JP2019119446A - 車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】ステアリング振動、キックバックを抑えステアリングの操作性が良好なステアリング制御装置の提供。【解決手段】車両は、本体、ステアリング可能な車輪、ステアリング、ステアリングアクチュエータ、および電子コントローラを含む。本体はサドルを含む。ステアリング可能な車輪は、サスペンションを介して本体に結合される。ステアリングは、ステアリング可能な車輪をステアリングするために本体に回転可能に結合される。ステアリングアクチュエータは、ステアリング可能な車輪にステアリングトルクを加えるように構成される。電子コントローラは、ステアリングアクチュエータを使用してステアリングトルクを制御するように構成され、第1の所定の閾値に対してステアリング可能な車輪と走行面との接触が減少したことを判定すると、ステアリングアクチュエータを用いてステアリング可能な車輪にステアリングダンパートルクを生成するように構成される。【選択図】図5

Description

本発明は、概して、車両に関する。より具体的には、本発明は、車両のステアリング制御に関する。
自動二輪車などの鞍乗型車両では、ステアリングダンパーを用いて、例えば、ステアリング可能な車輪からステアリングに伝達されるステアリング振動またはキックバックを低減する。油圧式ステアリングダンパー、機械式/電気式ステアリングダンパーなどの異なるタイプのステアリングダンパーがある。具体的には、油圧式ステアリングダンパーは、油圧シリンダの油圧減衰力を介してステアリング振動を減衰させるための油圧シリンダを有する。一方、機械式/電気式ステアリングダンパーは、油圧式ダンパーを用いずにステアリング振動を減衰させる構造を有する。機械式/電気式ステアリングダンパーは、発電機を駆動することによって生成される電磁力によってステアリング振動を減衰させるための発電機を有する。一方、他の機械式/電気式ステアリングダンパーは、モータによって生成される駆動トルクによってステアリング振動を減衰させるためのモータを有する。
車両の前輪の負荷が急激に増加すると、ステアリング振動または大きなキックバックが発生する可能性があることが発見されている。例えば、車両が走行している間、加速および/または空気抗力により車両の前輪の負荷が低減されることがある。一方、車両の前輪の負荷が低減された後に車両が減速すると、車両の前輪の負荷が増大する可能性がある。具体的には、例えば、車両の駆動輪に十分なトルクが付与されている場合には、前輪が地面の走行面から離れる(後輪走行(ウイリー)する)可能性がある。前輪が再び地面の走行面に接触すると、前輪の負荷が突然増加し、ステアリング振動または大きなキックバックが発生する可能性がある。
これらステアリング振動または大きなキックバックは、車両のステアリングダンパーの減衰力を増加させることによって減衰させることができる。しかしながら、減衰力が増加すると、減衰力がステアリング操作に影響を及ぼすため、ステアリングの操作性が損なわれる可能性がある。
概して、本開示は、車両の様々な特徴を対象とする。
本開示の一態様によれば、車両は、本体、ステアリング可能な車輪、ステアリング、ステアリングアクチュエータ、および電子コントローラを含む。本体はサドルを含む。ステアリング可能な車輪は、サスペンションを介して本体に結合される。ステアリングは、ステアリング可能な車輪をステアリングするために本体に回転可能に結合される。ステアリングアクチュエータは、ステアリング可能な車輪に加えられるステアリングトルクを加えるように構成される。電子コントローラは、ステアリングアクチュエータを使用してステアリングトルクを制御するように構成され、第1の所定の閾値に対してステアリング可能な車輪と走行面との接触が減少したことを判定すると、ステアリングアクチュエータを用いてステアリング可能な車輪にステアリングダンパートルクを生成するように構成される。
また、開示された車両の他の特徴、態様、および利点は、添付の図面と併せて様々な特徴を有する車両のいくつかの概略的な実施形態を開示する以下の詳細な説明から、車両の分野の当業者には明らかになるであろう。
ここで、この独創的な開示の一部を形成する添付の図面を参照する。
一実施形態に係る車両の左側面図である。 図1に示した車両の前輪ステアリング機構を示す概略図を示す。 図1に示した車両の電子構成のブロック図を示す。 図1に示した車両のステアリング制御の概要を示すフローチャートを示す。 図1に示した車両のステアリング制御において、ステアリングダンパートルク、ステアリング操作トルク、ステアリング調整トルクを付与するタイミングを示すグラフを示す。 図4に示したステアリング制御において、ステアリングダンパートルクの第2の係数の計算を示すフローチャートを示す。 図4に示したステアリング制御におけるステアリング操作トルクの第1の係数の計算を示すフローチャートを示す。 図4に示したステアリング制御におけるステアリング調整トルクの第3の係数の計算を示すフローチャートを示す。 一実施形態に係るステアリング制御なしの車両挙動のシミュレーション結果を示す。 一実施形態に係るステアリング制御ありの車両挙動のシミュレーション結果を示す。 図1に示した車両のステアリング制御のための車速および車両ロール角に基づく所定のステアリング角を示すグラフを示す。 一変形例に係る車両の前輪ステアリング機構を示す模式図を示す。 図12に示した車両の電子構成のブロック図を示す。 他の一変形例に係る車両の前輪ステアリング機構を示す模式図を示す。 図14に示した車両の電子構成のブロック図を示す。
これらの図は、特定の例示的な実施形態において利用される方法、構造および/または材料の一般的特徴を図示し、以下に提供される記述を補足することを意図していることに留意すべきである。しかしながら、これらの図面は、縮尺どおりではなく、任意の所与の実施形態の正確な構造または性能特性を正確に反映しない場合があり、例示的実施形態によって包含される値または特性の範囲を定義または限定するものとして解釈されるべきではない。様々な図面において類似または同一の参照番号を使用することは、類似または同一の要素または特徴の存在を示すことを意図している。
以下、図面を参照して選択された実施形態を説明する。実施形態の以下の説明は、例示のみのために提供され、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義されるように本発明を限定する目的のためではないことは、当業者には明らかであろう。図面における同様の参照番号は、類似または同一の要素または特徴を示しており、したがって、類似または同一の要素または特徴の説明は、後の実施形態では省略されることがある。
最初に図1を参照すると、一実施形態によるステアリング制御によって操作されるように構成された車両10が示されている。
図1に示すように、車両10は、自動二輪車またはスポーツバイクとして示される車輪付き車体11を有する。しかしながら、車輪付き車体11は、他のストリートまたはオンロード型の自動二輪車であってもよい。また、車輪付き車体11は、オンロード型の自動二輪車に限定されず、例えば、いわゆるスクータ型、モペット型、オフロード型等のものであってもよい。また、車輪付き車体11は、二輪車に限らず、デルタトライクまたはタッドポールトライク等の電動三輪車であってもよい。また、車輪付き車体11は、自動二輪車に限らず、ATV(All Terrain Vehicle:全地形用車両)や四輪バギー等のように運転者(ライダー)がまたがって乗車する他の鞍乗型車両、または任意の他のタイプの自動車であってもよい。
以下の説明において、「前」および「前方」という用語は、運転者がシートに着座したときに直進する方向を指す。以下の説明において、「後」、「後方」、および「後部」という用語は、前面方向または前方方向とは反対の方向を指す。また、「左」という用語は、座席に着座して真直ぐ前を見る運転者の左側に向かう方向を指す。さらに、「右」という用語は、左方向とは反対の方向を指す。
図1に示すように、車輪付き車体11は、基本的に、本体12と、駆動ユニット14と、前輪16と、後輪18と、ハンドルバー20(例えば、ステアリング)とを含む。本体12は、本体フレーム22とスイングアーム24とを有する。本体フレーム22は、車輪付き車体11の骨格を形成し、従来の仕方で駆動ユニット14を搭載している。スイングアーム24は、その後端において本体フレーム22に回動可能に結合されている。スイングアーム24は、後輪18をその後端部で回転自在に支持している。図示の実施形態では、前輪16は、車両10のステアリング可能な車輪(例えば、ステアリング可能な単一の前輪)であり、一方、後輪18は、駆動ユニット14によって駆動される車両10の駆動輪である。この構成により、車両10は地面GDの走行面上を走行する。
図2に示すように、本体フレーム22はまた、その前端部にヘッドチューブ26を有する。ヘッドチューブ26は、ステアリングシャフト28およびフロントフォーク32を回転自在に支持している。フロントフォーク32はステアリングシャフト28に結合されている。フロントフォーク32は、従来の仕方で前輪16を回転自在に支持している。こうして、前輪16はフロントフォーク32を介して本体12に取り付けられている。
図2にさらに示すように、ハンドルバー20は、本体12の本体フレーム22の上部に回転可能に結合され、前輪16をステアリングする。図示の実施形態では、ハンドルバー20はステアリングシャフト28から機械的に切り離されている。こうして、図示の実施形態では、ハンドルバー20の回転操作(例えば、ステアリング操作)は、ハンドルバー20からステアリングシャフト28に直接伝達されない。その代わりに、車輪付き車体11は、ステアリングセンサ34およびステアリングアクチュエータ36を有する。ステアリングセンサ34は、ハンドルバー20のステアリング操作を検出する。ステアリングアクチュエータ36は、ステアリングセンサ34により検出されたハンドルバー20の検出されたステアリング操作に応じて、ステアリングシャフト28を回転させて前輪16をステアリングする。こうして、ステアリングアクチュエータ36は、前輪16に作用するステアリングトルクを制御して前輪16のステアリング角を変更するように構成されている。
