JP2011073619A - 鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の鞍乗り型車両のフレーム構造を大きく変更することなく、しかも部品点数及びコストを大幅に増大させることなく、操舵トルクを検出することが可能な鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置を提供する。
【解決手段】鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置１０は、操舵軸３１の外周に貼り付けたひずみゲージ３９と、操舵軸３１の捩れにより発生するひずみゲージ３９の出力電圧変化に基づいて操舵トルクを算出するトルク算出部５７と、を備える。また、鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置１０は、ひずみゲージ３９と車体フレーム１３側の信号ラインとを電気的に接続するハーネス４１を備える。ハーネス４１は、操舵軸３１の外周から離間した状態で、操舵軸３１を１周以上周回するように操舵軸３１の軸方向に螺旋状に延びている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハンドルより延出し車体フレームに対して回転自在に設けられた操舵軸を備えた鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置に関する。

一般に、四輪車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、ハンドルより延伸する操舵軸に連結したトーションバーに作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出装置を備え、この操舵トルク検出装置で検出した操舵トルクと、車速センサで検出した車速とに応じて、コントローラにより電動モータの出力制御を行い、電動モータにより操舵軸の回転を補助的に駆動するように構成されている（例えば、下記特許文献１、２を参照）。

特開昭６４−８３４５７号公報 特開昭６２−１３４３７１号公報

ところで、自動二輪車などの鞍乗り型車両にも、電動パワーステアリング装置を搭載することが考えられ、これを実現にするには、鞍乗り型車両の操舵トルクを検出する必要がある。しかしながら、四輪車両用の電動パワーステアリング装置に適用されているトーションバー方式の操舵トルク検出装置を搭載するには、操舵軸の周辺にスペースが必要となるため、これをそのまま自動二輪車などの鞍乗り型車両に適用するには種々の課題が生じる。すなわち、従来のトーションバー方式の操舵トルク検出装置を自動二輪車に適用する場合、従来の操舵軸周辺のフレーム構造を大きく変更する必要がある。また、従来のトーションバー方式の操舵トルク検出装置は、トーションバー、その周辺部品、トーションバーの捻り変形を電気信号として検出するための構造が必要であるため、部品点数が多くコストが嵩むことが考えられる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、従来の鞍乗り型車両の操舵軸周辺の構造を大きく変更することなく、しかも部品点数及びコストを大幅に増大させることなく、比較的コンパクトで安価に操舵トルクを検出することが可能な鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、ハンドル（１８）より延出し車体フレーム（１３）に対して回転自在に設けられた操舵軸（３１、９０）を備えた鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）であって、前記操舵軸（３１、９０）の外周に貼り付けたひずみゲージ（３９、９４）と、前記操舵軸（３１、９０）の捩れにより発生する前記ひずみゲージ（３９、９４）の出力電圧変化に基づいて操舵トルクを算出するトルク算出部（５７、１０６）と、を備えることを特徴とする。なお、括弧書きの符号は、本発明の理解の容易化のために添付図面中の符号に倣って付したものであり、本発明がその符号をつけた要素に限定して解釈されるものではない。

請求項１の発明によれば、操舵軸の外周に貼り付けたひずみゲージの出力電圧変化に基づいて操舵トルクを検出するので、操舵トルク検出装置をコンパクトに構成することができる。このため、設置スペースが小さくて済む。また、操舵トルク検出装置を簡素に構成できるので、従来の鞍乗り型車両に対して大幅な構造変更をすることなく、しかも部品点数及びコストを大幅に増大させることなく、操舵トルクを検出することが可能である。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）において、前記ひずみゲージ（３９、９４）と前記車体フレーム（１３）側の信号ラインとを電気的に接続するハーネス（４１、９６）を備え、前記ハーネス（４１、９６）は、前記操舵軸（３１、９０）の外周から離間した状態で、前記操舵軸（３１、９０）を１周以上周回するように前記操舵軸（３１、９０）の軸方向に螺旋状に延びている、ことを特徴とする。

