JP4759485B2 - 車両用複合センサ - Google Patents

Description

本発明は、車両のハンドルの操舵角や、該車両のロール角を検出する車両用複合センサに関し、より詳細には、二輪車のハンドルの操舵角やロール角の検出に好適な車両用複合センサに関する。

従来より、車両としての二輪車のヘッドパイプ側にホール素子を配置し、一方で、ステアリング部材側に永久磁石を配置した状態で、ハンドルの操舵により前記ステアリング部材と共に前記永久磁石が回動した際に、前記ホール素子と前記永久磁石との相対位置に基づいて、前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサが特許文献１に開示されている。

また、二輪車のシート直下の電子制御ユニット（ＥＣＵ）内に加速度センサを配置し、該加速度センサは、前記二輪車が左右（車幅方向）に傾斜したときのロール角に応じた重力成分を加速度として検出することが特許文献２及び３に開示されている。

特公平５−７７５５５号公報 特開２００２−７１７０３号公報 特開２００６−５６３０７号公報

上述したように、特許文献１に記載の操舵角センサは、ハンドルの操舵角を検出するためにヘッドパイプ及びステアリング部材近傍に配置され、一方で、特許文献２及び３に記載の加速度センサは、二輪車のロール角を検出するためにシート直下のＥＣＵ内に配置されている。すなわち、それぞれのセンサは、前記二輪車内において、機能毎に異なる場所に配置されているので、前記各センサをそれぞれ配置するためのスペースを予め確保しておく必要があるが、四輪車等と比較して、前記二輪車は、スペース上の制約が大きい。

また、前記二輪車に前記操舵角センサ及び前記加速度センサをそれぞれ配置すると、前記各センサからの配線の引き回しが煩雑となると共に、取り付け費用が高くなるという課題もある。

本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、車両に対する操舵角センサ及び加速度センサの配置スペースの削減と取付性の向上とを共に図りつつ、前記車両に取り付けた前記操舵角センサ及び前記加速度センサの配線作業の容易化と、取付費用の削減とを共に実現することが可能な車両用複合センサを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明に係る車両用複合センサは、車両のハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、前記車両のロール角に応じた重力成分を加速度として検出する加速度センサと、前記操舵角センサ及び前記加速度センサを一体に収容するケースとを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の車両用複合センサにおいて、前記車両は、二輪車であり、前記ケースは、前記ハンドルを軸支するヘッドパイプに一端部が連結された内筒部と、該内筒部の外周部を囲繞し且つステアリング部材に連結された外筒部とで構成され、前記加速度センサは、前記内筒部に配置され、前記操舵角センサは、前記内筒部と前記外筒部との間に配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の車両用複合センサにおいて、前記操舵角センサは、第１端子と第２端子とを有する抵抗体と、前記第１端子と前記第２端子との間で前記抵抗体に沿って摺動可能な第３端子とで構成されるポテンショメータであり、前記第３端子は、前記ハンドルの操舵に連動して前記抵抗体上を摺動することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用複合センサにおいて、前記操舵角センサは、前記ケースを前記車両に取り付けた際に前記ハンドルの回転軸と略同軸となるように前記ケース内に配置され、前記加速度センサは、前記ケースを前記車両に取り付けた際に略水平に配置されるように、前記ケース内で前記所定角度傾斜した状態で配置されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、操舵角センサと加速度センサとを共に同一のケース内に収容したので、車両に対する取付スペースの削減と取付性の向上とを図ることが可能になると共に、配線の共用化、特に、電源ラインの共用化が可能になるので、配線作業が容易となり、取付費用を削減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、ハンドルを軸支するヘッドパイプに内筒部の一端部を連結させることにより、前記内筒部内に配置された加速度センサからの配線や、前記内筒部と外筒部との間に配置された操舵角センサからの配線も、前記内筒部の他端部から引き回すことができるので、前記ヘッドパイプ内を貫通させることなく前記各配線の配線作業の簡素化を図ることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、第３端子がハンドルの操舵に連動して抵抗体上を摺動するので、外部から第１端子と第２端子との間に入力電圧を供給し、前記第３端子で計測した電圧を検出電圧として出力すれば、前記入力電圧と前記検出電圧との比、換言すれば、前記第１端子と前記第２端子との間の抵抗体の抵抗値と、前記第１端子と前記第３端子との間の抵抗値、あるいは前記第２端子と前記第３端子との間の抵抗値との比に基づいて、前記ハンドルの操舵角を精度良く検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ケースを車両に取り付けた際に、操舵角センサがハンドルの回転軸と略同軸になると共に、加速度センサが略水平に配置されるので、車両用複合センサを前記車両に取り付けた状態で、前記ハンドルの操舵角や前記車両のロール角を精度良く検出することが可能となる。

