(57)【要約】【課題】作業車両において、超信地旋回を可能にする。【解決手段】電気駆動装輪車１００は、左右対をなす４組の車輪５ｇ、５ｈ、１０ａ〜１０ｆを有している。各輪はモータ６ａ〜６ｇにより独立に駆動可能である。各輪には、姿勢を変化させるピストン７ａ〜７ｇとピストンロッド２４ａ〜２４ｇが設けられている。各輪は制御装置４により、操舵と回転駆動が制御されている。制御装置は、電気駆動装輪車を緩旋回または信地旋回、超信地旋回させるときには左右の車輪に設けたピストンロッド２４ａ〜２４ｇの伸長長さを略同じにして車輪を「ハ」または「ヘ」の字形にする。装輪車の向きを変えるときは左右の車輪におけるピストンロッドの伸長長さの和を操舵前後で略同じにして車輪が「ニ」の字形になるよう制御する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも左右１対の前輪と左右１対の後輪とを有し、各輪を独立に駆動可能な電気駆動装輪車において、
前記各輪ごとに姿勢を変化させる操舵手段と車輪を駆動する駆動手段とを設けるとともに各輪の操舵手段と駆動手段を制御する１個の制御装置を設け、この制御装置はこの電気駆動装輪車をピボット旋回させるときに、対をなす車輪の回転方向と操舵方向が逆になるように前記駆動手段と操舵手段を制御することを特徴とする電気駆動装輪車。
【請求項２】
少なくとも左右１対の前輪と左右１対の後輪とを有し、各輪を独立に駆動可能な電気駆動装輪車において、
前記各輪ごとに姿勢を変化させる操舵手段と車輪を駆動する駆動手段とを設けるとともに各輪の操舵手段と駆動手段を制御する１個の制御装置を設け、この制御装置はこの電気駆動装輪車を信地旋回または緩旋回させるときに、対をなす車輪の回転方向と操舵方向を同一方向にするとともに、対をなす車輪の回転速度と操舵角を異ならせることを特徴とする電気駆動装輪車。
【請求項３】
前記制御装置は、ピボット旋回時には車輪の滑りがなくなる操舵角度にするかまたは近づけるように前記操舵手段を制御して旋回抵抗を減少させることを特徴とする請求項１に記載の電気装輪車。
【請求項４】
前記操舵手段は、流体圧シリンダまたは電動アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動装輪車。
【請求項５】
操舵する流体圧シリンダの圧力が低下して流体圧シリンダの作動圧力以下になったときまたは電動アクチュエータの電圧が低下して電動アクチュエータが作動不全になったときに、機械的に駆動手段を車輪に連結する手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の電気駆動装輪車。
【請求項６】
前記操舵手段は車輪に連結されたアームとリンク機構とを含み、前記リンク機構が前記アームを正回転させると対をなす車輪に同一方向の正操舵角を、前記アームを逆回転させると対をなす車輪に逆方向の操舵角を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動装輪車。
【請求項７】
少なくとも左右１対の前輪と左右１対の後輪とを有し、各輪を独立に駆動可能な電気駆動装輪車において、
前記各輪ごとに姿勢を変化させる油圧シリンダまたは電気アクチュエータを有する操舵手段と車輪を駆動する駆動手段とを設けるとともに各輪の操舵手段と駆動手段を制御する１個の制御装置を設け、この制御装置はこの電気駆動装輪車を超信地旋回させるときに対をなす車輪に設けた前記油圧シリンダまたは電気アクチュエータの伸長長さを略同じにして車輪を「ハ」または「ヘ」の字形にし、この装輪車の向きを緩旋回または信地旋回に変えるときは対をなす車輪における前記油圧シリンダまたは電気アクチュエータの伸長長さの和が操舵前後で略同じにして車輪が「ニ」の字形になるよう制御することを特徴とする電気駆動装輪車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４輪以上の独立に操舵される車輪を備えた装輪車に係り、特に電気で駆動される電気駆動装輪車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超信地旋回が可能な四輪自動車の例が、特許文献１に記載されている。
