WO2019159619A1 - Mobile unit - Google Patents
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- WO2019159619A1 WO2019159619A1 PCT/JP2019/002035 JP2019002035W WO2019159619A1 WO 2019159619 A1 WO2019159619 A1 WO 2019159619A1 JP 2019002035 W JP2019002035 W JP 2019002035W WO 2019159619 A1 WO2019159619 A1 WO 2019159619A1
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- B62K25/04—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork
- B62K25/06—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with telescopic fork, e.g. including auxiliary rocking arms
- B62K25/08—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with telescopic fork, e.g. including auxiliary rocking arms for front wheel
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- B62K19/00—Cycle frames
- B62K19/30—Frame parts shaped to receive other cycle parts or accessories
- B62K19/32—Steering heads
Definitions
- the present invention relates to a moving body such as a motorcycle.
- a moving body such as a two-wheeled vehicle is configured so that a trail length can be changed as seen in, for example, Patent Documents 1 and 2.
- the posture control of the vehicle body is performed by the steering control of the front wheels while the trail length is controlled to a small trail length such as a negative trail length.
- the trail length is controlled to be a positive trail length in the same manner as in a normal two-wheeled vehicle, thereby realizing the same running characteristics as in a normal two-wheeled vehicle.
- the positive trail length is the trail length when the intersection of the front wheel steering axis and the road surface is located in front of the front wheel grounding point
- the negative trail length is the front wheel steering axis and the road surface. This is the trail length when the intersection is located behind the ground contact point of the front wheel.
- a normal two-wheeled vehicle having a positive trail length naturally generates a steering moment around the steering axis so as to turn the front wheel toward the turning direction side due to so-called self-steering characteristics during turning.
- the steering torque corresponding to the steering moment acts on the steering operation portion (handle).
- an object of the present invention is to provide a moving body capable of changing the trail length and capable of realizing the same steering characteristics as a normal two-wheeled vehicle during turning.
- a moving body includes a vehicle body and front and rear wheels arranged at intervals in the front-rear direction of the vehicle body, and the front wheels are steered around a steering axis.
- a movable body including a steering operation unit for a driver to steer the front wheel, A front wheel support mechanism having a trail length variable mechanism for changing the trail length of the front wheel and configured to support the front wheel so as to be steerable around the steering axis;
- a steering actuator for generating a driving force for steering the front wheels;
- a trail length changing actuator for generating a driving force for changing the trail length of the front wheel;
- a control device for controlling the steering actuator and the trail length changing actuator, The control device is configured to control the steering actuator so as to apply a steering torque in the same direction as the steering direction of the front wheels to the steering operation unit (first invention).
- the trail length variable mechanism may be configured to change the trail length of the front wheel between a positive upper limit trail length and a negative lower limit trail length.
- the control device is configured to control the steering actuator so as to apply the steering torque to the steering operation unit at least in a state where the trail length of the front wheel is a negative trail length. It is preferable (2nd invention).
- the positive trail length (including the positive upper limit trail length) is the posture state when the moving body travels straight on a horizontal ground surface (specifically, the moving body is the center of the axle of the front wheel). Trail when the intersection of the steering axis and the grounding surface is located in front of the grounding point of the front wheel with the line parallel to the axle centerline of the rear wheel and standing on a horizontal grounding surface)
- the long and negative trail length (including the negative lower limit trail length) means the trail length when the intersection of the steering axis and the ground contact surface is located behind the ground contact point of the front wheels.
- the steering operation is performed. Almost no steering torque is generated with respect to the portion, or a steering torque in the direction opposite to the steering direction of the front wheels acts on the steering operation portion.
- the steering torque in the same direction as the steering direction of the front wheels is applied to the steering operation portion even when the trail length of the moving body is a negative trail length by operating the steering actuator. Can be granted.
- the same steering torque as in the state where the trail length of the moving body is a positive trail length can be applied to the steering operation section.
- the control device controls the trail length changing actuator to change the trail length of the front wheel from a negative trail length to a positive trail length as the traveling speed of the moving body increases.
- the control device is configured to control the steering actuator so as to weaken the steering torque as the traveling speed increases (third invention).
- control device is configured to determine the steering torque in accordance with an observed value of the steering angle of the front wheels (fourth invention).
- the control device determines the relationship between the steering angle of the front wheel when the trail length of the front wheel is a positive predetermined value and the torque acting on the steering operation unit according to the steering angle. It is preferable that stored correlation data is stored and the steering torque is determined based on the correlation data from the observed value of the steering angle of the front wheels (fifth invention).
- FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4.
- FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. 5.
- the block diagram which shows the structure regarding the control of the two-wheeled vehicle of embodiment The block diagram which shows the main functions of the control apparatus shown in FIG.
- position control calculating part shown in FIG. 13A, 13B, and 13C are graphs for explaining the processing of the control gain determination unit shown in FIG.
- FIG. 1 schematically shows a two-wheeled vehicle 1 as a representative example of a moving body including a vehicle body 2 and a front wheel 3f and a rear wheel 3r arranged at intervals in the front-rear direction of the vehicle body 2 in a side view.
- the rear wheel 3 r viewed from the rear side of the two-wheeled vehicle 1 and the front wheel 3 f viewed from the front side of the two-wheeled vehicle 1 are shown together on the left and right sides of the two-wheeled vehicle 1 in a side view. ing.
- the front wheel 3 f is rotatably supported by a front wheel support mechanism 4 provided at the front portion of the vehicle body 2.
- the front wheel support mechanism 4 can be constituted by a front fork, for example.
- the front wheel 3f is a steerable wheel that can be steered (rotatable) about a steered steering axis Csf.
- the steering axis Csf is tilted backward because the steering axis Csf is positioned so that the upper side of the steering axis Csf is relatively rearward in the longitudinal direction of the vehicle body 2 than the lower side of the steering axis Csf. It means that it is inclined and extended.
- the rear wheel 3r is rotatably supported by a rear wheel support mechanism 5 provided at the rear part of the vehicle body 2.
- the rear wheel support mechanism 5 can be constituted by, for example, a swing arm or the like.
- the rear wheel 3r is a non-steering wheel.
- the front wheel 3 is rotated around the steering axis Csf according to the steering (rotation around the steering axis Csf) of the front wheel 3f in a state where the steering force is not applied from the handle (not shown in FIG. 1).
- the moment Mstr generated in the following (hereinafter referred to as the steering moment Mstr) will be described below.
- the steering moment Mstr corresponds to a moment generated by a so-called self-steer characteristic of a two-wheeled vehicle.
- the two-wheeled vehicle 1 travels straight on a horizontal ground surface 110 (road surface) (an attitude in which the axle centerline of the front wheel 3f is parallel to the axle centerline of the rear wheel 3r). ) Is called a reference posture state of the motorcycle 1. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the front-rear direction, the left-right direction (vehicle width direction), and the height direction (vertical direction) of the vehicle body 2 of the two-wheeled vehicle 1 in the reference posture state are set in the X-axis direction of the XYZ coordinate system. , Y-axis direction and Z-axis direction.
- the steering moment Mstr is the gravity acting on the front wheel side portion of the two-wheeled vehicle 1 (specifically, the portion including the front wheel 3f and capable of rotating with the front wheel 3f around the steering axis Csf), It is considered that the dependence on the road surface reaction force (contact load) acting on the front wheel 3f out of the road surface reaction forces acting on the front wheel 3f and the rear wheel 3r against the gravity acting on the entire motorcycle 1 is high.
- G in FIG. 1 exemplarily shows the overall center of gravity of the two-wheeled vehicle 1
- Gf shows the center of gravity of the front wheel side portion (hereinafter referred to as the front wheel side center of gravity).
- the dynamic model representing the relationship between the steering angle ⁇ f (rotation angle around the steering axis Csf) of the front wheel 3f and the steering moment Mstr is approximately expressed by It can be expressed by (1).
- “*” means a multiplication symbol.
- m in the equation (1) is the total mass of the motorcycle 1 (mass point mass of the overall center of gravity G), g is the gravitational acceleration constant, and Lf is the motorcycle 1 in the reference posture state.
- intersection point Ef is not limited to being located above the ground contact surface 110 as shown in FIG. 1, but depending on the positional relationship between the steering axis Csf and the front wheel 3f, In some cases, it is located below the ground plane 110.
- the intersection point Ef is located above the ground plane 110 (in other words, the intersection point between the steering axis Csf and the ground plane 110 is shown in FIG. 1).
- the polarity of the height a in the case where the front wheel 3f is located on the front side of the grounding point) is positive (a> 0)
- the intersection point Ef is located on the lower side of the grounding surface 110 (in other words, The polarity of the height a at the intersection of the steering axis Csf and the ground contact surface 110 is located behind the ground contact point of the front wheel 3f) is negative (a ⁇ 0).
- Rf in equation (1) is the curvature radius of the cross-sectional shape of the front wheel 3f at the position of the ground contact point of the front wheel 3f in the reference posture state
- hgf is the contact of the front wheel side center of gravity Gf of the motorcycle 1 in the reference posture state.
- the height from the ground 110, h is the height from the ground contact surface 110 of the overall center of gravity G of the two-wheeled vehicle 1 in the reference posture
- I is the axis Crol in the front-rear direction (X-axis direction) passing through the overall center of gravity G.
- the overall moment of inertia of the motorcycle 1 (hereinafter referred to as overall inertia I), ⁇ cf, is a caster angle as an inclination angle of the steering axis Csf (inclination angle with respect to the Z-axis direction).
- the steering angle ⁇ f of the front wheel 3f in the reference posture state of the two-wheeled vehicle 1 (hereinafter simply referred to as the front wheel steering angle ⁇ f) is zero, the forward direction of the front wheel steering angle ⁇ f, and the steering moment
- the positive direction of Mstr is the direction in which the front wheel 3f rotates counterclockwise around the steering axis Csf when the two-wheeled vehicle 1 in the reference posture is viewed from above.
- ⁇ f in the equations (2-1) to (2-8) is the inclination angle of the front wheel 3f in the roll direction (direction around the X axis), and ef is the roll direction of the front wheel 3f.
- the amount of movement of the intersection Ef in the lateral direction (Y-axis direction) associated with the inclination (inclination from the reference attitude state), pf is the front wheel 3f in accordance with the inclination of the front wheel 3f in the roll direction (inclination from the reference attitude state).
- pgf is the amount of movement of the front wheel side center of gravity Gf in the lateral direction (Y-axis direction) accompanying the inclination of the front wheel 3f in the roll direction (inclination from the reference posture state)
- Ff is the road surface reaction force (ground contact load) acting on the front wheel 3f out of the road surface reaction forces acting on the front wheel 3f and the rear wheel 3r against the gravity acting on the entire motorcycle 1
- Mef is the front wheel side center of gravity Gf.
- the inclination angles ⁇ f and ⁇ b in the reference posture state of the motorcycle 1 are zero, and the positive directions of the inclination angles ⁇ f and ⁇ b and the moment Mef are clockwise when the motorcycle 1 is viewed from the back side. is there. Further, the positive directions of the movement amounts ef, pf, and pgf are leftward directions when the two-wheeled vehicle 1 is viewed from the back side.
- Expressions (2-1), (2-2), and (2-3) are the same expressions as Expressions (8), (11), and (16) described in Patent Documents 1 and 2, respectively. is there.
- the expression (1) is rewritten into the expression (3) when variables kstr and astr defined by the following expressions (3a) and (3b) are introduced.
- a trail length t (see FIG. 1), which is a distance from the contact point of the front wheel 3f, of the intersection point of the steering axis Csf and the contact surface 110 in the reference posture state of the two-wheeled vehicle 1, and the height a of the intersection point Ef,
- the polarity of the trail length t is the same as the polarity of the height a of the intersection Ef, and the intersection of the steering axis Csf of the two-wheeled vehicle 1 in the reference posture state and the ground plane 110 is shown in FIG.
- the trail length t is positive (t> 0) when located on the front side of the ground point of the front wheel 3f, and the intersection of the steering axis Csf and the ground surface 110 is behind the ground point of the front wheel 3f.
- the trail length t when positioned is negative (t ⁇ 0).
- the steering moment Mstr is proportional to the front wheel steering angle ⁇ f when the trail length t is constant (when the height a is constant). Further, when the front wheel steering angle ⁇ f is constant, the magnitude and polarity (direction) of the steering moment Mstr change according to the trail length t.
- the value of the variable kstr is generally a positive value, when focusing on the ratio Mstr / ⁇ f between the steering moment Mstr and the front wheel steering angle ⁇ f (where ⁇ f ⁇ 0), the ratio Mstr / ⁇ f The value changes as shown in the graph of FIG. 3, for example, with respect to the change in the trail length t.
- the traveling speed of the two-wheeled vehicle 1 is relatively low (including the stopped state)
- the posture of the vehicle body 2 in the roll direction (roll) is controlled by steering control of the front wheels 3f.
- the trail length t is preferably set to a negative value, for example.
- the steering moment Mstr corresponding to the steering of the front wheels 3f around the steering axis Csf. Or a steering moment Mstr having a polarity (direction) opposite to the polarity (reverse direction) of the front wheel steering angle ⁇ f is generated.
- the torque acting from the front wheel 3f side on the steering operation part such as a handle for the driver to steer the front wheel 3f is also the same as the steering moment Mstr.
- the steering moment having the same polarity as the front wheel steering angle ⁇ f (in the same direction) as in the case where the trail length t is set to a positive value.
- Steering control of the front wheels 3f is executed so that Mstr is generated around the steering axis Csf (and thus the same torque as the steering moment Mstr is applied to the steering operation unit such as a steering wheel).
- the moving body 1 ⁇ / b> A of the present embodiment is a two-wheeled vehicle including a vehicle body 2, and front wheels 3 f and rear wheels 3 r arranged at intervals in the front-rear direction of the vehicle body 2.
- the moving body 1A is referred to as a motorcycle 1A.
- the seat 6 on which the driver sits is mounted on the upper surface of the vehicle body 2.
- the front part of the vehicle body 2 includes a front wheel support mechanism 4 that pivotally supports the front wheel 3f, a steering handle 7 that can be gripped by a driver seated on the seat 6, and an actuator 8 that generates a driving force for steering the front wheel 3f (hereinafter referred to as the steering wheel 7). , Sometimes referred to as a steering actuator 8).
- the front wheel support mechanism 4 includes a trail length variable mechanism 9 which is a mechanism for changing the trail length t of the front wheel 3f, and a front fork 10 including a suspension mechanism such as a damper.
- the front wheel 3f is pivotally supported via a bearing or the like at the lower end of the front fork 10 so as to be able to rotate around its axle centerline.
- the trail length variable mechanism 9 is configured as shown in FIGS. 5 and 6, for example.
- the trail length variable mechanism 9 includes a frame-like steering rotating portion 12 rotatably supported by a head pipe 11 provided at the front end portion of the vehicle body 2, and a hinge mechanism 13 provided to the steering rotating portion 12.
- a frame-like rocking portion 14 that is assembled so as to be freely rockable via an actuator 15 and an actuator 15 that generates a driving force for rocking the rocking portion 14 (hereinafter, referred to as a trail length changing actuator 15).
- a crank mechanism 16 that swings the swinging portion 14 with respect to the steering rotating portion 12 by the driving force of the actuator 15.
- the axis of the head pipe 11 is the steering axis Csf of the front wheel 3f, and the head pipe 11 is fixed to the front end of the vehicle body 2 so that the steering axis Csf tilts backward.
