JP2008081019A

JP2008081019A - 走行車両

Info

Publication number: JP2008081019A
Application number: JP2006265185A
Authority: JP
Inventors: Naoki Ushiki; 直樹牛来
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】精度よく姿勢を制御することができる走行車両を提供する。
【解決手段】車体２と、車体２に回転可能に支持され、一軸上に設けた車輪８と、を有する走行車両１において、錘１４を移動させることで車体２の姿勢を制御するバランサ１０を備え、バランサ１０を車軸９より下方に配置したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バランサを用いて姿勢を安定に制御するようにした走行車両に関する。

従来、搬送装置の姿勢制御としてカウンタウエイトを適用することでバランス状態を良好に維持するものがある（特許文献１参照）。

また、左右の駆動輪を姿勢感知センサの出力に応じて制御駆動することで前後方向のバランス保持のための姿勢制御と走行制御とを行う走行制御部を備えた人用移動機器で、錘を移動することにより、重心位置を変更し、制動時の車体の傾斜を小さくするものがある（特許文献２参照）。
特開２００４−１２９４３５号公報特開２００４−２７６７２７号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載された発明では、車両のバランスを制御するバランサが車軸より上に配置されているため、車両の重心移動方向と反対側にバランサを動かし、バランスを保持しようとしている。このため、バランサの移動動作を実行すると、バランサに加速度が生じ、バランサ移動と反対方向に反力が生じる。この反力は車両重心移動方向と同方向なため、バランサ移動の効果を減少させてしまう。特に、早急に姿勢を回復すべく、急速にバランサを移動させる場合、顕著である。

本発明は、上記課題を解決するものであって、精度よく姿勢を制御することができる走行車両を提供することを目的とする。

そのために本発明は、車体と、前記車体に回転可能に支持され、一軸上に設けた車輪と、を有する走行車両において、錘を移動させることで前記車体の姿勢を制御するバランサを備え、前記バランサを前記車輪の車軸より下方に配置したことを特徴とする。

また、前記車体は転倒防止手段を有し、前記転倒防止手段に前記バランサを設けたことを特徴とする。

本発明は、車体と、前記車体に回転可能に支持され、一軸上に設けた車輪とを有する走行車両において、錘を移動させることで前記車体の姿勢を制御するバランサを備え、前記バランサを前記車輪の車軸より下方に配置することにより、錘の移動による反力を姿勢制御に利用できる。そして、姿勢制御の際、姿勢維持のための車輪の回転を少なくすることができると共に、外乱に強くなり、安定領域が広がる。また、バランサを小型にすることができ、姿勢制御の際の応答性がよくなる。

また、前記車体は転倒防止手段を有し、前記転倒防止手段に前記バランサを設けたので、バランサを保持するための新たなフレーム等を設ける必要がなく、既存の部分を利用することができ、コストを安くすることができる。

以下、本発明の一例としての実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態の走行車両を示す。図中、１は走行車両、２は車体、３は乗員搭載部の一例としての座席、４はフットレスト、５は転倒防止手段の一例としての転倒防止バー、６はジョイスティック、７は駆動手段の一例としてのホイールモータ、８は車輪、９は車軸、１０はバランサである。

走行車両１は、車体２、座席３、フットレスト４、転倒防止バー５、ジョイスティック６左右のホイールモータ７、車輪８及びバランサ１０等を備えている。車体２は、上部に、乗員Ｍの座る座席３を、車軸９より下方に、バランサ１０を搭載すると共に、前方に、乗員Ｍの脚部を載せるフットレスト４、車軸より下部に、前後に延びる転倒防止バー５を結合している。座席３は、車体に支持され、乗員Ｍを搭載する座部３ａ及び乗員Ｍの背もたれとなるシートバック３ｂを有する。シートバック３ｂの高さは乗員Ｍの頭部より高いことが好ましい。ジョイスティック６は、座席３に座る乗員Ｍが操作するもので、車体２に支持されている。左右のホイールモータ７は、共通な軸上で車体２に支持されており、前後駆動力を独立に制御することができ、車体２に回転可能に支持された一軸上に設けられた車輪８と連結される。なお、ホイールモータ７や車輪８は、左右二輪に限らず、一輪でも複数輪でもよい。バランサ１０は、車輪８の車軸９より下方の車体２に搭載され、走行車両１の姿勢を制御する。

図２は、本実施形態のバランサ１０を示す図である。バランサ１０は、レール１１にボールねじ１２を設置し、ナットブロック１３によりボールねじ１２に保持されると共に、錘１４を載置したスライダ１５を、サーボモータ等のバランサアクチュエータ１６によりレール１１に沿って移動させるものである。錘１４の位置は、バランサ位置センサ１７により検出される。錘１４としては、バッテリやＥＣＵ等を利用するとよい。

図３は、本実施形態のブロック図を示す。図中、６はジョイスティック、７は駆動手段の一例としてのホイールモータ、７１は第１ホイールモータ、７２は第２ホイールモータ、２１は車体姿勢検出手段の一例としての姿勢センサ、２２は車体姿勢制御手段の一例としてのＥＣＵ、２３は車体姿勢制御手段の一例としてのホイールモータＥＣＵ、１６はバランサアクチュエータ、１７は錘位置検出手段の一例としてのバランサ位置センサである。