具体的には、図示の実施形態では、ステアリングセンサ34は、ハンドルバー20のハンドルバーシャフトの回転角度(例えば、ハンドルバー20のステアリング角)を測定するロータリエンコーダなどのステアリング角センサを含む。もちろん、ステアリングセンサ34は、ハンドルバー20のステアリング操作を検出する異なるタイプのセンサをさらに含むことができる。例えば、図示の実施形態において、ステアリングセンサ34は、ハンドルバー20に加えられる回転トルク(ハンドルバー20のステアリングトルク)を検出するステアリングトルクセンサをさらに含むことができる。ステアリングアクチュエータ36は、サーボモータを含む。ステアリングアクチュエータ36は、ハンドルバー20のステアリング角および/またはステアリングトルクに応じて前輪16をステアリングするための回転トルク(すなわち、ステアリングアクチュエータ36のステアリングトルク)を生成する。具体的には、ステアリングアクチュエータ36は、従来の仕方で本体フレーム22に固定的に結合され、ステアリングアクチュエータ36の出力ギヤ36aを回転させる。ステアリングアクチュエータ36の出力ギヤ36aは、ステアリングシャフト28の入力ギヤ28aと噛み合っており、ステアリングアクチュエータ36のステアリングトルクを、前輪16をステアリングするステアリングシャフト28に伝達する。もちろん、図示の実施形態では、車輪付き車体11は、地面GDの走行面から反力をハンドルバー20に伝達するためのハンドルバー20への適切なステアリング力フィードバック(またはステアリング反力)を生成するステアリング力アクチュエータをさらに含むことができる。特に、ステアリング力アクチュエータは、ステアリングセンサ34に配置することができ、ステアリングシャフト28に加えられるステアリングトルクおよび/または前輪16のステアリング角に応じてハンドルバー20にステアリング力フィードバックを生成することができる。さらに、図示の実施形態では、車輪付き車体11は、ステアリングシャフト28の回転角(すなわち、ステアリングシャフト28のステアリング角)および/またはステアリングシャフト28に加えられた回転トルク(すなわち、ステアリングシャフト28のステアリングトルク)を検出するステアリングセンサをさらに含むことができる。
図2に示すように、フロントフォーク32は、伸縮自在なフォークであり、例えば、コイルバネやダンパー等のサスペンション部品38を内部に含む一対のフォークチューブ32a、32bを含み、車輪付き車体11のサスペンションを形成する。こうして、前輪16はサスペンションを介して本体12に結合される。図示の実施形態では、車輪付き車体11は、フロントフォーク32のサスペンションストロークを測定するリニアエンコーダなどのサスペンションストロークセンサ40をさらに含む。具体的には、サスペンションストロークセンサ40は、フォークチューブ32a、32bの間に結合され、例えば、フォークチューブ32a、32bの間の相対的な位置ずれをフロントフォーク32のサスペンションストロークとして測定する。もちろん、フロントフォーク32は、必要および/または所望に応じて他のタイプの自動二輪車のフォークとすることができる。また、サスペンションストロークセンサ40は、必要および/または所望に応じて他のタイプのストロークセンサとすることができる。
図1に示すように、車輪付き車体11はまた、燃料タンク42およびシート44を含む。燃料タンク42は、本体フレーム22上に配置されている。シート44も、燃料タンク42の後方において本体フレーム22上に配置されている。シート44は、運転者が上に跨ぐことができる鞍乗り型のシートまたはサドルである。
もちろん、車輪付き車体11は、典型的には自動二輪車に設けられる他の多くの従来の車両部品をさらに含むことができる。例えば、車輪付き車体11は、例えば、アクセル、ブレーキレバー、クラッチレバー、ブレーキペダル、およびシフトペダルをさらに含むことができる。さらに、車輪付き車体11の駆動ユニット14は、例えば、エンジン、クラッチ、複数の変速段を有するトランスミッション機構をさらに含むことができる。しかしながら、簡潔さのために、本発明を理解するために必要なこれらの車両部品のみが本明細書において例示および/または議論される。
図3に示すように、車輪付き車体11は、車両10の様々な部品を制御するための電子コントローラとしての車両ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)50を含む。具体的には、車両ECU50は、自動二輪車分野において理解されるように、車両10を制御するための1つ以上の制御プログラムを実行する1つ以上のプロセッサを有するマイクロコンピュータを含む。車両ECU50は、入力インタフェース回路、出力インタフェース回路、ROM(Read Only Memory)装置、RAM(Random Access Memory)装置等のデータ/プログラム記憶装置等の他の従来の部品を含むこともできる。RAMおよびROMは、車両ECU50のプロセッサによって実行される処理結果および制御プログラムを記憶する。車両ECU50は、従来のように車両10の部品に適切に作動的に結合されている。車両ECU50の正確な構造およびアルゴリズムは、本発明の機能を実行するハードウェアおよびソフトウェアの任意の組み合わせであり得ることは、本開示から当業者には明らかであろう。
図3に示すように、車両ECU50は、車両10の様々な状態を検出する様々なセンサに電気的に結合されている。具体的には、センサは、走行状態検出センサ52と、運転状態検出センサ54とを含む。
走行状態検出センサ52は、車両10の様々な車両の走行状態を検出するセンサを含む。例えば、図示の実施形態では、走行状態検出センサ52は、サスペンションストロークセンサ40を含む。サスペンションストロークセンサ40は、フロントフォーク32のサスペンションストロークを検出し、フロントフォーク32のサスペンションストロークを示す信号を車両ECU50に出力する。
さらに、走行状態検出センサ52はまた、車速センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ等のうちの少なくとも1つを含むことができる。車速センサは、従来の仕方で車速を検出するように構成されている。例えば、車速センサは、後輪18の回転速度を検出し、車両10の車速を示す信号を車両ECU50に出力する。加速度センサは、車両10の前後方向、上下方向、および左右方向の加速度を検出するように構成され、従来の仕方で車両10の加速度を示す信号を車両ECU50に出力する。ジャイロスコープは、ピッチ、ロール、およびヨー方向の角速度を検出するように構成され、従来の仕方で角速度を示す信号を車両ECU50に出力する。図示の実施形態では、加速度センサおよびジャイロスコープは、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性測定ユニット)のようなユニットとしてパッケージングすることができる。もちろん、走行状態検出センサ52は、エンジン、クラッチ、トランスミッション機構等の種々の走行状態を検出するセンサ等の自動二輪車に通常備えられている他の多くの従来の車両センサをさらに含むことができる。しかしながら、簡潔さのために、本発明を理解するために必要なこれらのセンサのみが本明細書に例示および/または議論される。
図示の実施形態では、ピッチ方向は左右方向を中心とする回転方向であり、ロール方向は前後方向を中心とする回転方向であり、ヨー方向は上下方向を中心とする回転方向である。本実施形態では、例えば、前方向は前後方向に沿った正の方向であり、上方向は上下方向に沿った正の方向であり、右方向は左右方向に沿った正の方向である。また、ピッチ、ロール、およびヨー方向の正の方向は、例えば、右手の法則を用いて決定される。
一方、運転状態検出センサ54は、車両10の様々な車両運転状態を検出するセンサを含む。例えば、運転状態検出センサ54は、ステアリングセンサ34を含む。ステアリングセンサ34は、ハンドルバー20のステアリング角および/またはステアリングトルクを検出するように構成され、ハンドルバー20のステアリング角および/またはステアリングトルクを示す信号を車両ECU50に出力する。
さらに、運転状態検出センサ54は、例えば、アクセル、ブレーキレバー、クラッチレバー、ブレーキペダル、シフトペダル等の各種運転状態を検出するセンサ等の自動二輪車に通常備えられている他の多くの従来の車両センサをさらに含むことができる。しかしながら、簡潔さのために、本発明を理解するために必要なこれらのセンサのみが本明細書に例示および/または議論される。
この構成では、図2および図3に示すように、車輪付き車体11は、少なくとも車両10のステアリング制御に関して、ライドバイワイヤまたはステアバイワイヤシステムを含むことができる。具体的には、車両ECU50は、ステアリングアクチュエータ36を用いて車両10のステアリング制御を行うステアリング制御モジュール60を含む。具体的には、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングセンサ34によって検出されたハンドルバー20のステアリング角および/またはステアリングトルクに基づいて、ステアリングアクチュエータ36がステアリングシャフト28に加えるステアリングトルク(すなわち、ステアリングアクチュエータ36のステアリングトルク)を計算する。そして、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36に制御信号を出力してステアリングトルクを生成する。換言すれば、この構成では、車輪付き車体11はまた、パワーステアリングシステムまたはステアリングパワーアシストシステムを含む。
次に図4〜図8を参照して、車両10のステアリング制御について詳細に説明する。
