JP5019026B2

JP5019026B2 - 走行車両

Info

Publication number: JP5019026B2
Application number: JP2006295333A
Authority: JP
Inventors: 直樹牛来
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: US20100152987A1; WO2008053827A1; JP2008110689A

Description

本発明は、車体と、平行に設けた車輪と、車輪に対して車体の姿勢を制御する機構とを備えた車両に関し、特に、傾斜面での車体の姿勢を制御し、乗員の快適性を確保することができる走行車両に関する。

従来、キャスタ輪の現在のキャンバ角及び車体の傾斜角に基づいて駆動手段を駆動し、キャスタ輪の鉛直面に対する角度が水平面走行時と同じくなるよう、キャスタ輪のキャンバ角を調節し、直進安定性を向上させた車椅子がある。（特許文献１参照）。

また、左右輪のトルク配分を制御することで直進性を高めた車椅子がある。（非特許文献１参照）。
特開２００１−１０４３９４号公報 Lateral Disturbance Rejection and One Hand Propulsion Control of a Power Assisting Wheelchair，Sehoon Oh and Yoichi Hori，IECON 2005, 2005.11.6-10, Raleigh, North Carolina

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１に記載された発明では、トレッドが狭く、重心が高いにも関わらず、車体自体の傾斜を制御しておらず、傾斜面を横切って走行する際に車体は傾いて走行することになるので、座面が斜めになり乗員の快適性が損なわれると共に、重心が谷側に寄るため不安定となり、乗員動作や外乱により車体が倒れてしまう危険性があった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、傾斜面においても乗員の快適性と車体安定性を保持することができる走行車両を提供することを目的とする。

そのために本発明は、車体と、前記車体に回転可能に支持され、平行に設けた車輪と、前記車体を前記車輪に対して左右に傾斜させる車体左右傾斜装置と、を有する走行車両において、斜面の傾斜角を測定する斜面傾斜角測定手段と、斜面の鉛直線に対する車体の傾斜角を測定する車体傾斜角測定手段と、前記斜面傾斜角測定手段と前記車体傾斜角測定手段との測定値から前記車体左右傾斜装置を制御する演算処理装置と、を備え、前記演算処理装置は、前記車体が略水平となるように制御すると共に、前記斜面の傾斜角と前記斜面の鉛直線に対する車体の傾斜角との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しないことを特徴とする。

また、前記走行車両の旋回時の旋回半径を計測する旋回半径計測手段と、前記走行車両の車速を測定する車速検出手段と、を備え、前記演算処理装置は、前記旋回半径計測手段及び前記車速検出手段の測定値から求めた旋回を考慮した鉛直線からの車体傾斜角となるように車体左右傾斜装置を制御することを特徴とする。

また、前記演算処理装置は、前記斜面傾斜角測定手段の測定値と前記車体傾斜角測定手段の測定値との差と、前記旋回を考慮した鉛直線からの車体傾斜角との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しないことを特徴とする。

前記演算処理装置は、前記斜面の傾斜角が所定値以上の場合に車両を停止させるように制御することを特徴とする。

本発明は、車体と、前記車体に回転可能に支持され、平行に設けた車輪と、前記車体を前記車輪に対して左右に傾斜させる車体左右傾斜装置と、を有する走行車両において、斜面の傾斜角を測定する斜面傾斜角測定手段と、斜面の鉛直線に対する車体の傾斜角を測定する車体傾斜角測定手段と、前記斜面傾斜角測定手段と前記車体傾斜角測定手段との測定値から前記車体左右傾斜装置を制御する演算処理装置と、を備え、前記演算処理装置は、前記車体が略水平となるように制御すると共に、前記斜面の傾斜角と前記斜面の鉛直線に対する車体の傾斜角との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しないので、斜面の傾斜角に応じて車体の姿勢を適宜制御することができ、乗り心地がよくなり、乗員の快適性が向上する。また、重心がトレッドの中央に位置することにより、左右の安定性及び直進性が向上する。さらに、多少の傾斜を許容し、過敏な制御を抑制することで、乗り心地が良くなると共に、ＥＣＵへの負担が少なくなる。

また、前記走行車両の旋回時の旋回半径を計測する旋回半径計測手段と、前記走行車両の車速を測定する車速検出手段と、を備え、前記演算処理装置は、前記旋回半径計測手段及び前記車速検出手段の測定値から求めた旋回を考慮した鉛直線からの車体傾斜角となるように車体左右傾斜装置を制御するので、さらに繊細な制御をすることができる。

また、前記演算処理装置は、前記斜面傾斜角測定手段の測定値と前記車体傾斜角測定手段の測定値との差と、前記旋回を考慮した鉛直線からの車体傾斜角との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しないので、多少の傾斜を許容し、過敏な制御を抑制することで、乗り心地が良くなると共に、ＥＣＵへの負担が少なくなる。

また、前記演算処理装置は、前記斜面の傾斜角が所定値以上の場合に車両を停止させるように制御するので、過度の傾斜で危険な場合に無理をして転倒することがない。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態における走行車両１の正面図であり、図１（ｂ）は、走行車両１の側面図である。なお、図１では、乗員Ｐが座席１１ａに着座した状態を示している。また、図１の矢印Ｕ−Ｄ，Ｌ−Ｒ，Ｆ−Ｂは、走行車両１の上下方向、左右方向、前後方向をそれぞれ示している。

