特開 2020-59352 電動二輪車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-59352(P2020-59352A)

(43)【公開日】2020年4月16日

(54)【発明の名称】電動二輪車

(51)【国際特許分類】

   B62H 1/12 20060101AFI20200319BHJP

【ＦＩ】

   B62H1/12 Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-190815(P2018-190815)

(22)【出願日】2018年10月9日

(11)【特許番号】特許第6567753号(P6567753)

(45)【特許公報発行日】2019年8月28日

(71)【出願人】

【識別番号】518358088

【氏名又は名称】真鍋 舜治

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】特許業務法人エム・アイ・ピー

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 舜治

(57)【要約】

【課題】 転倒防止機能を含む電動二輪車を提供すること。
【解決手段】本発明の電動二輪車１００は、二次電池１１０を含んでおり、電動二輪車１００の傾きを制御するためのモータの端子電圧により傾きの角速度を検出し、角速度に応じた力で地面を押圧し、傾きを戻すための復元トルクを生成する側車を含む電動補助輪１２０を備えている。電動補助輪１２０は、それぞれモータを備え、モータの回転により、側車を上下動することにより、復元トルクを生成している。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池を含む電動二輪車であって、
電動二輪車の傾きを制御するためのモータの端子電圧により傾きの角速度を検出し、前記角速度に応じた力で地面を押圧し、前記傾きを戻す復元トルクを生成する側車を含む電動補助輪を備える、電動二輪車。

【請求項2】

前記電動補助輪は、それぞれ前記モータを備え、前記モータの回転により、前記側車を上下動することにより、前記復元トルクを生成する、請求項１に記載の電動二輪車。

【請求項3】

左右の前記モータの前記端子電圧の差に基づいて前記電動二輪車の車体の傾斜に関する角速度を判断する、請求項１または２に記載の電動二輪車。

【請求項4】

前記電動補助輪は、ラックアンドピニオン方式のリフターを備え、前記リフターにより前記側車を上下動させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動二輪車。

【請求項5】

前記端子電圧の差を前記電動補助輪により生成される前記復元トルクにフィードバックする不安定制御を行う制御装置を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動二輪車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動二輪車に関し、より具体的には、転倒防止機能を備える電動二輪車に関する。

【背景技術】

【0002】

我が国も少子高齢化が進み、老人だけで生活する家庭も多くなってきている。また、高度経済成長期に造成された住宅地は、繁華街から比較的離れている場合も多く、買い物などに自動車、オートバイや自転車などの二輪車を使用する必要も多い。さらに、自動車、オートバイなどは、高齢化による免許返納の後には運転できなくなるので、高齢者に残された移動手段は、自転車となる。

【0003】

しかしながら、老人になると筋力の衰えや平衡感覚の低下などの理由から、高齢者が自転車を運転してもふらついて、自転車に乗るのが怖くなることが多い。このため、高齢者は、スーパーへ買い物に行けなくなり、業者による食材配達などに頼らなければならなくなり、さらに日常の活動性が低下するので早く老ける恐れもある。

【0004】

一方、自転車は、駆動力が人力なので、低速では不安定で、転倒しやすいという問題がある。自転車で転倒すると、老人の場合、骨折など怪我をして、さらに日常生活が制限されるという問題もある。三輪車や四輪車といったタイプの多輪自転車も存在するが、その操縦性は、二輪自転車とは大きく異なり、また、多輪自転車特有の操縦性に慣れないと、いわゆるハイサイドとして知られているように曲がる方向に対して外側に転倒してしまうという問題も生じる。

【0005】

また、子供が自転車の操縦を練習する場合、補助輪を装着し、転倒を防止する機構も知られているが、操縦性に劣り、必ずしも安全というわけでもない。このため、幼児や高齢者が気軽に安全に搭乗して運転することができる二輪車が必要とされていた。また、近年では、電動アシスト自転車など、高出力の二次電池を搭載する自転車も普及しており、補助輪を電気的に制御することも可能となっている。

