(57)【要約】【課題】簡単な仕組みにより倒立振り子車両の旋回特性を向上させる。【解決手段】本実施の形態では、左右の駆動輪により走行する倒立振り子車両を、左右の駆動輪の回転軸を個別に制御することにより旋回を行わせる。左右の駆動輪は節を介してシャフトに固定してあり、個別に鉛直方向に回転軸を傾けることができるようになっている。一方、駆動輪の外輪部分は、幅方向中央部の外径が幅方向両端部の外径よりも大きくなるように丸みを帯びた凸形状に形成されている。そのため、駆動輪の回転軸を鉛直方向に傾けると、駆動輪の有効径が小さくなる。車両は、旋回の際に、内輪側の駆動輪の回転軸を傾けて有効径を小さくすることにより内外輪の有効径差を設け、これによって旋回を行う。【選択図】図２
2007118807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上に配置された左右の駆動輪を駆動する駆動手段と、
運転者からの旋回指示を受け付ける旋回指示受付手段と、
前記受け付けた旋回指示で指定された旋回量に対応して、前記駆動輪のうち少なくとも一方の回転軸を鉛直方向に傾けることにより、内輪側の駆動輪の有効径を外輪側の駆動輪の有効径よりも小さくする回転軸制御手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記旋回量に対応する車両の目標傾斜角を算出する目標傾斜角算出手段を具備し、
前記回転軸制御手段は、車両の傾きが前記算出した目標傾斜角となるように、前記回転軸の傾き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】
車速を検出する車速検出手段を具備し、
前記目標傾斜角算出手段は、前記検出した車速を用いて目標傾斜角を算出することを特徴とする請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記目標傾斜角算出手段は、前記駆動輪の有効径の変化による車両の傾きにより、当該車両に作用する遠心力と重力の合力が、前記左右の駆動輪の中心を通る直線と垂直になる傾斜角を算出することを特徴とする請求項２、又は請求項３に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に関し、例えば、倒立振り子車両における旋回制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一軸上に配設された左右の駆動輪の上に運転者が搭乗し、一輪車のようにバランスを保持しながら走行する倒立振り子車両が注目を集めている。
これら倒立振り子車両は、例えば、特許文献１に示されるように、車輪型倒立振り子の原理を用いてバランスを保持するようになっている。
【０００３】
このような倒立振り子車両では、外輪の回転速度（角速度）が内輪の回転速度よりも大きくなるように左右輪の回転速度を変化させて旋回を行っている。
このような制御を行うために、例えば図８（ａ）のように、駆動輪１１ａ、１１ｂ毎に別々のモータを配設している。そして、それぞれのモータの速度を制御することにより、駆動輪１１ａ、１１ｂのうち、外輪側の駆動輪の回転速度が内輪側の駆動輪の回転速度よりも大きくなるように制御している。
【０００４】
図８（ｂ）は、従来の旋回制御についての他の例を示したものである。
この例では、ディファレンシャルギアを介してモータの回転が駆動輪１１ａ、１１ｂに伝達されるようになっている。ディファレンシャルギアは、モータから伝達された回転の回転速度を、駆動輪１１ａ、１１ｂで異なるように変換することができ、これによって、外輪の回転速度が内輪の回転速度よりも大きくなるように制御するようになっている。
なお、この図に示されるように、制動を行うためのブレーキも配設されている。
【０００５】
また、倒立車両における旋回方法として特許文献２に記載の技術が提案されている。
この車両では、搭乗者の体重移動により、左右駆動輪の外径を変化させるようになっている。
すなわち、左右駆動輪内の流体（空気）が配管により自由に行き来できるように連通しており、搭乗者が体重を左右の何れかに移動すると、移動した側の駆動輪内の流体が反対側の駆動輪に押し出される。これによって、内輪側（体重を移動した側）の駆動輪の外径が外輪側の駆動輪の外径よりも小さくなり車両が旋回するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０９４８９８公報
【特許文献２】特開２００４−３４５６０８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図８（ａ）に示した方法では、モータを２台搭載する必要があり、図９（ｂ）に示した方法では、ディファレンシャルギアを搭載する必要がある。
このため、何れの方式も車重が重くなると共に製造コストも高くなってしまうという問題があった。また、旋回中も車体は水平を保つため、重心の位置が高い場合は、遠心力により姿勢が不安定になる場合があった。
