JP2005088742A - 揺動型車両の揺動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 路面の傾斜に影響されずに車体の揺動角度を制御する。
【解決手段】 車体が揺動する自動三輪車10の揺動制御装置において、揺動側車体である車体フレーム16側、又は非揺動側車体であるサスペンションアーム71,72側に加わる力の角度を検出し、この検出角度に応じて車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との相対揺動角度を制御することを特徴とする。
【選択図】 図18

Description

この発明は、揺動型車両の揺動制御装置に関する。
従来、例えば前車体と後車体とが左右方向に揺動(ローリング動)する揺動型車両の中には、所定の運転状況下では車体前部と車体後部との揺動をロックして車体の自立を図ったものがある(例えば、特許文献1,2参照。)。また、揺動をロックするのではなく、揺動を制御するモーメントを車体に付加するよう構成されたものもある(例えば、特許文献3参照。)。このような揺動制御装置は、車体に揺動モーメントを生じさせるトルク付加機構を備え、ハンドルの舵角と車速とから車体の揺動角度を演算し、この揺動角度となるようトルク付加機構を作動制御して揺動モーメントを生じさせている。
特開昭59−179467号公報 特開昭54−67937号公報 特開昭59−149878号公報
しかしながら、上記のような揺動制御装置では、舵角と車速とによる遠心力をパラメータとして車体の揺動角度を制御するので、旋回走行時の路面の傾斜によっては車体の姿勢が変化するという課題がある。
そこでこの発明は、路面の傾斜に影響されずに車体の揺動角度を制御する揺動型車両の揺動制御装置を提供する。
上記課題の解決手段として、請求項1に記載した発明は、車体が揺動する三輪又は四輪の揺動型車両(例えば実施例の自動三輪車10,310)の揺動制御装置(例えば実施例の揺動制御装置250,350)において、揺動側車体(例えば実施例の車体フレーム16側)又は非揺動側車体(例えば実施例のサスペンションアーム71,72側)に加わる力の角度を検出し、この検出角度に応じて前記揺動側車体と非揺動側車体との相対揺動角度を制御することを特徴とする。
この揺動制御装置によれば、揺動型車両が揺動側車体を揺動(ロール)させて旋回走行を行う際、例えば揺動側車体と非揺動側車体との間に設けられたトルク付加機構により揺動側車体に適宜揺動モーメントを発生させることとなるが、このとき、揺動側車体又は非揺動側車体に加わる力の角度に応じて、揺動側車体と非揺動側車体との相対揺動角度を制御することで、路面の傾斜に影響されずに相対揺動角度を制御することができる。
具体的には、請求項2に記載した発明のように、前記検出角度が0となるように前記相対揺動角度を制御することで、揺動側車体に発生する倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとをつり合わせることができる。
ここで、請求項3に記載したように、前記揺動側車体と非揺動側車体との間にこれらの相対揺動角度を制御するためのモータ(例えば実施例のトルクモータ258)を設け、このモータを上記トルク付加機構の駆動源とすることで、きめ細かでかつリニアでリアルタイムな制御を行うことが可能となる。
請求項1,2に記載した発明によれば、路面の傾斜に影響されずに相対揺動角度を制御し、倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとをつり合わせることができるため、揺動型車両のバランス取りを良好に補助することができる。
また、請求項3に記載した発明によれば、揺動側車体と非揺動側車体との相対揺動角度をモータにより制御することで、リニアでリアルタイムな制御を行うことが可能となる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きの記載は車両における向きと同一のものとする。
図1、図2に示す自動三輪車(揺動型車両)10は、ヘッドバイプ11に操舵可能に取り付けられるフロントフォーク12と、このフロントフォーク12の下端に取り付けられる前輪13と、フロントフォーク12に一体的に取り付けられるハンドル14と、ヘッドパイプ11の後部に取り付けられる車体フレーム16と、この車体フレーム16の後部に取り付けられるパワーユニット17と、このパワーユニット17の駆動力により駆動する左右の車輪としての後輪18,21と、車体フレーム16の上部に取り付けられる収納ボックス22と、この収納ボックス22の上部に開閉可能に取り付けられるシート23とを備える。ハンドル14の左側には後輪用のブレーキレバー65が、右側には前輪用のブレーキレバー66がそれぞれ取り付けられる。
車体フレーム16は、ヘッドパイプ11から下方へ延びるダウンパイプ25と、このダウンバイプ25の下部から後方に延びた後に上方に向かって屈曲する左右一対のロアパイプ26,27と、これら各ロアパイプ26,27後部の上方屈曲部の上端に接合されるセンタアッパフレーム28と、ダウンパイプ25から後方へ延びると共にセンタアッパフレーム28の先端に接合されるセンタパイプ31と、上記のロアパイプ26,27の後部及びセンタアッパフレーム28の後部のそれぞれに接合される後部フレーム32とを備える。
