JP2009023485A - 自動二輪車の傾斜角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回時の車体傾斜角を少ない入力信号で精度良く検出できるようにする。
【解決手段】舵角θｓに対応する旋回半径ｒｓを、舵角と旋回半径との関係を設定した実測値マップに基づいて算出する旋回半径算出部６を備える。旋回半径ｒｓおよび車速ｖに基づいて定常旋回時の車体傾斜角θｂｓを求める定常傾斜角算出部８を備える。舵角の変化量Δθｓが所定値Ｋ以上であれば、舵角θｓと変化量Δθｓとで求めた過渡旋回半径ｒｄによって車体傾斜角θｂｓを補正して過渡傾斜角θｂｄを求める過渡傾斜算出部１４を備える。変化量Δθｓが所定値Ｋより小さいときは、横Ｇの変化に基づいて横Ｇ補正過渡傾斜角を算出する補正過渡傾斜角算出部１１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動二輪車の傾斜角検出装置に関し、特に、旋回時の車速と舵角とによって車体の傾斜角を求める自動二輪車の傾斜角検出装置に関する。

自動二輪車の制御装置において、車体の傾斜角を導出する手段を設け、導出された傾斜角を使用して、光軸制御等を制御するものが知られている。特開平５−２０８６３５公報には、車体の幅方向の傾斜に応じて接地点が幅方向に変化する比較的幅広のタイヤを装着した二輪車において、車体の幅方向加速度の大きさを加速度センサで検出し、その検出加速度を予め設定された加速度および傾斜角の対応マップに照らして傾斜角を検出するようにした自動二輪車の傾斜角検出装置が提案されている。
特開平５−２０８６３５号公報

特許文献１に開示された自動二輪車では、車体の幅方向加速度によって傾斜角を一義的に求めるようにしているが、この場合、例えば、右旋回から左旋回へ素早く変化した時、直立状態でも車幅方向の加速度が高い値となり、傾斜していると判断されてしまうようになる。特に傾斜角が刻々と変化する場合は算出精度が低下することが考えられる。

一方、傾斜角は、舵角、車速および車両の旋回半径の３元関数として求められることは知られている。しかし、走行中に旋回半径を正確に求めることは難しいので、簡略化された演算手法で広い範囲での走行条件に対応できる精度の高い傾斜角検出装置が望まれる。

本発明の目的は、簡略化された演算手法で車体の傾斜角を導出することができる自動二輪車の傾斜角検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、舵角センサで検出された舵角に対応する旋回半径を、予め設定された舵角と旋回半径との関係の実測値に基づいて算出する旋回半径算出手段と、前記旋回半径算出手段で算出された旋回半径および車速センサで検出された車速に基づいて定常旋回時の車体傾斜角を求める傾斜角算出手段とを具備した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記旋回半径算出手段が、舵角と旋回半径との関係を予め設定した舵角／旋回半径マップまたは関数を有しており、前記舵角センサで検出された舵角を使用して前記舵角／旋回半径マップを検索または関数を使用して旋回半径を得るように構成されている点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記傾斜角算出手段が、旋回半径と車速と車体傾斜角との関係を予め設定した車速／傾斜角マップまたは関数を有しており、前記旋回半径算出手段で算出された旋回半径および前記車速センサで検出された車速を使用して前記車速／傾斜角マップを検索または関数を使用して車体傾斜角を得るように構成されている点に第３の特徴がある。

また、本発明は、舵角の変化量が所定値以上かどうかを判別する舵角変化量判別部と、前記舵角変化量判別部で、舵角の変化量が所定値以上であると判別された場合に、前記傾斜角算出手段で算出された定常旋回時の車体傾斜角を、舵角および舵角の変化量、並びに車速に基づいて補正し、過渡旋回時の車体傾斜角を算出する過渡傾斜角算出手段とを具備した点に第４の特徴がある。

さらに、本発明は、舵角の変化量が所定値以上かどうかを判別する舵角変化量判別部と、前記舵角変化量算出手段で、舵角の変化量が所定値未満であると判別された場合に、車体の幅方向に生じる加速度を検出する加速度センサと、前記旋回半径算出手段で算出された旋回半径および前記車速センサで検出された車速に基づいて車体の幅方向に生じる加速度を算出する加速度算出手段と、
前記加速度算出手段で算出された加速度および前記加速度センサで検出された加速度の差に基づいて前記傾斜角算出手段で算出された定常旋回時の車体傾斜角を補正して過渡旋回時の車体傾斜角を算出する補正過渡傾斜角算出手段とを具備した点に第５の特徴がある。

