JP2005255074A - スケータ型車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯走行時の操作性の向上が図られたスケータ型車両を提供する。
【解決手段】 走行モードと携帯モードの２種類の形態を実現する折り畳み機構を有すると共に、車体１を駆動させる駆動力を検知する駆動力検知手段を備えたペダル１４と、駆動力を一方の車輪に伝達する動力伝達機構１６と、車輪７を回転駆動するためのモータ８と、このモータ８に給電するためのバッテリー１７と、車輪７の回転角を検知する回転角検知手段９と、前記駆動力検知手段と回転角検知手段９の検知情報に基づきバッテリー１７からモータ８への給電を制御する制御手段１８とを備えた。
【選択図】 図３

Description

本願発明は、スケータ型車両に係わり、特にその携帯走行時の操作性の向上に関するものである。

従来より、足で路面を蹴って走行するキックボードなどと呼ばれるスケータ型車両は良く知られているが、ペダルを足踏みすることにより車輪を駆動して人力により走行することができるようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２には、バッテリーを電源とし、電動機によって回転する１つの駆動輪と、ハンドル操作によって方向制御される１つの操舵輪と、前記駆動輪、操舵輪及びバッテリーを配設した基台とによって構成された電動二輪スケータが開示されている。

なお、いわゆる電動補助（アシスト）機能付き自転車の中には、折り畳み機構を有し、走行時及び携帯時の車体形態を変えられるものもあるが、基本的に人力により持ち運びすることは想定されておらず、自動車などに積みやすくするために、折り畳み機構を活用するものである（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−５８７７８号公報（図１〜図３） 特開平６−３０５４７６号公報（図１〜図４） 特開２００１−２７８１６１号公報（図１〜図３）

しかしながら、上述したような従来のものには、携帯走行時の操作性の向上に関しては何ら配慮されていない。

なお、上記特許文献３に記載されたような電動補助機能付き自転車は、その構成上、補助機能を有しない通常の自転車と比較して、車体重量の増加は避けられない。従って、特別な配慮がない限り、人力での移動を目的とした折り畳み機構には実用性がなく、本願発明に際しての参考にはならない。

そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、携帯走行時の操作性の向上が図られたスケータ型車両を提供することを目的とするものである。

上記のような目的を達成するために、本願発明は、ハンドルを介して進行方向を定めるための操舵入力が加えられる前輪を有する第１フレームと、この第１フレームに回動部を介して回動可能に連結されて後輪を有する第２フレームとを備えて、走行モードと携帯モードの２種類の形態を実現する折り畳み機構を有すると共に、車体を駆動させる駆動力を検知する駆動力検知手段を備えたペダルと、前記駆動力を一方の車輪に伝達する動力伝達機構と、車輪を回転駆動するためのモータと、このモータに給電するためのバッテリーと、車輪の回転角を検知する回転角検知手段と、前記駆動力検知手段と回転角検知手段の検知情報に基づき前記バッテリーからモータへの給電を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

さらに、前記携帯モードにおける車両重心位置に配慮して構成部品配置を行うことを特徴とするものである。

具体例として、前記第１フレームには、前輪の回転角検知手段と前輪を回転駆動するためのモータを有し、前記第２フレームには、前記駆動力検知手段を備えたペダルと、前記駆動力を一方の車輪に伝達する動力伝達機構を有すると共に、前記モータとバッテリーを前記携帯モード時に前輪の回転軸に近い位置にくるように配置したことを特徴とするものである。

また、前記モータとして、前記前輪に設けられたインホイール型のモータを備えたことを特徴とするものである。

また、前記バッテリー及び制御手段を前記第１フレームに回動部を介して連結された第２フレームにおける前記回動部近傍に配置したことを特徴とするものである。

さらに、前記ハンドルに加わる作用力を検知する作用力検知手段を有し、前記制御手段は、携帯モード時、前記回転角検知手段と作用力検知手段の検知情報に基づき前記バッテリーからモータへの給電を制御することを特徴とするものである。

具体例として、前記制御手段は、携帯モード時、前記回転角検知手段の検知情報に基づく車両速度と作用力検知手段の検知情報に基づく作用力の大きさとその印加時間のいずれかが所定値以上となったときに前記バッテリーからモータへの給電の制御を開始することを特徴とするものである。

本願発明によれば、第１フレームと第２フレームを折り畳んだ携帯モード時においても、車輪を接地してその回転角検知手段の検知情報に基づきバッテリーからモータへの給電を制御することにより、携帯走行時の人力をモータ駆動力で補助（アシスト）することができるので、携帯走行時の操作性が向上する。

