(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向に沿って２つの車輪が配置され、旋回時に車体を旋回中心側に傾斜させて旋回するとともに、前輪が操舵輪である二輪車であって、
車体の速さを検出する車速検出手段と、
運転者による車体への操作量として、操舵用の車輪の操舵角度を検出する操作量検出手段と、
少なくとも前記操作量検出手段により検出された操作量に基づいて目標とするロール角度（以下、目標ロール角度という。）を決定する目標ロール角度決定手段であって、（ａ）操舵角度と車体の速さとヨー角速度との関係が記憶された記憶部、（ｂ）前記記憶部に記憶された前記関係に従ってヨー角速度を決定する目標ヨー角速度決定手段、並びに（ｃ）車体に作用する重力による第１ロールモーメントと、前記目標ヨー角速度決定手段により決定されたヨー角速度及び車体の速さから算出される第２ロールモーメントとの釣り合い条件に基づいて前記目標ロール角度を算出するロール角度算出手段を有する目標ロール角度決定手段と、
現実のロール角度（以下、実ロール角度）を検出する実ロール角度検出手段と、
前記実ロール角度から前記目標ロール角度を減じた値を目標とする時間で除した値を目標ロール角速度とする目標ロール角速度算出手段と、
前記操舵用の車輪にトルクを発生させるトルク発生手段と、
前記トルク発生手段を制御する制御手段であって、（ａ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度との差が正のときには、ロール角速度を増大させるトルクを発生させ、（ｂ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度の差が負のときには、ロール角速度を減少させるトルクを発生させ、（ｃ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度の差が０の場合には、トルクを発生させず現在のロール角度を維持する制御手段と
を備えることを特徴とする二輪車。
【請求項２】
前記トルク発生手段は、前記制御手段からの指令に基づくトルクに加えて、走行用の駆動力も車輪に供給することを特徴とする請求項１に記載の二輪車。
【請求項３】
前記トルク発生手段は、電動モータであることを特徴とする請求項２に記載の二輪車。
【請求項４】
進行方向に沿って２つの車輪が配置され、かつ、旋回時に車体を旋回中心側に傾斜させて旋回するとともに、前輪が操舵輪である二輪車に適用され、前記二輪車の姿勢を安定化させるための二輪車用姿勢安定化装置であって、
車体の速さを検出する車速検出手段と、
運転者による車体への操作量として、操舵用の車輪の操舵角度を検出する操作量検出手段と、
少なくとも前記操作量検出手段により検出された操作量に基づいて目標とするロール角度（以下、目標ロール角度という。）を決定する目標ロール角度決定手段であって、（ａ）操舵角度と車体の速さとヨー角速度との関係が記憶された記憶部、（ｂ）前記記憶部に記憶された前記関係に従ってヨー角速度を決定する目標ヨー角速度決定手段、並びに（ｃ）車体に作用する重力による第１ロールモーメントと、前記目標ヨー角速度決定手段により決定されたヨー角速度及び車体の速さから算出される第２ロールモーメントとの釣り合い条件に基づいて前記目標ロール角度を算出するロール角度算出手段を有する目標ロール角度決定手段と、
現実のロール角度（以下、実ロール角度）を検出する実ロール角度検出手段と、
前記実ロール角度から前記目標ロール角度を減じた値を目標とする時間で除した値を目標ロール角速度とする目標ロール角速度算出手段と、
前記操舵用の車輪にトルクを発生させるトルク発生手段と、
前記トルク発生手段を制御する制御手段であって、（ａ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度との差が正のときには、ロール角速度を増大させるトルクを発生させ、（ｂ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度の差が負のときには、ロール角速度を減少させるトルクを発生させ、（ｃ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度の差が０の場合には、トルクを発生させず現在のロール角度を維持する制御手段と
を備えることを特徴とする二輪車用姿勢安定化装置。
【請求項５】
進行方向に沿って２つの車輪が配置され、かつ、旋回時に車体を旋回中心側に傾斜させて旋回するとともに、前輪が操舵輪である二輪車に適用され、前記二輪車の姿勢を安定化させるための二輪車用姿勢安定化制御方法であって、
車体の速さを検出する車速検出工程と、
運転者による車体への操作量として、操舵用の車輪の操舵角度を検出する操作量検出工程と、