ジョイスティック６は、走行車両１の前後進及び旋回等を操作し、その操作量等をＥＣＵ２２に出力するものである。姿勢センサ２１は、角速度、傾斜角、加速度等の車体２の姿勢を検出し、ＥＣＵ２２へ信号を出力する。ＥＣＵ２２は、姿勢センサ２１の検出値から車体姿勢を制御する信号を各アクチュエータに出力する。

通常時、走行車両１は、乗員Ｍのジョイスティック６による前後進や旋回の操作値、姿勢センサ２１による角速度、傾斜角及び加速度等の姿勢検出値並びにホイールモータ７からのレゾルバやバランサアクチュエータ１６からのカウンタエンコーダ等を入力とし、ＥＣＵ２２及びホイールモータＥＣＵ２３により第１ホイールモータ７１及び第２ホイールモータ７２を制御し、ＥＣＵ２２によりバランサアクチュエータ１６を制御することによって姿勢を保持し走行する。

図４は、本実施形態の走行車両の概略図を示す。図４では、走行車両１は、図中の矢印Ａは前方に傾斜しようとしている状態を示しており、図中の矢印Ｂはバランサ１０の錘１４が後方へ移動する状態を示している。この時、バランサ１０の錘１４によって走行車両１にかかる力は、バランサ重力Ｆｇ及び反力Ｆｒである。

次に、力の釣り合いについて説明する。図５は、図５（ａ）に示す本実施形態のようにバランサ１０を車軸９より下に配置した場合と図５（ｂ）に示す従来のようにバランサ１０を車軸９より上に配置した場合とを比較したものである。図５（ａ）のバランサ１０を車軸９より下に配置した場合、力の釣り合いは、次のようになる。

τ_W＝λ₁ｍ₁ｇsinθ₁−λ₂ｍ₂ｇsinθ₂−ｍ₂λ₂ ²・ｄ²θ₂／ｄｔ²
・・・（１）
また、図５（ｂ）のバランサ１０を車軸９より上に配置した場合、力の釣り合いは、次のようになる。

τ_W＝λ₁ｍ₁ｇsinθ₁−λ₂ｍ₂ｇsinθ₂＋ｍ₂λ₂ ²・ｄ²θ₂／ｄｔ²
・・・（２）
ただし、ｍ₁は走行車両１の重量、θ₁は走行車両１の重心の傾き、λ₁は車軸から走行車両重心までの距離、ｍ₂は錘１４の重量、θ₂は錘１４の重心の傾き、λ₂は錘１４から走行車両重心までの距離、τ_Wは車輪トルクである。

このように、バランサ１０を車軸９より上に配置した場合の式（２）では、第２項と第３項の符号が正負逆となり、第２項で表すバランサ効果を第３項で表すバランサ反力が打ち消す方向に働いてしまう。これに対して、バランサ１０を車軸９より上に配置した場合の式（１）では、第２項と第３項の符号が同じとなり、第２項で表すバランサ効果を第３項で表すバランサ反力がさらに増長する方向に働くことになる。また、式（１）と式（２）では、バランサ反力を示す最後の項の符号が代わるのみなので、制御方法に大きな差はなく、ゲインを変更するのみである。

このように、バランサ１０を車軸９より下方に配置することにより、錘１４の移動による反力を姿勢制御に利用できる。そして、姿勢制御の際、姿勢維持のための車輪８の回転を少なくすることができると共に、外乱に強くなり、安定領域が広がる。また、バランサ１０を小型にする
ことができ、姿勢制御の際の応答性がよくなる。

図６は、他の実施形態として、バランサ１０を転倒防止バー５に設けた走行車両１を示したものである。このように、バランサ１０を転倒防止バー５に設けたので、バランサ１０を保持するための新たなフレーム等を設ける必要がなく、既存の部分を利用することができ、コストを安くすることができる。

本実施形態の走行車両を示す図である。本実施形態のバランサを示す図である。本実施形態のブロック図である。本実施形態のバランサに働く力の概念図である。本実施形態と従来技術の力の釣り合いを示す図である。他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１…走行車両、２…車体、３…座席（乗員搭載部）、４…フットレスト、５…転倒防止バー（転倒防止手段）、６…ジョイスティック、７…ホイールモータ（駆動手段）、７１…第１ホイールモータ、７２…第２ホイールモータ、８…車輪、９…車軸、１０…バランサ、１１…レール、１２…ボールねじ、１３…ナットブロック、１４…錘、１５…スライダ、１６…バランサアクチュエータ、１７…バランサ位置センサ（錘位置検出手段）、２１…姿勢センサ（車体姿勢検出手段）、２２…ＥＣＵ（車体姿勢制御手段）、２３…ホイールモータＥＣＵ（車体姿勢制御手段）

Claims

車体と、
前記車体に回転可能に支持され、一軸上に設けた車輪と、
を有する走行車両において、
錘を移動させることで前記車体の姿勢を制御するバランサを備え、
前記バランサを前記車輪の車軸より下方に配置したことを特徴とする走行車両。
前記車体は転倒防止手段を有し、
前記転倒防止手段に前記バランサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の走行車両。