JP4997041B2 - 自動二輪車の外乱挙動検出システム - Google Patents

Description

本発明は、路面から受けた揺れや車幅方向からの外力による揺れ等の外乱挙動を検出する自動二輪車の外乱挙動検出システムに関する。

自動二輪車の走行性能を一層向上させるために様々な制御技術の開発がなされている。走行性能の向上のためには、走行に関する様々なパラメータを詳細に検出することが望まれているが、自動二輪車は、四輪車と比較すると様々な挙動を示すため、独自の検出手段が必要になる。このため、自動二輪車に対して車速センサ及び操舵角センサ以外にも、ロールレートセンサやヨーレートセンサ等を搭載することが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００７−１２５９１７号公報 特開２００６−２４０４９１号公報

自動二輪車に対して車速センサ及び操舵角センサ以外に、ロールレートセンサやヨーレートセンサ等を搭載すると、車体傾斜角度やヨー方向角度等を検出することができ、走行性能向上のための制御に利用することができるが、センサを増設することによりコストが高騰する。

また、従来のセンサでは、自動二輪車が所定の挙動を示したときに、その挙動が運転者の意思に基づくものであるのか、外乱によって発生したものであるのかを区別して検出することが困難である。したがって、外乱によって発生した挙動であるときには、これに対処する制御をすることによって走行性能が向上するが、運転の意思に基づく挙動であるときには、これに対処する制御を行うと、運転者に違和感を与えかねない。

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、簡便な構成で外乱挙動を検出することのできる自動二輪車の外乱挙動検出システムを提供することを目的とする。

本発明に係る自動二輪車の外乱挙動検出システムは、以下の特徴を有する。

第１の特徴；自動二輪車（１１）の車速（Ｖ）を検出する車速検出手段（４４）と、前記自動二輪車（１１）の操舵角（θ）を検出する操舵角検出手段（６４）と、前記自動二輪車（１１）の車幅方向の加速度（Ｇ）を検出する加速度検出手段（６２）と、前記車速検出手段（４４）、前記操舵角検出手段（６４）及び前記加速度検出手段（６２）から得られる信号に基づいて判断処理を行い、前記自動二輪車（１１）が受ける外乱挙動を、路面から受けた揺れと車幅方向からの外力による揺れとを区別して検出する判断手段（１５０）とを有し、前記判断手段（１５０）は、前記車速検出手段（４４）から得られる車速信号が所定値以上であり、前記操舵角検出手段（６４）から得られる操舵角信号が所定値以上であり、且つ、該操舵角信号の変化率が所定値以上である場合に、前記外乱挙動は路面から受けた揺れであると判断し、前記車速検出手段（４４）から得られる車速が所定値以上であり、前記操舵角検出手段（６４）から得られる操舵角が所定値以下であり、且つ、前記加速度検出手段（６２）から得られる加速度が所定値以上である場合に、前記外乱挙動は車幅方向からの外力による揺れであると判断することを特徴とする。

本発明では、車速検出手段、操舵角検出手段及び車幅方向に関する加速度検出手段を用いて判断手段により自動二輪車が受ける外乱挙動を簡便に検出することができる。

また、前記判断手段は、前記外乱挙動を、路面から受けた揺れと車幅方向からの外力による揺れとを区別して検出するので、走行性能向上のための制御に好適に適用可能である。

また、前記判断手段は、前記車速検出手段から得られる車速信号が所定値以上であり、前記操舵角検出手段から得られる操舵角信号が所定値以上であり、且つ、該操舵角信号の変化率が所定値以上である場合に、前記外乱挙動は路面から受けた揺れであると判断するので、路面から受けた揺れの外乱挙動を検出可能である。

また、前記判断手段は、前記車速検出手段から得られる車速が所定値以上であり、前記操舵角検出手段から得られる操舵角が所定値以下であり、且つ、前記加速度検出手段から得られる加速度が所定値以上である場合に、前記外乱挙動は車幅方向からの外力による揺れであると判断するので、車幅方向からの外力による揺れの外乱挙動を検出可能である。

