JP4793252B2

JP4793252B2 - 車両

Info

Publication number: JP4793252B2
Application number: JP2006344587A
Authority: JP
Inventors: 隆文三宅; 和宏久野
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP2008160935A

Description

本発明は、一対の車輪によって車体を倒立振子状に支持しつつ走行する車両に関し、特に、乗員が望んだ車体姿勢を維持可能であり、かつ、車体の姿勢に関わらず、車両の前後方向加速度に対する対応範囲を一定にすることができる車両に関する。

近年、一対の車輪によって車体を倒立振子状に支持しつつ走行する車両（以下、「倒立姿勢車両」と称す。）が実用化されつつあり、この倒立姿勢車両における車体の倒立姿勢制御に関する種々の技術が提案されている。

例えば、次の特許文献１には、車体（乗員が乗車する筐体）の傾斜量に応じてバランサ（カウンタウェイト）を移動させることで、車体の重心を移動してバランスを取り、車体を倒立した姿勢に保つ技術が開示されている。
特開２００４−１２９４３５号公報

ところで、通常の４輪車両などにおいて必ず備えられている構成として、リクライニング機構が有る。これは、安全に車両を運転操作するため、また、疲れない姿勢で運転するため、各自の体格に合わせてシート角度を調整する重要な機構である。このような機構は当然、上述のような倒立姿勢制御を行う車両においても必要な構成になり、そのためには、同様に搭乗部のシートにリクライニング機構をつけるか、もしくは、基準となる車体の角度を変更する構成とする必要がある。

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている技術では、車体の傾斜角度（搭乗部のシート傾斜を含む）を所望する傾斜角度に調節することはできたとしても、車体を所望する傾斜角度に調節した場合、加速度に対する対応可能範囲が変化してしまうという問題点があった。

この問題点について図１０を参照して説明する。図１０は、上述した問題点を説明するための図であり、図１０（ａ）は車体１１０が基準姿勢、図１０（ｂ）は車体１１０が基準姿勢よりも前傾姿勢、図１０（ｃ）は車体１１０が基準姿勢よりも後傾姿勢にある状態を示している。

本出願人が提案する倒立姿勢車両としての車両１００は、乗員Ｐが乗車する搭乗部Ｃを含む車体１１０と、その車体１１０を倒立振子状に支持する左右一対の車輪１０１と、車体１１０に対し相対的に移動するバランサ１０２と、そのバランサ１０２の移動範囲を規定するスライダ１０３とを備えている。

尚、図１０（ａ）に示す基準姿勢とは車体１１０の傾斜角度が鉛直軸Ａｖと一致している姿勢であり、図１０（ｂ）に示す前傾姿勢とは車体１１０の傾斜角度が鉛直軸Ａｖよりも反時計回りにθ傾いた姿勢であり、図１０（ｃ）に示す後傾姿勢とは車体１１０の傾斜角度が鉛直軸Ａｖよりも時計回りにθ傾いた姿勢である。

図１０（ａ）に示す基準姿勢にある車体１１０を、図１０（ｂ）に示す前傾姿勢に調節する場合には、車体１１０が基準姿勢にある状態で車輪１０１に時計回りにトルクをかけ、車両１００を後方に走行させると、車体１１０は加速度の影響を受けて前方に傾斜するので、その車体１１０が所望する傾斜角度θになるように、バランサ１０２を後方に移動させることで、車体１１０を所望する傾斜角度θに調節することができる。

同様に、図１０（ａ）に示す基準姿勢にある車体１１０を、図１０（ｃ）に示すように後傾姿勢に調節する場合には、車体１１０が基準姿勢にある状態で車輪１０１に反時計回りにトルクをかけ、車両１００を前方に走行させると、車体１１０は加速度の影響をを受けて後方に傾斜するので、その車体１１０が所望する傾斜角度θになるように、バランサ１０２を前方に移動させることで、車体１１０を所望する傾斜角度θに調節することができる。

一方、車体１１０を図１０（ａ）に示す基準姿勢で走行させる場合、バランサ１０２はスライダ１０３の中心位置に位置しているので、バランサ１０２は更に前後に移動することができ、バランサ１０２を前後に移動させることで基準姿勢を維持したまま、更なる加速度を加えることができる。

しかしながら、車体１１０を図１０（ｂ）に示す前傾姿勢で走行させる場合、バランサ１０２は既にスライダ１０３の後端に位置しているので、バランサ１０２を、これ以上後方に移動させることができず、車体１１０に更なる加速度が加わった場合に、かかる前傾姿勢を維持することができない。

同様に、車体１１０を図１０（ｃ）に示す後傾姿勢で走行させる場合、バランサ１０２は既にスライダ１０３の前端に位置しているので、バランサ１０２を、これ以上前方に移動させることができず、車体１１０に更なる加速度が加わった場合に、かかる後前傾姿勢を維持することができない。

このように、バランサ１０２の位置を調節することで、車体１１０の傾斜角度を所望する傾斜角度に調節することはできたとしても、車体１１０を所望する傾斜角度に調節した場合における車両の前後方向加速度に対する対応可能範囲が、基準姿勢における車両の前後方向加速度に対する対応可能範囲から変化してしまうという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、乗員が望んだ車体姿勢を維持可能であり、かつ、車体の姿勢に関わらず、車両の前後方向加速度に対する対応範囲を一定にすることができる車両を提供することを目的としている。

この目的を解決するために請求項１記載の車両は、搭乗部を有する車体と、その車体に支持されると共に、その車体に対し相対移動するスライダと、そのスライダに支持されると共に、そのスライダに対し相対移動するバランサと、前記スライダを所定位置に保持したまま、そのスライダに対して基準位置にある前記バランサを加速度に応じて移動させながら前記車体を基準姿勢で走行させる場合から、前記基準姿勢とは姿勢が異なる変形姿勢で走行させることを指示する指示手段と、その指示手段によって指示された変形姿勢にするために、前記バランサは前記スライダに対して前記基準位置に保持したまま、前記スライダを前記所定位置から移動させるスライダ移動手段と、そのスライダ移動手段によって前記スライダを移動させて前記車体が前記変形姿勢になった後で、その変形姿勢における前記スライダの位置は保持したまま、前記スライダに対して前記基準位置にある前記バランサを加速度に応じて移動させるバランサ移動手段とを備えている。