また、特許文献２記載の技術では、体重移動による駆動輪の外径差の調節が搭乗者の身体全体の感覚に任せられており、操作性や安定性が必ずしもよくなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、簡単な仕組みにより倒立振り子車両を旋回させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明では、同一軸線上に配設された左右の駆動輪を駆動する駆動手段と、運転者からの旋回指示を受け付ける旋回指示受付手段と、前記受け付けた旋回指示で指定された旋回量に対応して、前記駆動輪のうち少なくとも一方の回転軸を鉛直方向に傾けることにより、内輪側の駆動輪の有効径を外輪側の駆動輪の有効径よりも小さくする回転軸制御手段と、を車両に具備させて前記目的を達成する。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車両において、前記旋回量に対応する車両の目標傾斜角を算出する目標傾斜角算出手段を具備し、前記回転軸制御手段は、車両の傾きが前記算出した目標傾斜角となるように、前記回転軸の傾きを制御することを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の車両において、車速を検出する車速検出手段を具備し、前記目標傾斜角算出手段は、前記検出した車速を用いて目標傾斜角を算出することを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項２、又は請求項３に記載の車両において、前記目標傾斜角算出手段は、前記駆動輪の有効径の変化による車両の傾きにより、当該車両に作用する遠心力と重力の合力が、前記左右の駆動輪の中心を通る直線と垂直になる傾斜角を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、指定された旋回量に対応して、駆動輪のうち少なくとも一方の回転軸を鉛直方向に傾けることにより、内輪側の駆動輪の有効径を外輪側の駆動輪の有効径よりも小さくするようにしたので、簡単な仕組みにより倒立振り子車両を旋回させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（１）実施形態の概要
本実施形態では、左右の駆動輪により走行する倒立振り子車両を、左右の駆動輪の回転軸を個別に制御することにより旋回を行わせる。
左右の駆動輪は節を介してシャフトに固定されており、回転軸を個別に鉛直方向に傾けることができるようになっている。
一方、駆動輪の外輪部分は、幅方向中央部の外径が幅方向両端部の外径よりも大きくなるように丸みを帯びた凸形状に形成されている。
そのため、駆動輪の回転軸を鉛直方向に傾けると、駆動輪の有効径が小さくなる。
車両は、旋回の際に、内輪側の駆動輪の回転軸を傾けて有効径を小さくすることにより内外輪の有効径差を設け、これによって旋回を行う。
このように、内外輪の外径差により旋回方向（内輪側）に車両が傾くため、車両に作用する遠心力と重力の合力を車両の高さ方向（座面と垂直な方向）に向けることができる。これによって旋回に際しての車両の姿勢が安定する他、搭乗者が横方向に感じる遠心力（横Ｇ）を緩和することができる。
【００１２】
（２）実施形態の詳細
図１は、本実施形態の車両の外観構成を例示したものである。
本実施形態の車両は、進行方向に対して左右に駆動輪を備えた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（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に示されるように、倒立振り子車両は、同一軸線上に配設された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（ホイールモータ）１２で駆動されるようになっている。
【００１４】
駆動輪１１ａ、１１ｂ（以下、両駆動輪１１ａと１１ｂを区別しない場合は単に駆動輪１１と記す）及び駆動モータ１２の上部には運転者が搭乗する搭乗部１３が配設されている。
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。
搭乗部１３は、駆動モータ１２が収納されているホイールモータ筐体１２１に固定された支持部材１４により支持されている。
【００１５】
搭乗部１３の左脇には操縦装置１５が配設されている。この操縦装置１５は、運転者の操作により、倒立振り子車両の加速、減速、旋回、回転、停止、制動等の指示を行うためのものである。
本実施形態における操縦装置１５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を配設するようにしてもよい。
【００１６】
なお本実施形態において、操縦装置１５の操作により出力される操作信号によって旋回・加減速等の制御が行われるが、例えば、特開平１０−６７２５４号公報に示されるように、運転者が車両に対する前傾きモーメントや前後の傾斜角を変更することで、その傾斜角に応じた車両の姿勢制御及び走行制御を行うように切替可能にしてもよい。
【００１７】
搭乗部の右脇には、表示・操作部１７が配設されている。この表示・操作部１７は、図示しない液晶表示装置からなる表示部１７２と、この表示部１７２の表面に配設されたタッチパネル及び専用の機能キーで構成される入力部１７１を備えている。