具体的には、ステアリング制御モジュール60は、ステアリング振動が発生する可能性のある条件下で車両10が走行しているか否かを判定する。図示の実施形態では、ステアリング制御モジュール60は、前輪16と地面GDの走行面との接触が減少した(負荷が減少した)と判定したときに、ステアリング振動が発生する可能性のある条件下で車両10が走行中であると判定する。さらに、図示の実施形態では、ステアリング制御モジュール60は、サスペンションストロークセンサ40により検出されたフロントフォーク32のサスペンションストロークに基づいて、前輪16と地面GDの走行面との接触の低減を判定する。基本的には、サスペンションストロークセンサ40により検出されたフロントフォーク32の検出されたサスペンションストロークは、地面GDの走行面に対する前輪16の接触荷重が小さくなるほど大きくなる(すなわち、サスペンションは伸長状態にある)。一方、前輪16と地面GDの走行面との接触負荷が大きくなるほど、フロントフォーク32の検出されたサスペンションストロークは小さくなる(すなわち、サスペンションは収縮状態にある)。もちろん、前輪16と地面GDの走行面との接触の減少は、例えば、サスペンション圧力センサ、IMUなどの他のセンサによって、数学的モデルを使用することによって、またはステアリング制御モジュール60で使用されるロジックまたはアルゴリズムとは異なるロジックまたはアルゴリズムを用いることによって、判定することができる。例えば、ピッチ方向の角速度と角度(ピッチレートとピッチ角)を用いて、前輪16と地面GDの走行面との接触の低減を判定することができる。特に、IMUから得られるピッチレートとピッチ角により、前輪16と地面GDの走行面との接触を判定することができる。
図4に示すように、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1以下である場合(ステップS12のNO)、車両10は通常ステアリングモードで運転される(ステップS14)。通常ステアリングモードでは、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を操作してパワーステアリング制御またはステアリングパワーアシスト制御を行う。具体的には、通常ステアリングモードにおいて、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を操作して、ステアリング操作トルクτnを生成する。図示の実施形態では、第1の所定の閾値Th1は、例えば、100(mm)に設定される。しかしながら、第1の所定の閾値Th1は、これに限定されず、必要および/または所望に応じて異なる値とすることができる。もちろん、前輪16と地面GDの走行面との接触の減少が、サスペンションストロークセンサ40以外のセンサによって、数学的モデルを使用することによって、またはステアリング制御モジュール60で使用されるロジックまたはアルゴリズムとは異なるロジックまたはアルゴリズムを用いることによって判定される場合、第1の所定の閾値Th1は、異なる値とすることができる。
ステアリング操作トルクτnは、ステアリングセンサ34により検出されたハンドルバー20のステアリング角および/またはステアリングトルクに応じて前輪16をステアリングするために必要なステアリングトルクである。例えば、ステアリング操作トルクτnは、ハンドルバー20のステアリングトルクに基づく増幅された補助トルクとして計算することができる。このように、通常ステアリングモードでは、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を操作して、前輪16をステアリングするためのステアリング操作トルクτnを生成する。具体的には、ステアリングアクチュエータ36は、ハンドルバー20のステアリングトルクに応じてステアリング操作トルクτnを生成し、これにより、ハンドルバー20のステアリング角によって示されたものに対応する角度位置(すなわち、前輪16のステアリング角)に前輪16をステアリングする。このステアリング操作トルクτnの計算は、自動二輪車の分野で理解されている従来の仕方で行うことができる。このように、図示の実施形態では、車両ECU50は、ハンドルバー20のステアリング操作に基づいてステアリングアクチュエータ36を用いて前輪16にステアリング操作トルクτnを生成させるように構成されている。
さらに、図4に示すように、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1より大きいが(ステップS12のYES)、第1の所定の閾値Th1より大きい第2の所定の閾値Th2以下である場合(ステップS16のNO)、車両10はステアリングダンパーモードで運転される(ステップS18)。この場合、車両10は、前輪16と地面GDの走行面との接触が減少するためステアリング振動が発生する可能性のある条件下で走行している。このように、ステアリングダンパーモードでは、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を操作して、ステアリング操作トルクτnに加えてステアリングダンパートルクτdをさらに生成する。図示の実施形態では、第2の所定の閾値Th2は、例えば、115(mm)に設定される。しかしながら、第2の所定の閾値Th2は、これに限定されず、必要および/または所望に応じて異なる値とすることができる。もちろん、前輪16と地面GDの走行面との接触の減少が、サスペンションストロークセンサ40以外のセンサによって、数学的モデルを使用することによって、またはステアリング制御モジュール60で使用されるロジックまたはアルゴリズムとは異なるロジックまたはアルゴリズムを用いることによって判定される場合、第2の所定の閾値Th2は、異なる値とすることができる。
ステアリングダンパートルクτdは、ステアリング振動またはキックバックを能動的に減衰させるためのステアリングトルクである。特に、図示の実施形態では、ステアリングダンパートルクτdは、以下のように計算される。
τd=Kd・dδ/dt
ここで、Kdは減衰係数、dδ/dtは、ステアリングシャフト28の検出されたステアリング角δの時間微分であるステアリング率を表す。ステアリング角δは、ステアリングシャフト28の回転角を検出するステアリングセンサにより検出される。減衰係数Kdは、自動二輪車の分野で理解されているように、車両10の数学的モデルまたは実験に基づいて決定された所定の定数である。もちろん、ステアリング角δは、ハンドルバー20がステアリングシャフト28と一体的にまたは同期して回転している間に、ステアリングセンサ34から得ることができる。
さらに、図4に示すように、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1より大きく(ステップS12のYES)、第2の所定の閾値Th2より大きい場合(ステップS16のYES)、車両10はステアリング角調整モードで運転される(ステップS20)。この場合、車両10は、前輪16と地面GDの走行面との接触がさらに減少するためステアリング振動が発生する可能性のある条件下で走行している。このように、ステアリング角調整モードでは、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を操作して、ステアリングダンパートルクτdに加えてステアリング調整トルクτcを生成し、一方でステアリング操作トルクτnの生成をキャンセルする。
ステアリング調整トルクτcは、前輪16のステアリング角を所定のステアリング角δcに制御するためのステアリングトルクである。特に、図示の実施形態では、ステアリング調整トルクτcは、以下のように計算される。
τc=Kp・δe+Ki・∫δedt
ここで、KpはPI制御の比例ゲインを表し、KiはPI制御の積分ゲインを表し、δeはステアリングシャフト28の所定のステアリング角δcと検出されたステアリング角δとの角度誤差である(すなわち、δe=δc−δ)。比例ゲインKpおよび積分ゲインKiは、自動二輪車の分野で理解されているように、車両10の数学的モデルまたは実験に基づいて決定された所定の定数である。この構成により、ステアリング調整トルクτcはPI制御を用いて計算される。しかしながら、ステアリング調整トルクτcは、自動二輪車の分野で理解されるように、異なる方法で計算することができる。さらに、図示の実施形態では、所定のステアリング角δcは固定値である。特に、図示の実施形態では、所定のステアリング角δcはゼロ(0度)に設定される。このように、ステアリング角調整モードでは、前輪16が車両10の前後方向と平行に制御される。もちろん、所定のステアリング角δcを異なる値に設定することもできる。
このように、図示の実施形態では、車両ECU50は、ステアリングアクチュエータ36を用いて前輪16のステアリング角を制御するように構成される。また、車両ECU50は、第1の所定の閾値Th1に対して前輪16と地面GDの走行面との接触が減少したと判定したときには(ステップS12のYES)、ステアリングアクチュエータ36を用いて前輪16にステアリングダンパートルクτdを生成させるように構成される。さらに、車両ECU50は、第2の所定の閾値Th2に対して前輪16と地面GDの走行面との接触が減少したと判定したときには(ステップS16のYES)、ステアリングアクチュエータ36を用いて前輪16のステアリング角を所定のステアリング角δcに制御するように構成される。
また、図示の実施形態では、第2の所定の閾値Th2は、第1の所定の閾値Th1に対して前輪16と地面GDの走行面との接触が少ないことを示している。具体的には、図示の実施形態では、第1の所定の閾値Th1は、第2の所定の閾値Th2未満である。
ここで図5〜図8を参照して、ステアリングアクチュエータ36によってステアリングシャフト28に加えられるステアリングトルクτsの計算について詳細に説明する。ステアリング制御モジュール60は、ステアリング操作トルクτn、ステアリングダンパートルクτd、およびステアリング調整トルクτcに基づいて、以下の式(1)により、所定の間隔でステアリングトルクτsを計算する。
τs=kn・τn+kd・τd+kc・τc(1)
ここで、kn、kd、kcは各トルクの重み係数を表し、0と1との間の値を有する(すなわち、0≦kn≦1,0≦kd≦1,0≦kc≦1)。図示の実施形態では、kn、kd、およびkcは、それぞれ第1、第2、および第3の係数と呼ばれる。具体的には、第1の係数knはステアリング操作トルクτnの重み係数であり、第2の係数kdはステアリングダンパートルクτdの重み係数であり、第3の係数kcはステアリング調整トルクτcの重み係数である。
図示の実施形態では、ステアリング制御モジュール60は、第1、第2、および第3の係数kn、kd、およびkcの計算をステアリング操作トルクτn、ステアリングダンパートルクτd、およびステアリング調整トルクτcの計算と並行して行い、(1)式を用いてステアリングトルクτsを所定の間隔で計算する。
図5に示すように、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1以下(通常ステアリングモード)であれば、第1の係数knを1に設定し、第2および第3の係数kd、kcを0に設定する。このように、通常ステアリングモードでは、ステアリングトルクτsとしてステアリング操作トルクτnを生成するように(すなわち、τs=τn)ステアリングアクチュエータ36を制御する。
