特許 6204956 ジャイロ安定化車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204956

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】ジャイロ安定化車両

(51)【国際特許分類】

   B62M 1/10 20100101AFI20170914BHJP

   B60K 1/00 20060101ALI20170914BHJP

   B62D 37/06 20060101ALI20170914BHJP

   B62J 99/00 20090101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   B62M1/10 Z

   B60K1/00

   B62D37/06

   B62J99/00 K

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-203107(P2015-203107)

(22)【出願日】2015年10月14日

(62)【分割の表示】特願2013-500050(P2013-500050)の分割

【原出願日】2011年1月25日

(65)【公開番号】特開2016-28955(P2016-28955A)

(43)【公開日】2016年3月3日

【審査請求日】2015年11月12日

(31)【優先権主張番号】12/875,041

(32)【優先日】2010年9月2日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/314,540

(32)【優先日】2010年3月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512240224

【氏名又は名称】リット モーターズ コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(72)【発明者】

【氏名】キム ダニエル キー ヨン

(72)【発明者】

【氏名】ブレットニー ケヴィン

(72)【発明者】

【氏名】ツァン アンドリュー エル

【審査官】 山尾 宗弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１６３５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９０３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４６２９９４７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２５０４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６８０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５００２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｍ １／１０

Ｂ６０Ｋ １／００

Ｂ６２Ｄ ３７／０６

Ｂ６２Ｊ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、
車両の駆動輪との間でエネルギーを伝達する駆動輪モータ発電機と、
回転軸を有するフライホイールと、該フライホイールとの間でエネルギーを伝達してフライホイールの回転速度を増大させるか又は低下させるフライホイールモータ発電機と、前記フライホイールを前記回転軸から歳差運動させることによって前記車両を安定化させるための慣性モーメントを発生する歳差モータとを含むジャイロスタビライザであって、前記慣性モーメントが更に前記フライホイールの回転速度に基づいている、ジャイロスタビライザと、
キャパシタバンクとバッテリとを含む電力貯蔵ユニットであって、前記キャパシタバンクが前記バッテリの容量を超える電力サージからの電力を蓄積する、電力貯蔵ユニットと、
前記駆動輪モータ発電機と前記ジャイロスタビライザとの間でエネルギーを伝達する電力コントローラと、
を備え、
前記電力コントローラは、
前記車両の速度を増大させるユーザ入力の検出に応答して、前記車両の速度を増大させると共に、スイッチング回路を介して、前記ジャイロスタビライザのフライホイールモータ発電機から前記駆動輪モータ発電機にエネルギーを伝達し且つ前記駆動輪モータ発電機により必要としないエネルギーを前記電力貯蔵ユニットに伝達することによって、前記ジャイロスタビライザの歳差モータによって発生される慣性モーメントを低下させるように構成された回路と、
前記車両の速度を低下させるユーザ入力の検出に応答して、前記車両の速度を低下させると共に、前記スイッチング回路を介して、前記駆動輪モータ発電機から前記ジャイロスタビライザのフライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達し且つ前記フライホイールモータ発電機により必要としないエネルギーを前記電力貯蔵ユニットに伝達することによって、前記ジャイロスタビライザの歳差モータによって発生される慣性モーメントを増大させるように構成された回路と、
を含む、システム。

【請求項2】

前記電力コントローラが更に、
前記車両の速度を増大させるユーザ入力の検出に応答して前記電力貯蔵ユニットから前記駆動輪モータ発電機にエネルギーを伝達するように構成された回路と、
前記車両の速度を低下させるユーザ入力の検出に応答して前記電力貯蔵ユニットから前記ジャイロスタビライザのフライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達するように構成された回路と、を含み、
前記電力貯蔵ユニットからエネルギーを伝達することは、前記キャパシタバンクからエネルギーを伝達すること及び前記キャパシタバンクの電荷の消費に応答して前記バッテリからエネルギーを伝達することを含む、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記車両の速度を低下させるユーザ入力が、前記車両のブレーキシステムを作用させる入力を含み、前記ブレーキシステムが、前記駆動輪モータ発電機から前記ジャイロスタビライザのフライホイールモータ発電機及び前記電力貯蔵ユニットに伝達可能なエネルギーを生成するように構成され、前記電力貯蔵ユニットが、該電力貯蔵ユニットのバッテリの容量を超える前記ブレーキシステムによる電力サージからの電力を蓄積するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記フライホイールの回転軸が、前記駆動輪の回転軸と異なっている、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

方法であって、
スイッチング回路を介して、ジャイロスタビライザのフライホイールモータ発電機から駆動輪モータ発電機にエネルギーを伝達するステップであって、前記エネルギーの伝達は、車両を安定化させるために前記ジャイロスタビライザの歳差モータによって発生される慣性モーメントを低下させるように及び前記車両の速度を増大させるように行われ、前記エネルギーの伝達は、前記車両の速度を増大させるユーザ入力の検出に応答して行われるステップと、前記駆動輪モータ発電機により必要としないエネルギーを電力貯蔵ユニットのキャパシタバンク又はバッテリの少なくとも１つに伝達するステップとを含み、
前記スイッチング回路を介して、前記駆動輪モータ発電機から前記フライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達するステップであって、前記エネルギーの伝達は、前記車両の速度を低下させるように及び低下した速度において車両の安定性を維持するために前記ジャイロスタビライザの歳差モータによって発生される慣性モーメントを増大させるように行われ、前記エネルギーの伝達は、前記車両の速度を低下させるユーザ入力の検出に応答して行われるステップと、前記フライホイールモータ発電機により必要としないエネルギーを電力貯蔵ユニットに伝達するステップとを含み、
前記フライホイールモータ発電機は、前記車両のジャイロスタビライザに含まれるフライホイールとの間でエネルギーを伝達してフライホイールの回転速度を増大させるか又は低下させるように構成され、前記歳差モータは、前記フライホイールを第１の回転軸から歳差運動させることによって慣性モーメントを発生するように構成され、前記慣性モーメントは更に前記フライホイールの回転速度に基づいており、前記駆動輪モータ発電機は、前記車両の駆動輪との間でエネルギーを伝達するように構成され、前記電力貯蔵ユニットのキャパシタバンクは、前記バッテリの容量を超える電力サージからの電力を蓄積するように構成されている、方法。

