(57)【要約】【課題】自動二輪車のロール角検出装置において、連続的なロール角の検出を可能にする。【解決手段】路面Ｒｏに対向させて車体の中央に超音波送信器１９を配置し、左右に超音波受信器を配置する。時刻データを符号化し、ＡＭ変調して超音波送信器１９から超音波信号を送信し、路面Ｒｏで反射した超音波信号を左右の超音波受信器２０、２１で受信する。超音波信号に含まれる時刻データに基づいて、超音波送信器１９から左右の超音波受信器２０、２１への超音波信号の伝達時間を求め、超音波信号の伝達距離から車体のロール角を演算する。時刻データを利用することにより、連続的なロール角の検出が可能となる。【選択図】図１
2009122070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面に対向させて、車体の中央部に超音波送信器を配置し、車体の左右両側に一対の超音波受信器を配置し、前記超音波送信器から発信して路面で反射した超音波信号を前記一対の超音波受信器で受信し、前記超音波送信器から前記一対の超音波受信器への超音波信号の伝達時間に基づいて前記車体のロール角を演算するロール角検出装置において、
時刻データを含む超音波信号を前記超音波送信器から送信し、時刻データに基づいて超音波信号の伝達時間を得ることを特徴とするロール角検出装置。
【請求項２】
時刻データを符号化し、ＡＭ変調して前記超音波送信器から送信することを特徴とする請求項１に記載のロール角検出装置。
【請求項３】
時刻データをクロックタイミング情報を含む符号化方式によって符号化し、変調して前記超音波送信器から送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のロール角検出装置。
【請求項４】
時刻をＭ系列データに変換した後、時刻データを符号化及び変調して、前記超音波送信器から送信することを特徴とする請求項１乃至３に記載のロール角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二輪車等の車両のロール角を検出するロール角検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二輪車のブレーキシステムにおいて、制動時の車輪のロックを防止するためのアンチロックブレーキシステム（以下、ＡＢＳという）が公知である。一般的に、二輪車は、ホイールベースに対して重心位置が高く、また、旋回時のロール角（バンク角、キャンバ角ともいう）が大きくなる（３０°以上になる場合がある）ため、接地荷重の変動が四輪車に比して、遥かに大きく、利用可能な車輪と路面との摩擦力がロール角に応じて大きく変動する。このため、二輪車のブレーキシステムにおいて、アンチロック制御を適切に行うためには、走行中の車体のロール角を正確に検出して、ロール角を考慮した制御を実行することが望ましい。
【０００３】
そこで、従来、例えば、特許文献１に記載されているように、車体の左右に取付けた超音波センサ（超音波送受信器）によって、走行中の車体の左右の車高を検出し、これらの車高に基づいてロール角を得るようにしている。
【特許文献１】特開平５−９７０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の車体の左右に超音波センサ（超音波送受信器）を取付けたものでは、左右の超音波センサ間で超音波信号の混信を防ぐため、超音波信号を交互に発信して車高検出を行う必要がある。このため、検出周期が長く、また、間欠的な検出となり、アンチロックブレーキ制御に適したものとはいえなかった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、連続的な検出を実行することができるロール角検出装置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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、路面に対向させて、車体の中央部に超音波送信器を配置し、車体の左右両側に一対の超音波受信器を配置し、前記超音波送信器から発信して路面で反射した超音波信号を前記一対の超音波受信器で受信し、前記超音波送信器から前記一対の超音波受信器への超音波信号の伝達時間に基づいて前記車体のロール角を演算するロール角検出装置において、
