JP2012106523A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の各車輪を個別に駆動・制動・操舵等を行うことにより、運転者が意のままに車両の挙動をコントロールし、いわば「人馬一体」の運転が実現できるようにすることである。
【解決手段】左右又は前後に配置された一対の車輪１３、前記車輪１３を駆動するモータ１６、ブレーキ装置１８、操舵装置１９及び前記各装置のコントローラ２１を備えた電動車両において、前記モータ１６、ブレーキ装置１８、操舵装置１９及びコントローラ２１が車輪１３ごとに個別に設けられた構成とした。
【選択図】図２

Description

この発明は、車輪ごとに駆動装置を備えた電動車両に関し、車輪ごとの駆動・制動・操舵等のコントロールができるようにしたものである。

車輪ごとに駆動装置を設けた電動車両は従来から知られている（特許文献１及び２）。特許文献１に開示された電動車両は、左右に一対の車輪を備えた自動二輪車であり、車輪ごとに駆動装置としてのモータを備えている。また、車体の共通装置としてジョイスティック、ジャイロセンサー及びコントローラが設けられている。

この電動車両は、通常の走行時はジョイスティックからの入力信号に基づき、コントローラによって各車輪を駆動・操舵するようになっている。一方の車輪が路面の段差に乗り上げ、車体が一定角度以上に傾斜するような転倒の危機に遭遇した場合は、ジャイロセンサーがこれを検出する。その検出結果に基づき、他方の車輪を駆動するモータの回転トルクを増大することによって車輪を旋回させる。その旋回によって生じる遠心力によって転倒を防止させ、安全性の限界を引き上げるようにしている。

特許文献２に開示された電動車両は、前輪が１輪、後輪が左右２輪の自動三輪車であり、左右の後輪には個別に駆動装置としてのモータを設けている。車体の共通装置として前輪を操舵するハンドル、ハンドルの操舵角検出センサー、ハンドルの回転角度増大機構及びコントローラが設けられる。

この電動車両は、ハンドルの操舵角が一定以上に大きくなった場合に左右の後輪の回転方向を互いに逆転させ、またハンドルの回転角度増大機構によって、小さいハンドル角度で大きな回転角度が得られるように構成され、車両の旋回性能とハンドルの操作性能を向上させている。

特開２００７−２６１３１３号公報 特開２００９−２４８８８７号公報

前記のように、従来の電動車両においては、駆動装置が車輪ごとに設けられ、通常は車体に設けられた共通の装置である操舵装置や制御装置によって各車輪の駆動装置が共通に制御される。車体が特定の運転状況になった場合にのみ、各駆動装置を個別に制御することで、特定の性能を向上させるようにしている。

しかし、各車輪に個別に設けられた駆動装置の制御は、あらかじめ設定された制御アルゴリズムに沿って車両自体が駆動装置に指令を出すものであり、運転者の意思により駆動装置を操作するものではない。そのため、運転者の意のままに車両の挙動をコントロールするというような高い自由度に欠ける不満がある。

そこで、この発明は各車輪に駆動装置を配置した利点を最大限に活用し、各車輪の駆動・制動・操舵等を個別に行えるようにして、運転者の意のままに車両の挙動をコントロールできるようにし、いわば「人馬一体」の運転ができる電動車両を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、左右又は前後に配置された一対の車輪、前記車輪の駆動装置、ブレーキ装置、操舵装置及び前記各装置のコントローラを備えた電動車両において、前記駆動装置、ブレーキ装置、操舵装置及びコントローラが車輪ごとに個別に設けられた構成としたものである。

望ましくは、前記車輪ごとの駆動装置、ブレーキ装置、操舵装置によって車輪ごとの動力ユニットが構成され、前記動力ユニットの各装置が前記車輪ごとのコントローラによって制御されるようにした構成をとることができる。

さらに、前記コントローラが、入力手段としてジョイスティック等の手操作入力手段及びフットペダル等の足操作入力手段を備えている構成をとることができる。

各車輪を個別に駆動・制動・操舵等の動力を与える装置と、それらの装置をそれぞれ操作できるコントローラを備えた電動車両であるため、運転者の意のままに車両の挙動をコントロールすることができる。

各車輪が独立して駆動・制動・操舵のコントロールができるため、定位置旋回、横方位走行、ジャンプなど従来の車両では実現できなかった挙動が可能になる。

運転者の意のままに車両の挙動をコントロールできるため、ダンスや球技といった他者と接触する用途にも使用可能である。また、電動車両であるため、排気を気にすることなく室内で使用することができる。