【請求項6】

前記車両の速度を増大させるユーザ入力の検出に応答して、前記スイッチング回路を介して、前記電力貯蔵ユニットから前記駆動輪モータ発電機にエネルギーを伝達するステップと、
前記車両の速度を低下させるユーザ入力の検出に応答して、前記スイッチング回路を介して、前記電力貯蔵ユニットから前記ジャイロスタビライザのフライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達するステップと、を含み、
前記電力貯蔵ユニットからエネルギーを伝達することは、前記キャパシタバンクからエネルギーを伝達すること及び前記キャパシタバンクの電荷の消費に応答して前記バッテリからエネルギーを伝達することを含む、
請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記車両の速度を低下させるユーザ入力は、前記車両のブレーキシステムを作用させる入力を含み、前記ブレーキシステムは、前記駆動輪モータ発電機から前記ジャイロスタビライザのフライホイールモータ発電機及び前記電力貯蔵ユニットに伝達可能なエネルギーを生成するように構成され、前記電力貯蔵ユニットは、該電力貯蔵ユニットのバッテリの容量を超える前記ブレーキシステムによる電力サージからの電力を蓄積するように構成されている、請求項５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（優先権主張）
本出願は、２０１０年３月１６日に出願された暫定特許出願第６１／３１４，５４０及び２０１０年９月２日に出願された米国非暫定特許出願第１２／８７５，０４１に対して優先権を主張する。
（技術分野）
本発明の実施形態は、輸送用車両に関し、より詳細にはジャイロ安定化車両に関する。

【背景技術】

【0002】

エネルギーコストの上昇及び環境に対する温室効果ガスの影響により、二酸化炭素排出量の少ない高効率車両に対する必要性が高まっている。オートバイ及びスクータなどのインライン車輪車両は、従来の四輪自動車よりも高い効率を提供するが、この効率は主として、インライン車輪車両と四輪自動車との間の物理的な差違、例えば、低重量、摩擦面の少なさ、及び低抗力に起因したものである。更に、多くのユーザは、天候及び風に曝されること、衝突時に安全上の懸念があること、及び車両利用中の車両の安定性を維持する能力が必要とされることに起因して、オートバイ及びスクータを運転することを嫌がり、又は運転することができない。インライン車両ユーザの天候及び風に対する曝露を低減するための解決策は、通常は、低速時に車両の安定化を助けるため、ユーザが自分の足を用いることを可能にするような、自然力から運転者を部分的に保護する装置（例えば、風防）に限定されている。更に、インライン車輪の車両において密閉された乗員室を構築しようとする幾つかの解決策はあったが、これらの解決策は、車両を安定化させるために追加の車輪（小さいものではあるが）を必要とするか、可能性があり予測できる全ての使用時に車両の安定性を提供するものではなかった。インライン車輪の車両を電子的に安定化しようとする従来の解決策もまた、車両の全体効率を最大にするような資源及びエネルギー効率のよい解決策を提供することはできない。

【0003】

以下の説明は、本発明の実施形態の実施構成の一例として示す図を有する図面の説明を含む。図面は、限定ではなく例証として理解されたい。本明細書で使用される場合、１つ又はそれ以上の「実施形態」に対する言及は、本発明の少なくとも１つの実施構成に含まれる特定の特徴、構造、又は特性を記述するものとして理解すべきである。すなわち、本明細書に記載される「一実施形態では」又は「代替的な実施形態では」のような語句は、本発明の様々な実施形態及び実施例を説明するものであり、必ずしも全てが同じ実施形態を指すわけではない。しかしながら、これらの語句はまた、必ずしも相互排他的なものではない。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】本発明の実施形態を含む車両の部分切り欠き側面図である。

【図2】フライホイール組立体の分解図である。

【図3a】図３ａは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図3b】図３ｂは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図3c】図３ｃは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図3d】図３ｄは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図3e】図３ｅは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図3f】図３ｆは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図3g】図３ｇは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図3h】図３ｈは本発明の１つの実施形態によるエネルギーの流れを示す、異なる状態の車両の部分切り欠き側面図である。

【図4】本発明の１つの実施形態によるエネルギー流れ図である。

【図5】本発明の１つの実施形態による制御システムのフロー図である。

【図6】制御システムの１つの実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

以下に記載する実施形態の一部又は全てを示すことができる図面の説明を含むと共に、本明細書で提示される発明の概念の他の可能性のある実施形態又は実施構成の検討する、特定の詳細事項及び実施構成の説明を以下で行う。本発明の実施形態の概要に続き、図面を参照してより詳細な説明を以下に提供する。

【0006】

フライホイールの歳差運動を用いて逆トルクを発生させることにより二輪車両を直立に維持するためにジャイロスコープを用いる基本的概念は公知である（本明細書ではジャイロ安定化二輪車両について説明しているが、ジャイロ安定化の原理はまた、狭いトラック幅を有するあらゆる車両で用いることができ、これによりジャイロ安定化を使用して車両を安定化し、又は安定性を提供する上でサスペンションシステムを増強するようになる）が、このようなシステムは、公道速度及びあらゆる条件で車両を安全に運転するための好適な制御システムの設計に欠けることを含む、様々な理由から普及していない。

【0007】

フライホイール安定化を組み込むこれまでの取り組みは、極めて複雑になり、従って、機械的な動力伝達機構、動力及び燃料（又はバッテリ）の要件が追加となることに起因して車両の重量が付加された。加えて、フライホイール自体が少なくはないエネルギー量を消費し、そのため、二輪車両自体の本来的な効率上の利点が相殺されていた。しかしながら、モータ発電機を利用する電気駆動システムの進歩によって車両におけるゼロエミッション出力が可能になり、回生ブレーキの原理を用いて車両の減速時に大きなエネルギー量を回収する能力がもたらされた。これにより、エネルギー貯蔵密度の進歩と相まって、ジャイロ安定化に使用されるパワーが追加になる場合に対しても範囲を拡張することが可能になった。

【0008】

これらの作用を規定する基本式は公知であり、数式で記述される。固体ディスクの慣性モーメント（Ｉ）は、Ｉ＝１／４＊ｍ＊ｒ²で与えられ、ｍはディスクの質量、ｒは半径である。所与の重量及び重心（ＣＧ）では、ジャイロスタビライザ・フライホイールは、停車時に車両の垂直安定性を無制限に制御することができるようなサイズにすることができる。フライホイールの半径、質量、及び幾何形状は、車両フレーム内に収めることができるコンパクトなサイズを維持しながら、有効な慣性モーメントＩを提供できるように選択することができる。

【0009】

回転するフライホイールをフライホイールの回転軸に垂直な軸の周りで歳差運動させることにより、回転軸と歳差運動の軸の両方に垂直な逆トルクが生成されることになる。ジンバル式フライホイール組立体の有効逆トルクτは、次式で与えられる。
τ＝Ｉ_disk＊ω_disk＊ω_axis
フライホイールの回転速度は、車両を安定化させるのに利用可能な有効トルク量において大きな役割を果たす。選択されたフライホイール質量及び幾何形状についての支配方程式における最適の制御可能変数の１つとして、フライホイールの回転速度を制御し、車両の変化する静的負荷及び負荷分布、及びその結果としてジャイロスタビライザの修正能力を補正することができる。

【0010】

車両の制御で使用される追加の変数には以下が含まれる。
θ_Vehicleは、ラジアン単位で測定した車両の左右方向のチルトである。
Ｖ_Vehicleは、メートル／秒単位で測定した道路走行中の車速である。
ω_diskは、ラジアン／秒単位で測定したフライホイールの回転速度である。
φ_axisは、ラジアン単位で測定したフライホイールのチルトである。
ω_axisは、ラジアン／秒単位で測定したフライホイールの傾斜の回転速度である。
θ_steeringは、ラジアン単位で測定した操舵入力である。