センタアッパフレーム28には、収納ボックス22及びパワーユニット17が取り付けられ、後部フレーム32には、後輪18,21を懸架するリヤサスペンション63が取り付けられる。リヤサスペンション63は、各後輪18,21がそれぞれ取り付けられ車体フレーム16側に対して上下に揺動(スイング動)可能であると共に左右に揺動(ローリング動)可能に取り付けられる左右のサスペンションアーム71,72を備える。つまり、自動三輪車10は、車体フレーム16側(揺動側車体)とサスペンションアーム71,72側(非揺動側車体)とが左右に揺動可能な揺動型車両として構成される。そして、後部フレーム32の後端部には、サスペンションアーム71,72側と車体フレーム16側との相対揺動角度を制御する揺動制御装置250のトルク付加機構251が取り付けられる。なお、41は前輪13の上方を覆うフロントフェンダ、42はバッテリ、43はウインカ、44はテールランプ、46はエアクリーナ、47はマフラである。
図3に示すように、センタアッパフレーム28に接続される後部フレーム32の上部は、前側が後側より高くなるように配置された上部傾斜部32Aとされ、ロアパイプ26,27に接続される後部フレーム32の下部は、略水平に配置される下部水平部32Bとされる。また、後部フレーム32の後部には、上部傾斜部から下方に延びた後に後方に向かって屈曲するように配置される側面視略L字状のLパイプ54が設けられ、このLパイプ54の上端と上部傾斜部32Aの後端部とが接合される。また、下部水平部32Bの後端部には上方に向かって屈曲する後部屈曲部32Cが形成され、この後部屈曲部32Cの上端部とLパイプ54の後端とが接合される。これら上部傾斜部32A、下部水平部32B、及びLパイプ54により形成される後部フレーム32が、センタアッパフレーム28、及びロアパイプ26,27の後部と共に側面視で閉ループ構造を構成する。
図4を併せて参照して説明すると、上部傾斜部32Aの前部は前方に広がる上面視V字型に配置された二本の連結パイプ52,52で構成され、これら各連結パイプ52,52の前端がセンタアッパフレーム28の後部両側にそれぞれ接合される。また、各連結パイプ52,52の後端は車幅方向略中央に配置されたセンタパイプ51を介して互いに接合される。各連結パイプ52,52とセンタアッパフレーム28との接合部の下側には、これらに渡る補強プレート53,53が取り付けられる。
また、下部水平部32Bは、その前後に渡る一本の長尺の第一パイプ151を途中で右側に反らすように曲げ、この第一パイプ151の屈曲部の近傍に第二パイプ153を接合することで、前側が分岐する上面視略Y字型に形成され、第一及び第二パイプ151,153の前端がロアパイプ26,27にそれぞれ接合される。
センタアッパフレーム28にはブラケット56,56が取り付けられ、これらのブラケット56,56に中継部材57を介してパワーユニット17の上部前側が取り付けられる。また、補強プレート53,53に各々支持ロッド58,58を介してパワーユニット17の上部後側が支持される。また、Lパイプ54に設けられた突出部61にはパワーユニット17の後端部が取り付けられる。なお、センタアッパフレーム28は上面視で略長円形に形成され、この長円形とほぼ同形の底部を有する収納ボックス22がセンタアッパフレーム28の上部に取り付けられる。
パワーユニット17は、その前部に配置されるエンジン34と、このエンジン34の動力を後輪18,21に伝達する動力伝達機構35とを備える。また、動力伝達機構35は、エンジン34の後部左側から後方へ延びるベルト式の無段変速機78と、この無段変速機78の後部に連結される減速機構を兼ねたギヤボックス81と、このギヤボックス81の前側の出力軸に接続されるドライブシャフト74及びギヤボックス81の後側の出力軸に接続されるドライブシャフト73とを備える。なお、78Aは無段変速機78を収容する変速機ケースである。
後部フレーム32の左右に配置されるサスペンションアーム71,72は、車幅方向内側に向かって広がるように配置された二本のアーム部材の中間部を中間部材で連結することで上面視略A字型に形成されるものである。各サスペンションアーム71,72の車幅方向外側の部位にはそれぞれホルダー83,83が取り付けられ、これら各ホルダー83にそれぞれ後輪18,21が取り付けられる。後輪18,21にはパワーユニット17のギヤボックス81から延びるドライブシャフト73,74がそれぞれ接続され、後輪18,21にはエンジン34側から無段変速機78、ギヤボックス81、及びドライブシャフト73,74を介して駆動力が伝達される。
さらに図5を併せて参照して説明すると、後部フレーム32の後部屈曲部32Cには、サスペンションアーム71,72後部の車幅方向内側の部位が後部スイング軸85を中心として上下に揺動(スイング動)可能に取り付けられる。また、後部フレーム32の第一パイプ151と第二パイプ152との接合部近傍にはポスト部133が設けられ、このポスト部133にサスペンションアーム71,72前部の車幅方向内側の部位が前部スイング軸136を中心として上下に揺動可能に取り付けられる(図4参照)。後部スイング軸85及び前部スイング軸136は、車幅方向中央に前側が後側よりも高くなるよう傾斜して設けられる揺動軸線Dを共有するように配置される(図3参照)。
各サスペンションアーム71,72の後部上方には、ダンパ77と圧縮コイルばね(不図示)とからなる弾性手段としての緩衝器76が車幅方向と略平行に配置される。
図6に示すように、この緩衝器76の両側部には、下方に延びた後に車幅方向内側に向かって屈曲するように配置されるベルクランク90,91がそれぞれ設けられ、これら各ベルクランク90,91の上端部と緩衝器76の端部とがそれぞれ後部スイング軸85と平行な連結軸106,106により回動可能に連結される。また、各ベルクランク90,91の車幅方向内側の端部間にはバー状の連結部材92が設けられ、この連結部材92の両端部と各ベルクランク90,91の車幅方向内側の端部とが後部スイング軸85と平行な連結軸104,104により回動可能に連結される。
連結部材92の車幅方向中央部は、Lパイプ54の屈曲部近傍に設けられた連結ブラケット114に、前記揺動軸線Dと平行な上部揺動軸線E上に設けられる上部スイング軸116を中心として揺動可能に連結される(図3参照)。
