(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２以上の複数の車輪と、対象物を搭載する搭載部と、を備えた車両であって、
当該車両および前記対象物に作用する力のベクトル方向と路面とが交差する点である合成圧力中心を算出する算出手段と、
当該車両の姿勢および運動状態の少なくとも一方を変更する複数の車両状態変更手段と、
前記複数の車輪が路面と接する複数の接地点間に前記合成圧力中心が位置するように前記車両状態変更手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記車両状態変更手段は、前記複数の車輪の間隔を変更する車輪間隔変更手段を備え、
前記制御手段は、前記車輪間隔変更手段にて前記複数の車輪の間隔を狭くするように変更することによって、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間から外れる方向に向かう非安定制御を実施するとともに、前記車輪間隔変更手段とは異なる他の車両状態変更手段に対し、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間に向かう安定制御を実施することで、前記複数の接地点間に前記合成圧力中心を位置させることを特徴とする車両。
【請求項２】
少なくとも２以上の複数の車輪と、対象物を搭載する搭載部と、を備えた車両であって、
当該車両および前記対象物に作用する力のベクトル方向と路面とが交差する点である合成圧力中心を算出する算出手段と、
当該車両の姿勢および運動状態の少なくとも一方を変更する複数の車両状態変更手段と、
前記複数の車輪が路面と接する複数の接地点間に前記合成圧力中心が位置するように前記車両状態変更手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記車両状態変更手段は、前記搭載部の位置の状態を変更する搭載部状態変更手段を備え、
前記制御手段は、前搭載部状態変更手段にて前記搭載部の高さ位置を高くするように前記搭載部の位置の状態を変更することによって、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間から外れる方向に向かう非安定制御を実施するとともに、前記搭載部状態変更手段とは異なる他の車両状態変更手段に対し、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間に向かう安定制御を実施することで、前記複数の接地点間に前記合成圧力中心を位置させることを特徴とする車両。
【請求項３】
請求項２に記載された車両において、
前記搭載部状態変更手段は、前記搭載部の姿勢の状態を変更することを特徴とする車両。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載された車両において、
前記制御手段は、当該車両の旋回走行時において、前記搭載部状態変更手段に対し、旋回軌跡の回転中心に向かって前記搭載部を近づける制御を実施するとともに、前記搭載部状態変更手段以外の前記車両状態変更手段に対し、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間に向かう安定制御を実施することで、前記複数の接地点間に前記合成圧力中心を位置させることを特徴とする車両。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された車両において、
前記算出手段は、当該車両の重量および重心位置と、前記対象物の重量および重心位置とを合成し、この合成の重量および重心位置に基づいて前記合成圧力中心を算出することを特徴とする車両。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された車両において、
前記算出手段は、前記複数の車輪の接地圧に基づいて前記合成圧力中心を算出す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、２以上の車輪と、対象物を搭載する搭載部と、を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、少なくとも一つの操舵輪を含む３輪以上の車輪を有した車両であって、車体の重心位置を左右方向に変更可能な重心位置変更装置と、車体が左右方向に傾斜する方向のモーメントを車体に対して付与するモーメント出力装置と、を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された車両において、重心位置変更装置は、リーンモータの駆動により車体本体を左右方向に傾斜させるリーン装置によって構成され、モーメント出力装置は、フライホイールを有するジャイロをジンバルモータで回転させることにより車両のロール軸周りにジャイロモーメントを発生させるジャイロ装置によって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−６９６７２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、特許文献１に記載されたような従来の車両は、リーン装置やジャイロ装置によって車体を旋回内側に傾斜させることで、旋回時の安定性向上を意図したものであって、車両の前後方向に作用する力（加速力や制動力などの慣性力）に関しては考慮されていない。このため従来の車両においては、作用する様々な慣性力や、その慣性力と旋回時に作用する遠心力とを合わせた合力などに対し、必ずしも十分な安定性を得ることができず、さらなる安定性の向上を図った車両が要求されている。
【０００５】
