JP4542231B2 - 自動二輪車用ヘッドランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、夜間走行におけるコーナリング時にも広い前方視野が得られる自動二輪車用のヘッドランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
自動二輪車の走行において、一般的にある程度のスピードが出ている場合は、車体をバンクさせてコーナリングすることにより進行方向を変える。ところが、従来の自動二輪車のヘッドランプは車体に固定されていて、車体がバンクすると、これに合わせてヘッドランプの光軸も傾斜するため、夜間の走行においてコーナリングするとき、ライダーの目線が向く進行方向の内側へのヘッドライトの配光が減少し、進行方向前方の視野が狭くなる。
【０００３】
すなわち、自動二輪車が直進するとき、搭乗したライダーからの前方視を示す図７のように、ヘッドランプの配光Ａは水平線Ｈに平行な左右方向に広がった状態となるが、例えば図９のように、自動二輪車がカーブした車線５０に沿って矢印Ｐで示す左側に進行方向を変えるとき、車体を左側にバンクさせてコーナリングするので、ヘッドランプの光軸が左側に傾斜し、これに伴いヘッドランプの配光Ａが直進の場合に比べて左下がりに傾斜する。その結果、ライダーの目線が向く進行方向の内側（同図に破線の円で囲む部分Ｂ）、つまり進行先となるエリアへのヘッドランプの配光Ａが少なくなり、事実上、進行方向前方の視野が狭くなる。
【０００４】
また、上記したコーナリング時に、車体が左右のいずれの方向にバンクしたかを検知し、その検知信号と車速とでヘッドランプのバルブ（発光体）およびレンズの回転角を制御するようにしたヘッドランプも考えられるが、この場合には車速が遅くなるとレンズの回転角が小さくなり、ライダーが必要とする十分な視野を確保しにくい。
【０００５】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、夜間走行時のコーナリングでも広い視野を確保できる自動二輪車用ヘッドランプ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明に係る自動二輪車用ヘッドランプ装置は、発光体を有するランプ本体と、車体のバンク角を検知するバンク角検知手段と、検知されたバンク角に基づき前記ランプ本体からの配光領域をバンクした方向と逆方向にバンク角の大きさに応じた角度だけ回転させる手段とを備え、前記バンク角検知手段は、車体の上下軸心まわりの回転角速度と車速とに基づいてバンク角を算出するものであり、前記配光領域の回転角度が前記車体のバンク角の１．７倍以上で２．０倍以下である。
【０００７】
前記自動二輪車用ヘッドランプ装置によれば、バンク角検知手段により検知された車体のバンク角に基づき、回転制御手段が駆動機を制御して、配光領域をバンクした方向と逆方向にバンク角の大きさに応じた角度だけ回転させるので、夜間走行時のコーナリングで、ライダーの目線が向く進行方向の内側へのヘッドランプの配光が多くなり、広い視野を確保できる。また、車体の上下軸心まわりの回転角速度と車速とに基づいてバンク角を算出するので、容易かつ高精度にバンク角を求めることができる。
【０００８】
本発明の第２構成に係る自動二輪車用ヘッドランプ装置は、発光体を有するランプ本体と、車体のバンク角を検知するバンク角検知手段と、検知されたバンク角に基づき前記ランプ本体からの配光領域をバンクした方向と逆方向にバンク角の大きさに応じた角度だけ回転させる手段とを備え、前記バンク角検知手段は、車体の上下軸心まわりの回転角速度と車速とに基づいてバンク角を算出するものであり、前記車体のバンク角の小さい範囲内に、バンク角が変化しても前記配光領域を回転させない不感帯が設けられている。
【０００９】
本発明に係るバンク角検出装置は、車体の上下軸心まわりの回転角速度ωを検出する角度センサと、車速ｖを検出する速度計とを備え、前記回転角速度ωと前記車速ｖとから、重力加速度をｇとして、以下の式でバンク角δを算出するバンク角検出装置。
δ＝ｓｉｎ ^−１ （ｖ・ω／ｇ）
【００１０】
【発明の実施の形態】
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詳述する。図１は本発明の一実施形態であるヘッドランプ装置を取り付けた自動二輪車を示す側面図である。
