JP2004345608A - 重心移動により操舵可能な車両 - Google Patents

Abstract

【課題】単なる体重移動によって左右方向への旋回操作を簡単且つ確実に行うことができる重心移動により操舵可能な車両を提供する。
【解決手段】少なくとも一部に弾性変形可能な流体室１０が設けられた２個の車輪２Ｌ，２Ｒと、２個の車輪２Ｌ，２Ｒを回転自在に支持すると共に、人が搭乗される車体３と、を備え、車体３に搭乗した人の重心移動により２個の車輪２Ｌ，２Ｒの流体室１０，１０間の回転半径に差異を生じさせて操舵する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体の上に乗った搭乗者の重心移動により、１個の車輪の左右方向両端の回転半径に差異を生じさせ又は２個の車輪間の回転半径に差異を生じさせることにより左右方向へ操舵が行えるようにした重心移動により操舵可能な車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人を乗せて走行する車両としては、四輪車又は三輪車が一般的であるが、これら四輪車及び三輪車は平面形状が比較的大きくなるため、スペースの点で問題がある。そのため、比較的スペースを取らないで人を乗せて走行できる一輪車や二輪車が研究されている。
【０００３】
二輪車の走行原理は、車両に搭乗する人の重心の位置や移動により、人が搭乗される車体に働く車軸を中心とする回転力と、電動モータが生ずるトルクの反作用によって車体に働く回転力とをバランスさせ、人を乗せる台が所定の位置に維持されるように制御するものである。
【０００４】
このような車両としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものが知られている。この特許文献１には、同軸二輪車の姿勢制御方法に関するものが記載されている。この同軸二輪車における姿勢制御方法は、一対の車輪と、両車輪間に架設された車軸と、この車軸上に回動可能に支持された車体と、この車体に装着された車輪駆動用モータと、この車輪駆動用モータに作動指令を送る制御コンピュータと、車体の傾きを検出する角度検出手段とからなる同軸二輪車において、角度検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間間隔にてサンプリングし、車体のサンプリング傾斜角度を状態変数、フィードバックゲインを係数として制御コンピュータ内に予め入力設定された制御入力算出式にサンプリング値を代入して演算し、この演算に基づいて車輪駆動用モータの制御トルクを算出し、この算出された制御トルク相当の作動を制御コンピュータから車輪駆動用モータに指令する、ことを特徴としている。
【０００５】
また、他の同軸二輪車としては、例えば、特許文献２に記載されているようなものがある。この特許文献２には同軸二輪車の制御装置に関するものが記載されており、駆動する二つの車輪の回転軸線が同一となるように車輪を互いに平行に設け、一組の車輪を含む車両全体が倒れて所定の傾斜角に到達したとき、その傾斜角に係る信号を検出し、それに応じて傾斜状態を矯正するように制御すると共に、車輪の回転に伴って所望の方向へと移動することを可能にした、ことを特徴としている。
【０００６】
更に、他の同軸二輪車としては、例えば、特許文献３に記載されているようなものもある。この特許文献３には、自立型搬送機並びにそれによる自動搬送装置に関するものが記載されている。この自立型搬送機は、縦長に形成された搬送機本体と、その下部に一軸上に配置された左右２箇所の走行手段と、この走行手段を各別に作動させる駆動機構と、走行時に前記軸方向と平行に収容され、停止時は前記軸方向と直交する方向に移動し走行手段の前後に位置して搬送機本体を支える停止時自立手段とを備え、走行手段の作動により自立走行を行う、ことを特徴としている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−３０５０８２号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】
特開昭６２−１８１９８５号公報（第１頁、図１）
【特許文献３】
特開平１−３１６８１０号公報（第１頁、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような同軸二輪車においては、いずれの車両においても操舵する場合には、左右方向に配置された２個の車輪間に回転数の差を生じさせ、その回転差によって右方向へ旋回したり、左方向へ旋回したりする構成となっていた。そのため、２個の車輪間に回転数の差を生じ差せるための機構が必要であることから、部品点数が多くなり、構造が比較的複雑なものとなっていた。
【０００９】
また、例えば、走行速度に応じた左右方向の傾斜角度の車両限界を操作ミス等によって越えた場合、或いは操舵の有無に限らず車両がバランスを崩して片輪走行となった場合には、従来の同軸二輪車には速度制御を行うフェールセーフ機能がなかったため、バランスを崩して横転等の転倒を起こし易いという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、単なる体重移動によって左右方向への旋回操作を簡単且つ確実に行うことができる重心移動により操舵可能な車両を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、前記目的を達成するため、本出願の請求項１記載の重心移動により操舵可能な車両は、少なくとも一部が左右方向に所定幅を有し且つ弾性変形可能な流体室が設けられた１個の車輪又は左右方向に所定間隔をあけて同軸上に配置され且つ少なくとも一部に弾性変形可能な流体室が設けられた２個の車輪と、１個の車輪を跨ぐように配置されて１個の車輪を回転自在に支持し又は２個の車輪を回転自在に支持すると共に、人が搭乗される車体と、を備え、車体に搭乗した人の重心移動により１個の車輪の流体室における左側端部の回転半径と右側端部の回転半径とに差異を生じさせ又は２個の車輪の流体室間の回転半径に差異を生じさせて操舵するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
