(57)【要約】【課題】より少ない重量増加で、充分なバランサの性能を得ることが可能な車両を提供する。【解決手段】駆動部Ａは、移動機構を介して搭乗部や制御部が配置される車体に取り付けられる。移動機構としては、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、駆動モータの駆動力により車体と駆動部との相対的な位置を変更することで、車体にバランサと同様の効果を持たせる。これにより、別途駆動モータ等を準備することなくバランサ機能を備えることが可能になる。【選択図】図３
2008131821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸上に配置された駆動輪と該駆動輪を駆動する駆動モータを有する駆動部と、
搭乗部と、
前記搭乗部に対して、前記駆動部を前後方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構により、前記駆動部と前記搭乗部との相対的位置関係を制御することで姿勢制御を行う姿勢制御手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
【請求項２】
走行要求を受領する走行要求受領手段と、
前記受領した走行要求に対応する、前記搭乗部に対する前記駆動部の目標相対位置を決定する目標相対位置決定手段と、を備え、
前記姿勢制御手段は、前記目標相対位置となるように前記移動機構を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記移動機構は、前記搭乗部に対する前記駆動部の位置を固定し、及び固定状態を開放する固定開放手段を備え、
前記姿勢制御手段は、前記固定開放手段による固定状態を開放させた状態で、前記駆動モータの出力を増減することで、前記駆動部と前記搭乗部との相対的位置関係を制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記搭乗部に対する前記駆動部の相対位置を検出する相対位置検出手段を備え、
前記固定開放手段は、前記検出した相対位置と前記目標相対位置との差が所定値以下となった場合に前記搭乗部に対する前記駆動部の位置を固定することを特徴とする請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記固定開放手段は、無励磁動作ブレーキで構成される、ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の車両。
【請求項６】
前記移動機構は、搭乗部と駆動部のいずれか一方が配設される案内レールと、他方が配設されるスライダにより構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の車両。
【請求項７】
摩擦力による制動力を発生させる補助制動手段を備え、
前記補助制動手段は、所定以上の制動力を必要とする急ブレーキの場合に作動することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に係り、倒立車両、例えば互いに対抗配置された２つの駆動輪を有する横置き二輪車両の姿勢制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立振り子の姿勢制御を利用した車両（以下、単に倒立車両という）が注目され、現在実用化されつつある。
例えば、同軸上に配置された２つの駆動輪を有し、運転者の重心移動による駆動輪の姿勢を感知して駆動する技術が特許文献１で提案されている。
また、従来の円形状の駆動輪１つや、球体状の駆動輪１つの姿勢を制御しながら移動する車両が特許文献２で提案され、また、特許文献２においても各種倒立振り子車両について指摘されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７６７２７公報
【特許文献２】特開２００４−１２９４３５公報
【０００４】
このような、車両では、運転者による体重移動量、リモコンや操縦装置からの操作量、予め入力された走行指令データ等に基づいて、姿勢制御を行いながら停車状態を維持したり走行したりするようになっている。
そして、姿勢を制御するための技術として、錘やカウンタウェイト等のバランサを配置し、車両の姿勢（傾斜状態）や加減速の要求に応じてバランサを移動することで車両全体の重心位置を移動させながら姿勢制御を行う技術について提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、車体の姿勢制御を行なう車両において、車体を水平に保持するためにバランサを移動させるが、そのためのバランサウェイト、アクチュエータが別途必要となる。
そしてバランサとしての充分な性能を発揮させるためにはバランサを充分な重さにする必要がある。このため、車体全体の重量増となり、アクチュエータを駆動するために使用するエネルギーが多く必要になると共に、車両の燃費を悪くすることになる。
