(57)【要約】【課題】正確な姿勢を記録し、ライディングスキルの向上に活用できるモーターサイクル、その姿勢推定装置及び運転状態復元装置を提供すること。【解決手段】車体本体のフレーム１１と、下端に前輪１５を有しフレーム１１に対して左右方向に回動可能であり前輪１５とフレーム１１との間で伸縮可能なフロントフォーク１４と、下端に後輪１７を有しフレーム１１に対して上下方向に回動可能であるスイングアーム１６とを備えるモーターサイクル１において、フレーム１１、フロントフォーク１４及びスイングアーム１６のそれぞれに取り付けられた３の姿勢角検出装置３０Ａ。３０Ｂ、３０Ｃを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体本体のフレームと、下端に前輪を有し前記フレームに対して左右方向に回動可能であり前記前輪と前記フレームとの間で伸縮可能なフロントフォークと、下端に後輪を有し前記フレームに対して上下方向に回動可能であるスイングアームとを備えるモーターサイクルにおいて、
前記フレーム、前記フロントフォーク及び前記スイングアームのそれぞれに取り付けられた３の姿勢角検出装置を備えることを特徴とする、モーターサイクル。
【請求項２】
請求項１に記載のモーターサイクルについて、
前記３の姿勢角検出装置によって計測された方向に基づいて、前記フロントフォークの前記フレームに対する回動角、前記フロントフォークの前輪と前記フレームとの間の伸縮長及び前記スイングアームの前記フレームに対する回動角を求めることを特徴とする、モーターサイクルの姿勢推定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモーターサイクルの姿勢推定装置によって推定された姿勢について、
該推定された姿勢の時間変化を表示することを特徴とする、モーターサイクルの運転状態復元装置。
【請求項４】
前記表示が、前記モーターサイクルの姿勢を示すコンピュータグラフィックスによって行われることを特徴とする、請求項３に記載のモーターサイクルの運転状態復元装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーターサイクル、その姿勢推定装置及び運転状態復元装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ライディングスキルを向上させて安全にモーターサイクルスポーツを楽しみたいというライダーに向けて、ライディングスクールや講習会が各地で開催されている。
【０００３】
モーターサイクルは二輪で走行するため、四輪車に比べて走行時における姿勢の制御が難しい。モーターサイクルの運動特性や安定性は、ライダーのライディングスキルに大きく依存する。ライダーのライディングスキルを上達させるには、ライダーが運転するモーターサイクルの正確な姿勢変化を記録して、ライダーにフィードバックすることが有効である。
【０００４】
従来、人や乗物等の移動体の動きや姿勢を計測するために、当該移動体にセンサーを取り付けることが行われている。取り付けるセンサーとしては、加速度センサ及びジャイロスコープが搭載されたＩＭＵ（慣性計測装置、Inertia Measurement Unit）が知られている。
【０００５】
例えば、人の動きについては、関節毎に複数のＩＭＵを装着し動きを取得するモーションキャプチャースーツが実用化されている。また、四輪車では、複数のセンサーで構成され、サスペンションの振動等の計測を行う計測装置が商品化されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００６】
また、モーターサイクルでは、本体フレームに１つのＩＭＵを搭載し、当該ＩＭＵによる計測結果を車体の走行制御に使用しているものがある（例えば、特許文献１参照）。さらには、本体フレームに加えて前輪にＩＭＵを搭載し、当該計測結果をサスペンションの制御に使用しているものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−０１６７２６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】”ZMP IMU-Z Cube 多点計測ロガーパッケージ”（HTTP://www.zmp.co.jp/products/imu-z-cube-logger）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、モーターサイクルの本体フレームのみ、或いは、本体フレーム及び前輪のみにＩＭＵを取り付けた場合には、モーターサイクルの前輪側や中心部の動きを検知して前輪側の制御を行うことは可能であるが、後輪側を含めたモーターサイクル全体の姿勢を正確に把握することができない。
