JP5361692B2 - 自動二輪車のバンク角推定装置及び方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、自動二輪車の前照灯において車体のバンク角に応じてそれに逆向きに光軸を回転せしめて照射範囲を拡大させる配光可変な前照灯の制御に用いられる自動二輪車のバンク角推定装置及び方法に関するものである。

通常、自動二輪車の前照灯は車体に固定された状態で用いられるが、このような自動二輪車でカーブを走行する際、車体をバンクさせると前照灯の光軸も共に傾斜するため、例えば、夜間時において、車体の進行方向内側への照射が少なくなり、ライダーの視認性が劣化する問題がある。このような問題に対して、最近では、前照灯の光軸をモータのようなアクチュエータの駆動力で車体がバンクする方向とは逆方向に光軸を回転させることによって、ライダーの視認性を向上させようとする配光可変型の前照灯があり、このような配光可変型の前照灯を備える自動二輪車用ヘッドランプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示されている自動二輪車用ヘッドランプ装置は、発光体およびその前面に対向したレンズがそれらの中心軸まわりに回転自在に設けられたランプ本体と、前記レンズおよびバルブを回転させる駆動機と、車体のバンク角を検知する手段および回転制御手段から構成されており、前記回転制御手段が検知したバンク角に基づいて駆動機、さらには駆動機と連動したレンズおよびバルブをバンクした方向と逆方向に回転させるものである。

特許文献１の発明によれば、車体のバンク角を水平面内の角速度と車速から容易かつ高精度に算出し、前記バンク角に基づいて駆動機、さらには駆動機と連動したレンズおよびバルブをバンクした方向と逆方向に回転させるので、夜間のカーブ走行時にライダーの目線が向く進行方向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。

一方、車体鉛直軸周りの角速度を検出するヨーレートセンサと、車体進行軸周りの角速度を検出するロールレートセンサを用いた自動二輪車用ヘッドランプ装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に示されている自動二輪車用ヘッドランプ装置は、車体鉛直軸周りのヨーレートセンサに加えて車体進行軸周りのロールレートセンサも併用することで、旋回走行開始のコーナー入口におけるバンク角の過渡的な挙動をロールレートセンサで検出し、車体鉛直軸周りの検出角速度のみからの推定では対応できなかった、車体実バンク角に対するバンク角推定値の遅れを解消できる。

特開２００１−３４７９７７号公報 特開２００６−１５１２３９号公報

特許文献１に記載の自動二輪車用ヘッドランプ装置では、バンク角が一定となる走行の定常状態において、車体実バンク角と同等なバンク角推定値を得ることができる。しかしながら、例えば、カーブに入る際、カーブから出る際、スラロームする際のように、車体バンク角およびバンク角速度が時々刻々変動する過渡的な走行時には、車体に作用する遠心力と重力の静力学的な釣り合い式は成立せず、むしろバンク角速度の微分であるバンク角加速度がバンク角推定値に大きく影響するため、車体のバンク角と同等となる実用的なバンク角を推定できない課題がある。

また、特許文献２に記載の自動二輪車用ヘッドランプ装置では、ヨーレートセンサとロールレートセンサそれぞれの検出値に比例ゲインを乗じた合成角速度の算出過程において、ロールレート検出値に対する比例ゲインを速度依存の可変ゲインとしているが、そもそもヨーとロールは別軸のベクトル量のため、このような別軸の角速度ベクトルを単純に加算して車体鉛直軸周りの角速度と見なしてバンク角を推定した結果、車体実バンク角に対するバンク角推定値の遅れは解消できても、旋回走行初期の角速度の大きさが過剰となって、実用的なバンク角を推定できない課題がある。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、バンク角が一定となるような走行の定常状態はもちろんのこと、例えば、カーブに入る際、カーブから出る際、スラロームする際のように、バンク角およびバンク角速度が時々刻々変動する走行の過渡状態においても、車体のバンク角と同等となる実用的なバンク角を得る自動二輪車のバンク角推定装置及び方法を提供することを目的とする。

