JP6502782B2 - バンク角度検知装置およびバンク角度検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、バンク角度検知装置およびバンク角度検知方法に関する。

車両における車体のバンク角度（車体の横方向の傾斜角度）は、車体のロールの度合いを示しているので、バンク角度を検知すると車体の振動を抑制する制御に役立つ。また、車両が二輪車である場合、バンク角度は車体の振動制御の他にも転倒の可能性があるか否かの判断材料となるため、バンク角度を検知して車両搭乗者に認知させると転倒防止に役立つ。

このように車体のバンク角度は、車両の制御等に有益な情報であり、従来、バンク角度を検知する装置としては、たとえば、車両速度と曲線道路の半径とからバンク角度を検知する装置がある（たとえば、特許文献１参照）。また、この他にも、ジャイロセンサによって車体のバンク角速度を検出し、このバンク角速度を積分してバンク角度を検知する装置もある。

特開２００２−１４０８００号公報

しかしながら、車両速度と曲線道路の半径からバンク角度を求めるバンク角度を検知する装置では、搭乗者と車体の全体の重心位置は一定しないためにバンク角度を正確に得られない可能性がある。

また、ジャイロセンサを用いて車体のバンク角度を検知する場合、エンジン振動等に起因するノイズがバンク角速度の信号に重畳して実際のバンク角速度に対して誤差が生じる。そして、誤差が生じたバンク角速度を積分してバンク角速を検知すると実際のバンク角度に対して検知したバンク角度がドリフトして精度よくバンク角度を検知できない場合ある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、車両の車体のバンク角度を精度よく求められるバンク角度検知装置およびバンク角度検知方法の提供である。

上記した目的を達成するため、バンク角度検知装置は、車体の上下方向および横方向の加速度に基づいて求めるバンク角度と車体のピッチ方向およびヨー方向の角速度に基づいて求めるバンク角度のうち大きな角度をバンク角度とする。よって、バンク角度検知装置は、車両の状況によらず、車体の実際のバンク角度に一致度の高いバンク角度を検知できる。

また、請求項２のバンク角度検知装置では、第二バンク角度演算部が求めたバンク角度に対して０度を含む所定範囲を不感帯域に設定して、求めたバンク角度が不感帯域内であるバンク角度を０とする。よって、バンク角度検知装置は、ジャイロセンサの出力から求めたバンク角度に誤差の生じやすい範囲では加速度センサの出力から求めるバンク角度を選択できる機会が多くなり、車体の実際のバンク角度に対してより一層一致度の高いバンク角度を検知可能となる。

さらに、請求項３のバンク角度検知装置では、車速が閾値以下となる場合には、第一バンク角度演算部が加速度センサの出力から求めたバンク角度を必ずバンク角度とする。このようにすれば、バンク角度検知装置は、車体の実際のバンク角度に対してより一層一致度の高いバンク角度を検知可能となる。

また、請求項４のバンク角度検知装置では、車両が鞍乗車両であって、加速度センサおよびジャイロセンサが車体のシート下に配置される場合には、搭乗者を含めた車体の重心に近い部位の各加速度と各角加速度を検出できる。よって、バンク角度検知装置は、車体の実際のバンク角度により一致度の高いバンク角度を検知できる。

そして、請求項５のバンク角度検知方法では、車両の車体の上下方向および横方向の加速度を検出する加速度検出ステップと、前記車体のピッチ方向とヨー方向の角速度を検出する角速度検出ステップと、前記車体の上下方向および横方向の前記加速度に基づいて前記車体のバンク角度を求める第一バンク角度演算ステップと、前記車体のピッチ方向とヨー方向の前記角速度に基づいて前記車体のバンク角度を求める第二バンク角度演算ステップと、前記第一バンク角度演算ステップと前記第二バンク角度演算ステップでそれぞれ求めたバンク角度のうち大きなバンク角度を前記車体のバンク角度として選択する選択ステップとを備える。よって、バンク角度検知装置は、車両の状況によらず、車体の実際のバンク角度に一致度の高いバンク角度を検知できる。