少なくとも前記操作量検出工程により検出された操作量に基づいて目標とするロール角度（以下、目標ロール角度という。）を決定する目標ロール角度決定工程であって、（ａ）操舵角度と車体の速さとヨー角速度との関係が記憶された記憶部、（ｂ）前記記憶部に記憶された前記関係に従ってヨー角速度を決定する目標ヨー角速度決定手段、並びに（ｃ）車体に作用する重力による第１ロールモーメントと、前記目標ヨー角速度決定手段により決定されたヨー角速度及び車体の速さから算出される第２ロールモーメントとの釣り合い条件に基づいて前記目標ロール角度を算出するロール角度算出手段を用いて前記目標ロール角度を決定する目標ロール角度決定手段と、
現実のロール角度（以下、実ロール角度）を検出する実ロール角度検出工程と、
前記実ロール角度から前記目標ロール角度を減じた値を目標とする時間で除した値を目標ロール角速度とする目標ロール角速度算出工程と、
前記トルク発生手段を制御する制御工程であって、（ａ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度との差が正のときには、ロール角速度を増大させるトルクを発生させ、（ｂ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度の差が負のときには、ロール角速度を減少させるトルクを発生させ、（ｃ）前記目標ロール角速度と前記実ロール角速度の差が０の場合には、トルクを発生させず現在のロール角度を維持する制御工程と
を備えることを特徴とする二輪車用姿勢安定化制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二輪車のふらつきを抑制して二輪車の姿勢を安定化させるための発明である。
【背景技術】
【０００２】
二輪車のふらつきを抑制する機構として、例えば、特許文献１に記載の発明では、車体の傾斜角（ロール角度）を検出し、その検出した傾斜角に応じて操舵輪を自動的に操舵することにより、二輪車のふらつきを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１５２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の発明では、操舵輪を自動的に操舵するので、運転者（ライダー）の意図に反する操舵操作がされた場合には、運転者は大きな違和感を覚える可能性が高い。
【０００５】
また、車体の傾斜が検出されると、その傾斜を打ち消すように自動的に操舵輪が操舵されるので、定常円旋回等の一定の傾斜角を維持した状態で旋回走行する必要がある場合には、その傾斜角を維持することができず、非常に大きな違和感を運転者に与える可能性が高い。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、運転者に違和感を与えることを抑制しつつ、二輪車のふらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、進行方向に沿って２つの車輪（３Ａ、３Ｂ）が配置され、旋回時に車体を旋回中心側に傾斜させて旋回する二輪車であって、運転者による車体への操作量を検出する操作量検出手段（７）と、少なくとも操作量検出手段（７）により検出された操作量に基づいて目標とするロール角度を決定する目標ロール角度決定手段（Ｓ５、Ｓ７）と、現実のロール角度を検出する実ロール角度検出手段（Ｓ１）と、２つの車輪のうち少なくとも一方の車輪にトルクを発生させるトルク発生手段（１５）と、目標ロール角度決定手段（Ｓ５、Ｓ７）が決定した目標ロール角度（θｒｏ）と実ロール角度検出手段（Ｓ１）が検出した実ロール角度（θｒ）との差の絶対値が小さくなる向きのトルクをトルク発生手段（１５）で発生させるようにトルク発生手段（１５）を制御する制御手段（Ｓ１５）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ところで、二輪車を操作する運転者は、ハンドル等の操舵装置に加えて、シート（サドル）やステップ（ペダル）等（以下、これらをハンドル等という。）を介して車体に操作力を作用させて車体のバランスを取りながら二輪車を運転する。なお、ハンドル等の操作には、運転者の着座位置等を移動させることによる、いわゆる「重心移動」も含まれる。
【０００９】
そして、車体を旋回させるべく、車体を鉛直方向に対して傾斜（ロール）させる場合、又は外乱や運転者が不用意にハンドル等を操作したことにより車体がふらついた場合には、運転者は車体のバランスを保つべく、ハンドル等を操作する。
【００１０】
ここで、「車体がふらつく」場合とは、車体のロール角度によらず、車体に作用する車体をロール（傾斜）させるモーメントベクトル（以下、ロールモーメントという。）の総和が変動する場合又は０でない場合である。
【００１１】
つまり、ロールモーメントの総和が周期的に変動すると、これに応じて車体のロール角度も周期的に変動する。また、ロールモーメントの総和が０でないときには、そのロールモーメントの向きに車体がロールし続けるため、車両が転倒してしまう可能性がある。
【００１２】