- the steering rotation unit 12 is arranged so that the head pipe 11 is sandwiched between the upper end portion and the lower end portion thereof, and the head pipe so that it can rotate around the steering axis Csf with respect to the head pipe 11. 11 is fitted.
- the oscillating portion 14 is disposed on the front side of the steering rotation portion 12, and an upper end portion thereof is connected to an upper end portion of the steering rotation portion 12 by a hinge mechanism 13.
- the front fork 10 extends downward from the lower end of the swinging portion 14.
- the swinging portion 14 can rotate integrally with the steering rotating portion 12 around the steering axis Csf together with the front fork 10 and the front wheel 3f. It can swing around the rotation axis.
- the rotational axis of the hinge mechanism 13 (the center axis of the swing of the swinging portion 14) extends in the left-right direction (vehicle width direction) of the vehicle body 2. Accordingly, the swinging portion 14 swings in the pitch direction with respect to the steering rotating portion 12 in the reference posture state of the two-wheeled vehicle 1A.
- the reference posture state of the two-wheeled vehicle 1A is a straight traveling posture (the axle centerline of the front wheel 3f is parallel to the axle centerline of the rear wheel 3r) on the horizontal ground surface 110, similarly to the reference posture state of the two-wheeled vehicle 1 of FIG. Standing posture).
- the trail length changing actuator 15 is constituted by an electric motor mounted on the swinging portion 14, and outputs a rotational driving force via a speed reducer 17. More specifically, in the example of the present embodiment, a trail length changing actuator 15 and a speed reducer 17 are arranged at an upper portion and a lower portion inside the swinging portion 14, respectively. It is fixed to the swing part 14.
- the speed reducer 17 may have an arbitrary structure such as a harmonic drive (registered trademark) or a plurality of gears.
- the output shaft of the trail length changing actuator 15 is connected to the input shaft of the speed reducer 17 via a power transmission mechanism 18 constituted by a pulley / belt mechanism or the like.
- a power transmission mechanism 18 constituted by a pulley / belt mechanism or the like.
- the trail length changing actuator 15 includes an electric lock mechanism 15a that holds its output shaft in a non-rotatable state.
- the lock mechanism 15a can be constituted by a friction brake mechanism or the like.
- the power transmission mechanism 18 may have a function as a speed reducer, and the speed reducer 17 may be omitted.
- the speed reducer 17 may be omitted.
- the rotational driving force of the trail length changing actuator 15 is directly input to the speed reducer 17. May be.
- the trail length changing actuator 15 may be constituted by a hydraulic actuator.
- the crank mechanism 16 includes a pair of crank arms 19 a and 19 b provided to rotate integrally with the output shaft of the speed reducer 17, and a connecting rod 20 that connects the crank arms 19 a and 19 b to the steering rotation unit 12. .
- crank arms 19a and 19b are arranged inside the swinging portion 14 so as to face each other with a space in the axial direction of the output shaft of the speed reducer 17.
- One crank arm 19a has a portion near one end fixed to the output shaft of the speed reducer 17 and is rotatable with the output shaft.
- crank arm 19b is provided with a support shaft 21 fixed coaxially with the output shaft of the speed reducer 17 at a portion near one end thereof.
- the crank arm 19b is pivotally supported by the bearing portion 22 fixed to the swinging portion 14 via the support shaft 21 so as to be rotatable.
- One end of the connecting rod 20 is rotatably supported on the eccentric shaft 23 between the crank arms 19a and 19b.
- the other end of the connecting rod 20 is rotatably supported by a support shaft 24 that is fixed to the steering rotation unit 12 inside the steering rotation unit 12.
- the axial center direction of the support shaft 24 is parallel to the axial center of the eccentric shaft 23.
- the trail length variable mechanism 9 is configured as described above. For this reason, the front wheel 3f is steered around the steering axis Csf by rotating the steering rotating part 12 and the swinging part 14 of the variable trail length mechanism 9 around the steering axis Csf.
- the swinging portion 14 is hinged with respect to the steering rotating portion 12. It swings around a rotation axis of the mechanism 13 within a predetermined angle range.
- the front wheel 3 f also swings around the rotational axis of the hinge mechanism 13. For this reason, the front wheel 3 f is displaced in the front-rear direction with respect to the vehicle body 2.
- the contact point of the front wheel 3 f is displaced in the front-rear direction within a predetermined range with respect to the intersection of the steering axis Csf and the contact surface 110.
- the trail length t changes within a predetermined range.
- the front wheel 3f can be displaced in the front-rear direction between the state indicated by a solid line in FIG. 4 and the state indicated by a two-dot chain line, for example, as the swinging portion 14 swings.
- the displacement state of the front wheel 3f indicated by a solid line in FIG. 4 is a state where the trail length t is a negative value tn
- the displacement state of the front wheel 3f indicated by a two-dot chain line is a state where the trail length t is a positive value tp. It is. Therefore, the trail length t can be changed within a range between the lower limit value tn ( ⁇ 0) and the upper limit value tp (> 0).
- the lower limit value tn is referred to as a lower limit trail length tn
- the upper limit value tp is referred to as an upper limit trail length tp.
- the lock mechanism 15a mechanically holds the output shaft of the trail length changing actuator 15 in a non-rotatable state, so that the swinging portion 14 cannot swing relative to the steering rotating portion 12. Retained.
- the trail length t can be mechanically fixedly held (locked) without controlling the driving force of the trail length changing actuator 15.
- the trail length changing actuator 15 is provided with the lock mechanism 15a.
- the lock mechanism 15a for example, the output shaft of the speed reducer 17 or the crank arms 19a, 19b is held unrotatable. You may make it equip the output side of the reduction gear 17 with the locking mechanism to perform.
- the steering actuator 8 generates a rotational driving force for rotating the front wheel 3f around the steering axis Csf as a driving force for steering the front wheel 3f.
- the steering actuator 8 is constituted by an electric motor.
- the housing of the steering actuator 8 is fixed to the vehicle body 2.
- the output shaft of the steering actuator 8 is connected to the lower end portion of the steering rotation unit 12 via a power transmission mechanism 25 constituted by a pulley / belt mechanism or the like.
- a rotational driving force around the steering axis Csf is applied from the steering actuator 8 to the steering rotation unit 12 via the power transmission mechanism 25.
- the power transmission mechanism 25 also has a deceleration function.
- the front wheel support mechanism 4 including the trail length variable mechanism 9 and the front fork 10 is rotationally driven together with the front wheels 3f around the steering axis Csf.
- the front wheel 3 f is steered by the rotational driving force of the steering actuator 8.
- the torque generated around the steering axis Csf can be adjusted by adjusting the rotational driving force of the steering actuator 8.
- the power transmission mechanism 25 incorporates a steering clutch 8 a that is a clutch mechanism for appropriately interrupting power transmission between the steering actuator 8 and the steering rotation unit 12.
- the steering clutch 8a is configured by, for example, an electromagnetic clutch.
- the steering actuator 8 is not limited to an electric motor, and may be constituted by, for example, a hydraulic actuator.
- the steering handle 7 has a function as a steering operation unit for the driver to perform the steering operation of the front wheels 3f, and is assembled to the steering rotation unit 12 of the trail length variable mechanism 9. Specifically, the steering handle 7 is fixed to the upper end portion of the steering rotation unit 12 via a support column 26 so as to rotate about the steering axis Csf integrally with the steering rotation unit 12. As a result, the driver can perform the steering operation of the front wheel 3 f by rotating the steering handle 7. Although not shown in detail, the steering handle 7 is assembled with an accelerator grip, a brake lever, a direction indicator switch, and the like, as in a normal motorcycle handle.
- An actuator 27 that rotates the front wheel 3f around its axle center line Cf is mounted on the axle of the front wheel 3f.
- the actuator 27 has a function as a prime mover that generates the propulsive force of the motorcycle 1A.
- the actuator 27 (hereinafter sometimes referred to as a travel actuator 27) is configured by an electric motor (an electric motor with a speed reducer).
- the travel actuator 27 may be constituted by, for example, a hydraulic actuator instead of the electric motor.
- the travel actuator 27 may be constituted by an internal combustion engine.
- the traveling actuator 27 may be mounted on the vehicle body 2 at a position away from the axle of the front wheel 3f, and the traveling actuator 27 and the axle of the front wheel 3f may be connected by an appropriate power transmission device.
- an actuator for rotationally driving the rear wheel 3r may be provided instead of the travel actuator 27, or in addition to the travel actuator 27, an actuator for rotationally driving the rear wheel 3r may be provided.
- the rear wheel support mechanism 5 that rotatably supports the rear wheel 3r is assembled to the rear portion of the vehicle body 2.
- the rear wheel support mechanism 5 includes a swing arm 28 and a suspension mechanism 29 configured by a coil spring, a damper, and the like.
- these mechanical structures for example, the same structure as a rear wheel support mechanism of a normal motorcycle can be adopted.
- the rear wheel 3r is pivotally supported at the end of the swing arm 28 (the end on the rear side of the vehicle body 2) via a bearing or the like so as to be able to rotate around the axle center line.
- the rear wheel 3r is a non-steered wheel.
- the two-wheeled vehicle 1A is used for controlling the operation of the steering actuator 8, the steering clutch 8a, the trail length changing actuator 15, the lock mechanism 15a, and the traveling actuator 27, as shown in FIG. A control device 50 that executes control processing is provided.
- the two-wheeled vehicle 1A uses a vehicle body inclination detector 51 that detects the inclination angle ⁇ b of the vehicle body 2 in the roll direction and a front wheel steering angle ⁇ f as sensors for detecting various state quantities necessary for the control processing of the control device 50.
- a front wheel steering angle detector 52 for detecting, a trail length detector 53 for detecting the trail length, a front wheel rotational speed detector 54 for detecting the rotational speed (angular speed) of the front wheel 3f, and the rotational speed (angular speed) of the rear wheel 3r.
- an accelerator operation detector 56 that detects an accelerator operation amount that is an operation amount (rotation amount) of the accelerator grip of the steering handle 7.
- the vehicle body inclination detector 51 is constituted by an inertial sensor including, for example, an acceleration sensor and a gyro sensor (angular velocity sensor), and is assembled to the vehicle body 2.
- the control device 50 measures the tilt angle ⁇ b in the roll direction of the vehicle body 2 (more specifically, the tilt angle in the roll direction with respect to the vertical direction (gravity direction)) based on the output of the inertial sensor.
- the measurement method for example, a strap-down method or the like can be employed.
- the vehicle body inclination detector 51 may include a processing unit (processor or the like) that performs a measurement process of the inclination angle ⁇ b of the vehicle body 2 in the roll direction.
- the front wheel steering angle detector 52 includes, for example, a steering actuator 8 (electric motor), a power transmission mechanism 25, or a detector such as a rotary encoder or resolver assembled to the steering rotation unit 12. A detection signal corresponding to the rotation angle of the output shaft or steering rotation unit 12 is output.
- a steering actuator 8 electric motor
- a power transmission mechanism 25 or a detector such as a rotary encoder or resolver assembled to the steering rotation unit 12.
- a detection signal corresponding to the rotation angle of the output shaft or steering rotation unit 12 is output.
- the trail length detector 53 includes, for example, a trail length changing actuator 15 (electric motor) or a detector such as a rotary encoder or resolver assembled to the speed reducer 17, and the trail length changing actuator 15 or the speed reducer 17.
- a detection signal corresponding to the rotation angle of the output shaft is output.
- the trail length t is defined according to the swing amount of the swing portion 14 with respect to the steering rotation portion 12 of the trail length variable mechanism 9 (the rotation angle around the rotation axis of the hinge mechanism 13). . Further, the swing amount of the swing portion 14 is defined according to the rotation angle of the crank arms 19a and 19b. Further, the rotation angles of the crank arms 19 a and 19 b are defined according to the rotation angle of the output shaft of the trail length changing actuator 15.
- the trail length t can be detected from the output of the trail length detector 53 (detection signal corresponding to the rotation angle of the output shaft of the trail length changing actuator 15 or the speed reducer 17).
- the trail length detector 53 may be provided so as to be able to detect, for example, the swing amount of the swing portion 14.
- the front wheel rotational speed detector 54 is constituted by, for example, a detector such as a rotary encoder or resolver assembled on the axle of the front wheel 3f, and outputs a detection signal corresponding to the rotational angle or rotational angular speed of the front wheel 3f.
- the rear wheel rotational speed detector 55 is constituted by, for example, a detector such as a rotary encoder assembled to the axle of the rear wheel 3r, and outputs a detection signal corresponding to the rotational angle or rotational angular speed of the rear wheel 3r.
- the accelerator operation detector 56 is constituted by detectors such as a rotary encoder and a potentiometer built in the steering handle 7, and outputs a detection signal corresponding to the rotation angle or the rotation angular velocity of the accelerator grip.
- the control device 50 includes one or more electronic circuit units including a microcomputer, a memory, an interface circuit, and the like, and is assembled to the vehicle body 2.
- the outputs (detection signals) of the detectors 51 to 56 are input to the control device 50.
- the XYZ coordinate system is the same as in the case of the two-wheeled vehicle 1 in FIG. 1, the front-rear direction, the left-right direction (vehicle width direction), and the height direction (vertical direction) Are coordinate systems in which the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are used (see FIG. 3).
- the subscript “_act” attached to the reference symbol of the state quantity is used as a code indicating an actual value or an observed value (detected value or estimated value).
- the subscript “_cmd” is added to the target value.
- the relationship between the overall inertia I (the moment of inertia around the axis in the X-axis direction passing through the overall center of gravity G) of the motorcycle 1A is expressed by the following equations (6a) to (6d).
- m1 + m2 m (6a)
- m1 * c m2 * h (6b)
- m1 * c 2 + m2 * h 2 I
- c h′ ⁇ h (6d)
- the control device 50 basically has a control process (inverted pendulum mass point 123) based on the above-described two-mass system dynamic model, as described in Patent Documents 1 and 2.
- the steering control of the front wheel 3f is performed by a control process in consideration of the motion state of the front wheel 3f.
- the control device 50 performs the steering control so that the required steering moment Mstr can be generated.
- the control device 50 has, as main functions realized by the implemented hardware configuration and program (software configuration), the Y-axis direction of the inverted pendulum mass point 123 of the dynamic model (the vehicle body 2 Inverted pendulum mass lateral movement estimated value (hereinafter referred to as an inverted pendulum mass point lateral movement estimated value Pb_diff_y_act) is calculated as an inverted pendulum mass lateral movement Pb_diff_y actual value Pb_diff_y
- the estimated value of the actual value Vby_act of the inverted pendulum mass point lateral velocity Vby which is the translational velocity of the unit 31 and the inverted pendulum mass point 123 in the Y-axis direction (left and right direction of the vehicle body 2) (hereinafter referred to as the inverted pendulum mass point lateral velocity estimated value Vby_act)
- an estimated value of the actual value Vox_act of the vehicle speed Vox (traveling speed) of the two-wheeled vehicle 1A (hereinafter referred to as an
- target value Pb_diff_y_cmd (hereinafter referred to as target inverted pendulum mass point lateral movement amount Pb_diff_y_cmd) and inverted pendulum mass point lateral speed Vby_cmd (hereinafter referred to as target inverted)
- a target posture state determination unit 34 that determines a pendulum mass point lateral velocity Vby_cmd), a control gain determination unit 35 that determines values of a plurality of gains K1, K2, K3, K4, and K5 for posture control of the vehicle body 2
- a target vehicle speed determination unit 36 that determines a target value Vox_cmd (hereinafter referred to as a target vehicle speed Vox_cmd) of the vehicle speed Vox of the motorcycle 1A, and a target trail length determination that determines a target value t_cmd (hereinafter referred to as a target trail length t_cmd) of the trail length t.