請求項２の発明によれば、ハーネスが操舵軸の外周から離間した状態で、操舵軸を一周以上周回するように操舵軸の軸方向に螺旋状に延びているので、ハンドルの操舵によって操舵軸が回転することでハーネスが移動しても、ハーネスの内周面と操舵軸とが接触することがなく、また、ハーネスが重なった部分同士で接触することがない。これにより、ハーネスの耐久性が向上し、安定したトルク検出が可能となる。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）において、前記ハーネス（４１、９６）はフレキシブル基板により構成される、ことを特徴とする。

請求項３の発明によれば、操舵軸の回転によるハーネスへの荷重負荷を抑制することができる。また、操舵軸の回転に応じてハーネスが柔軟に変形することで、操舵軸の回転にハーネスがスムーズに追従するので、ハンドルの操舵に影響を与えることなく操舵トルクを検出することが可能となる。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）において、前記ひずみゲージ（３９、９４）は複数の検出部（７４ａ〜７４ｄ）を有し、前記操舵軸（３１、９０）の外周の第１位置に前記複数の検出部（７４ａ〜７４ｄ）のうち一部が配置され、前記第１位置に対して前記操舵軸（３１、９０）の軸心に関して対称位置にある第２位置に前記複数の検出部（７４ａ〜７４ｄ）のうち残部が配置される、ことを特徴とする。

請求項４の発明によれば、複数の検出部を設けることで、操舵トルクの検出精度を向上できる。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１）の操舵トルク検出装置（１０）において、前記操舵軸（３１）は、前記ハンドル（１８）とトップブリッジ（３３）との間にトルク検出用軸（３７）を有し、前記ひずみゲージ（３９）は、前記トルク検出用軸（３７）に取り付けられている、ことを特徴とする。

請求項５の発明によれば、車体フレームのヘッドパイプの内部に操舵トルク検出装置を設置するスペースが無い場合でも、ひずみゲージをトップブリッジから上方に延出したトルク検出用軸にひずみゲージを取り付けることで、操舵トルクの検出が可能となる。また、ハンドルとトップブリッジとの間に設けたトルク検出用軸にひずみゲージが取り付けられているので、操舵トルクは、出力電圧変化から算出される操舵軸のひずみ量に比例する。従って、簡単な演算により操舵トルクを検出することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１２）の操舵トルク検出装置（１０ａ）において、前記ひずみゲージ（９４）は、トップブリッジ（３３）とボトムブリッジ（３５）間の前記操舵軸（９０）に取り付けられている、ことを特徴とする。

請求項６の発明によれば、ひずみゲージをヘッドパイプの内部に配置できるので、従来の操舵軸周辺構造に対して大幅な変更を加えることなく操舵トルクを検出することが可能となる。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１、１２）のトルク検出装置（１０、１０ａ）において、前記トルク検出装置（１０、１０ａ）は、ケース（２４、４３）内に収容される、ことを特徴とする。

請求項７の発明によれば、防塵、防水機能が得られるとともに、外部から力の影響を低減できる。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１、１２）のトルク検出装置（１０、１０ａ）において、前記ひずみゲージ（３９、９４）は、４ゲージ式の金属箔式ひずみゲージである、ことを特徴とする。

請求項８の発明によれば、操舵トルクを精度良く検出できる。

請求項９に係る発明は、請求項１記載の鞍乗り型車両（１１、１２）のトルク検出装置（１０、１０ａ）において、前記トルク算出部（５７、１０６）で求めたトルク値に基づいて、ステアリングの操舵力を補う電動パワーステアリング装置のモータ（５１）を制御する、ことを特徴とする。

請求項９の発明によれば、鞍乗り型車両の電動パワーステアリング装置を実現できる。

本発明の操舵トルク検出装置によれば、設置スペースが小さくて済み、また、部品点数及びコストを大幅に増大させることなく、操舵トルクを検出することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置が搭載された鞍乗り型車両の１つである自動二輪車の一部省略側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置及びその周辺構造を示す一部省略正面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置及びその周辺構造を示す一部省略側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置に採用可能なひずみゲージの一構成例を示す概略平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置におけるひずみゲージの貼り付け状態を説明する模式的説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る操舵トルク検出装置が搭載された鞍乗り型車両の１つである自動二輪車の一部省略側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る操舵トルク検出装置及びその周辺構造を示す一部省略正面断面図である。

