(57)【要約】【課題】高速走行時に急旋回動作を行うと、ユーザが転倒しまうおそれがあるという問題があった。【解決手段】ユーザが搭乗して走行する走行装置であって、前輪および後輪と、前輪を回転可能に支持する前輪支持部材と、後輪を回転可能に支持する後輪支持部材と、前輪支持部材に設けられたハンドルと、後輪支持部材に設けられ、ユーザが搭乗する搭乗部と、前輪および後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、を備える。ここで、前輪支持部材と後輪支持部材の相対姿勢に応じて前輪と後輪のホイールベース長が可変となるように、前輪支持部材と後輪支持部材が支軸を介して連結され、ホイールベース長が最短になる前輪支持部材と後輪支持部材の相対姿勢から、ホイールベース長が最長になる前輪支持部材と後輪支持部材の相対姿勢に変わるにしたがって、ハンドルがユーザ側に相対的に接近可能に支軸の位置が設定されている。【選択図】図３
2018030516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザが搭乗して走行する走行装置であって、
前輪および後輪と、
前記前輪を回転可能に支持する前輪支持部材と、
前記後輪を回転可能に支持する後輪支持部材と、
前記前輪支持部材に設けられたハンドルと、
前記後輪支持部材に設けられ、前記ユーザが搭乗する搭乗部と、
前記前輪および前記後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、
を備え、
前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対姿勢に応じて前記前輪と前記後輪のホイールベース長が可変となるように、前記前輪支持部材と前記後輪支持部材が支軸を介して連結され、
前記ホイールベース長が長くなるにしたがって、前記駆動部の駆動によって達成される前記走行装置の速度が大きくなるように制御され、
前記ハンドルの旋回操作によって前記前輪の向きが変化して前記走行装置の旋回が可能となり、
前記ホイールベース長が最短になる前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対姿勢から、前記ホイールベース長が最長になる前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対姿勢に変わるにしたがって、前記ハンドルが前記ユーザ側に相対的に接近可能に前記支軸の位置が設定されている、走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが搭乗して走行する走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルモビリティが脚光を浴びている。パーソナルモビリティは、小回りを優先させて小型に製造されることが多く、そのために高速走行時の走行安定性には欠けるという課題があった。パーソナルモビリティに限らず、高速走行時の走行安定性を高める観点から、ホイールベース長を調整できる車輌が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１０６７１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２３１４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホイールベース長が調整できるこれまでに提案されている車輌は、ホイールベース長を伸ばした上で、高速走行をしていた。そのため、高速走行時の走行安定性、特に直進性は向上していた。
【０００５】
しかし、パーソナルモビリティは、軽量であり、ユーザの体重よりも軽い場合が多いため、高速走行時に急旋回動作を行うと、ユーザにかかる遠心力をパーソナルモビリティ本体で支えきれず、ユーザが転倒しまうおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高速走行時の急旋回動作を制限する走行装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る走行装置は、
ユーザが搭乗して走行する走行装置であって、
前輪および後輪と、
前記前輪を回転可能に支持する前輪支持部材と、
前記後輪を回転可能に支持する後輪支持部材と、
前記前輪支持部材に設けられたハンドルと、
前記後輪支持部材に設けられ、前記ユーザが搭乗する搭乗部と、
前記前輪および前記後輪の少なくともいずれかを駆動する駆動部と、
を備え、
前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対姿勢に応じて前記前輪と前記後輪のホイールベース長が可変となるように、前記前輪支持部材と前記後輪支持部材が支軸を介して連結され、