以下、本発明に係る車両用複合センサについて、この複合センサが取り付けられる車両との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用複合センサ６０が組み込まれた車両としての自動二輪車１１の概略側面図を示している。図２は、図１に示す自動二輪車１１の一部正面図であり、車体を前後方向で全体的に覆っているカウル３８を省略して図示している。

本実施形態では、図１に示すように、フルカウリング型の自動二輪車１１を例示して本発明を説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、他の種別の二輪車（例えば、スクータ）にも適用可能である。なお、この自動二輪車１１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、左側の参照符号に「Ｌ」を付し、右側の参照符号に「Ｒ」を付すものとする。また、以下の説明では、「右」は、自動二輪車１１の運転者（乗員）から見て車体の右側をいい、「左」は、前記乗員から見て車体の左側をいう。

図１に示すように、自動二輪車１１は、車体を構成するクレードル型の車体フレーム１２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、乗員が着座するフロントシート２０とを有する。

図１及び図２に示すように、車体前方部におけるハンドル１８には、トップブリッジ５２が連結され、該トップブリッジ５２の中央部には、ステアリングステム５６が連結されている。該ステアリングステム５６は、車体フレーム１２のヘッドパイプ２２に略同軸に挿入されている。また、トップブリッジ５２の左右両側にはフロントフォーク２４Ｌ、２４Ｒが連結され、該フロントフォーク２４Ｌ、２４Ｒは、ボトムブリッジ５４を貫通して前輪１４を回転自在に軸支する。そして、ボトムブリッジ５４の中央部には、車両用複合センサ６０が前記ボトムブリッジ５４を貫通して一部がヘッドパイプ２２に挿入されるように取り付けられている。

この場合、ヘッドパイプ２２は、ステアリングステム５６及びトップブリッジ５２を介してハンドル１８を軸支しているので、フロントシート２０に着座した乗員がハンドル１８を左右（車幅方向）に操舵すると、ステアリングステム５６を中心軸として、前記ハンドル１８、トップブリッジ５２、フロントフォーク２４Ｌ、２４Ｒ、ボトムブリッジ５４及び前輪１４を左右に一体的に回動させることができる。従って、これらの各部材は、ステアリング部材と定義できる。

また、フロントフォーク２４Ｌ、２４Ｒには、前輪１４を上方から覆うフロントフェンダ２５が取り付けられている。この場合、図２からも明らかなように、ボトムブリッジ５４の下部は他の部品が配置されてない空きスペースであり、車両用複合センサ６０の取り付けに適している。また、車両用複合センサ６０は、フロントフェンダ２５により、下方からの水、泥、砂等の混入を防止することができる。

さらに、自動二輪車１１におけるカウル３８の前方側には、ウインカ５０Ｌ、５０Ｒが配置され、前記自動二輪車１１の後部側にはウインカ３７Ｌ、３７Ｒがそれぞれ配置されている。

そして、自動二輪車１１は、前述したように、車体前後方向にかけてカウル３８で覆われることにより、フルカウリング型に構成されている。従って、車両用複合センサ６０は、前方及び左右もカウル３８で覆われることになるので、前方及び左右からの水、泥、砂等の混入を防止することができる。なお、上記した混入の防止に関わる効果は、スクータ型の二輪車でも同様に得られる。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、車両用複合センサ６０をボトムブリッジ５４に取り付けた状態を示している。

車両用複合センサ６０は、図３に示すように、自動二輪車１１のハンドル１８（図１及び図２参照）の操舵角を検出する操舵角センサ６４と、前記自動二輪車１１のロール角（自動二輪車１１の左右（車幅方向）の傾斜角度）に応じた重力加速度を検出する加速度センサ６２と、前記操舵角センサ６４及び前記加速度センサ６２を一体収容するケース６５とを有する。

前記ケース６５は、ヘッドパイプ２２に一端部が連結され且つ他端部が前輪１４（図１参照）側に配置された内筒部７０と、該内筒部７０の外周面を囲繞し且つボトムブリッジ５４に連結された外筒部６８と、内筒部７０の他端部に設けられた開口を閉塞して室８４を形成させる蓋７２とを有する。なお、蓋７２は、車体フレーム１２に固定されている（図３参照）。