【0006】

例えば、自動二輪車に関しては、自立走行可能な自動二輪車が開発されており、例えば、特開２００５−１９９７８２号公報（特許文献１）には、旋回時には，車体に積極的にバンク姿勢を与えるようにして、ライダーに違和感を与えない旋回を可能にした補助輪付き二輪車が記載されている。特許文献１に記載された技術は、車体の傾きを検知し、補助輪の接地圧、速度、操舵角などを検出して、左右の補助輪を上下に揺動させるものである。特許文献１に記載の技術でも転倒しないように自動二輪車を制御することができるが、その機構が複雑で高価格となり、二輪自転車用として安価に提供することができない。

【0007】

また、特開平３−６１１８４号公報(特許文献２）では、自動昇降補助輪を備える二輪車が記載されているが、発進、停止時の転倒防止を目的とするのであり、走行時には非接地となるため、走行時における転倒防止を目的とするものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５−１９９７８２号公報

【特許文献2】特開平３−６１１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、転倒を防止すると共に低速での旋回性を損なうことのない、電動二輪車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によれば、
二次電池を含む電動二輪車であって、
電動二輪車の傾きを制御するためのモータの端子電圧により傾きの角速度を検出し、前記角速度に応じた力で地面を押圧し、前記傾きを戻す復元トルクを生成する側車を含む電動補助輪を備える、電動二輪車が提供される。

【0011】

前記電動補助輪は、それぞれ前記モータを備え、前記モータの回転により、前記側車を上下動することにより、前記復元トルクを生成することが好ましい。

【0012】

左右の前記モータの前記端子電圧の差に基づいて前記電動二輪車の車体の傾斜に関する角速度を判断することが好ましい。

【0013】

前記電動補助輪は、ラックアンドピニオン方式のリフターを備え、前記リフターにより前記側車を上下動させることができる。

【0014】

前記端子電圧の差を前記電動補助輪により生成される前記復元トルクにフィードバックする不安定制御を行う制御装置を含むことができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、電動二輪車の傾きを検出して姿勢制御を行うことで転倒を防止すると共に、低速での旋回性を損なうことのない、電動二輪車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】例示的実施形態の電動二輪車１００を示す図。

【図2】本実施形態の電動補助輪１２０の概略的な構成２００を示す図。

【図3】本実施形態の電動補助輪１２０の機能ブロック３００を示す図。

【図4】本開示における電動二輪車１００の傾斜と逆起電力との関係を示す図。

【図5】本開示の制御機構のブロック図を示す図。

【図6】本開示における電動二輪車１００の第２の実施形態を示す図。

【図7】本開示による電動二輪車１００の傾き角φ、傾きの角速度ω_x＝ｄφ／ｄｔの時間変化を示したグラフ。

【図8】本開示による制御で生成される正規化された復元トルクｕ＝Ｔ_ｘｓｗ／（ｍｈ^２）の時間変化を示したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を例示的な実施形態をもって説明するが、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではない。図１は、例示的実施形態の電動二輪車１００を示す。電動二輪車１００は、概ね２０インチ程度の大きさの電動アシスト自転車として構成することができ、サドルの下には、リチウムバッテリーといった二次電池１１０を搭載する。二次電池１１０の上側には、本実施形態の制御装置１３０が配置されていて、本実施形態の電動補助輪１２０の制御を行っている。

【0018】

電動補助輪１２０は、本実施形態では、地面１４０を常に押圧しており、電動二輪車１００の傾きに応じて傾いた方向に対して反対側に復元する復元トルクを生成させるべく、適切な押圧力を発生させるように制御装置１３０により制御される。また、電動二輪車１００が垂直を超えて反対側に傾き始めると、それまで動作していた側の電動補助輪１２０への電力供給が停止され、傾いた側の電動補助輪１２０に対して電力供給が開始され、電動二輪車１００を垂直姿勢付近で安定化させている。

