JP2011042199A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車体傾斜機構の制御をあらかじめ選択されたモードに切り替えて、旋回性能を向上させることができるとともに、乗員の不安を除去することができ、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができるようにする。
【解決手段】連結部を介して互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、傾斜用アクチュエータ装置を制御して車体の傾斜を制御する制御装置とを有する車両であって、制御装置は、車速が所定の閾値未満である場合、操舵部及び駆動部を車速と要求旋回量とに応じて決定された傾斜角度になるように旋回方向に傾斜させ、車速が閾値以上である場合、駆動部が操舵部とともに旋回方向に傾斜する第１走行モード、又は、駆動部が傾斜せずに操舵部のみが旋回方向に傾斜する第２走行モードを選択的に実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも左右一対の車輪と、左右一対の車輪を支持するリンク機構とを備える車両に関するものである。

特に、旋回性能を向上して、安定した旋回を行うことができるとともに、乗員の負担を軽減して、快適性を確保することができる車両に関するものである。

近年、エネルギ資源の枯渇問題に鑑み、車両の省燃費化が強く要求されている。その一方で、車両の低価格化等から、車両の保有者が増大し、１人が１台の車両を保有する傾向にある。そのため、例えば、４人乗り車両を運転者１人のみが運転することで、エネルギが無駄に消費されるという問題点があった。車両の小型化による省燃費化としては、車両を１人乗りの三輪車又は四輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。

しかし、走行状態によっては、車両の安定性が低下してしまうことがある。そこで、車体を横方向に傾斜させることによって、旋回時の車両の安定性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１５５６７１号公報

しかしながら、前記従来の車両においては、旋回性能を向上させるために、車体を旋回方向内側に傾斜させることができるようになっているが、車体を傾斜させる操作が困難であり、旋回性能が低いので、乗員が不快に感じたり、不安を抱いたりしてしまうことがある。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、旋回走行時に複数の走行モードのうちの一つを選択的に実行するようにして、車体傾斜機構の制御をあらかじめ選択されたモードに切り替えて、旋回性能を向上させることができるとともに、乗員の不安を除去することができ、乗り心地がよく、安定した走行状態を実現することができる安全性の高い車両を提供することを目的とする。

そのために、本発明の車両においては、連結部を介して互いに連結された操舵（だ）部及び駆動部を備える車体と、前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、車速を検出する車速検出手段と、乗員が要求する前記車体の要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段と、前記駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、該傾斜用アクチュエータ装置を制御して車体の傾斜を制御する制御装置とを有する車両であって、前記制御装置は、車速が所定の閾（しきい）値未満である場合、前記操舵部及び駆動部を前記車速と前記要求旋回量とに応じて決定された傾斜角度になるように旋回方向に傾斜させ、車速が前記閾値以上である場合、前記駆動部が操舵部とともに旋回方向に傾斜する第１走行モード、又は、前記駆動部が傾斜せずに前記操舵部のみが旋回方向に傾斜する第２走行モードを選択的に実行する。

請求項１の構成によれば、旋回走行時の安定性及び乗り心地を向上させることができ、乗員にとって、操縦性及び快適性が向上する。

請求項２及び３の構成によれば、簡単な構成でありながら、容易に、かつ、確実に走行モードを切り替えることができる。

請求項４の構成によれば、幅広い層の乗員が自分に適した走行モードを選択することができる。

本発明の実施の形態における車両の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるリンク機構の構成を示す要部拡大図であり図１におけるＡ−Ａ矢視図である。 本発明の実施の形態における本体部の構成を示す要部拡大図であり図１におけるＢ−Ｂ矢視図である。 本発明の実施の形態における車両の傾斜姿勢を説明する図である。

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は本発明の実施の形態における車両の構成を示す図、図２は本発明の実施の形態におけるリンク機構の構成を示す要部拡大図であり図１におけるＡ−Ａ矢視図、図３は本発明の実施の形態における本体部の構成を示す要部拡大図であり図１におけるＢ−Ｂ矢視図である。なお、図１において、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。