以下、本発明に係る鞍乗り型車両の車体構造について、この構造を適用した鞍乗り型車両である自動二輪車との関係で実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置１０（以下操舵トルク検出装置１０ともいう）が組み込まれた鞍乗り型車両１１の一部省略側面図である。本実施形態では、鞍乗り型車両１１は、自動二輪車１１Ａとして構成されている。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、各種の鞍乗り型車両（スクータ型、オンロード型、オフロード型等を含む）に適用可能である。

なお、自動二輪車１１Ａにおいて、車体の左右に１つずつ対称的に設けられる機構乃至構成要素については、左のものの参照符号に「Ｌ」を付し、右のものの参照符号に「Ｒ」を付すものとする。また、理解を容易にするため、各図面において、着座した運転者から見た方向に従って、車体の前方を示す矢印に「Ｆｒ」、車体の後方を示す矢印に「Ｒｒ」を付して説明する。

図１に示すように、自動二輪車１１Ａは、車体を構成するクレードル型の車体フレーム１３と、操舵輪である前輪１４と、駆動輪である後輪１６と、前輪１４を操舵するハンドル１８と、乗員が着座するシート２０とを備える。該シート２０は、車体フレーム１３から車体後方に向けて延設されたシートレール２２Ｌ、２２Ｒに取付支持部（図示せず）を介して取り付けられている。前輪１４はタイヤ１４ａとホイール１４ｂからなり、後輪１６はタイヤ１６ａとホイール１６ｂからなる。

車体フレーム１３は、ハンドル１８を操舵可能に支承するヘッドパイプ２４、左右対称のダウンフレーム２５Ｌ、２５Ｒ及びアッパーフレーム２６Ｌ、２６Ｒによってクレードルスペースを形成している。車体フレーム１３は、ダイヤモンド型等であってもよい。また、公知のようにエンジン自体が強度部材としてフレームの一部を兼ねる場合もある。

ヘッドパイプ２４の上方においてハンドル１８の前方には、運転者が視認しやすい位置にメータユニット（表示装置）６２が配設され、該メータユニット６２の下方においてハンドル１８の前方の略中央部には、ヘッドライト６８が配置されている。

車体前方部において、ハンドル１８から下方に操舵軸３１が延出し、この操舵軸３１の途中部位にトップブリッジ３３が連結され、操舵軸３１の下端部にはボトムブリッジ３５が連結されている。操舵軸３１はヘッドパイプ２４に回転自在に挿通されている。操舵軸３１は、モータ５１の駆動により補助的に回転力が与えられるように構成されている。このモータ５１は、自動二輪車１１Ａの電動パワーステアリング装置の一部を構成する。

トップブリッジ３３及びボトムブリッジ３５の左右両端には、それぞれ左右のフロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒが連結されており、トップブリッジ３３及びボトムブリッジ３５により左右のフロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒが支持されている。

前輪１４は、フロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒにより回転自在に軸支されている。前輪１４には、ブレーキロータ２７Ｌ、２７Ｒとブレーキキャリパ２９Ｌ、２９Ｒからなるディスクブレーキが配設される。ブレーキロータ２７Ｌ、２７Ｒはフロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒに支持されるとともに、ハンドル１８の握り部に付されるブレーキレバー（図示せず）へと接続されている。フロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒには、前輪１４を上方から覆うフロントフェンダ２３が取り付けられている。

一方、車体後方部において、シート２０の下方には、車体フレーム１３の後部にリアクッション３２で懸架されたスイングアーム３４が配設され、該スイングアーム３４により、タイヤ１６ａが回転自在に軸支されている。

前記ハンドル１８とシート２０との間のシート２０側における車体フレーム１３の上部には燃料タンク３６が取り付けられている。また、燃料タンク３６の下方における車体フレーム１３のクレードルスペース内には、例えば４サイクル型からなるエンジン３８が配置され、該エンジン３８の排気口に接続された排気管４０を介した車体後方部には、消音器（マフラ）４２が配設されている。さらに、燃料タンク３６の下部であってエンジン３８の上部には、図示しないエアクリーナ等を収納するエアチャンバ４４が設けられている。

