JP2005082044A

JP2005082044A - 安定機構付き乗物

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Publication number: JP2005082044A
Application number: JP2003317398A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takabe; 篤高部
Original assignee: Leben Hanbai KK
Current assignee: Leben Hanbai KK
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: JP4689950B2

Abstract

【課題】
２，３、４輪車における軸間距離は狭くすると前後に転倒しやすく、３，４輪車における輪距を狭くすると左右に転倒しやすい。特に加減速や坂を昇降する際及び、凸凹状態を走行する際に転倒しやすい。本発明は軸間や輪距が狭くても転倒しにくい乗物を提供しようとするものである。
【解決手段】
前輪車体部と後輪車体部とを別構造とし、前輪車体部と後輪車体部を軸駆動とし、軸駆動部をサーボ機構により、前輪車体部と後輪車体部の車体中心角度を乗車状況に合わせて制御する。また、２軸側の車輪部を独立させ、乗車車体とサーボ機構により車体と車輪の高さを変動可能としたり、サーボモータにより車軸方向に車軸を傾斜させる事により車体と車輪の高さを変動可能する。また、車体状況の関知装置として加速度センサー、ジャイロスコープを搭載し、各センサーの状況を関知し前記記載の各サーボ機構を制御する制御装置を設け制御する。
【選択図】
図１４

Description

本発明は、主に電動器付きの２輪車、３輪車、４輪車の軸距や輪距の狭い乗物において加減速や坂の昇降、凸凹道の走行時に転倒しにくく安定した走行を可能とするために乗物と乗用者の重心位置や速度、傾き度等を制御機構を用いて制御する、または、これらの制御により無理な走行状態を回避する機構を設けた乗物に関するものである。

従来の２輪車や３輪車、４輪車は各車輪周辺のサスペンションで車輪が支えられ、負荷の掛かった側に重心が移動するものが主である。また、外界をセンスし速度を制限、警告するものがある。
特開平１１−３１６８９９号公報

従来２輪車や３輪車は軸間距離を大きくし加減速、坂の昇降時の前後の転倒を避けていた、例えば加速時には後輪側のサスペンションが圧縮され後方に重心が移動することにより不安定になりやすく、ブレーキ等による減速時には前輪のサスペンションが圧縮され重心が前に移り不安定になりやすかった。特に縁石を乗り越えたり、下り坂でのブレーキ等では危険があった。また、３輪バイクにおいては前輪車体に対し後ろの２輪軸車体の軸が回転をする構造になっているが自立させるためにスプリングによる復帰機構を設けている。しかし、後輪の片側が段差に載ったときにこの復帰機構でハンドルが傾き側に力が加わる結果ハンドルを取られやすく危険であった。また、３輪車や輪距の狭い４輪車において傾斜した道や起伏の多い凸凹状態の所を走行する際に車体が傾き左右に転倒しやすかった。このため輪距を大きくする必要性が発生していた。このような事から例えば電動車椅子等においては歩道や人混みの中を走行するため軸間距離も輪距も狭くせざるを得なく転倒の危険が伴った。また、車重の軽い車両も輪距が広いため狭い道や歩道を走る事が難しく歩道の乗り入れ等も難しかった。また、ゴルフ場の車両においても転倒等の危険性から整備された道のみを走行するに留まっている。また、転倒する危険な状況での走行の回避を人の判断にゆだねていた。

請求項１の本発明は、前輪を配した前輪車体と後輪を配した後輪車体を駆軸接合し後輪車体と前輪車体の駆軸動作部にサーボ機構を設け後輪車体と前輪車体を駆軸中心とした車体間角度形成する屈曲サーボ機構とし、該屈曲サーボ機構を制御することにより前輪車体と後輪車体の車体関係の角度を変動し、前輪車体の平面に対して後輪の車軸との位置関係を変動、もしくは後輪車体の平面に対して前輪の車軸との位置関係を変動する屈曲制御装置を設け、前輪車体または、後輪車体に人が乗車する乗車部を設けた２，３，４輪車である。