本発明の目的は、様々な走行状態に対して安定性の向上を図ることができる車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の車両は、少なくとも２以上の複数の車輪と、対象物を搭載する搭載部と、を備えた車両であって、当該車両および前記対象物に作用する力のベクトル方向と路面とが交差する点である合成圧力中心を算出する算出手段と、当該車両の姿勢および運動状態の少なくとも一方を変更する複数の車両状態変更手段と、前記複数の車輪が路面と接する複数の接地点間に前記合成圧力中心が位置するように前記車両状態変更手段を制御する制御手段と、を備え、前記車両状態変更手段は、前記複数の車輪の間隔を変更する車輪間隔変更手段を備え、前記制御手段は、前記車輪間隔変更手段にて前記複数の車輪の間隔を狭くするように変更することによって、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間から外れる方向に向かう非安定制御を実施するとともに、前記車輪間隔変更手段とは異なる他の車両状態変更手段に対し、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間に向かう安定制御を実施することで、前記複数の接地点間に前記合成圧力中心を位置させることを特徴とする。
【０００７】
このような本発明によれば、算出手段によって合成圧力中心を算出し、この合成圧力中心が複数の車輪が路面と接する複数の接地点間に位置するように制御手段が車両状態変更手段を制御し、車両状態変更手段が車両の姿勢や運動状態を変更することで、車両の安定性を向上させることができる。ここで、車両状態変更手段が変更する運動状態としては、進行方向の走行状態や制動状態（速度や加速度）、旋回状態（横力や遠心力）、鉛直方向の荷重状態（重力）などが例示できる。また、合成圧力中心としては、車両単体の重量や重心位置、運動状態によるものだけではなく、車両に搭載される対象物（人や荷物）の重量や重心位置によるものも合成されて算出される。
【０００８】
従って、合成圧力中心が複数の車輪が路面と接する複数の接地点間に位置するように制御することで、前後方向に作用する慣性力に対しても安定性を維持することができる。具体的には、例えば、前後に２つの車輪を有した車両においては、前後輪間に合成圧力中心が位置するように制御し、前２輪および後１輪の３つの車輪を有した車両においては、３輪間に合成圧力中心が位置するように制御することで、前後方向に作用する慣性力に対しても安定性を維持することができる。また、対象物の影響が大きい小型の車両において、合成圧力中心を精度よく算出することができ、安定性の向上を図ることができる。
また、車両状態変更手段が車輪間隔変更手段を備え、この車輪間隔変更手段によって複数の車輪の間隔を変更することで、合成圧力中心の位置に応じた走行形態を選択することができる。すなわち、前後方向の慣性力が大きく作用する急加速時や急停車時に前後の車輪間隔を大きくしたり、遠心力が大きく作用する急旋回時に左右の車輪間隔を大きくしたりすることで、安定性を維持しながら走行性能を高めることができる。一方、慣性力や遠心力がさほど大きくない走行状態においては、前後または左右の車輪間隔を小さくすることで旋回性能を高め、小回りが利く走行形態を選択することができる。
そして、複数の車両状態変更手段のうち、少なくとも一つを用いて非安定制御を実施し、他の車両状態変更手段を用いて安定制御を実施し、これらの非安定制御および安定制御の両方を同時に実施した結果として、複数の接地点間に合成圧力中心を位置させることで、車両の安定性を維持しつつ、車両の安定性に反する他の走行状態や走行形態を同時に実現することができる。
【０００９】
本発明の車両は、少なくとも２以上の複数の車輪と、対象物を搭載する搭載部と、を備えた車両であって、当該車両および前記対象物に作用する力のベクトル方向と路面とが交差する点である合成圧力中心を算出する算出手段と、当該車両の姿勢および運動状態の少なくとも一方を変更する複数の車両状態変更手段と、前記複数の車輪が路面と接する複数の接地点間に前記合成圧力中心が位置するように前記車両状態変更手段を制御する制御手段と、を備え、前記車両状態変更手段は、前記搭載部の位置の状態を変更する搭載部状態変更手段を備え、前記制御手段は、前搭載部状態変更手段にて前記搭載部の高さ位置を高くするように前記搭載部の位置の状態を変更することによって、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間から外れる方向に向かう非安定制御を実施するとともに、前記搭載部状態変更手段とは異なる他の車両状態変更手段に対し、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間に向かう安定制御を実施することで、前記複数の接地点間に前記合成圧力中心を位置させることを特徴とする。
【００１０】
このような本発明によれば、車両状態変更手段が搭載部状態変更手段を備え、この搭載部状態変更手段が搭載部の位置を変更することで、搭載部に搭載した対象物の重量を利用して合成圧力中心の位置を制御することができ、車両の安定性をさらに高めることができる。また、搭載部の位置を変更することで、対象物に対して慣性力や遠心力が作用しにくい位置に搭載部を移動させて、対象物の安定性を向上させることができる。また、対象物が人（ドライバー）の場合に搭載部の位置を高くすれば、視野を拡げて運転しやすくすることができる。
そして、複数の車両状態変更手段のうち、少なくとも一つを用いて非安定制御を実施し、他の車両状態変更手段を用いて安定制御を実施し、これらの非安定制御および安定制御の両方を同時に実施した結果として、複数の接地点間に合成圧力中心を位置させることで、車両の安定性を維持しつつ、車両の安定性に反する他の走行状態や走行形態を同時に実現することができる。
【００１１】
本発明では、前記搭載部状態変更手段は、前記搭載部の姿勢の状態を変更することが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、車両状態変更手段が搭載部状態変更手段を備え、この搭載部状態変更手段が搭載部の姿勢を変更することで、搭載部に搭載した対象物の重量を利用して合成圧力中心の位置を制御することができ、車両の安定性をさらに高めることができる。また、搭載部の姿勢を変更することで、対象物に対して慣性力や遠心力が作用しにくい位置に搭載部を移動させて、対象物の安定性を向上させることができる。
【００１３】
