JP5181942B2

JP5181942B2 - 車両

Info

Publication number: JP5181942B2
Application number: JP2008226887A
Authority: JP
Inventors: 憲一島川; 和宏久野; 真規岡田; 宗裕高橋; 司細川
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: JP2010058685A

Description

本発明は、一対の車輪と、一対の車輪を支持するリンク機構とを備える倒立振り子の姿勢制御を利用した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、車両の低価格化などから、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人乗りの二輪車として構成する形態が最も効率的であるといえる。

そこで、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両に関する技術が提案されている。例えば、同軸上に配設された２つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による車体の姿勢変化を感知して駆動する車両等の技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
特開２００６−１３８５号公報特開２００７−２３７９９６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、車体が備えるリンク機構を利用して車体を横方向に傾斜させるようになっているとともに、乗り心地を向上させるために、乗員の体格に合わせて搭乗部の高さを調整するようになっているが、車体を傾斜させるためのアクチュエータと、搭乗部の高さを調整するためのアクチュエータとを搭載しなければならないので、車体のサイズ及び重量が増加し、かつ、消費電力も増加してしまう。

本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、切換手段によってアクチュエータ装置が発生する動力の伝達経路を切り換えることにより、単一のアクチュエータ装置によって搭乗部の高さを変化させるとともに車体を傾斜させるようにして、アクチュエータ装置の数を増加させず、車体のサイズ及び重量を増加させず、消費電力を抑制し、旋回性能を向上させることができ、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、車体と、該車体に取り付けられた昇降可能な搭乗部と、前記車体に取り付けられた左右一対の回転可能な車輪と、前記車体の傾斜又は前記搭乗部の昇降を選択的に行うアクチュエータ装置とを有し、前記車体は、該車体を傾斜させるリンク機構及び前記搭乗部を昇降させる昇降ユニットを備え、前記アクチュエータ装置の出力は切換手段によって前記リンク機構又は昇降ユニットに選択的に伝達される。

請求項１の構成によれば、アクチュエータ装置の数を増加させず、車体のサイズ及び重量を増加させず、消費電力を抑制し、旋回性能を向上させることができ、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。

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正面図、図２は本発明の実施の形態における車両の構成を示す左側面図、図３は本発明の実施の形態における車両の旋回中の姿勢を示す正面図、図４は本発明の実施の形態における車両の搭乗部を上昇させた姿勢を示す左側面図である。

図において、１０は、本実施の形態における車両であり、車体の本体部２０と、乗員が搭乗する搭乗部１１と、左側の車輪１２Ｌ及び右側の車輪１２Ｒと、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒを支持するリンク機構３０と、搭乗部１１を昇降させる昇降ユニット４０と、前記リンク機構３０及び昇降ユニット４０を選択的に作動させるアクチュエータ装置２５とを有し、倒立振り子の姿勢制御を利用して車体の前後方向の姿勢を制御する。すなわち、前記車両１０は車体を前後に傾斜させることができる。

また、旋回時には、図３に示されるように、左右の車輪１２Ｌ及び１２Ｒの路面に対する角度、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。

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図示されない左側の回転駆動装置を内蔵する左側の縦リンク部材３２Ｌ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図示されない右側の回転駆動装置を内蔵する右側の縦リンク部材３２Ｒと、前後において左右の縦リンク部材３２Ｌ及び３２Ｒの上端同士を連結する上側の横リンク部材３１ＵＦ及び３１ＵＢと、前後において左右の縦リンク部材３２Ｌ及び３２Ｒの下端同士を連結する下側の横リンク部材３１ＤＦ及び３１ＤＢとを有する。なお、左右の縦リンク部材３２Ｌ及び３２Ｒと横リンク部材３１ＵＦ、３１ＵＢ、３１ＤＦ及び３１ＤＢとは、ピン、ブッシュ等を備える関節部材３３を介して、互いに回転可能に連結されている。

