JP2004082903A

JP2004082903A - 自立型自動車両

Info

Publication number: JP2004082903A
Application number: JP2002247962A
Authority: JP
Inventors: Hideo Suzuki; 鈴木　秀夫
Original assignee: FURUKI SHINOBU
Current assignee: FURUKI SHINOBU
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18
Also published as: WO2004020270A1; KR20050034634A; EP1533217A1; CN1610626A; US20050045398A1

Abstract

【課題】車体に対し静態するドライバの要求に応じて車体の姿勢を制御しつつ自立走行可能な自立型自動車両を提供する。
【解決手段】本自動二輪車１が左折や右折をする場合、車体傾斜センサがその時の加速度に対応すべき車体傾斜量を逐次検出しており、この検出結果に応じた回転トルクをアクチュエータより発生せしめ、車体姿勢制御手段６に発生するジャイロモーメントで車体２を所定量傾斜させ、常に、車体２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６からのジャイロモーメント間のバランスを維持しつつ左折することができ、ドライバは、体重の移動をさせることなく車体２に静態しているだけでよい。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ジャイロ機構によって車体の姿勢制御を行う自立型自動車両に関し、特に左折や右折の際には、ドライバのハンドル操作のみによって車体の姿勢を制御しつつ自立走行可能な自立型自動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のうち自転車や自動二輪車などのドライバは、ハンドル操作に加えドライバ自身が体重を移動させることにより、走行状態を維持することを強いられる。特に、自転車より重量の重い自動二輪車でカーブ路を高速走行する場合、ドライバには、ハンドル操作とドライバ自身の体重移動とを迅速、且つ的確に行うことを要求される。
また、交差点などでの信号待ちのために停車状態にあるとき、或いは、走行速度がある速度以下になり、ハンドル操作や体重移動だけでは現状の走行状態を維持することができなくなる場合に、ドライバは、車体が転倒するのを防ぐために、足を地面について車体を支えることを強いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、すべてのドライバ、とりわけ、カーブ路を高速走行する自動二輪車のドライバに、迅速、且つ的確なハンドル操作と体重移動を行って走行することを要求することは、熟練度をも要し酷であり、しかも、このような行為には転倒などの危険が伴っている。
また、車体が転倒するのを防ぐために、足を地面について車体を支えることを強いられる場合には、重量の重い自動二輪車のドライバ、とりわけ、老人や女性にとっては極めて骨の折れる仕事となり酷である。
【０００４】
本発明の目的は、車体に対し静態するドライバの要求に応じて車体の姿勢を制御しつつ自立走行可能な自立型自動車両を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る自立型自動車両は、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、この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備えた車体姿勢制御手段と、左折や右折する際のハンドル操舵方向を検出する操舵方向検出手段と、車体の傾斜量を検出する車体傾斜量検出手段と、アウタジンバルのアウタジンバル軸の一端を車体に回動自在に支持する第１支持部材と、アウタジンバルのアウタジンバル軸の他端を車体に回動自在に支持する第２支持部材と、操舵方向検出手段及び車体傾斜量検出手段の検出信号に応じた回転トルクをアウタジンバル軸に付与するアクチュエータと、ロータに回転駆動力を供給する、例えば内燃機関や燃料電池等の動力源を備えた駆動部とを有する。
