JP6636294B2 - 車両の対地速度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋回時に車体をバンクさせる自動二輪車のような車両の対地速度検出装置に関するものである。

自動二輪車において、対地速度を検出する場合、前輪回転数と予め定める車輪の半径とから求めることが多い（例えば、特許文献１）。

特許第５３２５０２８号公報

自動二輪車は、バンク可能走行となるように、トレッド面が湾曲している。このことから、直進時と旋回時とで車軸とタイヤの路面接地点との距離が異なる。したがって、旋回時の対地速度の検出精度が低下してしまう。

本発明は、旋回時であっても、対地速度を精度よく検出することができる車両の対地速度検出装置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、本発明の車両の対地速度検出装置は、バンクした状態で旋回する車両の対地速度検出装置であって、車輪の回転速度を検出する車輪速センサと、車体のバンク量を検出するバンク量センサと、車体のバンク量に対応する、車軸と車輪の路面接地点との間の径方向寸法を記憶した記憶手段と、前記バンク量センサで検出されたバンク量に対応する前記径方向寸法を前記記憶手段から抽出し、抽出された前記径方向寸法と前記車輪速センサで検出された車輪の回転速度とに基づいて、車両の対地速度を算出する対地速度算出手段とを備えている。

この構成によれば、旋回時のバンク量に対応する車輪の半径に基づいて、対地速度、すなわち車速が算出されるので、旋回時であっても、車速を精度よく検出することができる。

本発明の車両の対地速度検出装置において、前輪と後輪の両方で対地速度を検出可能に構成され、予め定める選択条件に基づいて、対地速度を算出する車輪を選択することが好ましい。この構成によれば、走行時の状況に応じて、対地速度を算出することができるので、車速をより精度よく検出することができる。

前輪と後輪の両方で対地速度を検出可能に構成される場合、前記予め定める選択条件は、対地速度を算出する車輪を後輪とする後輪選択条件を有し、前記後輪選択条件は、前輪が浮いたことまたは前輪が路面に対してスリップしたことを含み、前記後輪選択条件が満たされた場合、後輪を用いて対地速度を算出し、前記後輪選択条件が満たされない場合、前輪を用いて対地速度を算出することが好ましい。駆動輪となる後輪はスリップしやすいが、この構成によれば、前輪を用いて対地速度を算出しているので、車速を精度よく検出することができる。また、前輪がスリップ、ウイリー等で路面から離れた場合は、後輪を用いて対地速度を算出するので、車速の検出精度が向上する。

また、これに代えて、あるいはこれに加えて、一方の車輪の車輪速センサの異常を検知すると、他方の車輪を用いて対地速度を算出するようにしてもよい。この構成によれば、一方の車輪の車輪速センサの異常を検知した場合は、他方の車輪を用いて対地速度を算出するので、車速の検出精度が向上する。

本発明の車両の対地速度検出装置において、前記バンク量検出センサは、車両とその積載体とを含む移動体に働く遠心力と、旋回時に前記移動体に働く重力とが釣り合う状態に基づいて、バンク量を算出することが好ましい。ここで、「積載体」とは、車両に搭載されて車両と共に移動する物体であり、車両に載るライダーを含む。また、「移動体の重心」とは、車両と積載体とを合成した移動体の重心をいう。さらに、「釣り合う状態」とは、移動体に働く重力と移動体に働く遠心力とを合成した力が、車輪の下面の幅方向中心と移動体の重心とを結ぶ傾斜軸線に沿って延びる状態、換言すれば、傾斜軸線に垂直な方向の移動体に働く力がゼロの状態をいう。この構成によれば、単純な釣り合いの式に基づいてバンク角を求めるので、バンク時の車速を低い演算負荷で求めることができる。

この場合、前記バンク量検出センサは、車体に働く前後軸心周りの慣性力に基づいて移動体バンク角を算出し、さらに、前記移動体バンク角を補正して、車体の重心の鉛直線に対する傾きである車体バンク角を前記バンク量として算出することが好ましい。この構成によれば、リーンイン、リーンアウトの状態であっても、精度よく車速を算出することができる。

本発明の車両の対地速度検出方法は、バンクした状態で旋回する車両の対地速度検出方法であって、前記車両は、車輪の回転速度を検出する車輪速センサと、車体のバンク量を検出するバンク量センサと、車体のバンク量に対応する車軸と車輪の路面接地点との間の径方向寸法を記憶した記憶手段とを有し、前記バンク量センサで検出されたバンク量に対応する前記径方向寸法を前記記憶手段から抽出する抽出工程と、抽出された前記径方向寸法と前記車輪速センサで検出された車輪の回転速度とに基づいて車両の対地速度を算出する対地速度算出工程とを備えている。

この構成によれば、旋回時のバンク角に対応する車輪の半径に基づいて、対地速度、すなわち車速が算出されるので、旋回時であっても、車速を精度よく検出することができる。

本発明の車両の対地速度検出装置および対地速度検出方法によれば、旋回時のバンク角に対応する車輪の半径に基づいて、対地速度、すなわち車速が算出されるので、旋回時であっても、車速を精度よく検出することができる。

本発明の第１実施形態に係る対地速度検出装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。 同自動二輪車のバンク角検知装置および対地速度検出装置の概略構成を示す簡易ブロック図である。 同自動二輪車のバンク角検知装置および対地速度検出装置の概略構成を示すブロック図である。 自動二輪車のリーンウィズ時のバンク状態を示す正面図である。 車体座標とセンサ取付座標との関係を示す図である。 ライダーの姿勢が車体の中心線よりも左右方向一方にずれた場合のバンク状態を示す正面図である。 同自動二輪車のバンク角推定方法の工程を示すフロー図である。 同自動二輪車の対地速度算出方法の工程を示すフロー図である。 バンク時の車輪の接地状態を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本明細書において、「左側」および「右側」は、自動二輪車に乗車したライダーから見た左右側をいう。

