JP6842539B2 - 揺動式車両 - Google Patents
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Description
特許文献1では、四輪の電動車両において、左右の駆動輪の車輪速を検出するレゾルバを備え、車輪速の検出値に基づいて、左右の駆動輪の駆動モーターの駆動力の配分を決定している。
車輪速の検出値に基づいて左右の駆動輪の駆動力を異ならせる特許文献1の技術は、特許文献1の後に出願された特許文献2に適用可能である。特許文献2は、駆動輪である後輪を左右に備える小型の揺動三輪車両である。
上記のような揺動三輪車両では、特許文献3のように、車体の揺動角を検出して、左右の駆動輪の駆動を制御するものがある。特許文献3では、揺動する車体に傾斜センサーを備え、傾斜センサーに基づいて車体の左右の傾きを検出し、左右の駆動輪の駆動を制御することで車体の姿勢を制御している。
また、特許文献4の揺動三輪車両では、前輪の操舵角を検出する操舵角センサーの検出値に基づいて、駆動輪である後輪の回転を左右で異ならせて、旋回時の安定性を調整している。
また、特許文献5のように、旋回時に揺動しない三輪車両では、前輪の操舵角に基づいて後輪の内輪と外輪との回転数比を求め、外輪の回転を上記回転数比よりも増すことで、差動機構に替わる制御を行い旋回補助をするものがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、揺動式車両において、車両の状態に応じてより適切に駆動輪を制御できるようにするとともに、旋回の際の機動性及び俊敏性を向上することを目的とする。
本発明は、前輪(2)を操舵可能に懸架する前車体(10)と、左右の駆動輪(3L,3R)を懸架する後車体(11)と、前記前車体(10)と前記後車体(11)とを相対的に揺動させる揺動機構(12)とを備え、揺動に応じて前記駆動輪(3L,3R)を左右で異ならせるように駆動制御可能な揺動式車両において、左右の前記駆動輪(3L,3R)の駆動制御は、前記揺動の情報(θ)と車両の速度(V)の情報とを用いて行われ、前記駆動制御は、前記揺動の情報(θ)による揺動角の増加の傾向に応じて、揺動による旋回の際における左右の前記駆動輪(3L,3R)の外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向(P1,P2)を決定するものであり、前記揺動の情報(θ)による揺動の揺動角速度の変化が所定の周波数よりも大きい場合は、前記外輪の回転力と前記内輪の回転力とを同一にするように制御することを特徴とする。
また、本発明は、前輪(2)を操舵可能に懸架する前車体(10)と、左右の駆動輪(3L,3R)を懸架する後車体(11)と、前記前車体(10)と前記後車体(11)とを相対的に揺動させる揺動機構(12)とを備え、揺動に応じて前記駆動輪(3L,3R)を左右で異ならせるように駆動制御可能な揺動式車両において、左右の前記駆動輪(3L,3R)の駆動制御は、前記揺動の情報(θ)と車両の速度(V)の情報とを用いて行われ、前記駆動制御は、前記揺動の情報(θ)による揺動角の増加の傾向に応じて、揺動による旋回の際における左右の前記駆動輪(3L,3R)の外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向(P1,P2)を決定するものであり、前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも増加させる前記傾向(P1,P2)は、一方向に揺動を開始して基準の揺動角(θ1)を超えると、前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも増加させ始め、この増加の量は、増加の初期段階で大きく、徐々に小さくなることを特徴とする。
また、上記発明において、前記揺動機構(12)は、ナイトハルト機構であり、前記揺動の情報(θ)は、前記ナイトハルト機構の前記揺動軸(25)上に設けられた角度センサー(29)の検知情報であっても良い。
また、上記発明において、前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも増加させる前記傾向(P1,P2)は、前記車両の速度(V)に応じて変化するものであっても良い。
また、上記発明において、前記駆動制御は、車両の揺動角(θ)と、前記車両の速度(V)と、左右の前記駆動輪(3L,3R)の輪間距離(L)とから推定される内輪の速度に対する外輪の速度の比である理論値(T)よりも、実際の内輪の速度に対する外輪の速度の比である内外車輪速度比(Vo/Vi)が大きくなるように前記駆動輪(3L,3R)を駆動する構成としても良い。
また、上記発明において、揺動機構は、ナイトハルト機構であり、揺動の情報は、ナイトハルト機構の揺動軸上に設けられた角度センサーの検知情報であっても良い。この構成によれば、ナイトハルト機構の軸の動作から揺動式車両の揺動の状態を直接的に検知できる。
また、上記発明において、外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向は、車両の速度に応じて変化しても良い。この構成によれば、車両の速度に応じて、外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させることができ、車速に応じた適切な旋回力の向上をおこなうことができる。