【０００６】
本発明の請求項２は、このような自立型自動車両の車体姿勢制御手段としてより具体的な構成に係るものであり、車体の重心方向に平行なロータ軸に回動自在に支持されたロータと、ロータを囲繞するとともに、ロータ軸の両端部を支持し、ロータ軸に垂直な一対のインナジンバル軸を設けたインナジンバルと、インナジンバルを囲繞するとともに、インナジンバルを、そのインナジンバル軸を介して回動自在に支持するアウタジンバルとを備え、アウタジンバルの軸線が、ロータ軸に垂直で、且つインナジンバル軸に垂直をなすとともに、車体の進行方向と平行をなすようにしたものである。
【０００７】
本自立型自動車両では、例えば、ある車速でもって左折するような場合、ドライバがハンドルを緩やかに、或いは急速に左に切ると、操舵方向検出手段がそのハンドル操舵方向及び操舵角度を検出し、この検出信号によりアクチュエータは、アウタジンバル軸に車体後方から見て右回転方向のトルクを付与する。すると、かかるトルクにより車体姿勢制御手段には歳差運動が生じてこの軸に左回転方向のトルク、即ちジャイロモーメントが発生するので、車体姿勢制御手段は、ハンドルを切る前の元の水平状態を維持し続ける一方、かかるモーメントにより、車体には第１支持部材及び第２支持部材を介して左回転方向のトルクが付与され、車体は左方向に傾斜する。このような車体の傾斜に伴い、車体には重力によって更にこれを左方向に傾斜させようとするモーメント、この更なる傾斜を阻止しようとする車体姿勢制御手段６からのジャイロモーメントが作用する一方、遠心加速度（車速が一定の場合）に基づく遠心力によって車体を右方向に傾斜させようとするモーメントが作用する。
ところで、車体傾斜量検出手段は、上記加速度に対応する車体傾斜量を逐次検出しており、この検出信号に応じた回転方向及び大きさのトルクをアクチュエータより車体姿勢制御手段に付与せしめ、かかる車体姿勢制御手段に発生するジャイロモーメントにより車体を上記加速度に対応する車体傾斜量まで傾斜させ、常に、車体の傾斜方向を車体重心に作用する合力（車速が一定の場合、重力と遠心力の和）の方向と一致させるようにしている。
【０００８】
即ち、本自立型自動車両は、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ながら、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、及びアクチュエータの回転に基づき車体姿勢制御手段に発生するジャイロモーメント間のバランスを維持しつつ左折することができる。
したがって、ハンドルを操作するドライバは、体重の移動をさせることなく車体に対し静態しているだけで左折することができる。
右折する場合にも左折する場合に準じ、車体に対し静態しているだけで右折することができる。
【０００９】
また、直進しているときに何らかの原因で車体が左方向又は右方向に傾斜しようとした場合には、車体が傾斜しようとして第１支持部材及び第２支持部材を介して車体姿勢制御手段に左回転方向又は右回転方向のトルク（外力）を付与すると、車体姿勢制御手段は、このトルクに釣り合う右回転方向又は左回転方向のジャイロモーメント、即ち、車体を右方向又は左方向に傾斜させようとするトルクを発生するので、車体姿勢制御手段がジャイロモーメントを発生する条件の下では、車体の傾斜が防止されてバランスが維持された状態で直進できる。
【００１０】
このような車体の姿勢制御においては、ロータ軸廻りのロータの慣性モーメントをＪ、角速度をωとすると、車体姿勢制御手段に生ずる歳差運動の角速度Ωは、Ｔ／Ｊωで与えられ（Ｔは、外部から付与されるトルク）、慣性モーメントＪが大きく、且つ角速度ωが大きい場合には、極めて小さいものとなる。したがって、車体姿勢制御手段には、この車体姿勢制御手段に外部から付与されるトルクＴに対し、微小な歳差運動しか生じない。一方、このトルクＴ（＝Ｊ＊Δω／Δｔ）と釣り合うジャイロモーメントはＪωΩとなる。