本発明のバンク角度検知装置およびバンク角度検知方法によれば、車両の車体のバンク角度を精度よく求められる。

一実施の形態におけるバンク角度検知装置のシステム構成図である。 車体の上下方向および横方向の加速度とバンク角度との関係を説明する図である。 車体のピッチ方向およびヨー方向の角速度とバンク角度との関係を説明する図である。 第二バンク角度演算部が求めるバンク角度の不感帯域を示す図である。 一実施の形態のバンク角度検知装置のバンク角度検知に係る処理手順の一例を示したフローチャートである。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態におけるバンク角度検知装置Ｓは、鞍乗車両である車両Ｖの車体Ｂ上下方向および横方向の加速度Ｇｚ，Ｇｙを検出する加速度センサ１と、車体Ｂのピッチ方向とヨー方向の角速度Ｒθ，Ｒψを検出するジャイロセンサ２と、第一バンク角度演算部３と第二バンク角度演算部４とバンク角度選択部５とを有する演算装置Ｃとを備えて構成されている。

各部について詳細に説明すると、車両Ｖは、本例では、鞍乗車両である自動二輪車とされている。加速度センサ１は、図１に示すように、車両Ｖの車体Ｂにおける設けた搭乗者が着座するシートＢ１の直下に設けられており、車体Ｂの上下方向および横方向の加速度Ｇｚ，Ｇｙを検出するようになっている。本例の加速度センサ１は、車体Ｂの前後方向および横方向の加速度Ｇｚ，Ｇｙだけでなく、車体Ｂの前後方向の加速度をも検出する三軸の加速度センサとされてもよい。

ジャイロセンサ２は、加速度センサ１と同様、図１に示すように、車体ＢにおけるシートＢ１の直下に設けられており、車体Ｂのピッチ方向およびヨー方向の角速度Ｒθ，Ｒψを検出するようになっている。本例のジャイロセンサ２は、車体Ｂのピッチ方向およびヨー方向の角速度Ｒθ，Ｒψだけでなく、車体Ｂのバンク方向の角速度をも検出する三軸のジャイロセンサとされてもよい。

演算装置Ｃは、加速度センサ１およびジャイロセンサ２とともに車体ＢのシートＢ１の下方に設置されている。演算装置Ｃを加速度センサ１およびジャイロセンサ２の至近に設置すると配線が短くなる利点があるが、演算装置Ｃの設置個所は任意である。演算装置Ｃは、加速度Ｇｚ，Ｇｙに基づいて車体Ｂのバンク角度φＧを求める第一バンク角度演算部３と、角速度Ｒθ，Ｒψに基づいて車体Ｂのバンク角度φＪを求める第二バンク角度演算部４と、バンク角度φＧとバンク角度φＪのうち大きなバンク角度を車体Ｂのバンク角度φｅとして選択するバンク角度選択部５とを備えている。

第一バンク角度演算部３は、加速度センサ１が検出する車体Ｂの上下方向および横方向の加速度Ｇｚ，Ｇｙに基づいてバンク角度φＧを求める。図２に示すように、車体Ｂが鉛直軸Ｖｅｒに対してバンク角度φだけバンクすると、遠心力が作用しない状態では、車体Ｂの重心Ｏに作用する車体Ｂの上下方向の加速度ＧＯｚと横方向の加速度ＧＯｙの合力は重力加速度ｇに一致する。加速度センサ１が出力する加速度Ｇｚ，Ｇｙがそれぞれ重心Ｏにおける加速度ＧＯｚ，ＧＯｙに一致すると看做せば、バンク角度φ＝ｔａｎ^−１（Ｇｙ／Ｇｚ）が成り立つ。よって、第一バンク角度演算部３は、φＧ＝ｔａｎ^−１（Ｇｙ／Ｇｚ）を演算して、バンク角度φＧを求める。第一バンク角度演算部３が求めたバンク角度φＧは、車体Ｂに大きな遠心力が作用しない状況では、実際の車体Ｂのバンク角度に一致度が高い値となる。遠心力は、車両Ｖの旋回時において車両Ｖの車速Ｖｖが速くなればなるほど大きくなり、加速度センサ１が検出する横方向の加速度Ｇｙの値が小さくなる傾向となる。よって、車両Ｖの旋回時において車両Ｖの車速Ｖｖが速くなればなるほど、第一バンク角度演算部３が求めるバンク角度φＧは、実際のバンク角度に比して小さくなる傾向となる。

