JP5287401B2

JP5287401B2 - 同軸二輪車

Info

Publication number: JP5287401B2
Application number: JP2009067295A
Authority: JP
Inventors: 勲舩越
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010215198A

Description

本発明は、搭乗者を乗せて走行する同軸二輪車に関する。

電動モータで駆動される一対の同軸車輪を有し、人が立位姿勢でステップに搭乗した状態でバランスを保ちながら走行する同軸二輪車が知られている（例えば、特許文献１）。このような従来の同軸二輪車では、例えば、搭乗者の体重移動により、移動を制御している。

特開２００６−３１５６６６号公報

従来の同軸二輪車において、搭乗者がパニック状態に陥ると、図６に示されるように、体を硬直させ、前屈みになる場合がある。これは、何かにしがみついたり、握りこむという動作等、危険な振る舞いをしてしまう、パニック状態の人間の特性によるものである。このような状態では、搭乗者の体重が前方に移動するため、搭乗者が同軸二輪車を停止させたいと考えていても、同軸二輪車はその考えに反して前方向に加速してしまう。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、より安全性を高めた同軸二輪車を提供することを目的とする。

本発明にかかる同軸二輪車は、搭乗者が足を載せるステップを有し、同軸上に配置された一対の車輪を駆動制御することにより、移動する同軸二輪車であって、搭乗者の膝の屈伸状態を検出し、検出信号を出力する屈伸状態検出手段と、前記検出信号に含まれる屈伸状態の情報に基づいて、減速させる減速手段とを備えたものである。

ここで、減速手段は、膝の屈伸量が予め定めた値以上である場合に、減速を開始することが望ましい。

また、減速手段は、前記車輪の駆動を制御する制御部が、前記検出信号に基づいて減速を行うように前記車輪の駆動を制御することによって実現することもできる。

さらに、前記検出信号に基づいて減速を行うように前記車輪を制動する制動手段を備えるようにしてもよい。

前記屈伸状態検出手段は、搭乗者の膝が押し当てられる膝押し当て部の車両本体に対する相対位置を検出することにより当該搭乗者の膝の屈伸状態を検出することが望ましい。

典型的な例にかかる前記同軸二輪車は、移動を操作する操作レバーを有し、前記屈伸状態検出手段は、当該操作レバーに設けられている。

本発明によれば、より安全性を高めた同軸二輪車を提供することができる。

発明の実施の形態１にかかる同軸二輪車の側面図である。発明の実施の形態１にかかる同軸二輪車の正面図である。発明の実施の形態１にかかる同軸二輪車に搭乗者が搭乗した状態を説明するための説明図である。発明の実施の形態１にかかる同軸二輪車の制御を示すブロック図である。発明の実施の形態２にかかる同軸二輪車の制御を示すブロック図である。従来の問題点を説明するための説明図である。

発明の実施の形態１．
発明の実施の形態１にかかる同軸二輪車は、いわゆる自走倒立二輪車である。
図１は、発明の実施の形態１にかかる同軸二輪車の側面図であり、また、図２は、その正面図である。当該同軸二輪車１０は、車両本体１と、左右一対の車輪２Ｌ、２Ｒと、左右一対の車輪駆動ユニット３Ｌ、３Ｒと、操作レバー４とを備えている。

一対の車輪２Ｌ、２Ｒは、車両本体１の走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置されるとともに回転自在に車両本体１に支持されている。なお、以下の説明において、一対の車輪２Ｌ、２Ｒの車軸に相当する軸をピッチ軸とし、車両本体１の中心を通って同軸二輪車１０の走行方向と平行をなす軸をロール軸とする。

車両本体１の上面には、搭乗者の足を夫々乗せる２つのステップ部１ａ、１ｂが設けられている。車両本体１の側面には、各車輪２Ｌ、２Ｒを独立して回転駆動する左右一対の車輪駆動ユニット３Ｌ、３Ｒが設けられている。各車輪駆動ユニット３Ｌ、３Ｒは、例えば、車輪駆動モータと、その車輪駆動モータの回転力を減速して各車輪２Ｌ、２Ｒへ伝達する減速機と、によって構成される。

