JP2005280387A - 自動二輪車の安全走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転倒をおそれをより正確に検知し、そのおそれが高いときは乗員に警告を発して、転倒防止のための措置を促す自動二輪車の安全走行装置を提供することである。
【解決手段】自動二輪車の安全走行装置は、自動二輪車の車体１２の傾きを検知する傾き検知手段１４と；自動二輪車の車速を検知する車速検知手段１６と；車輪１２と路面Ｒとの間の横滑りを検知する横滑り検知手段１４，１８と；車体の傾き、車速及び横滑りに基づき、自動二輪車の転倒の危険性を判定する転倒判定手段３０と；転倒判定手段が転倒を判定したとき、乗員にその旨を警告する警告手段３５と；から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動二輪車の転倒の危険を判定したときその旨を警告し、安全走行を可能にする安全走行装置に関する。

自立二輪走行する自動二輪車（バイク）が直立状態を保つために一定条件の成立が必要で、この条件がくずれると転倒する。一定条件とは、向心力、車輪の摩擦力やジャイロ効果等の物理力の釣合いである。特にカーブを旋回するコーナリング時は遠心力に対向するため車体を内側に傾けるので転倒しやすくなる。バイクは四輪車両（自動車）のように乗員が車体フレームで保護されておらず、またエアバッグのような乗員保護装置を装備することができず、転倒すると乗員のけがにつながることが多い。

転倒事故から乗員を保護するため、第１従来例の転倒警告装置（特許文献１参照）では、角速度センサでバイクの進行方向を軸とするロール方向の角速度を検知し、これを微分して角加速度を算出する。そして、判定回路において角速度と進行方向速度とに応じて警告信号を発している。また、第２従来例の転倒表示装置（特許文献２参照）では、車体の傾斜角を傾斜角センサで検知し、検知した傾斜角が所定値以上になったときハザードランプを点灯している。
特願平９−１０９９６７号公報 特開２０００−３１３３８１

しかし、第１従来例の転倒警告装置は角加速度のみで転倒のおそれを判定しており、判定が正確とは言い難いのみならず、転倒を防止する方策は開示していない。また、第２従来例の転倒表示装置は転倒を防止するためにエンジンへの燃料の供給を停止する旨を開示するが、傾斜角のみで転倒のおそれが確実に判定できるかどうか疑問が残る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、転倒をおそれをより正確に検知し、そのおそれが高いときは警告を発して、転倒防止のための措置をとることを促す自動二輪車の安全走行装置を提供することを目的とする。

本願の発明者は、自動二輪車の走行時、特にカーブを曲がるとき（コーナリング時）に車体や車輪に加わる物理力と車体の転倒との関係を研究して、本発明を完成した。

本発明による自動二輪車の安全走行装置は、請求項１に記載したように、自動二輪車の車体の傾きを検知する傾き検知手段と；自動二輪車の車速を検知する車速検知手段と；車輪と路面との間の横滑りを検知する横滑り検知手段と；車体の傾き、車速及び横滑りに基づき、自動二輪車の転倒の危険性を判定する転倒判定手段と；転倒判定手段が転倒を判定したとき、乗員にその旨を警告する警告手段と；から成る。

この自動二輪車の安全走行装置において、傾斜角検知手段が検知する車体の傾き、車速検知手段が検知する車速及び横滑り検知手段が検知する横滑りに基づき、転倒判定手段が自動二輪車の転倒の危険性を判定したときは、警告手段が乗員にその旨を警告する。

なお、車速センサ及び傾斜角センサで自動二輪車の転倒を検知することは、たとえば特開２００１−３２８５８０号公報から知られている。しかし、この公開公報では車輪の横滑りは考慮していない。

請求項２の安全走行装置は、請求項１において、横滑り検知手段はさらに車輪の回転数を検知する回転数検知部を有し、車輪の直径と回転数検知部で検知した回転数との積で求まる計算値と、車速検知手段で検知される車速との差に基づき横滑りを算出する。

請求項３の安全走行装置は、請求項１において、警告手段は、車速の減速及び／又は車体の起こしを、音又はランプで警告する。請求項４の安全走行装置は、請求項３において
さらに、車体の側部に取り付けられ、車体が所定角度以上傾いたとき路面に接触し、転倒を防止する転倒防止部を含む。

