JP2010000989A - 二輪自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力の増大を抑制することができる二輪自動車を提供する。
【解決手段】 二輪自動車１は、車体２と、車体２の左右両側に同軸上に配置された車輪３Ａ，３Ｂとを備え、車両重心が車輪３Ａ，３Ｂの中心よりも下方に位置している。車体２は、ボデー部４と、このボデー部４に車輪３Ａ，３Ｂの周方向に沿って相対運動可能に連結され、座席６を有するキャビン部５とを有している。また、二輪自動車１は、車輪３Ａ，３Ｂを個別に回転駆動させる車輪駆動モータ８Ａ，８Ｂと、キャビン部５をボデー部４に対して回動させてキャビン部５の姿勢を制御するための姿勢制御モータ９と、キャビン部５の前端下部及び後端下部に設けられ、キャビン部５と路面Ｒとの距離を検出する２つのレーザ距離センサと、各レーザ距離センサの検出値に基づいて、キャビン部５が路面Ｒに対して水平に保たれるように姿勢制御モータ９を制御するＥＣＵとを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車体の左右両側に配置された２つの車輪を備えた二輪自動車に関するものである。

従来の二輪自動車としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の二輪自動車は、同軸に配置された２つの駆動輪と、駆動輪の上部に配置された搭乗部と、駆動輪と搭乗部との間に配置された制御ユニットと、制御ユニットの下部における各駆動輪に挟まれる位置に配置されたバランサ駆動部とを備え、バランサ駆動部のバランサを双方向に移動させることで、搭乗部の振動を収束させるというものである。
特開２００６−３０６３７４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、搭乗部が傾斜すると、搭乗部の傾斜方向にバランサが移動し、その反力トルクで搭乗部が反対方向に移動するという動作が繰り返し行われる。つまり、バランサによって車体全体が動かされることとなるため、消費電力が増大してしまう。

本発明の目的は、消費電力の増大を抑制することができる二輪自動車を提供することである。

本発明は、車体と、車体の左右両側に同軸上に配置された２つの車輪とを備え、車両重心が車輪の中心よりも下方に位置するように構成されてなる二輪自動車において、車体は、少なくとも動力源を含むボデー部と、ボデー部に連結され、乗員が座る座席を含むキャビン部とを有し、ボデー部とキャビン部とは、車輪の周方向に対応する方向に沿って相対運動可能に連結されていることを特徴とするものである。ここで、車輪の周方向に対応する方向とは、完全に車輪の周方向だけでなく、車輪の周方向に近い方向も含んでいる。

車両重心が車輪の中心よりも下方に位置するような低重心の二輪自動車では、静安定特性は高くなるものの、加減速時や坂路走行時等に車体が大きく振動し、乗り心地が悪くなるという問題がある。そこで本発明では、車体をボデー部とキャビン部とに分離し、これらのボデー部とキャビン部とを車輪の周方向に対応する方向に沿って相対運動可能に連結した構成とする。そして、加減速時や坂路走行時等には、ボデー部に対するキャビン部の姿勢を制御して、キャビン部の振動を抑えるようにする。このように車体全体を制振（振動抑制）するのではなく、キャビン部のみを制振すれば良いので、省電力化を図ることができる。

好ましくは、キャビン部を車輪の周方向に対応する方向に沿って回動させるアクチュエータと、キャビン部の振動を抑えるようにアクチュエータを制御する制御手段とを備える。このようにアクチュエータを制御して、キャビン部の振動を抑えることにより、乗員にとって乗り心地が良くなると共に、進行方向の視界を十分確保することができる。

このとき、好ましくは、路面に対するキャビン部の傾きを検出する傾斜検出手段を更に備え、制御手段は、傾斜検出手段の検出値に基づいて、キャビン部が路面に対して一定の姿勢を保つようにアクチュエータを制御する。この場合には、加減速時や坂路走行時等でも、例えばキャビン部が路面に対して水平となるようにキャビン部の姿勢を制御することができる。

また、好ましくは、ボデー部の重量がキャビン部の重量よりも大きくなっており、ボデー部の重心がキャビン部の重心よりも下方に位置している。この場合には、重量の大きいボデー部の重心がキャビン部の重心よりも下方に位置するので、車両の静安定特性を更に高くすることができる。また、キャビン部の重量を小さくすることで、節電効果を上げることができる。