【0019】

電動補助輪１２０は、電動補助輪１２０の垂直方向の高さを制御するためのモータ（図示せず）を備えており、電動補助輪１２０の垂直方向の高さを左右独立して制御する。

【0020】

図２は、本実施形態の電動補助輪１２０の概略的な構成２００を示す。電動補助輪１２０は、支持フレーム２１０Ｌ，Ｒにより、電動二輪車１００の後輪ハブ２２０に固定されている。支持フレーム２１０Ｌ，Ｒ上には、ラックアンド・ピニオンギア（Ｒ／Ｐ）２５０Ｌ，Ｒ(以下、Ｒ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒと略する。）と、側車２４０Ｌ，Ｒと、Ｒ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒと、側車２４０Ｌ，Ｒとを連結するレバーアーム２６０Ｌ，Ｒとを含んで構成されている。Ｒ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒには、さらにギアボックス２７０Ｌ，Ｒを介してモータ２８０Ｌ，Ｒが連結されていて、モータ２８０Ｌ，Ｒが回転すると、ギアボックス２７０Ｌ，Ｒを介してギア比によって増大された回転力がＲ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒに伝達される。モータ２８０Ｌ，Ｒの回転力は、Ｒ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒのピニオンギアを回転させ、Ｒ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒのラックギアを上側に移動させる。

【0021】

ラックギアの下部には、レバーアーム２６０Ｌ，Ｒの一端が、例えばユニバーサルジョイントを介して連結されていて、ラックギアの上方移動させようとする力に従って、一端を上方向に変位する力を発生する。レバーアーム２６０Ｌ，Ｒは、適切な位置で支持フレーム２１０Ｌ，Ｒにピボット連結されている。レバーアーム２６０Ｌ，Ｒは、ピボット軸を介して反対側においてレバーアーム２６０Ｌ，Ｒの他端に連結された側車を、説明する実施形態ではラックギアの上方向への変位に連動して、図中下側（地面１４０側）に変位させようとする力を発生するリフターを構成する。この変位により、図２に示すように地面からの抗力Ｆが発生し、電動二輪車１００の後輪の接地点２３０を中心として、反時計回りの復元トルクが発生する。

【0022】

以下、本実施形態における数学的関係を定式化しながら説明する。電動二輪車１００の傾き角をφとし、右側に倒れる方向を正とする。電動自転車１００の傾きの角速度をω_ｘ＝ｄφ／ｄｔとし、右に傾く場合の正とする。電動自転車１００の左側の側車２４０Ｌを駆動するモータ２８０Ｌへの供給電流をｉ_Ｌ、右側の側車２４０Ｒを駆動するモータ２８０Ｒに供給する電流をｉ_Ｒとする。電動自転車１００の側車は、常に地面１４０に接地するようにｉ_Ｌ、ｉ_Ｒが制御される。電動自転車１００が右に傾く角速度ω_xを発生するとモータ２８０Ｌ，Ｒが回転しそれぞれ逆起電力Ｅ_Ｌ、Ｅ_Ｒを発生するが、これは、モータ２８０Ｌ，Ｒの電圧係数Ｋ_ｖ、ギアボックス２７０Ｌ，Ｒのギア比ＧＲ_１、レバーアーム２６０Ｌ，Ｒの等価的なギア比ＧＲ_２により下記式（１）で与えられる。

【0023】

Ｅ_Ｌ＝Ｋ_ｖＧＲ_１ＧＲ_２ω_x
Ｅ_Ｒ＝−Ｋ_ｖＧＲ_１ＧＲ_２ω_x
ω_x＝Ｅ_ＡＶ／（Ｋ_ｖＧＲ_１ＧＲ_２）
Ｅ_ＡＶ＝１／２（Ｅ_Ｌ−Ｅ_Ｒ）
（１）

【0024】

また、両側の側車２４０Ｌ，Ｒが電動自転車１００を右側に倒すトルクをT_xswとすると、T_xswは、モータの電流ｉ_Ｌ、ｉ_Ｒによって発生するトルクＴ_Ｌ、Ｔ_Ｒによって次の関係が成立する。