また、２輪、３輪、４輪で、ホイールベースの短い車両の場合、安定走行時には前後の車輪により安定した姿勢を維持することが可能であるが、加減速時に、各輪にそれぞれかかる荷重を調節できないため、車両が不安定になる。
一方、バランサを配置しない倒立車両の場合には、荷重増加の問題は存在しないが、車体の傾斜により加減速等を行うため、車体を水平に維持する姿勢制御を行うことができない。
【０００６】
そこで、本発明は、より少ない重量増加で、充分なバランサの性能を得ることが可能な車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１に記載した発明では、一軸上に配置された駆動輪と該駆動輪を駆動する駆動モータを有する駆動部と、搭乗部と、前記搭乗部に対して、前記駆動部を前後方向に移動させる移動機構と、前記移動機構により、前記駆動部と前記搭乗部との相対的位置関係を制御することで姿勢制御を行う姿勢制御手段と、を車両に具備させて前記目的を達成する。
（２）請求項２に記載した発明では、請求項１に記載の車両において、走行要求を受領する走行要求受領手段と、前記受領した走行要求に対応する、前記搭乗部に対する前記駆動部の目標相対位置を決定する目標相対位置決定手段と、を備え、前記姿勢制御手段は、前記目標相対位置となるように前記移動機構を制御する、ことを特徴とする。
（３）請求項３に記載した発明では、請求項２に記載の車両において、前記移動機構は、前記搭乗部に対する前記駆動部の位置を固定し、及び固定状態を開放する固定開放手段を備え、前記姿勢制御手段は、前記固定開放手段による固定状態を開放させた状態で、前記駆動モータの出力を増減することで、前記駆動部と前記搭乗部との相対的位置関係を制御する、ことを特徴とする。
（４）請求項４に記載した発明では、請求項３に記載の車両において、前記搭乗部に対する前記駆動部の相対位置を検出する相対位置検出手段を備え、前記固定開放手段は、前記検出した相対位置と前記目標相対位置との差が所定値以下となった場合に前記搭乗部に対する前記駆動部の位置を固定することを特徴とする。
（５）請求項５に記載した発明では、請求項３又は請求項４に記載の車両において、前記固定開放手段は、無励磁動作ブレーキで構成される、ことを特徴とする。
（６）請求項６に記載した発明では、請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の車両において、前記移動機構は、搭乗部と駆動部のいずれか一方が配設される案内レールと、他方が配設されるスライダにより構成されることを特徴とする。
（７）請求項７に記載した発明では、請求項１から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の車両において、摩擦力による制動力を発生させる補助制動手段を備え、前記補助制動手段は、所定以上の制動力を必要とする急ブレーキの場合に作動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、搭乗部に対して、駆動部を前後方向に移動させる移動機構を備え、この移動機構により駆動部と搭乗部との相対的位置関係を制御することで姿勢制御を行うので、より少ない重量増加で十分なバランサ性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図１から図６を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態の車両では、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両において、駆動モータと駆動輪を有する駆動部を、搭乗部を含む車体に対して移動可能に取り付けることにより、車体全体をバランサとして使用して姿勢制御を行うものである。
これにより、別途バランサを準備することなく姿勢制御を行なうことができる。
【００１０】
駆動部は、移動機構を介して搭乗部や制御部が配置される車体に取り付けられる。
移動機構としては、例えばリニアガイド装置のような低抵抗の線形移動機構を用い、駆動モータの駆動力により車体と駆動部との相対的な位置を変更することで、車体にバランサと同様の効果を持たせる。
これにより、別途駆動モータ等を準備することなくバランサ機能を備えることが可能になる。
【００１１】
リニアガイド装置は、車体のフレーム構造部に配設し、車体と駆動部との相対位置を確定させるために、例えば無励磁作動ブレーキ（クラッチ）等の固定・解除機構を設けることで、リニアガイド上の所望の位置に駆動部を移動、停止させる。
また、車体の動き（特に、制動動作）を補助するために、車両前方の下部に、収納可能な補助車輪を設ける。
【００１２】
（２）実施形態の詳細
本実施形態の車両は、倒立振り子車両により構成されており、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向で前後方向のバランスを保持するように姿勢制御を行いながら走行するものである。
