(57)【要約】  二輪車両が提供される。二輪車両は、シャシと、シャシに移動可能に結合され、シャシに対して縦方向に変位可能な第１の車輪キャリッジと、を含む。少なくとも第１の車輪は、第１の車輪キャリッジ上に回転可能に装着され、第１の車輪キャリッジを介してシャシに結合されている。二輪車両は、第１の車輪キャリッジに結合され、かつ第１の車輪キャリッジをシャシに対して縦方向に変位させるように構成された第１の線形アクチュエータシステムをさらに含む。第１のモータは、第１の車輪および第１の車輪キャリッジに装着されている。第１のモータは、第１の車輪に駆動エネルギを提供するように、かつ第１の車輪が第１の線形アクチュエータシステムによって変位されるときに、第１の車輪キャリッジと共に変位されるように構成されている。
2020536791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャシと、
前記シャシに移動可能に結合され、かつ前記シャシに対して縦方向に変位可能な第１の車輪キャリッジと、
前記第１の車輪キャリッジ上に回転可能に装着された少なくとも第１の車輪であって、前記第１の車輪キャリッジを介して前記シャシに結合された第１の車輪と、
前記第１の車輪キャリッジに結合され、かつ前記第１の車輪キャリッジを前記シャシに対して縦方向に変位させるように構成された第１の線形アクチュエータシステムと、
前記第１の車輪および前記第１の車輪キャリッジに装着された第１のモータであって、前記第１の車輪に駆動エネルギを提供するように、かつ前記第１の車輪が前記第１の線形アクチュエータシステムによって変位されるときに、前記第１の車輪キャリッジと共に変位されるように構成された第１のモータと、
を備える二輪車両。
【請求項２】
第２の車輪キャリッジ上に装着された第２の車輪であって、前記第２の車輪キャリッジが、前記二輪車両の、前記第１の車輪キャリッジとは反対側に配設された、第２の車輪と、
前記二輪車両の、前記第１の線形アクチュエータシステムとは反対側で前記第２の車輪キャリッジに結合され、前記第２の車輪キャリッジを前記シャシに対して縦方向に変位させるように構成された第２の線形アクチュエータシステムと、
前記第２の車輪および前記第２の車輪キャリッジに装着された第２のモータであって、前記第２の車輪に駆動エネルギを提供するように、かつ前記第２の車輪が前記第２の線形アクチュエータシステムによって変位されるときに、前記第２の車輪キャリッジと共に変位されるように構成された第２のモータと、
をさらに備える請求項１に記載の二輪車両。
【請求項３】
前記第１の線形アクチュエータシステムを前記第２の線形アクチュエータシステムに結合する車軸と、
前記第１および第２の線形アクチュエータシステムを駆動するために、前記車軸を介して前記第１および第２の線形アクチュエータシステムに回転的に結合された第３のモータと、
をさらに備える請求項２に記載の二輪車両。
【請求項４】
前記第１および第２の線形アクチュエータシステムが、各々、
前記シャシの縦方向に沿って互いにつながれて、前記シャシの両側に位置付けられ、かつ前記第３のモータによって駆動される第１および第２のプーリと、
前記第１および第２のプーリを互いにつなげるベルトであって、前記ベルトがさらに、前記第１および第２の車輪キャリッジのそれぞれの１つに結合され、かつ前記第１および第２のプーリの回転に基づいて並進するように構成され、それによって、前記ベルトが結合される前記キャリッジを前記シャシに対して縦方向に並進させるベルトと、
前記シャシの両側に前記シャシの縦方向に沿って結合された少なくとも１つのレールであって、前記レールに沿って、前記それぞれの第１および第２の車輪キャリッジが前記ベルトの運動を介して並進される、レールと、
を含む請求項３に記載の二輪車両。
【請求項５】
前記第２のモータが、前記第１の車輪に駆動エネルギを提供する前記第１のモータとは独立して、前記第２の車輪に前記駆動エネルギを提供する、請求項３に記載の二輪車両。
【請求項６】
前記第１および第２の線形アクチュエータシステムが、前記それぞれの第１および第２の車輪キャリッジを最大３００ｍｍ／秒の速度で前記シャシに対して並進させる、請求項３に記載の二輪車両。
【請求項７】
前記第１および第２のモータが、各々、ハブモータを含み、前記ハブモータが、前記第１および第２の車輪の中心に装着され、かつ前記ハブモータの対応する固定子を介して前記第１および第２の車輪キャリッジに結合される、請求項３に記載の二輪車両。
【請求項８】
前記第１および第２のモータの各々が、
固定子であって、その上に配設された一連のコイルで構成された固定子と、
前記それぞれの第１および第２の車輪に取り付けられるか、またはそれらと一体化され、かつ一連の磁石を含むように構成された回転子であって、前記回転子が、前記固定子の外側に対して回転可能に装着されており、前記回転子およびそれぞれの前記第１および第２の車輪の回転を引き起こすように、電気エネルギが前記固定子に供給される、回転子と、
を含む請求項７に記載の二輪車両。
【請求項９】
前記第１のモータおよび前記第２のモータのうちの少なくとも１つに電気エネルギを供給するために、前記シャシの底面上に配設された電池をさらに備える請求項３に記載の二輪車両。
【請求項１０】
前記第１の線形アクチュエータシステム、第２の線形アクチュエータシステムおよび前記第３のモータのうちの少なくとも１つの動作を制御するための、少なくとも１つの線形アクチュエータコントローラをさらに備える請求項３に記載の二輪車両。
【請求項１１】
前記第１および第２のモータのうちの少なくとも１つの動作を制御するための、少なくとも１つのモータコントローラをさらに備える請求項３に記載の二輪車両。
【請求項１２】
前記シャシのピッチ角を検知するための、前記シャシ上に配設されたピッチセンサをさらに備える請求項３に記載の二輪車両。
【請求項１３】
前記ピッチセンサの出力に応答して、前記シャシに対する前記第１および第２の車輪キャリッジのうちの少なくとも１つの変位を制御するために、前記ピッチセンサに通信可能に結合されたピッチコントローラをさらに備える請求項１２に記載の二輪車両。
【請求項１４】
前記ピッチコントローラが、水平位置に対して実質的に一定のシャシ配向を維持するために、前記第１および第２の車輪キャリッジのうちの少なくとも１つを前記シャシに対して変位させるように、前記第３のモータを制御するように構成されている、請求項１３に記載の二輪車両。
【請求項１５】
前記実質的に一定のシャシ配向が、前記水平位置からプラスまたはマイナス２度以内に維持される前記シャシのピッチの角度を含む、請求項１４に記載の二輪車両。
【請求項１６】
前記ピッチセンサが、傾斜計および慣性移動ユニットのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の二輪車両。
【請求項１７】
前記ピッチセンサが、前記シャシの底面上の中心に位置付けられている、請求項１２に記載の二輪車両。
【請求項１８】
前記シャシによって支持された荷物室をさらに備える、請求項３に記載の二輪車両。
【請求項１９】
第１および第２の車輪キャリッジ、シャシ、第１および第２の車輪、第１、第２および第３のモータ、ならびに第１および第２の線形アクチュエータシステムを有する二輪車両を動的に安定化するための方法であって、
前記シャシ上に配設された少なくとも１つのセンサによって、前記車両の動作中に水平位置に対する前記シャシのピッチを測定し、かつそれに基づいてピッチ信号を出力することと、
前記少なくとも１つのセンサの前記出力されたピッチ信号に応答する前記車両内に配置されたコントローラによって、前記水平位置に対して実質的に一定のシャシ配向を維持するために、前記第１および第２の車輪キャリッジのうちの少なくとも１つを前記シャシに対して縦方向に変位させるように、前記第１および第２の線形アクチュエータシステムのうちの少なくとも１つを制御することと、を含む、方法。
【請求項２０】
