JP5319357B2 - ジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両 - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車等の鞍乗り型車両の車体フレームにおいて、ジャイロセンサを搭載するに際して、自動二輪車の挙動変化の検出精度を向上させるジャイロセンサの配置に関する。

自動二輪車の走行に対して、車両の加速度，ロール，ヨー，ピッチ等の挙動変化を検出するために搭載されるジャイロセンサは、車両の挙動を安定した状態で得るために、運動中心である車体重心付近に設置することが行われている。
例えば、特許文献１には、自動二輪車のヘッドランプ装置において、旋回走行の開始に合致した適切なタイミングで照射範囲を変更するために、ヨーレート検出用角速度センサ，ロールレート検出用角速度センサ等を備えたバンク角検知手段（ジャイロセンサ）を車両重心付近となるシート下方位置に設けることが記載されている。

特開２００６−１５１２３９号公報

しかしながら、ジャイロセンサは車体の向きを正確に測定するものであるので、シート下方位置に設けた場合、外乱の影響を受け、車両の加速，ロール，ヨー，ピッチが合わさった複雑な動きに対する補正が繁雑となることがあった。
また、ジャイロセンサをシート下方位置に設置すると、エンジンに比較的に近い場所に位置することとなり、出力データにエンジンの点火ノイズが重畳したり、エンジンの放熱による温度の影響を受けることにより、長時間持続して正確で安定した車体挙動の検知を取得することができないという場合が考えられる。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、自動二輪車において、常に正確な車体の状態を把握できるようにジャイロセンサが配置された車体フレームを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、鞍乗り型車両の前輪上方に位置するヘッドパイプと、このヘッドパイプから車両後方に延設されるフレームとで構成される車体フレームにおいて、前記ヘッドパイプ（３）周辺近傍の前方又は後方のいずれかの位置であって、メインフレーム（２ａ）（２ｂ）の連結部（２ｃ）上で底面が水平面上に位置するように、前記鞍乗り型車両の三次元角速度及び角速度変化率を算出することでその挙動を検出するジャイロセンサ（３０）を配置したことを第１の特徴としている。

請求項２は、請求項１のジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両において、前記フレームは、一対のサイドフレーム（２ａ，２ｂ）を備え、前記ヘッドパイプ（３）周辺の後方位置は、前記サイドフレーム（２ａ，２ｂ）間の内側中央であることを第２の特徴としている。

請求項３は、請求項１又は請求項２のジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両において、前記ヘッドパイプ（３）周辺の後方位置は、前記ヘッドパイプ（３）と前記鞍乗り型車両の車体重心位置（５０）との間であることを第３の特徴としている。

請求項４は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両において、前記ジャイロセンサ（３０）は、車体中心軸線上に配置されることを第４の特徴としている。

第１の特徴を有する請求項１の構成によれば、車体フレーム（２）に対して自動二輪車（１）における操舵系と非操舵系の関節として作用するヘッドパイプ（３）付近にジャイロセンサ（３０）を設置することで、車体挙動を安定した状態で正確に取得することができる。
また、自動二輪車のエンジンから離れた位置に設置可能となるので、検出データがエンジンによる影響を受けることを防ぐことが可能となる。

第２の特徴を有する請求項２の構成によれば、車体フレーム（２）のジャイロセンサ（３０）が設置されるヘッドパイプ周辺における後方位置について、ヘッドパイプ（３）から後方両側に延設されるサイドフレーム（２ａ，２ｂ）間の内側中央とすることで、ジャイロセンサ（３０）を外力から保護することができる。

第３の特徴を有する請求項３の構成によれば、車体フレーム（２）のジャイロセンサ（３０）が設置されるヘッドパイプ周辺における後方位置について、ヘッドパイプ（３）と自動二輪車（１）の車体重心位置（５０）との間とすることで、ジャイロセンサ（３０）において外乱に左右されにくいデータを得ることができる。

第４の特徴を有する請求項４の構成によれば、車体中心上に左右対称に配置することによって、車体の挙動を偏りなく検知することができる。

本発明の一実施形態に係る鞍乗り型車両である自動二輪車の側面説明図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車の車体フレーム部分の平面説明図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車の車体フレーム部分の側面説明図である。 車体重心位置を説明するための自動二輪車の平面説明図である。 実施形態の他例を示すもので、（ａ）は自動二輪車の車体フレーム部分の側面説明図、（ｂ）は（ａ）における矢視方向からの平面説明図である。

本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
本発明は、鞍乗り型車両の前輪上方に位置するヘッドパイプと、このヘッドパイプから車両後方に延設されるフレームとで構成される車体フレームにおいて、ジャイロセンサを配置する位置に特徴がある。
自動二輪車を含む鞍乗り型車両の車体フレームは、ヘッドパイプから車体後方に単体のフレームが延設されるもの、ヘッドパイプから車体後方に一対のサイドフレームが延設されるものが存在する。
以下、ヘッドパイプから車体後方に一対のサイドフレームが延設される車体フレームを有する自動二輪車を例に、図１を参照して本発明の実施の形態について説明する。