さらに、携帯モードにおける車両重心位置に配慮して構成部品配置を行うことにより、車体の転倒を防ぐのに必要な作用力（保持力）を小さくできるので、携帯走行時の操作性がより向上する。

具体例として、第１フレームには、前輪の回転角検知手段と前輪を回転駆動するためのモータを配置し、第２フレームには、駆動力検知手段を備えたペダルと、駆動力を一方の車輪に伝達する動力伝達機構を配置すると共に、モータとバッテリーを携帯モード時に前輪の回転軸に近い位置にくるように配置したことにより、モータとバッテリーは配置の自由度が他の機構に比べて比較的大きて、かつ車体重量に占める割合が大きいので、より効果的である。

また、モータとして、前輪に設けられたインホイール型のモータを備えたことにより、モータに関して望ましい重心位置を実現することができる。

また、バッテリー及び制御手段を第１フレームに回動部を介して連結された第２フレームにおける回動部近傍に配置したことにより、これらに関しても望ましい重心位置を実現することができる。

さらに、ハンドルに加わる作用力を検知する作用力検知手段を有して、携帯モード時、回転角検知手段と作用力検知手段の検知情報に基づきバッテリーからモータへの給電を制御することにより、車両速度と共に、操作者の作用力に応じて、モータ駆動力で補助（アシスト）することができるので、携帯走行時の操作性がさらに向上する。

具体例として、携帯モード時、車両速度と作用力の大きさとその印加時間のいずれかが所定値以上となったときにバッテリーからモータへの給電の制御を開始することにより、モータ駆動力での補助（アシスト）の対応範囲が広がるので、携帯走行時の操作性の向上と共に使い勝手が向上する。

以下、本願発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本願発明に係わるスケータ型車両の一実施形態としての携帯型二輪車の走行モードにおける概観図である。

この携帯型二輪車の車体１は、パイプ状の第１フレーム２と略板状の第２フレーム３より構成され、第１フレーム２の下部後側より斜め下方に延びるフレームパイプ２ａの後端部と第２フレーム３の先端部が１つの回転軸を共有する回動部４を介して回動可能に連結されている。

第１フレーム２には、上端にハンドル５が形成されたハンドル軸６が回動自在に挿通されて、その下端に前輪７が取り付けられており、操縦者は第１フレーム２のハンドル５を介してハンドル軸６周りに前輪７を操舵することで、車体１の進行方向を制御することができる。この第１フレーム２にハンドル軸６を介して取り付けられた前輪７には、インホイール型のモータ８が設けられると共に、前輪７の回転角に応じてパルスを出力するロータリーエンコーダ（回転角検知手段）９が設けられている。更に後述するアシストイネーブルスイッチと連動するタイヤカバー１０が備えられており、このタイヤカバー１０は図１に示す走行モード位置と後述の図３に示す携帯モード位置に設定可能となっている。

一方、第２フレーム３には、上面中央部に足載置部１１が形成されると共に、後端部に後輪１２が取り付けられており、この後輪１２にはタイヤカバー１３が設けられている。また、車体１を駆動させる駆動力を検知する駆動力検知手段（図示せず）を備えたペダル１４がペダルレバー１５を介して略上下往復揺動するように設けられ、この駆動力はギヤやチェーン等から成る動力伝達機構１６を介して後輪１２に伝達される。更に第２フレーム３上には、回動部４の近傍に、前記モータ８へ電力を供給するためのバッテリー１７及び、この走行モード時には前記ロータリーエンコーダ９や駆動力検知手段の検知情報に基づいてモータ８への供給電力を制御する制御ユニット１８が備えられている。

図２は、上記前輪７の内部構成を示す概略縦断面図である。この前輪７に設けられた上記モータ８はアウターロータ型モータで、前輪７の回転軸Ｏに装着されたステータ２０の外側に、マグネット２１が内装されたロータ２２をベアリング２３を介して回転自在に取り付けた構成になっている。そして、ロータ２２の外周にスポーク２４，リム２５を介してタイヤ２６が装着されている。また、前記ロータリーエンコーダ９はロータ２２の一側に対向するように回転軸Ｏに固定されている。

このような構成において、走行モードでは、操縦者はペダル１４に駆動力を印加し、この駆動力や走行速度に応じて前輪８の駆動トルクが補助されることで、電動補助機能が発現される。

図３は、上記携帯型二輪車の携帯モードにおける車体概観図である。

図示のように、第１フレーム２と第２フレーム３は、それらを連結する回動部４を介して略平行に折り畳まれる（本形態を維持するためのロック機構等は図示せず）。この形態において、前輪７を地面に接した状態でハンドル５（作用点Ｗ）に外力を印加することで、車体１は地面に沿って移動する。