【0025】

Ｔ_Ｌ＝Ｋ_ＴＧＲ_１ＧＲ_２ｉ_Ｌ
Ｔ_Ｒ＝Ｋ_ＴＧＲ_１ＧＲ_２ｉ_Ｒ
T_xsw＝Ｔ_Ｌ−Ｔ_Ｒ＝Ｋ_ＴＧＲ_１ＧＲ_２（ｉ_Ｌ−ｉ_Ｒ）
（２）

【0026】

次に電動自転車１００の傾き角φの変化について説明する。電動自転車１００の傾き角φは、ハンドルを切って旋回するときに発生する遠心力によるトルクT_xcent、傾きによって発生するトルクT_xgravおよび側車による復元トルクT_xswにより、概ね下記式（３）の関係が成立する。

【0027】

Ｊｓ^２φ＝T_xcent＋T_xgrav＋T_xsw
Ｊ＝ｍｈ^２
（３）

【0028】

上記式中、Ｊは、電動自転車１００の傾きに関する慣性能率であり、電動自転車１００と操縦者の質量の和ｍと重心の高さｈにより、概ね決定される、また、T_xgravは、下記式（４）で与えられる。ｓ＝ｄ／ｄｔは、ヘビサイド演算子である。

【0029】

T_xgrav＝ｍｇｈφ （４）

【0030】

上記式中、ｇは、重力加速度であり、ｇ＝９．８ｍ／ｓ^２である。式（４）を式（３）に代入し、変数φを解くと、下記式（５）の関係が得られる。

【0031】

φ＝（１／ｍｈ^２）×｛１／（ｓ^２−ｇ／ｈ）｝（T_xcent＋T_xsw）
（５）

【0032】

ここで、制御対象の伝達関数Ｇｐ（ｓ）を下記式（６）で定義する。

【0033】

Ｇｐ（ｓ）＝（１／ｍｈ^２）×｛１／（ｓ^２−ｇ／ｈ）｝
（６）

【0034】

本実施形態の制御装置１３０は、傾き角の角速度ω_ｘを検出することなく、左右のモータ２８０Ｌ，Ｒの逆起電力の差から取得する。逆起電力の差から傾き角の角速度ω_ｘを取得する場合には、誤差の発生を考慮しなければならないが、その際に、制御装置１３０は、下記式（７）で与えられる伝達関数を実装することが好ましい。

【0035】

T_xsw＝−(K₂s²+K₁s)/(s²-L₁s-L₀)ω_ｘ＝−Ｇ_ｃ（ｓ）ω_ｘ （７）

【0036】

上記式中、Ｇ_ｃ（ｓ）は、制御の伝達関数であり、K₁、K₀、L₁、L₂は正のパラメータである。以下、さらにＧ_ｃ（ｓ）を実現するための具体的な方法について詳述する。側車２４０Ｌ，Ｒは、常時地面１４０に接地されている。またモータ２８０Ｌ，Ｒは、直流制御されている。傾き角φの角速度ω_xが正になる場合、左側のモータ２８０Ｌの逆起電力は正に、右側のモータ２８０Ｒの逆起電力は負になる。これらは、各モータの端子電圧Ｖ_ＴＬ、Ｖ_ＴＲとして検出され、それぞれ下記式（８）で与えられる。

【0037】

Ｖ_ＴＬ＝ｒ_ａｉ_Ｌ＋Ｅ_Ｌ
Ｖ_ＴＲ＝ｒ_ａｉ_Ｒ＋Ｅ_Ｒ （８）

【0038】

上式中、ｒ_ａは、モータ２８０Ｌ，Ｒの内部抵抗である。したがって、各モータの端子電圧がわかれば、ｉ_Ｌ、ｉ_Ｒは計測可能なのでＥ_Ｌ、Ｅ_Ｒが計算でき、電動自転車１００の傾き角の角速度ω_xを、下記式（９）として得ることができる。本実施形態では不安定制御系の伝達関数を使用して角速度ω_xの誤差を除去している。下記式中、Ｋ_Ｍは、モータの電圧係数、トルク係数、モータのギア比、Ｒ／Ｐ２５０のギア比とレバーアーム２６０Ｌ，Ｒの構造により与えられる定数である。