請求項２記載の車両は、請求項１記載の車両において、前記指示手段は、前記車体の傾斜角度を指示することを特徴とする。

請求項３記載の車両は、請求項１又は２に記載の車両において、前記車体の重心位置と、前記バランサの重心位置と、前記スライダの重心位置とを重心位置情報として記憶する記憶手段と、前記搭乗部に乗車している乗員の重心位置を推定する推定手段とを備え、前記スライダ移動手段は、前記記憶手段に記憶されている重心位置情報と、前記推定手段によって推定された乗員の重心位置とに基づいて、前記スライダを移動させることを特徴とする。
請求項４記載の車両は、搭乗部を有する車体と、その車体に支持されると共に、その車体に対し相対移動するスライダと、前記スライダに支持されると共に、そのスライダに対し相対移動するバランサと、前記車体の基準姿勢を変形姿勢に変化させることを指示する指示手段と、その指示手段によって指示された変形姿勢に基づいて、前記基準姿勢における前記スライダに対する前記バランサの位置を保持したまま、前記スライダを移動させるスライダ移動手段と、前記車体の重心位置と、前記バランサの重心位置と、前記スライダの重心位置とを重心位置情報として記憶する記憶手段と、前記搭乗部に乗車している乗員の重心位置を推定する推定手段とを備え、前記スライダ移動手段は、前記記憶手段に記憶されている重心位置情報と、前記推定手段によって推定された乗員の重心位置とに基づいて、前記スライダを移動させる。

請求項１記載の車両によれば、スライダを所定位置に保持したまま、そのスライダに対して基準位置にあるバランサを加速度に応じて移動させながら車体を基準姿勢で走行させる場合から、基準姿勢とは姿勢が異なる変形姿勢で走行させることが指示手段によって指示される。その指示がされると、スライダ移動手段によって、バランサはスライダに対して基準位置に保持したままで、スライダを所定位置から移動させ、車体の姿勢を変形姿勢にする。そして、そのスライダ移動手段によってスライダを移動させて車体が変形姿勢になった後で、その変形姿勢におけるスライダの位置は保持したまま、バランサ移動手段によってスライダに対して基準位置にあるバランサを加速度に応じて移動させる。よって、車体を基準姿勢で走行させる場合でも、変形姿勢で走行させる場合でも、スライダに対して同じ基準位置にあるバランサを、加速度に応じて移動させながら走行できる。即ち、車体を基準姿勢で走行させる場合と、変形姿勢で走行させる場合とで、バランサの移動範囲を同じにできる。従って、基準姿勢を維持して走行させる場合と、変形姿勢を維持して走行させる場合とで、対応可能な加速度の範囲の差を小さくできるという効果がある。

請求項２記載の車両によれば、請求項１記載の車両の奏する効果に加え、指示手段は、車体の傾斜角度を指示するので、車体の姿勢として、車体の傾斜角度を調節することができるという効果がある。

請求項３記載の車両によれば、請求項１又は２に記載の車両の奏する効果に加え、スライダ移動手段は、記憶手段に記憶されている重心位置情報と、推定手段によって推定される乗員の重心位置とに基づいてスライダを移動させるので、搭乗部に乗車する乗員に応じてスライダを移動させることができるという効果がある。
請求項４記載の車両によれば、基準姿勢を維持して走行させる場合と、変形姿勢を維持して走行させる場合とで、対応可能な加速度の範囲の差を小さくできるという効果がある。また、搭乗部に乗車する乗員に応じてスライダを移動させることができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の車両１の正面図であり、図１（ｂ）は、車両１の側面図である。なお、図１では、乗員Ｐが搭乗部１１に乗車している状態を示している。また、図１の矢印Ｕ−Ｄ，Ｌ−Ｒ，Ｆ−Ｂは、車両１の上下方向、左右方向、前後方向をそれぞれ示している。

車両１は、一対の車輪１２Ｌ，１２Ｒによって車体１０を倒立振子状に保ちつつ走行するものであって、特に、車体１０の姿勢に関わらず、加速度に対する対応可能範囲を一定にすることができるものである。

車両１は、一対の車輪１２Ｌ，１２Ｒと、その一対の車輪１２Ｌ，１２Ｒに対して倒立振子状に支持される車体１０と、その車体１０に対して相対的に移動して車体１０のバランスをとるためのバランサ機構８０とを備えている。

一対の車輪１２Ｌ，１２Ｒは、図示しない電動モータから伝達される駆動力によって回転可能に構成されている。図示しない電動モータは、インホイールモータとして車輪１２ＬにＬモータ５２Ｌ（図３参照）、車輪１２ＲにＲモータ５２Ｒ（図３参照）が、それぞれ配設されている。

このように、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒのそれぞれ回転駆動力を付与する構成にすることで、例えば、デファレンシャル装置を設けると共に、そのデファレンシャル装置と左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒとを等速ジョイントで連結するといった複雑な構成を設けることなく、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒを差動させることができる。但し、デファレンシャル装置及び等速ジョイントを介して１のモータ装置と左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒとを接続するように構成しても良い。

車体１０は、一対の車輪１２Ｌ，１２Ｒの間に配設されているリンク機構３０と、そのリンク機構３０の上方（矢印Ｕ方向）に配設され乗員Ｐが乗車する搭乗部１１と、その搭乗部１１とリンク機構３０とを連結する連結リンク４０とを備えている。

