JP5105069B2 - 走行車両 - Google Patents

Description

本発明は、一軸上に車輪を配置された車両の搭乗者の姿勢を自由に変更できるようにした走行車両に関する。

従来、左右に配置された２個の車輪を有する台車に搭載されるサドルとして、搭乗者の荷重が付加される可動永久磁石と、この可動永久磁石に反発磁極を対向させて配置されるとともに台車に固定される浮上用固定永久磁石を有し、可動永久磁石と浮上用固定永久磁石で構成される磁性バネにより可動永久磁石を浮上用固定永久磁石から浮上させて支持する構造の車両装置がある（特許文献１）。

また、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、従来の加速時における走行車両１及び乗員Ｍの状態を示す概念図である。図中、１は走行車両、２は車体、３は搭載手段の一例としてのシート、４は車軸、５は車輪、Ｇ１は全体の重心、Ｇ２は乗員の重心、ｇは重力、Ｆｉは慣性力、Ｆｆは前方への力、Ｖは鉛直軸、Ｅは平衡軸、Ｂは車体軸、Ｓは搭乗軸、Ｐは接地点である。

図７（ａ）において、走行車両１は、車体２に、車軸４及び車輪５を連結し、シート３を載置したものである。この走行車両１が加速するときには、車体２及び乗員Ｍには慣性力Ｆｉが作用するので、このまま加速すると、車体２及び乗員Ｍは、その慣性力Ｆｉの影響で後方に転倒してしまう。そこで、平衡軸Ｅ上に全体の重心Ｇ１を置き、転倒を防止する必要がある。

次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、従来の旋回時における走行車両１及び乗員Ｍの状態を示す図である。図中、１は走行車両、２は車体、３は搭載手段の一例としてのシート、４は車軸、５は車輪、Ｇ１は全体の重心、Ｇ２は乗員の重心、ｇは重力、Ｆｃは遠心力、Ｖは鉛直軸、Ｅは平衡軸、Ｂは車体軸、Ｓは搭乗軸、Ｔはトレッドである。

図８（ａ）において、走行車両１は、車体２に、車軸４及び車輪５を連結し、シート３を載置したものである。この走行車両１が旋回するときには、車体２及び乗員Ｍには遠心力Ｆｃが作用するので、このまま加速すると、車体２及び乗員Ｍは、その遠心力Ｆｃの影響で外側に転倒しまう。そこで、車体２を鉛直軸Ｖよりも大きく内側に傾斜させ、平衡軸Ｅ上に全体の重心Ｇ１を置くことで、転倒を防止し、釣り合いを保持しなければならない。
特開２００５−１４５２９６号公報

しかしながら、図７（ｂ）で示すように、車体２を平衡軸Ｅよりも大きく前方に傾斜させ釣り合いを保持した場合、乗員には前方への力Ｆｆが働くことになる。この場合、加速しているにもかかわらず、前方への力Ｆｆを感じることとなり、乗員には、前方への力Ｆｆは不自然なので、乗り心地が悪いものである。

また、旋回時における乗員Ｍの状態は、図８（ｂ）のようになる。乗員の重心Ｇ２は、車体２を鉛直軸Ｖよりも大きく内側に傾斜させたことで、トレッドＴの外側に位置することとなり、障害物と接触する場合がある。また、乗員の視界が傾斜することや、乗員の旋回している感覚が鈍ることで、速度及び操舵等の操作に影響を及ぼす恐れがある。