【0039】

ω_x＝Ｋ_ＭＥ_Ｌ＝−Ｋ_ＭＥ_Ｒ （９）

【0040】

また、制御装置１３０は、電動自転車１００の側車２４０Ｌ，Ｒによる復元トルクT_xswの正負によって各モータへの電流を下記関係を使用して配分する。

【0041】

if T_xsw
>0 then

{iL=1/(K_TGR₁GR₂)*｜T_xsw｜+iL₀

iR=iR₀}

if T_xsw <0 then

{iL=iL₀

iR=1/(K_TGR₁GR₂)*｜T_xsw｜+iR₀} （１０）

【0042】

上式において、iL₀、iR₀は、電動二輪車１００が中立しているときの初期電流値、すなわち側車を常に地面に押圧するための電流値であって、iL₀=iR₀である。

【0043】

次いで、本実施形態において使用する制御装置１３０の制御を説明する。操縦者が左にハンドルを切った場合、電動二輪車１００は、遠心力によって右に傾こうとし、ω_xは正となる。これは左側のモータ２８０Ｌの逆起電力が正となる一方で、右側のモータ２８０Ｒの逆起電力は負になる。これにより電動自転車の傾きを制御する場合、側車２４０Ｒの復元トルクT_xswは、負すなわち反時計回りに制御される。T_xswを制御する操作は、右側のモータ２８０Ｒへの電流ｉ_Ｒを増加させ、左側のモータ２８０Ｌへの電流ｉ_Ｌを所定値iL₀に保持することによって達成される。

【0044】

T_xswが負となることで、電動自転車１００の右側への傾きの角加速度ω_xは減少し、電動自転車１００の姿勢が平衡に達したときにゼロとなる。安定制御系の場合、角加速度ω_xがゼロとなったときにT_xswもゼロとなるように制御するが、本実施形態では不安定制御系を採用しているので、平衡状態であってもT_xswの値は負の値を保持し、自転車は、さらに左に復元し続け、電動自転車１００に作用する遠心力と、電動自転車１００が左側に傾くことによる重力に起因して発生するトルクが釣り合った状態に到達する。この動作が、電動自転車１００が左旋回する際の制御装置１３０の制御である。

【0045】

以上の復元トルクの生成は、二輪車の操縦に熟練した操縦者がハンドル操作で無意識に行っている制御と同等のものであり、本実施形態では、老齢者など運動能力に制限のある操縦者においても同等の操縦性を提供することが可能となる。

【0046】

例えば、図２に示した実施形態において、矢線Ａで示した方向に電動二輪車１００が傾くと、傾き角φの角速度ω_xは、正となる。これにより右側の側車２４０Ｒは、Ｆ方向に変位し、ラックギアを下方向に移動させる。この移動に伴ってピニオンギアが回転しギアボックス２７０Ｒを介してピニオンギアの回転がモータ２８０Ｒに伝達される。モータ２８０Ｒは、当該回転を受けて逆起電力を生成し、これが右側のモータ２８０Ｒの端子電圧Ｖ_ＴＲに反映される。

【0047】

したがって、Ｅ_ａｖは、右側方向に傾斜する場合には、正、左側方向に傾斜する場合には負の値を与える。また、逆起電力Ｅ_Ｌ、Ｅ_Ｒは、モータの回転速度により増加するので、逆起電力の大きさは、電動二輪車１００の傾き角の角速度ω_xに比例する。

【0048】

図４は、本開示における電動二輪車１００の傾斜と逆起電力との関係を示す。図４（ａ）は、電動二輪車１００が垂直の場合であり、この時、左右のモータ２８０Ｌ，Ｒは、電動二輪車１００の荷重と、モータ２８０Ｌ，Ｒにより発生する地面１４０に対する押圧力が釣り合っているので回転せず逆起電力は発生せず、両方のモータ２８０Ｌ，Ｒの端子電圧は、入力電圧Ｖである。また、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、電動自転車１００が、左側に傾斜した後、右側に復帰する場合のモータ２８０Ｌ，Ｒの端子電圧Ｖ_ＴＬ、Ｖ_ＴＲを示す。図４に示した左側に傾斜した電動自転車１００を右側に復帰させる場合、左側のモータ２８０Ｌは、順回転するので、逆起電力Ｅ_Ｌにより、端子電圧は増加する。右側のモータ２８０Ｒは、逆回転するので逆起電力Ｅ_Ｒは負となり、端子電圧Ｖ_ＴＲは減少する。このため、Ｅ_ａｖは、正となる。この逆に、電動二輪車１００を左側に復帰させる場合には、Ｅ_ａｖは、負となる。