図１は本発明の第１実施形態に係る乗物のバンク角検出装置を備えた乗物の一種である自動二輪車の側面図である。自動二輪車の車体フレーム２の前端のヘッドパイプ３にフロントフォーク４が軸支され、このフロントフォーク４に前輪５が取り付けられている。車体フレーム２の中央下部のスイングアームブラケット６に、スイングアーム７が軸支され、このスイングアーム７に後輪８を取り付けている。車体フレーム２の中央下部に、エンジンＥが取り付けられており、このエンジンＥで後輪８を駆動する。つまり、後輪８が駆動輪で、前輪５が従動輪である。

フロントフォーク４の上端部に、操向用のハンドル１０が固定されている。スイングアーム７と車体フレーム２との間には後輪懸架装置１５が取り付けられている。フロントフォーク４には、ヘッドランプ装置１１が取り付けられている。ただし、カウリングを備えた自動二輪車では、ヘッドランプ装置１１はカウリングを介して車体フレームに取り付けられる場合がある。車体の重心Ｇの近傍に、所定の軸心回りの角速度を検出する角速度センサ２２が設けられている。

車体には、図５に示すように、角速度センサ２２に設定される基準点を通る３つの軸心、具体的には、前後軸心Ｃ１、左右軸心Ｃ２および鉛直軸心Ｃ３が定義される。前後軸心Ｃ１は、車体が直進状態で、水平かつ前後方向に延びる。左右軸心Ｃ２は、車体が直進状態で、水平かつ左右方向に延びる。上下軸心Ｃ３は、車体が直進状態で、前後軸心Ｃ１および左右軸心Ｃ２に互いに直交して、鉛直方向に延びる。各軸心Ｃ１〜Ｃ３は、センサ基準点で互いに直交する。本実施形態の角速度センサ２２は、少なくとも一つのセンサ検出方向Ｃ４が車体の前後軸心Ｃ１に対して左右軸心Ｃ２回りに予め定めた傾斜角度αで傾くように車体に傾斜配置されている。

角速度センサ２２は、例えばジャイロセンサであり、前後軸心Ｃ１と上下軸心Ｃ３とを含む平面において、左右軸心Ｃ２を通過して、前後軸心Ｃ１に対して予め定められる傾斜角度αだけ角変位した位置に設定される第１センサ軸心Ｃ４回りの角速度ωを検出する。角速度センサ２２によって検出される検出角速度ωは、前後方向軸心Ｃ１回りの角速度である推定ロールレートＰ成分と、上下軸心Ｃ３回りの角速度である推定ヨーレートＲ成分とを含む。前記傾斜角度αの設定により、角速度センサ２２は、上下軸心Ｃ３から傾斜角度αだけ角変位した第２センサ軸心Ｃ５を有する。

本実施形態の自動二輪車は、図２に示すように、旋回時の乗物のバンク角、すなわち自動二輪車のバンク角を推定するバンク角検出装置２０を備えている。以下の説明では、バンク角検出装置２０により推定された自動二輪車のバンク角を「車体の推定バンク角」という。バンク角検出装置２０は、演算処理装置（ＣＰＵ）からなり、プログラムが記憶されるメモリ部と、メモリ部からプログラムを読み出して実行する処理部と、外部装置との間で信号を入出力する入出力部とを有している。メモリ部には、プログラムの他に、演算に必要なパラメータ（傾斜角度α、重力加速度ｇ等）が記憶されている。

バンク角検出装置２０は、バンク角推定手段２８と、対地速度検出装置５０と、補正手段３０とを備えている。バンク角推定手段２８、対地速度検出装置５０および補正手段３０はそれぞれ、プログラムと、これが記録されたメモリと、プログラムを実行する処理回路とを有している。以下の説明では、バンク角推定手段２８、対地速度検出装置５０および補正手段３０を機能的に分けて説明するが、１つのプログラムで構成されていてもよい。

バンク角推定手段２８は、検出角速度ωおよび車速Ｖに基づいて、リーンウィズ状態での移動体バンク角θｂを推定する。ここで、「リーンウィズ状態」とは、車体の中心線上にライダー重心Ｇ２が存在する状態をいう。

バンク角推定手段２８は、図４に示す車体と積載体とを含む移動体に働く遠心力ＣＦと、旋回時に前記移動体に働く重力ＧＦとが釣り合う状態に基づいて、前後軸に垂直な仮想面において移動体重心の鉛直線に対する傾き、本実施形態では車輪５の下面の幅方向中心Ｗ１と移動体の重心Ｇ１とを結ぶ移動体軸線Ａ１の傾きである移動体バンク角θｂを推定する。図９に示すように、車体の傾斜時には、接地点ＣＰは車輪５の幅方向中心Ｗ１からずれている。移動体軸線Ａ１を、車輪５の接地点ＣＰと移動体の重心Ｇ１とを結ぶ直線としてもよい。

ここで、「積載体」とは、自動二輪車本体を除いて自動二輪車と共に移動する物体をいう。具体的には、「積載体」とは、自動二輪車に載るライダーを含む。また、ライダーに加えて、同乗者、荷物等を含んでもよい。また、「移動体の重心Ｇ１」とは、自動二輪車と積載体とを合成した移動体の重心Ｇ１をいう。さらに、「釣り合う状態」とは、重力と遠心力とを合成した力が、傾斜軸線Ａ１に沿って延びる状態、換言すれば、傾斜軸線Ａ１に垂直な方向の力がゼロの状態をいう。

図２に示す補正手段３０は、リーンウィズ状態でない場合、つまり、ライダーの姿勢が車体の中心線よりも左右方向一方にずれた状態に、移動体バンク角θｂを補正する。詳細には、移動体バンク角θｂと車体に働く前後軸心周りの第１の力ＩＦとに基づいて車体の推定バンク角θｆを求める。車体の推定バンク角θｆとは、車体の重心Ｇの鉛直線に対する傾きである。車体の推定バンク角θｆは、リーンウィズ状態では、移動体に働く遠心力と移動体に働く重力とが釣り合う自動二輪車の傾きである。なお、リーンウィズ状態では、移動体の推定バンク角θｂは車体の推定バンク角θｆと一致する（θｂ＝θｆ）。

