(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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補正前バンク角を求める角度演算部１１、角度演算部の出力である補正前バンク角からバンク角速度を求める角速度演算部１２、角速度演算部の出力であるバンク角速度からバンク角加速度を求める角加速度演算部１３、角加速度演算部の出力を平滑化するフィルタ１４からなる第一の演算部１０と、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両者を積算する積算部２１、積算部の出力を平滑化するフィルタ２２からなる第二の演算部２０と、第一の演算部の出力と第二の演算部の出力とをもとに補正後バンク角を求める推定部３０とを備える。【選択図】図３
2011121514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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補正前バンク角を求める角度演算部、前記角度演算部の出力である補正前バンク角からバンク角速度を求める角速度演算部、前記角速度演算部の出力であるバンク角速度からバンク角加速度を求める角加速度演算部、前記角加速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鉛直軸周りの角速度と車体進行方向の車速をもとに両者を積算する積算部、前記積算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もとに補正後バンク角を求める推定部と
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。
【請求項２】
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補正前バンク角を求め、補正前バンク角からバンク角速度を求め、バンク角速度からバンク角加速度を求め、求められたバンク角加速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鉛直軸周りの角速度と車体進行方向の車速をもとに両者を積算し、積算された出力を平滑化する第二の演算ステップと、
前記第一の演算ステップで得られた出力と前記第二の演算ステップで得られた出力とをもとに補正後バンク角を求める推定ステップと
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４７９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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補正前バンク角を求め、補正前バンク角からバンク角速度を求め、バンク角速度からバンク角加速度を求め、求められた角加速度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鉛直軸周りの角速度と車体進行方向の車速をもとに両者を積算し、積算出力を平滑化する第二の演算部（ステップ）と、前記第一の演算部（ステップ）の出力と前記第二の演算部（ステップ）の出力とをもとに補正後バンク角を求める推定部（ステップ）とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１ないし３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２】この発明の実施の形態１ないし３における、自動二輪車のバンク挙動を２次元面内運動としてモデル化した図である。
【図３】この発明の実施の形態１ないし３における、バンク角演算部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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周りの角速度を検出するジャイロセンサ５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。
【００１２】
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および図３を用いて説明する。図２は、前輪側から見た自動二輪車のバンク時の挙動を２次元面内運動としてモデル化したものである。座標系として、例えば、車輪接地点を原点として鉛直上向きをｚ軸正方向、車体進行方向をｘ軸正方向、ｚ軸とｘ軸が右ねじの関係となるようにｙ軸正方向を設定する。車体質量とライダー質量の和である系の全質量は、車輪接地点から距離Ｌ（ｍ）に集中している集中質量とみなし、当該点を系の重心とする。全質量をＭ（ｋｇ）、車輪接地点から重心までの距離をＬ（ｍ）、バンク角をθ（ｒａｄ）、車速をＶ（ｍ／ｓ）、ｚ軸方向の角速度をωｓ（ｒａｄ／ｓ）と記号を定義すれば、車輪接地点におけるｘ軸周りの系の回転運動方程式は、式（１）となる。
【００１３】
【数１】
2011121514.tif 000003
【００１４】
式（１）をωｓ×ｃｏｓθについて変形して、式（２）を得る。
【００１５】
【数２】
2011121514.tif 000004
【００１６】
ωｓ×ｃｏｓθは、車体に具備されたジャイロセンサ５が検出する角速度（以降、記号ωで表す。）である。車体が一定のバンク角で走行する定常状態では、式（２）におけるバンク角加速度
【００１７】
【数３】
2011121514.tif 000005
【００１８】
を無視できる。ところが、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、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的な状態においては、バンク角加速度
【００１９】
【数４】
2011121514.tif 000006
【００２０】
の項が無視できない。そのため、走行の定常状態（バンク角加速度
【００２１】
【数５】
2011121514.tif 000007
【００２２】
≒０）に比較して、走行の過渡状態（バンク角加速度
【００２３】
【数６】
2011121514.tif 000008
【００２４】
≠０）ではジャイロセンサ５の出力が、式（３）に示すΔω分だけ過大に検出されてしまう。
【００２５】
【数７】
2011121514.tif 000009
【００２６】