前記燃料タンク３６とシート２０と間の下部において、カバー４６で覆われた空間には、バッテリ４８と、ＥＣＵ（エンジン制御ＥＣＵ）５０とが並設されている。

ＥＣＵ５０は、エンジン３８のＦＩ（フューエルインジェクション）制御、各種電装部品の制御、燃費算出及び表示制御等を行う制御部である。また、ＥＣＵ５０は、操舵トルク検出装置１０で検出した操舵トルクに基づいて、モータ５１の駆動を制御する。すなわち、操舵トルク検出装置１０、ＥＣＵ５０及びモータ５１により、ステアリングの操舵力を補助する電動パワーステアリング装置が構成されている。

カバー４６の後方において、シートレール２２Ｌ、２２Ｒには、その後部から斜め上方に延びたＵ字状のグリップバー５２が連結されている。さらに、シート２０の下部には、リアフェンダ５４が設けられ、該リアフェンダ５４にはウインカ５６Ｌ、５６Ｒが配置されている。前記リアフェンダ５４の上部には、テールライト５８が取り付けられ、前記リアフェンダ５４の前方には、ガードカバー６０が取り付けられている。

図１に示すように、第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置１０は、ハンドル１８とトップブリッジ３３との間に配設されている。この操舵トルク検出装置１０は、操舵軸３１の捩れ変形に基づいて、操舵系に作用するトルク（操舵トルク）を検出するための装置である。

図２は、操舵トルク検出装置１０及びその周辺構造を概略的に示す一部省略正面断面図である。また、図３は、操舵トルク検出装置１０及びその周辺構造を概略的に示す一部省略側面断面図である。図２及び図３に示すように、操舵トルク検出装置１０は、シート状のひずみゲージ３９と、ひずみゲージ３９と車体フレーム１３側の信号ラインとを電気的に接続するハーネス４１と、操舵トルクを算出するトルク算出部５７と、ひずみゲージ３９及びハーネス４１を覆うハウジング（ケース）４３とを備える。

操舵軸３１のうち、ハンドル１８とトップブリッジ３３の間の部分はトルク検出用軸３７として構成されており、このトルク検出用軸３７にひずみゲージ３９が貼り付けられている。ひずみゲージ３９は、操舵軸３１が捻り荷重を受けたときの捻り変形を電気信号として検出するセンサである。本発明において、ひずみゲージ３９の種類は特に限定されず、線ひずみゲージ、箔ひずみゲージ、半導体ひずみゲージなどを用いることが可能である。

一般的に、ひずみゲージは、４つの抵抗体を互いに結線したブリッジ回路によって構成され、ひずみによって抵抗値が変化する抵抗体をブリッジ回路に設ける数によって、１ゲージ式、２ゲージ式、４ゲージ式に分類される。本発明では、ひずみゲージ３９として、１ゲージ式、２ゲージ式、４ゲージ式のいずれを適用してもよい。

ハーネス４１は、複数の導線を有する部材であり、一端４１ａがひずみゲージ３９に接続され、他端４１ｂがハウジング４３の内壁に設けられた端子５９に接続され、ひずみゲージ３９に入力電圧であるブリッジ電圧を印加するための信号と、ひずみゲージ３９からの出力電圧を検出するための信号を伝送する。

図２に示すように、ハーネス４１は、内周側が操舵軸３１の外周から離間した状態で、操舵軸３１を１周以上周回するように操舵軸３１の軸方向に螺旋状に延びている。図２に示した構成例において、ハーネス４１は操舵軸３１を略３周している。また、図２に示すように、ハーネス４１は、操舵軸３１の軸方向に関して部分的にオーバーラップしないように螺旋状に配設されている。

ハーネス４１は、複数の導線を樹脂で被覆したものを用いることができるが、フレキシブル基板により構成されたものが好ましい。フレキシブル基板で構成されたハーネス４１を用いることにより、操舵軸３１の回転に応じてハーネス４１が柔軟に変形し、操舵軸３１の回転にハーネス４１がスムーズに追従する。

ハウジング４３は、トルク検出用軸３７を囲繞し、ひずみゲージ３９及びハーネス４１を覆うように構成されている。ハウジング４３は、カップ状の本体４５と、本体４５の下部を閉じるボトムプレート４７とからなり、これらがボルト４９ａ〜４９ｄにより結合されることで、内部収容空間が形成される。