【0011】

入力θ_Vehicle、Ｖ_Vehicle、ω_Flywheel、ω_axis、φ_axis、及びθ_steeringを用いると、ω_axisを変化させることによりθ_Vehicleを制御することができ、ω_axisはθ_Vehicleに対する変化に対向又は増大させるようにφ_axisに垂直なトルクを出力する。φ_axisが９０°又はπ／２に近づくと、トルク出力はφ_axisに垂直であるので、θ_Vehicleの変化の際のジャイロの有効性が低下する。ω_axisを作動させることによるφ_axis及びθ_Vehicleの制御は、大小のループ制御又は状態空間を含む最新の制御システムを用いることにより達成することができる。そのため、２つの出力φ_axis及びθ_Vehicleは、θ_Vehicleの安定の確保を優先して同時に考慮することができる。

【0012】

フライホイールの幾何形状及び材料並びに歳差モータのサイズ決定（ジャイロシステムの修正能力を決定付ける）は、車両重量及び予想される荷重条件での重心、最大車速、最大回頭速度、及び予想環境条件（例えば、横風、道路勾配の変動、及びその他）などの変数に依存することができる。１つの実施形態において、ジャイロ組立体の物理的サイズ及び質量は、パッケージング及び効率化の目的で可能な限り小さいものとすることができる。本発明の実施形態は更に、従来の車両又はトラックよりも実質的に狭い二輪車両で利用することができ、従って、オートバイの法律に従う。フライホイールの質量は、所望の速度範囲で回転しているときに単一のフライホイールが長い時間期間にわたり車両全体及びその内在物の不安定状態を補正できるように選択される。フライホイール材料の選択は、主として、材料密度（δ）、材料強度、エネルギー貯蔵能力、及び全体重量の間のトレードオフによって決定される。エネルギー貯蔵（Ｅ）は、
式：Ｅ_disk＝−＊Ｉ_disk＊ω_disk²
により、慣性モーメント及び速度の二乗に相関付けられる。より高密度の材料は、全体としてより小型のパッケージを可能にするが、フライホイールの質量が大きくなるほど、より大きな駆動モータが必要となり、従って、重量及びスペース要件がより大きくなる。

【0013】

加えて、大きな質量のフライホイールは、加速度要求に対する応答性が低い（すなわち、所与の速度まで回転するのにより時間がかかる）か、所与の時間内でフライホイールを加速するためには遙かに大きな駆動モータを必要とする可能性がある。フライホイールの質量は、車両の効率を向上させるよう最適化することができ、ジャイロ質量を最小限にすることにより車両の全体質量を低く維持することが可能になり、このことは、車両運転時のエネルギー消費量が少ないことを意味する。１つの実施形態において、フライホイール材料は、その重量に対して高い引張強さを求めて選択されたカーボンファイバー又はＫｅｖｌａｒであり、高い回転速度（すなわち、１０，０００ｒｐｍを上回る）及びより反応性のよい加速を可能にする。鋼鉄、真鍮、鉛、及び劣化ウランなどの高密度材料もまた使用できるが、これらの材料の引張強さは、高回転速度を可能にせず、フライホイールのサイズ及び質量を最小限にする上でその実用性が制限される点は理解される。

【0014】

ディスクの幾何形状に基づいて、慣性モーメントは、１／４＊ｍ_disk＊ｒ_disk²から１／２＊ｍ_disk＊ｒ_disk²の範囲とすることができる。歳差運動しているジャイロにより出力されるトルク量は、τ＝Ｉ_disk＊ω_disk＊ω_axisで与えられるので、他の入力を一定に保持した状態でＩ_diskを増大させることは、τがより大きくなることを意味する。従って、τは、車両を使用可能で且つ効率的に維持するために所与のサイズ及び重量制約において最大にすることができる。しかしながら、Ｉ_diskが増大すると、ジャイロを回転させるモータは許容可能な時間量で所望のω_diskを達成するために更に強力にする必要があるので、Ｉ_diskとω_diskは関連性がある。

【0015】

ジャイロ組立体のＸ方向の出力トルク（τ）はまた、ジャイロの角度位置（φ_axis）に依存する。出力トルク（τ）は、ジャイロの回転が垂直方向下向き又は上向きにされたときに最大となる。ω_axisが増大すると、ジャイロディスクの回転方向は、垂直方向に向かって又は垂直方向から離れてより速く運動する。車両が長い時間期間に安定化される必要がある場合、許容可能な出力トルク（τ）が生成される時間量を最大にするためω_axisを最小にすることができる。

【0016】

車両が停止しつつあり、低い前進速度（従って、低い車輪回転速度）を有する場合、車両の傾きにより加わる前方方向のトルクは、次式：
Ｍｘ＝ｒ＊ｆ＊Ｓｉｎ（θ_Vehicle）
によって記述され、ここでｒは車両の重心の高さであり、ｆは車両にかかる重力、θ_Vehicleは垂直からの傾き量である。フライホイールの歳差により加わるモーメントは、次式で記述される。
Ｍｘ＝Ｉ_disk＊ω_disk＊ω_axis＊Ｓｉｎ（θ_diskaxis）
低速で移動している公称５００ｋｇの車両では、重心が地上０．７５ｍで垂直方向から３０度傾いた車両により加わるモーメントは１１３１Ｎ−ｍである。従って、車両を安定に保つために１１３１Ｎ−ｍの逆トルクが必要であるが、車両を直立状態で移動させるには、過剰な逆トルクが必要となる可能性がある。当該傾き運動を打ち消すためには、ジャイロスタビライザ・フライホイールを歳差運動させることによりモーメントＭｘを導入することが必要となる可能性がある。複数のフライホイールが利用される場合には、これらのモーメントは加算される。

【0017】

３０度の傾きは、安定性システムの故障に関係していない現実世界での状況で処理される以上のものであり、よって、１５７０ｒａｄ／ｓで回転し、垂直方向で軸に対して１０．４７ｒａｄ／ｓで歳差運動する、半径０．１５ｍ及び慣性モーメント０．０７０ｋｇ−ｍ−ｍのおよそ７ｋｇのフライホイールディスクは、１２９５Ｎ−ｍのモーメントを与えることになる。１つの実施形態においては、反対方向に回転し且つ反対方向に歳差運動する２つの同一のフライホイールが使用され、その結果、モーメントは同じ方向に作用するが、２つのフライホイールのヨーモーメントＭｚは合計するとゼロに等しくなる。フライホイールは各々、一方のフライホイールの故障時に、ほとんどの場合において残りのフライホイールが車両を安定化できるようなサイズにすることができる。従って、上述の状況下の公称５００ｋｇの車両において、１１３１Ｎ−ｍの回転モーメントを有すると、２つのフライホイールは２５９０Ｎ−ｍの逆トルクを生成し、これは、車両の傾きを維持又は補正するのに十分なものであり、一方のフライホイールの特定の故障時に残りのフライホイールは、車両を安全な状態にするよう制御するのに十分な補正モーメントを提供することができる。フライホイールはまた、同じサイズであるか、或いは異なるサイズであってもよい。