この際、本発明では、前記制御手段は、当該車両の旋回走行時において、前記搭載部状態変更手段に対し、旋回軌跡の回転中心に向かって前記搭載部を近づける制御を実施するとともに、前記搭載部状態変更手段以外の前記車両状態変更手段に対し、前記合成圧力中心が前記複数の接地点間に向かう安定制御を実施することで、前記複数の接地点間に前記合成圧力中心を位置させることが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、車両の旋回走行時において、搭載部状態変更手段が旋回軌跡の回転中心に向かって搭載部を近づけることで、搭載部に搭載した対象物に作用する遠心力を小さくすることができ、対象物の安定性を向上させることができる。ここで、対象物が人（ドライバー）の場合には、作用する遠心力が小さくなることで、乗り心地が良くなり旋回時の快適性を向上させることができる。このように搭載部の位置を変更すると同時に、搭載部状態変更手段以外の車両状態変更手段を用いて安定制御を実施することで、複数の接地点間に合成圧力中心を位置させて車両の安定性を維持することができる。
【００１７】
本発明では、前記算出手段は、当該車両の重量および重心位置と、前記対象物の重量および重心位置とを合成し、この合成の重量および重心位置に基づいて前記合成圧力中心を算出することを特徴とすることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、算出手段が合成の重量および重心位置を算出し、この合成の重量および重心位置に基づいて合成圧力中心を算出することで、合成圧力中心の算出精度を高めることができる。すなわち、車両の重量や重心位置は既知の値であり、対象物は都度変化する可能性があることから、センサー等を用いて車両とは別に対象物の重量や重心位置を検出し、この検出値に基づいて合成圧力中心を算出すれば、対象物が変化したとしても正確に合成圧力中心を算出することができ、これにより合成圧力中心の算出精度を高めることができる。
【００１９】
本発明では、前記算出手段は、前記複数の車輪の接地圧に基づいて前記合成圧力中心を算出することが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、複数の車輪の接地圧に基づいて合成圧力中心を算出することで、車両と対象物とを合わせた重量や重心位置、車両の運動状態に応じた合成圧力中心を簡単に算出することができる。すなわち、車輪の接地圧を検出するセンサー等を用いることで、車両と対象物とを合わせた全体に作用する力が算出でき、この力に基づくことで、少ないパラメータから合成圧力中心を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両の側面図
【図２】前記車両の正面図
【図３】前記車両の動作を示す側面図
【図４】前記車両の動作を示す側面図
【図５】前記車両の動作を示す側面図
【図６】前記車両の動作を示す正面図
【図７】前記車両における検知手段の配置を示す側面図
【図８】前記車両における他の検知手段の配置を示す側面図
【図９】前記車両におけるさらに他の検知手段の配置を示す側面図
【図１０】前記車両に作用する力を示す正面図
【図１１】前記車両に作用する他の力を示す正面図
【図１２】前記車両に作用する力を示す側面図
【図１３】前記車両に作用する力を示す平面図
【図１４】前記車両の旋回時の動作を示す平面図
【図１５】本発明の第２実施形態に係る車両の側面図
【図１６】前記車両の動作を示す側面図
【図１７】前記車両の動作を示す側面図
【図１８】前記車両の動作を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両の側面図であり、図２は、車両の正面図である。
本実施形態の車両１は、図１、２に示すように、左右一対（２個）の前輪２と、１個の後輪３と、を有した三輪自動車であって、これらの前輪２および後輪３の上方には、対象物を搭載するための搭載部４が設けられている。なお、以下では、車両１の前後方向をＸ方向またはＸ軸とし、左右方向をＹ方向またはＹ軸とし、上下方向をＺ方向またはＺ軸として説明することがある。この際、車両１の前方を＋Ｘ方向とし、車両１の上方を＋Ｚ方向とする。また、図２では、図面を簡略化するために後輪３の図示を省略している。以降の車両の正面図においても同様である。
【００２３】
車両１は、図示しないシャーシやボディと、推進機能としてのエンジンまたはモータと、制動機能としてのブレーキ装置と、旋回機能としてのステアリング装置と、をさらに備え、その他、燃料タンクやバッテリー、各種補器類などが設けられている。また、車両１には、当該車両１の各部の動作を制御するとともに、各種の演算処理を実施する制御装置（制御手段であるコンピュータ）が搭載されている。推進機能は、例えば一対の前輪２を回転駆動することで車両１を前進または後進させる。制動機能は、前輪２および後輪３に回転抵抗を付与することで車両１を減速、停止させる。旋回機能は、例えば一対の前輪２を左右に回動させることで車両１の進行方向を転換させる。このような推進機能、制動機能、旋回機能は、搭載部４に搭乗した搭乗者（対象物）の操作によって動作するものでもよいし、制御装置の制御によって動作するものでもよい。
【００２４】
搭載部４は、一対の前輪２に対して一対の前フレーム５によって連結されるとともに、後輪３に対して後フレーム６によって連結されている。搭載部４、前フレーム５、および後フレーム６は、連結部７を介して互いに連結されている。この連結部７は、前フレーム５および後フレーム６をＸ軸、Ｙ軸回りに互いに回転可能に連結している。さらに、連結部７は、搭載部４をＸ軸、Ｙ軸回りに互いに回転可能に連結している。
前フレーム５および前輪２は、前輪軸部８を介して互いに連結されている。前輪軸部８は、前輪２を回転自在に支持するとともに、前フレーム５および前輪２をＸ軸回りに互いに回転可能に連結している。後フレーム６および後輪３は、後輪軸部９を介して互いに連結されている。後輪軸部９は、後輪３を回転自在に支持している。
【００２５】
