以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態における車両の構成を示す概略図であり乗員が搭乗した状態を示す図、図2は本発明の第1の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図1において、(a)は正面図、(b)は側面図である。また、図1において、矢印U−D、L−R及びF−Bは、車両の上下方向、左右方向及び前後方向をそれぞれ示している。
図において、10は、本実施の形態における車両であり、乗員Pが搭乗する搭乗部11と、該搭乗部11の下方に配設された車輪12と、該車輪12に回転駆動力を付与する回転駆動装置52と、車輪12を支持するリンク機構30を作動させるアクチュエータ装置53とを有し、倒立振り子の姿勢制御を利用して車体の前後方向の姿勢を制御する。すなわち、前記車両10は車体を前後に傾斜させることができる。
また、前記車輪12は、左右一対の左側の車輪12L及び右側の車輪12Rから成り、旋回時には、左右の車輪12L及び12Rにキャンバー角を付与するとともに、搭乗部11を含む車体を旋回内輪側へ傾斜させることによって、旋回性能の向上と乗員Pの快適性の確保とを図ることができるようになっている。すなわち、前記車両10は車体を横方向(左右方向)にも傾斜させることができる。なお、左右の車輪12L及び12Rを統合的に説明する場合には、車輪12として説明する。また、左右の車輪12L及び12Rは、リンク機構30によって支持され、該リンク機構30は、後述される連結リンク40を介して、搭乗部11に連結されている。そして、アクチュエータ装置53は、前記リンク機構30を作動させることによって、車体を傾斜させる。
前記搭乗部11は、座席11a、アームレスト11b、フットレスト11c及びケース11dを備える。前記座席11aは、車両10の走行中に乗員Pが着座するための部位であり、乗員Pの尻部を支持する座面部11a1と、乗員Pの背部を支持する背面部11a2とを備える。また、前記フットレスト11cは、乗員Pの足部を支持するための部位であり、座席11aの前方側(矢印F側)下方に配設される。さらに、前記アームレスト11bは、乗員Pの上腕部を支持するための部位であり、前記座席11aの左右両側(矢印L側及び矢印R側)にそれぞれ配設される。
そして、一対のアームレスト11bの一方(矢印R側)には、操縦装置としてのジョイスティック装置51が配設されている。乗員Pは、ジョイスティック装置51を操作して、車両10の走行状態(例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、旋回半径等)を指示する。なお、乗員Pが操作して走行状態を指示することができる装置であれば、ジョイスティック装置51に代えて他の装置、例えば、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操縦装置として使用することもできる。
また、車両10がリモートコントロールによって操縦される場合には、前記ジョイスティック装置51に代えて、コントローラからの走行指令を有線又は無線で受信する受信装置を操縦装置として使用することができる。また、車両10があらかじめ決められた走行指令データに従って自動走行する場合には、前記ジョイスティック装置51に代えて、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り装置を操縦装置として使用することができる。
さらに、座席11aの後方側(矢印B側)には、ケース11dが配設され、座席11aの底面側(矢印D側)には、図示されないバッテリー装置が配設されている。該バッテリー装置は、回転駆動装置52及びアクチュエータ装置53の駆動源である。また、ケース11d内には、制御装置70、及び、図示されない各種センサ装置、インバータ装置等が収納されている。
前記車両10は、車両制御装置としての制御装置70を有する。該制御装置70は、車両10の各部を制御するための制御装置であり、図2に示されるように、CPU71、ROM72及びRAM73を備える。そして、前記CPU71、ROM72及びRAM73は、バスライン74を介して入出力ポート75に接続されている。また、該入出力ポート75には、ジョイスティック装置51等の複数の装置が接続されている。
ここで、前記CPU71は、バスライン74により接続された各部を制御する演算装置である。また、前記ROM72は、CPU71により実行される制御プログラム、固定値データ等を格納する書き換え不能な不揮発性のメモリである。さらに、前記RAM73は、制御プログラムの実行時に各種のワークデータ、フラグ等を書き換え可能に記憶するためのメモリである。
ジョイスティック装置51は、前述のように、車両10を運転する際に乗員Pが操作する装置であり、乗員Pにより操作される操作レバーと、該操作レバーの操作状態を検出するための前後センサ51a及び左右センサ51bと、前記前後センサ51a及び左右センサ51bの検出結果を処理してCPU71に出力する図示されない処理回路とを備える。
前記前後センサ51aは、操作レバーの前後方向(矢印F−B方向)への操作状態(操作量)を検出するためのセンサである。そして、CPU71は、前後センサ51aの検出結果(操作レバーの前後操作量)に基づいて、回転駆動装置52の駆動状態を制御する。これにより、車両10は、乗員Pが指示した走行速度で走行する。
また、前記左右センサ51bは、操作レバーの左右方向(矢印L−R方向)への操作状態(操作量)を検出するためのセンサである。そして、CPU71は、左右センサ51bの検出結果(操作レバーの左右操作量)に基づいて、回転駆動装置52及びアクチュエータ装置53の駆動状態をそれぞれ制御する。これにより、車両10は、乗員Pが指示した旋回半径で旋回される。
すなわち、操作レバーが左右方向に操作されると、CPU71は、左右センサ51bの検出結果に基づいて、旋回方向と旋回半径とを判断し、左右の車輪12L及び12Rが旋回内側へ傾斜されるように、アクチュエータ装置53を駆動制御するとともに、旋回半径に応じて左右の車輪12L及び12Rが差動されるように、回転駆動装置52を駆動制御する。その結果、左右の車輪12L及び12Rにキャンバー角が付与されるとともに、搭乗部11が旋回内輪側へ傾斜され、旋回性能の向上と乗員Pの快適性の確保とが達成される。
このように、本実施の形態における車両10では、左右の車輪12L及び12Rにキャンバー角を付与して、キャンバースラストを発生させることで、車両10を旋回させる。そのため、左右の車輪12L及び12Rの中心線は互いに平行に保持されており、左右に操舵(だ)されることはない。なお、必要に応じて操舵機構を設けてもよい。
前記回転駆動装置52は、左右の車輪12L及び12Rを回転可能に支持する支持装置であるとともに、左右の車輪12L及び12Rを回転駆動させるための駆動装置であり、左の車輪12Lに回転駆動力を付与する左側回転駆動装置52Lと、右の車輪12Rに回転駆動力を付与する右側回転駆動装置52Rとから成る。なお、左側回転駆動装置52Lと右側回転駆動装置52RとをCPU71からの命令に基づいて駆動制御する図示されない駆動回路及び駆動源を備えていてもよい。そして、左側回転駆動装置52Lと右側回転駆動装置52Rとを統合的に説明する場合には、回転駆動装置52として説明する。
また、前記アクチュエータ装置53は、リンク機構30を屈伸させるための駆動装置であり、リンク機構30の前方側(矢印F側)に配設される前側アクチュエータ装置53Fとリンク機構30の後方側(矢印B側)に配設される後側アクチュエータ装置53Bとを含む。なお、前側アクチュエータ装置53Fと後側アクチュエータ装置53BとをCPU71からの命令に基づいて駆動制御する図示されない駆動回路及び駆動源を備えていてもよい。そして、前側アクチュエータ装置53Fと後側アクチュエータ装置53Bとを統合的に説明する場合には、アクチュエータ装置53として説明する。また、車両10は、必ずしも前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bの両方を備える必要はなく、前側アクチュエータ装置53F又は後側アクチュエータ装置53Bのいずれか一方のみを備えていてもよい。