車両本体１には、ロール軸回転方向へ回転自在に操作レバー４が取り付けられている。
操作レバー４がピッチ軸回転方向（前後方向）へ傾斜すると同軸二輪車１０の前進又は後退操作が実行され、操作レバー４がロール軸回転方向（左右方向）へ傾斜すると、同軸二輪車１０の旋回操作が実行される。

本実施の形態にかかる同軸二輪車１０は、搭乗者の膝の屈伸状態を検出する屈伸状態検出機構８を備えている。本例の屈伸状態検出機構８は、ベース部材８１、第１のロッド８２、第２のロッド８３、膝当て部材８４を備えている。

ベース部材８１は、円柱状の外形状を有し、操作レバー４に固定されている。ベース部材８１の長手方向は、操作レバー４を操作しない状態において、ピッチ軸と平行である。即ち、ベース部材８１の長手方向は、操作レバー４の上端に設けられたハンドル部分の左右方向に延在した部材と実質的に平行である。

第１のロッド８２は、２組のロッド８２ａ、８２ｂより構成され、それぞれベース部材８１の両端部近傍から後方やや上側に向かって延在している。第１のロッド８２は、パイプ状の形状を有する。

第２のロッド８３は、２組のロッド８３ａ、８３ｂより構成され、それぞれロッド８２ａ、８２ｂと相対位置が変動可能なように、当該ロッド８２ａ、８２ｂに弾性的に保持されている。即ち、ロッド８３ａ、８３ｂがロッド８２ａ、８２ｂ側（即ち、ベース部材８１側）に付勢されると、その力に応じてロッド８３ａ、８３ｂはロッド８２ａ、８２ｂ側へ相対的に移動する。それとともに、第１のロッド８２或いは第２のロッド８３は、この相対的な移動量を測定する手段（図示せず）を備えており、測定した移動量を搭乗者の屈伸状態を示す情報として後述する制御装置５及びブレーキ１１に出力する。移動量の測定手段としては、周知の変位センサや光センサを用いて構成することが可能である。

膝当て部材８４は、２組の部材８４ａ、８４ｂより構成され、それぞれ、ロッド８３ａ、８３ｂと固定されている。膝当て部材８４には、搭乗者の膝の前側を少なくとも保持する構成を有する。膝当て部材８４は、搭乗者の膝が確実に接し、その位置が検出できるように膝の形状に沿った形状を有している。例えば、半円状に屈曲していてもよい。膝当て部材８４は、装着感を向上させるために、搭乗者の膝と接する部分に衝撃を緩和する部材を設けてもよい。

図３に、本実施の形態１にかかる同軸二輪車１０に搭乗者が搭乗した状態を示す。図に示される状態では、搭乗者は膝を曲げていないので、第１のロッド８２と第２のロッド８３は初期位置のままである。従って、この場合には、当該同軸二輪車１０は通常の移動動作を行う。

図４は、同軸二輪車１０のシステム構成を示すブロック図である。
同軸二輪車１０は、制御装置５と、角度検出センサ６１と、姿勢センサユニット６２と、一対の車輪速度センサ７Ｌ、７Ｒと、屈伸状態検出機構８と、一対の駆動回路９Ｌ、９Ｒと、ブレーキ１１を備えている。

姿勢センサユニット６２は、車両本体１に配設されており、同軸二輪車１０の走行時における車両本体１のピッチ角度、ピッチ角速度、加速度等を検出する。姿勢センサユニット６２は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ等から構成されている。
操作レバー４が前方もしくは後方に傾斜すると、車両本体１も操作レバー４に連動して同方向へ傾斜する。姿勢センサユニット６２は、操作レバー４の傾斜に対応した車両本体１のピッチ角度やピッチ角速度（姿勢値）を検出する。