前フレーム５は、前輪軸部８に接続されるシリンダー５１と、連結部７に接続されるピストン軸５２と、を有して構成され、シリンダー５１に対してピストン軸５２が進退移動することで、伸縮可能に構成されている。制御装置は、図示しない油圧ポンプ等によってピストン軸５２を進退駆動することで、前フレーム５を伸縮させる。
連結部７は、搭載部４、前フレーム５、および後フレーム６をそれぞれ回動させる図示しないモータを有して構成されている。制御装置は、このモータを駆動することで、搭載部４、前フレーム５、および後フレーム６を回動させる。
【００２６】
このような車両１は、例えば、図３に示すように、前フレーム５を伸張させるとともに、連結部７をＹ軸回りに駆動して前フレーム５と後フレーム６とを近づけることで、搭載部４の高さ位置を高くするとともに、前輪２と後輪３とを接近させるように変形することができる。また、図４に示すように、前フレーム５を収縮させるとともに、連結部７をＹ軸回りに駆動して前フレーム５と後フレーム６とを遠ざけることで、搭載部４の高さ位置を低くするとともに、前輪２と後輪３とを離隔させるように変形することもできる。
【００２７】
また、例えば、連結部７を駆動して前フレーム５および後フレーム６をＹ軸回りに開閉させることで、前輪２と後輪３とを近接離隔させるように変形することもできる。
なお、前フレーム５の伸縮と前フレーム５および後フレーム６の開閉とを組み合わせることで、搭載部４の高さ位置を変更することなく、前輪２と後輪３とを近接離隔させるように変形することもできる。
【００２８】
また、車両１は、図５に示すように、連結部７を駆動して搭載部４をＹ軸回りに回動させて傾斜させるように変形することができる。具体的には、搭載部４を前輪２側に向かうにしたがって下降するように傾斜させることができる（図５矢印参照）。また、図５の状態とは逆に、搭載部４を前輪２側に向かうにしたがって上昇するように傾斜させることもできる。
なお、車両１は、連結部７を駆動して搭載部４をＸ軸回りに回動させて傾斜させるように変形することができる（図示略）。
【００２９】
また、車両１は、図６に示すように、一対の前フレーム５の一方を伸張させるとともに他方を収縮させることで、搭載部４をＹ方向に移動させるように変形することができる。なお、車両１は、このように変形する場合において、連結部７を駆動して搭載部４をＸ軸回りに回動させて傾斜させないように変形することができる。
【００３０】
以上のように、前フレーム５および連結部７を駆動することによって、前輪２および後輪３の間隔が変更可能に構成されており、これらの前フレーム５および連結部７によって車輪間隔変更手段が構成されている。また、前フレーム５および連結部７を駆動することによって、搭載部４の位置や姿勢が変更可能に構成されており、これらの前フレーム５および連結部７によって搭載部状態変更手段が構成されている。また、これらの車輪間隔変更手段および搭載部状態変更手段によって、車両１の姿勢が変更され、推進機能、制動機能、および旋回機能によって、車両１の運動状態が変更されることから、車輪間隔変更手段、搭載部状態変更手段、推進機能、制動機能、および旋回機能によって、本発明の車両状態変更手段が構成されている。
【００３１】
なお、本実施形態では、車輪間隔変更手段は、前輪２および後輪３の間隔を変更可能としているが、一対の前輪２の間隔を変更可能としてもよい。
また、本実施形態では、搭載部状態変更手段は、一対の前フレーム５の一方を伸張させるとともに他方を収縮させることで、搭載部４をＹ方向に移動させているが、搭載部４を連結部７に対してＹ方向にスライド可能とすることで、搭載部４をＹ方向に移動させてもよい。
【００３２】
また、車両１には、図７〜９に示すように、各部に各種のセンサー１０が設けられている。さらに、車両１には、図７〜９に示すセンサー１０の他に、速度計（Ｘ方向）や加速時計（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）、斜度計（Ｘ，Ｙ方向）などが設けられている。
図７に示すセンサー１０は、例えば６軸力センサーであり、連結部７に設けられている。このセンサー１０は、搭載部４に搭載された対象物の質量、対象物の重心位置、対象物による鉛直方向の力（慣性力や重力）、対象物による水平方向の力（慣性力）などを検出する。
【００３３】
図８に示すセンサー１０は、例えば１軸力センサーであり、前輪２および後輪３に設けられている。これらのセンサー１０は、前輪２および後輪３の各々に作用する路面からの反力（鉛直力）を検出する。
図９に示すセンサー１０は、例えば歪ゲージなどの１軸力センサーであり、搭載部４の前後２箇所に設けられている。これらのセンサー１０は、対象物から搭載部４に作用する力（鉛直力）を検出する。
以上のような各部のセンサー１０によって検知した検知結果は、電気信号として制御装置に出力され、制御装置によって解析、演算処理が実行される。
【００３４】
次に、車両１における合成圧力中心ＺＭＰを算出する方法について説明する。この合成圧力中心ＺＭＰとは、図１０に示すように、車両１および対象物を合わせた重心Ｇに作用する力（合力Ｆ）のベクトル方向と路面とが交差する点、すなわち合力Ｆによるモーメントが発生しない点（Zero Moment Point）であり、制御装置（算出手段）による演算によって算出される。なお、図１０では、車両１の前後方向（Ｘ方向）に直交するＹ−Ｚ平面の力を考慮する。ここで、重心Ｇの位置は、図１０に示すように、座標（ｙ，ｚ）で表され、姿勢に応じた車両１の重心と、搭載部４に搭載された対象物の質量および重心と、を合成したものとして算出される。重心Ｇに作用する力としては、遠心力ｆ１、水平慣性力ｆｙ、鉛直慣性力ｆｚ、重力ｆ２を考慮するものとし、それぞれ次の式（１）〜（４）で表される。
【００３５】
【数１】
0006599110.tif 000002
【００３６】
【数２】
0006599110.tif 000003
【００３７】
【数３】
0006599110.tif 000004
【００３８】
【数４】
0006599110.tif 000005
【００３９】