また、ロールモーメントの総和が０であるとき、つまり、全てのロールモーメントが釣り合っている場合とは、具体的には、車体に作用する重力（運転者に作用する重力も含む。）によるロールモーメントと、いわゆる遠心力（向心力に対する慣性力）によるロールモーメントとが釣り合っている場合である。
【００１３】
そして、遠心力によるロールモーメントは、車体がふらつく等してロールしているときに発生する力であり、かつ、その大きさは、ロール状態の車体の速さを主たる要因として決定される。
【００１４】
そこで、本発明では、目標ロール角度を決定し、目標ロール角速度の正負に基づいて目標ロール角度（θｒｏ）と実ロール角度（θｒ）との差の絶対値が小さくなるように車輪のトルクを制御することにより、ロールモーメントの総和を０に近づけて車体のふらつきを抑制している。なお、目標ロール角速度とは、実ロール角度から前記目標ロール角度を減じた値を目標とする時間で除した値をいう。
【００１５】
このとき、目標ロール角度は、少なくとも操作量検出手段（７）により検出された操作量に基づいて決定されたロール角度であるので、運転者の意図が反映されたロール角度となる。つまり、本発明では、運転者の意図が反映された目標ロール角度と実ロール角度（θｒ）との差に基づいて車輪で発生するトルクを制御するので、運転者に違和感を与えることを抑制しつつ、二輪車のふらつきを抑制することができる。
【００１６】
なお、本発明では、車体の速さを検出する車速検出手段（Ｓ１）を備え、操作量検出手段（７）は、２つの車輪（３Ａ、３Ｂ）のうち操舵用の車輪（３Ａ）の操舵角度を操作量として検出し、さらに、目標ロール角度決定手段は、操舵角度（θｓ）と車体の速さ（Ｖ）とヨー角速度（ω）との関係が記憶された記憶部（ＲＯＭ）、記憶部（ＲＯＭ）に記憶された関係に従ってヨー角速度を決定する目標ヨー角速度決定手段（Ｓ５）、並びに車体に作用する重力による第１ロールモーメント（Ｍ１）と、目標ヨー角速度決定手段（Ｓ５）により決定されたヨー角速度及び車体の速さ（Ｖ）から算出される第２ロールモーメント（Ｍ２）との釣り合い条件に基づいて目標ロール角度（θｒｏ）を算出するロール角度算出手段（Ｓ７）を有することも特徴としている。
【００１７】
これにより、本発明では、操舵角に基づいて目標ロール角度（θｒｏ）が算出され、かつ、操舵角は、運転者の意図が最も大きく反映されたパラメータであるので、運転者に違和感を与えることを確実に抑制できる。
【００１８】
なお、二輪車においては、操舵輪の操舵角は、運転者がハンドルを操作（操舵）した場合は勿論、体重移動や運転者による駆動力制御等によっても変化するので、操舵角を検出すると、運転者による車体への操作量を適切に検出することができる。
【００１９】
さらに、本発明では、トルク発生手段（１５）は、操舵用の車輪（３Ａ）に制御手段（Ｓ１５）により指令されたトルクを作用させることも特徴としている。
これにより、本発明では、トルク発生手段（１５）よるトルクを効率よく、車体のロール角度を変化させるロールモーメントに変換させることができる。
【００２０】
すなわち、操舵輪以外の車輪に発生するトルクを制御する方式では、遠心力によるロールモーメントの大きさを制御することとなるので、車体のロール角度を増大させる向きのロールモーメントは重力によるロールモーメントのみである。
【００２１】
これに対して、例えば車体が既にロールしている場合には、操舵輪（３Ａ）の操舵角は０より大きくなっており、この状態で操舵輪（３Ａ）のトルクを変動させると、遠心力によるロールモーメントとは別に、そのトルク変動が直接的に新たなロールモーメントを発生させる。
【００２２】
したがって、操舵用の車輪（３Ａ）に制御手段（Ｓ１５）により指令されたトルクを作用させれば、トルク発生手段（１５）よるトルクを効率よく、車体のロール角度を変化させるロールモーメントに変換させることができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明では、トルク発生手段（１５）は、制御手段（Ｓ１５）からの指令に基づくトルクに加えて、走行用の駆動力も車輪に供給することを特徴とする。
これにより、請求項２に記載の発明では、簡便な構成で運転者に違和感を与えることを抑制しつつ、二輪車のふらつきを抑制することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明では、トルク発生手段（１５）は、電動モータであることを特徴とする。
これにより、請求項３に記載の発明では、トルク発生手段（１５）を内燃機関で構成する場合に比べて、容易に制御することができる。
【００２７】
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置を搭載した自転車３の模式図である。
【図３】自転車３に作用する力及びモーメント等の説明図である。
【図４】自転車３に作用する力及びモーメント等の説明図である。
【図５】目標ヨーレイト算出マップを示す図である。
