では、安定して旋回することができると共に車両の横転を抑制することができるから、トレッドが狭く軽量で小型の自動車としても、横転することなく、安定して旋回することができる。

ここで、「少なくとも一つの操舵輪を含む３輪以上の車輪を有し、自立して停車可能な自動車」としては、自動二輪車のように停車時に安定して自立することができない自動車を除く意であり、１つの前輪と２つの後輪の３輪の自動車や２つの前輪と１つの後輪の３輪の自動車、２つの前輪と２つの後輪の４輪の自動車などのように、停車時や低速走行時に安定して自立することができる自動車を意味している。「重心位置変更装置」としては、変更用駆動手段を駆動することによって重心位置変更機構による車体の重心位置の左右方向への変更が可能となるものを意味しており、運転者や乗員の体重移動により重心位置変更機構による車体の重心位置が左右方向に変更されるものは含まない意である。

こうした本発明の自動車において、前記モーメント出力装置は、フライホイールと該フライホイールを回転駆動する第１回転駆動手段とを有するジャイロと、前記フライホイールが回転する第１軸と直交する第２軸で前記ジャイロを回転駆動する第２回転駆動手段と、を有する装置である、ものとすることもできる。こうすれば、車体が左右方向に傾斜するモーメントとしてジャイロモーメントを用いることができる。

このモーメント出力装置としてジャイロを有する態様の本発明の自動車において、前記モーメント出力装置は、前記第２軸に取り付けられて前記ジャイロと前記第２回転駆動手段との接続および接続の解除を行なうクラッチを有する装置である、ものとすることもできる。こうすれば、クラッチによるジャイロと第２回転駆動手段の接続と接続の解除により、必要なジャイロモーメントを発生させたり、不要なジャイロモーメントの発生を抑制することができる。

モーメント出力装置としてジャイロを有する態様の本発明の自動車において、前記第１軸は車体を水平に左右方向に貫くピッチ軸であり、前記第２軸は車体を垂直方向に貫くヨー軸である、ものとすることもできる。こうすれば、フライホイールは直進している車両の車輪と同方向か逆方向に回転するように配置され、ジャイロは垂直軸で支持されることになるから、モーメント出力装置の車両の搭載において左右の対称性を高いものとすることができる。

モーメント出力装置としてジャイロを有する態様の本発明の自動車において、前記モーメント出力装置は、単一のジャイロにより構成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、モーメント出力装置を小型のものとすることができ、搭載性を良好なものとすることができる。この場合、前記回転駆動手段は、車両が前進するときの車輪の回転方向と同方向に前記フライホイールを回転させる手段である、ものとすることもできる。こうすれば、左旋回時に、第２回転駆動手段によりジャイロを時計回り（車両を上から見て右回り）に回転させることにより、車体を旋回内側に傾斜させるジャイロモーメントを出力することができる。また、前記回転駆動手段は、車両が前進するときの車輪の回転方向と逆方向に前記フライホイールを回転させる手段である、ものとすることもできる。こうすれば、左旋回時に、第２回転駆動手段によりジャイロを反時計回り（車両を上から見て左回り）に回転させることにより、車体を旋回内側に傾斜させるジャイロモーメントを出力することができる。

モーメント出力装置としてジャイロを有する態様の本発明の自動車において、前記モーメント出力装置は、第１のジャイロと第２のジャイロの２つのジャイロにより構成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、モーメント出力装置が単一のジャイロによって構成されているものに比して、第１のジャイロと第２のジャイロのフライホイールを小型のものとすることができる。この場合、前記回転駆動手段は、前記第１のジャイロのフライホイールと前記第２のジャイロのフライホイールとを逆方向に回転させる手段である、ものとすることもできる。こうすれば、リーン装置により車体を傾斜させることによって発生するジャイロモーメントを打ち消すことができる。