前記実質的に一定のシャシ配向を維持することが、前記シャシの前記ピッチを前記水平位置のプラスまたはマイナス２度以内に維持することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記コントローラが、さらに、検知された前記車両の加速度に基づいて、前記第１および第２の線形作動システムを制御する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第３のモータが、前記第２の車輪とは独立して前記第１の車輪を移動させるように、前記第１および第２の線形アクチュエータシステムを動作させる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記コントローラが、比例積分微分（ＰＩＤ）またはＰＩＤベースのコントローラアルゴリズムを実行する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本記載は、概して、車両に関し、より具体的には、限定はされないが、軸方向に整列した車輪を有する二輪車両のための安定化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物品の輸送を目的として、より多くの車両および／またはロボットが利用可能になってきている。典型的な車両および／またはロボットは、車両の通常の動作中に推進力および操舵制御を提供するために、３個、４個または６個の車輪を使用する。そのような車両および／またはロボットは、静的安定性に依存しており、車輪の配置によって全ての動作条件で安定するように設計されている。縦方向、すなわち前後方向における車輪間の分離距離は、重力または傾斜に起因する印加トルクを平衡化する。したがって、典型的な車両では、車両の安定性は、車両の縦方向における車輪間の適切な分離距離を実装することによって達成され、それによって、車両は横軸に沿った外乱に対してより弾力的になる。
【０００３】
しかしながら、従来の縦方向ではなく、横方向、すなわち並列に車輪を配置した二輪車両で物品を輸送する試みが行われている状況には問題が存在する。横方向、すなわち並列構成で２つの車輪のみが装着された車両を使用する課題は、通常の動作中に車両の動的安定性を維持することにある。
【発明の概要】
【０００４】
主題の技術の様々な態様によれば、二輪車両が提供される。一態様によれば、二輪車両は、シャシと、シャシに移動可能に結合され、シャシに対して縦方向に変位可能な第１の車輪キャリッジ、とを含む。少なくとも第１の車輪は、第１の車輪キャリッジ上に回転可能に装着され、第１の車輪キャリッジを通じてシャシに結合されている。二輪車両は、第１の車輪キャリッジに結合され、かつ第１の車輪キャリッジをシャシに対して縦方向に変位させるように構成された第１の線形アクチュエータシステムをさらに含む。第１のモータは、第１の車輪および第１の車輪キャリッジに装着されている。第１のモータは、第１の車輪に駆動エネルギを提供するように、かつ第１の車輪が第１の線形アクチュエータシステムによって変位されるときに、第１の車輪キャリッジと共に変位されるように構成されている。
【０００５】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、第２の車輪キャリッジ上に装着された第２の車輪と、第２の線形作動システムと、第２のモータと、をさらに含む。第２の車輪キャリッジは、二輪車両の、第１の車輪キャリッジとは反対側に配設されている。第２の線形アクチュエータシステムは、二輪車両の、第１の線形アクチュエータシステムとは反対側で第２の車輪キャリッジに結合されている。第２の線形アクチュエータシステムは、第２の車輪キャリッジをシャシに対して縦方向に変位させるように構成されている。第２のモータは、第２の車輪および第２の車輪キャリッジに装着されている。第２のモータは、第２の車輪に駆動エネルギを提供するように、かつ第２の車輪が第２の線形アクチュエータシステムによって変位されるときに、第２の車輪キャリッジと共に変位されるように構成されている。
【０００６】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、第１の線形アクチュエータシステムを第２の線形アクチュエータシステムに結合する車軸と、第３のモータと、をさらに含む。第３のモータは、第１および第２の線形アクチュエータシステムを駆動するために、車軸を通じて第１および第２の線形アクチュエータシステムに回転可能に結合されている。
【０００７】
いくつかの実装形態では、第１および第２の線形アクチュエータシステムは、各々、第１および第２のプーリと、第１および第２のプーリを互いにつなぐベルトと、少なくとも１つのレールと、を含む。第１および第２のプーリは、シャシの縦方向に沿って互いにつながれて、シャシの左右両側に位置付けられ、かつ第３のモータによって駆動される。ベルトは、さらに、第１および第２の車輪キャリッジのそれぞれの１つに結合され、かつ第１および第２のプーリの回転に基づいて並進するように構成されている。それによって、ベルトは、ベルトが結合されるキャリッジをシャシに対して縦方向に並進させる。少なくとも１つのレールは、その縦方向に沿ってシャシの左右両側に結合され、それぞれの第１および第２のキャリッジは、ベルトの運動を通じて少なくとも１つのレールに沿って並進される。
【０００８】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、第１の線形アクチュエータシステム、第２の線形アクチュエータシステムおよび第３のモータのうちの少なくとも１つの動作を制御するための、少なくとも１つの線形アクチュエータコントローラをさらに含む。
【０００９】
いくつかの実装形態では、第１および第２の線形アクチュエータシステムは、それぞれの第１および第２の車輪キャリッジを最大３００ｍｍ／秒の速度でシャシに対して並進させる。
【００１０】
いくつかの実装形態では、第２のモータは、第１の車輪に駆動エネルギを提供する第１のモータとは独立して、第２の車輪に駆動エネルギを提供する。
【００１１】
いくつかの実装形態では、第１および第２のモータは、各々、ハブモータを含み、ハブモータが、第１および第２の車輪の中心に装着され、かつハブモータの対応する固定子を介して第１および第２のキャリッジに結合されている。
【００１２】
いくつかの実装形態では、第１および第２のモータの各々は、その上に配設された一連のコイルで構成された固定子、ならびにそれぞれの第１および第２の車輪に取り付けられるか、または一体化された回転子を含む。回転子は一連の磁石を含むように構成され、かつ固定子の外側に対して回転可能に装着されている。回転子およびそれぞれの第１および第２の車輪を回転させるために、電気エネルギが固定子に供給される。
【００１３】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、第１のモータおよび第２のモータのうちの少なくとも１つに電気エネルギを供給するために、シャシの底面上に配設された電池をさらに含む。
【００１４】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、第１および第２のモータのうちの少なくとも１つの動作を制御するための、少なくとも１つのモータコントローラをさらに含む。
【００１５】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、シャシのピッチ角を検知するための、シャシ上に配設されたピッチセンサをさらに含む。
【００１６】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、ピッチセンサの出力に応答して、シャシに対する第１および第２の車輪キャリッジのうちの少なくとも１つの変位を制御するために、ピッチセンサに通信可能に結合されたピッチコントローラをさらに含む。
【００１７】
いくつかの実装形態では、ピッチコントローラは、水平位置に対して実質的に一定のシャシ配向を維持するために、第１および第２の車輪キャリッジのうちの少なくとも１つをシャシに対して変位させるように、第３のモータを制御するように構成されている。
【００１８】
いくつかの実装形態では、実質的に一定のシャシ配向は、水平位置からプラスまたはマイナス２度以内に維持されるシャシのピッチの角度である。
【００１９】
いくつかの実装形態では、ピッチセンサは、傾斜計および慣性移動ユニットのうちの少なくとも１つである。
【００２０】
いくつかの実装形態では、ピッチセンサは、シャシの底面上の中心に位置付けられている。
【００２１】
いくつかの実装形態では、二輪車両は、シャシによって支持された荷物室をさらに含む。
【００２２】
