(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源と、
前記駆動源から出力される駆動力によって回転可能な駆動輪と、
前記駆動源から出力される駆動力によって作動するサスペンションと、
前記駆動源と、前記駆動輪または前記サスペンションとの接続を切り替える切替え手段とを有する走行装置を備え、
前記切替え手段は、
前記駆動源に設けられた駆動クラッチ板と、
前記駆動輪に設けられ、前記駆動クラッチ板と接続可能なタイヤクラッチ板と、
前記サスペンションに設けられ、前記駆動クラッチ板と接続可能なサスペンションクラッチ板とを有し、
各々のクラッチ板を選択的に制動可能な制動手段を備えることを特徴とする車両。
【請求項２】
請求項１に記載の車両において、
前記サスペンションは、前記サスペンションクラッチ板と同期して回転する回転板とコネクティングロッドからなるクランク機構であることを特徴とする車両。
【請求項３】
請求項２に記載の車両において、
前記走行装置を複数備えるとともに、
各々の走行装置の前記切替え手段を制御する制御部を備えることを特徴とする車両。
【請求項４】
請求項３に記載の車両において、
前記制御部は、前記車両に設けられた加速度センサの入力信号に基づいたスカイフック制御により制御されることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体と複数の駆動輪を備え、各々の駆動輪が個別の駆動源によって駆動される車両に関し、特に、駆動力によって作動するサスペンション装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の駆動タイヤを備えた車両であって、駆動タイヤ毎に駆動源が設けられた車両が知られている。このような車両においては、各々の駆動タイヤを独立して回転させることが可能である。
また、上記のような車両においては、路面からの振動を懸架装置（サスペンション装置）によって吸収する。サスペンション装置には、受動的に振動を吸収するパッシブサスペンションが一般的であるが、能動的に振動を吸収する機構としてアクティブサスペンション装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２５８６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、能動的にサスペンション装置で振動を吸収するためには、駆動タイヤを駆動させるための駆動装置とは別に駆動源を必要とするため、これが車両のコストを増大させる要因となっていた。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、１つの駆動源を用いて駆動タイヤとサスペンションのそれぞれを作動させることができる車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００７】
本発明の車両は、駆動源と、前記駆動源から出力される駆動力によって回転可能な駆動輪と、前記駆動源から出力される駆動力によって作動するサスペンションと、前記駆動源と、前記駆動輪または前記サスペンションとの接続を切り替える切替え手段とを有する走行装置を備え、前記切替え手段は、前記駆動源に設けられた駆動クラッチ板と、前記駆動輪に設けられ、前記駆動クラッチ板と接続可能なタイヤクラッチ板と、前記サスペンションに設けられ、前記駆動クラッチ板と接続可能なサスペンションクラッチ板とを有し、各々のクラッチ板を選択的に制動可能な制動手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明においては、必要に応じて切替え手段によって接続を切替えることで１つの駆動源を用いて、駆動輪とサスペンションのそれぞれを作動させることが可能となる。
【００１０】
この発明においては、駆動クラッチ板を制動することにより、切り替えをよりスムーズに行うことができる。また、サスペンションクラッチ板を制動することにより、車体振動のセミアクティブ制御が可能となる。
【００１１】
また、本発明の車両においては、前記走行装置を複数備えるとともに、各々の走行装置の前記切替え手段を制御する制御部を備えることが好ましい。
【００１２】
この発明においては、１つの制御部を用いて複数の走行装置が連携した制御することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の車両においては、前記サスペンションは、前記サスペンションクラッチ板と同期して回転する回転板とコネクティングロッドからなるクランク機構であることが好ましい。
【００１４】
