特開 2024-136416 車輪モジュール

(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】P2024136416

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】車輪モジュール

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/20 20060101AFI20240927BHJP

   B62D 9/00 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B60L15/20 S

B62D9/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047529

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米澤 紀男

(72)【発明者】

【氏名】金山 光浩

【テーマコード（参考）】

5H125

【Ｆターム（参考）】

5H125AA20

5H125AB01

5H125AB02

5H125BA06

5H125BE05

5H125CA02

5H125CB00

(57)【要約】

【課題】車体に回動可能に取り付けられた車輪モジュールの転舵を簡単な機構により実現する。
【解決手段】転舵車輪モジュール１４は、支持軸３２回りに回動可能に支持軸３２を介して車体１２に取り付けられている。主車輪２２は、支持軸３２の中心線からずれた位置で路面に接している。主車輪２２を回転駆動すると、主車輪２２は路面から路面間力Ｆrを受ける。一方、主車輪２２と車体の相対運動によって、転舵車輪モジュール１４は車体１２から車体間力Ｆbを受ける。路面間力Ｆrと車体間力Ｆbの作る転舵モーメントＭtによって、車輪モジュール１４が転舵する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体に対して転舵軸線回りに回動可能に取り付けられた車輪モジュールであって、
前記転舵軸線からずれた位置にて路面に接している車輪と、
前記車輪を回転駆動する電動機と、
を含み、
前記車輪が前記路面から受ける路面間力と、前記車輪と前記車体の相対運動によって前記車輪モジュールが前記車体から受ける車体間力との相互作用によって当該車輪モジュールが転舵する、
車輪モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の車輪モジュールであって、前記電動機の前記車輪を駆動する力により生じる前記路面間力によって、当該車輪モジュールの回動角が制御される、車輪モジュール。

【請求項3】

請求項１に記載の車輪モジュールであって、前記路面間力が、前記電動機の前記車輪を駆動する力により生じる、車輪モジュール。

【請求項4】

請求項２または３に記載の車輪モジュールであって、当該車輪モジュールが前記転舵軸線回りに回動可能な状態と、回動しない状態とを選択する選択機構を備えた車輪モジュール。

【請求項5】

請求項４に記載の車輪モジュールであって、前記選択機構が、当該車輪モジュールの前記転舵軸線回りの回動を機械的に阻止するブレーキ機構を有する、車輪モジュール。

【請求項6】

請求項４に記載の車輪モジュールであって、
前記車輪が主車輪であり、さらに
当該車輪モジュールは、前記転舵軸線に関して前記主車輪と反対側に、かつ前記主車輪と平行に配置された副車輪をさらに含み、
前記選択機構が、前記副車輪が前記主車輪と同期して回転するよう前記主車輪と前記副車輪を選択的に接続するクラッチ機構を有する、
車輪モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車体に取り付けられ、車体を走行駆動し、かつ転舵する車輪モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

車体に取り付けられ車体を走行駆動する車輪モジュールが知られている。さらに、車体を走行駆動するとともに転舵して車両の進行方向を変える車輪モジュールが知られている。下記特許文献１に記載の装置においては、走行用の電動機と転舵用の電動機をそれぞれ備えている。下記特許文献２に記載の装置では、走行と転舵の２つの自由度に対応して２機の電動機を備えている。下記特許文献３に記載の装置は、走行と転舵を１機の電動機で行っており、電動機の回転が伝達機構を介して転舵機構に伝達されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８３７９１０号

【特許文献2】特許第６０６６１６６号

【特許文献3】特開２０２２－１１１８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

車輪モジュールにおいて走行駆動および転舵を行うために、上記特許文献１，２の装置では２機の電動機を備えており、装置が大形となり、コストも上昇する。また、上記特許文献３は、電動機は１機であるものの、電動機の回転を転舵機構に伝える伝達機構を必要とし、その分、装置が大形化し、コストも上昇する。

【0005】

本発明は、車両を走行駆動し、かつ転舵可能な車輪モジュールの構造を簡略にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る車輪モジュールは、車体に対して転舵軸線回りに回動可能に取り付けられた車輪モジュールであり、転舵軸線からずれた位置にて路面に接している車輪と、車輪を回転駆動する電動機とを含む。車輪モジュールは、車輪が路面から受ける路面間力と、車輪と車体の相対運動によって車輪モジュールが車体から受ける車体間力との相互作用によって転舵する。