また、上記発明において、揺動の情報による揺動の揺動角速度の変化が所定の周波数よりも大きい場合は、外輪の回転力と内輪の回転力とを同一にするように制御する構成としても良い。この構成によれば、路面の凹凸等に起因する揺動では外輪の回転力と内輪の回転力とが同一になる。このため、不必要な場合にまで外輪の回転力と内輪の回転力とが異なるように制御されることを防止できる。
また、上記発明において、揺動の情報は、揺動角速度を含むものであり、外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向は、揺動角速度が大きいほど、外輪の回転力を内輪の回転力よりも大きく増加させても良い。この構成によれば、揺動角速度に応じて外輪の回転力を大きくでき、運転者の意思に応じて俊敏に旋回できる。
また、上記発明において、駆動制御は、車両の揺動角と、車両の速度と、左右の前記駆動輪の輪間距離とから推定される内輪の速度に対する外輪の速度の比である理論値よりも、実際の内輪の速度に対する外輪の速度の比である内外車輪速度比が大きくなるように駆動輪を駆動しても良い。この構成によれば、外輪の回転力を効果的に大きくでき、旋回の際の機動性及び俊敏性が良い。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る三輪車両1の左側面図である。図2は、三輪車両1を後方から見た図である。
三輪車両1(揺動式車両)は、単一の前輪2を操舵可能に懸架する前車体10と、左右一対の後輪3L,3R(駆動輪)を懸架する後車体11と、前車体10と後車体11とを左右方向に相対的に揺動させる揺動機構12とを備える。
車体フレーム5は、その前端に設けられるヘッドパイプ5aと、ヘッドパイプ5aから後下方に延びる前部フレーム5bと、前部フレーム5bの下端から後方に延びる下部フレーム5cと、下部フレーム5cから後上がりに延びる後部フレーム5dと、後部フレーム5dの上端から略水平に後方へ延びる荷台フレーム5eとを備える。
支柱18の後方には、荷物用の収納ボックス8が設けられる。収納ボックス8は、荷台フレーム5e上に支持される。
フロントフォーク7はステアリングシャフト6の下端部から前下方に延びる。前輪2は、フロントフォーク7の下端部に支持される。
前輪2は、回動軸6aを中心に操舵ハンドル14が回動されることで左右に操舵される。
後車体11は、バッテリーケース20と、バッテリー21と、左側の後輪3Lを駆動する左モーター23Lと、右側の後輪3Rを駆動する右モーター23Rと、左モーター23L及び右モーター23Rを制御する制御装置24とを備える。
バッテリーケース20は、車両側面視で略矩形の箱状に形成されており、その内部にバッテリー21を収容する。
左モーター23Lは、モーター軸が車幅方向に指向する向きで、バッテリーケース20の左側壁に固定される。左モーター23Lは、左側の後輪3Lを直接的に駆動するインホイールモーターであり、後輪3Lのホイールの内周側に配置される。
制御装置24は、バッテリーケース20の上壁の上面に固定される。
バッテリーケース20は、バッテリー21、右モーター23R、左モーター23L、制御装置24、及び、揺動機構12を支持するフレーム部材としても機能するため、高強度な素材で形成される。
詳細には、揺動軸25は、バッテリーケース20の下壁にブラケット22を介して固定され、車両側面視で、バッテリーケース20の前部の下部から前方に延出する。
揺動軸25は、ジョイントケース27内でジョイントケース27に対して相対回転可能である。弾性部材28は、筒状のジョイントケース27の内周部と揺動軸25の外周に設けられた押圧部との間に介装されている。弾性部材28は、例えばゴム製である。ジョイントケース27と揺動軸25とが相対回転すると、弾性部材28がジョイントケース27と揺動軸25との間で周方向に圧縮される。
後輪3L,3Rは、車幅の中央を基準に左右に均等に振り分けて配置される。左側の後輪3Lと右側の後輪3Rとの輪間距離Lは、後輪3Lの幅方向の中央と後輪3Rの幅方向の中央との間の距離である。ここで、輪間距離Lは、例えば500mmである。
前車体10は、後輪3L,3Rが接地した状態の後車体11に対し、揺動軸25を中心として左右に揺動可能となっており、揺動の際も後輪3L,3Rのキャンバー角は0°である。すなわち、三輪車両1は、旋回時に後車体11に対して前車体10が左右に揺動可能な揺動式の鞍乗り型の三輪車両である。前車体10が左右に揺動すると、上記ナイトハルト機構における弾性部材28の圧縮に抗し、揺動に対する戻し方向の反力が発生する。
すなわち、後車体11は、ピボット軸30を介し、前車体10に対して上下に揺動自在に設けられている。
制御装置24は、制御部35と、記憶部36とを備える。制御部35は、CPUなどのプロセッサーであり、記憶部36が記憶するプログラムを実行することにより左モーター23L及び右モーター23Rを制御する。記憶部36は、フラッシュROM及びEEPROMなどの不揮発性記憶装置であり、制御部35が実行するプログラムや、制御部35により処理されるデータ等を記憶する。
運転者は、操舵ハンドル14に設けられたアクセル(不図示)の操作により、加速の意思を制御装置24に入力する。制御部35は、運転者によるアクセルの操作量を、スロットルセンサー37から検出する。