上記第１の特徴を有する本発明によれば、舵角に基づいて旋回半径を推定することができ、さらに車速および旋回半径に基づいて定常旋回時の車体傾斜角を求めることができる。入力は舵角と車速であるが、結果的に、舵角と車速に加えて旋回半径を要素として車体傾斜角を算出することができるので、高い精度で車体傾斜角を検出することができる。なお、車速および舵角は、一般に自動二輪車に備わっている車速センサや舵角センサを使用して検出できるので、従来のシステムで十分に対応が可能である。

また、第２、第３の特徴を有する本発明によれば、マップや関数を使用して、舵角による旋回半径や、旋回半径および車速に基づく車体傾斜角を求めることができる。

第４の特徴を有する本発明によれば、舵角が変化しつつある過渡旋回であるかどうかを舵角変化量の大きさを所定値との比較によって判別することができ、過渡旋回では、この舵角の変化量に応じて一旦計算した定常旋回時の車体傾斜角を補正することができる。

さらに、第５の特徴を有する本発明によれば、舵角の変化量が小さい過渡旋回では、舵角によらず、車幅方向の加速度の変化に応じて定常旋回時の車体傾斜角を補正することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は本発明の一実施形態に係る自動二輪車の傾斜角検出装置に係るシステム構成図である。図２において、傾斜角検出装置１は、傾斜角ＥＣＵ（以下、単に「ＥＣＵ」という）２と、車速センサ３と、舵角センサ４とからなり、さらに横方向つまり自動二輪車の車幅方向加速度センサ（以下、「横Ｇセンサ」という）５を備える。車速センサ３、舵角センサ４および横Ｇセンサ５は周知のものである。

ＥＣＵ２は、入力回路２１、Ａ／Ｄ変換器２２、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２３、並びにＲＯＭ２４、ＲＡＭ２５等の記憶装置を備える。入力回路２１は車速ｖ、舵角信号θｓ、および車幅方向加速度（以下、「横方向加速度」という）ｇをそれぞれ示す検知信号の高周波成分を除去するフィルタ回路を含んでいる。

ＣＰＵ２３は、入力回路２１を介して入力された車速ｖ、舵角θｓ、および横方向加速度ｇの検知信号、ならびにＲＯＭ２４およびＲＡＭ２５に記憶されたプログラムやデータ等を使用して自動二輪車の傾斜角を推定するための演算を行う。

本実施形態に係る自動二輪車の傾斜角演算手順を図３のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ１では、ＥＣＵ２での演算に先立ち、予め舵角に対応する旋回半径ｒｓを実測して「舵角／旋回半径」マップを作成し、ＲＯＭ２４に格納しておく。ステップＳ２では旋回半径ｒｓをパラメータとした車速ｖと傾斜角θｂｓとの関係を演算して「車速／傾斜角」マップを作成し、ＲＯＭ２４に格納しておく。ステップＳ３では、車速センサ３で検知された車速ｖを使って「車速／傾斜角」マップを検索し、傾斜角θｂｓを導出する。

上記手順で導出される傾斜角θｂｓは定常傾斜角、つまり旋回半径ｒｓと舵角θｓとがほとんど変化しない定常旋回時の車体傾斜角の演算値である。自動二輪車が道路の曲率に合わせて旋回半径ｒｓを変えようとするときには、舵角θｓが変化する。したがって、舵角θｓが大きく変化する過渡時の旋回半径ｒｓや車体の傾斜角は後述するような補正を要する。

