(57)【要約】  本発明は、二輪式電気自動車に関し、フレーム（１）と、前記フレーム（１）に連結されるハウジング（３）と、一つの前輪（２）及び一つの後輪（６）と、ジャイロ装置（５）とを含む。前記ジャイロ装置（５）は、フライホイール（１３）と、及び制御システム（１０）とを含む。前記制御システム（１０）は、前記二輪式電気自動車の始動したがまだ走行していない期間、通常の走行の期間またはコーナリングの期間に、前記フライホイール（１３）の歳差運動の角速度を制御することにより、前記二輪式電気自動車の車体のバランスを維持する。二輪式電気自動車は従来技術の二輪式電気自動車の安定性が足りない技術問題点を解決する。
2017534500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
前記フレームに連結されるハウジングと、
前記フレームに連結される一つの前輪及び一つの後輪と、
前記フレームに連結されるジャイロ装置とを含み、
前記ジャイロ装置は、フライホイールと、制御システムを含み、
前記制御システムは、二輪式電気自動車を始動したがまだ走行していない期間、通常の走行の期間、またはコーナリングの期間に、前記フライホイールの歳差運動の角速度を制御することにより、前記二輪式電気自動車の車体のバランスを維持することを特徴とする二輪式電気自動車。
【請求項２】
前記ジャイロ装置は、一つのフライホイールを含むことを特徴とする請求項１に記載の二輪式電気自動車。
【請求項３】
二つのジャイロ装置を含み、前記ジャイロ装置ごとにすべて一つのフライホイールを含んで、また、前記二つのジャイロ装置は、フレームの縦軸に対して、対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の二輪式電気自動車。
【請求項４】
前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器と、角度センサー及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車が、外力により横方向に傾斜する時、前記電子ジャイロ計器は、前記車体の傾斜角を読み込み、前記角度センサーは、前記フライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角及び前記歳差運動の角速度に基づいて、車体バランスを維持することに必要な前記フライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記フライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持することを特徴とする請求項２に記載の二輪式電気自動車。
【請求項５】
前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器と、角度センサー及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車がコーナリングをする時、前記電子ジャイロ計器は、前記自動車のコーナリングする時の横方向への傾斜角、角速度及び前記自動車の求心加速度を読み込み、前記角度センサーは、前記フライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角、角速度、求心加速度及び前記歳差運動の角速度に基づいて、必要な前記フライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記フライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持することを特徴とする請求項２に記載の二輪式電気自動車。
【請求項６】
前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器と、角度センサー及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車が、外力により横方向に傾斜する時、前記電子ジャイロ計器は、前記車体の傾斜角を読み込み、前記角度センサーは、前記二つのフライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角及び前記歳差運動の角速度に基づいて、前記自動車の車体バランスを維持するのに必要な前記二つのフライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記二つのフライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持することを特徴とする請求項３に記載の二輪式電気自動車。
【請求項７】