なお、表示・操作部１７は、操縦装置１５と同様に又は同一のリモコンにより構成するようにしてもよい。また表示・操作部１７と操縦装置１５と左右の配設を逆にしてもよく、両者を同一の側に配設するようにしてもよい。
【００１８】
搭乗部１３と駆動輪１１との間には制御ユニット１６が配設されている。
本実施形態において制御ユニット１６は、搭乗部１３の座面部１３１の下面に取り付けられているが、支持部材１４に取り付けるようにしてもよい。
【００１９】
図２の各図は、本実施形態の車両が旋回を行う原理を説明するための図であり、駆動輪１１のキャンバーを示したものである。
ここで、キャンバーとは、車両を正面から見た場合の、駆動輪１１の鉛直方向に対する傾きを意味し、２つの駆動輪の上部（接地面の反対側）が外側に開く場合をポジティブキャンバーと呼び、駆動輪の下部（接地面側）が外側に開く場合をネガティブキャンバーと呼ぶ。
また、駆動輪１１の先端（外径側）は断面が丸みを帯びるように形成されており、回転軸が傾斜するにつれて駆動輪１１の有効径が変化するようになっている。詳細は後述するが、有効径とは、駆動輪１１が路面と接する接地点により、車両の移動に実効的に寄与する駆動輪１１の直径（有効直径）又は半径（有効半径）である。
更に、駆動輪１１ａ、１１ｂは、駆動モータ１２によって同一の回転速度で回転するようになっている。
【００２０】
図２（ａ）は、車両が直線走行を行っている（直進している）場合の駆動輪１１の回転軸の傾きを示したものである。
図２に示されるように、車両が直線走行を行う場合、駆動輪１１の回転軸はシャフト２２と同一軸線上にある。
なお、シャフト２２は、駆動モータ１２の駆動力を駆動輪１１に伝達する円柱部材であり、中心線が駆動輪１１ａ、１１ｂの中心を通る直線上に配設されている。
駆動輪１１ａ、１１ｂの形状は、シャフト２２の中点を通りシャフト２２に垂直な平面（以下、中心面と記す）に対して面対称に形成されている。
このため、直進する場合、駆動輪１１ａ、１１ｂの有効径が等しく、かつこれら駆動輪１１の回転速度も等しいため、車両は直線走行を行う。
なお、実際の実装では、直進時においても、両駆動輪１１ａ、１１ｂをポジティブキャンバーに、又は両駆動輪１１ａ、１１ｂをネガティブキャンバーにする場合がある。このような場合も駆動輪１１ａ、１１ｂが同一軸線上にあるものの概念に含まれるものとする。
【００２１】
図２（ｂ）は、車両が旋回する場合に、一方の駆動輪１１を傾けた状態を表したものである。
図２（ｂ）の例では、駆動輪１１ｂの上端が、鉛直線に対して車両から遠ざかる方向（外側）、すなわち、ポジティブキャンバーに傾けられている。
ポジティブキャンバーの場合、直進の際に水平方向にあった駆動輪１１の回転軸は、その車両中心側が上方向に傾くことで、図２（ｂ）の点線で示すように鉛直方向に傾く。以下、本実施形態において、ポジティブキャンバーとなる場合の回転軸の傾き方向（回転軸の車両中心側が上方向に傾く方向）を正方向とする。このため、駆動輪１１ａ、１１ｂの回転軸の傾きの正方向は、中心面に対して面対称となる。後述の負方向も同様である。
図２に示したように、駆動輪１１ｂの回転軸を正方向に傾けると、駆動輪１１ｂが路面と接する接地点が外側側面に移動する。駆動輪１１の外周部（タイヤ部分）の断面は小径の丸みを帯びているため、駆動輪１１の有効径は、回転軸が傾けられる前に比べて小さくなる。
【００２２】
駆動輪１１ｂの回転軸を傾けるに従って車両全体が傾くため、駆動輪１１ａの回転軸も若干傾き、駆動輪１１ａの有効径も変化するが、駆動輪１１ｂの有効径の減少に比べて小さい。
そのため、駆動輪１１ｂの有効径は駆動輪１１ａの有効径よりも小さくなり、また、駆動輪１１ａ、１１ｂの回転速度は等しいため、車両は駆動輪１１ａを外輪、駆動輪１１ｂを内輪として旋回を行う。また、旋回と同時に車両も旋回方向（即ち、内輪側）に傾く。
なお、図に示した方向と逆方向に旋回する場合は、駆動輪１１ｂの回転軸をシャフト２２と同軸に保ったまま、駆動輪１１ａの回転軸を正の方向に傾ければよい。
【００２３】
図２（ｃ）は、車両が旋回する場合の駆動輪１１の傾きの他の例を説明するための図である。
図２（ｃ）の例では、駆動輪１１ｂの下端が、鉛直線に対して車両から遠ざかる方向（外側）、すなわち、ネガティブキャンバーに傾けられ、この場合の回転軸は、負方向に傾けられている。
図に示したように、駆動輪１１ｂの回転軸を負方向（回転軸の車両中心側が下方向に傾く方向）に傾けると、駆動輪１１ｂが路面と接する接地点が内側方向の側面に移動する。駆動輪１１の外周部の断面は小径の丸みを帯びているため、駆動輪１１ｂの有効径は、回転軸が傾けられる前に比べて小さくなる。
これによって、駆動輪１１ｂの有効径は駆動輪１１ａの有効径よりも小さくなり、図２（ｂ）の場合と同様に、車両は、駆動輪１１ａを外輪とし、駆動輪１１ｂを内輪として旋回を行う。また、旋回と同時に車両も旋回方向に傾く。
なお、図に示した方向と逆方向に旋回する場合は、駆動輪１１ａの回転軸を正又は負の方向に傾ければよい。
【００２４】