本実施形態における姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第６，３０２，２３０号明細書、特開昭６３−３５０８２号公報、特開２００４−１２９４３５公報、特開２００４−２７６７２７公報で開示された各種制御方法が使用可能である。
【００１３】
図１は、本実施形態における車両の外観構成を例示したものである。
図１に示されるように、車両は、同軸上に配置された２つの駆動輪１１ａ、１１ｂを備えている。
両駆動輪１１ａ、１１ｂは、それぞれ駆動モータ１２ａ、１２ｂで駆動されるようになっている。
以下、両駆動輪１１ａと１１ｂを指す場合に、両駆動モータ１２ａと１２ｂを指す場合には、それぞれ符号ａ、ｂを付けずに駆動輪１１、駆動モータ１２という。他の要素も同様とする。
【００１４】
車両は車両本体と駆動部とから構成されている。
車両本体は、荷物や乗員等の重量体が搭乗する搭乗部１３（シート部）と、搭乗部１３が固定される本体フレーム７０を備えている。
駆動部は、駆動輪１１と駆動モータ１２を備えている。駆動部は、車両の進行方向前後方向に移動可能な状態で、後述する移動機構を介して本体フレーム７０に配設されている。
【００１５】
搭乗部１３は、運転者が座る座面部１３１、背もたれ部１３２、及びヘッドレスト１３３で構成されている。
【００１６】
搭乗部１３の右脇には操縦装置３０が配置されている。操縦装置３０には、運転者が運転操作、すなわち車両の加速、減速、旋回、その場回転、停止、制動等の指示を行う為のジョイスティック３１が配置されている。
本実施形態における操縦装置３０は、座面部１３１に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に操縦装置３０を配置するようにしてもよい。
【００１７】
また、本実施形態の車両には、操縦装置３０が配置されているが、予め決められた走行指令データに従って自動走行する車両の場合には、操縦装置３０に代えて走行指令データ取得部が配設される。走行指令データ取得部は、例えば、半導体メモリ等の各種記憶媒体から走行指令データを読み取る読み取り手段で構成し、または／及び、無線通信により外部から走行指令データを取得する通信制御手段で構成するようにしてもよい。
【００１８】
なお、本実施形態の車両では、搭乗部１３に人が搭乗して運転する車両には限定されず、荷物だけを乗せて外部からのリモコン操作等により走行や停止をさせる場合、荷物だけを乗せて走行指令データに従って走行や停止をさせる場合、更には何も搭乗していない状態で走行や停止をすることも可能である。
【００１９】
本体フレーム７０には、搭乗部１３の下側に制御ユニット１６が配置されている。なお、制御ユニット１６は搭乗部１３の座面部１３１の裏側に固定されるように構成してもよい。
また、制御ユニット１６及び駆動モータ１２の電源としてのバッテリ（図示しない）も、制御ユニットと同様に本体フレーム７０に固定されているが、搭乗部１３の座面部１３１の裏側に固定されるように構成してもよい。
【００２０】
本体フレーム７０は、搭乗部１３が配置される上部フレームと、下方に延在する左右の支持部材７１ａ、７１ｂを備えている。支持部材７１ａ、７１ｂには、移動機構として機能するリニアガイド装置８１ａ、８１ｂが配設されている。
リニアガイド装置８１は案内レール、スライダ、及び転動体を備えており、案内レールが本体フレーム７０の支持部材７１に固定され、スライダが駆動モータ１２に固定されている。
【００２１】
案内レールには、その左右側面部に２本の軌道溝が長手方向に沿って直線状に形成されている。
スライダはその幅方向に沿う断面がコ字状に形成されており、その相対向する二つの内側側面部には、２本の軌道溝が、案内レールの軌道溝と各々対対向して形成されている。
転動体は前述した軌道溝間に組み込まれて、案内レールとスライダとの相対的直線運動に伴って軌道溝を転動するようになっている。
なお、スライダには、スライダの軌道溝の両端をつなぐ戻し通路が形成されており、転動体は軌道溝と戻し通路を循環運動するようになっている。
【００２２】
リニアガイド装置８１ａ、８１ｂには、リニアガイド装置８１の動きを締結あるいはフリーにするブレーキ（クラッチ）が配設されている。
このブレーキにより、案内レールとスライダとの相対的位置を固定、解除することで、案内レールが固定されている本体フレーム７０を含む車両本体と、スライダが固定されている駆動部との相対的位置の固定と移動が行われる。すなわち、車両本体の基準位置と、駆動部の基準位置との距離が、姿勢制御の状況に応じた所定値となるように制御されることになる。
【００２３】
本体フレーム７０の下部には、補助制動部６３が配設されている。補助制動部６３は、本実施形態において、車両前方に配置されているが車両の後部に配置し、または前後に配置するようにしてもよい。
補助制動部６３は、補助制動車輪６３１と、本体フレーム７０に固定された補助制動機構本体６３２と、補助制動車輪６３１の位置を変化させるための伸縮機構（アーム）６３３を備えている。