前記ホイールベース長が長くなるにしたがって、前記駆動部の駆動によって達成される前記走行装置の速度が大きくなるように制御され、
前記ハンドルの旋回操作によって前記前輪の向きが変化して前記走行装置の旋回が可能となり、
前記ホイールベース長が最短になる前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対姿勢から、前記ホイールベース長が最長になる前記前輪支持部材と前記後輪支持部材の相対姿勢に変わるにしたがって、前記ハンドルが前記ユーザ側に相対的に接近可能に前記支軸の位置が設定されている。
【０００８】
このような構成により、ユーザは、高速走行時には、ハンドルの旋回操作がしにくくなり、ハンドルの旋回角度が小さく規制される。したがって、高速走行時の急旋回動作を制限することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、高速走行時の急旋回動作を制限する走行装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る走行装置の低速走行時における側面概観図である。
【図２】図１の走行装置の上面概観図である。
【図３】図１の走行装置の高速走行時における側面概観図である。
【図４】実施の形態１に係る走行装置の制御ブロック図である。
【図５】走行中の処理を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
【００１２】
＜実施の形態１＞
実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係る走行装置１００の低速走行時における側面概観図であり、図２は、図１の状態における走行装置１００を上方から観察した上面概観図である。なお、図２では、図１において点線で示すユーザ９００を省いている。
【００１３】
走行装置１００は、パーソナルモビリティの一種であり、ユーザが立って搭乗することを想定した電動式の移動用車輌である。走行装置１００は、走行方向に対して１つの前輪１０１と２つの後輪１０２（右側後輪１０２ａ、左側後輪１０２ｂ）を備える。前輪１０１は、ユーザ９００がハンドル１１５を操作することで向きが変わり、操舵輪として機能する。右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂは、車軸１０３で連結されており、不図示のモータと減速機構からなる駆動部によって駆動されて、駆動輪として機能する。走行装置１００は、３つの車輪によって３点で接地しており、ユーザ９００が搭乗していない駐機状態でも自立する、静的安定車輌である。
【００１４】
前輪１０１は、前輪支持部材１１０により回転可能に支持されている。前輪支持部材１１０は、前側支柱１１１とフォーク１１２を含む。フォーク１１２は、前側支柱１１１の一端側に固定されており、前輪１０１を両側方から挟んで回転自在に軸支している。前側支柱１１１の他端側には、ハンドル１１５が前輪１０１の回転軸方向に延伸するように固定されている。ユーザ９００がハンドル１１５を旋回操作すると、前側支柱１１１は、その操作力を伝達して前輪１０１の向きを変える。
【００１５】
後輪１０２は、後輪支持部材１２０により回転可能に支持されている。後輪支持部材１２０は、後側支柱１２１と本体部１２２を含む。本体部１２２は、後側支柱１２１の一端側を固定支持すると共に、車軸１０３を介して右側後輪１０２ａと左側後輪１０２ｂを回転自在に軸支している。本体部１２２は、上述のモータと減速機構からなる駆動部、モータに給電するバッテリ等を収容する筐体の機能も担う。本体部１２２の上面にはユーザ９００が搭乗時に足を置くための搭乗部となるステップ１４１が設けられている。
【００１６】
前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とは、旋回継手１３１とヒンジ継手１３２を介して連結されている。旋回継手１３１は、前輪支持部材１１０を構成する前側支柱１１１のうち、ハンドル１１５が固定された他端寄りの位置に固定されている。さらに、旋回継手１３１は、ヒンジ継手１３２に枢設されており、前側支柱１１１の伸延方向と平行な旋回軸ＴＡ周りに、ヒンジ継手１３２と相対的に回動する。ヒンジ継手１３２は、後輪支持部材１２０を構成する後側支柱１２１のうち、本体部１２２に支持された一端とは反対側の他端と枢設されており、車軸１０３の伸延方向と平行なヒンジ軸ＨＡ周りに、後側支柱１２１と相対的に回動する。
【００１７】