この発明に係る自動二輪車のバンク角推定装置及び方法は、自動二輪車の車体のバンク角に応じて当該バンク角とは逆向きに光軸を回転せしめて照射範囲を拡大させる配光可変な前照灯の制御に用いられる自動二輪車のバンク角推定装置及び方法であって、センサで検出される車体鉛直軸周りの角速度と車体進行方向の車速をもとに角度を求め、角度演算出力を平滑化する第一の演算部（ステップ）と、センサで検出される車体進行方向周りの角速度をもとに角加速度を演算し、フィルタ処理後の角加速度をもとに角加加速度を演算し、フィルタ処理後の角加加速度が所定の閾値より小さく、かつ所定時間以上継続するかの判定条件に基づいて車体進行方向周りの角速度の数値積分可否判定を行う積分可否判定に基づいて積分演算を実施する場合に車体進行方向周りの角速度を数値積分し、または積分演算しない場合に零を出力し、数値積分出力または零出力を平滑化して出力する第二の演算部（ステップ）と、第一と第二の演算部（ステップ）の出力を加算してバンク角を得る加算部（ステップ）とを備える。

この発明によれば、バンク角が一定となるような走行の定常状態はもちろんのこと、例えば、カーブに入る際、カーブから出る際、スラロームする際のような、車体バンク角およびバンク角速度が時々刻々変動する走行の過渡状態においても、バンク角を過大に算出することなく車体の実バンク角と同等となる実用的なバンク角を得ることができる。

この発明の実施の形態１における、配光可変型の前照灯システムを示す図である。 この発明の実施の形態１における、バンク角演算部を示す図である。 この発明の実施の形態２における、バンク角演算部を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における配光可変型の前照灯システムを示す図である。図１において、光軸を回転せしめる前照灯の機構７およびそれを駆動するアクチュエータ６は、制御装置１によって所定回転角となるように制御される。制御装置１は、バンク角演算部２と制御演算部３から構成されており、バンク角演算部２では、車体進行方向の速度を検出する車速センサ４の検出値と車体鉛直軸（ヨー軸）周りの角速度を検出するジャイロセンサ５の検出値と車体進行軸（ロール軸）周りの角速度を検出するジャイロセンサ５Ａの検出値をもとに、車体のバンク角を推定する。制御演算部３は、バンク角演算部２の出力をもとにアクチュエータ６を所定回転角に制御するための指令を生成し、当該指令を図示しない駆動回路へ送信することでアクチュエータ６を駆動する。制御演算部３とアクチュエータ６を結ぶ双方向矢印について、制御演算部３からアクチュエータ６へ向かう矢印はアクチュエータ６を駆動する指令の流れを、逆にアクチュエータ６から制御演算部３へ向かう矢印は、図示しないアクチュエータに具備された位置検出センサによる検出値の流れをそれぞれ表している。

次に、バンク角演算部２における具体的なバンク角推定方法について、図２を用いて説明する。バンク角演算部２は、図２に示すように、主に、第一の演算部５０、第二の演算部６０から構成される。まず、第一の演算部５０内の角度演算部５１では、車速センサ４で検出される車体進行方向速度Ｖとジャイロセンサ５で検出される車体鉛直軸（ヨー軸）周りの角速度ωｙから、式（１）によってバンク角θｙを演算する。

ここで、ｇは重力加速度である。走行の定常状態では、車体の実バンク角はほぼ一定角度で走行しているものと見なせるので、車体重心に作用する遠心力ベクトルと重力ベクトルの静力学的な釣り合い式を基礎とした式（１）で演算されるバンク角θｙにて、車体実バンク角の挙動を推定できる。

フィルタ５２は、観測ノイズおよびジャイロセンサ５で検出される信号の交流成分を減衰するものであって、当該出力としてθｙ＿ｆを得る。

次に、第二の演算部６０について説明する。第二の演算部６０は、車体ロール軸周りの角速度を検出するジャイロセンサ５Ａの検出値をもとに、角加速度演算部６１で角加速度を演算し、当該角加速度のノイズをフィルタ６２で減衰させ、フィルタ６２の出力であるフィルタ処理後の角加速度を用いて角加加速度演算部６３にて角加加速度を演算し、当該加加速度のノイズをフィルタ６４にて減衰させ、フィルタ処理後の角加加速度ａ＿ｊｅｒｋを算出する。