本出願の請求項２記載の重心移動により操舵可能な車両は、１個の車輪又は２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、他の１個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴としている。
【００１３】
本出願の請求項３記載の重心移動により操舵可能な車両は、１個の車輪又は２個の車輪に加えて、同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、他の２個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴としている。
【００１４】
本出願の請求項４記載の重心移動により操舵可能な車両は、２個の車輪の流体室間には互いの流体室を連通する連通管を設け、内部の流体を２個の車輪間に往来可能としたことを特徴としている。
【００１５】
本出願の請求項５記載の重心移動により操舵可能な車両は、少なくとも一部が左右方向に所定幅を有し且つ弾性変形可能な流体室が設けられた１個の車輪又は左右方向に所定間隔をあけて同軸上に配置され且つ少なくとも一部に弾性変形可能な流体室が設けられた２個の車輪と、１個の車輪又は２個の車輪を回転駆動する回転駆動手段と、１個の車輪を跨ぐように配置されると共に回転駆動手段を支持し又は２個の車輪を回転自在に支持すると共に回転駆動手段を支持し、且つ、人が搭乗される車体と、を備え、車体に搭乗した人の重心移動により１個の車輪の流体室における左側端部の回転半径と右側端部の回転半径とに差異を生じさせ又は２個の車輪の流体室間の回転半径に差異を生じさせて操舵するようにしたことを特徴としている。
【００１６】
本出願の請求項６記載の重心移動により操舵可能な車両は、１個の車輪又は２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、他の１個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴としている。
【００１７】
本出願の請求項７記載の重心移動により操舵可能な車両は、１個の車輪又は２個の車輪に加えて、同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、他の２個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴としている。
【００１８】
本出願の請求項８記載の重心移動により操舵可能な車両は、２個の車輪の流体室間を連通する連通管を設け、互いの流体室間に内部の流体を往来可能としたことを特徴としている。
【００１９】
本出願の請求項９記載の重心移動により操舵可能な車両は、回転駆動手段は電動モータであることを特徴としている。
【００２０】
本出願の請求項１０記載の重心移動により操舵可能な車両は、車体には、１個の車輪又は２個の車輪が接地する路面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、傾斜角検出手段からの検出信号に基づき回転駆動手段に制御信号を出力して車体を水平方向へ復帰させるように制御する駆動制御手段と、を設けたことを特徴としている。
【００２１】
本出願の請求項１１記載の重心移動により操舵可能な車両は、１個の車輪又は２個の車輪の空転を検出する空転検出手段を設け、空転検出手段の検出信号を駆動制御手段に供給し、１個の車輪又は２個の車輪の空転状態により駆動制御手段の出力を決定するようにしたことを特徴としている。
【００２２】
前述のように構成したことにより、本出願の請求項１記載の重心移動により操舵可能な車両では、１個の車輪の場合には、車体に搭乗した人が重心を移動すると、その重心の大きさ及び移動量に応じて車輪の流体室を有する部分が弾性変形し、車輪の重心移動側の端部の回転半径がその反対側の端部の回転半径よりも小さくなる。また、２個の車輪の場合には、車体に搭乗した人が重心を移動すると、その重心の大きさ及び移動量に応じて２個の車輪の流体室を有する部分がそれぞれ弾性変形し、重心移動側に配置された車輪の回転半径がその反対側に配置された車輪の回転半径よりも小さくなる。その結果、１個の車輪の左右方向両端間の回転半径の差異により又は２個の車輪間の回転半径の差異により、車両が回転半径の小さい側に旋回される。このようにして、搭乗者の重心移動だけで車両を所望の左側又は右側に旋回動作させて操舵することができる。
【００２３】
本出願の請求項２記載の重心移動により操舵可能な車両では、１個の車輪又は２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、この他の１個の車輪を１個の車輪の前側又は後側に配置することにより、重心移動により操舵可能な車両を三輪車として実現することができる。
【００２４】
本出願の請求項３記載の重心移動により操舵可能な車両では、１個の車輪又は２個の車輪に加えて同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、この他の２個の車輪を２個の車輪の前側又は後側に配置することにより、重心移動により操舵可能な車両を四輪車として実現することができる。
【００２５】
本出願の請求項４記載の重心移動により操舵可能な車両では、２個の車輪の互いの流体室が連通管で連通されているため、重心移動によって圧力が高くなった側の流体室内の流体が圧力の低い側の流体室内に流れ込むことにより、２個の車輪間における回転半径の差異を迅速に生じさせ、操舵動作を明確に現わすことができる。
【００２６】