この図３における形態では、車体重心Ｇに作用する重力ｍｇにより、車体１は前輪７の回転軸Ｏを中心に回転モーメントを受けるので、作用点Ｗへの作用力により、これを相殺する必要がある。この時、重心Ｇと回転軸Ｏの鉛直距離が小さいほど、また重心Ｇ−回転軸Ｏ−作用点Ｗが成す角が小さいほど、車体１の転倒を防ぐのに必要な作用力は小さくできる。更に、ハンドル軸６周りの回転運動を考慮すると、重心Ｇの位置が回転軸Ｏ−作用点Ｗを結ぶ作用線よりも進行方向側にある方が、車体位置を安定することが理解できる。

従って、車体１の傾斜状態を保持するための作用力を出来るだけ小さくし、また車体１のハンドル軸６周りの姿勢を安定させるためには、携帯モードにおける重心Ｇの位置が重要であり、出来るだけ前輪７の回転軸Ｏに近づけると共に、ＯＷ作用線よりも進行方向側に配置することが望ましい。この種の車両では、バッテリー、モータ及び駆動機構などが車体重量に占める割合が大きく、これらの配置が車体重心位置に大きく影響する。これらの内、駆動機構に関しては、走行モードでの使用性を考慮する必要があり、配置に関する自由度は小さいが、バッテリー及びモータに関しては比較的大きな自由度を有する。このような点に着目して、本実施例では、モータ８を前輪７のホイールに設けること、及びバッテリー１７を第２フレーム３上で出来るだけ回動部４に近い位置に配置することで、望ましい重心位置を実現している。

また、回動部４には、例えば機械式スイッチ等により、走行モードと携帯モードの車体形態を識別するためのモード検出スイッチ（図４に図示）が設けられている。また、ハンドル５内には、例えば歪みゲージ等で構成されて作用力のスラスト方向成分を検知する作用力検知手段（図４に図示）を有している。さらに、前輪７のタイヤカバー１０を図１記載の状態から図３記載の状態に移動させることで、例えば機械式スイッチ等により、アシストイネーブルスイッチ（図４に図示）がＯＮされるようになっている。

図４は、携帯モードでの制御系統の構成を示すブロック図である。本願発明の制御手段を構成するマイコン３０は、前述したロータリーエンコーダ９、モード検出スイッチ３１、アシストイネーブルスイッチ３２及び作用力検知手段３３からの信号を取り込み、モータドライブユニット３４を介してモータ８への電力供給を制御するようになっている。

図５は、走行速度とアシスト比の関係を示す図である。本実施例では自然なアシストを実現するために、走行速度が０．５[km/h]までを不感帯、０．５〜１[km/h]までをヒステリシス帯、１〜４[km/h]までを定率帯、４〜６[km/h]までを漸減帯として、６[km/h]を超える速度ではアシストしないこととしている。

図６は、本実施例の要部の制御例を示すフローチャートであり、以下、このフローチャートに基づき携帯モード時の動作について説明する。

このフローチャートで示す制御がスタートすると、先ず、モード検出スイッチ３１，アシストイネーブルスイッチ３２をチェックする（ステップＳ１，Ｓ２）。これらのスイッチ３１，３２が共にＯＮの場合、ロータリーエンコーダ９からデータを取得する（ステップＳ１のＹｅｓ→ステップＳ２のＹｅｓ→ステップＳ３）。ロータリーエンコーダ９は、前輪７の回転に伴ってパルスを出力しており、一定時間毎にパルスをカウントすることで走行速度を算出できる。

次に、作用力検知手段３３からデータを取得し、作用力のスラスト成分を検出する（ステップＳ４）。作用力検知手段３３を構成する歪みゲージによって検出したデータでは、引っ張り及び圧縮の２方向を判別できるが、作用力の方向と車体１の進行方向の関係は以下の通りである。

すなわち、図３に示したように、前輪７のタイヤカバー１０の作用により、携帯モードにおいて前輪７接地状態で車体１を移動させるには、本実施例では図３における左に傾斜させる必要がある（右に傾斜させるとタイヤカバー１０が接地して走行できない）。この時、作用力が引っ張り方向に検出された場合には、その水平方向成分は左向きであり、従って、操作者は車体を左方向に移動させるように力を加えていることが分かる。逆に圧縮力が検知された場合には、右方向に移動させるように力が加えられたと判断できる。