【0018】

従って、少なくとも上記の説明及び以下の図の観点から、本発明の実施形態は、複数のセンサを介してデータを受け取り、車両状態を記述する情報を示す装置及び方法を記載している点を理解されたい。この情報は、限定ではないが、車両フレームの向き、フレームに対する車両の前輪の向き、車両に含まれるジャイロスコープ・フライホイール（すなわち、車両フレームに結合されるジャイロスコープ）の向き及び回転速度、並びに車両の現在の速度を含むことができる。上記のジャイロスコープは、長さ方向で車両の前輪及び後輪に対して、幅方向で車両のフレームに対して（例えば、横並びで）、又は高さ方向で車両のフレームに対して（例えば、積み重ねて）整列させることができる。

【0019】

上記センサから受け取ったデータに少なくとも部分的に基づいて、フライホイールの（少なくとも）１つの向き及び回転速度を調整することができる。本発明の実施形態は、車両の速度を変化させる入力（例えば、加速又はブレーキ入力）又は車両の方向を変化させる入力（例えば、ステアリングホイール入力）に更に基づいてフライホイールの（少なくとも）１つの向き及び回転速度を更に調整することができる。例えば、本発明の実施形態は、加速入力が検出されたときにフライホイールの１つの回転速度を低下させるようにし、又はブレーキ入力（すなわち、前輪又は後輪ブレーキを掛ける入力）が検出されたときには、フライホイールの１つの回転速度を増大させるようにすることができ、車両が転回を行う（すなわち、フレームに対する前輪の向きが検出された）ことが明らかになった場合、本発明の実施形態は、転回中の安定性を維持するようにフライホイールの少なくとも１つの向き又は回転速度を調整することができる。

【0020】

ジャイロスタビライザ・フライホイールを用いてエネルギーを受け取り、該エネルギーを駆動システムに戻すことによって、高エネルギー効率の回生ブレーキシステム及びゼロエミッション推進力を備えた、リカンベントシートを有する全天候内部乗員室を含むことができる軽量で効率的な二輪車両の利点がもたらされる。車両の加速及び減速中のエネルギー貯蔵ユニットを通じた１つ又は複数のフライホイールモータ／発電機及び駆動輪モータ／発電機間のエネルギー伝達により、最大で９５％のエネルギー効率及び車両安定性が維持され、これにより車両の動作可能範囲が実質的に増大する。この動力伝達システムを備えていないジャイロ安定化車両は、従来の非安定化車両と比べてジャイロスタビライザの動力要件の増加に起因して有意に不利な状況にあるものとすることができる。

【0021】

より低速の都市部での移動は、一般に、頻繁に行うブレーキ及び加速におけるエネルギー損失（ブレーキへのエネルギー入力によるものと、車両を加速させるのに使用され、後続のブレーキに失われるエネルギーによるもの）に起因して、従来の車両では最もエネルギーを消費する形態である。従って、二輪走行し、リカンベント乗員配置を収容し、全天候密閉型乗員室の安全性を提供し、従来の自動車と同様の駆動制御を提供することができるジャイロ安定化車両を提供することにより、エネルギー効率の大幅な増大を達成することができ、更に、安定化フライホイールを回生ブレーキシステムに統合することによりジャイロ安定化車両の許容範囲及び効率を大幅に改善できる点は理解されたい。

【0022】

車両が停止状態から加速している場合、又は減速して停止する場合のような低速度において、或いは、都市区域及び交通渋滞状況でよく見られる速度では、車両の自己安定化特性は、車両の直立方向の状態を維持するには不十分である。そのため、従来技術においては、不安定な車両を運転するのにライダーにより一層のスキルが要求され、停車時に車両のバランスをとるのにライダーが自分の体力を用いる必要があり、実用性及び扱い易さが低下する可能性がある。

【0023】

低速時及び停車時のジャイロ安定化はまた、高速時に生じる問題よりも簡素な制御上の問題を提示する。ジャイロスタビライザは、ジンバル取付具により車両に装着され、ジンバルモータを利用してジャイロを歳差運動し、車両のロールモーメントに対する逆トルクを発生することができる。車両状態は、車両に装着された慣性及び絶対位置センサにより測定することができ、該センサを用いて、車両の直立状態を維持するのに十分な逆トルクを提供するのに必要とされる歳差の量及び速度を決定することができる。一般に、ジャイロスタビライザの復元機能は、停止信号灯又は停止標識で遭遇する場合があるような十分な時間の間乗員と共に車両を安定化することができる。１つの実施形態において、車両が長い時間期間の間停止されるか、又はターンオフされた場合、車両は、自動的に配備されている機械的支持体により自己支持することができる。

【0024】

１つの実施形態において、１つ又は複数のジャイロスタビライザ・フライホイール及び駆動輪は、それぞれの１つ又は複数のモータ発電機に結合され、該モータ発電機は、モータモードで動作してそれぞれの負荷を駆動するか、又は発電機モードに切り替わって回転負荷を減速させ、このエネルギーを取り込んで他の負荷に伝達するようにすることができる。電力システムは、駆動／ブレーキシステムとジャイロスタビライザ・フライホイールとの間で電気エネルギーを伝達する間の電気エネルギーの一時貯蔵を可能にするため、或いは車両がオフにされたときのような長い時間期間用のエネルギー貯蔵ユニットを含む。

【0025】

システムコントローラは、車両の状態センサ（慣性及び絶対）、ジャイロスタビライザの状態センサ、及び他のパラメータからセンサデータを受け取り、ジャイロスタビライザによって与えられる補正トルクの量及びタイミングを制御する。

【0026】

ジャイロスタビライザは、車両に結合された少なくとも１つのアクティブなジンバルフライホイールを含む。１つの実施形態において、ジャイロスタビライザは、独立してジンバル支持された第１及び第２の二重反転フライホイールを含む。各フライホイールは、ニュートラルポジションにおいて垂直回転軸と互いに平行なジンバル軸とに装着することができる。この実施形態において、二重反転フライホイールは、反対方向に歳差運動し、これらの逆トルクが加算されるが、これらのヨーイングは互いに相殺するよう車両に作用するようになる。

【0027】

また、２つのフライホイールを使用することにより、車両の狭いフレーム内に収まるように各個々のフライホイールをよりコンパクトに作ることが可能になる。加えて、１つのフライホイールが故障した場合、第２のフライホイールを用いて車両の緊急停止中に十分な安定性を提供し、車両を安全な状態にすることができる。いずれか片方のフライホイール故障又は緊急バランス状態については、機械的なランディング装置への配備に関係するフェールセーフプロトコルを用いて、車両を直立状態に保ち、運転者の安全を維持することができる。