角度検出センサ６１は、操作レバー４の回動軸に取り付けられている。角度検出センサ６１としては、例えば、ポテンショメータやバリコン構造のセンサ等を適用することができる。角度検出センサ６１は、搭乗者によって旋回したいと思う所望の方向へ操作レバー４が回動されたとき、その操作量及び操作方向を検出する。操作レバー４が操作されると、角度検出センサ６１は、その操作量及び操作方向に応じた操作信号を制御装置５に出力する。

左右の車輪速度センサ７Ｌ、７Ｒは、左右の車輪２Ｌ、２Ｒにそれぞれ配設されており、各車輪２Ｌ、２Ｒの車輪速度をそれぞれ検出する。車輪速度センサ７Ｌ、７Ｒは、検出した各車輪２Ｌ、２Ｒの車輪速度を、制御装置５に出力する。

一対の駆動回路９Ｌ、９Ｒは、車両本体１に内蔵されており、左右の車輪駆動ユニット３Ｌ、３Ｒをそれぞれ駆動する。
ブレーキ１１は、車輪２Ｌ、２Ｒの回転を制動する制動手段である。当該ブレーキ１１は、例えば、油圧ブレーキである。本実施の形態１におけるブレーキ１１は、屈伸状態検出機構８より屈伸状態を示す検出信号を入力し、屈伸状態に応じた制動動作を行う。例えば、搭乗者の屈伸量が所定値以上であると、車輪２Ｌ、２Ｒの回転が減速するように制動する。さらに、搭乗者の屈伸量が増えると、制動を強くする。搭乗者の屈伸量と制動の強さは、様々な関係に設定することが可能である。例えば、屈伸量に応じて制動の強さが段階的に大きくなるようにしてもよく、屈伸量が一定以上の場合には制動の強さを一定にしてもよい。

制御装置５は、駆動回路９Ｌ、９Ｒを介して車輪駆動ユニット３Ｌ、３Ｒを駆動制御する。制御装置５は、制御処理、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を有し、倒立制御部５１を含む構成である。

倒立制御部５１は、姿勢センサユニット６２によって検出された車両本体１のピッチ角度およびピッチ角速度等に基づいて、操作レバー４の傾斜方向（前方又は後方）及び対応する移動速度を算出する。そして、倒立制御部５１は、同軸二輪車１０がバランスを保ちつつ、算出した傾斜方向および移動速度で同軸二輪車１０が移動するように各車輪駆動ユニット３Ｌ、３Ｒを駆動制御する。これにより、同軸二輪車１０は、バランスを保ちながら所望の移動速度で前進または後退することができる。

また、倒立制御部５１は、角度検出センサ６１からの操作信号に応じて、一対の車輪駆動ユニット３Ｌ、３Ｒの駆動を制御し、左右の車輪２Ｌ、２Ｒに回転差を生じさせる。これにより、同軸二輪車１０は、所望の車速度で所望の方向へ旋回走行する。

さらに、倒立制御部５１は、屈伸状態検出機構８からの検出信号に応じて、倒立姿勢制御を実行する。具体的には、屈伸状態検出機構８からの検出信号に含まれる屈伸量に関する情報を取得し、屈伸量が所定値以上の場合に、目標速度を低くし、車輪２Ｌ、２Ｒの回転が減速するように制御を行う。

続いて、本実施の形態１にかかる同軸二輪車に搭乗した搭乗者が膝を曲げた場合における当該同軸二輪車の動作について説明する。
搭乗者が膝を曲げて屈伸すると、搭乗者の膝が膝当て部８４を前方、即ち操作レバー４側へ付勢する。これに応じて、膝当て部８４に固定された第２のロッド８３は、第１のロッド側８２に移動し、第２のロッド８３と第１のロッド８２の相対的な位置が移動する。この移動量を図示しない測定手段により測定する。測定手段は、屈伸状態情報を含む検出信号を、制御装置５及びブレーキ１１に出力する。

検出信号を入力した制御装置５は、屈伸量が所定値以上の場合に、目標速度を低くし、車輪２Ｌ、２Ｒの回転が減速するように制御を行う。また、検出信号を入力し、屈伸状態に応じた制動動作を行う。