請求項２の本発明は、車輪が車体に対し略垂直方向に可動スライドするスライド機構を車体に設けると共にサーボ機構を配し、車輪を上下する上下サーボ機構とし、該傾斜サーボ機構により車体と車輪の位置関係を変動させる上下制御装置を設け、車体上部に人の乗車する乗車部を設けた、２，３、４輪車、または、車軸方向の車輪が車体に対して車軸方向で傾斜可動させるサーボモータ駆動の傾斜サーボ機構を車体に設けると共に、該傾斜制御機構を制御する傾斜サーボ装置を設け車体上部に人の乗車する乗車部を設けた、２，３、４輪車である。

請求項３の本発明は、前記記載の請求項１および請求項２において速度センサーまたは、ジャイロセンサーまたは、速度センサーとジャイロセンサーの組合せを車体、前輪車体、後輪車体や、車輪部周辺に配し走行状況センサーとし、該走行状況センサーの情報から車体の傾斜状態、または、加速度を関知し屈曲制御装置や上下制御装置、または、傾斜制御装置を制御する関知制御装置を設けたものである。関知制御装置はシーケンサーや、マイコンで制御し、走行路面の傾き等により車体及び乗車部が傾いてしまい乗車している人が不安定な乗車になる状態を解消するものである。

請求項４の本発明は、前記記載の請求項１、請求項２、請求項３において駆動輪にサーボ機構、または、モータで駆動する走行サーボ機構を配し、走行状況センサーの情報と共に、乗車部に加減速、後退、左右折、旋回等の操作部を設け、該操作部の情報を制御情報とし、走行サーボ機構、屈曲制御装置、上下制御装置や傾斜制御装置を制御する走行制御装置を設けたものである。走行制御装置はシーケンサーやマイコンを使用し各サーボ機構や装置を駆動し走行時の安定をはかるものである。

請求項５の本発明は、前記記載の請求項４において操作部をハンドルを前後、または左右、または、前後左右に倒す、または、ハンドルをひねる操作により駆動するセンサーや、スイッチを設け操作関知機構とし、これらの値の変化や、オン、オフにより走行サーボ機構を加速、減速、前進後退、左右折、旋回を行う走行制御装置としたものである。該走行制御装置はシーケンサーやマイコンを使用し操作関知機構からの指示により各サーボ機構、装置を駆動すると共に走行時の安定をはかるものである。

請求項６の本発明は、前記記載の請求項４、請求項５において走行指示（加速、減速、右折、左折、前進後退、旋回）の変化や走行状況（前後傾斜、左右傾斜）の変化が発生したときに走行状態の変化をあらかじめ設定した設定テーブル（表）を設定し、走行状態の情報や、走行指示の情報を元に該設定テーブルから参照し求め、求めた値、または、求めた値の近似値により次の走行状態の制御情報とした走行制御装置である。制御情報には加速、減速の調整値や左右折れの角度調整情報が含まれ、危険を知らせる警告値が含ませられるものである。

本発明は前述の構成のように、軸間距離や輪距が狭くても転倒しにくく安定した乗車を得られる乗物であり、障害者だけでなく、足の弱くなったお年寄り等、例えば足が余り曲げにくい人でも立ち位置に近い形で乗車出来る等の利点がある。また、軸間距離や輪距が狭いために狭い歩道等や、人通りの多い場所でも邪魔になりにくく、縁石越えや凸凹、傾斜道でも安心して走行することが出来る。また、無理な状況下での走行を乗用車の判断でなく乗物本体が制御や警告を行う事により判断能力が低下した人にも有用である。その上立ち乗り形式や立ち乗り形式に近い簡易座を用いることにより、走行時に歩行者と目線が同じ位置に走行できるためにコミニュケーションがしやすくなる事にもなる。これらの事から障害者や今後加齢する老人が生き生きと社会参加する事に貢献寄与する極めて有用な発明と考える。

以下、本発明の安定機構付き乗物の実施例を図面により具体的に説明する。図１では本発明の３輪車の立体図を示す。乗物３１は前輪車体１に後輪車体２が組み合わされ前輪車体１に乗車部１ｂを設け、乗車部１ｂに操作ハンドル４を設け乗車部１ｂに人３が乗った状態を示す。