本発明の自動車において、前記重心位置変更装置は、前記重心位置変更機構として車体を左右方向に傾斜可能なリーン機構を有するリーン装置である、ものとすることもできる。

本発明の一実施例としての三輪自動車２０を左側面から見た側面図である。実施例の三輪自動車２０を上方から見た上面図である。実施例の三輪自動車２０を前方から見た前面図である。リーン装置５０の構成の概略を示す構成図である。リーンモータ５４の出力軸５５を駆動したときのリーン装置５０の状態の一例を示す説明図である。図５における車体の傾斜の様子を示す説明図である。ジャイロ装置６０の構成の概略を示す構成図である。フライホイール６１の回転方向とジンバル支持部６４の回転方向と発生するジャイロモーメントの作用方向とを説明する説明図である。フライホイール６１の回転方向とジンバル支持部６４の回転方向と発生するジャイロモーメントの作用方向とを説明する説明図である。フライホイール６１の回転方向と旋回方向と発生するジャイロモーメントの作用方向とを説明する説明図である。フライホイール６１の回転方向と旋回方向と発生するジャイロモーメントの作用方向とを説明する説明図である。フライホイール６１の回転方向と車体の傾斜方向と発生するジャイロモーメントの作用方向とを説明する説明図である。フライホイール６１の回転方向と車体の傾斜方向と発生するジャイロモーメントの作用方向とを説明する説明図である。制御装置８０の入出力関係の一例を機能ブロックとして示すブロック図である。重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッドの中央になるようにしたときの様子を示す説明図である。変形例の三輪自動車１２０の構成の一例を示す構成図である。変形例の四輪自動車２２０の構成の一例を示す構成図である。変形例の三輪自動車３２０の構成の一例を示す構成図である。変形例の三輪自動車４２０の構成の一例を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としての三輪自動車２０を左側面から見た側面図であり、図２は実施例の三輪自動車２０を上方から見た上面図であり、図３は実施例の三輪自動車２０を前方から見た前面図である。なお、図２では、説明の容易のために、車両の屋根の部分を除いて図示した。

実施例の三輪自動車２０は、図示するように、１つの操舵輪である前輪２２と駆動用のモータ２６Ｌ，２６Ｒが組み込まれた２つの後輪２４Ｌ，２４Ｒとを有する１人乗車の三輪自動車として構成されており、運転席３２を有し前輪２２と後輪２４Ｌ，２４Ｒとに支持される車体本体３０と、運転者によるハンドル４２の操作に基づいて前輪２２を操舵する操舵装置４０と、車体本体３０と後輪２４Ｌ，２４Ｒとの間に取り付けられて後輪２４Ｌ，２４Ｒの一方を持ち上げると共に他方を押し下げることにより車体本体３０を左右方向に傾斜させるリーン装置５０と、運転席３２の下方に配置されて車両の姿勢制御に用いられるジャイロ装置６０と、モータ２６Ｌ，２６Ｒやリーン装置５０，ジャイロ装置６０に電力を供給する例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ７０と、運転者の操作に基づいてモータ２６Ｌ，２６Ｒを駆動制御したりリーン装置５０やジャイロ装置６０を駆動制御したりする制御装置８０と、を備える。

リーン装置５０は、図４の構成図に示すように、後輪２４Ｌ，２４Ｒの内側に配置されてモータ２６Ｌ，２６Ｒを支持する縦リンクユニット５１Ｌ，５１Ｒと、縦リンクユニット５１Ｌ，５１Ｒの上端と下端とにそれぞれ回転自在に連結された横リンクユニット５１Ｕ，５１Ｄと、車体本体３０を支持する支持部３６に回転不動に取り付けられると共に横リンクユニット５１Ｕ，５１Ｄの中央部でそれぞれ回転自在に連結された中央縦部材５２と、支持部３６に配置されると共に回転子に接続された出力軸５５が上側の横リンクユニット５１Ｕの中央に回転不能に取り付けられたリーンモータ５４と、を備える。リーンモータ５４としては、例えばステッピングモータを用いることができる。リーン装置５０は、図４において出力軸５５が右回りに回転するようリーンモータ５４を駆動すると、出力軸５５の回転に伴って上側の横リンクユニット５１Ｕが回転し、この横リンクユニット５１Ｕの回転に伴って下側の横リンクユニット５１Ｄも回転する。横リンクユニット５１Ｕ，５１Ｄの回転は、図５に示すように、右後輪２４Ｒを持ち上げると共に左後輪２４Ｌを押し下げる動作となるから、図６に示すように、車体を右側に傾斜させる。同様に、図４において出力軸５５が左回りに回転するようリーンモータ５４を駆動することにより、車体を左側に傾斜させることができる。このとき、車体の傾斜角は、リーンモータ５４による回転子の回転角に対応するものとして調整することができ、回転子を所望の回転角で保持することにより、車体を所望の傾斜角で保持することができる。

