JP2010030523A - 二輪自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 加減速時の応答性を向上させることができる二輪自動車を提供する。
【解決手段】 二輪自動車１は、車体２と、この車体２の左右両側に同軸上に配置された車輪３Ａ，３Ｂ（車輪３Ｂは不図示）とを備え、車両重心Ｇが車輪３Ａ，３Ｂの中心Ｓよりも下方に位置している。車体２には、車輪３Ａ，３Ｂをそれぞれ回転駆動させる２つの駆動モータと、通常時には路面Ｒに接地されない前補助輪８及び後補助輪１０と、この前補助輪８及び後補助輪１０を上下方向に移動させる補助輪接地モータ１１，１２とが設けられている。また、二輪自動車１は、アクセル開度センサの検出値に基づいて、急加速時には後補助輪１０を下方に移動させて路面Ｒに接地させるように補助輪接地モータ１２を制御し、急減速時には前補助輪８を下方に移動させて路面Ｒに接地させるように補助輪接地モータ１１を制御するＥＣＵを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車体の左右両側に配置された２つの車輪を備えた二輪自動車に関するものである。

近年、自動車の小型化及びシンプル化を実現すべく、車輪の数を２つとした二輪自動車が各種提案されている。例えば特許文献１に記載の二輪自動車は、車体と、この車体の左右両側に同軸上に配置された２つの車輪とを備え、車両重心が車輪の中心よりも下方に位置している。
特願２００７−３０２０６８号

ところで、上記特許文献１に記載の二輪自動車を加減速させる際には、車体がある程度の角度まで傾いてから加減速動作が開始されるため、加減速時の応答性が低下するおそれがある。

本発明の目的は、加減速時の応答性を向上させることができる二輪自動車を提供することである。

本発明は、車体と、車体の左右両側に同軸上に配置された２つの車輪とを備え、車両重心が車輪の中心よりも下方に位置するように構成されてなる二輪自動車であって、車体の前後一端側に取り付けられた第１補助輪と、車体の前後他端側に取り付けられた第２補助輪とを備え、第１補助輪は、車両加速時に路面に接地し、それ以外では路面に接地しないように構成され、第２補助輪は、車両減速時に路面に接地し、それ以外では路面に接地しないように構成されていることを特徴とするものである。

このような本発明の二輪自動車において、車両加速時には、車体の前後一端側に取り付けられた第１補助輪が路面に接地するので、その分だけ車体の傾きが抑制される。このため、車両が加速を始めるまでの時間が短縮される。また、車両減速時には、車体の前後他端側に取り付けられた第２補助輪が路面に接地するので、その分だけ車体の傾きが抑制される。このため、車両が減速を始めるまでの時間が短縮される。以上により、車両の加減速時の応答性が高くなる。

好ましくは、第１補助輪を上下方向に移動させる第１駆動手段と、第２補助輪を上下方向に移動させる第２駆動手段と、車両の加減速指令値を検出する検出手段と、検出手段により加速指令値が検出されたときは、当該加速指令値に応じて第１補助輪を路面に接地させるように第１駆動手段を制御し、検出手段により減速指令値が検出されたときは、当該減速指令値に応じて第２補助輪を路面に接地させるように第２駆動手段を制御する制御手段とを更に備える。

この場合、車両加速時には、第１駆動手段により第１補助輪を下方（路面側）に移動させることで、その分だけ第１補助輪を早く路面に接地させることができる。また、車両減速時には、第２駆動手段により第２補助輪を下方に移動させることで、その分だけ第２補助輪を早く路面に接地させることができる。従って、車両の加減速時の応答性を一層高くすることができる。

このとき、制御手段は、検出手段により検出された加速指令値が所定値よりも低いときは、第１補助輪を路面に接地させないように第１駆動手段を制御し、検出手段により検出された減速指令値が所定値よりも低いときは、第２補助輪を路面に接地させないように第２駆動手段を制御するのが好ましい。

左右２つの車輪が同軸上に配置された同軸二輪車では、定速走行時や緩加減速時には、急加減速時に比べて小回りが利きやすいというメリットがある。そこで、加速指令値が所定値よりも低いときは、第１補助輪を路面に接地させないようにし、減速指令値が所定値よりも低いときは、第２補助輪を路面に接地させないようにすることで、同軸二輪車のメリットを活かした動作（その場旋回等）を円滑に実施することができる。