以上の各式（１）〜（４）において、ｍは、車両１および対象物の合計質量であり、ｒは、旋回中の車両１の回転半径ｒであり、この回転半径ｒは、回転中心Ｃから重心Ｇまでの距離（ｃ−ｙ）で置換される。また、遠心力ｆ１は、Ｘ方向の速度の２乗に比例し、水平慣性力ｆｙは、Ｙ方向の加速度に比例し、鉛直慣性力ｆｚは、Ｚ方向の加速度に比例し、重力ｆ２は、重力加速度ｇに比例する。そして、合力Ｆは、Ｙ方向の水平力であるＦｙ（＝ｆ１＋ｆｙ）と、Ｚ方向の鉛直力であるＦｚ（＝ｆｚ＋ｆ２）と、の合力である。以上の各力に基づいて、合成圧力中心ＺＭＰは、次式（５）によって算出され、車両１の安定条件としては、合成圧力中心ＺＭＰが車輪幅ｗの範囲内に入っていることとして、次式（５）のように定義される。ここで、車輪幅ｗとしては、左右の前輪２の各々と路面との接地点Ｐ１，Ｐ１間の距離である。
【００４０】
【数５】
0006599110.tif 000006
【００４１】
なお、車両１が旋回中でない場合には、合成圧力中心ＺＭＰ、および車両１の安定条件は、次式（６）のように定義される。
【００４２】
【数６】
0006599110.tif 000007
【００４３】
以上のように車両１の重心Ｇに作用する力は、図７または図９に示す各センサー１０、および加速時計や速度計によって検出された検出値に基づいて算出され、これらの検出値を用いて式（１）〜（４）の演算を行うことで算出され、これに基づき式（５）または式（６）の演算を行うことで合成圧力中心ＺＭＰが算出される。
したがって、本実施形態では、制御装置は、車両１の重量および重心位置と、対象物の重量および重心位置とを合成し、この合成の重量および重心位置に基づいて合成圧力中心ＺＭＰを算出する。
【００４４】
一方、図１１に示すように、図８のセンサー１０によって、前輪２および後輪３の各々に作用する路面からの反力（鉛直力）を検出すれば、その検出値に基づいて合成圧力中心ＺＭＰは、次式（７）によって算出することができる。換言すれば、本実施形態では、制御装置は、複数の車輪２，３の接地圧に基づいて合成圧力中心ＺＭＰを算出してもよい。式（７）において、ｆｒは、右の前輪２に作用する鉛直力であり、ｆｌは、左の前輪２に作用する鉛直力である。なお、式（７）では、説明を簡略にするために、後輪３に作用する鉛直力は無視するものとする。
【００４５】
【数７】
0006599110.tif 000008
【００４６】
なお、式（５），（６），（７）では、Ｙ−Ｚ平面における合成圧力中心ＺＭＰの算出方法と、その安定条件を定義したが、これと同様に、Ｘ−Ｚ平面における合成圧力中心ＺＭＰの算出方法と、その安定条件を定義することができる。すなわち、図１２に示すように、重心Ｇに作用するＸ方向の水平力Ｆｘと、Ｚ方向の鉛直力Ｆｚと、の合力Ｆのベクトル方向と路面とが交差する点として合成圧力中心ＺＭＰが算出され、前後方向の車両１の安定条件としては、合成圧力中心ＺＭＰが前後の車輪幅ｗの範囲内に入っていることとして定義される。ここで、車輪幅ｗとしては、前輪２および後輪３と路面との接地点Ｐ１，Ｐ２間の距離である。
【００４７】
また、車両１のＸ−Ｙ平面における安定条件としては、図１３に示すように、左右方向の合成圧力中心ＺＭＰと前後方向の合成圧力中心ＺＭＰを組み合わせた合成圧力中心ＺＭＰが前輪２および後輪３で囲まれる範囲Ａ内に入っているものとして定義される。この範囲Ａは、左右の前輪２の接地点Ｐ１と後輪３の接地点Ｐ２とを結んだ三角形で表される。このような範囲Ａの内側に合成圧力中心ＺＭＰが位置していれば、左右の前輪２および後輪３のいずれの車輪も浮き上がることがなく、車両１は安定して走行可能な状態であると判断される。すなわち、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰを算出するとともに、算出した合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａの内側に位置するように、車両状態変更手段としての前フレーム５、連結部７、推進機能、制動機能、および旋回機能のうち適宜に選択した少なくとも１つを駆動する。
【００４８】
以下、制御装置による車両状態変更手段の制御方法を例示する。
先ず、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａの内側であり、範囲Ａの中心（Ｘ軸およびＹ軸の原点）方向に向かうようにする車両１の安定制御について説明する。
【００４９】
発進時や前進加速時の制御としては、推進機能を駆動して車速を増加させることとなるが、このような＋Ｘ方向の加速度に対しては、車両１および対象物に−Ｘ方向の慣性力が作用することになる。その場合、重心Ｇに対して−Ｘ方向の水平力Ｆｘが作用し、範囲Ａの後方寄りに移動する合成圧力中心ＺＭＰが算出される。このような合成圧力中心ＺＭＰを算出したら、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、重心Ｇの高さ位置を下げるか、範囲Ａを広くするか、重心Ｇを前方に移動させるように車両状態変更手段を制御する。ここで、合成圧力中心ＺＭＰは、重心Ｇの高さ位置を下げると移動しにくくなるので、その結果として範囲Ａから外れにくくなる。
【００５０】
具体的には、図４に示すように前フレーム５を収縮させて重心Ｇを下げるか、前輪２と後輪３との間隔を拡げて範囲Ａを広くするか、図５に示すように搭載部４を前輪２側に向かうにしたがって下降するように傾斜させて対象物を前傾させることで対象物の重心を前方に移動させるか、さらには、これらの各動作を組み合わせるようにして各部を制御する。
なお、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、推進機能、制動機能、および旋回機能を制御してもよい。
【００５１】
減速時や停車時の制御としては、推進機能を抑制しつつ制動機能を駆動して車速を減少させることとなるが、このような−Ｘ方向の加速度に対しては、車両１および対象物に＋Ｘ方向の慣性力が作用することになる。その場合、重心Ｇに対して＋Ｘ方向の水平力Ｆｘが作用し、範囲Ａの前方寄りに移動する合成圧力中心ＺＭＰが算出される。このような合成圧力中心ＺＭＰを算出したら、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、重心Ｇの高さ位置を下げるか、範囲Ａを広くするか、重心Ｇを後方に移動させるように車両状態変更手段を制御する。