この公報に記載の四輪自動車では、静止状態から回転半径ゼロで方向転換する超信地旋回を実現するために、四輪自動車の４個のタイヤが地面と接触する４つの接点を頂点として形成される長方形に外接する円の接線方向に４個のタイヤをそれぞれ向けるように配置している。そして、このタイヤに所定の駆動力を加えて４個のタイヤを外接円の円周上に移動させている。
【０００３】
超信地旋回可能な多軸車両の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の多軸車両では、各車軸内に左右逆回転可能な作動装置を設けている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１０４２２２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２３０７５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の四輪自動車では、確かに外接円までステアリングを切って車輪を配置すれば理論的に超信地旋回が可能になるが、現実的には車輪の駆動軸や操舵リングが邪魔をして外接円までステアリングを切ることが困難になる。特に車軸が前後方向に３軸以上あるときは外接円までステアリングを切ろうとすると、１２０度以上もの角度になり非常に困難になる。また、前後方向に２軸であっても、左右の車輪においてステアリング角度が異なっており、一方が他方に比べて大角度のステアリングを切る必要が生じ、機構が複雑になる。
【０００６】
上記特許文献２に記載の多軸車両では、対をなす左右の車輪を作動装置を用いて制御しているが、通常走行時と旋回走行時に１個のアクチュエータを用いて逆方向に回転させているので装置が複雑化する。また、対を成す左右の車輪の旋回方向を同一方向にしか設定できず、超信地旋回時には直進方向に制御され旋回駆動力が大になる。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は４輪以上の装輪車において、小さな旋回半径で車両をステアリング可能にすることにある。本発明の他の目的は、狭隘な道路においても容易に車両のステアリングを切ることができるようにすることにある。本発明のさらに他の目的は、簡素な構成で装輪車を小さな旋回駆動力で超信地旋回可能にすることにある。そして本発明は、これらの目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、少なくとも左右１対の前輪と左右１対の後輪とを有し、各輪を独立に駆動可能な電気駆動装輪車において、各輪ごとに姿勢を変化させる操舵手段と車輪を駆動する駆動手段とを設けるとともに各輪の操舵手段と駆動手段を制御する１個の制御装置を設け、この制御装置はこの電気駆動装輪車をピボット旋回させるときに、対をなす車輪の回転方向と操舵方向が逆になるように駆動手段と操舵手段を制御するものである。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、少なくとも左右１対の前輪と左右１対の後輪とを有し、各輪を独立に駆動可能な電気駆動装輪車において、各輪ごとに姿勢を変化させる操舵手段と車輪を駆動する駆動手段とを設けるとともに各輪の操舵手段と駆動手段を制御する１個の制御装置を設け、この制御装置はこの電気駆動装輪車を超信地旋回させるときに、対をなす車輪の回転方向と操舵方向を逆にするとともに、対をなす車輪の回転速度と操舵角を異ならせるものである。