まず、走行車両１の概略構成について説明する。走行車両１は、図１に示すように、乗員Ｐが乗車する乗員部１１と、その乗員部１１の下方（図１下側）に設けられる左右（一対）の車輪１２Ｌ，１２Ｒと、それら左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒに回転駆動力を付与する回転駆動装置５２（図６参照）とを主に備え、旋回時には、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒにキャンバ角を付与すると共に、車輪の回転駆動力に差を設け、乗員部１１を旋回内輪側へ傾斜させることで旋回性能の向上と乗員Ｐの快適性の確保とを図ることができるように構成されている
次いで、各部の詳細構成について説明する。乗員部１１は、図１に示すように、座席１１ａ、アームレスト１１ｂ、フットレスト１１ｃを主に備える。座席１１ａは、走行車両１の走行中に乗員Ｐが着座するための部位であり、乗員Ｐの尻部を支持する座面部１１ａ１と、乗員Ｐの背部を支持する背面部１１ａ２とを主に備えて構成されている。

座席１１ａの左右両側（矢印Ｌ側及び矢印Ｒ側）には、図１に示すように、乗員Ｐの上腕節を支持するための一対のアームレスト１１ｂが設けられている。アームレスト１１ｂの一方（矢印Ｒ側）には、ジョイスティック装置５１が取着されている。乗員Ｐは、ジョイスティック装置５１を操作して、走行車両１の走行状態（例えば、進行方向、走行速度、旋回方向、或いは、旋回半径など）を指示する。

座席１１ａの前方側（矢印Ｆ側）下方には、図１に示すように、乗員Ｐの足部を支持するためのフットレスト１１ｃが配設されている。また、座席１１ａの後方側（矢印Ｂ側）には、ケース１１ｄが配設され、座席１１の底面側（矢印Ｄ側）には、バッテリー装置（図示せず）などが配設されている。

なお、バッテリー装置は、後述する回転駆動装置５２及びアクチュエータ装置５３の駆動源である（いずれも図２参照）。また、ケース１１ｄには、後述する制御装置７０（図２参照）、各種センサ装置或いはインバータ装置（いずれも図示せず）などが収納されている。

左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒは、後述するリンク機構３０に支持されており、リンク機構３０は、後述する連結リンク４０を介して、乗員部１１に連結されている（図６及び図７参照）。詳細構成については、後述する。

次いで、図２を参照して、走行車両１の電気的構成について説明する。図２は、走行車両１の電気的構成を示したブロック図である。

制御装置７０は、走行車両１の各部を制御するための制御装置であり、図２に示すように、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２及びＲＡＭ７３を備え、これらはバスライン７４を介して入出力ポート７５に接続されている。また、入出力ポート７５には、ジョイスティック装置５１等の複数の装置が接続されている。

ＣＰＵ７１は、バスライン７４により接続された各部を制御する演算装置である。ＲＯＭ７２は、ＣＰＵ７１により実行される制御プログラムや固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリであり、ＲＡＭ７３は、制御プログラムの実行時に各種のワークデータやフラグ等を書き換え可能に記憶するためのメモリである。

ジョイスティック装置５１は、上述したように、走行車両１を運転する際に乗員Ｐが操作する装置であり、乗員Ｐにより操作される操作レバー（図１参照）と、その操作レバーの操作状態を検出するための前後センサ５１ａ及び左右センサ５１ｂと、それら各センサ５１ａ，５１ｂの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する処理回路（図示せず）とを主に備えている。

前後センサ５１ａは、操作レバーの前後方向（矢印Ｆ−Ｂ方向、図１参照）への操作状態（操作量）を検出するためのセンサであり、ＣＰＵ７１は、前後センサ５１ａの検出結果（操作レバーの前後操作量）に基づいて、回転駆動装置５２の駆動状態を制御する。これにより、走行車両１は、乗員Ｐ示指示した走行速度で走行される。

左右センサ５１ｂは、操作レバーの左右方向（矢印Ｌ−Ｒ方向、図１参照）への操作状態（操作量）を検出するためのセンサであり、ＣＰＵ７１は、左右センサ５１ｂの検出結果（操作レバーの左右操作量）に基づいて、回転駆動装置５２とアクチュエータ装置５３との駆動状態をそれぞれ制御する。これにより、走行車両１は、運転者が指示した旋回半径で旋回される。

即ち、操作レバーが左右方向に操作されると、ＣＰＵ７１は、左右センサ５１ｂの検出結果に基づいて、旋回方向と旋回半径とを判断し、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒが旋回内側へ傾斜されるように、アクチュエータ装置５３を駆動制御すると共に（図８参照）、旋回半径に応じて左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒが差動されるように、回転駆動装置５２を駆動制御する。その結果、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒにキャンバ角が付与されると共に、乗員部１１が旋回内側へ傾斜され、旋回性能の向上と乗員Ｐの快適性の確保とが達成される。

なお、このように、本発明の走行車両１では、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒにキャンバ角を付与して、キャンバスラストを発生させると共に、左右林の回転駆動力に差を設けることにより、走行車両１を旋回させる。よって、本実施の形態では、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒの中心線は互いに平行に保持されており、左右に操舵されることはない。但し、操舵機構を設けても良い。

回転駆動装置５２は、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒを回転駆動させるための駆動装置であり、左の車輪１２Ｌに回転駆動力を付与するＬモータ５２Ｌと、右の車輪１２Ｒに回転駆動力を付与するＲモータ５２Ｒと、それら各モータ５２Ｌ，５２ＲをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路及び駆動源（いずれも図示せず）とを主に備えて構成されている。

