JP4493074B2 - 自動2輪車のステアリングダンパ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、走行時におけるハンドルの振れを減衰力によって抑制するようにした自動2輪車用のステアリングダンパ装置に係り、特に減衰力を可変にしたものに関する。
外乱時のキックバック等によるハンドルの振れを防止するため、ステアリング軸の回転に対して減衰力を発生するステアリングダンパ装置が公知である。
また、このステアリングダンパ装置において必要なときのみ減衰力を発生し、その他の場合は余計な減衰力を発生しないように減衰力を可変とするものも公知であり、例えば、ステアリング角と走行速度に基づいて制御するもの、前輪荷重の変化に基づいて制御するもの等がある。さらに、加速度が発生した場合には前輪の荷重が低減してキックバックが発生しやすくなることに着目し、加速度の増大を検出して予めステアリングダンパに減衰力を発生させることによりキックバックを抑制するようにしたものもある(特許文献1参照)。
特開2002−302085号公報
ところで、キックバックを抑制するためには予め減衰力を大きくしておけば足りるが、こうすると軽快なハンドリングが要求される低速域で旋回するときハンドル荷重が大きくなり過ぎることがあるので、このような場合にはハンドル荷重を軽減することが望まれる。一方、高速で直線走行するときは、簡単にハンドルが振れないように押さえつけて減衰力を大きくすることが望まれる。
しかし、従来のようなキックバック時のハンドル振れ抑止を目的とするステアリングダンパ装置では必ずしもこのような要請を実現できないので、これを実現することを目的とする。
上記課題を解決するため請求項1に係る自動2輪車のステアリングダンパ装置は、車体前部に支持された前輪操舵系の回動動作に減衰力を加えるとともにこの減衰力の大きさを可変とするステアリングダンパと、このステアリングダンパの減衰力を調節する制御手段とを備えた自動2輪車のステアリングダンパ装置において、
前記制御手段は車速に基づいて前記減衰力を調節するとともに、
車速が第1基準速度以下となるとき減衰力を最小に固定し、
車速が前記第1基準速度より大きい第2基準速度以上となるとき減衰力を最大に固定し、
車速が前記第1基準速度と第2基準速度の中間速度域にあるときにのみ、パラメータとして車速に加えて車体加速度を追加し、これら車速と車体加速度の変化に応じて減衰力を可変調節させるようにしたことを特徴とする。
請求項は上記請求項において、前記中間速度域にて、車両の加速度が大のとき減衰力を大に調節することを特徴とする。
請求項1によれば、制御手段が車速に基づいて減衰力を調節するとともに、車速が第1基準速度以下となるとき減衰力を最小に固定し、車速が第1基準速度V1より大きな第2基準速度以上となるとき減衰力を最大に固定したので、軽快なハンドリングが要求される速度域ではハンドル荷重を最小にして車体の取り回し性を向上させることができる。また、より高速側の速度域では減衰力を大きくすることによりハンドル荷重を最大にしてハンドル振れを抑止することにより、車体姿勢を安定に維持させることがができる。
また、車速が第1基準速度と第2基準速度の中間速度域にあるとき制御手段により車速変化に応じて減衰力を可変調節するので、中間速度域において、車体の取り回し性とハンドル振れ抑止を速度変化に応じてバランス調整でき、同時にキックバックによるハンドル振れの抑止も可能になる。
そのうえ、中間速度域においてのみ、制御手段が車速と加速度をパラメータとして減衰力を調整するので、キックバックによるハンドル振れの抑止をさらに確実にすることできる。
請求項によれば、中間速度域にて、車両の加速度が大のとき減衰力を大に調節するので、キックバックによるハンドル振れの抑止をさらに確実にすることできる。
以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図1は本実施例の適用される自動2輪車を示す斜視図、図2はステアリングダンパが設けられた車体前部構造側面図、図3は同部分の平面図、図4はステアリングダンパの概略構造を示す図である。