自動二輪車１のメインフレーム（車体フレーム）２の前端に設けた筒状のヘッドパイプ３内に、略同軸状にステアリングステム４が回動自在に挿入されている。ステアリングステム４には、左右一対のフロントフォーク５が連結されている。

フロントフォーク５の下部には、前輪ＷＦが軸支される。各フロントフォーク５の上部には、それぞれ外側に延設するハンドルバー６が取り付けられ、ステアリングステム４を中心として、ハンドルバー６と一対のフロントフォーク５及び前輪ＷＦとを左右に一体的に回動させるステアリング機構が構成される。
メインフレーム２の中央付近には、後方上方に延びるシートレール７が接合されている。メインフレーム２の上には、燃料タンク８が配置され、前記シートレール７の上には、乗員シート９が配置されている。ステアリングステム４の前部および側部およびメインフレーム２の前部はフロントカウル１０で覆われ、前記シートレール８の上部および側部はリヤカウル１１で覆われている。

メインフレーム２の下方には、エンジン１２が懸架されており、メインフレーム２の後部下方には、ピポット軸１３を中心に上下方向に揺動自在にスイングアーム１４が枢支されている。スイングアーム１４の後端には後輪ＷＲが支持され、この後輪ＷＲは従動スプロケット１５を有しており、エンジン１２の動力が変速機を介して後輪ＷＲに伝達される駆動チェーン１６が従動スプロケット１５に掛け渡されている。
また、スイングアーム１４とメインフレーム２との間にはリンク機構を介して互いを連結するリヤクッションユニット１７が配設されている。

エンジン１２の上方には、吸気管１８及びエアクリーナ１９が配設され、エアクリーナ１９を介して吸入される空気と燃料とから生成される混合気の燃焼によってエンジン１２が駆動される。エンジン１２の燃焼ガスは、気筒毎に設けられた排気管２０によって車体下方の集合管２１に導かれ、車体の側面上方に向かって延設される排気膨張室と消音器とが一体的に形成されたマフラ２２に導かれて排出される。

メインフレーム（車体フレーム）２のヘッドパイプ３の周辺位置には、自動二輪車１の挙動を検出するジャイロセンサ３０が設置され、乗員シート９の下方位置には、ジャイロセンサ３０からの検出信号が入力されて各種制御を行うＥＣＵ２３、及び、ＥＣＵ２３や自動二輪車１に搭載される各種電装品に電源電圧を供給するバッテリ２４が装着されている。ジャイロセンサ３０からの検出信号が入力されたＥＣＵ２３では、例えば、前輪浮きを検知した場合のエンジン出力の制御や、ステアリングダンパを装着した場合の減衰力調整制御等が行われる。

以下、本発明の車体フレーム（メインフレーム）２におけるジャイロセンサ３０の具体的な配置場所について、図２乃至図４を参照しながら説明する。
車体フレームとなるメインフレーム２は、車体の左右に振り分けて配置される一対のサイドフレーム２ａ，２ｂ同士間の先端部上方に、前方に先細となる略三角形状の連結部２ｃを介在させて各部材を接合することで構成される。サイドフレーム２ａ，２ｂは、内部に空間を有する枠体で構成されている。
メインフレーム２の先端位置には、円筒状空間を有するヘッドパイプ３が形成されている。このヘッドパイプ３には、上述したように、ステアリング機構を構成する筒状のステアリングステム４が挿入される。

本発明の特徴的な構成は、メインフレーム（車体フレーム）２のヘッドパイプ３周辺位置に、自動二輪車１の挙動を検出するジャイロセンサ３０を設置するものである。
具体的には、例えば、メインフレーム（車体フレーム）２の連結部２ｃ上でサイドフレーム２ａ，２ｂ間の中央位置（車体中心軸線上）にジャイロセンサ３０ａを設置することで、ヘッドパイプ３の後方位置の近傍にジャイロセンサ３０ａを配置させることができる。ジャイロセンサ３０ａは、底面が水平面上に位置するように連結部２ｃに対して装着されている。

ジャイロセンサ３０ａは、セラミックケースの中に中空状態で圧電素子が保持されることで角速度センサを構成する方形状ユニットから成る。角速度センサは、圧電素子に対して慣性力が加えられた際に、圧電素子が微妙に歪んで発生する電荷を電気信号として取り出すことで、ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向からなる三次元方向の角速度を検知することを可能とし、この角速度に基づいて、自動二輪車１の三次元角度及び角速度変化率を算出する。
三次元方向の角度は、角速度を積分することによって算出されるが、この算出された角度は相対角度であるので、水平面に対する絶対角度を算出するため、加速度センサ（図示せず）によって検知される重力加速度が基準値としても用いられる。