主題の技術の別の態様によれば、第１および第２の車輪キャリッジ、シャシ、第１および第２の車輪、第１、第２、およびモーター、ならびに第１および第２の線形アクチュエータシステムを有する二輪車両を安定化させるための方法は、シャシ上に配設された少なくとも１つのセンサによって、車両の動作中の水平位置に対するシャシのピッチを測定することと、それに基づいたピッチ信号を出力することと、を含む。さらに、方法は、少なくとも１つのセンサの出力されたピッチ信号に応答する車両内に配置されたコントローラによって、水平位置に対して実質的に一定のシャシ配向を維持するために、第１および第２の車輪キャリッジのうちの少なくとも１つをシャシに対して縦方向に変位させるように、第１および第２の線形アクチュエータシステムのうちの少なくとも１つを制御することをさらに含む。
【００２３】
いくつかの実装形態では、コントローラは、さらに、検知された車両の加速度に基づいて、第１および第２の線形作動システムを制御する。
【００２４】
いくつかの実装形態では、コントローラは、比例積分微分（ＰＩＤ）またはＰＩＤベースのコントローラアルゴリズムを実行する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本開示の第１の実装形態による、車両の様々な構成要素の上方斜視図を示す。
【図２】本開示の第１の実装形態による、車両のシャシ上に装着された様々な構成要素の背面図を示す。
【図３】本開示の第１の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の上方斜視図を示す。
【図４】本開示の第１の実装形態による、ハブモータを含む車輪組立体の線形アクチュエータシステムおよび様々な構成要素を示す側面図である。
【図５Ａ】本開示の第１の実装形態による、車両のシャシに対する車輪およびキャリッジの最大前方位置を示す図である。
【図５Ｂ】本開示の第１の実装形態による、車両のシャシに対する車輪およびキャリッジの最大後方位置を示す図である。
【図６Ａ】本開示の第２の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の上方斜視図を示す。
【図６Ｂ】本開示の第２の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の側面図を示す。
【図７Ａ】本開示の第３の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の上方斜視図を示す。
【図７Ｂ】本開示の第３の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の側面図を示す。
【図８】本開示の実装形態による、車両の制御システムの電気ブロック図の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
さらなる理解を提供するために含まれ、かつ本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、開示された態様を示し、説明と共に、開示された態様の原理を説明するのに役立つ。
【００２７】
上記の図は、本開示の特定の態様を示すために含まれており、排他的な実装形態としてみなされるべきではない。開示された主題は、本開示の範囲から逸脱することなく、形態および機能の相当な修正、変更、組み合せ、および等価物が可能である。
【００２８】
本開示は、多くの異なる形態の実装形態を受け入れることができるが、本開示の実装形態は図面に示されており、本明細書に詳細に記載される。本開示は、本開示の原理の例証とみなされるべきであること、および、本開示が、本開示の幅広い態様を、例示された実装形態だけに限定することは意図されていないことを理解すべきである。
【００２９】
物品の輸送を目的として、より多くの車両（またはロボット）が利用可能になってきている。典型的な車両は、推進力および操舵制御を提供するために、３個、４個または６個の車輪を使用する。そのような車両は静的安定性に依存しており、車輪の配置によって全ての動作条件で安定するように設計されている。縦方向、すなわち前後方向の分離距離は、通常の動作（例えば、制動、加速、および減速）中に車両が経験する重力または傾斜に起因する印加トルクを平衡化する。分離距離（車輪ベース）が大きいほど、車両の縦方向の軸に沿った乱れに対する耐性が高くなる。
【００３０】
別の手法として、車輪が横方向、すなわち並列配置された二輪車両を使用することが挙げられる。このような車両は、２つの車輪が独立して推進されるように分離されている場合、特に操縦性が高い。旋回半径は、一方の車輪が前方に推進され、他方の車輪が後方に推進される場合に、車輪間の距離の半分の距離と同じくらい小さくすることができ、または、旋回の内輪と外輪との間の速度差を増大させることによって、任意の程度まで大きくすることができる。しかしながら、車輪が横方向、すなわち並列に配置されたこのような二輪車両を使用する課題は、車両の垂直方向の配向を維持するために、動的に安定化されなければならないということであり、これは、ほとんどの用途の要件である。このような横方向に装着された二輪ロボットの推進は、モータ、潜在的にはモータ性能を最適化するためのギヤボックスを用いて、車両の車輪（複数可）の中心にトルクを印加することによって達成され得る。あるいは、リム駆動を用いて車輪を推進することもできる。
【００３１】
動的安定化（能動平衡化とも呼ばれる）は、制御システムが、車両が動作している間に車両の安定性を能動的に維持する技術である。本開示の様々な実装形態で説明されているように、並列車輪車両では、車両のピッチ配向が連続的に検知され、補正トルクが適用される。このような補正トルクを印加する主な方法は、（１）車輪モータ自体を用いること、または（２）車両の縦方向に、前方および後方に移動するカウンタウェイトの運動を用いることのいずれかである。
【００３２】
本明細書に詳述される本開示の様々な実装形態では、動的安定化は、モータトルクとカウンタウェイトとの両方によって達成される。しかしながら、その全容が参照のために本明細書に組み込まれる、ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０５７５２９に記載されているものなどの、以前に開発された安定化システムからの変形では、別個のカウンタウェイトを使用するのではなく、開示された実装形態では、車輪は、車体自体がカウンタウェイトとして機能するように、全体として車体に対して移動する。これにより、車両質量の半分超をレベルアームに使用することができるので、制御権限を大幅に増加させることができる。この手法の１つの産物は、車輪の回転を引き起こす推進力が、リム駆動を使用する代わりに、車輪の中心に適用されることである。いわゆるハブ駆動は、車輪に一体化された、または車輪の横に位置付けられたモータによって駆動することができる。本明細書に記載された様々な実装形態に応じて、車輪からモータへの質量比は、車両全体の質量の１／３程度と小さくすることができ、これにより、質量の２／３を制御のために利用できるようになる。
【００３３】
本開示の様々な態様によれば、運行は、車両（またはロボット）が人間または別の車両に実質的につなげられ、同じ経路を実行する追従モードによって達成されてよい。あるいは、運行は、車両が予め設定されたウェイポイントの間を走行する自律モードによって達成されてもよい。いずれの場合も、能動的な障害物検出および回避が実装される。屋内外のいずれの動作も、視覚的なＳＬＡＭ（同時定位およびマッピング）を使用して達成され得る。
【００３４】
本明細書では、車両の様々な実装形態が開示されている。図１は、本開示の実装形態による、車両１００の様々な構成要素の上方斜視図を示す。図２は、本開示の実装形態による、車両１００のシャシ上に装着された様々な構成要素の背面図を示す。図１および図２を参照すると、車両１００は、シャシ１５を含む。シャシ１５は、車両１００の構造フレームであり、シャシ１５に結合された構成要素の少なくとも一部分のための保護シェルとして機能する。
【００３５】