アクチュエータ装置５３は、後述するリンク機構３０を屈伸させるための駆動装置であり、リンク機構３０の前方側（図７参照、矢印Ｆ側）に配設されるＦアクチュエータ５３Ｆとリンク機構３０の後方側（図７参照、矢印Ｂ側）に配設されるＢアクチュエータ５３Ｂと、それら各アクチュエータ５３Ｌ，５３ＲをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路及び駆動源（いずれも図示せず）とを主に備えている。

なお、本実施の形態では、各アクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂが伸縮式の電動アクチュエータ、即ち、ボールねじ機構（外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、そのねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有しねじ軸に嵌合されるナットと、それらナットとねじ軸の両ねじ溝の間に転勤可能に装填された多数の転動体と、ねじ軸又はナットを回転駆動する電動モータとを備え、ねじ軸又はナットが電動モータにより回転駆動されることで、ねじ軸がナットに対して相対移動する機構）を利用した伸縮可能な電動アクチュエータとして構成されている。

図２に示す他の入出力装置５４としては、例えば、走行車両１の走行状態（走行速度や走行距離など）を検出する検出装置、その検出装置により検出された走行状態を表示して乗員Ｐに報知する表示装置（図示せず）、或いは、走行車両１に作用する加速度を検出する加速度センサなどが例示される。

次いで、図３を参照して、Ｌ及びＲモータ５２Ｌ，５２Ｒについて説明する。図３（ａ）は、Ｒモータ５２Ｒの正面図であり、図３（ｂ）は、Ｒモータ５２Ｒの側面図である。なお、Ｌモータ５２ＬとＲモータ５２Ｒとは互いに同一に構成されるものであるので、Ｌモータ５２Ｌについての説明は省略する。

Ｒモータ５２Ｒは、上述したように、右の車輪１２Ｒに回転駆動力を付与するための駆動装置であり、電動モータとして構成されている。また、Ｒモータ５２Ｒは、いわゆるインホイールモータとして構成され、図３に示すように、走行車両１の外方側（矢印Ｒ側）にはハブ５２ａが、走行車両１の内方側（矢印Ｌ側）には上部及び下部軸支プレート５２ｂ，５２ｃが、それぞれ配設されている。

ハブ５２ａは、右の車輪１２Ｒのホイール１２Ｒａがハブナット及びハブボルトにより締結固定される部位であり（図６及び図７参照）、図３（ａ）に示すように、Ｒモータ５２Ｒの駆動軸（図示せず）の軸心Ｏと同心の円板状に形成されている。Ｒモータ５２Ｒの駆動軸が回転駆動されると、その回転が、ハブ５２ａを介して、ホイール１２Ｒａ伝達され、右の車輪１２Ｒが回転駆動される。

上部軸支プレート５２ｂ及び下部軸支プレート５２ｃは、後述する上部リンク３１及び下部リンク３２の端部をそれぞれ軸支するための部材であり（図６及び図７参照）、図３に示すように、Ｒモータ５２Ｒの側面（矢印Ｌ側面）に溶接固定されている。また、上部及び下部軸支プレート５２ｂ，５２ｃには、上部及び下部リンク３１，３２を軸支するための貫通孔５２ｂ１，５２ｃ１がそれぞれ穿設されている。

なお、上部及び下部軸支プレート５２ｂ，５２ｃは、図３（ｂ）に示すように、それぞれ一対が所定間隔を隔てつつ互いに対向して配設されている。本実施の形態では、これら両対向間隔（矢印Ｆ−Ｂ方向才法）が互いに等しい寸法に設定されている。

また、本実施の形態では、上部軸支プレート５２ｂの貫通孔５２ｂ１と下部軸支プレート５２ｃの貫通孔５２ｃ１とを結ぶ仮想線がＲモータ５２Ｒの軸心Ｏと直交するように構成されている。これにより、後述するように、リンク機構３０を４節の平行リンク機構として構成することができる（図８参照）。

次いで、図４を参照して、上部リンク３１及び下部リンク３２について説明する。図４（ａ）は、上部リンク３１及び下部リンク３２の正面図であり、図４（ｂ）は、上部リンク３１及び下部リンク３２の上面図である。

上部リンク３１及び下部リンク３２は、Ｒ及びＬモータ５２Ｒ，５２Ｌに両端が軸支され、それらＲ及びＬモータ５２Ｒ，５２Ｌと共に４節のリンク機構を構成するための部材であり（図６乃至図８参照）、図４に示すように、互いに同一の形状、即ち、正面視略矩形の板状体として構成されている。

なお、上部及び下部リンク３１，３２の両端に穿設される貫通孔３３Ｒ，３３Ｌは、Ｒ及びＬモータ５２Ｒ，５２Ｌの上部軸支プレート５２ｂ（貫通孔５２ｂ１）に軸支される部位であり、上部及び下部リンク３１，３２の長手方向（図４左右方向）中央部に穿設される貫通孔３３Ｃは、後述する連結リンク４０に軸支される部位である（図６乃至図８参照）。

また、本実施の形態では、２枚の上部リンク３１と２枚の下部リンク３２との両端をそれぞれＲモータ５２Ｒ及びＬモータ５２Ｌに軸支して、リンク機構３０を構成する。詳細については、後述する（図６及び図７参照）。