補助制動車輪６３１は、伸縮機構６３３を伸縮することで接地、非接地の制御が行われるようになっている。伸縮機構６３３は、例えば油圧制御や電磁制御等により伸縮するように構成される。
なお、補助制動車輪の出し入れは、伸縮に限らず、回転アームのように出し入れしても良い。また、補助制動部６３は、車両に制動をかけるものであるから、必ずしも車輪を用いなくてもよく、摩擦材でも良い。
【００２４】
補助制動部６３は、車両の制動力を発生させるため、車両本体と駆動部との相対的位置を制御するために使用される。
また、補助制動部６３は、車両停止時において補助制動車輪６３１を接地させることにより、両駆動輪１１ａ、１１ｂの三点で車両を安定的に停止させるための、第３の接地手段として機能する。
車両停止時においては、車両本体を前方に移動するすることで、補助制動車輪６３１と駆動輪１２の間隔が広がると共に、車両本体の重心が補助制動車輪６３１の回転軸と駆動輪１２の回転軸の間に移動するので、安定的に停止させておくことができる。
【００２５】
図２は、制御ユニット１６の構成を表したものである。
制御ユニット１６は、車両の走行、本実施形態における車両本体の移動による姿勢制御、車両本体の移動によらない通常の姿勢制御、補助制動部６３による制動制御等の各種制御を行うＥＣＵ（電子制御装置）２０を備えている。
制御ＥＣＵ２０には、操縦装置３０、走行制御用センサ４０、駆動アクチュエータ６１、リニアガイド装置８１、補助制動部６３、及びバッテリ等のその他の装置が電気的に接続されている。
【００２６】
バッテリは、駆動モータ１２、駆動アクチュエータ６１、リニアガイド装置８１、補助制動部６３、ＥＣＵ２０等に電力を供給するようになっている。
【００２７】
操縦装置３０は、図１に示したようにジョイスティック３１を備えており、搭乗者によるこのジョイスティック３１の操作に基づいて、目標加速度ａt等の車両走行目標値をＥＣＵ２０に供給するようになっている。
ジョイスティック３１は直立した状態をニュートラル位置とし、前後方向に傾斜させることで前後進を指示し、左右に傾斜させることで左右方向の旋回を指示するようになっている。傾斜角度に応じて、要求速度、旋回曲率が大きくなる。
【００２８】
走行制御用センサ４０は、ポジションセンサ４１、加速度センサ４２、及び車速センサ４３を備えている。
【００２９】
ポジションセンサ４１は、駆動部の基準位置に対する、車両本体の基準位置の距離ｌnowを検出し、ＥＣＵ２０に供給するようになっている。
本実施形態におけるポジションセンサ４１は、リニアガイド装置８１に配置され、案内レールの基準位置に対する、スライダの基準位置の距離を距離ｌnowとして検出するように成っているが、駆動部に対する車両本体の両基準位置の距離を直接検出するようにしてもよい。
【００３０】
駆動部の基準位置は、駆動輪１１の中心軸を通る鉛直線とし、車両本体の基準位置は車両本体の重心を通る鉛直線とする。
車両本体の重心位置は、予め設計された車両本体の形状及び、車両本体の重量と標準的搭乗者の体重とから予め決められてた位置が使用される。
なお、車両本体の基準位置を決める重心位置については、座面部１３１に搭乗者の体重計を配設し、測定した体重から、重心位置を補正するようにしてもよい。
【００３１】
加速度センサ４２と車速センサ４３は、それぞれ駆動部の加速度ａBと車速ｖBを検出し、ＥＣＵ２０に供給するようになっている。
なお、駆動部の加速度、車速にかえて車両本体の加速度と車速を検出するようにしてもよい。
【００３２】
ＥＣＵ２０は、走行制御プログラム、姿勢制御プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
【００３３】
ＥＣＵ２０は、走行制御部２１、車体位置演算部２２、リニアガイドブレーキ制御部２３、及び補助制動車輪制御部２４を備えている。
【００３４】
走行制御部２１は、操縦装置３０から供給される目標加速度ａt、走行制御用センサ４１から供給される各検出値、及び車体位置演算部２２から供給される目標車体位置ｌtgtとから、車両の走行制御及び姿勢制御を行うようになっている。
走行制御部２１は、走行制御及び姿勢制御に応じて出力指令値を、駆動アクチュエータ６１、リニアガイド装置８１及び補助制動部６３に供給するようになっている。
【００３５】
車体位置演算部２２は、目標車体位置ｌtgtを算出し走行制御部２１に供給する。
目標車体位置ｌtgtの算出に必要な目標加速度ａtは、操縦装置３０の検出値が走行制御部２１から供給される。
【００３６】
リニアガイドブレーキ制御部２３は、走行制御部２１から供給されるブレーキ解除指令及びブレーキ締結指令に従って、リニアガイド装置８１のブレーキの解除と締結をおこなうことで、案内レール（本体装置）とスライダ（駆動部）との解除及び締結を行う。
【００３７】
補助制動車輪制御部２４は、走行制御部２１からの伸縮支持指令に従って、伸縮機構６３３の伸縮を制御することで、補助制動車輪６３１の接地と退避を行う。
【００３８】