補正手段３０は、バンク角を推定する過程で得られる移動体の推定ロールレートＰを用いて、車体に働く前後軸心周りの力ＩＦから前後軸心周りの加速力ＩＦ２を除去し、車体に働く前後軸心Ｃ１周りの慣性力ＩＦ１を得る。その後、補正手段３０は、慣性力ＩＦ１と移動体の推定バンク角θｂとから偏差角（差分値）θａを算出し、移動体バンク角θｂを偏差角θａにより補正して車体の推定バンク角θｆを算出する。補正手段３０により、ライダーの姿勢角θｒを求めることもできる。

補正手段３０は、慣性力センサ２６（図３）により検出された前後軸心周りの力ＩＦを、車体に働く前後軸心Ｃ１（図５）周りの角速度である推定ロールレートＰにより補正して、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を得る算出手段３２を有している。推定ロールレートＰは、後述のように、バンク角推定手段２８が移動体バンク角θｂを算出する過程で得られる値を用いることができる。

詳細には、算出手段３２は、推定ロールレートＰから車体に働く前後軸心周りの角加速度を算出し、慣性力センサ２６で検出された前後軸心周りの力ＩＦ（慣性力＋加速力）から、前後軸心周りの加速力ＩＦ２を除いて、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を得る。補正手段３０は、この算出手段３２により算出された前後軸心周りの慣性力ＩＦ１に基づいて、車体の推定バンク角θｆを算出する。

対地速度検出装置５０は、自動二輪車の状態に応じた車速を求める。詳細には、自動二輪車の状態に応じて、前論５、後輪８のどちらを用いて対地速度を求めるかを選択し、自動二輪車のバンク角（バンク量）に応じた車速（対地速度）Ｖを求める。

ここで、「対地速度」とは、路面に対する車両の速度をいう。対地速度は、直進時でスリップをしていないときは、接地車輪速に比例した値となる。ウイリー時、スリップ時、バンク時には、直進時に比べて、接地車輪速との比例関係が崩れる。ウイリーとは、前輪が路面から離れている状態をいい、この場合、路面から前輪に力が伝わらないので、対地速度と前輪速との比例関係が崩れる。スリップとは、前輪が路面に対して所定以上滑っている状態をいい、この場合、路面から前輪に力が伝わるものの、スリップしていない状態に比べて、対地速度と前輪速との比例関係が崩れる。

詳細には、対地速度検出装置５０は、自動二輪車のバンク角、前輪５の回転速度ｖｆおよび後輪８の回転速度ｖｒから車速Ｖを演算する。得られた車速Ｖは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）、メータおよびバンク角推定手段２８に出力される。これにより、バンク角推定手段２８の推定精度が向上する。また、対地速度検出装置５０は、補正手段３０により算出された車体の推定バンク角θｆを用いて、車速Ｖを演算する。これにより、車速Ｖの演算精度が向上する。算出された車体の推定バンク角θｆおよび車速Ｖは、エンジン制御用ＥＣＵおよび車体制御用ＥＣＵ等に出力され、エンジン制御および車体制御に用いられる。ライダーの姿勢角θｒをエンジン制御および車体制御に用いてもよい。

バンク角検出装置２０は、さらに、前記慣性力ＩＦを検知する慣性力センサ２６を備えている。慣性力センサ２６は、車体に働く前後軸心Ｃ１周りの力（慣性力、加速力を含む）を検知する。本実施形態では、慣性力センサ２６はジャイロセンサ（角速度センサ２２）を構成するセンサユニットに含まれている。ただし、慣性力センサ２６と角速度センサ２２を別々に設けてもよい。

図３に示すように、バンク角検出装置２０は、角速度センサ２２と、自動二輪車の前後輪の回転速度をそれぞれ検出するための車輪速センサ２４と、前記バンク角推定手段２８とを備えている。バンク角推定手段２８は、角速度センサ２２により検出された角速度ωと、傾斜角度αと、車輪速センサ２４により検出された車輪回転速度ｖおよび後述する車輪の半径ｒａから算出された対地速度Ｖ（以下、単に「車速」という場合がある。）とに基づいて自動二輪車の推定バンク角θｂを求める。

前記補正手段３０は、さらに、推定ロールレートＰの急激な変化を抑制する急変防止手段３４を有しており、算出手段３２は、この急変防止手段３４で処理された推定ロールレートＰｆを用いて、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を算出している。詳細には、算出手段３２は、処理後の推定ロールレートＰｆを時間微分して角加速度を求める。つづいて、この微分値に、慣性力センサ２６と車体重心Ｇとの距離Ｌを乗じて、センサ位置での前後軸心周りの加速力ＩＦ２を算出する。その後、ローパスフィルタ２７を通してノイズを除去した慣性力センサ２６の出力値ＩＦから、この加速力ＩＦ２を除去して、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を算出する。

本実施形態では、急変防止手段３４として、予め定めた限界値以下の値のみを通過させるローパスフィルタが用いられている。ただし、ローパスフィルタ２７、急変防止手段３４は、これに限定されず、例えば、平均化処理、遅延処理、積分処理等であってもよい。

補正手段３０は、算出手段３２により算出された車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１と、バンク角検出装置２０により検出された移動体バンク角θｂとから上記差分値θａを算出する差分値算出手段３５を有している。補正手段３０は、さらに、差分値算出手段３５により算出された差分値θａと、バンク角推定手段２８により算出された移動体バンク角θｂとから車体の推定バンク角を算出する車体バンク角推定手段３７を有している。

図３に示すように、バンク角推定手段２８は、角速度センサ２２の出力ωと、後述する推定ヨーレートＲおよび車速Ｖとから推定ロールレートＰを算出するロールレート推定回路３６と、推定ロールレートＰを時間積分して推定バンク角δを出力する角速度積分回路３８と、移動体の推定バンク角θｂと車速Ｖとに基づいて自動二輪車の上下軸心Ｃ３（図４）回りの角速度を推定した推定ヨーレートＲを求めて角速度ωに負帰還させるフィードバック回路４０とを有している。