【0028】

図１から６を参照すると、インライン二輪車両１００に設置された回生動力ジャイロスコープ安定化装置を備えた本発明の実施形態が示されている。この実施形態において、車両１００は、車両フレーム１１０と、車室１３０を囲む車体１２０と、ヒンジ機構１５０の周りに回転して開くアクセスドア１４０と、を備える。リカンベント式運転者シート１６０は、ステアリングユニット１７０、アクセル１８０、及びブレーキ１９０を含む駆動制御装置を備えることができる。この実施形態において、上記の駆動制御装置は、ステアリングホイール及びペダルを有する従来の自動車のよく知られたレイアウトで配置される。

【0029】

この実施形態では、車両１００は更に、第１及び第２の駆動輪２００及び２１０をそれぞれ含む。第１及び第２の駆動輪モータ発電機２２０及び２３０が、駆動チェーン２４０及び２５０それぞれを通じて第１及び第２の駆動輪２００及び２１０それぞれに結合される。

【0030】

この実施形態において、は、車両フレーム１１０を通じて車両１００に結合される。ジャイロスタビライザ２６０は、この実施形態では本質的に同一のフライホイール２７０ａ及び２７０ｂを収容する第１及び第２のジャイロ組立体（当該ジャイロ組立体は組立体２６０ａと同様）を含むことができる。他の実施形態では、第１及び第２のジャイロ組立体／フライホイールは、サイズ及び材料組成が異なっていてもよい点は理解されたい。

【0031】

図２に示すように、第１のジャイロ組立体２６０ａは、フライホイール２７０ａ、該フライホイール２７０ａに結合されたフライホイールモータ発電機２８０ａ、フライホイール２７０ａに結合されたジンバル２９０ａ、及びジンバル２９０ａに結合される駆動部３１０と車両１００に結合されたフレーム部３２０ａとを有する歳差モータ３００ａを含む。この実施形態では、歳差モータ発電機フレーム部３２０ａは、取付ブラケット３３０ａを通じて車両１００に結合され、該取付ブラケット３３０ａは車両フレーム１１０に固定装着される。

【0032】

フライホイール２７０ａは、底部３４０ａ及び上部３５０ａを有するジャイロハウジング内に含まれ、この実施形態では底部３４０ａ及び上部３５０ａはネジ留め具とアライメントピン３７０ａを用いて組み付けられる。ジャイロハウジング上部３５０ａは、車両１００の安定性を維持できる逆トルクを生成するためのジャイロ組立体を歳差運動させる歳差軸を提供するジンバル２９０ａと、フライホイール２７０ａを支持するための軸受ハウジング３８０ａとを含む。モータ発電機取付ボルト３９０ａ及びフライホイール取付ボルト４００ａは、フライホイールモータ発電機２８０ａ、フライホイール２７０ａ、及びジャイロハウジングを結合するために提供される。この実施形態では、フライホイール２７０ａ及びフライホイールモータ発電機２８０ａは共に、保守整備及び保護を容易にするためにジャイロ上側及び下側ハウジング分３４０ａ及び３５０ａ内に含まれる。ジャイロスタビライザ２６０は、理論上は、車両フレーム１１０に結合された第１及び第２の歳差モータ（例えば、モータ３００ａ）の逆トルクを車両フレーム１１０に伝達できる限り、車両上のどこに配置されてもよい。この実施形態では、ジャイロスタビライザ２６０は、標準状態において車両１００の予想垂直方向及び前後方向の重心（「ＣＧ」）にほぼ配置される。

【0033】

図１、３ａ〜ｈ、及び４を参照すると、エネルギー貯蔵ユニット４１０が設けられ、バッテリバンク４２０、キャパシタバンク４３０、並びにバッテリバンク４２０、キャパシタバンク４３０、第１及び第２の駆動輪モータ発電機２２０及び２３０と、更に第１及び第２のフライホイールモータ発電機２７０ａ、ｂと電子的に接続した電力スイッチング回路を含む。１つの実施形態において、バッテリバンク４２０は、車両フレーム１１０に沿って分布された場所に配置されて、その重量を分散させ且つ車両のフレーム内に収まるようにしたバッテリセルを含む。バッテリバンク４２０は、充電ステーション、或いは駐車場もしくはガレージにある壁コンセントに差し込むことにより充電することができ、或いは、１つ又はそれ以上のバッテリセルを物理的に交換し新しい電荷を提供することができる。

【0034】

図１、３ａ〜ｈ、５及び６を参照すると、電子信号を生成する複数のセンサを含む制御システムが示される。上記の複数のセンサは、車両１００及びジャイロスタビライザ２６０の少なくとも絶対状態及び慣性状態を示すことができる。この例示的な制御システムは更に、複数のセンサ、第１及び第２の駆動輪モータ発電機２２０及び２３０、第１及び第２のフライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂ、エネルギー貯蔵ユニット４１０、アクセル１８０、ブレーキ１８０、及びステアリングユニット１７０と電子的に通信する（当該技術分野で公知の何らかの通信手段を介して）システムコントローラ４４０を含む。この実施形態では、複数のセンサは、各フライホイールに結合されるフライホイール状態センサ５６０、車両慣性状態センサ５７０、車両絶対状態センサ５８０、及び車両状態センサ５９０を含む。複数のセンサは、車両フレーム１１０に結合されて車両の回転及び角度を示すデータを提供する少なくとも３つの軸配向センサ４５０と、車両フレーム１１０に結合されて車両の線形加速を示すデータを提供する加速度計４６０と、第１及び第２の駆動輪速度センサ４７０及び４８０と、車両チルトセンサ４９０と、を含む。この実施形態において、チルトセンサ４９０は、車両１１０上の固定点から地上までの距離を測定する左側及び右側赤外レーザを含み、従って、配向センサ４５０の現場較正及び配向センサ４５０の安全なバックアップのための制御入力を提供する。システムコントローラ４４０は、第１及び第２のフライホイールチルト角度、チルト速度（すなわち、歳差モータ３００ａ及びｂがそれぞれのジンバルの周りにフライホイール２７０ａ、ｂを回転させる速度）、フライホイールディスク速度（すなわち、フライホイール２７０ａ、ｂの回転速度）の１つ又はそれ以上を示すデータを複数のセンサから受け取る。コンパス及び全地球測位システム（ＧＰＳ）センサも設けることができる。

【0035】

図５及び６を参照すると、システムコントローラ４４０は、複数のセンサからの入力を受け取り、これらの入力を用いて車両１００の実際に向き及び状態を決定し、歳差モータ３００ａ及びｂに制御信号を送信し、駆動シャフトを回転方向に加速（すなわち、ジンバル２９０ａ及びｂの周りにフライホイール２７０ａ、ｂの歳差を誘起）し、これにより逆トルクを生成して車両フレーム１１０に伝達され、所望の車両角度を維持するようにする。プロセッサ５５０〜５５３は、種々の構成要素及び全体として車両１００の状態を示すセンサと電子的に通信している。１つの実施形態において、電子フィルタ５０５ａ〜ｄが間に配置されてシステムノイズを低減し、プロセッサが使用するためにセンサ出力を増幅する。例示の目的で別個の「プロセッサ」として説明されたが、プロセッサ５５０〜５５３は、実際には、図示の４つよりも少ない又は多い物理的なコンピュータプロセッサ／コアを含むことができる点は理解されたい。

