JP5105069B2 - 走行車両 - Google Patents

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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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