図２は屈曲制御機構の本発明の実施例を示し（ａ）は加速時を示し、（ｂ）は定速走行時を示し、（ｃ）は減速時を示し、前輪車体１と後輪車体２が駆軸６を中心に車体間角度７ａが車体間角度７ｂ，車体間角度７ｃと変化し乗車部１ｂの平面の水平面に対する角度が変わると共に重心５の位置が移動していることを示す。

図３は坂道走行時の乗物３１の状態を示す。（ａ）は昇り状態を示し傾斜地面１９ｂをを昇るときに車体間角度７ｄが狭まり、前輪車体１の乗車部１ｂが水平に保たれ、人３の重心５ｄは本来の位置より前輪方向に移動し安定が保たれる（ｂ）は下り状態を示し傾斜地面１９ｃを下るときに車体間角度７ｅが広がり、前輪車体１の乗車部１ｂが水平に保たれ、重心５ｅの位置が本来の位置より後輪方向に移動し安定が保たれる。

図４は縁石９を越える状態を示し車体間角度７の変化により、前輪車体１の乗車部１ｂが水平に保たれ、重心５ｆ、重心５ｇの位置に保たれることを示す。

図５は前輪車体１と後輪車体２の屈曲部の実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図を示す。前輪車体１に固定された屈曲サーボモータ２０を駆動することにより、屈曲スプロケット２１が回転し、チェーン２２が駆動し、後輪車体２に固定された受けスプロケット２３に動力が伝わり駆軸６を介して車体間角度７を変化させるものである。ここでの動力の伝達はチェーン２２を用いているが、ベルトやワイヤー、歯車と組み合わせたシャフト等を使用したものでも良い。

また、図示しないがここでの屈曲により軸間距離が狭まるため屈曲部を屈曲と連動しシリンダー等で後方に伸ばすことにより軸間距離を一定にする機構を設けても良い。

図６は前輪車体１と後輪車体２の屈曲部を屈曲させた状態を示し、回転方向１６に屈曲サーボモータ２１を回転させた場合に後輪車体２が駆軸６を中心に図の下方向３０に屈曲した車体間角度７を形成した状態を示す。

図７は２輪車軸側の車輪間での上下制御機構の実施例を示す。車体１ｂに設けられた各上下サーボモータ１５が車輪の上下サーボ機構１８の上下歯車１７を回転し上下軸１８ａを回転させると共に車輪１０を支持する車輪支持板１４を上下させるものである。又車輪支持板１４には車輪１０を駆動する走行サーボモータ２４が設けられている。ここでの走行サーボモータは電動モータでも良い。また、ここでの車輪の上下サーボ機構１８の上下に歯車を使用しているが、駆動方式はチェーンやワイヤー、ベルト等を用いても良いもので有る。
スライド方式に付いてもシリンダーを用いたり、駆軸を用いた折り曲げ方式で上下してもかまわないものである。

図８は、２輪車軸側の車輪間の上下サーボ機構の実施例において傾いた地面１９ａにおける図面上で右側の車輪１０が下方に押し出され車体１ａ、及び乗車部１ｂ平面が水平を保った状態をを示す。

ここでは２輪車軸側の車輪間の上下サーボ機構の実施例のみを示し、前輪、後輪での車体１ａと車輪の関係は示してないが前後の車輪が２輪車軸側の車輪の上下機構と同じ様に上下機構を設けるものである。また、これらの上下機構は全ての車輪に用いても一部に用い（例えば後輪が２車輪軸の３輪車に置いては後輪の２車輪のみに上下サーボ機構を設ける。）てもよいものである。

図１６は３輪車形式の実施例を示し、乗物３１は車体１ａ上に乗車部１ｂを設け操作部３９として操作ハンドル４、アクセル３２、ブレーキ３３を設けると共に座席３４、走行制御装置２６を設けたものである。また、前輪には走行サーボ機構２４としてサーボモータや電動モータを配しアクセル３２の指示により前輪１２を駆動、回転する。後輪１１には車輪軸を傾斜させる傾斜サーボ機構を配したものを示す。