したがって、慣性モーメントＪや角速度ωを大きくすればジャイロモーメントも大きくなるので、容易に車体の姿勢制御を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る自立型自動車両は、車体に生ずる偏荷重のために、及び／又は車体姿勢制御手段に生ずるメカニカルロス等のために、車体が傾斜した状態が残存するときに、この残存する当該車体の傾斜を取り除くべくこの車体の重心線上に備えられたバランスウエイトをこの車体の適宜位置に移動させるようにしたものであり、これにより、車体に傾斜量が残存するときに生ずる不具合、例えば、直進走行にもかかわらず車体が傾斜した状態のままになってしまう不具合、また、車体が傾斜した状態のままで右折走行するときと左折走行するときとで、速度差や旋回半径の差が生じてしまう不具合を解消するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る自立型自動車両は、当該自立型自動車両が自動二輪車のような車輪が二つの車両の場合、ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、この回転数検出手段によって検出された回転数を所定の回転数と比較判定する比較判定手段と、この比較判定手段の判定結果に応じて、車体に配設された補助輪を車体内に後退させたり当該車体外に進出させたりする補助輪進退手段とを有する。
したがって、回転数検出手段がロータの回転数を検出し、比較判定手段が、検出された回転数を所定の回転数と比較して、所定の回転数より小さいと判定した場合には、補助輪進退手段により補助輪を車体外に進出させて車体の転倒を防止する。
判定の基準とする所定の回転数は、理論上、ロータの慣性モーメントの大きさや車体重量等を考慮して設定されるが、実際上は、安全性や信頼性等をも考慮して実車試験を繰り返すことにより設定されなければならない。
【００１３】
ところで、通常の走行状態では補助輪は車体内に後退しているが、走行していない停止状態であってもロータの回転数が所定の回転数以上であれば、車体か何らかの原因で左方向又は右方向に傾斜しようとしても、直進走行で説明したのと同様に、車体姿勢制御手段には、この傾斜を防止するようなジャイロモーメントが発生するので、補助輪を車体内に後退させたままでも車体は転倒しない。したがって、ドライバは、車体に対し静態しているだけでよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る自立型自動車両の一例を図面を参照して説明する。
本自立型自動車両は自立型自動二輪車を構成するものであり、本自立型自動二輪車１は、図１に示すように、車体２を前輪３と後輪４で支持し、この車体２内には、内燃機関や燃料電池等の動力源を備えた駆動部５と、車体２の略中央に配設され、駆動部５の直前に連設された車体姿勢制御手段６と、車体２の略中央で、且つ車体姿勢制御手段６の直上に配設され、ドライバ７を着座せしめる運転席８と、運転席８の前方に配設され、ドライバ７が左折や右折の際に操作するハンドル９と、ハンドル９の操舵方向を検出する操舵角センサ（操舵方向検出手段）１０と、車体２の傾斜量を検出する車体傾斜センサ（車体傾斜量検出手段）１１とが備えられている。
そして、駆動部５には、その動力をチェーン１２を介して後輪４に伝達する駆動軸１３が、また、一対の補助輪１４ａを車体２内に後退させたり当該車体２外に進出させたりする補助輪進退手段１４が配設されている。
【００１５】
上記車体姿勢制御手段６は、図２，３に示すように、車体２の重心方向に平行なロータ軸１５ａに回動自在に支持されたロータ１５と、ロータ１５を囲繞するとともに、ロータ軸１５ａの両端部を支持し、ロータ軸１５ａに垂直な一対のインナジンバル軸１６ａ，１６ｂを設けたインナジンバル１６と、インナジンバル１６を囲繞するとともに、インナジンバル１６を、そのインナジンバル軸１６ａ，１６ｂを介して回動自在に支持するアウタジンバル１７とを備え、アウタジンバル１７の軸線が、ロータ軸１５ａに垂直で、且つインナジンバル軸１６ａ，１６ｂに垂直をなすとともに、車体２の進行方向と平行をなすように構成されている。
【００１６】
この車体姿勢制御手段６は、所謂自由度２の垂直ジャイロと称されるものであり、車体２が傾斜していない状態、即ち路面に対し垂直状態にあるときに、予め車体２の重心軸方向に平行になるように、即ち路面に対し垂直になるようにロータ軸１５ａが調整されている。
このロータ軸１５ａに回転自在に支持されたロータ１５は、駆動部５のバッテリ（図示せず）を駆動源として回転駆動され、固定子をなすロータ軸１５ａとこのロータ軸１５ａの外側に形成される回転子をなすロータ１５とは、所謂アウタロータ型モータを構成する。