次いで、図５を参照して、連結リンク４０について説明する。図５（ａ）は、連結リンク４０の正面図であり、図５（ｂ）は、連結リンク４０の側面図であり、図５（ｃ）は、連結リンク４０の上面図である。

連結リンク４０は、リンク機構３０と乗員部１１とを連結するための部材であり、連結部材４１と乗員支持部材４２とを主に備える。連結部材４１は、上部及び下部リンク３１，３２との連結部となる部位であり、図５（ｂ）に示すように、側面視略Ｕ字状に形成され、その上端部が後述する乗員支持部４２に接続されている。

なお、図５（ａ）に示すように、連結部材４１の上方（矢印Ｕ側）に穿設される貫通孔４３ａは、上部リンク３１の貫通孔３３Ｃに軸支される部位であり、連結部材４１の下方（矢印Ｄ側）に穿設される貫通孔４３ｂは、下部リンク３２の貫通孔３３Ｃに軸支される部位である（図６乃至図８参照）。

乗員支持部４２は、乗員部１１（座席１１ａ）を底面側（矢印Ｄ側、図６参照）から支持するための部材であり、図５（ａ）に示すように、正面視略Ｕ字状に形成される一対の部材が、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、棒状体により連結され一体化されている。

次いで、図６及び図７を参照して、リンク機構３０の詳細構成について説明する。図６は、リンク機構３０の正面図であり、図７は、リンク機構３０の上面図である。なお、図６及び図７では、図面を簡略化して理解を容易とするために、アームレスト１１ｂやフットレスト１１ｃなどの図示が省略されると共に、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒや連結リンク４０などが断面視されている。

図６及び図７に示すように、上部リンク３１の両端がＲモータ５２Ｒ及びＬモータ５２Ｌの上部軸支プレート５２ｂに回転可能に軸支され、同様に、下部リンク３２の両端がＲモータ５２Ｒ及びＬモータ５２Ｌの下部軸支プレート５２ｃにそれぞれ回転可能に軸支されることで、これら上部及び下部リンク３１，３２とＲ及びＬモータ５２Ｒ，５２Ｌとにより、４節のリンク機構３０が平行リンクとして構成される。

ここで、本実施の形態では、図６及び図７に示すように、一対のモータ装置（即ち、Ｌ及びＲモータ５２Ｌ，５２Ｒ）が左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒに回転駆動力を付与する回転駆動装置として機能するように構成したので、例えば、デファレンシヤル装置を設けると共にそのデファレンシヤル装置と左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒとを等速ジョイントにより連結するといった複雑な構成を設けることなく、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒを差動させることができる。

同時に、本実施の形態では、かかる一対のモータ装置（Ｌ及びＲモータ５２Ｌ，５２Ｒ）が回転駆動装置と左右（一対）の車輪支持体とを兼用する構成としたので、部品点数を低減して、構造を簡素化することができる。その結果、軽量化や部品・組立コストの削減を図ることができる。

また、図６及び図７に示すように、連結リンク４０は、連結部材４１が上部リンク３１及び上部リンク３２に軸支されると共に、乗員支持部材４２が乗員部１１（座席１１ａ）を底面側から支持する。これにより、後述するように、リンク機構３０の屈伸に伴って、連結リンク４０を傾斜させることができ、その結果、乗員部１１を旋回内輪側へ傾斜させることができる（図８参照）。

また、図６及び図７に示すように、リンク機構３０の前方側（矢印Ｆ側）及び後方側（矢印Ｂ側）には、Ｆアクチュエータ５３Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｂがそれぞれ配設されている。Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂは、上述したように、リンク機構３０を屈伸させるための駆動装置であり、その両端が４節のリンク機構３０の互いに隣り合わない支持軸に接続されている。

即ち、図６及び図７に示すように、Ｆアクチュエータ５３Ｆは、その下端（本体節側）がＲモータ５２Ｒの下部軸支プレート５２ｃに支持軸８０Ｆｃを介して軸支される一方、その上端側（ロッド側）がＬモータ５２Ｌの上部軸支プレート５２ｂに支持軸８０Ｆｂを介して軸支される。これにより、Ｆアクチュエータ５３Ｆが４節のリンク機構３０の対角線上にたすき掛けされる。

また、図７に示すように、Ｂアクチュエータ５３Ｂは、その下端（本体節側）がＬモータ５２Ｌの下部軸支プレート５２ｃに支持軸８０Ｂｄを介して軸支される一方、その上端側（ロッド側）がＲモータ５２Ｒの上部軸支プレート５２ｂに支持軸８０Ｂａを介して軸支される。これにより、Ｂアクチュエータ５３Ｂが４節のリンク機構３０の対角線上にたすき掛けされる。また、これらＦ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂが互いに交差する向きに配置される。

このように、Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂの両端を４節のリンク機構３０の互いに隣り合わない支持軸に接続（即ち、４節のリンク機構３０の対角線上にたすき掛け）したので、力の作用点（例えば、図６に示すように、Ｆアクチュエータ５３Ｆであれば、支持軸８０Ｆｂ及び支持軸８０Ｆｃ）から回転中心（Ｆアクチュエータ５３Ｆの両端が接続されない残りの支持軸８０Ｆａ及び支持軸８０Ｆｄ）までの距離を最大として、その分、リンク機構３０の屈伸に必要な駆動力を小さくすることができる。

