同轴两轮倒立摆型移动车辆制造技术

本发明专利技术提供一种在不致使车体向后显著倾斜的情况下突然制动同轴两轮倒立摆型移动车辆的技术。本发明专利技术的同轴两轮倒立摆型移动车辆包括：一对车轮；支持一对车轮使之可同轴转动的底盘（１６）；使车轮相对于底盘转动的车轮致动器；由底盘支持的车体（１２）；以及控制车轮致动器从而维持底盘的倒立平衡状态的倒立摆控制单元（４４）。在该移动车辆中，车体以可以相对于底盘在移动车辆的前进方向上移动的方式支持在底盘上。移动车辆还包括使车体相对于底盘在移动车辆的前进方向上移动的姿态致动器（３８，４０），以及在行驶中的移动车辆开始制动时控制姿态致动器以使车体能够向移动车辆的行驶方向后方移动的制动姿态控制单元（４５）。

Coaxial two wheeled inverted pendulum type moving vehicle

The present invention provides a technique for suddenly braking a coaxial two wheeled inverted pendulum vehicle without causing the rear of the vehicle to tilt significantly backward. Mobile vehicle of the invention comprises a coaxial two wheeled inverted pendulum: a pair of wheels; support a pair of wheels that can rotate coaxially of the chassis (16); the wheels relative to the wheel actuator chassis rotation; by chassis support (12); and the inverted inverted balance control wheel actuator to maintain the chassis of the pendulum the control unit (44). In the mobile vehicle, the vehicle body is supported on the chassis in a manner that can be moved relative to the chassis in the forward direction of the moving vehicle. Mobile vehicle also includes the body relative to the actuator moves in the direction of the chassis attitude of moving vehicles on the (38, 40), and in the running of the vehicle start braking attitude control actuator so that the vehicle system dynamic attitude control unit can move into the direction of travel of the rear of the mobile vehicle (45).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种同轴两轮倒立摆(倒立振子，inverted pendulum )型 移动车辆(移动体)，所述移动车辆包括一对车轮、用于以可转动的方式 同轴地支持所述一对车轮的底盘(车台)、用于使所述车轮相对于所述底 盘转动的车轮致动器、由所述底盘支持的车体、以及用于控制所述车轮致 动器以维持所述底盘的动态平衡的倒立摆控制单元。
技术介绍
同轴两轮倒立摆型移动车辆设有一对车轮、用于以可转动的方式同轴 地支持所述一对车轮的底盘、用于使所述车轮相对于所述底盘转动的车轮 致动器、以及由所述底盘支持的车体。在日本专利申请公报No.S63-305082 中公开了这种车辆的例子。在这一类型的同轴两轮倒立摆型移动车辆中， 车轮致动器由倒立摆控制单元控制，并且移动车辆在底盘维持在动态平衡 状态时进行移动。通常，检测各车轮的旋转角、各车轮的旋转角速度、底 盘的倾斜角以及底盘的倾斜角速度，并且基于获得的检测结果来控制各车 轮致动器的转矩。因此在车体不与地面接触时动态地维持了底盘的平衡姿 态。同轴两轮倒立摆型移动车辆在底盘动态地维持其倒立摆状态下的平衡 的同时可以移动、4亭止和转向。在本说明书，相对于竖直方向来确定旋转角和倾斜角。例如，车轮的旋转角是指从车轮中心在车轮径向方向延伸的参考线与竖直线之间的角 度，而底盘的倾斜角是指固定到底盘上的参考线与竖直线之间的角度。在同轴两轮倒立摆型移动车辆中，在底盘与各车轮之间产生转矩从而 使车轮转动。车轮的转动使得车辆移动、转向和停止。当车轮被转动时， 由于转动的反作用，转矩从车轮作用至底盘，这使得底盘倾斜。因此，同 轴两轮倒立摆型移动车辆在控制作用在由于从车轮作用在底盘上的转矩而 已经倾斜的底盘上的重力矩、作用在底盘上的惯性力矩以及从车轮作用在 底盘上的转矩的平衡的同时，动态地维持底盘的平衡。在从静止状态开始移动的情况下，控制车轮致动器从而使转矩作用到 车轮上，该转矩将导致底盘在移动方向上向前倾斜。在底盘维持平衡姿态 的同时，移动车辆开始移动，并且作用在向前倾斜的底盘上的重力矩、作在从移动中停止的情况下，控制车轮致动器从而使转矩作用到车轮上， 该转矩将导致底盘在移动方向上向后倾斜。在底盘维持平衡姿态的同时， 移动车辆停止移动，并且作用在向后倾斜的底盘上的重力矩、作用在底盘 上的惯性力矩以及从车轮作用在底盘上的转矩保持平衡。
