JP2013095180A - 同軸二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置に入力される振動等だけでなく、サポート部に入力される振動等を減衰することができる同軸二輪車を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る同軸二輪車１は、車輪２０（２０Ｌ、２０Ｒ）を支持する車体１０と、車体１０に連結され、サポート部５０及び制御装置８０を支持する本体部４０と、を備え、車輪２０（２０Ｌ、２０Ｒ）の駆動を制御することで倒立制御を行う同軸二輪車であって、車体１０と本体部４０との連結部に弾性体２が介在されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸二輪車に関する。

従来から、例えば特許文献１に開示されているように、車輪の駆動を制御して倒立制御を行う同軸二輪車が知られている。特許文献１の同軸二輪車は、図１２及び図１３に示すように、車輪２０が支持される平行リンク機構１１０と、当該平行リンク機構１１０が回転可能に連結され、ハンドル等のサポート部５０及び制御装置８０等が支持される本体部４０と、を備えている。そして、平行リンク機構１１０の左右の縦リンク１１２の上端部に設けられたステッププレート１２０に搭乗者の左右の足が載せられ、搭乗者がサポート部５０を旋回方向に傾動させ、又は旋回方向の外側のステッププレート１２０から荷重を作用させて、平行リンク機構１１０を旋回方向に回転させると、当該平行リンク機構１１０に対する本体部４０の回転角に基づいて、同軸二輪車が左右方向に旋回する。このとき、平行リンク機構１１０の上下の横リンク１１１がコイルバネ１１３で連結されており、当該コイルバネ１１３が平行リンク機構１１０の平衡状態を維持すると共に、平行リンク機構１１０の左右方向の回転に対して復元力を発現する。

このように平行リンク機構１１０の左右方向への回転に基づいて同軸二輪車が左右方向への旋回を実現するため、平行リンク機構１１０が本体部４０に対して回転可能に連結されている必要があり、例えば図１４に示すように、本体部４０から突出させた軸４１にベアリング１００を介して平行リンク機構１１０が本体部４０に連結されている。

ここで、車輪２０から平行リンク機構１１０を介して本体部４０に入力される振動等が、減衰して制御装置８０に入力されるように、制御装置８０は本体部４０に弾性体１０１を介して支持されている。

特開２００９−２３６５２号公報

図１２乃至図１４の構成は、制御装置に入力される振動等を減衰することはできるが、サポート部に入力される振動等を減衰することはできない。

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、制御装置に入力される振動等だけでなく、サポート部に入力される振動等を減衰することができる同軸二輪車を提供することである。

本発明の一形態に係る同軸二輪車は、車輪を支持する車体と、前記車体に連結され、サポート部及び制御装置を支持する本体部と、を備え、前記車輪の駆動を制御することで倒立制御を行う同軸二輪車であって、前記車体と前記本体部との連結部に弾性体が介在されている。

上記同軸二輪車において、前記車体は、左右の車輪を支持し、平行に配置される左右の縦リンクと、左右の縦リンクに回転可能に連結される上下の横リンクと、を有する４節リンク機構を備え、前記横リンクにおける長手方向の中央部は、前記本体部に前記弾性体を介して連結され、前記弾性体の弾性変形によって前記４節リンク機構の左右方向への回転が許容されること、が好ましい。

上記同軸二輪車において、前記弾性体は、上下方向の剛性に対して、前記４節リンク機構の左右方向への回転に対する剛性が大きいこと、が好ましい。

上記同軸二輪車において、前記横リンクは、凸状又は凹状に屈曲しており、屈曲する横リンクにおける長手方向の中央部が前記本体部に前記弾性体を介して連結されていること、が好ましい。