その結果、リンク機構３０の屈伸をスムーズ（即ち、高速高精度）に行うことができると共に、アクチュエータ（Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂ）に要求される駆動性能を低く抑えることができるので、アクチュエータやその駆動源などを小型化して、軽量化と部品コストの削滅とを図ることができる。

また、上記した力の作用点から回転中心までの距離を長くするべくアームをリンク機構３０に更に設ける場合には、そのアームの分だけ重量が嵩むと共に、リンク機構３０の屈伸時にアームやアクチュエータがリンク機構の外形よりも外方に突出し、小型化を図ることができない。

これに対し、本実施の形態のように、アクチュエータ（Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂ）の両端をリンク機構の対角線上にたすき掛けする構成であれば、アームを設けることなく上記の距離を最大とすることができると共に、リンク機構３０の屈伸時にアクチュエータがリンク機構の外形から外方に突出することを回避して、小型化を図ることができる。

また、上述したように、一対のアクチュエータ（Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂ）を互いに交差する向きに配置したので、これらを互いに同方向に配置する場合と比較して、リンク機構３０をいずれの方向へも均等に屈伸させ、旋回動作の安定性を確保することができる。

例えば、１のアクチュエータを４節のリンク機構３０の対角線上にたすき掛けする構成では、リンク機構３０を中立位置から１の方向（例えば、右旋回に対応）へ屈伸させるべく、アクチュエータを伸長させると、その伸長に伴って、力の作用方向とリンク機構２０の節との成す角度（例えば、図８（ｂ）において、Ｆアクチュエータ５３ＦとＬモータ５２Ｌとの成す角度）が漸次O゜に近づく。

即ち、アクチュエータからリンク機構３０に作用する力の内のリンク機構３０の節を回転させるための力成分（即ち、１の節の回転中心と力の作用点とを接続する仮想線に対して直交する方向の力成分、例えば、図８（ｂ）において、Ｌモータ５２Ｌを１の節とした場合には、その１の節の回転中心は支持軸８０Ｆｄであり、力の作用点は支持軸８０ｂとなる。よって、仮想線は、これら支持軸８０Ｆｄと支持軸８０Ｆｂを接続する線となる）の割合が減少される。

一方、リンク機構３０を中立位置から他の方向（左旋回に対応）へ屈伸させるべく、アクチュエータを短縮させると、その短縮に伴って、力の作用方向とリンク機構３０の節との成す角度が漸次9 0゜に近づく。

即ち、アクチュエータからリンク機構３０に作用する力の内のリンク機構３０の節を回転させるための力成分（即ち、１の節の回転中心と力の作用点とを接続する仮想線に対して直交する方向の力成分）の割合が増加される。

このように、リンク機構３０を屈伸させる場合、アクチュエータを伸長させる工程では、短縮させる工程よりも大きな駆動力が必要とされる（言い換えれば、アクチュエータを短縮させる工程は、伸長させる工程よりも少ない駆動力でリンク機構３０を屈伸させることができる）。

従って、アクチュエータ（Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂ）を一対備える場合、これら一対のアクチュエータを互いに同方向に配置したのでは、リンク機構３０を１の方向へ屈伸させる（即ち、アクチュエータを伸長させる）工程と他の方向へ屈伸させる（即ち、アクチュエータを短縮させる）工程とに要する駆動力がそれぞれ異なることとなるため、リンク機構３０の屈伸量や屈伸速度を両方向（即ち、右旋回及び左旋回）で高精度に一致させることが困難となる。

その結果、リンク機構３０の屈伸、即ち、走行車両１の旋回動作が不安定となり、乗員Ｐの操作感や旋回性能の悪化を招くという不具合が生じる。更に、アクチュエータの作動制御が複雑化して、制御コストの増大を招く。

これに対し、本実施形態では、一対のアクチュエータ（Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂ）を互いに交差する向きに配置したので、リンク機構３０のいずれの方向への屈伸も同じ駆動力で行うことができ、屈伸動作（旋回性能）の安定性を確保することができると共に、ＣＰＵ７１の制御コストの削減を図ることができる。

なお、本実施の形態では、図６及び図７に示すように、Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂの本体節側がロッド側よりも下方に位置するように配置した。これにより、重量が嵩む部位を走行車両１の下方に位置させ、走行車両１の重心位置を下げることができるので、その分、旋回性能の向上を図ることができる。

図６及び図７に示すように、リンク機構３０の前方側（矢印Ｆ側）及び後方側（矢印Ｂ側）には、弾性ばね装置６０Ｆ，６０Ｂがそれぞれ配設されている。これら弾性ばね装置６０Ｆ，６０Ｂは、リンク機構３０がいずれの方向へ屈伸された場合でも、そのリンク機構３０に付勢力を付勢して中立位置へ復帰させるための駆動装置であり、金属製のコイルスプリングとして構成されている。

これら弾性ばね装置６０Ｆ，６０Ｂは、互いに同一材料から同一の形状に構成されており、上述したＦ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂの場合と同様に、その両端が４節のリンク機構３０の互いに隣り合わない支持軸に接続されている。

即ち、図６及び図７に示すように、弾性ばね装置６０Ｆは、その下端側がＬモータ５２Ｌの下部軸支プレート５２ｃに支持軸８０Ｆｄを介して軸支される一方、その上端側がＲモータ５２Ｒの上部軸支プレート５２ｂに支持軸８０Ｆａを介して軸支される。これにより、弾性ばね装置６０Ｆが、Ｆアクチュエータ５３Ｆと直交しつつ、４節のリンク機構３０の対角線上にたすき掛けされる。