制御部35は、車速センサー38から、三輪車両1の走行速度(後述の車速V(車両の速度の情報))を検出する。車速センサー38は、例えば、前輪2の回転を検出するセンサーである。
制御部35は、右車輪速度センサー40から右側の後輪3Rの回転を検出し、左車輪速度センサー41から左側の後輪3Lの回転を検出する。
制御部35は、記憶部36が記憶する設定データ42を利用して各処理を実行し、左モーター23L及び右モーター23Rを制御する。
制御部35は、駆動制御部43、検出制御部44、揺動角速度算出部45、及び、旋回情報算出部46の機能を有する。
検出制御部44は、制御部35の各種の検出動作を制御する。
揺動角速度算出部45は、揺動角センサー29の検出値に基づいて、前車体10の揺動角速度を算出する。
旋回情報算出部46は、左側の後輪3Lの回転速度と右側の後輪3Rの回転速度との比の理論値T(図4)を算出する。
制御装置24は、三輪車両1が左右にほとんど揺動しておらず、三輪車両1が直進していると判断される状態では、左モーター23L及び右モーター23Rにそれぞれ同一の大きさの電流を供給し、後輪3L及び後輪3Rを同一の回転力(トルク)で駆動する。
左モーター23L及び右モーター23Rに供給される電流の大きさと、後輪3L及び後輪3Rで発生するトルクとは、略比例関係にある。
詳細には、旋回補助制御において、制御装置24は、旋回時における左右の後輪3L,3Rの外輪の回転力が内輪の回転力よりも大きくなるように、左モーター23L及び右モーター23Rを左右で個別に制御する。
ここで、後輪3L,3Rの内輪は、旋回状態における三輪車両1の揺動方向の後輪であり、後輪3L,3Rの外輪は、内輪の外側に位置する後輪である。例えば、三輪車両1が右に旋回する際に右側に揺動する場合、右の後輪3Rが内輪であり、左の後輪3Lが外輪となる。
図5は、揺動角θと、旋回半径rと、車速Vとの関係を示す図である。図6は、内輪の車輪速Viと、外輪の車輪速Voと、車速Vと、旋回半径rと、輪間距離Lとの関係を示す図である。
図5中において、記号mは三輪車両1の質量であり、記号gは重力であり、記号Fは旋回時に三輪車両1に作用する遠心力である。
r=V2/g×1/tanθ …(1)
すなわち、車速Vと揺動角θとから、想定される旋回半径rを推定できる。
Vo/Vi=(2r+L)/(2r−L) …(2)
ここで、輪間距離Lは一定であるから、旋回半径rが分かれば内外車輪速度比Vo/Viの理論値が求まる。
Vo/Vi=(2V2+Lgtanθ)/(2V2−Lgtanθ) …(3)
すなわち、内外車輪速度比Vo/Viの理論値は、揺動角θと車速Vと輪間距離Lとから算出できる。
一般的に旋回時において、後輪3L,3Rの外輪は、内輪よりも大回りするため、内輪よりも車輪速が大きい。このため、三輪車両1が旋回している状態では、内外車輪速度比Vo/Viの値は1以上になる。また、内外車輪速度比Vo/Viは、旋回半径rが小さくなるほど大きくなる。
図7では、直進する三輪車両1が右に旋回し、その後、直進する走行モデルが示されている。
道路は、A地点からB地点までは直線であり、B地点からC地点までがカーブであり、C地点からD地点までが直線となっている。以下、この走行モデルを例として、Vo/Viの制御を説明する。
車速Vは、運転者によるアクセル操作やブレーキ操作により、A地点からB地点へ向けて徐々に小さくなる。揺動角θは、A地点からB´地点までは0°である。旋回の曲率1/rは、A地点からB´地点までは0である。内外車輪速度比Vo/Viは、A地点からB´地点までは1である。すなわち、三輪車両1は、A地点からB´地点まで直進するため、左右の後輪3L,3Rの車輪速は等しい。
三輪車両1は、B地点からC地点までは、揺動角θ及び旋回の曲率1/rを一定に保って旋回する。このため、制御装置24は、B地点からC地点までは、内外車輪速度比Vo/Viを一定値に制御する。
三輪車両1は、C地点を越えると前車体10を起こして旋回を終了し、直進する。C地点を越えると、揺動角θ、旋回の曲率1/rは徐々に小さくなり、それに合わせて、制御装置24は、Vo/Viを徐々に小さくして1にする。三輪車両1は、運転者によるアクセル操作によって、C地点近傍で加速を開始し、車速Vが増加する。
ここで、制御装置24は、例えば、揺動角θが増え、旋回半径rが小さくなったと判断される場合、外輪にモーターの駆動力を残し、内輪側のみを回生させるように制御しても良い。
図9では、図8のB´地点からB地点までの間の内外車輪速度比Vo/Viの変化が時間tに対して示されている。また、図9には、B´地点からB地点までに対応する時間t0、時間t1、時間t2、時間t3、及び、時間t4が順に図示されている。
図9では、内外車輪速度比Vo/Viの変化の傾向Pのうち傾向P1及び傾向P2が例示されている。傾向P1は、揺動角速度が所定の揺動角速度W(不図示)以上の揺動角速度X(不図示)である場合の制御の例であり、傾向P2は、揺動角速度が揺動角速度Xよりも大きい揺動角速度Y(不図示)の場合の制御の例である。
揺動角速度が所定の揺動角速度Wよりも大きい場合は、揺動角速度が大きくなるにつれて、運転者が通常時よりも積極的に三輪車両1を揺動させていると判断できる。
図9の時間t0〜t4は、図8の揺動角θ1〜θ4にそれぞれ対応する。
