JP2015526339A - 二輪車が走行する路面の横断勾配を決定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

二輪車（１）が走行する路面（２）の横断勾配を決定する方法（１００）において、二輪車が、少なくとも１つの車輪（１１，１２）を備え、２つの車輪（１１，１２）の回転円周が路面（２）に対する二輪車の勾配に応じて変化し、少なくとも１つの車輪（１１，１２）の回転円周に応じた変数から、路面（２）に対する二輪車の勾配を決定し、二輪車の傾斜および前記路面（２）に対する勾配から、前記路面（２）の横断勾配を検出する方法に関する。適宜な装置およびコンピュータプログラム製品が同様に本発明の対象である。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、二輪車が走行する路面の横断勾配を決定する方法および装置、ならびに対応したコンピュータプログラム製品に関する。

「横断勾配」（スイスでは横断斜度ともいう）の概念は、道路建設において道路軸線に対して直角な方向の路面（またはその下方に位置する層）の勾配を表す。横断勾配ｑは、通常は％で示される。例えば、１％の横断勾配は１ｃｍ〜１ｍの高低差に相当する。横断勾配の主目的は、表面の水を素早く、被害をもたらすことなく排出し、これにより道路本体を湿気から保護し、水の滞留または水の滞留の結果（ハイドロプレーニング現象、水煙または凍結）を防止することである。しかしながら、横断勾配は、走行制御目的、例えば、高速で通過されるカーブにおいて遠心力を吸収もしくは低減する役割も果たす。さらに横断勾配はカーブの認識を改善し、ドライバを視覚的に導く役割も果たす。

二輪車における現在のアンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）および統合ブレーキシステムは、いわゆる「直進時のブレーキ」、および中程度の傾斜におけるブレーキの場合には十分に機能し、安全である。傾斜がより大きい場合には、カーブにおいても安全な制動を保障するためにブレーキシステムのパラメータ（例えば、ブレーキ力配分、ブレーキ圧勾配、および制御戦略）をカーブ走行に適合させる必要がある。二輪車の傾斜を把握することはこのために不可欠である。また、コーナリングランプ・システム、シャシシステム、およびエレクトロニック・スタビリティ・コントロールシステムも入力変数として少なくとも傾斜を必要とする。

カーブ走行時に行われる制動は、二輪車の場合、幾何学的な関係に基づいてカーブ内側方向への操舵トルクをもたらす。この操舵トルクは、いわば「直立方向のトルク」を引き起こす。したがって、このようなトルクを少なくとも弱めるためには、ブレーキ強度に応じてステアリングに操舵量を加えるステアリングアシストが設けられていてもよい。操舵量はカーブ外側方向に向けられている。操舵量は、直立方向のトルクに反作用する。このためにも少なくとも傾斜の認識が必要である。

傾斜は、例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０６１１１４号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１１０７６６４０号明細書に記載されているように、傾斜センサによって検出することができる。しかしながら、既知の傾斜センサは、水平線または垂線に対してのみ二輪車の傾斜を測定する。これに対して、道路の横断勾配は考慮されない。

しかしながら、加速または制動の際に伝達可能な力については、路面に対する二輪車の勾配が同様に重要である。例えば、カーブ内側方向により強く傾斜したカーブでは、横断勾配がより小さいカーブや外側に向けられているカーブの場合よりも強度に加速され得る。

したがって、二輪車における上記用途において、横断勾配を考慮した改善を行う必要性がある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０６１１１４号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１１０７６６４０号明細書

このような背景から、本発明は、独立請求項に記載の特徴を有する、二輪車が走行する路面の横断勾配を決定する方法および装置、ならびに適宜なコンピュータプログラム製品を提案する。好ましい構成が従属請求項および以下の説明の対象である。

発明の利点
本発明は、二輪車の車輪の少なくとも１つの回転円周および／または回転円周に応じた変数、例えば回転円周または車輪回転数の変数と、それぞれ走行した路面に対する勾配との間の関係を、勾配を決定するために使用するという思想に基づいている。例えば、傾斜センサによって測定された傾斜と組み合わせて、例えば計算により路面の横断勾配を決定することができる。