ところで、ロータ１５を回転させるための駆動方法は、上述のような電気式のものに限ることなく、ベルトやチェーン駆動等の機械式のものであってもよい。
【００１７】
また、図４に示すように、このロータ１５の近傍には、コイル或いは磁気抵抗素子で構成される磁気センサ（回転数検出手段）１８が、また、ロータ１５の外周には等間隔で磁気媒体１９が配設され、上記磁気センサ１８は、コンパレータ（比較判定手段）２０に接続されている。したがって、磁気センサ１８がこのロータ１５の回転に伴う磁束変化を検出することにより、ロータ１５の回転数が検出され、コンパレータ２０によって、検出された回転数を所定の回転数に対し比較判定することができる。かかる判定結果によって、補助輪進退手段１４は、補助輪１４ａを車体２内に後退させたり、車体２外に進出させたりする。
尚、ロータ１５の回転数を検出する手段には、上述の磁気式エンコーダに限ることなく、光学式エンコーダやロータリポテンショメータ、タコメータジェネレータなどであってもよいことはもちろんである。
【００１８】
そして、図２，３に示すように、車体姿勢制御手段６は、アウタジンバル軸の一端１７ａが車体２に対し回動自在に第１支持部材２１により支持されるとともに、本実施の形態では、アウタジンバル軸の他端１７ｂが駆動部５のアクチュエータ２２のロータに連設され、当該アクチュエータ２２のステータが第２支持部材２３により支持される。したがって、アウタジンバル軸の他端１７ｂは、第２支持部材２３によって車体２に対し回動自在に支持される態様をなす。ところで、第１支持部材２１及び第２支持部材２３は車体２に固着されている。
かかるアクチュエータ２２は、操舵角センサ１０や後に詳述する車体傾斜センサ１１からの制御信号に基づく回転トルクをアウタジンバル軸に付与するものである。このアクチュエータ２２は、アウタジンバル軸に回転トルクを付与し得るものであれば、電気方式のものに限らず油圧や空気圧方式のものであってもよいことはもちろんである。
ところで、本実施の形態では、車体姿勢制御手段６を駆動部５の直前に配設した場合について説明したが、これに限ることはなく、車両の操縦性・安定性や高速回転するロータ１５のドライバ７に対する安全性等が確保されれば、いずれの位置に配設するようにしたものであってもよい。また、車体姿勢制御手段６を直列に複数個配列するようにしたものであってもよい。
【００１９】
上記車体傾斜センサ１１は、図５に示すように、筐体２４の上面に揺動自在に吊着された振子２５と、振子２５の下部に固着されたコイル２６と、筐体２４の側面に固着されたヨーク２７に、上記コイル２６に対し磁気的に係合するように配設されたマグネット２８とを備え、更に、振子２５の最下端に磁気素子を互いに対向させて配設した変位検出器２９と、変位検出器２９にその入力側が接続するとともに、その出力側がコイル２６に接続するサーボ増幅器３０と、コイル２６に流れる電流を出力電圧として取り出すための読み取り抵抗３１とを備えている。
かかる車体傾斜センサ１１においては、左折又は右折する際、車体２に同図中Ａ又はＢ方向の加速度が加わると、振子２５が慣性で逆向きに動こうとするので、この動きを変位検出器２９で検出し、かかる検出信号で振子２５を元の位置に戻すようにコイル２６に電流を流して上記加速度による力とバランスさせ、この時の電流を読み取り抵抗３１を介して出力電圧として取り出す。取り出された出力電圧は、加速度の大きさに比例しており、一方、振子２５の傾斜量（＝車体２の傾斜量）もまたこの加速度の大きさに比例しているので、かかる出力電圧によって、車体２を傾斜させるための加速度に対応する車体傾斜量を検出できる。
尚、車体傾斜センサ１１は、本実施の形態では、振り子式の加速度センサを用いたが、シリコン半導体を用いたひずみゲージなどでもよいことは言うまでもない。
【００２０】
ところで、上述した操舵角センサ１０は、ドライバ７が左折や右折の際に操作するハンドル９の操舵方向及び操舵角度を検出することができるものであれば、電磁式や光電式センサのものでも、或いはホール素子等を用いた半導体センサのものであってもよい。