この発明においては、駆動源をサスペンションクラッチ板に接続することによって、サスペンションクラッチ板の回転を車両の上下方向の変換することができると共に、車両の上下方向の動きを駆動源に伝達することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の車両においては、前記制御部は、前記車両に設けられた加速度センサの入力信号に基づいたスカイフック制御により制御されることが好ましい。
【００１６】
この発明においては、車両の振動をより安定して制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、１つの駆動源を用いて駆動輪とサスペンションのそれぞれを作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の車両の側面図である。
【図２】走行装置の正面図である。
【図３】切替え手段の動きを示す模式図である。
【図４】車両のアクティブサスペンション装置の側面図である。
【図５】車両のシステム構成を示す模式図である。
【図６】フィードフォワード制御の動作を示すフローチャートである。
【図７】フィードフォワード制御を適用した車両の動作を順に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、車両１は車体２と各々独立して制御可能な６つの駆動タイヤ３（図１には片側の３つの駆動タイヤ３を示す）を備えている。各々の駆動タイヤ３は、図５に示す制御部２１によって制御される走行装置４によって個別に制御され、独立して上下させることが可能に構成されている。また、車体２の上面前端及び上面後端には、加速度センサ５が取り付けられている。加速度センサ５は、車体２の上下の振動状態を監視している。
【００２０】
図２に示すように、車体２は、パッシブサスペンション装置６及びアクティブサスペンション装置７（サスペンション）を介して走行装置４及び駆動タイヤ３によって支持されている。アクティブサスペンション装置７は、制御部２１（図５参照）と協働して、例えば車体２の振動を低減する。パッシブサスペンション装置６は、バネとダンパによるものを模式的に示したものであり、任意の懸架方式のサスペンション装置を採用することができる。
【００２１】
走行装置４は、モータ８（駆動源）と、３つのクラッチ版１０，１１，１２からなる切替え手段２３と、クラッチ板１０，１１，１２を制動可能に構成されたブレーキ装置１３（制動手段）とから構成されている。クラッチ板１０，１１，１２は、モータ８のシャフト９の軸端に設けられた円板形状の駆動クラッチ板１０と、駆動クラッチ板１０と接続可能に設けられた円板形状のタイヤクラッチ板１１と、駆動クラッチ板１０と接続可能に設けられた円板形状のアクティブサスペンション装置７のサスペンションクラッチ板１２である。モータ８は、発電機としての機能も有しており、また、シャフト９の回転変位量を検出可能なエンコーダ１９を備えている。
これらの構成要素は、図示しないシャーシーに取り付けられている。
【００２２】
図３に示すように、タイヤクラッチ板１１は、駆動タイヤ３のタイヤシャフト１５の軸端に設けられており、駆動クラッチ板１０と接続されることによって駆動タイヤ３を駆動させるように構成されている。サスペンションクラッチ板１２は、モータ８と、駆動クラッチ板１０との間に回転可能に配置されており、その中心にシャフト９が貫通している。駆動クラッチ板１０とタイヤクラッチ板１１、及び駆動クラッチ板１０とサスペンションクラッチ板１２は、例えばそれぞれ電磁クラッチとして構成されている。
【００２３】
具体的には、走行用クラッチ部３１を構成する駆動クラッチ板１０とタイヤクラッチ板１１のうち、タイヤクラッチ板１１には電磁石１１ａが設けられている。タイヤクラッチ板１１の電磁石１１ａは、図５に示す走行用クラッチ制御部３２からの出力に応じて界磁され、これにより駆動クラッチ１０とタイヤクラッチ板１１とを連結することが可能となる。
【００２４】
同様に、サスペンション用クラッチ部３３を構成する駆動クラッチ板１０とサスペンションクラッチ板１２のうち、サスペンションクラッチ板１２には電磁石１２ａが設けられている。サスペンションクラッチ板１２の電磁石１２ａは、図５に示すサスペンション用クラッチ制御部３４からの出力に応じて界磁され、これにより駆動クラッチ１０とサスペンションクラッチ板１２とを連結することが可能となる。
【００２５】
上記構成により、駆動クラッチ板１０がタイヤクラッチ板１１に接続された状態で、モータ８を駆動することによって、駆動タイヤ３を駆動させることができる。また、駆動クラッチ板１０がサスペンションクラッチ板１２に接続された状態で、モータ８を駆動することによって、アクティブサスペンション装置７を制御することができる。