前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器と、角度センサー及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車がコーナリングをする時、前記電子ジャイロ計器は、前記自動車のコーナリングする時の横方向への傾斜角、角速度及び前記自動車の求心加速度を読み込み、前記角度センサーは、前記フライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角、角速度、求心加速度及び前記歳差運動の角速度に基づいて、必要な前記二つのフライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記二つのフライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持することを特徴とする請求項３に記載の二輪式電気自動車。
【請求項８】
前記自動車がコーナリングする時、前記マイクロプロセッサーは、更に前記自動車の車体が横方向に生成される傾斜の角度の値を決定し、前記角度の値は、前記自動車が自分の傾斜によって生成される重力の横方向での分量が、前記自動車のコーナリングする時に生成される遠心力または横方向での外力をオフセットさせるようにして、前記自動車の車体がバランス状態を維持することを特徴とする請求項５または７に記載の二輪式電気自動車。
【請求項９】
前記制御システムは、二組の低速モータコントローラを含むことを特徴とする請求項６または７に記載の二輪式電気自動車。
【請求項１０】
前記二輪式電気自動車の始動したがまだ走行していない期間は、交差点で緑の信号を待つ時、または他の緊急事態時にブレーキをかける時のような場合であることを特徴とする請求項１に記載の二輪式電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動自動車の分野に関し、更に具体的には、ジャイロ装置付きの二輪式電動自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下は、本発明の関連の背景技術に関して説明するが、このような説明は、必ずしも先行技術を構成するものではない。
【０００３】
現在、環境汚染がますます深刻になり、エネルギーの供給が継続的に緊縮されて不足になり、また交通もますます混雑するようになって、グリーンカーボンと、軽量化、小型化の自動車が徐々に業界の発展の新しいトレンドになっている。またますます多くの旅行者に人気を得られることにもなる。
【０００４】
１９１４年に二輪式の自動車が出現し、それは、前後に二つの車輪があって、機械的ジャイロにより、左右のバランスを実現することで、普通の四輪式の自動車の安定性を持つようになり、即ち、停止時に倒れることがない。また、従来の四輪式の自動車と比較してみると、二輪式の自動車は、人々の運転習慣を変更させたばかりでなく、重さがより軽く、外観もより小さく、更に省エネルギーでもある。しかし、機械的ジャイロの制御が複雑であり、マイクロプロセッサーと、モーターと、センサー等のモジュールにも高い要求が求められ、更により多くの安全性問題に係ることであるため、過去の百年の中で、二輪式電気自動車は、実質的に画期的な進展を獲得していない。現在、既に数多くの二輪式電気自動車が研究開発されているが、ほとんどは安定性が不足しており、ジャイロの始動が遅く、コーナリングの能力が限られる等の問題があるため、これまで商業上での大規模化を実現することができなかった。
【０００５】
実は、多くの種類の二輪式車両があって、例えば、普通のバイクとスクーターは、従来の四輪式乗用車に比べて、より高い効率を提供することができるが、当該効率は、主に二輪式車両と四輪式乗用車との間の物理的な相違によるもので、例えば、重さの軽量化、少ない摩擦面及び減少した抵抗力等によるものである。また、天気の状況、例えば、風の影響、衝突事故発生時の安全問題、及び車両使用時に必ず車両の安定性を維持するため等の要因により、多くの使用者は、自動車の代わりにオートバイを交通手段として使用したいとは思わない、あるいは使用することができない。
【０００６】
二輪式車両の使用者（運転手）が悪天候と強風の影響を受けないための解決手段において、通常は、運転手を外部の影響から保護することができる設備、例えば、フロントガラス等で部分的に遮って、使用者が停止中または低速運転中に自分の足或いは両足を使って、車両を安定させることができるようにし、即ち、運転手の両足が直接に地面に接することがある。また、従来の技術には、その他の解決手段もあるが、例えば、二輪式車両に対して封鎖的な運転室を使用しても、当該解決手段は、車両を安定させるための別の車輪がないので、車両は、ある状態で安定的に直立することができない可能性がある。
【０００７】
