JP2023049741A - 制御装置、車両、推定方法、およびプログラム - Google Patents

制御装置、車両、推定方法、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】車両のサスペンションのストローク量を検知するセンサを用いずに車両のノーズダイブ量を特定可能な技術を提供する。【解決手段】車両の制御装置は、前記車両に生じる前後方向の加速度を検知する検知手段と、前記検知手段で検知された加速度に基づいて前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角をそれぞれ算出し、前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角に基づいて、前記車両の制動時における前記車両のノーズダイブ量を推定する推定手段と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、車両の制御技術に関する。
特許文献1には、スカイフック制御において、減衰部の下限の減衰力を調整するサスペンション装置が開示されている。
特開2019-151124号公報
車両のノーズダイブ量を特定することができれば、当該ノーズダイブ量に基づいて車両の姿勢を制御することにより、車両の乗心地を向上させることができる。しかしながら、車両のノーズダイブ量を特定するために、車両のサスペンションのストローク量を検知するセンサを用いると、車両コストの点で不利になりうる。
そこで、本発明は、車両のサスペンションのストローク量を検知するセンサを用いずに車両のノーズダイブ量を特定可能な技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての制御装置は、車両の制御装置であって、前記車両に生じる前後方向の加速度を検知する検知手段と、前記検知手段で検知された加速度に基づいて前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角をそれぞれ算出し、前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角に基づいて、前記車両の制動時における前記車両のノーズダイブ量を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、例えば、車両のサスペンションのストローク量を検知するセンサを用いずに車両のノーズダイブ量を特定可能な技術を提供することができる。
鞍乗型車両の左側の側面図 振動低減機構をモデル化した図 制御装置の構成例を示す図 処理部で行われる処理を示すフローチャート
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内での構成の変更や変形も含む。また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明に必須のものとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
<第1実施形態>
[鞍乗型車両の概要]
図1は、本発明の一実施形態に係る鞍乗型車両1の左側の側面図である。図1において、矢印X、Y、Zは互いに直交する方向を示し、X方向は鞍乗型車両1(自動二輪車)の前後方向、Y方向は鞍乗型車両1の車幅方向(左右方向)、Z方向は鞍乗型車両1の上下方向を示す。以下では、本発明に係る制御装置を鞍乗型車両1に適用する例を説明するが、本発明に係る制御装置は、他の形式の自動二輪車を含む各種の鞍乗型車両や四輪車両や移動体にも適用可能であり、また、内燃機関を駆動源とする車両のほか、モータを駆動源とする電動車両にも適用可能である。なお、以下では、鞍乗型車両1を車両1と表記する場合がある。
車両1は、前輪FWと後輪RWとの間にパワーユニット2を備える。パワーユニット2はエンジン21と変速機22とを含む。変速機22の駆動力は不図示のドライブシャフトを介して後輪RWに伝達され、後輪RWを回転させる。
パワーユニット2は車体フレーム3に支持されている。車体フレーム3は、X方向に延設された左右一対のメインフレーム31を含む。メインフレーム31の上方には、燃料タンク5やエアクリーナボックス(不図示)が配置されている。燃料タンク5の前方には、乗員(ライダ)に対して各種の情報を表示するメーターユニットMUが設けられている。
メインフレーム31の前側端部には、ハンドル8によって回動される操向軸(不図示)を回動自在に支持するヘッドパイプ32が設けられている。メインフレーム31の後端部には、左右一対のピボットプレート33が設けられている。ピボットプレート33の下端部とメインフレーム31の前端部とは左右一対のロアアーム(不図示)により接続され、パワーユニット2はメインフレーム31とロアアームとに支持される。メインフレーム31の後端部には、また、後方へ延びる左右一対のシートレールが設けられており、シートレールにはライダが着座するシート4aや同乗者が着座するシート4b及びリアトランク7b等が支持されている。