【００１０】
そしてこれらの特徴において、制御装置は、ピボット旋回（超信地旋回）時には車輪の横滑りがなくなる操舵角度になるように操舵手段を制御して旋回抵抗を減少させるのがよく、操舵手段は、流体圧シリンダまたは電動アクチュエータを含むことが好ましい。
【００１１】
さらに、操舵する流体圧シリンダの圧力が低下して流体圧シリンダの作動圧力以下になったときまたは電動アクチュエータの電圧が低下して電動アクチュエータが作動不全になったときに、機械的に駆動手段を車輪に連結する手段を設けるのがよい。また、操舵手段は車輪に連結されたアームとリンク機構とを含み、リンク機構がアームを正回転させると対をなす車輪に同一方向の正の操舵角を、アームを逆回転させると対をなす車輪に逆方向の操舵角を与えることが好ましい。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴は、少なくとも左右１対の前輪と左右１対の後輪とを有し、各輪を独立に駆動可能な電気駆動装輪車において、各輪ごとに姿勢を変化させる油圧シリンダまたは電気アクチュエータを有する操舵手段と車輪を駆動する駆動手段とを設けるとともに各輪の操舵手段と駆動手段を制御する１個の制御装置を設け、この制御装置はこの電気駆動装輪車を超信地旋回させるときに対をなす車輪に設けた前記油圧シリンダまたは電気アクチュエータの伸長長さを略同じにして車輪を「ハ」または「ヘ」の字形にし、この装輪車の向きを緩旋回または信地旋回に変えるときは対をなす車輪における前記油圧シリンダまたは電気アクチュエータの伸長長さの和が操舵前後で略同じにして車輪が「ニ」の字形になるよう制御するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。図１は左右に４輪ずつ、８個の車輪を有する本発明に係る電気駆動装輪車の一実施例の上面図であり、一部を省略して示した図である。本実施例では、電気駆動装輪車１００は直進４０している。電気駆動装輪車１００の車体１前部には、この装輪車１００を駆動する駆動源となるエンジン２と、このエンジン２に接続されエンジン２で発生した動力を電力に変換する発電機３とが搭載されている。
【００１４】
車輪は左右に４個ずつ配置されており、最前部の左右１対の車輪が起動輪５ｇ、５ｈである。起動輪５ｇ、５ｈに続いて左右３対の車輪１０ａ〜１０ｆが設けられている。これらの起動輪５ｇ、５ｈおよび車輪１０ａ〜１０ｆは、車体１を支持して走行、旋回、停止させるのに用いられる。
【００１５】
起動輪５ｇ、５ｈおよび各車輪１０ａ〜１０ｆは、それぞれ単独で駆動可能なように、モータ６ａ〜６ｇが取り付けられている。モータ６ａ〜６ｈには、発電機３から電力が供給される。各車輪５ｇ、５ｈ、１０ａ〜１０ｆが独立で操舵可能なように、各車輪５ｇ、５ｈ、１０ａ〜１０ｆにはその向き４２を変更する操舵手段が設けられている。操舵手段は、詳細を後述する操舵アーム３０ａ〜３０ｈと、この操舵アーム３０ａ〜３０ｈに接続されたシリンダ７ａ〜７ｈとを有している。シリンダ７ａ〜７ｈは、シリンダロッド２４ａ〜２４ｈの先端部で操舵アーム３０ａ〜３０ｈに接続される。
【００１６】
各車輪５ｇ、５ｈ、１０ａ〜１０ｆの向きは、ハンドル８からの指令を制御装置４に入力し、制御装置４が操舵手段を駆動して変更される。なお、後述する緩旋回、信地旋回および超信地旋回と、普通走行とを切換えるために、パワーペダル９からの信号を制御装置４に入力して操舵手段を駆動したときにも、各車輪５ｇ、５ｈ、１０ａ〜１０ｆの向きは変更される。
【００１７】