図３に示すように、ハウジング４３は、支持部材６６を介して車体フレーム１３に固定されている。本体４５の上部に設けられた開口部の内周部には軸受５３が装着されるとともに、ボトムプレート４７に設けられた開口部の内周部には軸受５５が装着されており、これにより、ハウジング４３に対して操舵軸３１（トルク検出用軸３７）が回転自在に支持されている。

上記のようにハウジング４３が構成されているので、ハンドル１８の操作によって操舵軸３１が回転した際でも、操舵軸３１は車体フレーム１３側に固定されたハウジング４３に対して自由に回転することができる。また、ひずみゲージ３９及びハーネス４１はハウジング４３によって覆われているので、外部からの埃や液体の進入が防止される。

トルク算出部５７は、操舵軸３１の捩れにより発生するひずみゲージ３９の出力電圧変化に基づいて操舵軸３１に作用するトルクを、操舵トルクとして算出する。第１の実施形態の場合、ハンドル１８とトップブリッジ３３の間で操舵トルクを負担する構成部材は、操舵軸３１のみであるため、操舵軸３１に作用するトルクを操舵系に作用する操舵トルクとみなすことが可能である。

ひずみゲージ３９からは、ひずみ（捩れ）に比例した出力電圧が得られるので、ひずみゲージ３９から得られる出力電圧変化に基づいて操舵軸３１の捩れを算出し、この捩れ及び操舵軸３１の機械的特性（ねじり剛性）から操舵軸３１に作用する操舵トルクを算出することができる。

トルク算出部５７は、車体フレーム１３側の適宜の位置に設置され、導線６５を介して、ハウジング４３の外部側に設けられたコネクタ６９に電気的に接続されている。このコネクタ６９は、導線６３及び端子５９を介してハーネス４１と電気的に接続されている。なお、トルク算出部５７は、前述したＥＣＵ５０の一部の機能として構成されてもよく、あるいは、ＥＣＵ５０とは別の演算ユニットとして構成されてもよい。

図４は、操舵トルク検出装置１０に採用可能なひずみゲージ３９の一構成例を示す概略平面図である。図４に示すひずみゲージ３９は、４ゲージ方式のブリッジ回路を有する金属箔式歪ゲージとして構成されている。金属箔式歪ゲージとして構成されたひずみゲージ３９は、全体として長方形を呈し、長手方向（図４中の上下方向）を操舵軸３１（トルク検出用軸３７）の周方向に一致させて操舵軸３１の外周に貼り付けられる。

金属箔式歪ゲージとして構成されたひずみゲージ３９は、絶縁体からなるシート状のベース材７２と、ベース材７２に形成された４つの検出部７４ａ〜７４ｄ（歪により抵抗値が変化する部分）とを有する。４つの検出部７４ａ〜７４ｄは、互いに導線７６、７７、７８、７９で結線されてブリッジ回路を構成している。導線７８、７９は、それぞれ導線８１、８２を介して、ブリッジ電圧を印加するための端子８６ａ、８６ｂに接続されている。導線７６、７７は、それぞれ導線８３、８４を介して、出力電圧を検出するための端子８８ａ、８８ｂに接続されている。端子８６ａ、８６ｂ、８８ａ、８８ｂは、ハーネス４１の一端に接続されている。端子８６ａ、８６ｂ、８８ａ、８８ｂとハーネス４１とは、例えば、ハンダ付けにより接合されてよい。

図４に示すひずみゲージ３９において、検出部７４ａ、７４ｂの組と検出部７４ｃ、７４ｄの組とは、その中心間が操舵軸３１（トルク検出用軸３７）の外周の１８０°に相当する長さＬだけ離間して配置されている。このため、図５に示すように、操舵軸３１の外周の第１位置（図５で操舵軸３１の右側）に複数の検出部７４ａ〜７４ｄのうち一部（図５では７４ａ、７４ｂ）が配置され、第１位置に対して操舵軸３１の軸心ａに関して対称位置にある第２位置（図５で操舵軸３１の左側）に複数の検出部７４ａ〜７４ｄのうち残部（図５では７４ｃ、７４ｄ）が配置される。

第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について、主として図２及び図３を参照して説明する。

自動二輪車１１Ａの走行中、操舵軸３１が操舵トルクを受けて捻られると、その捻れに応じた出力電圧がひずみゲージ３９から得られる。この出力電圧は、ハーネス４１を介して電気信号としてトルク算出部５７に伝送される。トルク算出部５７では、ひずみゲージ３９の出力電圧変化に基づいて、操舵軸３１に作用するトルク（操舵トルク）を算出する。