- control device 50 executes a calculation process for attitude control of the vehicle body 2 to thereby obtain a target value ⁇ f_cmd of the front wheel steering angle ⁇ f (hereinafter referred to as a target front wheel steering angle ⁇ f_cmd) and the time of the front wheel steering angle ⁇ f.
- the target value ⁇ f_dot_cmd (hereinafter referred to as target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd) of the front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot that is the rate of change and the target value ⁇ f_dot2_cmd (hereinafter referred to as target front wheel steering) of the front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2 that is the temporal change rate of the front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot
- a posture control calculation unit 39 that determines an angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd).
- the steering control of the front wheels 3f via the steering actuator 8 (and consequently the posture of the vehicle body 2 in the roll direction) is performed by operating a predetermined mode setting switch (not shown) provided in the motorcycle 1A.
- the driver can selectively set the control device 50 as to whether or not to execute the control.
- control device 50 performs the processing of each functional unit shown in FIG. 7 at a predetermined control processing cycle when the two-wheeled vehicle 1A stops and travels in a state in which the mode for performing the steering control of the front wheels 3f is selected. Run sequentially.
- the control device 50 controls the steering actuator 8 in accordance with the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd, the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd, and the target front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd determined by the attitude control calculation unit 39.
- control device 50 controls the trail length changing actuator 15 according to the target trail length t_cmd determined by the target trail length determination unit 37. Further, the control device 50 controls the travel actuator 27 in accordance with the target vehicle speed Vox_cmd determined by the target vehicle speed determination unit 36.
- control processing of the control device 50 control processing in a state where the mode for performing the steering control of the front wheels 3f is selected.
- the value of the parameter h ′ related to the above-described two-mass dynamic model and the values of the parameters ⁇ cf, Lf, and Lr related to the specifications of the motorcycle 1 are used.
- the values of these parameters h ′, ⁇ cf, Lf, Lr are predetermined set values (fixed values), and are stored and held in the memory of the control device 50.
- the control device 60 includes a target vehicle speed determining unit 36, a standard steering moment determining unit 38, a vehicle speed estimated value calculating unit 33, a target posture state determining unit 34, and an inverted pendulum mass point lateral movement estimated value calculating unit 31 in each control processing cycle. Processing is performed as described below.
- the detected value of the accelerator operation amount indicated by the output of the accelerator operation detector 56 is input to the target vehicle speed determination unit 36. Then, the target vehicle speed determination unit 36 determines the target vehicle speed Vox_cmd from the detected value of the accelerator operation amount using a map or an arithmetic expression created in advance. In this case, the target vehicle speed Vox_cmd is determined so as to increase as the accelerator operation amount increases within a predetermined maximum value or less.
- the target vehicle speed Vox_cmd depends on the detected value of the brake operation amount or both of the detected value of the brake operation amount and the detected value of the accelerator operation amount. It may be determined by a map or an arithmetic expression.
- the vehicle speed estimated value calculation unit 33 is identified from the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act indicated by the output of the front wheel steering angle detector 52 and the detected value of the rotational angular velocity of the front wheel 3f indicated by the output of the front wheel rotational speed detector 54.
- the estimated value of the rotational movement speed Vf_act of the front wheel 3f (specifically, the movement speed calculated by multiplying the detected value of the rotational angular speed of the front wheel 3f by the predetermined effective rotation radius of the front wheel 3f) is input.
- the vehicle speed estimated value calculation unit 33 calculates the vehicle speed estimated value Vox_act from the input detection value of the front wheel steering angle ⁇ f_act and the estimated value of the rotational movement speed Vf_act of the front wheel 3f by the following equation (7), for example. .
- Vox_act Vf_act * cos ( ⁇ f_act * cos ( ⁇ cf)) (7)
- the vehicle speed estimated value Vox_act calculated in this way corresponds to the X-axis direction component of the estimated value of the rotational movement speed Vf_act of the front wheel 3f.
- the estimated value of the rotational movement speed of the rear wheel 3r specified from the detected value of the rotational angular speed of the rear wheel 3r indicated by the output of the rear wheel rotational speed detector 55 (specifically, the detected value of the rotational angular speed of the rear wheel 3r). May be obtained as the vehicle speed estimated value Vox_act).
- the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act is input to the standard steering moment determination unit 38. Then, the standard steering moment determination unit 38 determines the standard steering moment Mstr_nml from the input detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act based on correlation data such as a map or a calculation formula created in advance.
- the correlation data is correlation data representing the relationship between the front wheel steering angle ⁇ f and the standard steering moment Mstr_nml, and is stored and held in the control device 50 in advance.
- the standard steering moment Mstr_nml determined on the basis of the correlation data is a standard positive trail length (for example, the trail length t_nml shown in FIG. 3).
- the steering moment Mstr generated according to the front wheel steering angle ⁇ f is matched or substantially matched. It is determined.
- the relationship between the front wheel steering angle ⁇ f defined by the equation (5) and the steering moment Mstr is the correlation data.
- the standard steering moment Mstr_nml corresponding to the front wheel steering angle ⁇ f is determined based on the correlation data.
- the standard trail length tnml for example, a trail length similar to that of a normal motorcycle can be adopted.
- the upper limit trail length tp is the standard trail length tnml.
- the relationship between the steering moment Mstr generated according to the steering of the front wheel 3f and the front wheel steering angle ⁇ f is measured.
- the correlation data for determining the standard steering moment Mstr_nml may be created based on the actually measured data. Further, it is more desirable to determine the standard steering moment Mstr_nml in consideration of the influence of the tilt angle ⁇ b in the roll direction of the vehicle body 2 caused by disturbance.
- the value (reference value) of the standard steering moment Mstr_nm obtained based on the correlation data is set according to the inverted pendulum mass point lateral movement estimated value Pb_diff_y_act calculated as described later (or the tilt angle of the vehicle body 2 in the roll direction). It is more desirable to determine the standard steering moment Mstr_nm by correcting (according to the detected value of ⁇ b_act).
- the target posture state determination unit 34 obtains a target inverted pendulum mass point lateral movement amount Pb_diff_y_cmd that is a target value of the inverted pendulum mass point lateral movement amount Pb_diff_y and a target inverted pendulum mass point lateral velocity Vby_cmd that is a target value of the inverted pendulum mass point lateral velocity Vby. decide.
- the target posture state determination unit 34 sets both Pb_diff_y_cmd and Vby_cmd to zero as an example.
- the inverted pendulum mass point lateral movement estimated value calculation unit 31 includes a detected value of the inclination angle ⁇ b in the roll direction of the vehicle body 2 indicated by the output of the vehicle body inclination detector 51 and a front wheel indicated by the output of the front wheel steering angle detector 52.
- the detected value of the steering angle ⁇ f_act is input.
- the inverted pendulum mass point lateral movement estimated value calculation unit 31 uses the input detected value of the inclination angle ⁇ b and the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act, according to the following equation (8), according to the following equation (8).
- Estimated value Pb_diff_y_act is calculated.
- Pb_diff_y_act ⁇ b_act * ( ⁇ h ′) + Plfy ( ⁇ f_act) (8)
- Plfy ( ⁇ f_act) on the right side of Expression (8) is a function value corresponding to the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act of the function Plfy ( ⁇ f) of the front wheel steering angle ⁇ f.
- the function Plfy ( ⁇ f) is a nonlinear function having a characteristic that the function value decreases as the front wheel steering angle ⁇ f increases (increases from a negative value to a positive value).
- the control device 50 further executes the processes of the inverted pendulum mass point lateral velocity estimated value calculation unit 32, the control gain determination unit 35, and the target trail length determination unit 37 in each control processing cycle as described below.
- Pb_diff_y_dot_act in the first term on the right side of Equation (9) is a temporal change rate (change amount per unit time) of the inverted pendulum mass point lateral movement estimated value Pb_diff_y_act.
- the control gain determination unit 35 receives the vehicle speed estimation value Vox_act calculated by the vehicle speed estimation value calculation unit 33 and the detected value of the trail length t_act indicated by the output of the trail length detector 53, and the previous control.
- the previous target front wheel steering angle ⁇ f_cmd_p which is the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd calculated by the attitude control calculation unit 39 in the processing cycle, is input via the delay element 40.
- the previous target front wheel steering angle ⁇ f_cmd_p has a meaning as a pseudo estimated value of the actual steering angle ⁇ f_act of the front wheel 3f at the current time. Therefore, instead of ⁇ f_cmd_p, the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act at the current time indicated by the output of the front wheel steering angle detector 52 may be input to the control gain determination unit 35.
- the control gain determination unit 35 uses gains K1, K2, K3, K4, and K5 described later in the processing of the attitude control calculation unit 39, the input vehicle speed estimation value Vox_act, the detected value of the trail length t_act, and the previous target front wheel. It is determined according to the steering angle ⁇ f_cmd_p (or the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act). A specific determination process for the gains K1, K2, K3, K4, and K5 will be described later.
- the vehicle speed estimated value Vox_act calculated by the vehicle speed estimated value calculating unit 33 is input to the target trail length determining unit 37. Then, the target trail length determination unit 37 determines the target trail length t_cmd according to the input vehicle speed estimation value Vox_act. In this case, in the present embodiment, the target trail length t_cmd is determined as one of the upper limit trail length tp and the lower limit trail length tn according to the vehicle speed estimation value Vox_act, for example, as shown in FIG.
- the target trail length t_cmd is switched from the lower limit trail length tn to the upper limit trail length tp (> 0).
- the upper limit trail length tp is the standard trail length t_nml.
- the target trail length t_cmd is set to the upper limit trail length tp (> 0) until the estimated vehicle speed value Vox_act falls to a value that falls below a predetermined second predetermined value Vox2.
- the second predetermined value Vox2 is set to a speed smaller than the first predetermined value Vox1.
- the target trail length t_cmd is basically set to the lower limit trail length tn ( ⁇ 0) when the actual vehicle speed Vox_act is a low speed vehicle speed (including when the vehicle is stopped).
- the upper limit trail length tp (> 0) is set.
- t_cmd is determined so as to have a hysteresis characteristic with respect to a change in Vox_act.
- the target trail length t_cmd may be determined so as to continuously change with respect to the vehicle speed Vox_act.
- the target trail length t_cmd may be determined according to the vehicle speed Vox_act in the manner shown in FIG.
- t_cmd is kept constant at the lower limit trail length tn in the low speed side vehicle speed range below the predetermined vehicle speed Vox3
- t_cmd is the upper limit trail length tp in the high speed side vehicle speed range above the predetermined vehicle speed Vox4 higher than Vox3.
- t_cmd is monotonously increased as Vox_act increases in the vehicle speed range between Vox3 and Vox4.
- the control device 50 further executes the processing of the attitude control calculation unit 39 as described below in each control processing cycle.
- the posture control calculation unit 39 calculates the target inverted pendulum mass lateral movement amount Pb_diff_y_cmd and the target inverted pendulum mass lateral velocity Vby_cmd determined by the target posture state determination unit 34 and the inverted pendulum mass point lateral movement estimated value calculation unit 31.
- the inverted pendulum mass point lateral movement estimated value Pb_diff_y_act, the inverted pendulum mass point lateral velocity estimated value Vby_act calculated by the inverted pendulum mass point lateral velocity estimated value calculation unit 32, and the gains K1, K2, K3, K4, K5 and the standard steering moment Mstr determined by the standard steering moment determination unit 38 are input.
- the attitude control calculation unit 39 executes the processing shown in the block diagram of FIG. 12 using the above input values, thereby achieving the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd, the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd, and the target front wheel steering angle.
- the acceleration ⁇ f_dot2_cmd is determined.
- a processing unit 39-1 is a processing unit that obtains a deviation between the input Pb_diff_y_cmd and Pb_diff_y_act
- a processing unit 39-2 is a processing unit that multiplies the output of the processing unit 39-1 by a gain K1.
- -3 is a processing unit for obtaining a deviation between the input Vby_cmd and Vby_act
- the processing unit 39-4 is a processing unit that multiplies the output of the processing unit 39-3 by a gain K2
- the processing unit 39-5 is the previous control.
- the processing unit 39-6 that multiplies the previous target front wheel steering angle ⁇ f_cmd_p, which is the value of the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd in the processing cycle, by the gain K3, and the processing unit 39-6 has the value of the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd in the previous control processing cycle.
- the processing unit 39-7 that multiplies the previous target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd_p by the gain K4, the processing unit 39-7 multiplies the input standard steering moment Mstr by the gain K5, and the processing unit 39-8 includes the processing units 39-2 and 39. -4,39- Each output of the adding together the value of (-1) times the respective outputs of the processing unit 39-5,39-6, represent processing unit for calculating a target front-wheel steering angle acceleration Derutaefu_dot2_cmd.
- the processing unit 39-9 integrates the output of the processing unit 39-8 to obtain the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd, and the processing unit 39-10 processes the processing unit 39-9 in the previous control processing cycle.
- the processing unit 39-11 obtains the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd by integrating the output of the processing unit 39-9.
- the processing unit, the processing unit 39-12 represents a delay element that outputs the output of the processing unit 39-11 in the previous control processing cycle (that is, the previous target front wheel steering angle ⁇ f_cmd_p) to the processing unit 39-5.
- the attitude control calculation unit 39 calculates the target front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd by the following equation (10).
- ⁇ f_dot2_cmd K1 * (Pb_diff_y_cmd ⁇ Pb_diff_y_act) + K2 * (Vby_cmd-Vby_act) -K3 * ⁇ f_cmd_p-K4 * ⁇ f_dot_cmd_p) + K5 * Mstr_nml ...... (10)
- K1 * (Pb_diff_y_cmd ⁇ Pb_diff_y_act) is a feedback manipulated variable having a function to bring the deviation (Pb_diff_y_cmd ⁇ Pb_diff_y_act) close to “0”
- K2 * (Vby_cmd ⁇ Vby_act) is a deviation (Vby_cmd ⁇ Vby_act).
- K5 * Mstr_nml is a feedforward operation amount having a function of bringing the steering moment Mstr_act generated by the steering control of the front wheel 3f according to ⁇ f_dot2_cmd, ⁇ f_dot_cmd, and ⁇ f_cmd closer to the standard steering moment Mstr_nml.
- the attitude control calculation unit 39 determines the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd by integrating ⁇ f_dot2_cmd determined by the above equation (10). Further, the attitude control calculation unit 39 determines the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd by integrating the ⁇ f_dot_cmd.
- ⁇ f_cmd_p and ⁇ f_dot_cmd_p used in the calculation of Expression (10) have meanings as pseudo estimated values of the actual steering angle and steering angular velocity of the front wheel 3f at the current time, respectively. Therefore, the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act at the current time may be used instead of ⁇ f_cmd_p. Further, instead of ⁇ f_dot_cmd_p, the detected value of the front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_act at the current time may be used.
- the gains K1 to K5 used in the processing of the attitude control calculation unit 39 are determined by the control gain determination unit 35.
- the control gain determination unit 35 sets the target values of the gains K1 to K5, the estimated vehicle speed Vox_act, the previous target front wheel steering angle ⁇ f_cmd_p (or the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act at the current time), the trail In accordance with the detected value of the length t_act, it is determined to change with a tendency as shown in the graphs of FIGS. 13A to 13C.