【００２６】
ブレーキ装置１３はドラム式であり、円筒形のドラム１３ａとドラム１３ａの内側に設けられたブレーキシュー１３ｂと、ドラム１３ａの軸方向（図２の左右方向）の位置を調整する位置調整手段１４と、図５に示すブレーキ制御部３５とを備える。ドラム１３ａは、ブレーキ制御部３５からの出力に応じて、例えばバンド（図示せず）で外側から押さえつけられることによって、クラッチ板１０，１１，１２を制動する。
位置調整手段１４は、ドラム１３ａを軸方向にスライド可能に支持するスライダ１４ａと、スライダ１４ａに沿ってドラム１３ａを移動可能なアクチュエータ１４ｂ（図示せず）とを有し、アクチュエータ１４ｂはブレーキ制御部３５によって制御される。
上記構成により、ドラム１３ａを軸方向に移動させることによって、駆動クラッチ板１０、タイヤクラッチ板１１、サスペンションクラッチ板１２を選択的に制動可能となる。
【００２７】
図４に示すように、サスペンションクラッチ板１２の外周近傍にはコネクトピン１６が設けられていると共に、車体２の側面下方にもコネクトピン１７が設けられている。これらコネクトピン１６，１７には、コネクティングロッド１８で接続されており、サスペンションクラッチ板１２とコネクティングロッド１８とで、クランク機構を構成している。これにより、車体２の上下運動に伴い、サスペンションクラッチ板１２が回動する。または、サスペンションクラッチ板１２をモータ８によって回動させることで、車体２とサスペンションクラッチ板１２との距離、つまり、車体２と駆動タイヤ３との距離を変化させることができる。
【００２８】
次に、制御部２１のシステム構成について説明する。
図５に示すように、制御部２１は複数の走行装置４（本実施形態は６つの走行装置４）を制御可能に構成されている。各走行装置４は、モータ８の制御を行うモータ制御部３０と、走行用クラッチ部３１の制御を行う走行用クラッチ制御部３２と、サスペンション用クラッチ部３３の制御を行うサスペンション用クラッチ制御部３４とを有している。
【００２９】
モータ制御部３０は、モータ８を回動させるような信号を出力するもので、モータ８に設けられたエンコーダ１９の信号に基づいてモータ８の回転数を制御することができる。また、エンコーダ１９の信号は、制御部２１にも出力され、モータ８の制御以外にも利用することができる。
走行用クラッチ制御部３２は、タイヤクラッチ板１１に設けられた電磁石１１ａを界磁するための出力を制御する制御部であり、サスペンション用クラッチ制御部３４は、サスペンションクラッチ板１２に設けられた電磁石１２ａを界磁するための出力を制御する制御部である。
【００３０】
また、ブレーキ制御部３５は、ドラム１３ａを作動させるための出力、及びドラム１３ａを軸方向に移動させるアクチュエータ１４ｂを作動させるための出力を制御する制御部である。
車体２に設けられた加速度センサ５，５の出力は、直接制御２１に送られる。また、各制御部は、電力を供給するためのバッテリー２２に接続されている。
【００３１】
（タイヤ通常走行）
上記実施形態によれば、各走行装置４において駆動クラッチ板１０をタイヤクラッチ板１１に接続し、モータ８の駆動力を駆動タイヤ３に伝達することによって、駆動タイヤ３を駆動することができる。以下、このような走行装置４が駆動タイヤ３を駆動可能な状態をタイヤ駆動状態と呼ぶ。これにより、車両１を走行させることができる。タイヤ駆動状態においては、車体２は、走行装置４と対応して設けられたパッシブサスペンション装置６によって支持される。また、ブレーキ装置１３の接続先をタイヤクラッチ板１１にし、ブレーキ装置１３のドラム１３ａをタイヤクラッチ板１１と対応する位置とした状態でブレーキ装置１３を作動させることで、車両１の制動を行うことができる。
また、モータ８のエンコーダ１９の信号より車両１の速度を算出し、車両１の速度を一定に保つなどの制御を行うことができる。
【００３２】
（モータ駆動力の切替え）
上記実施形態によれば、１つのモータ８により、車両１の走行、及びアクティブサスペンション装置７の作動が可能となる。
具体的には、制御部２１による制御の元、走行用クラッチ制御部３２により、駆動クラッチ板１０がタイヤクラッチ板１１に接続されることによって、モータ８の駆動力が駆動タイヤ３に伝達され、車両１が走行力を得る。また、各走行装置４において、サスペンション用クラッチ制御部３４により、駆動クラッチ板１０がサスペンションクラッチ板１２に接続されることにより、アクティブサスペンション装置７を作動させることが可能となる。以下、この状態をアクティブサスペンション状態と呼ぶ。