ジャイロ装置６０は、図７の構成図に示すように、導電性の金属材料により円環状に形成されて基本的には車両を水平に左右方向に貫くピッチ軸を回転軸として回転するフライホイール６１とフライホイール６１を収納するケースとして機能すると共に内側にフライホイール６１を回転駆動するための三相コイル（図示せず）が取り付けられたステータケース６２とからなるジャイロ６３と、フライホイール６１の回転軸（ピッチ軸）と直交する垂直軸（車両を垂直方向に貫くヨー軸）でステータケース６２に取り付けられてジャイロ６３を支持するジンバル支持部６４と、ジンバル支持部６４を回転駆動するジンバルモータ６５と、ジンバル支持部６４とジンバルモータ６５との接続およびその接続の解除を行なうクラッチ６６と、を備える。上述したように、ジャイロ６３のフライホイール６１とステータケース６２は、フライホイール６１を回転子とすると共にステータケース６２を固定子とするモータ（例えば、誘導電動機など）を構成するから、ステータケース６２の内側に取り付けられた三相コイルの回転磁界をコントロールすることにより、フライホイール６１の回転を制御することができる。実施例では、ピッチ軸を回転軸として回転するようフライホイール６１を配置するのは、ジャイロ装置６０を車両に搭載したときに高い左右の対称性を得ることができるためである。ジンバルモータ６５としては、例えばステッピングモータを用いることができる。

ジャイロ装置６０では、ジンバルモータ６５を回転駆動してジャイロ６３をヨー軸周りに回転すると、その回転角速度に応じた大きさのジャイロモーメントが車両を水平に前後方向に貫くロール軸周りに発生する。ジャイロモーメントの作用方向は、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときに車両を右折させるときのハンドル操作と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、車体を左側に傾斜させる方向となる。この関係を図８に示す。逆に、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときに車両を左折させるときのハンドル操作と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、ジャイロモーメントの作用方向は、車体を右側に傾斜させる方向となる。即ち、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときには、旋回の方向（例えば右旋回の方向）と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、旋回の方向とは逆側（右旋回の方向とは逆の左側）に車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントが発生する。また、ジャイロモーメントの作用方向は、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１が回転しているときに車両を右折させるときのハンドル操作と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、車体を右側に傾斜させる方向となる。この関係を図９に示す。逆に、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１が回転しているときに車両を左折させるときのハンドル操作と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、ジャイロモーメントの作用方向は、車体を左側に傾斜させる方向となる。即ち、車両が前進しているときの車輪の回転方向とは逆方向にフライホイール６１が回転しているときには、旋回の方向（例えば右旋回の方向）と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、旋回の方向と同側（右旋回の方向と同じ右側）に車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントが発生する。したがって、フライホイール６１をいずれの回転方向に回転させてもジンバル支持部６４の回転方向を制御することにより、車体を左右のいずれの側にも傾斜させる方向のジャイロモーメントを発生させることができる。

また、ジャイロ装置６０は、クラッチ６６によりジンバル支持部６４とジンバルモータ６５とが接続されているときには、ジンバルモータ６５を駆動しなくても、運転者のハンドル操作によって車両が旋回すると、フライホイール６１の回転軸（ピッチ軸）が回転するため、ジャイロモーメントが生じる。車両の旋回により生じるジャイロモーメントの作用方向は、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときにハンドル４２を右に操作して車両が右旋回すると、車体を左側に傾斜させる方向となる。この関係を図１０に示す。逆に、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときにハンドル４２を左に操作して車両が左旋回すると、ジャイロモーメントの作用方向は、車体を右側に傾斜させる方向となる。また、ジャイロモーメントの作用方向は、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１が回転しているときにハンドル４２を右に操作して車両が右旋回すると、車体を右側に傾斜させる方向となる。この関係を図１１に示す。逆に、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１が回転しているときにハンドル４２を左に操作して車両が左旋回すると、ジャイロモーメントの作用方向は、車体を左側に傾斜させる方向となる。したがって、旋回時には、遠心力が作用するため、旋回方向に車体を傾斜させるジャイロモーメントが発生する方が好ましいため、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１を回転させるのが好ましい。なお、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１を回転させるものとしても、上述したように、ジンバルモータ６５によりジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させることにより、ジャイロモーメントを発生させることができるから、ジンバルモータ６５の制御により所望のジャイロモーメントを発生させることができる。