- the target values of the gains K1 to K5 are determined so as to decrease (approach to zero) as the vehicle speed Vox (vehicle speed estimated value Vox_act) increases.
- the respective target values of the gains K1 to K5 are determined so as to coincide with or substantially coincide with zero.
- the target values of the gains K1 to K4 among the gains K1 to K5 are, for example, the front wheel steering angle ⁇ f (the detected value of the previous front wheel steering angle ⁇ f_cmd_p or the front wheel steering angle ⁇ f_act), as shown in the graph of FIG. 13B, for example. As the size (absolute value) increases, it is determined with a tendency to decrease to zero.
- the target values of the gains K1 to K4 among the gains K1 to K5 are such that, for example, as shown in the graph of FIG. 13C, the trail length t (detected value of the trail length t_act) is positive from the negative value. As the value increases, it tends to increase. Note that the processing for determining the target values of the gains K1 to K5 as described above is performed based on, for example, a map or an arithmetic expression created in advance.
- the attitude control calculation unit 39 uses the values of the gains K1 to K5 determined as described above to execute the calculation process of the above equation (10), thereby achieving the target front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd, the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd, and the target A front wheel steering angle ⁇ f_cmd is calculated.
- the gain K5 multiplied by the standard steering moment Mstr is preferably determined so as to follow the target value at a slower response speed than the other gains K1 to K5 used for the processing for controlling the posture of the vehicle body 2.
- the control device 50 controls the operation of the travel actuator 27 according to the target vehicle speed Vox_cmd determined by the target vehicle speed determination unit 36 and the estimated vehicle speed Vox_act calculated by the estimated vehicle speed calculation unit 33.
- the control device 50 controls the travel actuator 27 using a feedback control law so that the estimated vehicle speed Vox_act follows the target vehicle speed Vox_cmd.
- the target rotational speed of the travel actuator 27 may be determined from the target vehicle speed Vox_cmd without using the vehicle speed estimated value Vox_act, and the travel actuator 27 may be controlled according to the target rotational speed.
- the target vehicle speed determination unit 36 can be omitted.
- control device 50 controls the operation of the trail length changing actuator 15 according to the target trail length t_cmd determined by the target trail length determination unit 37. Specifically, when the target trail length t_cmd is switched from the lower limit trail length tn to the upper limit trail length tp (standard trail length t_nml), the control device 50 operates the lock mechanism 15a in the off state ( In the state in which the trail length t is unlocked by the lock mechanism 15a), the trail length t_act is from tn to tp within a predetermined time width Tacc, as exemplified by the broken line graph in the lower part of FIG.
- the trail length changing actuator 15 is controlled so as to change monotonously.
- the change pattern of the trail length t_act from tn to tp is not limited to a linear pattern, and various patterns can be adopted.
- the control device 50 locks the trail length t_act to the upper limit trail length tp by operating the lock mechanism 15a in the on state, and turns off the trail length changing actuator 15 (energization cut-off state). ).
- the control device 50 operates the lock mechanism 15a in the OFF state, and the broken line in the lower diagram of FIG.
- the trail length changing actuator 15 is controlled so that the trail length t_act changes monotonously from tp to tn within a predetermined time width Tdec.
- the change pattern of the trail length t_act from tp to tn is not limited to a linear pattern, and various patterns can be adopted.
- the time widths Tacc and Tdec may be the same time width or different time widths. Further, when the trail length t_act changes from one of the lower limit trail length tn and the upper limit trail length tp to the other, the trail length changing actuator 15 may be operated with a constant driving force.
- control device 50 controls the operation of the steering actuator 8 according to the target front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd, the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd, and the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd determined by the attitude control calculation unit 39.
- the control device 50 calculates the following equation (11) from ⁇ f_dot2_cmd, ⁇ f_dot_cmd, ⁇ f_cmd, a detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act, and a detected value of the front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_act as a temporal change rate of the front wheel steering angle ⁇ f_act.
- the current command value I_ ⁇ f_cmd which is the target value of the energization current of the steering actuator 8 is determined.
- the steering actuator 8 is an electric motor.
- I_ ⁇ f_cmd K ⁇ f_p * ( ⁇ f_cmd ⁇ f_act) + K ⁇ f_v * ( ⁇ f_dot_cmd ⁇ f_dot_act) + K ⁇ f_a * ⁇ f_dot2_cmd (11)
- ⁇ f_act and ⁇ f_dot_act in Equation (11) are detection values indicated by the output of the front wheel steering angle detector 52, and K ⁇ f_p, K ⁇ f_v, and K ⁇ f_a are gains of predetermined values, respectively.
- the control device 50 controls the actual energization current of the steering actuator 8 to a current that matches the current command value I_ ⁇ f_cmd by a current control unit (not shown) configured by a motor driver or the like. Thereby, the actual steering angle ⁇ f_act of the front wheel 3f is controlled to follow the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd.
- the operation control method of the steering actuator 8 may be a method different from the above as long as the method can control the steering angle ⁇ f_act of the front wheel 3f to the target steering angle ⁇ f_cmd.
- the control process of the control device 50 is executed as described above when the two-wheeled vehicle 1A stops and travels.
- the component (Mstr_nml) corresponding to the standard steering moment Mstr_nml is multiplied by the gain K5. Component) is added.
- the steering actuator 8 is controlled according to the target front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd, the target front wheel steering angular velocity ⁇ f_dot_cmd and the target front wheel steering angle ⁇ f_cmd obtained by integrating the target front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd.
- the steering actuator 8 operates so as to stabilize the posture of the vehicle body 2 in the roll direction, and applies a steering torque in the same direction as the standard steering moment Mstr_nml around the steering axis Csf to the steering handle 7. Operates to give regardless of the length t_act.
- the standard steering moment Mstr_nml is determined according to the detected value of the front wheel steering angle ⁇ f_act, the steering torque applied to the steering handle 7 also corresponds to the actual front wheel steering angle ⁇ f_act. Become.
- the driver of the two-wheeled vehicle 1 ⁇ / b> A can use a trail having a positive trail length t_act even in a state where the trail length t_act is a negative trail length (in this embodiment, the vehicle speed estimated value Vox_act is a low speed vehicle speed).
- the steering handle 7 can be operated while receiving from the steering handle 7 a reaction force in the same direction as the long state.
- the target value of the gain K5 multiplied by the low-speed side vehicle speed Vox in which the standard steering moment trail length t_act is set to a negative trail length in the calculation process of the above equation (10) becomes smaller as the vehicle speed estimated value Vox_act increases. Therefore, the vehicle speed Vox on the low speed side where the trail length t_act is set to a negative trail length is included in the target front wheel steering angular acceleration ⁇ f_dot2_cmd than the vehicle speed Vox on the high speed side where the trail length t_act is set to a positive trail length.
- the trail length variable mechanism may have a structure different from that illustrated in FIGS. 5 and 6.
- the trail length variable mechanism for changing the trail length of the front wheel 3f may have any structure as long as it can change the trail length of the front wheel 3f by an actuator.
- the trail length variable mechanism may be configured to move the front wheel 3f linearly in the front-rear direction with respect to the steering rotation unit 12 using a ball screw mechanism or the like.
- the trail length variable mechanism may have a structure proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-184934 or US Pat. No. 9,302,730.
- the motorcycle 1A is exemplified as the moving body of the present invention.
- the moving body of the present invention has a structure in which the vehicle body can be tilted in the roll direction in accordance with the weight shift of the driver, for example, the front wheel or the rear wheel is constituted by a plurality of wheels arranged in parallel in the vehicle width direction May be.
- the moving body of the present invention may have a structure in which, for example, the vehicle body and the front wheel can be inclined in the roll direction with respect to the rear wheel.
- the roll of the vehicle body 2 is converged so as to converge to the target value of the state quantity using the lateral movement amount Pb_diff_y and the lateral speed Vby of the inverted pendulum mass point 123 as the state quantity indicating the tilt state of the vehicle body 2.
- the one that performs the attitude control of the direction is shown. However, for example, it is possible to control the posture of the vehicle body 2 in the roll direction using only the lateral movement amount Pb_diff_y of the inverted pendulum mass point 123 as the state quantity to be controlled.
- the tilt angle of the vehicle body 2 in the roll direction is used as the state quantity of the control target, or the tilt angle of the vehicle body 2 in the roll direction and the tilt angular velocity that is the temporal change rate are used as the state quantity of the control target.
- the posture of the vehicle body 2 in the roll direction it is possible to control the posture of the vehicle body 2 in the roll direction.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Axle Suspensions And Sidecars For Cycles (AREA)
- Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)
- Steering Devices For Bicycles And Motorcycles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、二輪車等の移動体に関する。 The present invention relates to a moving body such as a motorcycle.
二輪車等の移動体では、従来、例えば特許文献1,2に見られるように、トレール長を変更し得るように構成されたものが知られている。この移動体では、低速側の速度域では、トレール長を、負の値のトレール長等、小さなトレール長に制御した状態で、前輪の操舵制御により車体の姿勢制御が行われる。また、高速側の速度域では、トレール長を、通常の二輪車と同様に正のトレール長に制御して、通常の二輪車と同様の走行特性を実現する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a moving body such as a two-wheeled vehicle is configured so that a trail length can be changed as seen in, for example,
なお、正のトレール長は、前輪の操舵軸線と路面との交点が、前輪の接地点の前方側に位置する場合のトレール長であり、負のトレール長は、前輪の操舵軸線と路面との交点が、前輪の接地点の後方側に位置する場合のトレール長である。 The positive trail length is the trail length when the intersection of the front wheel steering axis and the road surface is located in front of the front wheel grounding point, and the negative trail length is the front wheel steering axis and the road surface. This is the trail length when the intersection is located behind the ground contact point of the front wheel.
ところで、正のトレール長を有する通常の二輪車は、旋回走行時に、所謂、セルフステア特性によって、前輪を旋回方向側に向けるように作用する操舵モーメントが操舵軸線周りに自然に発生する(ひいては、二輪車の操舵操作部(ハンドル)に該操舵モーメントに応じた操舵トルクが作用する)ようになっている。 By the way, a normal two-wheeled vehicle having a positive trail length naturally generates a steering moment around the steering axis so as to turn the front wheel toward the turning direction side due to so-called self-steering characteristics during turning. The steering torque corresponding to the steering moment acts on the steering operation portion (handle).
一方、本願発明者の種々の検討によれば、前記特許文献1,2に見られる如き移動体において、トレール長を負の値等、小さなトレール長に制御した状態では、旋回走行時に、前輪を旋回方向側に向けるように作用する操舵モーメントが操舵軸線周りにほとんど発生しないか、もしくは逆向きの操舵モーメントが発生する(ひいては、操舵操作部に作用する操舵トルクがほとんど発生しないか、もしくは、操舵方向と逆向きの操舵トルクが操舵操作部に作用する)ことが判明した。
On the other hand, according to various studies by the inventors of the present application, in a moving body such as that disclosed in
そこで、本発明は、トレール長を変化させ得る移動体において、旋回走行時に通常の二輪車等と同様の操舵特性を実現し得る移動体を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a moving body capable of changing the trail length and capable of realizing the same steering characteristics as a normal two-wheeled vehicle during turning.
本発明の移動体は、上記の目的を達成するために、車体と、該車体の前後方向に間隔を存して配置された前輪及び後輪とを備えると共に、前記前輪が操舵軸線まわりに操舵可能な操舵輪であり、該前輪を運転者が操舵するための操舵操作部を備える移動体であって、
前記前輪のトレール長を可変とするトレール長可変機構を有すると共に該前輪を前記操舵軸線のまわりに操舵可能に支持するように構成された前輪支持機構と、
前記前輪を操舵する駆動力を発生する操舵用アクチュエータと、
前記前輪のトレール長を変化させる駆動力を発生するトレール長変更用アクチュエータと、
前記操舵用アクチュエータ及びトレール長変更用アクチュエータを制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、前記前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを前記操舵操作部に付与するように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする(第1発明)。
In order to achieve the above object, a moving body according to the present invention includes a vehicle body and front and rear wheels arranged at intervals in the front-rear direction of the vehicle body, and the front wheels are steered around a steering axis. A movable body including a steering operation unit for a driver to steer the front wheel,
A front wheel support mechanism having a trail length variable mechanism for changing the trail length of the front wheel and configured to support the front wheel so as to be steerable around the steering axis;
A steering actuator for generating a driving force for steering the front wheels;
A trail length changing actuator for generating a driving force for changing the trail length of the front wheel;
A control device for controlling the steering actuator and the trail length changing actuator,
The control device is configured to control the steering actuator so as to apply a steering torque in the same direction as the steering direction of the front wheels to the steering operation unit (first invention).
これによれば、前記前輪のトレール長によらずに、前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを操舵操作部に付与することが可能となる。よって、第1発明によれば、トレール長を変化させ得る移動体において、旋回走行時に通常の二輪車等と同様の操舵特性を実現し得る。 According to this, it becomes possible to apply a steering torque in the same direction as the steering direction of the front wheels to the steering operation unit regardless of the trail length of the front wheels. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to achieve the same steering characteristics as those of a normal two-wheeled vehicle or the like during turning while the mobile body that can change the trail length.
上記第1発明では、前記トレール長可変機構は、前記前輪のトレール長を正の上限トレール長と、負の下限トレール長との間で変化させ得るように構成され得る。この場合、前記制御装置は、少なくとも前記前輪のトレール長が負のトレール長になっている状態で、前記操舵トルクを前記操舵操作部に付与するように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることが好ましい(第2発明)。 In the first aspect of the invention, the trail length variable mechanism may be configured to change the trail length of the front wheel between a positive upper limit trail length and a negative lower limit trail length. In this case, the control device is configured to control the steering actuator so as to apply the steering torque to the steering operation unit at least in a state where the trail length of the front wheel is a negative trail length. It is preferable (2nd invention).
なお、本発明では、正のトレール長(前記正の上限トレール長を含む)は、水平な接地面上での移動体の直進走行時の姿勢状態(詳しくは、移動体が、前輪の車軸中心線が後輪の車軸中心線と平行になる状態で、水平な接地面上に起立した姿勢状態)で、操舵軸線と接地面との交点が、前輪の接地点の前方に位置する場合のトレール長、負のトレール長(前記負の下限トレール長を含む)は、該操舵軸線と接地面との交点が、前輪の接地点の後方に位置する場合のトレール長を意味する。 In the present invention, the positive trail length (including the positive upper limit trail length) is the posture state when the moving body travels straight on a horizontal ground surface (specifically, the moving body is the center of the axle of the front wheel). Trail when the intersection of the steering axis and the grounding surface is located in front of the grounding point of the front wheel with the line parallel to the axle centerline of the rear wheel and standing on a horizontal grounding surface) The long and negative trail length (including the negative lower limit trail length) means the trail length when the intersection of the steering axis and the ground contact surface is located behind the ground contact point of the front wheels.
ここで、移動体のトレール長が負のトレール長になっている状態で、前記操舵用アクチュエータの駆動力を発生させずに、前輪の操舵(操舵軸線周りの回転)を行うと、前記操舵操作部に対して操舵トルクがほとんど発生しないか、もしくは、前輪の操舵方向と逆向きの操舵トルクが操舵操作部に作用する。 Here, when the front wheel is steered (rotated around the steering axis) without generating the driving force of the steering actuator in a state where the trail length of the moving body is a negative trail length, the steering operation is performed. Almost no steering torque is generated with respect to the portion, or a steering torque in the direction opposite to the steering direction of the front wheels acts on the steering operation portion.