ジャイロを用いて車両を安定させることに関する研究は、約百年前にさかのぼることができる。しかし、ジャイロシステムの複雑性、安全性問題のため、二輪式の自動車は、高速でコーナリングする時の安定性問題に対する解決に関しては、これまでも商業化的の規模を備える製品が出ていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ジャイロ装置を含む二輪式電気自動車を提供することにその目的がある。前記ジャイロ装置は、二輪式電気自動車を停止したが電源切れをしていない時、例えば、交通信号待機中や、自動車の低速走行期間及び自動車のコーナリング中に、車体のバランスを維持することができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一方案によれば、本発明は、フレームと、前記フレームに連結されるハウジングと、前記フレームに連結される一つの前輪及び一つの後輪と、前記フレームに連結されるジャイロ装置とを含む二輪式電気自動車を提供し、前記ジャイロ装置は、フライホイールと、前記二輪式電気自動車を始動したがまだ走行していない期間、通常の走行の期間、またはコーナリングの期間に、前記フライホイールの歳差運動の角速度を制御することにより、前記二輪式電気自動車の車体のバランスを維持する制御システムとを含んでいる。
【００１０】
本発明のもう一つの方案によれば、前記二輪式電気自動車の前記ジャイロ装置は、一つのフライホイールを含んでいる。
【００１１】
本発明のもう一つの方案によれば、前記二輪式電気自動車は、二つのジャイロ装置を含み、前記ジャイロ装置ごとにすべて一つのフライホイールを含み、前記二つのジャイロ装置は、フレームの縦軸に対して、対称に配置されている。
【００１２】
本発明のもう一つの方案によれば、前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器と、角度センサー及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車が、外力により横方向に傾斜する時、前記電子ジャイロ計器は、前記車体の傾斜角を読み込み、前記角度センサーは、前記フライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角及び前記歳差運動の角速度に基づいて、車体バランスを維持することに必要な前記フライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記フライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持する。
【００１３】
本発明のもう一つの方案によれば、前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車がコーナリングをする時、前記電子ジャイロ計器は、前記自動車のコーナリングする時の横方向への傾斜角、角速度及び前記自動車の求心加速度を読み込み、前記角度センサーは、前記フライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角、角速度、求心加速度及び前記歳差運動の角速度に基づいて、必要な前記フライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記フライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持する。
【００１４】
本発明のもう一つの方案によれば、前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器と、角度センサー及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車が、外力により横方向に傾斜する時、前記電子ジャイロ計器は、前記車体の傾斜角を読み込み、前記角度センサーは、前記二つのフライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角及び前記歳差運動の角速度に基づいて、前記自動車の車体バランスを維持するのに必要な前記二つのフライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記二つのフライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持する。
【００１５】