技术实现思路
同轴两轮倒立摆型移动车辆通常意味着在从移动中突然制动方面存在 困难，经常导致较长的制动距离。在突然制动时，相当大的惯性力作用在 底盘上，并且因此底盘被迫向后很大程度地倾斜。对于车体(其具有栽人 的座椅或用于装载货物的平台)固定到底盘上的传统的同轴两轮倒立摆型 移动车辆，当底盘由于突然制动而向后显著地倾斜时，车体很大程度地向后倾斜。在这样的情况下，乘员可能会感受到姿势不稳定。类似地，即使 在移动车辆装载货物而不是载人的情况下，所装载货物的姿态在这样的条件下可能变得不稳定。因此，传统的同轴两轮倒立摆型移动车辆在突然制 动时存在困难，并且存在不希望的长制动距离。为了人与同轴两轮倒立摆 型移动车辆的更安全的共存，需要移动车辆能够突然制动以便确保其周围环境的安全性。为了确保乘员和周围环境的安全，需要在车体不显著倾斜 的情况下允许突然制动的技术。本专利技术解决了上述问题。结合同轴两轮倒立摆型移动车辆，本专利技术提 供了一种在不致使车体在向后方向上显著倾斜的情况下能够作用突然制动 的技术。由本专利技术所创造的同轴两轮倒立摆型移动车辆包括 一对车轮；支持 所述一对车轮使之可同轴转动的底盘；使所述一对车轮相对于所述底盘转 动的车轮致动器；由所述底盘支持的车体；以及控制所述车轮致动器以将 所述车体维持在平衡状态的倒立摆控制单元。在该移动车辆中，车体由底 盘可变位地支持；车体可以在平行于或沿着移动方向的方向上相对于底盘 变位，所述移动方向可以是移动车辆的向前移动方向或向后移动方向。移 动车辆还包括构成为在平行于或沿着所述移动车辆的移动方向的方向上使 所述车体相对于所述底盘变位的姿态致动器，以及当处于运动中的所述移 动车辆开始制动时控制所述姿态致动器以使所述车体相对于所述底盘向与 所述移动车辆的移动方向相反的方向变位的制动姿态控制单元。对于传统的同轴两轮倒立摆型移动车辆，支持一对车轮的部分和车体 固定在其上的部分彼此刚性地成为一体，并且整体作为底盘。在突然制动 时，其姿态是刚性的并且不可改变的这样的底盘不可避免地在向后方向上 显著地倾斜，并且车体也不可避免地在向后方向上显著地倾斜。对于根据本专利技术的同轴两轮倒立摆型移动车辆，支持一对车轮的底盘 和乘员可以乘于其上或货物可以载于其上的车体构成为彼此分开，并且底 盘和车体的相对位置关系可以通过操作姿态致动器来改变。即，通过相对于支持一对车轮的底盘使车体向与移动车辆前进的移动方向相反的方向变 位，重心的位置可以相对于车轮变位至前进方向的相反侧。该结构使得车 体从在突然制动时必须显著地向后倾斜车体中解放出来。由于通过将车体 在移动方向的相反方向上变位可以产生诸如与在这样的情况下向后倾斜的 传统底盘相同的优点，并且重心的位置可以相对于车轮变位至移动车辆的 移动方向的相反侧，这是切实可行的。由于本专利技术的同轴两轮倒立摆型移动车辆设有在制动开始时操作姿态 致动器从而使得车体在移动车辆的移动方向的相反方向上相对于底盘变位 的制动姿态控制单元，所以可以在不致引起在车体的移动方向的向后方向 上显著地倾斜的情况下，有效地作用突然制动。因此可以在移动车辆上作 用突然制动，而不会导致车上的乘员或货物处于不稳定的姿态。根据本专利技术的同轴两轮倒立摆型移动车辆，即使在没有及时执行制动 并且作为其结果移动车辆与障碍物发生碰撞的情况下，由于在制动动作开 始时车体向后缩回，乘员或货物可以不受危险的影响。在本专利技术中，由于在使车体相对于底盘向移动车辆的移动方向的相反 方向变位的状态下作用制动，所以可以减小底盘在向后方向上的倾斜角度。 因此，本技术的构成仅需要允许车体相对于底盘在移动方向上移动的一个 自由度。根据进一步改进的技术，在制动期间车体的倾斜角(即，相对于竖直 线的角度)最好保持不变。即，车体最好构成为在移动方向上可变位并且 在包括行驶方向的竖直平面内相对于底盘可摆动。在这种情况下，底盘和 车体之间可以插入一部件，从而确保两个自由度。对于根据本专利技术的改进的移动车辆，车体可以由底盘用介入部件支持。垂直平面内摆动。此外，介入部件可以可滑动地支持车体从而使车体可以 平行于移动方向滑动。在该移动车辆中，姿态致动器可以包括使介入部件 相对于底盘摆动的第一致动器和使车体相对于介入部件滑动的第二致动 器。根据上述改进的移动车辆，在无需改变介入部件的倾斜角(即，相对 于竖直线的角度)的情况下，车体可以相对于底盘向移动车辆的移动方向 的相反方向变位。只要介入部件的倾斜角恒定，则仅相对于介入部件前后 滑动的车体的倾斜角(即，相对于竖直线的角度)也不会改变。因此车体上的乘员或货物在制动期间不会经历显著的倾斜。根据该改进的移动车辆， 在将车体的倾斜角维持在预定范围内的小角度的同时，可以有效地作用突然制动。在另一可替换构型中，可以确保底盘和车体之间的两个自由度。在根 据本专利技术的另一改进的移动车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同轴两轮倒立摆型移动车辆，包括：　一对车轮；　同轴地并且可转动地支持所述一对车轮的底盘；　构成为使所述一对车轮相对于所述底盘转动的车轮致动器；　由所述底盘支持的车体，其中所述车体构成为在与所述移动车辆的移动方向平行的方向上相对于所述底盘变位；　控制所述车轮致动器以维持所述底盘的倒立摆姿态的平衡的倒立摆控制单元；　构成为使所述车体在与所述移动车辆的移动方向平行的方向上相对于所述底盘变位的姿态致动器；以及　制动姿态控制单元，当在所述移动车辆处于运动中时开始制动时，所述制动姿态控制单元控制所述姿态致动器以使所述车体相对于所述底盘向所述移动车辆的移动方向的相反方向变位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田耕嗣，山冈正明，不破稔夫，小出光男，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]