図4及び図7〜図10を参照し、三輪車両1が右に旋回する場合において、車速Vが所定値(例えば30km/h)で、揺動角がθ1(時間t1に対応)を超え、揺動角速度が前記所定の揺動角速度W以上であると、制御装置24は、揺動角速度および、アクセルの操作に応じ、内外車輪速度比Vo/Viの値が1より大きくなるように左モーター23L及び右モーター23Rを駆動する。揺動角がθ1とθ2(時間t2に対応)との間の状態では、制御装置24は、内外車輪速度比Vo/Viの目標値を理論値Tにする。
これにより、外輪である後輪3Lの車輪速Voが、理論値Tから得られる外輪の車輪速よりも増速される。このため、三輪車両1の旋回力を外輪のトルクによって補助でき、三輪車両1の旋回の機動性及び俊敏性を向上させることができる。
ここで、制御装置24は、外輪となる左側の後輪3Lの車輪速Voと右側の後輪3Rの車輪速Viとの関係が、傾向P1を目標値として左モーター23L及び右モーター23Rを駆動するが、実際の内外車輪速度比Vo/Viは、傾向P1に必ずしも一致しなくとも良い。制御装置24は、外輪及び内輪に供給する電流の比率を傾向P1の比率にすれば良い。制御装置24は、揺動角速度に応じた傾向Pを算出し、外輪及び内輪に供給する電流の比率を算出された傾向Pの比率にする。
詳細には、非補助領域Uは、図4、図8〜図10を参照し、揺動角θが0°〜θ1(所定角度、基準の揺動角)までの範囲で設定されている。ここで、揺動角θ1は、例えば5°である。非補助領域Uは、図9では、時間t0と時間t1との間の時間に対応している。
制御装置24は、非補助領域Uにおいて、運転者がアクセルを開いた状態で三輪車両1が揺動した場合、内外車輪速度比Vo/Viが1になるように左右の後輪3L,3Rに同じ大きさの電流を供給し、後輪3L,3Rを駆動する。このため、路面の凹凸等に起因して三輪車両1が小さく揺動した場合には、外輪の増速は行われない。このため、不必要な場合にまで後輪3L,3Rのうちの片方が増速されることを防止できる。
なお、三輪車両1が一定速度、一定揺動角で旋回している場合、非補助領域Uであっても、内外車輪速度比Vo/Viは理論値Tになるように制御される。
一定速度、一定揺動角であるかどうかは、揺動角センサー29の検出に基づく揺動の周波数が所定以下(揺動の周期が所定以上)であることをもって判断しても良い。
傾向P1では、揺動角がθ1からθ3(時間t3に対応)までの初期段階では、内外車輪速度比Vo/Viは揺動角θの増加とともに増加するように制御される。ここで揺動角θ3は、B地点に対応する揺動角θ4(時間t4に対応)よりも小さい角度である。
また、傾向P1では、揺動角がθ3よりも大きい後半の段階では、内外車輪速度比Vo/Viは揺動角θの増加とともに低下するように制御され、時間の経過に伴い理論値Tに一致する。
すなわち、傾向P1では、揺動角θに対する内外車輪速度比Vo/Viの増加の度合いは、揺動の初期段階で大きく、後半の段階では徐々に小さくなる。このため、三輪車両1の旋回の初期段階で外輪を内輪よりも増速でき、運転者の意思に応じた俊敏な旋回を行うことができる。揺動の初期段階で内外車輪速度比Vo/Viが大きくなる設定は、傾向P2においても同様である。
揺動角速度が、上記所定の揺動角速度Wより小さい場合は、運転者が俊敏な旋回開始を望んでいないと判断でき、揺動角がθ1以上では、制御装置24は、Vo/Viの目標値を、理論値Tと一致させる。この場合、揺動車両1は、穏やかに旋回を開始する。
尚、前述のように、傾向Pは、揺動角速度と相関して、理論値Tからの増加傾向を大きくするものであるが、実施例の傾向P2に対応する揺動角速度Yより速い第2の所定の角速度Z(不図示)以上では、内外車輪速度比Vo/Viの増加の傾向を漸次サチレートさせて、制御装置24の制御の目標値となる内外車輪速度比Vo/Viの値に上限を設けても良い。
本実施例においては、高速域(例えば60Km/h以上)では、低中速域に比べて、内外車輪速度比Vo/Viを理論値Tよりも大きくする傾向Pを、低中速域(例えば、5〜40Km/h)より小さくするように設定している。これにより、高速域においては、機敏な回頭より、姿勢の安定を優先させる駆動輪制御を行っている。
これにより、車速Vに応じた適切な旋回力の向上を行うことができる。
また、傾向Pは、運転者の切り替えスイッチを設けて、傾向Pの制御を作動させるか否かの選択や、内外車輪速度比Vo/Viを理論値Tよりも大きくする傾向Pの増加量を選択するものであってもよい。この場合、傾向Pの制御を作動させない場合は、内外車輪速度比Vo/Viは、基本的には常に理論値Tを目標値として左側の後輪3Lと右側の後輪3Rの駆動力を制御する。
運転者はこれにより、旋回時の機敏性を求めるか、姿勢の安定を求めるかを任意に選択できる。
旋回補助制御における内外車輪速度比Vo/Viの決定に際しては、車速Vと揺動角θと輪間距離Lとから算出される理論値T(旋回情報)と内外車輪速度比Vo/Viとが対応付けられたテーブル情報が用いられる。このテーブル情報は、内外車輪速度比Vo/Viが理論値Tよりも大きくなるように設定されている。
また、旋回補助制御における内外車輪速度比Vo/Viの決定に際し、上記に替えて、車速Vと揺動角θとから算出される旋回半径r(旋回情報)と、内外車輪速度比Vo/Viとが対応付けられたテーブル情報が用いられても良い。
すなわち、旋回補助制御における内外車輪速度比Vo/Viは、少なくとも車速V及び揺動角θから求められる旋回情報に基づいて決定される。