本出願の請求項５記載の重心移動により操舵可能な車両では、１個の車輪の場合には、車体に搭乗した人が重心を移動すると、その重心の大きさ及び移動量に応じて車輪の流体室を有する部分が弾性変形し、車輪の重心移動側の端部の回転半径がその反対側の端部の回転半径よりも小さくなる。また、２個の車輪の場合には、車体に搭乗した人が重心を移動すると、その重心の大きさ及び移動量に応じて２個の車輪の流体室を有する部分がそれぞれ弾性変形し、重心移動側に配置された車輪の回転半径がその反対側に配置された車輪の回転半径よりも小さくなる。その結果、１個の車輪の左右方向両端間の回転半径の差異により又は２個の車輪間の回転半径の差異により、回転駆動手段で回転駆動される車両が回転半径の小さい側に旋回される。このようにして、走行する車両を搭乗者の重心移動だけで所望の左側又は右側に旋回動作させて操舵することができる。
【００２７】
本出願の請求項６記載の重心移動により操舵可能な車両では、１個の車輪又は２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、この他の１個の車輪を１個の車輪の前側又は後側に配置することにより、重心移動により操舵可能な車両を三輪車として実現することができる。
【００２８】
本出願の請求項７記載の重心移動により操舵可能な車両では、１個の車輪又は２個の車輪に加えて同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、この他の２個の車輪を２個の車輪の前側又は後側に配置することにより、重心移動により操舵可能な車両を四輪車として実現することができる。
【００２９】
本出願の請求項８記載の重心移動により操舵可能な車両では、２個の車輪の互いの流体室が連通管で連通されているため、重心移動によって圧力が高くなった側の流体室内の流体が圧力の低い側の流体室内に流れ込むことにより、２個の車輪間における回転半径の差異を迅速に生じさせ、操舵動作を明確に現わすことができる。
【００３０】
本出願の請求項９記載の重心移動により操舵可能な車両では、回転駆動手段として電動モータを適用することができ、これにより１個の車輪又は２個の車輪を比較的簡単に且つ正確に駆動制御することができる。
【００３１】
本出願の請求項１０記載の重心移動により操舵可能な車両では、傾斜角検出手段の検出信号に基づき駆動制御手段で回転駆動手段の回転駆動を制御することにより、フェールセーフ機能を発揮させて安全な操舵操作を実現することができる。
【００３２】
また、本出願の請求項１１記載の重心移動により操舵可能な車両では、更に空転検出手段を設けることにより、車輪の空転によって車体のバランスが崩れるのを防止し又は抑制することができ、安全性の向上を図ることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図１〜図９は、本発明の実施の形態を示すものである。即ち、図１は本発明の重心移動により操舵可能な車両の第１の実施例に係る二輪車の概略構成を示す説明図、図２は図１に示す二輪車の作用を説明する説明図、図３は本発明の重心移動により操舵可能な車両の第２の実施例に係る一輪車の車輪を断面した概略構成を示す説明図、図４は図３に示す一輪車の作用を説明する説明図、図５は図４の状態から重心移動が生じた状態を説明する説明図、図６Ａ，Ｂ及びＣは本発明の重心移動により操舵可能な車両の第３の実施例に係る三輪車の概略構成及び作用を説明する説明図、図７Ａ，Ｂ及びＣは本発明の重心移動により操舵可能な車両の第４の実施例に係る四輪車の概略構成及び作用を説明する説明図、図８は本発明の制御装置に係る操舵制御の第１の実施例を示すフローチャート、図９は本発明の制御装置に係る操舵制御の第２の実施例を示すフローチャートである。
【００３４】
図１に示すように、本発明の重心移動により操舵可能な車両の第１の実施例に係る二輪車１は、流体入りタイヤを有する２個の車輪２Ｌ，２Ｒを車体３の左右両側に配置した形式の車両に適用したものである。この二輪車１は、２個の車輪２Ｌ，２Ｒ及び車体３と、回転駆動手段の一具体例を示す電動モータ４と、この電動モータ４の回転駆動を制御する駆動制御手段である制御装置５と、路面７に対する車体３の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段である傾斜計６等を備えて構成されている。
【００３５】
２個の車輪２Ｌ，２Ｒは、同一の形状及び構成を有する同一の車輪であり、ゴム製のタイヤ８と、このタイヤ８が外周面に装着されるホイール９とから構成されている。タイヤ８は、平面側である前後方向の剛性が強く、断面側であるラジアル方向に対しては柔らかい特性を持つように構成されており、その内側の空間部が流体室１０となっている。タイヤ８の流体室１０には、流体の一具体例を示す空気が充填されている。この流体室１０の内圧は、重心移動を敏感に感知できて迅速に応答できるように、通常の自動車のタイヤ内圧よりも低く設定する。尚、タイヤ８に充填される流体は、空気以外の気体であっても良く、また、水や油等の液体であっても良い。
【００３６】
各ホイール９は、一般的にはアルミニウム合金等の金属材料によって形成されるが、他の金属材料であっても良く、また、金属以外のプラスチック材料や木材等であっても良い。各ホイール９にはロータリージョイント１１が設けられていて、このロータリージョイント１１が配管１２によって流体室１０と連通されている。更に、各ホイール９に設けられた２個のロータリージョイント１１，１１は、連通管１４によって互いに連通されている。連通管１４は、スムーズに空気（流体）が行き来できて圧力損失が低くなるように、十分な太さの管径及び断面形状であって、滑らかに引き回されて配管されるようにする。
【００３７】
車体３は、人が乗ることができるステップ或いは踏み台等のように形成し、電動モータ４と制御装置５と傾斜計６が搭載できるように構成する。この車体３に固定された電動モータ４の回転軸１５を、車体３の両側の側面から側方へそれぞれ突出させる。この回転軸１５の両端に、左右の車輪２Ｌ，２Ｒの各ホイール９の中央部がネジ止め等の固着手段によって固定されている。電動モータ４としては、例えば、ステップモータが好適であるが、他の形式のモータを適用できることは勿論である。
【００３８】
