JP6067929B2 - 横力推定システム、横力推定方法および車両 - Google Patents

Description

本発明は、横力推定システム、横力推定方法および車両に関する。

車両の走行制御のため、車輪の横力を精度良く推定することが求められる。四輪の自動車に関しては、走行時の車体姿勢がほぼ一定であるため、比較的容易に精度良く横力を推定することができる。一方、地面に対して車体が傾いた状態で旋回する車両（例えば、自動二輪車）に関しては、車輪に種々の方向の力が働くので、横力を精度良く推定することが難しい。

特開２００６−２４０４９１号公報には、ロール角により生じるタイヤの横力（キャンバースラスト）に基づいて実際にタイヤに働く横力を算出する方法が記載される。具体的には、タイヤの横滑り角、ロール角（キャンバー角）および横力の関係が予め測定され、その測定結果に基づいてキャンバースラストマップが生成される。キャンバースラストマップは、ロール角、横すべり角およびキャンバースラストの関係を示す。このキャンバースラストマップを用いて、キャンバースラストが算出される。算出されたキャンバースラストに基づいて、実際にタイヤに働く横力が算出される。
特開２００６−２４０４９１号公報

しかしながら、タイヤの横滑り角は、空気圧およびゴム特性等のタイヤ特性によって異なる。そのため、タイヤ特性が変化すると、算出される横力の精度が低下する。また、車両の走行中にロール角が一定に維持される場合には、上記のマップを用いて比較的精度の高い横力が得られる。一方、車両の走行中に乗員の姿勢が変化する、またはロール角が変化すると、上記のマップを用いても、精度の高い横力が得られない。

本発明の目的は、横力を精度良く推定することが可能な横力推定システム、横力推定方法および車両を提供することである。

（１）本発明の一局面に従う横力推定システムは、複数の車輪を有しかつ地面に対して傾いた姿勢で旋回する車両に設けられる横力推定システムであって、車両の予め定められた位置における横加速度を検出する横加速度検出部と、車両のロール角加速度を検出するロール角加速度検出部と、車両のヨー角加速度を検出するヨー角加速度検出部と、車両のロール角を検出するロール角検出部と、車両の重心位置および車両の質量を記憶する記憶部と、横加速度検出部により検出される横加速度、ロール角加速度検出部により検出されるロール角加速度、ヨー角加速度検出部により検出されるヨー角加速度、ロール角検出部により検出されるロール角、および記憶部に記憶される車両の重心位置に基づいて、車両の重心を通りかつ車両の上下方向に平行な直線と地面との交差位置において車両の前後方向に垂直でかつ地面に平行な方向に働く加速度を地面位置横加速度として算出する地面位置横加速度算出部と、ロール角検出部により検出されるロール角、ロール角加速度検出部により検出されるロール角加速度、記憶部に記憶される車両の重心位置および質量、ならびに地面位置横加速度算出部により算出される地面位置横加速度に基づいて、複数の車輪に働く横力の合計を車両横力として算出する車両横力算出部とを備える。

この横力推定システムにおいては、横加速度検出部、ロール角加速度検出部、ヨー角加速度検出部およびロール角検出部により検出された横加速度、ロール角加速度、ヨー角加速度およびロール角、ならびに記憶部に予め記憶された車両の重心位置に基づいて、地面位置横加速度算出部により地面位置横加速度が算出される。さらに、検出されたロール角およびロール角加速度、記憶された重心位置および質量、ならびに算出された地面位置横加速度に基づいて、複数の車輪に働く横力の合計が車両横力として算出される。

地面位置横加速度は、タイヤの空気圧およびゴム特性等の車輪の特性、ならびに乗員の姿勢に影響されない。また、地面位置横加速度は、ロール角加速度およびヨー角加速度を含む車両の動的な条件に基づく。その地面位置横加速度を用いて車両横力が算出されるので、車輪の特性、乗員の姿勢および車両の動的な条件に拘わらず、車両横力を精度良く推定することができる。したがって、推定された車両横力に基づいて、車両の走行制御を適切に行うことができる。また、特殊なセンサまたは高価なセンサ等を用いることがないので、構成の複雑化およびコストの増加が抑制される。

（２）車両横力算出部は、ロール角をφとし、ロール角加速度をφ”とし、重心位置と交差位置との距離をｈとし、地面位置横加速度をＡｙとし、車両横力をＦ_totalとした場合に、下式（１）を用いて車両横力Ｆ_totalを算出してもよい。

Ｆ_total＝ｍ・Ａｙ＋ｍ・ｈ・φ”／ｃｏｓφ ・・・（１）
この場合、簡単な構成で容易に車両横力を算出することができる。

（３）横力推定システムは、車両の操舵角を検出する操舵角検出部をさらに備え、車両横力算出部は、操舵角検出部により検出された操舵角に基づいて、算出された車両横力を補正してもよい。

この場合、車両の操舵角に基づいて精度良く車両横力を推定することができる。特に、操舵輪に制動力または駆動力が働く状態で車両が旋回する場合に、算出される車両横力の精度が向上される。

（４）横力推定システムは、各車輪から地面に加わる荷重を算出する荷重算出部と、ヨー角加速度検出部により検出されたヨー角加速度、車両横力算出部により算出された車両横力および荷重算出部により算出された荷重に基づいて、各車輪に働く横力を算出する横力算出部とをさらに備えてもよい。