【図６】電動モータ１５の制御を示す概念図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置の作動を示すフローチャートである。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は収束時間設定スイッチ２１の具体例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置の作動を示すフローチャートである。
【図１０】目標トルク変更スイッチ２３の具体例を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置の作動を示すフローチャートである。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は目標トルク変更スイッチ２３の具体例を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置の作動を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置の作動を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本実施形態は、本発明に係る二輪車、二輪車用姿勢安定化装置及び二輪車用姿勢安定化制御方法を、原動機等の駆動源を有していない自転車に適用したものである。以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
１．二輪車用姿勢安定化装置及びこれを搭載した自転車の構成
自転車３は、図２に示すように、前輪３Ａが操舵用の車輪であり、後輪３Ｂが走行用の駆動力を路面に与える駆動輪である。そして、前輪３Ａは、ハンドル３Ｃを介して運転者（ライダー）により直接的に操舵（操作）される。一方、後輪３Ｂには、ライダーにより脚踏み操作されるクランクペダル（図示せず。）で発生した駆動力がチェーンやシャフト等の動力伝達手段（図示せず。）を介して伝達される。
【００３１】
＜二輪車用姿勢安定化装置（図１参照）＞
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと記す。）５には、図１に示すように、ライダーによるハンドル３Ｃの操作量、つまり前輪３Ａの操舵角度θｓを検出する操舵角度センサ７、自転車３の速さＶを検出する車速センサ９、及び自転車３のロール角度θｒの変化率（ロール角速度ｄθｒ）を検出する車体ロール角速度センサ１１からの検出信号が入力されている。
【００３２】
また、ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有する周知のマイクロコンピュータにて構成されたものであり、このＥＣＵ４０は、目標ヨーレイト（目標ヨー角度）ωを算出する目標ヨーレイト算出部５Ａ、目標ロール角度θｒｏを算出する目標ロール角度算出部５Ｂ、現在の自転車３のロール角度θｒを算出する実ロール角度算出部５Ｃ、及び目標ロール角速度ｄθｒｏを算出する目標ロール角速度算出部５Ｄを有している。
【００３３】
因みに、本実施形態では、これらの算出部５Ａ〜５Ｄは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶手段に予め記憶されているソフトウェア（プログラム）にて実現しているが、専用のＬＳＩ等のハードウェアにて構成してもよい。
【００３４】
そして、実ロール角度算出部５Ｃは、車体ロール角速度センサ１１からの検出信号（ロール角速度ｄθｒ）を、逐次、積分することにより現在の自転車３のロール角度θｒ（以下、実ロール角度θｒという。）を算出する。
【００３５】
なお、ロール角度θｒは、鉛直方向に対する自転車３の傾き角をいい、具体的には、図３に示すように、後輪３Ｂと路面との接地部を通る鉛直仮想線Ｌ１と、その接地部と自転車３の重心Ｇとを通るロール仮想線Ｌ２とのなす角をいう。
【００３６】
また、目標ヨーレイト算出部５Ａは、操舵角度センサ７が検出した操舵角度θｓ、車速センサ９が検出した速さＶ、及びＲＯＭに記憶されている操舵角度θｓと車体の速さＶと目標ヨーレイトωとの関係を示す目標ヨーレイト算出マップ（図５参照）に基づいて目標ヨーレイトωを算出決定する。
【００３７】
因みに、上記目標ヨーレイト算出マップの内容は、予め行った試験・検討に基づいて決定されるものであって、この目標ヨーレイト算出マップは、操舵角度θｓ及び速さＶについての関数（ω＝ｆ（θｓ，Ｖ））を示すものである。
【００３８】
また、目標ロール角度算出部５Ｂは、車体に作用する重力による第１ロールモーメントＭ１と、目標ヨーレイトω及び自転車３の速さＶから算出される第２ロールモーメントＭ２との釣り合い条件に基づいて目標ロール角度θｒｏを算出する。
【００３９】
Ｍ１＝Ｍ・ｇ・Ｌ・ｓｉｎ（θｒ）  Ｍ２＝Ｍ・Ｖ・ω・Ｌ・ｃｏｓ（θｒ）となる。
そして、後述するように、自転車３が安定するには、Ｍ１＝Ｍ２となる必要があるので、ｔａｎθｒ＝Ｖ・ω／ｇとなるので、目標ロール角度算出部５Ｂは、左記の式を満たすロール角度θｒ（＝ａｔａｎ（Ｖ・ω／ｇ））を目標ロール角度θｒｏとして算出する。