また、図７に示すように、弾性ばね装置６０Ｂは、その下端がＲモータ５２Ｒの下部軸支プレート５２ｃに支持軸８０Ｂｃを介して軸支される一方、その上端側がＬモータ５２Ｌの上部軸支プレート５２ｂに支持軸８０Ｂｂを介して軸支される。これにより、弾性ばね装置６０Ｂが、Ｂアクチュエータ５３Ｂと直交しつつ、４節のリンク機構３０の対角線上にたすき掛けされる。また、これら弾性ばね装置６０Ｆ，６０Ｂも互いに交差する向きに配置される。

このように、本実施の形態では、弾性ばね装置６０Ｆ，６０Ｂを備え、リンク機構３０がいずれの方向へ屈伸される場合でも、そのリンク機構３０へ付勢力を付勢して中立位置へ復帰させることができるので、Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂを常時駆動してリンク機構３０を中立位置に保持することを不要とすることができる。よって、リンク機構３０を中立位置に保持するための制御及び駆動を不要として、制御コスト及び駆動コストの削減を図ることができる。

また、Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂの駆動は、リンク機構３０をいずれかの方向へ屈伸させる場合のみ行えば良く、リンク機構３０を中立位置へ復帰させるための駆動を不要とすることができるので、その分、駆動コストの削減を図ることができる。但し、中立位置への復帰工程においても、Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂを駆動するように構成しても良い。これにより、復帰工程の高速化や旋回状態の安定化を図ることができる。

更に、本実施の形態では、上述したように、弾性ばね装置６０Ｆ，６０Ｂを互いに交差する向きに配置したので、上述したアクチュエータ（Ｆ及びＢアクチュエータ５３Ｆ，５３Ｂ）の場合と同様に、互いに同方向に配置する場合と比較して、リンク機構３０の中立位置への復帰動作や保持動作を安定して行うことができる。

次いで、このように構成されたリンク機構３０の動作について説明する。図８は、リンク機構３０の屈伸動作を説明するための模式図であり、リンク機構３０の正面図に対応する。なお、図８では、Ｒ及びＬモータ５２Ｒ，５２Ｌ等が模式的に図示されると共に、弾性ばね部材６０Ｆ等の図示が省略されている。

図８（ａ）に示すように、リンク機構３０が中立位置にある場合には、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒのキャンバ角はO゜である。また、連結リンク４０の傾斜角もO゜である。そして、Ｆアクチュエータ５３Ｆが伸長駆動されると、目８（ｂ）に示すように、リンク機構３０が屈伸され、左右の車輪１２Ｌ，１２Ｒに所定のキャンバ角θＲ，θＬが付与されると共に、連結リンク４０に所定の傾斜角θＣが付与される。

なお、本実施の形態では、リンク機構３０が平行リンク機構として構成されているので、キャンバ角θＲ，θＬと傾斜角θＣとは全て同値となる。また、Ｆアクチュエータ５３Ｆが伸長駆動（短絡駆動）される場合には、Ｂアクチュエータ５３Ｂは短絡駆動（伸長駆動）される。

次に、第１実施形態の傾斜面を横切る車両の姿勢制御について説明する。図９は、第１実施形態の傾斜面姿勢制御装置に関するブロック図を示す。図９において、１０１は斜面傾斜角測定手段の一例としての斜面傾斜角センサ、１０２は車体傾斜角測定手段の一例としての車体傾斜角センサ、１１１は演算処理装置、５３は車体左右傾斜装置のとしてのアクチュエータ装置である。

斜面傾斜角センサ１０１は、斜面の傾斜角度を求めるものであり、重力センサ等の姿勢センサであって、乗員部１１を含む車体２の傾斜に影響のない、例えば車輪１２と車体とを結ぶアーム上等に設置するとよい。また、車体傾斜する部分であっても、例えば座席１１ａ下に置き、そこから得られる値から、車体傾斜角を減算することで姿勢を求めてもよい。

車体傾斜角センサ１０２は、乗員部１１を含む車体２の傾斜角を求めるものであり、車体四角形リンク機構３０のリンク間角度を測定することから求める。或いは、車体傾斜をつけるためのアクチュエータ装置５３の位置（長さ）から車体傾斜を算出してもよい。その際、直接アクチュエータ装置５３の位置（長さ）を計測しても、アクチュエータ装置５３への指令値を用いてもよい。

演算処理装置１１１は、斜面傾斜角センサ１０１及び車体傾斜角センサ１０２の測定した値から、アクチュエータ装置５３を制御するものである。

図１０は、傾斜面を走行する走行車両１の概略図を示す。図中、φ１は傾斜面の傾斜角度、φ２は斜面に垂直な法線に対する車体姿勢角、Ｌは車両中心軸、Ｍは鉛直線、Ｎは斜面に垂直な法線である。

傾斜面傾斜角度φ１は、斜面傾斜角センサ１０１から求められ、鉛直線Ｍに対する斜面に垂直な法線Ｎの角度と同じであり、左右の傾斜の一方を正、他方を負に設定する。車体姿勢角φ２は、車体傾斜角センサ１０２から求められ、斜面に垂直な法線Ｎに対する車体姿勢角である。

このような状態で傾斜面を走行している走行車両１の傾斜面姿勢制御装置における作動についてフローチャートを用いて説明する。図１１は、傾斜面を走行する走行車両１の傾斜面姿勢制御のフローチャートを示す。