駆動アクチュエータ６１は、走行制御部２１から供給される指令値に従って、両駆動輪１１ａ、１１ｂを各々独立して駆動制御するようになっている。
【００３９】
図３は車両の走行状態及び姿勢制御の状態による、車両本体Ａと駆動部Ｂとの相対的位置関係を表したものである。
図３において、ｐは車両本体Ａの基準位置を表し、ｑは駆動部Ｂの基準位置を表す。
車両本体Ａの基準位置ｐは車両本体の重心を通る鉛直線であり、駆動部Ｂの基準位置ｑは駆動輪１１の中心軸を通る鉛直線である。
なお、図１、図３に示した車両では、補助制動部６３の補助制動車輪６３１が接地している状態について記載されているが、所定の制動が必要な場合や停止時を除いて補助制動車輪６３１は伸縮機構６３３により車両本体側（上側）に退避した状態である。
【００４０】
図３を参照しながら各状態における制御動作の概要について次に説明する。
（ａ）車両停止状態から加速時
加速時、ドライバーが操縦装置３０で加速を指令すると、車体位置演算部２２が、その目標加速度ａtで車体を水平に保つための目標車体位置ｌtgtを算出する。
通常、前方への加速時は、車両本体Ａの重心を前方に移動させる必要がある。そのため、図３（ｃ）に示されるように、車両本体Ａの基準位置ｐを駆動部Ｂの基準位置ｑよりも相対的に前方に位置させる必要がある。
【００４１】
そこで、走行制御部２１は、リニアガイドブレーキ制御部２３にブレーキ解除指令を送り、リニアガイド装置８１のブレーキを開放する。
その後、走行制御部２１は、駆動アクチュエータ６１に対して、駆動部Ｂが車両本体Ａの重心位置と逆方向（ドライバーの指令方向と逆方向）に進むように指令する。
このとき、車両本体Ａと駆動部Ｂを固定するブレーキが開放されているので、図３（ｃ）に示されるように、車両本体Ａは地面に対して同一位置を保持した状態（ほぼ動かない状態）のまま、駆動部Ｂは後方に高速移動する。
【００４２】
走行制御部２１は、この状況をポジションセンサ４１で監視し、車両本体Ａが所定の目標車体位置ｌtgtまで移動したことを確認すると、リニアガイドブレーキ制御部２３にブレーキ締結指令を送り、リニアガイド装置８１のブレーキを締結（固定）する。
その後、走行制御部２１は、駆動部Ｂに対する車両本体Ａの位置が相対的に前方に移動したことで車両重心が前方に移動した状態で、搭乗者が操縦装置３０で指令した方向に、指令された加速を開始する。
なお、リニアガイド装置８１のブレーキの締結は、締結時のショックを和らげるため、ブレーキを徐々に利かせるようにしてもよい。
【００４３】
（ｂ）加速から定速走行時、一定以下の減速時
搭乗者からの指令に基づき、加速走行から定速走行に移行する場合、車体位置演算部２２で算出する目標車体位置ｌtgtに近づくよう、走行制御部２１は、ポジションセンサ４１の出力を監視し、リニアガイド装置８１のブレーキの締結力と駆動部Ｂ（駆動アクチュエータ６１）の出力を調節する。
重心を前方に移動させるときは駆動部Ｂ出力を減少させ、重心を後方に移動させるときは駆動部Ｂの出力を増加させることにより調整を行なう。
このとき、同時にリニアガイドブレーキの締結力を弱め、駆動部Ｂが車体に対して移動可能なように制御する。
【００４４】
定速走行時においても、車両本体Ａの基準位置ｐと駆動部Ｂの基準位置ｑとの相対的位置関係は、搭乗者の指令に基づく目標車体位置ｌtgtの値によるが、比較的小さな値となる場合が多い。
そして目標車体位置ｌtgt＝０の場合には、図３（ｂ）のように両基準位置ｐ、ｑが一致することになる。
一方、減速時において重心を後方に移動させる場合には、駆動部Ｂの出力を増加することで、図３（ａ）に示すように、車両本体Ａの基準位置ｐを駆動部Ｂの基準位置ｑよりも相対的に後方に移動した状態になる。
【００４５】
（ｃ）再加速時
走行中の再加速では、重心を前方に移動させる必要がある点では、停止から加速する場合と同様である。
しかし、停止からの加速と異なり、車両本体Ａの慣性を利用できるので、駆動部Ｂの出力を減少させ、あるいは制動（回生）させることによって車体を前方に移動させることで図３（ｃ）の状態にすることができる。
走行制御部２１は、車体位置演算部２２からの目標車体位置ｌtgtとなるよう、リニアガイド装置８１のブレーキの締結量と駆動部Ｂの出力を調節する。
目標車体位置ｌtgtに到達後、ドライバー指令値に従い加速を開始する。
【００４６】
（ｄ）補助制動車輪を使用した減速時
本実施形態では、駆動部Ｂの出力調整（出力の増減）とリニアガイド装置８１のブレーキ制御とにより、両基準位置ｐ、ｑの相対的位置関係を変更するようにしている。すなわち、現在の走行状態や加速状態を維持するために必要な駆動部Ｂの出力（駆動アクチュエータ６１からの出力）比べ、駆動部Ｂの出力を増加することで駆動部Ｂの基準位置ｑを前方に移動させ、逆に減少させることで後方に移動させるものである。
そして、減速時において重心（基準位置ｐ）を後方に移動（駆動部Ｂの基準位置ｑを前方に移動）させることが要求される。
しかし、走行制御部２１が、搭乗者の意図する減速度を実現するには、駆動部Ｂの出力調整だけでは十分な車体移動量が確保できない場合がある。