【００４０】
また、目標ロール角速度算出部５Ｄは、現在の実ロール角度θｒから目標ロール角度θｒｏを減じた値Δθｒ（＝θｒ−θｒｏ）を収束時間Ｔｒで除した値（＝Δθｒ／Ｔｒ）を目標ロール角速度ｄθｒｏとして算出する。
【００４１】
このため、本実施形態では、目標ロール角速度ｄθｒｏが正の場合には、ロール角度θｒが増大する向きを意味し、目標ロール角速度ｄθｒｏが負の場合には、ロール角度θｒが縮小する向き（自転車３が中立状態に近づくこと）を意味し、目標ロール角速度ｄθｒｏが０の場合には、現在のロール角度θｒが維持されることを意味する。
【００４２】
また、自転車３が前進している場合おいて、目標ロール角速度ｄθｒｏが正のとき（ロール角度θｒを増大させるとき）には後進向きのトルクを電動モータ１５（図１参照）に発生させる必要がある。
【００４３】
一方、自転車３が前進している場合おいて、目標ロール角速度ｄθｒｏが負のとき（ロール角度θｒを減少大させるとき）には前進向きのトルクを電動モータ１５に発生させる必要がある。そして、そのトルクの絶対値を大きくすれば、短時間で実ロール角度θｒを目標ロール角度θｒｏに近づけることができる。
【００４４】
なお、収束時間Ｔｒは、自転車３を現在のロール角度θｒの状態から目標ロール角度θｒｏの状態まで姿勢変化させるための目標時間であり、収束時間Ｔｒが短くなるほど、自転車３は短時間で姿勢が変化する。因みに、本実施形態では、収束時間Ｔｒを予め設定された固定時間としている。
【００４５】
また、図１中、駆動制御ユニット（以下、ＰＣＵと記す。）１３は、前輪３Ａのハブに内蔵された電動モータ１５で発生させるトルクを制御するものであり、このＰＣＵ１３は、電動モータ１５で発生させるべきトルクを算出する目標駆動トルク算出部１３Ａ、及び目標駆動トルク算出部１３Ａで算出された目標トルクＴｒとなるように電動モータ１５への印加電圧及び通電電流を調整するモータ駆動回路１３Ｂ等から構成されている。
【００４６】
因みに、ＰＣＵ１３（目標駆動トルク算出部１３Ａ）は、図６に示すように、実ロール角速度ｄθｒが目標ロール角速度ｄθｒｏとなるように、目標ロール角速度ｄθｒｏと車体ロール角速度センサ１１にて検出された実ロール角速度ｄθｒとの差分に基づいてＰＩＤ制御法にて目標トルクＴｒを算出して電動モータ１５を制御する。
【００４７】
なお、ＥＣＵ５及びＰＣＵ１３は、図２に示すように、筐体内に格納されてコントロールボックス１７として自転車３のハンドル３Ｃ近傍の安定した箇所に組み付けられ、ＥＣＵ５及びＰＣＵ１３等に電力を供給するバッテリ１９は、サドル３Ｄの下部等の重心Ｇの近傍に組み付けられている。
【００４８】
２．二輪車用姿勢安定化装置の作動（図７参照）
二輪車用姿勢安定化装置１は、起動スイッチ（図示せず。）がライダーにより投入されたときに起動し、起動スイッチが遮断されたときに停止する。なお、二輪車用姿勢安定化装置１の作動制御用プログラム、つまり図７に示す制御フローを実行するためのプログラムは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶手段に記憶されている。
【００４９】
そして、起動スイッチが投入されると、先ず、操舵角度θｓ、自転車３の速さ（車速）Ｖ、実ロール角度θｒ、及び実ロール角速度ｄθｒが検出又は算出された後（Ｓ１）、車速Ｖが０ｋｍ／ｈより大きく、かつ、右向き操舵角度θｓ又は左向き操舵角度θｓ（以下、単に操舵角度θｓという。）が０ｄｅｇより大きいか否かが判定される（Ｓ３）。
【００５０】
このとき、車速Ｖが０ｋｍ／ｈ以下、又は操舵角度θｓが０であると判定された場合には（Ｓ３：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行され、一方、車速Ｖが０ｋｍ／ｈより大きく、かつ、操舵角度θｓが０ｄｅｇより大きいと判定された場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、目標ヨーレイトω、目標ロール角度θｒｏ及び目標ロール角速度ｄθｒｏが算出された後（Ｓ５〜Ｓ９）、目標トルクＴｒが算出される（Ｓ１１）。
【００５１】
次に、Ｓ１１にて算出された目標トルクＴｒが電動モータ１５にて発生可能な指示トルク（以下、上限トルクという。）以下であるか否かが判定され（Ｓ１３）、目標トルクＴｒが上限トルクより大きいと判定された場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行され、目標トルクＴｒが上限トルク以下であると判定された場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、その目標トルクＴｒが電動モータ１５にて発生するように電動モータ１５が制御される（Ｓ１５）。
【００５２】
３．本実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置の特徴