本発明によれば、二輪自動車の加減速時の応答性を向上させて、加減速時に生じる無駄な時間を省くことができる。

以下、本発明に係わる二輪自動車の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係わる二輪自動車の一実施形態を示す概略側面図であり、図２は、図１に示した二輪自動車の概略正面図である。

各図において、本実施形態の二輪自動車１は、車体２と、この車体２の左右両側に同軸上に配置され、車体２に車軸を介して回転可能に取り付けられた車輪３Ａ，３Ｂとを備えている。

二輪自動車１は、人間Ａが乗った時の車両重心Ｇが車輪３Ａ，３Ｂの中心Ｓよりも下方に位置する低重心型構造をなしている。車輪３Ａ，３Ｂの中心Ｓを車両重心Ｇよりも上げるために、車輪３Ａ，３Ｂのサイズは車体２に対して十分大きくしてある。また、車体２の底面２ａは、車輪３Ａ，３Ｂの取付位置から車体２の前端及び後端に向かって路面Ｒからの距離（車高）が長くなるようなテーパ形状をなしている。

車体２には、車輪３Ａ，３Ｂを駆動チェーン４Ａ，４Ｂを介してそれぞれ回転駆動させる駆動モータ５Ａ，５Ｂが設けられている。また、車体２の床フレーム２ｂ上には、乗員Ａが座るシート６が配置されている。

なお、車体２には、特に図示はしないが、バッテリや、ドライバＡが運転操作を行うためのアクセル操作部（例えばアクセルペダル）、ブレーキ操作部（例えばブレーキペダル）、ステアリング操作部（例えばステアリングホイール）等が設けられている。

床フレーム２ｂの前端側部分には、支持体７を介して前補助輪８が取り付けられ、床フレーム２ｂの後端側部分には、支持体９を介して後補助輪１０が取り付けられている。支持体７，９は、床フレーム２ｂに対して回動可能となっている。また、車体２には、支持体７を回動させることで前補助輪８を上下方向に移動させる補助輪接地モータ１１と、支持体９を回動させることで後補助輪１０を上下方向に移動させる補助輪接地モータ１２とが設けられている。通常時には、前補助輪８及び後補助輪１０は、図１に示すように、路面Ｒに接地されずに浮いた状態となっている。

図３は、二輪自動車１の制御系を示すブロック図である。同図において、二輪自動車１は、アクセル開度センサ１３、ピッチ角センサ１４、回転角速度センサ１５、位置センサ１６，１７及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８を更に備えている。

アクセル開度センサ１３は、図示しないアクセル操作部の操作量（アクセル開度）を車両の加減速指令値として検出するセンサである。ピッチ角センサ１４は、車体２のピッチ角を検出するセンサである。回転角速度センサ１５は、車輪３Ａ，３Ｂの回転角速度を検出するセンサである。位置センサ１６は、車体２に対する前補助輪８の上下方向位置を検出するセンサであり、位置センサ１７は、車体２に対する後補助輪１０の上下方向位置を検出するセンサである。

ＥＣＵ１８は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＰＡＭ等のメモリ、入出力回路等により構成されている。ＥＣＵ１８は、車輪制御部１９と、補助輪制御部２０とを有している。

車輪制御部１９は、アクセル開度センサ１３の検出値に基づいて、車両の速度指令値または加速度指令値を取得し、その指令値に追従するような車輪３Ａ，３Ｂの目標回転角速度を求め、その目標回転角速度に応じて駆動モータ５Ａ，５Ｂを制御する。このとき、車輪制御部１９は、ピッチ角センサ１４及び回転角速度センサ１５の検出値を入力し、車輪３Ａ，３Ｂの回転角速度が目標回転角速度となると共に車体２のピッチ振動を抑えるように、駆動モータ５Ａ，５Ｂをフィードバック制御する。つまり、車輪制御部１９は、車両の速度（加速度）を制御するだけでなく、車体２の姿勢安定化制御も同時に行う。

補助輪制御部２０は、アクセル開度センサ１３の検出値に基づいて、車体２に対する前補助輪８及び後補助輪１０の目標上下方向位置を求め、この目標上下方向位置に応じて補助輪接地モータ１１，１２を制御する。このとき、補助輪制御部２０は、位置センサ１６，１７の検出値を入力し、車体２に対する前補助輪８及び後補助輪１０の上下方向位置が目標上下方向位置となるように、補助輪接地モータ１１，１２をフィードバック制御する。