この場合、簡単な構成で精度良く各車輪の横力を推定することができる。また、推定された各車輪の横力に基づいて、車両の走行制御を適切に行うことができる。

（５）車両横力算出部は、ロール角検出部により検出されるロール角が予め定められた範囲内にない場合、車両横力を０としてもよい。

この場合、車両の転倒時に不必要な走行制御が行われることが防止される。

（６）車両横力算出部は、周期的に車両横力を算出し、ロール角検出部により検出されるロール角が予め定められた範囲内にない場合、前の周期で算出された車両横力を維持してもよい。

この場合、車両の転倒時に不必要な走行制御が行われることが防止される。

（７）本発明の他の局面に従う横力推定方法は、複数の車輪を有しかつ地面に対して傾いた姿勢で旋回する車両に働く横力を推定する横力推定方法であって、車両の重心位置および車両の質量を記憶するステップと、車両の予め定められた位置における横加速度を検出するステップと、車両のロール角加速度を検出するステップと、車両のヨー角加速度を検出するステップと、車両のロール角を検出するステップと、検出された横加速度、ロール角加速度、ヨー角加速度、ロール角、および記憶された車両の重心位置に基づいて、車両の重心を通りかつ車両の上下方向に平行な直線と地面との交差位置において車両の前後方向に垂直でかつ地面に平行な方向に働く加速度を地面位置横加速度として算出するステップと、検出されたロール角、ロール角加速度、記憶された車両の重心位置および質量、ならびに算出された地面位置横加速度に基づいて、複数の車輪に働く横力の合計を車両横力として算出するステップとを備える。

この横力推定方法においては、検出された横加速度、ロール角加速度、ヨー角加速度およびロール角、ならびに記憶された車両の重心位置に基づいて、地面位置横加速度が算出される。さらに、検出されたロール角およびロール角加速度、記憶された重心位置および質量、ならびに算出された地面位置横加速度に基づいて、複数の車輪に働く横力の合計が車両横力として算出される。

地面位置横加速度は、タイヤの空気圧およびゴム特性等の車輪の特性、ならびに乗員の姿勢に影響されない。また、地面位置横加速度は、ロール角加速度およびヨー角加速度を含む車両の動的な条件に基づく。その地面位置横加速度を用いて車両横力が算出されるので、車輪の特性、乗員の姿勢および車両の動的な条件に拘わらず、車両横力を精度良く推定することができる。したがって、推定された車両横力に基づいて、車両の走行制御を適切に行うことができる。また、特殊なセンサまたは高価なセンサ等を用いることがないので、構成の複雑化およびコストの増加が抑制される。

（８）本発明のさらに他の局面に従う車両は、複数の車輪を有する本体部と、本体部を移動させるための駆動力を発生する原動機と、第１の発明に係る力推定システムとを備える。

この車両においては、原動機により発生される動力により駆動輪が回転される。それにより、本体部が移動する。この場合、上記第１の発明に係る横力推定システムにより車両横力を精度良く推定することができる。推定された車両横力に基づいて、車両の走行制御を適切に行うことができる。

本発明によれば、横力を精度良く推定することができる。

図１は本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の概略側面図である。 図２は図１の自動二輪車の概略平面図である。 図３は横力推定システムの構成について説明するためのブロック図である。 図４は地面位置横加速度について説明するための外観斜視図である。 図５は地面位置横加速度について説明するための模式的正面図である。 図６は車両横力について説明するための模式的平面図である。 図７は重心および交差位置に働く力について説明するための模式的平面図である。 図８は自動二輪車に働くヨーモーメントについて説明するための図である。 図９は前輪および後輪の垂直荷重について説明するための図である。 図１０は前輪および後輪の垂直荷重について説明するための図である。 図１１は横力推定処理のフローチャートである。 図１２は操舵角に基づく車両横力の補正について説明するための図である。 図１３は横力推定処理の他の例のフローチャートである。 図１４は横力推定処理の他の例のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係る横力推定システム、横力推定方法および車両について図面を参照しながら説明する。以下の説明は、車両の一例としての自動二輪車に関する。

（１）自動二輪車の概略構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の概略側面図である。図１の自動二輪車１００においては、本体フレーム１１の前端にヘッドパイプ１２が設けられる。ヘッドパイプ１２にフロントフォーク１３が左右方向に揺動可能に設けられる。フロントフォーク１３の下端に前輪１４およびブレーキロータＢＲ１が回転可能に支持される。また、フロントフォーク１３の下端近傍にホイールシリンダＷＣ１および前輪速度センサ４４が固定される。ブレーキロータＢＲ１は１または複数のディスク（図示せず）を含む。ホイールシリンダＷＣ１は、前輪１４の制動時にブレーキロータＢＲ１のディスクに押圧されるブレーキパッド（図示せず）とともにブレーキキャリパに内蔵される。前輪速度センサ４４は、前輪１４の回転速度を検出する。

ヘッドパイプ１２の上端にはハンドル１５が設けられる。ヘッドパイプ１２の近傍には操舵角センサ４５が設けられる。操舵角センサ４５は、自動二輪車１００の操舵角を検出する。操舵角は、本体フレーム１１に対する操舵輪（本例では、前輪１４）の角度である（後述の図１２参照）。

本体フレーム１１の中央部には、エンジン１７が設けられる。エンジン１７の下部には、クランクケース１８が設けられる。クランクケース１８の後方部分にミッションケース１９が連結される。ミッションケース１９は、本体フレーム１１の下方に位置する。ミッションケース１９の左側部には、シフトペダル２１が設けられる。