しかるに、第2発明によれば、操舵用アクチュエータを作動させることで、移動体のトレール長が負のトレール長になっている状態でも、操舵操作部に、前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを付与することができる。ひいては、移動体のトレール長が正のトレール長になっている状態と同様の操舵トルクを操舵操作部に付与することができる。 However, according to the second aspect of the invention, the steering torque in the same direction as the steering direction of the front wheels is applied to the steering operation portion even when the trail length of the moving body is a negative trail length by operating the steering actuator. Can be granted. As a result, the same steering torque as in the state where the trail length of the moving body is a positive trail length can be applied to the steering operation section.
上記第2発明では、前記制御装置は、当該移動体の走行速度の増加に伴い、前記前輪のトレール長を負のトレール長から正のトレール長に変化させるように前記トレール長変更用アクチュエータを制御するように構成され得る。この場合、該制御装置は、前記走行速度の増加に伴い、前記操舵トルクを弱めるように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることが好ましい(第3発明)。 In the second aspect of the invention, the control device controls the trail length changing actuator to change the trail length of the front wheel from a negative trail length to a positive trail length as the traveling speed of the moving body increases. Can be configured to. In this case, it is preferable that the control device is configured to control the steering actuator so as to weaken the steering torque as the traveling speed increases (third invention).
これによれば、前記操舵操作部に付与される操舵トルクが、前記移動体の走行速度に応じたトレール長の変化に応じて変動するのを抑制することが可能となる。 According to this, it is possible to suppress the steering torque applied to the steering operation unit from fluctuating according to the change in the trail length according to the traveling speed of the moving body.
上記第1~第3発明では、前記制御装置は、前記操舵トルクを前記前輪の操舵角の観測値に応じて決定するように構成されていることが好ましい(第4発明)。 In the first to third inventions, it is preferable that the control device is configured to determine the steering torque in accordance with an observed value of the steering angle of the front wheels (fourth invention).
これによれば、前輪の操舵角に整合させた操舵トルクを操舵操作部に付与することが可能となる。 According to this, it is possible to apply a steering torque matched to the steering angle of the front wheels to the steering operation unit.
上記第4発明では、前記制御装置は、前記前輪のトレール長が正の所定値である場合における該前輪の操舵角と、該操舵角に応じて前記操舵操作部に作用するトルクとの関係を表す相関データを記憶保持しており、前記前輪の操舵角の観測値から、前記相関データに基づいて、前記操舵トルクを決定することが好ましい(第5発明)。 In the fourth aspect of the invention, the control device determines the relationship between the steering angle of the front wheel when the trail length of the front wheel is a positive predetermined value and the torque acting on the steering operation unit according to the steering angle. It is preferable that stored correlation data is stored and the steering torque is determined based on the correlation data from the observed value of the steering angle of the front wheels (fifth invention).
これによれば、トレール長の変化によらずに、トレール長が前記正の所定値に維持されている場合と同様の操舵トルクを操舵操作部に付与することが可能となる。 According to this, it is possible to apply the same steering torque to the steering operation unit as in the case where the trail length is maintained at the positive predetermined value regardless of the change in the trail length.
本発明の一実施形態を図1~図13Cを参照して以下に説明する。
(基礎的事項の説明)
まず、本発明に関する基礎的な技術事項について図1~図3を参照して説明しておく。図1は、車体2と、車体2の前後方向に間隔を存して配置された前輪3f及び後輪3rとを備える移動体の代表例としての二輪車1を側面視で模式的に示している。なお、図1においては、側面視の二輪車1の図の左側及び右側のそれぞれに、二輪車1の後方側から見た後輪3rと二輪車1の前方側から見た前輪3fとを併せて図示している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 13C.
(Explanation of basic matters)
First, basic technical matters relating to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 schematically shows a two-
前輪3fは、車体2の前部に設けられた前輪支持機構4に回転自在に軸支されている。前輪支持機構4は、例えばフロントフォーク等により構成され得る。そして、前輪3fは、後傾した操舵軸線Csfのまわりに操舵可能(回転可能)な操舵輪となっている。
The
なお、操舵軸線Csfが後傾しているというのは、該操舵軸線Csfの下方側よりも上方側の方が相対的に車体2の前後方向における後方側になるように、該操舵軸線Csfが傾いて延在していることを意味する。
The steering axis Csf is tilted backward because the steering axis Csf is positioned so that the upper side of the steering axis Csf is relatively rearward in the longitudinal direction of the
後輪3rは、車体2の後部に設けられた後輪支持機構5に回転自在に軸支されている。後輪支持機構5は、例えばスイングアーム等により構成され得る。この後輪3rは非操舵輪である。
The
上記の如き構造の二輪車1において、前輪3にハンドル(図1では図示省略)から操舵力が付与されていない状態で、前輪3fの操舵(操舵軸線Csf周りの回転)に応じて操舵軸線Csf周りに発生するモーメントMstr(以降、操舵モーメントMstrという)に関して以下に説明する。該操舵モーメントMstrは、所謂、二輪車のセルフステア特性により発生するモーメントに相当するものである。
In the two-
なお、以降の説明では、二輪車1が、図1に示す如く、水平な接地面110(路面)上に直進走行姿勢(前輪3fの車軸中心線が後輪3rの車軸中心線と平行になる姿勢)で起立した状態を二輪車1の基準姿勢状態という。また、図1及び図2に示す如く、基準姿勢状態の二輪車1の車体2の前後方向、左右方向(車幅方向)及び高さ方向(上下方向)のそれぞれを、XYZ座標系のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向とする。
In the following description, as shown in FIG. 1, the two-
本願発明者の検討によれば、上記操舵モーメントMstrは、二輪車1の前輪側部分(詳しくは、前輪3fを含み、操舵軸線Csf周りに該前輪3fと共に回転し得る部分)に作用する重力と、二輪車1の全体に作用する重力に抗して前輪3f及び後輪3rに作用する路面反力のうちの前輪3fに作用する路面反力(接地荷重)とに対する依存性が高いと考えられる。
According to the study of the present inventor, the steering moment Mstr is the gravity acting on the front wheel side portion of the two-wheeled vehicle 1 (specifically, the portion including the
なお、図1における“G”は二輪車1の全体重心、“Gf”は前輪側部分の重心(以下、前輪側重心という)を例示的に示している。
Note that “G” in FIG. 1 exemplarily shows the overall center of gravity of the two-
この場合、前輪3fの操舵角δf(操舵軸線Csf周りの回転角)と、操舵モーメントMstrとの間の関係を表す動力学モデルは、本願発明者の検討によれば、近似的に、次式(1)により表現し得る。なお、本明細書では、“*”は乗算記号を意味する。
In this case, the dynamic model representing the relationship between the steering angle δf (rotation angle around the steering axis Csf) of the
ここで、図1及び図2を参照して、式(1)におけるmは、二輪車1の全体質量(全体重心Gの質点質量)、gは重力加速度定数、Lfは、基準姿勢状態の二輪車1の全体重心Gと前輪3fの接地点との間のX軸方向の距離、Lrは、基準姿勢状態の二輪車1の全体重心Gと後輪3rの接地点との間のX軸方向の距離、mfは、二輪車1の前輪側部分の質量(前輪側重心Gfの質点質量)、aは、基準姿勢状態の二輪車1の前輪3fの接地点と車軸中心点とを通る直線(Z軸方向の直線)と、操舵軸線Csfの交点Efの接地面110からの高さ(交点Efと前輪3fの接地点の間の距離)である。
1 and 2, m in the equation (1) is the total mass of the motorcycle 1 (mass point mass of the overall center of gravity G), g is the gravitational acceleration constant, and Lf is the
なお、上記交点Efは、図1に示すように接地面110の上側に位置する場合に限らず、操舵軸線Csfと前輪3fとの位置関係によっては、接地面110上に位置する場合、あるいは、接地面110の下側に位置する場合もある。
Note that the intersection point Ef is not limited to being located above the
そして、本実施形態の説明では、上記交点Efの高さaに関しては、交点Efが接地面110の上側に位置する場合(換言すれば、操舵軸線Csfと接地面110との交点が、図1に示すように前輪3fの接地点の前方側に位置する場合)における高さaの極性を正極性(a>0)、交点Efが接地面110の下側に位置する場合(換言すれば、操舵軸線Csfと接地面110との交点が、前輪3fの接地点の後方側に位置する場合)における高さaの極性を負極性(a<0)とする。
In the description of the present embodiment, with respect to the height a of the intersection point Ef, the intersection point Ef is located above the ground plane 110 (in other words, the intersection point between the steering axis Csf and the
また、式(1)におけるRfは、基準姿勢状態における前輪3fの接地点の位置での該前輪3fの横断面形状の曲率半径、hgfは、基準姿勢状態の二輪車1の前輪側重心Gfの接地面110からの高さ、hは、基準姿勢状態の二輪車1の全体重心Gの接地面110からの高さ、Iは、全体重心Gを通る前後方向(X軸方向)の軸Crolの周りにおける二輪車1の全体の慣性モーメント(以降、全体イナーシャIという)、θcfは、操舵軸線Csfの傾斜角(Z軸方向に対する傾斜角)としてのキャスタ角である。
Rf in equation (1) is the curvature radius of the cross-sectional shape of the
また、式(1)では、二輪車1の基準姿勢状態での前輪3fの操舵角δf(以降、単に、前輪操舵角δfということがある)をゼロ、該前輪操舵角δfの正方向及び操舵モーメントMstrの正方向を、基準姿勢状態の二輪車1を上方から見た場合に、前輪3fが操舵軸線Csf周りで反時計周りに回転する方向としている。
Further, in the expression (1), the steering angle δf of the
上記式(1)は、以下に示す関係式(2-1)~(2-8)から導出される式である。 The above formula (1) is derived from the following relational expressions (2-1) to (2-8).
ここで、図2を参照して、式(2-1)~(2-8)におけるφfは、前輪3fのロール方向(X軸周り方向)の傾斜角、efは、前輪3fのロール方向の傾斜(基準姿勢状態からの傾斜)に伴う前記交点Efの横方向(Y軸方向)の移動量、pfは、前輪3fのロール方向の傾斜(基準姿勢状態からの傾斜)に伴う該前輪3fの接地点の横方向(Y軸方向)の移動量、pgfは前輪3fのロール方向の傾斜(基準姿勢状態からの傾斜)に伴う前記前輪側重心Gfの横方向(Y軸方向)の移動量、Ffは、二輪車1の全体に作用する重力に抗して前輪3f及び後輪3rに作用する路面反力のうちの前輪3fに作用する路面反力(接地荷重)、Mefは、前輪側重心Gfに作用する重力(=mf*g)と、前輪3fに作用する路面反力Ffとによって、前記交点Efでロール方向に発生するモーメントである。また、図示は省略しているが、φbは、前輪3fの操舵に応じて生じる車体2のロール方向の傾斜角である。
Here, with reference to FIG. 2, φf in the equations (2-1) to (2-8) is the inclination angle of the
この場合、二輪車1の基準姿勢状態での上記傾斜角φf、φbはゼロであり、該傾斜角φf、φb及び上記モーメントMefの正方向は、二輪車1を背面側から見て、時計周り方向である。また、上記移動量ef,pf,pgfの正方向は、二輪車1を背面側から見て、左向きの方向である。
In this case, the inclination angles φf and φb in the reference posture state of the
なお、式(2-1)、(2-2)、(2-3)は、それぞれ、前記特許文献1,2に記載された式(8)、(11)、(16)と同じ式である。
Expressions (2-1), (2-2), and (2-3) are the same expressions as Expressions (8), (11), and (16) described in
前記式(1)は、以下の式(3a),(3b)により定義される変数kstr,astrを導入すると、式(3)に書き換えられる。 The expression (1) is rewritten into the expression (3) when variables kstr and astr defined by the following expressions (3a) and (3b) are introduced.
さらに、二輪車1の基準姿勢状態での操舵軸線Csfと接地面110の交点の、前輪3fの接地点からの距離であるトレール長t(図1を参照)と、前記交点Efの高さaとの間には、次式(4)の関係が成立する。
t=a*tan(θcf) ……(4)
Furthermore, a trail length t (see FIG. 1), which is a distance from the contact point of the
t = a * tan (θcf) (4)
従って、式(3)は、トレール長tを用いて、次式(5)に書き換えることもできる。
Mstr=(kstr/tan(θcf))*(t-astr*tan(θcf))*δf ……(5)
Therefore, Expression (3) can be rewritten into the following Expression (5) using the trail length t.
Mstr = (kstr / tan (θcf)) * (t−astr * tan (θcf)) * δf (5)
なお、本実施形態の説明では、トレール長tの極性は、前記交点Efの高さaの極性と同じであり、基準姿勢状態の二輪車1の操舵軸線Csfと接地面110との交点が、図1に示す如く前輪3fの接地点の前方側に位置する場合のトレール長tが正極性(t>0)、該操舵軸線Csfと接地面110との交点が前輪3fの接地点の後方側に位置する場合のトレール長tが負極性(t<0)である。
In the description of the present embodiment, the polarity of the trail length t is the same as the polarity of the height a of the intersection Ef, and the intersection of the steering axis Csf of the two-
上記式(5)から判るように、操舵モーメントMstrは、トレール長tを一定とした場合(高さaを一定とした場合)、前輪操舵角δfに比例する。また、前輪操舵角δfを一定とした場合、操舵モーメントMstrの大きさ及び極性(向き)が、トレール長tに応じて変化する。 As can be seen from the above equation (5), the steering moment Mstr is proportional to the front wheel steering angle δf when the trail length t is constant (when the height a is constant). Further, when the front wheel steering angle δf is constant, the magnitude and polarity (direction) of the steering moment Mstr change according to the trail length t.
より詳しくは、前記変数kstrの値は、一般に正の値となるので、操舵モーメントMstrと前輪操舵角δfとの比Mstr/δfに着目した場合(ただしδf≠0)、該比Mstr/δfの値は、トレール長tの変化に対して、例えば図3のグラフで示す如く変化する。 More specifically, since the value of the variable kstr is generally a positive value, when focusing on the ratio Mstr / δf between the steering moment Mstr and the front wheel steering angle δf (where δf ≠ 0), the ratio Mstr / δf The value changes as shown in the graph of FIG. 3, for example, with respect to the change in the trail length t.
