JP2013522108A - ジャイロ安定化車両 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
本出願は、2010年3月16日に出願された暫定特許出願第61/314,540及び2010年9月2日に出願された米国非暫定特許出願第12/875,041に対して優先権を主張する。
(技術分野)
本発明の実施形態は、輸送用車両に関し、より詳細にはジャイロ安定化車両に関する。
τ=Idisk*ωdisk*ωaxis
フライホイールの回転速度は、車両を安定化させるのに利用可能な有効トルク量において大きな役割を果たす。選択されたフライホイール質量及び幾何形状についての支配方程式における最適の制御可能変数の1つとして、フライホイールの回転速度を制御し、車両の変化する静的負荷及び負荷分布、及びその結果としてジャイロスタビライザの修正能力を補正することができる。
θVehicleは、ラジアン単位で測定した車両の左右方向のチルトである。
VVehicleは、メートル/秒単位で測定した道路走行中の車速である。
ωdiskは、ラジアン/秒単位で測定したフライホイールの回転速度である。
φaxisは、ラジアン単位で測定したフライホイールのチルトである。
ωaxisは、ラジアン/秒単位で測定したフライホイールの傾斜の回転速度である。
θsteeringは、ラジアン単位で測定した操舵入力である。
式:Edisk=−*Idisk*ωdisk 2
により、慣性モーメント及び速度の二乗に相関付けられる。より高密度の材料は、全体としてより小型のパッケージを可能にするが、フライホイールの質量が大きくなるほど、より大きな駆動モータが必要となり、従って、重量及びスペース要件がより大きくなる。
Mx=r*f*Sin(θVehicle)
によって記述され、ここでrは車両の重心の高さであり、fは車両にかかる重力、θVehicleは垂直からの傾き量である。フライホイールの歳差により加わるモーメントは、次式で記述される。
Mx=Idisk*ωdisk*ωaxis*Sin(θdiskaxis)
低速で移動している公称500kgの車両では、重心が地上0.75mで垂直方向から30度傾いた車両により加わるモーメントは1131N−mである。従って、車両を安定に保つために1131N−mの逆トルクが必要であるが、車両を直立状態で移動させるには、過剰な逆トルクが必要となる可能性がある。当該傾き運動を打ち消すためには、ジャイロスタビライザ・フライホイールを歳差運動させることによりモーメントMxを導入することが必要となる可能性がある。複数のフライホイールが利用される場合には、これらのモーメントは加算される。
110 車両フレーム
120 車体
130 車室
170 ステアリングユニット
200、210 第1及び第2の駆動輪
220、230 第1及び第2の駆動輪モータ発電機
260 ジャイロスタビライザ
270a、270b フライホイール
280a、280b フライホイールモータ発電機
Claims (22)
- 装置であって、
フレームと、
前記フレームに結合された前輪及び後輪と、
前記フレームに結合され、各々がフライホイールを含む少なくとも2つのジャイロスコープと、
前記フレームの向き、前記フレームに対する前記前輪の向き、前記フライホイールの向き及び回転速度、並びに前記装置の速度を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサからのデータと、前記装置の速度及び方向のうちの少なくとも1つの変化に対する入力とに少なくとも部分的に基づいて前記フライホイールの少なくとも1つの向き及び回転速度のうちの少なくとも1つを調整する電子制御システムと、
を備える装置。 - 前記装置の方向を変化させる入力が、前記フレームに対する前輪の向きを変化させる入力を含み、前記電子制御システムが、転回中の安定性を維持するために前記フライホイールの少なくとも1つの向き及び回転速度のうちの少なくとも1つを調整する、請求項1に記載の装置。
- 前記電子制御システムは、前記入力が前記装置の速度を増大させる入力を含む場合に前記フライホイールの速度を低下させる、請求項1に記載の装置。
- 前記前輪及び後輪の少なくとも1つの速度を低下させるブレーキシステムを更に備え、前記装置の速度を変化させる入力が、前記ブレーキシステムを作動させる入力を含み、前記電子制御システムが、前記フライホイールの速度を増大させて安定性の影響を高めるようにする、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも2つのジャイロスコープが、前記前輪及び後輪に対して長さ方向で整列されている、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも2つのフライホイールが、互いに対して反対方向で回転及び歳差運動を行う、請求項5に記載の装置。
- 前記少なくとも2つのジャイロスコープが、前記車両のフレームに対する幅方向と前記車両のフレームに対する高さ方向の少なくとも1つで整列される、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも2つのフライホイールが同じサイズのものである、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも2つのフライホイールが各々、カーボンファイバー、Kevlar、鋼鉄、真鍮、鉛、及び劣化ウランのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも2つのジャイロスコープが、ジンバル取付具の第1及び第2のセットそれぞれにより前記フレームに結合される、請求項1に記載の装置。