ピボットプレート33には、前後方向に延びるリアスイングアーム(不図示)の前端部が揺動自在に支持されている。リアスイングアームは、上下方向に揺動可能とされ、その後端部に後輪RWが支持されている。後輪RWの下部側方には、エンジン21の排気を消音する排気マフラ6がX方向に延設されている。後輪RWの上部側方には左右のサドルバック7aが設けられている。
メインフレーム31の前端部には、前輪FWを揺動自在に支持するフロントサスペンション機構9が構成されている。フロントサスペンション機構9は、アッパリンク91、ロワリンク92、フォーク支持体93、振動低減機構94(クッションユニット)、左右一対のフロントフォーク95を含む。フロントサスペンション機構9において、アッパリンク91、ロワリンク92、フォーク支持体93、及び振動低減機構94は、車両1のフロントフォーク95を支持する支持機構を構成する。
アッパリンク91及びロワリンク92は、それぞれメインフレーム31の前端部に上下に配置されている。アッパリンク91及びロワリンク92の各後端部は、メインフレーム31の前端部に揺動自在に連結されている。アッパリンク91及びロワリンク92は、フォーク支持体93に揺動自在に連結されている。
フォーク支持体93は、筒状をなすとともに後傾している。フォーク支持体93には操舵軸96がその軸回りに回転自在に支持されている。操舵軸96はフォーク支持体93を挿通する軸部(不図示)を有する。操舵軸96の下端部にはブリッジ(不図示)が設けられており、このブリッジには左右一対のフロントフォーク95が支持されている。フロントフォーク95は、前輪FWを回転自在に支持するとともに、フロントブレーキFBも支持する。操舵軸96の上端部は、リンク97を介して、ハンドル8によって回動される操向軸(不図示)に連結されている。前輪FWの上部は、フェンダ10で覆われており、このフェンダ10はフロントフォーク95によって支持されている。
次に、振動低減機構94について説明する。図2は、振動低減機構94をモデル化した図である。振動低減機構94は、道路(地面)から車両1(車体)に伝達される振動を低減するための機構であり、弾性部材200と粘性減衰部材250とを有する。振動低減機構94は、図1に示されるように、その上端部はメインフレーム31によって揺動自在に支持されており、その下端部はロワリンク92によって揺動自在に支持されている。
図2において、ばね下質量M1は、振動低減機構94の下端が支持されるロワリンク92及びロワリンク92に接続する構成部材(例えば前輪FW、フロントブレーキFBなど)の質量である。また、ばね上質量M2は、振動低減機構94の上部が支持されるメインフレーム31及びメインフレーム31に接続する構成部材(例えば車体)の質量である。荷重f1は、前輪FWの回転により前輪FWの接地部分から振動低減機構94に入力される接地荷重(接地変動荷重)である。荷重f2は、弾性部材200に作用する荷重(圧縮力)である。また、位置X1は、振動低減機構94における、ばね下質量M1の上下方向位置(ばね下位置)を示す。また、位置X2は、振動低減機構94における、ばね上質量M2の上下方向位置(ばね上位置)を示す。
弾性部材200は、ばね定数を有する部材である。弾性部材200としては、ばねやラバー等が用いられ、本実施形態ではコイルばねが用いられうる。また、粘性減衰部材250は、詳細な図示は省略するが、モノチューブ式であり、作動油として磁性粘性流体(Magneto-Rheological Fluid:MRF)を用いて構成されうる。MRFが充填された円筒状のシリンダに対してピストンロッドが軸方向に摺動可能に挿入され、ピストンロッドの先端に装着されたピストンによってシリンダ内は上部油室と下部油室とに区画される。上部油室と下部油室とを連通する連通路の内側に位置するコイルに電流が供給されると、連通路を流通するMRFに磁界が印可されて強磁性微粒子がクラスタを形成する。これにより、連通路を通過するMRFの粘度が変化し、粘性減衰部材250の減衰力を変化させることができる。なお、粘性減衰部材250は、磁性粘性流体(MRF)を用いた機構に限られず、オリフィスの径をステップモータなどで可変することで、オイル(作動油)が当該オリフィスを通過する量を変更し、減衰力を調整する機構であってもよい。
[制御装置の構成]
図3は、本実施形態の制御装置300の構成例を示す図である。制御装置300は、車両1を制御する装置であり、慣性センサユニット310と処理部320とを備えうる。