なお、内外車輪速度比Vo/Viは、上記テーブル情報に限らず、演算式によって逐次算出する方法や、テーブル情報を演算式で補完する方法によって決定されても良い。
揺動角センサー29は、ポテンショメータであり、ジョイントケース27の内部に収容されている。揺動角センサー29は、揺動軸25の前端の前方に配置されるとともに、揺動軸25に対し同軸に配置される。
揺動角センサー29は、ジョイントケース27の内部に固定される検出部29aと、検出部29aに対して相対回転可能な軸29bとを備える。
軸29bは、揺動軸25の前端に固定され、揺動軸25の前端から前方に延びる。軸29bは、揺動軸25に対して同軸に配置される。
検出部29aは、前車体10の揺動に伴ってジョイントケース27と一体に回動する。
検出部29aは、検出部29aと軸29bとの相対回転を検出し、この検出結果を電気信号に変換して制御装置24に送る。
なお、揺動角センサー29は接触式であるが、非接触式のポテンショメータであっても良い。
また、揺動機構12は、ナイトハルト機構であり、揺動角θは、ナイトハルト機構の揺動軸25上に設けられた揺動角センサー29の検知情報であるため、ナイトハルト機構の揺動軸25の動作から三輪車両1の揺動角θを直接的に検知できる。
また、外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向P1,P2は、車速Vに応じて変化する。このため、車速Vに応じて、外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させることができ、車速Vに応じた適切な旋回力の向上をおこなうことができる。
また、揺動の情報は、揺動角速度を含むものであり、外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向P1,P2は、揺動角速度が大きいほど、外輪の回転力を内輪の回転力よりも大きく増加させる。このため、揺動角速度に応じて外輪の回転力を大きくでき、運転者の意思に応じて俊敏に旋回できる。
また、制御装置24は、揺動角θと、車速Vと、左右の輪間距離Lとから推定される内輪の速度に対する外輪の速度の比である理論値Tよりも、実際の内輪の速度に対する外輪の速度の比である内外車輪速度比Vo/Viが大きくなるように後輪3L,3Rを駆動する。このため、外輪の回転力を効果的に大きくでき、旋回性が良い。
揺動角センサーの取り付け構造の変形例1を説明する。
図12は、第1の実施の形態の変形例1におけるパルスジェネレータを用いた揺動角センサー129の取り付け状態を上方側から見た図である。
図12は、揺動角センサー129の取り付け状態を上方側から見た図である。図12では、ジョイントケース27の一部は内部構造が図示されている。
揺動角センサー129は、揺動軸25の外周に固定される被検出部129aと、ジョイントケース27の内周に固定される検出部129bとを備える。検出部129bは、揺動軸25の径方向において被検出部129aの外側に設けられ、被検出部129aに対向して配置される。
検出部129bは、ジョイントケース27と一体に回動し、被検出部129aの周囲を移動しながら被検出部129aを検出することで、前車体10の揺動を検出する。
揺動角センサーの取り付け構造の変形例2を説明する。
図13は、実施の形態の変形例2におけるカム角センサーとしての揺動角センサー229の取り付け状態を上方側から見た図である。
三輪車両1は、前車体10の揺動を規制する揺動ロック機構90を備える。
揺動ロック機構90は、揺動軸25の前端に一体に固定されるロックプレート91と、ロックプレート91に係合するロック部材92とを備える。
ロックプレート91は、ナット93で揺動軸25に固定されている。ロックプレート91は、揺動軸25の軸方向視では、扇型の歯車状に形成されており、放射状に延びる複数の歯部91aを外周部に備える。
ロック部材92は、操作部(不図示)を介して運転者等が揺動ロック機構90を操作すると、支軸94を中心に揺動してロックプレート91の歯部91aに係合する。これにより、前車体10の揺動が規制される。
揺動角センサー229は、ジョイントケース27の回動に伴って、歯部91aの周囲を移動しながら歯部91aを検出することで、前車体10の揺動を検出する。
揺動角センサー229は、例えば、ピックアップコイルであり、複数の歯部91aの凹凸による磁束の変化から、前車体10の揺動を検出する。
上記第1の実施の形態では、制御装置24は、揺動角θが揺動角θ1内の場合は、外輪の回転力と内輪の回転力とを同一にするように制御するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。制御装置24は、三輪車両1の揺動の揺動角速度の変化が所定の周波数よりも大きい場合に、外輪の回転力と内輪の回転力とを同一にするように左モーター23L及び右モーター23Rを制御しても良い。この構成によれば、路面の凹凸等に起因して比較的大きな周波数で三輪車両1が左右に揺動する場合には、外輪の回転力と内輪の回転力とが同一になる。このため、不必要な場合にまで外輪の回転力と内輪の回転力とが異なるように制御されることを防止できる。
本発明にかかわる揺動式車両は、上記第1の実施の一態様として説明した三輪車両1に限定されるものではない。例えば後輪が左右独立の懸架機構を有するものであっても良い。