この場合走行制御部２１は、補助制動車輪制御部２４に制動指令を供給し、補助制動車輪制御部２４は制動指令を受けて補助制動部６３の伸縮機構６３３を伸ばして補助制動車輪６３１を接地させることで車両に対する制動力を得る。
【００４７】
このとき、リニアガイド装置８１のブレーキは、締結力を十分弱め、車体が後方に移動しやすくする。
この状況は、走行制御部２１がポジションセンサ４１の検出値から監視し、車体位置演算部２２の算出した目標車体位置ｌtgtになると、走行制御部２１は、補助制動車輪制御部２４に格納指令を供給し、補助制動部６３の伸縮機構６３３を縮めて補助制動車輪６３１を格納することで、無駄な走行抵抗を生じさせないようにする。
走行制御部２１は、同時にリニアガイド装置８１のブレーキを作用させ固定する。
その後、駆動部Ｂに減速指令を行ない、回生動作により減速を行なう。これにより減速時のエネルギーを無駄なく回収することができる。
【００４８】
（ｅ）停止時
倒立車両の場合、停止時は、重心を前に移動させるように駆動部Ｂが後方に向かって動き、車両本体の前方を接地させることにより、乗降を行ないやすくする。
このとき、リニアガイド装置８１のブレーキは、締結力を十分弱め、車体が必要量前方に移動した後に固定して停止する。
停止の際に前方に傾斜した車両を支える必要があるが、その支えのために本実施形態では、補助制動部６３の補助制動車輪６３１で行う。この場合の伸縮機構６３３の伸縮状態は、車体が傾斜している状態で補助制動車輪６３１が接地する状態とする。
【００４９】
なお、補助制動部６３とは別に車両前方下側の両側に停止時の車両支持部材を固定配置し、車両支持部材で停止時の車両を支えるようにしてもよい。
この場合、車両支持部材は、補助制動車輪６３１が格納された状態よりも下側となるように形成する。
【００５０】
本実施形態では、車両の加減速時を含む車両走行において車体を傾斜させることなく、車両本体Ａが水平移動することで駆動部に対する車両本体の重心位置を移動させているので、搭乗部の水平状態を保持した状態で加減速を含む走行をすることができ、搭乗者に対して乗り心地のよい姿勢制御を行うことができる。
【００５１】
次に、本実施形態における走行及び姿勢制御の処理動作について図４のフローチャートを参照しながら説明する。
走行制御部２１は、走行制御用センサ４０から駆動部速度ＶBと駆動部加速度ａBを取得する（ステップ１１）。
また、走行制御部２１は、操縦装置３０からドライバ入力値（目標加速度ａt）を取得し、車体位置演算装置２２に供給する（ステップ１２）。
さらに走行制御部２１は、ｌnowを取得する（ステップ１３）。
【００５２】
走行制御部２１から目標加速度ａtの供給を受けた車体位置演算部２２では、目標加速度ａtに対応して車両本体の取るべき目標車体位置（駆動部に対する相対的位置）ｌtgtを算出し、走行制御部２１に供給する（ステップ１４）。
すなわち、駆動輪の中心と通る鉛直線（基準位置ｑ）からの距離を目標車体位置ｌtgtとし、目標加速度ａtとすると、基本的に次の数式（ａ）に従って算出される。
【００５３】
ｌtgt＝Ｃ1ａt  …（ａ）
【００５４】
数式（ａ）においてＣ1は定数であり、例えば実験的に求められるが、車両本体の傾斜角を検出する傾斜角センサを配置し、その検出値をフィードバックして動的に調整するようにしてもよい。
【００５５】
走行制御部２１では、算出された目標車体位置ｌtgtと、ステップ１３で取得した現在の車体位置ｌnowとの差分ｄ＝｜ｌnow−ｌtgt｜を算出し、差分ｄが所定の閾値ｈ以下であるか否かを判断する（ステップ１５）。
差分ｄが閾値ｈ以下、即ち僅かである場合（ステップ１５；Ｙ）には、車両本体を相対的に移動しなくても姿勢制御されるので、補助制動車輪３３１を格納状態とし（ステップ１６）、さらにリニアガイド装置８１のブレーキを作動（固定）し（ステップ１７）、ステップ２３に移行する。
【００５６】
一方、差分ｄが閾値ｈよりも大きい場合（ステップ１５；Ｎ）、走行制御部２１は、車両本体と駆動部との相対位置を変更するために駆動部に必要な加速度ａBtを算出する（ステップ１８）。
即ち走行制御部２１は、ステップ１５で算出した差分ｄを入力として、目標距離（＝ｄ）を実現するために駆動部に必要な加速度ａBtを次の数式（ｂ）から算出する。
【００５７】
ａBt＝Ｃ2ｄ  …（ｂ）
【００５８】
ついで走行制御部２１は、駆動部を移動するための出力トルクを算出する（ステップ１９）。
すなわち、走行制御部２１は、算出した加速度ａBtを実現するように差分トルクτdiffを次の数式（ｃ）から算出する。
この差分トルクτdiffは、現在の走行状態や加速状態を維持するために必要な駆動部Ｂの出力に対して、駆動部を前後に移動させるために必要な出力の増減分である。
【００５９】
τdiff＝ａBtＭ＋τres  （τres＝Ｃ3＋Ｃ4ａB＋Ｃ5ｖB）  …（ｃ）
【００６０】
数式（ｃ）において、ａBとｖBは、ステップ１１で取得した、現在の駆動部の加速度と現在の駆動部の速度である。