図４は、補助輪制御部２０による補助輪制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。

同図において、まずアクセル開度センサ１３の検出値に基づいて、アクセル操作がされたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。アクセル操作がされたときは、アクセル開度センサ１３の検出値に基づいて、アクセル操作が急加速または急減速を行うものであるかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。このとき、急加速状態は、車両加速度が予め設定された加速閾値よりも高い状態であり、急減速状態は、車両加速度が予め設定された減速閾値よりも高い状態である。急加速または急減速の判断は、アクセル開度センサ１３で検出されたアクセル開度自体やアクセル開度の微分値に基づいて行う。

なお、急加速または急減速の判断方法としては、これ以外にも、例えば車両加速度（減速度を含む）を検出する加速度センサを設け、車両加速度自体や車両加速度を微分して得られる車両加加速度に基づいて行っても良い。また、ブレーキ操作量を検出するブレーキセンサを設け、このブレーキセンサの検出値に基づいて急減速の判断を行っても良い。

アクセル操作が急加速または急減速を行うものであるときは、車体２の傾き角（ピッチ角）を予測計算する（手順Ｓ１０３）。なお、車両が急加速するときは、車体２の後部が下がる方向に車体２が傾き、車両が急減速するときは、車体２の前部が下がる方向に車体２が傾くようになる。

続いて、手順Ｓ１０３で得られた車体２の傾き角に基づいて、前補助輪８または後補助輪１０を路面Ｒに接地させるための目標上下方向位置（前述）を計算する（手順Ｓ１０４）。このとき、車両が急加速するときは、後補助輪１０を路面Ｒに接地させる（図５（ｂ）参照）ための後補助輪１０の目標上下方向位置を求め、車両が急減速するときは、前補助輪８を路面Ｒに接地させる（図５（ｃ）参照）ための前補助輪８の目標上下方向位置を求める。

続いて、車体２に対する前補助輪８及び後補助輪１０の上下方向位置が目標上下方向位置となるように、補助輪接地モータ１１，１２をフィードバック制御する（手順Ｓ１０５）。このとき、車両が急加速するときは、車体２に対する後補助輪１０の上下方向位置が目標上下方向位置となるように補助輪接地モータ１２を制御して、後補助輪１０を路面Ｒに接地させ、車両が急減速するときは、車体２に対する前補助輪８の上下方向位置が目標上下方向位置となるように補助輪接地モータ１１を制御して、前補助輪８を路面Ｒに接地させる。

また、前補助輪８及び後補助輪１０が路面Ｒに接地した際に車体２が振動しないように、前補助輪８及び後補助輪１０を路面Ｒに対して緩やかに接地させるのが望ましい。この場合には、例えば前補助輪８及び後補助輪１０が路面Ｒに接地する時の荷重を検出する力センサを用いて、前補助輪８及び後補助輪１０の接地荷重を制御することにより、車体２の振動が緩和されるように前補助輪８及び後補助輪１０を接地させるようにする。

一方、手順Ｓ１０２においてアクセル操作が急加速または急減速を行うものでないと判断されたときは、前補助輪８及び後補助輪１０が路面Ｒに接地しないように補助輪接地モータ１１，１２を制御する（手順Ｓ１０６）。このとき、前補助輪８及び後補助輪１０を車体２に対して動かさずにそのままの状態にしても良いし、或いは前補助輪８または後補助輪１０を車体２に対して上方に移動させても良い（図６参照）。

次に、本実施形態の二輪自動車１の動作を説明する。車両の停止時または定速走行時には、図５（ａ）に示すように、前補助輪８及び後補助輪１０が路面Ｒに対して浮いた状態となっている。

車両の急加速時には、図５（ｂ）に示すように、車体２の前部が上がるように車体２が傾く傾向にあるが、その時にアクセル開度センサ１３の検出値から得られる加速度に応じて後補助輪１０が下方に移動するように補助輪接地モータ１２を制御することにより、後補助輪１０が早く路面Ｒに接地するようになる。このとき、車両の急加速に必要な反力が路面Ｒから得られるため、車体２の傾きが抑えられる。なお、図５（ｂ）では、前補助輪８を省略している。