この場合、式(5)から判るように、トレール長tがt>astr*tan(θcf))である場合(a>astrである場合)には、操舵モーメントMstrの極性(向き)は、前輪操舵角δfの極性(向き)に一致する(Mstr/δf>0となる)。これは、通常の二輪車におけるセルフステア特性に相当するものである。この場合、二輪車1のトレール長tを、例えば通常の二輪車と同程度の大きさの正のトレール長に設定すれば、通常の二輪車と同様のセルフステア特性を実現することが可能である。
In this case, as can be seen from the equation (5), when the trail length t is t> astr * tan (θcf)) (when a> astr), the polarity (direction) of the steering moment Mstr is the front wheel It coincides with the polarity (direction) of the steering angle δf (Mstr / δf> 0). This corresponds to the self-steer characteristic in a normal motorcycle. In this case, if the trail length t of the two-
一方、トレール長tがt<astr*tan(θcf))である場合(換言すれば、a<astrである場合)には、操舵モーメントMstrの極性(向き)は、前輪操舵角δfの極性(向き)と逆になる(Mstr/δ<0となる)。このため、トレール長tを、astr*tan(θcf))よりも小さい負のトレール長に設定すると、前輪3fの操舵に応じて発生する操舵モーメントMstrの極性(向き)が、正のトレール長を有する通常の二輪車と逆向きになる。
On the other hand, when the trail length t is t <astr * tan (θcf)) (in other words, when a <astr), the polarity (direction) of the steering moment Mstr is the polarity of the front wheel steering angle δf ( Direction) (Mstr / δ <0). For this reason, when the trail length t is set to a negative trail length smaller than astr * tan (θcf)), the polarity (direction) of the steering moment Mstr generated in response to the steering of the
また、トレール長tがastr*tan(θcf))よりも大きくても、該トレール長tが負の値であると、該トレール長tがastr*tan(θcf))に近い値になるため、前輪3fの操舵に応じて発生する操舵モーメントMstrは微小なもの(ゼロに近いもの)となる。
Even if the trail length t is longer than astr * tan (θcf)), if the trail length t is a negative value, the trail length t becomes a value close to astr * tan (θcf)). The steering moment Mstr generated according to the steering of the
他方、前記特許文献1,2で説明されているように、二輪車1の走行速度が比較的小さい状態(停車状態を含む)で、前輪3fの操舵制御によって、車体2のロール方向の姿勢(ロール方向の傾斜角)を制御する上では、トレール長tを、例えば負の値に設定することが好ましい。
On the other hand, as described in
そして、このように、車体2のロール方向の姿勢を制御するために、トレール長tを負の値に設定すると、上記した如く、操舵軸線Csf周りに、前輪3fの操舵に応じた操舵モーメントMstrがほとんど発生しないか、もしくは、前輪操舵角δfの極性(向き)と逆極性(逆向き)の操舵モーメントMstrが発生する。ひいては、前輪3fを運転者が操舵するためのハンドル等の操舵操作部に、前輪3f側から作用するトルクも、当該操舵モーメントMstrと同様のものとなる。
In this way, when the trail length t is set to a negative value in order to control the posture of the
そこで、本実施形態では、トレール長tを負の値に設定した状態でも、トレール長tを正の値に設定した場合と同様に、前輪操舵角δfと同極性の(同じ向きの)操舵モーメントMstrを操舵軸線Csf周りに発生させるように(ひいては該操舵モーメントMstrと同様のトルクが、ハンドル等の操舵操作部に付与されるように)、前輪3fの操舵制御を実行する。
Therefore, in the present embodiment, even when the trail length t is set to a negative value, the steering moment having the same polarity as the front wheel steering angle δf (in the same direction) as in the case where the trail length t is set to a positive value. Steering control of the
(実施形態の説明)
以上説明した事項を踏まえて、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態の説明においては、図1に示した二輪車1と同一機能の構成要素については、便宜上、図1と同一の参照符号を使用する。
(Description of Embodiment)
Based on the matter described above, an embodiment of the present invention will be described in detail. In the description of the present embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used for the components having the same functions as those of the two-
図4を参照して、本実施形態の移動体1Aは、車体2と、車体2の前後方向に間隔を存して配置された前輪3f及び後輪3rとを備える二輪車である。以降、移動体1Aを二輪車1Aという。
Referring to FIG. 4, the moving
車体2の上面部には、運転者が跨るように着座するシート6が装着されている。車体2の前部には、前輪3fを軸支する前輪支持機構4と、シート6に着座した運転者が把持可能な操縦ハンドル7と、前輪3fを操舵する駆動力を発生するアクチュエータ8(以降、操舵用アクチュエータ8ということがある)とが組み付けられている。
The seat 6 on which the driver sits is mounted on the upper surface of the
前輪支持機構4は、前輪3fのトレール長tを変更可能とするための機構であるトレール長可変機構9と、ダンパー等のサスペンション機構を含むフロントフォーク10とを備える。前輪3fは、その車軸中心線のまわりに回転し得るように、フロントフォーク10の下端部にベアリング等を介して軸支されている。
The front
トレール長可変機構9は、例えば図5及び図6に示す如く構成されている。具体的には、トレール長可変機構9は、車体2の前端部に備えられたヘッドパイプ11に回転自在に支持された枠体状の操舵回転部12と、操舵回転部12にヒンジ機構13を介して揺動自在に組付けられた枠体状の揺動部14と、揺動部14を揺動させるための駆動力を発生するアクチュエータ15(以降、トレール長変更用アクチュエータ15ということがある)と、該アクチュエータ15の駆動力によって揺動部14を操舵回転部12に対して揺動させるクランク機構16とを備える。
The trail length
ヘッドパイプ11はその軸心が前輪3fの操舵軸線Csfとなっており、該操舵軸線Csfが後傾するように車体2の前端部に固定されている。そして、操舵回転部12は、その上端部と下端部との間にヘッドパイプ11を挟み込むようにして配置されると共に、ヘッドパイプ11に対して操舵軸線Csfのまわりに回転し得るようにヘッドパイプ11に嵌合されている。
The axis of the
揺動部14は、操舵回転部12の前方側に配置され、その上端部がヒンジ機構13により操舵回転部12の上端部に連結されている。そして、前記フロントフォーク10は、揺動部14の下端部から下方に延設されている。
The
これにより、揺動部14は、フロントフォーク10及び前輪3fと共に、操舵軸線Csfの周りに操舵回転部12と一体に回転可能となっていると共に、操舵回転部12に対して、ヒンジ機構13の回転軸心の周りに揺動可能となっている。この場合、ヒンジ機構13の回転軸心(揺動部14の揺動の中心軸)は、車体2の左右方向(車幅方向)に延在している。従って、揺動部14は、二輪車1Aの基準姿勢状態で、操舵回転部12に対してピッチ方向に揺動するようになっている。
As a result, the swinging
なお、二輪車1Aの基準姿勢状態は、図1の二輪車1の基準姿勢状態と同様に、水平な接地面110上に直進走行姿勢(前輪3fの車軸中心線が後輪3rの車軸中心線と平行になる姿勢)で起立した状態である。
The reference posture state of the two-wheeled
トレール長変更用アクチュエータ15は、揺動部14に搭載された電動モータにより構成され、回転駆動力を減速機17を介して出力する。より詳しくは、本実施形態の例では、揺動部14の内部の上部側の箇所と下部側の箇所とに、それぞれ、トレール長変更用アクチュエータ15、減速機17が配置され、それぞれのハウジングが揺動部14に固定されている。なお、減速機17は、例えばハーモニックドライブ(登録商標)、あるいは複数のギヤにより構成されたものなど、任意の構造のものでよい。
The trail
そして、トレール長変更用アクチュエータ15の出力軸が、減速機17の入力軸にプーリ/ベルト機構等により構成される動力伝達機構18を介して接続されている。これにより、トレール長変更用アクチュエータ15が発生する回転駆動力は、該アクチュエータ15の出力軸から動力伝達機構18を介して減速機17に入力され、さらに該減速機17から出力されるようになっている。
The output shaft of the trail
また、本実施形態では、トレール長変更用アクチュエータ15は、その出力軸を回転不能状態に保持する電動式のロック機構15aを内蔵している。該ロック機構15aは、摩擦式のブレーキ機構等により構成され得る。
In this embodiment, the trail
なお、動力伝達機構18に減速機としての機能を持たせて、減速機17を省略してもよい。あるいは、トレール長変更用アクチュエータ15の出力軸と減速機17の入力軸とを同軸心に連結することで、トレール長変更用アクチュエータ15の回転駆動力を減速機17に直接的に入力するようにしてもよい。また、トレール長変更用アクチュエータ15は、油圧式のアクチュエータにより構成されていてもよい。
The
クランク機構16は、減速機17の出力軸と一体に回転するように設けられた一対のクランクアーム19a,19bと、該クランクアーム19a,19bを操舵回転部12に連結する連結ロッド20とを備える。
The
一対のクランクアーム19a,19bは、減速機17の出力軸の軸心方向に間隔を存して互いに対向するようにして揺動部14の内部に配置されている。そして、一方のクランクアーム19aは、その一端寄りの部分が減速機17の出力軸に固定され、該出力軸と一体に回転可能とされている。
The pair of crank
また、他方のクランクアーム19bは、その一端寄りの部分に減速機17の出力軸と同軸心に固定された支軸21を備えている。そして、クランクアーム19bは、この支軸21を介して、揺動部14に固定された軸受部22に回転自在に軸支されている。
Further, the
これらのクランクアーム19a,19bは、それぞれの他端部が減速機17の出力軸の軸心(=クランクアーム19a,19bの回転軸心)と偏心した偏心軸23を介して連結されている。そして、連結ロッド20の一端部が、クランクアーム19a,19bの間で上記偏心軸23に回転可能に軸支されている。また、連結ロッド20の他端部は、操舵回転部12の内部で該操舵回転部12に固定して設けられた支軸24に回転可能に軸支されている。該支軸24の軸心方向は、偏心軸23の軸心と平行である。
These crank
トレール長可変機構9は、以上のように構成されている。このため、トレール長可変機構9の操舵回転部12及び揺動部14を操舵軸線Csfのまわりに回転させることで、前輪3fが操舵軸線Csfのまわりに操舵される。
The trail length
また、トレール長変更用アクチュエータ15の回転駆動力によりクランクアーム19a,19bを減速機17の出力軸の軸心まわりに回転させることで、揺動部14が、操舵回転部12に対して、ヒンジ機構13の回転軸心まわりに所定の角度範囲内で揺動する。この揺動部14の揺動に伴い、前輪3fもヒンジ機構13の回転軸心まわりに揺動する。このため、前輪3fが車体2に対して前後方向に変位することとなる。ひいては、前輪3fの接地点が、操舵軸線Csfと接地面110との交点に対して所定の範囲内で前後方向に変位する。これによりトレール長tが所定の範囲内で変化する。
Further, by rotating the crank
この場合、前輪3fは、揺動部14の揺動に伴い、例えば図4の実線で示す状態と、二点鎖線で示す状態との間で前後方向に変位させることが可能である。図4の実線で示す前輪3fの変位状態は、トレール長tが負の値tnとなる状態であり、二点鎖線で示す前輪3fの変位状態は、トレール長tが正の値tpとなる状態である。従って、トレール長tは、下限値tn(<0)と上限値tp(>0)との間の範囲内で変更可能である。以降、上記下限値tnを下限トレール長tn、上記上限値tpを上限トレール長tpという。
In this case, the
また、本実施形態では、前記ロック機構15aにより、トレール長変更用アクチュエータ15の出力軸を機械的に回転不能に保持することにより、揺動部14が操舵回転部12に対して揺動不能状態に保持される。これにより、トレール長変更用アクチュエータ15の駆動力を制御せずとも、トレール長tを機械的に固定保持(ロック)することが可能となっている。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態では、トレール長変更用アクチュエータ15にロック機構15aを備えるようにしたが、該ロック機構15aの代わりに、例えば減速機17の出力軸又はクランクアーム19a,19bを回転不能に保持するロック機構を減速機17の出力側に備えるようにしてもよい。
In this embodiment, the trail
前記操舵用アクチュエータ8は、前輪3fの操舵を行うための駆動力として、操舵軸線Csfのまわりに前輪3fを回転させる回転駆動力を発生するものである。この操舵用アクチュエータ8は、本実施形態では、電動モータにより構成される。そして、操舵用アクチュエータ8は、そのハウジングが車体2に固定されている。また、操舵用アクチュエータ8の出力軸は、プーリ/ベルト機構等により構成される動力伝達機構25を介して操舵回転部12の下端部に接続されている。これにより、操舵用アクチュエータ8から動力伝達機構25を介して操舵回転部12に操舵軸線Csfまわりの回転駆動力が付与されるようになっている。なお、動力伝達機構25は、減速機能を兼ね備えている。
The
操舵用アクチュエータ8から操舵回転部12に回転駆動力を付与することで、トレール長可変機構9及びフロントフォーク10を含む前輪支持機構4が操舵軸線Csfの周りに前輪3fと共に回転駆動される。これにより、前輪3fが、操舵用アクチュエータ8の回転駆動力によって操舵される。また、操舵用アクチュエータ8の回転駆動力を調整することで、操舵軸線Csfの周りに発生するトルクを調整することも可能である。
By applying a rotational driving force from the
また、本実施形態では、上記動力伝達機構25には、操舵用アクチュエータ8と操舵回転部12との間の動力伝達を適宜遮断するためのクラッチ機構である操舵クラッチ8aが内蔵されている。この操舵クラッチ8aは、例えば電磁クラッチ等により構成される。なお、操舵用アクチュエータ8は、電動モータに限らず、例えば油圧式のアクチュエータにより構成されていてもよい。
Further, in the present embodiment, the
操縦ハンドル7は、運転者が前輪3fの操舵操作を行うための操舵操作部としての機能を有するものであり、トレール長可変機構9の操舵回転部12に組付けられている。具体的には、操縦ハンドル7は、操舵回転部12と一体に操舵軸線Csfまわりに回転するように、該操舵回転部12の上端部に支柱部26を介して固定されている。これにより、運転者が操縦ハンドル7の回転操作を行うことで、前輪3fの操舵操作を行うことが可能となっている。また、詳細な図示は省略するが、この操縦ハンドル7には、通常の自動二輪車のハンドルと同様に、アクセルグリップ及びブレーキレバー、方向指示器スイッチ等が組み付けられている。
The steering handle 7 has a function as a steering operation unit for the driver to perform the steering operation of the
前輪3fの車軸には、該前輪3fをその車軸中心線Cfのまわりに回転駆動するアクチュエータ27が装着されている。このアクチュエータ27は、二輪車1Aの推進力を発生する原動機としての機能を有するものである。このアクチュエータ27(以降、走行用アクチュエータ27ということがある)は、本実施形態では、電動モータ(減速機付きの電動モータ)により構成される。
An actuator 27 that rotates the
なお、走行用アクチュエータ27は、電動モータの代わりに、例えば油圧式のアクチュエータにより構成されていてもよい。あるいは、走行用アクチュエータ27は内燃機関により構成されていてもよい。また、走行用アクチュエータ27を前輪3fの車軸から離れた位置で車体2に搭載し、走行用アクチュエータ27と前輪3fの車軸とを適宜の動力伝達装置で接続するようにしてもよい。また、走行用アクチュエータ27の代わりに、あるいは、走行用アクチュエータ27に加えて、後輪3rを回転駆動するアクチュエータを備えるようにしてもよい。
The
車体2の後部には、後輪3rを回転自在に軸支する後輪支持機構5が組み付けられている。後輪支持機構5は、スイングアーム28と、コイルスプリング及びダンパー等により構成されるサスペンション機構29とを備えている。これらの機構的な構造は、例えば通常の自動二輪車の後輪支持機構と同様の構造を採用し得る。
The rear
そして、スイングアーム28の端部(車体2の後方側の端部)に、後輪3rが、その車軸中心線の周りに回転し得るようにベアリング等を介して軸支されている。なお、後輪3rは非操舵輪である。
The
二輪車1Aは、以上の機構的構成の他、図7に示すように、前記操舵用アクチュエータ8、操舵クラッチ8a、トレール長変更用アクチュエータ15、ロック機構15a及び走行用アクチュエータ27の動作制御のための制御処理を実行する制御装置50を備えている。
In addition to the above-described mechanical configuration, the two-wheeled
さらに、二輪車1Aは、制御装置50の制御処理に必要な各種状態量を検出するためのセンサとして、車体2のロール方向の傾斜角φbを検出する車体傾斜検出器51と、前輪操舵角δfを検出する前輪操舵角検出器52と、トレール長を検出するトレール長検出器53と、前輪3fの回転速度(角速度)を検出する前輪回転速度検出器54と、後輪3rの回転速度(角速度)を検出する後輪回転速度検出器55と、操縦ハンドル7のアクセルグリップの操作量(回転量)であるアクセル操作量を検出するアクセル操作検出器56とを備えている。
Further, the two-wheeled
車体傾斜検出器51は、例えば加速度センサ及びジャイロセンサ(角速度センサ)を含む慣性センサにより構成されており、車体2に組み付けられている。この場合、制御装置50は、慣性センサの出力に基づいて、車体2のロール方向の傾斜角φb(より詳しくは、鉛直方向(重力方向)に対するロール方向の傾斜角)を計測する。その計測手法としては、例えばストラップダウン方式の計測手法等を採用し得る。なお、車体2のロール方向の傾斜角φbの計測処理を実行する処理部(プロセッサ等)を、車体傾斜検出器51に備えてもよい。
The vehicle
前輪操舵角検出器52は、例えば、操舵用アクチュエータ8(電動モータ)、動力伝達機構25、もしくは操舵回転部12に組付けられるロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出器により構成され、操舵用アクチュエータ8の出力軸又は操舵回転部12の回転角度に応じた検出信号を出力する。
The front wheel
トレール長検出器53は、例えば、トレール長変更用アクチュエータ15(電動モータ)又は減速機17に組付けられるロータリーエンコーダ、レゾルバ等の検出器により構成され、トレール長変更用アクチュエータ15又は減速機17の出力軸の回転角度に応じた検出信号を出力する。
The
ここで、本実施形態では、トレール長tは、トレール長可変機構9の操舵回転部12に対する揺動部14の揺動量(ヒンジ機構13の回転軸心まわりの回転角度)に応じて規定される。また、揺動部14の揺動量は、クランクアーム19a,19bの回転角度に応じて規定される。さらに、クランクアーム19a,19bの回転角度は、トレール長変更用アクチュエータ15の出力軸の回転角度に応じて規定される。
Here, in the present embodiment, the trail length t is defined according to the swing amount of the
従って、トレール長検出器53の出力(トレール長変更用アクチュエータ15又は減速機17の出力軸の回転角度に応じた検出信号)から、トレール長tを検出できる。なお、トレール長検出器53は、例えば、揺動部14の揺動量を検出し得るように備えられていてもよい。
Therefore, the trail length t can be detected from the output of the trail length detector 53 (detection signal corresponding to the rotation angle of the output shaft of the trail
前輪回転速度検出器54は、例えば、前輪3fの車軸に組付けられるロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出器により構成され、前輪3fの回転角度又は回転角速度に応じた検出信号を出力する。
The front wheel
後輪回転速度検出器55は、例えば、後輪3rの車軸に組付けられるロータリエンコーダ等の検出器により構成され、後輪3rの回転角度又は回転角速度に応じた検出信号を出力する。
The rear wheel
アクセル操作検出器56は、例えば、操縦ハンドル7に内蔵されたロータリエンコーダ、ポテンショメータ等の検出器により構成され、アクセルグリップの回転角度又は回転角速度に応じた検出信号を出力する。
The
制御装置50は、マイクロコンピュータ、メモリ、インターフェース回路等を含む一つ以上の電子回路ユニットにより構成され、車体2に組み付けられている。そして、この制御装置50に、上記の各検出器51~56の出力(検出信号)が入力されるようになっている。
The
この制御装置50の機能について、図8及び図9を参照してさらに説明する。なお、以降の説明におけるXYZ座標系は、図1の二輪車1の場合と同様に、基準姿勢状態の二輪車1Aの車体2の前後方向、左右方向(車幅方向)及び高さ方向(上下方向)のそれぞれを、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向とする座標系である(図3を参照)。
The function of the
また、以降の説明では、状態量の参照符号に付する添え字“_act”は、実際の値、又はその観測値(検出値もしくは推定値)を示す符号として使用する。なお、目標値には、添え字“_cmd”を付する。 In the following description, the subscript “_act” attached to the reference symbol of the state quantity is used as a code indicating an actual value or an observed value (detected value or estimated value). The subscript “_cmd” is added to the target value.