【0036】

１つの実施形態において、慣性センサ５７０は、出力が車両の慣性状態であるように閉鎖したモジュール内にパッケージされ処理される。この慣性状態は、慣性センサの測定値の不正確さを考慮するために、車両１００の外部に装着された絶対センサ４８０及び４９０を用いて較正することができる。

【0037】

ジャイロ状態プロセッサ５５０は、各フライホイールに結合されたフライホイール状態センサ５６０からの入力を受け取ることができる。上記フライホイール状態センサは、車両フレームに対するフライホイールチルト角度、フライホイールチルト角度（すなわち、歳差モータがその歳差軸の周りでフライホイールを回転させている回転速度）、及びディスク速度（すなわち、回転軸の周りのフライホイールディスクの回転速度）を含む、重要な測定値を示す信号を生成する。１つの実施形態において、ジャイロ状態プロセッサ５５０は、この情報を使用して、車両１００上のジャイロスタビライザ２６０ａ及びｂによって与えられるモーメントの実際の瞬間の大きさ及び方向を決定し、システム構成要素の正常性を判定し、ジャイロ安定化システム（すなわち、ジャイロ状態５５５）の拡張使用を可能にする内部最適化を提供する。

【0038】

１つの実施形態において、車両状態プロセッサ５５１は、車両慣性状態センサ５７０、車両絶対状態センサ５８０、及び車両状態センサ５９０の１つ又はそれ以上から入力を受け取り、車両状態５５６を決定する。上記慣性状態センサは、車両１００の回転及び線形加速度、速度、及び位置を示す電子信号を生成することができる。上記絶対状態センサは、車両のチルト角度方向及び大きさ、並びに電子コンパス及びＧＰＳを含むセンサによって提供される、車両の移動方向、地上速度及び地理上の絶対位置を示す電子信号を生成することができる。上記車両状態センサは、駆動輪速度（すなわち、駆動輪２００及び２１０の各々の回転速度）、ブレーキステータス（すなわち、車両の駆動輪２００及び２１０の回転速度の減速率）、アクセル１８０及びブレーキ１９０並びにステアリングユニット１７０を通じた車両の指示転回半径を提供するステアリングセンサを通じた車両へのユーザ入力を示す電子信号を生成することができる。上記ユーザ入力は、運転者、コンピュータプログラム、その他からの入力を含むことができる。

【0039】

車両状態プロセッサ５５１は、現在の状態に対する車両の適正なチルト角度６１０を決定し、これを車両の現在のチルト角度６２０（ロール移動６３０を含む）と比較して車両チルト誤差６４０を決定することができる。上記の車両チルト誤差は、ジャイロ制御プロセッサ５５３によって使用され、必要とされる歳差軸入力を決定し、所望のチルト角度６１０内に車両１００を戻すか、又は維持するのに十分な逆トルクを生成することができる。従って、少なくとも上記の説明及び図面に照らして、本発明の実施形態は、少なくとも部分的に現在又は目的とする車両状態に基づいてジャイロフライホイールの向き又は回転速度を調整するためにプロセッサ、メモリ、及び制御モジュール（又はロジック）を含む車両を記載している点は理解されたい。上記車両状態は、車両に含まれる複数のセンサから受け取ったデータにより決定することができる。上記センサは、車両フレームの向き（例えば、フレームのチルト角度）、フレームに対する前輪の向き、フライホイールの向き及び回転速度、並びに車両の速度を検出することができる。

【0040】

制御モジュールは更に、入力を受け取って、車両の速度又は方向を変化させ、更に上記受け取った入力に少なくとも部分的に基づいてフライホイールの向き又は回転速度を調整することができる。制御モジュールはまた、受け取った入力に少なくとも部分的に基づいて目的とする車両状態を決定し、更に上記目的とする車両状態に少なくとも部分的に基づいてフライホイールの向き又は回転速度を調整することができる。例えば、受け取った入力が前輪を転回させるコマンドを含む場合、目的とする車両状態は、転回であると決定することができ、制御モジュールは、転回中に車両の安定性を維持するためにフライホイールの向き又は回転速度を調整することができる。

【0041】

本発明の実施形態は更に、図３ａ〜ｈ、及び図４に示すような電力貯蔵ユニットを含むことができる。１つの実施形態において、電力貯蔵ユニット４１０は、バッテリバンク４２０、蓄積キャパシタバンク４３０及びスイッチング回路を含み、これらは、電源を供給する共に、モータ発電機を通じて回転構成要素からの電力を蓄積及び伝送する機構を提供する。回生ブレーキによって生成される電流は、損傷することなくエネルギーを吸収するバッテリバンク４２０の能力を超える可能性がある。キャパシタはこのような大電流を良好に扱うことができ、よって１つの実施形態において、バッテリバンク４２０は、共通の電気接地を有し、電力スイッチング回路を通じて蓄積キャパシタバンク４３０及びモータ発電機２２０、２３０及び２８０ａ、ｂと電気的に並列接続で選択的に配置される点を理解されたい。このように、蓄積キャパシタバンク４３０は、バッテリ容量を超えるシステム構成要素からの電力サージを一時的に蓄積してこの蓄積した電力を電動構成要素に直接分配するか、又はバッテリバンクを充電することによる電気的バッファの役割を果たす。

【0042】

フライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂ及び駆動輪モータ発電機２２０、２３０と電気的に接続した電力貯蔵ユニット４１０を用いて、車両１００に電力を提供し、また、モータ発電機システムを利用してフライホイール２７０ａ、ｂと駆動輪２００、２１０との間でエネルギーを伝達することができる。モータ発電機２８０ａ、ｂ及び２２０、２３０は、当該技術分野で公知の機械的機構、液圧機構、電磁的機構、又は他の好適なカップリング機構によって、フライホイール２７０ａ、ｂに、又は駆動輪２００、２１０にそれぞれ結合することができる。低車速では、ジャイロスタビライザ・フライホイール２７０ａ、ｂは、高速度で回転して車両安定性を維持するために歳差運動中に十分な慣性モーメントを提供するようにすることができる。車両１００の速度が上昇すると、車両安定性を維持するためにジャイロスタビライザ・フライホイール２７０ａ、ｂからの必要な慣性モーメントは小さくなり、よってフライホイール２７０ａ、ｂの回転が減速される（低速度まで又は停止状態にできるようになるまで）。このエネルギーは、推進力のため再生されて第１及び第２の駆動輪モータ発電機２２０、２３０に伝達することができる。同様に、ブレーキシステムの作用により車両１００が減速すると、車両１００にブレーキを掛けるために使用されるエネルギーが再生され、ジャイロスタビライザ・フライホイール２７０ａ、ｂに伝達されてこれらを高回転速度まで回転させ、第１及び第２の駆動輪２００、２１０が減速したときに車両１００に対して安定性を提供することができる。矢印付きのラインＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、及びＣ２は、上述の状態の間の一次エネルギーの流れ経路及び方向を示している。ラインＡ１及びＡ２が時計周り方向で示される場合、この図は、駆動モータ発電機２２０、２３０がモータモード状態にあることを示しており、同様に、反時計回りは、発電機モード状態であることを示している。図３ａにおいて、車両１００は、約５５ｍｐｈ（９０ｋｐｈ）の速度での定速走行を示している。この実施形態において、フライホイール２７０ａ、ｂは、極めて低い回転速度で、本質的にはアイドル速度の状態にある。電流は、エネルギー貯蔵ユニットバッテリバンク４２０から、モータモードで作動している第１及び第２の駆動輪モータ発電機２２０、２３０まで流れる。