各ベルクランク90,91の屈曲部と各サスペンションアーム71,72にそれぞれ設けられた取り付けブラケット86,87との間には、車幅方向外側に凸の円弧状リンク88,89がそれぞれ設けられる。これら円弧状リンク88,89の上端部と各ベルクランク90,91の屈曲部とは後部スイング軸85と平行な連結軸103,103により回動可能に連結され、円弧状リンク88,89の下端部と各サスペンションアーム71,72の取り付けブラケット86,87とは後部スイング軸85と平行な連結軸105,105により回動可能に連結される。
ここで、各連結軸103の車幅方向での距離と各連結軸105の車幅方向での距離とはほぼ同一であり、各ベルクランク90,91、緩衝器76、及び連結部材92を一つの節として捉え、かつ各サスペンションアーム71,72を一つの節として捉えると、これらは各円弧状リンク88,89と共に概略平行クランクを構成する。なお、ベルクランク90,91はそれぞれ二枚のクランクプレートで円弧状リンク88,89の上端部、緩衝器76及び連結部材92の端部を揺動軸線D方向で挟むようにして構成されるものである。
連結部材92の両端部には、後面視略扇形の扇形状部156,157が設けられ、これら扇形状部156,157にはそれぞれ連結軸104を中心として形成される円弧状長孔158,159が設けられる。これら円弧状長孔158,159にはそれぞれベルクランク90,91に固定される後部スイング軸85と平行なストッパピン107,107が挿通され、このストッパピン107により連結部材92とベルクランク90,91との連結軸104を中心とした傾きが所定の範囲内となるよう規制される。
このように、リヤサスペンション63は、サスペンションアーム71,72と、ホルダー83,83と、円弧状リンク88,89と、ベルクランク90,91と、緩衝器76と、連結部材92とを備えたものである。
次いで、リヤサスペンション63の作用について説明する。
まず、図6に示すリヤサスペンション63は乗員(運転者)一名が乗車した1G状態(以下、乗車状態という。)で、かつ車体フレーム16が直立した状態であり、この状態から、図7に示すように、左側の後輪18が移動量M1だけ上方に移動すると、サスペンションアーム71が後部スイング軸85を中心として矢印aのように上方へスイングし、これに伴って円弧状リンク88が矢印bのように上昇する。さらに、ベルクランク90が連結部材92に対して連結軸104を中心として矢印cのように傾き、緩衝器76を矢印dのように押し縮める。ここで、サスペンションアーム71,72の傾斜角度、即ち後輪18,21の上下移動量によってベルクランク90,91の傾き角度が変化することから、後輪18,21の上下移動量の範囲は円弧状長孔158,159により規制されることとなる。そして、緩衝器76の緩衝作用により、左側の後輪18から車体フレーム16側へ伝達される衝撃が緩和される。このとき、他方のサスペンションアーム72は前記乗車状態のままであり、連結部材92はほぼ水平な状態に保たれる。つまり、リヤサスペンション63は独立懸架式サスペンションとして構成される。なお、右側の後輪21が上昇した場合でも上記と同様の作用を得ることとなるため、その説明は省略する。
また、図8に示すように、後輪18,21が乗車状態から共に移動量M2だけ上昇する、又は車体フレーム16が後輪18,21に対して乗車状態から移動量M2だけ下降すると、サスペンションアーム71,72が後部スイング軸85を中心として矢印f,fのように上方ヘスイングし、これに伴って円弧状リンク88,89が矢印g,gのように上昇する。さらに、ベルクランク90,91が連結部材92に対して連結軸104,104を中心として矢印h,hのようにスイングし、緩衝器76を矢印j,jのように押し縮め、緩衝器76の緩衝作用を得る。
さらに、図9に示すように、後輪18,21が乗車状態から共に移動量M3だけ下降する、又は車体フレーム16が後輪18,21に対して乗車状態から移動量M3だけ上昇すると、サスペンションアーム71,72が後部スイング軸85を中心として矢印m,mのように下方ヘスイングし、これに伴って円弧状リンク88,89が矢印n,nのように下降する。さらに、ベルクランク90,91が連結部材92に対して連結軸104,104を中心として矢印p,pのようにスイングし、緩衝器76を矢印q,qのように引き伸ばし、緩衝器76の緩衝作用を得る。
次いで、車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との揺動について説明する。
図10に示すように、車体フレーム16が直立状態から左側に角度φ1だけ揺動する際には、各後輪18,21を支持するサスペンションアーム71,72のスイング軸でもある後部スイング軸85を中心として揺動するので、各サスペンションアーム71,72はスイングせず、Lパイプ54に上部スイング軸116で連結された連結部材92が緩衝器76と共にほぼ水平な状態を保ちながらLパイプ54に対して上部スイング軸116を中心として揺動しつつ、矢印sのように左方へ平行移動する。このとき、円弧状リンク88,89は矢印t,tのように傾き、ベルクランク90,91は矢印u,uのように平行移動する。ベルクランク90,91が平行移動するのでこれらの上端部間の距離は変化せず、したがって緩衝器76の伸縮は行われない。なお、車体フレーム16側が右側に揺動した場合でも上記と同様の作用を得ることとなるため、その説明は省略する。