また、Ｃ3〜Ｃ5は実験的に設定される定数であるが、物理モデルより求めた値でも良い。Ｍは駆動部の重量である。
【００６１】
ついで走行制御部２１は、急減速となるか否かについて判断する（ステップ２０）。
すなわち、走行制御部２１は、加速を＋、減速を−とした場合に、ステップ１２で取得した目標加速度ａ1が所定の閾値ｘ（＜０）よりも小さい場合に急減速と判断する。
急減速である場合（ステップ２０；Ｙ）、走行制御部２１は、補助制動車輪制御部２４を介して、補助制動車６３１を接地させることで制動力を得る（ステップ２１）。
【００６２】
一方、急減速でない場合（ステップ２０；Ｎ）、走行制御部２１は、リニアガイドブレーキ制御部２３を介して、リニアガイド装置８１のブレーキを解除することで、相対位置の移動を可能にする。
【００６３】
走行制御部２１は、車両を前進又は後退させるためのトルクと車両を水平に保持するために必要なトルク、すなわち、通常制御トルクτ1を別途算出している。
この通常制御トルクτ1に、ステップ１９で算出した車両本体と駆動部との相対位置を実現するための差分トルクτdiffに加算することで、最終出力トルクτ（＝τ1＋τdiff）を算出し、駆動部出力トルク指令値として駆動アクチュエータ６１に供給し（ステップ２３）、メインルーチンにリターンする。
なお、走行制御部２１は、この最終出力トルクτの値が、例えば倒立制御に対して影響を与えるような場合、ある一定値以上の値をとらないように最大値で規制しても良い。
【００６４】
最終出力トルクτが駆動アクチュエータ６１から出力されることで、操縦装置３０から指令される走行要求に対応した走行を行うと共に、該要求に対応した目標車体位置ｌtgtの方向に駆動部が移動することになる。
そして、次移行のルーチンにおいて、目標車体位置ｌtgtと現在の車体位置ｌnowとの差分ｄが所定の閾値ｈ以下となった場合に（ステップ１５；Ｙ）、走行制御部２１は、補助制動車輪６３１を格納状態にすると共に（ステップ１６）、ステップ２２で解除状態にあるリニアガイド装置８１のブレーキを作動（固定）する。
【００６５】
以上説明したように本実施形態の車両によれば、車両の加減速時を含む車両走行において車体を傾斜させることなく、車両本体Ａが水平移動することで駆動部に対する車両本体の重心位置を移動させているので、搭乗部の水平状態を保持した状態で加減速を含む走行をすることができ、搭乗者に対して乗り心地のよい姿勢制御を行うことができる。
【００６６】
また、バランサを別途配置した車両に比べ、車体全体をバランサとして使用することができるため、より高い加／減速度でも車体を水平に保ちながら加／減速を行なうことができる。
駆動部を除いた、搭乗部や制御部等の車体全体がバランサとなるため、バランサ機能の付加に伴う重量増加を少なくすることが可能になり、車両全体の燃費も良好となる。
補助車輪を使用する場合は、減速のためではなく、車体バランサを効果的に機能させるために最小限の時間使用するだけで済み、基本的に回生ブレーキで減速するので、回生効率が良い。補助輪は、必須の要素ではない。
車両駆動用のモータとリニアガイド、リニアガイドの動きを制御するクラッチを使用して車体と車輪の相対位置を変更するため、別途バランサ駆動用モータ等を準備する必要がない。
【００６７】
以上、本発明の車両における１実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、リニアガイド装置８１により車両本体と駆動部の前後方向における相対的位置を移動する場合について説明したが、前後方向だけでなく車両の上下方向に対する相対的位置を移動するようにしてもよい。
【００６８】
図５は、車両本体と駆動部との上下方向の相対的位置を変更するための機構について表したものである。この図５において、図面左側が車両の前方である。
図５（ａ）では車両本体のうち本体フレーム７０について表し、搭乗部については省略している。
図５（ｂ）に示されるように、本体フレーム７０には、駆動部を進行方向前後に移動するための第１軌道７６と、上下方向に移動するための第２軌道７８が形成されている。
第１軌道７６は、本体フレーム７０の下側に水平に形成されている。
第２軌道７８は、第１軌道７６の途中から後上方向に向かう傾斜部とそれに続く水平部で形成されている。
【００６９】
第１軌道７６の左側（車両前方側）には、衝撃緩衝材７７が配置されている。
なお、衝撃緩衝材は第１軌道７６の前方側及び／第２軌道７８の前方側にも配置するようにしてもよい。
【００７０】
第１軌道７６と第２軌道７８との合流部には、軌道を切り替えるための切替部材７９が配置されている。
切替部材７９は、走行制御部２１からの切替指令に従い、図示しない切替アクチュエータによって車両後方側（図面右側）を中心に回動するように構成されている。
切替部材７９は、駆動部の前後方向の相対位置を変更する場合第１軌道７６と平行になるように上側に切り替えられ、上下方向の相対位置を変更する場合には第２軌道７８と平行になるように下側に切り替えられる。
【００７１】
車両本体の４角には支持部材９０が配置されている。