図1において、前輪1を下端に支持するフロントフォーク2の上部は車体フレーム3の前部へ連結され、ハンドル4にて回動自在になっている。車体フレーム3上には燃料タンク5が支持されている。符号6はシート。7はリヤカウル、8はリヤスイングアーム、9は後輪である。
次に、ステアリングダンパについて説明する。図2、3に示すように、ステアリングダンパ10はハンドル4が取付けられているトップブリッジ11と車体フレーム3の前端部との間に設けられている。トップブリッジ11は下方のボトムブリッジ12でヘッドパイプ13に支持されているステアリング軸14(中心線で表示)を上下に挟んで一体化される部材である。トップブリッジ11、ボトムブリッジ12及びステアリング軸14は一体に回動する。
トップブリッジ11とボトムブリッジ12には左右一対のフロントフォーク2の各上部が支持される。ヘッドパイプ13は車体フレーム3の前端部に一体化されたパイプ状部分であり、車体フレーム3はヘッドパイプ13から左右一対をなして後方へ延出する(図3)。ヘッドパイプ13の前方にはステアリングロック15が設けられ、キー16により解錠される。
本実施例のステアリングダンパ10はキックバックを防止するための液圧式減衰器であり、本体部17とフタ18を備え、ボルト20によりトップブリッジ11上のボス21に設けられたナット部へ締結される。このとき、本体部17とフタ18もボルト20ににより一体化される。符号22はトップブリッジ11とステアリング軸14の上端を連結するためのナットである。
ステアリングダンパ10の内部にはシャフト23が軸線を図2の上下方向に向けて設けられ、シャフト23の下端は本体部17から下方へ出てアーム24の前端と一体化されている。シャフト23はステアリング軸14と同軸状に配置される。
アーム24は側面視クランク状に折れ曲がっており、かつ平面視における車体中心を前後方向へ延び、前端部はナット22の上部へ張り出してステアリングダンパ10内へ突出するシャフト23と一体化される。アーム24の後端部は二又部25をなし、車体フレーム3側のボス部26を嵌合している。
ボス部26はブラケット27の中央部へ上方に突出して設けられ、ブラケット27は左右両端をボルト28により、前輪1の前端部中央に設けられたボス29へ取付けられている。ボス29上には燃料タンク5の前端から突出するステー30がボルト28により共締めされている。
図4はステアリングダンパ10の構造を概略的に示し、ステアリングダンパ10の内部は後方へ向かって広がる扇状の液室32が設けられ、その要の位置にシャフト23が位置し、シャフト23から一体に後方へ延出する翼状部33により液室32の内部は右液室34と左液室35に2分される。
翼状部33の先端は摺動面をなし、液室32の弧状壁36の内面に摺接する。右液室34及び左液室35にはオイル等の非圧縮性の液体が封入され、バイパス通路37により連結されている。バイパス通路37の中間部には可変バルブ38が設けられる。可変バルブ38は、減衰力を生ずるための絞り通路と、この絞り通路の通路断面積を変化させて減衰力を調整するリニアソレノイドを備える。
リニアソレノイドは、その制御電流の大きさに応じて絞り通路の通路断面積を変化させて減衰力を変化させるようになっており、制御電流は制御装置40によって制御される。
ステアリングダンパ10における減衰力の最大値は、ハード的な限界値又はソフト的な限界値によって定まる。ハード的な限界値とは、ステアリングダンパ10における構造上定まる限界値であって、液室34,35の容積、翼状部35の受圧面積、可変バルブ38の最大絞り時における通路断面積並びにリニアソレノイドの最大出力等により定まる。ソフト的な限界値とは、ハード的な限界値よりも小さな減衰力であっても制御上の理由から定まる最大値であり、ハード的な限界値に余裕があっても制御上の上限となるものである。本実施形態ではこれらのいずれでもよい。本実施形態における最大値C2は、何らかの原因で減衰力が最大値C2のままになってしまっても操舵に問題のないような、フェイルセーフの原則が維持される範囲に設定されている。