この場合、ハーネス４１は柔軟性を有することから、操舵軸３１の回転に追従して変形する。自動二輪車などの鞍乗り型車両の操舵角は一回転（３６０°）未満であるので、その範囲であれば、ハーネス４１は操舵角の回転に十分に追従することができる。このため、ハンドル１８の操舵に何らの影響を与えることなく操舵トルクを検出することができる。

このように、操舵トルク検出装置１０は、操舵軸３１の外周に貼り付けたひずみゲージ３９の出力電圧変化に基づいて操舵トルクを検出する。従って、操舵トルク検出装置１０によれば、コンパクトな構成で操舵トルクの検出が可能となり、この結果、操舵トルク検出装置１０の設置スペースが小さくて済む。また、操舵トルク検出装置１０を簡素に構成できるので、従来の鞍乗り型車両に対して大幅な構造変更をすることなく、しかも部品点数及びコストを大幅に増大させることなく、操舵トルクを検出することが可能である。

操舵トルク検出装置１０により検出した操舵トルク（トルク値）は、ＥＣＵ５０に伝送される。ＥＣＵ５０は、操舵トルク検出装置１０で求めたトルク値に基づいて、モータ５１の駆動を制御する。これにより、自動二輪車１１Ａのステアリングの操舵力が補助される。

操舵トルク検出装置１０によれば、ハーネス４１が操舵軸３１の外周から離間した状態で、操舵軸３１を一周以上周回するように操舵軸３１の軸方向に螺旋状に延びている。このため、ハーネス４１は、図２でハンドル１８を上方から見て時計回りに操舵したとき螺旋径を大きくするように変形し、反時計回りに操舵したとき螺旋径を小さくするように変形するが、軸方向に螺旋状に延びるように操舵軸３１の外周を周回しているので、ハーネス４１の一部同士が接触することがない。すなわち、ハンドルの操舵によって操舵軸３１が回転することでハーネス４１が移動しても、ハーネス４１の内周面と操舵軸３１とが接触することがなく、また、ハーネス４１が重なってその一部同士が接触することがない。これにより、ハーネス４１の耐久性が向上する。また、安定したトルク検出が可能となる。

操舵トルク検出装置１０によれば、操舵軸３１の回転によるハーネス４１への荷重負荷を抑制することができる。また、操舵軸３１の回転に応じてハーネス４１が柔軟に変形することで、操舵軸３１の回転にハーネス４１がスムーズに追従するので、ハンドル１８の操舵に影響を与えることなく操舵トルクを検出することが可能となる。

操舵トルク検出装置１０によれば、ひずみゲージ３９の検出部が、操舵軸３１の軸心に関して対称位置に配置され、複数の位置でひずみを検出するので、操舵トルクの検出精度を向上できる。また、ひずみゲージ３９として、４ゲージ式の金属箔式ひずみゲージを用いることにより、操舵トルクを精度良く検出できる。

また、操舵トルク検出装置１０によれば、トップブリッジ３３から上方に延出したトルク検出用軸３７にひずみゲージ３９を取り付けたので、車体フレーム１３のヘッドパイプ２４の内部に操舵トルク検出装置１０を設置するスペースが無い場合でも、操舵トルクの検出が可能となる。

さらにまた、ハンドル１８とトップブリッジ３３との間に設けたトルク検出用軸３７にひずみゲージ３９が取り付けられているので、操舵トルクは、出力電圧変化から算出される操舵軸３１のひずみ量に比例する。従って、簡単な演算により操舵トルクを検出することができる。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置１０ａ（以下、操舵トルク検出装置１０ａともいう）が組み込まれた鞍乗り型車両１２の一部省略側面図である。第１の実施形態と同様に、第２の実施形態に係る操舵トルク検出装置１０ａが組み込まれた鞍乗り型車両１２は自動二輪車１２Ａとして構成されている。なお、図６に示す自動二輪車１２Ａにおいて、図１に示した自動二輪車１１Ａと同一又は同様の要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１に示した自動二輪車１１Ａでは、操舵軸３１はトップブリッジ３３からさらに上方に延伸してハンドル１８に連結していたが、図６に示す自動二輪車１２Ａでは、操舵軸９０の上端がトップブリッジ３３に連結し、トップブリッジ３３にハンドル１８が連結されている。すなわち、図６に示す自動二輪車では、トップブリッジ３３より上方には操舵軸９０が延伸していない。