また、上記第1の実施の形態では、高速域においては、傾向Pを、低中速域より小さくするように設定しているものを説明したが、高速域においても、傾向Pを小さくせずに、旋回性の高いものしても良く、車両の性格にあわせて、車速Vによって傾向Pが適切に設定されるものであれば良い。
尚、上記第1の実施の形態において、高速域は、60Km/以上である例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、左右の後輪の輪間距離Lが比較的広い揺動車両など、後車体がより安定している場合などは、高速域をさらに早い速度以上のものとしても良く、車両の性質に応じ、旋回時の機敏性と姿勢の安定を考慮して、車速Vに応じた適切な旋回力の向上を行うものであれば良い。
また、運転者の技量によって、傾向Pを設定するものであっても良い。例えば、制御装置24等による運転履歴の学習により、あるいは、AI(人工知能)を用いた判定により、運転技量がある一定以上であると判断された場合に、傾向Pを大きく設定して、旋回性を高めるものとしても良い。
以下、図14〜図17を参照して、本発明を適用した第2の実施の形態について説明する。この第2の実施の形態において、上記第1の実施の形態と同様に構成される部分については、同符号を付して説明を省略する。
この構造においては、ディファレンシャルギア等、左右を連結する駆動部はないが、揺動機構に嵩があるため、バッテリーの容積が制限され、バッテリーの低位置への配置がやはり困難である。
尚、立ち乗り型の芝刈り機では、左右の駆動輪の間にバッテリーを配置するものが知られている(例えば、特許文献8(特開2015−63237号公報)参照)。
また、同じ芝刈り機において、左右の駆動輪用のモーターをバッテリーケースに左右独立に設けるものが知られている(例えば、特許文献9(特開2008−265685号公報)参照)。
一方、電動車椅子において、取り外したバッテリーストッパーを、バッテリーを着脱する際のスロープ状のガイドとして使用する構成が知られている(例えば、特許文献10(特開2005−198711号公報)参照)。しかし、特許文献8、9、10のものは、揺動機構や緩衝機構を含む懸架装置がなく、乗用の揺動三輪車のように、公道での巡航速度に適応しながら、旋回時等の機動性を高めるための揺動機構や、乗員の乗り心地を確保する緩衝機構がなく、揺動三輪車への効果的配置について示唆を得るものではない。
三輪車両1aは、上記第1の実施の形態と同様に構成される車両であり、前車体10、左右一対の後輪3L,3R(駆動輪)を懸架する後車体11、及び揺動機構12を備える。
後車体11は、バッテリーケース20と、バッテリー21と、左側の後輪3Lを駆動する左モーター23L(モーター)と、右側の後輪3Rを駆動する右モーター23R(モーター)と、制御装置24とを備える。
バッテリーケース20は、前後に長い略直方体の箱状に形成されており、車両側面視では略矩形に形成されている。バッテリーケース20は、その内部にバッテリー21を収容する。バッテリー21は、前後に長い略直方体のブロック状に形成されている。
図15〜図17を参照し、バッテリーケース20は、その後面が開口したケース本体50と、ケース本体50の後面の着脱開口部50aを開閉可能に覆う蓋部材51(スロープ部材)とを備える。
ケース本体50は、その箱形状の底面を構成する下壁部52(下面)と、下壁部52に対向する上壁部53と、下壁部52と上壁部53とを連結する左右の側壁部54,55(側面)と、蓋部材51に対向する前壁部56とを一体に備える。
蓋部材51は、着脱開口部50aを後方から覆う略矩形の板部材である。蓋部材51は、その下端部に設けられるヒンジ57を介して、ケース本体50の下壁部52の後端部に連結されている。
蓋部材51の上端部の内面には、ケース本体50の上壁部53の後端部に係合する係合部58が設けられている。
蓋部材51は、ヒンジ57を中心に前後に回動することで開閉される。蓋部材51が後方に回動して開かれると、着脱開口部50aが後方に露出する。バッテリー21は、着脱開口部50aを介し、ケース本体50内の収納空間Sに出し入れされる。
右モーター23Rは、モーター軸が車幅方向に指向する向きで、バッテリーケース20の右側の側壁部55の後部に固定される。右モーター23Rは、右側の後輪3Rを直接的に駆動するインホイールモーターであり、後輪3Rのホイールの内周側に配置される。右モーター23Rの外端部は、側壁部55から車幅方向の外側に突出している。
詳細には、揺動軸25は、ケース本体50の下壁部52の前部の下面にブラケット22を介して固定され、車両側面視で、ケース本体50の前部の下部から前方に延出する。
ブラケット22は、下壁部52の下面に設けられる。揺動軸25は、ブラケット22に車幅方向に挿通されるボルト59(図16)によって固定される。
揺動軸25は、ジョイントケース27内でジョイントケース27に対して相対回転可能である。弾性部材28は、筒状のジョイントケース27の内周部と揺動軸25の外周に設けられた押圧部との間に介装されている。弾性部材28は、例えばゴム製である。ジョイントケース27と揺動軸25とが相対回転すると、弾性部材28がジョイントケース27と揺動軸25との間で周方向に圧縮される。
後輪3L,3Rは、車幅の中央を基準に左右に均等に振り分けて配置される。左側の後輪3Lと右側の後輪3Rとの輪間距離Lは、後輪3Lの幅方向の中央と後輪3Rの幅方向の中央との間の距離である。