なお、ステアリングダンパ10の減衰力は、可変バルブ38の絞り通路を通過する液体の流動速度(流量/時間)によって異なる。すなわち同じ通路断面積の絞り通路を同じ流量の液体が通過するときであっても、液体がゆっくりと時間をかけて移動すれば、発生する減衰力はあまり大きくならない。逆に、短時間で急速移動すれば減衰力が大きくなる。
この流動速度を与えるものは翼状部35の回転速度、すなわちステアリング軸14の回転速度である。また、ステアリング軸14の回転速度は、旋回時等の意図的なハンドリングにおける人為操作によるものよりも、キックバック時の衝撃荷重である外的要因によるものの方が大きい。このことは、可変バルブ38における絞り程度が同じであっても、通常のハンドリング時とキックバック入力時では発生する減衰力が異なることを意味する。そこで本願における減衰力は、ステアリング軸14の回転速度を人為的なハンドリング時における所定のものに設定し、このステアリング軸14の回転速度一定の条件にて測定したものとする。
制御装置40はマイクロコンピュータ等で構成され、速度センサ41、加速度センサ42、さらにはスロットルセンサ43、エンジンの回転センサ44及びギヤポジションセンサ45等の各検出信号に基づいて制御し、後述する所定条件のとき、電流制御部46に指令を出して所定の制御電流を可変バルブ38のリニアソレノイドへ流すことにより、絞りを変化させて減衰力を調整する。
制御装置40によるステアリングダンパ10の減衰力制御方法は、車速に応じて行うことを基本とし、部分的に加速度を加えて調整する。詳細は後述する。
制御装置40へ検出信号を送る上記各センサはいずれも公知のものである。このうち、速度センサ41はエンジンの出力スプロケットの回転数等から車速を検出する。加速度センサ42は車体加速度を検出するGセンサであり、車体の適当場所に設けられる。スロットルセンサ43は吸気通に設けられたスロットルの開度を検出し、エンジンの回転センサ44はクランク軸の回転数を検出し、ギヤポジションセンサ45は変速機における現在のギヤポジションを検出する。
なお、車体速度をエンジン回転数を検出する回転センサ44とギヤポジションを検出するギヤポジションセンサ45との検出結果に基づいて算出させることもできる。このようにすれば、エンジンの回転センサ44及びギヤポジションセンサ45は速度センサ41に代えて使用することができる。
さらに、速度センサ41に基づいて算出された車速の単位時間変化として加速度を算出すれば、速度センサ41を加速度センサ42に代えて使用することができる。このようにすると、特別に専用の速度センサ41や加速度センサ42を設ける必要がなくなり、しかも正確に車速及び加速度を検知できるので適切なステアリングダンパの減衰力を発生させることができる。
次に、減衰力の調節方法について説明する。図5はこれを示すグラフであり、
制御装置40は基本的に車速に応じて減衰力を制御し、部分的に加速度を加えて減衰力を調整する。すなわち、車速が低速側に設定された第1基準速度V1以下となる低速域のときは減衰力を最小値C1に固定し、高速側に設定された第2基準速度V2以上の高速域となるとき最大値C2に固定する。第1基準速度V1と第2基準速度V2の間となる中間車速域に対しては車速及び加速度に応じて減衰力が連続的に変化する。
減衰力は、第1基準速度V1以下において最小値C1に固定された領域である低速側固定領域Z1と、第2基準速度V2以上において最大値C2固定された領域である高速側固定領域Z2と、これらの中間となる速度域にて減衰力もC1とC2の中間にて変動値をなす中間変動領域Z3に区分される。
中間変動領域Z3においては、車速に対する減衰力の変化は曲線的になり、第1基準速度V1における減衰力である最小値C1と第2基準速度V2における減衰力である最大値C2とを結んだ基準直線Lに対して、少なくとも一部が上下へずれた非線形的曲線を描く(これを中間曲線ということにする)。