そして、図11に示すように、後輪18が前記乗車状態から移動量M4だけ上昇し、かつ車体フレーム16が直立状態から左側に角度φ2だけ揺動する際には、サスペンションアーム71が後部スイング軸85を中心として上方ヘスイングすると共に、連結部材92が緩衝器76と共に左方へ移動する。また、各円弧状リンク88,89が左方へ傾くと共に、サスペンションアーム71のスイングに伴って円弧状リンク88が上昇する。さらに、ベルクランク90,91が左方へ移動すると共に、ベルクランク90が連結部材92に対して連結軸104を中心として右回り(時計回り)にスイングする。そして、ベルクランク90がスイングすることで緩衝器76を押し縮め、緩衝器76の緩衝作用により左側の後輪18から車体フレーム16側へ伝達される衝撃が緩和される。
ここで、自動三輪車10には、車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との揺動を規制する揺動ロック機構94が設けられる。この実施例に好適な揺動ロック機構としては、例えば図12に示すように、Lパイプ54を挟んで車体フレーム16に固定される一対の油圧シリンダ95,95と、これら各油圧シリンダ95のピストンシャフト96に上部スイング軸116に平行な連結軸97により一端が回動可能に連結される中継部材98とを備え、各中継部材98の他端と連結部材92の上部スイング軸116の両側部とを上部スイング軸116に平行な連結軸99により回動可能に連結してなるものがある。各油圧シリンダ95は、通常走行時等にはピストンシャフト96がスムーズにストロークできるよう設定され、不図示のパーキングレバー等が操作された場合にはピストンシャフト96のストロークがロックされるよう設定される。車体フレーム16側が揺動する際にはLパイプ54と連結部材92とが揺動するが、この揺動を油圧シリンダ95によりロックすることで、結果として車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との揺動をロックすることができる。
なお、揺動ロック機構の他の形態としては、図13に示す揺動ロック機構94Aように、各サスペンションアーム71,72と円弧状リンク88,89との連結軸105,105と同軸配置され各サスペンションアーム71,72にそれぞれ固定されるブレーキディスク95A,95Aと、これら各ブレーキディスク95Aに対応して設けられ各円弧状リンク88,89にそれぞれ固定されるブレーキキャリパ96A,96Aとを備えたものがある。この場合、パーキングレバー等が操作された場合のみ各ブレーキキャリパ96Aを作動させブレーキディスク95Aをロックするように設定すれば、各サスペンションアーム71,72と円弧状リンク88,89との揺動がロックされ、結果として車体フレーム16側とリヤサスペンション71,72側との揺動がロックされる。
次いで、パワーユニット17について説明する。
図14に示すように、エンジン34のクランクケース34aの後部左側は後方に延出され、この延出部分が変速機カバー34bと共に動力伝達機構35の無段変速機78を収納する変速機ケース78Aを形成する。なお、クランクケース34aの右側には右カバー34cが取り付けられる。また、クランクケース34aの後部には、クランクケース34aとは別体としたギヤボックス81が取り付けられる。
図15に示すように、ギヤボックス81は、差動機構172と、この差動機構172の出力軸となる左差動軸173及び右差動軸174にそれぞれ一体に設けられる左第一ギヤ176及び右第一ギヤ177と、これらの左第一ギヤ176及び右第一ギヤ177にそれぞれ噛み合う左第二ギヤ178及び右第二ギヤ181と、これら各ギヤ類を収容するギヤケース165とを備える。
差動機構172は、無段変速機78側からの動力を得る伝達ギヤ186と、この伝達ギヤ186の径方向に沿って配置され伝達ギヤ186と共に回転する遊動軸187と、伝達ギヤ186と同軸上に設けられ遊動軸187を挟んで一端を対向させる前記左差動軸173及び右差動軸174と、遊動軸187の両端部にそれぞれ設けられる一対の第一ベベルギヤ188,188と、左差動軸173及び右差動軸174にそれぞれスプライン結合され各第一ベベルギヤ188,188に噛み合う一対の第二ベベルギヤ191,191とを備える。
そして、前記エンジン34の駆動力が無段変速機78を介して差動機構172に入力され、伝達ギヤ186と共に遊動軸187が回転したとき、自動三輪車10の直進時等、両後輪18,21の回転速度が同一である場合には、各第一ベベルギヤ188を介して各第二ベベルギヤ191が伝達ギヤ186と同速度で回転し、差動機構172の出力軸である左差動軸173及び右差動軸174を同一速度で駆動させる。また、自動三輪車10の旋回走行時等、両後輪18,21に回転速度差が生じた場合には、各第一ベベルギヤ188が遊動軸187を中心として回転し、各第二ベベルギヤ191を差動させることで、左差動軸173及び右差動軸174を異なる回転速度で駆動させる。
ドライブシャフト73は、差動機構172からの出力を受ける右第二ギヤ181にスプライン結合される内側シャフト195と、この内側シャフト195に等速ジョイント196を介して連結されるセンタシャフト197と、このセンタシャフト197の先端に等速ジョイント198を介して連絡されると共に左側の後輪18側のハブにスプライン結合される外側シャフト201とを備える。
また、ドライブシャフト74は、差動機構172からの出力を受ける左第二ギヤ178にスプライン結合される内側シャフト205と、この内側シャフト205に等速ジョイント206を介して連結されるセンタシャフト207と、このセンタシャフト207の先端に等速ジョイント208を介して連絡されると共に右側の後輪21側のハブにスプライン結合される外側シャフト211とを備える。なお、ドライブシャフト73の内側シャフト195はギヤボックス81の左出力軸であり、ドライブシャフト74の内側シャフト205はギヤボックス81の右出力軸である。
