JPH04130596U - 動力装置付きモノサイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、ただ１つの車輪とこの車輪を回転
駆動する動力装置とをそなえた動力装置付きモノサイク
ルに関し、前後のバランスを確保しつつ車輪を駆動でき
るようにすることを目的とする。 【構成】 フレーム２にただ１つの車輪１を枢着されて
なるモノサイクルにおいて、該車輪１を回転駆動する動
力装置１１，１２と、該動力装置１１，１２の作動を制
御する制御手段１６とをそなえるとともに、該フレーム
２の傾斜状態を検出する傾斜センサ１７をそなえ、該制
御手段１６が、該フレーム２の傾斜状態の検出値が前傾
側に増加すると該車輪１の前進側への回転駆動を促進す
るように該動力装置１１，１２の作動を制御し、該フレ
ーム２の傾斜状態の検出値が後傾側に増加すると該車輪
１の前進側への回転駆動を抑制すべく該動力装置１１，
１２の作動を制御するように構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、フレームにただ１つの車輪を枢着されてなるモノサイクルに関し、 特に、車輪を回転駆動する動力装置をそなえた、動力装置付きモノサイクルに関 する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、フレームにただ１つの車輪を枢着されてなるモノサイクル（一輪車）が 特に子供たちを中心に広まっており、このようなモノサイクルに乗ることは子供 たちの平衡感覚や運動神経の育成に有益であるという観点から、モノサイクルは 教育の一手段としても利用されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述のモノサイクルは、軽量で場所を取らないため、ある種の交通 手段として利用することも考えられる。このようにモノサイクルを一種の交通手 段として利用するには、従来のような人力のモノサイクルよりも動力装置をそな えたものの方が広く利用できて便利である。

【０００４】 また、一方で、モノサイクルに乗るには、通常の自転車のように左右のバラン スをとるだけではなく、前後のバランスもとらなければならないので運転が難し い。したがって、モノサイクルに動力装置をそなえるようにするにも、特に前後 のバランスを確保しつつ車輪を駆動する必要があり、動力装置をどのように制御 してモノサイクルの走行を行なうかが課題となる。

【０００５】 本考案は、上述の課題に鑑み創案されたもので、前後のバランスを確保しつつ 車輪を駆動できるようにした、動力装置付きモノサイクルを提供することを目的 とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案の動力装置付きモノサイクルは、フレームにただ１つの車輪 を枢着されてなるモノサイクルにおいて、該車輪を回転駆動する動力装置と、該 動力装置の作動を制御する制御手段とをそなえるとともに、該フレームの傾斜状 態を検出する傾斜センサをそなえ、該制御手段が、該フレームの傾斜状態の検出 値が前傾側に増加すると該車輪の前進側への回転駆動を促進するように該動力装 置の作動を制御し、該フレームの傾斜状態の検出値が後傾側に増加すると該車輪 の前進側への回転駆動を抑制するように該動力装置の作動を制御するように構成 されていることを特徴としている。

【０００７】

【作用】

上述の本考案の動力装置付きモノサイクルでは、傾斜センサによってフレーム の傾斜状態が検出され、この検出値が前傾側に増加すると、制御手段が車輪の前 進側への回転駆動を促進するように動力装置の作動を制御し、逆に、検出値が後 傾側に増加すると、制御手段が車輪の前進側への回転駆動を抑制するように動力 装置の作動を制御する。このため、例えば発進や加速を行なうには、運転者がフ レームを前傾させるように操作すれば、このような加速時に運転者に後向きに作 用する慣性力と前後方向にバランスを保ちながら安定した姿勢で走行できる。ま た、減速や停止を行なうには、運転者がフレームの前傾を中立側へ戻すように操 作すれば、このような減速時に運転者に前向きに作用する慣性力と前後方向にバ ランスを保ちながら安定した姿勢で走行できる。