リンク機構３０は、一対の車輪１２Ｌ，１２Ｒを連動して作動させるものであり、上部リンク３１と、その上部リンク３１の下方に配設される下部リンク３２とを備えている。上部リンク３１の両端と、下部リンク３２の両端とは、図示しないＬモータ５２Ｌ（図３参照）、図示しないＲモータ５２Ｒ（図３参照）とに軸支されており、リンク機構３０は４節の平行リンクとして機能する。

そして、一対の車輪１２Ｌ，１２Ｒに対して斜めに配設されている伸縮式の電動アクチュエータであるリンクアクチュエータ５３ａが、図１（ａ）に示す状態から伸長し、車輪１２Ｒを斜め右方に傾斜させると、それに連れて車輪１２Ｌも斜め右方に傾斜し、車輪１２Ｌ、１２Ｒに右旋回用のキャンバー角が付与される。

一方、リンクアクチュエータ５３ａが、図１（ａ）に示す状態から収縮し、車輪１２Ｒを斜め左方に傾斜させると、それに連れて車輪１２Ｌも斜め左方に傾斜し、車輪１２Ｌ、１２Ｒに左旋回用のキャンバー角が付与される。

搭乗部１１は、乗員Ｐの尻部を支持する座面部１１ａと、その座面部１１ａの後方側（矢印Ｂ側）から上方に延びて乗員Ｐの背中を支持する背面部１１ｂと、座面部１１ａの左右両側（矢印Ｌ側および矢印Ｒ側）から上方に延びて乗員Ｐの上腕部を支持する一対のアームレスト１１ｃと、座面部１１ａの前方側（矢印Ｆ側）から下方（矢印Ｄ方向）に延びて乗員Ｐの足部を支持するフットレスト１１ｄとを備えている。

アームレスト１１ｃの一方（矢印Ｒ側）には、ジョイスティック装置５１が配設されており、乗員Ｐは、このジョイスティック装置５１を操作して、車両１の走行状態（例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、或いは、旋回半径など）を指示することができる。

アームレスト１１ｃの他方（矢印Ｌ側）には、マンマシンインタフェース５９と、そのマンマシンインタフェース５９の手前側（矢印Ｂ側）に傾斜角度調節ダイヤル３７とが配設され、乗員Ｐは、マンマシンインタフェース５９を操作して、自身の身長を入力することができ、傾斜角度調節ダイヤル３７を操作して、車体１０の傾斜角度を調節することができる。

尚、背面部１１ｂの後方には、後述する制御装置７０（図３参照）、各種センサ装置（図示せず）或いはインバータ装置（図示せず）等を収納するためのケース１１ｅが配設されている。

連結リンク４０は、搭乗部１１の下方であって搭乗部１１の前方と後方とに配設されＵ字状に形成されている一対の搭乗部支持部材４１と、その一対の搭乗部支持部材４１を繋ぐ棒状の橋架部材４２と、その橋架部材４２から下方に延びてリンク機構３０を構成する上部リンク３１と下部リンク３２との各々に軸支されている棒状の連結部材４３とを備えている。

このように、連結リンク４０は、連結部材４３が上部リンク３１及び上部リンク３２に軸支されると共に、搭乗部支持部材４２が搭乗部１１を底面側から支持するので、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。

また、連結リンク４０には、後述するバランサ機構８０のスライダ８２を矢印Ｆ方向と矢印Ｂ方向とに往復移動可能に支持するスライダ用移動機構９５が配設されている。このスライダ用移動機構９５と、バランサ機構８０との具体的な構成について図２を参照して説明する。

図２は、連結リンク４０と、スライダ用移動機構９５と、分解した状態のバランサ機構８０とを示す斜視図である。バランサ機構８０は、バランサ８１と、スライダ８２とを備えている。

バランサ８１は、車体１０の傾斜角度に応じて車体１０の重心を移動させるための重りであり、略直方体に構成されている。このバランサ８１には螺旋状のめねじ８１ａが貫通して螺刻されており、バランサ８１は、めねじ８１ａに対応する螺旋状のおねじ９１ａが螺刻された後述するスライダ８２のねじ軸９１に螺合されている。

スライダ８２は、バランサ８１を移動可能に支持すると共に、バランサ８１の移動範囲を規定するものである。スライダ８２は、連結リンク４０の橋架部材４２と略同等の長さに構成されている本体部８３と、その本体部８３の両端に立設する一対の支持ブロック９２と、その一対の支持ブロック９２に回転自在に軸支されているねじ軸９１と、そのねじ軸９１の一端側であって支持ブロック９２に支持され、ねじ軸９１を回転駆動させるバランサ用モータ５４ａとを備えている。

バランサ用モータ５４ａを駆動させると、ねじ軸９１が回転し、そのねじ軸９１を回転させる方向によって、ねじ軸９１に螺合されているバランサ８１をねじ軸９１に沿って前後方向（矢印Ｆ方向および矢印Ｂ方向）に移動させることができる。尚、バランサ８１の可動範囲はねじ軸９１によって規定されている。

また、スライダ８２は、本体部８３の中央部であって、その下方面（矢印Ｄ側）から突出する支持ブロック８４を備えている。支持ブロック８４には、螺旋状のめねじ８１ａが貫通して螺刻されており、支持ブロック８４は、めねじ８４ａに対応する螺旋状のおねじ９６ａが螺刻された後述するスライダ用移動機構９５のねじ軸９６に螺合されている。

スライダ用移動機構９５は、連結リンク４０の橋架部材４２の両端に立設する一対の支持ブロック９７と、その一対の支持ブロック９２に軸支されているねじ軸９６と、そのねじ軸９６の一端側であって支持ブロック９７に支持され、ねじ軸９６を回転駆動させるスライダ用モータ５４ｂとを備えている。

スライダモータ５４ｂを駆動させると、ねじ軸９６が回転するので、ねじ軸９６を回転させる方向によって、ねじ軸９６に螺合されている支持ブロック８４（スライダ８２）をねじ軸９１に沿って前後方向（矢印Ｆ方向および矢印Ｂ方向）に移動させることができる。また、スライダ８２をバランサ８１とは独立して移動させることができる。