特定の実装形態では、シャシ１５は、図２に最もよく示されているように、荷物用空洞１４を含む。荷物用空洞１４は、様々な荷物を格納することができる荷物室１６を支持するように、またはその支持を容易にするように構成されている。いくつかの実装形態では、荷物挿入部１８が荷物室１６内に取り外し可能に配設されている。荷物挿入部１８は、様々な荷物を支持および／または固定するように設計されている。荷物挿入部１８は、荷物挿入部１８の荷物室１６からの取り外しを容易にするリップ１９を含み、また、荷物室１６の上端とインターフェースすることによって、荷物挿入部１８が荷物室１６内に取り外し可能に配設されているときの荷物挿入部１８と荷物室１６との間の確実な係合を容易にする。いくつかの実装形態では、任意の荷物が積載される前の車両１００の総重量は、２０〜６０ポンドである。さらに、様々なフェアリングを車両に追加して、追加のユーザインターフェース機能および性能特性を提供することができる。
【００３６】
いくつかの実装形態では、車両１００は、図２に最もよく示されているように、少なくとも１つの車輪キャリッジ２０をさらに含む。車輪キャリッジ２０は、さらに詳細に後述されるように、シャシに移動可能に結合され、シャシに対して縦方向に変位可能である。車輪キャリッジ２０は、車輪、例えば、車輪２５およびそれに対応するモータ３０が車輪キャリッジ２０に回転可能に結合され得るように構成されている。図５Ａおよび５Ｂを参照してさらに詳細に後述されるように、車輪キャリッジ２０は、シャシ１５のピッチおよび平衡度を補正するために、シャシの縦方向に、前後に並進することを可能にする線形作動システムに結合されている。例えば、車輪キャリッジ２０が線形作動システム４０によって所定の位置に並進されると、車輪キャリッジ２０上に装着される車輪２５は、車輪キャリッジ２０と共にシャシ１５に対して並進する。これにより、シャシ１５は逆方向に並進し、それによって、カウンタウェイトとして作用し、シャシのピッチおよび重心を調整する。したがって、本開示は、車両１００の実際の車体を使用して、シャシ１５を車輪、例えば車輪２５に対して移動させることによって、カウンタウェイトとして作用し、ほぼゼロに近いピッチ角を維持するという利点を提供する。
【００３７】
本開示は、第１の車輪２５、および追加の第２の車輪４５を提供する。用語「第２」を使用して記載されている場合、これらの「第２」の要素の各々は、用語「第１」の要素と実質的に同じ様式で接続し、機能する。上述されたように、車輪２５は、第１の車輪キャリッジ２０上に回転的に装着され、第１の車輪キャリッジ２０を通じてシャシに結合されてよい。同様に、車輪４５は、第２の車輪キャリッジ５０上に回転的に装着され、第２の車輪キャリッジ５０を通じてシャシ１５に結合されてよい。車輪２５および４５は、各々、幾何学的中心および直径を含む。車輪のサイズは、トルク、地上クリアランス、および車両１００の回転中心に対する重心の所望の位置の必要性に応じて変更してよい。いくつかの態様では、車両１００のサイズは、同様の幅を有する１２インチ〜３０インチの高さの間で変更してよい。示された図では、車輪２５および４５の直径は、車両１００の長さおよび高さよりも小さく示されている。しかしながら、本開示の様々な実装形態は、それに限定されるものではない。場合によっては、逆のことが適用され得る。すなわち、車輪２５および４５の直径は、車両１００の長さおよび高さよりも大きくてもよい。
【００３８】
いくつかの実装形態では、車輪２５および４５の直径は、１２インチ〜２８インチである。特定の実装形態では、車輪２５および４５の直径は、シャシ１５および／または車両１００の高さ、長さ、幅、および／または直径の少なくとも７５％である。各車輪２５および４５はまた、車輪２５および４５の外面を実質的に規定するリムも含んでよい。タイヤは、各リムの周りに配設され、タイヤがリムと共に回転するように、リム１０４に取り外し可能に装着されてよい。タイヤは、ゴム、ポリマー、または任意の他の好適な材料から作られてよい。タイヤは、車輪２５および４５ならびに車両１００を保護するのに役立ち、さらに、車輪２５および４５と接地面との間の摩擦接触を提供して、車両１００の性能を向上させるのに役立ち得る。
【００３９】
図３は、本開示の一実装形態による、車両１００の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の上方斜視図を示す。図３に示されるように、車両１００は、線形アクチュエータシステム、例えば、第１の線形アクチュエータシステム４０をさらに含んでよい。第１の線形アクチュエータシステム４０は、第１の車輪キャリッジ２０に結合され、第１の車輪キャリッジ２０および車輪２５をシャシ１５に対して縦方向に変位させるように適合されてよい。
【００４０】
車両１００は、第１の線形アクチュエータシステム４０と同様の構造および機能を有する第２の線形アクチュエータシステム６５をさらに含んでよい。すなわち、第２の線形アクチュエータシステム６５は、第１の線形アクチュエータシステム４０とは反対の側で第２の車輪キャリッジ５０に結合されてよい。例えば、第１の線形アクチュエータシステム４０は、車両１００の左側に位置付けられてよく、一方、第２の線形アクチュエータシステム６５は、車両１００の右側に位置付けられてよく、またはその逆も同様である。第２の線形アクチュエータシステム６５は、同様に、第２の車輪キャリッジ５０をシャシ１５に対して縦方向に変位させるように構成されてよい。車軸７０は、第１の線形アクチュエータシステム４０を第２の線形アクチュエータシステム６５に結合する。第１および第２の車輪と同様に、用語「第２」を使用して記載された第１および第２のアクチュエータシステムの場合、これらの「第２」の要素の各々は、用語「第１」の要素と実質的に同じ様式で接続して機能する。
【００４１】
いくつかの実装形態では、第３のモータ７５は、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５を駆動するために、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５のうちの少なくとも１つに結合されてよい。いくつかの実装形態では、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５の各々は、第１および第２のプーリ８７および８９を含んでよい。第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５は、各々、レールの縦方向に沿ってシャシに結合された少なくとも１つのレールをさらに含んでよい。いくつかの実装形態では、少なくとも１つのレールは、シャシ１５に各々結合された上側および下側レール８２および８４を含む。上側および下側レール８２および８４の各々は、そこに沿って延在する縦方向スロットを含み、縦方向スロットに沿って、それぞれの第１および第２の車輪キャリッジ２０および５０は、第１および第２のプーリ８７および８９の回転を通じて並進される。第１および第２の車輪キャリッジ２０および５０は、各々、摩擦が低減された車輪に沿った車輪キャリッジ２０および５０の前後の移動を容易にするために、レールに結合された１つ以上の端部車輪を含んでよい。いくつかの他の実装形態では、第１および第２の線形アクチュエータシステムは、シャシの右側、左側のそれぞれに１つののみのレールを含む。
【００４２】
第１および第２の線形アクチュエータシステム４０、６５は、各々、第１および第２のプーリ８７および８９の外周に沿って配設されたそれぞれのベルト８１および８５をさらに含む。いくつかの態様では、ベルト８１および８５は、第１および第２のプーリ８７および８９を互いに結合する。ベルト８１および８５は、第３のモータ７５からの動力を伝達して、それぞれの第１および第２の車輪キャリッジ２０および５０をシャシ１５に対して縦方向に変位させるように構成されている。
【００４３】
いくつかの実装形態によれば、ベルト８１および８５は、第３のモータから送達される回転エネルギによって引き起こされるプーリ８７および８９の回転がベルトの運動をもたらすように、プーリ８７および８９の各々の外周に取り外し可能に取り付けられてよい。ベルト８１および８５は、金属、金属合金、セラミック、ポリマー、複合材料、または任意の他の好適な材料で形成されてよい。いくつかの実装形態では、ベルト８１および８５の代わりにチェーンが使用されてもよく、プーリ８７および８９の代わりにはめば歯車が使用されてもよい。第１および第２の車輪キャリッジ２０および５０は、各々、ベルト８５の運動が、シャシ１５に対する第１および第２の車輪キャリッジ２０および５０の各々の対応する運動を縦方向に引き起こすように、それぞれのベルト８５に結合されている。さらに詳細に後述するように、第１および第２の車輪キャリッジ２０および５０の運動は、モータ３０および５５を含むそれぞれの車輪組立体を、車両１００の残りの部分に対して縦方向に、前後に並進させる。この効果は、シャシ１５（車体）を、それぞれの車輪２５および４５を有する車輪キャリッジ２０および５０が並進される方向とは逆方向に並進させることである。
