JPH0513878U - フライホイール付き自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 旋回（ヨー）動作，旋回姿勢，ピッチング動
作等を制御すべくフライホイールをそなえたフライホイ
ール付き自動車に関し、簡素な構成により、旋回性能の
向上、あるいは、制動の安定化および加速性能の向上を
実現すること目的とする。 【構成】 自動車１の車長方向軸まわりに回転するフラ
イホイール２と、このフライホイール２を車長方向軸ま
わりに回転駆動する第１の駆動手段６と、フライホイー
ル２を自動車１の車幅方向軸まわりに回転駆動する第２
の駆動手段７とをそなえ、第１の駆動手段６により回転
中のフライホイール２を第２の駆動手段７により回転駆
動することによって生じる自動車１の車高方向軸まわり
のジャイロモーメントＭｚを用いて、自動車１の車高方
向軸まわりの動作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、旋回（ヨー）動作，旋回姿勢，ピッチング動作等を制御すべくフラ イホイールをそなえたフライホイール付き自動車に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、自動車を旋回させる際には、運転者がハンドルを操作することにより、 前輪を操舵して前輪に横力を発生させ、自動車の重心まわりにヨーモーメントを 発生させて後輪にも横力を発生させ、自動車の向きを変えている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

このような従来の自動車では、旋回が前輪後輪に生じる横力によって行なわれ るために、低μ路などグリップが発生しにくい箇所では旋回性能が低下するほか 、前輪に横力を発生させた後に後輪に横力を発生させて旋回を行なうため、どう しても旋回遅れつまり初期アンダーステアが生じており、これを無くすことが望 まれている。

【０００４】 また、通常、急制動時や急加速時に発生するノーズダイブやテールスクワット が発生するが、車体の姿勢をフラットな状態に常に保持することにより、制動の 安定化および加速性能の向上をはかることが望まれている。

【０００５】 本考案は、このような状況に鑑み創案されたもので、簡素な構成により、旋回 性能の向上、あるいは、制動の安定化および加速性能の向上を実現した、フライ ホイール付き自動車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、本考案のフライホイール付き自動車（請求項１）は、自動車の車長 方向軸まわりに回転するフライホイールと、該フライホイールを該車長方向軸ま わりに回転駆動する第１の駆動手段と、該フライホイールを該自動車の車幅方向 軸まわりに回転駆動する第２の駆動手段とをそなえ、該第１の駆動手段により回 転中の該フライホイールを該第２の駆動手段により回転駆動することによって生 じる該自動車の車高方向軸まわりのジャイロモーメントを用いて、該自動車の車 高方向軸まわりの動作を制御することを特徴としている。

【０００７】 また、本考案のフライホイール付き自動車（請求項２）は、自動車の車高方向 軸まわりに回転するフライホイールと、該フライホイールを該車高方向軸まわり に回転駆動する第１の駆動手段と、該フライホイールを該自動車の車長方向軸ま わりに回転駆動する第２の駆動手段とをそなえ、該第１の駆動手段により回転中 の該フライホイールを該第２の駆動手段により回転駆動することによって生じる 該自動車の車幅方向軸まわりのジャイロモーメントを用いて、該自動車の車幅方 向軸まわりの動作を制御することを特徴としている。

【０００８】

【作用】

上述の本考案のフライホイール付き自動車（請求項１）では、フライホイール を、第１の駆動手段により車長方向軸まわりに回転駆動しながら、同時に、第２ の駆動手段により車幅方向軸まわりに回転駆動することにより、車高方向軸まわ りのジャイロモーメントが発生する。このジャイロモーメントを用いて、自動車 の車高方向軸まわりの動作、つまり、旋回動作（旋回姿勢），ヨー動作が制御さ れる。

【０００９】 また、上述の本考案のフライホイール付き自動車（請求項２）では、フライホ イールを、第１の駆動手段により車高方向軸まわりに回転駆動しながら、同時に 、第２の駆動手段により車長方向軸まわりに回転駆動することにより、車幅方向 軸まわりのジャイロモーメントが発生する。このジャイロモーメントを用いて、 自動車の車幅方向軸まわりの動作、つまり、ピッチング動作が制御される。

