JP3952541B2 - 二輪車用アシスト装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作力検出手段に係り、特に、二輪車のハンドルに付勢される操作力を検出する操作力検出手段及びこれを用いた二輪車用アシスト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動二輪車等を車庫や駐輪場に出し入れする場合や、歩道を押して通行する場合には、運転者（ライダー）が直接ハンドルに操作力を付勢して二輪車を移動させている。これは、二輪車が大型で重量がある場合には困難であり、また、比較的軽量な二輪車であっても、女性の運転者の場合には二輪車を直接押して移動させることは特に困難であった。
【０００３】
このような問題を解決するために、二輪車の中には後退方向にのみ電動モータのアシスト駆動力で、運転者の操作を補助するものがある。これは、図８に示すように、ハンドルバーの端部領域であって、運転の際に運転者が握持する部分に所定の後退用スイッチ５１を設け、この後退用スイッチ５１を運転者自らが指で操作することにより、アシストモータ５３を回転させてアシスト駆動力を発生させるものである。即ち、当該後退用スイッチ５１の操作により、アシストモータ５３が二輪車の駆動輪に後退方向のアシスト駆動力を付与し、後方への移動を補助するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例には以下のような不都合があった。即ち、運転者はアシスト駆動力を得るために、後退用スイッチを操作しなければならないが、重量のある二輪車を略直立状態とし、同時にハンドルを握りながら後退用スイッチを操作するのは非常に困難である、という不都合を生じていた。また、後退方向のみアシスト駆動力が発生するので、歩道を押して歩く場合や狭い路地を押して歩く場合等に不便であった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に、特別な操作をすることなく運転者の操作力を検出でき、且つこの操作力によって容易に二輪車を押すことができる二輪車用アシスト装置を提供することを、その目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、運転者が操作するハンドルバーと、前記ハンドルバーを二箇所で支持するステーと、前記ステーを固定するトップブリッジと、前記トップブリッジを固定したフロントフォークと、前記ステー内部に、前記ハンドルバーに対して二輪車の進行方向の前方及び後方の両側に配置されると共に運転者により前記ハンドルバーに加えられる荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサにより検出される荷重に基づいた制御信号を出力する制御部と、前記制御部からの制御信号に応じたアシスト駆動力を出力するアシストモータと、前記アシストモータのアシスト駆動力を駆動輪側に伝達するアシストモータ用クラッチとを備えた二輪車用アシスト装置において、
前記制御部は、シフトポジションがニュートラルで、エンジンが停止され、かつ車速が所定値以下の場合には、前記アシストモータ用クラッチを接続することを特徴とする構成を採っている。
以上のように構成されたことにより、運転者がハンドルバーを握ってこれを押した場合には、荷重センサがその運転者が押した操作力を検出することができる。このため、荷重センサの検出値を二輪車の制御に用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の操作力検出手段は、図１に示すように、二輪車の運転者が操作するハンドルバー１０と、このハンドルバー１０を支持するステー１１とを備え、ハンドルバー１０とステー１１ａ，１１ｂとの相互間に、所定の荷重センサ１ａを設ける、という構成を採っている。
【００１１】
以下詳細に説明すると、ハンドルバー１０は棒状の部材を一部曲折させたものであり、その断面形状は円形となっている。ハンドルバー１０の両端部には運転者が握るグリップ１０ａが装着されている。また、ハンドルバー１０は中央部領域において２箇所で所定のステー１１ａ，１１ｂに支持されている。このステー１１ａ，１１ｂは、ハンドルバー１０を上下方向から挟持するように構成されたものであり。上側ステー１１ａと下側ステー１１ｂとからなる（図１（Ｂ）参照）。そして。このステー１１ａ，１１ｂは、二輪車のトップブリッジ２１に所定の２本のボルト２３で固定される。
【００１２】
また、ステー１１ａ，１１ｂは上記したようにハンドルバー１０を上下方向から挟持する構造であるので、上下の各ステー１１ａ，１１ｂはその接触領域に略半円筒状の凹部２５が形成されている。但しこの凹部２５は、完全な半円筒状ではなく、略水平方向に僅かに長い形状（楕円に近似している）となっている。これは、後述するように、ステー１１ａ，１１ｂに対してハンドルバー１０を微動可能とするためである。尚、図１（Ｂ）において各ステー１１ａ，１１ｂ及びトップブリッジ２１は僅かに傾斜している。これは、トップブリッジ２１がフロントフォーク２７（図２参照）の上端部に装着されるものであり、フロントフォーク２７自体に所定のキャスター角が設定されているからである。
【００１３】