【0007】

車輪モジュールの車輪を転舵軸線からずれた位置にて路面に接するようにすることで、車輪モジュールに作用する路面間力と車体間力とがオフセットし、これにより転舵軸線回りのモーメントを生じさせる。このモーメントにより車輪モジュールが転舵する。

【0008】

上記の車輪モジュールは、電動機の車輪を駆動する力により生じる路面間力によって、当該車輪モジュールの回動角が制御されるものとすることができる。

【0009】

上記の車輪モジュールは、路面間力が、電動機の車輪を駆動する力により生じるものとすることができる。

【0010】

上記の車輪モジュールは、当該車輪モジュールが転舵軸線回りに回動可能な状態と、回動しない状態とを選択する選択機構を備えたものとすることができる。

【0011】

上記の車輪モジュールは、選択機構が、当該車輪モジュールの転舵軸線回りの回動を機械的に阻止するブレーキ機構を有するものとすることができる。

【0012】

上記の車輪モジュールは、前記の車輪が主車輪であり、さらに、転舵軸線に関して主車輪と反対側に、かつ前記主車輪と平行に配置された副車輪をさらに含むものとすることができ、選択機構が、副車輪が主車輪と同期して回転するよう主車輪と副車輪を選択的に接続するクラッチ機構を有するものとすることができる。

【発明の効果】

【0013】

車輪モジュールに作用する互いにオフセットされた路面間力と車体間力とを利用することで、車輪モジュールを簡易な構成で転舵させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態の自走車の一例を示す斜視図である。

【図2】本実施形態の転舵車輪モジュールの概略構成を示す斜視図である。

【図3】図２に示す転舵車輪モジュールの構成を概念的に示す模式的な断面図である。

【図4】図２に示す転舵車輪モジュールの転舵原理を説明するための図であり、特に転舵角を増加させるときの説明図である。

【図5】図２に示す転舵車輪モジュールの転舵原理を説明するための図であり、特に転舵角を減少させるときの説明図である。

【図6】転舵制御の説明に用いる変数等を示す図である。

【図7】フィードフォワード制御による転舵制御の制御ブロック図である。

【図8】フィードバック制御による転舵制御の制御ブロック図である。

【図9】他の実施形態の自走車の例を示す斜視図である。

【図10】他の実施形態の転舵車輪モジュールの概略構成を示す斜視図である。

【図11】図１０に示す転舵車輪モジュールの構成を概念的に示す模式的な断面図である。

【図12】図１０に示す転舵車輪モジュールの転舵原理を説明するための図であり、特に転舵角を増加させるときの説明図である。

【図13】転舵制御の説明に用いる変数等を示す図である。

【図14】さらに他の実施形態の転舵車輪モジュールの構成を模式的に示す図である。

【図15】さらに他の実施形態の転舵車輪モジュールの構成を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、自走車１０の外観を示す図である。車体１２の底部に自走車１０を走行駆動する３つの車輪モジュール１４，１６，１８が設けられている。車輪モジュール１４，１６，１８は、それぞれ車輪と、この車輪を駆動する電動機とを備えている。これらの電動機は、力行動作および回生動作が可能であり、回生動作において生じる力／トルクは、力行動作と逆向きの力／トルクである。以下において、電動機による駆動とは、回生動作時の車体の慣性により電動機が駆動される負の駆動も含む。２つの車輪モジュール１６，１８は車体１２に固定され、車輪の向きは一定である。これら２つの車輪モジュール１６，１８を固定車輪モジュール１６，１８と記す。残り１つの車輪モジュール１４は、車体１２に、軸線２０回りに回動可能に取り付けられ、この車体１２に対する回動によって転舵が可能である。車体１２に対する回動角度、すなわち転舵の角度を検出する転舵角センサ２１が設けられている。車輪モジュール１４を転舵車輪モジュール１４と記し、また軸線２０を転舵軸線２０と記す。転舵車輪モジュール１４が配置された側が自走車１０の前、固定車輪モジュール１６，１８が配置された側が後である。