さらに、ジャイロ装置６０は、クラッチ６６によりジンバル支持部６４とジンバルモータ６５とが接続されているときには、ジンバルモータ６５を駆動しなくても、リーン装置５０により車体が傾斜すると、フライホイール６１の回転軸（ピッチ軸）が回転するため、ジャイロモーメントが生じる。このときのジャイロモーメントの作用方向は、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときに車体を左側に傾斜すると、ヨー軸周りに車両が左旋回する方向となる。この関係を図１２に示す。逆に、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときに車体を右側に傾斜すると、ジャイロモーメントの作用方向は、ヨー軸周りに車両が右旋回する方向となる。また、ジャイロモーメントの作用方向は、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１が回転しているときに車体を左側に傾斜すると、ヨー軸周りに車両が右旋回する方向となる。この関係を図１３に示す。逆に、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１が回転しているときに車体を右側に傾斜すると、ジャイロモーメントの作用方向は、ヨー軸周りに車両が左旋回する方向となる。後述するが、実施例の三輪自動車２０では、安定して旋回するために、左旋回するときには車体を左側に傾斜し、右旋回するときには車体を右側に傾斜する。したがって、車体を傾斜させることにより生じるジャイロモーメントの作用方向は、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときには旋回を促進する方向となり、逆に、車両が前進しているときの車輪の回転方向と逆方向にフライホイール６１が回転しているときには旋回を抑制する方向となる。

制御装置８０は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムなどを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートなどを備える。図１４に、制御装置８０の入出力関係の一例を機能ブロックとして示す。制御装置８０の図示しない入力ポートには、シフトポジションセンサ８１からのシフトポジションやアクセルポジションセンサ８２からのアクセルポジション，ブレーキポジションセンサ８３からのブレーキポジション，車速センサ８４からの車速Ｖ，後輪２４Ｌ，２４Ｒに取り付けられた車輪速センサ８５Ｌ，８５Ｒからの車輪速，操舵装置４０に取り付けられてハンドル４２の操舵角θＳを検出する操舵角センサ８６からの操舵角θＳ，モータ２６Ｌ，２６Ｒの回転子の位置を検出する回転位置検出センサ８７Ｌ，８７Ｒからの回転位置，車両総重量Ｍを検出する車両総重量センサ８８からの車両総重量Ｍ，路面勾配を検出する勾配センサ８９からの勾配，リーン装置５０による車体本体３０の傾斜角としてのリーン角θＬを検出するリーン角センサ９０からのリーン角θＬ，ジンバル支持部６４の基準位置からの回転角θＧを検出するジンバル角センサ９１からのジンバル角θＧ，フライホイール６１の回転数ＮＷを検出する回転数センサ９２からのフライホイール６１の回転数ＮＷ，車体本体３０の左右方向への傾斜角（ロール角）を検出するロール角センサ９３からのロール角θＲなどが入力されている。一方、制御装置８０の図示しない出力ポートからは、モータ２６Ｌ，２６Ｒへの駆動信号や操舵装置４０への駆動信号，リーンモータ５４への駆動信号，ジャイロ６３への駆動信号，ジンバルモータ６５への駆動信号，クラッチ６６への駆動信号、などが出力されている。なお、制御装置８０の主な制御としては、シフトポジションやアクセルポジション，ブレーキポジションに基づいてモータ２６Ｌ，２６Ｒを駆動制御する走行制御、操舵角に基づいて前輪２２のトウ角を制御する操舵制御、操舵角や車速などに基づいてリーン装置５０による車体の傾斜を制御するリーン制御、操舵角や車速，フライホイール６１の回転数などに基づいてジャイロ装置６０により発生するジャイロモーメントを制御するジャイロ制御、などがある。なお、図１４の制御装置８０の中に示した「走行制御部」，「操舵制御部」，「リーン制御部」，「ジャイロ制御部」は、上述の制御を機能ブロックとして示したものである。

次に、こうして構成された実施例の三輪自動車２０の動作、特にリーン装置５０の動作とジャイロ装置６０の動作について説明する。実施例の三輪自動車２０は、走行制御によりモータ２６Ｌ，２６Ｒが駆動制御されて走行し、操舵制御によりハンドル４２の操作角（操舵角）に対するトウ角が制御されてハンドル４２の操作方向に旋回する。走行制御や操舵制御については周知の制御を用いているので、これ以上の詳細な説明は省略する。