なお、車輪１２、縦リンク部材３２及び横リンク部材３１、並びに、その他の各部材に付与される符号に含まれるＬは左側であることを示し、Ｒは右側であることを示し、Ｕは上側であることを示し、Ｄは下側であることを示し、Ｆは前側であることを示し、Ｂは後側であることを示している。そして、各部材を統合的に説明する場合には、名称に付与された左右、上下及び前後の語を適宜省略するとともに、前記Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄ、Ｆ及びＢの符号を適宜省略する。

また、前記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駆動回転軸２６とを備えるものである。ここで、前記ボディはブラケット２４を介して本体部２０の後側の搭乗部支持部材２２Ｂに固定され、駆動回転軸２６は、切換手段としての選択接続手段６０を介して、前方下側の横リンク部材３１ＤＦの軸接続部材３５、又は、駆動用プーリ４３に選択可能に接続される。そして、前記駆動回転軸２６が軸接続部材３５に接続された状態では、アクチュエータ装置２５を駆動して駆動回転軸２６をボディに対して回転させると、本体部２０に対して前方下側の横リンク部材３１ＤＦが回転し、リンク機構３０が屈伸するので、車体が傾斜する。また、前記駆動回転軸２６が駆動用プーリ４３に接続された状態では、アクチュエータ装置２５を駆動して駆動回転軸２６をボディに対して回転させると、昇降ユニット４０が作動するので、搭乗部１１が上昇又は下降する。

車体の本体部２０は、左右の中央において縦方向に延在する前後の縦部材２１Ｆ及び２１Ｂと、該前後の縦部材２１Ｆ及び２１Ｂの上端に取り付けられた前後に延在する前後の搭乗部支持部材２２Ｆ及び２２Ｂと、該前後の搭乗部支持部材２２Ｆ及び２２Ｂの上に取り付けられた前後の軸支持部材２３Ｆ及び２３Ｂとを有する。また、前後の搭乗部支持部材２２Ｆ及び２２Ｂの上には、昇降ユニット４０を介して、搭乗部１１のシートブラケット１３が取り付けられている。

そして、前記縦部材２１は、その上方部分においてリンク機構３０の上側の横リンク部材３１Ｕにおける左右の中央部分に回転可能に連結され、その下端においてリンク機構３０の下側の横リンク部材３１Ｄにおける左右の中央部分に回転可能に連結されている。なお、前記縦部材２１と下側の横リンク部材３１Ｄとの連結部分の回転軸は、前記アクチュエータ装置２５の駆動回転軸２６と同軸になっている。これにより、駆動回転軸２６が前方下側の横リンク部材３１ＤＦの軸接続部材３５に接続された状態で駆動回転軸２６を回転させると、リンク機構３０を屈伸させて本体部２０を傾斜させることが可能となる。

前記搭乗部１１は、乗用車、バス等の自動車に使用されるシートと同様のものであり、座面部、背もたれ部、ヘッドレスト、アームレスト等を備え、シートブラケット１３を介して、昇降ユニット４０に取り付けられている。そして、駆動回転軸２６が駆動用プーリ４３に接続された状態で駆動回転軸２６を回転させると、昇降ユニット４０が作動して搭乗部１１が上昇又は下降する。

前記昇降ユニット４０は、前後の軸支持部材２３Ｆ及び２３Ｂによって回転可能に支持された被駆動回転軸４１と、該被駆動回転軸４１に取り付けられた被駆動用プーリ４２と、駆動回転軸２６と同軸の駆動用プーリ４３と、前記被駆動用プーリ４２及び駆動用プーリ４３の周囲に掛け回された駆動力伝達ベルト４４と、前記被駆動用プーリ４２の回転によって昇降する前後左右の昇降ロッド４５ＬＦ、４５ＲＦ、４５ＬＢ及び４５ＲＢと、前後の搭乗部支持部材２２Ｆ及び２２Ｂに取り付けられ、前記前後左右の昇降ロッド４５ＬＦ、４５ＲＦ、４５ＬＢ及び４５ＲＢを昇降可能に支持するロッド下側支持部材４６ＬＦ、４６ＲＦ、４６ＬＢ及び４６ＲＢとを有する。なお、前記昇降ロッド４５ＬＦ、４５ＲＦ、４５ＬＢ及び４５ＲＢの上端は、ロッド受部材１４ＬＦ、１４ＲＦ、１４ＬＢ及び１４ＲＢを介して、シートブラケット１３の下面に連結されている。