ミッションケース１９の後方に延びるように、本体フレーム１１にリアアーム８１が接続される。リアアーム８１の後端に後輪８２、後輪ドリブンスプロケット８３およびブレーキロータＢＲ２が回転可能に支持される。後輪ドリブンスプロケット８３にはチェーン８４が取り付けられる。リアアーム８１の後端近傍にホイールシリンダＷＣ２および後輪速度センサ４６が固定される。ブレーキロータＢＲ２は１または複数のディスク（図示せず）を含む。ホイールシリンダＷＣ２は、後輪８２の制動時にブレーキロータＢＲ２のディスクに押圧されるブレーキパッド（図示せず）とともにブレーキキャリパに内蔵される。後輪速度センサ４６は、後輪８２の回転速度を検出する。

エンジン１７の上方には燃料タンク２５が設けられ、燃料タンク２５の後方には２つのシート２６，２７が前後に並ぶように設けられる。燃料タンク２５および２つのシート２６，２７の下方には、液圧制御ユニット３０、ジャイロセンサ４１、加速度センサ４２、および制御部７０が設けられる。ジャイロセンサ４１は自動二輪車１００のヨーレート（ヨー角速度）およびロールレート（ロール角速度）を検出する。加速度センサ４２は、横方向（後述の車両横方向Ｄｙ）に生じる横加速度、および前後方向（後述の車両前後方向Ｄｘ）に生じる縦加速度を検出する。液圧制御ユニット３０および制御部７０の詳細については後述する。

図２は、図１の自動二輪車１００の概略平面図である。図２では、図１の自動二輪車１００の外形とともに自動二輪車１００の一部の構成要素が示される。図２に示すように、ハンドル１５の右側部分にはブレーキレバー１６および前輪マスタシリンダ１６ｓが設けられる。また、ミッションケース１９（図１）の右側部には、ブレーキペダル２３および後輪マスタシリンダ２３ｓが設けられる。

液圧制御ユニット３０は、前輪マスタシリンダ１６ｓ、後輪マスタシリンダ２３ｓおよびホイールシリンダＷＣ１，ＷＣ２に接続されている。ブレーキレバー１６が操作されることにより、前輪マスタシリンダ１６ｓから液圧制御ユニット３０に油圧が与えられ、液圧制御ユニット３０からホイールシリンダＷＣ１に油圧が与えられる。ホイールシリンダＷＣ１によってブレーキパッドがブレーキロータＢＲ１に押し当てられることにより、前輪１４に制動力が働く。また、ブレーキペダル２３が操作されることにより、後輪マスタシリンダ２３ｓから液圧制御ユニット３０に油圧が与えられ、さらに液圧制御ユニット３０からホイールシリンダＷＣ２に油圧が与えられる。ホイールシリンダＷＣ２によってブレーキパッドがブレーキロータＢＲ２に押し当てられることにより、後輪８２に制動力が働く。

液圧制御ユニット３０は、ホイールシリンダＷＣ１への油圧を調整することにより前輪１４に働く制動力を調整し、ホイールシリンダＷＣ２への油圧を調整することにより後輪８２に働く制動力を調整する。

なお、前輪マスタシリンダ１６ｓおよび後輪マスタシリンダ２３ｓが液圧制御ユニット３０に接続されずに、前輪マスタシリンダ１６ｓおよび後輪マスタシリンダ２３ｓの油圧がセンサによって検出され、その検出結果に基づいて液圧制御ユニット３０からホイールシリンダＷＣ１，ＷＣ２への油圧が調整されてもよい。

制御部７０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を含む。制御部７０のＣＰＵには、上記の前輪速度センサ４４、操舵角センサ４５、後輪速度センサ４６、ジャイロセンサ４１および加速度センサ４２による検出結果が与えられる。ＣＰＵは、それらの検出結果に基づいて、前輪１４および後輪８２の横力を推定し、推定された横力に基づいて、液圧制御ユニット３０を制御する。また、ＣＰＵは、図１のエンジン１７の基本動作を制御する。ＲＯＭは、ＣＰＵの制御プラグラム等を記憶する。ＲＡＭは、種々のデータを記憶するとともにＣＰＵの作業領域として機能する。

本実施の形態においては、ジャイロセンサ４１、加速度センサ４２および制御部７０により横力推定システムが構成される。ジャイロセンサ４１、加速度センサ４２および制御部７０は、それぞれ異なる位置に配置されてもよく、または共通のケーシング内に設けられてもよい。

以下の説明において、図１の本体フレーム１１の中心面（対称面）に平行でかつ地面に平行な方向を車両前後方向Ｄｘと呼び、本体フレーム１１の中心面に対して垂直な方向を車両横方向Ｄｙと呼び、車両前後方向Ｄｘおよび車両横方向Ｄｙに対して垂直な方向を車両上下方向Ｄｚと呼ぶ。

また、前輪１４の中心面に平行でかつ地面に平行な方向を前輪前後方向Ｄｘｆと呼び、後輪８２の中心面に平行でかつ地面に平行な方向を後輪前後方向Ｄｘｒと呼ぶ。操舵角が０°である場合、前輪前後方向Ｄｘｆは、車両前後方向Ｄｘと一致する。後輪前後方向Ｄｘｒは、車両前後方向Ｄｘと一致する。

（２）制御部の機能
図３は、横力推定システムの構成について説明するためのブロック図である。図３に示すように、制御部７０は、角加速度算出部７１、ロール角算出部７２、Ａｙ算出部７３、車両横力算出部７４、垂直荷重算出部７５および各輪横力算出部７６の機能を実現する。本例では、ＣＰＵおよび制御部プログラムによりこれらの機能が実現されるが、これらの機能の少なくとも一部が、電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。