【００４４】
動作時には、第１および第２のプーリ８７および８９は、駆動ベルト７３を介して第３のモータ７５に直接接続される駆動プーリシステム７７によって駆動される。モータ７５の回転エネルギは、駆動プーリシステム７７のベルト７３を介して、駆動プーリシステム７７の駆動プーリ７９から従動プーリ８６に伝達される。次いで、駆動プーリシステム７７の従動プーリは、ベルト７３からの回転エネルギを第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５のプーリ８７および８９の各々に伝達する。
【００４５】
図４は、本開示の一実装形態による、線形アクチュエータシステムおよびハブモータを含む車輪組立体の様々な構成要素を示す側面図である。図４に示されるように、車両１００は、第１の車輪２５に一体化されて第１の車輪キャリッジ２０に結合された第１のモータ３０をさらに含んでよい。モータ３０は、第１のシャフト３５を介して第１の車輪キャリッジ２０に結合されてよく、第１の車輪２５に駆動エネルギを提供するように構成されてよい。モータ３０は、電池９０（図３に示される）、または燃料電池から電気エネルギを受け取ることによって電力を供給される。電池９０は、シャシ１５の底面上、中心に位置付けられてもよい。いくつかの実装形態では、モータ３０は、第１の車輪２５の中心に直接装着されるハブモータである。この効果を得るために、モータ３０は、一連の静止コイルが配設された固定子５２で構成されている。固定子は、第１の車輪キャリッジ２０に直接結合することができ、これにより電流がコイルに提供される。モータ３０は、第１の車輪２５に一体化された回転子５４をさらに含んでよい。回転子５４は、一連の磁石を含むように構成されてよく、電池９０からの印加電流が電磁場を生成するときに、固定子５２の周りで回転するように固定子５２の周りに回転的に装着されている。第１の車輪２５は、スピン回転子５４に一体的に取り付けられており、スピン回転子５４と共に回転する。
【００４６】
車両１００は、図３に最もよく示されているように、第２の車輪４５に一体化され、第２の車輪キャリッジ５０に結合された第２のモータ５５をさらに含んでよい。第１のモータ３０と同様に、第２のモータ５５は、第２のシャフト６０を介して第２の車輪キャリッジ５０に取り付けられ、第２の車輪４５に駆動エネルギを提供するように構成されてよい。また、第２のモータ５５は、電池９０または燃料電池から電気エネルギを受け取ることによって駆動される。第１のモータ３０に関して上述されたように、第２のモータ５５は、同様に、第２の車輪４５の中心に直接装着されるハブモータであってよい。この効果を得るために、第２のモータ５５は、同様に、第１のモータ３０の固定子５２および回転子５４と同様に構成され、かつそれらと同様に機能するスピン回転子５４で構成されてよい。第１および第２の車輪と同様に、用語「第２」を使用して記載された第１および第２のモータの場合、これらの「第２」の要素の各々は、用語「第１」の要素と実質的に同じ様式で接続して機能する。
【００４７】
いくつかの実装形態では、ハブモータ３０および５５は、互いに独立しており、自律および運行コンピュータ９９に含まれた１つ以上のモータコントローラ９４の固有のチャネルを介して指令されてよい。車両１００は、自律および運行コンピュータ９９からの指令を受信し、これらの指令を、それぞれのハブモータ３０および５５を介して車輪２５および４５の前進運動に変換する。モータ３０および５５の独立性は、様々な旋回モードを可能にする。例えば、車両１００は、モータ３０および５５を異なる速度で、または異なる方向に走行させることによって、その場で旋回してもよい。あるいは、車両１００は、車輪軌道の幅に相当する旋回半径のために、一方のモータが作動している間に他方のモータをオフにしておくことによって、鋭いコーナーを旋回してもよい。いくつかの態様では、車両１００は、２つの車輪のうち旋回の外側軌道を通る一方の車輪に、内側の軌道を通る車輪よりも速い速度で指令することによって、急な旋回から緩やかな旋回までを可能にする。この操縦性は、さらに詳細に後述されるように、安定した動作を提供するためにピッチコントローラ９８に結合することができる。
【００４８】
図５Ａは、本開示の実装形態による、車両のシャシに対する車輪およびキャリッジの最大前方位置を示す図であり、図５Ｂは、本開示の実装形態による、車両のシャシに対する車輪およびキャリッジの最大後方位置を示す図である。いくつかの実装形態によれば、線形アクチュエータシステム４０および６５の各々は、ハブモータ３０および５５を含むそれぞれの車輪組立体が、車両１００の残りの部分に対して縦方向に、前後に並進することを可能にする。この効果は、シャシ１５（車体）を、それぞれの車輪２５および４５を有する車輪キャリッジ２０および５０が並進される方向とは逆方向に並進させることである。いくつかの態様では、第１および第２の線形アクチュエータシステムの各々は、それぞれの第１および第２の車輪キャリッジを最大３００ｍｍ／秒の速度でシャシに対して変位させる。したがって、本開示は、車両１００のシャシ１５全体の重量を利用可能にして、車両１００を平衡化して動的に安定化し、横方向に装着された車両１００の垂直方向の配向を維持するためのカウンタウェイトとして機能させるという利点を提供する。
【００４９】
図６Ａは、本開示の第２の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の上方斜視図を示す。図６Ｂは、本開示の第２の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の側面図を示す。図６Ａに示されるように、車両１００は、第１および第２線形アクチュエータシステム４０および６５の代わりに、第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７を含んでよい。第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７は、第３のモータ７５の代わりに第３のモータ７２を含む。いくつかの実装形態では、第３のモータ７２は、第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７を駆動するために、第１の端部で第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７のうちの少なくとも１つに結合されてよい。第３のモータ７２は、その第２の端部でシャシ１５に装着されてよい。第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５の構成と同様に、第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７の各々は、第１および第２のプーリ８７および８９と、各々シャシ１５に結合された上側および下側レール８２および８４と、を含んでよい。第３のモータ７２は、第１および第２のプーリ８７および８９の間の位置でシャシ１５に装着されるように構成されている。上側および下側レール８２および８４の各々は、そこに沿って延在する縦方向のスロットを含み、縦方向のスロットに沿って、それぞれの第１の車輪キャリッジ（図示せず）および第２の車輪キャリッジ６９は、それぞれの第１および第２のプーリ８７および８９の回転を通じて並進される。第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７は、各々、第１および第２のプーリ８７および８９の外周に沿って配設されたそれぞれのベルト８１および８５をさらに含んでよい。
【００５０】