本発明は、上記課題を解決するものであって、乗員搭載部を任意の姿勢に制御する走行車両を提供することを目的とする。

そのために、本発明は、車体と、前記車体に回転可能に支持し、一軸上に配置された車輪と、前記車体に支持し乗員を搭載する乗員搭載部と、前記乗員搭載部を前記車体に対して相対的に移動させるシート変位調整用アクチュエータと、前記車体の加減速を取得する加速度検出手段と、前記加速度検出手段の検出した前記車体の加減速に応じて、前記シート変位調整用アクチュエータによって、前記乗員搭載部を前記車体に対して前後方向に平行移動させて前記車体の姿勢を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明は、車体と、前記車体に回転可能に支持し、一軸上に配置された車輪と、前記車体に支持し乗員を搭載する乗員搭載部と、前記乗員搭載部を前記車体に対して相対的に移動させるシート変位調整用アクチュエータと、前記車体の加減速を取得する加速度検出手段と、前記加速度検出手段の検出した前記車体の加減速に応じて、前記シート変位調整用アクチュエータによって、前記乗員搭載部を前記車体に対して前後方向に平行移動させて前記車体の姿勢を制御する制御部と、を有するので、走行車両の加速度が変化するときに、乗員が体感する加速度を任意に設定することが可能となり、乗員を滑らかに動かすことが可能となると共に、乗員の姿勢を自由に設定することができる。また、アクチュエータを制御することにより、乗員搭載部を車体の任意の位置に移動可能に制御することができる。さらに、簡単な構造で移動が可能となる。

以下、本発明の一例としての実施形態を図面に基づいて説明する。
図１又は図２は本実施形態の概念図である。図１は本実施形態の加速時における制御後の乗員の状態を示す図、図２は本実施形態の旋回時における制御後の乗員の状態を示す図である。図中の符号については、従来の技術である図７及び図７で示したものと同じものを使用する。

この場合、走行車両１は、車体の姿勢を検出する車体姿勢検出手段の一例としての角速度計１２１及び加速度計１２２と、角速度計１２１及び加速度計１２２の検出した車体姿勢を制御する車体姿勢制御手段１２０により、走行可能に制御されている。また、乗員姿勢制御手段の一例としてのシート姿勢制御手段１３０は、乗員姿勢検出手段の一例としてのシート相対傾斜角測定装置１３１の検出した傾斜角、前記車体姿勢検出手段１２０の検出した車体姿勢、特に加速度計１２０の検出した加減速、又はジョイスティック等の操作手段１２３の操作に対応して乗員搭載部の一例としてのシート３の姿勢を制御する。

図１は、加速時における制御後の乗員Ｍの状態を示す図である。図中、１は走行車両、２は車体、３は乗員搭載部の一例としてのシート、Ｇ２は乗員の重心、Ｅは平衡軸、Ｂは車体軸、Ｓは搭乗軸である。図１に示すように、搭乗軸Ｓが平衡軸Ｅと同じ傾斜角度となるように、シートを後方に傾斜させる。

このように制御することで、乗員Ｍに慣性力が加わることがなくなり、静止状態のように感じることとなる。また、シート３を更に後方に傾斜させるように制御すると、後ろ向きの力を感じ、加速度を体感することができる。すなわち、乗員Ｍのシート３の姿勢を変更することによって、走行車両１の加速度が変化するときに、乗員Ｍを滑らかに動かすことが可能となると共に、乗員Ｍの姿勢を自由に設定することができ、乗員Ｍが体感する加速度を任意に設定することが可能となる。

図２は、旋回時における制御後の乗員Ｍの状態を示している。シート３を側方に回動させ、正面から見て乗員Ｍの姿勢が鉛直方向となるように車体軸Ｂを制御する。

このように制御することで、乗員Ｍが常に直立した状態で旋回することが可能となり、乗員ＭがトレッドＴの外側に出ることはない。また、ある程度の遠心力を感じるように旋回することが可能となり、旋回中であることを実感することができる。すなわち、乗員Ｍのシート３の姿勢を変更することによって、走行車両１の旋回半径や速度の変化に対して、乗員Ｍを滑らかに動かすことが可能となると共に、乗員Ｍの姿勢を自由に設定することができる。

次に、このような走行車両の制御システム構成を図３により説明する。図３は、本実施形態の制御システム構成である。図中、１１０は走行車両姿勢制御システム、１２０は車体姿勢制御手段、１２１は車体姿勢検出手段の一例としての角速度計、１２２は車体姿勢検出手段の一例としての加速度計、１２３は操作手段、１２４は車体ＥＣＵ、１２５は車体姿勢制御用アクチュエータ、１３０は乗員姿勢制御手段の一例としてのシート姿勢制御手段、１３１はシート相対変位測定装置、１３２はシートＥＣＵ、１３３はシート変位調整用アクチュエータである。