この出願の範囲では、「傾斜」とは水平線に対する二輪車の勾配を示す。すなわち、横断勾配に応じた変数が問題となる。「路面に対する勾配」とは、路面に対する二輪車の位置を示す。この場合、二輪車自体が傾斜を備えており、および／または道路が横断勾配を備えている場合がある。例えば、二輪車自体は傾斜を備えていないが道路は横断勾配を備えている場合、またはその逆の場合、路面に対する勾配がある。これに対して、二輪車も道路も同様の傾斜もしくは横断勾配（例えば、１０°もしくは２２％）を備えている場合、二輪車は路面に対して傾斜していない。

特に、添付の図面から明らかなように、個々の方法のみでは横断勾配を決定するために不十分である。

したがって、上述のように既知の傾斜センサは二輪車の傾斜のみ、すなわち、一般に地球の重力場に関して水平線または垂線に対する勾配のみを測定する。この場合、例えば、複数の加速度センサが使用される。例えば乗用車のためのエレクトロニック・スタビリティ・コントロールシステムにおいて最近使用される既知のヨーレートセンサによって傾斜を検出することもできる。しかしながら、横断勾配はやはり考慮されない。

車両の所定の位置に取り付けられ、例えば三角測量法により傾斜を測定するセンサによって車両表面に対する二輪車の勾配を測定することもできる。この場合、勾配が異なる場合に変化する車両構成部分と道路との間隔をセンサによって測定することができる。センサは、例えば、超音波、マイクロウェーブ、レーダ、ライダー、レーザ、または光学式のセンサであってもよい。これらのセンサが一般に高価であり、故障しやすいことを度外視しても、やはり上述の意味では傾斜を検出することができない。

これに対して、本発明は、二輪車の少なくとも１つの車輪の回転円周と路面に対する勾配との間の既知の関係に基づいた簡単で確実な方法を提案する。この関係は、例えば、横断勾配のない路面を走行しているが、傾斜が異なる場合に、例えば、一般に使用されるタイヤの測定に基づいて、および／または経験的に決定することができる。

特に好ましくは、１つの車輪だけではなく、複数の車輪の回転円周を用いる。二輪車は、既知のように前輪および後輪に、外形の異なるタイヤを備える。添付の図面に関連して説明したように、路面に対して二輪車が傾斜した場合に、両方の車輪は、回転円周がより小さくなることにより、相応の勾配がない場合よりも高速で走行する。この変化は前輪では後輪ほど顕著ではない。したがって、勾配に応じて前輪回転数と後輪回転数との間の回転数差は異なる。このことは、従来のスリップ制御方法では、例えば前輪回転数と後輪回転数との間の車輪回転数差を適宜な調整値として用いることができないことを意味する。

この場合、上記関係は次のように示される：
Λｖ＝ｆ（勾配）
Λｖ＝ｖ_ｖ−ｖ_Ｈ＝０⇒勾配なし
となり、この場合、Λｖは、前輪回転数と後輪回転数との間の車輪回転数差を示し、ｖ_Ｈは対応した個別回転数を示す。

換言すれば、このことは、前輪と後輪との間の回転数差を確認できない場合には、路面に対する勾配がないと推論することができることを意味する。この場合に傾斜センサによってそれでも傾斜が検出された場合には、路面自体が横断勾配を備えていると仮定することができる。中間状態、例えば路面に対する二輪車の勾配が確認され、同時に傾斜センサにより傾斜が測定された場合には、対応する値を単純に相殺すればよい。特に、この場合、路面の横断勾配を直接に示す差が生成される。例えば、タイヤの外形および傾斜により生じる車輪回転数差よりも大きい車輪回転数差が生じた場合には、道路はカーブ外側に向けて低くなっている。その反対の場合には、道路は外側に向けて高くなっている。