傾斜計６は、路面７に対する車体３の傾斜角度を検出するもので、例えば、クリノメータによって構成することができる。クリノメータは、機械的方法で測定するものであっても良く、また、光学的方法で測定するものであっても良い。この傾斜計６は、車体３の略中央部、即ち、水平面に車両を設置した状態で車両の重心と一致する位置に設置することが好ましい。そのように傾斜計６を設置することにより、車両の重心と異なる位置に設置したときのように得られた検出値をその変位量で補正する必要がなくなるからである。
【００３９】
制御装置５は、例えば、マイクロコンピュータを備えた回路装置によって構成される。マイクロコンピュータは、中央処理装置を中心に、プログラムメモリにＲＡＭ，ＲＯＭを有し、周辺装置に入出力インタフェース等を組み合わせたもので、傾斜計６の検出信号等が入力され、その検出信号等に基づき予め設定された演算処理を実行して制御信号を電動モータ４等に出力する。これにより、傾斜角度θ及び走行速度による危険性を検知して走行速度を抑制する制御を行う。
【００４０】
具体的には、左右操舵から生じる車体３の傾斜角度と走行速度を常にモニタし、車両及び搭乗者が受ける力（横力、遠心力）を推定して検出する。かかる検出結果を予め記憶装置に記憶されている判断基準値と比較し、いまの状態で車両が安全に走行できるか否かを判断する。その結果、安全に走行できる範囲を超えていると判断した場合には、その都度、速度を落とす制御を行う。例えば、三輪車又は四輪車の場合、各車輪と接地面との間でスリップを起こさないように任意の車輪にブレーキをかけるか、又は電動モータの回転速度を減少させるように制御する。
【００４１】
このような速度抑制方法においても、安全性の度合いに応じて最適な減速パターンを取ることができるようにする。例えば、安全範囲を大幅に超えているような場合には急速に減速し、これとは反対に安全範囲を超える度合いが小さい場合には、徐々に減速するようにする。
【００４２】
図８は、制御装置５による駆動制御の第１の実施例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、傾斜角度及び走行速度による危険を検知して、その危険を回避するための速度抑制方法に関するものである。図８において、制御装置５は、まず、ステップＳ１において、車体３の傾斜角度を読み込む。これは、傾斜計６の検出値を読み込むことによって行うことができる。次に、ステップＳ２に移行して、車両の走行速度を読み込む。これは、例えば、電動モータ４の回転数を検出したり、当該電動モータ４の電流を検出する等によって行うことができる。
【００４３】
次に、ステップＳ３に移行して、車両及び搭乗者が受ける力（横力、遠心力）を算出する。これは、例えば、ステップＳ１で読み込んだ傾斜角度とステップＳ２で読み込んだ走行速度とに基づき、これらの検出値を、予めマイクロコンピュータの記憶装置等に記憶されている基準値と比較することによって算出することができる。次いで、ステップＳ４に移行して、車両の駆動力を算出する。これは、例えば、電動モータ４の無負荷の状態を予め前記記憶装置に記憶しておき、ステップＳ２で読み込んだ走行速度と比較することによって算出することができる。
【００４４】
次に、ステップＳ５に移行して、車両がバランスの許容値を超えたか否かを判定する。これは、ステップＳ３で算出された値とステップＳ４で算出された値を、予め記憶装置に記憶された許容値と比較することによって行うことができる。このステップＳ５において、車両がバランスの許容値を超えていないと判定されたときには、車両は安定した状態にあるため、ステップＳ１に戻り、これまでの判定を繰り返す。一方、ステップＳ５の判定により、車両がバランスの許容値を超えていると判定されたときには、車両を安定した状態に戻す必要があるため、次のステップＳ６に移行する。
【００４５】
ステップＳ６では、車両がバランスの許容値を超える度合いが大きいか否かを判定する。この判定は、ステップＳ３で算出された値とステップＳ４で算出された値を、予め記憶装置に記憶された許容値の大小と比較することによって行うことができる。このステップＳ６において、車両がバランスの許容値を超える度合いが大きい場合にはステップＳ７に移行し、超える度合いが小さい場合にはステップＳ８に移行する。このステップＳ６からステップＳ８までの処理は、三輪車及び四輪車において必要とされるものであり、一輪車及び二輪車の場合には、搭乗者に対する影響が大きいため、設けない方が好ましい。
【００４６】
ステップＳ７では、車両がバランスを崩した状態を緊急に修正して安定した状態に復帰させる必要があるため、走行速度の瞬時抑制を行う。これは、例えば、電動モータ４への通電を瞬時に停止したり、場合によってはブレーキ装置を設けてブレーキをかけるようにする。この際、安全性の度合いに応じて、例えば、自動車のＡＢＳ（アンチロックブレーキ・システム）のような制御が行われるようにすると良い。
【００４７】
また、ステップ８では、車両のバランスの崩れた状態が緊急を要するものではなく、急激な減速を必要としないため、走行速度の段階抑制を行う。これは、例えば、電動モータ４への通電を間欠的に停止したり、ブレーキ装置をポンピング動作させて徐々に減速させるようにする。これにより、車両の速度を徐々に落として安全に減速させることができる。
【００４８】
図９は、制御装置５による駆動制御の第２の実施例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、片輪走行による危険を検知して、その危険を回避するための速度抑制方法に関するものである。この場合は、電動モータ４の出力トルクと駆動力を常にモニタし、それぞれの値に差が生じたことによって片輪（両輪の場合も同様）が空転したことを検知し、瞬時に走行速度を抑制する制御信号を電動モータ４に出力してフィードバック制御を行う。
【００４９】
図９において、制御装置５は、まず、ステップＳ１０において、車両の走行速度を読み込む。これは、例えば、ステップＳ２と同様に、電動モータ４の回転数やその電流値を読み込む等によって行うことができる。次に、ステップＳ１１に移行して、車両の駆動力を算出する。これは、例えば、ステップＳ４と同様に、電動モータ４の無負荷の状態を予め前記記憶装置に記憶しておき、ステップＳ１０で読み込んだ走行速度と比較することによって算出することができる。