本実施の形態１にかかる同軸二輪車は、このように搭乗者の屈折状態に応じて減速動作を行うようにしたので、操作に慣れないユーザであっても膝を曲げる（落とす）ことで容易に減速させることができる。また、搭乗者がパニックになった場合に、同軸二輪車は、前屈みになった搭乗者の状態を検知し、減速させることができるので、安全性を高めることができる。特に、本実施の形態１では、倒立制御と、ブレーキ制御のそれぞれにおいて搭乗者の屈折状態に応じた減速動作を実現しているので、いずれか一方の動作に不具合があった場合にも、同軸二輪車を減速させることができ、さらに安全性を高めることが可能となる。

発明の実施の形態２．
発明の実施の形態２にかかる同軸二輪車は、制御に特徴を有する。本実施の形態２にかかる同軸二輪車は、構造は基本的に発明の実施の形態１にかかる同軸二輪車と同様であるが、必ずしもブレーキ１１を具備しなくてもよい。

図５は、本実施の形態２にかかる同軸二輪車の制御を示すブロック図である。図に示されるように、屈伸状態検出機構８の検出信号は、制御装置５の倒立制御部５１のみに入力されている。

倒立制御部５１は、屈伸状態検出機構８からの検出信号に応じて、倒立姿勢制御を実行する。具体的には、屈伸状態検出機構８からの検出信号に含まれる屈伸量に関する情報を取得し、屈伸量が所定値以上の場合に、目標速度を低くし、車輪２Ｌ、２Ｒの回転が減速するように制御を行う。

本実施の形態２にかかる同軸二輪車は、このように搭乗者の屈折状態に応じて減速動作を行うようにしたので、操作に慣れないユーザであっても膝を曲げる（落とす）ことで容易に減速させることができる。また、搭乗者がパニックになった場合に、同軸二輪車は、前屈みになった搭乗者の状態を検知し、減速させることができるので、安全性を高めることができる。特に、本実施の形態２では、ブレーキ機構が不要のため、低コストを実現できる。

その他の実施の形態．
屈伸状態検出機構８は、発明の実施の形態１、２で説明した構成に限らず、他の構成を採用することも可能である。例えば、屈伸状態検出機構８は、搭乗者の膝の位置を非接触で検出するものであってもよい。この場合には、屈伸状態検出機構８は、レーザセンサにより構成したり、イメージセンサ等の撮像手段と撮影画像を分析する分析手段により構成することができる。

１車両本体
１ａ，１ｂステップ部
２Ｌ，２Ｒ車輪
３Ｌ，３Ｒ車輪駆動ユニット
４操作レバー
５制御装置
６１角度検出センサ
６２姿勢センサユニット
７Ｌ，７Ｒ車輪速度センサ
８屈伸状態検出機構
９Ｌ，９Ｒ駆動回路
１０同軸二輪車
１１ブレーキ
５１倒立制御部

Claims

搭乗者が足を載せるステップを有し、同軸上に配置された一対の車輪を駆動制御することにより、移動する同軸二輪車であって、
搭乗者の膝の屈伸状態を検出し、検出信号を出力する屈伸状態検出手段と、
前記検出信号に含まれる屈伸状態の情報に基づいて、減速させる減速手段と、を備え、
前記減速手段は、膝の屈伸量が予め定めた値以上である場合に、減速を開始する同軸二輪車。
前記減速手段は、前記車輪の駆動を制御する制御部が、前記検出信号に基づいて減速を行うように前記車輪の駆動を制御することによって実現することを特徴とする請求項１記載の同軸二輪車。
前記検出信号に基づいて減速を行うように前記車輪を制動する制動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の同軸二輪車。
前記屈伸状態検出手段は、搭乗者の膝が押し当てられる膝押し当て部の車両本体に対する相対位置を検出することにより当該搭乗者の膝の屈伸状態を検出することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の同軸二輪車。
前記同軸二輪車は、移動を操作する操作レバーを有し、
前記屈伸状態検出手段は、当該操作レバーに設けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の同軸二輪車。