図２に、一般走行において走行方向を直進方向４０から右に旋回４４する場合である。起動輪５ｇ、５ｈおよび車輪１０ａ、１０ｂだけ向き４６を右方向に変えている。この車輪５ｇ、５ｈ、１０ａ、１０ｂの向きを変更するときは、操舵手段が備えるシリンダ７ａ、７ｂ、７ｇ、７ｈのシリンダロッド２４ａ、２４ｂ、２４ｇ、２４ｈを左右対で変化させる。その際、左側のシリンダロッド２４ｂ、２４ｈを伸長させ、右側のシリンダロッド２４ａ、２４ｇを左側シリンダロッド２４ｂ、２４ｈを伸長させた分だけ、縮退させる。厳密には、図示しない旋回中心からの各車輪の半径Ｒ５ｇ、Ｒ５ｆ、Ｒ１０ａ、Ｒ１０ｂに対して車輪５ｇ、ｈ、１０ａ、１０ｂが直角になるように各シリンダロッド２４ａ、２４ｂ、２４ｇ、２４ｈを矢印４８方向に伸縮させる。その際、後部側の車輪１０ｃ〜１０ｆに接続したピストンロッド２４ｃ〜２４ｄは、直進時と同じ状態に保持する。
左旋回も同様の手順で行う。
【００１８】
図３にパワーペダル９を用いて、緩旋回、信地旋回または超信地旋回するときの様子を示す。この実施例では、ハンドル８とパワーペダル９の図示を省略している。電気駆動装輪車１００の中心０の回りに、旋回半径Ｒ１で装輪車１００を旋回５０させる場合である。パワーペダル９とハンドル８とから、制御装置４に超信地旋回が指令されると、制御装置４は操舵手段を駆動して車輪５ｇ、５ｈ、１０ａ〜１０ｆの向き６１〜６８を、以下のように変化させる。
【００１９】
制御装置４は、左右対をなすシリンダ７ａ−７ｂ、７ｃ−７ｄ、７ｅ−７ｆ、７ｇ−７ｈに、各対同士は同じシリンダロッド２４ａ〜２４ｈの伸縮量となるように指令する。その結果、対をなす車輪５ｇ−５ｈ、１０ａ−１０ｂは、「ハ」または「ヘ」の字形に、車輪１０ｃ−１０ｄ、１０ｅ−１０ｆは、逆「ハ」または逆「ヘ」の字形になる。なお、車体１の長手方向内側に位置する２対の車輪１０ａ〜１０ｄの向き、すなわちシリンダロッド２４ａ〜２４ｄの伸長量を、外側に位置する２対の車輪５ｇ、５ｈ、１０ｅ、１０ｆのシリンダロッドの伸長量よりも小にする。これは、車輪の向きがその車輪の旋回円の接線方向にあるときに、最も旋回抵抗が少なくなるからである。さらに、左右対をなす車輪の回転方向を、互いに逆方向にする。すなわち、車輪５ｇは後退側に回転させ、車輪５ｈは前進側に回転させる。車輪１０ａ〜１０ｆも、同様である。
【００２０】
図４に、操舵手段の詳細を示す。図４は、装輪車１００が有する車輪１０または５の１輪を前方から見た図であり、部分的に断面で示している。車輪１０（５）の内周に、シリンダ状のフレーム１８ｐ、１８ｑを嵌合する。シリンダ状のフレーム１８ｐ、１８ｑの中心部には、駆動軸１９の一端が固定されている。駆動軸１９の他端側には、モータ６が接続されている。駆動軸１６の周囲には、支持台２１が配置されており、支持台２１とフレーム１８ｑ間には軸受２０が配置されており、車輪１０（５）を回転支承する。
【００２１】
支持台２１とモータ６との間であって支持台２１に固定して、操舵アーム３０が取り付けられている。操舵アーム３０の中間部を、駆動軸１９が貫通している。操舵アーム３０の一端側は、車輪１０（５）の旋回中心２３から離れており、その端部にはピン１５を介してシリンダロッド２４が接続されている。シリンダロッド２４は制御装置１４の指令により、図４の左右方向に伸縮５６する。
【００２２】
シリンダ７に制御装置４から操舵指令が出されると、シリンダロッド２４が左右に移動し、旋回中心３２回りに車輪１０（５）、駆動軸１９およびモータ６等が回転する。これにより、所定の角度まで車輪１０（５）が操舵される。シリンダ７として油圧シリンダを使用した例を図５に、シリンダ７の代わりにねじを用いた例を図６に示す。
【００２３】
図５は、油圧式シリンダ７ｇによる操舵例である。シリンダ７ｇの外周には、位置検出センサ３４ｇが取り付けられており、シリンダ７ｇが備えるピストン３２ｇの変位を検出する。ピストン３２ｇによりシリンダ７ｇ内部は２つの部屋に仕切られ、それぞれの部屋は、サーボ弁２７ｇと配管で連通している。