本発明にかかる自動二輪車の安全走行装置によれば、車体の重量と乗員の体重との合計で決まる重心に作用する力のアンバランスに起因するバイクの転倒が防止できる。車速に対して傾斜角が大きすぎるときも、傾斜角に対してバイクの車速が速すぎるときも、警告部が乗員に転倒の危険を警告するからである。

第２に、車輪と路面との接地面での横滑り力に起因するバイクの転倒が防止できる。横滑りが発生するときは警告部が転倒の危険を乗員に警告するからである。何れの場合も、乗員が車速を減少（減速）及び／又は重心の移動をすることにより、転倒を回避できる。

請求項２の安全走行装置によれば、車輪の直径と回転数との積と車速とから車輪の横滑りを算出するので、横滑りの検知が確実である。請求項３の安全走行装置によれば、転倒の危険を警告された乗員は車速を落としたり、自分の体重を外側に移動させて、転倒を回避することができる。請求項４の安全走行装置によれば、仮に車速の減速が不十分又は車体の起こしが不十分なときでも、転倒防止部が路面に接触して機械的に、転倒を防止することができる。

本発明は、自動二輪車は、重心に作用する複数の力がアンバランスになったとき、及び車輪（厳密にはタイヤ）に横滑りが発生したとき転倒する、との前提にたっている。転倒のおそれを判定し、警告するために、自動二輪車の安全走行装置は車速検知手段、傾斜角検知手段、横滑り検知手段、判定手段及び警告手段を含み、さらに転倒防止部を含むことができる。
＜車速検知手段、傾斜角検知手段等＞
車速の検知及び傾斜角の検知は、汎用の車速検知手段及び傾斜角検知手段により汎用の手法で行うことができる。但し、車輪（前輪）の回転数を検知する回転数検知手段を設けるので、車速検知手段は車輪の回転数を検知する方式以外のものとする。
＜横滑り検知手段＞
走行時、特にコーナリング時は車体が内側に傾斜し鉛直方向に対して所定の傾斜角（バンク角）をなしている。そのため、車輪と路面との間に摩擦係数が小さいとき（たとえば、タイヤの摩耗時や雨天走行時）は路面からタイヤに作用する摩擦力が所定値よりも小さくなるので、車輪の接地部が半径方向外側に横滑り力が発生することがある。車輪の横滑り力は車輪の接地部近傍に取り付けた加速度センサで検知することもできる。

但し、そのような場所に加速度センサを取り付けることが困難な場合は、車輪の回転数と車速との関係から横滑り力を算出することもできる。即ち、車輪の直径は予め決まっているので、直径に回転数を乗ずれば車速になるはずである。車速センサで実際に検知される車速がこの計算値よりも小さければ、タイヤと路面との間で回転方向のすべりが生じ、それに対応して軸方向（横方向）にもすべりが生じると推定する。
＜転倒判定手段、警告手段＞
転倒判定手段は、（イ）車速検知手段及び傾斜角検知手段からの信号、（ロ）横滑り検知手段からの信号、又は（ハ）車速検知手段、傾斜角検知手段及び横滑り検知手段から信号を入力され、所定のマップに基づき、転倒のおそれを判定する。

警告手段は転倒判定部からの信号に基づき、ランプ又は音で乗員に転倒の危険を警告する。警告を受けた乗員は転倒防止のために減速したり、車体を起こしたりできる。何れか一方を実行しても良いし、実行しても良い。なお、ハンドルの操舵角（車体の進行方向に対して前輪が成す角度）を小さくして、旋回するカーブの半径を大きくしても良い。
＜転倒防止部＞
車体の両側面の所定位置に一対の転倒防止部を配置することができる。この転倒防止部は車体の傾斜角が所定以上になったとき判定部からの信号により路面に接触し車体のそれ以上の傾斜を規制して、転倒を防止するものである。