次に、図３を参照して、車両１における電気的構成について説明する。図３は、車両１の電気的構成を示したブロック図である。制御装置７０は、車両１の各部を制御するための制御装置であり、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３及びＥＥＰＲＯＭ７４を備え、それらがバスライン７５を介して入出力ポート７６にそれぞれ接続されている。

また、入出力ポート７６には、ジョイスティック装置５１、走行駆動装置５２、旋回駆動装置５３、バランサ機構駆動装置５４、車両速度検出装置５５、ジャイロセンサ装置５６、バランサ機構位置検出装置５７、傾斜角度調節ダイヤル３７、乗員重量測定装置５８、マンマシンインタフェース５９及び他の入出力装置６０等の複数の装置が接続されている。

ＣＰＵ７１は、バスライン７５により接続される各部を制御するための演算装置である。ＲＯＭ７２は、ＣＰＵ７１により実行される制御プログラムや固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリであり、傾斜角度調節プログラム７２ａが記憶されている。傾斜角度調節プログラム７２ａは、図６に示す傾斜角度調節処理を実行するためのプログラムであり、傾斜角度調節ダイヤル３７が操作された場合に、ＣＰＵ３７によって実行されるプログラムである。ＲＡＭ７３は、制御プログラムの実行時に各種のワークデータや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。

ＥＥＰＲＯＭ７４は、電源投入状態において、制御プログラム実行時の各種ワークデータやフラグ等を書き替え可能に記憶するためのメモリであると共に、電源遮断後においても、その内容を保持可能な不揮発性のメモリであり、車体情報メモリ７４ａが備えられている。車体情報メモリ７４ａには、搭乗部１１に乗員が乗車していない状態における車体構成によって定まる車体１０の重量、車体１０の重心位置、バランサ８１の重量、バランサ８１の重心位置、スライダ８２の重量、スライダ８２の重量位置等が記憶されている。

ジョイスティック装置５１は、上述したように、車両１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（図１参照）と、その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、それら各センサ５１ａ，５１ｂの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

前後センサ５１ａは、操作レバーの前後方向（矢印Ｆ−Ｂ方向、図１参照）への操作位置を検出するためのセンサであり、ＣＰＵ７１は、前後センサ５１ａの検出結果（操作レバーの前後操作位置）に基づいて、後述する走行駆動装置５２の駆動状態を制御する。これにより、車両１は、乗員Ｐが指示した走行速度で走行する。

左右センサ５１ｂは、操作レバーの左右方向（矢印Ｌ−Ｒ方向、図１参照）への操作位置を検出するためのセンサであり、ＣＰＵ７１は、左右センサ５１ｂの検出結果（操作レバーの左右操作位置）に基づいて、後述する走行駆動装置５２と旋回駆動装置５３との駆動状態をそれぞれ制御する。これにより、車両１は、乗員Ｐが指示した旋回方向および旋回半径で旋回する。

具体的には、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，１２Ｒにキャンバー角を付与するように、旋回駆動装置５３の駆動状態を制御すると共に、旋回半径に応じて左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒが差動するように、走行駆動装置５２の駆動状態を制御する。

なお、このように、本実施の形態では、左右の車輪１２Ｌ，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１を旋回させるので、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒの中心線は互いに平行に保持されており、左右に操舵されることはない。但し、操舵機構を設けても良い。

走行駆動装置５２は、左右の車輪１２Ｌ，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Ｌモータ５２Ｌと、右の車輪１２Ｒに回転駆動力を付与するＲモータ５２Ｒと、それら各モータ５２Ｌ，５２ＲをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路及び駆動源（いずれも図示せず）とを備えている。

旋回駆動装置５３は、リンク機構３０を屈伸させるための駆動装置であり、リンクアクチュエータ５３ａと、そのリンクアクチュエータ５３ａをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路及び駆動源（いずれも図示せず）とを備えている。

バランサ機構駆動装置５４は、バランサ機構８０を移動させるための駆動装置であり、バランサ８１を移動させるためのバランサモータ５４ａと、スライダ８２を移動させるためのスライダモータ５４ｂと、それら各モータ５４ａ，５４ｂをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路及び駆動源（いずれも図示せず）とを備えている。

車両速度検出装置５５は、路面に対する車両１の速度（絶対値および進行方向）を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１へ出力するための装置であり、前後加速度センサ５５ａと、左右加速度センサ５５ｂと、それら各加速度センサの５５ａ，５５ｂの検出結果を処理してＣＰＵ７１へ出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

前後加速度センサ５５ａは、車体１０の前後方向（矢印Ｆ−Ｂ方向、図１参照）の加速度を検出するセンサであり、左右加速度センサ５５ｂは、車体１０の左右方向（矢印Ｌ−Ｒ方向、図１参照）の加速度を検出するセンサである。なお、本実施の形態では、各加速度センサ５５ａ，５５ｂが圧電素子を利用した圧電型センサとしてそれぞれ構成されている。

ＣＰＵ７１は、車両速度検出装置５５から入力された各加速度センサ５５ａ，５５ｂの検出結果（加速度値）を時間積分して、２方向（前後および左右方向）の速度をそれぞれ算出すると共に、それら２方向の速度成分を合成することで、車両１の速度を得ることができる。

ジャイロセンサ装置５６は、車体１０の傾斜角度を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１へ出力するための装置であり、車体１０の傾斜角度を検出するジャイロセンサ（図示せず）と、そのジャイロセンサの検出結果を処理してＣＰＵ７１へ出力する処理回路（図示せず）とを備えている。なお、本実施の形態でいう車体１０の傾斜角度とは、鉛直軸Ａｖと、背面部１１ｂとがなす角度であり、車体１０が車両１の前方（矢印Ｆ方向、図１参照）へ傾斜する場合、即ち、前傾姿勢となる場合に正の値で検出され、車体１０が車両１の後方（矢印Ｂ方向、図１参照）へ傾斜する場合、即ち、後傾姿勢となる場合に負の値で検出される。