また、上述した補助輪進退手段１４は、車体２に配設された一対の補助輪１４ａを車体２内に後退させたり車体２外に進出させたりすることができるものであればいかなる機構をなすものであってもよい。本実施の形態では、図１に示すように、駆動部５から延出したアーム１４ｂに補助輪１４ａを取り付けたキャスタ１４ｃを連結し、アーム１４ｂを回転させることにより補助輪１４ａを車体２内に後退させたり車体２外に進出させたりするようにしたものである。
【００２１】
次に、このような構成の自立型自動二輪車１の動作について、図６，７を参照して説明する。尚、自立型自動二輪車１は、従来の自動二輪車と同様の機能・性能で走行することができるが、ここでは、直進走行及び左折又は右折走行についてのみ説明する。
まず、本自動二輪車１が始動してから直進走行を経て停止するまでの動作について説明する。
停止状態にあるときには、本自動二輪車１は、図６（Ａ）に示すように、車体２の転倒を防止するために、補助輪１４ａが車体２外に進出して路面に接地している。
そして、ドライバ７は、運転席８に着座しハンドル９を握るとともに、スタータなどで駆動部５を始動する。これに伴いロータ１５が回転し始める。ロータ１５の回転数が磁気センサ１８で検出され、コンパレータ２０により所定の回転数と比較されて所定の回転数より大きいと判定されると、補助輪進退手段１４により補助輪１４ａが車体２内に後退し、本自動二輪車１は、所謂アイドリング状態を維持しつつ図６（Ｂ）の状態になる。
【００２２】
しかるに、このようなアイドリング状態であってもロータ１５の回転数が所定の回転数以上であれば、車体２が左方向又は右方向に傾斜しようとして、第１支持部材２１及び第２支持部材２３を介して車体姿勢制御手段６に左回転方向又は右回転方向のトルク（外力）が加わると、車体姿勢制御手段６には、このトルクに釣り合う右回転方向又は左回転方向のジャイロモーメント、即ち車体２を右方向又は左方向に傾斜させようとするトルクが発生するので、車体２の傾斜が防止され、補助輪１４ａを車体２内に後退させたままでも車体２は転倒しない。また、ドライバ７は運転席８に着座してハンドル９を握っているだけでよい。
ところで、車体傾斜センサ１１は、車体傾斜量を逐次検出しており、外力に基づくモーメントと車体姿勢制御手段６からのジャイロモーメント（及び車体２に作用する重力に基づくモーメントも含む）間のバランスが失われるときには、アクチュエータ２２に所定方向の回転指示を与え、車体姿勢制御手段６に発生するジャイロモーメントを増減して、車体２を左方向又は右方向に傾斜させないように、即ち路面に対し垂直状態が維持されるようにしていることはもちろんである。
【００２３】
このような状態から、ドライバ７は、従来型自動二輪車と同様のクラッチ操作等をして直進走行させることができる。
ところで、直進しているときに車体２が左方向又は右方向に傾斜しても、上述したのと同様に、車体姿勢制御手段６には、車体２が左方向又は右方向に傾斜しようとするのを防止するジャイロモーメントが発生するので、ドライバ７は、体重の移動をすることなく車体２に対し静態しているだけでよい。この場合にも、車体傾斜センサ１１は、車体傾斜量を逐次検出しており、上記モーメント間のバランスが失われるときには、上述のようにしてジャイロモーメントを増減し、車体２を路面に対し垂直状態に維持していることはもちろんである。
【００２４】
次に、本自動二輪車１が左折又は右折する場合について、図７を参照して説明する。
尚、図７（Ａ）は左折する場合、また、図７（Ｂ）は右折する場合を車体後方からそれぞれ見たものである。
本自動二輪車１が左折する場合、ドライバ７がハンドル９を緩やかに、場合により急速に左に切ると、操舵角センサ１０がそのハンドル９の操舵方向及び操舵角度を検出し、この検出信号によりアクチュエータ２２は、アウタジンバル軸の一端１７ａ、他端１７ｂに車体２の後方から見て右回転方向のトルクを付与する。すると、かかるトルクにより車体姿勢制御手段６には歳差運動が生じ、この軸に左回転方向のトルク、即ちジャイロモーメントが発生するので、車体姿勢制御手段６は、ハンドル９を切る前の元の水平状態を維持し続ける一方、かかるモーメントにより、車体２には第１支持部材２１及び第２支持部材２３を介して左回転方向のトルクが付与され、車体２は左方向に傾斜する。このような車体２の傾斜に伴い、車体２には重力によって更にこれを左方向に傾斜させようとするモーメント、この更なる傾斜を阻止しようとする車体姿勢制御手段６からのジャイロモーメントが作用する一方、遠心加速度（車速が一定の場合）に基づく遠心力によって車体を右方向に傾斜させようとするモーメント、即ち車体２の傾斜を阻止しようとするモーメントが作用する。