車輪（前輪及び後輪）の回転によるジャイロも車体の姿勢の安定化に役立つ。一般にジャイロ効果（ジャイロモーメント）とは、固定軸の周りに慣性マスを回転させて物体の姿勢を安定化させるものである。自動二輪車の場合、前輪及び後輪の回転により発生するジャイロモーメントが車体の傾きを元に戻す作用をなし、その作用の大きさは車輪の回転数に対応する。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１に示すように、自動二輪車（バイク）１０は車体１２、前輪２０及び後輪（不図示）、及びハンドル２２等を含む。車体１２の左右側面にその傾斜角を検知するために一対の傾斜角センサ１４が取り付けられ、所定部分に車速を検知するために車速センサ１６が取り付けられている。前輪２０の近傍にはその回転数を検知する回転数センサ１８が取り付けられている。

図３に示すように、傾斜角センサ１４、車速センサ１６及び回転数センサ１８の信号は何れも転倒判定部３０に入力され、転倒判定部３０で所定のマップに基づき転倒のおそれが判定される。転倒のおそれが大きいときは、警告部（ランプやブザー）３５で乗員にこのままの条件で走行を続けると転倒するので、走行条件を変更するように警告を発する。

また、図１に示すように、車体１２の両側面には後輪の近傍に一対の転倒防止部４０（一方のみ図示）が配置されている。この転倒防止部４０は車輪４１及びこの対を回転可能に支持する支持部材４２を含み、通常は車体１２内に収容されている。但し、車体１２の傾斜角θが所定以上になったときは自重により側方に突出し、路面Ｒに接触し車体１２のそれ以上の傾斜を規制するものである。
（作用）
次に、図１及び図２を参照しつつ、バイク及び乗員の重心Ｇ、前輪２０のタイヤ２１と路面Ｒとの接地部Ａに作用する力を考える。
（イ）重心
バイク１０のコーナリング時、車体１０の重量と乗員（不図示）の体重との合計とで決まる重力Ｍｇが重心Ｘに作用している。図２に示すようにバイク１０の車速（定速走行時）をＶとし、カーブの一定半径をＲとすると、重心Ｘには重力Ｍｇが鉛直方向に、車速Ｖ及び半径Ｒ等で決まる遠心力Ｙ＝ＭＶ²／Ｒがカーブの半径方向外向きに作用し、これに対向するために車体１２を内側（図１で左側）に傾斜角θだけ傾けて向心力Ｚを発生させている。

上記車速Ｖ、半径Ｒ及び傾斜角θの間にはｔａｎθ＝Ｖ²／ｇＲが成立しており、このバランスがくずれるとバイクが転倒する。具体的には車体１２を内側に傾け過ぎて傾斜角θが所定値よりも大きくなる場合や、スピードを出し過ぎて車速Ｖが所定値よりも大きくなる場合である。

転倒判定部３０は、車速センサ１６からの信号により車両Ｖが速すぎると判定したとき、及び傾斜角センサ１４からの信号により傾斜角θが大きすぎると判定したときは、警告部３０にその旨の信号を発する。警告部３０から転倒の危険を警告された乗員は、アクセルをゆるめたりブレーキを踏んで車速Ｖを落とす（負の加速度：−α）。また、体重をずらせて重心Ｘを外側に移動させ、車体１２の傾斜角θを小さくする。
（ロ）接地部
上記重心Ｘに作用する力を考える際は、タイヤ２１と路面Ｒとの接地部Ａには横滑り力が作用しないと仮定したが、実際には接地部Ａにカーブの半径方向外向きの横滑り力が発生し、転倒の原因となることがある。詳述すると、図１において、タイヤ２１と路面Ｒとの接地部Ａには路面Ｒからタイヤ２１にカーブの半径方向外向き（図１で右向き）の摩擦力（不図示）が作用している。しかし、雨天走行時や車輪の摩耗時は摩擦係数が小さいために所定の大きさの摩擦力が発生せず、横滑り力Ｂが生ずることがある。

横滑り力は回転方向（進行方向）の滑り（たて滑り）と関係し、たて滑りは前輪２０の回転数と車速との関係から算出する。即ち、前輪２０の直径Ｄに回転数センサ１８で検知される回転数ｎを乗じた値（Ｄ×π×ｎ）と、車速センサ１６で検知した車速Ｖとを比較する。前者が後者よりも小さければ、前輪２０と路面Ｒとの間で回転方向にたて滑りが生じ、それに対応して軸方向に横滑りが生じていることになる。