なお、本実施の形態では、前記アクチュエータ装置53が伸縮式の電動アクチュエータ装置であって、外周面に螺(ら)旋状の雄ねじが形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の雌ねじが形成され、前記ねじ軸に螺合するナットとから成るすべりねじ伝動装置(Sliding Power Screw Device)を備える。該すべりねじ伝動装置は、電動モータ等によってねじ軸及びナットの一方を回転させることによって、ねじ軸とナットとを軸方向に相対的に移動させる装置である。なお、前記すべりねじ伝動装置においては、ねじ軸とナットとの間にボールが介在しておらず、ねじ軸のねじ面とナットのねじ面との間にはある程度のすべり摩擦が発生する。
また、前記入出力ポート75には、他の入出力装置54が接続されている。該他の入出力装置54は、例えば、車両10の走行状態(走行速度、走行距離等)を検出する検出装置、該検出装置により検出された走行状態を表示して乗員Pに報知する表示装置、車両10に作用する加速度を検出する加速度センサ等が含まれる。
次に、前記回転駆動装置52の構造について詳細に説明する。なお、左側回転駆動装置52Lと右側回転駆動装置52Rとは実質的に同一の構造を有するので、ここでは、右側回転駆動装置52Rについてのみ説明し、左側回転駆動装置52Lについての説明は省略する。
図3は本発明の第1の実施の形態における回転駆動装置の構成を示す図である。なお、図において、(a)は正面図、(b)は側面図である。
右側回転駆動装置52Rは、右の車輪12Rに回転駆動力を付与するための駆動装置であり、電動モータである。また、右側回転駆動装置52Rは、いわゆるインホイールモータとして構成され、図3に示されるように、車両10の外方側(矢印R側)にはハブ52aが配設され、車両10の内方側(矢印L側)には上部軸支プレート52b及び下部軸支プレート52cが、それぞれ配設されている。
前記ハブ52aは、右の車輪12Rのホイール12Raがハブナット及びハブボルトにより締結固定される部材であり、図3(a)に示されるように、右側回転駆動装置52Rの図示されない駆動軸の軸心Oと同心の円板状に形成されている。そして、右側回転駆動装置52Rの駆動軸が回転駆動されると、その回転が、ハブ52aを介して、ホイール12Ra伝達され、右の車輪12Rが回転駆動される。
上部軸支プレート52b及び下部軸支プレート52cは、右側回転駆動装置52Rとともに車輪支持体を構成し、後述される上部リンク31及び下部リンク32の端部をそれぞれ軸支するための部材であり、右側回転駆動装置52Rの側面(矢印L側面)に溶接固定されている。また、上部軸支プレート52b及び下部軸支プレート52cには、上部リンク31及び下部リンク32を軸支するための貫通孔(こう)52b1及び52c1がそれぞれ穿(せん)設されている。
なお、上部軸支プレート52b及び下部軸支プレート52cは、図3(b)に示されるように、それぞれ一対が所定間隔を隔てつつ、互いに対向して配設されている。本実施の形態においては、前記所定間隔(矢印F−B方向寸法)が互いに等しい寸法になるように、設定されている。
また、本実施の形態においては、上部軸支プレート52bの貫通孔52b1と下部軸支プレート52cの貫通孔52c1とを結ぶ仮想線が、右側回転駆動装置52Rの軸心Oと直交するように構成されている。これにより、後述されるように、リンク機構30を4節の平行リンク機構として構成することができる。
次に、前記リンク機構30の構造について詳細に説明する。
図4は本発明の第1の実施の形態におけるリンク機構の上部リンク及び下部リンクの構成を示す図、図5は本発明の第1の実施の形態におけるリンク機構の連結リンクの構成を示す図、図6は本発明の第1の実施の形態におけるリンク機構の構成を示す正面図、図7は本発明の第1の実施の形態におけるリンク機構の構成を示す上面図である。なお、図4において、(a)は正面図、(b)は上面図であり、図5において、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図である。
本実施の形態におけるリンク機構30は、図6に示されるように、上部リンク31及び下部リンク32を有する。前記上部リンク31及び下部リンク32は、左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rに両端が軸支され、前記左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rとともに4節のリンク機構を構成する部材であり、図4に示されるように、互いに同一の形状及び寸法を備える、正面形状が略矩(く)形の板状部材である。
なお、上部リンク31及び下部リンク32の両端に穿設される貫通孔33R及び33Lは、左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rの上部軸支プレート52bの貫通孔52b1及び下部軸支プレート52cの貫通孔52c1に軸支される部位であり、上部リンク31及び下部リンク32の長手方向(図4左右方向)中央部に穿設される貫通孔33Cは、図5に示されるような連結リンク40に軸支される部位である。
このように、本実施の形態においては、2枚の上部リンク31及び2枚の下部リンク32の両端を、それぞれ左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rの上部軸支プレート52b及び下部軸支プレート52cに軸支することによって、リンク機構30が構成される。
また、連結リンク40は、リンク機構30と搭乗部11とを連結するための部材であり、図5に示されるように、連結部材41と乗員支持部材42とを備える。前記連結部材41は、上部リンク31と下部リンク32との連結部となる部材であり、図5(b)に示されるように、側面形状が略U字状であり、図6に示されるように、その上端部が乗員支持部材42に接続されている。
なお、図5(a)に示されるように、連結部材41の上方(矢印U側)に穿設される貫通孔43aは、上部リンク31の貫通孔33Cに軸支される部位であり、連結部材41の下方(矢印D側)に穿設される貫通孔43bは、下部リンク32の貫通孔33Cに軸支される部位である。
乗員支持部材42は、搭乗部11の座席11aを底面側(矢印D側)から支持するための部材であり、図5(a)に示されるように、正面形状が略U字の一対の部材が、図5(b)及び(c)に示されるように、棒状体により連結され、一体化されている。
また、図6及び7に示されるように、上部リンク31の両端が左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rの上部軸支プレート52bに回転可能に軸支され、下部リンク32の両端が左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rの下部軸支プレート52cに回転可能に軸支されることによって、上部リンク31、下部リンク32、左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rによる4節のリンク機構30が、平行リンクとして構成される。なお、図6及び7では、図面を簡略化して理解を容易とするために、アームレスト11bやフットレスト11cなどの図示が省略されるとともに、左右の車輪12L及び12R、連結リンク40等は断面が示されている。
本実施の形態においては、一対のモータ装置である左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rが左右の車輪12L及び12Rに回転駆動力を付与する装置として機能するので、例えば、デファレンシャル装置を設けるとともに該デファレンシャル装置と左右の車輪12L及び12Rとを等速ジョイントにより連結するといった複雑な構造を採用することなく、左右の車輪12L及び12Rを差動させることができる。
また、左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rが車輪12L及び12Rの駆動源及び支持体としての機能を兼ね備えるので、部品点数を削減することができ、構造を簡素化することができる。その結果、車両10の軽量化を図ることができ、さらに、部品コスト及び組立コストの削減を図ることができる。
さらに、連結リンク40は、連結部材41が上部リンク31及び下部リンク32に軸支されるとともに、乗員支持部材42が搭乗部11の座席11aを底面側から支持する。これにより、リンク機構30の屈伸に伴って、連結リンク40を傾斜させることができ、その結果、搭乗部11を旋回内輪側へ傾斜させることができる。