【００２５】
しかるに、車体傾斜センサ１１は、かかる加速度に対応する車体傾斜量を逐次検出し、この検出信号に応じた回転方向及び大きさのトルクをアクチュエータ２２により発生せしめるようにしており、例えば、この時の加速度に対応する車体傾斜量が十分でない場合には、車体傾斜センサ１１がアクチュエータ２２に所定の回転指示を与えると、上述のようにして車体姿勢制御手段６に発生するジャイロモーメントに基づき、車体２には左回転方向のトルクが付与され、車体２は当該加速度に対応する車体傾斜量まで傾斜する。そして、本自動二輪車１は、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６からのジャイロモーメント間のバランスを維持しつつ左折する（図７（Ａ））。
【００２６】
また、ドライバ７がハンドル９を更に左に切ると、上述したのと同様に、操舵角センサ１０がこれを検出し、車体姿勢制御手段６にアクチュエータ２２からの増分トルクに対応したジャイロモーメントが発生し、かかるモーメントに基づき車体２は左方向に更に傾斜する。しかるに、この時の加速度に対応する車体傾斜量が大き過ぎる場合には、アクチュエータ２２からの減分トルクに対応したジャイロモーメントが発生し、かかるモーメントに基づき、車体２は、この時の加速度に対応するように右方向に回転して車体傾斜量が修正される。
【００２７】
このように本自動二輪車１では、車体傾斜センサ１１がその時の加速度に対応すべき車体傾斜量を逐次検出しており、この検出結果に応じた回転トルクをアクチュエータ２２より発生せしめ、車体姿勢制御手段６に発生するジャイロモーメントで車体２を所定量傾斜させ、常に、車体２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６からのジャイロモーメント間のバランスを維持しつつ左折することができ、したがって、ドライバ７は、体重の移動をさせることなく車体２に静態しているだけでよい。
尚、右折する場合にも左折する場合に準じ同様な車体姿勢制御がなされるので、車体２はその後方から見て右方向に傾斜するが（図７（Ｂ））、ドライバ７は、体重の移動をさせることなく車体２に静態しているだけでよい。
ここで、上述の車体重心に作用する合力とは、車速が一定の場合には、遠心加速度による遠心力と車体重心に作用する重力との合力であるが、車速が変化している場合やコリオリの加速度などをも考慮しなければならない場合には、車体傾斜量は、これらの加速度を考慮した合力に基づくものでなければならない。
【００２８】
ところで、例えば車体２が直進しているときに、車体２が左方向又は右方向に傾斜しても、車体姿勢制御手段６がこれを防止するジャイロモーメントを発生するので、車体２を路面に対し垂直状態に維持させつつ直進走行できる、ことについては上述した。しかし、図８（Ａ）のように車体２に偏荷重Ｗが作用し続ける場合、直進走行しているのに車体が傾斜した状態のままになる不具合が生じてしまう。そこで、このような不具合を解消する必要がある。このような不具合の解消方法の一例を、バランスウエイト４１を備えた自立型自動二輪車４０を用いて、図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。尚、これらの図は、車体後方からそれぞれ見たものである。
【００２９】
車体２が直進しているときに、図８（Ａ）のように、例えば当該車体２の左端に偏荷重Ｗが作用して車体２が左方向に傾斜したとすると、車体姿勢制御手段６には、このトルクに釣り合う右回転方向のジャイロモーメント、即ち車体２を右方向に傾斜させるトルクが発生して、偏荷重Ｗに基づくモーメント（及び車体２に作用する重力に基づくモーメントも含む）によって生ずるアンバランスを相殺する。このとき、車体２は、上記アンバランスの相殺のために、図８（Ｂ）のように右方向に傾斜する状態となっている。しかし、このような右方向に傾斜した状態のままで直進することは、不自然である。そこで、車体２に傾斜量が残存するとき、本実施の形態では車体２が右方向に傾斜した状態のままになるときには、車体２を路面に対し垂直になるようにすべく図８（Ｃ）のように、車体２の重心線上に備えられたバランスウエイト４１をボールネジ機構４２により車体２の、例えば右端に移動させるとともに、車体姿勢制御手段６に車体２を左方向に傾斜させるトルクを発生せしめて車体２を路面に対し垂直状態に維持させ、直進走行しているのに車体２が傾斜した状態のままになる不具合を解消する。ところで、バランスウエイト４１を移動させる手段としては、本実施の形態のようなボールネジ機構４２に限ることなく、バランスウエイト４１を振り子のように移動させるようにしたものであってもよい。