【０００８】

【実施例】

以下、図面により、本考案の一実施例としての動力装置付きモノサイクルにつ いて説明すると、図１はその構成を示す模式的な側面図、図２はその側面をさら に模式化して示す図、図３はその動力装置の制御に関する制御関数を示す図、図 ４はその動作を示す模式的な側面図である。

【０００９】 図１に示すように、フレーム２にただ１つの車輪１が枢着されているが、フレ ーム２は、ほぼ三角形に形成されて逆三角形状に配設されており、その下部の頂 点部分に車輪１が枢着され、フレーム２の上辺部分には前部にハンドル９が設け られ、中間部やや後方部分にシート８が設けられ、車輪１が枢着されるフレーム ２の下部頂点部分には足載（ステップ）１０が設けられている。ただし、ハンド ル９は操舵するためのものでなく、運転者がつかまって姿勢を保つためのもので ある。

【００１０】 また、フレーム２の各頂点部分にはそれぞれスプロケット４，５，６が枢着さ れており、このうちスプロケット４は車輪１の回転軸に車輪１と一体回転するよ うに設けられている。そして、これらのスプロケット４，５，６には、チェーン （又はベルト）３が巻回されている。なお、このチェーン３に一定のテンション を与えて緩みを防ぐように、テンショナ７が設けられている。

【００１１】 スプロケット５，６には、それぞれ減速ギヤ機構１３，１４を介して動力装置 としてのトルク制御式電動モータ１１，１２が設けられおり、電動モータ１１， １２の出力トルクがスプロケット５，６からチェーン３を介してスプロケット４ に伝達されて、車輪１が駆動されるようになっている。

【００１２】 なお、トルク制御式電動モータ１１，１２は、供給電流を制御することでその 出力トルクを目標の大きさに調整できるモータであり、これらのモータ１１，１ ２に電力を供給するためのバッテリ１５と、モータ１１，１２の作動を制御する 制御手段としてのコントローラ１６とが設けられている。

【００１３】 さらに、フレーム２には、傾斜センサ１７が設置されており、フレーム２の前 後方向の傾斜を検出できるようになっている。この例では、傾斜センサ１７がフ レーム２に加わる外乱の影響を受けにくくなるように、傾斜センサ１７をフレー ム２の上辺部分の中央部近傍に設けている。

【００１４】 コントローラ１６は、モータ１１，１２の回転方向や電力供給状態の調整を通 じてモータ１１，１２の出力トルク状態を制御できるようになっているが、この モータ１１，１２の出力トルク制御は、上述の傾斜センサ１７で検出したフレー ム２の傾斜状態に基づいて行なうようになっている。つまり、コントローラ１７ は、フレーム２の傾斜状態に応じて、フレーム２を常に正立側へ復帰するように 制御する。

【００１５】 例えばフレーム２が前傾するとモータ１１，１２の出力トルクを大きくさせて 車輪の前進側への回転駆動を促進するように制御を行なう。この時には、フレー ム２を前傾させる力に対して、慣性力がこれに対抗するようにフレーム２の後傾 側へ作用してフレーム２を正立側へ復帰させようとする。

【００１６】 逆に、フレーム２が後傾するとモータ１１，１２の出力トルクが逆方向になっ てエンジンブレーキのごとく働いて、車輪の前進側への回転駆動を抑制するよう に制御を行なう。この時には、フレーム２を後傾させる力に対して、慣性力がこ れに対抗するようにフレーム２の前傾側へ作用してフレーム２を正立側へ復帰さ せようとする。

【００１７】 特に、この実施例では、傾斜センサ１７で検出されるフレーム２の傾斜状態か ら傾斜角度θとこの時間微分である傾斜角速度θ′（＝ｄθ／ｄｔ，但しｔは時 間）とを求め、これらの傾斜角度θや傾斜角速度θ′に基づいて、モータ１１， １２の出力トルクの制御を行なう。