バランサ機構位置検出装置５７は、バランサ機構８０の位置を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１へ出力するための装置であり、バランサ８１の位置を検出するバランサ位置センサ５７ａと、スライダ８２の位置を検出するスライダ位置センサ５７ｂと、それら各位置センサ５７ａ，５７ｂの検出結果を処理してＣＰＵ７１へ出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

本実施の形態では、バランサ位置センサ５７ａと、スライダ位置センサ５７ｂとは、回転運動が直線運動に変換される際の回転数を検出する非接触式の回転角度センサとして構成されている。この回転数は、バランサ８１及びスライダ８２の移動量に比例するので、ＣＰＵ７１は、バランサ機構位置検出装置５７から入力された検出結果（回転数）に基づいて、バランサ８１及びスライダ８２の位置をそれぞれ得ることができる。

尚バランサ位置センサ５７ａにより検出されるバランサ８１の位置とは、スライダ８２に対する相対位置であり、バランサ８１がスライダ８２の略中央部に位置する場合に０で検出され、バランサ８１がスライダ８２に対して車両１の前方（矢印Ｆ方向、図１参照）に位置する場合に正の値で検出される一方、バランサ８１がスライダ８２に対して車両１の後方（矢印Ｂ方向、図１参照）に位置する場合に負の値で検出される。

また、スライダ位置センサ５７ｂにより検出されるスライダ８２の位置とは、車体１０に対する相対位置であり、スライダ８２が車体１０の略中央部に位置する場合に０で検出され、スライダ８２が車体１０に対して車両１の前方（矢印Ｆ方向、図１参照）に位置する場合に正の値で検出される一方、スライダ８２が車体１０に対して車両１の後方（矢印Ｂ方向、図１参照）に位置する場合に負の値で検出される。

傾斜角度調節ダイヤル３７は、乗員Ｐが車体１０の傾斜角度を所望する傾斜角度に設定するように指示するものである。本実施の形態では、鉛直軸Ａｖと、背面部１１ｂとのなす角度が０度の場合を基準として、車体１０を前方（矢印Ｆ方向、図１参照）へ傾斜させる場合には、ダイヤルを反時計回り、車体１０を後方（矢印Ｂ方向、図１参照）へ傾斜させる場合には、ダイヤルを時計回りに回して操作される。傾斜量は、ダイヤルの操作量によって検出される。

乗員重量測定装置５８は、乗員Ｐの重量を測定すると共に、その測定結果をＣＰＵ７１へ出力するための装置であり、座面部１１ａに内蔵され、その座面部１１ａに着座した乗員Ｐの重量を検出する荷重センサ（図示せず）と、その荷重センサの検出結果を処理してＣＰＵ７１へ出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

荷重センサは、座面部１１ａの前方（矢印Ｆ方向）の端部の中心位置と後方（矢印Ｂ方向）の端部の中心位置とに２つ設けられており、各荷重センサの検出結果に基づいて乗員Ｐの平面的な重心位置が算出される。尚、高さ方向の重心位置は、乗員Ｐがマンマシンインタフェース５９を介して入力する身長に基づき推定、算出される。ただし、荷重センサで検出される乗員Ｐの体重から推測される平均身長に基づいて高さ方向の重心位置を推定、算出するように構成しても良い。

ＣＰＵ７１は、乗員重量測定装置５８から入力された乗員Ｐの重量と予め記憶されている車体１０の重量とを合算することで、乗員Ｐを含む車体１０の総重量を得ることができる。

マンマシンインタフェース５９は、上述したように、乗員Ｐの身長を入力するための装置であり、乗員Ｐにより操作されるタッチパネル式の操作スイッチ（図示せず）と、その操作スイッチの操作結果を視覚的に表示する表示装置としてのＬＣＤ（図１参照）と、操作スイッチの操作結果を処理してＣＰＵ７１へ出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

次に、図４を参照して、本発明の作用、効果の概略について説明する。図４は、本発明の作用、効果の概略を説明するための模式図であり、図４（ａ）は車体が基準姿勢にある状態、図４（ｂ）は車体が基準姿勢よりも前傾姿勢にある状態、図４（ｃ）は車体が基準姿勢よりも後傾姿勢にある状態を示している。

具体的に、図４（ａ）に示す基準姿勢とは車体１０の傾斜角度０度（背面部１１ｂと鉛直軸Ａｖとが並行な状態）の姿勢であり、図４（ｂ）に示す前傾姿勢とは車体１０の傾斜角度が鉛直軸Ａｖよりも反時計回りにθ傾いた姿勢であり、図４（ｃ）に示す後傾姿勢とは車体１０の傾斜角度が鉛直軸Ａｖよりも時計回りにθ傾いた姿勢である。

図４（ａ）に示す基準姿勢にある車体１０を、図４（ｂ）に示す前傾姿勢に調節する場合、乗員Ｐによって傾斜角度調節ダイヤル３７が反時計回りにθだけ回転される。これを受けて、車両１を後方（矢印Ｂ方向）に走行させる。車両１が後方に走行を開始すると、車体１０は加速度の影響を受けて車体１０は前方（矢印Ｆ方向）に傾斜するので、車体１０の傾斜角度が設定された傾斜角度θになるように、バランサ８１のスライダ８２に対する位置は図４（ａ）に示す位置に固定したまま、スライダ８２を後方に移動させる。

このように、スライダ８２を移動させることで、車体の傾斜角度を所望の傾斜角度θに設定することができると共に、バランサ８１のスライダ８２に対する位置は図４（ａ）に示す位置から固定したままなので、車体１０の姿勢が図４（ａ）に示す基準姿勢の場合であっても、図４（ｂ）に示す前傾姿勢の場合であっても、スライダ８２に対するバランサ８１の可動範囲は同じである。よって、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すどちらの姿勢を保持したまま車両１００を走行させる場合であっても、加速度に対する対応可能範囲を一定にすることができる。