ここで、差動機構172は遊動軸187が車幅方向略中央に位置するよう配置され、かつ左差動軸173及び右差動軸174が後輪18,21と略同軸上となるように配置される。遊動軸187の右側には右差動軸174及び右第一ギヤ177が配置され、遊動軸187の左側には左差動軸173及び左第一ギヤ176が配置される。また、右第一ギヤ177と噛み合う右第二ギヤ181は差動機構の右後側に配置され、左第一ギヤ176と噛み合う左第二ギヤ178は差動機構の左前側に配置される。
そして、右第二ギヤ181に内側シャフト195を介して連結される等速ジョイント196、及び左第二ギヤ178に内側シャフト205を介して連結される等速ジョイント206は、その屈曲中心が車幅方向略中央となるよう配置され、かつ差動機構172を前後で挟むように配置される。ドライブシャフト73は等速ジョイント196から左側に向かうにつれて前方に位置するよう傾斜して配置され、ドライブシャフト74は等速ジョイント206から右側に向かうにつれて後方に位置するよう傾斜して配置される。
図16において、221は無段変速機78の従動側プーリに取り付けられるピニオンギヤ221であり、このピニオンギヤ221が中継ギヤ222を介して大径ギヤ223に噛み合う。このとき、各ギヤ221,222,223を介して無段変速機78からの駆動力が減速される。大径ギヤ223は差動機構172の伝達ギヤ186に噛み合い、この伝達ギヤ186と同軸回転する左第一ギヤ176が左第二ギヤ178に噛み合い、同じく伝達ギヤ186と同軸回転する右第一ギヤ177が右第二ギヤ181に噛み合う。ここで、差動機構172、左第二ギヤ177、及び右第二ギヤ181は無段変速機78よりも下方に配置される。
また、伝達ギヤ186、左第二ギヤ178、及び右第二ギヤ181の回転中心は、側面視で揺動軸線Dと重なるように配置される。これにより、各等速ジョイント196,206の屈曲中心が揺動軸線D上に配置される。サスペンションアーム71,72の前部スイング軸136への取り付け部71a,72a及び後部スイング軸85への取り付け部71b,72bは、差動機構172、左第二ギヤ177、及び右第二ギヤ181を前後方向で挟むように配置される。
以上のように、ドライブシャフト73,74とギヤボックス81との連結位置が、後輪18,21の車軸(外側シャフト201,211)に対して差動機構172の前後にオフセットされ、かつ車幅方向略中央に設けられることで、前記連結位置が差動機構172の両側部に設けられる場合と比較して、後輪18,21のトレッド(両後輪18,21の路面との接触面の中心間の距離)を広げることなくドライブシャフト73,74のスイング半径を増加させることができるので、各ドライブシャフト73,74とギヤボックス81との間に設けられる等速ジョイント196,206の屈曲角の許容範囲内で後輪のホイールトラベルを増加させることが可能となり、サスペンション性能の向上を図ることができる。
特に、ドライブシャフト73,74とギヤボックス81との連結位置(等速ジョイント196,206の屈曲中心)が車体フレーム16の揺動中心である揺動軸線D上に配置されることで、車体フレーム16が揺動してもドライブシャフト73,74がスイングすることがなく、等速ジョイント196,206の屈曲角が最小限に抑えられる。
また、無段変速機78よりも下方に配置される差動機構172、左第二ギヤ177、及び右第二ギヤ181の前後にできる比較的大きなスペースにサスペンションアーム71,72の前後の取り付け部を配置したので、サスペンションアーム71,72が上下にスイングしたり車体フレーム16側が揺動した際に、無段変速機78やギヤボックス81との間隙を確保し易く、独立懸架式のリヤサスペンション63の設計自由度を高めることができる。
次いで、揺動制御装置250について説明する。ここで、揺動制御装置(第一実施例)250は、車体フレーム16の後端部に設けられるトルク付加機構251と、車体フレーム16側(揺動側車体)に設けられる傾斜センサ252と、この傾斜センサ252等からの出力を受けてトルク付加機構251の作動を制御する不図示の制御回路とを備えるものである(図18参照)。
図17に示すように、トルク付加機構251を支持する支持フレーム253は、例えば板状部材を屈曲成形してなるもので、後部フレーム32の上部傾斜部32Aの後方に連なるように配置されるモータ支持レール254と、後部フレーム32の後部屈曲部32Cに連なるように配置されるギヤ支持レール255とを有する。モータ支持レール254の前端部は上部傾斜部32Aの後端に接合され、モータ支持レール254の後端部はギヤ支持レール255の上端部に接合される。また、ギヤ支持レール255の下端部は後部屈曲部32Cの上端に接合される。つまり、支持フレーム253は車体フレーム16と一体に構成される。
モータ支持レール254の上部には前後方向に離間して配置される二つの立て壁256,257が立設され、これら立て壁256,257間にトルクモータ(モータ)258が取り付けられる。トルクモータ258はその駆動軸線Mが揺動軸線Dと平行となるよう配置され、かつピニオンギヤ259を備える出力軸が後側の立て壁257から後方に向かって突出するよう配置される。一方、モータ支持レール254の後部には、トルクモータ258のピニオンギヤ259の下方に配置されこのピニオンギヤ259と噛み合う大径ギヤ260が軸支される。そして、この大径ギヤ260と同軸に設けられて一体に回転する小径ギヤ261が、その下方に配置され上方に凸の略半円状に形成される揺動ギヤ262に噛み合う。なお、大径ギヤ260及び小径ギヤ261の回転軸線Fはトルクモータ258の駆動軸線Mと平行である。