車体姿勢制御手段１２０は、２軸の角速度計１２１が検出した車体傾斜角速度及び３軸の加速度計１２２が検出した加速度若しくはジョイスティック等の操作手段１２３からの操作情報を車体ＥＣＵ１２４で演算して、指令値を車体姿勢制御用アクチュエータ１２５に出力することで車体２を制御するものである。また、車体姿勢制御手段１２０は、シート姿勢制御手段１３０を連結し、車体ＥＣＵ１２４から車体傾斜角及び加速度をシートＥＣＵ１３２に出力し、シート姿勢制御手段１３０から車体傾斜角・位置目標修正量を車体ＥＣＵ１２４に出力することで、シート３の相対傾斜角を考慮した車体の姿勢制御を実行することができる。

シート姿勢制御手段１３０は、既存の車体姿勢制御手段１２０に連結可能であり、乗員姿勢検出手段の一例としての２軸のシート相対変位測定装置１３１が検出した車体とのシート相対変位並びに車体姿勢制御手段１２０の車体ＥＣＵ１２４からの車体傾斜角及び加速度をシートＥＣＵ１３２で演算して、車体傾斜角目標修正量を車体ＥＣＵ１２４に出力すると共に指令値をシート変位調整用アクチュエータ１３３に出力することでシート変位を制御するものである。なお、車体ＥＣＵ１２４への入力としては、角速度計１２１、加速度計１２２又は操作手段１２３を独立で使用してもよいし、様々な組み合わせで使用してもよい。

次に、このような制御システムのフローチャートについて説明する。図４は、本実施形態の制御フローチャートである。まず、ステップ１で、車体搭載の加速度計１２２で加速度の向きを測定する（Ｓ１）。次に、ステップ２で、車体傾斜角の目標値（釣り合い角度）を算出する（Ｓ２）。次に、ステップ３で、車体搭載の加速度計１２２と角速度計１２１の測定値から車体傾斜角を算出する（Ｓ３）。次に、ステップ４で、後述するシート変位調整処理を実行する（Ｓ４）。次に、ステップ５で、車体傾斜角の測定値と修正目標値が等しいかどうか及び各々の時間変化率が等しいかどうかを判断する（Ｓ５）。判断の結果、車体傾斜角の測定値と修正目標値が等しく、各々の時間変化率も等しい場合、スタートに戻る。判断の結果、車体傾斜角の測定値と修正目標値が等しくないか、又は、各々の時間変化率が等しくない場合、ステップ６へ進む。ステップ６では、車体傾斜角の目標値に近づけるのに必要なアクチュエータ出力値の算出を実行する（Ｓ６）。最後に、ステップ６で算出した結果をもとに、ステップ７で、車体姿勢制御用アクチュエータに出力する（Ｓ７）。

ここで、ステップ４におけるシート変位調整処理について説明する。まず、ステップ４１で、車体の加速度の向きと車体傾斜角からシート変位の目標値を算出する（Ｓ４１）。次に、ステップ４２で、車体とシートの間に設置されたシート相対変位測定装置でシート変位を測定する（Ｓ４２）。次に、ステップ４３で、シート傾斜に伴う重心移動に対する車体傾斜角目標値の修正量を算出する（Ｓ４３）。次に、ステップ４４で、シート変位の測定値と目標値は等しいかどうか、及び、各々の時間変化率も等しいかどうかを判断する（Ｓ４４）。判断の結果、シート変位の測定値と目標値、及び、各々の時間変化率も等しい場合、シート変位調整処理を終了する。シート変位の測定値と目標値が等しくないか、又は、各々の時間変化率が等しくない場合、ステップ４５で、シート変位の目標値に近づけるのに必要なアクチュエータ出力値の算出を実行する（Ｓ４５）。最後に、ステップ４５で算出した結果をもとに、ステップ４６でシート変位制御用アクチュエータに出力する（Ｓ４６）。