本発明のもう一つの方案によれば、その特徴として、前記制御システムは、マイクロプロセッサーと、電子ジャイロ計器と、角度センサー及び低速モータコントローラとを含み、前記自動車がコーナリングをする時、前記電子ジャイロ計器は、前記自動車のコーナリングする時の横方向への傾斜角、角速度及び前記自動車の求心加速度を読み込み、前記角度センサーは、前記フライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、前記マイクロプロセッサーは、前記傾斜角、角速度、求心加速度及び前記歳差運動の角速度に基づいて、必要な前記二つのフライホイールの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を決定して、前記低速モータコントローラに出力して、前記二つのフライホイールの歳差運動を制御することにより、前記車体のバランスを維持する。
【００１６】
本発明のもう一つの方案によれば、前記自動車がコーナリングをする時、前記マイクロプロセッサーは、更に前記自動車の車体が横方向に生成される傾斜の角度の値を決定し、前記角度の値は、前記自動車が自分の傾斜によって生成される重力の横方向での外力をオフセットさせるようにすることから、前記自動車の車体がバランス状態を維持する。
【００１７】
本発明のもう一つの方案によれば、前記制御システムは、二組の低速モータコントローラを含む。
【００１８】
本発明のもう一つの方案によれば、前記二輪式電気自動車を始動したがまだ走行していない期間は、例えば、交差点で緑の信号の待機中の状況である時、または他の緊急事態時にブレーキをかける時のような場合である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る二輪式電気自動車は、一つまたは二つのジャイロ装置を提供しているので、自動車が始動したがまだ走行していない期間、例えば交差点で緑の信号を待つ時、自動車が通常の走行の期間に外力が生成した時、及び自動車がコーナリングをする時に、一つまたは二つのジャイロ装置の役割に頼られ、自動車の車体が横方向で、即ち、自動車の左右方向でのバランスを実現することができて、従来の技術に存在する二輪式の電動車両の安定性の不足の技術問題を解決した。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下の図面を参照して提供される具体的な実施形態の部分によって、本発明の特徴と利点が更に理解し易くなる。
【図１】本発明に係る二輪式電気自動車の一つのジャイロ装置付きの実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る一つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の制御システムを示す模式図である。
【図３】本発明に係る一つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の一つのジャイロ装置を示す模式図であり、フライホイールを示す。
【図４】本発明に係る二輪式電気自動車の二つのジャイロ装置付きの実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明の二つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の制御システムを示す模式図である。
【図６】本発明による二つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の二つのジャイロ装置を示す模式図であり、二つのフライホイールを示す。
【図７】本発明による一つのジャイロ装置を示す分解模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施形態に関して、詳細に説明する。例示的な実施形態の記載に関しては、ただ例示する目的であって、決して本発明及びその利用または利用方法に対する制限ではない。
【００２２】
前記に記述したように、従来の二輪式電気自動車は、基本的には機械的なジャイロに頼られて、車両が横方向で、即ち、左右方向でのバランスを実現するものである。しかし、機械的なジャイロの制御は、比較的に複雑であり、マイクロプロセッサーと、モーターと、センサー等のモジュールにも高い要求が求められ、更により多くの安全性問題に係ることであるため、従来の数多くの二輪式電気自動車のほとんどが安定性不足の問題があって、ジャイロの始動が遅く、コーナリングの能力が限られる等の問題があるので、これまで商業上での大規模化を実現することができなかった。
【００２３】