本発明の電動車両は上記の特徴を持ち、特に各車輪独立で動力制御できる電動車両の利点を最大限に活かすものである。

図１は、実施形態１の電動車両の概略平面図である。 図２は、同上の一部拡大平面図である。 図３は、実施形態２の電動車両の概略平面図である。 図４は、実施形態３の電動車両の概略平面図である。 図５は、実施形態５のモータの正面図である。 図６は、実施形態６の電動車両の概略平面図である。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態１]

図１に示したように、実施形態１に係る車両１１は、車椅子に代表される電動二輪車に関し、車体１２に左右一対の車輪１３、１３を同一の回転軸１４上に左右にオフセットして配置している。

各車輪１３はそれぞれ動力ユニット１５を有する。その動力ユニット１５は、図２に示したように、駆動装置としてインホイールモータ形式のモータ１６、ブレーキ装置１８及び操舵装置１９を有する。操舵装置１９は、操舵軸がモータ１６のベースやケーシングに結合され、車輪１３及びこれと一体のモータ１６を旋回操舵する。

前記の動力ユニット１５を制御するコントローラ２１が車体１２の運手席２２に設けられる。コントローラ２１は、手操作入力手段としてのジョイスティック２３、足操作入力手段としてのフットペダル２４を備える。コントローラ２１に内蔵されたＣＰＵにより、前記動力ユニット１５に内蔵された各装置はドライブバイワイヤ１７によってコントロールされる。

前記の運転席２２において、左側の車輪１３に関するコントローラ２１のジョイスティック２３及びフットペダル２４は、それぞれ運転者の左手、左足の近くに設置され、左手と左足で個別に操作するか又は同時に操作することにより、コントローラ２１を通じて動力ユニット１５の各装置を制御する。右側の車輪１３に関するコントローラ２１も、同様に、ジョイスティック２３及びフットペダル２４は、それぞれ右手、右足の近くに設置され、前記と同様に操作される。

運転者が、例えば、ジョイスティック２３を前又は後ろへ倒すことによりモータ１６が駆動され、車輪１３が正転又は逆転される。また、その倒す角度の大きさによって速度が調整される。ジョイスティック２３を左又は右に倒すことにより操舵装置１９が制御され、車輪１３が左又は右に操舵される。その倒す角度の大きさによって操舵角が調整される。

また、左又は右のフットペダル２４を踏むことでブレーキ装置１８が制御され左側又は右側の車輪１３が制動される。この場合もその踏み込み量に応じて制動の大きさが調整される。その他、ジョイスティック２３の前倒し又は後ろ倒し操作とフットペダル２４の踏み込み操作を同時に行うことにより、特殊な挙動を行わせることができる。

運転者は、前記の操作を組み合わせることにより、例えば、車輪１３の一方に強い制動を加えてロックさせ、他方を駆動させることにより、ロックした車輪１３を軸に車両１１を回転させることができる。また、一方の車輪１３を正転させるとともに、他方の車輪１３を逆転させると、車両１１はその場で旋回する。

また、操舵角を調整することで、車輪１３のトー角を走行モードに応じて自在に変更することができる。このため、高速での直進安定性やコーナリングの安定性が高まる。

運転者は、これらの運転挙動を適宜組み合わせることにより様々な動作を行うことができ、通常の車両のような移動手段やスピード競技、オフロード競技に加え、例えば団体スポーツやダンスなどを行うことができる。

なお、車両１１の安定性を確保するために、フリー回転の補助輪２５を設ける場合がある。この補助輪２５の位置は、左右の車輪１３間の中間においてこれらの３個の車輪１３、２５の接地点が正三角形又は二等辺三角形となる位置に設定される。

補助輪２５は常時接地して車体１２を支持する固定形式と、通常は車体１２側に折り曲げるか引き上げるかして非接地状態に収納しておき、必要に応じて伸長させて接地させる出し入れ形式の場合がある。補助輪２５の固定式・出し入れ式のいずれかを採用できる点については、後述の実施形態２及び３の補助輪２５の場合も同様である。
[実施形態２]

図３に示した実施形態２は、一対の車輪１３の回転軸１４ａ、１４ｂを前後にオフセットさせ、かつ車輪１３が前後方向の中心線Ａ上に配置したバイクに代表される電動二輪車に関するものである。この場合の動力ユニット１５、コントローラ２１の構成は前記実施形態１の場合と同様であり、その作用も同様に前後車輪を個別に制御することで、多様な運転挙動が可能となる。特に、車体１２上において、運転者の荷重移動などにより、車両１１をジャンプさせるなどの運転挙動が得られる。

この場合も、車両１１の安定を図るために、２個のフリー回転の補助輪２５を設ける場合がある。２個の補助輪２５は、前後の車輪１３の前後方向の中心線Ａの左右対称位置に設定される。
[実施形態３]