【００１０】
本発明は、正確な姿勢を推定し、ライディングスキルの向上に活用できるモーターサイクル、その姿勢推定装置及び運転状態復元装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のモーターサイクルは、車体本体のフレームと、下端に前輪を有し前記フレームに対して左右方向に回動可能であり前記前輪と前記フレームとの間で伸縮可能なフロントフォークと、下端に後輪を有し前記フレームに対して上下方向に回動可能であるスイングアームとを備えるモーターサイクルにおいて、
前記フレーム、前記フロントフォーク及び前記スイングアームのそれぞれに取り付けられた３の姿勢角検出装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
この特徴によれば、３の姿勢角検出装置によって計測された方向に基づいてモーターサイクルの正確な姿勢を推定することができ、当該正確な姿勢をライダーにフィードバックしてライダーのライディングスキルの向上に活用することができる。
【００１３】
本発明の姿勢推定装置は、上記のモーターサイクルについて、
前記３の姿勢角検出装置によって計測された方向に基づいて、前記フロントフォークの前記フレームに対する回動角、前記フロントフォークの前輪と前記フレームとの間の伸縮長及び前記スイングアームの前記フレームに対する回動角を求めることを特徴とする。
【００１４】
この特徴によれば、前記フロントフォークの前記フレームに対する回動角、前記フロントフォークの前輪と前記フレームとの間の伸縮長及び前記スイングアームの前記フレームに対する回動角を求めることができるため、これらの値に基づいてモーターサイクルの正確な姿勢を推定することができ、当該姿勢をライダーにフィードバックしてライダーのライディングスキルの向上に活用することができる。
【００１５】
本発明の運転状態復元装置は、上記モーターサイクルの姿勢推定装置によって推定された姿勢について、該推定された姿勢の時間変化を表示することを特徴とする。
【００１６】
この特徴によれば、モーターサイクルの姿勢の時間変化を表示することで、当該姿勢をライダーにフィードバックすることができ、ライダーのライディングスキルの向上に役立てることができる。
【００１７】
本発明の運転状態復元装置は、前記表示が、前記モーターサイクルの姿勢を示すコンピュータグラフィックスによって行われることを特徴とする。
【００１８】
この特徴によれば、モーターサイクルの姿勢をコンピュータグラフィックスで表示することで、当該姿勢をライダーに視覚的に判り易くフィードバックすることができ、ライダーのライディングスキルの向上に役立てることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、モーターサイクルの正確な姿勢を推定することができ、当該正確な姿勢をライダーにフィードバックしてライダーのライディングスキルの向上に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、モーターサイクルの構成を概略的に示す側面図である。
【図２】図２は、モーターサイクルから方向データを受信する姿勢推定装置と、モーターサイクルの姿勢の時間変化を表示する運転状態復元装置と、を示す図である。
【図３】図３は、モーターサイクルの姿勢を推定するために必要なパラメータを説明するための図である。
【図４】図４は、方向から角度及び長さを算出する手順の一例を説明するための図である。
【図５】図５は、運転状態復元装置のディスプレイに表示されるモーターサイクルの姿勢を示すコンピュータグラフィックスの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、前後および左右とはモーターサイクルの前進する方向を基準としている。
【００２２】
図１は、本実施形態のモーターサイクルの構成を概略的に示す側面図である。モーターサイクル１は動力を発生させるエンジン（不図示）が搭載された二輪車である。モーターサイクル１は車体本体のフレーム１１を備えている。フレーム１１の前端上部にはヘッドパイプ１２が設けられている。ヘッドパイプ１２にはステアリングシャフト（不図示）が挿通されている。ステアリングシャフトの上端部にはハンドル１３が連結されている。
【００２３】
ステアリングシャフトの下端部には、一対のフロントフォーク１４が連結されている。これより、ハンドル１３の回転操作によってフロントフォーク１４はフレーム１１に対して左右方向に回動可能である。フロントフォーク１４は、アウターチューブ１４１と、当該アウターチューブ１４１よりも径が一回り小さく、アウターチューブ１４１内に出没可能に挿入されたインナーチューブ１４２と、を有する。