さらに、図7に示されるように、リンク機構30の前方側(矢印F側)及び後方側(矢印B側)には、前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bがそれぞれ配設されている。前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bは、リンク機構30を屈伸させるための駆動装置であり、その両端が4節のリンク機構30の互いに隣り合わない支持軸に接続されている。
図6に示されるように、前側アクチュエータ装置53Fの下端側(本体部側)は、右側回転駆動装置52Rの下部軸支プレート52cに支持軸80Fcを介して軸支される。一方、前側アクチュエータ装置53Fの上端側(ロッド側)は、左側回転駆動装置52Lの上部軸支プレート52bに支持軸80Fbを介して軸支される。これにより、前側アクチュエータ装置53Fは、4節のリンク機構30の対角線上にたすき掛けされる。
また、後側アクチュエータ装置53Bの下端側(本体部側)が、左側回転駆動装置52Lの下部軸支プレート52cに支持軸80Bdを介して軸支される。一方、後側アクチュエータ装置53Bのその上端側(ロッド側)が右側回転駆動装置52Rの上部軸支プレート52bに支持軸80Baを介して軸支される。これにより、後側アクチュエータ装置53Bは、4節のリンク機構30の対角線上にたすき掛けされる。また、前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bは、互いに交差するように配設される。
このように、前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bの両端を4節のリンク機構30の互いに隣り合わない支持軸に接続した、すなわち、4節のリンク機構30の対角線上にたすき掛けしたので、力の作用点(例えば、図6に示されるような前側アクチュエータ装置53Fであれば、支持軸80Fb及び支持軸80Fc)から回転中心(前側アクチュエータ装置53Fの両端が接続されない残りの支持軸80Fa及び支持軸80Fd)までの距離を最大として、その分、リンク機構30の屈伸に必要な駆動力を小さくすることができる。
その結果、リンク機構30の屈伸をスムーズに、すなわち、高速高精度に行うことができるとともに、アクチュエータ装置53に要求される駆動性能を低く抑えることができるので、アクチュエータ装置53やその駆動源などを小型化して、軽量化と部品コストの削減とを図ることができる。
ところで、前記力の作用点から回転中心までの距離を長くするために、アーム部材をリンク機構30に更に設ける場合には、前記アーム部材の分だけ重量が嵩(かさ)むとともに、リンク機構30の屈伸時にアーム部材やアクチュエータ装置53がリンク機構30の外形よりも外方に突出するので、小型化を図ることができない。
これに対し、本実施の形態のように、アクチュエータ装置53の両端をリンク機構30の対角線上にたすき掛けすると、アーム部材を設けなくても、前記力の作用点から回転中心までの距離を最大とすることができるとともに、リンク機構30の屈伸時にアクチュエータ装置53がリンク機構30の外形から外方に突出することを回避して、小型化を図ることができる。
また、前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bを互いに交差するように配設したので、前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bを互いに同方向に延在するように配設する場合と比較すると、リンク機構30をいずれの方向へも均等に屈伸させることができ、車両10の旋回動作の安定性を確保することができる。
例えば、1つのアクチュエータ装置53を4節のリンク機構30の対角線上にたすき掛けするようにした場合、リンク機構30を中立位置から一方の方向(例えば、右旋回に対応)へ屈伸させるために、アクチュエータ装置53を伸長させると、その伸長に伴って、力の作用方向とリンク機構30の節との成す角度が漸次0度に近付く。
つまり、アクチュエータ装置53からリンク機構30に作用する力のうちのリンク機構30の節を回転させるための力成分、すなわち、1つの節の回転中心と力の作用点とを接続する仮想線に対して直交する方向の力成分の割合が減少される。
一方、リンク機構30を中立位置から他の方向(左旋回に対応)へ屈伸させるために、アクチュエータ装置53を収縮させると、その収縮に伴って、力の作用方向とリンク機構30の節との成す角度が漸次90度に近付く。
つまり、アクチュエータ装置53からリンク機構30に作用する力のうちのリンク機構30の節を回転させるための力成分、すなわち、1つの節の回転中心と力の作用点とを接続する仮想線に対して直交する方向の力成分の割合が増加される。
このように、リンク機構30を屈伸させる場合、アクチュエータ装置53を伸長させる工程では、短縮させる工程よりも大きな駆動力が必要とされる。言い換えれば、アクチュエータ装置53を短縮させる工程は、伸長させる工程よりも少ない駆動力でリンク機構30を屈伸させることができる。
したがって、アクチュエータ装置53を一対備える場合、これら一対のアクチュエータ装置53を互いに同方向に延在するように配設したのでは、リンク機構30を1つの方向へ屈伸させる、すなわち、アクチュエータ装置53を伸長させる工程と、他の方向へ屈伸させる、すなわち、アクチュエータ装置53を短縮させる工程とに要する駆動力がそれぞれ異なることとなるため、リンク機構30の屈伸量や屈伸速度を両方向、すなわち、右旋回及び左旋回で高精度に一致させることが困難となる。
その結果、リンク機構30の屈伸、すなわち、車両10の旋回動作が不安定となり、乗員Pの操作感や旋回性能の悪化を招くという不具合が生じる。さらに、アクチュエータ装置53の作動制御が複雑化して、制御コストの増大を招く。
これに対し、本実施の形態においては、一対のアクチュエータ装置53を互いに交差するように配設したので、リンク機構30のいずれの方向への屈伸も、同じ駆動力で行うことができ、屈伸動作(旋回性能)の安定性を確保することができるとともに、CPU71の制御コストの削減を図ることができる。
なお、本実施の形態においては、図6に示されるように、アクチュエータ装置53の本体部側がロッド側よりも下方に位置するように配設されている。これにより、重量が嵩む部位を車両10の下方に位置させ、該車両10の重心位置を下げることができるので、その分、旋回性能の向上を図ることができる。
次に、前記構成の車両10の動作について説明する。ここでは、旋回制御処理の動作についてのみ説明する。
図8は本発明の第1の実施の形態におけるリンク機構の屈伸動作を説明する模式図、図9は本発明の第1の実施の形態における車両の旋回制御処理の動作を示すフローチャートである。なお、図8において、(a)はリンク機構が中立位置にある状態、(b)はリンク機構が屈伸している状態を示している。
図8(a)に示されるように、リンク機構30が中立位置にある場合、左右の車輪12L及び12Rのキャンバー角は0度である。また、連結リンク40の傾斜角も0度である。そして、前側アクチュエータ装置53Fが伸長駆動されると、図8(b)に示されるように、リンク機構30が屈伸され、左右の車輪12L及び12Rに所定のキャンバー角θR及びθLが付与されるとともに、連結リンク40に所定の傾斜角θが付与される。
なお、本実施の形態においては、リンク機構30が平行リンク機構として構成されているので、キャンバー角θR及びθL並びに傾斜角θはすべて同一の値となる。また、前側アクチュエータ装置53Fが伸長駆動(収縮駆動)される場合には、後側アクチュエータ装置53Bは収縮駆動(伸長駆動)されるが、ここでは、説明の都合上、後側アクチュエータ装置53Bについての説明を省略する。
そして、旋回制御処理が開始されると、CPU71は、まず、乗員Pによる旋回指示があるか否か、すなわち、ジョイスティック装置51の操作レバーが左右方向に操作されているか否かを判断する(ステップS1)。
なお、旋回制御処理は、制御装置70の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2〔ms〕間隔で)実行される処理であり、旋回時において、左右の車輪12L及び12Rに旋回内側へのキャンバー角を付与するとともに、搭乗部11を旋回内側へ傾斜させて、旋回内輪側に重心を移動させることで、旋回性能の向上と乗員Pの快適性の確保とを図る処理である。
そして、旋回指示があるか否かを判断して、旋回指示がない場合、すなわち、ジョイスティック装置51の操作レバーが左右方向に操作されていない場合、乗員Pが旋回指示を行っていないということであるので、CPU71は旋回制御処理を終了する。