【００１０】

【実施例】 以下、図面により、本考案の実施例について説明すると、図１〜図４は本考案 の第１実施例としてのフライホイール付き自動車を示すもので、図１（ａ）はそ の模式的な平面図、図１（ｂ）はその模式的な側面図、図２はそのフライホイー ルを示す斜視図、図３はその旋回動作制御を説明するための平面図、図４はその 旋回姿勢制御を説明するための平面図である。

【００１１】 本実施例では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、自動車１の車両重心位置に 図２に示すようなフライホイール２が搭載されている。なお、図中、本実施例の 装置を分かりやすく示すために、フライホイール２は、実際の自動車１の車両重 心位置と異なる位置に配置した状態で示されている。実際には、図１（ａ），（ ｂ）の位置よりも自動車１の前方寄りの位置が車両重心位置となる。

【００１２】 このフライホイール２は、その中心を通る駆動軸２ａの両端を軸受け３により 枢支されて回転枠４に保持されるとともに、回転枠４は、駆動軸２ａと直交する 方向にキャリア軸４ａを有し、このキャリア軸４ａを軸受け５により枢支されて 自動車１の車体側に保持されている。

【００１３】 そして、本実施例では、フライホイール２の駆動軸２ａは、自動車１の車長方 向軸に平行に配置されるとともに、回転枠４のキャリア軸４ａは、自動車１の車 幅方向軸に平行に配置される。

【００１４】 また、回転枠４には、駆動軸２ａを介してフライホイール２を回転駆動するフ ライホイール駆動用モータ（第１の駆動手段）６がそなえられるとともに、自動 車１の車体側には、キャリア軸４ａを介して回転枠４（フライホイール２，駆動 軸２ａ，軸受け５，モータ６を含む）を回転駆動する回転枠駆動用モータ（第２ の駆動手段）７がそなえらている。

【００１５】 ここで、フライホイール２は、大慣性のもの、例えば、直径４００mm，厚さ１ ０mmの鉄製（密度７３００kg/m³ ）のものを用い、このようなフライホイール２ をモータ６により高速回転駆動するように構成されている。

【００１６】 また、軸受け５は、キャリア軸４ａまわりの回転モーメント以外のフライホイ ール２の力を自動車１の車体側へ伝える機能を果たしている。つまり、モータ６ により回転中のフライホイール２をモータ７により回転駆動することによって生 じる自動車１の車高方向軸まわりのジャイロモーメントＭｚが、自動車１の車体 側に伝達されるようになっている。

【００１７】 なお、図１（ａ），（ｂ）中では、自動車１の重心位置（フライホイール２の 中心位置）を原点とするｘｙｚ座標系が設定されている。ｘ軸は自動車１の前方 へ向かう車長方向軸、ｙ軸は自動車１の前方に対し左方向へ向かう車幅方向軸、 ｚ軸は上方へ向かう車高方向軸となっている。

【００１８】 上述の構成により、次のようにして、フライホイール２にて発生するジャイロ モーメントＭｚによって自動車１の旋回動作や旋回姿勢が制御される。

【００１９】 今、図１（ａ），（ｂ）に示すように、慣性モーメントＩのフライホイール２ を、モータ６によって駆動軸２ａ（ｘ軸）まわりに矢印Ａ１方向へ高速（回転数 ω）で回転駆動した状態で、モータ７によってキャリア軸４ａ（ｙ軸）まわりに 矢印Ａ２方向へ回転駆動（回転数ωｐ）することにより、ｚ軸まわり、即ちヨー 方向で矢印Ａ３方向のジャイロモーメントＭｚ＝Ｉ・ω・ωｐが発生する。

【００２０】 ヨー方向のジャイロモーメントＭｚは、自動車１の重心点まわりの慣性モーメ ントＩｚに反比例した大きさのヨー角加速度を発生するので、自動車１はヨー角 加速度によって旋回動作を行なうことになる。