前記外筒部６８は、ボトムブリッジ５４の中央部でステアリングステム５６の中心軸１２２と略同軸に形成された孔６６に挿入可能な中空筒状部材であり、前輪１４側（図３では下側）で外径方向に膨出形成されたフランジ７４は、ねじ７６によって前記ボトムブリッジ５４に固定されている。一方、外筒部６８のヘッドパイプ２２側の壁部７７には、中心軸１２２と略同軸に孔７８が形成され、前記壁部７７の孔７８側には、ステアリングステム５６に向かう突起７９が形成されている。

また、突起７９と、内筒部７０の突起９８との間にはシール部材８０が介挿されている。シール部材８０は、外部からケース６５内への水分、塵埃等の混入を防止するために設けられる。

内筒部７０は、外筒部６８の中空部分に中心軸１２２と略同軸となるように配置され、前述したように、一端部がヘッドパイプ２２に連結され且つ他端部が前輪１４（図１参照）側に配置された中空筒状部材である。内筒部７０のヘッドパイプ２２側には、孔７８を挿通する突起９８が形成されている。ここで、ヘッドパイプ２２には、内方に突出する突起１００により孔１０２が形成され、この孔１０２に突起９８の一部が挿入される。この場合、突起９８は、孔１０２への圧入又は接着剤により前記孔１０２内で固定される。

また、内筒部７０のフランジ７４近傍には、外径方向に向かって突起１０３が形成され、この突起１０３とフランジ７４との間にはシール部材８２が介挿されている。なお、シール部材８２は、シール部材８０と同様に、外部からケース６５内への水分、塵埃等の混入を防止するために設けられる。

さらに、内筒部７０の中空部分は、前述したように、前輪１４（図１参照）側に向かって開口しており、この開口を蓋７２によって閉塞することにより、前記中空部分を室８４として構成することができる。この場合、蓋７２は、接着剤により又は図示しないねじにより内筒部７０に固定される。また、突起１０３と蓋７２との間では、複数のケーブル１１２ａ〜１１２ｄを挿通可能なゴム製のグロメット１１０が配置されている。ケース６５から引き出されたこれらのケーブル１１２ａ〜１１２ｄは、１本のハーネス１１３にまとめられ、自動二輪車１１内の図示しないＥＣＵ等にまで引き回されて接続される。なお、各ケーブル１１２ａ〜１１２ｄは、グロメット１１０に代えて、図示しない接着剤により突起１０３と蓋７２との間で固定されることも可能である。また、ハーネス１１３の途中には、図示しない防水コネクタが設けられていてもよい。

室８４内には、図３に示すように、鉛直方向を示す鉛直軸１２４に対して基板８６が略垂直に配置され、この基板８６の底面に、半導体素子で構成される加速度センサ６２が配置されている。換言すれば、基板８６及び加速度センサ６２は、略水平に配置され、且つ中心軸１２２に対して所定角度（中心軸１２２と鉛直方向軸１２４とのなす角度（キャスター角））だけ傾斜して室８４内に配置されている。また、前記基板８６には、ケーブル１１２ａ〜１１２ｄが半田１１４ａ〜１１４ｄにより接続されている。

内筒部７０の突起９８の基端部９６側における壁部１１９と、この壁部１１９に対向する外筒部６８の壁部７７との間には、ウィンカーキャンセルユニットを構成する操舵角センサ６４が配置されている。

操舵角センサ６４は、図３及び図４に示すように、壁部１１９の凹部８８に配置された基板９０に形成された第１端子１３０ａ及び第２端子１３０ｂを有する円弧状の抵抗体１２８（例えば、コンダクティブプラスチック）と、この抵抗体１２８の外周側で該抵抗体１２８と同軸に配置され且つ端子１３０ｃを有する円弧状導体１２９（例えば、銅板）と、抵抗体１２８及び円弧状導体１２９の表面にそれぞれ接触し且つ抵抗体１２８及び円弧状導体１２９に沿って相対的に摺動可能な第３端子としての導電性ブラシ９２とで構成された抵抗摺動式のポテンショメータである。そして、前記導電性ブラシ９２は、電気絶縁材の支持部材９４を介して壁部７７に固定されている。また、ケーブル１１６ａ〜１１６ｃの一端部は、半田１１８ａ〜１１８ｃにより前記基板９０の各端子１３０ａ〜１３０ｃにそれぞれ接続され、一方で、ケーブル１１６ａ〜１１６ｃの他端部は、半田１２０ａ〜１２０ｃにより基板８６に接続される。