- システムであって、
プロセッサと、
メモリと、
前記メモリ内に記憶される制御モジュールと、
を備え、前記制御モジュールが、
車両のフレームの向き、前記フレームに対する前記車両の前輪の向き、前記フレームに結合されたジャイロスコープに含まれるフライホイールの向き及び回転速度、並びに前記フレームの速度を示すデータを複数のセンサから受け取り、
前記受け取ったデータに少なくとも部分的に基づいて車両状態を決定し、
前記車両状態に少なくとも部分的に基づいて前記フライホイールの向き及び回転速度のうちの少なくとも1つを調整する、
ように前記プロセッサを介して実行される、システム。 - 前記制御モジュールが更に、
前記車両の速度及び向きの少なくとも1つを変化させる入力を受け取り、
前記車両の速度及び向きの少なくとも1つを変化させる入力に少なくとも部分的に更に基づいて前記フライホイールの向き及び回転速度のうちの少なくとも1つを調整する、
請求項11に記載のシステム。 - 前記制御モジュールが更に、
前記受け取った入力に少なくとも部分的に基づいて目的とする車両状態を判定し、
前記目的とする車両状態に少なくとも部分的に基づいて前記フライホイールの向き及び回転速度のうちの少なくとも1つを調整する、
請求項12に記載のシステム。 - 前記受け取った入力が、前記前輪を転回させるコマンドを含み、前記目的とする車両状態が転回を含み、前記制御モジュールが、転回中の安定性を維持するために前記フライホイールの向き及び回転速度を調整する、請求項13に記載のシステム。
- 前記ジャイロスコープのフライホイールを制御し且つモータモード及び発電機モードで動作するフライホイールモータ発電機制御モジュールを更に備え、前記モータモードが、前記ジャイロスコープに電流を伝達し、前記フライホイールの向き及び回転速度の少なくとも1つを変化させることを含み、前記発電機モードが、前記ジャイロスコープからフライホイールによって発生した電流を伝達することを含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記車両の前輪及び後輪の少なくとも1つを制御し且つモータモード及び発電機モードで動作する駆動輪モータ発電機制御モジュールを更に備え、前記モータモードが、それぞれの車輪の回転速度に対する電流を受け取ることを含み、前記発電機モードが、前記それぞれの車輪によって発生する電流を伝達することを含む、請求項11に記載のシステム。
- システムであって、
車両の駆動輪との間でエネルギーを伝達する駆動輪モータ発電機制御モジュールと、
前記車両のジャイロスタビライザに含まれるフライホイールとの間でエネルギーを伝達するフライホイールモータ発電機と、
バッテリを含むキャパシタバンクと、
電力コントローラと、
を備え、該電力コントローラが、
前記車両の速度を増大させる入力の検出に応答して前記フライホイールモータ発電機から前記キャパシタバンクにエネルギーを伝達し、
前記車両の速度の減少に対する入力の検出に応答して前記駆動輪モータ発電機制御モジュールから前記キャパシタバンクにエネルギーを伝達する、システム。 - 前記電力コントローラが更に、
前記車両の速度を増大させる入力の検出に応答して前記キャパシタバンクから前記駆動輪モータ発電機制御モジュールにエネルギーを伝達し、
前記車両の速度を低下させる入力の検出に応答して前記キャパシタバンクから前記フライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達する、
請求項17に記載のシステム。 - 前記電力コントローラが、
前記車両の速度を増大させる入力の検出に応答して前記キャパシタバンク及びバッテリの少なくとも1つに前記駆動輪モータにより必要としないエネルギーを伝達し、
前記車両の速度を低下させる入力の検出に応答して前記キャパシタバンク及びバッテリの少なくとも1つに前記フライホイールにより必要としないエネルギーを伝達する、
請求項18に記載のシステム。 - 前記車両の速度を低下させる入力が、前記車両のブレーキシステムを作用させる入力を含み、前記ブレーキシステムが、前記駆動輪モータ発電機から伝達可能なエネルギーを生成する、請求項17に記載のシステム。
- 前記電力コントローラが更に、前記車両の速度が前記車両の安定性に影響を及ぼすかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記キャパシタバンクから前記フライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達する、請求項17に記載のシステム。
- 前記電力コントローラが更に、
前記車両の速度を低下させる入力が前記車両の安定性に影響を及ぼすことを決定し、
前記車両の速度を低下させる入力が前記車両の安定性に影響を及ぼすことの決定に応答して前記キャパシタバンクから前記フライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達する、請求項17に記載のシステム。
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