【００５０】
次に、ステップＳ１２に移行して、車輪が空転したか否かを判定する。これは、例えば、ステップＳ１０で読み込んだ走行速度とステップＳ１１で算出した駆動力を、予め記憶装置に記憶されている基準値と比較することによって判定することができる。この判定の結果、車輪が空転していないと判定されたときには、車輪の空転に基づく片輪走行や両輪共の空転走行が行われておらず、走行が安全に行われていると判定してステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０からステップＳ１２までの処理を繰り返す。一方、ステップＳ１２の判定の結果、車輪が空転していると判定されたときには、ステップＳ１３に移行する。
【００５１】
ステップＳ１３では、走行速度を減速する制御を行う。この制御は、例えば、電動モータ４に通電される電流や電圧の値を小さくすることによって行うことができる。次に、ステップＳ１４に移行して、車輪が空転しなくなったか否かを判定する。これは、ステップＳ１０で読み込んだ走行速度とステップＳ１１で算出した駆動力を、ステップＳ１２で用いた基準値と再び比較することによって判定することができる。この判定の結果、車輪の空転が引き続き生じていると判定されたときには、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３からステップＳ１４までの処理を繰り返す。一方、ステップＳ１４の判定の結果、車輪が空転しなくなったと判定されたときには、これで処理を終了し、スタートに戻る。
【００５２】
このような２つの速度制御プログラムは、別個独立に行われるものであるが、これを実行するためのマイクロコンピュータは１個であっても良く、例えば、時分割処理システムによって並行処理する構成としても良いことは勿論である。
【００５３】
前述したような構成を有する二輪車１の動作は、例えば、次のようなものである。この二輪車１に人が乗ったとき、図１に示すように、搭乗者の重心Ｗが車体３の中心と一致している場合には、左右の車輪二Ｌ，２Ｒに負荷される荷重が等しいため、両車輪の回転半径は、共にＲであって等しい値となっている。そのため、この状態で電動モータ４によって左右の車輪二Ｌ，２Ｒが回転駆動されると、二輪車１は前方に真っ直ぐ走行される（矢印Ｓ方向）。
【００５４】
この状態から、図２に示すように、搭乗者が重心Ｗを車体３の一側に移動してバランスを偏らせると、重心Ｗが近づいた側にある左車輪２Ｌのタイヤ８の下部が圧縮され、その回転半径がＲからＲ_１に縮小される（Ｒ＞Ｒ_１）。これにより、左車輪２Ｌのタイヤ８の流体室１０内の圧力が高くなり、その圧力が連通管１４を介して、反対側にある右車輪２Ｒのタイヤ８の流体室１０内に導入される。その結果、右車輪２Ｒのタイヤ８の流体室１０が膨張し、その回転半径がＲからＲ_２に拡大される（Ｒ＜Ｒ_２）。
【００５５】
即ち、圧縮側車輪のタイヤの回転半径（車軸から路面７の接地面までの距離）が小さくなり（Ｒ→Ｒ_１）、膨張側車輪のタイヤの回転半径が反対に大きくなる（Ｒ→Ｒ_２）。この左右車輪２Ｌ，２Ｒの回転半径の差（Ｒ_２＞Ｒ_１）により、二輪車１は圧縮側車輪側へ旋回し始める（矢印Ｔ方向）。これにより、二輪車１を図２において左側（反時計方向）へ旋回させる操舵を行うことができる。
【００５６】
このような旋回動作は、二輪車１を右側へ旋回させる操舵を行う場合も同様であり、図２において重心Ｗを右側へ移動させることにより、右側車輪２Ｒの回転半径を小さくする一方、左側車輪２Ｌの回転半径を大きくすることができる。その結果、左右車輪２Ｌ，２Ｒの回転半径の差により、二輪車１を図１において右側（時計方向）へ旋回させる操舵を行うことができる。
【００５７】
表１には、図１及び図２に示す構成を有する車両において、重心移動（車両センタからの変位量Ｅ）によって生じた左右タイヤの沈込量（ｍｍ）と車体の傾斜角度（°）と車両の旋回半径（ｍ）の試験結果を示している。この試験に使用したタイヤは、バイアスプライタイヤＣＴ２６／１．０ｋｇ／ｍｍ^３（チューブ入り空気タイヤ、サイズ２．５−１０、外径Φ３８９ｍｍ、断面幅６５ｍｍ、空気圧１．０ｋｇ／ｍｍ^３）である。このタイヤを車体３の両側で平行同軸上に配置し、車両センタからの負荷（Ｎ）の変位量Ｅ（１５０ｍｍ）を一定して、負荷を１００（Ｎ）から８００（Ｎ）まで１００（Ｎ）ずつ増加させて試験した。
【００５８】
【表１】

【００５９】
【表２】

【００６０】
【表３】

【００６１】
【表４】

【００６２】
［表２］は［表１］のうち、車体の傾斜角度（°）と車両の旋回半径（ｍ）との関係をグラフに表したものである。また、［表３］は［表１］のうち、重心が変位した側のタイヤの沈込量（ｍｍ）と車両の旋回半径（ｍ）との関係をグラフに表したものである。更に、［表４］は［表１］のうち、重心が変位した側と反対側のタイヤの沈込量（ｍｍ）と車両の旋回半径（ｍ）との関係をグラフに表したものである。
【００６３】
表１から明らかなように、２個の車輪間において、負荷が１００（Ｎ）である場合を除き、重心が変位（移動）した側に位置するタイヤの沈込量は、その反対側に位置するタイヤの沈込量よりも大きく変化ことが判明した。また、表２及び表３によれば、両タイヤの沈込量の値は異なるが、タイヤの沈込量と車両の旋回半径は、ともに二次曲線的に変化することが明らかになった。一方、表４によれば、両タイヤの沈込量の値は異なるが、負荷の増加に応じて沈込量が比例的に増加する状態がグラフによって見られた。
【００６４】
尚、２個の車輪２Ｌ，２Ｒは、車体３の下側に配置し、両車輪を車体が跨ぐように構成することもできる。また、この実施例では、１個の電動モータ４で２個の車輪２Ｌ，２Ｒを回転駆動するように構成したが、各車輪２Ｌ，２Ｒ毎に１個の電動モータを用意し、１個の電動モータで１個の車輪を回転駆動する構成とすることもできる。