この場合、抵抗体１２８及び円弧状導体１２９は、中心軸１２２と略同軸に配置されており、乗員がハンドル１８を操舵することにより、トップブリッジ５２、フロントフォーク２４Ｌ、２４Ｒ及びボトムブリッジ５４を介して外筒部６８が中心軸１２２を中心に回動すると、前記外筒部６８に支持部材９４を介して固定された前記導電性ブラシ９２は、前記ハンドル１８の操舵角度に応じて抵抗体１２８及び円弧状導体１２９上を円弧状に摺動する。

本実施形態に係る車両用複合センサ６０が組み込まれた自動二輪車１１は、以上のように構成されており、次に、車両用複合センサ６０の動作（ハンドル１８の操舵角及び自動二輪車１１のロール角の検出）を、図１〜図４を参照しながら説明する。

先ず、ハンドル１８の操舵角の検出動作について説明する。

乗員がフロントシート２０に着座し、ハンドル１８を把持した状態で当該ハンドル１８を左右に操舵すると、トップブリッジ５２、フロントフォーク２４Ｌ、２４Ｒ及びボトムブリッジ５４も、ステアリングステム５６の中心軸１２２を中心に、前記ハンドル１８を操舵した方向（右方向又は左方向）に一体的に回動する。また、ボトムブリッジ５４にねじ７６を介して固定された車両用複合センサ６０の外筒部６８も中心軸１２２を中心に回動する。その際、外筒部６８に支持部材９４を介して固定された導電性ブラシ９２は、ハンドル１８の操舵方向に沿って、中心軸１２２を中心に抵抗体１２８及び円弧状導体１２９上を円弧状に摺動する。

この場合、図示しないＥＣＵから電源ラインとしてのケーブル１１２ａ、１１２ｂ及びケーブル１１６ａ、１１６ｂを介して第１端子１３０ａと第２端子１３０ｂとの間に入力電圧を供給し、導電性ブラシ９２、円弧状導体１２９及び端子１３０ｃからケーブル１１６ｃ及びケーブル１１２ｃを介して前記ＥＣＵに検出電圧を出力すれば、前記入力電圧と前記検出電圧との比、換言すれば、第１端子１３０ａと第２端子１３０ｂとの間の抵抗値（抵抗体１２８の抵抗値）と、第１端子１３０ａと導電性ブラシ（第３端子）９２との間の抵抗値、あるいは、第２端子１３０ｂと導電性ブラシ（第３端子）９２との間の抵抗値との比に基づいて、前記ＥＣＵにて前記ハンドル１８の操舵角を算出することが可能となる。従って、図示しないウィンカーキャンセルユニットは、前記算出された操舵角に基づいて、点滅しているウインカ３７Ｌ、３７Ｒ、５０Ｌ、５０Ｒを消灯することができる。

次に、自動二輪車１１のロール角の検出動作について説明する。

乗員がフロントシート２０に着座し、ハンドル１８を把持した状態で自動二輪車１１の姿勢を右又は左に傾けると、加速度センサ６２は、自動二輪車１１の傾きに応じた重力加速度を検出し、その検出信号をケーブル１１２ｄを介して前記ＥＣＵに出力する。前記ＥＣＵでは、前記検出信号に基づいて、前記重力加速度からロール角を算出する。前記得られたロール角は、例えば、前記ＥＣＵにおけるＡＢＳ機能のスリップ判定に用いられる。

このように、本実施形態に係る車両用複合センサ６０によれば、操舵角センサ６４と加速度センサ６２とを共に同一のケース６５内に収容したので、自動二輪車１１に対する取付スペースの削減と取付性の向上とを図ることが可能になると共に、ケーブル１１２ａ〜１１２ｄの共用化、特に、電源ライン（ケーブル１１２ａ、１１２ｂ）の共用化が可能になるので、配線作業が容易となり、取付費用を削減することができる。

また、ハンドル１８を軸支するヘッドパイプ２２に内筒部７０の一端部を連結させることにより、内筒部７０内に配置された加速度センサ６２からの配線や、内筒部７０と外筒部６８との間に配置された操舵角センサ６４からの配線も、前記他端部からケーブル１１２ａ〜１１２ｄとして引き回すことができるので、ヘッドパイプ２２内を貫通させることなく前記ケーブル１１２ａ〜１１２ｄの配線作業の簡素化を図ることが可能となる。