制御部７０は記憶部７０ａを含む。記憶部７０ａは、上記のＲＯＭであってもよく、フラッシュメモリまたはハードディスク等の他の記憶素子または記憶装置であってもよい。記憶部７０ａには、自動二輪車１００の諸元情報が記憶される。諸元情報は、質量、寸法および重心位置等を含む。

角加速度算出部７１は、ジャイロセンサ４１により検出されるヨーレートｒに基づいてヨー角加速度ｒ’を算出し、ジャイロセンサ４１により検出されるロールレートφ’に基づいてロール角加速度φ’’を算出する。ロール角算出部７２は、ジャイロセンサ４１により検出されるロールレートφ’に基づいてロール角φを算出する。ロール角φは、地面に対する自動二輪車１００の傾きの角度である（後述の図７参照）。

Ａｙ算出部７３は、加速度センサ４２により検出される横加速度Ａ_sy、ジャイロセンサ４１により検出されるヨーレートｒおよびロールレートφ’、角加速度算出部７１により算出されるヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’、ロール角算出部７２により算出されるロール角φ、ならびに記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、地面位置横加速度Ａｙを算出する。地面位置横加速度Ａｙの詳細については後述する。

車両横力算出部７４は、角加速度算出部７１により算出されるロール角加速度φ’’、ロール角算出部７２により算出されるロール角φ、Ａｙ算出部７３により算出される地面位置横加速度Ａｙ、および記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、前輪１４の横力と後輪８２の横力との合力である車両横力Ｆ_totalを算出する。

前輪１４の横力は、地面から前輪１４に加わる力であって、前輪前後方向Ｄｘｆ（図１）に対して垂直でかつ地面に平行な方向に働く力である。後輪８２の横力は、地面から後輪８２に加わる力であって、後輪前後方向Ｄｘｒ（図１）に対して垂直でかつ地面に平行な方向に働く力である。車両横力Ｆ_totalの詳細については後述する。

垂直荷重算出部７５は、加速度センサ４２により検出される縦加速度Ａ_sxおよび記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、前輪１４から地面に加わる垂直荷重Ｎｆおよび後輪８２から地面に加わる垂直荷重Ｎｒをそれぞれ算出する。

各輪横力算出部７６は、角加速度算出部７１により算出されたヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’、車両横力算出部７４により算出された車両横力Ｆ_total、垂直荷重算出部７５により算出された垂直荷重Ｎｆ，Ｎｒ、ならびに記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、前輪１４の横力および後輪８２の横力をそれぞれ算出する。

（３）地面位置横加速度
図４および図５は、地面位置横加速度Ａｙについて説明するための外観斜視図および正面図である。以下の説明において、車両前後方向Ｄｘに対して垂直でかつ地面に平行な方向を地面横方向Ｄｙｇと呼ぶ。図４に示すように、ロール角φが０°である場合、地面横方向Ｄｙｇは車両横方向Ｄｙと一致する。一方、図５に示すように、ロール角φが０°でない場合、地面横方向Ｄｙｇは車両横方向Ｄｙと一致しない。

図４および図５において、自動二輪車１００の重心Ｇを通り、かつ車両上下方向Ｄｚに平行な直線ＰＬが、交差位置ＣＰで地面と交差する。その交差位置ＣＰにおける地面横方向Ｄｙｇの加速度が地面位置横加速度Ａｙである。

加速度センサ４２により検出される横加速度Ａ_syは、加速度センサ４２の位置における横加速度であり、地面位置横加速度Ａｙとは異なる。加速度センサ４２の位置と交差位置ＣＰとの位置関係は一定である。その位置関係は、図３の記憶部７０ａに諸元情報として予め記憶される。図３のＡｙ算出部７３は、記憶部７０ａに記憶された位置関係に基づいて、横加速度Ａ_syを地面位置横加速度Ａｙに変換する。具体的には、横加速度Ａ_sy、加速度センサ４２の位置と交差位置ＣＰとの位置関係、ロール角φ、ヨーレートｒ、ロールレートφ’、ヨー角加速度ｒ’、およびロール角加速度φ’’に基づいて、地面位置横加速度Ａｙが算出される。

（４）車両横力
図６は、車両横力Ｆ_totalについて説明するための模式的平面図である。車両横力Ｆ_totalは、地面横方向Ｄｙｇに働く前輪１４および後輪８２の横力の成分の合計である。図６において、前輪１４の横力はＦｙｆであり、後輪８２の横力はＦｙｒであり、操舵角は０°である。この場合、下式（１）で表されるように、車両横力Ｆ_totalは、前輪１４の横力Ｆｙｆと後輪８２の横力Ｆｙｒとの和である。

Ｆ_total＝Ｆｙｆ＋Ｆｙｒ ・・・（１）
図７は、重心Ｇおよび交差位置ＣＰに働く力について説明するための模式的正面図である。図７において、自動二輪車１００のロール角はφであり、ロール角加速度はφ’’である。ロール角φは、車両上下方向Ｄｚと地面に垂直な方向Ｄｚｚとがなす角度に相当する。重心Ｇと交差位置ＣＰ（図４および図５参照）との距離はｈである。距離ｈは、諸元情報として図３の記憶部７０ａに予め記憶される。

重心Ｇにおいて車両横方向Ｄｙに働くロールモーメントは、ｍ・ｈ・φ’’で表される。ｍは、自動二輪車１００の質量であり、諸元情報として図３の記憶部７０ａに予め記憶される。重心Ｇに働く地面横方向Ｄｙｇの力は、ｍ・ｈ・φ’’／ｃｏｓφで表される。また、交差位置ＣＰに働く地面横方向Ｄｙｇの力は、ｍ・Ａｙで表される。地面横方向Ｄｙｇに働く力の関係として、下式（２）が成立する。