【００１８】 つまり、フレーム２の前傾角度θや前傾角速度θ′の大きさが大きいほどモー タ１１，１２の出力トルクを前進側に大きくして、フレーム２の後傾角度θや後 傾角速度θ′の大きさが大きいほどモータ１１，１２の出力トルクを後進側に大 きくする。

【００１９】 具体的には、例えば図２に示すように、フレーム２の傾斜角度θ及び傾斜角速 度θ′について、基準状態よりも前傾側を正（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ；以下、Ｐで表 す）に設定し後傾側を負（Ｎｅｇａｔｉｖｅ；以下、Ｎで表す）に設定し、フレ ーム２の傾斜角度θの大きさ及び傾斜角速度θ′の大きさ（いずれも方向は考え ない）を、例えば大（Ｂｉｇ；以下、Ｂで表す）と、中（Ｍｅｄｉｕｍ；以下、 Ｍで表す）と、小又は０（Ｚｅｒｏ；以下、ＺＯで表す）との３段階に分け、モ ータ１１，１２の出力トルクの方向も車両の前進方向へ加わる側を正（以下、Ｐ で表す）に前進方向へ減じる側を負（以下、Ｎで表す）に設定して、その大きさ も上述のＢとＭとＺＯとの３段階に分けて、図３に示すような正立制御ファジィ マップに基づくファジィ制御によって、モータ１１，１２の出力すべきトルクを 設定する。

【００２０】 つまり、フレーム２の傾斜角度θは、図示しないメンバシップ関数から、前傾 が大きい（ＰＢ）と、前傾が中ぐらい（ＰＭ）と、前傾が小さいか中立状態か後 傾が小さい（ＺＯ）と、後傾が中ぐらい（ＮＭ）と、後傾が大きい（ＮＢ）との ５つのファジィ集合に分けられ、フレーム２の傾斜角速度θ′も、図示しないメ ンバシップ関数から、前傾側への加速が大きい（ＰＢ）と、前傾側への加速が中 ぐらい（ＰＭ）と、前傾側への加速が小さいか前後傾の動きがないか後傾側への 加速が小さい（ＺＯ）と、後傾側への加速が中ぐらい（ＮＭ）と、後傾側への加 速が大きい（ＮＢ）との５つのファジィ集合に分けられる。

【００２１】 そして、図３に示すようなマップに従って、フレーム２の傾斜角度θや傾斜角 速度θ′の値が前傾側に大きいほど（つまり、ＰＢか又はＰＢに近いほど）、モ ータ１１，１２の出力トルクも前進側へ大きい値（ＰＢ）となり、フレーム２の 傾斜角度θ及び傾斜角速度θ′の値が後傾側に大きいほど（つまり、ＮＢか又は ＮＢに近いほど）、モータ１１，１２の出力トルクも後進側へ大きい値（ＮＢ） となる。また、フレーム２の傾斜角度θ及び傾斜角速度θ′の値が、これらの中 間的な値（ＰＭやＺＯやＮＭ）ではモータ１１，１２の出力トルクもこれに対応 して中間的な値（ＰＭやＺＯやＮＭ）となる。

【００２２】 なお、上述の傾斜角度θの基準状態とは、例えばフレーム２の中心線ＣＬの方 向が基準線ＮＬ方向に一致した状態、又はフレーム２の上辺が水平となる状態と か定義できるが、必ずしもこれに限定されず、この例では、フレーム２の上辺が 水平よりもやや前傾した状態を傾斜角度θが０の状態としている。

【００２３】 また、図示しないが、バッテリ１５とモータ１１，１２との間にはスイッチが 設けられ、このスイッチを接続したときだけ、モータ１１，１２に電流を供給で き、上述のコントローラ１６による制御もスイッチを接続したときだけ行なえる ようになっている。