図４は、「舵角／旋回半径」マップの一例を示す図である。図中実線が右旋回、点線が左旋回時のマップである。横軸に舵角θｓ、縦軸に旋回半径ｒｓをとっている。旋回半径ｒｓは自動二輪車の車種毎による差、例えば、前後輪間隔や車体重量等によって異なるので、車種毎に推定旋回半径ｒｓ（ｍ）と舵角θｓ（度）との関係を測定し、マップを作成している。図４は旋回半径ｒｓ決めてほぼ一定の車速ｖで自動二輪車を走行させた例を示す。例えば、特定の車両において、旋回半径２０ｍ（メートル）の経路を時速２０〜４０ｋｍ／時で走行させたときの舵角θｓを複数回測定し、その平均値を旋回半径２０ｍに対応する舵角θｓとする。同様に、旋回半径３０ｍ、５０ｍ、７０ｍの経路を時速２０〜４０ｋｍ／時で走行させたときの舵角をそれぞれ複数回測定し、それぞれの平均値を旋回半径３０ｍ、５０ｍ、７０ｍに対応する舵角θｓとする。こうして測定された複数の旋回半径ｒｓの値を補完して「舵角／旋回半径」マップを作成する。

なお、旋回半径は右旋回と左旋回とで異なるので、それぞれについて実測し、マップを作成する。

図５は、「車速／傾斜角」マップの一例を示す図であり、旋回半径をパラメータとしている。なお、この図では、右旋回の場合の実測値を示す。自動二輪車に傾斜センサを取り付け、車速ｖと旋回半径ｒｓを決めて走行した時の傾斜角θｂｓを測定する。この測定を、各旋回半径毎に車速を変えて実施する。なお、直進状態は旋回半径５００ｍの経路を走行しているとみなしている。

上記各マップを使用した傾斜角の演算手順を、図６のフローチャートを参照してさらに詳述する。図６において、まず、ステップＳ１１では、舵角センサ４から舵角θｓを読み込む。ステップＳ１２では、検出された舵角θｓを使用して「舵角／旋回半径」マップを検索し、定常旋回半径ｒｓを求める。つまり舵角θｓの関数として定常旋回半径ｒｓを演算する。ステップＳ１３では、車速センサ３から車速Ｖを読み込む。ステップＳ１４では、検出された車速ｖと定常旋回半径ｒｓとにより「車速／傾斜角」マップを検索して定常傾斜角θｂｓを求める。つまり車速ｖと定常旋回半径ｒｓの関数として定常傾斜角θｂｓを演算する。これらステップＳ１１〜Ｓ１４は自動二輪車が定常旋回していると仮定した傾斜角の演算手順である。

ステップＳ１５では、定常傾斜角θｂｓと車速ｖとに基づいて定常旋回加速度（つまり横方向加速度）ｇｓを算出する。

ステップＳ１６では、舵角θｓの変化量（舵角微分）Δθｓを算出する。つまり前回の処理で検出して保存されていた舵角θｓ-1と今回の処理で検出した舵角θｓとの差を算出する。ステップＳ１７では、舵角θｓの変化量Δθｓが所定値Ｋより大きいか否かを判断する。変化量Δθｓが所定値Ｋより大きい場合は定常旋回ではなく、過渡旋回と仮定し、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、舵角θｓと舵角の変化量Δθｓから過渡旋回半径ｒｄを求める。例えば、まず、舵角θｓにより「舵角／旋回半径」マップを参照して定常旋回半径ｒｓを求め、その定常旋回半径ｒｓと車速ｖとによって「車速／傾斜角」マップを検索して定常傾斜角θｂｓを求める。次いで、舵角θｓの変化量Δθｓに応じて予め設定しておいた補正量を付加して過渡旋回半径ｒｄとする。例えば、舵角θｓが正方向に大きく変化した場合（つまり、より急なコーナにさしかかった場合）、大きい傾斜角が検出されるように補正量を設定する。一方、舵角θｓが負方向に大きく変化した場合（つまり、より直進に近い方向に変化した場合）、小さい傾斜角が検出されるように補正量を設定する。