尚、移動する前のバランスウエイト４１は、図８（Ａ），（Ｂ）のように、車体２が路面に対し垂直状態にあるときの当該車体２の重心線上に位置している。
【００３０】
また、上述したように、車体２が直進しているときに、車体２が左方向又は右方向に傾斜しても、車体姿勢制御手段６がこれを防止するジャイロモーメントを発生するので、車体２を路面に対し垂直状態に維持させつつ直進走行できるが、車体姿勢制御手段６に生ずるメカニカルロス等のために、車体２に傾斜量が残存したり、場合により傾斜量が漸増したりする不具合が生ずることがある。そこで、このような不具合を解消しなければならないが、その解消方法の一例として、上述したバランスウエイト４１をボールネジ機構４２により移動させる方法を採ることができる。
【００３１】
即ち、車体２が左方向又は右方向に傾斜しようとして、車体姿勢制御手段６に左回転方向又は右回転方向のトルク（外力）が加わると、車体姿勢制御手段６には、このトルクに釣り合う右回転方向又は左回転方向のジャイロモーメント、即ち車体２を右方向又は左方向に傾斜させようとするトルクが発生する一方、車体傾斜センサ１１は、車体傾斜量を逐次検出しており、これらトルク間のバランスが失われるときには、上述のように車体姿勢制御手段６で発生するジャイロモーメントが増減されるため車体２は路面に対し垂直状態に維持される。ところが、車体姿勢制御手段６のメカニカルロス等のために、車体傾斜が修正されずに傾斜量が残存したり、場合により傾斜量が一方向に漸増したりすると、例えば図８（Ｂ）のように車体２が傾斜した状態になってしまう。このような状態で直進することは、上述同様に不自然である。そこで、車体２を路面に対し垂直になるようにすべく車体２の重心線上に備えられたバランスウエイト４１をボールネジ機構４２により車体２の適宜位置に移動させて車体２を路面に対し垂直状態に維持させ、直進走行にもかかわらず車体２が傾斜した状態のままになる不具合を解消する。
【００３２】
また、車体姿勢制御手段６は、上述したように、アクチュエータ２２による回転トルク（Ｔとする）が付与されると、この回転トルクＴに釣り合うジャイロモーメントを発生する。この場合、車体姿勢制御手段６に生ずる歳差運動の角速度Ωが、Ω＝Ｔ／Ｊωで与えられるので（ロータ軸１５ａ廻りのロータ１５の慣性モーメントをＪ、角速度をωとしている）、かかる角速度Ωは、慣性モーメントＪが大きく、且つ角速度ωが大きい場合には、極めて小さいものとなり、このようなときには、車体姿勢制御手段６はほとんど傾斜せず、ロータ軸１５ａは、ほぼ路面に対し垂直状態を維持し続ける。しかも、ジャイロモーメントは、ＪωΩで与えられるので、極めて大きいものとなり、容易に車体２の姿勢制御を行える。
【００３３】
また、従来の自動二輪車の車体には、通常、ドライバを風雨等から防護するためのサイドメンバやルーフ等は設けられていないが、図１に示すように、本自動二輪車１のように、サイドメンバ２ａやルーフ２ｂを設けた車体構造にすると、ドライバ７にとって居住性が向上する。尚、本自動二輪車１は、従来の自動二輪車と同様に二人乗りすることも可能であることは言うまでもない。
また、本実施の形態では、本自立型自動車両が自立型自動二輪車を構成する場合について説明したが、例えば後輪が二つの自動三輪車を構成する場合であっても同様である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の自立型自動車両によれば、車体に対し静態するドライバの要求に応じて車体の姿勢を制御しつつ自立走行可能となるので、運転が容易になる。
また、本発明の自立型自動車両によれば、車体に生ずる偏荷重のために、及び／又は車体姿勢制御手段に生ずるメカニカルロス等のために、車体が傾斜した状態が残存する不具合、例えば、直進走行にもかかわらず車体が傾斜した状態のままになってしまう不具合等が解消される。
