JP6161023B2 - 乗用二輪車 - Google Patents
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Description
本発明のより具体的な目的は、本明細書の記載および図面から明らかとなる。
車体フレームと、
第1軸を備えた第1車輪と、
第2軸を備えた第2車輪と、
第1車輪の駆動手段と、
第2車輪の駆動手段と、
車体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
車体の姿勢を安定化する姿勢安定化手段と、
を備え、
前記第1軸と前記第2軸は前後方向に離間して左右方向に延びる食い違い軸であり、前記第1車輪と前記第2車輪を前後方向にずらしかつ左右方向に離間して配置することで、車体のピッチ運動とロール運動を連成させてなり、
前記姿勢安定化手段は、ピッチ運動安定化手段、ロール運動安定化手段の少なくとも1つを含んでいる、
乗用二輪車、である。
食い違い軸、すなわち非同一軸上の車輪を備えた二輪車では、ロール運動とピッチ運動が連成するため、いずれか一方、あるいは両方を制御することで車体の姿勢を安定化することができる。
2つの自由度について姿勢安定化手段を採用することにより、運転者による制御と機械による制御を適宜役割分担することができる。
また、非同一軸上の車輪を有する平行二輪車は、従来の同一軸上の車輪を有する平行二輪車とは異なり、段差乗り越しのときに、一輪でまず当るという特徴を備えている。
1つの態様では、姿勢検出手段は、ジャイロセンサ、加速度センサ、あるいは、これらの組み合わせから構成される。
1つの態様では、姿勢安定化手段は、コンピュータ(入力部、演算部、記憶部、出力部等を備える)から構成される制御手段であり、入力された姿勢検出手段の検出データを用いて所定のプログラムによって演算を実行し、演算データを出力して、駆動手段(モータ)の駆動制御を行う。
1つの態様では、前記姿勢安定化手段は、倒立振子制御に基づくピッチ運動安定化手段を含む。
ウェイトを車両の左右に動かすことでロール方向をアクティブに安定化させることができる。
1つの態様では、姿勢検出手段による検出データを用いて所定のプログラムによって演算を実行し、演算データを出力して、移動手段によって可動ウェイトの左右方向の位置制御を行う。
操舵手段としては、姿勢検出手段の検出結果に基づく自動操舵手段と、運転者の手動操作による手動操舵手段が採り得る。
タイヤを厚くするとロール方向およびピッチ方向が共にパッシブに安定化される。より具体的には、例えば、ロール時に、タイヤの変形の復元モーメントが作用することが安定化に寄与する。
非同一軸上の車輪を有する車両は走行時に、自然に斜行ないし旋回する特徴を持っている。具体的には、左右の第1軸を備えた第1車輪、第2軸を備えた第2車輪において、第1軸が前側、第2軸が後側に位置している場合に、第2車輪側に斜行する傾向がある。
斜行規制手段を設けることで、車体の斜行を規制して直進させることができる。
1つの態様では、前記斜行規制手段は、前記第1車輪、前記第2車輪の駆動トルクを制御することを含む。
1つの態様では、前記斜行規制手段は、車体の横方向の変異を検出する手段を備え、横方向の変異量=0を目標値として、前記第1車輪、前記第2車輪の駆動トルクを制御する。
1つの態様では、前記斜行規制手段は、操舵手段を含む。
操舵手段としては、横方向変異検出手段の検出結果に基づく自動操舵手段と、運転者の手動操作による手動操舵手段が採り得る。
2つの自由度を利用して、運転者による安定化と、自動制御系による安定化を組み合わせることで、従来にない特性を持つ二輪車が構築できる。
(ア)パッシブな安定化:タイヤを厚くすることでロール方向・ピッチ方向共にパッシブに安定化させること、
(イ)アクティブな安定化:重りを車両の左右に動かすことでロール方向を安定化すること、
が考えられる。