図１７は３輪車形式の実施例の後部から見た図を示し、後輪１１は車軸傾斜シャフト３８により軸着され、車輪傾斜サーボ３５により車輪傾斜歯車３６が回転する事により、車軸傾斜軸歯車３６が回転し、車軸傾斜シャフト３８が後輪１１を水平状態から傾斜させるものである。図１７（ａ）は地面１９が平面状態を示し、車輪傾斜シャフト３８が水平で後輪１１も水平状態にある事を示す。（ｂ）は傾斜地面１９ｂ上の乗物３１を示し、車輪傾斜サーボが回転方向１６に回転した状態を示す。車輪傾斜シャフト３８は傾斜地面１９ｂに略平行になり乗車部１ｂは水平面を保っている状態を示す。

図９，図１０、図１１、図１２、図１３に図２，図３で示す様な前輪車体１と後輪車体２の車体間角度７を制御する屈曲サーボ機構方式に図１４の様な関知制御機構を設けた制御フローの実施例を示す。加速割り込みＩ１は加速センサーが加速を検知時、減速割り込みＩ２は加速度センサーが減速を検知時、前傾斜割り込みＩ３はジャイロセンサー２８が前側に傾きを検知時、後ろ割り込みＩ４はジャイロセンサー２８が後ろ側に傾きを検知時に割り込みとして起動されるものである。また、インターバル割り込みＩ５は時分割し、例えば１０ｍｓ毎に呼び出されもので有り、サーボ制御Ｉ６処理と兼用になっている処理を示す。

ここでは代表的な処理として、加速割り込みＩ１とインターバル割り込みＩ５を説明する。加速割り込みＩ１は加速度センサーにより加速状態の変化をを検知した場合に呼び出され、Ｓ１により加速変化を計測（読み取り）、加速係数を計算し、変化係数の初期値を１とする。加速時には車体間角度７を狭め前輪車体１上の重心５を前方に移動する事により、バランスをとるものである。ただし、坂道や縁石等を昇降しているときには変化量を調整する必要が有る。このためＳ２において傾斜状態をチェックしＳ３で前傾斜か後傾斜かをチェックし前傾斜ならばＳ４で前傾斜係数から変化係数を求め、Ｓ５では後傾斜係数を求めた後にＳ６において最終的な変化量を求め、Ｓ７にてサーボ制御処理を行うものである。

前傾斜係数は、前傾斜姿勢での加速傾斜量を加えるものであり、通常時（傾斜無し）の加速傾斜量をそのまま加えると前倒しになり過ぎるために調整を行うものである。この前傾斜係数は調整係数で加速度と現在の傾斜角度、加速度の変化経緯等から算出する。

算出の方法はここでは示していないが、乗物の自重、乗用車の体重、重心位置、旋回状態等の変化に応じた統計的な安定バランス数値をテーブル化し、状況をテーブル検索し参照し、参照値や近似値により設定調整が可能である。

後傾斜係数は後ろ側に車体が傾斜している状態での加速度傾斜とに前方方向の加速度傾斜量を加えるもので有る。前方傾斜状態と同じように処理を加味する事が可能で有る。

サーボ制御インターバル割り込みＩ５は、時分割処理で繰り返し呼び出されるもので有りＳ５２ではサーボ位置検出で現在の位置を確認し、現在有るべき位置を示す指示位置と実際の位置の誤差を求め、Ｓ５３では誤差をチェックし、Ｓ５４ではどちらにずれているかをチェックし、Ｓ５５、Ｓ５６では誤差を設定しＳ５７でサーボに誤差を補正した動きを指示するものである。指示位置はサーボ制御Ｉ６に指示された変化量を現在指示値に加えた値とする。ここでは示さないが、指示値に変化量の増減を繰り返すうちに片側に値が傾斜する事もあり得る。このため、定期的に、または、変化量が発生していない、または、変化量が少ない安定走行期間に指示値をあらかじめ定められた安定指示値に戻す事を行う随時処理等を加えても良いものである。また、この安定指示値は各状態での統計的な値をテーブル化し、参照し調整値としてもよいものである。

図１４は走行制御装置の各主要制御系の実施例を示す。制御回路２６はジャイロセンサー２８加速センサー２９及び操作ハンドル４を操作したときの歪みセンサー等を用いた折り曲げセンサー２７の情報を元に走行サーボ機構モータ２４で前進、減速、停止、後退、回転等を行い、屈曲サーボモータ２０、上下サーボモータ１５により乗車部１ｂのバランスを保つものである。