図４に示した実施形態３は、一対の車輪１３の回転軸１４ａ、１４ｂが、車体１２の前後方向にオフセットし、かつ、車輪１３が左右方向にオフセットした配置となっている。この場合の配置態様は、「特許請求の範囲」にいう「左右又は前後に配置された一対の車輪」という概念に含まれるものである。

動力ユニット１５、コントローラ２１の構成は前記実施形態１の場合と同様であり、その作用も同様に各車輪を個別に制御することで、多様な運転挙動が可能となる。特に、実施形態１と２を融合した形態であることから、車両の安定性と高い運動性能を両立させることができる。

補助輪２５を設ける場合は、左側補助輪２５を左側車輪１３の後方に、右側補助輪２５を右側車輪１３の前方に配置する。
[実施形態４]

以上の実施形態１から３において、各車輪１３を運転者が個別に操作できる機構を有するものであれば、車輪１３の数や配置、コントローラの形態、入力手段は実施形態１から３のものに限定されるものではなく、用途に合わせて選択することができる。

また、機能についても同様に、用途に合わせて自由度の高低を選択することができる。例えば、モータ１６とブレーキ装置１８を各車輪１３ごとに独立とするが、操舵装置１９は、走行モードに応じて、左右共通操作とする等である。

操作系の機構もドライブバイワイヤ１７に限定されるものではなく、用途に合わせて最適な機構を選択することができる。車体１２のサイズや形状についても自由に選択することができる。また、ショックアブソーバ機能の有無、形態についても自由に選択可能である。
[実施形態５]

車両１１に搭載するモータ１６は、前記実施形態１から４においては、インホイールモータ形式として説明している。この場合のモータ１６は、図５に示したように、モータ部２６と車輪ハブ２７との間に減速部２８が介在されている。しかし、モータ部２６と車輪ハブ２７からなるダイレクト駆動形式でもよい。

なお、前記の減速部２８としては遊星歯車減速機又はサイクロイド減速機を使用することができる。
[実施形態６]

図６示したように、車両１１に搭載するモータ２０として、これを車体１２に設置し、ドライブシャフト２９、車輪ハブ３０とからなる動力伝達部３１を設けて車輪１３にトルクを伝達するようにしてもよい。より大きなトルクをコンパクトなユニットで実現するために、モータ２０に減速部を付設してもよい。また、等速性を確保するために、ドライブシャフト２９に等速ジョイントを介在させてもよい。

１１ 車両
１２ 車体
１３ 車輪
１４、１４ａ、１４ｂ 回転軸
１５ 動力ユニット
１６ モータ
１７ ドライブバイワイヤ
１８ ブレーキ装置
１９ 操舵装置
２０ モータ
２１ コントローラ
２２ 運転席
２３ ジョイスティック
２４ フットペダル
２５ 補助輪
２６ モータ部
２７ 車輪ハブ
２８ 減速部
２９ ドライブシャフト
３０ 車輪ハブ
３１ 動力伝達部

Claims (12)

1. 左右又は前後に配置された一対の車輪、前記車輪の駆動装置、ブレーキ装置、操舵装置及び前記各装置を制御するコントローラを備えた電動車両において、前記駆動装置、ブレーキ装置、操舵装置及びコントローラが車輪ごとに個別に設けられたことを特徴とする電動車両。
2. 前記車輪ごとの駆動装置、ブレーキ装置、操舵装置によって車輪ごとの動力ユニットが構成され、前記動力ユニットの各装置が前記車輪ごとのコントローラによって制御されることを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
3. 前記コントローラが、入力手段としてジョイスティック等の手操作入力手段及びフットペダル等の足操作入力手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車両。
4. 前記動力ユニットの各装置が前記コントローラからドライブバイワイヤによって制御されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動車両。
5. 前記駆動装置が、インホイールモータ形式であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動車両。
6. 前記駆動装置が車体搭載式であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動車両。
7. 前記車体搭載式の駆動装置が、モータ部、ドライブシャフト及び車輪ハブを含むことを特徴とする請求項６に記載の電動車両。
8. 前記ドライブシャフトが等速ジョイントを介在したものであることを特徴とする請求項７に記載の電動車両。
9. 前記駆動装置のモータ部と車輪ハブの間に減速部が介在されたことを特徴とする請求項７又は８に記載の電動車両。
10. 前記車輪が左右に一対、前後に一対又は車体センターを挟んで斜め方向に一対設けられたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電動車両。
11. 前記車体に補助輪を設けたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の電動車両。
12. 前記補助輪が、固定式又は出し入れ式のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の電動車両。

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