Ｆ_total＝ｍ・Ａｙ＋ｍ・ｈ・φ”／ｃｏｓφ ・・・（２）
図３の車両横力算出部７４は、式（２）に基づいて車両横力Ｆ_totalを算出する。

（５）各輪に働く力
前輪１４に働く地面横方向Ｄｙｇの力と後輪８２に働く地面横方向Ｄｙｇの力との差により、自動二輪車１００にヨーモーメントが働く。図８は、自動二輪車１００に働くヨーモーメントについて説明するための図である。図８の例では、操舵角は０°である。図８に示すように、地面に垂直な軸Ａｚを中心に自動二輪車１００にヨーモーメントが働く。ヨーモーメントと、前輪１４および後輪８２に働く力との関係は、下式（３）で表される。

Ｉｚ・ｒ’＝ｐ１・Ｆｙｆ−ｐ２・Ｆｙｒ ・・・（３）
式（３）において、Ｉｚは、自動二輪車１００のイナーシャであり、諸元情報として図３の記憶部７０ａに予め記憶される。ヨーモーメントは、Ｉｚ・ｒ’で表される。

ｐ１は、軸Ａｚと前輪１４の回転軸１４ａとの間における車両前後方向Ｄｘの距離であり、ｐ２は、軸Ａｚと後輪８２の回転軸８２ａとの間における車両前後方向Ｄｘの距離である。距離ｐ１，ｐ２の和は、前輪１４の回転軸と後輪８２の回転軸との距離（ホイールベース）ｐｔに一致する。軸Ａｚの位置は、自動二輪車１００の加減速によって変化する。

距離ｐ１，ｐ２は、前輪１４および後輪８２の垂直荷重から求められる。図９および図１０は、前輪１４および後輪８２の垂直荷重について説明するための図である。図９は、自動二輪車１００が停止している場合の前輪１４および後輪８２の垂直荷重を表す。図１０は、自動二輪車１００が走行している場合の前輪１４および後輪８２の垂直荷重を表す。

図９に示すように、自動二輪車１００が停止している場合、前輪１４から地面に垂直荷重Ｎｆ_０が加わり、後輪８２から地面に垂直荷重Ｎｒ_０が加わる。垂直荷重Ｎｆ_０は、下式（４）で表され、垂直荷重Ｎｒ_０は、下式（５）で表される。

Ｎｆ_０＝ｍ・ｇ・ｐ０／ｐｔ ・・・（４）
Ｎｒ_０＝ｍ・ｇ・（ｐｔ−ｐ０）／ｐｔ ・・・（５）
式（４）および式（５）において、ｇは重力加速度であり、ｐ０は重心Ｇと前輪１４の回転軸１４ａとの間の距離であり、ｐｔはホイールベースである。ホイールベースｐｔおよび垂直荷重Ｎｆ_０，Ｎｒ_０は、諸元情報として図３の記憶部７０ａに予め記憶される。

図１０に示すように、自動二輪車１００が走行している場合、前輪１４から地面に垂直荷重Ｎｆが加わり、後輪８２から地面に垂直荷重Ｎｒが加わる。垂直荷重Ｎｆは、下式（６）で表され、垂直荷重Ｎｒは、下式（７）で表される。

Ｎｆ＝Ｎｆ_０−Ｆ・ｈ／ｐｔ ・・・（６）
Ｎｒ＝Ｎｒ_０＋Ｆ・ｈ／ｐｔ ・・・（７）
式（６）および式（７）において、Ｆは、自動二輪車１００に働く車両前後方向Ｄｘの力である。力Ｆは、駆動力および制動力を含む。図３の垂直荷重算出部７５は、加速度センサ４２により検出される縦加速度Ａ_ｓｘに基づいて力Ｆを算出し、式（６）および式（７）に基づいて垂直荷重Ｎｆ，Ｎｒを算出する。

なお、縦加速度Ａ_ｓｘに基づいて力Ｆが算出される代わりに、図１の前輪速度センサ４４、後輪速度センサ４６、または図示しないブレーキセンサによる検出結果に基づいて力Ｆが算出されてもよい。

上式（３）の係数ｐ１は、下式（８）で表され、係数ｐ２は、下式（９）で表される。式（８）および式（９）により上式（３）の係数ｐ１，ｐ２が求められる。

ｐ１＝ｐｔ・Ｎｒ／（Ｎｆ＋Ｎｒ） ・・・（８）
ｐ２＝ｐｔ−ｐ１ ・・・（９）
また、上式（１）および上式（３）により、下式（１０）および下式（１１）が成立する。

図３の各輪横力算出部７６は、式（１０）および式（１１）に基づいて、前輪１４の横力Ｆｙｆおよび後輪８２の横力Ｆｙｒを算出する。

（６）横力推定処理
制御部７０のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて、横力推定処理を行う。以下、図３の各機能部による横力推定処理について説明する。図１１は、横力推定処理のフローチャートである。図１１の横力推定処理は、自動二輪車１００の走行時に一定の周期で繰り返し行われる。

図１１に示すように、まず、角加速度算出部７１が、ジャイロセンサ４１により検出されるヨーレートｒおよびロールレートφ’に基づいて、ヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’を算出する（ステップＳ１）。また、ロール角算出部７２が、ジャイロセンサ４１により検出されるロールレートφ’に基づいて、ロール角φを算出する（ステップＳ２）。