時刻データを含む超音波信号を前記超音波送信器から送信し、時刻データに基づいて超音波信号の伝達時間を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るロール角検出装置によれば、時刻データに基づいてロール角を連続的に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明に係るロール角検出装置が装着された自動二輪車の概略構成を示している。図２に示すように、自動二輪車１は、車体２の前部に、フロントフォーク３が所定のキャスター角をもって操舵（回動）可能に取付けられ、フロントフォーク３の下端部に前輪４の車軸４Ａが装着され、上端部にハンドルバー５が取付けられている。また、車体２の後部には、スイングアーム６が上下方向に回動可能に取付けられ、スイングアーム６の後端部に後輪７の車軸７Ａが装着されている。
【０００９】
自動二輪車１は、液圧ブレーキシステムを装備しており、前輪ブレーキ系統として、フロントフォーク３に装着されて前輪４を制動するフロントブレーキキャリパ８と、ハンドルバー５に装着されてブレーキレバー９に連結されたフロントマスタシリンダ１０と、これらを互いに接続する液圧管路１１とを備えている。また、後輪ブレーキ系統として、スイングアーム６に装着されて後輪７を制動するリアブレーキキャリパ１２と、車体２に装着されブレーキペダル１３に連結されたリアマスタシリンダ１４と、これらを互いに接続する液圧管路１５とを備えている。前輪及び後輪ブレーキ系統の液圧管路１１、１５にはＡＢＳユニット１６が介装されている。車体２の後輪７の前方下部には、超音波センサユニット１７が取付けられ、超音波センサユニット１７は、ＡＢＳユニット１６に接続されている。
【００１０】
ＡＢＳユニット１６は、液圧制御装置及びマイクロプロセッサベースのコントローラを備え、超音波センサユニット１７を含む各種センサ（図示せず）からの入力信号に基づいて、制動時にフロント及びリアブレーキキャリパ８、１２に供給する液圧を制御して前輪４及び後輪７のロックを防止する。
【００１１】
次に、ロール角検出装置について、主に図１、図３乃至図６を参照して説明する。
図１に示すように、超音波センサユニット１７は、車体２の左右方向に延びるホルダ１８の中央部に超音波送信器１９が取付けられ、左右に超音波受信器２０、２１が取付けられている。左右の超音波受信器２０、２１は、車体２の中央に配置された超音波送信器１９に対して、左右対称に配置されており、超音波送信器１９から発信された超音波信号が路面Ｒｏで反射して、左右の超音波受信器２０、２１で受信されるように指向されている。
【００１２】
超音波センサユニット１７のホルダ１８は、振動を吸収しやすい合成樹脂製となっており、超音波送信器１９及び超音波受信器２０、２１は、ゴム等のインシュレータ２２を介してホルダ１８に取付けられている。これにより、エンジン、サスペンション等による車体２の振動がホルダ１８を介して超音波送信器１９及び超音波受信器２０、２１に伝達されるのを防止し、また、超音波送信器１９からホルダ１８を通して超音波受信器２０、２１に直接伝播する超音波信号を遮断するようにしている。
【００１３】
そして、超音波送信器１９から路面Ｒｏに向けて超音波信号を発信し、路面Ｒｏで反射した超音波信号を左右の超音波受信器２０、２１で受信し、このときの超音波信号の伝達時間に基づいてＡＢＳユニット１６のロール角演算部１６Ａによって車体のロール角を演算する。
【００１４】
ロール角演算部１６Ａによるロール角の演算方法について次に説明する。
旋回時に車体２がロール（バンク）したときの超音波センサユニット１７と後輪７及び路面Ｒｏとの位置関係を図３に示す。
【００１５】
図３を参照して、後輪７（最大半径Ｒｔ）は、接地面の断面形状が半径Ｒｇの略円形であり、また、スイングアーム６がストロークすることによって、旋回時には、超音波センサユニット１７の取付高さｈは、実際にはｈ´となる（なお、図３においては、スイングアーム６のストロークは考慮していない）。
【００１６】
図４は、超音波送信器１９の位置を原点Ｏとし、左右の超音波受信器２０、２１の位置をそれぞれＸ軸上の点Ｒ、ＬとしてＸ−Ｙ座標上に表したものである。図４を参照して、左右側超音波受信器２０、２１（点Ｒ、Ｌ）の路面Ｒｏに対して鏡像となる点をそれぞれ点Ｒ´、Ｌ´とする。路面ＲｏのＸ軸との交点をＥとすると、△ＲＥＲ´及び△ＬＥＬ´は路面Ｒｏを中心線とした二等辺三角形となり、超音波送信器１９（原点Ｏ）から左右の超音波受信器２０、２１（点Ｒ、Ｌ）までの反射距離は、それぞれＯＲ´及びＯＬ´となる。