好ましくは、少なくとも１つの車輪の回転円周または車輪回転数から参照値を決定することもできる。特に好ましくは、参照値は前輪および後輪の回転円周または車輪回転数から決定することもできる。両方の車輪を考慮することにより、特により高い確実性も得られる。参照値の変化から、路面に対する勾配を直接に推論することが可能である。例えば路面に対する傾斜または勾配なしに走行している場合に適宜な参照値を得ることができる。このために、特に好ましくは、所定の時間にわたって参照値を集めて適宜に処理する統計学的方法が用いられる。既知の関係は、関数または数値表の形式で設定することができ、これらを、例えば異なる車輪および／またはタイヤタイプもしくは形式について制御器に保存しておくこともできる。この場合、好ましくは、制御器は、検出された値をさらに使用する制御器である。

好ましくは、使用される値は、トルク変化および／または速度変化、および／または特にセンサによって検出される他の車両情報および／または周辺情報を少なくとも部分的に考慮して決定される。これにより、これらの数値に影響を及ぼすが、路面に対する勾配および／または傾斜に直接に基づいていない妨害作用を少なくとも部分的に補正もしくは訂正することができる。

所定の横断勾配は、好ましくは電子ブレーキシステム、ヘッドライト調整システムおよび／またはエレクトロニック・スタビリティ・コントロールシステムにおける閉ループ制御または開ループ制御において使用するか、および／またはタイヤ圧力監視システムを調整する場合に考慮することができる。アンチロック・ブレーキ・システムおよび／または電子的な制動力配分において考慮した場合、特に有利である。

本発明の特別な利点は、本発明による方法もしくは本発明による装置が安価に実現されることである。車輪回転数センサによって、個々の車輪の回転運動を監視するアンチロック・ブレーキ・システムが二輪車分野でも普及してきているので、路面に対する勾配を測定するために不可欠な情報は既に提供されている。したがって、付加的なセンサのためのさらなるコストは生じない。

適宜な傾斜センサによる傾斜の測定のみがさらに必要になる。しかしながら、このようなセンサは、例えばスリップ制御のために既に組み込まれていることが多い。

横断勾配の決定は、大きい手間なしに、例えばエンジン制御器または適宜な計算ユニットにおける適宜な計算によって行うことができる。

このような本発明による計算ユニットは、特にプログラム技術的に、本発明による方法を実施するように構成されている。

ソフトウェアの形式で本発明を実施することも有利である。なぜなら、構成された制御器がいずれにせよ提供されており、他の課題のためにも使用される場合には、特にわずかなコストしか生じないからである。コンピュータプログラムを提供するための適宜なデータ担体は、特にフロッピーディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどである。コンピュータ・ネットワーク（インターネット、イントラネットなど）を通じてプログラムをダウンロードすることも可能である。

本発明の他の利点および構成が以下の説明および添付の図面により明らかである。

上記特徴、および以下にさらに説明する特徴は、それぞれに示された組合せにおいてのみならず、本発明の範囲を逸脱することなしに他の組合せにおいて、または単独で使用することもできることは自明である。

本発明を実施例に基づいて図面に概略的に示し、以下に図面を参照して詳述する。

図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、傾斜、路面に対する勾配、および横断勾配が異なる場合の二輪車の前輪を示す概略図である。 部分図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、傾斜、路面に対する勾配、および横断勾配が異なる場合の二輪車の後輪を示す概略図である。 本発明の特に好ましい実施形態にしたがった方法を示すブロック図である。 本発明による方法を実施することができる二輪車を示す図である。

図１の部分図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃには、二輪車１の前輪１１が断面図で概略的に示されており、それぞれ全体として１１により示されている。前輪１１のタイヤ１１１およびハブ１１２が概略的に示されている。路面が２により示されている。

座標系１０が、空間における前輪１１の位置を明らかにするために示されている。座標系の軸線Ｈは、（地球の重力場に関して）水平線を示し、軸線Ｖは垂線を示す。軸線Ｘは、紙平面に対して垂直に延在し、例えば、前輪１１の転動方向、ひいては二輪車の走行方向もしくは道路軸線を示す。前輪１１の回転軸線Ａは紙平面に位置する。軸線Ｂは、回転軸線Ａに対して垂直に延在し、前輪１１、ひいては二輪車の傾斜に応じて、垂線Ｖに対して傾斜している。