リーン制御としては、重心に作用する重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッド（左右の車輪２４Ｌ，２４Ｒの中心間距離）の中央になるようにリーンモータ５４を駆動制御するものとすることができる。このように制御することにより、乗員に横向きの加速度を与えないようにして車両を安定して旋回させることができると共に、旋回外側への車両の横転を抑制することができる。図１５に、重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッドの中央になるようにしたときの様子を示す。リーン制御は、簡易な手法を考えれば、乗員や荷物の搭載によっては重心は車両の左右方向には変化しないものとし、重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとを計算し、ｔａｎθＬ＝Ｆｃ／Ｆｇとなるリーン角θＬを求め、リーン装置５０の傾きが求めたリーン角θＬとなるようリーンモータ５４を駆動制御することによって行なうことができる。ここで、重力Ｆｇは、車両総重量センサ８８からの車両総重量Ｍとして得ることができる。遠心力Ｆｃは、操舵角センサ８６からの操舵角θＳや車輪速センサ８５Ｌ，８５Ｒからの車輪速などから計算される旋回時の回転半径ｒと、この回転半径と車速センサ８４からの車速から計算される角速度ωと、車両総重量センサ８８からの車両総重量Ｍと、により、Ｆｃ＝Ｍｒω²として計算することができる。リーン制御として簡易な手法を用いずに重心位置を用いて計算するものとしてもよい。この場合、重心位置Ｇは、予め解っている車両自体の重量および車両自体の重心位置と計測により得られる乗員や荷物（以下、「乗員等」という。）の重量および乗員等の重心位置とにより計算することができる。例えば、簡易な手法としては、乗員等の重心位置を実験などにより予め定めておき、車両総重量センサ８８により検出される車両総重量Ｍから車両自体の重量を減じて乗員等の重量を計算し、この計算した乗員等の重量と定めておいた乗員等の重心位置と車両自体の重量と車両自体の重心位置とを用いて計算することができる。更に詳細な手法としては、乗員の着座位置や座高，重量等を検出して乗員の重量と重心位置を求めると共に各荷物の搭載位置や寸法，重量等を検出して各荷物の重量と重心位置とを求め、乗員の重量および重心位置と各荷物の重量および重心位置と車両自体の重量および重心位置とにより重心位置を計算することもできる。

リーン制御としては、重心に作用する重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッドの中央になるようにリーンモータ５４を駆動制御するものだけでなく、重心に作用する重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッドの範囲内になるようにリーンモータ５４を駆動制御するものとしてもよい。この場合、乗員に横向きの加速度を与えるものの、車両を安定して旋回させることができると共に、旋回外側への車両の横転を抑制することができる。

ジャイロ制御としては、例えば、旋回などにより車両が横転する可能性があると判断したときに、旋回内側にジャイロモーメントが作用するようにジャイロ装置６０のジンバルモータ６５とクラッチ６６とを駆動制御する横転抑制制御を実行するものとすることができる。横転抑制制御としては、旋回などにより車両が横転する可能性があると判断したときに、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときには、車両が横転する方向の旋回と同方向にジンバル支持部６４が迅速に回転するようにジンバルモータ６５を駆動制御するものとすることができる。例えば、車両が右側に横転する可能性があると判断したときには、右旋回と同方向にジンバル支持部６４が迅速に回転するようにジンバルモータ６５を駆動制御するのである。上述したように、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転しているときに旋回の方向と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、旋回の方向とは逆側に車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントが発生するから、車両が横転する方向の旋回と同方向にジンバル支持部６４を迅速に回転させてフライホイール６１を迅速に回転させることにより、車両が横転する方向とは逆方向のジャイロモーメントを発生させ、車両の横転を抑制することができる。また、旋回などにより車両が横転する可能性があると判断したときに、車両が前進しているときの車輪の回転方向とは逆方向にフライホイール６１が回転しているときには、車両が横転する方向の旋回とは逆方向にジンバル支持部６４が迅速に回転するようにジンバルモータ６５を駆動制御するものとすることができる。例えば、車両が右側に横転する可能性があると判断したときには、右旋回とは逆方向にジンバル支持部６４が迅速に回転するようにジンバルモータ６５を駆動制御するのである。上述したように、車両が前進しているときの車輪の回転方向とは逆方向にフライホイール６１が回転しているときに旋回の方向と同方向にジンバル支持部６４を回転させてフライホイール６１を回転させると、旋回の方向と同側に車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントが発生するから、車両が横転する方向の旋回とは逆方向にジンバル支持部６４を迅速に回転させることにより、車両が横転する方向とは逆方向のジャイロモーメントを発生させ、車両の横転を抑制することができる。

横転抑制制御において、旋回などにより車両が横転する可能性の有無の判断は、例えば、重心に作用する重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッドの範囲を含む所定範囲外となるか否かによる判定や、車両が旋回外側に回転する回転角速度が予め定めた閾値以上であるか否かによる判定，旋回外側の車輪に作用するモーメントが旋回外側に車体を傾斜させる方向のモーメントとして予め定められた閾値以上であるか否かによる判定などにより行なうことができる。これらの判定は、いずれも力学的見地から、他の力が作用しなければ、いずれ車両が横転するものとなる。