また、この中間曲線は加速度に応じて異なるものとなる。すなわち、例示した中間曲線は加速度がA〜Dと異なる4つであり、かつ加速度A〜Dがこの順に大きくなるものとしたとき、これらの中間曲線のうちで加速度最小のAは基準直線Lよりも常に下側で変化する。
Aよりも若干大きな加速度Bの中間曲線は低速側でほぼ基準直線L上となり、高速側では基準直線Lの下側へずれる。Bよりさらに大きくなった加速度Cの中間曲線では、低速側において基準直線Lの上側へずれ、高速側では基準直線Lの下側へずれる。例示した加速度中最大となる加速度Dの中間曲線では終始基準直線Lの上側で変化する。
なお、いずれの中間曲線であっても、第1基準速度V1においては減衰力が最小値C1となり、第2基準速度V2においては減衰力が最大値C2となる。
また仮に、加速度を車速に加えて減衰力調節をしない場合、すなわち車速のみに基づいて減衰力を調節する場合は、減衰力がC1一定で横軸(車速)に平行する直線、基準直線L及び減衰力がC2一定で横軸と平行する直線、の計3直線を繋いだ折れ線に沿って減衰力を変化するようにしてもよい。但し、この場合でも中間変動領域Z3を基準直線Lに代えて非線形の中間曲線とすることもできる。
低速側固定領域Z1は、旋回時など、ハンドル振れ抑止に対する要請よりもむしろ良好な車体の取り回し性、すなわち軽快なハンドリングを最優先することが重要となる低速域において、減衰力を最小値C1に維持し、軽快なハンドリングを可能にする。第1基準速度V1は、車速変化に対応することなく減衰力の最小値C1を維持する際の上限側速度である。これを越えるとハンドリングを優先的に考慮することが妥当ではなくなり、C1より大きな減衰力を発生してハンドルの振れを抑制することが必要になる中間車速域との境界速度であって、例えば、80km/h等である。第1基準速度V1は減衰力の最小値C1とともに車両の仕様等に応じて任意に決定される。
一方、高速側固定領域Z2は、高速直線走行など、それ程大きなハンドル操作を必要とせず、むしろハンドル荷重を大にしてハンドル振れを極力抑えることを最優先することが重要となる高速域において、減衰力を最大値C2に維持し、ハンドル振れを抑止する。第2基準速度V2は、車速変化に対応することなく減衰力の最大値C2を維持する際の下限側速度である。これを下回れば、ある程度大きなハンドル操作の機会が多くなるため減衰力を小さくしてハンドル操作荷重を軽くすることが必要になる中間車速域との境界速度であって、第2基準速度V2は、例えば、200km/h等である。第2基準速度V2は減衰力の最大値C2とともに、ハンドリングをあまり考慮する必要がなく、車両のハンドル振れ抑止により車体姿勢の維持を最優先しなければならない高速域において、車両の仕様等に応じて任意に決定される。
さらに、減衰力の最大値C2は、走行するうえで必要な程度のハンドリングを可能にするがハンドルの振れをほぼ抑制できるようにハンドル荷重を最大とし、ハンドリングにかなりの重さを感じる程度になるよう設定された減衰力の上限値である。なお、減衰力が最大値C2のときは、前輪へ入力される衝撃荷重によって生じるキックバックを抑え込むことも当然に可能である。このような減衰力の上限値である最大値C2は前述のようにハード的な限界値又はソフト的な限界値いずれであってもよい。
中間車速は、ハンドリング性及びハンドルの振れ抑止に加えてキックバック抑止ができるようにハンドル荷重をその車速及び加速度に対して最適なものにバランスよく調整することが要求される速度域である。
一般的にこの領域では、車速及び加速度が大きくなる程、より大きな減衰力が要求される。すなわち車速が上がるほど減衰力を大きくしてハンドルの振れを抑制する。同時に加速度が増加すると、前輪の分担荷重が軽減されてキックバックの発生が顕著になりやすいので、予め加速度の増大に対応して減衰力を大きくしておくことにより、路面側から衝撃荷重が入力されてキックバックが発生しても、ハンドルの振れを抑制するようにできる。このように、加速度により減衰力を調整すればキックバックに備えることができるようになる。