また、ハンドルバー１０とステー１１ａ，１１ｂとの相互間には、所定の荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ及び弾性部材９が配設されている。荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、例えば歪みゲージであり、加わる荷重の大きさに応じて所定の電気信号を出力するものである。この荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、ハンドルバー１０の表面に直接接触して配設されている。本実施形態では、二輪車の進行方向の前方及び後方の両側に荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄがそれぞれ装備されている。尚、荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの種類は特に限定されるものではなく、ハンドルバーに加わる荷重が正確に測定できるものであれば、圧力センサのようなものでもよい。尚、図１（Ａ）は操作力検出手段１の平面図を示すが、実際には荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはステー１１ａ，１１ｂの内部に収納されているので、外部からは見えないようになっている。
【００１４】
また、弾性部材９は荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとステー１１ａ，１１ｂとの相互間に配設されている。より詳しくは、ステー１１ａ，１１ｂに形成された各凹部２５の内、水平方向の両端部に所定の弾性部材用穴２９が形成され、この弾性部材用穴２９に弾性部材９としての圧縮バネが装備されている。このように弾性部材用穴２９を形成して弾性部材９を固定するので、所定の荷重が加わった場合でも弾性部材９が座屈等することがない。尚、弾性部材は圧縮バネに限定されるものではなく、ゴム等の部材であってもよい。
【００１５】
弾性部材９は図１（Ｂ）に示すように、二輪車の進行方向の前方及び後方にそれぞれ設けられている。そして各弾性部材９はハンドルバー１０を原位置に復帰させるように、常時所定の弾性力をハンドルバー１０に対して付勢している。ここで、本実施形態にかかる操作力検出手段１では、進行方向の前方側の弾性部材は下側ステー１１ｂに収納され、後方側の弾性部材は上側ステー１１ａにそれぞれ収納されている。但し、弾性部材用穴２９を上側ステー１１ａと下側ステー１１ｂの境界領域に形成し、上下両ステー１１ａ，１１ｂで相互に弾性部材９を固定するようにしてもよい。
【００１６】
また、図１（Ａ）に示すように、本実施形態の操作力検出手段１では、合計４組の荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと弾性部材９が設けられている。しかし、荷重検出の精度を向上させる場合には、更に別のステーを設け、このステーの中に荷重センサ及び弾性部材を設けるようにしてもよい。尚、ステー１１ａ，１１ｂに対するハンドルバー１０の移動量は、運転者に違和感を与えない程度に微小なものである。従って、運転者は通常の操作においては、ハンドルバー１０の微動を認識できないようになっている。図１（Ｂ）で隙間を大きく記載しているのは、説明の便宜のためである。
【００１７】
本発明の操作力検出手段１は以上のように構成されるが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、ハンドルバー１０を支持する２組のステーの内、一方側にのみ荷重センサを設けるようにしてもよい。また、ステーに支持される領域のハンドルバーの断面形状を角柱形状にして、且つ各ステーの凹部を矩形状としてもよい。このようにすることにより、ハンドルバーがステーに対して回動することが有効に防止される。更には、特に弾性部材を設けず、直接ハンドルバーとステーとの相互間に荷重センサを設けるような構成にしてもよい。
【００１８】
次に、上記した操作力検出手段１を用いた二輪車用アシスト装置について説明する。図２に示すように、二輪車のハンドルバー１０は上記したステーに支持されており、このステーはフロントフォーク２７の上端部のトップブリッジに固定されている。ここで、トップブリッジとは、２本のフロントフォーク２７をその上端部で相互に固定するものである。また、二輪車のエンジンの近傍には、アシストモータ４及びアシストモータ用クラッチ５が装備されている。アシストモータ４は二輪車の駆動輪３１にアシスト駆動力を付与するものであり、アシストモータ用クラッチ５はアシスト駆動力の伝達及び停止を切り替えるものである。
【００１９】
更に、二輪車には上記した制御部６及びアシストモータ４に電力を供給するためのアシスト用バッテリ７が装備されている。このアシスト用バッテリ７は、通常の鉛電池等が用いられる。尚、アシスト用バッテリ７は、アシスト専用として設けてもよいが、補機類への通常の電力供給のために既に装備されて車体用のバッテリと共用してもよい。但しこの場合には、比較的容量の大きなバッテリを用いる必要がある。また、二輪車の車体には、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ２，変速機の状態を検出するシフトポジションセンサ３及び車速を検出する車速センサ８が設けられている。エンジン回転数センサ２はエンジンの出力軸（図示略）の回転数を直接検出するものである。例えば、ロータリエンコーダのようなものであっても良い。