横転抑制制御は、車両が横転する可能性があるときに実行されるから、車両が横転する可能性がないときには、ジャイロ装置６０を他の目的に使用することができる。例えば、リーン装置５０により車体を傾斜させるときに、車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントを発生させることにより、車体の傾斜をアシストするリーンアシスト制御を実行することができる。このリーンアシスト制御は、リーン装置５０のリーンモータ５４の駆動のタイミングで、車両が前進しているときの車輪の回転方向と同方向にフライホイール６１が回転していれば、車体を傾斜させる方向の旋回とは逆方向にジンバル支持部６４が回転するようにジンバルモータ６５を駆動制御し、車両が前進しているときの車輪の回転方向とは逆方向にフライホイール６１が回転していれば、車体を傾斜させる方向の旋回と同方向にジンバル支持部６４が回転するようにジンバルモータ６５を駆動制御することにより行なうことができる。ジャイロモーメントはフライホイール６１の回転数が大きいほど且つジンバル支持部６４の回転角速度が大きいほど大きくなるから、車体を傾斜させるタイミングで作用させるジャイロモーメントの大きさはフライホイール６１の回転数に基づいてジンバル支持部６４の回転角速度を求めてジンバルモータ６５を駆動制御すればよい。こうしたリーンアシスト制御をジャイロ制御として実行することにより、迅速に旋回内側に車体を傾斜させることができる。また、リーンアシスト制御はリーン装置５０のリーンモータ５４の駆動による車体の傾斜をアシストするものであるから、リーンアシスト制御を実行することにより、リーンモータ５４として出力トルクの小さなものを用いることができると共にリーンモータ５４を小型のものとすることができる。

ジャイロ制御としては、操舵角θＳや車速Ｖに応じて旋回内側に車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントが作用するようジャイロ装置６０のジンバルモータ６５とクラッチ６６とを駆動制御するハンドル対応制御を実行するものとしてもよい。ハンドル対応制御としては、操舵角θＳが大きいほど、操舵角θＳの時間変化率（操舵角の回転角速度）が大きいほど、車速Ｖが大きいほど、大きなジャイロモーメントであって旋回内側に車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントが発生するようにジンバルモータ６５を駆動制御することにより行なうことができる。これは、操舵角θＳが大きいほど、操舵角θＳの時間変化率（操舵角の回転角速度）が大きいほど、車速Ｖが大きいほど、遠心力が大きくなることに基づいている。こうしたハンドル対応制御により、車両はより安定して旋回することができるようになる。

以上説明した実施例の三輪自動車２０によれば、リーンモータ５４の駆動により車体本体３０を左右方向に傾斜させるリーン装置５０と、フライホイール６１を有するジャイロ６３とジンバルモータ６５とを有するジャイロ装置６０と、を備えることにより、より安定して旋回することができると共に、車両の横転を抑制することができる。したがって、トレッドが狭く軽量で小型の自動車としても、横転することなく、安定して旋回することができる。

実施例の三輪自動車２０によれば、ピッチ軸を回転軸として回転するようフライホイール６１を配置することにより、ジャイロ装置６０を車両に搭載したときに高い左右の対称性を得ることができる。

実施例の三輪自動車２０によれば、リーン制御として、重心に作用する重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッドの中央になるようにリーンモータ５４を駆動制御するものとしたり、重心に作用する重力Ｆｇと遠心力Ｆｃとの合成力の作用線がトレッドの範囲内になるようにリーンモータ５４を駆動制御するものとしたりすることにより、より安定して旋回することができると共に、旋回外側への車両の横転を抑制することができる。

また、実施例の三輪自動車２０によれば、ジャイロ制御として、旋回などにより車両が横転する可能性があると判断したときに、旋回内側にジャイロモーメントが作用するようにジンバルモータ６５を駆動制御する横転抑制制御を実行することにより、車両の横転を抑制することができる。さらに、こうした横転抑制制御によりジンバルモータ６５が駆動していないときに、リーン装置５０により車体を傾斜させるときに車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントを発生させるようにジンバルモータ６５を駆動制御するリーンアシスト制御を実行することにより、より迅速に旋回内側に車体を傾斜させることができると共にリーン装置５０のリーンモータ５４を小型のものとすることができる。

さらに、実施例の三輪自動車２０によれば、ジャイロ制御として、操舵角θＳが大きいほど、操舵角θＳの時間変化率（操舵角の回転角速度）が大きいほど、車速Ｖが大きいほど、大きなジャイロモーメントであって旋回内側に車体を傾斜させる方向のジャイロモーメントが発生するようにジンバルモータ６５を駆動制御するハンドル対応制御を実行することにより、より安定して旋回することができる。