自転車３は、上述したように、自転車３に作用する重力（ライダーに作用する重力も含む。）によるロールモーメントと、いわゆる遠心力（向心力に対する慣性力）によるロールモーメントとが釣り合っている場合に、その姿勢が安定する。
【００５３】
そして、遠心力によるロールモーメントは、自転車３がふらつく等してロールしているときに発生する力であり、かつ、その大きさは、ロール状態の自転車３の速さを主たる要因として決定される。
【００５４】
そこで、本実施形態では、目標ロール角度θｒｏを決定し、この目標ロール角度θｒｏと実ロール角度θｒとの差の絶対値が小さくなるように前輪３Ａに発生させるトルクを制御することにより、ロールモーメントの総和を０に近づけて自転車３のふらつきを抑制している。
【００５５】
このとき、目標ロール角度θｒｏは、少なくとも操舵角度θｓに基づいて決定されたロール角度であるので、ライダーの意図が反映されたロール角度となる。つまり、本実施形態では、ライダーの意図が反映された目標ロール角度θｒｏと実ロール角度θｒとの差に基づいて前輪３Ａで発生するトルクを制御するので、ライダーに違和感を与えることを抑制しつつ、自転車３のふらつきを抑制することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、操舵角度θｓに基づいて目標ロール角度θｒｏが算出され、かつ、操舵角度θｓは、ライダーの意図が最も大きく反映されたパラメータであるので、ライダーに違和感を与えることを確実に抑制できる。
【００５７】
ところで、本実施形態では、前輪３Ａに発生するトルクを制御することよりロール角度θｒを変化させて自転車３の姿勢を安定化しているが、後輪３Ｂに発生するトルクを制御してもロール角度θｒを変化させることができる。
【００５８】
このとき、後輪３Ｂに発生するトルクを制御する方式では、車速Ｖを増減させることにより、遠心力を増減させてロールモーメントＭ２の大きさを変化させるので、自転車３の質量が大きい場合には、後輪３Ｂに発生するトルクを変化させてもロールモーメントＭ２は即座に変化しない。
【００５９】
このため、後輪３Ｂに発生するトルクを制御する方式では、トルクを変化すべき旨の指令がＥＣＵ５から発せられた時にから収束時間Ｔｒ内に実ロール角度θｒを目標ロール角度θｒｏにすることができない、つまり応答性が低いという問題が発生する可能性がある。
【００６０】
これに対して、例えば自転車３が既にロールしている場合には、前輪３Ａの操舵角は０より大きくなっており、この状態で前輪３Ａのトルクを変動させると、遠心力によるロールモーメントとは別に、その変動が直接的に新たなロールモーメントを発生させることとなる。
【００６１】
つまり、例えば、前進向きの目標トルクＴｒが前輪３Ａに発生すると、前輪３Ａが路面を後退向きに押すので、前輪３Ａは、図３に示すように、その反作用として路面から前進向きの力Ｆ１を受ける。
【００６２】
このとき、前輪３Ａは操舵されて進行方向に対して旋回中側に傾いているので、前輪３Ａには、力Ｆ１のうち旋回中側に向かう成分の力Ｆ２（＝Ｆ１・ｓｉｎ（θｓ））が作用し、フロントフォークの操縦管（ヘッドパイプ）３Ｅ付近を中心とするモーメントＭ３が発生する。
【００６３】
したがって、前輪３Ａに姿勢制御を実行するためのトルク（以下、姿勢制御トルクという。）を発生させれば、電動モータ１５よるトルクを効率よく、自転車３のロール角度θｒを変化させるロールモーメントに変換させることができるので、二輪車用姿勢安定化装置１の応答性を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、電動モータ１５にて姿勢制御トルクを発生させるので、容易に姿勢制御トルクを制御することができる。
（第２実施形態）
上述の実施形態では、収束時間Ｔｒを予め設定された固定時間としたが、本実施形態は、収束時間Ｔｒを変更可能な構成としたものである。つまり、収束時間Ｔｒは、ライダーの意志（希望）やライダーの性状等によって異なる時間を取り得るので、収束時間Ｔｒを変更可能な構成としたものである。
【００６５】
以下、第１実施形態との相違点を中心に本実施形態に係る自転車３（二輪車用姿勢安定化装置１）について説明する。
すなわち、本実形態では、ライダーにより操作可能な収束時間設定手段として、図８（ａ）〜図８（ｃ）のうちいずれかに示す収束時間設定スイッチ２１をハンドル３Ｃ等に設けたものである。
【００６６】
そして、図８（ａ）は、収束時間Ｔｒを、「Ｓｌｏｗ（例えば、５秒）」、「Ｎｏｒｍａｌ（例えば、３秒）」及び「Ｆａｓｔ（例えば、１秒）」の３段階のモードで設定することができる収束時間設定スイッチ２１である。なお、「ＡＵＴＯ」は、車速に応じていずれかの収束時間Ｔｒを自動選択するモードである。
【００６７】
また、図８（ｂ）は、収束時間Ｔｒをライダーの性状（体格等）に基づいて自動的に決定する収束時間設定スイッチ２１である。具体的には、この収束時間設定スイッチ２１は、ライダーにより入力・選択された「年齢」、「性別」「身長」及び「体重」等のパラメータに基づいて、予めＲＯＭ等に記憶されている上記パラメータと収束時間Ｔｒと関係から収束時間Ｔｒを自動選択する。