図３は、倒立振り子車両の制御ユニット１６について説明するための図である。
制御ユニット１６は、主制御装置１６１、モータ制御装置１６３、アクチュエータ制御装置１６５、ジャイロセンサ１６２、記憶部１６４などを備えている。
制御ユニット１６の周辺装置として、操縦装置１５、入力部１７１、表示部１７２、アクチュエータ３３ａ、３３ｂなどが接続されている。
以下、アクチュエータ３３ａ、３３ｂを特に区別しない場合は、単にアクチュエータ３３と記す。
バッテリ１６０は、駆動モータ１２に接続されており、駆動用の電力を供給する他、制御ユニット１６などに対しても制御用の低電圧の電力を供給するようになっている。
【００２５】
主制御装置１６１は、メインＣＰＵを備え、図示しない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。
ＲＯＭ（又は記憶部１６４）には、倒立振り子車両の姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置１５からの各種指示信号に基づいて走行を制御する走行制御プログラム（操縦装置１５からの旋回指示に基づいて旋回を制御するプログラムも含まれている）などの各種プログラムが格納されている。
主制御装置１６１は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。
【００２６】
ジャイロセンサ１６２は、車両の傾き（搭乗部１３の姿勢）を検出する傾斜角センサとして機能する。
ジャイロセンサ１６２は、車両の傾斜に基づく物理量として、車両の傾きと角加速度を計測し、主制御装置１６１に供給する。
車両の傾斜角は、搭乗部１３の走行方向への傾斜角（ピッチ角）と、走行方向に垂直な方向への傾斜角（ロール角）があり、角加速度も走行方向への角加速度と、走行方向に垂直な方向への角加速度がある。
以下本実施形態では、車両のロール角を傾斜角Φといい、この傾斜角Φを旋回制御において検出される車両の傾きとして検出する。
【００２７】
これら傾斜角のうち、ロール角は、車両が旋回する際に、主制御装置１６１が後述の式（２）で求める目標傾斜角φを用いて駆動輪１１の内外輪差を制御するのに用いられる。
なお、ジャイロセンサ１６２は、角加速度のみ検出し、主制御装置１６１がこれらを時間で積分することにより車両の傾斜角Φを算出するように構成してもよい。
【００２８】
また、傾斜角センサとしてはジャイロセンサ１６２以外に、液体ロータ型角加速度計、渦電流式の角加速度計等の車両が傾斜する際の角加速度に応じた信号を出力する各種センサを使用することができる。
液体ロータ型角加速度計は、サーボ型加速度計の振り子の代わりに液体の動きを検出し、この液体の動きをサーボ機構によりバランスさせるときのフィードバック電流から角加速度を測定するものである。一方、渦電流を利用した角加速度計は、永久磁石を用いて磁気回路を構成し、この回路内に円筒形のアルミニウム製のロータを配設し、このロータの回転速度の変化に応じて発生する磁気起電力に基づき、角加速度を検出するものである。
【００２９】
モータ制御装置１６３は、主制御装置１６１からの指令（駆動トルク、速度、回転向きの各指示信号）に基づいて駆動モータ１２を制御する。
モータ制御装置１６３は、駆動モータ１２用のトルク−電流マップを備えている。
このトルク−電流マップに従って、モータ制御装置１６３は、主制御装置１６１から供給される駆動トルクに対応する電流を駆動モータ１２に対して出力するように制御する。
このように、主制御装置１６１、モータ制御装置１６３、駆動モータ１２は、駆動輪１１を駆動する駆動輪制御手段として機能する。
【００３０】
なお、主制御装置１６１から供給される駆動トルクの指令値は、車両が停止している場合には、姿勢制御のためのトルク指令値（Ｔとする）であり、走行中は運転者の駆動要求に応じたトルク指令値から姿勢制御のためのトルク指令値Ｔを加減算した値である。
主制御装置１６１は、モータ制御装置１６３から供給される、駆動モータ１２のロータの回転速度の検出値によって車速Ｖを検出する。この車速Ｖは、後述の式（２）で目標傾斜角φを算出するのに用いられる。
【００３１】
記憶部１６４は、例えば、ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置が用いられる。
記憶部１６４には、例えば、走行制御プログラム、ナビゲーションプログラムといった各種のプログラムや、ナビゲーションに用いる地図データなどの各種データが記憶されている。
主制御装置１６１は、インターフェイスを介して外部のコンピュータと接続し、記憶部１６４に記憶されたプログラムやデータを更新したり、あるいは新たに記憶させることができるようになっている。
【００３２】
アクチュエータ制御装置１６５は、主制御装置１６１からの指令に従ってアクチュエータ３３ａ、３３ｂを個別に制御する。
主制御装置１６１からアクチュエータ制御装置１６５へは、アクチュエータ３３ａと３３ｂの何れかを特定するアクチュエータ特定情報と、回転軸の傾き量（傾き角度）が供給される。この傾き角度は、回転軸を正方向に傾ける場合は正の値として表され、負方向に傾ける場合は負の値として表される。
【００３３】