【0016】

図２は、転舵車輪モジュール１４を示す斜視図である。転舵車輪モジュール１４は、２つの車輪２２，２４を有する。車輪２２，２４は、転舵軸線２０に直交する軸線回りに回動可能にモジュールベース２６に支持されている。また、車輪２２，２４は、転舵軸線２０に関して互いに反対側に、かつ互いに平行に配置されている。さらに、車輪２２，２４は、転舵軸線２０から等距離に配置されてよい。モジュールベース２６には、電動機２８が搭載されている。電動機２８の駆動力は、歯車列などの伝達機構３０を介して車輪２２に伝達される。回生動作時には、力行動作とは逆に、車輪２２の回転が伝達機構３０を介して電動機２８に伝達される。以下の説明では、力行動作について説明し、回生動作については省略する。電動機２８の駆動力は、車輪２４には選択的に伝達される。車輪２４への駆動力の伝達については後に詳述する。車輪２２の車軸に対して、車輪２２の回転および回転角を検出する回転センサ３１が設けられている。２つの車輪２２，２４のうち、常に電動機２８の駆動力が伝達される状態にある車輪２２を主車輪２２と記し、選択的に駆動力が伝達される車輪２４を副車輪２４と記してこれらを区別する。モジュールベース２６の上部には、転舵軸線２０が中心線となるように支持軸３２が設けられている。

【0017】

図３は、転舵車輪モジュール１４の構造を概念的に示す図である。図２に示す構造と、電動機２８の駆動力を伝達する伝達機構の構成が異なるが、車輪２２，２４が電動機２８により駆動されることについては共通である。支持軸３２は、車体１２の底面に固定され、モジュールベース２６を転舵軸線２０回りに回動可能に支持している。主車輪２２は、モジュールベース２６に回転可能に支持された主車軸３４に固定されて、これと一体に回転する。また、副車輪２４も、モジュールベース２６に回転可能に支持された副車軸３６に固定されて、これと一体に回転する。主車軸３４の中心線と副車軸３６の中心線は同一の軸線３８上に位置している。この軸線３８回りに主車輪２２および副車輪２４は回転する。この軸線３８を回転軸線３８と記す。回転軸線３８は、転舵軸線２０と直交している。主車輪２２および副車輪２４は、転舵軸線２０から離れた、またはずれた位置で路面に接している。

【0018】

主車軸３４と副車軸３６の間にはクラッチ４０が設けられている。クラッチ４０は、主車軸３４と副車軸３６が一体となって回転する状態と、主車軸３４と副車軸３６を切り離して別個に回転する状態を選択的に実現する。クラッチ４０は、例えば、主車軸３４と副車軸３６の互いに対向する端部にそれぞれ設けられた２つの平板状のクラッチプレート４２を有し、２つのクラッチプレート４２の対向面が接合／離反することで接続／切断が行われる摩擦クラッチであってよい。また、対向面に凹凸が設けられ、凹凸がかみ合うことで接続状態となるドグクラッチであってもよい。さらに、通常は流動している粉体に磁場をかけることにより流動性をなくして接続状態とする電磁粉体クラッチであってもよい。クラッチ４０を接続状態とすると、主車軸３４と副車軸３６が結合されて、主車輪２２と副車輪２４が一体となって回転する。クラッチ４０が接続されると、電動機２８の駆動力が副車輪２４にも伝達される。一方、クラッチ４０が切断状態であると、主車軸３４と副車軸３６が切り離され、副車輪２４には電動機２８の駆動力は伝達されない。電動機２８によって駆動されることにより、主車輪２２および副車輪２４と路面の間に力が作用する。この力の向きは、転舵軸線２０上に中心を有する円周の接線方向である。

【0019】

クラッチ４０が接続された状態では、主車輪２２および副車輪２４に電動機２８の駆動力が伝達され、電動機２８の駆動力に起因する車輪が路面から受ける路面間力が、主車輪２２と副車輪２４の両方で発生する。主車輪２２と副車輪２４の回転速度が一致するので、転舵車輪モジュール１４は転舵しない。一方、クラッチ４０を切断すると、副車輪２４には、電動機２８の駆動力が伝達されず、主車輪２２のみに路面間力が発生する。この路面間力は、転舵軸線２０回りのモーメントを形成し、このモーメントを利用して転舵車輪モジュール１４の転舵が可能である。クラッチ４０は、転舵車輪モジュール１４の、転舵可能な状態と、転舵しない状態とを選択する選択機構である。