【００５２】
具体的には、図４に示すように前フレーム５を収縮させて重心Ｇを下げるか、前輪２と後輪３との間隔を拡げて範囲Ａを広くするか、搭載部４を前輪２側に向かうにしたがって上昇するように傾斜させて対象物を後傾させることで対象物の重心を後方に移動させるか、さらには、これらの各動作を組み合わせるようにして各部を制御する。
なお、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、推進機能、制動機能、および旋回機能を制御してもよい。
【００５３】
また、坂道を走行する際の制御としては、上り坂では重力が−Ｘ方向に作用することから、発進時や前進加速時と同様に、範囲Ａの後方寄りに移動する合成圧力中心ＺＭＰが算出されるので、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、重心Ｇの高さ位置を下げるか、範囲Ａを広くするか、重心Ｇを前方に移動させるように車両状態変更手段を制御する。一方、下り坂では重力が＋Ｘ方向に作用することから、減速時や停車時と同様に、範囲Ａの前方寄りに移動する合成圧力中心ＺＭＰが算出されるので、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、重心Ｇの高さ位置を下げるか、範囲Ａを広くするか、重心Ｇを後方に移動させるように車両状態変更手段を制御する。
【００５４】
旋回時の制御としては、旋回機能を駆動して車両１の進行方向を変化させることとなるが、この際、車両１および対象物にＹ方向の遠心力が作用することになる。その場合、重心Ｇに対して旋回方向外側に水平力Ｆｙが作用し、範囲Ａの側方寄りに移動する合成圧力中心ＺＭＰが算出される。このような合成圧力中心ＺＭＰを算出したら、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、重心Ｇの高さ位置を下げるか、重心Ｇを旋回方向内側に移動させるように車両状態変更手段を制御する。
【００５５】
具体的には、図４に示すように前フレーム５を収縮させて重心Ｇを下げるか、図６に示すように内側の前フレーム５を収縮させて重心Ｇを内側に寄せるか、さらには、これらの各動作を組み合わせるようにして各部を制御する。
なお、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、推進機能、制動機能、および旋回機能を制御してもよい。また、一対の前輪２の間隔を変更可能とするように車輪間隔変更手段を構成している場合には、制御装置は、一対の前輪２の間隔を拡げて範囲Ａを広くすることで合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないようにしてもよい。
【００５６】
また、路面の凹凸に前輪２の一方が乗り上げて車両１が前後方向や左右方向に傾いた場合の制御としては、車両１および対象物の慣性力が前方かつ一方側に作用するとともに、重力が後方かつ他方側に作用することから、これらの慣性力や重力の大きさに応じて水平力Ｆｘ，Ｆｙの方向が変化する。この場合でも、制御装置は、旋回時と同様に、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、重心Ｇの高さ位置を下げるか、重心Ｇを水平力Ｆｘ，Ｆｙと逆方向に移動させるように車両状態変更手段を制御する。
【００５７】
また、搭載部４上で対象物が移動した場合には、重心Ｇの位置が変化することから、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れる方向に移動することがあるが、この場合でも、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れないように、重心Ｇの高さ位置を下げるか、重心Ｇを位置の変化と逆方向に移動させるように車両状態変更手段を制御する。
【００５８】
以上に例示した制御は、車両１の走行安定性を重視した安定制御であったが、車両１の制御方法としては、走行条件や、選択した走行モードに応じて以下のような制御方法を採用してもよい。
すなわち、安定制御では、前フレーム５、連結部７、推進機能、制動機能、および旋回機能などの複数の車両状態変更手段のうち一または複数を選択し、選択した車両状態変更手段に対し、制御装置は、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａの中心（Ｘ軸およびＹ軸の原点）方向に向かうように制御するものである。しかし、複数の車両状態変更手段のうち少なくとも一つに対し、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れる方向に向かう非安定制御を実施し、他の車両状態変更手段に対し、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａの内側に向かう安定制御を実施することで、その結果として合成圧力中心ＺＭＰを範囲Ａ内に位置させるようにしてもよい。そのような非安定制御と安定制御を同時に実施する制御方法について以下に説明する。
【００５９】
走行条件として、狭い道や混雑した場所を走行する際に、小回りの利く走行モードを選択した場合、制御装置は、車輪間隔変更手段にて車両１を変形させることで、前輪２と後輪３とを接近させる。このように前輪２と後輪３とを接近させると、車輪の接地点Ｐ１，Ｐ２間の距離が小さくなることから範囲Ａが狭くなり、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れやすくなる。すなわち、車両１の走行安定性が低下するような非安定制御となる。この場合、制御装置は、車輪間隔変更手段とは異なる他の車両状態変更手段に対し、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａの内側に向かう安定制御を実施することで、その結果として合成圧力中心ＺＭＰを範囲Ａ内に位置させる。
【００６０】