このような構造により、ユーザ９００は、ハンドル１１５を旋回させると、後輪支持部材１２０に対して旋回軸ＴＡ周りに前輪支持部材１１０が旋回して前輪１０１の向きを変えられる。また、ユーザ９００は、ハンドル１１５を走行方向に対して前方へ傾けると、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とがヒンジ軸ＨＡ周りに相対的に回転して相対姿勢が変化し、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を小さくできる。前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が小さくなると、前輪１０１と後輪１０２のホイールベース（ＷＢ）の間隔であるＷＢ長は短くなる。逆に、ユーザ９００は、ハンドル１１５を走行方向に対して後方へ傾けると、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０とがヒンジ軸ＨＡ周りに相対的に回転して相対姿勢が変化し、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を大きくできる。前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が大きくなると、ＷＢ長は長くなる。
【００１８】
ヒンジ継手１３２の近傍には、付勢バネ１３３が取り付けられている。付勢バネ１３３は、ヒンジ軸ＨＡ周りに、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を小さくする回転方向へ付勢力を発揮する。付勢バネ１３３は、例えば、トーションバネである。付勢バネ１３３の付勢力は、ユーザ９００がハンドル１１５に触れない場合に、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角が構造上の最小角になるように変化させ、一方で、ユーザ９００がハンドル１１５を走行方向に対して後方へ容易に傾けられる程度に設定されている。したがって、ユーザ９００は、ハンドル１１５への加重およびステップ１４１への加重の少なくともいずれかを変化させることにより、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を調整でき、ひいてはＷＢ長を調整できる。
【００１９】
ヒンジ継手１３２の近傍には、回転角センサ１３４が取り付けられている。回転角センサ１３４は、ヒンジ軸ＨＡ周りに前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を出力する。回転角センサ１３４は、例えば、ロータリエンコーダである。回転角センサ１３４の出力は、後述する制御部へ送信される。
【００２０】
走行装置１００は、ＷＢ長が短ければ低速で走行し、ＷＢ長が長ければ高速で走行する。図１は、ＷＢ長が短い低速走行時の様子を示している。図３は、図１と同様の走行装置１００の側面概観図であるが、ＷＢ長が長い高速走行時の様子を示している。
【００２１】
図示するように、前側支柱１１１と後側支柱１２１の成す角を、相対的に開く方向を正として、回転角θとする。また、回転角θが取り得る最小値（最小角）をθＭＩＮ、最大値（最大角）をθＭＡＸとする。例えばθＭＩＮ＝１０度でありθＭＡＸ＝８０度である。換言すると、回転角θがθＭＩＮとθＭＡＸの範囲に収まるように、構造上の規制部材が設けられている。
【００２２】
ＷＢ長は、回転角θと一対一に対応し、ＷＢ長＝ｆ（θ）の関数により換算できる。したがって、回転角θを変化させることによりＷＢ長を調整できる。走行装置１００は、ユーザ９００が回転角θを大きくすると加速し、小さくすると減速する。つまり、回転角θに対して目標速度が対応付けられており、回転角θが変化すると、それに応じた目標速度に到達するように加減速する。別言すれば、回転角θを媒介変数としてＷＢ長と目標速度が対応付けられており、ユーザ９００がＷＢ長を調整すると、目標速度がそのＷＢ長に応じて変化する構成となっている。
【００２３】
回転角θが小さくなるとＷＢ長が短くなるので、小回りが利く。すなわち、狭い場所でも動き回ることができる。逆に回転角θが大きくなるとＷＢ長が長くなるので、走行安定性、特に直進性が向上する。すなわち、高速で走行しても路面上の段差等による揺動を受けにくい。
【００２４】
しかし、走行装置１００は、軽量であり、ユーザ９００の体重よりも軽い場合が多いため、高速走行時に急旋回動作を行うと、ユーザ９００にかかる遠心力を走行装置１００で支えきれず、ユーザ９００が転倒しまうおそれがある。特に、走行装置１００は、上述のように、ハンドル１１５を走行方向に対して前後に傾けてＷＢ長を調整する構成であるため、ユーザ９００は、ＷＢ長を伸ばす操作をする際に、誤って自身の意思とは異なる旋回操作も加えてしまうことがあるため、上記の問題がより生じやすいと考えられる。
【００２５】
そこで本実施の形態１に係る走行装置１００は、前輪支持部材１１０と後輪支持部材１２０の相対姿勢が、ＷＢ長が最短になる相対姿勢から、ＷＢ長が最長になる相対姿勢に変わるにしたがって、ハンドル１１５がユーザ９００側に接近可能なように、前側支柱１１１と後側支柱１２１を連結する支軸となるヒンジ軸ＨＡの位置が設定されている。
【００２６】