本発明に係る自動二輪車の外乱挙動検出システムによれば、車速検出手段、操舵角検出手段及び車幅方向に関する加速度検出手段を用いて判断手段により自動二輪車が受ける外乱挙動を簡便に検出することができる。

以下、本発明に係る自動二輪車の外乱挙動検出システムについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図５を参照しながら説明する。本実施の形態に係る外乱挙動検出システム１０は、自動二輪車１１に搭載される。先ず、自動二輪車１１について説明する。

本実施の形態では、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、他の種別の自動二輪車（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の運転者から見て車体の右側をいい、「左」は、運転者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、運転者が着座するシート２０とを有する。後輪１６は、エンジン１９からトランスミッション（図示せず）を介して駆動される。

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が連結されている。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。ボトムブリッジ５４の中央部には、複合センサ６０が取り付けられている。複合センサ６０の下面はブラケット６１ａを介して車体フレーム１２に固定されている。複合センサ６０の上面の回転盤６６（図３参照）はブラケット６１ｂを介してボトムブリッジ５４に固定されている。

シート２０に着座した運転者がハンドル１８を左右に操舵すると、ヘッドパイプ２２を中心軸として、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。これにより複合センサ６０の上面の回転盤６６はブラケット６１ｂによって回転する。

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、複合センサ６０の取り付けに適している。また、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、砂等の進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、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。シート２０の下方には自動二輪車１１の電気的な制御を行うコントローラ４２が設けられている。エンジン１９の近傍には、該エンジン回転数及び変速比等から車速を検出する車速センサ（車速検出手段）４４が設けられている。

図３に示すように、複合センサ６０は、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（操舵角検出手段）６４と、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（加速度検出手段）６２と、操舵角センサ６４及び加速度センサ６２を一体収容するケース６５と、上部の回転盤６６を有する。加速度センサ６２は半導体素子で構成されるものであり、従来のものと比較して廉価である。また、操舵角センサ６４はポテンショメータであり、廉価である。

ケース６５の下面はブラケット６１ａに接続されており、回転盤６６はブラケット６１ｂに接続されている。ケース６５内には隔壁１１９が設けられており、隔壁１１９の上面には基板９０が設けられ、隔壁１１９の下の空間８４には基準状態で水平な基板８６が設けられている。基板９０の上面には平面視で円弧状の抵抗体（例えば、コンダクティブプラスチック）が設けられている。回転盤６６の下部には基板９０の抵抗体に対して摺動する導電性ブラシ９２が設けられており、抵抗体と導電性ブラシ９２により操舵角センサ６４を構成している。基板９０と基板８６はケーブルで接続されており、操舵角センサ６４の信号は基板８６を介してコントローラ４２に供給される。

基板８６の底面には、加速度センサ６２が配置されている。つまり、基板８６及び加速度センサ６２は、鉛直軸１２４に対して垂直で、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））だけ傾斜して空間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。複数のケーブル１１２ａ〜１１２ｄはゴム製のグロメット１１０を介して外部に引き出され、１本のハーネス１１３にまとめられてコントローラ４２に接続されている。複合センサ６０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の複数のシールが設けられている。

図４に示すように、コントローラ４２は、車速センサ４４、操舵角センサ６４及び加速度センサ６２が接続されており、検出された車速Ｖ、操舵角θ及び加速度Ｇを示す信号が供給される。操舵角θは、ハンドル１８が基準状態（つまり、直進走行状態）であるときにθ＝０である。

コントローラ４２は、車速Ｖ、操舵角θ及び加速度Ｇに基づいて判断処理を行い自動二輪車１１が受ける外乱挙動を検出する判断部１５０と、外部のデバイス１５２を制御するデバイス制御部１５６とを有する。判断部１５０は、外乱挙動を、路面から受けた揺れと左右から（つまり、車幅方向から）の外力による揺れとを区別して検出し、路面から受けた揺れを検出したときには信号Ａ１を出力し、車幅方向からの外力による揺れを検出したときには信号Ａ２を出力する。