ステップＳ１９では、過渡旋回半径ｒｄと車速ｖとから過渡傾斜角θｂｄを算出する。

ステップＳ１７で、舵角θｓの変化量Δθｓが所定値Ｋより小さいと判断された場合は、ステップＳ２０に進んで横方向加速度により、定常推定傾斜角θｂｓを補正して横Ｇ補正過渡傾斜角θｂｇを算出する。つまり、横Ｇ補正過渡傾斜角θｂｇは定常傾斜角θｂｓと、横Ｇセンサ５で検出された横方向加速度ｇとステップＳ１４で算出された横方向加速度ｇｓとの差（ｇｓ−ｇ）との関数として算出される。舵角が僅かしか変化しない過渡旋回では、舵角センサ４で舵角を精度良く検出できない。しかし、横方向加速度は横Ｇセンサ５で精度良く検出することができるので、横方向加速度の変化量（ｇｓ−ｇ）に応じて定常傾斜角θｂｓを補正し、僅かな舵角の変化を伴う過渡旋回時の車体傾斜角を求める。例えば、横方向加速度が増大したときは、算出される横Ｇ補正過渡傾斜角θｂｇが大きくなるように関数を設定し、横方向加速度が減少したときは、算出される横Ｇ補正過渡傾斜角ｂｇが小さくなるように関数を設定する。傾斜角を大きくして走行する条件として、旋回半径ｒｓが小さくなる場合と、車速ｖが増大する場合とが考えられる。いずれの場合も、横方向加速度は大きくなるので、横方向加速度と車体傾斜角との相関に着目して過渡補正を行うことができる。

ステップＳ２１では、ステップＳ１４、Ｓ１８、Ｓ１９でそれぞれ算出した傾斜角θｂｓ、θｂｄ、θｂｇにそれぞれ重み付けをして、これら傾斜角θｂｓ、θｂｄ、θｂｇの関数として最終的な車体傾斜角を出力する。なお、重み付けは、一般公道の走行環境、旋回半径、走行条件等を統計的に把握した結果によって行うのがよい。

図１は、本実施形態の傾斜角検出に使用される前記ＥＣＵ２の機能を示すブロック図である。図１において、旋回半径算出部６は、舵角センサ４で検出された舵角θｓに基づいて定常旋回半径ｒｓを算出する。定常旋回半径ｒｓは上述のようにマップを用いて求めてもよいし、予め実測によって得た舵角θｓと旋回半径ｒｓとの関係に基づく関数式を使用してもよい。また、舵角センサ４の検出出力は、舵角記憶部７に入力され、前回検出舵角θｓ-1として記憶される。

定常傾斜角算出部８は、推定旋回半径ｒｓと車速センサ３で検出された車速ｖとに基づいて定常推定傾斜角θｂｓを算出する。定常推定傾斜角θｂｓは上述のようにマップを用いて求めてもよいし、予め実測によって得た定常旋回半径ｒｓおよび車速ｖと定常推定傾斜角θｂｓとの関係に基づく関数式を使用してもよい。

推定横方向加速度算出部９は、車速ｖと定常傾斜角θｂｓとに基づいて横方向加速度ｇｓを推定する。差分Ｇ算出部１０は横Ｇセンサ５によって検出された横方向加速度ｇと前記推定された横方向加速度ｇｓとの差を算出する。

補正過渡傾斜角算出部１１は、定常傾斜角θｂｓと横方向加速度の差（ｇｓ−ｇ）とに基づいて、横Ｇ補正過渡傾斜角θｂｇを算出する。

舵角変化量算出部１２は、今回検出された舵角θｓと前回検出された舵角θｓ-1との差により、舵角変化量Δθｓを算出する。過渡旋回半径算出部１３は、舵角θｓと舵角の変化量Δθｓとに基づいて過渡推定旋回半径ｒｄを算出する。過渡傾斜角算出部１４は、過渡旋回半径ｒｄと車速ｖとに基づいて過渡傾斜角θｂｄを算出する。

舵角変化量判別部１５は舵角θｓの変化量Δθｓと所定値Ｋとの大小を比較し、比較結果は選択部１６に入力される。選択部１６は舵角の変化量Δθｓが所定値Ｋより大きい結果のときは、過渡傾斜角算出部１４を付勢し、舵角の変化量Δθｓが所定値より小さい結果のときは、補正過渡傾斜角算出部１１を付勢する。

出力部１７は、定常傾斜角θｂｓ、過渡傾斜角θｂｄ、および横Ｇ補正過渡傾斜角θｂｇにそれぞれ重み付けをして車体傾斜角の算出結果として出力する。

本発明を、最良の形態に従って説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、当業者は種々変形が可能である。自動二輪車は運転者が運転姿勢を左右に傾けたり、左右にずらしたりして車体を傾斜させて、旋回動作を行う。このときの車体の傾斜角に関連して舵角が変化する。そして、同じ旋回半径であっても舵角の変化量は車速に応じて変化する。