また、図5に示すように、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1よりも大きいが、第2の所定の閾値Th2よりも大きくない場合(ステアリングダンパーモード)、第1および第2の係数kn、kdを1に設定し、第3の係数kcを0に設定する。このように、ステアリングダンパーモードでは、ステアリング操作トルクτnとステアリングダンパートルクτdとの和をステアリングトルクτsとして生成するように(すなわち、τs=τn+τd)ステアリングアクチュエータ36を制御する。
具体的には、図示の実施形態では、図5に示すように、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1よりも大きくなった場合には、ステアリングトルクτs内のステアリングダンパートルクτdの影響が徐々に増加するように、第2の係数kdを徐々に1まで増加させる。一方、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1よりも小さくなった場合には、ステアリングトルクτs内のステアリングダンパートルクτdの影響を徐々に小さくして打ち消すように、第2の係数kdを徐々に0まで減少させる。
より具体的には、ここで図6を参照して、ステアリング制御モジュール60によって実行される第2の係数kdの計算についてさらに詳細に説明する。
図6に示すように、ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1よりも大きいか否かを判定する(ステップS30)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1以下であると判定した場合には(ステップS30のNO)、ステアリング制御モジュール60は、第2の係数kdを0に設定し、第2の係数kd(すなわち、kd=0)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS44)。
ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1よりも大きいと判定した場合には(ステップS30のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第2の係数kdを徐々に1まで増加させて、第2の係数kdを用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS32)。ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークが、第1の所定の閾値Th1と所定のマージンαとの和(すなわち、Th1+α)よりも大きいか否かを判定する(ステップS34)。図示の実施形態では、所定のマージンαは、例えば、3(mm)に設定される。しかしながら、所定のマージンαはこれに限定されるものではなく、必要および/または所望に応じて異なる値とすることができる。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh1+α以下であると判定した場合(ステップS34のNO)、プロセスはステップS30に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh1+αよりも大きいと判定した場合(ステップS34のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第2の係数kdを1に設定し、第2の係数kd(すなわち、kd=1)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS36)。
ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークがTh1+αよりも小さいか否かを判定する(ステップS38)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh1+α以上であると判定した場合(ステップS38のNO)、プロセスはステップS36に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh1+αよりも小さいと判定した場合(ステップS38のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第2の係数kdを0まで徐々に減少させ、第2の係数kdを用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS40)。
ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1よりも小さいか否かを判定する(ステップS42)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1以上であると判定した場合(ステップS42のNO)、プロセスはステップS38に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第1の所定の閾値Th1未満であると判定した場合には(ステップS42のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第2の係数kdを1に設定し、第2の係数kd(すなわち、kd=1)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS44)。
また、図5に示すように、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2より大きい場合(ステアリング角調整モード)、第1係数のknを0に設定し、第2および第3の係数kd、kcを1に設定する。このように、ステアリング角調整モードでは、ステアリングダンパートルクτdとステアリング調整トルクτcとの和をステアリングトルクτsとして生成するように(すなわち、τs=τd+τc)ステアリングアクチュエータ36を制御する。
具体的には、図示の実施形態では、図5に示すように、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも大きくなると、ステアリングトルクτs内のステアリング調整トルクτcの影響が徐々に増加するように、第3の係数kcを徐々に1まで増加させる。また、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも大きくなった場合には、ステアリングトルクτs内のステアリング操作トルクτnの影響を徐々に減少させて打ち消すように、第1の係数knを徐々に0まで減少させる。一方、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも小さくなった場合には、ステアリングトルクτs内のステアリング調整トルクτcの影響を徐々に小さくして打ち消すように、第3の係数kcを徐々に0まで減少させる。また、ステアリングトルクτs内のステアリング操作トルクτnの影響が、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも小さくなるタイミングまで徐々に大きくなるように、第1の係数knを徐々に1まで増加させる。
より具体的には、ここで図7を参照して、ステアリング制御モジュール60によって実行される第1の係数knの計算についてさらに詳細に説明する。
図7に示すように、ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも大きいか否かを判定する(ステップS50)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2以下であると判定した場合には(ステップS50のNO)、ステアリング制御モジュール60は、第1の係数knを1に設定し、第1の係数kn(すなわち、kn=1)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS64)。
ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも大きいであると判定した場合には(ステップS50のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第1の係数knを徐々に0までに減少させ、第1の係数knを用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS52)。ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークが、第2の所定の閾値Th2と所定のマージンβとの和(すなわち、Th2+β)よりも大きいか否かを判定する(ステップS54)。本実施形態では、所定のマージンβは、例えば、3(mm)に設定される。しかしながら、所定のマージンβはこれに限定されるものではなく、必要および/または所望に応じて異なる値とすることができる。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+β以下であると判定した場合(ステップS54のNO)、プロセスはステップS50に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+βよりも大きいと判定した場合(ステップS54のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第1の係数knを0に設定し、第1の係数kn(すなわちkn=0)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS56)。
ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークがTh2+βよりも小さいか否かを判定する(ステップS58)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+β以上であると判定した場合(ステップS58のNO)、プロセスはステップS56に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+βよりも小さいと判定した場合(ステップS58のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第1の係数knを1まで徐々に増加させて、第1の係数knを用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS60)。
ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも小さいか否かを判定する(ステップS62)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2以上であると判定した場合(ステップS62のNO)、プロセスはステップS58に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも小さいと判定した場合には(ステップS62のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第1の係数knを1に設定し、第1の係数kn(すなわち、kn=1)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS64)。
さらに、ここで図8を参照して、ステアリング制御モジュール60によって実行される第3の係数kcの計算についてさらに詳細に説明する。
図8に示すように、ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも大きいか否かを判定する(ステップS70)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2以下であると判定した場合には(ステップS70のNO)、ステアリング制御モジュール60は、第3の係数kcを0に設定し、第3の係数kc(すなわち、kc=0)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS84)。
ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも大きいと判定した場合には(ステップS70のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第3の係数kcを徐々に1まで増加させ、第3の係数kcを用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS72)。ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークが、第2の所定の閾値Th2と所定のマージンγとの和(すなわち、Th2+γ)よりも大きいか否かを判定する(ステップS74)。本実施形態では、所定のマージンγは、例えば、2(mm)に設定される。しかしながら、所定のマージンγはこれに限定されるものではなく、必要および/または所望に応じて異なる値とすることができる。具体的には、図示の実施形態では、所定のマージンβとγは異なる値を有する。しかしながら、所定のマージンβとγは同じ値を有することができる。さらに、図示の実施形態では、所定のマージンγは所定のマージンβよりも小さい。しかしながら、所定のマージンγは所定のマージンβよりも大きくすることができる。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+γ以下であると判定した場合(ステップS74のNO)、プロセスはステップS70に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+γよりも大きいと判定した場合(ステップS74のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第3の係数kcを1に設定し、第3の係数kc(すなわち、kc=1)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS76)。
ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークがTh2+γよりも小さいか否かを判定する(ステップS78)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+γ以上であると判定した場合(ステップS78のNO)、プロセスはステップS76に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークがTh2+γよりも小さいと判定した場合(ステップS78のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第3の係数kcを徐々に0まで減少させ、第3の係数kcを用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS80)。
ステアリング制御モジュール60はさらに、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2よりも小さいか否かを判定する(ステップS82)。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2以上であると判定した場合(ステップS82のNO)、プロセスはステップS78に戻る。ステアリング制御モジュール60は、検出されたサスペンションストロークが第2の所定の閾値Th2未満であると判定した場合には(ステップS82のYES)、ステアリング制御モジュール60は、第3の係数kcを0に設定し、第3の係数kc(すなわち、kc=0)を用いて所定の間隔で式(1)によってステアリングトルクτsを計算する(ステップS84)。
次に、図9および図10を参照して、車両挙動のシミュレーション結果について説明する。
図9は、(本開示のステアリング制御なしの)比較例の車両の車両挙動を示し、一方、図10は、(本開示のステアリング制御ありの)本開示の車両(例えば、車両10)の車両挙動を示す。具体的には、図9は、速度対時間グラフG10、ステアリング角対時間グラフG12、サスペンションストローク対時間グラフG14、およびステアリングトルク対時間グラフG16を示す。同様に、図10は、速度対時間グラフG20、ステアリング角対時間グラフG22、サスペンションストローク対時間グラフG24、およびステアリングトルク対時間グラフG26を示す。各シミュレーションでは、車両のロール角を0度に維持しながら、速度対時間グラフG10、G20に示す入力速度に車両が追従した条件下で車両の数学モデルを用いて車両の前輪のステアリング角をシミュレートする。
図9および図10を参照すると、速度対時間グラフG10およびG20は、前輪および後輪の速度変化を示す。速度対時間グラフG10およびG20に示されるように、車両のロール角を0度に維持しながら、車両は加速され、次いで同様に減速される。サスペンションストローク対時間グラフG14およびG24に示されるように、速度対時間グラフG10およびG20に示される加速/減速により、サスペンションストロークは、タイミングT1で第1の所定の閾値Th1よりも大きくなり、次いでタイミングT2で第2の所定の閾値Th2よりも大きくなる。さらに、タイミングT3でサスペンションストロークは第2の所定の閾値Th2よりも小さくなり、次いでタイミングT4でサスペンションストロークは第1の所定閾値Th1よりも小さくなる。具体的には、速度対時間グラフG10、G20に示されるように、タイミングT5で車両の前輪が地面GDの走行面から離れ(すなわち、後輪走行し)、次いでタイミングT6で地面GDの走行面に再び接触する。
さらに、車両のロール角を0度に維持しながら、速度対時間グラフG10、G20に示す入力速度に車両が追従した同じ条件下で車両の前輪をステアリングするために加えられたステアリングトルクもまたシミュレートする。また、図9のステアリングトルク対時間グラフG16に示すように、タイミングT7の後に比較例の前輪をステアリングするために加えられたステアリングトルクは強制的に0に維持される。換言すれば、タイミングT7の後に、比較例の車両の前輪をステアリングするためにステアリングトルクは加えられない。一方、図10のステアリングトルク対時間グラフG24に示すように、本開示のステアリング制御により、ステアリングトルクτsが前輪に加えられる。特に、タイミングT1〜T4の間は、ステアリング操作トルクτnに加えてステアリングダンパートルクτdが加えられる。また、タイミングT2〜T3の間は、ステアリングダンパートルクτdに加えてステアリング調整トルクτcが加えられる。
図9のステアリング角対時間グラフG12に示すように、本開示のステアリング制御なしでは、タイミングT6で前輪が地面GDの走行面に接触した後にステアリング振動が発生する。一方、図10のステアリング角対時間グラフG22に示すように、本開示のステアリング制御ありでは、タイミングT6で前輪が地面GDの走行面に接触した後にステアリング振動が発生せず、ステアリング角は0度に保たれる。
したがって、本開示のステアリング制御によれば、ステアリング振動を効果的に抑制することができる。具体的には、人間の運転者は、後輪走行の間にステアリング角を所定のステアリング角に手動で保つことは困難である。しかしながら、本開示のステアリング制御では、前輪16が地面GDの走行面に接触する前に、前輪16が地面GDの走行面から離れている間、ステアリング角を所定のステアリング角δc(例えば、0度)に能動的に制御することができる。このように、本開示のステアリング制御では、後輪走行後のステアリング振動を効果的に最小化することができる。また、ステアリングアクチュエータ36によりステアリングダンパートルクτdを発生させることができるので、車両10に特別な機械的ダンパーを設ける必要がない。
図示の実施形態では、ステアリング角調整モードにおいて、前輪16のステアリング角を所定のステアリング角δcに制御する。具体的には、所定のステアリング角δcは固定値(0度)である。しかしながら、図11に示すように、走行状態検出センサ52により検出された車両10の車両走行状態に基づいて所定のステアリング角δcを計算することができる。