最小値C1は、ハンドル荷重を最小にして、ハンドル振れ抑止よりも軽快なハンドリングの実現を目的とし、特に大きなキックバックだけに対応できるようするための減衰力である。すなわち、通常のハンドリングにおけるステアリング軸14の回転速度では可変バルブ38における液体の流動抵抗がほとんどなく、ハンドル操作荷重は、ステアリング軸14の軸受け部における摩擦抵抗によって生じる程度の操作荷重にほぼ近いものとなるように、可及的に小さな減衰力に設定される。
但し、このように最小値C1なる減衰力を設定しても、特大のキックバック入力時には、前輪へ衝撃荷重として加わる外力によりステアリング軸14が急速度で回転しようとし、この回転速度は最小値C1を定めるときの基礎とした減衰力の測定条件である回転速度よりも大きな異常値になるので、一時的に可変バルブ38における流動抵抗が増大して大きな減衰力を発生し、この大きな減衰力によってキックバックによるハンドル振れを抑止できるように設定される。このとき抑制すべきキックバックの大きさは車両の使用目的等により任意に設定できる。
図6は中間変動領域Z3における車速と加速度の2変数をパラメータとした減衰力制御の基礎となる制御電流マップを示す。すなわち減衰力は可変バルブ38の絞りで変化し、この絞りは可変バルブ38を構成するリニアソレノイドによって調整される。さらにリニアソレノイドは制御電流に応じた動作を制御される。この制御電流は、制御装置40が予め定められている制御電流マップによって決定し、電流制御部46を介して制御される。
制御電流マップは、車速Vを横軸、加速度Aを縦軸、制御電流Iを上下方向軸とする3次元マップであり、制御電流は車速と加速度の格子点より決定される。すなわち、制御電流マップの数値を2次元の表にした図7に示すように、車速格子点が1・・i・・nと変化し、加速度格子点が1・・j・・nと変化すれば、制御電流はこれらの格子点の交点として定まる。例えば、車速格子点がiで、加速度格子点がjのときの制御電流は、予め点(i,j)に定められた値となる。各格子点の制御電流は予め実験により定められる。この制御電流はハンドル荷重をその車速及び加速度に対して最適なものに調整するように定められる。また、格子点の中間値における制御電流を決定するときは、直近する4つの格子点の値に基づく4点補間計算により定める。
図8は制御装置40における制御電流の決定手順を示す。制御装置40は、まず車体速度41から車速を取得し(S・1)、続いて加速度センサ42から加速度を取得し(S・2)、これらの検出値に基づいて制御電流マップを参照し(S・3)、適切な制御電流を決定する(S・4)。このとき必要ならば4点補間計算を行う。決定された制御電流はリニアソレノイドに与えられるとともに、この制御電流の決定により一回の制御電流決定手順が終了する。但し、この制御電流決定手順は車両の走行中は所定時間間隔で反復実行される。
次に、本実施形態の作用を説明する。車両の走行中において、制御装置40には速度センサ41及び加速度センサ42の各検出信号が常時入力され、この検出された車速及び加速度に基づき制御電流マップと比較されて制御電流が決定され、この制御電流によってリニアソレノイドを制御してバイパス通路37に対する可変バルブ38の絞りを調節することによりステアリングダンパ10の減衰力を調整する。
車速が第1基準速度V1以下のときは、減衰力は低速側固定領域Z1となり、ステアリングダンパ10の減衰力が最小値C1に固定され、ハンドル荷重を最小にする。このため、旋回時など、ハンドル振れ抑止に対する要請よりもむしろ良好な車体の取り回し性が重要となる低速域において、軽快なハンドリングを可能にする。
車速が第2基準速度V2以上のときは、減衰力は高速側固定領域Z2となり、ステアリングダンパ10の減衰力が最大値C2に固定され、ハンドル荷重を最大にする。このため、高速直線走行などのように、それ程大きなハンドル操作を必要とせず、むしろ人為的な操作によるハンドルの振れを極力抑えて車体姿勢の維持を最優先することが重要となる高速域において、ハンドル振れを抑制して車体姿勢を安定維持する。