自動二輪車１は、車体フレーム２の前端のヘッドパイプ３に軸支されたフロントフォーク４に前車輪５を取り付け、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に軸支されたスイングアーム７に後車輪８を取り付け、車体フレーム２の中央下部に取り付けたエンジン９で後車輪８を駆動するとともに、フロントフォーク４の上端部に固定したハンドル１０で操行するように構成されている。
【００１１】
フロントフォーク４には、ヘッドランプ装置１１を構成するランプ本体１２がブラケット１３を介して取り付けられている。ヘッドランプ装置１１は、図３にブロック図で示すように、前記ランプ本体１２のほか、この本体１２に設けた駆動機１８およびエンコーダ（回転位置検出手段）２９、バンク角検知手段１９、回転制御手段２０などで構成される。
【００１２】
図２は前記ランプ本体１２の縦断面図を示す。このランプ本体１２では、ランプケース２１内に設けられた発光体であるバルブ２２の前面に、レンズ２３が対向配置され、バルブ２２およびレンズ２３が、それらの中心軸Ｃのまわりに回転自在とされている。すなわち、ランプケース２１がその前側の環状のリム１４に図示しないねじ体により取り付けられ、このリム１４に、バルブ２２を囲むように配置された碗状のリフレクタ２４が、図示しないフックとねじ体により取り付けられ、このリフレクタ２４に設けられたレンズ支柱２５の回転軸２６にレンズ２３が回転自在に支持されている。リフレクタ２４の中心部には、レンズ２３と同軸位置となるように回転ベース２７が配置されており、この回転ベース２７の中心部、すなわち、前記中心軸Ｃ上に、バルブ２２がバルブブラケット３１を介して取り付けられている。
【００１３】
回転ベース２７はその外側の固定ベース２８により回転自在に支持されており、この固定ベース２８が、ブラケット２９を介してリフレクタ２４に支持されている。前記回転ベース２７とレンズ２３の外周部とは、アーム３８によって連結されている。こうして、バルブ２２およびレンズ２３が、ランプケース２１、リム１４およびリフレクタ２４に対して相対回転自在とされている。リフレクタ２４の前面部には前面カバー３０が装着されている。また、バルブソケット３７には電源コード３３が接続されている。
【００１４】
回転ベース２７の外周部には、ほぼ１８０度の角度範囲にわたって、円弧状の従動ギヤ３２が設けられており、他方、固定ベース２８の外周部には、回転ベース２７を回転させる駆動機１８が、支持枠１５に取り付けられている。この駆動機１８は例えばＤＣモータからなる。また、固定ベース２８の外周部には、駆動機１８から周方向に離れた位置に、回転ベース２７の回転角度、つまりレンズ２３およびバルブ２２の回転角度を検出するためのエンコーダ２９が設けられている。駆動機１８の回転は、円形の駆動ギア３４および従動ギヤ３２を介して回転ベース２７に伝達され、これによりレンズ２３がバルブ２２とともに回転駆動される。
【００１５】
エンコーダ２９は従動ギヤ３２とかみ合う円形の伝達ギヤ３５に連結されて回転し、これにより、駆動機１８の回転量（数量）または回転角度を検出し、これに基づいてレンズの２３およびバルブ２２の回転角度を検出する。伝達ギヤ３５は、歯数が駆動ギヤ３４と同一に設定されており、駆動ギヤ３４と同一量だけ回転する。また、固定ベース２８には、回転ベース２７の設定角度範囲を越えた過回転を検知して駆動機１８を停止させるためのリミットスイッチ３６が取り付けられている。これら駆動機１８、エンコーダ２９およびリミットスイッチ３６の電源コードまたは信号コード、ならびに前記バルブ２２の電源コード３３は、ランプケース２１に設けた図示しないコード導出孔から外部に導出されている。
【００１６】
前記レンズ２３およびバルブ２２は、回転角度が０°の状態で、図７に示すように、水平線Ｈに沿って左右に広がる配光Ａとなる、一般的な配光性を有する。
その配光性は、例えば、バルブ２２に光の発散方向を調節する光調節板を設け、レンズ２３の前面あるいはレンズ後面に多数のシリンドリカルレンズ素子やフレネルレンズ素子を一体形成することにより付与することができる。レンズ２３は散乱レンズが使用されているが、特にこれに限定されるものではない。
【００１７】
図３のバンク角検知手段１９は、自動二輪車１（図１）の車体のバンク角δ、つまり車体の鉛直線に対する左右方向の傾斜角度を検知する手段であって、ここでは、車体の水平面内での回転角速度ω0 と車速ｖからバンク角δを算出する。この実施形態でのバンク角検知手段１９は、図３に示すように、車体上での回転角速度、つまり車体の上下軸心ＶＡまわりの回転角速度ωを計測するジャイロ３９と、車速ｖを計測する速度計４０と、計測された回転角速度ωおよび車速ｖからバンク角δを算出するバンク角算出手段４１とで構成される。バンク角算出手段４１は、自動二輪車の動作を制御するコントロールユニット４２に内蔵される。また、このコントロールユニット４２には、算出されたバンク角δに基づき前記駆動機１８を制御し、バンクした方向と逆方向にレンズ２３をバンク角δの大きさに応じた角度だけ回転させる回転制御手段２０も内蔵されている。