【0020】

図４および図５は、転舵車輪モジュール１４が転舵する原理の説明図である。図４および図５において、転舵車輪モジュール１４のクラッチ４０は切断され、主車輪２２にのみ電動機２８の駆動力が伝達されて、この駆動力の反力として、主車輪２２は、路面から路面間力Ｆrを受ける。また、支持軸３２上に、転舵車輪モジュール１４が車体から受ける力である車体間力Ｆbが生じている。図示する車体間力Ｆbは、旋回半径に対して直交する成分であり、この成分が転舵に関連する。

【0021】

図４は、転舵車輪モジュール１４が車体１２に対して先行しようとしている状態を示している。例えば、転舵車輪モジュール１４の主車輪２２の回転速度が、固定車輪モジュール１６，１８の車輪の回転速度より速い場合である（ただし、各車輪モジュールの車輪の直径は等しいとする。）。この場合、主車輪２２が路面から受ける路面間力Ｆrと、転舵車輪モジュール１４が車体１２から受ける車体間力Ｆbとが図において時計回りの転舵モーメントＭtを生じさせ、転舵角が増加する。転舵角の増加に伴い旋回中心Ｐは、自走車１０に向けて移動する。また、転舵車輪モジュール１４が受ける路面間力Ｆrは、自走車１０を加速させる向きに作用している。この路面間力Ｆrによって転舵時に自走車１０が増速するのを避けるためには、固定車輪モジュール１６，１８の発電機を回生動作して後方に向く駆動力（路面間力Ｄ）を生じさせて、転舵車輪モジュール１４の路面間力Ｆrとバランスさせる。

【0022】

図５は、転舵車輪モジュール１４が車体１２に対して遅れようとしている状態を示している。この場合、主車輪２２が路面から受ける路面間力Ｆrと、転舵車輪モジュール１４が車体１２から受ける車体間力Ｆbとが図５において反時計回りの転舵モーメントＭtを生じさせ、転舵角が減少する。転舵角の減少に伴い旋回中心Ｐは、自走車１０から離れる向きに移動する。

【0023】

転舵角を制御するために、転舵角を転舵角センサにより取得し、転舵角を増加させる場合には電動機２８を加速させ、転舵角を減少させる場合には電動機２８を減速させる。

【0024】

自走車１０における転舵制御について説明する。図６は、説明に用いる変数等を示す図である。車体の中心点がＯ、車両の質量がＭ、転舵車輪モジュール１４の質量がｍ、２つの固定車輪モジュール１６，１８の車輪間の距離がＷ、固定車輪モジュール１６，１８の車輪の中心と転舵軸線２０の前後方向における距離がＬ、転舵軸線２０と主車輪２２の距離がｒである。２つの固定車輪モジュール１６，１８のそれぞれ車輪の中心を通る線をｘ軸に定める。点Ｐが旋回中心、ｕが自走車１０の速度、ｖ_fが主車輪２２の速度、θが旋回角度、φが転舵角度である。

【0025】

図７は、自走車１０を目標速度ｕ、目標旋回角度θにフィードフォワード制御する場合の制御ブロック図である。各車輪モジュール１４，１６，１８の車輪の速度が図中の各式となるよう各車輪モジュール１４，１６，１８を制御する。

【0026】

図８は、自走車１０を、転舵角度φをフィードバックして目標速度ｕ、目標旋回角度θにフィードバック制御する場合の制御ブロック図である。各車輪モジュール１４，１６，１８の車輪の速度が図中の各式となるよう各車輪モジュール１４，１６，１８を制御する。転舵角度φは、ＰＩＤ制御によりフィードバックされてよい。