例えば、所定のステアリング角δcは、車速およびロール角(例えば、車両ロール角)の少なくとも一方に基づく値とすることができる。車速は、例えば、走行状態検出センサ52の車速センサによって検出することができる。また、ロール角は、走行状態検出センサ52のジャイロスコープによって検出されるロール方向の角速度に基づいて検出することができる。特に、図11に示すように、所定のステアリング角δcは、車速とロール角の関数として決定することができる。例えば、図11に示すように、所与の車速でロール角が大きくなるほど、所定のステアリング角δcを小さくすることができる。換言すれば、所定のステアリング角δcは、例えば、所定の車速で、車両10が右に傾く(すなわち、ロール角が正である)ときには、前輪16が右方向にステアリングされる(すなわち、ステアリング角が負となる)角度に設定することができる。
図示の実施形態では、図2に示すように、ハンドルバー20のステアリング操作がハンドルバー20からステアリングシャフト28に直接伝達されないように、ハンドルバー20は、ステアリングシャフト28から機械的に切り離されている。しかしながら、ハンドルバー20は、クラッチ機構を介してステアリングシャフト28に機械的に結合することができる。
具体的には、クラッチ機構は、ハンドルバー20のハンドルシャフトとステアリングシャフト28との間に配置することができ、車両ECU50によって操作される。特に、車両10が通常のステアリングモードおよびステアリングダンパーモード(図4および図5)で操作されている間、ステアリング制御モジュール60はクラッチ機構を係合してハンドルバー20のステアリング操作をステアリングシャフト28に機械的に伝達する。一方、車両10がステアリング角調整モードで操作されている間(図4および図5)、ステアリング制御モジュール60は、ハンドルバー20のステアリング操作をステアリングシャフト28に機械的に伝達しないようにクラッチ機構を係合解除する。
より具体的には、通常ステアリングモードでは、ステアリング制御モジュール60は、ハンドルバー20に加えられるステアリングトルクに応じてステアリングアクチュエータ36を操作してステアリング操作トルクτnを生成し、ハンドルバー20のステアリング操作を補助する(すなわち、ステアリング力補助システム)(すなわち、τs=τn)。この場合、ステアリングシャフト28に加えられる総ステアリングトルクは、ハンドルバー20に加えられたステアリングトルクとステアリング操作トルクτnとの和である。もちろん、ステアリング制御モジュール60は、通常のステアリングモード(すなわち、τs=0)でステアリング操作トルクτnを発生させるためにステアリングアクチュエータ36を操作する必要はない。この場合、通常ステアリングモードではハンドルバー20から機械的に伝達されるステアリングトルクによって前輪16がステアリングされるだけである。
また、ステアリングダンパーモードでは、ステアリング制御モジュール60がステアリングアクチュエータ36を操作して、上記のようにしてステアリングダンパートルクτdを発生させる。この場合、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36をさらに操作して、ハンドルバー20に加えられるステアリングトルクに応じてステアリング操作トルクτnを生成する(すなわち、τs=τn+τd)。したがって、この場合、ステアリングシャフト28に加えられる総ステアリングトルクは、ハンドルバー20に加えられるステアリングトルク、ステアリング操作トルクτn、およびステアリングダンパートルクτdの和である。もちろん、ステアリング制御モジュール60は、上述したように、ステアリングダンパーモード(すなわち、τs=τd)で、ステアリング操作トルクτnを発生させるためにステアリングアクチュエータ36を操作する必要はない。この場合、ステアリングシャフト28に加えられる総ステアリングトルクは、ハンドルバー20に加えられたステアリングトルクとステアリングダンパートルクτdとの和である。
さらに、ステアリング角調整モードでは、ステアリング制御モジュール60がクラッチ機構を解放することにより、ハンドルバー20のステアリング操作がステアリングシャフト28に直接伝達されることを防止する。ステアリング角調整モードでは、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を操作して、ステアリングダンパートルクτdおよびステアリング調整トルクτcを生成する(すなわち、τs=τd+τc)。この場合、ハンドルバー20に加えられたステアリングトルクはステアリングシャフト28に伝達されないので、ステアリングシャフト28に加えられる総ステアリングトルクは、ステアリングダンパートルクτdとステアリング調整トルクτcとの和である。
図示の実施形態では、車両10は、外部車両アクチュエータをさらに含むことができる。外部車両アクチュエータは、人間の運転者(ライダー)に似たヒューマノイドまたは人間模倣ロボットとして形成される。この場合、外部車両アクチュエータは、車輪付き車体11をほとんどまたは全く改造することなく、車輪付き車体11に外付けされる。外部車両アクチュエータは、少なくともハンドルバー20を物理的に操作する。もちろん、外部車両用アクチュエータは、車輪付き車体11のアクセル、ブレーキレバー、クラッチレバー、ブレーキペダル、およびシフトペダル等の車輪付き車体11の他の部品を物理的にさらに操作して自律的に車両10を走行させることができる。この構成により、自律走行モードと手動走行モードとの間で操作モードを切り替えることにより、車両10を利用することができる。自律走行モードでは、外部車両アクチュエータが車輪付き車体11に取り付けられ、車両10を自律走行させる。手動走行モードでは、外部車両アクチュエータが車輪付き車体11から取り外され、人間の運転手が車両10を手動で運転する。
図示の実施形態では、車両ECU50のステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を自律的に動作させるように構成することもできる。この場合、ステアリング制御モジュール60は、ステアリングアクチュエータ36を自律的に操作してステアリングトルクτsを発生させ、車両10が所定の目標経路に自律的に追従するように前輪16をステアリングする。換言すれば、車両10は、ステアリングアクチュエータ36を含む内部ステアリング操作装置を有することができ、例えば、所定の目標経路に応じた自動ステアリング操作信号に基づいて前輪16をステアリングするように構成することができる。
次に、図12および図13を参照して、変形例に係る車両110について説明する。車両10と車両110との類似性を考慮して、車両10の部品と同一である車両110の部品には、車両10の部品と同じ参照番号が付されている。さらに、簡潔にするために、車両10の部品と同一である車両110の部品の記載を省略する場合がある。
図12に示すように、車両110は、車輪付き車体111と、外部車両アクチュエータ170とを含む。車輪付き車体111は、車輪付き車体111の本体112の本体フレーム122によって回転自在に支持されたステアリングシャフト128の上部にハンドルバー20が固着していること以外は、図2に示す車輪付き車体11と基本的に同一である。したがって、ハンドルバー20は、前輪16に機械的に結合されて、前輪16をステアリングする。図12に示すように、車輪付き車体111は、従来の仕方で本体フレーム122に固着したステアリングアクチュエータ36をさらに有する。ステアリングアクチュエータ36は、ステアリングシャフト128の入力ギヤ128aに噛合する出力ギヤ36aを回転させて、ステアリングアクチュエータ36の回転トルク(すなわち、ステアリングアクチュエータ36のステアリングトルク)をステアリングシャフト128に伝達し、前輪16をステアリングする。
図12では概略的に示されているに過ぎないが、外部車両アクチュエータ170は、人間の運転者(ライダー)に似ているヒューマノイドまたは人間模倣ロボットとして形成される。外部車両アクチュエータ170は、車輪付き車体111をほとんどまたは全く改造することなく、車輪付き車体111に外付けされる。外部車両アクチュエータ170は、少なくともハンドルバー20を物理的に操作する。具体的には、図12に示すように、外部車両アクチュエータ170は、ステアリング操作アクチュエータ172と、リンク機構174とを含む。ステアリング操作アクチュエータ172は、図12に模式的にのみ示されているが、外部車両アクチュエータ170の本体を介して、車輪付き車体111の本体112に固定して取り付けられる。ステアリング操作アクチュエータ172は、リンク機構174を介してハンドルバー20を物理的にステアリングするための回転トルクを発生させるサーボモータを含む。特に、ステアリング操作アクチュエータ172の出力シャフトは、リンク機構174を介してハンドルバー20に機械的に結合され、ステアリング操作アクチュエータ172からハンドルバー20に回転トルクを伝達する。もちろん、外部車両アクチュエータ170は、車輪付き車体111のアクセル、ブレーキレバー、クラッチレバー、ブレーキペダル、およびシフトペダル等の車輪付き車体111の他の部品を物理的にさらに操作して自律的に車両110を走行させることができる。
図13に示すように、外部車両アクチュエータ170は、外部車両アクチュエータ170の様々部品を制御するための電子コントローラとしての外部ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)180を含む。具体的には、自動二輪車の分野で理解されるように、外部ECU180は、外部車両アクチュエータ170を制御するための1つ以上の制御プログラムを実行する1つ以上のプロセッサを有するマイクロコンピュータを含む。また、外部ECU180は、入力インタフェース回路、出力インタフェース回路などの他の従来の部品、およびROM(Read Only Memory)デバイス、RAM(Random Access Memory)デバイスなどのデータ/プログラム記憶デバイスを含むこともできる。RAMおよびROMは、外部ECU180のプロセッサによって実行される処理結果および制御プログラムを記憶する。外部ECU180は、従来の仕方で、適切に外部車両アクチュエータ170の部品に動作可能に結合される。外部ECU180の正確な構造およびアルゴリズムは、本発明の機能を実行するハードウェアおよびソフトウェアの任意の組み合わせであり得ることは、本開示から当業者には明らかであろう。