また、走行条件として、見通しの悪い道を走行する際に、視認性の良い走行モードを選択した場合、制御装置は、搭載部状態変更手段にて車両１を変形させることで、搭載部４の高さ位置を高くする。このように搭載部４の高さ位置を高くすると、合成圧力中心ＺＭＰが移動しやすくなり、範囲Ａから外れやすくなる。すなわち、車両１の走行安定性が低下するような非安定制御となる。この場合、制御装置は、搭載部状態変更手段とは異なる他の車両状態変更手段に対し、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａの内側に向かう安定制御を実施することで、その結果として合成圧力中心ＺＭＰを範囲Ａ内に位置させる。
【００６１】
また、旋回中において、乗り心地重視の走行モードを選択した場合、制御装置は、搭載部状態変更手段にて車両１を変形させることで、図１４に示すように、搭載部４が回転中心Ｃに近づくように移動させる。図１４において、車両１は図の上方に向かって左側に曲がる旋回軌跡Ｒに沿って旋回中であり、回転中心Ｃは車両１の左方にあり、車両１は旋回軌跡Ｒの接線方向である進行方向Ｘ'に向かって進んでいる。このとき、搭載部４の位置をＸ軸上の初期位置４ａから回転中心Ｃ側の移動位置４ｂに移動させるように制御することで、対象物である搭乗者は、旋回軌跡Ｒよりも小さな旋回半径で旋回することになり、旋回により受ける遠心力が小さくなって乗り心地が良くなる。
一方、搭載部４の位置を大きく移動させると、対象物の重量によって重心Ｇの位置も大きく移動することから、合成圧力中心ＺＭＰの変動量が大きくなり、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａから外れやすくなる。すなわち、車両１の走行安定性が低下するような非安定制御となる。この場合、制御装置は、搭載部状態変更手段とは異なる他の車両状態変更手段に対し、合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａの内側に向かう安定制御を実施することで、その結果として合成圧力中心ＺＭＰを範囲Ａ内に位置させる。
【００６２】
このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）制御装置が合成圧力中心ＺＭＰを算出するとともに、この合成圧力中心ＺＭＰが範囲Ａ内に位置するように車両状態変更手段を制御することで、車両の安定性を向上させることができる。
（２）合成圧力中心ＺＭＰの算出にあたり、対象物の質量や重心を加味することで、合成圧力中心ＺＭＰを精度よく算出することができ、車両１の安定性向上を図ることができる。
【００６３】
（３）前フレーム５および連結部７を駆動して前輪２と後輪３とを近接離隔させるような車輪間隔変更手段を備えることで、合成圧力中心ＺＭＰの位置に応じた走行形態を選択することができ、安定性を維持しながら走行性能を高めることができるとともに、旋回性能を高めて小回りが利く走行形態を選択することができる。
（４）前フレーム５および連結部７を駆動して搭載部４の状態を変更する搭載部状態変更手段を備えることで、搭載部４に搭載した対象物の重量を利用して合成圧力中心ＺＭＰの位置を制御することができ、車両の安定性をさらに高めることができる。
【００６４】
（５）搭載部状態変更手段にて搭載部４の位置や姿勢を変更することで、対象物に対して慣性力や遠心力が作用しにくい位置に搭載部４を移動させて、対象物の安定性や乗り心地を向上させることができる。また、搭載部状態変更手段にて搭載部４の高さを上げることで搭乗者の視野を拡げて運転しやすくすることができる。
（６）複数の車両状態変更手段のいずれかに対して非安定制御を実施した場合であっても、他の車両状態変更手段を用いて安定制御を実施し、これらの非安定制御および安定制御の両方を同時に実施した結果として、合成圧力中心ＺＭＰを範囲Ａ内に位置させることで、車両１の安定性を維持しつつ、車両１の安定性に反する他の走行状態や走行形態を同時に実現することができる。
【００６５】
（７）以上のような非安定制御を実施することで、走行条件に応じて、小回りの利く走行モードを選択したり、視認性の良い走行モードを選択したり、乗り心地が良くなる走行モードを選択したり等、走行安定性に加えて利便性や快適性を高めることができる。
【００６６】
〔第２実施形態〕
図１５は、本発明の第２実施形態に係る車両の側面図である。
本実施形態の車両１Ａは、第１実施形態と同様に、左右一対（２個）の前輪２と、１個の後輪３と、対象物を搭載するための搭載部４と、前フレーム５と、後フレーム６と、を備える。本実施形態では、図１５に示すように、後フレーム６が後輪軸部９に接続されるシリンダー６１と、連結部７に接続されるピストン軸６２と、を有し、シリンダー６１に対してピストン軸６２が進退移動することで、伸縮可能に構成されている点が第１実施形態と相違する。制御装置は、図示しない油圧ポンプ等によってピストン軸６２を進退駆動することで、後フレーム６を伸縮させる。
【００６７】
本実施形態の車両１Ａは、例えば、図１６に示すように、前フレーム５および後フレーム６の両方を伸張させるとともに、連結部７をＹ軸回りに駆動して前フレーム５と後フレーム６とを遠ざけることで、搭載部４の高さ位置を維持したまま、前輪２と後輪３とを離隔させるように変形することができる。また、図１６の状態とは逆に、前フレーム５および後フレーム６の両方を収縮させるとともに、連結部７をＹ軸回りに駆動して前フレーム５と後フレーム６とを近づけることで、搭載部４の高さ位置を維持したまま、前輪２と後輪３とを接近させるように変形することもできる。
【００６８】
また、車両１Ａは、図１７に示すように、前フレーム５を収縮させつつ後フレーム６を伸張させることで、前輪２と後輪３との距離を維持しつつ、搭載部４の高さ位置を下げるとともに前方に移動させるように変形することができる。また、図１７の状態とは逆に、前フレーム５を伸張させつつ後フレーム６を収縮させることで、前輪２と後輪３との距離を維持しつつ、搭載部４の高さ位置を上げるとともに後方に移動させるように変形することができる。
【００６９】