まず、ステップ１で、斜面傾斜角センサ１０１の値から傾斜面の傾斜角度φ１を求める（ＳＴ１）。次に、ステップ２で、傾斜面の傾斜角度φ１の絶対値が所定の閾値α以上であるか判断する（ＳＴ２）。ステップ２で傾斜面の傾斜角度φ１の絶対値が閾値α以上でないと判断した場合、ステップ３−１で、さらに鉛直線に対する車体傾き（φ1−φ２）の絶対値が所定の閾値β以上であるか判断する（ＳＴ３−１）。ステップ２で傾斜面の傾斜角度φ１の絶対値が閾値α以上であると判断した場合、傾斜が大きく緊急の状態と判断して、ステップ３−２で、走行車両１の走行を停止する（ＳＴ３−２）。

ステップ３−１で鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）の絶対値が閾値β以上である場合、ステップ４で、アクチュエータ装置５３により、図１２に示すように、鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）が０となるように調整し、車体２を略水平に制御する（ＳＴ４）。ステップ３−１で鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）の絶対値が閾値β未満の場合、制御を実行しない。このように、制御を実行せず、車体２の多少の傾斜を許容することで、過敏な制御を抑制し、乗り心地が良くなると共に、ＥＣＵへの負担が少なくなる。そして、このような傾斜面姿勢制御を繰り返し実行することで、常に車体２を略水平又は許容範囲内に制御することができる。

次に、第２実施形態の傾斜面を横切って旋回する走行車両１の姿勢制御について説明する。図１３は、第２実施形態の傾斜面姿勢制御装置に関するブロック図を示す。図１３において、１０１は斜面傾斜角センサ、１０２は車体傾斜角センサ、１０３は旋回半径計測手段、１０４は車速センサ、１１１は演算処理装置、５３は車体左右傾斜装置のとしてのアクチュエータ装置である。

斜面傾斜角センサ１０１、車体傾斜角センサ１０２及びアクチュエータ装置５３は、第１実施形態と同様のものを使用する。旋回半径計測手段１０３は、ジョイスティック装置５１の前後センサ５１ａ及び左右センサ５１ｂの操縦指令値、左右輪１２の回転角度又は左右輪１２の角速度等により旋回半径Ｒを得ることができる。車速センサ１０４は車両の車速Ｖを測定するセンサである。

演算処理装置１１１は、斜面傾斜角センサ１０１、車体傾斜角センサ１０２、旋回半径計測手段１０３及び車速センサ１０４の測定した値から、アクチュエータ装置５３を制御するものである。

図１４は、傾斜面を走行時に旋回する傾斜面姿勢制御前の走行車両１の概略図を示す。図中、φ１は傾斜面の傾斜角度、φ２は斜面に垂直な法線に対する車体姿勢角、φ３は鉛直線に対する旋回を考慮した車体傾斜角、Ｌは車両中心軸、Ｍは鉛直線、Ｎは斜面に垂直な法線である。

車体傾斜角φ３は、遠心力等を考慮し、車速Ｖ及び旋回半径Ｒから求めた旋回を考慮した鉛直線からの最適な車体傾斜角であり、図１５に示すように、
φ３=tan^-1（Ｖ²／ｇＲ）・・・（１）
で示される。この時、車両重量ｍについては、互いに打ち消しあうので、センサ等で求める必要はない。

このような状態で傾斜面を走行している走行車両１の傾斜面姿勢制御装置における作動についてフローチャートを用いて説明する。図１６は、傾斜面を走行する走行車両１の傾斜面姿勢制御のフローチャートを示す。

まず、ステップ１１で、斜面傾斜角センサ１０１の値から傾斜面の傾斜角度φ１を求める（ＳＴ１１）。次に、ステップ１２で、傾斜面の傾斜角度φ１の絶対値が所定の閾値α以上であるか判断する（ＳＴ１２）。ステップ１２で傾斜面の傾斜角度φ１の絶対値が閾値α以上でないと判断した場合、ステップ１３−１で、式（１）から車体傾斜角φ３を求める。（ＳＴ１３−１）。ステップ１２で傾斜面の傾斜角度φ１の絶対値が閾値α以上であると判断した場合、傾斜が大きく緊急の状態と判断して、ステップ１３−２で、走行車両１の走行を停止する（ＳＴ１３−２）。

次に、ステップ１４で、鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）とステップ１３−１で求めたφ３との差を求め、その差の絶対値が所定の閾値γ以上であるか判断する（ＳＴ１４）。

鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）とステップ１３−１で求めたφ３との差の絶対値が閾値γ以上である場合、ステップ１５で、図１７に示すように、アクチュエータ装置５３等のアクチュエータ５３により鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）をステップ１３−１で求めたφ３となるように、すなわち鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）がφ３となるように車体を制御する（ＳＴ１５）。ステップ１４で鉛直線Ｍに対する車体傾き（φ1−φ２）とステップ１３−１で求めたφ３との差の絶対値が閾値γ以上でない場合、制御を実行しない。このように、制御を実行せず、車体２の多少の傾斜を許容することで、過敏な制御を抑制し、乗り心地が良くなると共に、ＥＣＵへの負担が少なくなる。そして、このような傾斜面姿勢制御を繰り返し実行することで、常に旋回を考慮した許容範囲内に車体の姿勢を制御することができる。