以上、説明したように、本発明によると、制御装置に入力される振動等だけでなく、サポート部に入力される振動等を減衰することができる同軸二輪車を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る同軸二輪車における、車体及び本体部周辺を概略的に示す拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る同軸二輪車の制御系のシステム構成を示すブロック図である。 図１のIII−III位置での断面図である。 平行リンク機構に対する弾性体の配置を説明する図である。 平行リンク機構の回転と弾性体の捻じれとの関係を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る同軸二輪車における、車体及び本体部周辺を概略的に示す拡大図である。 平行リンク機構に対する弾性体の配置を説明する図である。 平行リンク機構の回転と弾性体の捻じれとの関係を説明する図である。 本発明の他の実施の形態に係る同軸二輪車における、車体及び本体部周辺を概略的に示す拡大図である。 本発明の他の実施の形態に係る同軸二輪車における、車体及び本体部周辺を概略的に示す拡大図である。 本発明の他の実施の形態に係る同軸二輪車における、車体及び本体部周辺を概略的に示す拡大図である。 一般的な同軸二輪車を概略的に示す斜視図である。 一般的な同軸二輪車における、車体及び本体部周辺を概略的に示す拡大図である。 図１３のXIV−XIV位置での断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
本実施の形態の同軸二輪車１は、図１及び図２に示すように、車体１０、車輪２０（２０Ｌ、２０Ｒ）、車輪駆動ユニット３０（３０Ｌ、３０Ｒ）、本体部４０、サポート部５０、角度検出部６０、姿勢検出部７０、制御装置８０、電源９０を備えている。なお、以下の説明においては、本実施の形態の同軸二輪車１は、図１２に示す同軸二輪車と基本構成を共通にするため、図１２を引用して説明する場合もある。

車体１０は、平行リンク機構１１０、ステッププレート１２０を備えている。平行リンク機構１１０は、例えば上下に配置される横リンク１１１、左右に配置される縦リンク１１２を備えている。横リンク１１１における長手方向の中間部は、本体部４０に回転可能に連結されている。そして、上側の横リンク１１１における長手方向の端部は、縦リンク１１２の上端部に回転可能に連結されている。下側の横リンク１１１における長手方向の端部は、縦リンク１１２の下端部に回転可能に連結されている。このような２本の横リンク１１１が２組用意され、縦リンク１１２を前後方向から挟み込むように配置されている。

縦リンク１１２には、車輪駆動ユニット３０が取り付けられている。車輪駆動ユニット３０は、例えば、電動モータと、その電動モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギア列等によって構成することができる。車輪駆動ユニット３０は、縦リンク１１２に固定される固定部と、その固定部に回転自在に支持された回転部と、を備えている。当該回転部に車輪２０が取り付けられている。このように、車輪駆動ユニット３０を介して縦リンク１１２にそれぞれ支持された左右の車輪２０は、平坦な路面上に置いたときには、互いの回転中心が同一軸心線上に配置されることになる。

また、縦リンク１１２の上端部は、横リンク１１１から上方へ突出している。縦リンク１１２の上端部には、ステッププレート１２０がそれぞれ水平に設けられている。左右のステッププレート１２０には、搭乗者の左右の足が載せられる。

このような平行リンク機構１１０は、左右のステッププレート１２０に搭乗者が略等しい荷重を作用させると、図１に示すように、平衡状態を維持する。一方、搭乗者が例えば旋回方向の外側の足を踏み込んで、当該足を踏み込んだ側のステッププレート１２０に大きな荷重を作用させると、旋回方向の回転力が平行リンク機構１１０に生じる。このとき、平行リンク機構１１０の回転に連動してステッププレート１２０、車輪２０、本体部４０及びサポート部５０が旋回方向へ傾動（回転）する。

本体部４０は、左右の縦リンク１１２の間に配置されている。本体部４０には、サポート部５０、制御装置８０、電源９０等が搭載されている。この本体部４０には、平行リンク機構１１０の横リンク１１１における長手方向の中間部が回転可能に連結されている。なお、本体部４０と平行リンク機構１１０の横リンク１１１との連結構造については後述する。

サポート部５０は、例えば図１２を引用するとハンドル５１０、ハンドルバー５２０を備えている。ハンドル５１０は、ハンドルバー５２０の上端部に設けられている。このハンドル５１０を搭乗者が握ることで、走行時や乗降時に体勢を安定させることができる。ハンドルバー５２０の下端部は、本体部４０に連結されている。つまり、サポート部５０は、平行リンク機構１１０が旋回方向へ回転すると、当該平行リンク機構１１０の回転と連動するように回転する。

角度検出部６０は、例えば平行リンク機構１１０の横リンク１１１に対する本体部４０の回転角を検出し、検出信号を制御装置８０に出力する。角度検出部６０は、例えば平行リンク機構１１０の横リンク１１１と本体部４０との連結部に配置されている。角度検出部６０は、例えばエンコーダ等を備えている。