【0049】

すなわち、本開示においては、電動二輪車１００の制御は、図４に示すように、例えば右側へと傾く⇒左側に復帰⇒左方向へと傾く⇒右側に復帰の制御が反復され、不安定状態を中立状態を中心として揺動させるように制御するものであり、中立の状態に制御しようとするのではない。一方、電動二輪車１００が回転するために例えば左側に傾かざるを得ない場合には、回転方向への傾き角ω_xを一定のまま保持するように、両方のモータ２８０Ｌ，Ｒを、荷重と、地面に対する押圧力とを釣り合うようにして制御することで、電動二輪車１００のスムーズな回転を可能とする。

【0050】

図５に、本開示の制御機構のブロック図を示す。本開示の制御機構４００は、伝達関数制御部４１０と、機械系制御部４２０とを含んで構成されている。さらに、伝達関数制御部４１０の処理に対応して左右のモータ２８０を駆動するための駆動電流ｉ_Ｌ、ｉ_Ｒを生成するための電流制御装置４３０を備える。伝達関数制御部４１０と、電流制御装置４３０は、電流制御を行うことで、左右のモータ２８０Ｌ，Ｒを駆動させるための電流ｉ_Ｌ、ｉ_Ｒをそれぞれのモータ２８０Ｌ、２８０Ｒに供給してＲ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒを含む側車制御部４２１を動作させ電動自転車１００の姿勢制御を可能とする。また、機械制御部４２０は、角速度検知部４２２を備えており、角速度検知部は、モータ２８０Ｌ、２８０Ｒの逆起電力Ｅ_Ｌ，Ｅ_Ｒをモニタして、角速度ω_xを検出し、検出された角速度ω_xを伝達関数制御部４１０にフィードバックする。

【0051】

伝達関数制御部４１０は、上記式（７）で与えられる処理を行うが、式（７）で与えられる伝達関数Ｇ_ｃ（ｓ）は、分母に負の係数が２つ有り、そのまま実装すると、制御予測性が低下するため、本開示においては、α、βという定数を導入し、以下の式（１１）として伝達関数を分割する。

【0052】

G(s)=｛（L₀K₂-(K₁+L₁K₂)β）/(s+β)＋（K₁+L₁K₂）＋K₂｝/(s-α)+K₂
（１１）

【0053】

式（１１）の結果は、電流制御装置４３０に送付され、モータ２８０Ｌ、２８０Ｒを駆動するための電流が生成され、モータ２８０Ｌ、２８０Ｒに送付される。なお、本開示では、Ｅ_ａｖの正負に応じて、図４に記載したように、Ｅ_ａｖが正の場合には、左方向に復帰するように、ｉ_Ｒを制御し、Ｅ_ａｖが負の場合には、右方向に復帰するように、ｉ_Ｌを増加させる。

【0054】

なお、電動二輪車１００が垂直に安定している場合の他、電動二輪車１００が旋回して一定の傾きで安定している場合には角速度ω_xがゼロとなるが、この状態では、モータ２８０Ｌ、２８０Ｒへの駆動電流は維持されるので、垂直付近での姿勢および旋回中の傾きを維持することが可能となる。

【0055】

図６は、本開示における電動二輪車１００の第２の実施形態を示す。第２の実施形態では、支持フレーム２１０Ｌ，Ｒにモータ２８０Ｌ，Ｒおよびラックギアが固定され、モータ２８０Ｌ，Ｒの回転軸に固定されたピニオンギアで、Ｒ／Ｐ２５０Ｌ，Ｒが構成されている。また、ラックギアの下部には、レバーアーム２６０Ｌ，Ｒが固定されていて、レバーアーム２６０Ｌ，Ｒの他端には側車２４０Ｌ，Ｒが回転可能にとりつけられている。なお、図６に示した実施形態では、レバーアーム２６０Ｌ，Ｒの剛性をサポートすると共に側車２４０Ｌ，Ｒの傾斜運動を可能とするためにヒンジ部材２９０Ｌ，Ｒが追加されていて、ラックの矢線Ｄ方向の移動を側車２４０Ｌ，Ｒの上下運動に反映するリフターとして構成されている。