すなわち、ＷＢ長が最短である場合は、前側支柱１１１が略垂直になり、ハンドル１１５はユーザ９００の身体から離れた位置にある。このＷＢ長が最短である状態が、図１の低速走行時の状態である。この時のハンドル１１５は、バスやトラックなどの大型車のハンドルのイメージになる。この状態では、ハンドル１１５とユーザ９００の身体とのクリアランスＣＬが広く保たれる。この状態で、ユーザ９００がハンドル１１５を握ると、ユーザ９００の肘にはゆとりができており、ユーザ９００は、上腕および前腕を使ってハンドル１１５を自由に操作することができるため、ハンドル１１５を容易に旋回させることができる。従って、走行装置１００の旋回動作も制限されない。
【００２７】
そして、ＷＢ長が最短から最長に変わるにしたがって、前側支柱１１１がユーザ９００側に斜めに傾いて、ハンドル１１５がユーザ９００の身体に接近する。ＷＢ長が最長になった状態が、図３の高速走行時の状態である。この時のハンドル１１５は、飛行機の操縦桿のイメージになる。この状態では、ハンドル１１５とユーザ９００の身体とのクリアランスＣＬが殆どなくなる。これに加えて、ユーザ９００の肘は曲げられて、ゆとりがなくなり、背面付近に肘が位置することになる。その結果、ユーザ９００は、前腕のみでの動きに身体的制約を受けるため、ハンドル１１５を旋回させようとすると、前腕が身体にあたってしまい、ハンドル１１５を大きく旋回させることが困難になる。これにより、ハンドル１１５の旋回角度が小さく規制されるため、高速走行時の急旋回動作を制限することができ、ユーザ９００の転倒の可能性を低減することができる。また、この時、ユーザ９００は、自身で意識しなくてもハンドル１１５の旋回角度が小さく規制されることになるため、ユーザ９００の操作に依存せずに、ユーザ９００の転倒の可能性を低減することができる。
【００２８】
図４は、走行装置１００の制御ブロック図である。制御部２００は、例えばＣＰＵであり、本体部１２２に収容されている。駆動輪ユニット２１０は、駆動輪である後輪１０２を駆動するための駆動回路やモータを含み、本体部１２２に収容されている。制御部２００は、駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送ることにより、後輪１０２の回転制御を実行する。
【００２９】
車速センサ２２０は、後輪１０２または車軸１０３の回転量を監視して、走行装置１００の速度を検出する。車速センサ２２０は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を速度信号として制御部２００へ送信する。回転角センサ１３４は、上述のように、回転角θを検出する。回転角センサ１３４は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を回転角信号として制御部２００へ送信する。
【００３０】
荷重センサ２４０は、ステップ１４１へ加えられる荷重を検出する、例えば圧電フィルムであり、ステップ１４１に埋め込まれている。荷重センサ２４０は、制御部２００の要求に応じて、検出結果を荷重信号として制御部２００へ送信する。
【００３１】
メモリ２５０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２５０は、走行装置１００を制御するための制御プログラムの他にも、制御に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶している。メモリ２５０は、回転角θを目標速度に変換する変換テーブル２５１を記憶している。
【００３２】
変換テーブル２５１は、回転角θと目標速度の関係を示すテーブルであり、回転角θが大きくなるにつれて、目標速度が大きくなるように設定されている。変換テーブル２５１は、例えば、目標速度を回転角θの関数として表した関数形式として良いが、変換テーブル２５１の形式はこれに限られない。
【００３３】
次に、本実施の形態１における、走行処理について説明する。図５は、走行中の処理を示すフロー図である。フローは、電源スイッチがオンにされ、荷重センサ２４０から荷重ありの信号を受け取った時点、すなわちユーザ９００が搭乗した時点から開始する。
【００３４】
制御部２００は、ステップＳ１０１で、回転角センサ１３４から回転角信号を取得して現在の回転角θを算出する。そして、ステップＳ１０２で、算出した回転角θを、メモリ２５０から読み出した変換テーブル２５１に当てはめ、目標速度を設定する。
【００３５】
制御部２００は、目標速度を設定したら、ステップＳ１０３へ進み、駆動輪ユニット２１０に対して加減速の駆動信号を送信する。具体的には、まず車速センサ２２０から速度信号を受け取り、現在の速度を確認する。そして、目標速度が、現在の速度より大きければ加速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信し、現在の速度より小さければ減速する駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する。