【0027】

図９は、自走車５０の外観を示す図である。車体５２の底部に自走車５０を走行駆動する４つの車輪モジュール５４，５５，５６，５８が設けられている。車輪モジュール５４，５５，５６，５８は、それぞれ車輪を駆動する電動機を備えている。各電動機は、力行動作および回生動作が可能である。２つの車輪モジュール５６，５８は車体５２に固定され、車輪の向きは一定である。これら２つの車輪モジュール５６，５８を固定車輪モジュール５６，５８と記す。残りの２つの車輪モジュール５４，５５は、車体に対して軸線６０回りに回動可能に取り付けられ、この回動によって転舵が可能である。２つの車輪モジュール５４，５５のそれぞれに、自走車１０と同様に、転舵角を検出する転舵角センサ（不図示）が設けられている。車輪モジュール５４，５５を転舵車輪モジュール５４，５５と記し、また軸線６０を転舵軸線６０と記す。転舵車輪モジュール５４と転舵車輪モジュール５５は互いに左右対称な形状である。転舵車輪モジュール５４，５５が配置された側が自走車５０の前、固定車輪モジュール５６，５８が配置された側が後である。２つの転舵車輪モジュール５４，５５を区別する必要があるときは、車体５２の右側に配置された転舵車輪モジュール５４を右側転舵車輪モジュール５４、車体５２の左側に配置された転舵車輪モジュール５５を左側転舵車輪モジュール５５と記す。右側と左側の転舵車輪モジュール５４，５５は互いに左右対称であるので、主に、右側の転舵車輪モジュール５４を説明し、左側の転舵車輪モジュール５５については、右側と共通の事項については省略し、必要に応じて追加の説明を行う。

【0028】

図１０は、転舵車輪モジュール５４を示す斜視図である。転舵車輪モジュール５４は、１つの車輪６２を有する。車輪６２は、転舵軸線６０に直交する軸線回りに回動可能にモジュールベース６６に支持されている。モジュールベース６６には、電動機６８が搭載されている。電動機６８の駆動力は、歯車列などの伝達機構７０を介して車輪６２に伝達される。車輪６２の車軸に対して、車輪６２の回転および回転角を検出する回転センサ７１が設けられている。モジュールベース６６の上部には、転舵軸線６０が中心線となるように支持軸７２が設けられている。

【0029】

図１１は、転舵車輪モジュール５４の構造を概念的に示す図である。図１０に示す構造と、電動機６８の駆動力を伝達する伝達機構の構成が異なるが、車輪６２が電動機６８により駆動されることについては共通である。支持軸７２は、車体５２の底面に固定され、モジュールベース６６を転舵軸線６０回りに回動可能に支持している。車輪６２は、モジュールベース６６に回転可能に支持された車軸７４に固定されて一体に回転する。車輪６２は、軸線７８回りに回転する。この軸線７８を回転軸線７８と記す。回転軸線７８は、転舵軸線６０と直交している。車輪６２は、転舵軸線６０から離れた、またはずれた位置で路面に接している。

【0030】

モジュールベース６６と支持軸７２の間にはブレーキ８０が設けられている。ブレーキ８０は、車体５２に対して転舵車輪モジュール５４が転舵軸線６０回りに回動可能な状態と、固定された状態を選択的に実現する選択機構である。ブレーキ８０は、例えば、支持軸７２に固定され、支持軸７２と一体に回転するブレーキディスク８２と、ブレーキディスク８２に押し付けられるブレーキパッド（不図示）を備えたブレーキキャリパ８４を含むディスクブレーキであってよい。また、ブレーキ８０は、ブレーキドラムとブレーキシューを含むドラムブレーキであってもよい。さらにまた、対向面に凹凸が設けられ、凹凸がかみ合うことで相対的な運動を制止するドグブレーキであってもよい。

【0031】

ブレーキ８０を掛けて転舵車輪モジュール５４が車体５２に対して固定される状態とすると、転舵角がその状態で維持される。ブレーキ８０を解放して転舵車輪モジュール５４が車体５２に対して回動可能な状態とされると、車輪６２が路面から受ける路面間力が、転舵軸線６０回りのモーメントを形成し、このモーメントを利用して転舵車輪モジュール５４の転舵が可能である。ブレーキ８０は、転舵車輪モジュール５４の、転舵可能な状態と、転舵しない状態とを選択する選択機構である。また、電動機６８によって駆動されることにより車輪６２と路面の間に作用する力の向きは、転舵軸線６０上に中心を有する円周の接線方向である。

【0032】

転舵車輪モジュール５４の転舵の原理は、図４および図５で説明した１対の車輪２２，２４を有する転舵車輪モジュール１４と同様に説明できる。転舵軸線６０からオフセットした１つの車輪６２を有する転舵車輪モジュール５４において、ブレーキ８０が解放された状態は、図４，５において、副車輪２４を取り除いた転舵車輪モジュール１４と同じである。つまり、転舵車輪モジュール５４も、車輪６２が路面から受ける路面間力Ｆrと、転舵車輪モジュール５４が車体５２から受ける車体間力Ｆbとが作る転舵モーメントＭtにより転舵する。