バンク角推定手段２８は、角速度センサ２２の検出角速度ωから抽出したロールレート成分に基づいて移動体バンク角θｂを推定する。補正手段３０は、このロールレート成分の抽出に当たって、移動体バンク角θｂと車体の推定バンク角θｆに基づいて、角速度センサ２２の検出角速度ωのヨーレート成分を除去する。これにより、移動体の重心と車体の重心とのずれを考慮して、ロールレート成分が抽出されるので、車体の推定バンク角θｆを精度よく求めることができる。

フィードバック回路４０は、前回算出された移動体の推定バンク角θｂｏと車速Ｖとに基づき、推定ヨーレートＲを算出するヨーレート推定手段４２と、車体の推定バンク角θｆをフィードバックして推定ヨーレートＲを補正するヨーレート補正回路４３と、補正された推定ヨーレートＲにｃｏｓαを乗じて角速度センサ２２のヨーレート成分を算出するヨーレート成分推定手段４４と、前記ヨーレート成分の値を角速度センサ２２の検出値である検出角速度ωに負帰還させる負帰還回路４６とを有している。負帰還回路４６は、この実施形態では減算器である。

つまり、移動体の推定バンク角θｂは、前記推定ヨーレートＲで毎時刻補正された推定ロールレートＰにより得られるようになっている。このため、角速度センサ２２のゼロ点オフセットや積分誤差の影響が時間経過とともに蓄積されていくことを回避している。

バンク角推定手段２８により移動体バンク角θｂを推定する方法について説明する。まず、図４、図５を用いて、リーンウィズ状態の場合を説明する。自動二輪車の旋回半径をｒ、重力加速度をｇとする。図４に示すように、移動体の重心Ｇ１にかかる遠心力ＣＦは、移動体の質量をｍとすると、
ＣＦ＝ｍ・Ｖ・Ｖ／ｒ ……（１）
である。
鉛直軸からバンク角θｂで車体が傾斜しているときの推定ヨーレートＲは、
Ｒ＝Ｖ／ｒ ……（２）
と表せるから、（２）式を（１）式に代入すると、遠心力ＣＦは、
ＣＦ＝ｍ・Ｖ・Ｒ ……（３）
となる。

また、車体がバンク角θｂのとき、車体にかかる遠心力ＣＦと重力ｍ・ｇとの間には、
ｔａｎθｂ＝ＣＦ／（ｍ・ｇ） ……（４）
の関係が成り立つので、（４）式に（３）式を代入すると、
ｔａｎθｂ＝Ｖ・Ｒ／ｇ ……（５）
となる。

図５に示すように、角速度センサ２２は前後軸心Ｃ１に対して傾斜角度αだけ傾けて設置されている。よって、車体座標（Ｃ１，Ｃ３、Ｃ２）からセンサ取付座標（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ２）への座標変換により、角速度センサ２２で計測される角速度ωは、ロールレートＰを含むロールレート成分Ｐ・ｓｉｎαと、ヨーレートＲを含むヨーレート成分Ｒ・ｃｏｓαとが合成され、
ω＝Ｐ・ｓｉｎα＋Ｒ・ｃｏｓθｂ・ｃｏｓα ・・・・・・（６）
となる。ここで、Ｐ，Ｒは直接の計測値ではないので、以下、それぞれ推定ロールレートＰおよび推定ヨーレートＲと呼ぶ。
前記（５）式から推定ヨーレートＲを求め、それを（６）に代入すると、推定ロールレートＰは

となる。

この推定ロールレートＰを積分することにより、移動体バンク角θｂが算出される。すなわち、前回算出した移動体の推定バンク角をθｂｏとすると、移動体バンク角θｂは

となる。

図３のヨーレート推定手段４２は、上記（５）式に基づいて、前回の移動体バンク角θｂｏと車輪速センサ２４から算出された車速Ｖとから、推定ヨーレートＲ（＝ｇ・ｔａｎθｂｏ／Ｖ）を算出する。ヨーレート補正回路４３は、前回の車体の推定バンク角θｂ（リーウィズ状態では、θｆ＝θｂ）に基づいて前記推定ヨーレートＲにｃｏｓθｂを乗じて、推定ヨーレートＲを補正する。ヨーレート成分推定手段４４は、補正された推定ヨーレートＲ・ｃｏｓθｂにｃｏｓαを乗じて、角速度センサ２２で検出されるであろうヨーレート成分Ｒ・ｃｏｓθｂ・ｃｏｓαを算出する。負帰還回路４６は、角速度センサ２２から計測される角速度ω（＝Ｐ・ｓｉｎα＋Ｒ・ｃｏｓθｂ・ｃｏｓα）から、前記ヨーレート成分Ｒ・ｃｏｓθｂ・ｃｏｓαを減算して、角速度センサ２２の検出角速度ωに含まれるであろうロールレート成分Ｐ・ｓｉｎαを出力する。

ロールレート推定回路３６は、推定ロールレート成分Ｐ・ｓｉｎαをｓｉｎαで除して、推定ロールレートＰ（上記（７）式）を算出する。つまり、ロールレート推定回路３６は、角速度センサ２２で検出した検出角速度ωから、検出角速度ωに含まれるヨーレート成分Ｒ・ｃｏｓθｂ・ｃｏｓα、すなわち（ｇ／Ｖ）・ｓｉｎθｂ・ｃｏｓαを減ずることでロールレート成分Ｐ・ｓｉｎαを求め、この値をｓｉｎαで除して推定ロールレートＰを算出している。このように、ロールレート推定回路３６は角速度センサ２２からの検出角速度ωと、ヨーレート推定手段４２に入力される車速Ｖとに基づき、推定ロールレートＰを算出している。角速度積分回路３８は、前記推定ロールレートＰを積分して移動体バンク角θｂを算出する（上記（８）式）。