【００２４】 本考案の一実施例としての動力装置付きモノサイクルは、上述のように構成さ れているので、運転者は、図４の（ａ）に示すように、シートＳに着座してハン ドルＨを握りながら図示しないスイッチを入れて、図４の（ｂ）に示すように、 重心をフレーム２の前方に掛けながらフレーム２を前傾させる。これにより、モ ータ１１，１２の出力トルクが前進側に発生して車両が前進する。

【００２５】 つまり、フレーム２を前傾させると、フレーム２の傾斜角度θの値が、ＰＢ又 はＰＭになって、図３に示すような関係で、傾斜角速度θ′の値（この時はＰＢ 又はＰＭ又はＺＯになる）に応じて、モータ１１，１２の出力トルクの大きさは ＰＢ又はＰＭに設定されて、コントローラ１６の制御が行なわれる。

【００２６】 この結果、モータ１１，１２の出力トルクによって車両に前進トルクが加わり 、設定トルクＰＢ又はＰＭに応じた加速度で車両が加速する。設定トルクがＰＢ になるのは、フレーム２の傾斜角度θ及び傾斜角速度θ′が何れも前傾側に大、 又は傾斜角度θ及び傾斜角速度θ′の一方が前傾側に大で他方が中の時で、一般 にフレーム２をある程度の大きな角度まで且つある程度の大きな速度で前傾させ るような場合に、設定トルクがＰＢ、つまり前傾側に大となる。

【００２７】 そして、図４の（ｃ）に示すように、フレーム２の傾斜角度θを前傾側に中以 上の大きさに保持すると、この時には傾斜角速度θ′はＺＯになるので、図３に 示すように、設定トルクはＰＭ、つまり前進側に中となって、車両の加速は小さ くなる。

【００２８】 さらに、フレーム２の傾斜角度θを前傾側に小から後傾側に小までの範囲（つ まり、ＺＯ）に調整してこれを保持すると、傾斜角速度θ′がＺＯとなって、図 ３に示すように、設定トルクはＺＯ、つまり０となり、車両は定速または定速に 近い状態になる。

【００２９】 ただし、このように、フレーム２の傾斜角度θを前傾側から正立側に戻す速度 が速いと、傾斜角速度θ′がＮＭ又はＮＢとなって、図３に示すように、その傾 斜角度θがＰＢやＰＭと前傾側に大きければ設定トルクはＰＭ又はＺＯと前進側 又は０になるが、傾斜角度θがＺＯと小さいと設定トルクはＮＭと後退方向にな る。したがって、この場合には、車両は減速される。

【００３０】 車両を減速するには、このように傾斜角速度θ′が後傾側に中以上の速度にな るように操作することでも行なえるが、図４の（ｄ）に示すように、傾斜角度θ を後傾側に中以上の大きさにしても行なえ、例えば車両を停止させるまで継続し て減速するには、傾斜角度θを後傾側に中以上の大きさに保持すれば、その状態 （ＮＭ又はＮＢ）に応じて設定トルクはＮＭ又はＮＢの後退方向になる。

【００３１】 このような特性を利用して、車両の発進，加速，低速走行，減速及び停止を行 なえるが、この動力装置付きモノサイクルでは、同様に後退方向へも発進，加速 ，低速走行，減速及び停止を行なえる。

【００３２】 特に、フレーム２が常に正立側に調整されるようにトルク制御が行なわれるの で、前後方向への車両の安定が自動的に確保され、モノサイクルの運転を熟練を 要することなく行なえるようになる。

【００３３】 なお、このモノサイクルの操舵は通常の二輪車と同様に、旋回方向へ車体を傾 けるようにして行なう。

【００３４】 また、上述の制御では、モータ１１，１２の出力トルクの大きさを制御してい るが、フレーム２の傾斜角度θ及び傾斜角速度θ′に応じて、モータ１１，１２ の出力トルクの増減量を制御することも考えられる。この場合、例えば出力トル クの増減量をＰＢ，ＰＭ，ＺＯ，ＮＭ，ＮＢの５つのファジィ集合に分けて、Ｐ Ｂならば出力トルクを前進側に大きく増大し、ＰＭならば出力トルクを前進側に 中程度増大し、ＮＭならば出力トルクを後進側に中程度増大し（つまり、中程度 減速し）、ＮＢならば出力トルクを後進側に大きく増大する（つまり、大きく減 速する）。