慣性センサユニット310は、慣性計測装置(IMU;Internal Measurement Unit)とも呼ばれ、車両1に生じる加速度及び角速度を検知することにより車両1の挙動を検知可能なセンサユニットである。慣性センサユニット310は、車両1の任意の適所、例えば、車両1の重心付近に配置されうる。本実施形態の慣性センサユニット310は、並進加速度を検知するセンサとして、X軸方向(車両1の前後方向)の並進加速度(X軸加速度)を検知するX軸加速度センサ311と、Y軸方向(車両1の左右方向)の並進加速度(Y軸加速度)を検知するY軸加速度センサ312と、Z軸方向(車両1の上下方向)の並進加速度(Z軸加速度)を検知するZ軸加速度センサ313とを有する。また、慣性センサユニット310は、角速度を検知するセンサとして、X軸周り方向の角速度(X軸角速度)を検知するX軸角速度センサ314と、Y軸周り方向の角速度(Y軸角速度)を検知するY軸角速度センサ315と、Z軸周り方向の角速度(Z軸角速度)を検知するZ軸角速度センサ316とを有する。
処理部320は、例えばECU(Electronic Control Unit)であり、CPUに代表されるプロセッサ、半導体メモリ等の記憶デバイス、外部デバイスとのインタフェース等を含むコンピュータによって構成されうる。処理部320の記憶デバイス(メモリ)には、車両1のノーズダイブ量を推定するためのアプリケーションプログラム(以下では、推定プログラムと表記することがある)が格納されており、処理部320のプロセッサは、記憶デバイスに記憶された推定プログラムを読み出して実行しうる。ここで、推定プログラムは、CD-ROMやDVDやメモリ等の記憶媒体に記憶され、当該記憶媒体から処理部320にインストールされてもよいし、ネットワークを介して外部サーバからダウンロードされて処理部320にインストールされてもよい。
本実施形態の場合、処理部320は、推定部321と制御部322とを含みうる。
推定部321は、慣性センサユニット310での検知結果(特に、X軸加速度センサ311で検知されたX軸方向(前後方向)の車両1の加速度)に基づいて、車両1のノーズダイブ量を推定する。推定部321は、第1算出部321aと、第2算出部321bと、第3算出部321cと、第4算出部321dとを含みうる。第1算出部321aは、X軸加速度センサ311で検知された加速度と車両1の重量とに基づいて、車両1の全体に生じる制動力を算出する。第2算出部321bは、X軸加速度センサ311で検知された加速度に基づいて、車両1のピッチ角(Y軸周りの回転角)を算出する。第3算出部321cは、第1算出部321aで算出された車両全体の制動力と、第2算出部321bで算出された車両1のピッチ角とに基づいて、車両1のフロントブレーキFBの制動力を算出する。第4算出部321dは、第3算出部321cで算出された車両1のフロントブレーキFBの制動力に基づいて、車両1のノーズダイブ量を算出する。ここで、慣性センサユニット310(特にX軸加速度センサ311)と推定部321とは、車両1に生じる前後方向の加速度の検知結果に基づいて車両1のノーズダイブ量を推定する推定装置を構成するものとして理解されてもよい。
制御部322は、推定部321で推定された車両1のノーズダイブ量に基づいて、車両1の制動時における車両1の姿勢の変化が低減するように(即ち、車両1の姿勢が目標姿勢を維持するように)、車両1の姿勢を制御する(即ち、車両1のフロントサスペンション機構9を制御する)。本実施形態の場合、制御部322は、車両1の乗心地を向上させる観点から、車両1(車体等)が仮想の線によって宙吊りされた状態を仮定するスカイフック理論を用いて振動低減機構94(粘性減衰部材250)の減衰力を制御する、いわゆるスカイフック制御を行う。具体的には、制御部322は、振動低減機構94の粘性減衰部材250のコイルに電流を供給し、粘性減衰部材250の内部の磁性流体の粘度を変化させることにより、振動低減機構94の減衰力の制御、即ちスカイフック制御を行うことができる。また、粘性減衰部材250として、オイルが通過するオリフィスの径を可変する機構が用いられる場合、制御部322は、粘性減衰部材250のオリフィスの径を可変することで、オイルがオリフィスを通過する量を変更し、振動低減機構94の減衰力を制御してもよい。
[処理部の処理フロー]
次に、処理部320で行われる処理の流れについて説明する。図4は、処理部320で行われる処理を示すフローチャートである。
ステップS11において、処理部320(推定部321)は、慣性センサユニット310での検知結果を取得する。処理部320は、慣性センサユニット310における各種センサ311~316で検知された加速度及び角速度の情報を取得してもよいが、特に、X軸加速度センサ311で検知されたX軸方向(前後方向)の車両1の加速度の情報を取得しうる。
ステップS12において、処理部320(第1算出部321a)は、ステップS11で取得した情報に基づいて、車両全体の制動力を算出する。車両全体の制動力は、車両1における前後のブレーキで生じる制動力の合計として理解されてもよい。例えば、処理部320は、ステップS11においてX軸加速度センサ311で検知された車両1の前後方向の加速度と車両1の重量とを乗じることにより、車両全体の制動力を算出することができる。なお、車両1の重量は、既知の情報であり、記憶デバイスに事前に記憶されている。