つぎに、図６を用いて、ライダーの姿勢が車体の中心線よりも左右方向一方にずれた場合、すなわちリーンアウトまたはリーンイン時に、前記補正手段３０により車体の推定バンク角θｆを検出する方法について説明する。リーンアウトは車体の中心線よりもコーナーの外側に身体を入れる乗り方をいい、リーンインはコーナーのイン側に身体を入れる乗り方をいう。図６は、リーンアウト状態を示している。リーンアウトまたはリーンイン時では、ライダーの姿勢が車体中心線からずれているので、移動体バンク角θｂは、車体の推定バンク角θｆと一致しない。旋回状態では、図３に示す移動体の重力ＧＦ（＝ｍ・ｇ）と遠心力ＣＦが角度θｆで釣り合う。重力ＧＦと遠心力ＣＦとのベクトル合成力をＲＦ（＝ｍ・ｆ）とすると、

となる。

このとき、車体の重心Ｇと移動体の重心Ｇ１とのずれに起因する角度の差分値θａが慣性力センサ２６により検出される。
θａ＝ｓｉｎ^−１（ＩＦ１／ｆ）
＝ｓｉｎ^−１（ＩＦ１・ｃｏｓθｂ／ｇ） ・・・・・・（１０）
ここで、ＩＦ１は車体に働く前後軸心周りの慣性力である。

慣性力センサ２６の検出値ＩＦには、前後軸心周りの慣性力ＩＦ１のほかに、前後軸心周りの角加速度の影響が含まれる。そこで、慣性力ＩＦ１を得るためには、前後軸心周りの加速力ＩＦ２を除去するように、検出値ＩＦを補正する必要がある。図３に示すように、バンク角検出手段２８において、移動体バンク角θｂを推定する過程で、推定ロールレートＰが算出されている。補正手段３０の算出手段３２は、慣性力センサ２６の検出値ＩＦに含まれる加速力ＩＦ２を以下の（１１）式で算出し、（１２）式で慣性力ＩＦ１を算出する。なお、ロールレートＰの成分（加速力）ＩＦ２は、移動体の推定バンク角θｂを２回微分して求めてもよい。

ここで、Ｌは車体のロール回転重心Ｇと慣性力センサ２６までの距離である。
したがって、補正後の車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１は、
ＩＦ１＝（ＩＦ−ＩＦ２） ・・・・・・（１２）
となる。

この（１２）式を上記（１０）式に代入すると、以下の（１３）式により差分値θａが得られる。つまり、差分値算出手段３５は、（１３）式により差分値θａを算出している。
θａ＝ｓｉｎ^−１（（ＩＦ−ＩＦ２）／ｆ）
＝ｓｉｎ^−１（（ＩＦ−ＩＦ２）・ｃｏｓθｂ／ｇ） ・・・・・・（１３）

式（１３）により得られた差分値θａと、図２のバンク角推定手段２８で推定された移動体バンク角θｂとに基づいて、車体の推定バンク角θｆが得られる（θｆ＝θｂ＋θａ）。この車体の推定バンク角θｆがフィードバック回路４０にフィードバックされ、以下の（１４）式により推定ロールレートＰが算出される。

これにより、リーンイン、リーンアウト状態での推定ロールレートＰの精度が向上する。

バンク角検知装置２０で得られた車体の推定バンク角θｆは、例えば、旋回時のエンジンの出力制御や、サスペンションやステアリング等の車体の制御に用いられる。旋回時のエンジンの出力制御としては、例えば、旋回時のスリップ抑制制御、旋回後の加速制御、旋回中のエンジンブレーキ制御等がある。また、コーナー進入状態またはコーナー離脱状態を判断することで、コーナー進入または離脱に応じたエンジン、車体の制御を行うことができる。さらに、車体の推定バンク角θｆをヘッドランプ装置１１（図１）の照射範囲の調整に用いることもできる。

本実施形態では、角速度センサ２２は、１つの出力ωにロールレート成分とヨーレート成分とを含んでいるが、ロールレート成分のみを出力するように、角速度センサ２２を配置してもよい。また、移動体の推定バンク角θｂの算出方法は、本実施形態の方法に限定されず、例えば、角速度センサ２２の出力のロールレート成分を積分して求めてもよい。

車輪の外周は、車軸を通る平面で切断した場合に、車幅中心位置が最も半径が大きく、車幅方向中心位置から車幅方向外側に向かって徐々に半径方向寸法が小さくなる形状に形成される。直進時でスリップをしていないときは、接地点ＣＰとの車軸（車輪中心）Ｏ１との半径方向寸法が最大となる。

本実施形態の自動二輪車は、バンク角検出装置２０に加えて、車体の推定バンク角θｆに基づき、図９に示す車輪の中心Ｏ１から接地点ＣＰまでの接地半径ｒａを求めて、車輪の回転速度ｖから対地速度Ｖを算出して車速とする前記対地速度検出装置５０を備えている。図３の対地速度検出装置５０は、車輪の回転速度ｖを検出する前記車輪速センサ２４と、バンク角に対応する車輪の半径ｒａを記憶した第１記憶手段５２と、車体の推定バンク角θｆと第１記憶手段５２とから対地速度Ｖを算出する対地速度算出手段５４とを備えている。バンク角が大きくなると、車輪の半径ｒａは、車輪の幅方向中心上に生じる最大半径よりも小さくなる。

第１記憶手段５２から、バンク角検出装置２０で検出された車体の推定バンク角θｆに対応する車輪の半径ｒａが抽出され、対地速度算出手段５４に出力される。対地速度算出手段５４は、この車輪の半径ｒａから円周長を求め、この円周長と車輪速センサ２４で検出された車輪の回転速度ｖを乗算器５４で乗算して対地速度Ｖを算出する。本実施形態では、この対地速度Ｖを車速として用いている。