【００２４】
シリンダ７ｇの一方の部屋に作動油を供給する配管には、油圧ポンプ２５ｇが設けられている。油圧ポンプ２５ｇは、油タンク２６に貯留された作動油を加圧してサーボ弁２７ｇに送給する。シリンダ７ｇの他方の部屋に連通する配管は、サーボ弁２７ｇを介して油タンク２６に連通している。この配管は、排油側として作用する。油圧ポンプ２５ｇからサーボ弁２７ｇに到る配管は途中で分岐しており、分岐配管には圧力調整弁２９ｇが設けられている。シリンダ７ｇの給油圧力を制御する圧力調整弁２９ｇからオーバーフローした作動油は、油タンク２６に戻される。
【００２５】
運転手がハンドル８を操作すると、ハンドル８に取り付けた操舵角を検出する角度検出センサ３３の検出角度が制御装置４に入力される。制御装置４は、油圧シリンダ７ｇに取り付けた位置検出センサ３４ｇが検出した信号から得られるピストン３２ｇの変位量と角度検出センサ３３が検出した検出角度に対応するピストン３２ｇの変位量とを比較し、両者が一致するようサーボ弁２７ｇのポートを開いてシリンダ７ｇに作動油を供給する。ピストン３２ｇが検出角度に対応する変位となったら、サーボ弁２７ｇのポートを閉じて、ピストン３２ｇをその位置に保持する。ピストン３２ｇが変位するとピストンに接続したシリンダロッド２４ｇも変位し、ピン１５ｇを介して接続された操舵アーム３０ｇが変位する。この結果、車輪５ｇが旋回中心２３ｇの回りにハンドル８から指示された量だけ回転する。
【００２６】
図６は、シリンダロッド２４ｇに接続したねじ棒３９ｇを歯車３８ｇを用いて左右に駆動する例である。ねじ棒３９ｇの外周側には位置検出センサ３１が取り付けられており、ねじ棒３９ｇの左右の変位を検出する。歯車３８ｇにはサーボモータ３７ｇが接続されており、サーボモータ３７ｇが正転および逆転することにより、ねじ棒３９ｇを左右に移動させる。サーボモータ３７ｇは切換えスイッチ３５ｇを介して電源３６に接続される。切換えスイッチ３５ｇを切換えると、サーボモータ３７ｇの回転方向が変化する。
【００２７】
運転手がハンドル８を切ると、ハンドル８に取り付けた角度検出センサ３３が操作量を検出し、制御装置４に入力される。油圧シリンダのときと同様に、この検出量はねじ棒３９ｇの変位量に換算され、位置検出センサ３１が検出したねじ棒３９ｇの変位量と比較される。位置検出センサ３１が検出した変位量がハンドル８の操作量に対応するまでサーボモータ３７ｇを正転または逆転させる。ハンドル８の操作量に達したら、サーボモータ３７ｇを停止して車輪５ｇをその向きに保持する。他の車輪のときも同様である。
【００２８】
本実施例ではサーボモータで歯車を駆動しているが、ソレノイドを用いても同様に車輪を操舵できる。すなわち、シリンダロッドをソレノイドに接続し、ソレノイドに通電することによりシリンダロッドを往復動させればよい。
【００２９】
図７に、超信地旋回時に発生する旋回抵抗について説明する。図７では簡単のために、装輪車の中央部の４個の車輪について説明する。左右対をなす２組の車輪１０ａ−１０ｂ、１０ｃ−１０ｄを有する装輪車が直進している操舵状態から、超信地旋回する場合である。このときハンドルおよびパワーペダルを操作して、各車輪１０ａ〜１０ｄを超信地旋回に適した向きに変更する。この場合、各車輪１０ａ〜１０ｄの中心を通る直径Ｄ１の円の円周の接線方向に、車輪１０ａ〜１０ｄの向きを定めると、装輪車は滑らずに転がりながら旋回してほとんど旋回抵抗が生じない。
【００３０】
しかしながら、車輪の可動範囲の制約等で、車輪を円周の接線方向に向けることは困難な場合が多い。このことは、車体の長手方向内側に位置する車輪において顕著になる。この場合、車輪１０ａ〜１０ｄは横滑りをしながら超信地旋回する。その時に必要な概略の駆動力は次式から得られる。
【００３１】
Ｆθ＝Ｆｃｏｓ（α−β）≧Ｗμ