いくつかの態様では、ベルト８１および８５は、第１および第２のプーリ８７および８９を互いに結合する。車軸７０と同様の車軸は、第３のモータ７２の回転エネルギが、第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７の両方の第１のプーリ８７に伝達され得るように、第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７の第１のプーリ８７を互いに結合してよい。ベルト８１および８５は、第３のモータ７２からの動力を伝達して、それぞれの第１の車輪キャリッジ（図示せず）および第２の車輪キャリッジ６９をシャシ１５に対して縦方向に変位させるように構成されている。いくつかの実装形態では、第２の線形アクチュエータシステム６７は、第１の線形アクチュエータシステム６３とは独立して第２の線形アクチュエータシステム６７を駆動するための別個の第４のモータ７１を含んでもよい。第４のモータ７１は、前述の第３のモータ７２および７５のいずれかと同様に機能してよく、第３のモータ７２とは反対側のシャシ１５に結合されてよい。これらの実装形態では、ベルト８１は、第１の車輪キャリッジ（図６Ａには示されていない）をシャシ１５に対して縦方向に変位させるために、第３のモータ７２から動力を伝達するように構成されている。ベルト８５は、第２車輪キャリッジ６９をシャシ１５に対して縦方向に変位させるために、第４のモータ７１から動力を伝達するように構成されている。
【００５１】
いくつかの実装形態によれば、ベルト８１および８５は、第３および／または第４のモータ７２および／または７１から送達される回転エネルギによって引き起こされるプーリ８７および８９の回転がベルト８１および／または８５の運動をもたらすように、プーリ８７および８９の各々の外周に取り外し可能に取り付けられてよい。いくつかの実装形態では、第３および第４のモータ７２および７１は、第１および第２の線形アクチュエータシステム６３および６７の同期運動を提供するために同期化されていてよい。
【００５２】
図３に関して上述されるように、第１の車輪キャリッジ（図示せず）および第２の車輪キャリッジ６９の運動は、モータ３０および５５を含むそれぞれの車輪組立体を、車両１００の残りの部分に対して縦方向に、前後に並進させる。この効果は、シャシ１５（車体）を、それぞれの車輪２５および４５を有する第１の車輪キャリッジ（図示せず）および第２の車輪キャリッジ６９が並進される方向とは逆方向に並進させることである。用語「第２」を使用して記載された第１および第２のキャリッジの場合、これらの「第２」の要素の各々は、用語「第１」の要素と実質的に同じ様式で接続して機能する。
【００５３】
図７Ａは、本開示の第３の実装形態による、車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の上方斜視図を示す。図７Ｂは、本開示の第３の実装形態による車両の線形アクチュエータシステムの様々な構成要素の側面図を示す。
【００５４】
図７Ａに示されるように、車両１００は、第１および第２線形アクチュエータシステム４０および６５の代わりに、第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１を含んでよい。車両１００は、第３のモータ７５の代わりに第３のモータ７６を含んでよい。いくつかの実装形態では、第３のモータ７６は、第１の端部で第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１のうちの少なくとも１つを駆動するために、第１の端部で第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１のうちの少なくとも１つに結合されてよい。第３のモータ７６は、その第２の端部でシャシ１５に装着されてよい。第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５の構成と同様に、第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１の各々は、第１および第２のプーリ８７および８９と、各々シャシ１５に結合された上側および下側レール８２および８４と、を含んでよい。第３のモータ７６は、シャシ１５に装着され、第２のプーリ８９のうちの少なくとも１つに直接接続されるように構成されている。上側および下側レール８２および８４の各々は、そこに沿って延在する縦方向のスロットを含み、縦方向のスロットに沿って、それぞれの第１の車輪キャリッジ（図示せず）および第２の車輪キャリッジ６９は、それぞれの第１および第２のプーリ８７および８９の回転を通じて並進される。第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１は、各々、第１および第２のプーリ８７および８９の外周に沿って配設されたそれぞれのベルト８１および８５をさらに含んでよい。
【００５５】
いくつかの態様では、ベルト８１および８５は、第１および第２のプーリ８７および８９を互いに結合する。車軸７０と同様の車軸は、第３のモータ７６の回転エネルギが、第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１の両方の第２のプーリ８９を回転するために伝達され得るように、第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１の第１のプーリ８７を互いに結合してよい。ベルト８１および／または８５は、それぞれの第１の車輪キャリッジ（図示せず）および／または第２の車輪キャリッジ６９をシャシ１５に対して縦方向に変位させるために、第３のモータ７６から動力を伝達するように構成されている。いくつかの実装形態では、第１の線形アクチュエータシステム８８は、第２の線形アクチュエータシステム９１とは独立して第１の線形アクチュエータシステム８８を駆動するための別個の第４のモータ（図示せず）を含んでもよい。第４のモータ（図示せず）は、前述の第３のモータ７５および７６のいずれかと同様に機能してよい。これらの実装形態では、ベルト８５は、第２の車輪キャリッジ６９をシャシ１５に対して縦方向に変位させるために、第３のモータ７６から動力を伝達するように構成されている。ベルト８１は、第１の車輪（図示せず）をシャシ１５に対して縦方向に変位させるために、第４のモータ（図示せず）から動力を伝達するように構成されている。
【００５６】
いくつかの実装形態によれば、ベルト８１および８５は、第３および／または第４のモータから送達される回転エネルギによって引き起こされるプーリ８７および８９の回転がベルト８１および／または８５の運動をもたらすように、プーリ８７および８９の各々の外周に取り外し可能に取り付けられてよい。いくつかの実装形態では、第３および第４のモータは、第１および第２の線形アクチュエータシステム８８および９１の同期運動を提供するために同期化されてよい。
【００５７】
図３に関して上述されるように、第１の車輪キャリッジ（図示せず）および第２の車輪キャリッジ６９の運動は、モータ３０および５５を含むそれぞれの車輪組立体を、車両１００の残りの部分に対して縦方向に、前後に並進させる。この効果は、シャシ１５（車体）を、それぞれの車輪２５および４５を有する第１の車輪キャリッジ（図示せず）および第２の車輪キャリッジ６９が並進される方向とは逆方向に並進させることである。用語「第２」を使用して記載された第１および第２のキャリッジの場合、これらの「第２」の要素の各々は、用語「第１」の要素と実質的に同じ様式で接続して機能する。
【００５８】
いくつかの他の実装形態によれば、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５は、各々、ボールねじ、ローラねじ、ボイスコイル、ラックアンドピニオン、油圧シリンダ、および空圧シリンダからなる群から選択されてよい。
【００５９】
図３〜図５Ｂを参照すると、通常の動作中、車両１００は、横軸の周りにピッチモーメントを経験する。これらのピッチモーメントは、車両１００が正確に平衡化されていないことに起因して重力により誘発されるか、または加速もしくは制動により動的に誘発される。平衡化の場合、車輪が並列に装着された車両１００は、車両１００の縦方向である非常に短い静的安定余裕を有し、それを越えて、重心は、車両１００の縦方向において、前方または後方にピッチングを生じることなく移動することができる。安定余裕の長さは、車輪２５および４５のタイヤの接地面の長さに相当する。車両１００のシャシ１５の重心の正確な位置特定を回避するために、シャシ１５のピッチは、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５のうちの少なくとも１つを使用して補正される。線形アクチュエータシステム４０および６５の各々は、車両１００の不均衡を検知すると、シャシ１５の重心を自動的に調整する。これにより、柔軟な重量配分を有する様々な品目を荷物室１６内に配置することができるという利点が提供される。