【００１８】
前記ジャイロ３９は、図１に示すように、車体フレーム２の後部に取り付けられ、速度計４０はヘッドランプ本体１２の上方に配置され、コントロールユニット４２は車体中央のシート４３（図１）の下部に配置される。
【００１９】
前記バンク角算出手段４１によるバンク角δの算出は以下のように行われる。
図３の速度計４０で計測されるコーナリング時の自動二輪車１（図１）の車速をｖ、ジャイロ３９で計測される回転角速度をω、回転半径をＲ、重力加速度をｇとすると、図４および図５に示すように、車体の水平面内での回転角速度ω₀ は、
ω＝ω₀ ・ｃｏｓδ ……（１）
であり、車体にかかる遠心力ｆは、車体の質量をｍとすると、
ｆ＝ｍ・ｖ・ｖ／Ｒ ……（２）
である。ω₀ は、
ω₀ ＝ｖ／Ｒ ……（３）
と表せるから、（３）式を（２）式に代入すると、遠心力ｆは、
ｆ＝ｍ・ｖ・ω₀ ……（４）
となる。
【００２０】
また、バンク角δのとき、車体にかかる遠心力ｆと重力ｍ・ｇとの間には、
ｔａｎδ＝ｆ／（ｍ・ｇ） ……（５）
の関係が成り立つので、（５）式に（４）式を代入すると、

となる。さらに（６）式は、（１）式のω₀ を代入して、
ｔａｎδ＝ｖ・ω／（ｇ・ｃｏｓδ） ……（７）
となる。（７）式から、
ｓｉｎδ＝ｖ・ω／ｇ ……（８）
の関係が得られ、これよりバンク角δは、
δ＝ｓｉｎ^-1（ｖ・ω／ｇ） ……（９）
となる。この（９）式に、図３のジャイロ３９で計測された回転角速度ωと速度計４０で計測された車速ｖを入力することにより、バンク角δが算出される。
【００２１】
次に、前記自動二輪車用ヘッドランプ装置１１の動作を説明する。例えば、夜間走行中の自動二輪車が左側にコーナリングするとき、ジャイロ３９により計測される車体の回転角速度ω、および速度計４０により計測される車速ｖとに基づき、コントロールユニット４２に内蔵されたバンク角算出手段４１が上記した（９）式から車体のバンク角δを算出する。また、コントロールユニット４２に内蔵された回転制御手段２０は、算出されたバンク角δに基づき駆動機１８を制御する。これにより、車体のバンクした方向と逆方向に、レンズ２３およびバルブ２２（図２）が回動する。エンコーダ２９が検出する駆動機１８の回転量が、バンク角δの大きさに応じた値に達すると、これに応答して回転制御手段２０は駆動機１８を停止させる。これにより、バンクした方向と逆方向に、バンク角δの大きさに応じた角度θだけレンズ２３およびバルブ２２が回転する。
【００２２】
図６は、計測されたバンク角δとレンズ２３およびバルブ２２の回転角θとの関係を示すグラフである。ここでは、レンズ２３およびバルブ２２の回転角θは、バンク角δの１．７〜２．０倍に設定されている。レンズ２３およびバルブ２２の回転角θは１．０〜３．０倍の間が好ましく、通常走行では１．７倍、バンク角を大きくとるスポーツ走行時では２．０倍が適切であることが判明した。なお、レンズ２３およびバルブ２２の回転角θの上限値は５５°以下とするのが好ましく、５５°を越える角度では、図７の配光Ａの分布の左右両側部Ａ１が車体中心線ＢＣに近づき過ぎて、コーナリング時に左にバンクしたときの左前方、または右にバンクしたときの右前方への照射が不十分になる。
【００２３】
これにより、自動二輪車が例えば図８に示すように、カーブした車線５０に沿って矢印Ｐで示す左側に進行方向を変えるとき、ヘッドランプ装置１１の配光Ａは、図７に示す直進時の水平線Ｈに沿った左右に延びた状態から、図８のように若干左上がりに傾斜した状態となる。その結果、ライダーの目線が向く進行方向の内側（同図に破線の円で囲む部分Ｂ）へのヘッドランプ装置１１の配光Ａが図９に示す従来例の場合に比べてはるかに多くなり、それだけ視野が広くなる。とくに、この実施形態では、レンズ２３およびバルブ２２の回転角θは、バンク角δの１．７倍に設定されているので、ライダーの目線が向く部分Ｂへのヘッドランプ装置１１の配光Ａがより多くなる。
【００２４】
また、この実施形態では、バンク角δが左右３．５°までの範囲は不感帯として、この角度範囲ではバンク角δに応じてレンズ２３およびバルブ２２を回転させないようにしている。このため、直進時や緩いカーブの走行時にバンク角δが細かく変動しても、ヘッドランプ装置１１の照射角が変化せず、落ちついた配光状態となり、ライダーに不快感を与えることがない。
【００２５】