【００２０】
次に、アシストモータ４から駆動輪３１にアシスト駆動力を付与するための構成について説明する。図３に示すように、図示しないエンジン側からは、トランスミッション出力軸１４が延設されている。トランスミッション出力軸１４は、変速機（図示略）によって変速された後の回転数で回転し、通常の走行時に駆動輪３１に駆動力を付与するものである。また、トランスミッション出力軸１４の端部には、所定のドライブスプロケット１５が装着されている。そしてこのドライブスプロケット１５にドライブチェーン１６が巻装されている。ドライブチェーン１６は、駆動輪３１のスプロケット（図示略）まで延設され、二輪車の駆動輪３１を駆動するようになっている。
【００２１】
また、トランスミッション出力軸１４の近傍には、上記したアシストモータ４が配設されている。このアシストモータ４には所定のアシストモータ用クラッチ５が一体的に装備されると共に、アシストモータ４の出力軸の端部に、第１のアシスト用歯車１２が装着されている。アシストモータ用クラッチ５は、制御部６からの指令によりアシストモータ４と第１のアシスト用歯車１２との接続及び切離しを切り替えるものである。そして、このアシストモータ用クラッチ５を介してアシスト駆動力が付与される。また、そして、第１のアシスト用歯車１２は、上記トランスミッション出力軸１４に装着された第２のアシスト用歯車１３と噛合している。
【００２２】
図４は、二輪車用アシスト装置の制御ブロック図を示す。この図に示すように、制御部６には各荷重センサからの検出値が入力される。また、車速センサ８、シフトポジションセンサ３及びエンジン回転センサ２からのそれぞれの検出値が入力される。そして、制御部６では、これらの検出値に基づいて、アシスト駆動力を発生させるか否かの判断及び、アシスト駆動力を発生させる場合のその大きさ等の計算が行われる。計算が行われた後には、所定の制御信号が生成され、この制御信号がアシストモータ４及びアシストモータ用クラッチ５に送信されるようになっている。
【００２３】
次に、図５ないし図７に基づいて、実際にアシスト駆動力を発生させる場合の制御フローについて説明する。先ず、各種センサの出力から、制御部６においてシフトポジションがニュートラルであり、且つエンジンが停止しており、更に車速が所定値ａ以下であるか否かが判断される（図５のステップＳ１）。これは、アシスト駆動力を付与するか否かの判断のためである。そして、これらの条件が全て満たされている場合には、アシスト駆動力を付与する前準備として、アシストモータ用クラッチ５が接続される（図５のステップＳ２）。逆に、これらの条件が１つでも満たされてない場合には、アシストモータ用クラッチ５は切り離される（図５のステップＳ５）。アシストモータ用クラッチ５が切り離されている場合には、トランスミッション出力軸１４の回転に対して、アシストモータ４は負荷とならない。
【００２４】
アシストモータ用クラッチ５が接続された場合には、次に各荷重センサからの信号に基づいてアシスト駆動力の大きさが計算される。具体的には、運転者が車庫入れや歩道通行等のために、二輪車のハンドルバー１０を押した場合に、このハンドルバー１０に付与された操作力を各荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで検出する。このときの各荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの出力を、図６に示すように、Ｓ１Ｆ，Ｓ１Ｒ，Ｓ２Ｆ及びＳ２Ｒとする。これらの情報から運転者が二輪車を押すことにより、ハンドルバー１０に加えている操作力Ｆを下の数式で計算する。
【００２５】
Ｆ＝Ｋ｛（Ｓ１Ｆ−Ｓ１Ｒ）＋（Ｓ２Ｆ−Ｓ２Ｒ）｝
【００２６】
上式は、各ステー１１ａ，１１ｂに取り付けられた荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの出力の内、片側の前後１組の荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの検出値の差をとり、これを両側について加えた値を基に計算するものである。そして、式中に含まれているＫは荷重センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの出力値に対するＦの比例定数である。制御部６でＦが計算された後は、このＦに対応するアシスト駆動力の大きさを決定する（図５のステップＳ３）。尚、Ｆを算出する場合に上式を用いると、以下のような有利な点がある。即ち、例えば、温度変化によってハンドルバーの寸法が変化した場合には、荷重センサに加わる荷重が僅かに変化する場合がある。その時の荷重の変化量の値をＮとすると、各荷重は以下のように変化する。
【００２７】
ＦＳ１ → ＦＳ１＋Ｎ
ＦＳ２ → ＦＳ２＋Ｎ
しかしながら、Ｆを求める場合に上式を用いることにより、荷重の変化量は消去されることになる。このため、荷重センサの周囲の温度変化、部品の寸法誤差の影響を受けにくくでき、操作力を精度良く検出することができる。
【００２８】