部分図１Ａには、前輪１１、したがって二輪車が路面２に対して傾斜しておらず、路面２も横断勾配を有していない状況が示されている。換言すれば、路面２は水平線Ｈに対して平行であり、前輪１１は垂直である。回転軸線Ａもまた軸線Ｈに対して平行に延在し、軸線Ｂも垂線Ｖに対して平行に延在する。範囲Ｒ_１１は、前輪１１の回転円周示す。前輪は、範囲Ｒ_１１に対応する点Ｐ_Ｒにおいて路面２に接触する。

部分図１Ｂには、路面２が水平線Ｈに対してもはや平行に延在していない状況が示されている。むしろ路面２は、ここでは誇張して示した４５°（１００％）の横断勾配角に応じて傾斜している。しかしながら、図示の状況では二輪車、したがって前輪１１は傾斜を有していない。前輪１１は、図１Ａと同様に配置されている。タイヤ１１１は、点Ｐ_１１で路面に接触し、これにより、回転円周ｒ_１１が生じる。部分図１Ｂを部分図１Ａｔと概観するとわかるように、回転円周ｒ_１１は回転円周Ｒ_１１よりも小さい。

例えば、より高い回転速度で１つの車輪においてこのようにより小さい回転円周が検出されたのにもかかわらず、同時に二輪車１の傾斜が検出されない場合、路面２の横断勾配があるが、二輪車の傾斜１はないと仮定することができる。

別の場合が図１Ｃに示されている。この図では、前輪１１、したがって二輪車自体が傾斜を有し、この図では、例えば垂線Ｖに対して４５°の傾斜を有している。しかも路面２は同様に４５°の傾斜を有している。したがって、タイヤ１１１は、部分図１Ａに示した状況と同様に点Ｐ_Ｒで路面２に接触する。したがって、車輪１１の回転円周Ｒ_１１も部分図１Ａの回転円周に対応している。回転円周の評価は、部分図１Ａの場合と異なっていないので、この場合、傾斜センサによって検出された傾斜のみに基づいて、路面２の横断勾配を推論することができる。

図１Ａ〜図１Ｃに示した状況の間には、上述のように、路面２の横断勾配をそれぞれ所定の勾配および傾斜から計算することができる中間的状況が生じる場合がある。

部分図２Ａ〜２Ｃには、図１の部分図１Ａ〜１Ｃに対して比較可能な二輪車の後輪１２の傾斜角および傾斜が示されている。後輪１２のタイヤは１２１によって示されており、ハブは１１２によって示されている。これらに対応して、最大の回転円周は符号Ｒ_１２、より小さい回転円周は符号ｒ_１２により示されている。同様に、ここでも路面に対して二輪車１が傾斜した場合（部分図２Ｂ）に回転円周の減少が生じることがわかる。

図１および図２を概観するとわかるように、前輪１１および後輪１２は異なるタイヤ横断面を備えているので、前輪１１および後輪１２の回転円周は、傾斜が同じでも（部分図１Ｂおよび図２Ｂを参照）異なる範囲で変化する。したがって、減少した前輪ｒ_１１の回転円周は、減少した後輪ｒ_１２の回転円周よりも依然として大きい。

したがって、路面２に対する傾斜が同じ場合には、前輪および後輪１１，１２は異なる位置Ｐ_１１およびＰ_１２で路面２に接触する。これにより、異なる回転円周ｒ_１１およびｒ_１２が生じる。これに対して、点Ｐ_Ｒは等しい。これにより、路面２に対して二輪車１が傾斜していない場合には、前輪１１と後輪１２との間に回転数差が認められないことがわかる。これに対して、所定の傾斜がある場合には回転数差が生じる。本発明によれば、傾斜を決定するためにこの差を用いることができる。