【００３６】
制御部２００は、加減速中も回転角θが変化したか、つまり、ユーザ９００がハンドル１１５を前後に傾けたかを監視する（ステップＳ１０４）。回転角θが変化したと判断したら、再度ステップＳ１０１からやり直す。変化していないと判断したらステップＳ１０５へ進む。
【００３７】
制御部２００は、ステップＳ１０５で、車速センサ２２０から速度信号を受け取り、目標速度に到達したか否かを判断する。目標速度に到達していないと判断したら、ステップＳ１０３へ戻り、加減速を継続する。目標速度に到達したと判断したら、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、目標速度が０であったか否かを確認する。目標速度が０であったなら、ステップＳ１０６の時点では走行装置１００は停止していることになる。そうでなければ、目標速度により走行中であるので、制御部２００は、その速度で走行を維持するように駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信する（ステップＳ１０７）。
【００３８】
制御部２００は、ステップＳ１０７で定速走行している間も、回転角θが変化したか、つまり、ユーザ９００がハンドル１１５を前後に傾けたかを監視する（ステップＳ１０８）。回転角θが変化したと判断したら、ステップＳ１０１へ戻る。変化していないと判断したら定速走行を続けるべく、ステップＳ１０７へ戻る。
【００３９】
ステップＳ１０６で目標速度が０であったと確認したら、ステップＳ１０９へ進み、ユーザ９００が降機したかを荷重センサ２４０から受信する荷重信号から判断する。ユーザ９００が降機していない、つまり荷重があると判断したら、走行制御を継続すべくステップＳ１０１へ戻る。降機したと判断したら、一連の処理を終了する。
【００４０】
＜他の実施の形態＞
本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施の形態１においては、ハンドルをユーザの身体に接近させることでユーザの身体的制約を増やしているが、ユーザの身体的制約を増やす方法はこれに限定されない。
【００４１】
一例として、ユーザの身体に対してハンドルを上下方向に動かすことで、ユーザの身体的制約を増やす構成としても良い。この構成の場合、例えば、ハンドルの高さ位置を調整可能な調整機構を設け、この調整機構の動作をＷＢ長（すなわち、前側支柱と後側支柱の成す回転角）に連動させれば良い。具体的には、ユーザの肘にゆとりがあり、ハンドルを操作し易い高さ位置をユーザが設定し、ＷＢ長が短い低速走行時には、ハンドルを、ユーザが設定した高さ位置に配置し、ＷＢ長が長くなるにしたがって、ハンドルを、ユーザが設定した高さ位置から上方又は下方に移動させれば良い。
【００４２】
また、ユーザの両肘の間隔を狭くすることで、ユーザの身体的制約を増やす構成としても良い。この構成の場合、例えば、前輪の回転軸方向のハンドルの長さを調整可能な調整機構を設け、この調整機構の動作をＷＢ長（すなわち、前側支柱と後側支柱の成す回転角）に連動させれば良い。具体的には、ＷＢ長が短い低速走行時には、前輪の回転軸方向のハンドルの長さを初期値とし、ＷＢ長が長くなるにしたがって、前輪の回転軸方向のハンドルの長さを短くすれば良い。
【００４３】
また、ハンドルの位置は不変で、ユーザの身体をハンドルに接近させることで、ユーザの身体的制約を増やす構成としても良い。この構成の場合、例えば、ステップの位置を調整可能な調整機構を設け、この調整機構の動作をＷＢ長（すなわち、前側支柱と後側支柱の成す回転角）に連動させれば良い。具体的には、ＷＢ長が短い低速走行時には、ステップの位置を初期位置（例えば、図１〜図３の位置）とし、ＷＢ長が長くなるにしたがって、ステップの位置をハンドルに近づければ良い。
【００４４】
また、走行装置は、自立可能な静的安定車輌でなくても良い。また、前輪、後輪は、車輪でなくても良く、球状輪、クローラなどの接地要素であっても構わない。また、駆動輪は後輪に限らず、前輪であっても構わない。また、駆動輪を駆動する動力源はモータに限らず、ガソリンエンジンなどであっても構わない。
【符号の説明】
【００４５】
１００  走行装置、１０１  前輪、１０２  後輪、１０３  車軸、１１０  前輪支持部材、１１１  前側支柱、１１２  フォーク、１１５  ハンドル、１２０  後輪支持部材、１２１  後側支柱、１２２  本体部、１３１  旋回継手、１３２  ヒンジ継手、１３３  付勢バネ、１３４  回転角センサ、１４１  ステップ、２００  制御部、２１０  駆動輪ユニット、２２０  車速センサ、２４０  荷重センサ、２５０  メモリ、２５１  変換テーブル、９００  ユーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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