また、モータ８の駆動力の切替え時においては、ブレーキ制御部３５により、ブレーキ装置１３の接続先を駆動クラッチ板１０とすることで、モータ８のシャフト９の回転速度をゼロにしてから駆動クラッチ板１０をサスペンションクラッチ板１２に接続することができる。
【００３３】
例えば、車両１の発進時においては、走行用クラッチ制御部３２により、全ての走行装置４をタイヤ駆動状態とすることで、全ての駆動タイヤ３にモータ８の駆動力を伝達させ、最大の加速力を得ることができる。発進後、駆動トルクに余裕が生じた場合においては、サスペンション用クラッチ制御部３４によって、駆動トルクに余裕のある駆動タイヤ３（例えば、前後方向中央の駆動タイヤ３）に対応するモータ８の駆動クラッチ板１０をサスペンションクラッチ板１２に接続し、この駆動タイヤ３に対応するアクティブサスペンション装置７を作動させることができる。また、下りの坂道の走行中など、慣性走行中においては、サスペンション用クラッチ制御部３４によって、全ての駆動タイヤ３に対応するアクティブサスペンション装置７を作動させることができる。
【００３４】
（フィードフォワード制御）
上記実施形態によれば、突起が大きい路面を走行する場合には、以下に説明するようなフィードフォワード制御が特に有効となる。以下、図６及び図７を参照して、本実施形態によるフィードフォワード制御時の車両の動作を説明する。
まず、走行中の車両１において、最前方の駆動タイヤ３ａのエンコーダ１９を監視状態とし、車体１に対して大きな入力があるかどうか監視する（ステップＳ１）。図７（ａ）に示すように、アクティブサスペンション状態とされた最前方の駆動タイヤ３ａが、突起Ｐに乗り上げると、駆動タイヤ３が上方に突き上げられ、アクチュエータ１５のクランク機構によって、サスペンションクラッチ板１２が回転する。これにより、エンコーダ１９がカウントされ突起Ｐを感知する。この信号が制御部２１に送信されることにより、制御部２１よりフィードフォワード制御が発動される（ステップＳ２）。
【００３５】
次に、制御部２１は、車両１の走行速度から突起Ｐが後続の駆動タイヤ３ｂに到達する時間を計算する。走行速度は、タイヤ駆動状態にある走行装置４のエンコーダ１９のカウントから算出することができる（ステップＳ３）。
【００３６】
次に、駆動タイヤ３ｂに対応する走行装置４を駆動状態からアクティブサスペンション状態に切替える。すなわち、駆動タイヤ３ｂに対応する走行用クラッチ制御部３２が、タイヤクラッチ板１１の電磁石１１ａの磁力をゼロにするように、電磁石１１ａへの電力の供給を停止する。次いで、駆動クラッチ板１０の回転速度をゼロにする。この際、急激に速度をゼロにする必要がある場合は、ブレーキ制御部３５によってドラム１３ａ及び位置調整手段１４のアクチュエータ１４ｂを作動させる。次いで、サスペンション用クラッチ制御部３４は、サスペンションクラッチ板１２の電磁石１２ａを界磁するように、電磁石１２ａに電力を供給し、駆動クラッチ板１０とサスペンションクラッチ板１２とを連結させる。これにより、駆動タイヤ３ｂをアクティブサスペンション状態にする（ステップＳ４）。
【００３７】
次に、図７（ｂ）に示すように、制御部２１は、ステップＳ２で計算した到達時間に基づき、突起Ｐが駆動タイヤ３ｂに到達する前に駆動タイヤ３ｂを上方に移動させる。次いで、突起Ｐ通過後に駆動タイヤ３ｂを下方に移動させる。具体的には、アクティブサスペンション状態において、モータ制御部３５によりモータ８を駆動することによりサスペンションクラッチ板１２を回転させてアクティブサスペンション装置７を作動させることにより、駆動タイヤ３ｂを移動させる（ステップＳ５）。
【００３８】
次に、駆動タイヤ３ｂに対応する走行装置４をアクティブサスペンション状態から駆動状態に切替える。具体的には、すなわち、駆動タイヤ３ｂに対応するサスペンション用クラッチ制御部３４が、サスペンションクラッチ板１２の電磁石１２ａの磁力をゼロにするように
電磁石１２ａへの電力の供給を停止する。次いで、走行用クラッチ制御部３２は、タイヤクラッチ板１１の電磁石１１ａを界磁するように、電磁石１１ａに電力を供給し、駆動クラッチ板１０とタイヤクラッチ板１１とを連結させる。駆動クラッチ板１０をタイヤクラッチ板１１に接続する際は、モータ８の回転速度を車両１の走行速度に対応した回転速度に調整した上で接続する（ステップＳ６）。
【００３９】
以下、図７（ｃ）に示すように、最後方の駆動タイヤ３ｃが突起Ｐを乗り越えるように制御を行う。次いで、図７（ｄ）に示すように、最前方の駆動タイヤ３ａのみをアクティブサスペンション状態とし、突起Ｐに備える。
以上のような制御を行うことによって、本実施形態の車両１は、突起Ｐを効率的に乗り越えることができる。
【００４０】