【0033】

図１２は、自走車５０における転舵モーメントＭt、路面間力Ｆrおよび車体間力Ｆbを示す図である。右側の転舵車輪モジュール５４と左側の転舵車輪モジュール５５のそれぞれ路面間力Ｆrは、概ね逆向きでありほぼ相殺する。したがって、転舵時の自走車５０の速度を維持するための固定車輪モジュール５６，５８の駆動力Ｄは、図４に示す１つの転舵車輪モジュールを備えた自走車１０の場合よりも小さい。このように、２つの転舵車輪モジュールを備えることで、転舵時の固定車輪モジュールの駆動力を抑えることができ、電力消費を抑制することができる。

【0034】

図１３は、４輪の自走車５０の転舵時に作用する力を説明する図である。変数等は、図６で用いられた変数と基本的に同一であるが、左右の転動車輪モジュールに関する変数を区別するために、左側転舵車輪モジュール５５に関連するものは「Ｌ」が添えられ、右側転舵車輪モジュール５４に関連するものは「Ｒ」が添えられている。

【0035】

旋回角度θが十分小さいと仮定すると、点Ｐで旋回するとき、転舵車輪モジュール５４，５５の角速度が等しいことから式（１）が得られ、旋回中心Ｐを速度xで移動させた場合、電動機に必要な加速度は式（２）で表される。

【0036】

【数1】

【0037】

また、角運動量保存則から、駆動力以外の外力が車体に作用しない場合には、式（３）および式（４）が成り立つ。

【数2】

【0038】

ダランベールの原理より転舵軸線と車輪の相対加速度の慣性力

【数3】

が車体に作用するので、式（２）および式（４）を用いて、式（５）が得られる。また、進行方向への写像を取ると、式（６）となる。Ｆrollは、車体速度ｕの方向の力である。

【0039】

【数4】

【0040】

式（６）から、定数項を除き符号を整理すると、式（７）に示す傾向が得られる。これは、右旋回時（θ（・）＞０）において、旋回半径を小さくする過程（ｘ(・)＜０）で、自走車５０は減速する（Ｆroll≦０）ことを示している。逆に、右旋回時（θ（・）＞０）において旋回半径を大きくする過程（ｘ(・)＞０）では、自走車は加速する（Ｆroll≧０）ことを示している。なお、「ｘ(・)」、「θ(・)」は、それぞれｘの時間微分、θの時間微分を示す。

【0041】

転舵時に発生する力の大きさは、旋回半径の変化速度と車体速度の関係式（式（７））になっていることから、旋回加速度により調整できることが分かる。すなわち、この力を車体慣性に対して小さくすることで車体の運動に大きな影響を与えることなく転舵が可能になる。前述のように、自走車５０においては、２つの転舵車輪モジュール５４，５５の路面間力Ｆrが概ね相殺するため、自走車１０のように１つの転舵車輪モジュール１４を備えた車両に比べてＦrollを小さくすることができる。

【0042】

図１に示す自走車１０は、３つの車輪モジュール１４，１６，１８を備え、転舵車輪モジュール１４が２つの車輪２２，２４を有している。自走車１０において、転舵車輪モジュール１４に代えて、車輪を１つだけ有する転舵車輪モジュール５４を備えるようにしてもよい。また、図９に示す自走車５０は、４つの車輪モジュール５４，５５，５６，５８を備え、転舵車輪モジュール５４，５５は、１つの車輪６２を有している。自走車５０において、２つの転舵車輪モジュール５４，５５に代えて、車輪を２つ有する転舵車輪モジュール１４を２つ備えるようにしてもよい。この場合、２つの転舵車輪モジュール１４の互いの主車輪２２と副車輪２４の配置は、左右対称となるようにしてよい。例えば、自走車の車幅方向において、２つの主車輪２２が外側、２つの副車輪２４が内側に配置される。

【0043】

自走車の一態様は、２つの固定車輪モジュールと、３つ以上の転舵車輪モジュールを備えてよい。さらに、自走車の他の一態様は、固定車輪モジュールを備えず、３つ以上の転舵車輪モジュールのみを備えてよい。