【００６５】
図３は、本発明の第２の実施例に係る一輪車２１の概略構成を示す図である。この一輪車２１は、幅広で柔軟な流体入りタイヤを有する１個の車輪で自立走行する車両であり、駆動系に介装された車輪２２と、この車輪２２を回転自在に支持する車体２３と、車輪２２を回転駆動する電動モータ２４等を備えて構成されている。
【００６６】
この一輪車２１においても前記実施例と同様に、傾斜角度及び走行速度による危険を検知してこれを回避するための速度制御を行う方法については、前述した第１の実施例の場合と同様である。即ち、左右操舵から生じる傾斜角度と走行速度を常にモニタし、これらに基づき車両及び搭乗者が受ける外力（横力、遠心力）を推定して検知する。その結果、検知したものが安全に走行できる範囲を超える場合には、その都度、走行速度を抑制するように制御する。この場合、速度抑制方法についても安全の度合いに応じて最適な減速パターンを取るようにし、安全範囲を大幅に超えた場合には緊急に減速し、反対に超えた値が小さい場合には徐々に減速するようにする。
【００６７】
図３に示すように、車輪２２は、左右方向に所定幅を有する円筒形状をなすゴム製のタイヤ２８と、このタイヤ２８の軸方向両端に装着される左右のホイール２９Ｌ，２９Ｒとから構成されている。各ホイール２９Ｌ，２９Ｒは、タイヤ２８を位置決めするためのフランジ２９ａと、軸方向の一側に連続されたスリーブ２９ｂを有し、各スリーブ２９ｂの先端が電動モータ２４の回転部に連結されている。タイヤ２８の軸方向両端には、ホイール２９Ｌ，２９Ｒに装着される内フランジ２８ａが設けられている。
【００６８】
電動モータ２４は、車体２３に固定される固定部２６と、この固定部２６に回転自在に支持された回転部２７とから構成されている。固定部２６は車輪２２を回転自在に支持する車軸を兼ねており、車体２３の左右両端から下方へ突出された一対の軸受部２３ａ，２３ａによって両端支持されている。電動モータ２４の回転部２７は円筒状をなしており、この回転部２７の内側に貫通された固定部２６の両端が、回転部２７の両端に固定された各スリーブ２９ｂを共に貫通して、各軸受部２３ａに固定されている。尚、車体２３及び制御装置２５の構成、並びに図示しない傾斜計の構成は、前述した実施例と同様であるため、それらの説明は省略する。
【００６９】
このような構成を有する一輪車２１は、例えば、次のようにして操舵することができる。図４に示すように、車体２３の上に乗った人が、車両の重心と一致するように中央に位置している場合には、車輪２２のタイヤ２８全体に等しく荷重が負荷されるため、タイヤ２８の左右端部において回転半径は等しくＲとなる。従って、この状態で電動モータ２４を駆動させて車輪２２を回転駆動すると、一輪車２１は真っ直ぐに前方（図５において矢印Ｓで示す方向）へ走行される。
【００７０】
次に、車体２３に搭乗している人が重心Ｗを移動させることにより、一輪車２１の姿勢が図４に示す状態から図５に示す状態に変化したものとする。すると、タイヤ２８における重心Ｗが移動した側の端部（図５において左端部）が圧縮され、その圧縮された側の流体（例えば空気）が反対側に移動し、右端部及びその周辺部に拡散される。
【００７１】
これにより、タイヤ２８の圧縮側端部の回転半径（車軸から路面７の接地面までの距離）が小さくなり（Ｒ→Ｒ_１）、膨張側端部の回転半径が反対に大きくなる（Ｒ→Ｒ_２）。この１個のタイヤ２８における左右端部の回転半径の差（Ｒ_２＞Ｒ_１）により、一輪車２１は圧縮側端部側（図５において矢印Ｔで示す方向）へ旋回し始める。これにより、二輪車１を図５において左側（反時計方向）へ旋回させる操舵を行うことができる。
【００７２】
このような旋回動作は、一輪車２１を右側へ旋回させる操舵を行う場合も同様であり、図４において重心Ｗを右側へ移動させることにより、タイヤ２８の右側端部の回転半径を小さくする一方、左側端部の回転半径を大きくすることができる。その結果、タイヤ２８における左右端部間の回転半径に差を生じさせ、これにより、図４において一輪車２１を右側（時計方向）へ旋回させる操舵を行うことができる。
【００７３】
図６Ａ，Ｂ及びＣは、本発明の第３の実施例に係る三輪車３１の概略構成を示す図である。この三輪車３１は、前述した第１の実施例に係る二輪車１の後側に１個の補助輪３６を設けることにより三輪車として構成したものである。補助輪３６を設置するため、車体３３は後方へ張り出した面積の広い板状の部材とされており、その後側の中央部に補助輪３６が回転自在に支持されている。この補助輪３６は、車両の安定性を確保することを主な役目とするものであり、そのため車体３３に対して回転自在に支持されていれば良いが、左右車輪３２Ｌ，３２Ｒと同様に電動モータ等の動力を備える構成としても良い。また、図示しないが、補助輪３６を左右車輪３２Ｌ，３２Ｒの前側に配置して三輪車を構成しても良い。
【００７４】
図７Ａ，Ｂ及びＣは、本発明の第４の実施例に係る四輪車４１の概略構成を示す図である。この四輪車４１は、前述した第１の実施例に係る二輪車１の後側に同軸上に配置された２個の補助輪４６Ｌ，４６Ｒを設けることにより四輪車として構成したものである。２個の補助輪４６Ｌ，４６Ｒを設置するため、車体４３は後方へ張り出した面積の広い板状の部材とされており、その後側の左右両側部に補助輪４６Ｌ，４６Ｒが個別に回転自在に支持されている。
【００７５】
左右の補助輪４６Ｌ，４６Ｒは、車両の安定性を確保することを主な役目とするものであり、そのため車体４３に対して回転自在に支持されていれば良いが、左右車輪４２Ｌ，４２Ｒと同様に電動モータ等の動力を備える構成としても良い。また、図示しないが、左右補助輪４６Ｌ，４６Ｒを左右車輪３２Ｌ，３２Ｒの前側に配置して四輪車を構成しても良い。
【００７６】
図６及び図７に示すような構成を有する車両３１及び４１によっても、前述した第１の実施例の二輪車１及び第２の実施例の一輪車２１と同様に、ハンドルを回転させる等によりラックアンドピニオン機構やアクチュエータ装置等を駆動させて操舵することなく、重心の移動だけで車両の走行操作及び操舵操作を行うことができる。しかも、操舵角度は重心の移動によって車両を傾けた角度に比例し、曲がりたい方向へ重心を移せば良いため、人間工学的に自然なコントロール性を持たせることができる。