ここで、  Ｆは車輪の駆動力であり、ＦθはＦの超信地旋回方向の成分である。また、αは直進時の車輪の向き４０と理想的な超信地旋回時の車輪の向き５０とのなす角度、βは直進時の車輪の向き４０と実際に超信地旋回させる時の車輪の向き５０とのなす角度、Ｗは車輪に加わる重量、μは車輪の横滑り摩擦係数である。
【００３２】
この式から、以下のことが知られる。すなわち、角度αが角度βに等しいとき（α＝βのとき）には、駆動力ＦがＷμ以上あれば装輪車は旋回できる。角度βがほぼ０のとき（β＝０のとき）には、駆動力ＦがＷμ／ｃｏｓα以上でないと旋回できない。すなわち、車輪が直進時と同じ向きで超信地旋回するときの角度β＝０の場合には、角度αが角度βに等しい理想的な超信地旋回の場合よりも駆動力として１／ｃｏｓα倍だけ多く必要になる。車輪の直径や車体の幅等を考慮して角度αを、α＝６５°に設定する。車輪を直進時と同じ向きにして超信地旋回させると、理想的な車輪の向きで超信地旋回させたときに比べて、２．３６倍（＝１／ｃｏｓ６５°）の駆動力が必要になる。
【００３３】
つまり、装輪車を超信地旋回をさせるときには、車輪を操舵してできるだけ旋回円の円周方向に車輪の向きを近づければよい。上記各実施例によれば、各車輪を独立に操舵できるので、車輪を理想的な車輪の向きに近づけることができ、装輪車を超信地旋回させたときの旋回抵抗を減少できる。これにより、車輪の駆動力が低減し、車輪に装架させたタイヤの摩耗を減少でき、長寿命運転ができる。
なお、上記各実施例では左右に４対の車輪を有する装輪車について説明したが、左右３対、左右２対、または左右５対以上の車輪を有する装輪車にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
電気駆動装輪車の各車輪の操舵角を各車輪ごとに独立に変化させることにより、狭い空間においても信地旋回や超信地旋回が可能になる。また、各車輪の操舵を１個の制御装置で制御するので、操舵用の機構が簡素になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気駆動装輪車の一実施例の上面図であり、直進状態を示す。
【図２】本発明に係る電気駆動装輪車の一実施例の上面図であり、進行方向を変更する状態を示す。
【図３】本発明に係る電気駆動装輪車の一実施例の上面図であり、超信地旋回、または信地旋回、緩旋回する状態を示す。
【図４】図１ないし図３に示した電気駆動装輪車に用いる操舵部の正面部分断面図である。
【図５】図１ないし図３に示した電気駆動装輪車に用いる操舵手段の詳細を示す模式図である。
【図６】図１ないし図３に示した電気駆動装輪車に用いる他の操舵手段の詳細を示す模式図である。
【図７】超信地旋回を説明する図である。
【符号の説明】
１…装輪車車体、２…エンジン、３…発電機、４…制御装置、５、５ａ、５ｂ…起動輪、６、６ａ〜６ｈ…電気モータ、７、７ａ〜７ｈ…シリンダ、８…ハンドル、９…パワーペダル、１０、１０ａ〜１０ｆ…車輪、１５、１５ｇ…連結ピン、１８ｐ、１８ｑ…フレーム、１９…駆動軸、２０…軸受、２１…支持台、２３、２３ｇ…旋回中心、２４、２４ａ〜２４ｈ…シリンダロッド、２５ｇ…油圧ポンプ、２６…油タンク、２７ｇ…サーボ弁、２８ｇ…比較器、２９ｇ…圧力調整弁、３０、３０ａ〜３０ｈ…操舵アーム、３１ｇ…位置検出センサ、３３…角度検出センサ、３４ｇ…位置検出センサ、３５ｇ…切換えスイッチ、３６…電源、３７ｇ…サーボモータ、３８ｇ…ねじ歯車、３９ｇ…ねじ棒、１００…装輪車、Ｄ１…旋回直径、Ｏ…旋回中心、Ｒ１…旋回半径。
【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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