アクチュエータ制御装置１６５は、アクチュエータ特定情報により、アクチュエータ３３ａ、３３ｂのうち、何れを作動させるかを認識する。そして、回転軸の傾き量からアクチュエータの動作量を計算し、これに基づいてアクチュエータ３３を動作させる。アクチュエータ３３が動作すると、これに伴って駆動輪１１の回転軸が鉛直方向に傾く。
このように、主制御装置１６１、アクチュエータ制御装置１６５、アクチュエータ３３は、操縦装置１５で前記受け付けた旋回指示で指定された旋回量に対応して、駆動輪１１のうち少なくとも一方の回転軸を鉛直方向に傾けることにより、内輪側の駆動輪の有効径を外輪側の駆動輪の有効径よりも小さくする回転軸制御手段として機能する。
【００３４】
入力部１７１は、表示・操作部１７（図１参照）に配設され、各種データの指示、選択をするための入力手段として機能する。
入力部１７１は、表示部１７２上に配設されたタッチパネルと、専用の選択ボタンで構成される。タッチパネル部分は、表示部１７２に表示された各種選択ボタンに対応して搭乗者が押下（タッチ）した位置が検出され、その押下位置と表示内容とから選択内容が取得される。
【００３５】
操縦装置１５は、運転者が加速・減速・旋回を指示する装置であって、例えば、ジョイスティック状の操作棒を運転者が傾斜させることにより指示するようになっている。操作棒の操作方法は概略次のとおりである。
車両を前進・後退させる場合は、操作棒をそれぞれ前後に倒すことにより指示する。その際の操作棒の傾斜角度が速度に対応する。
【００３６】
車両を旋回させる場合は、操作棒を旋回方向に倒す（進行方向に向かって右旋回する場合は右に倒し、左旋回する場合は左に倒す）。そして、その際の操作棒の傾斜角度が旋回半径Ｒに対応している。
このように、操縦装置１５では、操作棒の倒された方向により旋回方向が指示され、倒した量により旋回量（旋回半径Ｒ）が指示される。なお、倒した量（傾斜角）が大きいほど旋回半径は小さくなる。
操縦装置１５と主制御装置１６１は、運転者からの旋回指示を受け付ける旋回指示受付手段として機能する。
【００３７】
なお、操縦装置１５では、操作棒の他に、ハンドル操作で旋回方向と旋回量を指定するように構成したり、あるいはタッチパネルにタッチすることにより旋回方向と旋回量を指定するように構成するなど、各種の方式が可能である。
更に、操縦装置１５を用いずに運転者が旋回方向に体重を移動することにより、旋回方向と旋回量を指示するように構成することもできる。この場合、運転者は、自転車を運転している場合と同様の体重移動により車両に旋回を行わせることができ、運転者の体感にとって自然な旋回制御を行うことができる。
【００３８】
図４は、駆動輪１１の回転軸を傾ける機構を説明するための図である。
アクチュエータ３３ｂは、例えば、ピストン３５ｂをピストン３５ｂの軸線方向（シャフト２２と同じ方向）に往復移動させることができる。
ここでは、アクチュエータ３３ｂは、油圧や空気圧といった流体の圧力によりシリンダ内のピストン３５ｂを移動させる。あるいはサーボモータなどの電磁力を用いた構造とすることも可能である。
【００３９】
アクチュエータ３３ｂは、シャフト２２の上側に取り付けられており（下側でもよい）、シャフト２２と並行にピストン３５ｂを往復移動させるようになっている。
ピストン３５ｂの先端は、例えば、ヒンジ（蝶番）構造を有する接続部材３６ｂを介して駆動輪１１ｂに接続されている。ピストン３５ｂと接続部材３６ｂの接続箇所は、駆動輪１１ｂの回転軸の上方に位置している。
一方、駆動輪１１ｂは、シャフト２２に対して鉛直方向に接続部材３６ｂと一体となって傾斜できる構造となっている。
【００４０】
そのため、アクチュエータ３３ｂがピストン３５ｂを駆動輪１１ｂ方向に移動させると、駆動輪１１ｂの回転軸が正方向に傾き、ピストン３５ｂを反対方向（駆動輪１１ａの方向）に移動させると駆動輪１１ｂの回転軸は水平方向に復帰する。
以上の場合は、駆動輪１１ｂを正方向に傾斜させる場合であるが、負方向に傾斜させる場合は、ピストン３５ｂをアクチュエータ３３ｂの方に移動させればよい。
【００４１】
アクチュエータ３３ａに関しても同様である。即ち、ピストン３５ａは、接続部材３６ａに接続しており、アクチュエータ３３ａがピストン３５ａを駆動輪１１ａ方向に移動すると、駆動輪１１ａの回転軸が正方向に傾き、反対方向に移動すると駆動輪１１ａの回転軸は水平方向に復帰する。
このように、本実施形態では、シャフト２２と駆動輪１１の間に節を設けて左右別々に駆動輪１１を操舵することができる。
以下、ピストン３５ａ、３５ｂを特に区別しない場合は単にピストン３５と記すことにする。
【００４２】
主制御装置１６１は、車両を駆動輪１１ｂの方向に旋回させる場合、駆動輪１１ａの回転軸をシャフト２２と同軸に保ったまま、アクチュエータ３３ｂを作動させ、図に示したように駆動輪１１ｂを正方向（あるいは負方向）に傾ける。
すると、駆動輪１１ａの有効径よりも駆動輪１１ｂの有効径が小さくなり、車両は駆動輪１１ｂの方向に旋回する。
この際車両が傾くため、駆動輪１１ａの回転軸も旋回方向に若干傾くが、主制御装置１６１がこの傾きを相殺するようにアクチュエータ３３ａを作動させてピストン３５ａを駆動輪１１ａ方向に若干移動させると駆動輪１１ａの回転軸が水平に保たれ、駆動輪１１ａの有効径の減少を防ぐことができ、より効果的である。