【００７７】
また、自立型の単輪及び複数輪車両や搬送装置において操舵を行うことができると共に、一般の自動車のように左右独立に駆動装置や制動装置を設けることなく操舵することができる。更に、突発的事態又は高速コーナリング時の不安定な挙動や左右操舵の操作ミスをしたことによる不安定な挙動に対して速度減速又は速度停止することにより、不安定な挙動を回避することができる。
【００７８】
本発明は、前述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の請求項１記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、少なくとも１個の車輪又は２個の車輪と車体を備え、搭乗した人の重心移動によって１個の車輪の左右方向両端の回転半径又は２個の車輪間の回転半径に差異を生じさせる構成としたため、１個の車輪の場合には車両に搭乗した人の重心移動によって１個の車輪の両端間に回転半径を生じさせ、２個の車輪の場合には車両に搭乗した人の重心移動によって２個の車輪間に回転半径の差異を生じさせて、搭乗者の重心移動だけで車両を所望の左側又は右側に旋回動作させて操舵することができるという効果が得られる。
【００８０】
本出願の請求項２記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、１個の車輪又は２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、この他の１個の車輪を１個の車輪の前側又は後側に配置する構成としたため、重心移動により操舵可能な車両を三輪車として実現することができるという効果が得られる。
【００８１】
本出願の請求項３記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、１個の車輪又は２個の車輪に加えて同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、この他の２個の車輪を２個の車輪の前側又は後側に配置する構成としたため、重心移動により操舵可能な車両を四輪車として実現することができるという効果が得られる。
【００８２】
本出願の請求項４記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、２個の車輪の互いの流体室が連通管で連通する構成としたため、重心移動によって圧力が高くなった側の流体室内の流体が圧力の低い側の流体室内に流れ込むことにより、２個の車輪間における回転半径の差異を迅速に生じさせ、操舵動作を明確に現わすことができるという効果が得られる。
【００８３】
本出願の請求項５記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、少なくとも１個の車輪又は２個の車輪と回転駆動手段と車体を備え、搭乗した人の重心移動によって１個の車輪の左右方向両端の回転半径又は２個の車輪間の回転半径に差異を生じさせる構成としたため、１個の車輪の場合には車両に搭乗した人の重心移動によって１個の車輪の両端間に回転半径を生じさせ、２個の車輪の場合には車両に搭乗した人の重心移動によって２個の車輪間に回転半径の差異を生じさせて、搭乗者の重心移動だけで走行する車両を所望の左側又は右側に旋回動作させて操舵することができるという効果が得られる。
【００８４】
本出願の請求項６記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、１個の車輪又は２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、この他の１個の車輪を１個の車輪の前側又は後側に配置する構成としたため、重心移動により操舵可能な車両を三輪車として実現することができるという効果が得られる。
【００８５】
本出願の請求項７記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、１個の車輪又は２個の車輪に加えて同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、この他の２個の車輪を２個の車輪の前側又は後側に配置する構成としたため、重心移動により操舵可能な車両を四輪車として実現することができるという効果が得られる。
【００８６】
本出願の請求項８記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、２個の車輪の互いの流体室を連通管で連通する構成としたため、重心移動によって圧力が高くなった側の流体室内の流体が圧力の低い側の流体室内に流れ込むことにより、２個の車輪間における回転半径の差異を迅速に生じさせ、操舵動作を明確に現わすことができるという効果が得られる。
【００８７】
本出願の請求項９記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、回転駆動手段として電動モータを適用する構成としたため、これにより１個の車輪又は２個の車輪を比較的簡単に且つ正確に駆動制御することができるという効果が得られる。
【００８８】
本出願の請求項１０記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、傾斜角検出手段の検出信号に基づき駆動制御手段で回転駆動手段の回転駆動を制御する構成としたため、フェールセーフ機能を発揮させて安全な操舵操作を実現することができるという効果が得られる。
【００８９】
本出願の請求項１１記載の重心移動により操舵可能な車両によれば、更に空転検出手段を設ける構成としたため、車輪の空転によって車体のバランスが崩れるのを防止し又は抑制することができ、安全性の向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の重心移動により操舵可能な車両の第１の実施例に係る二輪車の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１に示す二輪車において重心移動により操舵する状態を示す説明図である。