車速が第1基準速度V1を越え、かつ第2基準速度V2未満となる中間変動領域Z3においては、車速と加速度に応じてステアリングダンパ10の減衰力が変動して調節される。加速度により減衰力を調整することによりキックバックの発生に備え、発生時にはハンドル振れを抑止できる。
このとき、図5の中間曲線A〜Dに示すように、加速度が大きくなるほど基準直線Lに対して減衰力を大きめに調整するので、加速度の増大に対応して大きなキックバックが発生しても、予めこれに備えることができる。しかも、非線形の曲線とすることにより、車速と加速度の大きさに応じて最適な減衰力を発生するように調整すせることができる。
また、図6に示したような制御電流マップを用いて減衰力を決定するので、中間変動領域Z3において、ハンドルの取り回し性及びハンドルの安定性並びにキックバックに対する抑止をバランスよく調和するように減衰力を調整して、ハンドル荷重をその車速及び加速度に対して最適なものに調整することができる。
なお、本願発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、加速度を加えずに車速のみに基づいて減衰力を調節するようにしてもよい。この場合にも、低速側固定領域Z1における軽快なハンドリング性、高速側固定領域Z2におけるハンドル振れ抑止及び中間変動領域Z3におけるこれらのバランスを実現できる。
また、中間変動領域Z3においては、前記のようにこの領域のみにおいて車速と加速度をパラメータとして連続的に減衰力制御するばかりでなく、検出した加速度が所定の大なる状態になったときのみ減衰力を大なる状態に調整するようにしてもよい。さらに、ステアリングダンパ10の構造、特にその減衰力発生構造は公知の種々な構造を採用できる。さらに、可変バルブ38もリニアソレノイドに限定されず、同様に種々の公知構造を採用できる。
実施例の適用される自動2輪車の斜視図 ステアリングダンパ装置部分を示す車体前部の側面図 同上部分の平面図 ステアリングダンパの概略構造を示す図 減衰力制御方法を示すグラフ 制御電流マップの3次元グラフを示す図 制御電流マップを説明する表を示す図 制御電流の決定手順を示すフローチャート
符号の説明
1:前輪、2:フロントフォーク、3:車体フレーム、10:ステアリングダンパ、11:トップブリッジ、14:ステアリング軸、23:シャフト、24:アーム部、26:ボス、31:モーメントセンサ、33:翼状部、34:右液室、35:左液室、37:バイパス通路、38:可変バルブ、40:制御装置、41:速度センサ、42:加速度センサ、46:電流制御部

Claims (3)

  1. 車体前部に支持された前輪操舵系の回動動作に減衰力を加えるとともにこの減衰力の大きさを可変とするステアリングダンパと、このステアリングダンパの減衰力を調節する制御手段とを備えた自動2輪車のステアリングダンパ装置において、
    前記制御手段は車速に基づいて前記減衰力を調節するとともに、
    車速が第1基準速度以下となるとき減衰力を最小に固定し、
    車速が前記第1基準速度より大きい第2基準速度以上となるとき減衰力を最大に固定し、
    車速が前記第1基準速度と第2基準速度の中間速度域にあるときにのみ、パラメータとして車速に加えて車体加速度を追加し、これら車速と車体加速度の変化に応じて減衰力を可変調節させるようにしたことを特徴とする自動2輪車のステアリングダンパ装置。
  2. 前記中間速度域において、車両の加速度が大のとき減衰力を大に調節することを特徴とする請求項1に記載した自動2輪車のステアリングダンパ装置。
  3. 前記中間速度域において、車速に対する減衰力の変化が曲線的になり、前記第1基準速度における減衰力である最小値と前記第2基準速度における減衰力である最大値とを結んだ基準直線に対して、少なくとも一部が上下へずれた非線形的曲線を描くことを特徴とする請求項1に記載した自動2輪車のステアリングダンパ装置。
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