【0043】

図３ｂにおいて、車両１００は、約３５ｍｐｈ（５６ｋｐｈ）まで減速するよう指示される。この実施形態において、システムコントローラ４４０は、ブレーキ入力（運転者又は自動信号から）を受け取って、第１及び第２の駆動輪モータ発電機２２０、２３０を発電機モードに切り替えるようにすることにより電流を発生させ、また、第１及び第２のフライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂをモータモードに切り替えるようにすることにより電流を引き込み、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂを低回転速度で回転させるようにする。システムコントローラ４４０により、電力スイッチング回路は、キャパシタバンクを通じて発生電流を第１及び第２のフライホイールモータ発電機に配向する。第１及び第２の駆動輪２００、２１０の回転速度が依然として車両安定性に大きく寄与している場合には、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂは、（そうである場合でも）低速度でのみ回転することができ、よってジャイロ安定化ユニット２６０ａ、ｂからの追加の逆トルクは比較的少ない量だけ必要とされる。

【0044】

図３ｃでは、車両１００は、３５ｍｐｈ（５６ｋｐｈ）から約１５ｍｐｈ（２４ｋｐｈ）まで減速するよう指示される。システムコントローラ４４０は、ブレーキ入力を受け取って、第１及び第２の駆動輪モータ発電機２２０、２３０を発電機モードに切り替えるようにする（又は発電機モードのままにする）ことにより電流を発生させ、また、第１及び第２のフライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂをモータモードに切り替えるようにする（又はモータモードのままにする）ことにより電流を引き込み、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂを中程度の回転速度で回転させるようにする。システムコントローラ４４０により、電力スイッチング回路は、キャパシタバンク４３０を通じて発生電流を第１及び第２のフライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂに配向する。この実施形態において、第１及び第２の駆動輪２００、２１０の低回転速度が車両安定性を維持するのに十分でないので、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂは、中程度の回転速度で回転する。

【0045】

図３ｄでは、車両１００は停止される。車両安定性は、ジャイロ安定化ユニット２６０ａ、ｂを歳差運動させることにより発生する逆トルクに全体的に依存するので、システムコントローラ４４０により、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂは、高回転速度（この実施形態では約１０，０００ｒｐｍ、本明細書では「ホバー速度」と呼ばれる）まで回転が増大する。第１及び第２のフライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂは、モータモードの状態にあり、エネルギー貯蔵ユニット４１０から電流を引き込み、１つの実施形態においては、電流は、最初に、キャパシタバンクの電荷が所定レベルにまで消費されるまでキャパシタバンク４３０から引き込まれ、次いで、バッテリバンク４２０から引き込まれる。

【0046】

図３ｅにおいて、車両１００は停止状態から走り出す。この実施形態において、システムコントローラ４４０により、駆動輪モータ発電機２２０、２３０をモータモードに切り替えて車両を加速させ、また、フライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂを発電機モードに切り替えてフライホイール２７０ａ、ｂを減速させるようにする。車両１００が加速し、回転駆動輪２００、２１０が車両安定性により寄与しているので、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂは、発電機モードのモータ発電機で回転を減速させることが許される。システムコントローラ４４０により、電力スイッチング回路は、回転減速中にフライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂにより発生した電流を駆動輪モータ発電機２２０、２３０に配向する。車両１００が車両安定性に大きく寄与するのに十分な速度まで加速していない場合には、フライホイール２７０ａ、ｂは、継続して高速度で回転し、電力貯蔵ユニット４１０からの電流を引き込み続けることができる。図３ｆでは、車両１００は、約１５ｍｐｈ（２４ｋｐｈ）まで加速し続ける。この実施形態において、システムコントローラ４４０は、駆動輪モータ発電機２２０、２３０をモータモードに維持して車両１００を加速し、フライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂを発電機モードに維持してフライホイール２７０ａ、ｂを引き続き回転減速させる。車両１００が加速して、その自己安定性を維持し始めると、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂは、発電機モードのモータ発電機２８０ａ、ｂで回転を減速させることが許される。システムコントローラ４４０により、電力スイッチング回路は、回転減速中にフライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂにより発生した電流をキャパシタバンク４３０を介して駆動輪モータ発電機２２０、２３０に配向する。

【0047】

図３ｇにおいて、車両１００は、約３５ｍｐｈ（５６ｋｐｈ）まで加速を続ける。この実施形態において、第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂは、低回転速度まで回転減速を継続し、指示された車両速度の変化が異なるフライホイール回転速度を必要とするまでこの低速度を維持する。システムコントローラ４４０により、電力スイッチング回路は、バッテリバンク４２０をキャパシタバンク４３０と並列に整列させ、バッテリバンク４２０が駆動輪２００、２１０への一次電力を提供できるようになる。

【0048】

図３ｈにおいて、車両１００は、駐車モード又は長期停車モード状態で示される。この実施形態に含まれる機械的支持機構５００（本明細書では「ランディング装置」と呼ばれる）は、ジャイロ安定化ユニットの故障に起因するか、又は電力節減のため通常指示される運転停止に起因して、ジャイロ安定化ユニット２６０ａ、ｂが停車時に車両安定性を維持することができないときに車両１００を支持するよう拡張することができる。ランディング装置５００は、車両フレーム１１０に結合されて地面及び拡張機構５２０と接触するベース部５１０を含み、該拡張機構５２０は、ベース部５１０を回転させて展開させ、車両１００がジャイロ安定化ユニット２６０ａ、ｂを利用するときにベース部５１０を格納するようにする。１つの実施形態において、ランディング装置５００はまた、フライホイール回転速度が車両１００の安定性を維持するのに必要な最低速度を下回ったとき、又はジャイロ安定化ユニット２６０ａ、ｂが車両安定性を維持できずに車両１００が停止したことを車両センサが示す場合には、自動的に展開される。第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂは、始動時間を最小限にするために最小アイドル速度で回転を維持することができ、或いは、残りのあらゆるエネルギーをバッテリバンク４２０に取り込むために発電機モードのモータ発電機２８０ａ、ｂで停止まで惰性運転することが許容される。