次に、Ａｙ算出部７３が、加速度センサ４２により検出される横加速度Ａ_sy、ジャイロセンサ４１により検出されるヨーレートｒおよびロールレートφ’、角加速度算出部７１により算出されるヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’、ロール角算出部７２により算出されるロール角φ、ならびに記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、地面位置横加速度Ａｙを算出する（ステップＳ３）。

次に、車両横力算出部７４が、角加速度算出部７１により算出されるロール角加速度φ’’、 ロール角算出部７２により算出されるロール角φ、Ａｙ算出部７３により算出される地面位置横加速度Ａｙ、および記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、車両横力Ｆ_totalを算出する（ステップＳ４）。

次に、垂直荷重算出部７５が、加速度センサ４２により検出される縦加速度Ａ_sx、および記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、前輪１４および後輪８２の垂直荷重Ｎｆ，Ｎｒを算出する（ステップＳ５）。

次に、各輪横力算出部７６が、角加速度算出部７１により算出されたヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’、車両横力算出部７４により算出された車両横力Ｆ_total、垂直荷重算出部７５により算出された垂直荷重Ｎｆ，Ｎｒ、ならびに記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒをそれぞれ算出する（ステップＳ６）。これにより、横力推定処理が終了する。

制御部７０のＣＰＵは、横力推定処理により得られた車両横力Ｆ_totalまたは前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒに基づいて、図２の液圧制御ユニット３０を制御する。これにより、前輪１４および後輪８２の制動力が調整される。

例えば、前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが大きいほど、前輪１４および後輪８２がスリップしやすくなる。この場合、ホイールシリンダＷＣ１，ＷＣ２に与えられる油圧（以下、ブレーキ油圧と呼ぶ）を一定範囲内で周期的に上昇および低下させることにより、前輪１４および後輪８２のグリップを徐々に高めることができ、前輪１４および後輪８２のスリップを防止することができる。

そこで、横力推定処理により得られた車両横力Ｆ_totalまたは横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒに基づいて、ブレーキ油圧が周期的に上昇および低下するように、液圧制御ユニット３０が制御されてもよい。また、横力推定処理により得られた車両横力Ｆ_totalまたは横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒによってブレーキ油圧の変化の範囲または速度が異なるように、液圧制御ユニット３０が制御されてもよい。この場合、前輪１４および後輪８２のグリップをより効率よく高めることが可能となる。

液圧制御ユニット３０の制御に車両横力Ｆ_totalを用いることにより、制御部７０の処理負荷の低減が可能となり、前輪１４および後輪８２の横力の変化に対して迅速に制動力を調整することが可能となる。一方、液圧制御ユニット３０の制御に横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒを用いることにより、前輪１４および後輪８２の各々の制動力を個別に調整することができる。また、車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒの両方を用いて液圧制御ユニット３０の制御が行われてもよい。この場合、より効果的に制動力を調整することができる。

（７）効果
上記実施の形態に係る横力推定システムにおいては、加速度センサ４２により検出される横加速度Ａ_sy、ジャイロセンサ４１により検出されるヨーレートｒおよびロールレートφ’、角加速度算出部７１により算出されるヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’、ロール角算出部７２により算出されるロール角φ、ならびに記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、地面位置横加速度Ａｙが算出される。さらに、角加速度算出部７１により算出されるロール角加速度φ’’、 ロール角算出部７２により算出されるロール角φ、Ａｙ算出部７３により算出される地面位置横加速度Ａｙ、および記憶部７０ａに記憶される諸元情報に基づいて、車両横力Ｆ_totalが算出される。

地面位置横加速度Ａｙは、タイヤの空気圧およびゴム特性等の前輪１４および後輪８２の特性に影響されず、乗員の姿勢にも影響されない。また、地面位置横加速度Ａｙは、ヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’等の自動二輪車１００の動的な条件に基づく。その地面位置横加速度Ａｙを用いて車両横力Ｆ_totalが算出されるので、前輪１４および後輪８２の特性、乗員の姿勢、ならびに自動二輪車１００の動的な条件に拘わらず、精度良く車両横力Ｆ_totalを推定することができる。推定された車両横力Ｆ_totalに基づいて、自動二輪車１００の走行制御を適切に行うことができる。また、特殊または高価なセンサ等を用いることがないので、構成の複雑化およびコストの増加が抑制される。

また、角加速度算出部７１により算出されたヨー角加速度ｒ’およびロール角加速度φ’’、車両横力算出部７４により算出された車両横力Ｆ_total、ならびに垂直荷重算出部７５により算出された垂直荷重Ｎｆ，Ｎｒに基づいて、前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒがそれぞれ算出される。これにより、簡単な構成で精度良く前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒを推定することができる。また、推定された前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒに基づいて、自動二輪車１００の走行制御を適切に行うことができる。

（８）操舵角による補正
図１の操舵角センサ４５により検出される操舵角に基づいて、車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが補正されてもよい。以下、操舵角に基づく車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒの補正について説明する。

図１２は、操舵角に基づく車両横力Ｆ_totalの補正について説明するための図である。図１２において、自動二輪車１００の操舵角はδである。操舵角δは、前輪前後方向Ｄｘｆと車両前後方向Ｄｘとがなす角に相当する。上記のように、車両横力Ｆ_totalは、地面横方向Ｄｙｇに働く前輪１４および後輪８２の横力の成分の合計である。そのため、図１２の例において、車両横力Ｆ_totalは下式（１２）で表される。