一方、図４（ａ）に示す基準姿勢にある車体１０を、図４（ｃ）に示す後傾姿勢に調節する場合、乗員によって車体角度調節ダイヤル３７が時計回りにθだけ回転される。これを受けて、車両１を前方（矢印Ｆ方向）に走行させる。車両１が前方に走行を開始すると、車体１０は加速度の影響を受けて車体１０は後方（矢印Ｂ方向）に傾斜するので、車体１０の傾斜角度が設定された傾斜角度θになるように、バランサ８１のスライダ８２に対する位置は図４（ａ）に示す位置に固定したまま、スライダ８２を前方に移動させる。

このように、スライダ８２を移動させることで、車体１０の傾斜角度を所望の傾斜角度θに設定することができると共に、バランサ８１のスライダ８２に対する位置は図４（ａ）に示す位置から固定したままなので、車体１０の姿勢が図４（ａ）に示す基準姿勢の場合であっても、図４（ｃ）に示す後傾姿勢の場合であっても、スライダ８２に対するバランサ８１の可動範囲は同じである。よって、図４（ａ）、図４（ｃ）に示すどちらの姿勢を保持したまま車両１００を走行させる場合であっても、加速度に対する対応可能範囲を一定にすることができる。

次に、図５を参照して、車体１０の傾斜角度を調節する場合におけるスライダ８２の移動量の算出原理について説明する。図５では、車体１０が図４（ａ）に示す基準姿勢の状態にあり、乗員Ｐから車体１０の傾斜角度をθ０に設定する指示があった場合について説明する。尚、前提として、既に乗員Ｐの重心位置が算出され、車体１０の重心位置には、乗員Ｐの重心位置が加味されているものとする。

尚、図５では、車輪１２Ｌの回転中心をＰ０、車体１０の重量をＭ１、車体１０の重心位置をＰ１、車体１０の重心位置Ｐ１の傾斜角度をθ１、車輪１２Ｌの回転中心Ｐ０から車体１０の重心位置Ｐ１までの距離をＲ１、バランサ８１の重量をＭ２、バランサ８１の重心位置をＰ２、バランサ８１の重心位置Ｐ２の傾斜角度をθ２、車輪１２Ｌの回転中心Ｐ０からバランサ８１の重心位置Ｐ２までの距離をＲ２、車体１０が基準姿勢にある場合におけるバランサ８１の基準位置をＣ２、車輪１２Ｌの回転中心Ｐ０からバランサ８１の基準位置Ｃ２までの距離をＲｈ２、バランサ８１の基準位置Ｃ２からバランサ８１の重心位置Ｐ２までの距離をλ２、スライダ８２の重量をＭ３、スライダ８２の重心位置をＰ３、スライダ８１の重心位置Ｐ３の傾斜角度をθ３、車輪１２Ｌの回転中心Ｐ０からスライダ８３の重心位置Ｐ３までの距離をＲ３、車体１０が基準姿勢にある場合におけるスライダ８２の基準位置をＣ３、車輪１２Ｌの回転中心Ｐ０からスライダ８２の基準位置Ｃ３までの距離をＲｈ３、スライダ８２の基準位置Ｃ３からスライダ８２の重心位置Ｐ３までの距離をλ３、重力加速度をｇ、鉛直軸をＡｖとして図示している。

図５において、車体１０の重心Ｐ１に作用する車輪１２の回転中心Ｐ０を中心とする回転モーメントＴ１は、次式（１）で表される。
（１）Ｔ１＝Ｍ１×ｇ×ｓｉｎθ１×Ｒ１
一方、バランサ８１の重心Ｐ２に作用する車輪１２の回転中心Ｐ０を中心とする回転モーメントＴ２は、次式（２）で表される。
（２）Ｔ２＝Ｍ２×ｇ×ｓｉｎθ２×Ｒ２
また、スライダ８２の重心Ｐ３に作用する車輪１２の回転中心Ｐ０を中心とする回転モーメントＴ３は、次式（３）で表される。
（３）Ｔ３＝Ｍ３×ｇ×ｓｉｎθ３×Ｒ３
よって、車体１０を倒立した姿勢に保つようにバランスを取るためには、次式（４）が成り立たなければならない。
（４）Ｔ１＝Ｔ２＋Ｔ３
ここで、車輪１２の回転中心Ｐ０からバランサ８１の重心Ｐ２までの距離Ｒ２は、次式（５）で表される。
（５）Ｒ２＝√（Ｒｈ２^２＋λ２^２）
また、車輪１２の回転中心Ｐ０からスライダ８２の重心Ｐ３までの距離Ｒ３は、次式（６）で表される。
（６）Ｒ３＝√（Ｒｈ３^２＋λ３^２）
また、鉛直軸Ａｖと、バランサ８１の重心Ｐ２と車輪１２の回転中心Ｐ０とのなす角度であるθ２は、次式（７）で表される。
（７）θ２＝ａｔａｎ（λ２／Ｒｈ２）＋θ１
また、鉛直軸Ａｖと、スライダ８２の重心Ｐ３と車輪１２の回転中心Ｐ０とのなす角度であるθ３は、次式（８）で表される。
（８）θ３＝ａｔａｎ（λ３／Ｒｈ３）＋θ１
上述した（４）式に（１）〜（３）式を代入し、更に、その代入した式に（５）〜（８）式を代入して、右辺のθ２，Ｒ２，θ３，Ｒ３を消去する。また、車体１０の傾斜角度を調節する場合には、バランサ８１はスライダ８２に固定したまま、スライダ８２を移動させるので、λ２はλ３と同等とみなす。これにより、車体１０が図４（ａ）に示す基準姿勢の状態にあり、乗員Ｐから車体１０の傾斜角度をθ０に設定する指示があった場合に移動させるスライダ８２の移動量λ３を算出することができる。