車両の急減速時には、図５（ｃ）に示すように、車体２の前部が下がる（前のめりになる）ように車体２が傾くが、その時にアクセル開度センサ１３の検出値から得られる減速度に応じて前補助輪８が下方に移動するように補助輪接地モータ１１を制御することにより、前補助輪８が早く路面Ｒに接地するようになる。このとき、車両の急減速に必要な反力が路面Ｒから得られるため、車体２の傾きが抑えられる。なお、図５（ｃ）では、後補助輪１０を省略している。

車両の緩加速時には、図６（ａ）に示すように、車体２の前部が上がるように車体２が傾いても、後補助輪１０が上方に移動するように補助輪接地モータ１２を制御することで、後補助輪１０が路面Ｒに接地しないようにする。なお、図６（ａ）では、前補助輪８を省略している。

車両の緩減速時には、図６（ｂ）に示すように、車体２の前部が下がるように車体２が傾いても、前補助輪８が上方に移動するように補助輪接地モータ１１を制御することで、前補助輪８が路面Ｒに接地しないようにする。なお、図６（ｂ）では、後補助輪１０を省略している。

以上において、支持体９及び補助輪接地モータ１２は、第１補助輪（後補助輪）１０を上下方向に移動させる第１駆動手段を構成し、支持体７及び補助輪接地モータ１１は、第２補助輪（前補助輪）８を上下方向に移動させる第２駆動手段を構成する。アクセル開度センサ１３は、車両の加減速指令値を検出する検出手段を構成する。ＥＣＵ１８の補助輪制御部２０は、検出手段１３により加速指令値が検出されたときは、当該加速指令値に応じて第１補助輪１０を路面Ｒに接地させるように第１駆動手段１２を制御し、検出手段１３により減速指令値が検出されたときは、当該減速指令値に応じて第２補助輪８を路面Ｒに接地させるように第２駆動手段１１を制御する制御手段を構成する。

ところで、上記のような低重心型の二輪自動車に前補助輪８及び後補助輪１０が搭載されていない場合には、以下の不具合が発生する。

即ち、図７（ａ）に示すような車両の停止状態から、車両を加速させるべく駆動モータ５Ａ，５Ｂを駆動制御すると、図７（ｂ）に示すように、車両が加速動作を開始する前に、車体２が傾き始める。そして、車輪３Ａ，３Ｂが回転するための反力が発生する程度だけ車体２が傾くと、図７（ｃ）に示すように、車両が加速し始める。

ここで、車両の運動方程式より、下記の式が導かれる。

但し、θ：トルクをかけたときに車体が傾く角度
Ｊ：車体の慣性モーメント
ｍ：車輪の質量
ｒ：車輪の半径
Ｍ：車体の質量
Ｌ：車体重心と車軸との間の距離
ｇ：重力加速度
τ：入力トルク

加速時には、上記式に示す角度θに達するまで車両は動かない。また、急加速を行うためには、車体２を大きく傾かせる必要がある。このため、図７（ｂ）に示す状態から図７（ｃ）に示す状態まで遷移するまでに無駄時間が生じることとなる。

つまり、図８に示すように、加速指令を出してから実際に車両が加速するまでにタイムラグが生じてしまう（Ａ参照）。なお、図８中の実線は速度指令を表し、図８中の破線は実際の車速を表している。また、車両の減速時においても、減速指令を出してから実際に車両が減速するまでにタイムラグが生じる（Ｂ参照）。

これに対し本実施形態の二輪自動車１においては、車体２に前補助輪８及び後補助輪１０を上下動可能に取り付け、通常時（停止時及び定速走行時）には、前補助輪８及び後補助輪１０を路面Ｒに接地させないようにする。そして、急加速時には、その時の加速度に応じて後補助輪１０のみを下方に移動させて路面Ｒに接地させることにより、車体２の傾きが抑制されるため、その分だけアクセル操作により加速指令を出してから実際に車両が加速するまでに生じる無駄時間が短くなる。また、急減速時には、その時の減速度に応じて前補助輪８のみを下方に移動させて路面Ｒに接地させることにより、車体２の傾きが抑制されるため、その分だけアクセル操作等により減速指令を出してから実際に車両が減速するまでに生じる無駄時間が短くなる。従って、二輪自動車１の加減速の応答性を向上させることができる。