上述の例では、ジャイロセンサ３０ａの設置位置をヘッドパイプ３の後方位置における連結部２ｃ上の位置としたが、ジャイロセンサ３０ａが設置される後方位置は、図４に示すように、ヘッドパイプ３と自動二輪車１の車体重心位置５０との間（車体の前後方向に対して長さＡの範囲）で車体中心軸線上であればよい。車体重心位置５０より後方位置にジャイロセンサを設置した場合、車体ねじれや位相遅れの影響を受けるので適していない。
例えば、連結部２ｃより後方位置にジャイロセンサを設置する場合は、サイドフレーム２ａ，２ｂ間に支持板（図示せず）を装着し、その上部又は下部の中央位置にジャイロセンサ３０ａを固定することで設置すればよい。
ジャイロセンサ３０ａをサイドフレーム２ａ，２ｂ間に装着することで、ジャイロセンサ３０ａの両側にサイドフレーム２ａ，２ｂを配置できるので取り付け剛性を確保することができる。

上述の例では、ジャイロセンサ３０ａの設置位置をヘッドパイプ３の後方位置としたが、ヘッドパイプ３の周辺の前方位置であってもよい。例えば、メインフレーム（車体フレーム）２の先端側に設けたヘッドパイプ３の前面側に、仮想線で示すような、水平面方向に延長される支持板４０を設け、車体中心軸線上の支持板４０上に方形状のジャイロセンサ３０ｂを設置するようにしてもよい。

ヘッドパイプ３の前後の周辺位置や、ヘッドパイプ３と車体重心位置５０との間の位置は、ステアリングステム４による操舵の影響を受けないので、車体の外乱を受けにくく自動二輪車の構造として比較的に安定しているため、ジャイロセンサ３０ａ（３０ｂ）を設置した場合に検出される出力の精度を向上させることができる。

また、これらの位置は、車体のねじれや位相遅れ等の影響が少ない場所であり、更に、ジャイロセンサ３０ａ（３０ｂ）の設置場所をエンジンの搭載位置から離すことができるので、ジャイロセンサ３０ａ（３０ｂ）からの出力データにエンジンノイズが重畳したり、エンジンの放熱による温度の影響を受けることを防止できる。
その結果、ジャイロセンサ３０ａ（３０ｂ）による正確な車体挙動を検出することが可能となり、常に正確な車体の状態を把握することができる。

上述の例では、メインフレーム（車体フレーム）２について、一対のサイドフレーム２ａ，２ｂを有する構成としたが、車体フレームが車体の中央に位置するメインフレーム１本で構成される場合に、本発明を適用することができる。
この場合は、例えば図５に示すように、鞍乗り型車両の前輪上方に位置するヘッドパイプ３から車両後方に延設される１本のメインフレーム（車体フレーム）２において、ヘッドパイプ３の後方のメインフレーム２上にジャイロセンサ３０ｃを配置する。この場合、図４で説明したように、ヘッドパイプ３と鞍乗り型車両の車体重心位置５０との間にジャイロセンサを配置する。
また、ヘッドパイプ３周辺の前方に設けた支持板（例えば、図２及び図３に示した支持板４０）上に、ジャイロセンサ３０ｄを配置してもよい。
また、図２及び図３では、ジャイロセンサ３０ａ，３０ｂの底面が水平面と平行になるように設置したが、図５のようにフレーム上にそのまま設置することでジャイロセンサ３０ｃ，３０ｄの底面が水平面に対して傾斜するものでもよい。

１…自動二輪車、 ２…メインフレーム（車体フレーム）、 ２ａ，２ｂ…サイドフレーム、２ｃ…連結部、 ３…ヘッドパイプ、 ４…ステアリングステム、 ６…ハンドルバー、 ９…乗員シート、 １２…エンジン、 ３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…ジャイロセンサ、 ４０…支持板、 ５０…車体重心位置、 ＷＦ…前輪、 ＷＲ…後輪。

Claims (4)

1. 鞍乗り型車両の前輪上方に位置するヘッドパイプと、このヘッドパイプから車両後方に延設されるフレームとで構成される車体フレームにおいて、
   前記ヘッドパイプ（３）周辺近傍の前方又は後方のいずれかの位置であって、メインフレーム（２ａ）（２ｂ）の連結部（２ｃ）上で底面が水平面上に位置するように、前記鞍乗り型車両の三次元角速度及び角速度変化率を算出することでその挙動を検出するジャイロセンサ（３０）を配置した
   ことを特徴とするジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両。
2. 前記フレームは、一対のサイドフレーム（２ａ，２ｂ）を備え、
   前記ヘッドパイプ（３）周辺の後方位置は、前記サイドフレーム（２ａ，２ｂ）間の内側中央である請求項１に記載のジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両。
3. 前記ヘッドパイプ（３）周辺の後方位置は、前記ヘッドパイプ（３）と前記鞍乗り型車両の車体重心位置（５０）との間である請求項１又は請求項２に記載のジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両。
4. 前記ジャイロセンサ（３０）は、車体中心軸線上に配置される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のジャイロセンサを備えた鞍乗り型車両。

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