本実施形態の対地速度検出装置５０は、前輪５と後輪８の両方で対地速度Ｖを検出可能に構成され、予め定める選択条件５５に基づいて、対地速度Ｖを算出する車輪を選択している。具体的には、前輪５を用いて対地速度Ｖを算出し、前輪速と対地速度Ｖとの相関がずれたこと、または、前輪５の車速センサ２４ｆの異常を検知すると、後輪８を用いて対地速度Ｖを算出する。前輪速と対地速度Ｖとの相関がずれるのは、例えば、前輪５が路面から浮き上がるウイリー、前輪５のスリップ時等である。前輪５のスリップは、例えば、ＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）の情報から検知できる。ただし、通常時に、後輪８を用いて対地速度Ｖを算出するようにしてもよく、一方の車輪のみで対地速度Ｖを算出してもよい。さらに、コーナー進入時と、コーナー脱出時とで、対地速度の算出に用いる車輪を代えてもよい。

対地速度は、車輪の半径方向寸法に２πを乗じ、さらに、車輪の回転速度を乗じることで求められる。駆動輪を用いて対地速度を検出する場合、駆動輪に連動して回転する回転体の回転速度を用いることができる。前輪と後輪とでは湾曲形状が異なる。具体的には、車幅方向寸法、直径、曲率が異なる。

対地速度検出装置５０は、前輪用の車輪速センサ２４ｆ、後輪用の車輪速センサ２４ｒおよび第１記憶手段５２を備え、第１記憶手段５２には、前輪用記憶領域および後輪用記憶領域が設けられている。第１記憶手段５２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）であり、電源供給が停止した状態でも、情報の記憶が継続される。第１記憶手段５２には、前後輪それぞれに対して、バンク角に対応する車輪の半径方向寸法が記憶されている。前輪と後輪の両方で、この半径方向寸法が記憶されることで、前輪と後輪とで異なる車幅、異なる断面形状に応じた半径方向寸法を得ることができる。これにより、対地速度の検出精度が向上する。また、車体に取り付け可能な車輪ごとに半径方向寸法を記憶すれば、車輪が交換された場合でも、精度よく対地速度を求めることができる。

本実施形態では、求めた旋回時の車速に基づいて旋回時のバンク角を検出しているが、求めた旋回時の車速に基づいて、旋回時のエンジン出力の制御を行ったり、サスペンションやステアリング等の旋回時の制御を行ったりしてもよい。例えば、旋回時のエンジン出力の制御として、旋回時のスリップ抑制制御、旋回後の加速制御、旋回中のエンジンブレーキ制御等がある。

対地速度検出装置５０は、外部の制御装置から、選択条件５５を満足するか否かを判断するための車体状態に関する情報を入手する。外部の制御装置は、例えば、自動二輪車の車体制御用ＥＣＵ、エンジンＥＣＵ、バンク角検出装置２０等である。車体制御用ＥＣＵは、例えば、ＡＢＳ、サスペンション、ステアリング、補助ランプ等を制御する。この車体状態に関する情報に基づいて、後輪選択条件が満足されていると判断されると、後輪を用いて対地速度を算出し、満足されていないと判断されると、前輪を用いて対地速度を算出する。

後輪選択条件は、前輪のウイリー状態を含む。前輪のウイリー状態は、例えば、車体の左右軸心まわりに前輪が上方に向けて所定値以上角変位したことを示す情報が、対地速度検出装置５０に与えられることで判断できる。このような情報は、ジャイロセンサによって、左右方向軸心周りの角速度を検出するほか、前後輪のサスペンションの伸縮量を検出することでも得られる。

後輪選択条件は、前輪のスリップ状態を含む。前輪のスリップ状態は、例えば、前後輪の回転速の差に基づいて、制動時のように後輪に比べて前輪のスリップ量が所定値以上大きいことを示す情報が、対地速度検出装置５０に与えられることで判断できる。また、後輪ブレーキに比べて、前輪ブレーキの制動量が大きい場合に、後輪選択条件を満たすようにしてもよい。同様に、前輪速センサ、前輪回転速を用いて検出した車速が異常であると判断した場合に、後輪選択条件を満たすようにしてもよい。

また、加速時、エンジンブレーキによる制動時に、前輪を用いて対地速度を算出するようにしてもよい。あるいは、前輪と後輪の両方を用いて、対地速度を算出してもよい。この場合、例えば、両輪の回転速の平均値を用いて対地速度を算出する。また、コーナー進入時には後輪を用いて対地速度を算出し、コーナー離脱時には前輪を用いて対地速度を算出するようにしてもよい。

本実施形態では、車体の推定バンク角θｆを用いて半径方向寸法ｒａが抽出されているが、移動体バンク角θｂを用いて半径方向寸法を抽出してもよい。また、バンク角を用いるほか、バンク角に関連するバンク関連値を用いて半径方向寸法を抽出してもよい。例えば、前輪速と後輪速との差がバンク角に対応することから、前輪幅が後輪幅よりも小さい場合、バンク角が大きくなるほど前輪速が後輪側に比べて大きくなる。このように、バンク角とバンク関連値とのいずれかを含むバンク量に基づいて半径方向寸法を抽出することができる。また、バンク角速度またはバンク角加速度と、バンク角とに関連性がある場合、バンク角速度に基づいて半径方向寸法を抽出してもよい。

さらに、本実施形態のバンク角検出装置２０を備えた自動二輪車は、車体軸線Ｃ３に対するライダーの姿勢角θｒを推定するライダー姿勢推定装置５６を有している。ライダー姿勢推定装置５６は、移動体の推定バンク角θｂと車体の推定バンク角θｆとの関係を記録した第２記憶手段５８と、慣性力センサ２６およびバンク角推定手段２８の検出値から第２記憶手段５８に記録された関係に基づいてライダーの姿勢角θｒを推定するライダー姿勢推定手段６０とを備えている。

リーンイン時、リーンアウト時の移動体バンク角θｂと車体の推定バンク角θｆとの関係は、自動二輪車によって決まっている。第２記憶手段５８には、この移動体バンク角θｂと車体の推定バンク角θｆとの関係が予め記録されている。また、（差分値θａ）＝（移動体バンク角θｂ）−（車体の推定バンク角θｆ）の関係が成り立つので、θａ、θｂおよびθｆのうち２つの値が分かれば、残り１つの値も算出できる。