本発明によれば、車体全体の振動を抑えなくて済むので、消費電力の増大を抑制することができる。

以下、本発明に係わる二輪自動車の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明に係わる二輪自動車の一実施形態を示す概略正面図であり、図２は、図１に示した二輪自動車の概略側断面図である。各図において、本実施形態の二輪自動車１は、車体２と、この車体２の左右両側に同軸上に配置された車輪３Ａ，３Ｂとを備えている。

二輪自動車１は、乗員Ｐの有無にかかわらず車両重心が車輪３Ａ，３Ｂの中心よりも下方に位置するように構成されている。これにより、二輪自動車１が静安定の状態となり、乗員Ｐが転倒しにくくなる。また、二輪自動車１の安定性が良くなることから、停車時には車体２の姿勢制御が不要となるため電源ＯＦＦとすることが可能となり、消費電力を低減することができる。

車体２は、ボデー部４と、このボデー部４に連結されたキャビン部５とからなっている。キャビン部５には、乗員Ｐが座る座席６が設けられている。ボデー部４とキャビン部５とは、ボデー部４に設けられた２つの連結部７を介して車輪３Ａ，３Ｂの周方向に沿って相対運動可能に連結されている。なお、ボデー部４とキャビン部５とを平行リンク機構により連結しても良い。この場合でも、ボデー部４とキャビン部５とを車輪３Ａ，３Ｂの略周方向に沿って相対運動可能な構造とすることが可能となる。

各連結部７の外側端には、車輪３Ａ，３Ｂを個別に回転駆動させる車輪駆動モータ８Ａ，８Ｂが取り付けられている。各連結部７の内側端には、キャビン部５をボデー部４に対して車輪３Ａ，３Ｂの周方向に沿って回動させてキャビン部５の姿勢を制御するための姿勢制御モータ９がそれぞれ取り付けられている。なお、姿勢制御モータ９の数としては、１つだけであっても良い。

ここで、キャビン部５の回動中心は、車輪３Ａ，３Ｂの回転軸とほぼ同軸となっているのが望ましい。これにより、車輪３Ａ，３Ｂの回転中にキャビン部５がボデー部４に対して回動したときに、キャビン部５の位置及び姿勢が素直に変化するため、乗員Ｐの乗り心地の悪化を防ぐことができる。

ボデー部４には、特に図示はしないが、上記の車輪駆動モータ８Ａ，８Ｂ及び姿勢制御モータ９の他に、バッテリー及びフレーム等が設けられている。これにより、ボデー部４の重量がキャビン部５の重量よりも大きくなっており、ボデー部４の重心がキャビン部５の重心よりも下方に位置することとなる。従って、二輪自動車１の静安定性が十分高くなる。

また、二輪自動車１の加速時等には、ボデー部４が自在に揺れるため、駆動のための反力が発生するようになり、ドライバのアクセル操作に応じたスムーズな加速動作が可能となる。このとき、ボデー部４はキャビン部５に比べて十分重いため、駆動の反力を発生させるためのボデー部４の揺れが小さくて済む。このため、車両内に確保すべきボデー部４の可動スペースを減らすことができるため、二輪自動車１の小型軽量化を図ることが可能となる。

キャビン部５の前端下部には、キャビン部５の前端部と路面Ｒとの距離を検出するレーザ距離センサ１０が設けられ、キャビン部５の後端下部には、キャビン部５の後端部と路面Ｒとの距離を検出するレーザ距離センサ１１が設けられている。

図３は、二輪自動車１の制御系を示すブロック図である。同図において、二輪自動車１は、アクセル操作部（図示せず）の操作量としてのアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１２と、二輪自動車１の車速を検出する車速センサ１３と、姿勢制御モータ９の回転角速度を検出する角速度センサ１４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５とを更に備えている。

ＥＣＵ１５は、車輪駆動モータ８Ａ，８Ｂをサーボ制御するサーボ制御系１６と、姿勢制御モータ９をサーボ制御するサーボ制御系１７とを有している。

サーボ制御系１６は、車速目標値設定部１８と、比較部１９と、制御指令値演算部２０とからなっている。

車速目標値設定部１８は、アクセル開度センサ１２で検出されたアクセル開度に応じた車速目標値を設定する。比較部１９は、車速目標値設定部１８で設定された車速目標値と車速センサ１３の検出値（車速検出値）との差分を求める。制御指令値演算部２０は、車速目標値と車速検出値との差分をゼロにするような制御指令値を演算し、その制御指令値を車輪駆動モータ８Ａ，８Ｂに送出する。