なお、前記アームレストには、操縦装置としてのジョイスティック装置を配設することができる。この場合、乗員は、ジョイスティック装置を操作して、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、乗員が操作して走行状態を指示することができる装置であれば、ジョイスティック装置に代えて他の装置、例えば、ジョグダイヤル、タッチパネル、押しボタン等の装置を操縦装置として使用することもできる。

また、車両１０がリモートコントロールによって操縦される場合には、前記ジョイスティック装置に代えて、コントローラからの走行指令を有線又は無線で受信する受信装置を操縦装置として使用することができる。また、車両１０があらかじめ決められた走行指令データに従って自動走行する場合には、前記ジョイスティック装置に代えて、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体に記憶された走行指令データを読み取るデータ読取り装置を操縦装置として使用することができる。

さらに、搭乗部１１の後方又は下方には、図示されないバッテリー装置が配設されている。該バッテリー装置は、回転駆動装置及びアクチュエータ装置２５の駆動源である。また、搭乗部１１の後方又は下方には、図示されない制御装置、各種センサ装置、インバータ装置等が収納されている。

次に、前記構成の車両１０の動作について説明する。ここでは、選択接続手段６０によって駆動回転軸２６の回転をリンク機構３０又は昇降ユニット４０に選択的に伝達する動作についてのみ説明する。

図５は本発明の実施の形態におけるリンク機構及び昇降ユニットの構成を示す要部拡大図、図６は本発明の実施の形態における駆動回転軸の回転をリンク機構又は昇降ユニットに選択的に伝達する動作を説明する図である。なお、図５において、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、図６において、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。

搭乗部１１の高さ調整は、例えば、車両１０が歩行者と併走するときに、乗員の目線の高さを歩行者の目線の高さに合わせて乗り心地を向上させるために行われる。また、搭乗部１１を含む車体の傾斜角調整は、例えば、比較的高速で旋回するときに、旋回性能を向上させるために行われる。したがって、通常、搭乗部１１の高さ調整と車体の傾斜角調整とを同時に行う必要はない、と考えられる。そこで、本実施の形態においては、選択接続手段６０を作動させ、駆動回転軸２６の接続先を前方下側の横リンク部材３１ＤＦの軸接続部材３５又は駆動用プーリ４３に切り換えることにより、単一のアクチュエータ装置２５の出力を、車体を傾斜させるために、及び、搭乗部１１の高さを変化させるために利用するようになっている。

具体的には、前記選択接続手段６０は、図６（ａ）に示されるように、往復動する切換ロッド６２を備え、駆動回転軸２６の表面に取り付けられた切換アクチュエータ６１を有する。該切換アクチュエータ６１は、切換ロッド６２を往復動させて切換アクチュエータ６１のボディから両方向に交互に突出させることができるアクチュエータであれば、いかなる種類のものであってもよく、例えば、油圧シリンダ、リニアモータ、ソレノイド等であってもよいし、回転式の電気モータとリンク機構とを組み合わせたものであってもよい。

そして、図６（ｂ−１）に示されるように、切換ロッド６２を切換アクチュエータ６１のボディから前方（図における左方）に突出させた場合、切換ロッド６２は、前方下側の横リンク部材３１ＤＦの軸接続部材３５と係合する。これにより、該軸接続部材３５が駆動回転軸２６に接続された状態となるので、アクチュエータ装置２５を作動させて駆動回転軸２６をボディに対して回転させると、該ボディにブラケット２４を介して接続された本体部２０に対して前方下側の横リンク部材３１ＤＦが回転し、リンク機構３０が屈伸して車体が傾斜する。