図において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の駆動部としての本体部２０と、乗員が搭乗して操舵する操舵部としての搭乗部１１と、車体の前方において幅方向の中心に配設された前輪である操舵輪としての車輪１２Ｆと、後輪として後方に配設された駆動輪である左側の車輪１２Ｌ及び右側の車輪１２Ｒとを有する。さらに、車体を左右に傾斜させる、すなわち、リーンさせるためのリーン機構、すなわち、車体傾斜機構として、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを支持するリンク機構３０と、該リンク機構３０を作動させるアクチュエータとしての傾斜用アクチュエータ装置２５とを有する。なお、前記車両１０は、前輪が左右２輪であって後輪が１輪の三輪車であってもよいし、前輪及び後輪が左右２輪の四輪車であってもよいが、本実施の形態においては、図に示されるように、前輪が１輪であって後輪が左右２輪の三輪車である場合について説明する。

旋回時には、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面１８に対する角度、すなわち、キャンバー角を変化させるとともに、搭乗部１１及び本体部２０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、図に示される例においては、車輪１２Ｌ及び１２Ｒは路面１８に対して直立している、すなわち、キャンバー角が０度になっている。

前記リンク機構３０は、左側の車輪１２Ｌ及び該車輪１２Ｌに駆動力を付与する電気モータ等から成る左側の回転駆動装置５１Ｌを支持する左側の縦リンクユニット３３Ｌと、右側の車輪１２Ｒ及び該車輪１２Ｒに駆動力を付与する電気モータ等から成る右側の回転駆動装置５１Ｒを支持する右側の縦リンクユニット３３Ｒと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの上端同士を連結する上側の横リンクユニット３１Ｕと、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒの下端同士を連結する下側の横リンクユニット３１Ｄと、本体部２０に上端が固定され、上下に延在する前後の中央縦部材２１Ｆ及び２１Ｂとを有する。また、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒと上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄとは回転可能に連結されている。さらに、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄは、その中央部で前後の中央縦部材２１Ｆ及び２１Ｂと回転可能に連結されている。なお、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒ、左右の回転駆動装置５１Ｌ及び５１Ｒ、左右の縦リンクユニット３３Ｌ及び３３Ｒ、上下の横リンクユニット３１Ｕ及び３１Ｄ、並びに、前後の中央縦部材２１Ｆ及び２１Ｂを統合的に説明する場合には、車輪１２、回転駆動装置５１、縦リンクユニット３３、横リンクユニット３１及び中央縦部材２１として説明する。

そして、駆動用アクチュエータ装置としての前記回転駆動装置５１は、いわゆるインホイールモータであって、固定子としてのボディが縦リンクユニット３３に固定され、前記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が車輪１２の軸に接続され、前記回転軸の回転によって車輪１２を回転させる。なお、前記回転駆動装置５１は、インホイールモータ以外の種類のモータであってもよい。

また、前記傾斜用アクチュエータ装置２５は、電気モータ等を含む回転式の電動アクチュエータであって、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、前記ボディが取付フランジ２２を介して本体部２０に固定され、前記回転軸がリンク機構３０の上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されている。なお、傾斜用アクチュエータ装置２５の回転軸は、本体部２０を傾斜させる傾斜軸として機能し、中央縦部材２１と上側の横リンクユニット３１Ｕとの連結部分の回転軸と同軸になっている。そして、傾斜用アクチュエータ装置２５を駆動して回転軸をボディに対して回転させると、本体部２０及び該本体部２０に固定された中央縦部材２１に対して上側の横リンクユニット３１Ｕが回動し、リンク機構３０が作動する、すなわち、屈伸する。これにより、本体部２０を傾斜させることができる。なお、傾斜用アクチュエータ装置２５は、その回転軸が本体部２０及び中央縦部材２１に固定され、そのボディが上側の横リンクユニット３１Ｕに固定されていてもよい。

さらに、傾斜用アクチュエータ装置２５は、回転軸をボディに対して回転不能に固定する第２ロック機構２６を備える。該第２ロック機構２６は、第２回動制限装置としてのリンク機構作動制限装置として機能し、傾斜用アクチュエータ装置２５の回転軸をそのボディに対して回転不能に固定することによって、本体部２０及び中央縦部材２１に対する上側の横リンクユニット３１Ｕの回動を不能とし、それによってリンク機構３０の作動を制限する（具体的には、不能とする）。

なお、前記第２ロック機構２６は、メカニカルな機構であって、回転軸をボディに対して回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記第２ロック機構２６によって、回転軸をボディに対して所定の角度で回転不能に固定することができる。

前記搭乗部１１は、本体部２０の前端に連結部２４を介して連結される。該連結部２４は、可動連結機構であって、搭乗部１１と本体部２０とを、少なくとも、車体の前後方向に延在する軸を中心に相対的に回転可能に連結する機構である。なお、前記連結部２４は、搭乗部１１と本体部２０とを他の方向に相対的に変位可能に連結する機能をも有していてもよく、例えば、本体部２０を搭乗部１１に対して上下方向及び水平方向（旋回方向）に揺動可能とする機能を有していてもよい。