図６に示すように、第２の実施形態に係る操舵トルク検出装置１０ａは、トップブリッジ３３とボトムブリッジ３５との間に配設されている。図７は、操舵トルク検出装置１０ａ及びその周辺構造を概略的に示す一部省略正面断面図である。

図７に示すように、操舵トルク検出装置１０ａは、シート状のひずみゲージ９４と、ひずみゲージ９４と車体フレーム１３側の信号ラインとを電気的に接続するハーネス９６と、操舵トルクを算出するトルク算出部１０６とを備える。

ひずみゲージ９４は、トップブリッジ３３とボトムブリッジ３５の間であってヘッドパイプ２４の内部において操舵軸９０に取り付けられている。このひずみゲージ９４は、第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置１０のひずみゲージ３９と同様に構成されてよい。また、ひずみゲージ９４は、図４に示したひずみゲージ３９と同様に、金属箔式ひずみゲージとして構成されてもよく、この場合、複数の検出部７４ａ〜７４ｄは図５に示した状態と同様に配置されてよい。

ハーネス９６は、一端９６ａがひずみゲージ９４に接続され、他端９６ｂが車体フレーム１３側に接続されている。ハーネス９６は、第１の実施形態に係る操舵トルク検出装置１０のハーネス４１と同様に構成されており、内周側が操舵軸９０の外周から離間した状態で、操舵軸９０を１周以上周回するように操舵軸９０の軸方向に螺旋状に延びている。

ヘッドパイプ２４の上部開口及び下部開口の内周部には、それぞれ軸受９１、９２が装着されており、軸受９１、９２により操舵軸９０が回転自在に支持されている。このような構造のヘッドパイプ２４の内部にひずみゲージ９４及びハーネス９６が配設され、ヘッドパイプ２４が操舵トルク検出装置１０ａのハウジング４３の機能を果たすことにより、ひずみゲージ９４及びハーネス９６が外部から遮蔽され、防塵、防水機能が付与されるとともに、外力の影響を受けにくくなる。すなわち、第２の実施形態において、ヘッドパイプ２４は、操舵トルク検出装置１０ａを収容するケースとして機能する。

ハーネス９６の他端９６ｂは、ヘッドパイプ２４の内壁に設けられた端子９８に電気的に接続されている。トルク算出部１０６は、車体フレーム１３側に配設されており、導線１０４を介して、ヘッドパイプ２４の外壁に設けられたコネクタ１０２に電気的に接続されている。なお、トルク算出部１０６は、ＥＣＵ５０の一部の機能として構成されてもよく、あるいは、ＥＣＵ５０とは別の演算ユニットとして構成されてもよい。コネクタ１０２は導線１００を介して、ヘッドパイプ２４の内壁に設けられた端子９８に電気的に接続されている。

トルク算出部１０６は、操舵軸９０の捩れにより発生するひずみゲージ９４の出力電圧変化に基づいて操舵軸９０に作用する操舵トルクを算出する。ひずみゲージ９４からは、ひずみ（捩れ）に比例した出力電圧が得られるので、ひずみゲージ９４から得られる出力電圧変化に基づいて操舵軸９０の捩れを算出し、この捩れ及び操舵軸９０の機械的特性（ねじり剛性）等に基づいて、操舵トルクを算出する。

ここで、第２の実施形態では、トップブリッジ３３とボトムブリッジ３５の間の操舵軸９０にひずみゲージ９４が貼り付けられているため、操舵軸９０の捩れ及び機械的特性（ねじり剛性）だけでは操舵トルクを正確に算出することはできない。すなわち、操舵軸９０の上下両端がトップブリッジ３３及びボトムブリッジ３５を介して左右のフロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒに機械的に連結しているため、操舵トルクを算出するには、操舵軸９０の捩れ及び機械的特性（ねじり剛性）とともに、トップブリッジ３３、ボトムブリッジ３５及び左右のフロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒの機械的特性をも考慮する必要がある。