実施例の三輪自動車２０では、車体を水平に左右方向に貫くピッチ軸を回転軸として回転するようフライホイール６１を配置するものとしたが、ヨー軸（車体を垂直方向に貫く軸）を回転軸として回転するようフライホイール６１を配置するものとしてもよい。この場合、ジンバルモータによる駆動によってロール方向のジャイロモーメントを発生させるために、ジンバル支持部はピッチ軸となるよう配置するのが好ましい。

実施例の三輪自動車２０では、１つのフライホイール６１を有する１つのジャイロ６３と１つのジンバルモータ６５とを有するジャイロ装置６０を搭載するものとしたが、２つのフライホイールからなる２つのジャイロと各ジャイロに対応する２つのジンバルモータとを有するジャイロ装置を搭載するものとしてもよい。この場合、２つのフライホイールは、回転軸がピッチ軸となるように配置されるものとしてもよいし、回転軸がヨー軸となるよう配置されるものとしてもよい。回転軸がピッチ軸となるように２つのフライホイールが配置された変形例の三輪自動車１２０の構成の一例を図１６に示す。図示するように、変形例の三輪自動車１２０は、運転席３２の下方に前後に回転軸がピッチ軸となるよう２つのフライホイール１６１Ａ，１６１Ｂが配置されたジャイロ装置を搭載している。このように、２つのフライホイール１６１Ａ，１６１Ｂを有するジャイロ装置を搭載する場合、２つのフライホイール１６１Ａ，１６１Ｂの回転方向は逆方向とするのが好ましい。例えば、変形例の三輪自動車１２０のように、回転軸がピッチ軸となるように２つのフライホイール１６１Ａ，１６１Ｂが配置されている場合、一方のフライホイールは車両が前進するときの車輪の回転方向と同方向に回転させ，他方のフライホイールは車両が前進するときの車輪の回転方向とは逆方向に回転させるのである。上述したように、リーン装置５０により車体を傾斜させると、フライホイールの回転軸（ピッチ軸）が傾斜により回転するため、ヨー軸周りの方向のジャイロモーメントが生じるが、２つのフライホイールを逆方向に回転させることにより、ヨー軸周りの方向に発生するジャイロモーメントを打ち消すことができる。これにより、旋回に対して旋回を促進したり抑制したりするジャイロモーメントを打ち消すことができ、ジャイロモーメントの作用にるオーバーステアの傾向やアンダーステアの傾向を抑制することができる。なお、ジャイロ装置は、１つのフライホイールや２つのフライホイールを有するものに限定されるものではなく、３つ以上のフライホイールを有するものとしても構わない。

実施例では、本発明の実施形態として、操舵輪としての１つの前輪２２と、駆動輪としての２つの後輪２４Ｌ，２４Ｒと、を備える三輪自動車２０を用いて説明したが、図１７の変形例の四輪自動車２２０に示すように、操舵輪としての２つの前輪２２２Ｌ，２２２Ｒと、駆動輪としての２つの後輪２４Ｌ，２４Ｒと、を備えるものとしてもよい。この場合、後輪２４Ｌ，２４Ｒ側に取り付けられたリーン装置５０と同様なリーン装置２５０を前輪２２２Ｌ，２２２Ｒ側にも取り付け、リーン装置５０による車体の傾斜に同期してリーン装置２５０による車体の傾斜を行なえばよい。なお、自動車は三輪や四輪に限定されるものではなく五輪以上の自動車であっても構わない。

実施例の三輪自動車２０では、縦リンクユニット５１Ｌ，５１Ｒと横リンクユニット５１Ｕ，５１Ｄと中央縦部材５２とからなる機構（リーン機構）により車体を傾斜するときには、車輪２２，２４Ｌ，２４Ｒも傾斜するものとしたが、図１８の変形例の三輪自動車３２０に示すように、車輪２２，２４Ｌ，２４Ｒは傾斜せずに車体本体３３０だけが傾斜する機構としてもよい。