つまり傾斜角は、舵角、車速、旋回半径の３元関数であり、この相関性を元に、まず、舵角に応じた旋回半径を求め、その旋回半径と車速とに基づいて傾斜角を求める。この傾斜角は定常旋回時のものなので、過渡旋回時のために舵角変化量や横方向加速度の変化によって定常旋回半径を補正するという手順をとっている。

したがって、例えば、高精度の舵角センサを用いることができれば、横Ｇセンサ５を用いず、定常旋回時の傾斜角度を舵角変化量で補正して、過渡旋回一般の傾斜角とすることができる。

上述の実施形態では、舵角に対する旋回半径の関係はマップとして予め設定させておくようにしたが、本発明はこれに限らず、舵角と旋回半径との関係を関数式として予め設定しておき、その関数式を使用し、演算によって舵角から旋回半径を導出してもよい。

本発明の一実施形態に係る傾斜角検出装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る傾斜角検出装置のシステム構成図である。 傾斜角検出装置の全体動作を示すゼネラルフローチャートである。 舵角／旋回半径マップの一例を示す図である。 車速／傾斜角マップの一例を示す図である。 傾斜角検出装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…傾斜角検出装置、 ２…傾斜角ＥＣＵ、 ３…車速センサ、 ４…舵角センサ、 ５…横Ｇセンサ、 ６…旋回半径算出部、８…定常傾斜角算出部、 ９…推定横方向加速度算出部、 １２…舵角変化量算出部、 １３…過渡旋回半径算出部、 １４…過渡傾斜角算出部、 １５…舵角変化量判別部

Claims (5)

1. 自動二輪車の傾斜角検出装置において、
   舵角センサと、
   車速センサと、
   前記舵角センサで検出された舵角に対応する旋回半径を、予め設定された舵角と旋回半径との関係の実測値に基づいて算出する旋回半径算出手段と、
   前記旋回半径算出手段で算出された旋回半径および車速センサで検出された車速に基づいて定常旋回時の車体傾斜角を求める傾斜角算出手段とを具備したことを特徴とする自動二輪車の傾斜角検出装置。
2. 前記旋回半径算出手段が、舵角と旋回半径との関係を予め設定した舵角／旋回半径マップまたは関数を有しており、
   前記舵角センサで検出された舵角を使用して前記舵角／旋回半径マップを検索または関数を使用して旋回半径を得るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の自動二輪車の傾斜角検出装置。
3. 前記傾斜角算出手段が、旋回半径と車速と車体傾斜角との関係を予め設定した車速／傾斜角マップまたは関数を有しており、
   前記旋回半径算出手段で算出された旋回半径および前記車速センサで検出された車速を使用して前記車速／傾斜角マップを検索または関数を使用して車体傾斜角を得るように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の自動二輪車の傾斜角検出装置。
4. 前記舵角センサで検出された舵角の変化量を算出する舵角変化量算出手段と、
   前記舵角の変化量が所定値以上かどうかを判別する舵角変化量判別部と、
   前記舵角変化量判別部で、舵角の変化量が所定値以上であると判別された場合に、前記傾斜角算出手段で算出された定常旋回時の車体傾斜角を、舵角および舵角の変化量、並びに車速に基づいて補正し、過渡旋回時の車体傾斜角を算出する過渡傾斜角算出手段とを具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動二輪車の傾斜角検出装置。
5. 前記舵角センサで検出された舵角の変化量を算出する舵角変化量算出手段と、
   前記舵角の変化量が所定値以上かどうかを判別する舵角変化量判別部と、
   前記舵角変化量算出手段で、舵角の変化量が所定値未満であると判別された場合に、車体の幅方向に生じる加速度を検出する加速度センサと、
   前記旋回半径算出手段で算出された旋回半径および前記車速センサで検出された車速に基づいて車体の幅方向に生じる加速度を算出する加速度算出手段と、
   前記加速度算出手段で算出された加速度および前記加速度センサで検出された加速度の差に基づいて前記傾斜角算出手段で算出された定常旋回時の車体傾斜角を補正して過渡旋回時の車体傾斜角を算出する補正過渡傾斜角算出手段とを具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動二輪車の傾斜角検出装置。

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