図３は、本発明の特に好ましい実施形態にしたがった方法を概略的に示し、全体に符号１００を付す。この方法は、３つの重要な方法ステップ１０１，１０２，１０３を備える。

第１方法ステップ１０１では、上述のように、回転円周および／またはこれに応じた値から、路面２に対する二輪車１の傾斜が決定される。

ステップ１０２では、二輪車１の傾斜が決定される。これは、上述のように、例えば適切な傾斜センサを用いて行われる。

ステップ１０３では、勾配および傾斜から路面２の横断勾配が決定される。

図４は、ドライバ３により路面２を走行される二輪車１を示す。座標系１０および軸線Ａ，Ｂは図１および図２のものにそれぞれ対応する。二輪車１は後方から図示されており、後輪１２のみを見ることができる。

二輪車１は、例えば、少なくとも１つの加速度センサおよび／または少なくとも１つのヨーレートセンサを有する傾斜決定装置１３を備える。

図５に示すように、路面２は横断勾配を備えておらず、これに対して二輪車１の後輪１２は垂線Ｖに対して傾斜しており、この傾斜は傾斜決定装置１３によって決定可能である。

Claims (10)

1. 二輪車（１）が走行する路面（２）の横断勾配を決定する方法（１００）において、
   前記二輪車（１）が、それぞれ回転円周を有する２つの車輪（１１，１２）を備え、
   前記２つの車輪（１１，１２）の少なく１つの車輪（１１，１２）の回転円周が、前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配に応じて変化し、
   前記少なくとも１つの車輪（１１，１２）の回転円周に応じた変数から、前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配を決定し、前記二輪車（１）の傾斜を決定し、
   前記二輪車（１）の前記傾斜および前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配から、前記路面（２）の横断勾配を検出する、方法。
2. 請求項１に記載の方法（１００）において、
   少なくとも部分的に、前記少なくとも１つの車輪（１１，１２）の回転円周に応じた変数と少なくとも１つの参照値との比較に基づいて、前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配を決定する、方法。
3. 請求項２に記載の方法（１００）において、
   学習関数を用いて、および／または前記少なくとも１つの車輪（１１，１２）を記述する少なくとも１つの変数を用いて、前記参照値を定義する、方法。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法（１００）において、
   前記少なくとも１つの車輪（１１，１２）の回転円周に応じた変数として、少なくとも１つの車輪回転数値および／または少なくとも１つの車輪回転数値に応じた変数を用いる、方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法（１００）において、
   前記２つの車輪（１１，１２）の回転円周に応じた変数から、前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配を決定する、方法。
6. 請求項５に記載の方法（１００）において、
   前記２つの車輪（１１，１２）の回転数差から、前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配を決定する、方法。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法（１００）において、
   少なくとも１つの傾斜決定装置（１３）を用いて前記二輪車の傾斜を決定する、方法。
8. 請求項７に記載の方法（１００）において、
   前記少なくとも１つの傾斜決定装置（１３）が、少なくとも１つの加速度センサおよび／または少なくとも１つのヨーレートセンサを含む、方法。
9. 二輪車（１）が走行する路面（２）の横断勾配を決定するように構成された装置において、
   前記二輪車（１）が、それぞれ回転円周を有する２つの車輪（１１，１２）を備え、
   前記２つの車輪（１１，１２）の少なくとも１つの車輪（１１，１２）の回転円周が、前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配に応じて変化し、
   前記装置が、前記少なくとも１つの車輪（１１，１２）の回転円周に応じた変数から前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配を決定するように構成された手段と、前記二輪車（１）の傾斜を決定するように構成された手段と、前記二輪車（１）の前記傾斜および前記路面（２）に対する前記二輪車（１）の勾配から前記路面（２）の横断勾配を検出するように構成された手段とを備える、装置。
10. プログラムコード手段を備えるコンピュータプログラムにおいて、
    プログラムコード手段が、計算ユニット、特に請求項９に記載の装置の計算ユニットを作動し、前記プログラムコード手段が計算ユニットで実施された場合に、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法を実施する、コンピュータプログラム。

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