実施例の三輪自動車２０では、リーン装置５０により車体を傾斜するものとしたが、重心位置が左右方向に変更できればよいから、図１９の変形例の三輪自動車４２０に示すように、車体本体４３０が左右方向にスライドするスライド装置４５０を備えるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、縦リンクユニット５１Ｌ，５１Ｒと横リンクユニット５１Ｕ，５１Ｄと中央縦部材５２とからなる機構が「重心位置変更機構」に相当し、リーンモータ５４が「変更用駆動手段」に相当し、リーン装置５０が「重心位置変更装置」に相当し、ジャイロ装置６０が「モーメント出力装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０，３２０，４２０三輪自動車、２２，２２２Ｌ，２２２Ｒ前輪、２４Ｌ，２４Ｒ後輪、２６Ｌ，２６Ｒモータ、３０，３３０，４３０車体本体、３２運転席、３６支持部、４０操舵装置、４２ハンドル、５０，２５０リーン装置、５１Ｌ，５１Ｒ縦リンクユニット、５１Ｕ，５１Ｄ横リンクユニット、５２中央縦部材、５４リーンモータ、５５出力軸、６０ジャイロ装置、６１，１６１Ａ，１６１Ｂフライホイール、６２ステータケース、６３ジャイロ、６４ジンバル支持部、６５ジンバルモータ、６６クラッチ、７０バッテリ、８０制御装置、８１シフトポジションセンサ、８２アクセルポジションセンサ、８３ブレーキポジションセンサ、８４車速センサ、８５Ｌ，８５Ｒ車輪速センサ、８６操舵角センサ、８７Ｌ，８７Ｒ回転位置検出センサ、８８車両総重量センサ、８９勾配センサ、９０リーン角センサ、９１ジンバル角センサ、９２フライホイール回転数センサ、９３ロール角センサ、２２０四輪自動車、４５０スライド装置。

Claims

少なくとも一つの操舵輪を含むとともに車体に対して左右方向に配置される左右輪を含む３輪以上の車輪を有し、自立して停車可能であるとともに、前記車体を左右方向に傾斜可能なリーン機構を有し、前記リーン機構により前記車体を左右方向に傾斜させることにより前記車体の重心位置を左右方向に変更可能な自動車であって、
前記リーン機構とは別に、車体に対して車体が左右方向に傾斜する方向のモーメントを出力可能なモーメント出力装置を備え、
車両が横転する可能性があるか否かに応じて前記モーメント出力装置を制御し、
更に、車両が横転する可能性があるときには、旋回内側にモーメントが作用するように前記モーメント出力装置を制御する横転抑制制御を実行し、車両が横転する可能性がないときには、前記リーン機構により前記車体を左右方向に傾斜させるときに前記モーメント出力装置を制御して前記車体を傾斜させる方向のモーメントを発生させることにより前記車体の傾斜をアシストするリーンアシスト制御を実行する、
自動車。
少なくとも一つの操舵輪を含むとともに車体に対して左右方向に配置される左右輪を含む３輪以上の車輪を有し、自立して停車可能であるとともに、前記車体を左右方向に傾斜可能なリーン機構を有し、前記リーン機構により前記車体を左右方向に傾斜させることにより前記車体の重心位置を左右方向に変更可能な自動車であって、
前記リーン機構とは別に、車体に対して車体が左右方向に傾斜する方向のモーメントを出力可能なモーメント出力装置を備え、
操舵角および／または車速に応じて旋回内側にモーメントが作用するように前記モーメント出力装置を制御する、
自動車。
請求項１または２記載の自動車であって、
前記モーメント出力装置は、フライホイールと該フライホイールを回転駆動する第１回転駆動手段とを有するジャイロと、前記フライホイールが回転する第１軸と直交する第２軸で前記ジャイロを回転駆動する第２回転駆動手段と、を有する装置である、
自動車。
請求項３記載の自動車であって、
前記モーメント出力装置は、前記第２軸に取り付けられて前記ジャイロと前記第２回転駆動手段との接続および接続の解除を行なうクラッチを有する装置である、
自動車。
請求項３または４記載の自動車であって、
前記第１軸は、車体を水平に左右方向に貫くピッチ軸であり、
前記第２軸は、車体を垂直方向に貫くヨー軸である、
自動車。
請求項３ないし５のいずれか１つの請求項に記載の自動車であって、
前記モーメント出力装置は、単一のジャイロにより構成されてなる、
自動車。
請求項６記載の自動車であって、
前記第１回転駆動手段は、車両が前進するときの車輪の回転方向と同方向に前記フライホイールを回転させる手段である、
自動車。
請求項６記載の自動車であって、
前記第１回転駆動手段は、車両が前進するときの車輪の回転方向と逆方向に前記フライホイールを回転させる手段である、
自動車。
請求項３ないし５のいずれか１つの請求項に記載の自動車であって、
前記モーメント出力装置は、第１のジャイロと第２のジャイロの２つのジャイロにより構成されてなる、
自動車。
請求項９記載の自動車であって、
前記第１回転駆動手段は、前記第１のジャイロのフライホイールと前記第２のジャイロのフライホイールとを逆方向に回転させる手段である、
自動車。