次に、実施例について説明する。図５及び図６は、スライドアクチュエータを適用し、変位を調整する平行移動型の例を示す。図５は乗員を搭載した状態の概略図、図６（ａ）は、シート駆動部分の拡大図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の平面図である。

図中、１は走行車両、３２は車体、３２ａは上端部、３２ｂは中間部３２ｃは下部、３２ｄはレール、３３は乗員搭載部の一例としてのシート、３４は車軸、３５は車輪、３６はアクチュエータ、３６ａは棒状部、３６ｂは台状部、３７は移動体、３８はバネ、３９はジョイントである。

車体３２は、四角形状の上端部３２ａと、車軸３４と連結する下部３２ｃと、上端部３２ａの四角形の頂点と、下部３２ｃとを連結する中間部３２ｂとを有し、該上端部３２ａの各辺上面には、レール３２ｄが配設されている。各レール３２ｄ上には、各移動体３７を設置し、各移動体３７はアクチュエータ３６と結合されている。アクチュエータ３６は、ボールねじ型又は電磁型のものを適用し、対向する二辺上の移動体３７と結合される直交する２本の棒状部３６ａと、それぞれの棒状部３６ａと相対移動可能に連結させる台状部３６ｂとを有する。バネ３８は、車体３２の中間部３２ｂと下部３２ｃとの交点と、アクチュエータ３６の台状部３６ｂとの間に、ボールジョイント又はユニバーサルジョイント等のジョイント３９を介して設けられ、アクチュエータ３６の台状部３６ｂが車体３２の下部３２ｃの延長線上にあるように付勢されている。

このような構造とすることにより、アクチュエータ３６を制御することにより、シート３３を車体３２の上端部３２ａ内の任意の位置に移動可能に制御することができる。また、バネ３８を取り付けることにより、停止時及び一定速度走行時の直立姿勢保持にエネルギーが不要となると共に、アクチュエータ３６が故障した場合に、姿勢の保持を助けることができる。

第一実施形態の概念図 第一実施形態の概念図 第一実施形態の制御システム構成を示す図 第一実施形態の制御フローチャートを示す図 第一実施形態の実施例を示す図 第一実施形態の実施例を示す図 従来の技術を示す図 従来の技術を示す図

符号の説明

１…走行車両、２…車体、３…搭載手段の一例としてのシート、４…車軸、５…車輪、３２…車体、３２ａ…上端部、３２ｂ…中間部、３２ｃ…下部、３２ｄ…レール、３３…乗員搭載部の一例としてのシート、３４…車軸、３５…車輪、３６…アクチュエータ、３６ａ…棒状部、３６ｂ…台状部、３７…移動体、３８…バネ、３９…ジョイント、１１０…走行車両姿勢制御システム、１２０…車体姿勢制御手段、１２１…車体姿勢検出手段の一例としての角速度計、１２２…車体姿勢検出手段の一例としての加速度計、１２３…操作手段、１２４…車体ＥＣＵ、１２５…車体姿勢制御用アクチュエータ、１３０…乗員姿勢制御手段の一例としてのシート姿勢制御手段、１３１…シート相対変位測定装置、１３２…シートＥＣＵ、１３３…シート変位調整用アクチュエータ、Ｇ１…全体の重心、Ｇ２…乗員の重心、ｇ…重力、Ｆｉ…慣性力、Ｆｆ…前方への力、Ｖ…鉛直軸、Ｅ…平衡軸、Ｂ…車体軸、Ｐ…接地点、Ｆｃ…遠心力、Ｔ…トレッド

Claims (1)

1. 車体と、
   前記車体に回転可能に支持し、一軸上に配置された車輪と、
   前記車体に支持し乗員を搭載する乗員搭載部と、
   前記乗員搭載部を前記車体に対して相対的に移動させるシート変位調整用アクチュエータと、
   前記車体の加減速を取得する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段の検出した前記車体の加減速に応じて、前記シート変位調整用アクチュエータによって、前記乗員搭載部を前記車体に対して前後方向に平行移動させて前記車体の姿勢を制御する制御部と、
   を有する
   ことを特徴とする走行車両。

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