図１は、本発明によって提供される一つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の構造模式図であり、便宜上、後述では、「二輪式電気自動車」を「自動車」と称する。前記自動車は、フレーム１と、ハウジング３と、前輪２と、後輪６と、ジャイロ装置５と、ハンドル４と、シート７と、補助輪８と、バッテリー９と、制御システム１０とを含む。前記ハウジング３は、フレーム１に連結されていて、前輪２と後輪６もフレーム１に連結されている。ジャイロ装置５は、ボルトのような連結器により、底部が着脱可能にフレーム１に固定されていて、もちろん、ジャイロ装置５も、底部で例えば、溶接のような固定的に連結される方法でフレーム１に連結されることができる。ジャイロ装置５ は、フレーム１での位置がフレーム１の縦方向の真ん中の位置が望ましいが、それに限られていない。同様に、制御システム１０もボルトのような連結器により、底部が着脱可能にフレーム１に固定されることができる。もちろん、制御システム１０も例えば、溶接のような固定的に連結される方法でフレーム１に連結されることができる。
【００２４】
図２は、図１の一つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の制御システム １０の簡略模式図である。前記制御システム１０は、電源と、姿勢制御装置と、高速モータコントローラ及び高速モーター、低速モータコントローラ及び低速モーター等を含んでいる。ここで、姿勢制御装置には、電子ジャイロ計器と、マイクロプロセッサー及び角度センサーを含んでいる。
【００２５】
図３は、本発明の一つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の一つのジャイロ装置５ を示す模式図である。ここで、フライホイール１３が、低速モーター１１に連結されている。
【００２６】
以下、一つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の操作に関して、詳細に説明する。
【００２７】
自動車が、始動される前に、二つの補助輪８が伸ばされ、地面と接して作動位置に置かれているので、前輪２と後輪６とを補助して、二輪式電気自動車をバランスよく地面で立つようにする。
【００２８】
自動車が始動された後、ジャイロ装置５は、高速モーターにより始動され、運転し始められる。ジャイロ装置５でのフライホイール１３は、高速モーターにより軸方向の回転状態に入るようにする。一旦、自動車が走行すると、二つの補助輪８はしまい込んで、作動しない位置に置かれ、この時、自動車はただ前輪と後輪によって着地する。自動車の通常の走行の期間は、自動車の受ける外力が横方向に現れていて、即ち、自動車の左右方向での傾斜がある時である。電子ジャイロ計器が車体の横方向の傾斜の角度及び自動車の角速度値を検出して、またそれらをマイクロプロセッサーに伝送する。角度センサーも、前記フライホイール１３の歳差運動の角速度を読み込み、またマイクロプロセッサーに伝送する。マイクロプロセッサーは、これらの値に基づいて、車体の横方向のバランスを維持するのに必要なトルクの大きさ及び方向を算出して、それを必要なフライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさ及び方向として転換し、続いてマイクロプロセッサーが、前記必要な歳差運動の角速度の大きさ及び方向によって、低速モータコントローラにコマンドを発送し、低速モータコントローラが、低速モーター１１を駆動することによって、フライホイール１３の歳差運動の角速度及方向を制御することで、車体のバランスを維持するのに必要な方向及び大きさのトルクが生成され、車体のバランスを維持する。
【００２９】
自動車が始動したがまだ走行していない期間においては、交差点で緑の信号の待機中の状況である時、または他の緊急事態時にブレーキをかける時、即ち、自動車が電源を切られてはいないけれども、走行は停止している。この時、補助輪８は、まだ作動しない位置に置かれている。ただ前輪２と後輪６だけにより支持されている場合にも、自動車の車体が横方向での傾斜が生成する可能性がある。車体が傾斜した時、制御システムでの電子ジャイロ計器は、車体から生成された横方向での傾斜の角度及び自動車の角速度が検出してから、電子ジャイロ計器は、車体の横方向での傾斜の角度及び自動車の角速度の値を、マイクロプロセッサーに伝送する。角度センサーは、フライホイール１３の歳差運動の角速度を読み込み、マイクロプロセッサーに伝送する。マイクロプロセッサーは、このような値に基づいて、車体のバランスを維持するのに必要なトルクの大きさ及び方向を算出する。続いて、マイクロプロセッサーは、フライホイール１３の慣性モーメントと、フライホイール１３の回転速度及びバランスを維持するのに必要なトルクとに基づいて、必要なフライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさ及び方向を算出してから、必要な歳差運動の角速度の大きさ及び方向に基づいて、低速モータコントローラにコマンドを発送し、低速モーター１１を駆動することによって、フライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさ及び方向を制御することで、車体にとってバランスを維持するのに必要な方向及び大きさのトルクを生成させて、車体のバランスを維持する。