そして、前記フィルタ処理後の角加加速度ａ＿ｊｅｒｋと車体ロール軸周りの角速度を検出するジャイロセンサ５Ａの検出値ωｒより、積分演算判定部６５では以下の処理を実施する。角加加速度閾値をａ＿ｊｅｒｋ＿ｔｈ、積分可否判定時間をＴｃｎｄとして、角加加速度ａ＿ｊｅｒｋ＜角加加速度閾値ａ＿ｊｅｒｋ＿ｔｈが成立し、かつ左記条件が成立している時間がＴｃｎｄ以上継続で、積分演算しないようにする。一方、前記以外の場合、積分演算を実施する。

積分演算判定部６５の積分可否判定を受けて、積分演算を実施する場合は数値積分部６６より式（２）にて数値積分を実施し、積分演算しない場合は零出力部６７にて零を出力する。つまり、角加加速度ａ＿ｊｅｒｋはジャイロセンサ５Ａの検出値ωｒを数値積分するか否かを決定する目的に利用されるもので、当該角加加速度に観測ノイズや数値微分による演算ノイズが重畳していても積分可否判定時間Ｔｃｎｄを適切に設定することで数値積分の誤判定を軽減できる。

ここで、θｒはフィルタ処理前のバンク角、Δｔは制御装置１の制御周期に相当する。

そして、フィルタ６８にてノイズを減衰させた信号であるフィルタ処理後のバンク角θｒ＿ｆを得る。

ここで、第一の演算部５０の出力として得られるθｙ＿ｆは、走行の定常状態におけるバンク角であり、第二の演算部６０の出力として得られるθｒ＿ｆは、走行の過渡状態におけるバンク角であることから、最終的なバンク角θは式（３）で与えられる。

以上、この発明の実施の形態１によれば、車速センサと２つのジャイロセンサを用い、車速センサと１つのジャイロセンサの検出値をもとに遠心力ベクトルと重力ベクトルの静力学的な釣り合い式からバンク角を演算する第一の演算部と、前記とは別のジャイロセンサの検出値をもとにバンク角を演算する第二の演算部を備えたので、バンク角およびバンク角速度が時々刻々変動する走行の過渡状態においても、車体のバンク角と同等となる実用的なバンク角を得ることができる。

すなわち、自動二輪車の走行において、一定バンク角の走行の定常状態のように直流と見なせる運動形態におけるバンク角を第一の演算部５０で推定する。さらに、カーブに入る際、カーブから出る際、スラロームする際のような走行の過渡状態のように交流と見なせる運動形態におけるバンク角を第二の演算部６０で推定する。つまり、ジャイロセンサ５は車体鉛直軸周りの角速度ベクトルを検出してその検出値をもとにバンク角ＤＣ成分を推定し、一方でジャイロセンサ５Ａは車体進行軸周りの角速度ベクトルを検出してその積分でバンク角ＡＣ成分を推定しており、走行の過渡状態と定常状態の挙動を周波数分離して推定する。従って、走行の過渡状態において各軸の角速度成分を過剰に見積もることなく、車体実バンク角と同等なバンク角を得ることができる。

さらには、前照灯システムとして単一のジャイロセンサでバンク角を推定する際には、特許文献１に記載のような演算式（式（１）に相当）のみでは、走行の過渡状態におけるバンクの挙動を正確に把握できないのに対して、この発明では、走行の過渡状態におけるバンク角推定のために車体進行軸周りの角速度検出にジャイロセンサ５Ａを追加した構成のため、走行の過渡状態における車体の挙動が正確に推定できる。また、特許文献１に記載の構成において、特にスラローム走行で顕著な車体運動の基本調波に加えて、当該基本調波と近い周波数の高調波成分がジャイロセンサの検出値に重畳する場合でも、走行の過渡状態におけるバンク角は別系統としてジャイロセンサ５Ａの検出値ωｒを数値積分して求めるため、バンク角（θと同義である）が過大になることなく実用的な数値を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２では、積分演算判定部６５の出力において数値積分部６６と零出力部６７を切り換える際に生じる積分値の不連続性を抑制するために、図３に示すように、第二の演算部６０Ａに変化率制限部７０を備えた。それ以外の部分における処理は、実施の形態１と同じである。この変化率制限部７０は、積分判定フラグのエッジを検出してロールレートの積分値を所定の時間変化率で増加または減少させる。このような処理を備えることで、積分演算の切り換え時に生じる積分値の不連続性を抑制できる。