【００４３】
一方、主制御装置１６１は、車両を駆動輪１１ａ方向に旋回させる場合、駆動輪１１ｂの回転軸をシャフト２２と同軸に保ったまま、アクチュエータ３３ａを作動させ、駆動輪１１ａを正方向（あるいは負方向）に傾ける。
【００４４】
図５の各図は、駆動輪１１の有効径と旋回半径の関係の一例を説明するための図である。
図５（ａ）に示した例では、駆動輪１１ａ、１１ｂの外径が５２２ｍｍであり、主制御装置１６１が、駆動輪１１ｂを正方向に４５°傾けると、駆動輪１１ｂの有効径は４８８ｍｍに減少する。
駆動輪１１ａと駆動輪１１ｂの中心間の距離を５００ｍｍとすると、この場合の旋回半径Ｒは７．７ｍとなる。この旋回半径Ｒは、小型車の旋回半径と同程度のものである。
【００４５】
図５（ｂ）は、有効径を説明するための図である。
図では、駆動輪１１ｂの回転軸を４５°傾けたところを示しており、接地点３９で路面に接している。この場合の駆動輪１１ｂの実効的な径（ここでは、直径を採用するが半径でもよい）、即ち有効径は、回転軸に垂直で接地点３９を含む平面上での駆動輪１１ｂの断面の径であり、図に点線で示した４８８ｍｍとなる。
【００４６】
一方、回転軸の傾斜角が０°の場合、即ち回転軸が傾いていない場合は、駆動輪１１ｂの外径の最大部分である接地点３８で路面に接する。この場合の有効径は、回転軸に垂直で接地点３８を含む平面上での駆動輪１１ｂの断面の外径であり、図に点線で示した５２２ｍｍとなる。
なお、駆動輪１１ｂの傾斜角を０°から４５°に傾けるに従って、有効径は５２２ｍｍから４８８ｍｍに連続的に小さくなっていき、駆動輪１１ｂを傾ける角度に応じて駆動輪１１ｂの有効径を調節することができる。
以上、駆動輪１１ｂの有効径について説明したが、駆動輪１１ａの場合も同様に、傾斜角を０°から４５°に傾けるに従って、有効径は５２２ｍｍから４８８ｍｍに小さくなっていき、駆動輪１１ａを傾ける角度に応じて駆動輪１１ａの有効径を調節することができる。
【００４７】
図６（ａ）は、旋回時に、車両に作用する力を説明するための図である。
本実施形態の車両は、車両に作用する遠心力と重力の合力がシャフト２２（駆動輪１１ａ、１１ｂの中心を通る直線、又は座面部）と垂直になるように車両を傾ける。
以下に、このような条件を満たす車両の傾きを目標傾斜角φとして求める。
まず、重心に作用する遠心力Ｆｃは、外輪側（外径の大きい方の駆動輪１１側）に水平に作用し、その大きさは、車両の質量をＭ（搭乗者の質量を含める）、車速をＶ、旋回半径をＲとすると次の式（１）で表される。
【００４８】
Ｆｃ＝Ｍ×Ｖ×Ｖ／Ｒ  ・・・（１）
【００４９】
一方、重力は鉛直方向に作用し、重力加速度をｇとするとその大きさはＭｇとなる。
そのため、遠心力と重力の合力Ｆがシャフト２２に垂直となる条件は、次の式（２）で表される。
ただし、φは、駆動輪１１の外径差による車体の傾きである。
【００５０】
φ＝ａｒｃｔａｎ｛Ｖ×Ｖ／（ｇＲ）｝・・・（２）
【００５１】
式（２）において、旋回半径Ｒは、搭乗者が操縦装置１５を操作することにより指令される。主制御装置１６１は、このようにして指令された旋回半径Ｒと車速Ｖを式（２）に代入してφを求め、このφを目標値（目標傾斜角）としてシャフト２２を傾ける。
このように、主制御装置１６１は、式（２）によって旋回量に対応する車両の目標傾斜角φを算出する目標傾斜角算出手段として機能する。
【００５２】
このように車両をφだけ傾けると、合力Ｆの方向はシャフト２２と垂直となるため、搭乗者は身体に横方向の力（横Ｇ）を感じることがない。そのため、搭乗者は快適に旋回することができる。
また、この合力Ｆの作用の方向は、自転車に乗っていて旋回する場合と同様であり、このため、搭乗者は、自転車に乗っているかのような体感にて車両を操縦することができる。
更に、車両を転覆させる方向のモーメントが発生せず、内輪と外輪に等しく荷重を分散させるため、安全に旋回を行うことができる。
【００５３】
図６（ｂ）は、従来の車両で旋回した場合の力の作用を、本実施形態と比較するために示した図である。
従来は、車両を傾けずに旋回していたため、車両の重心に作用する遠心力Ｆｃを打ち消す力が作用しない。
そのため、搭乗者は遠心力を水平方向に感じてしまう。
また、この遠心力Ｆｃは、外輪側に荷重が偏るため、図６（ａ）の例に比べると、旋回時における車両の安定性が低下する。
【００５４】
なお、本実施形態の車両では、遠心力Ｆｃと重力Ｍｇの合力が駆動輪１１ａ、１１ｂの中心を通る直線と垂直になるように構成したが、この条件を緩めて、この直線と垂直にならない範囲で車両を傾けるように構成することもできる。
この場合、図６（ｃ）に示したように、合力Ｆの方向が、図に示した重心と外輪・内輪の接地点を結んだ点線の範囲となるようにすると、車両を転覆させずに旋回することができる。
この場合は、合力Ｆの方向が図６（ｃ）の点線内となる範囲で旋回を行うことが可能である。
このように条件を緩和すると、旋回半径Ｒと車両の傾きを対応させる必要がなくなり、例えば、低速で小さな旋回半径Ｒを旋回する（条件を緩めない場合、旋回半径が小さい場合、車速を高速にする必要がある）ことができる。