前車体10は、後輪3L,3Rが接地した状態の後車体11に対し、揺動軸25を中心として左右に揺動可能となっており、揺動の際も後輪3L,3Rのキャンバー角は0°である。前車体10が左右に揺動する際、後車体11に固定された揺動軸25に対し、ジョイントケース27が回動する。
すなわち、三輪車両1aは、旋回時に後車体11に対して前車体10が左右に揺動可能な揺動式の鞍乗り型の三輪車両である。前車体10が左右に揺動すると、上記ナイトハルト機構における弾性部材28の圧縮に抗し、揺動に対する戻し方向の反力が発生する。
すなわち、後車体11は、ピボット軸30を介し、前車体10に対して上下に揺動自在に設けられている。
バッテリーケース20の上壁部53には、導風口60を上方から覆うように送風ファン61が設けられる。導風口60及び送風ファン61は、上壁部53の上面において制御装置24の前方に位置するとともに、車幅の中央に位置する。
また、蓋部材51は、上下方向に延在する導風通路63(導風部)を、その板厚内に備える。さらに、蓋部材51は、収納空間Sを導風通路63に連通させる通風口64a,64bを、その前面に備える。通風口64a,64bは、上下方向に並んで複数設けられる。通風口64aは蓋部材51の下部に設けられ、通風口64bは蓋部材51の上下の中間部に設けられる。
排風口62は、蓋部材51の後面の上端部に設けられ、導風通路63の上端部を後方の外側に連通させる。排風口62は、通風口64a,64bよりも上方に位置する。
このように、蓋部材51内に導風通路63を設けることで、専用の導風部材が必要なくなるため、部品点数を削減できる。
なお、送風ファン61を設けずに、導風口60から走行風を収納空間Sに取り入れても良い。
把持部65は、排風口62の上方に設けられる。把持部65は、車幅方向に長い帯状に形成されている。
詳細には、把持部65は、蓋部材51の後面において排風口62の上方の位置から後方に延びる後方延出部65aと、後方延出部65aの後端で屈曲して下方に延びる下方延出部65bとを備え、断面略L字状に形成されている。
作業者は、蓋部材51の後面と下方延出部65bとの間に手を入れて把持部65を把持でき、把持部65を良好に把持できる。
蓋部材51が把持部65によって位置決めされた状態では、バッテリーケース20の下壁部52の傾斜と蓋部材51の傾斜とは略同一の傾斜となり、下壁部52及び蓋部材51は前後に連続するスロープを形成する。
作業者は、下壁部52及び蓋部材51が形成するスロープ上を滑らすようにしてバッテリー21をバッテリーケース20に出し入れできる。このため、バッテリー21を容易に出し入れできる。
バッテリーケース20は、バッテリー21、右モーター23R、左モーター23L、後輪3L,3R、及び、制御装置24を支持するフレーム部材としても機能するため、高強度な素材で構成されるとともに、バッテリー21の大きさに対応し、例えば小型の揺動電動車両(三輪車両)1aのように、後車体11の嵩が限られる車両において、その空間を、本第2の実施の形態により最大限活用して収納できる適切なサイズに形成されている。そして、揺動機構12の揺動軸25は、揺動機構12の長さを充分に確保しながら、高強度に形成したバッテリーケース20の下壁部52に上面視で重複するように固定されるため、車両としては、前後長を効率良くコンパクトにすることができ、また、揺動軸25を、後輪3L,3Rの接地点Pgに近い位置に設けることができるので、機動性の高い揺動性能を得ることができる。さらに、バッテリー21と揺動機構12とを近づけて配置できるため、非揺動部の後車体11を安定させやすい。比較的左右の後輪3L,3R間の幅が狭い小型の揺動車両であっても、後車体11が安定していることにより、左右の後輪3L,3Rをそれぞれ独立して駆動力を制御することで、駆動輪のキャンバー角が0であっても、旋回の機動性を高めることが可能になる。すなわち、後車体11が安定していれば、例えば、前車体10の揺動角速度が速い場合、制御装置24は、運転者に俊敏な旋回の意思があると判断し、旋回初期における後輪3L,3Rの外輪側の増速を、通常の旋回より高めるような制御を行うことが可能になる。
また、揺動機構12は、前後に延びる揺動軸25を有し、揺動軸25は後下がりに配置され、バッテリーケース20は、揺動軸25に沿うように後下がりに傾斜している。この構成によれば、揺動軸25の後方延長線が、駆動輪である後輪3L,3Rの接地点Pgに近づく方向に向くとともに、比較的重量物であるバッテリー21が、駆動輪の接地点Pgに近づき、バッテリー21の低重心配置にもなるので、非揺動部である後車体11が安定しやすくなる。これにより、例えば揺動式車両1が俊敏に旋回するように、後車体11の左右後輪3L,3Rの外輪側を増速させるような、駆動力配分の制御を、比較的後車体11の左右後輪3L,3R間の幅が狭い、小型の揺動車両においても、実現させることが可能になる。すなわち、機動性の高い小型の揺動式電動車両の提供が可能になる。
また、バッテリーケース20は、バッテリー21を出し入れ可能な着脱開口部50aをその後面に備える。これにより、着脱開口部50aを介しバッテリーケース20の傾斜に沿ってバッテリー21をバッテリーケース20に容易に出し入れできる。
また、バッテリーケース20は、着脱開口部50aから外側に延出するスロープ部材としての蓋部材51を備える。これにより、蓋部材51でバッテリーを支持できるため、バッテリー21をバッテリーケース20に容易に出し入れできる。