また、本発明の自立型自動車両によれば、当該自立型自動車両が自動二輪車のような車輪が二つの車両の場合、車体に対し静態するドライバの要求に応じて自立走行可能で、車体の転倒防止のためにドライバが車体を支えるのを強いられることがないので、運転時の負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る自立型自動二輪車の概略を示す斜視図である。
【図２】図１の車体姿勢制御を行う部位の一部断面を含む平面図である。
【図３】図２の一部断面を含む側面図である。
【図４】本自立型自動二輪車のロータの回転数に対する比較判定のための構成図である。
【図５】本自立型自動二輪車の車体傾斜センサの断面構成図である。
【図６】本自立型自動二輪車の直進走行及び停止状態の説明図である。
【図７】本自立型自動二輪車の左折又は右折走行の説明図である。
【図８】本実施の形態に係る他の自立型自動二輪車の動作説明図である。
【符号の説明】
１，４０　　　　　　自立型自動二輪車
２　　　　　　　　　車体
５　　　　　　　　　駆動部
６　　　　　　　　　車体姿勢制御手段
１０　　　　　　　　操舵角センサ（操舵方向検出手段）
１１　　　　　　　　車体傾斜センサ（車体傾斜量検出手段）
１４　　　　　　　　補助輪進退手段
１５　　　　　　　　ロータ
１５ａ　　　　　　　ロータ軸
１６　　　　　　　　インナジンバル
１６ａ，１６ｂ　　　インナジンバル軸
１７　　　　　　　　アウタジンバル
１７ａ　　　　　　　一端（アウタジンバル軸の）
１７ｂ　　　　　　　他端（アウタジンバル軸の）
１８　　　　　　　　磁気センサ（回転数検出手段）
２０　　　　　　　　コンバレータ（比較判定手段）
２１　　　　　　　　第１支持部材
２２　　　　　　　　アクチュエータ
２３　　　　　　　　第２支持部材
４１　　　　　　　　バランスウエイト

Claims

ロータ軸に回動自在に支持されたロータと、前記ロータ軸を支持するインナジンバルと、該インナジンバルを前記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備えた車体姿勢制御手段と、
左折や右折する際のハンドル操舵方向を検出する操舵方向検出手段と、
車体の傾斜量を検出する車体傾斜量検出手段と、
前記アウタジンバルのアウタジンバル軸の一端を前記車体に回動自在に支持する第１支持部材と、
前記アウタジンバルのアウタジンバル軸の他端を前記車体に回動自在に支持する第２支持部材と、
前記操舵方向検出手段及び車体傾斜量検出手段の検出信号に応じた回転トルクを前記アウタジンバル軸に付与するアクチュエータと、
前記ロータに回転駆動力を供給する駆動部と
を有することを特徴とする自立型自動車両。
前記車体姿勢制御手段は、前記車体の重心方向に平行なロータ軸に回動自在に支持されたロータと、該ロータを囲繞するとともに、前記ロータ軸の両端部を支持し、該ロータ軸に垂直な一対のインナジンバル軸を設けたインナジンバルと、該インナジンバルを囲繞するとともに、前記インナジンバルを、そのインナジンバル軸を介して回動自在に支持するアウタジンバルとを備え、前記アウタジンバルの軸線は、前記ロータ軸に垂直で、且つ前記インナジンバル軸に垂直をなすとともに、前記車体の進行方向と平行をなすことを特徴とする請求項１に記載の自立型自動車両。
前記車体に生ずる偏荷重のために、及び／又は前記車体姿勢制御手段に生ずるメカニカルロス等のために、前記車体が傾斜した状態が残存するときに、この残存する当該車体の傾斜を取り除くべくこの車体の重心線上に備えられたバランスウエイトをこの車体の適宜位置に移動させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の自立型自動車両。
前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、
該回転数検出手段によって検出された回転数を所定の回転数と比較判定する比較判定手段と、
該比較判定手段の判定結果に応じて、前記車体に配設された補助輪を前記車体内に後退させたり当該車体外に進出させたりする補助輪進退手段と
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自立型自動車両。