【００５５】
次に、図７のフローチャートを用いて、旋回制御について説明する。
なお、このフローチャートは、車両が行う各種制御のうち旋回制御の部分を示しており、車両は、走行方向の姿勢制御などの走行に必要な他の制御を旋回制御と並行して行っている。
【００５６】
主制御装置１６１は、旋回指示が入力されたか否か、即ち操作棒が運転者によって旋回方向に傾けられたか否かを監視している（ステップ５）。
旋回指示が入力されない場合（ステップ５；Ｎ）、主制御装置１６１は引き続き監視を継続する。
旋回指示が入力された場合（ステップ５；Ｙ）、主制御装置１６１は、操縦装置１５からの旋回指示の入力を受け付ける（ステップ１０）。この旋回指示は、操作棒が倒された方向と倒された角度などから構成されている。
【００５７】
主制御装置１６１は、操作棒が傾けられた方向により旋回方向を特定し、これによって駆動輪１１ａ、１１ｂのうち何れが内輪となり、何れが外輪となるかを特定する。
なお、右側に旋回する場合は、進行方向に向かって操作棒が右側に傾けられ、進行方向に向かって右側（駆動輪１１ａ）が内輪となる。逆に、左側に旋回する場合は、操作棒が左側に傾けられ、進行方向に向かって左側（駆動輪１１ｂ）が内輪となる。
【００５８】
次に、主制御装置１６１は、操作棒が傾けられた角度により旋回半径Ｒを算出する（ステップ１５）。
ここで、旋回半径Ｒは、Ｒ＝ｆ（ｒ）といった関数によって走行制御プログラム中に定義されており、主制御装置１６１は、これによってＲを算出する。ここで、ｒは操作棒が傾けられた角度である。一般にｆは、ｒが大きいと旋回半径Ｒが小さくなるような関数である。
なお、Ｒ＝ｆ（ｒ、Ｖ）とし、Ｒの算出に操作棒の傾斜角ｒと車速Ｖを用いることもできる。例えば、高速で走向している場合、急激に旋回すると遠心力が大きくなり車両の安定性が低下する。そのため、操作棒の傾きが同じ角度であっても、車速Ｖが大きいほどＲが大きくなるようにＲの関数を規定すると高速での急旋回を抑制することができ、安全性が向上する。
【００５９】
次に、主制御装置１６１は、駆動モータ１２の回転速度から車速Ｖを検出する（車速検出手段）（ステップ２０）。駆動モータ１２は、ロータの位置を主制御装置１６１に対して出力するので、主制御装置１６１は、これを時間微分するなどして車速Ｖを算出することができる。
また、駆動モータ１２にロータの回転速度を検出するセンサを取り付け、主制御装置１６１が車速を直接検出できるようにしてもよい。
【００６０】
次に、主制御装置１６１は、式（２）を用いて車両の傾斜の方向（進行方向に対して左右の何れか）と傾斜角度を算出する（ステップ２５）。
主制御装置１６１は、傾斜の方向に関しては旋回する側が傾斜の方向であると判断する。即ち、右側に旋回する場合は、車両を傾斜させる方向は右側であり、左側に旋回する場合は、車両を傾斜させる方向は左側である。
そして、傾斜角度に関しては、ステップ１５で算出した旋回半径Ｒと、ステップ２０で検出した車速Ｖを式（２）に代入して算出する。
【００６１】
このようにして、車両を傾ける方向、及び目標傾斜角φを算出した後、主制御装置１６１は、駆動輪１１の回転軸を傾ける（ステップ２７）。
これによって、内輪側の駆動輪１１の有効径が小さくなって内外輪の外径差が形成され、車両が旋回する。
【００６２】
駆動輪１１の傾斜制御についてより詳細に説明すると次のようになる。主制御装置１６１は、アクチュエータ制御装置１６５に、内輪側となるアクチュエータ３３を動作させて回転軸を所定角度だけ傾けるように命令する。
このようにして、主制御装置１６１がアクチュエータ制御装置１６５に内輪側の駆動輪１１の回転軸を傾けさせることにより、内輪側の駆動輪１１の有効径が外輪側の有効径よりも小さくなり、車両は内輪側に傾くと共に内輪側に旋回する。
【００６３】
主制御装置１６１は、車両の傾斜角Φをジャイロセンサ１６２によって検出し、これと目標傾斜角φとを比較する。そして、主制御装置１６１は、車両の傾斜角Φが目標傾斜角φに到達したか否かを判断する（ステップ３０）。
なお、主制御装置１６１は、車両の傾斜角Φの検出を所定のサンプリングレートにより行い、逐次検出している。
【００６４】
このようにして主制御装置１６１は傾斜角Φを検出しながら、傾斜角Φがまだ目標傾斜角φに達していない場合（ステップ３０；Ｎ）、主制御装置１６１は、車両の傾斜角を目標傾斜角φに近づけるための回転軸の傾きを更に計算し、アクチュエータ制御装置１６５に回転軸を傾ける角度を命令する（ステップ３５）。そして、主制御装置１６１の処理はステップ３０に戻り、傾斜角Φが目標傾斜角φに到達したかを確認する。
一方、傾斜角Φが目標傾斜角φに到達した場合（ステップ３０）、主制御装置１６１は、運手者の操作により旋回半径Ｒが変更されたか否かを確認する（ステップ４０）。
【００６５】
旋回半径Ｒが変更されている場合（ステップ４０；Ｙ）、主制御装置１６１の処理は、ステップ１０に戻って再度目標傾斜角φの算出を行い、内輪の回転軸の傾きを調節する。
旋回半径Ｒが変更されていない場合（ステップ４０；Ｎ）、主制御装置１６１は、メインルーチンにリターンする。