非同一軸上の車輪を有するPMVの車両運動は研究されていない。そこで、車両実験による車両運動評価を行った。実験で用いた車両を図8に示す。実験車両の車体フレーム1は、平面視方形状のベース10を備え、ベース10の下側には、第1車輪モジュール、第2車輪モジュールが、着脱可能に装着される。第1車輪モジュール、第2車輪モジュールの取付位置は、ベース10の横方向及び縦方向に可変である。第1車輪モジュールは、第1車輪2、第1軸4、第1モータ7と、を備え取付プレートを介してベース10の下面に取り付けられる。第2車輪モジュールは、第2車輪3、第2軸5、第2モータ8と、を備え、取付プレートを介してベース10の下面に取り付けられる。モータ7、8の回転はギア機構を介して車輪2、3にそれぞれ伝動される。モータ7、8は、図示しないバッテリからの電力供給によって作動する。ベース10の上面の中央部位には、ジャイロセンサ9が搭載されている。ジャイロセンサ9、第1モータ7、第モータ8は、図示しないコントローラに電気的に接続されている。実験では、便宜上、バッテリ及びPMV制御用のパソコン(コントローラ)を被験者側に設けた。
自転車モードと平行二輪車モードという二形態を互いに変換可能で状況に応じて使い分けることができる乗用二輪車を考えた場合、並行二輪車モードは従来のピッチ制御で安定化でき、自転車モードは従来の人間による前輪の操舵で安定化できる。また、モード変換の間の全ての状態で変換を止めて、その状態で走行することも可能とする。モード変換の際は、例えば、以下の2つのパターンが考えられる。
(ア)平行二輪車モード状態からある決まった状態まで連続的に変換し、一旦変換が止まりライダに制御方式が変わることを知らせる。以下ではこの状態を状態4とする。それから、状態4から自転車モード状態までは人間が前輪を操舵することで車両の安定化を行う。
(イ)全て自動で行われる。即ち状態1−状態4は車両側のピッチ制御のみで、状態4から状態5までは車両側によるピッチ制御と自動操舵で安定化を行う。
(ア)モータ制御ゲインを調整することで車両単体で真っ直ぐ走るようにすること、
(イ)ステアリング機構を導入し、車両が真っ直ぐになるように運転者がハンドルをコントロールすること、
が考えられる。この場合、計測項目は、横方向変位、ピッチ角、ロール角、ステア角となる。
Claims (7)
- 車体フレームと、
第1軸を備えた第1車輪と、
第2軸を備えた第2車輪と、
第1車輪の駆動手段と、
第2車輪の駆動手段と、
車体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
車体の姿勢を安定化する姿勢安定化手段と、
を備え、
前記第1軸と前記第2軸は前後方向に離間して左右方向に延びる食い違い軸であり、前記第1車輪と前記第2車輪を前後方向にずらしかつ左右方向に離間して配置することで、車体のピッチ運動とロール運動を連成させてなり、
前記姿勢安定化手段は、ピッチ運動安定化手段、ロール運動安定化手段の少なくとも1つを含んでおり、
前記姿勢安定化手段は、前記姿勢検出手段の検出結果に基づいて車体の姿勢を安定化する姿勢安定化手段を含み、当該姿勢安定化手段は、左右方向に移動可能な可動ウェイトと、前記可動ウェイトを移動させることによるロール運動安定化手段を含む、
乗用二輪車。 - 前記姿勢安定化手段は、倒立振子制御に基づくピッチ運動安定化手段を含む、請求項1に記載の乗用二輪車。
- 前記姿勢安定化手段は、操舵手段を用いたロール運動安定化手段を含む、請求項1、2いずれか1項に記載の乗用二輪車。
- 前記姿勢安定化手段は、前記第1車輪および前記第2車輪と路面との接地面が平らとなるように、当該第1車輪および当該第2車輪を幅広の厚いタイヤから構成することによるものである、請求項1〜3いずれか1項に記載の乗用二輪車。
- 車体を直進させるための斜行規制手段を含む、請求項1〜4いずれか1項に記載の乗用二輪車。
- 前記斜行規制手段は、前記第1車輪、前記第2車輪の駆動トルクを制御することを含む、請求項5に記載の乗用二輪車。
- 前記斜行規制手段は、操舵手段を含む、請求項5に記載の乗用二輪車。
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