【００６８】
また、図８（ｃ）は、収束時間Ｔｒを、「Ｓｌｏｗ（例えば、５秒）」から「Ｆａｓｔ（例えば、１秒）」までの間で無段階的に設定することができる収束時間設定スイッチ２１である。
【００６９】
そして、本実施形態では、図９に示すように、目標ロール角速度ｄθｒｏが算出される前に、目標ロール角速度ｄθｒｏの算出（Ｓ９）に用いる収束時間Ｔｒが収束時間設定スイッチ２１の設定に基づいて決定される（Ｓ８）。なお、Ｓ８以外の制御ステップは、第１実施形態（図７）と同じ作動であるので、本実施形態においては、それらの説明は省略する。
【００７０】
これにより、本実施形態では、ライダーの意志（希望）等に応じて自転車３の姿勢が制御され得るので、ライダーに大きな違和感を与えることを抑制しつつ、自転車３のふらつきを抑制することができる。
【００７１】
（第３実施形態）
第２実施形態では、収束時間Ｔｒを変更することにより、現実の収束時間Ｔｒを直接的に変化させるものであったが、本実施形態は、収束時間Ｔｒを固定時間としたまま、目標トルクＴｒを変更することにより、現実の収束時間Ｔｒを間接的に変化させるものである。
【００７２】
すなわち、目標トルクＴｒは、上述したように、目標ロール角速度ｄθｒｏが大きくなると大きくなり、目標ロール角速度ｄθｒｏが小さくなると小さくなる。そして、目標ロール角速度ｄθｒｏは、収束時間Ｔｒが大きくなると小さくなり、収束時間Ｔｒが小さくなると大きくなる。したがって、収束時間Ｔｒを固定時間としたまま、目標トルクＴｒを変更しても現実の収束時間Ｔｒを変化させることができる。
【００７３】
そこで、本実施形態では、ライダーにより操作可能な収束時間設定手段として、図１０に示すように、予め設定された収束時間Ｔｒに基づいて決定された目標トルクＴｒを変更する目標トルク変更スイッチ２３をハンドル３Ｃ等に設けたものである。
【００７４】
そして、本実施形態では、図１１に示すように、目標ロール角速度ｄθｒｏに基づいて算出された目標トルクＴｒに対して、目標トルク変更スイッチ２３にて設定された倍率（ゲイン）が乗算され（Ｓ１２）、その乗算後の値を目標トルクＴｒとして電動モータ１５がＰＩＤ制御される。なお、Ｓ１２以外の制御ステップは、第１実施形態（図７）と同じ作動であるので、本実施形態においては、それらの説明は省略する。
【００７５】
これにより、本実施形態においても、ライダーの意志（希望）等に応じて自転車３の姿勢が制御され得るので、ライダーに大きな違和感を与えることを抑制しつつ、自転車３のふらつきを抑制することができる。
【００７６】
因みに、目標トルク変更スイッチ２３（図１０参照）の「ＯＦＦ」とは、倍率（ゲイン）を０とする設定であり、目標トルク変更スイッチ２３を「ＯＦＦ」とすると、実質的に二輪車用姿勢安定化装置１が停止した状態となる。また、本実施形態に係る目標トルク変更スイッチ２３は、倍率を「Ｌｏ（例えば、０．１）」から「Ｈｉ（例えば、２．０）」までの間で無段階的に設定することができる。
【００７７】
（第４実施形態）
第３実施形態では、目標トルクＴｒを変更することにより、現実の収束時間Ｔｒを変化させるものであったが、本実施形態は、目標ヨーレイトωの算出に用いる目標ヨーレイト算出マップ（図５参照）を車速に応じて変更することにより、現実の収束時間Ｔｒを変化させるものである。
【００７８】
つまり、目標トルクＴｒを決定するには、上述したように、目標ヨーレイトωを算出する必要があるので、目標ヨーレイトωを変更することにより、目標トルクＴｒを間接的に変更し、最終的には現実の収束時間Ｔｒを変化させるものである。
【００７９】
そこで、本実施形態では、ライダーにより操作可能な収束時間設定手段として、図１２（ａ）及び図１２（ａ）に示す目標トルクＴｒを変更するための目標トルク変更スイッチ２３Ａ及び目標トルク変更スイッチ２３Ｂをハンドル３Ｃ等に設けたものである。
【００８０】
なお、目標トルク変更スイッチ２３Ａの「ＯＦＦ」とは、二輪車用姿勢安定化制御を停止又は実行しないことを意味し、「Ｌｏ  Ｓｐｅｅｄ」とは低速領域（例えば、５ｋｍ／ｈ以下）のみ二輪車用姿勢安定化制御し、高速領域（例えば、５ｋｍ／ｈ超）は二輪車用姿勢安定化制御を停止又は実行しないことを意味し、「Ｈｉ  Ｓｐｅｅｄ」とは高速領域のみ二輪車用姿勢安定化制御し、低速領域は二輪車用姿勢安定化制御を停止又は実行しないことを意味し、「ＡＵＴＯ」とは、いずれの速度領域も二輪車用姿勢安定化制御を実行することを意味する。
【００８１】
また、目標トルク変更スイッチ２３Ｂは、第３実施形態と同様に、倍率（ゲイン）を設定ためのスイッチである。具体的には、目標トルク変更スイッチ２３Ａの「ＡＵＴＯ」が選択されている場合には、ライダーにより入力・選択された「年齢」、「性別」「身長」及び「体重」等のパラメータに基づいて、予めＲＯＭ等に記憶されているパラメータと倍率と関係から使用すべき倍率が自動選択される。また、目標トルク変更スイッチ２３Ａの「Ｌｏ  Ｓｐｅｅｄ」又は「Ｈｉ  Ｓｐｅｅｄ」が選択されている場合には、倍率は１．０となる。