従って、上記走行の過渡状態も考慮した前照灯制御では、式（２）を基本としてバンク角を演算する必要がある。この式（２）を基本としたバンク角演算部が図３に示すものであり、そのバンク角演算部２の具体的な処理について、以下説明する。
【００２７】
バンク角演算部２は、主に、第一の演算部１０、第二の演算部２０、推定部３０から構成される。第一の演算部１０内の角度演算部１１では、車速センサ４で検出された車体進行方向速度Ｖとジャイロセンサ５で検出された車体鉛直軸（図２の一点鎖線Ａ）周りの角速度ωから、式（４）によって補正前バンク角θ０を演算する。
【００２８】
【数８】
2011121514.tif 000010
【００２９】
ここで、ｇは重力加速度である。式（４）に示すとおり、ここで演算される補正前バンク角θ０は、走行の定常状態で系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から決定される角度である。
【００３０】
次に、角速度演算部１２では、補正前バンク角θ０の現在値と１時点前の値から、式（５）を用いて角速度ｄθ０を演算する。
【００３１】
【数９】
2011121514.tif 000011
【００３２】
ここで、ｎは整数、Δｔは制御装置１の制御周期である。
【００３３】
次に、角加速度演算部１３では、角速度ｄθ０の現在値と１時点前の値から、式（６）を用いて角加速度ｄｄθ０を演算する。
【００３４】
【数１０】
2011121514.tif 000012
【００３５】
フィルタ１４は、観測ノイズおよび数値微分による演算ノイズを減衰させるためのもので、当該出力としてｄｄθ０＿ｆを得る。ここで、フィルタ１４のカットオフ周波数は、最もバンク角加速度の変動が大きいスラローム走行で想定される運動の周波数の、例えば、２倍程度に設定する。
【００３６】
一方、第二の演算部２０では、積算部２１で、Ｖ×ωを演算し、さらに観測ノイズを減衰させるフィルタ２２を通してＶω＿ｆを得る。フィルタ２２のカットオフ周波数は、最もバンク角加速度の変動が大きいスラローム走行で想定される運動の周波数の、例えば、２倍程度に設定する。
【００３７】
そして、推定部３０では、第一の演算部１０の出力ｄｄθ０＿ｆと第二の演算部２０の出力Ｖω＿ｆから、式（７）を用いて補正後バンク角θを演算する。そして、この補正後バンク角θをもとに、後段の制御演算部３でアクチュエータ６への指令が演算される。
【００３８】
【数１１】
2011121514.tif 000013
【００３９】
以上、この発明の実施の形態１によれば、遠心力ベクトルと重力ベクトルの幾何学的関係から求められるバンク角からバンク角加速度を演算する第一の演算部、および前記バンク角加速度を加味した補正後バンク角を演算する推定部を備えたので、自動二輪車の走行において、バンク角加速度成分の影響が無視できない走行の過渡状態においても、バンク角（補正後バンク角θと同義である）が過大に推定されることなく実用的な数値を得ることができる。当然のことながら、走行の定常状態においても、この発明の実施の形態１でバンク角θは問題なく推定できる。
【００４０】
実施の形態２．
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で示した演算を簡易化しても実用上は問題ないものと考えられる。そこで、この発明の実施の形態２では、図３に示した角度演算部１１と推定部３０における演算式を簡易化した自動二輪車のバンク角推定方法について示す。
【００４１】
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、ｓｉｎθをθに近似した式（８）とする。
【００４２】
【数１２】
2011121514.tif 000014
【００４３】
角度演算部１１では、補正前バンク角θ０を式（９）で演算する。
【００４４】
【数１３】
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【００４５】
角速度演算部１２、角加速度演算部１３、フィルタ１４、第二の演算部２０における処理はこの発明の実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４６】
そして、推定部３０では、式（１０）を用いて補正後バンク角θを演算する。
【００４７】
【数１４】
2011121514.tif 000016
【００４８】
以上、この発明の実施の形態２によれば、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ことを勘案した簡易的な演算式でバンク角を推定し、バンク角加速度成分の影響が無視できない走行の過渡状態においても、バンク角（補正後バンク角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。当然のことながら、走行の定常状態においても、この発明の実施の形態２でバンク角θは問題なく推定できる。
【００４９】
実施の形態３．
スラロームのように周期的に車体がバンクする走行においては、車体の機械的な特性などに起因したスラロームの運動周波数以外の信号がジャイロセンサ５に重畳し、当該ジャイロセンサ５の検出値に基づいて角速度および角加速度を角速度演算部１２、角加速度演算部１３で単純に後退差分する（式（５）および式（６））結果、補正後バンク角θが振動的となり推定精度が劣化する場合がある。そこで、角速度演算部１２および角加速度演算部１３の演算処理においては、式（１１）および式（１２）で擬似微分演算するようにしても良い。
【００５０】
【数１５】
2011121514.tif 000017
ここで、Ｔは擬似微分のフィルタ時定数である。
【００５１】
以上、実施の形態３によれば、車体の機械的な特性などに起因したスラロームの運動周波数以外の信号を角速度、角加速度演算で増幅させることなく、バンク角（補正後バンク角θと同義である）の実用的な数値を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  制御装置、２  バンク角演算部、３  制御演算部、４  車速センサ、５  ジャイロセンサ、６  アクチュエータ、７  機構、１０  第一の演算部、１１  角度演算部、１２  角速度演算部、１３  角加速度演算部、１４  フィルタ、２０  第二の演算部、２１  積算部、２２  フィルタ、３０  推定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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