WO2017022317A1 - バンク角度検知装置およびバンク角度検知方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。 【解決手段】上記した目的を達成するため、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。
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、JP2002-140800Aに開示されているように、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。
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。
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の速度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、第一バンク角演算部3が求めるバンク角度φGは、車両Vの速度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と各角加速度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。
本願は、2015年7月31日に日本国特許庁に出願された特願2015-152963に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (5)
- 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。 - 請求項1に記載のバンク角度検知装置であって、
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
ことを特徴とするバンク角度検知装置。 - 請求項1に記載のバンク角度検知装置であって、
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
ことを特徴とするバンク角度検知装置。 - 請求項1に記載のバンク角度検知装置であって、
前記車両が鞍乗車両であり、
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
ことを特徴とするバンク角度検知装置。 - 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ステップと前記第二バンク角度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。
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