図１５は走行制御装置の参照する設定テーブルの実施例を示す。現在の速度、回転方向回転速度、回転角、前後傾斜角度、左右傾斜角度をｋｅｙ情報Ｋ１とし、乗物の変化状態（加速、減速、右折れ、左折れ、後退、前後傾斜、左右傾斜等）毎にテーブル化し、設定テーブルには現時点から変化状態発生に応じた次の状態の指示を配し、これらの変化が発生した時にテーブルをサーチし、状態変化に対応した情報を取得するものである。ここでの設定テーブルは加速情報テーブル、減速情報テーブル、右折情報テーブル、左折情報テーブル、後退情報テーブル、前後傾斜情報テーブル、左右傾斜情報テーブルと個別に設定したものを示す。加速テーブルは、加速を指示（例えば加速スイッチをＯＮ状態にしたとき）した場合に、現在の状況から状態変化後の値を求める。

ｋｅｙ情報Ｋ１には現在の走行状態を配する。ここでは具体的に値や範囲の実施例を記載する。速度として例えば０〜１５ｋｍ、回転方向は右１、左−１、回転なし０を示し、回転角は０〜１５度、前後傾斜角は−１０〜１０度、左右傾斜角は−１０〜１０度、モードは０ノーマル、１ソフト、２ハードを示す様に設定される。ここでこれらの範囲外例えば前後傾斜角１０を越すような事が発生すれば直ちに警告や走行停止状態に制御したり、速度が回転角度の限界で有れば加速を行わない設定としたりする。
加速情報テーブルにおいて、加速は停止状態から発生し、停止状態においても地面の傾斜は発生する。このため停止状態においても上下制御機構は可動位置で停止する必要が有る。また、これらの制御機構全体の電源を停止させた状態でも状態を保持、固定しておく必要がある。

取得情報部の各情報を具体的な値の実施例を記載する。加速調整量は０〜３の設定とし０は無し、１〜３は加速の強度を示す。前車輪右位置、前車輪左位置、後車輪右位置、後車輪左位置は０〜１５０ｍｍとする。このテーブルでは４輪車の上下制御機構情報を示しているが、屈曲部制御機構を用いた前後方向の傾斜のみの制御を行う場合は屈曲情報の情報として１つの情報となり、角度で表しても良い。

設定テーブルは必ずしも設定テーブル上に一致した値が存在しなくてもよく、例えば加速要求に対し現在の走行速度が１１．５ｋｍで加速情報テーブル上には１１ｋｍと１２ｋｍの情報が設定されていたならば、１１ｋｍと１２ｋｍの中間値を算出してもよいものである。

ここでは、設定テーブルの参照方法は、現在の状況をｋｅｙ情報として、例えば加速調整量を求めているが、取得情報は設定速度の様にダイレクトに情報を得ても良いものである。また、得られた値をそのまま使用せず、ソフトモード、ハードモード等に変化量を再調整し制御情報としてもよいものである。

ただし、例えば旋回状態や傾斜状態でこれ以上の加速が危険である場合は加速調整量は０で有り、警告情報が求められる。

本発明の実施例の立体図である。本発明の速度変化を示す実施例の平面図である。本発明の昇降制御を示すの実施例の平面図である。本発明の縁石越えを示す実施例の平面図である。本発明の屈曲制御機構の実施例の平面図と断面図である。本発明の屈曲状態を示す実施例の断面図である。本発明の上下サーボ機構の実施例を示す平面図である。本発明の上下サーボ機構の実施例を示す平面図である。本発明の加速割り込みの実施例を示すフロー図である。本発明の減速割り込みの実施例を示すフロー図である。本発明の前傾斜割り込みの実施例を示すフロー図である。本発明の後傾斜割り込みの実施例を示すフロー図である。本発明のサーボ制御とインターバル割り込みの実施例を示すフロー図である。本発明の主要制御回路の実施例を示す立体図である。本発明の設定テーブルの実施例を示す図である。本発明の３輪車形式の他の実施例の平面図である。本発明の３輪車形式の他の実施例の平面図である。