揺動ギヤ262は、ギヤが形成される半円部が上部揺動軸線Eを共有するように配置され、ギヤ支持レール255に上部揺動軸線E回りに回動可能に軸支されると共に、揺動ギヤ262の両側に設けられる突起部と揺動アーム263とがカラーを介して一体に固定される。ここで、揺動アーム263はリヤサスペンション63の連結部材92と略平行でかつ連結部材92とギヤ支持レール255との間に配置される部材である。揺動アーム263の車幅方向中央部は後方に延長された上部スイング軸116を中心としてLパイプ54及び連結部材92と揺動可能に連結される。また、一部図6を参照して説明すると、揺動アーム263の両端部には、ベルクランク90,91と円弧状リンク88,89との連結軸103,103と略同軸に設けられる後部連結軸264、264を中心としてスイング可能に連係リンク265,266の上端部が連結される。これら連係リンク265,266の下端部は、サスペンションアーム71,72と円弧状リンク88,89との連結軸105,105の後方延出部分にスイング可能に連結される。
モータ支持レール255の後側の立て壁257には、ピニオンギヤ259を覆う略椀状のカバー部材267が接合される。一方、揺動ギヤ262の下方には、Lパイプ54の後端部を後方に向かって延長させるように配置される延長レール268が設けられる。この延長レール268は例えば二枚の板状部材からなり、Lパイプ54の後端部及び後部屈曲部32Cの上端部にこれらを左右から挟み込むように固定される。そして、この延長レール268の後端部とカバー部材267との間には、大径ギヤ260及び揺動ギヤ262を後方から軸支するサブレール269が設けられる。
このように構成されるトルク付加機構251により、トルクモータ258の駆動トルクがピニオンギヤ259及び大径ギヤ260により減速されて揺動ギヤ262に伝達される。そして、大径ギヤ260に後面視で右回り(時計回り)のトルクが付加された場合は、小径ギヤ261が揺動ギヤ262と噛み合いながら上部スイング軸116を中心として右回りに移動しようとする。トルクモータ258及び小径ギヤ261(大径ギヤ260)は支持フレーム253に支持され、揺動ギヤ262は連結部材92と連結される揺動アーム263に固定されているため、小径ギヤ261が上部スイング軸116を中心として右回りに移動しようとすれば、車体フレーム16(Lパイプ54)を連結部材92及び揺動アーム263に対して上部スイング軸116を中心として右側に揺動させるよう作用し、この結果、車体フレーム16側(揺動側車体)をサスペンションアーム71,72側(非揺動側車体)に対して右側に揺動させようとするモーメントが発生することとなる。同様に、大径ギヤ260に後面視で左回りの回転トルクが付加されれば、車体フレーム16側をサスペンションアーム71,72側に対して左側に揺動させようとするモーメントが発生することとなる。
車体フレーム16側に設けられる傾斜センサ252は、例えば振れ中心での所定部位に着磁した振り子部材等の検出子をセンサ本体内に備える加速度センサとして構成される。センサ本体には例えば振り子部材の着磁部から生じる磁界を検出する磁気センサが内蔵され、センサ本体に対する振り子部材の傾斜角度が検出されるようになっている。
傾斜センサ252は、車体左右方向(揺動方向)の傾斜角度を検出可能なように配置され、かつ車体フレーム16側の中心面(車幅方向中心面)に対する車体フレーム16側に加わる力の方向の角度が0°、つまり平行である状態を0として出力するように車体フレーム16側に固定される。なお、車体フレーム16側の中心面は、車体フレーム16側が直立した状態での鉛直方向に沿う面である。
ここで、旋回走行時における自動三輪車10は、車体フレーム16側を旋回方向内側にロールさせ、直立状態では揺動軸線Dの鉛直上に位置する重心Gを旋回方向内側へ移動させることで揺動モーメント(倒れ方向モーメント)を発生させ、この揺動モーメントと重心Gへの遠心力により発生する旋回方向外側への揺動モーメント(起き方向モーメント)とをバランスさせながら走行することとなる。このとき、倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとがつり合っていれば、車体フレーム16側の中心面と車体フレーム16側に加わる力の方向とが平行となり、傾斜センサの出力値が0となる。一方、倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとがつり合っていなければ、車体フレーム16側の中心面に対する車体フレーム16側に加わる力の方向の角度を、傾斜センサ252がプラス又はマイナスの値として検出する。
傾斜センサ252からの出力を受ける制御回路は、車速に応じてトルク付加機構251へ作動信号を出力し、車体フレーム16側に所定の揺動モーメントを生じさせる。制御回路は所謂ECU(Eletronic Control Unit)であり、車両電源からの電力供給を受けて作動する。
制御回路がトルク付加機構251に作動信号を出力する条件は、この実施例の場合には概ね車速が0〜5km/hの場合である。これは、車速が5km/hよりも速い場合には、細かなハンドル操作等をしなくても重心移動による倒れ方向モーメントと遠心力による起き方向モーメントとをバランスさせられるからである。
また、車速が0〜5km/hである場合は、ハンドル操作等を行わないと倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとをバランスさせ難いので、この場合には車体フレーム16側(揺動側車体)の相対ロール角度(相対揺動角度)が常に目標とする角度となるよう制御する(図18(a),(b)参照)。
次に、図18を用いて作用について説明する。
旋回走行時における自動三輪車10は、前述したように、車体フレーム16側(揺動側車体)の重心移動による倒れ方向モーメントと、遠心力による起き方向モーメントとをバランスさせて走行するが、各モーメントがつり合っていないとその差分が車体フレーム16側をロールさせようと作用する。このとき、車両前後方向から見て、重力と遠心力との合力の方向が車体フレーム16側の中心面Hに対して有する角度に相当する検出値を傾斜センサ252が出力する。