【００２１】 従って、自動車１を左方向へ旋回させようとする際には、図１（ａ），（ｂ） に実線で示した矢印Ａ１，Ａ２方向へフライホイール２を回転駆動することによ り、左旋回方向のジャイロモーメントＭｚが発生し、このモーメントＭｚによる 旋回中は、自動車１の各車輪が横力を発生する必要がなく、各車輪の能力いっぱ いを使って駆動力を発生するだけで旋回を行なえるようになり、コーナリング性 が向上する。

【００２２】 また、自動車１の旋回が車輪によることなく行なえるようになるので、低μ路 などグリップが発生しにくい箇所での危険回避性も向上する。

【００２３】 なお、図１（ａ）では、自動車１が左方向へ旋回するためのジャイロモーメン トＭｚの発生状態が図示されているが、自動車１を右方向へ旋回させる際には、 図１（ａ），（ｂ）に示すように、フライホイール２を、モータ７によってキャ リア軸４ａ（ｙ軸）まわりに二点鎖線で示す矢印Ａ４方向へ回転駆動（回転数ω ｐ）することにより、自動車１を右方向へ旋回させるジャイロモーメントＭｚが 発生する。

【００２４】 ところで、上述のごとく発生されるフライホイール２によるジャイロモーメン トＭｚを、自動車１の旋回時に以下のように利用することにより、初期アンダー ステアを無くし、自動車１をフライホイール２の無い従来のものに比べてかなり 早く定常円旋回に移行させることができる。

【００２５】 つまり、図３に示すように、自動車１が直線走行してきた後に左方向旋回に移 る瞬間、つまり、運転者が左方向へハンドルを操作した瞬間に、矢印Ａ１方向へ 高速回転するフライホイール２を矢印Ａ４方向へパルス状に回転駆動することで 、図３に矢印Ｂ１で示すように旋回方向とは反対方向のジャイロモーメントＭｚ をパルス状に発生させる。

【００２６】 このようなジャイロモーメントＭｚが発生すると同時に、自動車１の各車輪に は、矢印Ｂ２で示すように、このジャイロモーメントＭｚによる自動車１の回転 を止める方向に横力（反力）が発生する。

【００２７】 パルス状に発生したジャイロモーメントＭｚが無くなると、これと同時に、前 述した横力は、自動車１を左方向へ旋回させるためのコーナリングフォースとし て作用し、自動車１は、矢印Ｂ３で示すように、左方向旋回を開始する。

【００２８】 このようにフライホイール２によるジャイロモーメントＭｚを利用することで 、ジャイロモーメント２をもたない従来の自動車の旋回（矢印Ｂ４）に比べて、 初期アンダーステア（δで示す遅れ分）を無くすことができる。

【００２９】 なお、図３では、自動車１が左方向へ旋回する場合について説明しているが、 右方向へ旋回する際には、上述とは逆に、右方向旋回開始時に、フライホイール ２によるジャイロモーメントＭｚを左方向へパルス状に発生させることにより、 上述と同様の作用効果が得られる。

【００３０】 さらに、自動車１が旋回中に各車輪のグリップ力が限界に達して挙動不安定の 状態になった場合、上述のごとく発生されるフライホイール２によるジャイロモ ーメントＭｚを以下のように利用することにより、自動車１の挙動を安定化方向 へ導くことができる。

【００３１】 つまり、図４に示すように、自動車１が、矢印Ｃ１方向のモーメントを受けて 、矢印Ｃ２方向へ左方向旋回中に、各車輪のグリップ力が限界に達し、矢印Ｃ１ 方向へ回転する挙動不安定の状態になった場合には、このような状態を、例えば 、ヨーレートセンサにより検出し、矢印Ａ１方向へ高速回転するフライホイール ２を矢印Ａ４方向へ回転駆動することで、図４に矢印Ｃ３で示す方向のジャイロ モーメントＭｚを発生させる。

【００３２】 これにより、自動車１の回転が抑えられ、路面の状態によることなく、自動車 １を正常な旋回状態姿勢に復帰させることができる。

【００３３】 次に、図５（ａ），（ｂ）により本考案の第２実施例としてのフライホイール 付き自動車について説明すると、図５（ａ）はその模式的な平面図、図５（ｂ） はその模式的な側面図である。