そして、前記連結部２４は、搭乗部１１と本体部２０とを、車体の前後方向に延在する軸を中心に相対的に回転不能に固定する第１ロック機構２７を備える。該第１ロック機構２７は、第１回動制限装置としての車体作動制限装置として機能し、搭乗部１１と本体部２０とを、車体の前後方向に延在する軸を中心に相対的に回転不能に固定することによって、搭乗部１１が本体部２０に対して左右に傾斜する動作を制限する（具体的には、不能とする）。つまり、第１ロック機構２７が作動せず、搭乗部１１と本体部２０とが相対的に回転可能となっている場合には、搭乗部１１を本体部２０に対して左右に傾斜させることができる。

なお、前記第１ロック機構２７は、メカニカルな機構であって、搭乗部１１と本体部２０とを相対的に回転不能に固定している間には電力を消費しないものであることが望ましい。前記第１ロック機構２７によって、搭乗部１１と本体部２０とを所定の角度で回転不能に固定することができる。

また、前記搭乗部１１は、座席１１ａ、フットレスト１１ｂ、風よけ部１１ｃ及び荷台１１ｄを備える。前記座席１１ａは、車両１０の走行中に乗員が着座するための部位である。また、前記フットレスト１１ｂは、乗員の足部を支持するための部位であり、座席１１ａの前方側（図１（ｂ）における左側）下方に配設される。

そして、座席１１ａの前方には、操縦装置４１が配設されている。該操縦装置４１には、操舵装置としてのハンドルバー４１ａ、速度メータ等のメータ、インジケータ、スイッチ等の操縦に必要な部材が配設されている。乗員は、前記ハンドルバー４１ａ及びその他の部材を操作して、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、乗員が要求する車体の要求旋回量を検出するための手段である操舵装置として、ハンドルバー４１ａに代えて他の装置、例えば、ステアリングホイール、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操舵装置として使用することもできる。また、操縦装置４１は、操舵装置としてのハンドルバー４１ａの操舵量を検出するエンコーダ等の操舵量検出器を備える。本実施形態においては、要求旋回量として操舵装置の操舵量を検出する。

さらに、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されないバッテリ装置が配設されている。該バッテリ装置は、回転駆動装置５１及び傾斜用アクチュエータ装置２５のエネルギ供給源である。また、搭乗部１１の後方若しくは下方又は本体部２０には、図示されない制御装置、インバータ装置等が収納されている。さらに、本体部２０には、加速度センサ等の各種センサを収容したセンサ収容ケース５５が配設されている。

なお、車輪１２Ｆは、図示されないサスペンション装置（懸架装置）を介して搭乗部１１に接続されている。前記サスペンション装置は、例えば、一般的なオートバイ、自転車等において使用されている前輪用のサスペンション装置と同様の装置である。そして、一般的なオートバイ、自転車等の場合と同様に、乗員によるハンドルバー４１ａの操作に応じて操舵輪としての車輪１２Ｆは舵角を変化させ、これにより、車両１０の進行方向が変化する。

また、本実施の形態における車両１０は、図示されない制御装置としての車体制御システムを有する。該車体制御システムは、一種のコンピュータシステムであり、操縦装置４１、回転駆動装置５１、傾斜用アクチュエータ装置２５、第２ロック機構２６、第１ロック機構２７、操舵量検出器等に接続されている。また、前記車体制御システムは、車輪１２の回転速度を検出する図示されない車輪回転計及び車体の傾斜角度を検出する図示されない車体傾斜角度計を含み、車両１０のすべての動作を統括的に制御する。具体的には、車速が所定の閾値未満である場合、搭乗部１１及び本体部２０を車速と要求旋回量とに応じて決定された傾斜角度になるように旋回方向に傾斜させ、車速が閾値以上である場合、本体部２０が搭乗部１１とともに旋回方向に傾斜する第１走行モード、又は、本体部２０が傾斜せずに搭乗部１１のみが旋回方向に傾斜する第２走行モードを選択的に実行する。