また、図６（ｂ−２）に示されるように、切換ロッド６２を切換アクチュエータ６１のボディから後方（図における右方）に突出させた場合、切換ロッド６２は、昇降ユニット４０の駆動用プーリ４３と係合する。これにより、該駆動用プーリ４３が駆動回転軸２６に接続された状態となるので、アクチュエータ装置２５を作動させて駆動回転軸２６をボディに対して回転させると、その回転が駆動用プーリ４３、駆動力伝達ベルト４４及び被駆動用プーリ４２を介して、被駆動回転軸４１に伝達され、該被駆動回転軸４１の回転により昇降ロッド４５が昇降する。そのため、該昇降ロッド４５の上端に、ロッド受部材１４及びシートブラケット１３を介して、連結された搭乗部１１が昇降する。

なお、軸接続部材３５及び駆動用プーリ４３は、切換ロッド６２が係合していないときには、駆動回転軸２６に対して自由に回転可能な状態となっている。

このように、本実施の形態においては、切換アクチュエータ６１を作動させ、切換ロッド６２の係合先を軸接続部材３５又は駆動用プーリ４３に切り換えることにより、アクチュエータ装置２５によって車体を傾斜させるか又は搭乗部１１の高さを変化させるかを切り換えることができる。

次に、選択接続手段６０によって駆動回転軸２６の回転をリンク機構３０又は昇降ユニット４０に伝達するための構成の１つの具体例について説明する。

図７は本発明の実施の形態における駆動回転軸の回転をリンク機構に伝達する構成の具体例を示す図、図８は本発明の実施の形態における駆動回転軸の回転を昇降ユニットに伝達する構成の具体例を示す図である。

図７に示されるように、例えば、駆動回転軸２６の前端は、前側の縦部材２１Ｆの下端に形成された開口２８Ｄ内に進入し、ボールベアリングを介して、回転可能に支持されている。

また、前側の縦部材２１Ｆの直後に配設された前方下側の横リンク部材３１ＤＦには、貫通孔３１ａが形成され、該貫通孔３１ａ内に駆動回転軸２６が回転可能に挿通されている。そして、前記横リンク部材３１ＤＦには軸接続部材３５が接続され、該軸接続部材３５が、ボールベアリングを介して、回転可能に駆動回転軸２６に取り付けられている。そのため、前記横リンク部材３１ＤＦも駆動回転軸２６に対して回転可能となっている。

なお、前記軸接続部材３５には、切換ロッド６２の先端が進入して係合することができる係合凹部３５ａが形成されている。そのため、図７に示されるように、切換ロッド６２を切換アクチュエータ６１のボディから前方に突出させた状態では、切換ロッド６２の先端が係合凹部３５ａ内に進入して軸接続部材３５と係合し、該軸接続部材３５を介して、前記横リンク部材３１ＤＦが駆動回転軸２６に接続された状態となる。この状態で、アクチュエータ装置２５を作動させて駆動回転軸２６をボディに対して回転させると、前記横リンク部材３１ＤＦが回転し、リンク機構３０が屈伸して車体が傾斜する。

また、駆動用プーリ４３には、貫通孔４３ｂがその中心に形成され、該貫通孔４３ｂ内に駆動回転軸２６が回転可能に挿通されている。そして、駆動用プーリ４３は、ボールベアリングを介して、アクチュエータ装置２５のボディに回転可能に支持されている。

なお、前記駆動用プーリ４３には、切換ロッド６２の先端が進入して係合することができる係合凹部４３ａが形成されているが、図７に示される例では、切換ロッド６２が係合凹部４３ａに進入していない。そのため、駆動用プーリ４３は駆動回転軸２６に対して自由に回転可能な状態となっている。

例えば、図８に示されるように、切換ロッド６２を切換アクチュエータ６１のボディから後方に突出させた状態では、切換ロッド６２の先端が係合凹部４３ａ内に進入して駆動用プーリ４３と係合し、該駆動用プーリ４３が駆動回転軸２６に接続された状態となる。この状態で、アクチュエータ装置２５を作動させて駆動回転軸２６をボディに対して回転させると、前記駆動用プーリ４３が回転し、その回転が該駆動用プーリ４３、駆動力伝達ベルト４４及び被駆動用プーリ４２を介して、被駆動回転軸４１に伝達される。