ステップS13において、処理部320(第2算出部321b)は、ステップS11で取得した情報に基づいて、車両1のピッチ角を算出する。例えば、処理部320は、車両1の前後方向の加速度と車両1のピッチ角との対応関係を示す情報(以下では、ピッチ角情報と表記することがある)を有しており、X軸加速度センサ311で検知された車両1の前後方向の加速度に基づいて、ピッチ角情報から車両1のピッチ角を算出することができる。なお、車両1の前後方向の加速度に基づいたピッチ角情報は、実験やシミュレーション等により事前に作成され、テーブルや関数として記憶デバイスに記憶されている。
ステップS14において、処理部320(第3算出部321c)は、ステップS12で算出した車両全体の制動力と、ステップS13で算出した車両1のピッチ角とに基づいて、車両1のフロントブレーキFBの制動力を算出する。例えば、処理部320は、車両1の前後方向の加速度と、車両1のピッチ角と、車両1の前後のブレーキの配分との対応関係を示す3次元マップを有しており、当該3次元マップから、車両全体の制動力に対する車両1のフロントブレーキFBの制動力の比率(%)を求めることができる。そして、求めた比率(%)を、ステップS12で算出した車両全体の制動力に乗じることにより、車両1のフロントブレーキFBの制動力を算出することができる。なお、3次元マップは、実験やシミュレーション等により事前に作成されて記憶デバイスに記憶されている。
ステップS15において、処理部320(第4算出部321d)は、ステップS14で算出した車両1のフロントブレーキFBの制動力に基づいて、車両1のノーズダイブ量を算出(推定)する。例えば一般的なテレスコ(登録商標)ピックフォークを持つ二輪車では、処理部320は、ステップS14で算出した車両1のフロントブレーキFBの制動力にキャスタ角を乗ずることにより、フロントサスペンション機構9の圧縮量(ストローク量)を、車両1のノーズダイブ量として算出することができる。ここで、キャスタ角は、フロントフォーク95と地面(水平面)との成す角度として定義され、既知の情報として記憶デバイスに事前に記憶されている。
ステップS16において、処理部320(制御部322)は、ステップS15で算出されたノーズダイブ量に基づいて、車両1の姿勢を制御する。例えば、処理部320は、ステップS15で算出されたノーズダイブ量に基づいて、車両1の制動時における車両1の姿勢の変化が低減するように(目標姿勢を維持するように)車両1のフロントサスペンション機構9を制御することにより、スカイフック制御を行う。これにより、車両1の制動時における車両1のノーズダイブを低減し、車両1の乗心地を向上させることができる。
ステップS17において、処理部320は、処理を終了するか否かを判断する。例えば、処理部320は、ユーザ(運転者)によりイグニッションがオフされた場合などに、処理を終了すると判断することができる。処理を未だ終了しないと判断した場合にはステップS11に戻り、ステップS11~S16を繰り返し実行する。
上述したように、本実施形態の制御装置300(推定装置)は、車両1の制動時において車両1に生じる前後方向の加速度に基づいて、車両1のノーズダイブ量を推定する。これにより、車両1のノーズダイブ量を特定するために、車両1のサスペンションのストローク量を検知するセンサを用いなくてよいため、車両コストの点で有利になりうる。
<実施形態のまとめ>
1.上記実施形態の制御装置は、
車両(例えば1)の制御装置(例えば300)であって、
前記車両に生じる前後方向の加速度を検知する検知手段(例えば310、311)と、
前記検知手段で検知された加速度に基づいて前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角をそれぞれ算出し、前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角に基づいて、前記車両の制動時における前記車両のノーズダイブ量を推定する推定手段(例えば321)と、を備える。
この実施形態によれば、車両のノーズダイブ量を特定するために、車両のサスペンションのストローク量を検知するセンサを用いなくてよいため、車両コストの点で有利になりうる。
2.上記実施形態において、
前記推定手段は、
前記検知手段で検知された加速度と前記車両の重量とに基づいて、前記車両全体の制動力を算出する第1算出手段(例えば321a)と、
前記検知手段で検知された加速度に基づいて、前記車両のピッチ角を算出する第2算出手段(例えば321b)と、
前記第1算出手段で算出された前記車両全体の制動力と、前記第2算出手段で算出された前記車両のピッチ角とに基づいて、前記車両のフロントブレーキ(例えばFB)の制動力を算出する第3算出手段(例えば321c)と、
前記第3算出手段で算出された前記車両のフロントブレーキの制動力に基づいて、前記ノーズダイブ量を算出する第4算出手段(例えば321d)と、を含む。
この実施形態によれば、車両のサスペンションのストローク量を検知するセンサを用いずに、車両のノーズダイブ量を推定することが可能となる。
3.上記実施形態において、
前記推定手段で推定された前記ノーズダイブ量に基づいて前記車両の姿勢を制御する制御手段(例えば322)を更に備える。