【００６０】
いくつかの実装形態によれば、線形アクチュエータシステム４０および６５の制御された調整により、車両１００が自動的にほぼゼロに近いピッチ角を維持することができる。水平位置に対するシャシ１５または車両１００のピッチ角は、ピッチセンサ９６を使用して継続的に検知される。本明細書で使用されるときに、水平位置とは、地球の引力に対して垂直な、すなわち直交する平面を指す。いくつかの態様では、ピッチセンサ９６は、シャシ１５上に位置付けられた傾斜計または慣性測定ユニットのいずれかであってよい。次いで、自立および運行コンピュータ９９は、検知されたデータを使用して、シャシ１５または車両１００の回転中心の周りに、車輪２５および４５の平面内で補正トルクを提供して、シャシ１５のピッチ角が水平位置に対してプラスまたはマイナス［２］度以内になるように維持して、車両１００の安定した動作を可能にすることができる。この効果は、シャシ１５または車両１００のピッチ角をゼロに近いピッチ角に維持することである。したがって、補正トルクは、キャリッジ２０および５０ならびにそれぞれの車輪２５および４５に対するシャシ１５の前後の運動によって生成される。車両１００の所定の質量（荷物室１６内の任意の積載物を含む）について、車両１００の回転中心からのオフセットの増加は、車両１００の横軸の周りで、車両１００の通常の動作中に経験されるピッチモーメントに対抗するためのトルクの比例した増加を生成する。
【００６１】
第１および第２の線形アクチュエータシステムは、車両１００の前方および後方運動および旋回運動中、すなわち、その通常の動作中に連続的に動作する。いくつかの態様では、通常の動作は、複数の始動および停止および旋回からなり、その結果生じる減速および加速は、車両の安定性を維持するために対抗しなければならない車両１００のピッチングモーメントを生成する。さらに、車両１００は、例えば、車両１００が走行する地形の平地からの傾斜の変化など、傾斜を昇降することができなければならない。平地からのこのような地形の変化は、車両１００の重力ベクトルの変化を誘発する。本開示は、線形アクチュエータシステム４０および６５の連続動作に起因して、車両１００が、連続的に動作するセンサおよび動的安定性補正によって、最大で、いくつかの実装形態では２０°よりも大きい傾斜および下り坂に対応して走行することが可能であるという利点を提供する。
【００６２】
いくつかの態様では、車両１００の重心（Ｃｇ）は、車両の回転中心（Ｃｒ）の上または下のいずれかに配置し得る。ＣｇがＣｒの下に配置されている場合、車両１００は動的に安定しており、いかなる乱れも、車両１００を最終的にその乱れのない状態に戻すことができる。しかしながら、加速および制動を含む通常の動作中に、ＣｇがＣｒの上に配置されている場合、車両１００は、動的に不安定であり、乱れは、乱れに応じて、車両１００が前方または後方にピッチングし続ける原因となるであろう。本開示は、ＣｇがＣｒよりも上方に配置されているときに、前方または後方のピッチングが継続することによって引き起こされる車両の不安定性を抑制するための解決策を提供する。不安定性の問題は、本開示の様々な実装形態に従って、線形アクチュエータシステム４０および６５を使用してシャシ１５の前方および後方への能動的な制御の変換を介して制御することができる。
【００６３】
いくつかの実装形態では、２つの線形アクチュエータシステム４０および６５の動作は、少なくとも１つの線形アクチュエータコントローラ９２を使用して制御される。例えば、２つの線形アクチュエータシステム４０および６５の運動は、同期化されてよい。しかしながら、本開示の構成は、それに限定されない。他の実装形態では、２つの線形アクチュエータシステム４０および６５の運動は、車両１００の所望の運動に応じて、独立した、すなわち、分離されていてもよい。分離された運動は、車輪２５および４５のうちの１つが段差または小上昇を越え、他方が平地に留まっている場合に有利であり得る。また、分離運動は、高速旋回動作においても、潜在的に必要であり、有利であり得る。
【００６４】
図８は、本開示の実装形態による車両１００の制御システムの電気的ブロック図である。車両１００は、図６に最もよく示されているように、１つ以上のセンサを含む。いくつかの態様では、１つ以上のセンサは、車両の自律性のための２つの超音波センサを含んでよい。１つ以上のセンサは、車両１００および／またはシャシ１５のピッチを検知するためのピッチセンサ９６を含んでよい。また、１つ以上のセンサは、車両１００および／またはシャシ１５の加速度を検知するための加速度センサ８０を含んでよい。また、１つ以上のセンサは、車両１００および／またはシャシ１５の速度を検知するための速度センサ８３を含んでよい。センサ８０、８３、および９６のうちの１つ以上は、シャシ１５の外面上に配設され、および／または固定されてよい。コンピュータ９９は、センサ８０、８３、および９６のうちの少なくとも１つと電子的に通信する線形アクチュエータコントローラ９２、モータコントローラ９４、ピッチコントローラ９８、ならびにメモリ９７をさらに含んでよい。いくつかの態様では、コンピュータ９９は、車両１０のシャシ１５の配向またはピッチの制御を連続的に変調するために、制御ループフィードバック機構を適用する比例−積分−微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）またはＰＩＤベースのコントローラを含んでもよい。他の態様では、ピッチコントローラは、シャシ１５のピッチ角を連続的に変調および補正し、車両１０の安定性を維持するためのＰＩＤコントローラを含んでよい。
【００６５】
本開示のいくつかの実装形態によれば、二輪車両１００を動的に安定化させるための方法は、シャシ１５上に配設された少なくとも１つのセンサ８０、８３、および９６によって、車両１００の動作中に水平位置に対するシャシ１５のピッチを測定することと、それに基づいてピッチ信号を出力することと、を含む。方法はさらに、少なくとも１つのセンサ８０、８３、および９６のピッチ信号出力に応答するピッチコントローラ９８によって、水平位置に対して実質的に一定のシャシ配向を維持するために、第１および第２の車輪キャリッジ２０および５０のうちの少なくとも１つをシャシ１５に対して縦方向に変位させるように、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５の少なくとも１つを制御することをさらに含む。
【００６６】
１つ以上のセンサ８０、８３、および９６は、車両１００および／またはシャシ１５の状態の測定値を決定して出力する。決定は、メモリ９７およびコントローラ９２に送信され、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５に動力を与える第３のモータ７５のうちの少なくとも１つの動作を指令する。例えば、ピッチセンサ９６は、車両１００および／またはシャシ１５のピッチを決定し、測定されたピッチをメモリ９７およびコントローラ９２に出力し、これは、第３のモータ７５の動作を指令する。このようにして、車両１００は、コントローラ９２、９４、および９８によって、センサ８０、８３、および９６のデータに基づいて、車両１００および／またはシャシ１５の配向、加速度、または速度を決定することができる。いくつかの実装形態では、センサ８０、８３、および９６は、車両１００および／またはシャシ１５の配向、加速度、もしくは速度の変化、または車両１００の配向、加速度、もしくは速度の変化率を決定するために、異なる時点において、または連続的に、複数の決定を行うことができる。
【００６７】