ここで、前記駆動力伝達ベルト４４は、歯付ベルトであることが望ましく、前記駆動用プーリ４３及び被駆動用プーリ４２も歯付プーリであることが望ましいが、いかなる種類のベルト及びプーリであってもよい。なお、前記駆動力伝達ベルト４４並びに駆動用プーリ４３及び被駆動用プーリ４２に代えて、チェーン及び歯車を使用することもできる。

そして、前記被駆動回転軸４１の回転によって昇降ロッド４５が昇降する。例えば、被駆動回転軸４１の外面に歯を形成してピニオンギヤとし、昇降ロッド４５の側面に歯を形成してラックとし、前記ピニオンギヤとラックとを直接、又は、アイドルギヤを介在させて噛（か）み合わせることによってラック−ピニオン機構を構成し、これにより、被駆動回転軸４１の回転運動を昇降ロッド４５の昇降運動に転換することができる。また、被駆動回転軸４１に嵌（は）め付けたかさ歯車と、ロッド下側支持部材４６に嵌め付けたかさ歯車とを噛み合わせ、被駆動回転軸４１の回転によってロッド下側支持部材４６を回転させるとともに、該ロッド下側支持部材４６の内面に形成された雌ねじと昇降ロッド４５の外面に形成された雄ねじとを噛み合わせることによって構成されたスクリューナット機構により、被駆動回転軸４１の回転運動を昇降ロッド４５の昇降運動に転換することもできる。

なお、被駆動回転軸４１の両端は、ボールベアリングを介して、回転可能に軸支持部材２３に取り付けられている。また、前側の縦部材２１Ｆの直後に配設された前方上側の横リンク部材３１ＵＦには中心軸３８が取り付けられ、該中心軸３８の前端が、前側の縦部材２１Ｆの中間部に形成された開口２８Ｕ内に進入し、ボールベアリングを介して、回転可能に支持されている。

このように、本実施の形態においては、簡単な構成によって、アクチュエータ装置２５の出力により車体を傾斜させるか又は搭乗部１１の高さを変化させるかを切り換えることができる。すなわち、切換アクチュエータ６１を作動させて、切換ロッド６２の係合先を軸接続部材３５又は駆動用プーリ４３に切り換えることによって、車体を傾斜させるか又は搭乗部１１の高さを変化させるかを選択することができる。

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。

本発明の実施の形態における車両の構成を示す正面図である。本発明の実施の形態における車両の構成を示す左側面図である。本発明の実施の形態における車両の旋回中の姿勢を示す正面図である。本発明の実施の形態における車両の搭乗部を上昇させた姿勢を示す左側面図である。本発明の実施の形態におけるリンク機構及び昇降ユニットの構成を示す要部拡大図である。本発明の実施の形態における駆動回転軸の回転をリンク機構又は昇降ユニットに選択的に伝達する動作を説明する図である。本発明の実施の形態における駆動回転軸の回転をリンク機構に伝達する構成の具体例を示す図である。本発明の実施の形態における駆動回転軸の回転を昇降ユニットに伝達する構成の具体例を示す図である。

符号の説明

１０車両
１１搭乗部
１２Ｌ、１２Ｒ車輪
２５アクチュエータ装置
３０リンク機構
４０昇降ユニット
６０選択接続手段

Claims

車体と、
該車体に取り付けられた昇降可能な搭乗部と、
前記車体に取り付けられた左右一対の回転可能な車輪と、
前記車体の傾斜又は前記搭乗部の昇降を選択的に行うアクチュエータ装置とを有し、
前記車体は、該車体を傾斜させるリンク機構及び前記搭乗部を昇降させる昇降ユニットを備え、
前記アクチュエータ装置の出力は切換手段によって前記リンク機構又は昇降ユニットに選択的に伝達されることを特徴とする車両。