Ｆ_total＝Ｆｙｆ・ｃｏｓδ＋Ｆｙｒ ・・・（１２）
また、前輪１４および後輪８２には、上記の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒに加えて、前輪前後方向Ｄｘｆおよび後輪前後方向Ｄｘｒの力（縦力）Ｆｘｆ，Ｆｘｒがそれぞれ働く。後輪８２の縦力Ｆｘｒは、地面横方向Ｄｙｇと垂直な方向に働くので、地面横方向Ｄｙｇの成分を含まない。一方、前輪１４の縦力Ｆｘｆは、操舵角δに依存する地面横方向Ｄｙｇの成分を含む。縦力Ｆｘｆの地面横方向Ｄｙｇの成分は、Ｆｘｆ・ｓｉｎδで表される。そのため、地面横方向Ｄｙｇに働く力の関係として、下式（１３）が成立する。下式（１３）において、Ｆｘｆは負の値である。

Ｆ_total＋Ｆｘｆ・ｓｉｎδ＝ｍ・Ａｙ＋ｍ・ｈ・φ”／ｃｏｓφ ・・・（１３）
図３の車両横力算出部７４は、上式（２）の代わりに、式（１３）に基づいて、車両横力Ｆ_totalを算出する。

また、自動二輪車１００に働くヨーモーメントと、前輪１４および後輪８２に働く力との関係は、下式（１４）で表される。

Ｉｚ・ｒ’＝ｐ１・Ｆｙｆ・ｃｏｓδ−ｐ２・Ｆｙｒ＋ｐ１・Ｆｘｆ・ｓｉｎδ ・・・（１４）
式（１３）および式（１４）から、下式（１５）および下式（１６）が成立する。

図３の各輪横力算出部７６は、式（１５）および式（１６）に基づいて、前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒを算出する。

このように、操舵角センサ４５により検出される操舵角δに基づいて車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが算出されることにより、より精度の高い車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが得られる。特に、操舵輪である前輪１４に制動力または駆動力が働く状態で自動二輪車１００が旋回する場合に、算出される車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒの精度が向上される。

（９）横力推定処理の他の例
図１３および図１４は、横力推定処理の他の例のフローチャートである。図１３および図１４の例について、図１１の例と異なる点を説明する。

図１３の例では、ロール角算出部７２が、ステップＳ２でロール角を算出した後、算出されたロール角が規定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２ａ）。規定範囲は、例えば−３０°以上３０°以下である。算出されたロール角が規定範囲内である場合、図１１の例と同様にステップＳ３〜Ｓ６の処理が行われる。算出されたロール角が規定範囲内にない場合、車両横力算出部７４は、車両横力Ｆ_totalを０に設定する（ステップＳ７）。また、各輪横力算出部７６は、前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒを０に設定する（ステップＳ８）。これにより、横力推定処理が終了する。

自動二輪車１００が通常の走行を行っている場合には、ロール角が規定範囲内になる。一方、自動二輪車１００が転倒すると、ロール角が規定範囲外になる。転倒時における実際のロール角に基づいて車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが算出されると、車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが極めて大きくなる。その車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒに基づいて液圧制御ユニット３０が制御されると、前輪１４および後輪８２の制動力が大きく変動する。しかしながら、転倒時に制動力を調整する必要性は低い。

そこで、図１３の例では、自動二輪車１００の転倒時に、車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが０に設定される。これにより、自動二輪車１００の転倒時における不必要な制動力の調整が防止される。

図１４の例では、ロール角算出部７２が、ステップＳ２でロール角を算出した後、図１３の例と同様に、算出されたロール角が規定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２ａ）。算出されたロール角が規定範囲内である場合、図１１の例と同様にステップＳ３〜Ｓ６の処理が行われる。算出されたロール角が規定範囲内にない場合、車両横力算出部７４は、車両横力Ｆ_totalを前の周期で算出された値に維持する（ステップＳ９）。また、各輪横力算出部７６は、前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒを前の周期で算出された値に維持する（ステップＳ１０）。これにより、横力推定処理が終了する。

図１４の例では、自動二輪車１００の転倒時に、車両横力Ｆ_totalおよび横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが前の周期で算出された値に維持される。前の周期で算出された値とは、ロール角が規定範囲外になる直前の値である。この場合も、図１３の例と同様に、自動二輪車１００の転倒時における不必要な制動力の調整が防止される。

（１０）他の実施の形態
（１０−１）
上記実施の形態では、自動二輪車１００の質量ｍ、重心Ｇの位置およびイナーシャＩｒを用いて、車両横力Ｆ_totalならびに前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが算出されるが、本発明はこれに限らない。自動二輪車１００、乗員および積載物を含む全体の質量、重心位置およびイナーシャを用いて、車両横力Ｆ_totalならびに前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが算出されてもよい。

この場合、平均的な乗員および積載物を想定して全体の質量、重心位置およびイナーシャが予め定められ、それらが諸元情報として予め記憶部７０ａに記憶されてもよい。あるいは、乗員および積載物に関する情報を外部から入力可能であり、予め記憶された自動二輪車１００に関する情報と、入力された乗員および積載物に関する情報とに基づいて、全体の質量、重心位置およびイナーシャが算出されてもよい。

（１０−２）
上記実施の形態では、車両横力Ｆ_totalまたは横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒに基づいて、液圧制御ユニット３０からホイールシリンダＷＣ１，ＷＣ２に与えられる油圧が調整されるが、本発明はこれに限らない。車両横力Ｆ_totalまたは横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒに基づいて、自動二輪車１００の他の走行制御が行われてよい。例えば、エンジン１７での点火タイミングが調整されることにより、発生される駆動力が調整されてもよい。