符号の説明

１…前輪車体
１ａ…車体
１ｂ…乗車部
２…後輪車体
３…人
４…操作ハンドル
５…重心
５ａ…重心
５ｂ…重心
５ｃ…重心
５ｄ…重心
５ｅ…重心
５ｆ…重心
５ｇ…重心
６…駆軸
７…車体間角度
７ａ…車体間角度
７ｂ…車体間角度
７ｃ…車体間角度
７ｄ…車体間角度
７ｅ…車体間角度
７ｆ…車体間角度
７ｇ…車体間角度
８…簡易座
９…縁石
１０…車輪
１１…後輪
１２…前輪
１３…キャプスタン
１４…車輪支持板
１５…上下サーボモータ
１６…回転方向
１７…上下歯車
１８…上下サーボ機構
１８ａ…上下軸
１９…地面
１９ａ…地面
１９ｂ…傾斜地面
１９ｃ…傾斜地面
２０…屈曲サーボモータ
２１…屈曲スプロケット
２２…チェーン
２３…受けスプロケット
２４…走行サーボ機構
２５…バッテリィ
２６…走行制御装置
２７…折り曲げセンサー
２８…ジャイロセンサー
２９…加速度センサー
３０…下方向
３１…乗物
３２…アクセル
３３…ブレーキ
３４…座席
３５…車輪傾斜サーボ
３６…車輪傾斜歯車
３７…傾斜軸歯車
３８…車軸傾斜シャフト
３９…操作部
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓｎ…処理単位
Ｋ１…ｋｅｙ情報
Ｔ１…設定テーブル

Claims

前輪を配した前輪車体と後輪を配した後輪車体を駆軸接合し後輪車体と前輪車体の駆軸動作部にサーボ機構を設け後輪車体と前輪車体を駆軸中心とした車体間角度形成する屈曲サーボ機構とし、該屈曲サーボ機構を制御することにより前輪車体と後輪車体の車体関係の角度を変動し、前輪車体の平面に対して後輪の車軸との位置関係を変動、もしくは後輪車体の平面に対して前輪の車軸との位置関係を変動する屈曲制御装置を設け、前輪車体または、後輪車体に人が乗車する乗車部を設けた２，３，４輪車。
車輪が車体に対し略垂直方向に可動上下する上下機構を車体に設けると共にサーボ機構を配し、車輪を上下する上下サーボ機構とし、該サーボ機構により車体と車輪の位置関係を変動させる上下制御装置を設け、車体上部に人の乗車する乗車部を設けた、２，３、４輪車、または、車軸方向の車輪が車体に対して車軸方向で傾斜可動させるサーボモータ駆動の傾斜サーボ機構を車体に設けると共に、該傾斜サーボ機構を制御する傾斜制御装置を設け車体上部に人の乗車する乗車部を設けた、２，３、４輪車。
前記記載の請求項１および請求項２において速度センサーまたは、ジャイロセンサーまたは、速度センサーとジャイロセンサーの組合せを車体、前輪車体、後輪車体や、車輪部周辺に配し走行状況センサーとし、該走行状況センサーの情報から車体の傾斜状態、または、加速度を関知し屈曲制御装置や上下制御装置、または、傾斜制御装置を制御する関知制御装置を設けたもの。
前記記載の請求項１、請求項２、請求項３において駆動輪にサーボ機構、または、モータで駆動する走行サーボ機構を配し、走行状況センサーの情報と共に、乗車部に加減速、後退、左右折、旋回等の操作部を設け、該操作部の情報を制御情報とし、走行サーボ機構、屈曲制御装置、上下制御装置や傾斜制御装置を制御する走行制御装置を設けたもの。
前記記載の請求項４において操作部のハンドルを前後、または左右、または、前後左右に倒す、または、ハンドルをひねる操作により駆動するセンサーや、スイッチを設け操作関知機構とし、これらの値の変化や、オン、オフにより走行サーボ機構を加速、減速、前進後退、左右折、旋回を行う走行制御装置としたもの。
前記記載の請求項４、請求項５において走行指示（加速、減速、右折、左折、前進後退、旋回）の変化や走行状況（前後傾斜、左右傾斜）の変化が発生したときに走行状態の変化をあらかじめ設定した設定テーブル（表）を設定し、走行状態の情報や、走行指示の情報を元に該設定テーブルから参照し求め、求めた値、または、求めた値の近似値により次の走行状態の制御情報とした走行制御装置としたもの。