【0044】

上述の転舵車輪モジュール１４，５４，５５においては、クラッチ４０やブレーキ８０によって転舵可能な状態と転舵を生じない状態とを選択可能としていた。クラッチ４０やブレーキ８０のような選択機構を有さない車輪モジュールにおいても、車体に備えられた他の駆動輪により前進および後退が可能であれば、転舵が可能である。なお、この駆動輪は、前述の固定車輪モジュール１６，１８，５６，５８の車輪であってよい。以下、選択機構を有さない転舵車輪モジュールについて説明する。

【0045】

図１４は、自走車の車体１００に、転舵軸線１０２回りに回動可能に取り付けられた転舵車輪モジュール１０４を模式的に示す図である。転舵車輪モジュール１０４は、転舵軸線１０２が中心線となる支持軸１０６によって車体１００に回動可能に支持されている。転舵車輪モジュール１０４の車輪１０８は、インホイールモータなどにより駆動される駆動輪である。車輪１０８の回転軸線１１０が転舵軸線１０２と直交している。これにより、車体１００は車輪１０８の横方向のグリップ力（コーナリングフォース）を伝達できる。車体１００の運動を計測し、転舵車輪モジュール１０４が車体１００と全く同じ速度で移動するよう車輪１０８の駆動力を制御することで自走車は直進する。転舵車輪モジュール１０４が、車体１００と相対速度をもって移動するように車輪１０８を駆動した場合、転舵が生じる。相対速度がある場合、支持軸１０６を介して車体間力が作用する。一方、車輪１０８には、車輪１０８の駆動力によって生じる路面間力が作用する。この路面間力の向き、転舵軸線１０２上に中心を有する円周の接線方向である。これらの路面間力と車体間力が作るモーメントにより転舵車輪モジュールが転舵する。

【0046】

図１５は、自走車の車体１２０に、転舵軸線１２２回りに回転可能に取り付けられた転舵車輪モジュール１２４を模式的に示す図である。転舵車輪モジュール１２４は、転舵軸線１２２が中心線となる支持軸１２６によって車体１２０に回動可能に支持されている。転舵車輪モジュール１２４の車輪１２８は、インホイールモータなどにより駆動される駆動輪である。車輪１２８の回転軸線１３０は、転舵軸線１２２に対してねじれの位置にある。この場合、車体１２０は車輪１２８の駆動力を伝達できる。車輪１２８を駆動することによって生じる路面間力の向きは、転舵軸線１２２を通る方向、つまり転舵軸線１２２を中心とする放射方向である。転舵車輪モジュール１２４は、車輪１２８が路面から受ける路面間力が転舵軸線１２２から離れる向きであるときには安定状態となり、逆に路面間力が転舵軸線１２２に向かう向きであるときには準安定状態となる。

【0047】

自走車が直進時には、転舵車輪モジュール１２４によって車体１２０が牽引され、転舵車輪モジュール１２４は安定状態にある。転舵が要求されたとき、車輪１２８を駆動する電動機を回生動作させて、転舵車輪モジュール１２４を準安定状態にする。準安定状態では、外乱などにより、容易に不安定となって、車輪１２８に路面から横方向の路面間力が作用し、この横方向の路面間力によって転舵車輪モジュール１２４が転舵し始める。転舵の向きが、要求された向きと反対であれば、電動機を力行動作に戻す。このとき、転舵軸線１２２回りの慣性のため、転舵車輪モジュール１２４は、準安定状態を通過し反対側に転舵する。そして、再度、電動機を回生動作させることにより、要求された向きに転舵される。要求された転舵角となったら、この転舵角が維持されるように、車体１２０と転舵車輪モジュール１２４の相対速度を制御する。

【符号の説明】

【0048】

１０，５０ 自走車、１２，５２，１００，１２０ 車体、１４，５４，５５，１０４，１２４ 転舵車輪モジュール、１６，１８，５６，５８ 固定車輪モジュール、２０，６０，１０２，１２２ 転舵軸線、２２ 主車輪、２４ 副車輪、２６，６６ モジュールベース、２８，６８ 電動機、３２，７２，１０６，１２６ 支持軸、３８，７８，１１０，１２８ 回転軸線、４０ クラッチ、６２，１０８，１２８ 車輪、８０ ブレーキ、Ｆr 路面間力、Ｆb 車体間力。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】