前輪２０の回転数に対して車速センサ１６で検知する車速Ｖが所定範囲を超えて小さいとき、衝突判定部３０からの信号により警告部３５が乗員には警告を発する。警告を受けた乗員は、アクセル及び／又はブレーキの操作により車速を減速し、又は自分の体重を外側にずらせて、横滑り力Ｂを小さくする。
（ハ）その他
車体１２の傾斜角θが所定値を超えた場合、車体１２の両側面に配置した転倒防止部４０がその重力で自動的に側方に突出し、回転部材４２が路面Ｒに接触して車体１２のそれ以上の傾斜を規制する。これにより転倒を防止することができる。車速Ｖの調整などにより車体の傾斜角θが小さくなれば、転倒防止部４０は自動的に収容部内に収容される。

また、前輪２０及び後輪にはその回転によりジャイロモーメントが発生し、このモーメントが横滑り力Ｂによる車体１２の傾きを元に戻す作用がある。ジャイロモーメントは車輪の回転数に対応するので、車速Ｖの調整が間接的にジャイロモーメントの調整につながる。つまり、傾斜角θが大きすぎるとき車速Ｖを上げれば車体１２の姿勢の安定につながる。
（効果）
この実施例によれば、以下の効果が得られる。第１に、二つの理由により、重心Ｘに作用する力のアンバランスに起因するバイク１０の転倒が防止できる。その一つの理由は、バイク１０の車速Ｖ及びカーブの半径Ｒに対して車体１２の傾斜角θが大きすぎるときも、車体の傾斜角θ及びカーブの半径Ｒに対してバイクの車速Ｖが早すぎるときも、警告部３５が乗員に転倒の危険を警告する。そして、乗員が車速Ｖを調整及び／又は重心の移動ができるからである。もう一つの理由は、車体１２の傾斜角θが所定値を超えると転倒防止部４０が突出し、回転部材４２が路面Ｒに接触して、車体１２のそれ以上の傾斜を規制するからである。

第２に、二つの理由により、車輪２０等と路面Ｒとの接地部Ａでの滑りに起因するバイクの転倒が防止できる。一つの理由は、前輪２０の回転数と車速Ｖとの関係から横滑り力Ｂの発生が推定されるときは、警告部３５が転倒の危険を乗員に警告し乗員は上記操作を行えるからである。もう一つの理由は、車体１２の傾斜角θが所定値を超えると転倒防止部４０が突出し回転部材４２が路面Ｒに接触して、車体のそれ以上の傾斜を規制するからである。

本発明による実施例（自動二輪車の安全走行装置）を示す正面図である。 コーナリング状態を示す模式図ある。 実施例の各種センサ、転倒判定部及び警告部を示すブロック図である。

符号の説明

１０：自動二輪車（バイク） １２：車体
１４：傾斜角センサ １６：車速センサ
１８：回転数センサ ２０：前輪
２１：タイヤ ２２：ハンドル
３０：転倒判定部 ３５：警告部
４０：転倒防止部

Claims (4)

1. 自動二輪車の車体の傾きを検知する傾き検知手段と、
   前記自動二輪車の車速を検知する車速検知手段と、
   車輪と路面との間の横滑りを検知する横滑り検知手段と、
   前記車体の傾き、車速及び横滑りに基づき、自動二輪車の転倒の危険性を判定する転倒判定手段と、
   前記転倒判定手段が転倒を判定したとき、乗員にその旨を警告する警告手段と、
   から成ることを特徴とする自動二輪車の安全走行装置。
2. 前記横滑り検知手段はさらに車輪の回転数を検知する回転数検知部を有し、車輪の直径と該回転数検知部で検知した回転数との積で求まる計算値と、前記車速検知手段で検知される車速との差に基づき横滑りを算出する請求項１に記載の自動二輪車の安全走行装置。
3. 前記警告手段は、車速の減速及び／又は車体の起こしを、音又はランプで警告する請求項２に記載の自動二輪車の安全走行装置。
4. さらに、車体の側部に取り付けられ、車体が所定角度以上傾いたとき路面に接触し、転倒を防止する転倒防止部を含む請求項３に記載の自動二輪車の安全走行装置。

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