【図３】本発明の重心移動により操舵可能な車両の第２の実施例に係る一輪車の概略構成を示す要部を断面した説明図である。
【図４】図３に示す一輪車の概略構成を示す説明図である。
【図５】図４に示す一輪車において重心移動により操舵する状態を示す説明図である。
【図６】本発明の重心移動により操舵可能な車両の第３の実施例に係る三輪車を示すもので、同図Ａは概略構成を示す斜視図、同図Ｂは操舵前の状態を示す説明図、同図Ｃは操舵状態を示す説明図である。
【図７】本発明の重心移動により操舵可能な車両の第４の実施例に係る四輪車を示すもので、同図Ａは概略構成を示す斜視図、同図Ｂは操舵前の状態を示す説明図、同図Ｃは操舵状態を示す説明図である。
【図８】本発明の制御装置に係る操舵制御の第１の実施例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の制御装置に係る操舵制御の第２の実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…二輪車（車両）、 ２Ｌ，２Ｒ，２２，３２Ｌ，３２Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒ…車輪、 ３，２３，３３，４３…車体、 ４，２４…電動モータ（回転駆動手段）、 ５，２５…制御装置（駆動制御手段）、 ６…傾斜計（傾斜角検出手段）、 ７…路面、 ８，２８…タイヤ、 ９，２９Ｌ，２９Ｒ…ホイール、 １０…流体室、 １１…ロータリージョイント、 １４…連通管、 ２１…一輪車（車両）、 ３１…三輪車（車両）、 ４１…四輪車（車両）

Claims (11)

1. 少なくとも一部が左右方向に所定幅を有し且つ弾性変形可能な流体室が設けられた１個の車輪又は左右方向に所定間隔をあけて同軸上に配置され且つ少なくとも一部に弾性変形可能な流体室が設けられた２個の車輪と、
   前記１個の車輪を跨ぐように配置されて当該１個の車輪を回転自在に支持し又は前記２個の車輪を回転自在に支持すると共に、人が搭乗される車体と、を備え、
   前記車体に搭乗した人の重心移動により前記１個の車輪の前記流体室における左側端部の回転半径と右側端部の回転半径とに差異を生じさせ又は前記２個の車輪の前記流体室間の回転半径に差異を生じさせて操舵するようにしたことを特徴とする重心移動により操舵可能な車両。
2. 前記１個の車輪又は前記２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、当該他の１個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴とする請求項１記載の重心移動により操舵可能な車両。
3. 前記１個の車輪又は前記２個の車輪に加えて、同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、当該他の２個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴とする請求項１記載の重心移動により操舵可能な車両。
4. 前記２個の車輪の前記流体室間には互いの流体室を連通する連通管を設け、内部の流体を２個の車輪間に往来可能としたことを特徴とする請求項１記載の重心移動により操舵可能な車両。
5. 少なくとも一部が左右方向に所定幅を有し且つ弾性変形可能な流体室が設けられた１個の車輪又は左右方向に所定間隔をあけて同軸上に配置され且つ少なくとも一部に弾性変形可能な流体室が設けられた２個の車輪と、
   前記１個の車輪又は前記２個の車輪を回転駆動する回転駆動手段と、
   前記１個の車輪を跨ぐように配置されると共に前記回転駆動手段を支持し又は前記２個の車輪を回転自在に支持すると共に前記回転駆動手段を支持し、且つ、人が搭乗される車体と、を備え、
   前記車体に搭乗した人の重心移動により前記１個の車輪の前記流体室における左側端部の回転半径と右側端部の回転半径とに差異を生じさせ又は前記２個の車輪の前記流体室間の回転半径に差異を生じさせて操舵するようにしたことを特徴とする重心移動により操舵可能な車両。
6. 前記１個の車輪又は前記２個の車輪に加えて他の１個の車輪を設け、当該他の１個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴とする請求項５記載の重心移動により操舵可能な車両。
7. 前記１個の車輪又は前記２個の車輪に加えて、同軸上に配置された他の２個の車輪を設け、当該他の２個の車輪は、１個の車輪又は２個の車輪から前側又は後側に変位させて配置したことを特徴とする請求項５記載の重心移動により操舵可能な車両。
8. 前記２個の車輪の前記流体室間を連通する連通管を設け、互いの流体室間に内部の流体を往来可能としたことを特徴とする請求項１記載の重心移動により操舵可能な車両。
9. 前記回転駆動手段は電動モータであることを特徴とする請求項５記載の重心移動により操舵可能な車両。
10. 前記車体には、前記１個の車輪又は前記２個の車輪が接地する路面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、前記傾斜角検出手段からの検出信号に基づき前記回転駆動手段に制御信号を出力して車体を水平方向へ復帰させるように制御する駆動制御手段と、を設けたことを特徴とする請求項５記載の重心移動により操舵可能な車両。
11. 前記１個の車輪又は前記２個の車輪の空転を検出する空転検出手段を設け、当該空転検出手段の検出信号を前記駆動制御手段に供給し、１個の車輪又は２個の車輪の空転状態により駆動制御手段の出力を決定するようにしたことを特徴とする請求項１０記載の重心移動により操舵可能な車両。

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