【００３０】
自動車が走行中にコーナリングする時、自動車は、外力の作用を受けて、車体が横方向に傾斜し、また、この時、制御システムでの電子ジャイロ計器が、車体の横方向での傾斜の角度と自動車の角速度と、自動車の求心加速度とを検出し、またそれをマイクロプロセッサーに伝送する。角度センサーは、フライホイール１３の歳差運動の角速度を読み込み、マイクロプロセッサーに伝送する。マイクロプロセッサーは、このような値に基づいて、車体の横方向で生成すべき傾斜の角度の値を算出し、当該角度の値が自動車が自身の傾斜によって生成される重力の分量が、自動車のコーナリングする時に生成される遠心力または横方向での外力をオフセットさせるようにして、車体がバランス状態を維持するようにする。マイクロプロセッサーは、続いて当該値を必要なフライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさ及び方向に転換させ、また低速モータコントローラにコマンドを発送することで、低速モーター１１を駆動することによりフライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさ及び方向を制御することで、ジャイロ装置５は自動車がバランス維持するのに必要な方向及大きさのトルクを生成させ、車体のバランスを維持する。
【００３１】
自動車が外力を受けた時、例えば、重力や、風力や、衝突等により横方向で傾斜する時、電子ジャイロ計器は、車体の横方向での傾斜の角度及び自動車の角速度を検出し、マイクロプロセッサーに伝送し、角度センサーは、フライホイールの歳差運動の角速度を読み込み、マイクロプロセッサーに伝送し、マイクロプロセッサーは、前記車体の傾斜的角度及び角速度及びフライホイールの歳差運動の角速度に基づいて、車体の直立状態に回復するために、ジャイロ装置５の必要な出力するトルク方向及び大きさを算出する。同様に、マイクロプロセッサーは、当該結果を、低速モータコントローラにコマンドを発送することにより、低速モーターがフライホイール１３駆動させ、更にジャイロ装置５が自動車のバランスを維持するのに必要な方向及び大きさのトルクを生成させ、車体のバランスを維持する。
【００３２】
ジャイロ装置の生成したトルクの大きさは、フライホイール１３の慣性モーメントと、フライホイール１３の回転速度及びフライホイールの歳差運動の角速度に比例する。
【００３３】
具体的には、フライホイールの慣性モーメントは、下記のような式によって算出される。
【００３４】
フライホイールモーメントＭは、一般的に機械システムの回転の慣性の一つの量を示す。
【００３５】
Ｍ＝ＧＤ＾２
【００３６】
Ｇ：モータ駆動システムでの負荷の当量（即ち、負荷の全ての重量を慣性半径端の一つの粒子重量に同等とする）。
【００３７】
Ｄ：慣性直径である。
【００３８】
システムの慣性モーメントとフライホイールモーメントの当量関係は、Ｊ＝(ＧＤ^２)/４ｇである。
【００３９】
ジャイロ装置の生成されるトルクは、下記の式により算出することができる。
Ｔ＝Ｊ＊ω１＊ω２
【００４０】
Ｔ：ジャイロ装置から生成されるトルクに相当する
【００４１】
Ｊ：フライホイールの慣性モーメント
【００４２】
ω１：フライホイールの自転速度
【００４３】
ω２：フライホイールのリバース速度
【００４４】
自動車の重心の高さと重量によって、必要なフライホイールリバース速度を算出することができる。
【００４５】
ω２＝Ｔ/(Ｊ＊ω１)
【００４６】
本発明の一実施形態の中で、フライホイールの設計重量は、５０ｋｇであり、慣性モーメントは、０.３６ｋｇ・ｍであり、フライホイール回転速度は、１２０００ターン（１２５６ラジアン/秒）である。モーターが提供できるフライホイールリバース速度は、３００ターン（３１.４ラジアン/秒）である。ジャイロ装置は、約１４０００ＮＭのトルクを提供することができる。
【００４７】
図４は、本発明の二つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車を示す模式図である。図４に示すように、二つのジャイロ装置を使用する場合、二つのジャイロ装置５Ａと、５Ｂは、自動車の縦方向の軸線Ｘに対する対称的な方法で配置されることが好ましいが、それに限られていない。それ以外は、自動車の構造と前述の一つのジャイロ装置付きの構造が類似しているので、ここでは、重複して説明しない。
【００４８】
図５は、二つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車であるジャイロ装置５Ａと５Ｂを示し、これらは、それぞれフライホイール１３Ａと１３Ｂを含む。フライホイール１３Ａと１３Ｂは、それぞれモーター１１Ａと１１Ｂに連結される。
【００４９】