図18(a)に示すように、車体フレーム16側を右側に揺動させて旋回走行を行う際に、傾斜センサ252の検出子に加わる前記合力の方向が、車体フレーム16側の中心面Hに対して例えば右回りの角度Tを有している場合には、この角度に相当する検出値を傾斜センサ252がプラス値として出力する。なお、逆の場合はマイナス値として出力する。傾斜センサ252の検出値がプラスである場合には、車体フレーム16側を右側に揺動させ(本図の場合、車体フレーム16側を倒れ方向に揺動させ)、傾斜センサ252の前記合力の方向と車体フレーム16側の中心面Hとを平行にすれば、倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとがつり合い、車体フレーム16側をロールさせる力が発生せず、傾斜センサ252の出力値は0となる。
図18(b)に示すように、制御回路は例えばイグニッションスイッチがONになると同時に揺動制御の処理を開始し、傾斜センサ252の出力値を0を基準に監視する(ステップS1)。そして、自動三輪車10の走行状態が制御回路がトルク付加機構251に作動信号を出力する条件にあって、かつ傾斜センサ252の検出値がプラス値として出力された場合には、車体フレーム16側を右にロールさせるトルクを付加するようトルク付加機構251に作動信号を出力する(ステップS2)。また、傾斜センサ252の検出値がマイナス値として出力された場合には、車体フレーム16側を左にロールさせるトルクを付加するようトルク付加機構251に作動信号を出力する(ステップS3)。なお、傾斜センサ252の出力値が0である場合、及びトルク付加機構251に作動信号を出力した後には、その時点で処理を終了し、再度傾斜センサ252の出力値を監視することで上記処理が繰り返し行われる。
上記第一実施例によれば、自動三輪車10が車体フレーム16側をロールさせて旋回走行を行う際、トルク付加機構251により車体フレーム16側に適宜揺動モーメントを発生させることで、特に低速走行時における自動三輪車10のバランス取りを補助することができる。
また、傾斜センサ252により車体フレーム16側の中心面に対する車体フレーム16側に加わる力の方向の角度を検出し、この検出角度に応じて車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との相対揺動角度を制御するように構成したことで、路面の傾斜に影響されずに相対揺動角度を良好に制御することができる。しかも、車体フレーム16側の揺動が規制されず、かつリヤサスペンション63が独立懸架式として構成されているため、旋回走行時の路面の傾斜や凹凸にも柔軟に対応させることができる。
次いで、この発明の第二実施例について図19を用いて説明する。
この実施例の自動三輪車(揺動型車両)310は、前記揺動制御装置250を、車体フレーム16の後端部に設けられるトルク付加機構251と、サスペンションアーム71,72側(非揺動側車体)に設けられる傾斜センサ(加速度センサ)252と、車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との相対ロール角度(相対揺動角度)を検出するロール角度センサ253と、このロール角度センサ253及び傾斜センサ252等からの出力を受けてトルク付加機構251の作動を制御する不図示の制御回路とを備える揺動制御装置350としたことのみ異なるもので、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
傾斜センサ252は例えばサスペンションアーム71に設けられ、サスペンションアーム71に加わる力の方向とサスペンションアーム71との角度が例えば90°である状態、つまりサスペンションアーム71,72側に加わる力の方向とサスペンションアーム71,72側の上下方向とが平行である状態を0として出力するよう設置される。また、ロール角度センサ253は車体フレーム16側に設けられ、車体フレーム16側の中心面Hとサスペンションアーム71,72側の上下方向とが平行になった状態を0として出力するよう設置される。
次に、作用について説明すると、旋回走行時における自動三輪車310が車体フレーム16側を揺動させて倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとをバランスさせながら走行する際、車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との相対ロール角度はロール角度センサ253により検出され、サスペンションアーム71,72側に加わる遠心力と重力との合力の方向の角度は傾斜センサ252により検出される。このとき、車体フレーム16側に作用する重力及び遠心力はサスペンションアーム71に設けられた傾斜センサ252の検出子にも同様に作用するので、前記相対ロール角度と合力方向の角度とが一致していれば、車体フレーム16側に加わる力の方向が車体フレーム16側(揺動側車体)の中心面Hと一致していることとなるため、倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとがつり合い、一致していなければ前記各モーメントの差分が車体フレーム16側をロールさせようと作用する。
図19(a)に示すように、車体フレーム16側を右側に揺動させて旋回走行を行う際に、傾斜センサ252に加わる遠心力と重力との合力の方向がサスペンションアーム71,72側の上下方向に対して例えば右回りの角度Uを有している場合には、この角度に相当する検出値を傾斜センサ252がプラス値として出力する、また、車体フレーム16側がサスペンションアーム71,72側に対して例えば右回りの角度Vを有している場合には、この角度に相当する検出値をロール角度センサ253がプラス値として出力する。そして、傾斜センサ252の出力値がロール角度センサ253が検出する相対ロール角度Vよりも大きい場合には、車体フレーム16側を右側に揺動させ、前記合力の方向と車体フレーム16側の中心面Hとを一致させれば、倒れ方向モーメントと起き方向モーメントとがつり合い、車体フレーム16側をロールさせる力が発生しなくなる。