【００３４】 図５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施例の自動車１Ａは、図２に示した第 １実施例と全く同様のフライホイール２およびその駆動系全部を２組用意し、そ れぞれを自動車１のフロントオーバハング部（左右ヘッドライト近傍）に配置し たものである。このとき、各軸２ａ，４ａの配設方向は、第１実施例のものと全 く同様である。

【００３５】 ところで、ジムカーナ，ダートトライアル，スラローム競技等のモータスポー ツでは、パイロン等を中心として素早く車体の向きを変えることが多々必要とな るが、本実施例の自動車１Ａは、このようなモータスポーツに適したものである 。

【００３６】 即ち、例えば右フロントを中心に回転する時、図５（ａ）に示すように、矢印 Ｄ１方向へ高速回転する右側のフライホイール２を矢印Ｄ２方向へ回転駆動する ことで、矢印Ｄ３で示すようなジャイロモーメントＭｚを発生させる。

【００３７】 これにより、自動車１Ａの回転中心が、車両重心位置から外れて、自動車１Ａ の右フロント部に移動するために、急激な旋回を行なうことができ、自動車１Ａ の急旋回性能を向上させることができる。

【００３８】 なお、左フロントを中心に回転する時には、図５（ａ）に示すように、矢印Ｄ ４方向へ高速回転する左側のフライホイール２を矢印Ｄ５方向へ回転駆動するこ とで、矢印Ｄ６で示すようなジャイロモーメントＭｚを発生させる。

【００３９】 さて、次に図６（ａ），（ｂ）により本考案の第３実施例としてのフライホイ ール付き自動車について説明すると、図６（ａ）はその模式的な平面図、図６（ ｂ）はその模式的な側面図である。

【００４０】 図６（ａ），（ｂ）に示すように、本実施例の自動車１Ｂでも、図２に示し た第１実施例と全く同様のフライホイール２およびその駆動系を、自動車１Ｂの 車両重心位置に搭載しているが、本実施例では、各軸２ａ，４ａの配設方向が第 １実施例とは異なっている。

【００４１】 つまり、本実施例では、フライホイール２の駆動軸２ａは、自動車１Ｂの車高 方向軸（ｚ軸）に平行に配置されるとともに、回転枠４のキャリア軸４ａは、自 動車１Ｂの車長方向軸（ｘ軸）に平行に配置される。

【００４２】 上述の構成により、本実施例では、次のようにして、フライホイール２にて 発生するジャイロモーメントＭｙによって自動車１Ｂのピッチング動作が制御さ れる。

【００４３】 図６（ａ），（ｂ）に示すように、慣性モーメントＩのフライホイール２を、 モータ６によって駆動軸２ａ（ｚ軸）まわりに矢印Ｅ１方向へ高速（回転数ω） で回転駆動した状態で、モータ７によってキャリア軸４ａ（ｘ軸）まわりに矢印 Ｅ２方向へ回転駆動（回転数ωｒ）することにより、ｙ軸まわり、即ちピッチン グ方向で矢印Ｅ３方向のジャイロモーメントＭｙ＝Ｉ・ω・ωｒが発生する。

【００４４】 なお、モータ７によってキャリア軸４ａまわりに回転する方向を矢印Ｅ２とは 逆の方向とすることで、矢印Ｅ３とは逆の方向のジャイロモーメントＭｙが得ら れることは言うまでもない。

【００４５】 ピッチング方向のジャイロモーメントＭｙは、自動車１Ｂの重心点まわりの慣 性モーメントＩｙに反比例した大きさのピッチング角加速度を発生するので、自 動車１Ｂの慣性によって発生するピッチ角がフライホイールによるピッチ角によ って相殺される。

【００４６】 従って、上述のごとく発生されるピッチング方向のジャイロモーメントＭｙを 用いて、制動時や加速時に発生するノーズダイブやテールスクワットを無くして 、自動車１Ｂの車体の姿勢をフラットな状態に常に保持することができ、制動の 安定化および加速性能が大幅に向上する。