【0056】

図７は、本開示による電動二輪車１００の傾き角φ、傾き角φの角速度ω_xの時間変化を示したグラフである。図７（ａ）は、縦軸を電動二輪車１００の傾き角φ（radian)、横軸を時間として、本開示による傾き制御による電動二輪車１００の傾きを示したグラフであり、図７（ｂ）は、電動二輪車１００の傾き角φの角速度ω_xの変化を示したグラフである。

【0057】

図７（ａ）では、電動自転車１００の操縦者がハンドルを８°左方向に切ったものとしている。遠心力は、電動二輪車１００の舵を切った方向とは反対に作用し、その結果、右側に約０．０２radian(約１．１°）傾斜する。その後、側車２４０Ｒの作用で左側への旋回が開始し、車体が左側に傾斜した状態となる。図７（ｂ）は、その動作に対応した車体の角速度の変化を示したものである。左にハンドルを切った後、遠心力により右側に車体が傾斜し、その後車体を左側に傾けて遠心力に釣り合う向心力を生じさせ、その姿勢で車体の傾斜が安定することが示されている。図７に示した時間スケールは、自転車が約３ｍ／ｓで走行したときを仮定しており、本開示による制御で十分対応可能な時間スケールということができる。

【0058】

図８は、本開示による制御で生成される正規化された復元トルクｕ＝T_xsw／mh²の時間変化を示したグラフである。図８（ａ）が、縦軸を復元トルク、横軸を時間としてプロットした復元力ｕであり、図８（ｂ）が、正規化された復元トルク×角速度（ｕ・ω_x）を縦軸とし、横軸を時間としてプロットした図である。操縦者が左側にハンドルを切ると、遠心力により車体は右側に傾くが、復元力は、左方向に生成され電動自転車１００の姿勢の回復と共に０となる。また、図８（ｂ）では、モータの最大パワーが求められる。ｕ・ω_xの最大値は、約０．０７であり、最大パワーは、mh²×０．０７となり、ｍ＝８０ｋｇ、ｈ＝１ｍの場合、モータの最大パワーは、５．６Ｗである。最初は、正規化された復元トルクｕと、角速度ω_xとの方向が異なるために負側に変化し、正規化された復元トルクｕの作用により車体が起き始めると正側に触れ、車体が安定するにつれて０に収束するのが分かる。

【0059】

以上説明した通り、本実施形態によれば、不安定制御方式を使用することで、電動二輪車１００の旋回性を損ねることなく電動二輪車１００の傾きを効率的に修正し、転倒防止を行うことができる電動二輪車を提供することができる。また、本実施形態に電動二輪車１００は、電動自転車および電動バイクといった二輪車であれば、特に制限なく適用でき、また、電動補助輪１２０の設置位置も後輪ハブ２２０ではなく、適宜適切か位置に設置することができる。

【0060】

これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。例えば、逆起電力Ｅａｖによってω_ｘを検出することに代えて、モータに取付けたパルス発生器により角速度ω_ｘを検出することもできる。また、モータ電流の代わりにトルクセンサを用いて直接トルクＴ_Ｌ、Ｔ_Ｒを制御しても良い。

【符号の説明】

【0061】

１００…電動二輪車
１１０…二次電池
１２０…電動補助輪
１３０…制御装置
１４０…地面
２１０Ｌ，Ｒ…支持フレーム
２２０…後輪ハブ
２３０…タイヤ
２４０Ｌ，Ｒ…側車
２５０Ｌ，Ｒ…ラックアンドピニオン（Ｒ／Ｐ）
２６０Ｌ，Ｒ…レバーアーム
２７０Ｌ，Ｒ…ギアボックス（Ｇ／Ｂ）
２８０Ｌ，Ｒ…モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】