【００３５】 さらに、ファジィ集合をより細かく分割してもよく、例えば、大きさの程度を 大（Ｂ）と中（Ｍ）と小（Ｓｍａｌｌ；Ｓ）と０（ＺＯ）との４段階に分けて、 これらに方向を加えて、ＰＢ，ＰＭ，ＰＳ，ＺＯ，ＭＳ，ＭＮ，ＭＢの７つのフ ァジィ集合に分け、図３よりも細分化したマップを設けて、制御を行なう。

【００３６】 また、モータ１１，１２の出力トルク制御をファジィ集合を用いずに、フレー ム２の傾斜角度θ及び傾斜角速度θ′に応じた設定トルク量を数式やマップから 求めて、これに基づいて制御を行なうことも考えられる。

【００３７】 そして、動力装置としても、モータ１１，１２のうち一方だけを設けるように したり、また、電動モータでなく、内燃機関等の他のモータを用いてもよい。

【００３８】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の動力装置付きモノサイクルによれば、フレーム にただ１つの車輪を枢着されてなるモノサイクルにおいて、該車輪を回転駆動す る動力装置と、該動力装置の作動を制御する制御手段とをそなえるとともに、該 フレームの傾斜状態を検出する傾斜センサをそなえ、該制御手段が、該フレーム の傾斜状態の検出値が前傾側に増加すると該車輪の前進側への回転駆動を促進す るように該動力装置の作動を制御し、該フレームの傾斜状態の検出値が後傾側に 増加すると該車輪の前進側への回転駆動を抑制するように該動力装置の作動を制 御するように構成されるという簡素な構成により、フレームの前後のバランスを 確保しつつ車輪を駆動できるようになって、容易にモノサイクルを運転できるよ うになり、動力装置を利用して、モノサイクルを広い範囲に利用でき、例えば限 定された敷地内などで、一種の交通手段として利用したり、また、新たなスポー ツとして利用することも考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例としての動力装置付きモノサ
イクルの構成を示す模式的な側面図である。

【図２】本考案の一実施例としての動力装置付きモノサ
イクルの側面をさらに模式化して示す図である。

【図３】本考案の一実施例としての動力装置付きモノサ
イクルの動力装置の制御に関する制御関数を示す図であ
る。

【図４】本考案の一実施例としての動力装置付きモノサ
イクルの動作を示す模式的な側面図である。

【符号の説明】

１ 車輪 ２ フレーム ３ チェーン（又はベルト） ４，５，６ スプロケット ７ テンショナ ８ シート ９ ハンドル １０ 足載（ステップ） １１，１２ 動力装置としてのトルク制御式電動モータ １３，１４ 減速ギヤ機構 １５ バッテリ １６ 制御手段としてのコントローラ １７ 傾斜センサ

フロントページの続き (72)考案者 手嶋 高士 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 青野 和彦 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 田村 知久 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 渡辺 武司 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 早舩 一弥 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)考案者 佐野 喜亮 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームにただ１つの車輪を枢着されて
   なるモノサイクルにおいて、該車輪を回転駆動する動力
   装置と、該動力装置の作動を制御する制御手段とをそな
   えるとともに、該フレームの傾斜状態を検出する傾斜セ
   ンサをそなえ、該制御手段が、該フレームの傾斜状態の
   検出値が前傾側に増加すると該車輪の前進側への回転駆
   動を促進するように該動力装置の作動を制御し、該フレ
   ームの傾斜状態の検出値が後傾側に増加すると該車輪の
   前進側への回転駆動を抑制するように該動力装置の作動
   を制御するように構成されていることを特徴とする、動
   力装置付きモノサイクル。