【0049】

再度始動すると、フライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂは、モータモードに切り替えることができ、電力貯蔵ユニット４１０は、フライホイールモータ発電機２８０ａ、ｂに電力を提供し、「ホバー速度」まで回転させることができる。例証として、この実施形態では、ホバー速度は、一人乗車で標準荷重条件において約１０、０００ｒｐｍである。ホバー速度の第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂでは、システムコントローラ４４０は、ランディング装置５００を起こすことができ、車両１００は安定状態のままとなる。システムコントローラ４４０により、ジャイロ安定化ユニット２６０ａ、ｂは、ジンバル２９０ａ、ｂの周りで第１及び第２のフライホイール２７０ａ、ｂを歳差運動させ、車両１００を直立状態に維持している間の不均衡な静的荷重及び動的荷重を補償するようにする。

【0050】

従って、少なくとも上記の説明及びそれぞれの図面に照らして、本発明の実施形態は、車両の駆動輪との間でエネルギーを伝達する駆動輪モータ発電機、車両のジャイロスタビライザに含まれるフライホイールとの間でエネルギーを伝達するフライホイールモータ発電機、バッテリ及び電力コントローラ（例えば、モジュール又はロジックとして実装される）を含むキャパシタバンクを備えたシステムを記載している点は理解されたい。上記の電力コントローラは、車両の速度を増大させる入力の検出に応答してフライホイールモータ発電機からキャパシタバンクにエネルギーを伝達し、車両の速度を減少させる入力の検出に応答して駆動輪モータ発電機らキャパシタバンクにエネルギーを伝達することができる。

【0051】

上記電力コントローラはまた、車両の速度を増大させる入力の検出に応答してキャパシタバンクから駆動輪モータ発電機にエネルギーを伝達し、車両の速度を減少させる入力の検出に応答してキャパシタバンクからフライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達することができる。

【0052】

上記電力コントローラはまた、車両の速度を増大させる入力の検出に応答して駆動輪モータによって必要とされないエネルギーをキャパシタバンク又はバッテリに伝達し、車両の速度を減少させる入力の検出に応答してフライホイールによって必要とされないエネルギーをキャパシタバンク又はバッテリに伝達することができる。

【0053】

本発明の実施形態は更に、車両の速度を減少させる入力が車両のブレーキシステムを作動させる入力を含む場合に、駆動輪モータ発電機から伝達可能なエネルギーを生成できるブレーキシステムを記載している。

【0054】

上記電力コントローラの実施形態は更に、車両の速度が車両の安定性に影響を及ぼすことになるか否かに少なくとも部分的に基づいてキャパシタバンクからフライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達することができる。例えば、電力コントローラは、車両の速度を増大させる入力が車両の安定性に影響を及ぼさないと判定し、この車両の速度を増大させる入力が車両の安定性に影響を及ぼさないとの判定に応答してキャパシタバンクからフライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達することができる。上記の電力コントローラの実施形態は更に、車両の速度を減少させる入力が車両の安定性に影響を及ぼすと判定し、この車両の速度を減少させる入力が車両の安定性に影響を及ぼすとの判定に応答してキャパシタバンクからフライホイールモータ発電機にエネルギーを伝達することができる。

【0055】

本発明の実施形態は更に、ジャイロスコープのフライホイールを制御し、モータモード及び発電機モードで動作するフライホイールモータ発電機制御モジュール（又はロジック）を記載している。モータモードは、ジャイロスコープに電流を伝達し、フライホイールの向き又は回転速度を変更することを含み、発電機モードは、フライホイールによって発生した電流をジャイロスコープに伝達することを含む。駆動輪モータ発電機制御モジュール（又はロジック）も同様に記載され、上記モジュールは、車両の前輪又は後輪を制御し、モータモード及び発電機モードで動作する。モータモードは、それぞれの車輪の回転速度に対する電流を受け取ることを含み、発電機モードは、それぞれの車輪によって発生する電流を伝達することを含む。

【0056】

本明細書で記載されるプロセス、サーバ、又はツールとして上記で参照される種々の構成要素は、記載される機能を実施するための手段とすることができる。本明細書で記載される各構成要素は、ソフトウェア、又はハードウェア、もしくはこれらの組み合わせを含む。構成要素は、ソフトウェアモジュール、ハードウェアモジュール、専用ハードウェア（例えば、特定用途向けハードウェア、ＡＳＩＣ、ＤＳＰ、その他）、組み込みコントローラ、ハードワイヤード回路、その他として実施することができる。

【0057】

ソフトウェアコンテンツ（例えば、データ、命令、構成）は、実行可能な命令を表すコンテンツを提供するコンピュータ可読媒体を含む製造物品を介して提供することができる。コンテンツは、コンピュータが本明細書で記載される種々の機能／動作を実施することになる。コンピュータ可読媒体は、記録可能／記録不能媒体（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、その他）のような、コンピュータ（例えば、コンピュータデバイス、電子システム、その他）がアクセス可能な形態の情報を提供（すなわち、記憶、及び／又は伝送）するあらゆる機構を含む。コンテンツは、直接実行可能な（「オブジェクト」又は「実行可能な」形式）、ソースコード、又は異なるコード（「デルタ」又は「パッチ」コード）とすることができる。コンピュータ可読記憶媒体はまた、コンテンツをダウンロードできる記憶装置又はデータベースを含むことができる。コンピュータ可読記憶媒体はまた、販売時又は配送時にコンテンツを記憶するデバイス又は製品を含むことができる。従って、コンテンツが記憶されたデバイスを配送すること、又は通信媒体を介してダウンロードするようコンテンツを提供することは、本明細書で記載されるようなコンテンツを製造物品に備えるものと理解することができる。

【0058】

請求項に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態に対して多くの修正又は変形を実施できる点は、当業者であれば理解されるであろう。勿論、本発明の修正は、種々の態様において当業者には明らかであるが、一部は、研究後に初めて明らかになり、他のものは、所定の機械的、化学的、及び電子的設計事項であることは理解されるであろう。好ましい実施形態の特徴、機能、又は特性はどれも必須ではない。他の実施形態も実施可能であり、これらの特定の設計は特定の用途によって決まる。その結果、本発明の範囲は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、添付の請求項及びその均等物によってのみ定義されるものとする。

【0059】

方法及びプロセスは、特定の配列又は順序で図示しているが、別途記載のない限り、動作の順序を修正することができる。従って、上述の方法及びプロセスは、単に例証として理解すべきであり、異なる順序で実施することができ、一部の動作を並行して実施することもできる。加えて、１つ又はそれ以上の動作は、本発明の種々の実施形態において省略することができ、従って、あらゆる実施構成において全ての動作が必要となる訳ではない。他のプロセスの流れも実施可能である。

【符号の説明】

【0060】

１００ インライン二輪車両
１１０ 車両フレーム
１２０ 車体
１３０ 車室
１７０ ステアリングユニット
２００、２１０ 第１及び第２の駆動輪
２２０、２３０ 第１及び第２の駆動輪モータ発電機
２６０ ジャイロスタビライザ
２７０ａ、２７０ｂ フライホイール
２８０ａ、２８０ｂ フライホイールモータ発電機

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図4】

【図5】

【図6】