なお、斜面傾斜角センサ１０１と車体傾斜角センサ１０２を統合してもよい。例えば、傾斜を考慮しない場合・する場合共に、フロー中の（φ１−φ２）は、車体傾斜する部分に取り付けた姿勢センサ（重力センサ）の値で直接求まる。この場合、車体傾斜アクチュエータがサーボではない安価なもの（伸び・縮みの指令のみで、正確な位置まで指令できないもの）で構成されていても、（φ１−φ２）の値を目標値に近づけるようアクチュエータに指令を出し、（φ１−φ２）のフィードバックを行うことにより実現できる。

また、他の実施形態として、図１８に示すように、車体２と車輪１２の支持部分との間に伸縮アクチュエータ１５３を設け、車輪取付位置の高さを変更する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、斜面の傾斜角に応じて車体の姿勢を適宜制御することができ、車体２が略水平となるように制御する場合、乗り心地がよくなり、乗員の快適性が向上する。また、重心がトレッドの中央に位置することにより、左右の安定性及び直進性が向上する。また、斜面傾斜角センサ１０１と車体傾斜角センサ１０２との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しないので、多少の傾斜を許容し、過敏な制御を抑制することで、乗り心地が良くなると共に、ＥＣＵへの負担が少なくなる。さらに、旋回半径計測手段１０３及び車速検出手段１０４の測定値から旋回を考慮した車体傾斜角となるように車体左右傾斜装置を制御するので、より繊細な制御をすることができる。また、斜面傾斜角センサ１０１の測定値と車体傾斜角センサ１０２の測定値との差と、旋回を考慮した姿勢角との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しないので、多少の傾斜を許容し、過敏な制御を抑制することで、乗り心地が良くなると共に、ＥＣＵへの負担が少なくなる。さらに、斜面傾斜角センサ１０１が所定値以上の場合に車両を停止させるように制御するので、過度の傾斜で危険な場合に無理をして転倒することがない。

（ａ）は、本発明の第１実施の形態における車両の正面図であり、（ｂ）は、車両の側面図である。車両の電気的構成を示したブロック図である。（ａ）は、Ｒモータの正面図であり、（ｂ）は、Ｒモータの側面図である。（ａ）は、上部リンク及び下部リンクの正面図であり、（ｂ）は、上部リンク及び下部リンクの上面図である。（ａ）は、連結リンクの正面図であり、（ｂ）は、連結リンクの側面図であり、（ｃ）は、連結リンクの上面図である。リンク機構の正面図である。リンク機構の上面図である。リンク機構の屈伸動作を説明するための模式図であり、（ａ）は中立位置にある状態を、（ｂ）は屈伸された状態を、それぞれ示している。第１実施形態の傾斜面姿勢制御のブロック図である。第１実施形態の傾斜面姿勢制御前の車両の概略図である。第１実施形態の傾斜面姿勢制御のフローチャート図である。第１実施形態の傾斜面姿勢制御後の車両の概略図である。第２実施形態の傾斜面姿勢制御のブロック図である。第２実施形態の傾斜面姿勢制御前の車両の概略図である。第２実施形態の傾斜面姿勢制御のフローチャート図である。第２実施形態の旋回を考慮した鉛直面からの最適な車体傾斜角を示す図である。第２実施形態の傾斜面姿勢制御後の車両の概略図である。他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１…走行車両、２…車体、１１…乗員部、１１ａ…座席、１２…車輪、３０…リンク機構、５３…アクチュエータ装置（車体左右傾斜装置）、１０１…斜面傾斜角センサ（斜面傾斜角測定手段）、１０２…車体傾斜角センサ（車体傾斜角測定手段）、１０３…旋回半径計測手段、１０４…車速センサ、１１１…演算処理装置、φ１…傾斜面の傾斜角度、φ２…斜面に垂直な法線に対する車体姿勢角、φ３…鉛直線に対する旋回を考慮した車体傾斜角、Ｌ…車両中心軸、Ｍ…鉛直線、Ｎ…斜面に垂直な法線

Claims

車体と、
前記車体に回転可能に支持され、平行に設けた車輪と、
前記車体を前記車輪に対して左右に傾斜させる車体左右傾斜装置と、
を有する走行車両において、
斜面の傾斜角を測定する斜面傾斜角測定手段と、
斜面の鉛直線に対する車体の傾斜角を測定する車体傾斜角測定手段と、
前記斜面傾斜角測定手段と前記車体傾斜角測定手段との測定値から前記車体左右傾斜装置を制御する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置は、
前記車体が略水平となるように制御すると共に、
前記斜面の傾斜角と前記斜面の鉛直線に対する車体の傾斜角との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しない
ことを特徴とする走行車両。
前記走行車両の旋回時の旋回半径を計測する旋回半径計測手段と、
前記走行車両の車速を測定する車速検出手段と、
を備え、
前記演算処理装置は、前記旋回半径計測手段及び前記車速検出手段の測定値から求めた旋回を考慮した鉛直線からの車体傾斜角となるように車体左右傾斜装置を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の走行車両。
前記演算処理装置は、前記斜面傾斜角測定手段の測定値と前記車体傾斜角測定手段の測定値との差と、前記旋回を考慮した鉛直線からの車体傾斜角との差の絶対値が所定値未満の場合、制御を実行しない
ことを特徴とする請求項２に記載の走行車両。
前記演算処理装置は、前記斜面の傾斜角が所定値以上の場合に車両を停止させるように制御する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の走行車両。