また、車両１Ａは、図１８に示すように、前フレーム５および後フレーム６の両方を伸張させるとともに、連結部７をＹ軸回りに駆動して前フレーム５と後フレーム６とを近づけることで、前輪２と後輪３との間隔を維持したまま、搭載部４の高さ位置を上げるように変形することができる。また、図１８の状態とは逆に、前フレーム５および後フレーム６の両方を収縮させるとともに、連結部７をＹ軸回りに駆動して前フレーム５と後フレーム６とを遠ざけることで、前輪２と後輪３との間隔を維持したまま、搭載部４の高さ位置を下げるように変形することもできる。
【００７０】
以上のように、前フレーム５、後フレーム６、および連結部７を駆動することによって、前輪２および後輪３の間隔が変更可能に構成されており、これらの前フレーム５、後フレーム６、および連結部７によって車輪間隔変更手段が構成されている。また、前フレーム５、後フレーム６、および連結部７を駆動することによって、搭載部４の位置や姿勢が変更可能に構成されており、これらの前フレーム５、後フレーム６、および連結部７によって搭載部状態変更手段が構成されている。また、これらの車輪間隔変更手段および搭載部状態変更手段によって、車両１Ａの姿勢が変更され、推進機能、制動機能、および旋回機能によって、車両１Ａの運動状態が変更されることから、車輪間隔変更手段、搭載部状態変更手段、推進機能、制動機能、および旋回機能によって、本発明の車両状態変更手段が構成されている。
【００７１】
従って、本実施形態によれば、前記第１実施形態における前記（１）〜（７）と同様の作用効果を奏することができるとともに、以下の作用・効果を奏することができる。
（８）前フレーム５および後フレーム６の両方が伸縮可能に構成されているので、前輪２と後輪３との間隔を大きく変更することができるとともに、搭載部４の高さ位置を大きく変更することができる。従って、車両１Ａをよりダイナミックに変形させることができるので、より厳しい走行状態に対しても走行安定性を高めることができる。
【００７２】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、車両１，１Ａが三輪車であったが、本発明の車両は三輪車に限らず、四輪以上の車輪を有したものでもよいし、二輪車であってもよい。車両が二輪車である場合には、合成圧力中心ＺＭＰとしては、前後方向の接地点間に位置するように制御され、左右方向に関しては、搭乗者がバランスを取るものとされていてもよい。あるいは、車両が二輪車であっても、その前後輪の車輪幅と前後輪の間隔の範囲内に合成圧力中心ＺＭＰが位置するように制御すれば、左右方向の安定性を得ることができる。
【００７３】
前記実施形態では、車両がエンジンやモータ等の推進機能を有した自動車を例示したが、推進機能としてはエンジンやモータに限らず、任意のものが利用可能である。また、本発明の車両は、推進機能を有さず、搭乗者の運動によって走行するもの、例えば、自転車や三輪車、車いす等の乗り物であってもよい。さらに、本発明の車両は、推進機能を有さず、外部からの力によって移動するもの、例えば、荷物用台車や可動ラック、トレーラー用荷車、走行遊具等であってもよい。
【００７４】
また、前記実施形態では、前フレーム５、後フレーム６、および連結部７によって車輪間隔変更手段および搭載部状態変更手段が構成されていたが、車輪間隔変更手段および搭載部状態変更手段は、それぞれ別々の駆動手段を有して構成されていてもよい。例えば、前記実施形態では、伸縮可能に構成された前フレーム５や後フレーム６によって車輪間隔変更手段および搭載部状態変更手段が構成されていたが、車輪間隔変更手段としては、前記実施形態のものに限らず、シャーシに対して車輪を前後左右に移動可能に支持する支持部と、この支持部に支持された車輪を移動させる駆動部と、を有したものであってもよい。
【００７５】
また、前記実施形態では、前フレーム５、後フレーム６、および連結部７によって搭載部状態変更手段が構成されていたが、搭載部状態変更手段としては、前記実施形態のものに限らず、シャーシに対して搭載部を前後左右および上下に移動可能に支持する支持部と、この支持部に支持された搭載部を移動させる駆動部と、を有したものであってもよい。このように搭載部を任意の方向に移動または回動させるように搭載部状態変更手段が構成されていれば、対象物の重心位置を適宜に変更させることができ、走行安定性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明は、２以上の車輪と、対象物を搭載する搭載部と、を備えた車両に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１    車両
２    前輪
３    後輪
４    搭載部
５    前フレーム（車輪間隔変更手段、搭載部状態変更手段）
６    後フレーム（車輪間隔変更手段、搭載部状態変更手段）
７    連結部（車輪間隔変更手段、搭載部状態変更手段）
Ｃ    回転中心
Ｇ    重心
Ｐ１，Ｐ２  接地点
ｒ    回転半径
ｗ    車輪幅
【図１】
0006599110.tif 000009
【図２】
0006599110.tif 000010
【図３】
0006599110.tif 000011
【図４】
0006599110.tif 000012
【図５】
0006599110.tif 000013
【図６】
0006599110.tif 000014
【図７】
0006599110.tif 000015
【図８】
0006599110.tif 000016
【図９】
0006599110.tif 000017
【図１０】
0006599110.tif 000018
【図１１】
0006599110.tif 000019
【図１２】
0006599110.tif 000020
【図１３】
0006599110.tif 000021
【図１４】
0006599110.tif 000022
【図１５】
0006599110.tif 000023
【図１６】
0006599110.tif 000024
【図１７】
0006599110.tif 000025
【図１８】
0006599110.tif 000026