デバイス制御部１５６は、車速Ｖ、操舵角θ、加速度Ｇ、信号Ａ１及び信号Ａ２に基づいてデバイス１５２を制御する。コントローラ４２は、主たる制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶部としてのＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）及びドライバ等を有しており、ＣＰＵがプログラムを読み込み、記憶部等と協働しながらソフトウェア処理を実行することにより実現される。

次に、コントローラ４２における判断部１５０の処理について図５を参照しながら説明する。図５における処理は、所定の微小時間毎に繰り返し実行される。

図５のステップＳ１において、車速センサ４４、操舵角センサ６４及び加速度センサ６２からその時点の車速Ｖ、操舵角θ及び車幅方向の加速度Ｇを得る。

ステップＳ２において、車速Ｖと所定閾値Ｖｔとを比較し、Ｖ＞ＶｔであればステップＳ３へ移り、Ｖ≦ＶｔであればステップＳ８へ移る。つまり、ステップＳ３〜Ｓ７はある程度の車速Ｖが発生していないときには実行されない。閾値Ｖｔは、例えば、１００ｋｍ／ｈ程度に設定される。

ステップＳ３において、操舵角θと所定閾値θｔとを比較し、｜θ｜＞θｔであればステップＳ４へ移り、｜θ｜≦θｔであればステップＳ６へ移る。

ステップＳ４において、所定の微小時間における操舵角θの変化率Δθ（つまり、相舵角θの角速度）と所定閾値Δθｔとを比較し、｜Δθ｜＞ΔθｔであればステップＳ５へ移り、｜Δθ｜≦ΔθｔであればステップＳ８へ移る。このステップＳ４では、操舵角θと変化率Δθが同符号であることを条件として加えてもよい。変化率Δθはいわゆる微分処理で求められ、例えば、操舵角θを時系列順にメモリに格納しておき、現在の操舵角θと所定の微小時間前の操舵角θとの差により求められる。

ステップＳ５において、自動二輪車１１の揺れは、外乱挙動であり、且つ、路面から受けた揺れであると判断し、信号Ａ１を出力する。

すなわち、ある程度の車速Ｖ（＞Ｖｔ）で走行中であって、ハンドル１８が操舵されている場合（θ＞θｔ）は、２つのケースが考えられる。第１のケースは、運転者が意識的に操舵をしてカーブの走行をしているケースである。このケースでは、ハンドル１８は運転者によって適度な角速度で回動され、又は、一定角度に保たれることから、｜Δθ｜≦Δθｔとなり、ステップＳ４の条件が非成立となりステップＳ８で信号Ａ１がリセットされる。第２のケースは、自動二輪車１１が路面から力を受けて揺れが発生したケースである。このケースでは、一般的に「ハンドルをとられる」という状態であり、前輪１４が外力を受けて、ハンドル１８が運転者の意思と異なる動きをする。この動きは、瞬間的にハンドル１８の角速度が大きくなるため、ステップＳ４の条件が成立し、ステップＳ５で信号Ａ１が出力される。

一方、ステップＳ６においては、車幅方向の加速度Ｇと所定閾値Ｇｔとを比較し、｜Ｇ｜＞ＧｔであればステップＳ７へ移り、｜Ｇ｜≦ＧｔであればステップＳ８へ移る。

ステップＳ７において、自動二輪車１１の揺れは、外乱挙動であり、且つ、車幅方向からの外力（一般的には横風）による揺れであると判断し、信号Ａ２を出力する。

すなわち、ある程度の車速Ｖ（＞Ｖｔ）で走行中であって、ハンドル１８が操舵されていない場合（θ≦θｔ）は、２つのケースが考えられる。第１のケースは、操舵はほとんどなされていないが、自動二輪車１１を傾斜させながら高速でカーブを走行しているケースである。このケースでは、自動二輪車１１は運転者によって適度な速度で傾斜し、又は、傾斜角度が一定保たれることから、｜Ｇ｜≦ΔＧｔとなり、ステップＳ６の条件が非成立となりステップＳ８で信号Ａ２がリセットされる。第２のケースは、自動二輪車１１が車幅方向からの外力を受けて揺れるケースである。このケースでは、横方向の外力を受けて、自動二輪車１１が運転者の意思と異なる動きを示し、瞬間的に横方向の加速度Ｇが大きくなるため、ステップＳ６の条件が成立し、ステップＳ７で信号Ａ２が出力される。