一方、旋回指示があるか否かを判断して、旋回指示がある場合、すなわち、ジョイスティック装置51の操作レバーが左右方向に操作されている場合、CPU71は車速を検出し(ステップS2)、続いて、旋回指示量を検出する(ステップS3)。なお、車速は図示されない車速センサの検出信号に基づいて検出され、旋回指示量は左右センサ51bの検出信号に基づいて検出される。
続いて、CPU71は、検出した旋回指示量に基づいて、モータの差動量、すなわち、右側回転駆動装置52Rと左側回転駆動装置52Lとの差動量を算出する(ステップS4)。この場合、旋回指示量に対応する旋回半径で車両10が旋回することができるように、左の車輪12Lと右の車輪12Rとの旋回半径の差に対応する右側回転駆動装置52Rと左側回転駆動装置52Lとの差動量を算出する。
続いて、CPU71は、検出した車速及び旋回指示量に対応する旋回半径で車両10を旋回させた際に発生する横加速度、すなわち、遠心力を算出し、該遠心力と釣り合う車体の傾斜角として、搭乗部11の傾斜角θ、又は、左右の車輪12L及び12Rのキャンバー角θL及びθRを算出する(ステップS5)。
続いて、CPU71は、算出した傾斜角が許容範囲内の値であるか否かを判断する(ステップS6)。そして、算出した傾斜角が許容範囲内である場合、CPU71は、算出した差動量に基づいて、モータの回転数を制御する(ステップS8)。すなわち、右側回転駆動装置52R及び左側回転駆動装置52Lの駆動制御を行い、前記右側回転駆動装置52R及び左側回転駆動装置52Lの回転数を制御する。
また、算出した傾斜角が許容範囲内でない場合、例えば、算出した傾斜角が、車体の転倒を招く傾斜角である場合、アクチュエータ装置53によってリンク機構30を屈伸させることができる限界傾斜角、すなわち、構造上動作可能な傾斜角を超えている場合等には、CPU71は、車体の傾斜角を再度算出した後(ステップS7)、算出した差動量に基づいて、モータの回転数を制御する。この場合、車体の転倒を招かず、かつ、構造上動作可能な傾斜角であって、既に算出された傾斜角に最も近い値を、再算出値としての車体の傾斜角に採用する。
続いて、CPU71は、算出した車両10の傾斜角に基づいて、アクチュエータ装置53を駆動制御して、すなわち、アクチュエータ装置53の伸縮量の制御を行い(ステップS9)、旋回制御処理を終了する。
このように、本実施の形態においては、リンク機構30を屈伸させ、左右の車輪12L及び12Rを共に旋回内側へ傾斜させることができるので、横力によるキャンバースラストを発生させ、旋回力の向上を図ることができる。
また、リンク機構30の屈伸に伴って、搭乗部11に連結される連結リンク40を、左右の車輪12L及び12Rの傾斜と同時に、前記左右の車輪12L及び12Rと同方向へ傾斜させることができるので、旋回時に、搭乗部11を旋回内側へ傾斜させ、車両10の重心位置を旋回内輪側、すなわち、車両10の重心位置を旋回内輪(図8(b)に示される例における左の車輪12L)の上方へ移動させることができるので、その分、車両重量のより多くを旋回内輪に作用させ、該旋回内輪の接地荷重を増加させることができる。
その結果、遠心力に対する対抗力を増加させることができるので、旋回内輪の浮き上がりを防止するとともに、旋回外輪と旋回内輪との接地荷重比を均一化して、旋回性能の向上を図ることができる。
また、旋回時に搭乗部11を旋回内輪側へ傾斜させることができるので、搭乗部11の傾斜によって、座面部11a1上の乗員Pを横方向へ滑動させる力成分の減少を図るとともに、その分、乗員Pの尻部を座面部11a1に押し付ける方向の力成分を増加させることができる。つまり、乗員Pの尻部を座面部11a1に押し付ける力として横加速度である遠心力を作用させることができるので、その分、乗員Pに遠心力を体感させにくくすることができる。
このように、旋回時の遠心力による乗員Pの負担や不快感を軽減することができ、直進走行時と同様の姿勢のままで旋回を行うことができるので、乗員Pの快適性及び操作性の向上を図ることができる。
また、旋回時に旋回内輪の浮き上がりを防止するべく、乗員P自身が旋回内輪側へ姿勢を傾けて、又は、体重を移動させて、遠心力に対抗する必要がないので、高度な運転技術がなくても、車両10を安定して走行させることができ、直進時と同様の姿勢のままで運転操作を行うことができる。その結果、乗員Pの操作負担の軽減と快適性の向上とを図ることができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
図10は本発明の第2の実施の形態における車両の概略の構成を示す正面図、図11は本発明の第2の実施の形態における車両の制御システムの構成を示すブロック図である。
前記第1の実施の形態においては、車両10が直進して走行するような通常の状態では、図8(a)に示されるように、車体を直立した姿勢に維持するが、車両10が旋回して走行する場合には、図8(b)に示されるように、アクチュエータ装置53を駆動させてリンク機構30を作動させ、車体を旋回内輪側へ傾斜させるようになっている。したがって、旋回時であっても、車両10は安定して走行することができる。
しかし、車体を傾斜させるだけなので、十分に高い旋回性能を発揮することができなかった。また、車体の傾斜があまり大きくなると、乗員Pが不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがあり得る。
そこで、本実施の形態においては、搭乗部11を車体と別個に傾斜させることができるようになっている。そして、旋回する際に目標の旋回速度に到達していないときには、搭乗部11を傾斜させることによって旋回性能を向上させる。また、搭乗部11の傾斜角を所定の閾値の範囲内に維持することによって、搭乗部11の傾斜が大きくなり過ぎず、乗員Pが不快に感じたり、不安を抱いたりすることがないようにする。
具体的には、図10に示されるように、車両10は、車体を傾斜させるためのリンク機構30を有する。該リンク機構30は、前記第1の実施の形態と同様に、両端が左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rに軸支された上部リンク31及び下部リンク32を有する。なお、図10おいて、○は各部材を回転可能に軸支する支持軸80を示している。
また、車両10は、アクチュエータ装置53として、リンク機構30を屈伸させて車体を傾斜させるための下側アクチュエータ装置である車体用アクチュエータ装置53Dを有する。
該車体用アクチュエータ装置53Dは、前記第1の実施の形態におけるアクチュエータ装置53と同様の構造を有するものであり、伸縮式の電動アクチュエータ装置であって、外周面に螺旋状の雄ねじが形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の雌ねじが形成され、前記ねじ軸に螺合するナットとから成るすべりねじ伝動装置を備えるものである。また、前記車体用アクチュエータ装置53Dは、前側アクチュエータ装置53F及び後側アクチュエータ装置53Bを含むものであってもよいし、前側アクチュエータ装置53F又は後側アクチュエータ装置53Bのいずれか一方のみを含むものであってもよい。
前記リンク機構30は、車体用アクチュエータ装置53Dが伸縮することによって屈伸し、左側回転駆動装置52L及び右側回転駆動装置52Rが左右の車輪12L及び12Rとともに傾斜する。これにより、車体を旋回内輪側へ傾斜させることができる。
また、上部リンク31及び下部リンク32の中央には、搭乗部11を支持する連結リンク40の連結部材41が軸支されている。該連結部材41は、車体用アクチュエータ装置53Dを伸縮させてリンク機構30を屈伸させると、傾斜する。
そして、前記連結部材41の上端には、搭乗部11を傾斜させるための上側アクチュエータ装置として、回転式の電動アクチュエータ装置である搭乗部用アクチュエータ装置53Uが取り付けられている。該搭乗部用アクチュエータ装置53Uは、固定子としての円筒状のボディと、該ボディに回転可能に取り付けられた回転子としての回転軸とを備えるものであり、ボディ又は回転軸の一方が前記連結部材41の上端に固定され、ボディ又は回転軸の他方が搭乗部11を支持する乗員支持部材42に固定されている。そして、搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動して回転軸をボディに対して回転させると、連結部材41に対して乗員支持部材42が回転し、車体に対して搭乗部11を傾斜させる。