図６は、二つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の制御システムを示す模式図である。図から見えるように、当該制御システムは、電源と、姿勢制御装置と、二組の高速モーターＩとＩＩ、及び高速モータコントローラＩとＩＩ、二組の低速モーターＩとＩＩ、及び低速モータコントローラＩとＩＩ等を含んでいる。ここで、姿勢制御装置は、電子ジャイロ計器と、マイクロプロセッサー及び角度センサーＩと角度センサーＩＩを含んでいる。
【００５０】
以下は、二つのジャイロ装置付きの二輪式電気自動車の操作に関して詳細に説明する。便宜上、下記では、「自動車」と称する。
【００５１】
自動車が始動される前に、二つの補助輪８が伸ばされ、地面と接して作動位置に置かれているので、前輪２と後輪６とを補助して、自動車をバランスよく地面で立つようにする。
【００５２】
自動車が始動された後、まずは、制御システム１０が作動し始める。マイクロプロセッサーは、信号を高速モータコントローラＩと高速モータコントローラＩＩに発送して、それぞれ高速モーターＩと高速モーターＩＩを始動させる。二つのジャイロ装置５Ａと５Ｂでのフライホイール１３Ａと１３Ｂは、高速モーターＩと高速モーターＩＩによって始動されて、軸方向の回転状態に入り、高速モーターＩとＩＩが、設定した回転速度に達した後、高速モータコントローラＩと高速モータコントローラＩＩは、マイクロプロセッサーに信号をフィードバックする。マイクロプロセッサーは、制御信号を低速モータコントローラＩと低速モータコントローラＩＩに発送して、低速モーターＩと低速モーターＩＩの作動を制御する。低速モーターＩと低速モーターＩＩが作動し、この時、二つの補助輪８はしまい込んで、作動しない位置に置かれて、ジャイロ装置５Ａと５Ｂでのフライホイール１３Ａ及び１３Ｂは、低速モーターＩとＩＩによって歳差運動を生成する。
【００５３】
自動車が重力を受ける時、運転手の操作力、またはその他の外力の作用からの横方向での傾斜が生成される時、制御システムでの電子ジャイロ計器は、自動車の横方向での傾斜の角度と角速度を検出し、マイクロプロセッサーに伝送する。角度センサーＩとＩＩは、それぞれフライホイール１３Ａと１３Ｂの歳差運動の角速度を読み込み、マイクロプロセッサーに伝送する。マイクロプロセッサーは、前述のデータに基づいて、車体のバランスを維持するのに必要なフライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさと方向を算出する。マイクロプロセッサーは、もう一度制御信号を低速モータコントローラＩと低速モータコントローラＩＩに発送し、低速モータコントローラＩと低速モータコントローラＩＩが、低速モーターＩと低速モーターＩＩを制御することで、フライホイール１３Ａと１３Ｂの歳差運動の角速度の大きさと方向を制御し、ジャイロ装置５Ａと５Ｂが必要な大きさ及び方向のトルクを生成させて、車体のバランスを維持する。
【００５４】
自動車が、交差点で緑の信号を待つ時、即ち、自動車が電源切れをしていないが、走行を停止している。自動車は、横方向での傾斜が生成される。電子ジャイロ計器は、車体の横方向での傾斜の角度及び角速度の値を検出し、マイクロプロセッサーに伝送する。角度センサーＩとＩＩは、それぞれフライホイール１３Ａと１３Ｂの歳差運動の角速度を読み込み、マイクロプロセッサーに伝送する。マイクロプロセッサーは、このような値に基づいて、車体のバランスを維持するのに必要なトルクを算出する。マイクロプロセッサーは、フライホイール１３Ａと１３Ｂの慣性モーメントと歳差運動の角速度及び車体のバランスを維持するのに必要なトルクに基づいて、必要なフライホイール１３Ａと１３Ｂの歳差運動の角速度の大きさと方向を算出し、続いて必要な歳差運動の角速度の大きさ及び方向に基づいて、低速モータコントローラＩと低速モータコントローラＩＩにコマンドを発送して、低速モーターＩと低速モーターＩＩを駆動することにより、フライホイール１３Ａと１３Ｂの歳差運動の角速度の大きさ及び方向を制御することで、ジャイロ装置５Ａ及び５Ｂが、対応する大きさ及び方向のトルクを生成させ、車体のバランスを維持する。
【００５５】