【００１７】
ここで、路面Ｒｏを直線Ｙ＝ａＸ＋ｈ´、ロール角をθとすると、ａ＝ｔａｎθであり、余弦定理から
ＯＲ´＝√（（ｈ´／ａ）２＋（ｈ´／ａ−ｂ）２−２（ｈ´／ａ）（ｈ´／ａ−ｂ）ｃｏｓ２θ）  …（１）
ＯＬ´＝√（（ｈ´／ａ）２＋（ｈ´／ａ＋ｂ）２−２（ｈ´／ａ）（ｈ´／ａ＋ｂ）ｃｏｓ２θ）  …（２）
また、倍角公式からｔａｎ２θ＝２ａ／（１−ａ２）であり、
直角三角形の公式から
ｃｏｓ２θ＝（１−ａ２）／√（４ａ２＋（１−ａ２）２）＝（１−ａ２）／（１＋ａ２）
である。
したがって、超音波送信器１９から左右の超音波受信器２０、２１への超音波信号の伝達時間から反射距離ＯＲ´及びＯＬ´を求めれば、余弦定理の（１）、（２）式により、ａ及びｈ´を演算することができる。
【００１８】
ここで、超音波送信器１９（原点Ｏ）と左右の超音波受信器２０、２１（点Ｒ、Ｌ）との間隔ｂ＝１００ｍｍ、超音波センサユニット１７の取付高さｈ＝２００ｍｍ、取付高さの変化±５０ｍｍ（ｈ´＝２００±５０ｍｍ）、ロール角θ＝±４５°とすると、反射距離ＯＲ´及びＯＬ´は最小１６０ｍｍから最大５２０ｍｍの範囲となり、大気中の音速（超音波信号の伝達速度）は、気温Ｔの平方根√Ｔに比例して変化して３００〜３８０ｍ／ｓ程度となるので、超音波信号の反射距離ＯＲ´及びＯＬ´の伝達時間は０．４〜１．８ｍｓ程度となる。
【００１９】
次に、この超音波信号の伝達時間を連続的に測定するため、超音波送信器１９の送信データに送信時刻情報を載せるための方法の一例について図６を参照して説明する。図６は、時刻データを符号化して超音波をキャリア波としてＡＭ変調して使用する方法を示している。ここでは、４０ｋＨｚの超音波を使用し、ＡＭ変調の振幅変化は８周期、時刻データは「０１１１」の４ビット、符号化はＦＭ方式とした場合の例を示す。図６を参照して、（ａ）は４ビットの時刻データ「０１１１」を表し、（ｂ）は送信クロック２．５ｋＨｚを表し、（ｃ）はデータビットの間にクロックビット（クロックタイミング情報）を挿入したＦＭ符号化データ「０１１１１１１１」を表し、（ｄ）は４０ｋＨｚをキャリア波としてＡＭ変調した送信波形を表し、（ｅ）は反射距離ＯＲ´及びＯＬ´を伝播した分だけ遅れた受信波形を表し、（ｆ）はＡＭ復調信号波形を表し、（ｇ）は復調信号に同期したＰＬＯ（フェイズロックド  ループ  オシレータ）出力波形を表し、また、（ｈ）は復調信号をＰＬＯに同期させたリカバリＦＭ符号データを表している。この場合、信号の繰返し周期は３．２ｍｓであり、最大３．２ｍｓまでの伝達時間の測定が可能であり、前述した超音波信号の反射距離ＯＲ´及びＯＬ´の伝達時間０．４〜１．８ｍｓ程度に対して充分な測定周期となっている。
【００２０】
そして、（ｈ）リカバリＦＭ符号データの時刻データビット「０」の部分で同期をとり、これを基準に受信波形各部に付番して送信からの経過時間（伝達時間）を測定することができる。なお、（ｅ）の受信波形は、判りやすくするため、ノイズのない波形で示しているが、実際には、路面Ｒｏは凹凸があり不均一であるため、（ｆ）ＡＭ復調信号にはノイズジッタが含まれるが、ループフィルタで追従するＰＬＯクロックで同期したリカバリ復調信号は、ジッタが平均化されるので、安定した時間測定が可能である。
【００２１】
次に、ＡＢＳユニット１６のロール角演算部１６Ａの構成について、図５を参照して説明する。図５を参照して、ＣＰＵは、内部クロックを分周して４０ｋＨｚのキャリア周波数、２．５ｋＨの送信クロックを生成し、このクロックでＦＭ符号化したデータ列をシリアル通信ポート等から出力し、出力データの全てのエッジ出力時刻を記憶する。送信ドライバは、通信ポートから出力されたデータに基づき、キャリア周波数の振幅を増減して超音波送信器１９に出力する。
【００２２】