【００４７】 また、ＦＦ車は加速時に駆動輪である前輪が浮いてしまい充分な駆動力を得ら れなくなる場合があるが、このような場合に、本実施例のごとくフライホイール ２を搭載することで、そのジャイロモーメントＭｙによって前輪に荷重を付加す ることが可能になり、より良い加速性能が得られる。同様に、制動時には、ジャ イロモーメントＭｙ後輪に荷重を付加することによって安定した制動を行なえる 。

【００４８】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案のフライホイール付き自動車（請求項１）によれ ば、自動車の車長方向軸まわりに回転するフライホイールと、該フライホイール を該車長方向軸まわりに回転駆動する第１の駆動手段と、該フライホイールを該 自動車の車幅方向軸まわりに回転駆動する第２の駆動手段とをそなえ、該第１の 駆動手段により回転中の該フライホイールを該第２の駆動手段により回転駆動す ることによって生じる該自動車の車高方向軸まわりのジャイロモーメントを用い て、該自動車の車高方向軸まわりの動作を制御するという極めて簡素な構成によ り、自動車の旋回性能が大幅に向上する効果がある。

【００４９】 また、本考案のフライホイール付き自動車（請求項２）によれば、自動車の車 高方向軸まわりに回転するフライホイールと、該フライホイールを該車高方向軸 まわりに回転駆動する第１の駆動手段と、該フライホイールを該自動車の車長方 向軸まわりに回転駆動する第２の駆動手段とをそなえ、該第１の駆動手段により 回転中の該フライホイールを該第２の駆動手段により回転駆動することによって 生じる該自動車の車幅方向軸まわりのジャイロモーメントを用いて、該自動車の 車幅方向軸まわりの動作を制御するという極めて簡素な構成により、制動の安定 化および加速性能が大幅に向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例としてのフライホイール付
き自動車を示すもので、（ａ）はその模式的な平面図、
（ｂ）はその模式的な側面図である。

【図２】本実施例において用いられるフライホイールを
示す斜視図である。

【図３】第１実施例による自動車の旋回動作制御を説明
するための平面図である。

【図４】第１実施例による自動車の旋回姿勢制御を説明
するための平面図である。

【図５】本考案の第２実施例としてのフライホイール付
き自動車を示すもので、（ａ）はその模式的な平面図、
（ｂ）はその模式的な側面図である。

【図６】本考案の第３実施例としてのフライホイール付
き自動車を示すもので、（ａ）はその模式的な平面図、
（ｂ）はその模式的な側面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ 自動車 ２ フライホイール ２ａ 駆動軸 ３ 軸受け ４ キャリア ４ａ キャリア軸 ５ 軸受け ６ フライホイール駆動用モータ（第１の駆動手段） ７ キャリア駆動用モータ（第２の駆動手段）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車の車長方向軸まわりに回転するフ
   ライホイールと、該フライホイールを該車長方向軸まわ
   りに回転駆動する第１の駆動手段と、該フライホイール
   を該自動車の車幅方向軸まわりに回転駆動する第２の駆
   動手段とがそなえられ、該第１の駆動手段により回転中
   の該フライホイールを該第２の駆動手段により回転駆動
   することによって生じる該自動車の車高方向軸まわりの
   ジャイロモーメントを用いて、該自動車の車高方向軸ま
   わりの動作が制御されることを特徴とする、フライホイ
   ール付き自動車。
2. 【請求項２】 自動車の車高方向軸まわりに回転するフ
   ライホイールと、該フライホイールを該車高方向軸まわ
   りに回転駆動する第１の駆動手段と、該フライホイール
   を該自動車の車長方向軸まわりに回転駆動する第２の駆
   動手段とがそなえられ、該第１の駆動手段により回転中
   の該フライホイールを該第２の駆動手段により回転駆動
   することによって生じる該自動車の車幅方向軸まわりの
   ジャイロモーメントを用いて、該自動車の車幅方向軸ま
   わりの動作が制御されることを特徴とする、フライホイ
   ール付き自動車。