なお、前記実施形態では、バンク角検知手段１９が、車体の回転角速度ωを計測するジャイロ３９と、車速ｖを計測する速度計４０と、計測された回転角速度ωと車速ｖからバンク角δを算出するバンク角算出手段４１とで構成されているので、バンク角δを簡単な構成で高精度に求めることができるが、これに限らず、例えば超音波などにより車体の上部の一定箇所から地面までの距離を距離計により求めて、その距離からバンク角を測定するようにしても良い。
【００２６】
また、前記実施形態では、バンク角δの大きさに応じた角度だけレンズ２３およびバルブ２２を回転させたが、例えばリフレクタ２４（図２）に配光性を持たせてある場合には、リフレクタ２４およびバルブ２２を回転させるようにしても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の自動二輪車用ヘッドランプ装置によれば、バンク角検知手段により検知された車体のバンク角に基づき、回転制御手段が駆動機を制御して、ランプ本体のレンズおよび発光体をその中心軸のまわりに、バンクした方向と逆方向にバンク角の大きさに応じた角度だけ回転させるので、夜間走行時のコーナリングで、ライダーの目線が向く進行方向の内側へのヘッドランプの配光が多くなり、広い視野を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドランプ装置を取り付けた自動二輪車の側面図である。
【図２】同ヘッドランプにおけるランプ本体の縦断面図である。
【図３】同ヘッドランプの概略構成を示すブロック図である。
【図４】バンク角算出手段によるバンク角算出方法を示す背面図である。
【図５】自動二輪車のコーナリング時の回転半径および車速を示す平面図である。
【図６】前記ヘッドランプにおけるレンズの回転角とバンク角との関係を示す特性図である。
【図７】自動二輪車が直進するときのヘッドランプの配光状態を示す前方視認図である。
【図８】前記ヘッドランプのコーナリング時の配光状態を示す前方視認図である。
【図９】従来のヘッドランプのコーナリング時の配光状態を示す前方視認図である。
【符号の説明】
１１…ヘッドランプ装置、１２…ランプ本体、１８…駆動機、１９…バンク角検知手段、２０…回転制御手段、２２…バルブ（発光体）、２３…レンズ、３９…ジャイロ、４０…速度計、４１…バンク角算出手段、Ｃ…中心軸、δ…バンク角、ω₀ …回転角速度、ｖ…車速、θ…レンズ回転角

Claims (6)

1. 発光体を有するランプ本体と、
   車体のバンク角を検知するバンク角検知手段と、
   検知されたバンク角に基づき前記ランプ本体からの配光領域をバンクした方向と逆方向にバンク角の大きさに応じた角度だけ回転させる手段とを備え、
   前記バンク角検知手段は、車体の上下軸心まわりの回転角速度と車速とに基づいてバンク角を算出するものであり、
   前記配光領域の回転角度が前記車体のバンク角の１．７倍以上で２．０倍以下である自動二輪車用ヘッドランプ装置。
2. 発光体を有するランプ本体と、
   車体のバンク角を検知するバンク角検知手段と、
   検知されたバンク角に基づき前記ランプ本体からの配光領域をバンクした方向と逆方向にバンク角の大きさに応じた角度だけ回転させる手段とを備え、
   前記バンク角検知手段は、車体の上下軸心まわりの回転角速度と車速とに基づいてバンク角を算出するものであり、
   前記車体のバンク角の小さい範囲内に、バンク角が変化しても前記配光領域を回転させない不感帯が設けられている自動二輪車用ヘッドランプ装置。
3. 請求項１または２において、前記ランプ本体は、前記発光体の前面に対向したレンズを有し、
   前記回転させる手段は、前記レンズおよび発光体を駆動させる駆動機と、検知されたバンク角に基づき、前記駆動機を制御して、前記レンズおよび発光体を回転させることにより前記配光領域を回転させる回転制御手段とを有している自動二輪社用ヘッドランプ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項において、前記配光領域の回転範囲に、上限値が設定されている自動二輪車用ヘッドランプ装置。
5. 請求項４において、さらに、前記上限値を設定するためのリミットスイッチを備えた自動二輪車用ヘッドランプ装置。
6. 車体の上下軸心まわりの回転角速度ωを検出する角度センサと、
   車速ｖを検出する速度計とを備え、
   前記回転角速度ωと前記車速ｖとから、重力加速度をｇとして、以下の式でバンク角δを算出するバンク角検出装置。
   δ＝ｓｉｎ^−１（ｖ・ω／ｇ）

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