また、本実施の形態における車両10は、図11に示されるような制御システムを有する。制御装置70は、コンピュータシステムとしての車体基本制御システム70aを備え、ジョイスティック装置51、回転駆動装置52、アクチュエータ装置53及び他の入出力装置54に接続されている。本実施の形態において、他の入出力装置54は、車輪12の回転速度を検出する車輪回転計56、車体の傾斜角度を検出する車体傾斜角度計57D、及び、搭乗部14の傾斜角度を検出する搭乗部傾斜角度計57Uを含んでいる。
そして、前記制御装置70は、車両10が旋回する際には、車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動し、車体及び搭乗部11の傾斜角度が旋回速度に応じた適切な値となり、かつ、搭乗部11の傾斜角度が所定の閾値の範囲内に維持されるように制御する。
図10に示される例において、車体傾斜角度計57Dは、右側回転駆動装置52Rに取り付けられているが、車体の傾斜を検出可能な部位であればいかなる部位に取り付けられていてもよく、例えば、左側回転駆動装置52Lに取り付けられていてもよい。また、搭乗部傾斜角度計57Uは、乗員支持部材42に取り付けられているが、搭乗部11の傾斜を検出可能な部位であればいかなる部位に取り付けられていてもよく、例えば、搭乗部11等に取り付けられていてもよい。
なお、車両10及びその制御システムにおけるその他の点の構成については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
次に、本実施の形態における車両10の姿勢変化の概略について説明する。
図12は本発明の第2の実施の形態における車両の姿勢を説明する図である。図において、(a)は車体が直立した状態を示す図、(b)は車体用アクチュエータ装置のみを駆動させた状態を示す図、(c)は車体用アクチュエータ装置及び搭乗部用アクチュエータ装置を駆動させた状態を示す第1の図、(d)は車体用アクチュエータ装置及び搭乗部用アクチュエータ装置を駆動させた状態を示す第2の図である。
まず、車両10が直進している場合のように、車両10を左右に傾斜させる必要のない場合には、図12(a)に示されるように、車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uは、駆動されないようになっている。そのため、車体用アクチュエータ装置53Dは伸縮せず、リンク機構30は屈伸しないので、車体は直立し、その傾斜角、すなわち、垂線αに対する角度はゼロとなっている。同様に、搭乗部用アクチュエータ装置53Uは回転しないので、搭乗部11は直立し、その傾斜角はゼロとなっている。
また、車両10が旋回して走行する場合には、図12(b)〜(d)に示されるように、アクチュエータ装置53を駆動させ、車体を旋回内輪側へ傾斜させるようになっている。図12(b)〜(d)には、左方向へ旋回するために車体を左に傾斜させた例が示されている。
まず、図12(b)に示される例では、車体用アクチュエータ装置53Dは駆動されて伸長しているのに対し、搭乗部用アクチュエータ装置53Uは駆動されず回転していない。この場合、車体の中心線β及び搭乗部11の中心線γは、ともに垂線αに対して左側に傾斜し、かつ、一致している。すなわち、車体の傾斜角θ1 と搭乗部11の傾斜角θ2 とは同一になっている。
また、図12(c)には、左方向へ旋回中に搭乗部11を更に左に傾斜させた例が示され、車体用アクチュエータ装置53Dは駆動されて伸長し、搭乗部用アクチュエータ装置53Uは駆動されて左方向に回転している。この場合、車体の中心線β及び搭乗部11の中心線γは、ともに垂線αに対して左側に傾斜しているが、車体の中心線βよりも搭乗部11の中心線γの方が、垂線αから遠く、より大きく傾斜した状態になっている。すなわち、車体の傾斜角θ1 よりも搭乗部11の傾斜角θ2 の方が大きくなっている。
さらに、図12(d)には、左方向へ旋回中に搭乗部11を右に傾斜させた例が示され、車体用アクチュエータ装置53Dは駆動されて伸長し、搭乗部用アクチュエータ装置53Uは駆動されて右方向に回転している。したがって、車体の中心線β及び搭乗部11の中心線γは、ともに垂線αに対して左側に傾斜しているが、車体の中心線βよりも搭乗部11の中心線γの方が、垂線αに近く、起き上がった状態になっている。すなわち、車体の傾斜角θ1 より搭乗部11の傾斜角θ2 の方が小さくなっている。
次に、本実施の形態における車両10の動作について説明する。ここでは、旋回中に搭乗部11の傾斜角θ2 を制御する動作についてのみ説明し、その他の点の動作については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
図13は本発明の第2の実施の形態における車体及び搭乗部の傾斜角と限界傾斜角及び閾値との関係を示す図、図14は本発明の第2の実施の形態における車体及び搭乗部の傾斜角の変化を示す図、図15は本発明の第2の実施の形態における旋回中の動作を示すフローチャートである。
まず、車両10が旋回を開始すると、車体傾斜角度計57D及び搭乗部傾斜角度計57Uは、車体の傾斜角θ1 及び搭乗部11の傾斜角θ2 を検出する(ステップS11)。なお、図13には、車両10が左旋回をし、車体及び搭乗部11が左方向に傾斜する例が示されている。
図13において、線δは車体の限界傾斜角θ4 に対応し、線εは搭乗部11の傾斜角θ2 の閾値θ3 に対応する。該閾値θ3 は、あらかじめ設定された所定値であり、乗員Pが不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがないような搭乗部11の傾斜角θ2 の最大値である。なお、前記閾値θ3 の絶対値は、例えば、20度であるが、車両10の寸法、構造、性能等に応じて任意の値に設定することができる。
本実施の形態においては、原則として、車体の傾斜角θ1 が限界傾斜角θ4 を超えず、かつ、搭乗部11の傾斜角θ2 が閾値θ3 を超えないように制御する、すなわち、車体の傾斜角θ1 の絶対値が限界傾斜角θ4 の絶対値以下であり、かつ、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるように制御するものとする。なお、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値未満である場合には、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように制御する。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体傾斜角度計57D及び搭乗部傾斜角度計57Uから車体の傾斜角θ1 及び搭乗部11の傾斜角θ2 を取得すると、車体の傾斜角θ1 の絶対値と閾値θ3 の絶対値との比較を行い、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より小さいか、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きいか、又は、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値と同一かを判断する(ステップS12)。なお、図14には、車両10の傾斜と閾値θ3 及び限界傾斜角θ4 との大小関係が模式的に示されている。
図14において、線Y1〜Y3は、第1〜第3の傾斜状態における車両10の中心線を示す図であり、車両10の中心線を統合的に説明する場合には、線Yとして説明する。そして、線Y上における◆は搭乗部用アクチュエータ装置53Uの位置を示しているので、線Yにおいて、◆より下の部分は車体の中心線βを示し、◆より上の部分は搭乗部11の中心線γを示している。また、線Y1及びY2上における二本線及び三本線は、各傾斜状態において、中心線βの傾斜角と中心線γの傾斜角とが等しいこと、すなわち、車体の傾斜角θ1 と搭乗部11の傾斜角θ2 とが等しいことを示している。さらに、線Y3及び線ε上における△は、第3の傾斜状態において中心線γの傾斜角と線εの傾斜角とが等しいこと、すなわち、搭乗部11の傾斜角θ2 と閾値θ3 とが等しいことを示している。