ステップＳ８においては、自動二輪車１１は、外乱挙動のうち、少なくとも路面から受けた揺れ及び車幅方向からの外力による揺れは発生してないと判断して信号Ａ１及び信号Ａ２をリセットする。ステップＳ５、Ｓ７又はＳ８の処理の後、図５に示す今回の処理を終了する。

デバイス制御部１５６では、判断部１５０から供給される信号Ａ１及びＡ２に基づいて制御を行い、例えば、操舵角θや横方向の加速度Ｇがある程度大きい場合であっても、信号Ａ１及びＡ２がリセットされてるときには、外乱挙動は発生していないと判断してデバイス１５２を用いて行う補償を無効化しておく。これにより、運転者は自分の意思に基づいて自由な運転が可能であり、運転者に対して違和感を与えることがない。一方、信号Ａ１又はＡ２が設定されているときには、デバイス１５２を用いた所定の補償処理（例えば、クッションダンパやステアリングダンパのアクティブ制御）を行う。これにより、自動二輪車１１の走行性能を向上させることができる。

上述したように、本実施の形態に係る自動二輪車１１の外乱挙動検出システム１０によれば、車速センサ４４、操舵角センサ６４及び車幅方向の加速度センサ６２に基づいて自動二輪車１１が受ける外乱挙動を簡便に検出することができる。また、判断部１５０は、外乱挙動を、路面から受けた揺れと車幅方向からの外力による揺れとを区別して検出し、走行性能向上のためのデバイス制御部１５６に好適に適用可能である。

外乱挙動検出システム１０では、高価なロールレートセンサやヨーレートセンサ等が不要であり、簡便に構成することができる。

本発明に係る自動二輪車の外乱挙動検出システムは、上述の実施の形態に限らず、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もちろんである。

本実施の形態に係る自動二輪車の外乱挙動検出システムが搭載された自動二輪車の側面図である。 自動二輪車のヘッドパイプ下方部分に設けられた複合センサの斜視図である。 複合センサの断面平面図である。 本実施の形態に係る自動二輪車の外乱挙動検出システムのブロック構成図である。 本実施の形態に係る自動二輪車の外乱挙動検出システムで行われる処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…外乱挙動検出システム １１…自動二輪車
１２…車体フレーム １８…ハンドル
１９…エンジン ２０…シート
４２…コントローラ ４４…車速センサ
５４…ボトムブリッジ ６０…複合センサ
６２…加速度センサ ６４…操舵角センサ
１５０…判断部 １５２…デバイス
１５６…デバイス制御部
Ｖ…車速 Ｇ…加速度
θ…操舵角 Δθ…変化率

Claims (1)

1. 自動二輪車（１１）の車速（Ｖ）を検出する車速検出手段（４４）と、
   前記自動二輪車（１１）の操舵角（θ）を検出する操舵角検出手段（６４）と、
   前記自動二輪車（１１）の車幅方向の加速度（Ｇ）を検出する加速度検出手段（６２）と、
   前記車速検出手段（４４）、前記操舵角検出手段（６４）及び前記加速度検出手段（６２）から得られる信号に基づいて判断処理を行い、前記自動二輪車（１１）が受ける外乱挙動を、路面から受けた揺れと車幅方向からの外力による揺れとを区別して検出する判断手段（１５０）と、
   を有し、
   前記判断手段（１５０）は、前記車速検出手段（４４）から得られる車速信号が所定値以上であり、前記操舵角検出手段（６４）から得られる操舵角信号が所定値以上であり、且つ、該操舵角信号の変化率が所定値以上である場合に、前記外乱挙動は路面から受けた揺れであると判断し、前記車速検出手段（４４）から得られる車速が所定値以上であり、前記操舵角検出手段（６４）から得られる操舵角が所定値以下であり、且つ、前記加速度検出手段（６２）から得られる加速度が所定値以上である場合に、前記外乱挙動は車幅方向からの外力による揺れであると判断する
   ことを特徴とする自動二輪車の外乱挙動検出システム（１０）。

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