【００８２】
そして、本実施形態では、図１３に示すように、車速Ｖが０ｋｍ／ｈより大きく、かつ、操舵角度θｓが０ｄｅｇより大きいと判定された場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、目標トルク変更スイッチ２３Ａの設定に基づいて目標ヨーレイトωの算出に用いる目標ヨーレイト算出マップが選択された後（Ｓ４）、その選択された目標ヨーレイト算出マップに従って目標ヨーレイトωが算出される（Ｓ５）。なお、Ｓ４以外の制御ステップは、第３実施形態（図１１）と同じ作動であるので、本実施形態においては、それらの説明は省略する。
【００８３】
これにより、本実施形態においても、ライダーの意志（希望）等に応じて自転車３の姿勢が制御され得るので、ライダーに大きな違和感を与えることを抑制しつつ、自転車３のふらつきを抑制することができる。
【００８４】
（第５実施形態）
本実施形態は、姿勢制御トルクに加えて、走行用の駆動力も電動モータ１５に発生させるものである。つまり、本実施形態は、本発明に係る二輪車、二輪車用姿勢安定化装置及び二輪車用姿勢安定化制御方法を、いわゆる電動アシスト自転車にて適用したものである。以下、第１実施形態に係る二輪車用姿勢安定化装置１を例に本実施形態に係る自転車３について説明する。
【００８５】
すなわち、本実施形態では、図１４に示すように、目標トルクＴｒが算出されると（Ｓ１１）、ペダルに作用する踏力に基づいて電動モータ１５にて補助すべき目標アシストトルクが算出される（Ｓ１７）。因みに、目標アシストトルクの算出方法は、どのような手法であってもよいが、本実施形態では、例えば特開平７−３０９２８３号公報に記載の手法と同じである。
【００８６】
次に、その算出された目標アシストトルクと目標トルクＴｒとの和（以下、目標トルク和という。）が算出された後（Ｓ１９）、目標トルク和が上限トルク以下であるか否かが判定される（Ｓ２１）。
【００８７】
そして、目標トルク和が上限トルクより大きいと判定された場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行され、目標トルク和が上限トルク以下であると判定された場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、その目標トルク和が電動モータ１５にて発生するように電動モータ１５が制御される（Ｓ２３）。
【００８８】
これにより、本実施形態では、簡便な構成でライダーに違和感を与えることを抑制しつつ、自転車３のふらつきを抑制することができる。
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、操舵輪である前輪３Ａに姿勢制御のためのトルクを付与したが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動輪である後輪３Ｂに姿勢制御のためのトルクを付与してもよい。
【００８９】
また、上述の実施形態では、自転車３に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、自動二輪や原動機付き自転車等にも適用できる。
また、上述の実施形態では、電動モータ１５のみにて姿勢制御のためのトルクを発生させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば姿勢制御のためのトルクがマイナス値となる場合には、ブレーキを利用してマイナスのトルクを車輪に付与してもよい。
【００９０】
また、上述の実施形態では、操舵角度θｓを検出することにより、ライダーによる車体への操作量を検出したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばライダーの体重移動に伴うライダー及び車両の合成重心の変化やハンドル３Ｃに作用するライダーからの力等を操作量として検出してもよい。
【００９１】
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９２】
１…二輪車用姿勢安定化装置、３…自転車、３Ａ…前輪、３Ｂ…後輪、
３Ｃ…ハンドル、３Ｄ…サドル、５Ａ…算出部、５Ａ…目標ヨーレイト算出部、
５Ｂ…目標ロール角度算出部、５Ｃ…実ロール角度算出部、
５Ｄ…目標ロール角速度算出部、７…操舵角度センサ、９…車速センサ、
１１…車体ロール角速度センサ、１３Ａ…目標駆動トルク算出部、
１５…電動モータ、１７…コントロールボックス、１９…バッテリ、
２１…収束時間設定スイッチ、２３…目標トルク変更スイッチ、
２３Ａ…目標トルク変更スイッチ、２３Ｂ…目標トルク変更スイッチ。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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