なお、図14において、範囲(1)は、左右の線εの間の範囲であり、傾斜角の絶対値が閾値θ3 の絶対値未満の範囲である。また、範囲(2)は、右旋回に対応する線δと線εとの間の範囲であり、右側傾斜における傾斜角の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きく限界傾斜角θ4 の絶対値未満の範囲である。さらに、範囲(3)は、左旋回に対応する線δと線εとの間の範囲であり、左側傾斜における傾斜角の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きく限界傾斜角θ4 の絶対値未満の範囲である。例えば、線Y1は、範囲(1)内に存在するので、第1の傾斜状態における車体の傾斜角θ1 及び搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値未満であることを示している。また、線Y2は、線εと重なっているので、第1の傾斜状態における車体の傾斜角θ1 及び搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値と等しいことを示している。さらに、線Y3は、範囲(2)内に存在するので、第1の傾斜状態における車体の傾斜角θ1 及び搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きく、かつ、限界傾斜角θ4 の絶対値未満であることを示している。
そして、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値未満である場合には、車体基本制御システム70aは、処理Aを実行して(ステップS13)、車両10の旋回制御処理を続行する。また、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きい場合には、車体基本制御システム70aは、処理Bを実行して(ステップS14)、車両10の旋回制御処理を続行する。さらに、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値と等しい場合には、車体基本制御システム70aは、処理Cを実行して(ステップS15)、車両10の旋回制御処理を続行する。
次に、前記処理A〜Cについて説明する。まず、処理Aについて説明する。
図16は本発明の第2の実施の形態における処理Aによる車体及び搭乗部の傾斜角の変化を示す図、図17は本発明の第2の実施の形態における処理Aの動作を示すフローチャートである。なお、図16において、(a)は旋回開始時の傾斜方向と反対方向に傾斜させる場合を示し、(b)は旋回開始時の傾斜方向と同じ方向に傾斜させる場合を示している。
処理Aは、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値未満である場合に実行される処理であるから、旋回開始時の車体の傾斜角θ1 が範囲(1)内にある。また、通常は、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように制御される。したがって、処理Aは、旋回開始時における車両10の中心線の傾斜が、図16(a)及び(b)における線Y0で示される場合の処理である。なお、線Y0は、旋回開始時の車両10の中心線を示す線である。
まず、車体基本制御システム70aは、ジョイスティックから目標旋回速度を算出する(ステップSA−1)。具体的には、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回指示量に基づいて目標旋回速度を算出する。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体のアクチュエータで目標旋回速度に達しているか否か、すなわち、車体用アクチュエータ装置53Dを駆動して車体10を傾斜させることによって旋回速度が目標旋回速度に到達したか否かを判断する(ステップSA−2)。
そして、旋回速度が目標旋回速度に到達している場合には、車体基本制御システム70aは、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して(ステップSA−3)、車両10の旋回制御処理を続行する。
また、旋回速度が目標旋回速度に到達していない場合には、車体基本制御システム70aは、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下となるように搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御する(ステップSA−4)。
続いて、車体傾斜角度計57Dは、車体の傾斜角θ1 を検出する(ステップSA−5)。これは、旋回の途中であっても、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回指示量が変化することに応じて車体の傾斜角θ1 が変化し得るからである。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体傾斜角度計57Dから車体の傾斜角θ1 を取得すると、該車体の傾斜角θ1 が閾値θ3 を超えていないか否か、すなわち、傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断する(ステップSA−6)。そして、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下である場合には、車体基本制御システム70aは、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して(ステップSA−3)、車両10の旋回制御処理を続行する。
ここで、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下である場合とは、例えば、車両10の中心線の傾斜が図16(a)及び(b)における線Y1で示されるような場合である。すなわち、車体の中心線βが範囲(1)内に存在する場合である。
なお、図16(a)は、旋回開始時の旋回方向が左であったのに、その後、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回方向が右に変更された場合を示している。そのため、車両10の傾斜方向が旋回開始時と反対になっている。また、図16(b)は、旋回開始時の旋回方向が左であって、その後、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回方向も左である場合を示している。そのため、車両10の傾斜方向は旋回開始時と同一である。
また、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断して車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下でない場合、すなわち、傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きい場合、車体基本制御システム70aは、処理Dを実行して(ステップSA−7)、車両10の旋回制御処理を続行する。
ここで、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きい場合とは、例えば、車両10の中心線の傾斜が図16(a)及び(b)における線Y2で示されるような場合である。すなわち、車体の中心線βが範囲(2)及び(3)内に存在する場合である。
次に、前記処理Dについて説明する。
図18は本発明の第2の実施の形態における処理Dの動作を示すフローチャートである。
まず、車体基本制御システム70aは、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値と等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御する(ステップSD−1)。この場合、搭乗部11の傾斜角θ2 を減少させるとその分だけ車両10の旋回性能が低下するので、旋回性能の低下を補償するように車体の傾斜角θ1 を増加させることが望ましい。
続いて、車体傾斜角度計57Dは、車体の傾斜角θ1 を検出する(ステップSD−2)。これは、旋回の途中であっても、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回指示量が変化することに応じて車体の傾斜角θ1 が変化し得るからである。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体傾斜角度計57Dから車体の傾斜角θ1 を取得すると、該車体の傾斜角θ1 が閾値θ3 を超えていないか否か、すなわち、傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断する(ステップSD−3)。そして、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下である場合には、車体基本制御システム70aは、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して(ステップSD−4)、車両10の旋回制御処理を続行する。