また、定速走行時、緩加速時及び緩減速時には、前補助輪８及び後補助輪１０を路面Ｒに接地させないようにするので、小回りが利きやすいという同軸二輪走行のメリットを十分活かし、その場旋回等を効果的に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、補助輪接地モータ１１，１２により前補助輪８及び後補助輪１０を上下方向に移動可能な構成となっているが、図９に示すように、補助輪接地モータ１１，１２を設けずに、前補助輪８及び後補助輪１０を車体２に固定した構成としても良い。

この場合には、急加速時には後補助輪１０のみが路面Ｒに接地し、急減速時には前補助輪８のみが路面Ｒに接地し、定速走行時、緩加速時及び緩減速時には前補助輪８及び後補助輪１０が何れも路面Ｒに接地しないように、例えば車両の最大アクセル開度や最大加速度から、抑えたい無駄時間を設定し、これに従って前補助輪８及び後補助輪１０の取り付け位置を決めれば良い。このような構造としても、図７に示すように前補助輪８及び後補助輪１０を設けない場合に比べて、車体２の傾きが抑制されるため、加減速指令を出してから車両が加減速するまでの間の無駄時間を短縮することができる。

また、上記実施形態は、一人乗り用の二輪自動車であるが、本発明は、複数人乗りの二輪自動車にも適用できることは言うまでもない。

本発明に係わる二輪自動車の一実施形態を示す概略側面図である。 図１に示した二輪自動車の概略正面図である。 図１に示した二輪自動車の制御系を示すブロック図である。 図３に示した補助輪制御部による補助輪制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 図１に示した二輪自動車の定速走行時、急加速時、急減速時の動作状態を示す概略側面図である。 図１に示した二輪自動車の緩加速時、緩減速時の動作状態を示す概略側面図である。 図１に示した前補助輪及び後補助輪が搭載されていない二輪自動車の加速時の動作状態を示す概略側面図である。 図７に示した二輪自動車において速度指令と実際の車速との関係を示すグラフである。 図１に示した二輪自動車の変形例を示す概略側面図である。

符号の説明

１…二輪自動車、２…車体、３Ａ，３Ｂ…車輪、７…支持体（第２駆動手段）、８…前補助輪（第２補助輪）、９…支持体（第１駆動手段）、１０…後補助輪（第１補助輪）、１１…補助輪接地モータ（第２駆動手段）、１２…補助輪接地モータ（第１駆動手段）、１３…アクセル開度センサ（検出手段）、１８…ＥＣＵ、２０…補助輪制御部（制御手段）、Ｇ…車両重心、Ｓ…車輪の中心。

Claims (3)

1. 車体と、前記車体の左右両側に同軸上に配置された２つの車輪とを備え、車両重心が前記車輪の中心よりも下方に位置するように構成されてなる二輪自動車であって、
   前記車体の前後一端側に取り付けられた第１補助輪と、
   前記車体の前後他端側に取り付けられた第２補助輪とを備え、
   前記第１補助輪は、車両加速時に路面に接地し、それ以外では前記路面に接地しないように構成され、
   前記第２補助輪は、車両減速時に前記路面に接地し、それ以外では前記路面に接地しないように構成されていることを特徴とする二輪自動車。
2. 前記第１補助輪を上下方向に移動させる第１駆動手段と、
   前記第２補助輪を上下方向に移動させる第２駆動手段と、
   車両の加減速指令値を検出する検出手段と、
   前記検出手段により加速指令値が検出されたときは、当該加速指令値に応じて前記第１補助輪を前記路面に接地させるように前記第１駆動手段を制御し、前記検出手段により減速指令値が検出されたときは、当該減速指令値に応じて前記第２補助輪を前記路面に接地させるように前記第２駆動手段を制御する制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１記載の二輪自動車。
3. 前記制御手段は、前記検出手段により検出された加速指令値が所定値よりも低いときは、前記第１補助輪を前記路面に接地させないように前記第１駆動手段を制御し、前記検出手段により検出された減速指令値が所定値よりも低いときは、前記第２補助輪を前記路面に接地させないように前記第２駆動手段を制御することを特徴とする請求項２記載の二輪自動車。

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