図13に示すように、外部ECU180は、車輪付き車体111の車両ECU150に電気的に結合されている。車両ECU150は、ステアリング制御モジュール160を含む。ステアリング制御モジュール160は、車両10の車両ECU50のステアリング制御モジュール60と基本的に同一である。外部ECU180は、CAN(Controller Area Network)等の車両バスを介して車両ECU150に内部接続されている。この構成により、外部ECU180は、走行状態検出センサ52により検出された各種の車両走行状態や、運転状態検出センサ54により検出された各種の車両運転状態を車両ECU150から取得することができる。外部ECU180は、ステアリング操作制御モジュール182を含む。ステアリング操作制御モジュール182は、ステアリング操作アクチュエータ172を操作して、各種車両の走行状態および各種車両の運転状態に基づいてリンク機構174を介してハンドルバー20をステアリングする。
図示の実施形態では、外部ECU180のステアリング操作制御モジュール182は、例えば、ステアリング操作アクチュエータ172を操作して、車両110が所定の目標経路に自律的に追従するようにハンドルバー20をステアリングするための回転トルクを発生させる。このように、ハンドルバー20は、例えば、所定の目標経路に応じた自動ステアリング操作信号に基づいて、前輪16をステアリングするために、外部車両アクチュエータ170によって操作されるように構成される。このように、車両110は、自動ステアリング操作信号に基づいてハンドルバー20を操作して前輪16をステアリングするように構成された外部車両アクチュエータ170(例えば、外部ステアリング操作装置)を有する。
この場合、車両110が通常ステアリングモード(図4、図5)で運転されている間、車両ECU150のステアリング制御モジュール160は、ステアリングアクチュエータ36を操作して、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20に加えられるステアリングトルクに応じてステアリング操作トルクτnを生成する(すなわち、ステアリング力補助システム)(すなわち、τs=τn)。この場合、ステアリングシャフト128に加えられる総ステアリングトルクは、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20に加えられたステアリングトルクとステアリング操作トルクτnとの和である。このように、図示の実施形態では、車両ECU150は、ハンドルバー20のステアリング操作に基づいてステアリングアクチュエータ36を用いて前輪16にステアリング操作トルクτn(例えば、ステアリング補助トルク)を生成させるように構成されている。もちろん、ステアリング制御モジュール160は、通常のステアリングモード(すなわち、τs=0)でステアリング操作トルクτnを発生させるためにステアリングアクチュエータ36を操作する必要はない。この場合、通常ステアリングモードでは、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20に加えられたステアリングトルクによって前輪16がステアリングされるだけである。
また、車両110がステアリングダンパーモードで運転されている間(図4,5)、ステアリング制御モジュール160がステアリングアクチュエータ36を操作して、上記のようにしてステアリングダンパートルクτdを発生させる。この場合、ステアリング制御モジュール160は、ステアリングアクチュエータ36をさらに操作して、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20に加えられるステアリングトルクに応じてステアリング操作トルクτnを生成する(すなわち、τs=τn+τd)。したがって、この場合、ステアリングシャフト128に加えられる総ステアリングトルクは、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20に加えられるステアリングトルク、ステアリング操作トルクτn、およびステアリングダンパートルクτdの和である。もちろん、ステアリング制御モジュール160は、上述したように、ステアリングダンパーモード(すなわち、τs=τd)で、ステアリング操作トルクτnを発生させるためにステアリングアクチュエータ36を操作する必要はない。この場合、ステアリングシャフト128に加えられる総ステアリングトルクは、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20に加えられたステアリングトルクとステアリングダンパートルクτdとの和である。
さらに、車両110がステアリング角調整モード(図4および図5)で操作されている間に、外部車両アクチュエータ170は、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20にステアリングトルクが加えられないようにステアリング操作アクチュエータ172を作動させる。これに応答して、ステアリング制御モジュール160は、ステアリングアクチュエータ36を用いてステアリング操作トルクτnを生成しない。したがって、第1の係数kn(図7)を計算することなく、ステアリングトルクτsにおけるステアリング操作トルクτnの影響を変化させることができる。具体的には、ステアリング角調整モードでは、ステアリング操作トルクτnを0まで低減させることができる。一方、ステアリング角調整モードでは、ステアリング制御モジュール160は、ステアリングアクチュエータ36を操作して、ステアリングダンパートルクτdおよびステアリング調整トルクτcを生成する(すなわち、τs=τd+τc)。したがって、この場合、ステアリングシャフト128に加えられる総ステアリングトルクは、外部車両アクチュエータ170によってハンドルバー20にステアリングトルクが加えられていないので、ステアリングダンパートルクτdとステアリング調整トルクτcとの和である。
したがって、外部車両アクチュエータ170では、ハンドルバー20に加えられるステアリングトルクを調整することにより、ステアリングトルクτs内のステアリング操作トルクτnの影響を調整することができる。図示の実施形態では、外部車両アクチュエータ170のステアリング操作アクチュエータ172は、ステアリングトルクτsにおけるステアリング操作トルクτnの影響を調整するためにハンドルバー20に加えられるステアリングトルクを生成する。しかしながら、外部車両アクチュエータ170のステアリング操作アクチュエータ172は、ハンドルバー20に加えられるステアリングトルクを生成して、ステアリングトルクτs内のステアリングダンパートルクτdおよび/またはステアリング調整トルクτcの影響を調整することもできる。この場合、ステアリングシャフト128に加えられる総ステアリングトルクは、ステアリング制御モジュール160またはステアリング操作制御モジュール182によって決定されると、車輪付き車体111のステアリングアクチュエータ36および外部車両アクチュエータ170のステアリング操作アクチュエータ172をさらに操作して、ステアリングシャフト128に加えられた総ステアリングトルクを互いに協働して発生させることができる。より具体的には、ステアリングシャフト128に加えられた総ステアリングトルクが決定されると、車輪付き車体111のステアリングアクチュエータ36は、ステアリングシャフト128に加えられる総ステアリングトルクの一部であるステアリングトルクτsを生成するように操作され、一方、外部車両アクチュエータ170のステアリング操作アクチュエータ172は、ステアリングシャフト128に加えられた総ステアリングトルクの残りの部分(すなわち、「総ステアリングトルク」−「ステアリングトルクτs」)を生成するように操作される。換言すれば、図示の実施形態では、外部車両アクチュエータ170のステアリング操作アクチュエータ172を操作して、ハンドルバー20を介してステアリングシャフト128に作用するステアリングトルクを生成することができ、ステアリングトルクは、本開示のステアリング制御を実行するためのステアリング操作トルクτn、ステアリングダンパートルクτd、およびステアリング調整トルクτcの組み合わせのいずれか1つに対応する。この場合、車輪付き車体111のステアリングアクチュエータ36がステアリングシャフト128に加えられた総ステアリングトルクの残りの部分を生成するように操作される。
さらに図14および図15を参照して、別の変形例に係る車両210について説明する。車両10,110,210の類似点を考慮して、車両10,110の部分と同一の車両210の部分には、車両10,110の部分と同じ参照番号が付されている。さらに、簡潔にするために、車両10および110の部品と同一である車両210の部品の記載を省略する場合がある。
図14に示すように、車両210は、車輪付き車体211と、外部車両アクチュエータ270とを含む。車輪付き車体211は、車輪付き車体211がステアリングアクチュエータを有していないことを除いて、基本的に図12に示す車輪付き車体111と同一である。図14に示すように、ハンドルバー20は、車輪付き車体211の本体212の本体フレーム222によって回転可能に支持されたステアリングシャフト228の上部に固着されている。
外部車両アクチュエータ270も、外部車両アクチュエータ170と基本的に同一である。図14に示すように、外部車両アクチュエータ270は、ステアリング操作アクチュエータ272と、リンク機構274とを含む。ステアリング操作アクチュエータ272は、図14では模式的にのみ示されているが、外部車両アクチュエータ270の本体を介して、車輪付き車体211の本体212に固定して取り付けられる。ステアリング操作アクチュエータ272は、リンク機構274を介してハンドルバー20を物理的にステアリングするための回転トルクを発生させるサーボモータを含む。特に、ステアリング操作アクチュエータ272の出力シャフトは、リンク機構274を介してハンドルバー20に機械的に結合され、ステアリング操作アクチュエータ272からハンドルバー20に回転トルクを伝達する。もちろん、外部車両アクチュエータ270は、車輪付き車体211のアクセル、ブレーキレバー、クラッチレバー、ブレーキペダル、およびシフトペダル等の車輪付き車体211の他の部品を物理的にさらに操作して自律的に車両210を走行させることができる。