【００６６】
通常、道路のカーブ区間は、クロソイド曲線と呼ばれる曲線に沿って形成されており、カーブ区間の両端では旋回半径Ｒが大きく、カーブ区間の中間では旋回半径Ｒが小さく設定されている。
そのため、運転者は、カーブ区間に進入しながら操作棒を徐々に旋回方向に倒し、カーブ区間を出ながら操作棒を徐々に戻すことになる。
このように、旋回半径Ｒがカーブ区間の通行に伴って刻々と変化するため、本実施形態では、ステップ４０で逐次旋回半径Ｒの変更を確認し、内輪の回転軸の傾きを調節することとした。
【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、主制御装置１６１は、車両傾斜角Φを検出し、これが目標傾斜角φと等しくなるように駆動輪を傾斜させたが、旋回制御プログラムには、予め目標傾斜角φと回転軸の傾斜角を所定角度αとして対応付けておき、主制御装置１６１は、車軸の傾斜角が所定角度αとなるように車軸（駆動輪１１）を傾斜させるように構成することもできる。
この場合、アクチュエータ制御装置１６５は、主制御装置１６１から所定角度αを取得して、当該所定角度αに対応するピストン３５の移動量を算出し（予め角度とピストン３５の移動量との対応表などを記憶している）、当該移動量だけピストン３５を移動する。
【００６８】
また、目標傾斜角φに対応して決定される所定角度αとなるようにピストン３５を移動させることで傾斜角Φの祖調整を行い、車両の傾斜角Φと目標傾斜角φの差により微調整を行うように構成することもできる。
【００６９】
以上に説明した本実施形態により次のような効果を得ることができる。
（１）駆動輪１１の回転軸を傾けることにより、駆動輪１１ａ、１１ｂに有効径差を設けることができ、これによって車両は旋回を行うことができる。
（２）内輪側の駆動輪１１の有効径が外輪側の駆動輪１１の有効径よりも小さくなるため、車両を旋回方向に傾けることができ、旋回時の車両の姿勢安定性を高めることができる。
（３）車両の旋回制御において、内外輪に回転速度の差を制御する機構が必要なく、システムがコンパクトとなり、軽量化を図ることができる。
（４）旋回方向に自動的に車両が傾斜するため、搭乗者が遠心力により受ける横方向の力を打ち消したり、あるいは緩和することができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、駆動輪１１ａと駆動輪１１ｂが直結しており、駆動輪１１ａと駆動輪１１ｂの回転速度が等しくなるように構成したが、従来例のように、駆動輪１１ａ、１１ｂの回転速度を個別に制御する方式と、本実施形態のように駆動輪１１の外径を制御する方式を組み合わせることも可能である。
本実施形態では、駆動輪１１の外径差と旋回半径Ｒが対応しているが、駆動輪１１の外径差と共に回転速度を個別に制御することにより、旋回半径Ｒに対して様々な車両の傾きを採用することが可能となる。
【００７１】
また、車両に旋回半径Ｒに応じて車速Ｖを加減速する機能を備えるようにしてもよい。
この場合、運転者が操作棒を倒して旋回を指示すると、車両は、操作棒の傾斜角度に応じて決定される旋回半径Ｒに応じて車速Ｖを減速し、旋回から直線走行に復帰するにかけて車速Ｖを加速するように構成する。
このように構成すると、車両は、カーブ区間に進入する際に減速し、カーブ区間から脱する際に加速することができ、円滑な旋回を行うことができる。
更に、本実施形態では、駆動輪１１の回転軸を正方向・負方向の何れに傾けてもよいが、正方向に傾ける方が、駆動輪１１ａ、１１ｂの接地点間の距離が大きくなるため、負方向に傾ける場合よりも車両が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態における車両の外観構成図である。
【図２】車両が旋回を行う原理についての説明図である。
【図３】車両の制御ユニットについての説明図である。
【図４】駆動輪の回転軸を傾ける機構についての説明図である。
【図５】駆動輪の有効径と旋回半径の関係の説明図である。
【図６】車両に作用する力についての説明図である。
【図７】車両が行う旋回制御を表すフローチャートである。
【図８】従来例についての説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１  駆動輪
１２  駆動モータ
１３  搭乗部
１４  支持部材
１５  操縦装置
１６  制御ユニット
１７  表示・操作部
２２  シャフト
３３  アクチュエータ
３５  ピストン
３６  接続部材
１６０  バッテリ
１６１  主制御装置
１６２  ジャイロセンサ
１６３  モータ制御装置
１６４  記憶部
１６５  アクチュエータ制御装置
【図１】
2007118807.tif 000003
【図２】
2007118807.tif 000004
【図３】
2007118807.tif 000005
【図４】
2007118807.tif 000006
【図５】
2007118807.tif 000007
【図６】
2007118807.tif 000008
【図７】
2007118807.tif 000009
【図８】
2007118807.tif 000010