姿勢検出部７０は、同軸二輪車１の前後方向への角速度や加速度を検出し、検出信号を制御装置８０に出力する。姿勢検出部７０は、例えば本体部４０に配置されている。姿勢検出部７０は、例えば、ジャイロセンサと、加速度センサと、を備えている。

制御装置８０は、角度検出部６０からの検出信号や姿勢検出部７０からの検出信号等に基づき所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を左右の車輪駆動ユニット３０（３０Ｌ、３０Ｒ）に出力する。制御装置８０は、図２に示すように、例えば、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有する演算回路８０ａ、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭやＲＯＭ等を有する記憶装置８０ｂ等を備えている。制御装置８０には、電源９０が接続されている。

このような構成の同軸二輪車１は、搭乗者が左右のステッププレート１２０に乗って、サポート部５０を旋回方向に傾動させる、又は旋回方向の外側の足を踏み込んでステッププレート１２０に荷重を作用させる。これにより、平行リンク機構１１０の対向するリンクが平行状態を維持したまま旋回方向へ回転する。このとき、角度検出部６０は、横リンク１１１に対する本体部４０の回転角度を検出すると、検出信号を制御装置８０に出力する。検出信号が入力された制御装置８０は、当該検出信号に基づいて所定の演算処理を行い、どの程度、旋回方向の内側の車輪の回転速度を減速させるか、又は旋回方向の外側の車輪の回転速度を加速させるかを算出し、その算出結果を示す信号を、車輪駆動ユニット３０に出力する。算出結果を示す信号が入力された車輪駆動ユニット３０は、当該算出結果を示す信号に基づいて、モータの回転速度を制御して車輪２０を駆動させる。このようにして、同軸二輪車１は旋回制御される。

また、同軸二輪車１は、搭乗者が左右のステッププレート１２０に乗って、搭乗者の荷重を前方又は後方へ移動させ、当該同軸二輪車１を前後方向へ回転させる。これにより、姿勢検出部７０が同軸二輪車１の前後方向への角速度及び加速度を検出し、検出信号を制御装置８０に出力する。検出信号が入力された制御装置８０は、当該検出信号に基づいて所定の演算処理を行い、同軸二輪車１が倒れないように安定化させるのに必要な駆動トルクを算出し、その算出結果を示す信号を、車輪駆動ユニット３０に出力する。算出結果を示す信号が入力された車輪駆動ユニット３０は、当該算出結果を示す信号に基づいて、モータを制御して車輪２０を駆動させる。このようにして、同軸二輪車１は倒立制御される。

本実施の形態の同軸二輪車１は、図３に示すように、平行リンク機構１１０の横リンク１１１と本体部４０との連結部に弾性体２が介在されている。詳細には、横リンク１１１における長手方向の中間部には、前後方向に突出する軸１１４が設けられている。一方、本体部４０には、当該軸１１４が通される孔４２が形成されている。横リンク１１１の軸１１４は本体部４０の孔４２に通されている。軸１１４の外周面と孔４２の内周面との間に弾性体２が配置されている。

このような構成により、車輪２０から平行リンク機構１１０を介して本体部４０に入力される振動等は弾性体２によって減衰される。そのため、制御装置８０に入力される振動等だけでなく、サポート部５０に入力される振動等を同時に減衰することができる。したがって、制御装置８０に入力される振動等を減衰するための弾性体の他に、サポート部５０に入力される振動等を減衰するための弾性体を配置する必要がなく、同軸二輪車の構成部材の削減、及び同軸二輪車の小型化に寄与することができる。しかも、搭乗者がサポート部５０を握って同軸二輪車１を操作する際に振動が少なく、快適に同軸二輪車１を操作することができる。また、制御装置８０や電源９０に入力される振動等を減衰することができるので、制御装置８０や電源９０を健全な状態に維持できる。

弾性体２としては、ゴム等の合成樹脂製品を用いることができる。弾性体２は、制御装置８０や電源９０に振動等が入力されると、制御装置８０や電源９０の機能が低下する周波数帯を減衰することができるように構成されていることが好ましい。