次に、上記作用力の印加時間を計測する（ステップＳ５）。そして、上記により算出した速度と作用力の大きさとその印加時間のいずれかが所定値以上になったか否かをチェックする（ステップＳ６）。これらのいずれも所定値以上になっていなければ、ステップＳ１に戻って上述した処理を繰り返すが、作用力が所定値未満で走行速度が所定値以上なら、図５に示した走行速度とアシスト比の関係から、アシスト比βを決定する。また、作用力が所定値以上なら図７に示した走行速度とアシスト比の関係から、アシスト比βを決定する（ステップＳ６のＹｅｓ→ステップＳ７）。つまり、作用力が所定値に達するまでは図５に基づいてアシスト比を求めるが、作用力が所定値以上となれば、すぐにアシストが必要と判断して、その所定値以上となった時点から図７に基づいてアシスト比を求めるのである。但し、作用力が引っ張り方向の場合は正の符号を、圧縮の場合には負の符号を付ける。本実施例では、アシスト比が正の場合には図３で前輪７を左回転させる方向、負の場合には右回転させる方向にそれぞれトルクを補助するものと設定する。

アシスト比βが決定されると、目標出力トルクＴａが算出され（ステップＳ８）、これを実現する電流指示値がモータドライブユニット３４に出力される（ステップＳ９）。なお、目標出力トルクから電流指示値を決定するには、例えば両者の関係をテーブルデータとして保持しておくことで実現できる。

以上のように、本実施例によれば、モータ８による前輪７のアシストに加えて、配置の自由度が高いバッテリー１７及びモータ８等を適切に配置することで、携帯モード時の保持力を小さくでき、携帯走行時の操作性がより向上する。また、携帯モード時に検知した作用力に基づいてアシストすることで、特に傾斜地であっても、移動のための作用力を小さくでき、良好な携帯性を実現することができ、携帯走行時の操作性がさらに向上する。

本願発明に係わるスケータ型車両の一実施形態としての携帯型二輪車の走行モードにおける概観図。 前輪の内部構成を示す概略縦断面図。 上記携帯型二輪車の携帯モードにおける車体概観図。 携帯モードでの制御系統の構成を示すブロック図。 走行速度とアシスト比の関係を示す図。 実施例の要部の制御例を示すフローチャート。 作用力が所定値上となったときの走行速度とアシスト比の関係を示す図。

符号の説明

１ 車体
２ 第１フレーム
３ 第２フレーム
４ 回動部
５ ハンドル
６ ハンドル軸
７ 前輪
８ インホイール型のモータ
９ ロータリーエンコーダ（回転角検知手段）
１０ タイヤカバー
１２ 後輪
１４ ペダル
１６ 動力伝達機構
１７ バッテリー
１８ 制御ユニット
３０ マイコン
３１ モード検出スイッチ
３２ アシストイネーブルスイッチ
３３ 作用力検知手段
３４ モータドライブユニット

Claims (7)

1. ハンドルを介して進行方向を定めるための操舵入力が加えられる前輪を有する第１フレームと、この第１フレームに回動部を介して回動可能に連結されて後輪を有する第２フレームとを備えて、走行モードと携帯モードの２種類の形態を実現する折り畳み機構を有すると共に、
   車体を駆動させる駆動力を検知する駆動力検知手段を備えたペダルと、前記駆動力を一方の車輪に伝達する動力伝達機構と、車輪を回転駆動するためのモータと、このモータに給電するためのバッテリーと、車輪の回転角を検知する回転角検知手段と、前記駆動力検知手段と回転角検知手段の検知情報に基づき前記バッテリーからモータへの給電を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするスケータ型車両。
2. 前記携帯モードにおける車両重心位置に配慮して構成部品配置を行うことを特徴とする請求項１に記載のスケータ型車両。
3. 前記第１フレームには、前輪の回転角検知手段と前輪を回転駆動するためのモータを有し、前記第２フレームには、前記駆動力検知手段を備えたペダルと、前記駆動力を一方の車輪に伝達する動力伝達機構を有すると共に、
   前記モータとバッテリーを前記携帯モード時に前輪の回転軸に近い位置にくるように配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスケータ型車両。
4. 前記モータとして、前記前輪に設けられたインホイール型のモータを備えたことを特徴とする請求項３に記載のスケータ型車両。
5. 前記バッテリー及び制御手段を前記第１フレームに回動部を介して連結された第２フレームにおける前記回動部近傍に配置したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のステータ型車両。
6. 前記ハンドルに加わる作用力を検知する作用力検知手段を有し、前記制御手段は、携帯モード時、前記回転角検知手段と作用力検知手段の検知情報に基づき前記バッテリーからモータへの給電を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のスケータ型車両。
7. 前記制御手段は、携帯モード時、前記回転角検知手段の検知情報に基づく車両速度と作用力検知手段の検知情報に基づく作用力の大きさとその印加時間のいずれかが所定値以上となったときに前記バッテリーからモータへの給電の制御を開始することを特徴とする請求項６に記載のスケータ型車両。
   

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