第二バンク角度演算部４は、ジャイロセンサ２が検出する車体Ｂのピッチ方向およびヨー方向の角速度Ｒθ，Ｒψに基づいてバンク角度φＪを求める。図３に示すように、車体Ｂが鉛直軸Ｖｅｒに対してバンク角度φだけバンクすると、ピッチ角速度Ｒθ、ヨー角速度Ｒψおよびバンク角度φの間には、φ＝ｓｉｎ^−１（Ｒθ／Ｒψ）の関係が成り立つ。よって、第二バンク角度演算部４は、φＪ＝ｓｉｎ^−１（Ｒθ／Ｒψ）を演算して、バンク角度φＪを求める。第二バンク角度演算部４は、バンク角速度を積分してバンク角度を求めるのではなく、ピッチ角速度Ｒθとヨー角速度Ｒψからバンク角度φＪを求めるので、実際のバンク角度に対して積分ドリフトに起因する誤差を含まないバンク角度φＪを求め得る。よって、第二バンク角度演算部４は、実際の車体Ｂのバンク角度に一致度が高いバンク角度φＪを求め得る。

バンク角度選択部５は、第一バンク角度演算部３が求めたバンク角度φＧと第二バンク角度演算部４が求めたバンク角度φＪのうち大きな角度の方を選択して、これを最終的なバンク角度φｅとする。

前述したように、第一バンク角度演算部３は、加速度センサ１が検出した加速度Ｇｚ，Ｇｙからバンク角度φＧを求めるが、車両Ｖの車速Ｖｖが速くなると旋回時に遠心力の作用によって求めたバンク角度φＧが車体Ｂの実際のバンク角度よりも小さくなる傾向を示す。他方、車体Ｂに大きな遠心力が作用しない状態では、第一バンク角度演算部３が加速度センサ１の出力を利用して求めるバンク角度φＧの実際のバンク角度に対する一致度は高い。つまり、車体Ｂの上下方向および横方向の加速度Ｇｚ，Ｇｙに基づいて求めたバンク角度φＧは、車両Ｖが低速走行或いは停車時における車体Ｂのバンク角度に対して一致度が高い。

これに対して、第二バンク角度演算部４は、ジャイロセンサ２が検出したピッチ方向およびヨー方向の角速度Ｒθ，Ｒψに基づいてバンク角度φＪを求めるので、ドリフトが少なく実際のバンク角度に対して一致度の高いバンク角度φＪを求め得る。一方、ジャイロセンサ２はゆっくりと車体Ｂが傾く動作に対しては、ピッチ角速度Ｒθおよびヨー角速度Ｒψを正確に検出しづらい特性があり、このような状況下では、第二バンク角度演算部４が求めるバンク角度φＪが実際のバンク角度よりも小さくなる傾向となる。

したがって、第一バンク角度演算部３が求めるバンク角度φＧと第二バンク角度演算部φＪが求めるバンク角度φＪのうち大きな角度をバンク角度φｅとして選択すれば、車両Ｖの状況によらず、車体Ｂの実際のバンク角度に一致度の高いバンク角度φｅを検知できる。

また、ジャイロセンサ２は、車両Ｖに搭載されており、エンジン振動が伝達される車体Ｂに設置されているため、ピッチ角速度Ｒθおよびヨー角速度Ｒψに振動による成分が重畳されるため、バンク角度φＪが０度付近の値を採る場合に誤差が生じやすい。そこで、図４に示すように、第二バンク角度演算部４が求めたバンク角度φＪに対して０度を含む所定範囲を不感帯域に設定して、求めたバンク角度φＪが不感帯域内であるバンク角度φＪを０とするようにするとよい。すると、ジャイロセンサ２の出力から求めたバンク角度φＪに誤差の生じやすい範囲では加速度センサ１の出力から求めるバンク角度φＧを選択される機会が多くなり、車体Ｂの実際のバンク角度に対してより一層一致度の高いバンク角度φｅを検知可能となる。なお、不感帯域の範囲は、任意に設定できるが、前記誤差が生じやすくなるバンク角度帯域を不感帯域に設定すればよい。