（車体振動のアクティブ制御）
アクティブサスペンション装置７の制御則は、スカイフック制御理論を基本とする。具体的には加速度センサ５の信号を元にモータ８を駆動し、アクチュエータ１５の動きの制御を行う。また、アクティブサスペンション状態にある走行装置４のエンコーダ１９のカウントから車体２の上下方向のストローク速度を算出し、この情報を元に制御を行うことも可能である。また、スカイフック制御において、特定の周波数（車体固有値）のみに効果を発揮するようにフィルタを通した制御（周波数成形）を行うことも可能である。
【００４１】
（車体振動のセミアクティブ制御）
また、例えば不整地の走行など、駆動トルクに余裕がない場合においては、ブレーキ装置１３を用いて車体振動のセミアクティブ制御を行うことができる。具体的には、走行用クラッチ制御部３２からの指令により、駆動クラッチ板１０をタイヤクラッチ板１１に接続したままで、ブレーキ装置１３を用いてサスペンションクラッチ板１２の回動を制動する摩擦力を制御することによってセミアクティブ制御を行う。
【００４２】
（エネルギー回生）
また、アクティブサスペンション状態においては、車体２の振動からモータ８を介してバッテリー２２にエネルギー回生を行うことができる。具体的には、アクティブサスペンション状態の駆動タイヤ３が凹凸を通過することによって、車体２に振動が発生すると、アクチュエータ１５のクランク機構によって、サスペンションクラッチ板１２が回動する。この回動による運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することによって、バッテリー２２に電力を貯えることができる。
また、タイヤ駆動状態においては、ブレーキ装置１３を使用した制動の際に発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することによって、バッテリー２２に電力を貯える、所謂回生ブレーキとして機能させることもできる。
【００４３】
（停止時における車体安定化）
本実施形態によれば、車両１の停止時において、例えば車両１の上面にクレーン（起重機）を搭載し、吊り上げなどの操作を行う場合、サスペンション用クラッチ制御部３４からの指令により、全ての駆動タイヤ３をアクティブサスペンション状態とする。これによって、操作時における車両１の姿勢を安定化することができる。また、車体１の動きによりアクチュエータ１５を回動させることによって、エネルギー回生を行うこともできる。さらに、例えば強風による突発的な揺れなどに対しては、ブレーキ装置１３を用いてサスペンションクラッチ板１２を制動することにより、姿勢変化を小さくすることもできる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、車両１の駆動タイヤ３の数を６つとしたが、これに限ることはなく、想定される路面の状況に応じて駆動タイヤ３の数は変更することができる。
また、本実施形態においては、アクティブサスペンション装置７は、サスペンションクラッチ板１２とこのサスペンションクラッチ板１２に接続されたコネクティングロッド１８とからなるクランク機構である構成としたが、サスペンションクラッチ板１２と同期して回転が可能な回転板を別途設け、この回転板にコネクティングロッドを接続することでクランク機構とする構成としてもよい。
【００４５】
また、本実施形態においては、スカイフック制御理論に基づいて制御を実施したが、例えば、現代制御、Ｈ∞制御などのロバスト制御など各種制御理論も車両１を構成するハードウェアの制約条件の中で適用可能である。
また、本実施形態においては、駆動装置として電動によるモータを用いたが、例えば内燃機関等の動力を用いることもできる。ただし、この場合、エネルギー回生の機能は使用できない。
【符号の説明】
【００４６】
１：車両、３：駆動タイヤ（駆動輪）、４：走行装置、５：加速度センサ、７：アクティブサスペンション装置（サスペンション）、８：モータ（駆動源）、１０：駆動クラッチ板、１１：タイヤクラッチ板、１２：サスペンションクラッチ板、１３：ブレーキ装置（制動手段）、１８：コネクティングロッド、２１：制御部、２３：切替え手段
【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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【図６】
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【図７】
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