次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。

図４は本発明の実施の形態における車両の傾斜姿勢を説明する図である。なお、図において、（ａ）は積極走行モード、（ｂ）は安定走行モードにおける車両を示している。

本実施の形態における車両１０は、直進して走行するような通常の状態では、車体を直立した姿勢に維持する。

一方、旋回して走行する場合には、車両１０は、車体全体を旋回内輪側へ傾斜させるようになっているが、車速、すなわち、走行速度に応じて車体の制御モードが変化する。

まず、走行速度が低速と高速との境界を示す所定の閾値（例えば、８〔ｋｍ／ｈ〕）未満であるとき、すなわち、低速であるときには、制御モードは低速モードとなる。

低速モードでは、車体制御システムは、まず、操舵量に応じて変化する操舵輪の舵角、すなわち、車輪１２Ｆの舵角と、車輪１２Ｆと車輪１２Ｌ及び１２Ｒとの軸距離（ホイールベース）Ｌとに基づいて、旋回半径を算出する。続いて、車体制御システムは、旋回半径、走行速度及び車両１０の質量に基づいて、車両１０の横加速度を計算する。

続いて、車体制御システムは、あらかじめ求められている車両１０の傾斜角度と横加速度との関係に基づいて、車両１０の適切な傾斜角度、すなわち、リーン角を算出する。なお、適切な傾斜角度は、望ましくは、車体の重心に作用する遠心力と重力との合力である接地荷重の作用点が、左側の車輪１２Ｌの路面１８との接地点と右側の車輪１２Ｒの路面１８との接地点との中心に位置するような角度である。

続いて、車体制御システムは、算出した傾斜角度に基づいて、傾斜用アクチュエータ装置２５を駆動制御し、車両１０の傾斜角度を制御する、すなわち、リーン角制御を行う。この場合、第２ロック機構２６は作動しておらず、傾斜用アクチュエータ装置２５の回転軸はそのボディに対して回転可能となっている。また、第１ロック機構２７は作動しており、搭乗部１１と本体部２０とは相対的に回転不能に固定されている。したがって、傾斜用アクチュエータ装置２５を駆動してリンク機構３０を作動させ、本体部２０を旋回内輪側に傾斜させると、搭乗部１１も本体部２０とともに旋回内輪側に傾斜し、これにより、、車体全体が旋回内輪側へ傾斜する。

次に、走行速度が前記閾値以上であるとき、すなわち、中速又は高速であるときには、制御モードは中高速モードなるが、中高速モードは、図４（ａ）に示されるような第１走行モードとしての積極走行モードと、図４（ｂ）に示されるような第２走行モードとしての安定走行モードとを含み、積極走行モード又は安定走行モードのいずれかが選択的に実行される。

積極走行モード及びは安定走行モードは、例えば、操縦装置４１に選択用のスイッチを配設し、乗員が選択することができるようにすることが望ましい。また、積極走行モード又は安定走行モードの選択は、車両１０が走行を開始する前に行われることが望ましいが、走行を開始した後であっても、直進時に行うことができるようにしてもよい。旋回中の選択は、安全上の観点から、不能とすることが望ましい。

なお、積極走行モード又は安定走行モードの選択は、自動的に行われるようにしてもよい。例えば、直進時の走行速度が前記閾値よりも高い第２の閾値（例えば、１５〔ｋｍ／ｈ〕）以上となった場合には積極走行モードが選択され、前記第２の閾値となった場合には安定走行モードが選択されるようにすることができる。

そして、積極走行モードが選択された場合には、第２ロック機構２６を非作動状態として、傾斜用アクチュエータ装置２５の回転軸をそのボディに対して回転可能とし、リンク機構３０が作動して本体部２０が旋回内輪側に傾斜するようにする。また、第１ロック機構２７を作動状態として、搭乗部１１と本体部２０とは相対的に回転不能に固定し、搭乗部１１と本体部２０とが一体的に旋回内輪側に傾斜するようにする。なお、車体制御システムは、傾斜用アクチュエータ装置２５の動作を制御しないこととする。

これにより、中速又は高速で走行中に、乗員は、自分で重心を移動させて車体を旋回内側へ傾斜させ、旋回速度に応じた傾斜角度とすることができるので、乗員の快適性及び操作性の向上を図ることができる。そして、傾斜用アクチュエータ装置２５の回転軸が自由に回転する状態となっていて、リンク機構３０が作動可能であって、図４（ａ）に示されるように、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒをとも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、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒをともに旋回内側へ傾斜させることができるので、最小旋回半径が小さくなるので、小回り性能が向上する。