次に、図６を参照して、制御装置７０で実行される傾斜角度調節処理について説明する。図６は、傾斜角度調節処理を示すフローチャートである。傾斜角度調節処理は、車体の傾斜角度を、乗員Ｐが傾斜角度調節ダイヤル３７を介して指示した車体の傾斜角度に調節する処理であり、ＣＰＵ７１において実行される処理である。尚、この処理が実行される前提として、既に乗員Ｐの重心位置が算出され、車体１０の重心位置には、乗員Ｐの重心位置が加味されているものとする。

この処理では、まず、傾斜角度調節ダイヤル３７が乗員Ｐによって操作されたかを判断する（Ｓ６０１）。尚、操作されていない場合には（Ｓ６０１：Ｎｏ）、本処理を終了する。一方、操作されたと判断した場合には（Ｓ６０１：Ｙｅｓ）、その操作量から目標傾斜角度を取得する（Ｓ６０２）。目標傾斜角度を取得すると、図７に示すような傾斜角度−スライダ位置の対応マップを作成する（Ｓ６０３）。この対応マップは、図５で説明した原理に基づいて作成することができる。

そして、この作成したマップに従って、スライダ８２を移動させる（Ｓ６０４）。具体的には、ジャイロセンサ装置５６によって所定の間隔で車体１０の傾斜角度を検出し、その検出された車体の傾斜角度に応じて、バランサ８１をスライダ８２に固定したまま、スライダ８２を図７に示すマップに従って移動させる。この処理を、車体の傾斜角度が目標傾斜角度になるまで繰り返し、車体の傾斜角度が目標傾斜角度になった時点で本処理を終了する。

次に、図８を参照して、第２実施の形態について説明する。尚、第２実施の形態においては、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図８は、第２実施の形態において、車体１０の傾斜角度を調節する場合におけるスライダ８２の移動量の算出原理について説明するための図である。

図８は、図５に対応する図であり、車体１０が図４（ａ）に示す基準姿勢の状態にあり、乗員Ｐから車体１０の傾斜角度をθ１に設定する指示があった場合について説明する。尚、前提として、既に乗員Ｐの重心位置が算出され、車体１０の重心位置には、乗員Ｐの重心位置が加味されているものとする。

第１実施の形態では、静的な状態における運動方程式から、スライダ８２の移動量を算出する原理について説明したが、この第２実施の形態は、動的な状態、即ち、車両１が所定の速度で走行している動的な状態における運動方程式から、車体１０が傾斜することで車輪１２Ｌ，１２Ｒに発生する偏心トルクτｅを求め、この偏心トルクτｅを打ち消すように、スライダ８２を移動させる移動量を算出するものである。

尚、図８では、車輪１２Ｌの角速度をθｗ’、車輪１２Ｌに付与されるトルクをτｗ、車輪１２Ｌの半径をＲｗ、車輪１２Ｌの粘性抵抗Ｄ、車体１０の重量をＭ１、車体１０の車軸周りの慣性モーメントをＩ１、車輪１２Ｌの回転中間から車体１０の重心位置までの距離をＬ１、バランサ８１とスライダ８２との重量をＭ２、バランサ８１とスライダ８２とを一体とした車軸周りの慣性モーメントＩ２、車輪１２Ｌの回転中間からバランサ８１とスライダ８２とを一体とした重心位置までの距離をＬ２として図示してある。また、図８では、時計と反対周りの方向を正として設定する。

車体１０がθ１傾くことに伴い車体１０とスライダ８２（バランサ８１）とに発生する慣性力Ｔ１は次式（１）で与えられる。尚、θ１’’はジャイロセンサ装置５７で検出される傾斜角度θ１を２回微分することで与えられる。
（１）Ｔ１＝（Ｉ１＋Ｉ２）θ１’’
スライダ８２（バランサ８１）がλ２移動することに伴いスライダ８２（バランサ８１）に発生する反力Ｔ２は次式（２）で与えられる。尚、λ２’’はバランサ機構位置検出装置５７で検出される移動量λ２を２回微分することで与えられる。
（２）Ｔ２＝−Ｍ２×Ｌ２×λ２’’
車両１が並進加速することに伴い車体１０とスライダ８２（バランサ８１）と発生する慣性力Ｔ３は次式（３）で与えられる。尚、θｗ’’は車両速度検出装置５５で検出される車両速度θｗ’を１回微分することで与えられる。
（３）Ｔ３＝（Ｍ１×Ｌ１＋Ｍ２×Ｌ２）×Ｒｗ×θｗ’’
車体１０がθ１傾くことに伴い車体１０とスライダ８２（バランサ８１）とに発生する重力に基づく回転モーメントＴ４は次式（４）で与えられる。尚、ジャイロセンサ装置５７で検出される傾斜角度θ１から与えられる。
（４）Ｔ４＝−（Ｍ１×Ｌ１＋Ｍ２×Ｌ２）×ｇ×θ１
スライダ８２（バランサ８１）がλ２移動することに伴いスライダ８２（バランサ８１）に発生する重力に基づく回転モーメントＴ５は次式（５）で与えられる。尚、λ２はバランサ機構位置検出装置５７で検出される移動量λ２から与えられる。
（５）Ｔ５＝（Ｍ２×ｇ×λ２）
車体１０の傾斜に伴い車輪１２Ｌに発生する粘性抵抗力Ｔ６は次式（６）で表される。尚、θ１’はジャイロセンサ装置５７で検出される傾斜角度θ１を１回微分することで与えられる。
（６）Ｔ６＝Ｄ１×θ１’
車輪１２Ｌに発生するトルク反力Ｔ７は次式（７）で表される。
（７）Ｔ７＝τｗ
上述した（１）〜（７）式を加算することで、車輪１２Ｌに発生する偏心トルクτｅを求めることができ、この偏心トルクτｅを打ち消すように、スライダ８２の移動量を設定するのである。