サーボ制御系１７は、姿勢目標値設定部２１と、角速度目標値演算部２２と、比較部２３と、制御指令値演算部２４とからなっている。

姿勢目標値設定部２１は、レーザ距離センサ１０により検出されたキャビン部５の前端部と路面Ｒとの距離と、レーザ距離センサ１１により検出されたキャビン部５の後端部と路面Ｒとの距離とに基づいて、路面Ｒに対するキャビン部５の傾き角度を求め、キャビン部５が路面Ｒに対して水平（図５参照）になるようなキャビン部５の姿勢目標値を設定する。

角速度目標値演算部２２は、キャビン部５の姿勢を姿勢目標値設定部２１で設定された姿勢目標値にするための姿勢制御モータ９の回転角速度目標値を演算する。比較部２３は、その姿勢制御モータ９の回転角速度目標値と角速度センサ１４の検出値（回転角速度検出値）との差分を求める。制御指令値演算部２４は、回転角速度目標値と回転角速度検出値との差分をゼロにするような制御指令値を演算し、その制御指令値を姿勢制御モータ９に送出する。

図４は、ＥＣＵ１５により実行されるモータ制御処理手順を示すフローチャートである。同図において、まずアクセル開度センサ１２の検出値を入力し（手順Ｓ５１）、その検出値に応じた車速目標値を設定する（手順Ｓ５２）。続いて、二輪自動車１の車速が車速目標値となるように、車輪駆動モータ８Ａ，８Ｂを制御する（手順Ｓ５３）。

これにより、車輪３Ａ，３Ｂの回転速度が制御され、二輪自動車１が車速目標値に従って走行するようになる。なお、手順Ｓ５１，Ｓ５２は、図３に示す車速目標値設定部１８で実行され、手順Ｓ５３は、同比較部１９及び制御指令値演算部２０で実行される。

また、手順Ｓ５１〜Ｓ５３と並行して、以下の処理を行う。即ち、レーザ距離センサ１０，１１の検出値を入力し（手順Ｓ６１）、その検出値に基づいて、キャビン部５が路面Ｒに対して水平になるようなキャビン部５の姿勢目標値を設定する（手順Ｓ６２）。続いて、キャビン部５の姿勢を姿勢目標値にするための姿勢制御モータ９の回転角速度目標値を計算する（手順Ｓ６３）。続いて、姿勢制御モータ９の回転角速度が回転角速度目標値となるように、姿勢制御モータ９を制御する（手順Ｓ６４）。

これにより、キャビン部５は、図５に示すように、加減速時でも坂路走行時でも、路面Ｒに対して略水平な状態に保たれるように制御されることとなる。なお、手順Ｓ６１，Ｓ６２は、図３に示す姿勢目標値設定部２１で実行され、手順Ｓ６３は、同角速度目標値演算部２２で実行され、手順Ｓ６４は、同比較部２３及び制御指令値演算部２４で実行される。

以上において、レーザ距離センサ１０，１１は、路面Ｒに対するキャビン部５の傾きを検出する傾斜検出手段を構成する。角速度センサ１４とＥＣＵ１５のサーボ制御系１７とは、キャビン部５の振動を抑えるようにアクチュエータ（姿勢制御モータ）９を制御する制御手段を構成する。

以上のように本実施形態の二輪自動車１にあっては、車体２をボデー部４とキャビン部５とに分離し、姿勢制御モータ９によりボデー部４に対するキャビン部５の姿勢を制御可能な構成としたので、加減速時や坂路走行時においてピッチングが発生したときにも、ボデー部４は揺れるものの、キャビン部５の振動を抑制し、乗員Ｐの乗り心地を向上させることができる。このように車体２全体の振動抑制（制振）制御を行わずに、キャビン部５のみを制振するので、消費電力の増大を抑えることができる。