さらに、導電性ブラシ（第３端子）９２がハンドル１８の操舵に連動して抵抗体１２８及び円弧状導体１２９上を摺動するので、図示しないＥＣＵからケーブル１１２ａ、１１２ｂ及びケーブル１１６ａ、１１６ｂを介して第１端子１３０ａと第２端子１３０ｂとの間に入力電圧を供給し、導電性ブラシ９２で計測した電圧を検出電圧としてケーブル１１６ｃ、１１２ｃを介し前記ＥＣＵに出力すれば、前記入力電圧と前記検出電圧との比、換言すれば、第１端子１３０ａと第２端子１３０ｂとの間の抵抗値（抵抗体１２８の抵抗値）と、第１端子１３０ａと導電性ブラシ９２との間の抵抗値、あるいは、第２端子１３０ｂと導電性ブラシ９２との間の抵抗値との比に基づいて、ハンドル１８の操舵角を精度良く検出することができる。

さらにまた、ケース６５を自動二輪車１１に取り付けた際に、操舵角センサ６４が中心軸１２２と略同軸になると共に、加速度センサ６２が略水平に配置されるので、車両用複合センサ６０を自動二輪車１１に取り付けた状態で、ハンドル１８の操舵角や自動二輪車１１のロール角を精度良く検出することが可能となる。

なお、上記した本実施形態において、加速度センサ６２で検出した重力加速度をＡＢＳ機能以外の用途に用い、操舵角センサ６４で検出した操舵角をウィンカーキャンセル以外の用途に用いてもよい。

以上、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

本実施形態に係る車両用複合センサが組み込まれた自動二輪車の概略側面図である。 図１に示す自動二輪車の一部省略正面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３の操舵角センサの平面図である。

符号の説明

１１…自動二輪車 １４…前輪
１８…ハンドル ２２…ヘッドパイプ
２４Ｌ、２４Ｒ…フロントフォーク ５２…トップブリッジ
５４…ボトムブリッジ ５６…ステアリングステム
６０…車両用複合センサ ６２…加速度センサ
６４…操舵角センサ ６５…ケース
６８…外筒部 ７０…内筒部
７２…蓋 ８４…室
８６、９０…基板 ９２…導電性ブラシ
９８、１００…突起
１１２ａ〜１１２ｄ、１１６ａ〜１１６ｃ…ケーブル
１２２…中心軸 １２４…鉛直軸
１２８…抵抗体 １２９…円弧状導体
１３０ａ…第１端子 １３０ｂ…第２端子

Claims (3)

1. 車両のハンドル（１８）の操舵角を検出する操舵角センサ（６４）と、前記車両のロール角に応じた重力成分を加速度として検出する加速度センサ（６２）と、前記操舵角センサ（６４）及び前記加速度センサ（６２）を一体に収容するケース（６５）と、を有し、
   前記ケース（６５）は、前記ハンドル（１８）を軸支するヘッドパイプ（２２）に一端部が連結され且つ車体を構成する車体フレーム（１２）に他端部が固定された内筒部（７０）と、該内筒部（７０）の外周部を囲繞し且つステアリング部材（５４）に連結された外筒部（６８）とで構成され、
   前記加速度センサ（６２）は、前記内筒部（７０）内に配設された基板（８６）に配置され、
   前記操舵角センサ（６４）は、前記内筒部（７０）と前記外筒部（６８）との間に配置され、
   前記基板（８６）には、外部から引き回された第１ケーブル（１１２ａ〜１１２ｄ）が接続され、前記操舵角センサ（６４）には、前記基板（８６）から引き回された第２ケーブル（１１６ａ〜１１６ｃ）が接続される
   ことを特徴とする車両用複合センサ（６０）。
2. 請求項１記載の車両用複合センサ（６０）において、
   前記操舵角センサ（６４）は、第１端子（１３０ａ）と第２端子（１３０ｂ）とを有する抵抗体（１２８）と、前記第１端子（１３０ａ）と前記第２端子（１３０ｂ）との間で前記抵抗体（１２８）に沿って摺動可能な第３端子（９２）とで構成されるポテンショメータであり、
   前記第３端子（９２）は、前記ハンドル（１８）の操舵に連動して前記抵抗体（１２８）上を摺動する
   ことを特徴とする車両用複合センサ（６０）。
3. 請求項１又は２記載の車両用複合センサ（６０）において、
   前記操舵角センサ（６４）は、前記ケース（６５）を前記車両に取り付けた際に前記ハンドル（１８）の回転軸と略同軸となるように前記ケース（６５）内に配置され、
   前記加速度センサ（６２）は、前記ケース（６５）を前記車両に取り付けた際に略水平に配置されるように、前記ケース（６５）内で前記所定角度傾斜した状態で配置される
   ことを特徴とする車両用複合センサ（６０）。

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