ここで、弾性体２の内周面と軸１１４の外周面、及び弾性体２の外周面と孔４２の内周面とは、固定されていることが好ましい。つまり、弾性体２の内周面と軸１１４の外周面、及び弾性体２の外周面と孔４２の内周面とは、例えば摩擦力によって相互を密着状態とし、相対的に摺動しない構成とされる。

このような構成では、平行リンク機構１１０の平衡状態は弾性体２が略弾性変形することなく維持される。そして、搭乗者がサポート部５０を旋回方向に傾動させる、又は旋回方向の外側のステッププレート１２０に荷重を作用させると、弾性体２が弾性変形して（即ち、弾性体２が捻じれ）、平行リンク機構１１０の横リンク１１１に対する本体部４０の回転が許容される。

これにより、同軸二輪車１の旋回を実現できる。一方、弾性体２は、捻じれることによって、平行リンク機構１１０を原状（即ち、直角平行四辺形の平衡状態）に戻そうとする、復元力を発現する。

そのため、従来の同軸二輪車に備えられている、平行リンク機構１１０を平衡状態に戻すためのコイルバネを省略することができる。したがって、同軸二輪車の構成部材の削減、及び同軸二輪車の小型化に寄与することができる。しかも、弾性体２に振動等の減衰機能だけでなく、平行リンク機構１１０の原状復元機能を発揮させることができ、合理的な構成となる。

このとき、横リンク１１１は上下に配置されているので、縦リンク１１２に対して前方側及び後方側でそれぞれ２箇所、本体部４０と連結されているが、図４に示すように、４箇所全ての連結部が上述した構成であることが好ましい。これにより、図５に示すように、車体１０に大きな復元力を発現させることができ、平行リンク機構１１０を確実に平衡状態に戻すことができる。

また、弾性体２は、上下方向の剛性に対して、平行リンク機構１１０の横リンク１１１に対する本体部４０の回転に対する剛性が大きいことが好ましい。つまり、弾性体２は、異方性弾性体であることが好ましい。このように、上下方向の剛性を小さくすることで、路面からの振動等を良好に減衰でき、平行リンク機構１１０の横リンク１１１に対する本体部４０の回転に対する剛性を大きくすることで、平行リンク機構１１０を平衡状態にしっかりと維持することができ、しかも車体１０に大きな復元力を発現させることができる。なお、異方性弾性体の特性は、弾性体２に要求される機能等に基づいて適宜、設定される。また、材質的に異方性弾性体を用いて弾性体２を構成しても良く、材質的に等方性弾性体を加工して異方性の弾性体２を構成しても良い。

＜実施の形態２＞
実施の形態１の車体１０は、平行リンク機構１１０を備える構成とされているが、この限りでない。
即ち、車体１０が図６に示す４節リンク機構１３０を備える構成でも同様に実施できる。４節リンク機構１３０は、実施の形態１の平行リンク機構１１０と略同様の構成とされているが、上側の横リンク１３１における長手方向の中間部が凸状に曲がった形状とされている。この場合も、図７に示すように、横リンク１１１（１３１）と本体部４０との連結部の全てが上述した構成であることが好ましいが、４節リンク機構１３０に対して本体部４０が回転すると、図８に示すように、上側の横リンク１３１の軸１１４が本体部４０の孔４２内で略下方に移動する。それに伴い、弾性体２が圧縮されるので、弾性体２により大きな復元力を発現させることができる。

＜他の実施の形態＞
実施の形態２の４節リンク機構１３０は、上側の横リンク１３１が凸状に曲がった形状とされているが、図９に示す４節リンク機構１４０のように、下側の横リンク１４１が凸状に曲がった形状とされていても良い。また、図１０に示す４節リンク機構１５０のように、上側の横リンク１５１が凹状に曲がった形状とされていても良い。さらに、図１１に示す４節リンク機構１６０のように、下側の横リンク１６１が凹状に曲がった形状とされていても良い。

図９乃至図１１の４節リンク機構も、当該４節リンク機構に対して本体部４０が回転した際に、横リンクの軸１１４が本体部４０の孔４２内で移動するので、実施の形態２の４節リンク機構１３０と同様に弾性体２に大きな復元力を発現させることができる。