また、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断して車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下でない場合、すなわち、傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きい場合、車体基本制御システム70aは、再度、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値と等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御する(ステップSD−1)。
このように、旋回開始時の車体の傾斜角θ1 が範囲(1)内にある場合、旋回中に車体の傾斜角θ1 に加えて搭乗部11の傾斜角θ2 を制御することによって、図16(a)及び(b)に示されるように、車両10の中心線の傾斜が線Y0から線Y1又はY2に変化するので、旋回性能を向上させることができる。
次に、処理Bについて説明する。
図19は本発明の第2の実施の形態における処理Bによる車体及び搭乗部の傾斜角の変化を示す図、図20は本発明の第2の実施の形態における処理Bの動作を示すフローチャートである。なお、図19において、(a)は旋回開始時の傾斜方向と同じ方向に傾斜させる場合を示し、(b)は旋回開始時の傾斜方向と反対方向に傾斜させる場合を示している。
処理Bは、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きい場合に実行される処理であるから、旋回開始時の車体の傾斜角θ1 が範囲(2)又は(3)内にある。また、搭乗部11の傾斜角θ2 が閾値θ3 を超えないように制御される。したがって、処理Bは、旋回開始時における車両10の中心線の傾斜が、図19(a)及び(b)における線Y0で示される場合の処理である。なお、図19(a)は、旋回開始時の旋回方向が右であって、その後、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回方向も右である場合を示している。また、図19(b)は、旋回開始時の旋回方向が右であったのに、その後、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回方向が左に変更された場合を示している。
まず、車体基本制御システム70aは、ジョイスティックから目標旋回速度を算出する(ステップSB−1)。具体的には、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回指示量に基づいて目標旋回速度を算出する。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体のアクチュエータで目標旋回速度に達しているか否か、すなわち、車体用アクチュエータ装置53Dを駆動して車体10を傾斜させることによって旋回速度が目標旋回速度に到達したか否かを判断する(ステップSB−2)。
そして、旋回速度が目標旋回速度に到達している場合には、車体基本制御システム70aは、処理Dを実行して(ステップSB−3)、車両10の旋回制御処理を続行する。
また、旋回速度が目標旋回速度に到達していない場合には、車体基本制御システム70aは、旋回性能向上のために搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御することができるか否かを判断する(ステップSB−4)。
図19(a)に示される例では、旋回開始時において既に線Y0のうちの線γが線εと平行になっている、すなわち、搭乗部11の傾斜角θ2 が閾値θ3 と等しくなっているのであるから、車両10の中心線の傾斜を線Y0から線Y1に変化させても、搭乗部11をこれ以上右方向へ傾斜させることができない。つまり、搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御しても、搭乗部11をこれ以上右方向へ傾斜させることができないのであるから、旋回性能を向上させることができない。
そして、図19(a)に示されるように、旋回性能向上のために搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御することができない場合、車体基本制御システム70aは、処理Dを実行して(ステップSB−5)、車両10の旋回制御処理を続行する。
これに対し、図19(b)に示される例では、旋回開始時においては、図19(a)に示される例と同様に、搭乗部11の傾斜角θ2 が閾値θ3 と等しくなっているが、車両10の中心線の傾斜を線Y0から反対方向に傾斜させて線Y1又はY2に変化させるのであるから、搭乗部11を反対方向、すなわち、左方向へ傾斜させることができる。つまり、搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して、搭乗部11を左方向へ傾斜させることができるのであるから、旋回性能を向上させることができる。
そして、図19(b)に示されるように、旋回性能向上のために搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御することができる場合、車体基本制御システム70aは、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下となるように搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御する(ステップSB−6)。
続いて、車体傾斜角度計57Dは、車体の傾斜角θ1 を検出する(ステップSB−7)。これは、旋回の途中であっても、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回指示量が変化することに応じて車体の傾斜角θ1 が変化し得るからである。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体傾斜角度計57Dから車体の傾斜角θ1 を取得すると、該車体の傾斜角θ1 が閾値θ3 を超えていないか否か、すなわち、傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断する(ステップSB−8)。そして、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下である場合には、車体基本制御システム70aは、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して(ステップSB−9)、車両10の旋回制御処理を続行する。
ここで、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下である場合とは、例えば、車両10の中心線の傾斜が図19(b)における線Y1で示されるような場合である。すなわち、車体の中心線βが範囲(1)内に存在する場合である。
また、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断して車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下でない場合、すなわち、傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きい場合、車体基本制御システム70aは、処理Dを実行して(ステップSB−5)、車両10の旋回制御処理を続行する。
このように、旋回開始時の車体の傾斜角θ1 が範囲(2)又は(3)内にある場合、旋回方向が旋回開始時の旋回方向と反対方向に変更されたときは、旋回中に車体の傾斜角θ1 に加えて搭乗部11の傾斜角θ2 を制御することによって、図19(b)に示されるように、車両10の中心線の傾斜が線Y0から線Y1又はY2に変化するので、旋回性能を向上させることができる。
次に、処理Cについて説明する。