一方、安定走行モードが選択された場合には、第２ロック機構２６を作動状態として、傾斜用アクチュエータ装置２５の回転軸をそのボディに対して回転不能とし、リンク機構３０を作動不能として、本体部２０が旋回内輪側に傾斜しないようにする。また、第１ロック機構２７を非作動状態として、搭乗部１１と本体部２０とを相対的に回転可能にする。これにより、本体部２０は左右に傾斜不能であるが、搭乗部１１は、本体部２０から独立して、旋回内輪側に傾斜することができる。

これにより、中速又は高速で走行中に、乗員は、自分で重心を移動させて搭乗部１１を旋回内側へ傾斜させ、旋回速度に応じた傾斜角度とすることができるので、乗員の快適性及び操作性の向上を図ることができる。そして、傾斜用アクチュエータ装置２５の回転軸が回転不能となっていて、リンク機構３０が作動不能であって、図４（ｂ）に示されるように、本体部２０が傾斜せず、かつ、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒも傾斜しないので、車体において傾斜させる部分の質量が小さくなり、乗員は、小さな力を発揮するだけで、容易に車体を旋回内側へ傾斜させることができ、操縦性が向上する。

また、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒが傾斜しないので、車両１０の安定性が向上し、安定した状態で旋回することが可能となる。

このように、本実施の形態においては、乗員が自分で重心を移動させて車体を旋回させる場合に、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを旋回内側へ傾斜させる積極走行モードと、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを傾斜させない安定走行モードとを選択して実行することができる。したがって、旋回走行時の安定性及び乗り心地を向上させることができる。また、幅広い層の乗員が自分に適した走行モードを選択することができるので、各乗員にとって、操縦性及び快適性が向上する。

例えば、二輪車のような車体を傾斜させる車両の操縦に習熟している者、比較的運動の得意な者、比較的年齢の低い者等の層に属する乗員にとっては、一般的に、積極走行モードが適していると言える。また、例えば、二輪車のような車体を傾斜させる車両の操縦に不慣れな者、比較的運動の不得手な者、比較的年齢の高い者等の層に属する乗員にとっては、一般的に、安定走行モードが適していると言える。

なお、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。

本発明は、少なくとも左右一対の車輪と、左右一対の車輪を支持するリンク機構とを備える車両に利用することができる。

１０ 車両
１１ 搭乗部
１２Ｆ、１２Ｌ、１２Ｒ 車輪
２０ 本体部
２４ 連結部
２５ 傾斜用アクチュエータ装置
２６ 第２ロック機構
２７ 第１ロック機構

Claims (4)

1. 連結部を介して互いに連結された操舵部及び駆動部を備える車体と、
   前記操舵部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を操舵する操舵輪と、
   前記駆動部に回転可能に取り付けられた車輪であって、前記車体を駆動する駆動輪と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   乗員が要求する前記車体の要求旋回量を検出する要求旋回量検出手段と、
   前記駆動部を旋回方向に傾斜させる傾斜用アクチュエータ装置と、
   該傾斜用アクチュエータ装置を制御して車体の傾斜を制御する制御装置とを有する車両であって、
   前記制御装置は、車速が所定の閾値未満である場合、前記操舵部及び駆動部を前記車速と前記要求旋回量とに応じて決定された傾斜角度になるように旋回方向に傾斜させ、
   車速が前記閾値以上である場合、前記駆動部が操舵部とともに旋回方向に傾斜する第１走行モード、又は、前記駆動部が傾斜せずに前記操舵部のみが旋回方向に傾斜する第２走行モードを選択的に実行することを特徴とする車両。
2. 前記連結部は、前記車体の前後方向に延在する軸を中心とする操舵部と駆動部との相対的な回動を制限する第１回動制限装置を備え、
   前記制御装置は、前記第１回動制限装置を制御し、第１走行モードでは操舵部と駆動部との相対的な回動を制限し、第２走行モードでは操舵部と駆動部との相対的な回動を許容する請求項１に記載の車両。
3. 前記傾斜用アクチュエータ装置は、前記駆動部を傾斜させる傾斜動作軸の回動を制限する第２回動制限装置を備え、
   前記制御装置は、前記第２回動制限装置を制御し、第１走行モードでは前記傾斜動作軸の回動を許容し、第２走行モードでは前記傾斜動作軸の回動を制限する請求項１に記載の車両。
4. 前記制御装置は、前記第１走行モード及び第２走行モードのうちのあらかじめ選択された走行モードを実行する請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。

Images