ここで、前記特許文献1,2に説明されている如く、車体2のロール方向の姿勢の動力学的な挙動は、図8に示すように、二輪車1Aの接地面110の上方で、車体2のロール方向の傾斜角φbの変化に応じて横方向(Y軸方向)に移動可能な倒立振子質点123と、前輪3fの操舵に応じて(前輪操舵角δfの変化に応じて)接地面110上を横方向(Y軸方向に)に移動可能な接地面上質点124とから構成される2質点系の動力学モデルにより近似的に表現し得る。
Here, as described in
この場合、倒立振子質点123の質量m1、接地面上質点124の質量m2、倒立振子質点123の高さh’、二輪車1Aの全体質量m、二輪車1Aの全体重心Gの高さh、及び、二輪車1Aの全体イナーシャI(全体重心Gを通るX軸方向の軸周りにおける慣性モーメント)の間の関係は、次式(6a)~(6d)により表される。
m1+m2=m ……(6a)
m1*c=m2*h ……(6b)
m1*c2+m2*h2=I ……(6c)
c=h’-h ……(6d)
In this case, the mass m1 of the inverted pendulum
m1 + m2 = m (6a)
m1 * c = m2 * h (6b)
m1 * c 2 + m2 * h 2 = I (6c)
c = h′−h (6d)
なお、倒立振子質点123と接地面上質点124とを結ぶ直線の傾きは、車体2のロール方向の傾斜角φbに一致する。
Note that the slope of the straight line connecting the inverted pendulum
そして、本実施形態における制御装置50は、基本的には、前記特許文献1,2に説明されているものと同様に、上記の2質点系の動力学モデルに基づく制御処理(倒立振子質点123の運動状態を考慮した制御処理)により、前輪3fの操舵制御を行う。ただし、本実施形態では、制御装置50は、所要の操舵モーメントMstrを発生させ得るように操舵制御を行う。
The
かかる制御装置50は、実装されたハードウェア構成及びプログラム(ソフトウェア構成)により実現される主要な機能として、図7に示すように、前記動力学モデルの倒立振子質点123のY軸方向(車体2の左右方向)の移動量である倒立振子質点横移動量Pb_diff_yの実際の値Pb_diff_y_actの推定値(以降、倒立振子質点横移動量推定値Pb_diff_y_actという)を算出する倒立振子質点横移動量推定値算出部31と、倒立振子質点123のY軸方向(車体2の左右方向)の並進速度である倒立振子質点横速度Vbyの実際の値Vby_actの推定値(以降、倒立振子質点横速度推定値Vby_actという)を算出する倒立振子質点横速度推定値算出部32と、二輪車1Aの車速Vox(走行速度)の実際の値Vox_actの推定値(以降、車速推定値Vox_actという)を算出する車速推定値算出部33と、倒立振子質点横移動量Pb_diff_yの目標値Pb_diff_y_cmd(以降、目標倒立振子質点横移動量Pb_diff_y_cmdという)と倒立振子質点横速度Vbyの目標値Vby_cmd(以降、目標倒立振子質点横速度Vby_cmdという)を決定する目標姿勢状態決定部34と、車体2の姿勢制御のための複数のゲインK1,K2,K3,K4,K5の値を決定する制御ゲイン決定部35と、二輪車1Aの車速Voxの目標値Vox_cmd(以降、目標車速Vox_cmdという)を決定する目標車速決定部36と、トレール長tの目標値t_cmd(以降、目標トレール長t_cmdという)を決定する目標トレール長決定部37と、前記操舵モーメントMstrの標準値Mstr_nml(以降、標準操舵モーメントMstr_nmlという)を決定する標準操舵モーメント決定部38とを備える。
As shown in FIG. 7, the
さらに、制御装置50は、車体2の姿勢制御のための演算処理を実行することによって、前輪操舵角δfの目標値δf_cmd(以降、目標前輪操舵角δf_cmdという)、該前輪操舵角δfの時間的変化率である前輪操舵角速度δf_dotの目標値δf_dot_cmd(以降、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdという)及び該前輪操舵角速度δf_dotの時間的変化率である前輪操舵角加速度δf_dot2の目標値δf_dot2_cmd(以降、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdという)を決定する姿勢制御演算部39を備える。
Furthermore, the
また、本実施形態では、二輪車1Aに備えらえた所定のモード設定スイッチ(図示省略)を操作することで、操舵用アクチュエータ8を介した前輪3fの操舵制御(ひいては、車体2のロール方向の姿勢制御)を実行するか否かを、運転者が選択的に制御装置50に対して設定することが可能となっている。
Further, in the present embodiment, the steering control of the
そして、制御装置50は、前輪3fの操舵制御を行うモードが選択されている状態での二輪車1Aの停車時及び走行時において、図7に示した各機能部の処理を所定の制御処理周期で逐次実行する。
Then, the
そして、制御装置50は、姿勢制御演算部39により決定した目標前輪操舵角δf_cmd、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdに応じて操舵用アクチュエータ8を制御する。
The
また、制御装置50は、目標トレール長決定部37により決定した目標トレール長t_cmdに応じてトレール長変更用アクチュエータ15を制御する。また、制御装置50は、目標車速決定部36より決定した目標車速Vox_cmdに応じて走行用アクチュエータ27を制御する。
Further, the
以下に、かかる制御装置50の制御処理(前輪3fの操舵制御を行うモードが選択されている状態での制御処理)の詳細を説明する。なお、この制御処理では、前記した2質点系の動力学モデルに関するパラメータh’の値と、二輪車1の仕様に関するパラメータθcf,Lf,Lrの値とが使用される。これらのパラメータh’,θcf,Lf,Lrの値は、あらかじめ定められた設定値(固定値)であり、制御装置50のメモリに記憶保持されている。
Hereinafter, details of the control processing of the control device 50 (control processing in a state where the mode for performing the steering control of the
また、制御装置50の制御処理のうち、標準操舵モーメント決定部38、制御ゲイン決定部35、及び姿勢制御演算部39以外の各機能部の処理は、本実施形態では、前記特許文献1,2に記載されたものと同じである。このため、制御装置50の標準操舵モーメント決定部38、制御ゲイン決定部35、及び姿勢制御演算部39以外の各機能部の処理の説明は、簡略的な説明に留める。
Further, among the control processing of the
制御装置60は、各制御処理周期において、目標車速決定部36、標準操舵モーメント決定部38、車速推定値算出部33、目標姿勢状態決定部34及び倒立振子質点横移動量推定値算出部31の処理を以下に説明する如く実行する。
The control device 60 includes a target vehicle
目標車速決定部36には、アクセル操作検出器56の出力により示されるアクセル操作量の検出値が入力される。そして、目標車速決定部36は、アクセル操作量の検出値から、あらかじめ作成されたマップ又は演算式等により目標車速Vox_cmdを決定する。この場合、目標車速Vox_cmdは、既定の最大値以下の範囲で、アクセル操作量が大きいほど、大きくなるように決定される。
The detected value of the accelerator operation amount indicated by the output of the
なお、二輪車1Aのブレーキ操作がなされている場合には、目標車速Vox_cmdは、ブレーキ操作量の検出値に応じて、あるいは、ブレーキ操作量の検出値とアクセル操作量の検出値との両方に応じてマップもしくは演算式等により決定するようにしてもよい。
Note that when the brake operation of the
車速推定値算出部33には、前輪操舵角検出器52の出力により示される前輪操舵角δf_actの検出値と、前輪回転速度検出器54の出力により示される前輪3fの回転角速度の検出値から特定される前輪3fの回転移動速度Vf_actの推定値(詳しくは、前輪3fの回転角速度の検出値に前輪3fの既定の有効回転半径を乗じることで算出される移動速度)とが入力される。
The vehicle speed estimated
そして、車速推定値算出部33は、入力された前輪操舵角δf_actの検出値と、前輪3fの回転移動速度Vf_actの推定値とから、例えば次式(7)により、車速推定値Vox_actを算出する。
Vox_act=Vf_act*cos(δf_act*cos(θcf)) ……(7)
Then, the vehicle speed estimated
Vox_act = Vf_act * cos (δf_act * cos (θcf)) (7)
このように算出される車速推定値Vox_actは、前輪3fの回転移動速度Vf_actの推定値のX軸方向成分に相当する。なお、後輪回転速度検出器55の出力により示される後輪3rの回転角速度の検出値から特定される後輪3rの回転移動速度の推定値(詳しくは、後輪3rの回転角速度の検出値に後輪3rの既定の有効回転半径を乗じてなる移動速度)を、車速推定値Vox_actとして得るようにしてもよい。
The vehicle speed estimated value Vox_act calculated in this way corresponds to the X-axis direction component of the estimated value of the rotational movement speed Vf_act of the
標準操舵モーメント決定部38には、前輪操舵角δf_actの検出値が入力される。そして、標準操舵モーメント決定部38は、入力された前輪操舵角δf_actの検出値から、あらかじめ作成されたマップ又は演算式等の相関データにより標準操舵モーメントMstr_nmlを決定する。該相関データは、前輪操舵角δfと標準操舵モーメントMstr_nmlとの関係を表す相関データであり、制御装置50にあらかじめ記憶保持されている。
The detected value of the front wheel steering angle δf_act is input to the standard steering
この場合、該相関データに基づいて決定される標準操舵モーメントMstr_nmlは、二輪車1Aのトレール長t_actを、あらかじめ定めた標準的な正のトレール長(例えば、図3に示すトレール長t_nml。以降、標準トレール長tnmlという)に維持した状態で、操舵用アクチュエータ8を作動させずに前輪3fの操舵を行った場合に、前輪操舵角δfに応じて発生する操舵モーメントMstrに一致もしくはほぼ一致するように決定される。
In this case, the standard steering moment Mstr_nml determined on the basis of the correlation data is a standard positive trail length (for example, the trail length t_nml shown in FIG. 3). When the
例えば、前記式(5)におけるトレール長tを標準トレール長tnmlに一致させた場合に、該式(5)により規定される前輪操舵角δfと、操舵モーメントMstrとの間の関係を上記相関データとして用い、該相関データに基づいて、前輪操舵角δfに応じた標準操舵モーメントMstr_nmlが決定される。 For example, when the trail length t in the equation (5) is matched with the standard trail length tnml, the relationship between the front wheel steering angle δf defined by the equation (5) and the steering moment Mstr is the correlation data. And the standard steering moment Mstr_nml corresponding to the front wheel steering angle δf is determined based on the correlation data.
なお、上記標準トレール長tnmlとしては、例えば、通常の二輪車と同程度のトレール長を採用し得る。また、本実施形態では、前記上限トレール長tpが、標準トレール長tnmlである。 As the standard trail length tnml, for example, a trail length similar to that of a normal motorcycle can be adopted. In this embodiment, the upper limit trail length tp is the standard trail length tnml.