【００２４】
フロントフォーク１４の下端部には前輪１５が回転可能に取り付けられている。アウターチューブ１４１からのインナーチューブ１４２の露出する長さが変化することで、フロントフォーク１４は前輪１５とフレーム１１との間で伸縮可能であり、当該伸縮により前輪１５の振動が吸収される。
【００２５】
フレーム１１の下部後側のピボット軸１９には、スイングアーム１６の一端が揺動可能に連結支持されている。スイングアーム１６の他端には、後輪１８が回転可能に支持されている。スイングアーム１６はピボット軸１９を中心にフレーム１１に対して上下方向に回動可能である。フレーム１１の後側とスイングアーム１６の中央部とは、リヤサスペンション１７を介して弾性的に連結されており、当該リヤサスペンション１７により後輪１８の振動が吸収される。
【００２６】
モーターサイクル１のスイングアーム１６、フレーム１１、フロントフォーク１４それぞれには、自身の姿勢角（変位）を計測する姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが取り付けられている。したがって、姿勢角検出装置３０Ａはスイングアーム１６の姿勢角、姿勢角検出装置３０Ｂはフレーム１１の姿勢角、姿勢角検出装置３０Ｃはフロントフォーク１４の姿勢角を計測することができる。
【００２７】
３次元空間における移動方向を計測するには、時間変化Δｔの前後の３次元空間における位置が判ればよい。したがって、姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）や、レーザ光、マイクロ波、超音波、磁気等を用いた位置計測装置を用いることができる。また、加速度を時間積分することで速度が求められ、速度を時間積分することで位置が求められるため、姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０ＣとしてＩＭＵ等の加速度センサーや速度センサーを用いることもできる。
【００２８】
姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、無線通信機能を備えている。姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって計測された方向を示すデータは、無線通信により、例えばライディングスクールの施設内に設置された姿勢推定装置２に送信される。
【００２９】
図２に示すように、姿勢推定装置２には運転状態復元装置３が有線又は無線により通信可能に接続されている。運転状態復元装置３は姿勢推定装置２と同様にライディングスクールの施設内に設置されている。運転状態復元装置３はコンピュータであり、ＣＰＵと、メモリ、ハードディスク等の記憶装置と、通信インターフェースと、ディスプレイと、を備えている。運転状態復元装置３の記憶装置には、姿勢推定装置２によって推定された姿勢データに基づいて当該姿勢の時間変化を表示するためのプログラム等が記憶されている。
【００３０】
姿勢推定装置２及び運転状態復元装置３はコンピュータであり、ＣＰＵ（中央処理装置）と、メモリ、ハードディスク等の記憶装置と、通信インターフェースと、を備えている。姿勢推定装置２の記憶装置には、姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって計測された方向に基づいてモーターサイクル１の姿勢を推定する演算を行うためのプログラムや、モーターサイクル１を構成する各部品のサイズ等を表すデータが記憶されている。
【００３１】
姿勢推定装置２のＣＰＵは、記憶装置に記憶されたプログラムに従って演算を実行することにより、姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって計測された方向に基づいて、フロントフォーク１４のフレーム１１に対する回動角θ、フロントフォーク１４の伸縮長ΔＬ及びスイングアーム１６のフレーム１１に対する回動角φを求めることにより、モーターサイクル１の姿勢を推定する。
【００３２】
運転状態復元装置３のＣＰＵは、記憶装置に記憶されたプログラムに従って演算を実行することにより、モーターサイクル１の回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φを表す姿勢データを姿勢推定装置２から受信し、当該姿勢データに基づいてモーターサイクル１の姿勢の時間変化を表示する。この際、運転状態復元装置３は、モーターサイクル１の姿勢の時間変化の表示を、モーターサイクル１の姿勢を示すコンピュータグラフィックスによって行うこともできる。