（１０−３）
上記実施の形態では、車両横力Ｆ_totalに基づいて前輪１４および後輪８２の横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが算出されるが、本発明はこれに限らない。車両横力Ｆ_totalのみを用いて自動二輪車１００の走行制御が行われる場合には、横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒが算出されなくてもよい。

（１０−４）
上記実施の形態は、本発明を自動二輪車に適用した例であるが、これに限らず、自動三輪車もしくはＡＴＶ（All Terrain Vehicle；不整地走行車両）等の他の鞍乗り型車両、または他の車両に本発明を適用してもよい。

（１０−５）
上記実施の形態は、原動機としてエンジンを備える車両に本発明を適用した例であるが、これに限らず、原動機としてモータを備える電動車両に本発明を適用してもよい。

（１１）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、加速度センサ４２が横加速度検出部の例であり、角加速度算出部７１がロール角加速度検出部およびヨー角加速度検出部の例であり、ロール角算出部７２がロール角検出部の例であり、記憶部７０ａが記憶部の例であり、Ａｙ算出部７３が地面位置横加速度算出部の例であり、車両横力算出部７４が車両横力算出部の例である。

また、操舵角センサ４５が操舵角検出部の例であり、垂直荷重算出部７５が荷重算出部の例であり、各輪横力算出部７６が横力算出部の例であり、本体フレーム１１が本体部の例であり、エンジン１７が原動機の例であり、自動二輪車１００が車両の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、地面に対して傾いた姿勢で旋回する種々の車両に有効に利用することができる。

Claims (8)

1. 複数の車輪を有しかつ地面に対して傾いた姿勢で旋回する車両に設けられる横力推定システムであって、
   前記車両の予め定められた位置における横加速度を検出する横加速度検出部と、
   前記車両のロール角加速度を検出するロール角加速度検出部と、
   前記車両のヨー角加速度を検出するヨー角加速度検出部と、
   前記車両のロール角を検出するロール角検出部と、
   前記車両の重心位置および前記車両の質量を記憶する記憶部と、
   前記横加速度検出部により検出される横加速度、前記ロール角加速度検出部により検出されるロール角加速度、前記ヨー角加速度検出部により検出されるヨー角加速度、前記ロール角検出部により検出されるロール角、および前記記憶部に記憶される前記車両の重心位置に基づいて、前記車両の重心を通りかつ前記車両の上下方向に平行な直線と地面との交差位置において前記車両の前後方向に垂直でかつ地面に平行な方向に働く加速度を地面位置横加速度として算出する地面位置横加速度算出部と、
   前記ロール角検出部により検出されるロール角、前記ロール角加速度検出部により検出されるロール角加速度、前記記憶部に記憶される前記車両の重心位置および質量、ならびに前記地面位置横加速度算出部により算出される地面位置横加速度に基づいて、前記複数の車輪に働く横力の合計を車両横力として算出する車両横力算出部とを備える、横力推定システム。
2. 前記車両横力算出部は、前記ロール角をφとし、前記ロール角加速度をφ”とし、前記重心位置と前記交差位置との距離をｈとし、前記地面位置横加速度をＡｙとし、前記車両横力をＦ_totalとした場合に、下式（１）を用いて車両横力Ｆ_totalを算出する、請求項１記載の横力推定システム。
   Ｆ_total＝ｍ・Ａｙ＋ｍ・ｈ・φ”／ｃｏｓφ ・・・（１）
3. 前記車両の操舵角を検出する操舵角検出部をさらに備え、
   前記車両横力算出部は、前記操舵角検出部により検出された操舵角に基づいて、算出された車両横力を補正する、請求項１または２記載の横力推定システム。
4. 各車輪から地面に加わる荷重を算出する荷重算出部と、
   前記ヨー角加速度検出部により検出されたヨー角加速度、前記車両横力算出部により算出された車両横力および前記荷重算出部により算出された荷重に基づいて、各車輪に働く横力を算出する横力算出部とをさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の横力推定システム。
5. 前記車両横力算出部は、前記ロール角検出部により検出されるロール角が予め定められた範囲内にない場合、車両横力を０とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の横力推定システム。
6. 前記車両横力算出部は、周期的に車両横力を算出し、前記ロール角検出部により検出されるロール角が予め定められた範囲内にない場合、前の周期で算出された車両横力を維持する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の横力推定システム。
7. 複数の車輪を有しかつ地面に対して傾いた姿勢で旋回する車両に働く横力を推定する横力推定方法であって、
   前記車両の重心位置および前記車両の質量を記憶するステップと、
   前記車両の予め定められた位置における横加速度を検出するステップと、
   前記車両のロール角加速度を検出するステップと、
   前記車両のヨー角加速度を検出するステップと、
   前記車両のロール角を検出するステップと、
   検出された横加速度、ロール角加速度、ヨー角加速度、ロール角、および記憶された前記車両の重心位置に基づいて、前記車両の重心を通りかつ前記車両の上下方向に平行な直線と地面との交差位置において前記車両の前後方向に垂直でかつ地面に平行な方向に働く加速度を地面位置横加速度として算出するステップと、
   検出されたロール角、ロール角加速度、記憶された前記車両の重心位置および質量、ならびに算出された地面位置横加速度に基づいて、前記複数の車輪に働く横力の合計を車両横力として算出するステップとを備える、横力推定方法。
8. 複数の車輪を有する本体部と、
   前記本体部を移動させるための駆動力を発生する原動機と、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の横力推定システムとを備える、車両。

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