次に、図９を参照して、第２実施の形態において、制御装置７０で実行される傾斜角度調節処理について説明する。図９は、第２実施の形態における傾斜角度調節処理を示すフローチャートである。傾斜角度調節処理は、車体の傾斜角度を、乗員Ｐが傾斜角度調節ダイヤル３７を介して指示した車体の傾斜角度に調節する処理であり、ＣＰＵ７１において実行される処理である。尚、この処理が実行される前提として、既に乗員Ｐの重心位置が算出され、車体１０の重心位置には、乗員Ｐの重心位置が加味されているものとする。

この処理では、まず、傾斜角度調節ダイヤル３７が乗員Ｐによって操作されたかを判断する（Ｓ９０１）。操作されていない場合には（Ｓ９０１：Ｎｏ）、本処理を終了する。一方、操作されたと判断した場合には（Ｓ９０１：Ｙｅｓ）、その操作量から目標傾斜角度を取得する（Ｓ９０２）。そして、取得した目標傾斜角度に応じて、前方又は後方に車両１を走行させ、車体１０を傾斜させる（Ｓ９０３）。そして、図８で説明したように、車輪１２Ｌ，１２Ｒに発生する偏心トルクτｅを算出し（Ｓ９０４）、その算出した偏心トルクτｅを打ち消すように、バランサ８１は固定したままスライダ８２を移動させ（Ｓ９０５）、本処理を終了する。この第２実施の形態によれば、実際の走行状況、車体の傾斜状況に応じてスライダ８２を移動させることができる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上述した実施の形態では、説明を簡易にする為、車体全体の傾斜に対するもので説明したが、車体の傾斜ではなく、搭乗部のシートの角度（シートのリクライニング角度）によっても同様に制御可能である。

また、上述した実施の形態では、上記各実施の形態では、バランサ８１が１のスライダ８２に支持される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、スライダ８２を相対移動可能に支持すると共に、車体１０に対し相対移動する第２のスライダを設けることで、バランサ８１がスライダ８２と第２のスライダとによって２のスライダに支持されるように構成しても良く、或いは、３以上のスライダに支持されるように構成しても良い。この場合には、車体の重心を移動可能な許容量の更なる拡大を図ることができる。

また、上記各実施の形態では、バランサ８１及びスライダ８２をねじ機構により移動させる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の機構を利用することは当然可能である。他の機構としては、例えば、ラック・ピニオン機構（電動モータによるピニオンの回転運動をラックに伝達し、ラックを直線運動させる機構）、或いは、リニアモータ機構（磁界中に置かれた導体に電流を流し、導体を直線運動させる機構）等が例示される。

（ａ）は、本発明の第１実施の形態における車両の正面図であり、（ｂ）は、車両の側面図である。連結リンクと、スライダ用移動機構と、分解した状態のバランサ機構とを示す斜視図である。車両の電気的構成を示したブロック図である。本発明の作用、効果の概略を説明するための模式図である。車体の傾斜角度を調節する場合におけるスライダの移動量の算出原理について説明するための図である。傾斜角度調節処理を示すフローチャートである。傾斜角度−スライダ位置の対応マップを示す図である。車体の傾斜角度を調節する場合におけるスライダの移動量の算出原理について説明するための図である。第２実施の形態における傾斜角度調節処理を示すフローチャートである。従来の問題点を説明するための図である。

１車両
１０車体
１１搭乗部
１２Ｌ車輪
１２Ｒ車輪
３７傾斜角度調節ダイヤル（指示手段）
５４ａバランサモータ
５４ｂスライダモータ
５６ジャイロセンサ装置
５８乗員重量測定装置
５９マンマシンインタフェース
８１バランサ
８２スライダ
９５スライダ用移動機構（スライダ移動手段の一部）
Ｐ乗員
Ｓ６０２スライダ移動手段の一部
Ｓ６０３スライダ移動手段の一部
Ｓ６０４スライダ移動手段の一部

Claims

搭乗部を有する車体と、
その車体に支持されると共に、その車体に対し相対移動するスライダと、
そのスライダに支持されると共に、そのスライダに対し相対移動するバランサと、
前記スライダを所定位置に保持したまま、そのスライダに対して基準位置にある前記バランサを加速度に応じて移動させながら前記車体を基準姿勢で走行させる場合から、前記基準姿勢とは姿勢が異なる変形姿勢で走行させることを指示する指示手段と、
その指示手段によって指示された変形姿勢にするために、前記バランサは前記スライダに対して前記基準位置に保持したまま、前記スライダを前記所定位置から移動させるスライダ移動手段と、
そのスライダ移動手段によって前記スライダを移動させて前記車体が前記変形姿勢になった後で、その変形姿勢における前記スライダの位置は保持したまま、前記スライダに対して前記基準位置にある前記バランサを加速度に応じて移動させるバランサ移動手段とを備えていることを特徴とする車両。
前記指示手段は、前記車体の傾斜角度を指示することを特徴とする請求項１に記載の車両。
前記車体の重心位置と、前記バランサの重心位置と、前記スライダの重心位置とを重心位置情報として記憶する記憶手段と、
前記搭乗部に乗車している乗員の重心位置を推定する推定手段とを備え、
前記スライダ移動手段は、前記記憶手段に記憶されている重心位置情報と、前記推定手段によって推定された乗員の重心位置とに基づいて、前記スライダを移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両。
搭乗部を有する車体と、
その車体に支持されると共に、その車体に対し相対移動するスライダと、
前記スライダに支持されると共に、そのスライダに対し相対移動するバランサと、
前記車体の基準姿勢を変形姿勢に変化させることを指示する指示手段と、
その指示手段によって指示された変形姿勢に基づいて、前記基準姿勢における前記スライダに対する前記バランサの位置を保持したまま、前記スライダを移動させるスライダ移動手段と、
前記車体の重心位置と、前記バランサの重心位置と、前記スライダの重心位置とを重心位置情報として記憶する記憶手段と、
前記搭乗部に乗車している乗員の重心位置を推定する推定手段とを備え、
前記スライダ移動手段は、前記記憶手段に記憶されている重心位置情報と、前記推定手段によって推定された乗員の重心位置とに基づいて、前記スライダを移動させることを特徴とする車両。