さらに、前述したように、第一バンク角度演算部３が求めるバンク角度φＧは、車両Ｖの車速Ｖｖが低速であれば車体Ｂの実際のバンク角度と一致度の高くなる。また、前述したように、ゆっくりと車体Ｂが傾く動作に対しては、第二バンク角度演算部４が求めるバンク角度φＪが実際のバンク角度よりも小さくなる傾向を示す。そこで、車速Ｖｖに対して閾値Ｖαを設けて、車速Ｖｖが閾値Ｖα以下となる場合には、バンク角度選択部５は、第一バンク角度演算部３が加速度センサ１の出力から求めたバンク角度φＧを必ず選択するようにしてもよい。このようにすれば、車体Ｂの実際のバンク角度に対してより一層一致度の高いバンク角度φｅを検知可能となる。この場合に、第二バンク角度演算部４が求めたバンク角度φＪに対して不感帯を設定して、求めたバンク角度φＪが不感帯の範囲内であるバンク角度φＪを０とする手法を同時に採用してもよい。

上記した演算装置Ｃの各部におけるハードウェア資源としては、具体的にはたとえば、図示はしないが、加速度センサ１、ジャイロセンサ２が出力する信号を増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｓｅｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインからなるコンピュータシステムとして構成されればよく、各信号を処理しバンク角度φｅを求めるための制御処理手順は、プログラムとしてＲＯＭや他の記憶装置に予め格納しておけばよい。

なお、上記演算装置Ｃは、周知のコンピュータシステムであるので、車両ＶがＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を備えている場合には、ＥＣＵに統合できる。

ここで、バンク角度検知装置Ｓにける第一バンク角度演算部３、第二バンク角度演算部４およびバンク角度選択部５の処理手順について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、バンク角度検知装置Ｓは、加速度センサ１が加速度Ｇｚ，Ｇｙを検出する（ステップ１０１）。このステップ１０１が加速度検出ステップとなる。つづき、バンク角度検知装置Ｓは、ジャイロセンサ２が検知したピッチ角速度Ｒθとヨー角速度Ｒψを検出する（ステップ１０２）。このステップ１０２が角速度検出ステップとなる。さらに、バンク角度検知装置Ｓは、加速度Ｇｚ，Ｇｙを読み込んでバンク角度φＧを求める（ステップ１０３）。このステップ１０３が第一バンク角度演算ステップとなる。つづき、バンク角度検知装置Ｓは、ピッチ角速度Ｒθとヨー角速度Ｒψを読み込んでバンク角度φＪを求める（ステップ１０４）。このステップ１０４が第二バンク角度演算ステップとなる。最後に、バンク角度検知装置Ｓは、バンク角度φＧとバンク角度φＪのうち大きなバンク角度を車体Ｂのバンク角度φｅとして選択する（ステップ１０５）。このステップ１０５がバンク角度選択ステップとなる。

そして、バンク角度検知装置Ｓは、以上のステップ１０１からステップ１０５までを繰り返し処理し、車体Ｂのバンク角度φｅを継続して求める。そして、本例では、ステップ１０１からステップ１０５の処理を含んでバンク角度検知方法が構成されている。

求めたバンク角度φｅは、車両Ｖに搭載されている緩衝器等の減衰力の制御に利用してもよいし、車両Ｖの搭乗者へ視認できるように図示しないモニタへ表示させてもよい。

以上のように、バンク角度検知装置Ｓは、車体Ｂの上下方向および横方向の加速度Ｇｚ，Ｇｙに基づいて求めるバンク角度φＧと車体Ｂのピッチ方向およびヨー方向の角速度Ｒθ，Ｒψに基づいて求めるバンク角度φＪのうち大きな角度をバンク角度φｅとする。よって、バンク角度検知装置Ｓは、車両Ｖの状況によらず、車体Ｂの実際のバンク角度に一致度の高いバンク角度φｅを検知できる。つまり、バンク角度検知装置Ｓおよびバンク角度検知方法によれば、車両Ｖの車体Ｂのバンク角度を精度よく求められる。