このとき、レーザ距離センサ１０，１１の検出値に基づいて、キャビン部５が路面Ｒに対して水平に保たれるようにキャビン部５の姿勢を制御するので、路面Ｒの勾配によらず、ドライバの進行方向の視界を十分確保することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、二輪自動車１が坂路を走行する際には、ＥＣＵ１５は、図６に示すようなモータ制御処理手順に従って姿勢制御モータ９を制御するようにしても良い。

この場合には、まずレーザ距離センサ１０，１１の検出値と車速センサ１３の検出値とを入力する（手順Ｓ６５）。続いて、レーザ距離センサ１０，１１の検出値に基づいて、路面Ｒの勾配マップを作成する（手順Ｓ６６）。このとき、レーザ距離センサ１０，１１の検出値の差分から勾配マップを作成しても良いし、或いはキャビン部５の前端部に設けられたレーザ距離センサ１０の検出値の時間変化分から勾配マップを作成しても良い。そして、路面Ｒの勾配マップデータと車速センサ１３の検出値とに基づいて、キャビン部５を路面Ｒに対して略水平に保つためのキャビン部５の姿勢目標値タイムテーブルを設定する（手順Ｓ６７）。続いて、その姿勢目標値タイムテーブルに応じた姿勢制御モータ９の回転角速度目標値を計算し（手順Ｓ６８）、姿勢制御モータ９の回転角速度が回転角速度目標値となるように姿勢制御モータ９を制御する（手順Ｓ６４）。

また、上記実施形態では、姿勢制御モータ９の回転角速度が回転角速度目標値になるように姿勢制御モータ９をサーボ制御するようにしたが、特にこれに限られず、キャビン部５の姿勢（傾斜角度）が姿勢目標値となるように姿勢制御モータ９をサーボ制御しても良い。この場合には、ジャイロ等を用いてキャビン部５の姿勢角度を検出し、この検出値と姿勢目標値との差分を求め、当該差分がゼロになるように姿勢制御モータ９を制御する。

さらに、上記実施形態では、車輪駆動モータ８Ａ，８Ｂにより車輪３Ａ，３Ｂを回転駆動させるようにしたが、車両を駆動させるための動力源としてはエンジンであっても良い。この場合には、キャビン部５のみを制振することで、二輪自動車１の燃費を向上させることが可能となる。

本発明に係わる二輪自動車の一実施形態を示す概略正面図である。 図１に示した二輪自動車の概略側断面図である。 図１及び図２に示した二輪自動車の制御系を示すブロック図である。 図３に示したＥＣＵにより実行されるモータ制御処理手順を示すフローチャートである。 図１及び図２に示した二輪自動車が坂路を走行する際に、路面に対してキャビン部の姿勢が制御される様子を示す概略図である。 図１及び図２に示した二輪自動車が坂路を走行する際に、ＥＣＵにより実行される他のモータ制御処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…二輪自動車、２…車体、３Ａ，３Ｂ…車輪、４…ボデー部、５…キャビン部、６…座席、８Ａ，８Ｂ…車輪駆動モータ（動力源）、９…姿勢制御モータ（アクチュエータ）、１０，１１…レーザ距離センサ（傾斜検出手段）、１４…角速度センサ（制御手段）、１５…ＥＣＵ、１７…サーボ制御系（制御手段）。

Claims (4)

1. 車体と、前記車体の左右両側に同軸上に配置された２つの車輪とを備え、車両重心が前記車輪の中心よりも下方に位置するように構成されてなる二輪自動車において、
   前記車体は、少なくとも動力源を含むボデー部と、前記ボデー部に連結され、乗員が座る座席を含むキャビン部とを有し、
   前記ボデー部と前記キャビン部とは、前記車輪の周方向に対応する方向に沿って相対運動可能に連結されていることを特徴とする二輪自動車。
2. 前記キャビン部を前記車輪の周方向に対応する方向に沿って回動させるアクチュエータと、
   前記キャビン部の振動を抑えるように前記アクチュエータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の二輪自動車。
3. 路面に対する前記キャビン部の傾きを検出する傾斜検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記傾斜検出手段の検出値に基づいて、前記キャビン部が前記路面に対して一定の姿勢を保つように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項２記載の二輪自動車。
4. 前記ボデー部の重量が前記キャビン部の重量よりも大きくなっており、
   前記ボデー部の重心が前記キャビン部の重心よりも下方に位置していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の二輪自動車。
   
   
   
   
   

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