ライダー姿勢推定手段６０は、慣性力センサ２６で検知された車体に働く前後軸心周りの力ＩＦと、バンク角推定手段２８で推定された移動体バンク角θｂから第２記憶手段５８に記録された関係とに基づいて、車体軸心回りのライダーの姿勢角θｒを推定する。上述のように、慣性力センサ２６で検知される力ＩＦに基づいて差分値θａが算出されるので、この差分値θａと移動体バンク角θｂとから車体の推定バンク角θｆも推定される。さらに、これらの移動体バンク角θｂと車体の推定バンク角θｆとから第２記憶手段５８に基づいて、ライダーの姿勢角θｒ、つまり、ライダーの重心Ｇ２の位置が推定される。

図７は、バンク角推定方法およびライダー姿勢推定方法の工程を示すフロー図である。同図に示すように、本実施形態のバンク角およびライダー姿勢推定方法は、移動体バンク角推定工程（釣合いバンク角推定工程）Ｓ１と、補正工程Ｓ２とを有している。移動体バンク角推定工程Ｓ１では、バンク角推定手段２８により移動体バンク角θｂが推定される。

補正工程Ｓ２では、自動二輪車に働く前後軸心周りの慣性力に基づいて、移動体バンク角推定工程Ｓ１で推定された移動体バンク角θｂを補正して、車体の推定バンク角θｆを算出する。補正工程Ｓ２は、慣性力算出工程Ｓ３と、差分値算出工程Ｓ４と、車体バンク角／ライダー姿勢推定工程Ｓ５とを有している。

慣性力算出工程Ｓ３では、慣性力センサ２６の出力ＩＦと移動体バンク角θｂを算出する過程で得られる推定ロールレートＰとに基づいて、前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を算出する。差分値算出工程Ｓ４では、慣性力算出工程Ｓ３で得られた慣性力ＩＦ１と移動体バンク角推定工程Ｓ１で推定された移動体バンク角θｂとに基づいて、差分値θａを算出する。つづいて、車体バンク角／ライダー姿勢推定工程Ｓ５では、差分値算出工程Ｓ４で得られた差分値θａを用いて、移動体バンク角推定工程Ｓ１で推定された移動体バンク角θｂを補正することで、車体の推定バンク角θｆおよびライダーの姿勢角θｒが推定される。

図８は、対地速度検出方法の工程を示すフロー図である。同図に示すように、本実施形態の対地速度検出方法は、バンク角推定工程Ｓ１０と、抽出工程Ｓ１１と、対地速度算出工程Ｓ１２とを有している。バンク角推定工程Ｓ１０では、バンク角検出装置２０により車体の推定バンク角θｆを得る。

抽出工程Ｓ１１では、バンク角推定工程Ｓ１０で得られた車体の推定バンク角θｆに対応する車輪の径方向寸法を第１記憶手段５２から抽出する。抽出工程Ｓ１１は、車輪選択工程Ｓ１３と、前輪抽出工程Ｓ１４と，後輪抽出工程Ｓ１５とを有している。車輪選択工程Ｓ１３では、車体の情報から選択条件５５に基づいて、対地速度の算出を行う車輪を選択する。詳細には、車輪選択工程Ｓ１３では、後輪選択条件を満足するかの判定が行われ、後輪選択条件を満足しない場合は前輪抽出工程Ｓ１４に進み、満足する場合は後輪抽出工程Ｓ１５に進む。

前輪抽出工程Ｓ１４（または後輪抽出工程Ｓ１５）では、バンク角推定工程Ｓ１０で得られた車体の推定バンク角θｆに対応する前輪（または後輪）の径方向寸法を第１記憶手段５２から抽出する。対地速度算出工程Ｓ１２では、抽出工程Ｓ１１で抽出された車輪の径方向寸法と車輪速センサ２４で検出された車輪の回転速度とに基づいて自動二輪車の対地速度を算出する。

上記構成によれば、図３に示すように、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１に基づいて移動体バンク角θｂを補正して、車体の推定バンク角θｆを算出する。これによって、移動体バンク角θｂを車体のバンク角として推定する場合に比べて、車体の重心Ｇと移動体の重心Ｇ１とがずれている場合でも、車体の推定バンク角θｆを精度よく算出することができる。また、加速力ＩＦ２を除去した慣性力を用いることで、車体の旋回過渡期に生じる車体に働く前後軸心周りの加速度の影響を除くことができ、過渡期の推定精度が向上する。つまり、車体のバンク角速度が時間変化している状態、すなわち、旋回開始時点や旋回終了時点での、精度よく車体の推定バンク角θｆを算出できる。

また、補正手段３０が、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１と、移動体に働く遠心力ＣＦと、旋回時に移動体に働く重力ＧＦとに基づいて、移動体バンク角θｂに対する車体の推定バンク角θｆの差分値θａを求め、この差分値θａに基づいて、車体の推定バンク角θｆを算出している。このように、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１に基づいて差分値θａを求めることで、複雑な運動方程式を用いることなく、車体バンク角θｆを推定することができる。

さらに、補正手段３０は、慣性力センサ２６により検出された前後軸心周りの力ＩＦから、車体に働く前後軸心周りの加速力ＩＦ２を除いて、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を得る算出手段３２を有し、この算出手段３２により算出された前後軸心周りの慣性力ＩＦ１に基づいて車体の推定バンク角θｆを算出している。この構成によれば、慣性力センサ２６では、慣性力ＩＦ１と加速力ＩＦ２とが合成されて検出されるが、加速力ＩＦ２を除くことで、急バンク時のような過渡状態で生じる角加速度の影響を除くことができる。その結果、車体の推定バンク角θｆの検出精度が向上する。