自動車が走行中にコーナリングする時、電子ジャイロ計器は、車体の横方向での傾斜の角度と自動車の角速度、及び自動車の求心加速度を検出する。角度センサーＩとＩＩは、それぞれフライホイール１３の歳差運動の角速度を読み込み、マイクロプロセッサーに伝送する。マイクロプロセッサーは、前述データに基づいて、自動車のコーナリング時に必要なトルクを算出する。具体的には、マイクロプロセッサーは、車体の横方向で生成すべき傾斜の角度の値を算出して、当該角度の値が、自動車が自身の傾斜によって生成される重力の横方向での分量が、自動車のコーナリングする時に生成される遠心力または横方向での外力をオフセットさせるようにして、車体がバランス状態を維持するようにする。マイクロプロセッサーは、信号を低速モータコントローラＩと低速モータコントローラＩＩに発送し、低速モータコントローラＩと低速モーター制御装置ＩＩは、低速モーターＩと低速モーターＩＩの運転を制御することで、フライホイール１３Ａと１３Ｂが、対応する方向及び大きさの歳差運動を駆動することにより、ジャイロ装置５Ａ及び５Ｂが、車体の横方向での傾斜のトルクを生成させて、自動車のコーナリング時にロール状態を維持するようにする。マイクロプロセッサーは、自動車のコーナリング時のスピードと、車体の横方向での傾斜の角度と角速度に基づいて、フライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさ及び方向を調整して、車体が安定的な傾斜状態になるようにする。制御システムは、自動車がコーナリング状態から直行状態に回復することを検出した時、再び相応的にフライホイール１３の歳差運動の角速度の大きさ及び方向を調整して、車体が直行時のバランス状態に回復させる。
【００５６】
説明すべきこととして、本発明の二輪式電気自動車は、三つまたは三つ以上のジャイロ装置を使用することができて、その作動原理は、前記で説明したことと類似している。しかし、単一のジャイロ装置及び二つのジャイロ装置は、製造コストからエネルギーの消費までの面では、最も効率的であることは間違いない。
【００５７】
以下は、フライホイール付きのジャイロ装置の構造の組付に関して詳細に説明する。
【００５８】
図７に示すように、ジャイロ装置５は、フライホイール１３を含む。フライホイールの両端の軸と軸受１２とが連結され、両端が連結されている軸受のフライホイールを、まずフライホイールのフロントカバー２０に入れてから、フライホイールのバックカバー１４をフライホイールの他の面の軸に連結されている軸受に装着する。ボルトを用いて、フライホイールのフロントカバー２０とフライホイールのバックカバー１４を締め込む。ボルトを用いて、フライホイールのフロントカバーの一側から、フライホイールの連結フランジ１６をフライホイール軸に連結させる。ボルトを用いて、モーターの連結フランジ１７を高速モーター１８に連結させる。ボルトを用いて、高速モーターに連結されている高速モーターの連結フランジ１７を、フライホイールの連結フランジ１６に連結させる。ボルトを用いて、モーターカバー１９を、モーターに連結させてから、モーターカバー１９をある適切な角度まで回転させて、モーターカバー１９の孔を、フライホイールのフロントカバー２０のボルト孔に合わせるように調整させて、ボルトを用いて、モーターカバー１９を、フライホイールのフロントカバー２０に連結させる。
【００５９】
ボルトを用いて、フライホイールのカバーの上のフランジ２５を、装着終了したフライホイールのカバーの上方に連結させ、フライホイールのカバーの下のフランジ１５を、装着終了したフライホイールのカバーの下方に連結させる。フライホイールのカバーの上のフランジ２５とフライホイールのカバーの下のフランジ１５に、それぞれ軸受を装着する。
【００６０】
ボルトを用いて、フレームの右カバープレート２２とフレームの左カバープレート２４を、フレームの下カバープレート２３に連結させる。組付け終了のフライホイール箱の下部の軸受を、フレームの下カバープレート２３の軸受段付き孔に合わせて調整してから装着する。フレームの上カバープレート２１をフライホイール箱の上部の軸受の位置に装着してから、ボルトを用いて、フレームの上カバープレート２１を、フレームの右カバープレート２２とフレームの左カバープレート２４に連結させる。モーター１１を、フライホイールのカバーの上のフランジ２５に連結させてから、ボルトを用いて、モーターを、上カバープレート２１上に電気的に連結させる。これで、ジャイロ装置の組付けが完成する。
【００６１】
用語に関しては、ここでの「横方向」とは、自動車の車体の左右方向、即ち、自動車の幅方向を意味していて、「縦方向」とは、自動車の車体の前後方向、即ち、自動車の長さの方向を意味している。
【００６２】
例示的の実施形態を参照して、本発明に関して描写をしたが、本発明は、文章中の詳細な描写と示された具体的な実施形態により、制限されないことを理解すべきであり、本発明の要求されている保護範囲を脱離しない状況で、当業者は、前記例示的な実施形態に対して、各種の変更を行うことができ、全ての変更は、本発明の保護範囲により決められる。
【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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【国際調査報告】
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