図15に示すように、外部車両アクチュエータ270は、外部車両アクチュエータ270の様々部品を制御するための電子コントローラとしての外部ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)280を含む。外部ECU280は、基本的に外部ECU180と同一であるため、簡略のために詳細な説明は省略する。
図15に示すように、外部ECU280は、車輪付き車体211の車両ECU250に電気的に結合されている。外部ECU280は、CAN(Controller Area Network)等の車両バスを介して車両ECU250に内部接続されている。この構成により、外部ECU280は、走行状態検出センサ52により検出された各種の車両走行状態や、運転状態検出センサ54により検出された各種の車両運転状態を車両ECU250から取得することができる。外部ECU280は、ステアリング操作制御モジュール282を含む。ステアリング操作制御モジュール282は、各種車両の走行状態および各種車両の運転状態に基づいて、ステアリング操作アクチュエータ272を操作してハンドルバー20をステアリングする。
図示の実施形態では、外部ECU280のステアリング操作制御モジュール282は、例えば、ステアリング操作アクチュエータ272を操作して、車両210が所定の目標経路に自律的に追従するようにハンドルバー20をステアリングするための回転トルクを発生させる。さらに、外部ECU280のステアリング操作制御モジュール282は、車両10のステアリング制御と同様の仕方で、ステアリングトルクτsを車両210のステアリングシャフト228に加えることができるように、ステアリング操作アクチュエータ272を操作する(図4および図5)。具体的には、ステアリング操作制御モジュール282は、車両10のステアリング制御用のステアリングアクチュエータ36によってステアリングシャフト28に加えられたステアリングトルクτsと同じトルクであるステアリングトルクτsを加えるようにステアリング操作アクチュエータ272を操作する。車両210のステアリング制御中にステアリングシャフト228に加えられるステアリングトルクτsは、車両10のステアリング制御中にステアリングシャフト28に加えられるステアリングトルクτsと同じであるので、簡潔のために詳細な説明は省略する。
したがって、外部車両アクチュエータ270を用いて同じステアリングトルクτsを加えることにより、ステアリングシャフト28にステアリングトルクτsを加えることによって実行される車両10のステアリング制御と同じである車両210のステアリング制御を行うこともできる。
本発明の範囲を理解する上で、本明細書で使用する用語「備える」およびその派生語は、記載された特徴、要素、部品、群、整数、および/または工程の存在を特定するオープンエンドの用語を意図しているが、記載されていない特徴、要素、部品、群、整数、および/または工程の存在を排除するものではない。前述は、用語「含む」、「有する」、およびそれらの派生語などの類似の意味を有する単語にも適用される。また、「一部」、「セクション」、「部分」、「部材」、または「要素」という用語は、単数で使用される場合、単一の部分または複数の部分の二重の意味を有することができる。他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術用語および科学用語を含む)は、本発明の概念の例示的な実施形態が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般に使用される辞書に定義されている用語などの用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において明確に定義されていない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されない。
ある要素が他の要素に「接続される」または「結合される」と言及されている場合、それは他の要素に直接的に接続または結合されてもよく、または介在要素が存在してもよい。対照的に、ある要素が他の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と言及されている場合、介在要素は存在しない。本明細書で使用される場合、用語「および/または」は、1以上の関連する列挙された項目の任意のおよびすべての組み合わせを含む。さらに、要素または層の間の関係を説明するために使用される同様の単語は、同様に解釈されるべきである(例えば、「間」対「すぐ間」、「上方」対「すぐ上方」、「下」対「すぐ下」、「隣接」対「直接隣接」、「上」対「すぐ上」)。したがって、互いに直接接続または接触して示される部品は、他に特定されない限り、それらの間に配置される中間構造を有することができる。
「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「垂直」、「水平」、および「横」などの空間的に関連する用語ならびに他の同様の空間的な用語は、本明細書では、説明を容易にするために使用され、上記の実施形態の別の要素(複数可)または特徴(複数可)に対する1つの要素または特徴の関係を説明することができる。本発明を説明するために利用されるこれらの用語は、水平面上の車両に対して解釈されるべきである。
本発明を説明するために選択された実施形態のみが選択されたが、添付の特許請求の範囲に定義されたように本発明の範囲から逸脱することなく本明細書に様々な変更および修正を加えることができることは、当業者にとっては本開示から明らかであろう。一実施形態の構造および機能は、別の実施形態で採用することができる。特定の実施形態において、すべての利点が同時に存在する必要はない。先行技術から独特であるすべての特徴はまた、単独でまたは他の特徴と組み合わせて、そのような特徴(複数可)によって具体化される構造的および/または機能的概念を含む、出願人によるさらなる発明の別個の記述と見なされるべきである。したがって、本発明による実施形態の前述の説明は、例示のみのために提供され、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明を限定する目的のためではない。

Claims (17)

  1. サドルを含む本体と、
    サスペンションを介して前記本体に結合されたステアリング可能な車輪と、
    前記ステアリング可能な車輪をステアリングするために前記本体に回転可能に結合されたステアリングと、
    ステアリングトルクを前記ステアリング可能な車輪に加えるように構成されたステアリングアクチュエータと、
    前記ステアリングアクチュエータを使用して前記ステアリングトルクを制御するように構成され、第1の所定の閾値に対して、前記ステアリング可能な車輪と走行面との接触が減少したことを判定すると、前記ステアリングアクチュエータを使用して前記ステアリング可能な車輪にステアリングダンパートルクを生成するように構成される電子コントローラと、
    を備える車両。
  2. 本体と、
    サスペンションを介して前記本体に結合されたステアリング可能な車輪と、
    前記ステアリング可能な車輪をステアリングするために前記本体に回転可能に結合されたステアリングと、
    前記ステアリング可能な車輪のステアリング角を変更するように構成されたステアリングアクチュエータと、
    第2の所定の閾値に対して、前記ステアリング可能な車輪と走行面との接触が減少したことを判定すると、前記ステアリングアクチュエータを用いて前記ステアリング角を所定のステアリング角に制御するように構成された電子コントローラと、
    を備える車両。
  3. 前記所定のステアリング角は固定値である、請求項2に記載の車両。
  4. 前記固定値はゼロである、請求項3に記載の車両。
  5. 前記所定のステアリング角は、車速および車両ロール角の少なくとも一方に基づく値である、請求項2に記載の車両。
  6. 前記電子コントローラは、第1の所定の閾値に対して前記ステアリング可能な車輪と前記走行面との接触が減少したことを判定すると、前記ステアリングアクチュエータを用いて前記ステアリング可能な車輪にステアリングダンパートルクを生成するようにさらに構成される、請求項2に記載の車両。
  7. 前記第2の所定の閾値は、前記第1の所定の閾値に対する前記ステアリング可能な車輪と前記走行面との接触がより少ないことを示す、請求項6に記載の車両。
  8. 前記第1の所定の閾値は前記第2の所定の閾値未満である、請求項7に記載の車両。
  9. 前記電子コントローラは、前記ステアリングのステアリング操作に基づいて前記ステアリングアクチュエータを用いて前記ステアリング可能な車輪にステアリング操作トルクを生成するようにさらに構成される、請求項2に記載の車両。
  10. 前記ステアリングは、前記ステアリング可能な車輪をステアリングするために前記ステアリング可能な車輪に機械的に結合される、請求項2に記載の車両。
  11. 前記電子コントローラは、前記ステアリングのステアリング操作に基づいて前記ステアリングアクチュエータを用いて前記ステアリング可能な車輪にステアリング補助トルクを生成するようにさらに構成される、請求項10に記載の車両。
  12. 前記サスペンションのサスペンションストロークを検出するように構成されたストロークセンサをさらに含む、請求項2に記載の車両。
  13. 前記ステアリングは、自動ステアリング操作信号に基づいて前記ステアリング可能な車輪をステアリングするように操作されるように構成される、請求項2に記載の車両。
  14. 前記ステアリングアクチュエータを含み、前記自動ステアリング操作信号に基づいて前記ステアリング可能な車輪をステアリングするように構成された内部ステアリング操作装置をさらに含む、請求項13に記載の車両。
  15. 前記自動ステアリング操作信号に基づいて前記ステアリング可能な車輪をステアリングするために前記ステアリングを操作するように構成された外部ステアリング操作装置をさらに含む、請求項13に記載の車両。
  16. 前記ステアリングはハンドルバーを含み、
    前記ステアリング可能な車輪は、フォークを介して前記本体に取り付けられた単一の車輪である、請求項1に記載の車両。
  17. 前記ステアリングはハンドルバーを含み、
    前記ステアリング可能な車輪は、フォークを介して前記本体に取り付けられた単一の車輪である、請求項2に記載の車両。
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