アシスト駆動力を決定する場合には、図７に示すマップを用いる。即ち、操作力Ｆの絶対値がある所定値ｂ以下である場合には、アシスト駆動力はゼロである。即ち、ハンドルバー１０に加わる操作力が小さい場合にはアシスト駆動力を付与しない。これは、通常のハンドル操作時にアシスト駆動力が発生するのを防止するためである。一方、操作力Ｆが所定値ｂを超えた場合には、操作力Ｆの値に対応させてアシスト駆動力を発生させる。具体的には、操作力Ｆの増大に伴ってアシスト駆動力を直線的に増大させる。そして、操作力Ｆの絶対値がある程度大きくなって上限値ｃを超えた場合には、アシスト駆動力はそれ以上大きくせず最大アシスト駆動力Ａｃとする。
【００２９】
以上のような行程によって算出されたアシスト駆動力の情報に基づいて、制御部６はアシストモータ４に制御信号を送出する。アシストモータ４は制御信号に応じて必要なアシスト駆動力を発生し、これを二輪車の駆動輪３１に伝達する。これにより、運転者はハンドルバー１０に所定の操作力を付勢することにより、軽い操作力で重量のある二輪車を押すことができる。
【００３０】
尚、本実施形態では、図７に示すように、前進及び後退について、操作力Ｆに対するアシスト駆動力の大きさを等しく設定している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば後退側のアシスト駆動力を前進側より小さくしたり、逆に後退側のアシスト駆動力を前進側より大きくする等の制御を行うことも可能である。また、運転者からハンドルバーに付勢される操作力に対して、アシスト駆動力を曲線的に上限値に近接させるような制御を行ってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、二輪車の運転者が操作するハンドルバーと、このハンドルバーを支持するステーとを備え、前記ハンドルバーとステーとの相互間に、所定の荷重センサを設けた。このため、運転者がハンドルバーに所定の操作力を付勢した場合には、この操作力を自動的に検出することができ、この検出値を二輪車の制御に利用することができる、という優れた効果を生じる。
【００３４】
更に、前記荷重センサの出力に基づいて所定の制御信号を出力する制御部と、この制御部からの制御信号に応じてアシスト駆動力を出力するアシストモータと、このアシストモータのアシスト駆動力を二輪車の駆動輪に伝達するアシストモータ用クラッチとを備えた。このため、シフトポジションがニュートラル、エンジンが停止され、かつ車速が所定値以下の状況下において、荷重センサによって検出された操作力に基づいて二輪車にアシスト駆動力が付与され、スイッチ操作等の特別の操作をすることなく、運転者が二輪車を前方に押していることが判断されたら前進方向に、また、後方に押していることが判断されたら後退方向に、適切なアシスト駆動力が付与され、二輪車の取り扱いが容易となる、という優れた効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図であり、図１（Ａ）は操作力検出手段の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示し、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）の荷重センサの装着領域における拡大断面図を示す。
【図２】図１に開示した操作力検出手段を用いた二輪車を示す説明図である。
【図３】図２に開示した二輪車に装備されるアシストモータを示す一部省略した平面図である。
【図４】本発明の二輪車用アシスト装置の制御ブロック図を示す。
【図５】本発明の二輪車用アシスト装置の制御フローチャートを示す図である。
【図６】図１（Ａ）に開示した各荷重センサの出力から操作力Ｆを算出する場合を説明する説明図である。
【図７】操作力Ｆとアシスト駆動力との関係を示す図である。
【図８】従来例を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 操作力検出手段
４ アシストモータ
５ アシストモータ用クラッチ
６ 制御部
９ 弾性部材（圧縮バネ）
１０ ハンドルバー
１１ａ，１１ｂ ステー

Claims (1)

1. 運転者が操作するハンドルバーと、前記ハンドルバーを二箇所で支持するステーと、前記ステーを固定するトップブリッジと、前記トップブリッジを固定したフロントフォークと、前記ステー内部に、前記ハンドルバーに対して二輪車の進行方向の前方及び後方の両側に配置されると共に運転者により前記ハンドルバーに加えられる荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサにより検出される荷重に基づいた制御信号を出力する制御部と、前記制御部からの制御信号に応じたアシスト駆動力を出力するアシストモータと、前記アシストモータのアシスト駆動力を駆動輪側に伝達するアシストモータ用クラッチとを備えた二輪車用アシスト装置において、
   前記制御部は、シフトポジションがニュートラルで、エンジンが停止され、かつ車速が所定値以下の場合には、前記アシストモータ用クラッチを接続することを特徴とする二輪車用アシスト装置。

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