図19(b)に示すように、制御回路が揺動制御の処理を開始すると、まず傾斜センサ252の検出値とロール角度センサ253の検出値との比較を行う(ステップS11)。そして、自動三輪車310の走行状態が制御回路がトルク付加機構251に作動信号を出力する条件にあって、かつ傾斜センサ252の検出値がロール角度センサ253の検出値よりも大きい場合には、車体フレーム16側を右にロールさせるトルクを付加するようトルク付加機構251に作動信号を出力する(ステップS12)。また、傾斜センサ252の検出値がロール角度センサ253の検出値よりも小さい場合には、車体フレーム16側を左にロールさせるトルクを付加するようトルク付加機構251に作動信号を出力する(ステップS13)。なお、傾斜センサ252の検出値とロール角度センサ253の検出値とが一致した場合、及びトルク付加機構251に作動信号を出力した後には、その時点で処理を終了し、再度傾斜センサ252の検出値とロール角度センサ253の検出値との比較を行うことで上記処理が繰り返し行われる。
ところで、上記自動三輪車310が傾斜路面で旋回走行を行った場合、サスペンションアーム71,72側が左右に傾斜すればその分だけ傾斜センサ252が検出する遠心力と重力との合力方向の角度が増減するが、このとき、ロール角度センサ253が検出する相対ロール角度もサスペンションアーム71,72側が左右に傾斜した分だけ増減が生じることとなるため、これら各センサ252,253の検出値を比較する際には路面の傾斜の影響は相殺され、平坦な路面で旋回走行を行った場合と同様の揺動制御を行うことができる。
上記第二実施例によれば、前記第一実施例と同様、トルク付加機構251により車体フレーム16側に適宜揺動モーメントを発生させることで、特に低速走行時における自動三輪車310のバランス取りを補助することができる。
また、傾斜センサ252によりサスペンションアーム71,72側の上下方向とサスペンションアーム71,72側に加わる力の方向との角度を検出すると共に、サスペンションアーム71,72側と車体フレーム16側との相対揺動角度を検出し、これら各検出角度に応じて車体フレーム16側とサスペンションアーム71,72側との相対揺動角度を制御するように構成したことで、路面の傾斜に影響されずに相対揺動角度を良好に制御することができる。しかも、車体フレーム16側の揺動が規制されず、かつリヤサスペンション63が独立懸架式として構成されているため、旋回走行時の路面の傾斜や凹凸にも柔軟に対応させることができる。世上
なお、この発明は上記各実施例に限られるものではなく、例えば、トルク付加機構251の駆動源として、トルクモータ258ではなく油圧機構等を用いることも可能である。また、低速走行時に限らず、中速又は高速走行時においても相対揺動角度を制御するように設定してもよい。さらに、運転者の体重移動を必要とせず、運転状態により自動的に相対揺動角度を設定する完全能動的な制御を行うことも可能である。そして、揺動型車両としては自動三輪車に限らず四輪等であってもよく、また前輪側にサスペンションアームを備える場合であっても応用可能である。
この発明の実施例の自動三輪車の側面図である。 上記自動三輪車の平面図である。 図1における要部を示す側面図である。 図2における要部を示す側面図である。 上記自動三輪車の背面図である。 上記自動三輪車のリヤサスペンションを示す背面図である。 上記リヤサスペンションの作用を示す第一作用説明図である。 上記リヤサスペンションの作用を示す第二作用説明図である。 上記リヤサスペンションの作用を示す第三作用説明図である。 上記リヤサスペンションの作用を示す第四作用説明図である。 上記リヤサスペンションの作用を示す第五作用説明図である。 上記自動三輪車の揺動ロック機構を示す背面図である。 上記揺動ロック機構の他の形態を示す背面図である。 上記自動三輪車の動力伝達機構を示す平面図である。 上記動力伝達機構のギヤボックスの断面図である。 上記ギヤボックスの歯車列を示す側面図である。 上記自動三輪車の揺動制御装置のトルク付加機構を示す斜視図である。 上記揺動制御装置(第一実施例)の作用説明図であって、(a)は旋回走行時に自動三輪車に加わる力の方向を示す背面図であり、(b)は揺動制御装置の制御回路での処理を示すフローチャート図である。 この発明の揺動制御装置(第二実施例)の作用説明図であって、(a)は旋回走行時に自動三輪車に加わる力の方向を示す背面図であり、(b)は揺動制御装置の制御回路での処理を示すフローチャート図である。
符号の説明
10,310 自動三輪車(揺動型車両)
16 車体フレーム
71,72 サスペンションアーム
250,350 揺動制御装置
258 トルクモータ(モータ)

Claims (3)

  1. 車体が揺動する三輪又は四輪の揺動型車両の揺動制御装置において、揺動側車体又は非揺動側車体に加わる力の角度を検出し、この検出角度に応じて前記揺動側車体と非揺動側車体との相対揺動角度を制御することを特徴とする揺動型車両の揺動制御装置。
  2. 前記検出角度が0となるように前記相対揺動角度を制御することを特徴とする請求項1に記載の揺動型車両の揺動制御装置。
  3. 前記揺動側車体と非揺動側車体との間にこれらの相対揺動角度を制御するためのモータを設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の揺動型車両の揺動制御装置。

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