【００３３】
図３は、モーターサイクル１の姿勢を推定するために必要なパラメータを説明する図である。モーターサイクル１の姿勢は、フロントフォーク１４のフレーム１１に対する回動角θと、フロントフォーク１４の前輪１５とフレーム１１との間の伸縮長ΔＬと、スイングアーム１６のフレーム１１に対する回動角φと、の３つのパラメータで決定される。これらの回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φは、姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃで計測された方向から算出することができる。
【００３４】
図３（Ａ）に、基準となる状態を示す。この状態においてθ＝０、ΔＬ＝０、φ＝０とする。
【００３５】
図３（Ｂ）に、スイングアーム１６のフレーム１１に対する回動角φを示す。スイングアーム１６が図３（Ａ）の状態に対して回動した角度が回動角φとなる。
【００３６】
図３（Ｃ）に、フロントフォーク１４の前輪１５とフレーム１１との間の伸縮長ΔＬを示す。インナーチューブ１４２が図３（Ａ）の状態に対して縮約した長さが伸縮長ΔＬとなる。
【００３７】
図３（Ｄ）に、フロントフォーク１４フロントフォーク１４のフレーム１１に対する回動角θを示す。図３（Ａ）〜（Ｃ）は側面図であるが、図３（Ｄ）は上面図である。フロントフォーク１４が図３（Ａ）の状態に対して回動した角度が回動角θとなる。
【００３８】
以下、図４を参照して、回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φの算出方法の一例を説明する。ここで、フレーム１１に取り付けられた姿勢角検出装置３０Ｂにより時刻ｔにおいて計測された方向を三次元ベクトルＶ０（ｔ）で表し、当該三次元ベクトルＶ０（ｔ）の各成分を図４に示すようにＸ０、Ｙ０、Ｚ０とする。なお、前輪１５及び後輪１８が接地する地面に平行であって、かつ、フレーム１１が前後に延びる方向の成分をＸ０とする。
【００３９】
また、フロントフォーク１４に取り付けられた姿勢角検出装置３０Ｃにより時刻ｔにおいて計測された方向を三次元ベクトルＶ１（ｔ）で表し、当該三次元ベクトルＶ１（ｔ）の各成分をＸ１、Ｙ１、Ｚ１とする。なお、フロントフォーク１４が伸縮する方向の成分をＺ１とする。
【００４０】
また、スイングアーム１６に取り付けられた姿勢角検出装置３０Ａにより時刻ｔにおいて計測された方向を三次元ベクトルＶ２（ｔ）で表し、当該三次元ベクトルＶ２（ｔ）の各成分をＸ２、Ｙ２、Ｚ２とする。なお、スイングアーム１６が延びる方向の成分をＸ２とする。
【００４１】
この場合、フロントフォーク１４の回動角θは、Ｘ１をＸ０−Ｙ０平面に射影したベクトルＸ１’とＸ０のなす角度として求めることができる。
【００４２】
回動角φは、Ｚ２とＺ０のなす角度として求めることができる。
【００４３】
また、伸縮長ΔＬは、インナーチューブ１４２の長さＬを算出して求めることができる。インナーチューブ１４２の長さＬの算出方法としては、前輪１５と後輪１８が平らな地面（つまり、同一平面）上にあり、フレーム１１、前輪１５、後輪１８、フロントフォーク１４等のサイズが既知の場合、例えば、スイングアーム１６の回動角φに基づいて、姿勢角検出装置３０Ｂの地面からの高さＨ２を求め、Ｚ０及びＺ１からフロントフォーク１４の傾きを求め、当該傾きとＨ２から前輪１５の下端からフレーム１１の上端までの長さＨ１を求める。そして、Ｈ１からアウターチューブ１４１の長さ及び前輪１５の径を減算することでインナーチューブ１４２の長さＬを算出することができる。
【００４４】
なお、回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φの算出方法は一例に過ぎず、任意の公知の定理、公式、シュミレーションツール等を用いて算出することができる。
【００４５】
以上のとおり、回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φは、時間ｔの関数として求めることができる。
【００４６】
運転状態復元装置３は、回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φの時間変化を、例えばグラフとして表示することができる。ここで、モーターサイクルを表す画像のコンピュータグラフィックスとして表示すると、多くの者の理解が容易になる。
【００４７】