ここで、屈曲した横リンクの高さを変えて、上側の横リンクにおける長手方向の中央部と下側の横リンクにおける長手方向の中央部との間隔を調整すると、４節リンク機構の回転に対する本体部４０（サポート部５０）の回転度合を変更することができる。つまり、上側の横リンクにおける長手方向の中央部と下側の横リンクにおける長手方向の中央部との間隔を、平行リンク機構１１０の場合に比べて広くすると、４節リンク機構の回転に対して本体部４０の回転が小さくなる。つまり、サポート部５０の操作に対して４節リンク機構が敏感に反応することになる。一方、上側の横リンクにおける長手方向の中央部と下側の横リンクにおける長手方向の中央部との間隔を、平行リンク機構１１０の場合に比べて狭くすると、４節リンク機構の回転に対して本体部４０の回転が大きくなる。つまり、サポート部５０の操作に対して４節リンク機構が鈍感に反応することになる。このように上側の横リンクにおける長手方向の中央部と下側の横リンクにおける長手方向の中央部との間隔を調整することで、同軸二輪車の操作性を容易に変更することができる。

以上、本発明に係る同軸二輪車の実施形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

例えば、上記実施の形態の車体は、平行リンク機構（４節リンク機構）を備えた構成とされているが、この限りでない。即ち、車体の形状は特に限定されず、要するに車輪を支持する車体と、サポート部及び制御装置を支持する本体部と、の連結部に弾性体が介在された構成であれば良い。

例えば、上記実施の形態のサポート部は、搭乗者が握るハンドルを備えているが、この限りでない。即ち、サポート部は、例えば搭乗者の両足で挟まれる構成であっても良い。

例えば、上記実施の形態の平行リンク機構（４節リンク機構）は、上下の横リンクが縦リンクの前方側及び後方側で等しくされているが、平行リンク機構（４節リンク機構）は少なくとも縦リンクの前方側又は後方側に配置されていれば良い。

例えば、上記実施の形態では、平行リンク機構（４節リンク機構）の横リンクと本体部４０との連結部全てに弾性体２を介在させているが、少なくとも一箇所に弾性体２が介在されていれば良い。

１ 同軸二輪車
２ 弾性体
１０ 車体
２０（２０Ｌ、２０Ｒ） 車輪
３０（３０Ｌ、３０Ｒ） 車輪駆動ユニット
４０ 本体部、４１ 軸、４２ 孔
５０ サポート部、５１０ ハンドル、５２０ ハンドルバー
６０ 角度検出部
７０ 姿勢検出部
８０ 制御装置、８０ａ 演算回路、８０ｂ 記憶装置
９０ 電源
１００ ベアリング
１０１ 弾性体
１１０ 平行リンク機構、１１１ 横リンク、１１２ 縦リンク、１１３ コイルバネ、１１４ 軸
１２０ ステッププレート
１３０ ４節リンク機構、１３１ 屈曲した横リンク
１４０ ４節リンク機構、１４１ 屈曲した横リンク
１５０ ４節リンク機構、１５１ 屈曲した横リンク
１６０ ４節リンク機構、１６１ 屈曲した横リンク

Claims (4)

1. 車輪を支持する車体と、
   前記車体に連結され、サポート部及び制御装置を支持する本体部と、
   を備え、前記車輪の駆動を制御することで倒立制御を行う同軸二輪車であって、
   前記車体と前記本体部との連結部に弾性体が介在されている同軸二輪車。
2. 前記車体は、
   左右の車輪を支持し、平行に配置される左右の縦リンクと、
   左右の前記縦リンクに回転可能に連結される上下の横リンクと、
   を有する４節リンク機構を備え、
   前記横リンクにおける長手方向の中央部は、前記本体部に前記弾性体を介して連結され、前記弾性体の弾性変形によって前記４節リンク機構の左右方向への回転が許容される請求項１に記載の同軸二輪車。
3. 前記弾性体は、上下方向の剛性に対して、前記４節リンク機構の左右方向への回転に対する剛性が大きい請求項２に記載の同軸二輪車。
4. 前記横リンクは、凸状又は凹状に屈曲しており、
   屈曲する横リンクにおける長手方向の中央部が前記本体部に前記弾性体を介して連結されている請求項２又は３に記載の同軸二輪車。

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