超音波受信器２０、２１のセンサ素子は、共振周波数を有するバンドパス特性を有しているものであるが、その出力信号は、超音波以外の低周波ノイズや振動成分を含むので、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）によって低周波及び高周波ノイズを除去して振幅成分を復調する。この復調信号のエッジには、路面Ｒｏの凹凸等によるジッタが含まれているので、ＰＬＯで復調信号のエッジに追従した受信クロックを生成し、ＦＭ符号化データ列のまま同期化する。ＰＬＯは、ＶＣＯ（電圧制御発振器）、位相比較器及びラグリードフィルタ回路等を含み、ＡＭ復調信号のエッジに追従した受信クロックを生成する。この受信クロックでＡＭ復調信号を同期化すると、ジッタを含まないリカバリＦＭ符号データが得られる。
【００２３】
ＣＰＵは、この同期化データと受信クロックを受けて、送信時刻との時間差を得ることができ、受信クロックに「０」から「７」を付番し、記憶した送信時刻と受信クロックの受信時刻から超音波信号の伝達時間を正確に測定することができる。このとき、受信クロックの立上がりエッジのみを使用して０．４ｍｓ周期、立下りエッジも使用すると０．２ｍｓ周期で伝達時間を測定することができ、ブレーキシステムのアンチロック制御等の車両制御においては、充分連続的な測定とみなすことができる。左右の超音波受信器２０、２１に対して、同様な受信回路が設けられている。また、気温によって大気中の音速（超音波信号の伝達速度）が変動するため、気温センサ２３を設けて音速の温度補正を行っている。
【００２４】
なお、以上、ＦＭ符号化及びＡＭ変調を例にとって説明したが、符号化方式はクロック成分を含む方式であればよく、このほか、例えば通信、記憶装置等で一般的に使用されるＭＦＭ、２ｔｏ７等の符号方式を使用することもできる。時刻データは、２ビットの「００」から「１１」までの「０００１１０１１」としてもよく、さらに長い時刻データが必要な場合、ｎビットのＭ系列データを使用することもできる。この場合、３ビットＭ系列データでは、「００１１１０１」の７ビットとすることができ、さらに、先頭に「０」を追加して「０００１１１０１」の８ビットの繰り返しとしてもよい。また、変調方式については、ＦＭ変調、位相変調等を使用することもできる。
【００２５】
このようにして、ロール角θを連続的に測定することができ、ロール角θを含む制御パラメータに基づいてＡＢＳユニット１６の液圧制御装置を制御することによりロール角θに応じて適切なアンチロック制御を実行することができる。このとき、超音波センサユニット１７の取付高さｈが変化に対応することができ。車両制御に適した連続的なロール角測定を行うことができ、また、ＰＬＯによる追従動作によって信号欠落に対するロバスト性を高めることができる。
【００２６】
なお、上記実施形態では、本発明に係るロール角測定装置を自動二輪車のブレーキシステムのアンチロック制御に適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、トラクション制御等にも適用することができ、また、二輪車に限らず四輪車のロール角の検出にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るロール角検出装置の超音波センサユニットを示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るロール角検出装置を組込んだアンチロックブレーキシステムを装備した自動二輪車の概略構成を示す図である。
【図３】図１に示す超音波センサユニットと後輪及び路面との位置関係を示す図である。
【図４】図３において、超音波送信器の位置を原点Ｏとし、左右の超音波受信器位置をそれぞれＸ軸上の点Ｒ、ＬとしてＸ−Ｙ座標上に表した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るロール角検出装置のロール角演算部の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示すロール角演算部によって超音波送信器の送信データに送信時刻情報を載せるための方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
２  車体、１９  超音波送信器、２０、２１  超音波受信器、Ｒｏ  路面
【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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【図６】
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