上記を考慮し、トルク算出部１０６は、ひずみゲージ９４から得られる出力電圧変化に基づいて操舵軸９０の捩れを算出し、この捩れ及び操舵軸９０の機械的特性（ねじり剛性）に基づいて、操舵軸９０自体に作用するトルク（以下、軸トルクという）を算出する。そして、この軸トルクに対して、トップブリッジ３３、ボトムブリッジ３５及び左右のフロントフォーク２８Ｌ、２８Ｒの機械的特性を加味した補正係数を乗じて操舵トルクを算出する。

以上のように、第２の実施形態に係る操舵トルク検出装置１０ａは、操舵軸９０の外周に貼り付けたひずみゲージ９４の出力電圧変化に基づいて操舵トルクを検出する。従って、第１の実施形態と同様に、操舵トルク検出装置１０ａの設置スペースが小さくて済み、また、部品点数及びコストを大幅に増大させることなく、操舵トルクを検出することが可能である。

なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と共通する各構成部分については、第１の実施形態における当該共通の各構成部分がもたらす作用及び効果と同一又は同様の作用及び効果が得られることは勿論である。

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０、１０ａ…操舵トルク検出装置 １１、１２…鞍乗り型車両
１１Ａ、１２Ａ…自動二輪車 １８…ハンドル
３１、９０…操舵軸 ３３…トップブリッジ
３５…ボトムブリッジ ３９、９４…ひずみゲージ
４１、９６…ハーネス ５７、１０６…トルク算出部

Claims (9)

1. ハンドル（１８）より延出し車体フレーム（１３）に対して回転自在に設けられた操舵軸（３１、９０）を備えた鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）であって、
   前記操舵軸（３１、９０）の外周に貼り付けたひずみゲージ（３９、９４）と、
   前記操舵軸（３１、９０）の捩れにより発生する前記ひずみゲージ（３９、９４）の出力電圧変化に基づいて操舵トルクを算出するトルク算出部（５７、１０６）と、を備えることを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
2. 請求項１記載の鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）において、
   前記ひずみゲージ（３９、９４）と前記車体フレーム（１３）側の信号ラインとを電気的に接続するハーネス（４１、９６）を備え、
   前記ハーネス（４１、９６）は、前記操舵軸（３１、９０）の外周から離間した状態で、前記操舵軸（３１、９０）を１周以上周回するように前記操舵軸（３１、９０）の軸方向に螺旋状に延びている、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
3. 請求項２記載の鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）において、
   前記ハーネス（４１、９６）はフレキシブル基板により構成される、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１、１２）の操舵トルク検出装置（１０、１０ａ）において、
   前記ひずみゲージ（３９、９４）は複数の検出部（７４ａ〜７４ｄ）を有し、前記操舵軸（３１、９０）の外周の第１位置に前記複数の検出部（７４ａ〜７４ｄ）のうち一部が配置され、前記第１位置に対して前記操舵軸（３１、９０）の軸心に関して対称位置にある第２位置に前記複数の検出部（７４ａ〜７４ｄ）のうち残部が配置される、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１）の操舵トルク検出装置（１０）において、
   前記操舵軸（３１）は、前記ハンドル（１８）とトップブリッジ（３３）との間にトルク検出用軸（３７）を有し、
   前記ひずみゲージ（３９）は、前記トルク検出用軸（３７）に取り付けられている、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１２）の操舵トルク検出装置（１０ａ）において、
   前記ひずみゲージ（９４）は、トップブリッジ（３３）とボトムブリッジ（３５）間の前記操舵軸（９０）に取り付けられている、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１、１２）のトルク検出装置（１０、１０ａ）において、
   前記トルク検出装置（１０、１０ａ）は、ケース（２４、４３）内に収容される、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両（１１、１２）のトルク検出装置（１０、１０ａ）において、
   前記ひずみゲージ（３９、９４）は、４ゲージ式の金属箔式ひずみゲージである、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。
9. 請求項１記載の鞍乗り型車両（１１、１２）のトルク検出装置（１０、１０ａ）において、
   前記トルク算出部（５７、１０６）で求めたトルク値に基づいて、ステアリングの操舵力を補う電動パワーステアリング装置のモータ（５１）を制御する、ことを特徴とする鞍乗り型車両の操舵トルク検出装置。

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