さらに、スロープ部材は、着脱開口部50aを開閉可能に覆う蓋部材51である。これにより、部品点数を増やさなくとも、バッテリー21を容易に出し入れできる構成を実現できる。
また、バッテリーケース20は、バッテリーケース20内に冷却風を導く導風口60と、導風口60の後方に設けられる排風口62とを備え、蓋部材51は、排風口62と、排風口62に冷却風を導く導風通路63を備える。これにより、蓋部材51の導風通路63によって排風口62に冷却風を導くことができるため、専用の導風部材を省略でき、部品点数を削減できる。
また、蓋部材51の把持部65は、排風口62の庇を兼ねる。これにより、排風口62に専用の庇を設ける必要がなく、部品点数を削減できる。
2 前輪
3L,3R 後輪(駆動輪)
10 前車体
11 後車体
12 揺動機構(ナイトハルト機構)
25 揺動軸
29 揺動角センサー(角度センサー)
L 輪間距離
P1,P2 傾向
T 理論値
V 車速(車両の速度)
θ 揺動角(揺動の情報)
θ1 揺動角(所定角度、基準の揺動角)
Vo/Vi 内外車輪速度比
Claims (8)
- 前輪(2)を操舵可能に懸架する前車体(10)と、左右の駆動輪(3L,3R)を懸架する後車体(11)と、前記前車体(10)と前記後車体(11)とを相対的に揺動させる揺動機構(12)とを備え、揺動に応じて前記駆動輪(3L,3R)を左右で異ならせるように駆動制御可能な揺動式車両において、
左右の前記駆動輪(3L,3R)の駆動制御は、前記揺動の情報(θ)と車両の速度(V)の情報とを用いて行われ、
前記駆動制御は、前記揺動の情報(θ)による揺動角の増加の傾向に応じて、揺動による旋回の際における左右の前記駆動輪(3L,3R)の外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向(P1,P2)を決定するものであり、
前記揺動の情報(θ)による揺動の揺動角速度の変化が所定の周波数よりも大きい場合は、前記外輪の回転力と前記内輪の回転力とを同一にするように制御することを特徴とする揺動式車両。 - 前輪(2)を操舵可能に懸架する前車体(10)と、左右の駆動輪(3L,3R)を懸架する後車体(11)と、前記前車体(10)と前記後車体(11)とを相対的に揺動させる揺動機構(12)とを備え、揺動に応じて前記駆動輪(3L,3R)を左右で異ならせるように駆動制御可能な揺動式車両において、
左右の前記駆動輪(3L,3R)の駆動制御は、前記揺動の情報(θ)と車両の速度(V)の情報とを用いて行われ、
前記駆動制御は、前記揺動の情報(θ)による揺動角の増加の傾向に応じて、揺動による旋回の際における左右の前記駆動輪(3L,3R)の外輪の回転力を内輪の回転力よりも増加させる傾向(P1,P2)を決定するものであり、
前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも増加させる前記傾向(P1,P2)は、一方向に揺動を開始して基準の揺動角(θ1)を超えると、前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも増加させ始め、この増加の量は、増加の初期段階で大きく、徐々に小さくなることを特徴とする揺動式車両。 - 前記揺動の情報(θ)は、前記揺動機構(12)の揺動軸(25)上で検知されることを特徴とする請求項1または2記載の揺動式車両。
- 前記揺動機構(12)は、ナイトハルト機構であり、前記揺動の情報(θ)は、前記ナイトハルト機構の前記揺動軸(25)上に設けられた角度センサー(29)の検知情報であることを特徴とする請求項3記載の揺動式車両。
- 前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも増加させる前記傾向(P1,P2)は、前記車両の速度(V)に応じて変化することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の揺動式車両。
- 前記揺動の情報(θ)による揺動角が所定角度(θ1)内の場合は、前記外輪の回転力と前記内輪の回転力とを同一にするように制御することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の揺動式車両。
- 前記揺動の情報(θ)は、揺動角速度を含むものであり、
前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも増加させる傾向は、前記揺動角速度が大きいほど、前記外輪の回転力を前記内輪の回転力よりも大きく増加させることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の揺動式車両。 - 前記駆動制御は、車両の揺動角(θ)と、前記車両の速度(V)と、左右の前記駆動輪(3L,3R)の輪間距離(L)とから推定される内輪の速度に対する外輪の速度の比である理論値(T)よりも、実際の内輪の速度に対する外輪の速度の比である内外車輪速度比(Vo/Vi)が大きくなるように前記駆動輪(3L,3R)を駆動することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の揺動式車両。
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