補正手段３０は、推定ロールレートＰの急激な変化を抑制する急変防止手段３４を有し、算出手段３２は、ローパスフィルタからなる急変防止手段３４により処理された推定ロールレートＰｆを用いて、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を算出する。このように、高周波成分を除くことで、ノイズによる影響が抑えられる。さらに、急変防止手段３４は、推定ロールレートＰのうちの予め定めた限界範囲内の値を用いて、車体に働く前後軸心周りの慣性力ＩＦ１を算出する。これにより、算出値のオーバーシュート、算出エラー等を防止できる。また、急変防止手段３４は、予め定めた限界範囲を超えた場合、出力を該限界範囲の臨界値に固定するようにすることもできる。

また、ローパスフィルタ２７により、慣性力センサ２６の出力ＩＦに含まれる車体振動成分や、路面の凹凸による車体衝撃成分が除かれる。また、急変防止手段３４により、ノイズが除去され、推定ロールレートＰを微分した際に微分値が急変化するのを防ぐことができる。その結果、前後軸心周りの慣性力ＩＦ１の算出精度が向上する。

角速度センサ２２が、車体の前後軸心Ｃ１に対して左右軸心周りに予め定めた傾斜角度αで傾斜配置され、前後軸心周りのロールレートＰの成分および上下軸心周りのヨーレートＲの成分を検出する。また、フィードバック回路４０が、前回算出された移動体バンク角θｂｏと対地速度Ｖとに基づいて推定ヨーレートＲを算出し、この推定ヨーレートＲが車体の推定バンク角θｆをフィードバックすることで補正され、補正された推定ヨーレートＲと傾斜角度αから角速度センサ２２のヨーレート成分を算出し、このヨーレート成分の値を角速度センサ２２の検出値ωに負帰還させている。この負帰還後の検出値ωからバンク角推定手段２８は移動体バンク角θｂを推定する。このように、移動体の重心Ｇ１と車体の重心Ｇとのずれを考慮して、ヨーレート成分が除去されるので、移動体バンク角θｂの算出精度が高い。

さらに、車体軸線Ｃ３に対するライダーの姿勢角θｒを推定するライダー姿勢推定装置５６が設けられている。このように推定したライダーの姿勢を、例えばレコーダに記録することで、走行後に旋回時のライダーの姿勢を確認できる。このように、走行後にライダー姿勢を確認することで、運転技術の向上、転倒原因の解析等に役立てることができる。その他に、ライダーの姿勢角θｒに基づいて、エンジン、車体の制御を行うこともできる。具体的には、ライダーの姿勢角θｒを把握することで、コーナー進入時の操作または、コーナー離脱時の操作が把握され、コーナー進入または離脱に応じたエンジン制御、車体制御を行うことができる。

また、車体の推定バンク角θｆに基づいて車輪の中心Ｏ１から接地点ＣＰまでの接地半径ｒａを求めて、車輪の回転速度ｖから対地速度Ｖを算出して車速とする対地速度検出装置５０が設けられている。これにより、旋回時の車体の推定バンク角θｆに対応する車輪の半径ｒａに基づいて、対地速度Ｖが算出されるので、旋回時であっても、車速を精度よく検出することができる。その結果、バンク角検出装置２０における車体の推定バンク角θｆを算出精度および推定ロールレートＰの算出精度が向上する。

対地速度検出装置５０は、前輪５と後輪８の両方で対地速度Ｖを検出可能に構成され、予め定める選択条件５５に基づいて、対地速度Ｖを算出する車輪を選択している。これにより、走行時の状況に応じて、対地速度Ｖが算出されるので、車速をより精度よく検出することができる。

詳細には、通常時は前輪５を用いて対地速度Ｖを算出し、ピッチ角センサにより前輪５が路面から離れたことを検知するか、または、前輪５の車速センサ２４ｆの異常を検知すると、後輪８を用いて対地速度Ｖを算出するようにしている。また、前輪５と後輪８の回転数の変化量の違いや、フロントフォーク４の伸び切りを検出することで、前輪５が路面から離れたことを検知してもよい。駆動輪である後輪８はスリップしやすいが、通常時は、従動輪である前輪５を用いて対地速度Ｖを算出することで、車速を精度よく検出することができる。また、前輪５がウイリーで路面から離れた場合、スリップで路面から滑った場合、あるいは前輪５の車速センサ２４ｆの異常を検知した場合は、後輪８を用いて対地速度Ｖを算出するので、車速の検出精度が向上する。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、バンク角推定手段２８は、上記実施形態のものに限定されない。また、補正手段３０は、慣性力センサ２６によって検出される前後軸周りの力と、慣性力センサ２６の取付位置に関する情報に基づいて、車体に働く前後軸まわりの加速度を推定するようにしてもよい。これにより、センサの配置の自由度が向上する。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

５ 前輪
８ 後輪
２０ バンク角検出装置（バンク量センサ）
２４ 車輪速センサ
５０ 対地速度検出装置
５４ 対地速度算出手段
５５ 選択条件
５８ 第２記憶手段

Claims (2)

1. バンクした状態で旋回する車両の対地速度検出装置であって、
   車輪の回転速度を検出する車輪速センサと、
   車体のバンク量を検出するバンク量センサと、
   車体のバンク量に対応する、車軸と車輪の路面接地点との間の径方向寸法を記憶した記憶手段と、
   前記バンク量センサで検出されたバンク量に対応する前記径方向寸法を前記記憶手段から抽出し、抽出された前記径方向寸法と前記車輪速センサで検出された車輪の回転速度とに基づいて、車両の対地速度を算出する対地速度算出手段と、を備え、
   前記バンク量センサは、前記対地速度算出手段により算出された対地速度に基づいて前記バンク量を検出し、
   前輪と後輪の両方で対地速度を検出可能に構成され、
   コーナー進入時には前記後輪を用いて対地速度を算出し、コーナー離脱時には前記前輪を用いて対地速度を算出する対地速度検出装置。
2. 前記バンク量検出センサは、車両とその積載体とを含む移動体に働く遠心力と、旋回時に前記移動体に働く重力とが釣り合う状態に基づいて、移動体重心の鉛直線に対する傾きである移動体バンク角を前記バンク量として算出する請求項１に記載の対地速度検出装置。

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