図５は、運転状態復元装置３のディスプレイに表示されるコンピュータグラフィックスの一例を示す図である。このように、実際のモーターサイクル１の形状を表示することができる。むろん、回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φを反映した形状を表示する。
【００４８】
回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φは、時間ｔの関数であるので、コンピュータグラフィックスもまた時間変化するものとなり、実際の運転状況を再現することができる。
【００４９】
ここで、姿勢角検出装置３０Ａ〜３０Ｃは、（例えば重力加速度方向に対する変位として）車体の傾きをも計測できるので、車体の傾きの時間変化をコンピュータグラフィックスにより表示することができる。
【００５０】
また、姿勢角検出装置３０Ａ〜３０Ｃは、単に方向を計測するのみでなく位置（例えばＧＰＳ）、速度又は加速度（例えばジャイロセンサ）を計測することも可能である。かかる計測によれば、モーターサイクル１の移動状況が分かり、例えば道路と背景を表示した中で、モーターサイクル１の移動と回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φを反映した形状とを合わせて表示することができる。実際の運転が理解しやすい形で再現される。
【００５１】
モーターサイクル１のライダーやライディングスクールのインストラクターは、運転状態復元装置３のディスプレイに表示されたこのようなコンピュータグラフィックスを参照して、モーターサイクル１の運動特性や安定性の分析を行うことができる。また、インストラクターは当該分析結果に基づいて、当該モーターサイクル１のライダーに対してライディングスキルに関する適切なアドバイスを行うことができる。
【００５２】
このように、３つの姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって計測された方向に基づいて、モーターサイクル１の正確な姿勢を姿勢推定装置２によって推定し、運転状態復元装置３によって当該姿勢の時間変化を表示することができるため、当該姿勢をライダーにフィードバックしてライダーのライディングスキルの向上に活用することができる。
【００５３】
なお、運転状態復元装置３は、モーターサイクル１の時間変化に伴う姿勢を示すコンピュータグラフィックスととともに、時間変化に伴う回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φの値又はグラフをディスプレイに表示してもよい。或いは、コンピュータグラフィックスを表示せずに、時間変化に伴う回動角θ、伸縮長ΔＬ、回動角φの値とグラフの少なくとも一方をディスプレイに表示してもよい。また、モーターサイクル１の姿勢の推定結果に基づいてＡＩ（artificial intelligence）によりライダーの運転技能を分析し、当該分析結果を表示してもよい。
【００５４】
なお、上述した実施形態では、姿勢推定装置２及び運転状態復元装置３は異なる装置であるとして説明したが、１つの装置であってもよい。また、上述した実施形態では、姿勢推定装置２及び運転状態復元装置３はライディングスクールの施設内に設置されているとして説明したが、別の場所に設置されていてもよいし、モーターサイクル１に搭載されていてもよい。
【００５５】
なお、姿勢角検出装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、姿勢角を計測又は算出できるものであれば、任意の計測装置を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のモーターサイクル、姿勢推定装置及び運転状態復元装置は、モーターサイクルの姿勢を正確に推定するのに好適であり、ライディングスクールにおけるライダーのライディングスキルの向上、正確な走行制御等に利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１      モーターサイクル
２      姿勢推定装置
３      運転状態復元装置
１１    フレーム
１２    ヘッドパイプ
１３    ハンドル
１４    フロントフォーク
１４１  アウターチューブ
１４２  インナーチューブ
１５    前輪
１６    スイングアーム
１７    リヤサスペンション
１８    後輪
１９    ピボット軸
３０Ａ  姿勢角検出装置
３０Ｂ  姿勢角検出装置
３０Ｃ  姿勢角検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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