なお、この発明の実施の形態１および２において、通常の自動二輪車では、車体を深くバンクさせて走行することはまれであるから、実施の形態１で示した式（１）の三角関数表現を、三角関数を用いずに近似した式（４）を用いてもよい。

このようにすることで、角度演算部５１の処理負荷を軽減すると共に、バンク角が過大になることなく実用的な数値を得ることができる。

１ 制御装置、２、２Ａ バンク角演算部、３ 制御演算部、４ 車速センサ、５、５Ａ ジャイロセンサ、６ アクチュエータ、７ 機構、５０ 第一の演算部、５１ 角度演算部、５２ フィルタ、６０、６０Ａ 第二の演算部、６１ 角加速度演算部、６２ フィルタ、６３ 角加加速度演算部、６４ フィルタ、６５ 積分演算判定部、６６ 数値積分部、６７ 零出力部、６８ フィルタ、７０ 変化率制限部。

Claims (3)

1. 自動二輪車の車体のバンク角に応じて当該バンク角とは逆向きに光軸を回転せしめて照射範囲を拡大させる配光可変な前照灯の制御に用いられる自動二輪車のバンク角推定装置であって、
   センサで検出される車体鉛直軸周りの角速度と車体進行方向の車速をもとに角度を求める角度演算部、前記角度演算部の出力を平滑化するフィルタからなる第一の演算部と、
   センサで検出される車体進行方向周りの角速度をもとに角加速度を演算する角加速度演算部および演算された角加速度のノイズを減衰させるフィルタ、フィルタ処理後の角加速度をもとに角加加速度を演算する角加加速度演算部および演算された角加加速度のノイズを減衰させるフィルタ、フィルタ処理後の角加加速度が所定の閾値より小さく、かつ所定時間以上継続するかの判定条件に基づいて車体進行方向周りの角速度の数値積分可否判定を行う積分演算判定部、前記積分演算判定部の積分可否判定に基づいて積分演算を実施する場合に車体進行方向周りの角速度を数値積分する数値積分部および積分演算しない場合に零を出力する零出力部、前記数値積分部または前記零出力部の出力を平滑化するフィルタからなる第二の演算部と、
   前記第一の演算部の出力と前記第二の演算部の出力とを加算してバンク角を得る加算部と
   を備えることを特徴とする自動二輪車のバンク角推定装置。
2. 請求項１に記載の自動二輪車のバンク角推定装置において、
   前記積分演算判定部と前記数値積分部および前記零出力部との間に、積分判定フラグのエッジを検出してロールレートの積分値を所定の時間変化率で増加または減少させる変化率制限部を設けた
   ことを特徴とする自動二輪車のバンク角推定装置。
3. 自動二輪車の車体のバンク角に応じて当該バンク角とは逆向きに光軸を回転せしめて照射範囲を拡大させる配光可変な前照灯の制御に用いられる自動二輪車のバンク角推定方法であって、
   センサで検出される車体鉛直軸周りの角速度と車体進行方向の車速をもとに角度を求め、求められた角度を平滑化する第一の演算ステップと、
   センサで検出される車体進行方向周りの角速度をもとに角加速度を演算し、演算された角加速度のノイズを減衰させるフィルタ処理後の角加速度をもとに角加加速度を演算し、演算された角加加速度のノイズを減衰させるフィルタ処理後の角加加速度が所定の閾値より小さく、かつ所定時間以上継続するかの判定条件に基づいて車体進行方向周りの角速度の積分可否判定を行い、当該積分可否判定に基づいて積分演算を実施する場合に車体進行方向周りの角速度を数値積分し、または積分演算しない場合に零を出力し、数値積分または零出力を平滑化して出力する第二の演算ステップと、
   前記第一の演算ステップの出力と前記第二の演算ステップの出力とを加算してバンク角を得る加算ステップと
   を備えることを特徴とする自動二輪車のバンク角推定方法。

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