第１軌道７６に駆動部がある状態での地面と、この支持部材９０の下側端面との距離をＬとすると、第１軌道７６と、第２軌道７８の水平部との間隔はＬに形成されている。
従って、駆動部が第２軌道７８の水平部に移動すると支持部材９０が接地するため、車両を安定的に停止させることができる。
【００７２】
図５（ｂ）に示されるように、第２軌道７８の傾斜部が後上方向に傾斜しているので、駆動部は一端前方に移動し、切替部材７９が下側に切り替えられた後に、第２軌道７８を上後方に移動することで相対的に車両本体が下がることになる。
通常停車時は減速するために重心を後方に移動する必要がある。このため、停車する場合には、駆動部を第１軌道７６に沿って前方に移動して減速し、その後停車するために第２軌道を後方に向かって移動する。
このように第２軌道７８の傾斜部が後上方向に傾斜しているので、減速から停車を一連の動作としてスムーズに行うことができる。
【００７３】
また、本実施形態では、車輪（駆動輪）が１軸上に存在する倒立車両について説明したが、第２軸上に常時接地している補助輪（駆動モータが配置されていてもいなくてもよい）が配置されている車両であっても適用が可能である。
図６は、常時接地している補助輪を備えた車両の搭乗部と駆動部の状態を表したものである。
図６では、駆動輪１１よりも後方に補助輪１２１が１つ又は２つ配置されているが、補助輪１２１は駆動輪１１の前方に配置されるように構成してもよい。
【００７４】
図６に示したように、駆動輪１１と補助輪１２１との間隔（ホイールベース）の短い車両の場合、加減速時の安定性が低下する可能性がある。
そこで、図６（ａ）〜（ｂ）に示されるように、本実施形態で説明したと同様に車両本体Ａと駆動部Ｂとの相対位置を制御することで、駆動輪１１と補助輪１２１の各輪に効果的に荷重を配分することで、安定した加減速を行うことが可能になる。
【００７５】
なお、図６に示すようにホイールベースの短い車両については、加速時には、駆動力の効果的な伝達という意味では、駆動輪１１に最も荷重がかかることが望ましいが、直進安定性などを総合的に勘案すると、車体の重量のばらつきなどがあり単純ではない。
そこでドライバーが操縦装置３０で指令した加速度において、最も効果的かつ安全に加速できる車体位置をあらかじめ実験的に求めておき、この値に基づいて車体位置を移動させるようにする。
また、減速時には、制動の効果のみを考えると、制動輪に最も荷重がかかることが望ましいが、加速時と同様の直進安定性の確保や、転倒の危険を回避するため、加速時と同様、最も効果的かつ安全に減速できる車体位置をあらかじめ実験的に求めておき、同様に車体位置を移動させる。
【００７６】
説明した実施形態では、本体フレーム７０を含む車両本体Ａと駆動部Ｂとが相対的に移動する場合について説明したが、駆動部Ｂ（駆動輪１１、駆動モータ１２）を本体フレーム７０に固定し、本体フレーム７０と車両本体Ａ（本体フレーム７０を除く）とを相対的に移動するようにしてもよい。
また、駆動部Ｂに対して少なくとも搭乗部３０が相対的に移動する構成であればよく、搭乗部３０と共に制御ユニット１６及び／又はバッテリが移動するようにしてもよい。
【００７７】
また、リニアガイド装置８１を使用して車両本体Ａと駆動部Ｂの相対的位置の移動させる場合について説明したが、他の機構でもよい。
例えば、スライダ型のアクチュエータや、ロッド型アクチュエータを利用することで相対位置を移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態における車両の外観構成図である。
【図２】制御ユニットの構成図である。
【図３】車両の走行状態及び姿勢制御の状態による、車両本体と駆動部との相対的位置関係を表した説明図である。
【図４】走行及び姿勢制御の処理動作について表したフローチャートである。
【図５】車両本体と駆動部との上下方向の相対的位置を変更するための機構について表した説明図である。
【図６】常時接地している補助輪を備えた車両の搭乗部と駆動部の状態を表した説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１ 駆動輪
１２ 駆動モータ
１３ 搭乗部
１６ 制御ユニット
２０ ＥＣＵ
２１ 走行制御部
２２ 車体位置演算部
２３ リニアガイドブレーキ制御部
２４ 補助制動車輪制御部
３０ 操縦装置
３１ ジョイスティック
４０ 走行制御用センサ
４１ ポジションセンサ
４１ 走行制御用センサ
４２ 加速度センサ
４３ 車速センサ
６１ 駆動アクチュエータ
６３ 補助制動部
７０ 本体フレーム
７１ 支持部材
８１ リニアガイド装置
【図１】
2008131821.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008131821.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008131821.tif 000007
【図６】
2008131821.tif 000008