図21は本発明の第2の実施の形態における処理Cによる車体及び搭乗部の傾斜角の変化を示す図、図22は本発明の第2の実施の形態における処理Cの動作を示すフローチャートである。なお、図21において、(a)は旋回開始時の傾斜方向と反対方向に傾斜させる場合を示し、(b)は旋回開始時の傾斜方向と同じ方向に傾斜させる場合を示している。
処理Cは、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値と等しい場合に実行される処理であるから、旋回開始時の車体の傾斜角θ1 が線ε上にある。したがって、処理Cは、旋回開始時における車両10の中心線の傾斜が、図21(a)及び(b)における線Y0で示される場合の処理である。なお、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値を超えない場合には車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように制御するので、線Y0における中心線βの傾斜角と中心線γの傾斜角とは等しい。
図21(a)は、旋回開始時の旋回方向が左であったのに、その後、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回方向が右に変更された場合を示し、図21(b)は、旋回開始時の旋回方向が左であって、その後、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回方向も左である場合を示している。
まず、車体基本制御システム70aは、ジョイスティックから目標旋回速度を算出する(ステップSC−1)。具体的には、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回指示量に基づいて目標旋回速度を算出する。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体のアクチュエータで目標旋回速度に達しているか否か、すなわち、車体用アクチュエータ装置53Dを駆動して車体10を傾斜させることによって旋回速度が目標旋回速度に到達したか否かを判断する(ステップSC−2)。
そして、旋回速度が目標旋回速度に到達している場合には、車体基本制御システム70aは、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して(ステップSC−3)、車両10の旋回制御処理を続行する。
また、旋回速度が目標旋回速度に到達していない場合には、車体基本制御システム70aは、旋回性能向上のために搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御することができるか否かを判断する(ステップSC−4)。
図21(b)に示される例では、旋回開始時において既に線Y0のうちの線γが線ε上にある、すなわち、搭乗部11の傾斜角θ2 が閾値θ3 と等しくなっているのであるから、車両10の中心線の傾斜を線Y0から線Y1に変化させても、搭乗部11をこれ以上左方向へ傾斜させることができない。つまり、搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御しても、搭乗部11をこれ以上左方向へ傾斜させることができないのであるから、旋回性能を向上させることができない。
そして、図21(b)に示されるように、旋回性能向上のために搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御することができない場合、車体基本制御システム70aは、処理Dを実行して(ステップSC−5)、車両10の旋回制御処理を続行する。
これに対し、図21(a)に示される例では、旋回開始時においては、図21(b)に示される例と同様に、搭乗部11の傾斜角θ2 が閾値θ3 と等しくなっているが、車両10の中心線の傾斜を線Y0から反対方向に傾斜させて線Y1又はY2に変化させるのであるから、搭乗部11を反対方向、すなわち、右方向へ傾斜させることができる。つまり、搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して、搭乗部11を右方向へ傾斜させることができるのであるから、旋回性能を向上させることができる。
そして、図21(a)に示されるように、旋回性能向上のために搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御することができる場合、車体基本制御システム70aは、搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下となるように搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御する(ステップSC−6)。
続いて、車体傾斜角度計57Dは、車体の傾斜角θ1 を検出する(ステップSC−7)。これは、旋回の途中であっても、乗員Pがジョイスティック装置51の操作レバーを操作して入力した旋回指示量が変化することに応じて車体の傾斜角θ1 が変化し得るからである。
続いて、車体基本制御システム70aは、車体傾斜角度計57Dから車体の傾斜角θ1 を取得すると、該車体の傾斜角θ1 が閾値θ3 を超えていないか否か、すなわち、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断する(ステップSC−8)。そして、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下である場合には、車体基本制御システム70aは、車体の傾斜角θ1 の絶対値と搭乗部11の傾斜角θ2 の絶対値とが等しくなるように車体用アクチュエータ装置53D及び搭乗部用アクチュエータ装置53Uを駆動制御して(ステップSC−3)、車両10の旋回制御処理を続行する。
ここで、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下である場合とは、例えば、車両10の中心線の傾斜が図21(a)における線Y1で示されるような場合である。すなわち、車体の中心線βが範囲(1)内に存在する場合である。
また、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下であるか否かを判断して車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値以下でない場合、すなわち、車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値より大きい場合、車体基本制御システム70aは、処理Dを実行して(ステップSC−5)、車両10の旋回制御処理を続行する。
このように、旋回開始時の車体の傾斜角θ1 の絶対値が閾値θ3 の絶対値と等しい場合、旋回方向が旋回開始時の旋回方向と反対方向に変更されたときは、旋回中に車体の傾斜角θ1 に加えて搭乗部11の傾斜角θ2 を制御することによって、図21(a)に示されるように、車両10の中心線の傾斜が線Y0から線Y1又はY2に変化するので、旋回性能を向上させることができる。
このように、本実施の形態においては、搭乗部11を車体と別個に傾斜させるようになっている。そして、旋回速度が目標旋回速度に到達していないときに搭乗部11の傾斜角θ2 を変化させる。これにより、旋回性能を向上させて旋回速度を高めることができる。
具体的には、旋回開始時の車体の傾斜状態に応じて搭乗部11の傾斜角θ2 を変化させる。まず、車体の傾斜角θ1 が閾値θ3 を超えていない場合、旋回速度が目標旋回速度に到達していないときには搭乗部11を旋回方向に更に傾斜させる。また、車体の傾斜角θ1 が閾値θ3 を超えていない場合、旋回方向が旋回開始時と反対方向に変化したときであって、旋回速度が目標旋回速度に到達していないときには搭乗部11を反対方向に傾斜させる。さらに、車体の傾斜角θ1 が閾値θ3 を超えている場合、旋回方向が旋回開始時と反対方向に変化したときであって、旋回速度が目標旋回速度に到達していないときには搭乗部11を反対方向に傾斜させる。
なお、旋回時に乗員Pに不快感を与えないように搭乗部11の傾斜角θ2 に閾値θ3 を設定したので、旋回状況によっては旋回性能が向上しない場合があった。しかし、前記閾値θ3 を設定しないことにより、いかなる旋回状況においても旋回性能を向上させることができる。
また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。