この実施形態によれば、車両のノーズダイブ量の推定結果に基づいた車両の姿勢の制御が可能となる。
4.上記実施形態において、
前記制御手段は、前記推定手段で推定された前記ノーズダイブ量に基づいて、前記車両の制動時における前記車両の姿勢の変化が低減するようにスカイフック制御を行う。
この実施形態によれば、車両のノーズダイブ量の推定結果に基づいて、車両の姿勢の制御をスカイフック制御として行うことにより、車両の乗心地を向上させることができる。
5.上記実施形態において、
前記制御手段は、前記推定手段で推定された前記ノーズダイブ量に基づいて、前記車両の制動時における前記車両の姿勢の変化が低減するように、前記車両のサスペンション機構(例えば9)を制御する。
この実施形態によれば、車両のノーズダイブ量の推定結果に基づいて、サスペンション機構により車両の姿勢を制御することにより、車両の乗心地を向上させることができる。
6.上記実施形態において、
前記車両は、鞍乗型車両である。
この実施形態によれば、鞍乗型車両(例えば二輪車)は、四輪車と異なり前後のブレーキが連動しておらず、フロントブレーキを強く作動することができるため、車両がノーズダイブを起こし易い。したがって、鞍乗型車両のノーズダイブ量を推定することにより、鞍乗型車両の乗心地の向上を図ることができる。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。
1:鞍乗型車両(車両)、9:フロントサスペンション機構、94:振動低減機構、200:弾性部材、250:粘性減衰部材、300:制御装置、310:慣性センサユニット、320:処理部、321:推定部、321a~321d:算出部、322:制御部

Claims (9)

  1. 車両の制御装置であって、
    前記車両に生じる前後方向の加速度を検知する検知手段と、
    前記検知手段で検知された加速度に基づいて前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角をそれぞれ算出し、前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角に基づいて、前記車両の制動時における前記車両のノーズダイブ量を推定する推定手段と、
    を備えることを特徴とする制御装置。
  2. 前記推定手段は、
    前記検知手段で検知された加速度と前記車両の重量とに基づいて、前記車両全体の制動力を算出する第1算出手段と、
    前記検知手段で検知された加速度に基づいて、前記車両のピッチ角を算出する第2算出手段と、
    前記第1算出手段で算出された前記車両全体の制動力と、前記第2算出手段で算出された前記車両のピッチ角とに基づいて、前記車両のフロントブレーキの制動力を算出する第3算出手段と、
    前記第3算出手段で算出された前記車両のフロントブレーキの制動力に基づいて、前記ノーズダイブ量を算出する第4算出手段と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記推定手段で推定された前記ノーズダイブ量に基づいて前記車両の姿勢を制御する制御手段を更に備える、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記推定手段で推定された前記ノーズダイブ量に基づいて、前記車両の制動時における前記車両の姿勢の変化が低減するようにスカイフック制御を行う、ことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記制御手段は、前記推定手段で推定された前記ノーズダイブ量に基づいて、前記車両の制動時における前記車両の姿勢の変化が低減するように、前記車両のサスペンション機構を制御する、ことを特徴とする請求項3又は4に記載の制御装置。
  6. 前記車両は、鞍乗型車両である、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の制御装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御装置を備える車両。
  8. 車両の制動時における前記車両のノーズダイブ量を推定する推定方法であって、
    前記車両に生じる前後方向の加速度を検知する検知工程と、
    前記検知工程で検知された加速度に基づいて前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角をそれぞれ算出する算出工程と、
    前記算出工程で算出された前記車両全体の制動力および前記車両のピッチ角に基づいて前記ノーズダイブ量を推定する推定工程と、
    を含むことを特徴とする推定方法。
  9. 請求項8に記載の推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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