いくつかの実装形態では、車両１００および／またはシャシ１５の配向、加速度、もしくは速度、または配向、加速度、もしくは速度の変化（または変化率）の上記の決定が行われると、コントローラ９２および／またはメモリ９７は、測定された決定に応じて、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０、６５のうちの少なくとも１つを移動させるように、第３のモータ７５を制御する。一態様において、コントローラ９２および／またはメモリ９７は、車両１００および／またはシャシ１５の横軸の周りで実質的に一定の車両１００および／またはシャシ１５の配向を維持するために、第１および第２の線形アクチュエータシステム４０および６５のうちの少なくとも１つを移動させるように第３のモータ７５を制御する。したがって、線形アクチュエータシステム４０および６５の各々は、ハブモータ３０および５５を含むそれぞれの車輪組立体が、車両１００の残りの部分に対して縦方向に、前後に並進することを可能にする。この効果は、シャシ１５（車体）を、それぞれの車輪２５および４５を有する車輪キャリッジ２０および５０が並進される方向とは逆方向に並進させることである。したがって、本開示は、車両１００のシャシ１５全体の重量を利用可能にして、車両１００を平衡化して動的に安定化し、横方向に装着された車両１００の垂直方向の配向を維持するためのカウンタウェイトとして機能させるという利点を提供する。
【００６８】
上述されたように、いくつかの実装形態によれば、線形アクチュエータシステム４０および６５の制御された調整は、車両１００の安定した動作を可能にするために、車両１００がシャシ１５のピッチ角が水平位置に対してプラスまたはマイナス［２］度以内になるように自動的に維持することを可能にする。この効果は、シャシ１５または車両１００のピッチ角をゼロに近いピッチ角に維持することである。シャシ１５または車両１００のピッチ角は、傾斜計または慣性測定ユニットのいずれかであり得るピッチセンサ９６を使用して継続的に検知される。自立および運行コンピュータ９９がピッチコントローラ９８の代わりにＰＩＤコントローラを含むいくつかの態様では、ＰＩＤコントローラは、次いで、検知されたデータを使用して、車輪２５および４５の平面内で、シャシ１５または車両１００の回転中心の周りに補正トルクを提供してよい。この効果のために、ＰＩＤコントローラは、車両１０の不安定性に基づいて、所望のピッチ角（すなわち、ゼロに近いピッチ角度）と実際に測定されたピッチとの間の差としての誤差値を連続的に計算する。次いで、ＰＩＤコントローラ９８は、所望のピッチ角（ゼロに近い）と、検知されたピッチ角または測定されたピッチ角との間の値の差を最小化するために、比例項、積分項、および微分項に基づく補正係数を適用する。したがって、いくつかの実装形態では、カウンタウェイトとして機能するシャシ１５の運動は、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラアルゴリズムを使用して決定することができる。
【００６９】
補正トルクは、車両１００の安定した動作を可能にするために、シャシ１５のピッチ角をゼロに近いピッチ角に維持するように印加される。したがって、補正トルクは、キャリッジ２０および５０ならびにそれぞれの車輪２５および４５に対するシャシ１５の前後の運動によって生成される。車両１００の所定の質量（荷物室１６内の任意の積載物を含む）について、車両１００の回転中心からのオフセットの増加は、車両１００の横軸の周りで、車両１００の通常の動作中に経験されるピッチモーメントに対抗するためのトルクの比例した増加を生成する。
【００７０】
本開示の様々な実装形態は、車両シャシ全体の質量、すなわち、ハブモータおよび車輪を除いた車両全体の質量が、車両１００を安定化させるためのカウンタウェイトとして機能するという点で、先行技術に勝る利点を提供する。これは、以前に達成されたものよりも大きなトルクを提供し、したがって、より大きな加速および減速を可能にし、それに応じてより短い制動距離およびより迅速な応答性を可能にする。さらに、トルクの増大により、車両が勾配の異なる地形を上昇および下降するときの性能が向上する。
【００７１】
いくつかの実装形態によれば、車両、例えば二輪車両１００は、駆動力を生成するように、および／または駆動力を車両の車輪に伝達するように構成された駆動システムを含んでよい。駆動システムは、電気モータであるモータを含む。いくつかの実装形態では、内燃機関も可能である。モータは、電池もしくは燃料電池、または燃料源もしくは燃料タンクからの燃料から電気エネルギを受け取る。モータは、モータと駆動歯車との間に配設された車軸を介して駆動歯車を回転させる。伝達または歯車ボックスなどの追加の要素は、モータと駆動歯車との間に配設されてよく、かつ／またはモータから駆動歯車に駆動力を伝達してよい。駆動歯車は、駆動歯車と共に回転し、駆動歯車に堅固に取り付けられた複数の駆動歯車歯を含む。
【００７２】
開示されたシステムおよび方法は、記載された目的および利点、ならびに開示されたシステムおよび方法に固有の目的および利点を達成するように十分に適合されている。本開示の教示は、異なっているが本明細書における教示の便益を有する当業者には明らかである等価な方法で修正および実践され得るので、上記で開示された特定の実装形態は、例示的なものに過ぎない。さらに、以下の特許請求の範囲に記載された以外の、本明細書において示された構造または設計の詳細に対して、いかなる制限も意図されていない。したがって、上記で開示された特定の例示的な実装形態は、変更、組み合わせ、または修正され得ることが明白であり、また、全てのそのような変形形態は、本開示の範囲に含まれると考えられる。本明細書で例示的に開示されたシステムおよび方法は、本明細書で具体的に開示されていない任意の要素および／または本明細書において開示された任意選択の要素がない場合でも好適当実践され得る。組成物および方法は、様々な構成要素またはステップを「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という表現で記載されているが、それらの組成物および方法が、それらの様々な構成要素およびステップ「から本質的になる」こと、またはそれらの様々な構成要素およびステップ「からなる」こともあり得る。上記で開示された全ての数字および範囲は、ある程度変化し得る。下限および上限を有する数的範囲が開示される場合はいつでも、その範囲に含まれる任意の数および任意の含まれる範囲が具体的に開示される。具体的には、本明細書で開示された（「約ａから約ｂまで」、または、同等に「おおよそａからｂまで」、または、同等に「おおよそａ〜ｂ」の形態の）全ての値の範囲は、より広い値の範囲内に含まれる全ての数および範囲を示すと理解されるべきである。また、特許請求の範囲における用語は、特許権所有者により明示的にかつ明瞭に定義されていない限り、それらの単純な通常の意味を有する。さらに、特許請求の範囲において使用される不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、それが導入する要素の１つまたは１つ超を意味すると本明細書において定義される。本明細書、および本出願に参照により組み込まれる１つ以上の特許または他の文献における語または用語の用法になんらかの不一致が存在する場合、本明細書と一致する定義が採用されるものとする。
【００７３】
本明細書で使用されているとき、品目のいずれかを分離するために用語「および」または「または」が使用された一連の品目に続く句「〜のうちの少なくとも１つ」は、そのリストの各要素（すなわち各品目）を修飾するのではなく、全体としてそのリストを修飾する。句「〜のうちの少なくとも１つ」は、品目のうちのいずれか１つのうちの少なくとも１つ、および／または品目の任意の組合せのうちの少なくとも１つ、および／または品目の各々のうちの少なくとも１つを含む意味を可能にする。例として、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」または「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」という用語は、各々、Ａのみ、Ｂのみ、もしくはＣのみ、Ａ、Ｂ、およびＣの任意の組合せ、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣのそれぞれのうちの少なくとも１つを意味する。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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