また、第二バンク角度演算部４が求めたバンク角度φＪに対して０度を含む所定範囲を不感帯域に設定して、求めたバンク角度φＪが不感帯域内であるバンク角度φＪを０とするようにしてもよい。このようにすると、バンク角度検知装置Ｓは、ジャイロセンサ２の出力から求めたバンク角度φＪに誤差の生じやすい範囲では加速度センサ１の出力から求めるバンク角度φＧを選択できる機会が多くなる。よって、バンク角度検知装置Ｓは、車体Ｂの実際のバンク角度に対してより一層一致度の高いバンク角度φｅを検知可能となる。

さらに、車速Ｖｖが閾値Ｖα以下となる場合には、第一バンク角度演算部３が加速度センサ１の出力から求めたバンク角度φＧを必ずバンク角度φｅとするようにしてもよい。このようにすれば、バンク角度検知装置Ｓは、車体Ｂの実際のバンク角度に対してより一層一致度の高いバンク角度φｅを検知可能となる。

車両Ｖが鞍乗車両であって、加速度センサ１およびジャイロセンサ２が車体ＢのシートＢ１下に配置される場合には、搭乗者を含めた車体Ｂの重心に近い部位の各加速度Ｇｚ，Ｇｙと各角速度Ｒθ，Ｒψを検出できる。よって、車体Ｂの実際のバンク角度により一致度の高いバンク角度φｅを検知できる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。

１・・・加速度センサ、２・・・ジャイロセンサ、３・・・第一バンク角度演算部、４・・・第二バンク角度演算部、１０１・・・加速度検出ステップ、１０２・・・角速度検出ステップ、１０３・・・第一バンク角度演算ステップ、１０４・・・第二バンク角度演算ステップ、１０５・・・選択ステップ、Ｂ・・・車体、Ｖ・・・車両、Ｓ・・・バンク角度検知装置

Claims (5)

1. 車両の車体における上下方向および横方向の加速度を検出する加速度センサと、
   前記車体のピッチ方向とヨー方向の角速度を検出するジャイロセンサと、
   前記加速度センサで検出した上下方向および横方向の前記加速度に基づいて前記車体のバンク角度を求める第一バンク角度演算部と、
   前記ジャイロセンサが検出したピッチ方向とヨー方向の前記角速度に基づいて前記車体のバンク角度を求める第二バンク角度演算部とを備え、
   前記第一バンク角度演算部と前記第二バンク角度演算部がそれぞれ求めたバンク角度のうち大きなバンク角度を前記車体のバンク角度とする
   ことを特徴とするバンク角度検知装置。
2. 前記第二バンク角度演算部は、求めたバンク角度が０度を含む範囲に設定される不感帯域にある場合にバンク角度を０度とする
   ことを特徴とする請求項１に記載のバンク角度検知装置。
3. 前記車両の速度が閾値以下である場合、前記第一バンク角度演算部が求めたバンク角度を前記車体のバンク角度とする
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバンク角度検知装置。
4. 前記車両が鞍乗車両であって、
   前記加速度センサおよび前記ジャイロセンサが前記車体におけるシート下に配置される
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバンク角度検知装置。
5. 車両の車体の上下方向および横方向の加速度を検知する加速度検出ステップと、
   前記車体のピッチ方向とヨー方向の角速度を検知する角速度検出ステップと、
   前記車体の上下方向および横方向の前記加速度に基づいて前記車体のバンク角度を求める第一バンク角度演算ステップと、
   前記車体のピッチ方向とヨー方向の前記角速度に基づいて前記車体のバンク角度を求める第二バンク角度演算ステップと、
   前記第一バンク角度演算ステップと前記第二バンク角度演算ステップでそれぞれ求めたバンク角度のうち大きなバンク角度を前記車体のバンク角度として選択するバンク角度選択ステップとを備えた
   ことを特徴とするバンク角度検知方法。