補足すると、トレール長t_actを標準トレール長tnmlに維持した状態の二輪車1Aの実車において、前輪3fの操舵に応じて発生する操舵モーメントMstrと、前輪操舵角δfとの関係を実測しておき、その実測データに基づいて、標準操舵モーメントMstr_nmlを決定するための上記相関データを作成してもよい。また、外乱によって発生する車体2のロール方向の傾斜角φbの影響を加味して標準操舵モーメントMstr_nmlを決定することがより望ましい。例えば、上記相関データに基づいて求められる標準操舵モーメントMstr_nmの値(基準値)を、後述する如く算出される倒立振子質点横移動量推定値Pb_diff_y_actに応じて(又は車体2のロール方向の傾斜角φb_actの検出値に応じて)補正することで、標準操舵モーメントMstr_nmを決定することが、より望ましい。
Supplementally, in the actual vehicle of the two-wheeled
目標姿勢状態決定部34は、倒立振子質点横移動量Pb_diff_yの目標値である目標倒立振子質点横移動量Pb_diff_y_cmdと、倒立振子質点横速度Vbyの目標値である目標倒立振子質点横速度Vby_cmdとを決定する。本実施形態では、目標姿勢状態決定部34は、一例として、Pb_diff_y_cmdとVby_cmdとを共にゼロに設定する。
The target posture
倒立振子質点横移動量推定値算出部31には、車体傾斜検出器51の出力により示される車体2のロール方向の傾斜角φbの検出値と、前輪操舵角検出器52の出力により示される前輪操舵角δf_actの検出値とが入力される。そして、倒立振子質点横移動量推定値算出部31は、入力された傾斜角φbの検出値と前輪操舵角δf_actの検出値とを用いて、次式(8)により、倒立振子質点横移動量推定値Pb_diff_y_actを算出する。
Pb_diff_y_act=φb_act*(-h’)+Plfy(δf_act) ……(8)
The inverted pendulum mass point lateral movement estimated
Pb_diff_y_act = φb_act * (− h ′) + Plfy (δf_act) (8)
ここで、式(8)の右辺のPlfy(δf_act)は、前輪操舵角δfの関数Plfy(δf)の、前輪操舵角δf_actの検出値に対応する関数値である。該関数Plfy(δf)は、前輪操舵角δfの増加(負側の値から正側への値の増加)に伴い、関数値が減少していく特性を有する非線形関数である。 Here, Plfy (δf_act) on the right side of Expression (8) is a function value corresponding to the detected value of the front wheel steering angle δf_act of the function Plfy (δf) of the front wheel steering angle δf. The function Plfy (δf) is a nonlinear function having a characteristic that the function value decreases as the front wheel steering angle δf increases (increases from a negative value to a positive value).
制御装置50は、各制御処理周期おいて、さらに、倒立振子質点横速度推定値算出部32、制御ゲイン決定部35及び目標トレール長決定部37の処理を以下に説明する如く実行する。
The
倒立振子質点横速度推定値算出部32には、倒立振子質点横移動量推定値算出部31で算出された倒立振子質点横移動量推定値Pb_diff_y_actと、前輪操舵角δf_actの検出値と、前輪3fの回転移動速度Vf_actの推定値とが入力される。そして、倒立振子質点横速度推定値算出部32は、入力された倒立振子質点横移動量推定値Pb_diff_y_act、前輪操舵角δf_actの検出値及び回転移動速度Vf_actの推定値を用いて、次式(9)により、倒立振子質点横速度推定値Vby_actを算出する。
Vby_act
=Pb_diff_y_dot_act+Vf_act*sin(δf_act*cos(θcf))*(Lr/L)
……(9)
The inverted pendulum mass point lateral velocity estimated
Vby_act
= Pb_diff_y_dot_act + Vf_act * sin (δf_act * cos (θcf)) * (Lr / L)
...... (9)
なお、式(9)の右辺第1項のPb_diff_y_dot_actは、倒立振子質点横移動量推定値Pb_diff_y_actの時間的変化率(単位時間当たりの変化量)である。 Note that Pb_diff_y_dot_act in the first term on the right side of Equation (9) is a temporal change rate (change amount per unit time) of the inverted pendulum mass point lateral movement estimated value Pb_diff_y_act.
制御ゲイン決定部35には、車速推定値算出部33により算出された車速推定値Vox_actと、トレール長検出器53の出力により示されるトレール長t_actの検出値とが入力されると共に、前回の制御処理周期で姿勢制御演算部39により算出された目標前輪操舵角δf_cmdである前回目標前輪操舵角δf_cmd_pが遅延要素40を介して入力される。
The control
なお、前回目標前輪操舵角δf_cmd_pは、現在時刻での前輪3fの実際の操舵角δf_actの擬似的な推定値としての意味を持つものである。従って、δf_cmd_pの代わりに、前輪操舵角検出器52の出力により示される現在時刻での前輪操舵角δf_actの検出値を制御ゲイン決定部35に入力するようにしてもよい。
The previous target front wheel steering angle δf_cmd_p has a meaning as a pseudo estimated value of the actual steering angle δf_act of the
そして、制御ゲイン決定部35は、姿勢制御演算部39の処理における後述のゲインK1,K2,K3,K4,K5を、入力された車速推定値Vox_act、トレール長t_actの検出値、及び前回目標前輪操舵角δf_cmd_p(又は前輪操舵角δf_actの検出値)に応じて決定する。なお、ゲインK1,K2,K3,K4,K5の具体的な決定処理は後述する。
Then, the control
目標トレール長決定部37には、車速推定値算出部33で算出された車速推定値Vox_actが入力される。そして、目標トレール長決定部37は、入力された車速推定値Vox_actに応じて目標トレール長t_cmdを決定する。この場合、本実施形態では、目標トレール長t_cmdは、車速推定値Vox_actに応じて、例えば図10に示す如き態様で、前記上限トレール長tp及び下限トレール長tnのいずれか一方に決定される。
The vehicle speed estimated value Vox_act calculated by the vehicle speed estimated
具体的には、車速推定値Vox_actがゼロである場合には、目標トレール長t_cmdは下限トレール長tn(<0)に決定される。そして、t_cmd=tnとなっている状態では、車速推定値Vox_actがあらかじめ定めた第1の所定値Vox1を超える値に増加するまでは、目標トレール長t_cmdは下限トレール長tnに維持される。 Specifically, when the vehicle speed estimation value Vox_act is zero, the target trail length t_cmd is determined to be the lower limit trail length tn (<0). In the state where t_cmd = tn, the target trail length t_cmd is maintained at the lower limit trail length tn until the vehicle speed estimation value Vox_act increases to a value exceeding a predetermined first predetermined value Vox1.
車速推定値Vox_actが第1の所定値Vox1を超えると、目標トレール長t_cmdは下限トレール長tnから上限トレール長tp(>0)に切替えられる。該上限トレール長tpは、本実施形態では、前記標準トレール長t_nmlである。 When the estimated vehicle speed value Vox_act exceeds the first predetermined value Vox1, the target trail length t_cmd is switched from the lower limit trail length tn to the upper limit trail length tp (> 0). In this embodiment, the upper limit trail length tp is the standard trail length t_nml.
その後、t_cmd=tpとなっている状態では、車速推定値Vox_actがあらかじめ定めた第2の所定値Vox2を下まわる値に低下するまでは、目標トレール長t_cmdは上限トレール長tp(>0)に維持される。この場合、第2の所定値Vox2は、第1の所定値Vox1よりも小さい速度とされている。そして、車速推定値Vox_actが第2の所定値Vox2を下まわると、目標トレール長t_cmdは上限トレール長tpから下限トレール長tnに戻される。 Thereafter, in a state where t_cmd = tp, the target trail length t_cmd is set to the upper limit trail length tp (> 0) until the estimated vehicle speed value Vox_act falls to a value that falls below a predetermined second predetermined value Vox2. Maintained. In this case, the second predetermined value Vox2 is set to a speed smaller than the first predetermined value Vox1. When the estimated vehicle speed value Vox_act falls below the second predetermined value Vox2, the target trail length t_cmd is returned from the upper limit trail length tp to the lower limit trail length tn.
以上のように、目標トレール長t_cmdは、基本的には、実際の車速Vox_actが低速域の車速である場合(停車時も含む)には、下限トレール長tn(<0)に設定され、実際の車速Vox_actが高速側の車速である場合に、上限トレール長tp(>0)に設定される。この場合、t_cmdは、Vox_actの変化に対してヒステリシス特性を有するように決定される。 As described above, the target trail length t_cmd is basically set to the lower limit trail length tn (<0) when the actual vehicle speed Vox_act is a low speed vehicle speed (including when the vehicle is stopped). When the vehicle speed Vox_act is the vehicle speed on the high speed side, the upper limit trail length tp (> 0) is set. In this case, t_cmd is determined so as to have a hysteresis characteristic with respect to a change in Vox_act.
補足すると、目標トレール長t_cmdを車速Vox_actに対して連続的に変化させるように決定してもよい。例えば、図11に示すような態様で、車速Vox_actに応じて目標トレール長t_cmdを決定してもよい。この例では、所定車速Vox3以下の低速側車速域では、t_cmdは、下限トレール長tnで一定に維持され、Vox3よりも大きい所定車速Vox4以上の高速側車速域では、t_cmdは、上限トレール長tpで一定に維持される。そして、Vox3とVox4との間の車速域でVox_actの増加に伴い、t_cmdが単調に増加される。 Supplementally, the target trail length t_cmd may be determined so as to continuously change with respect to the vehicle speed Vox_act. For example, the target trail length t_cmd may be determined according to the vehicle speed Vox_act in the manner shown in FIG. In this example, t_cmd is kept constant at the lower limit trail length tn in the low speed side vehicle speed range below the predetermined vehicle speed Vox3, and t_cmd is the upper limit trail length tp in the high speed side vehicle speed range above the predetermined vehicle speed Vox4 higher than Vox3. At a constant. Then, t_cmd is monotonously increased as Vox_act increases in the vehicle speed range between Vox3 and Vox4.
制御装置50は、各制御処理周期において、さらに、姿勢制御演算部39の処理を以下に説明する如く実行する。姿勢制御演算部39には、目標姿勢状態決定部34で決定された目標倒立振子質点横移動量Pb_diff_y_cmd及び目標倒立振子質点横速度Vby_cmdと、倒立振子質点横移動量推定値算出部31で算出された倒立振子質点横移動量推定値Pb_diff_y_actと、倒立振子質点横速度推定値算出部32で算出された倒立振子質点横速度推定値Vby_actと、制御ゲイン決定部35で決定されたゲインK1,K2,K3,K4,K5と、標準操舵モーメント決定部38で決定された標準操舵モーメントMstrとが入力される。
The
そして、姿勢制御演算部39は、上記の入力値を用いて、図12のブロック線図に示す処理を実行することによって、目標前輪操舵角δf_cmdと、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdと、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdとを決定する。
Then, the attitude
図12において、処理部39-1は、入力されたPb_diff_y_cmdとPb_diff_y_actとの偏差を求める処理部、処理部39-2は、処理部39-1の出力にゲインK1を乗じる処理部、処理部39-3は、入力されたVby_cmdとVby_actとの偏差を求める処理部、処理部39-4は、処理部39-3の出力にゲインK2の乗じる処理部、処理部39-5は、前回の制御処理周期での目標前輪操舵角δf_cmdの値である前回目標前輪操舵角δf_cmd_pにゲインK3を乗じる処理部、処理部39-6は、前回の制御処理周期での目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdの値である前回目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd_pにゲインK4を乗じる処理部、処理部39-7は、入力された標準操舵モーメントMstrにゲインK5を乗じる処理部、処理部39-8は、処理部39-2,39-4,39-7のそれぞれの出力と、処理部39-5,39-6のそれぞれの出力の(-1)倍の値とを加え合わせることによって、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdを算出する処理部を表している。 In FIG. 12, a processing unit 39-1 is a processing unit that obtains a deviation between the input Pb_diff_y_cmd and Pb_diff_y_act, and a processing unit 39-2 is a processing unit that multiplies the output of the processing unit 39-1 by a gain K1. -3 is a processing unit for obtaining a deviation between the input Vby_cmd and Vby_act, the processing unit 39-4 is a processing unit that multiplies the output of the processing unit 39-3 by a gain K2, and the processing unit 39-5 is the previous control. The processing unit 39-6 that multiplies the previous target front wheel steering angle δf_cmd_p, which is the value of the target front wheel steering angle δf_cmd in the processing cycle, by the gain K3, and the processing unit 39-6 has the value of the target front wheel steering angular velocity δf_dot_cmd in the previous control processing cycle. The processing unit 39-7 that multiplies the previous target front wheel steering angular velocity δf_dot_cmd_p by the gain K4, the processing unit 39-7 multiplies the input standard steering moment Mstr by the gain K5, and the processing unit 39-8 includes the processing units 39-2 and 39. -4,39- Each output of the adding together the value of (-1) times the respective outputs of the processing unit 39-5,39-6, represent processing unit for calculating a target front-wheel steering angle acceleration Derutaefu_dot2_cmd.
また、処理部39-9は、処理部39-8の出力を積分することにより目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdを求める処理部、処理部39-10は、前回の制御処理周期での処理部39-9の出力(すなわち、前回目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd_p)を処理部39-6に出力する遅延要素、処理部39-11は、処理部39-9の出力を積分することにより目標前輪操舵角δf_cmdを求める処理部、処理部39-12は、前回の制御処理周期での処理部39-11の出力(すなわち、前回目標前輪操舵角δf_cmd_p)を処理部39-5に出力する遅延要素を表している。 The processing unit 39-9 integrates the output of the processing unit 39-8 to obtain the target front wheel steering angular velocity δf_dot_cmd, and the processing unit 39-10 processes the processing unit 39-9 in the previous control processing cycle. Element that outputs the output (ie, the previous target front wheel steering angular velocity δf_dot_cmd_p) to the processing unit 39-6, the processing unit 39-11 obtains the target front wheel steering angle δf_cmd by integrating the output of the processing unit 39-9. The processing unit, the processing unit 39-12 represents a delay element that outputs the output of the processing unit 39-11 in the previous control processing cycle (that is, the previous target front wheel steering angle δf_cmd_p) to the processing unit 39-5.
従って、本実施形態では、姿勢制御演算部39は、次式(10)により、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdを算出する。
δf_dot2_cmd=K1*(Pb_diff_y_cmd-Pb_diff_y_act)
+K2*(Vby_cmd-Vby_act)
-K3*δf_cmd_p-K4*δf_dot_cmd_p)+K5*Mstr_nml
……(10)
Therefore, in the present embodiment, the attitude
δf_dot2_cmd = K1 * (Pb_diff_y_cmd−Pb_diff_y_act)
+ K2 * (Vby_cmd-Vby_act)
-K3 * δf_cmd_p-K4 * δf_dot_cmd_p) + K5 * Mstr_nml
...... (10)
この式(10)において、K1*(Pb_diff_y_cmd-Pb_diff_y_act)は、偏差(Pb_diff_y_cmd-Pb_diff_y_act)を“0”に近づける機能を有するフィードバック操作量、K2*(Vby_cmd-Vby_act)は、偏差(Vby_cmd-Vby_act)を“0”に近づける機能を有するフィードバック操作量、-K3*δf_cmd_pは、δf_cmdを“0”に近づける機能を有するフィードバック操作量、-K4*δf_dot_cmd_pは、δf_dot_cmdを“0”に近づける機能を有するフィードバック操作量、K5*Mstr_nmlは、δf_dot2_cmd,δf_dot_cmd,δf_cmdに応じた前輪3fの操舵制御によって発生する操舵モーメントMstr_actを、標準操舵モーメントMstr_nmlに近づける機能を有するフィードフォワード操作量である。
In this equation (10), K1 * (Pb_diff_y_cmd−Pb_diff_y_act) is a feedback manipulated variable having a function to bring the deviation (Pb_diff_y_cmd−Pb_diff_y_act) close to “0”, and K2 * (Vby_cmd−Vby_act) is a deviation (Vby_cmd−Vby_act). Is a feedback manipulated variable having a function of bringing δf closer to “0”, −K3 * δf_cmd_p is a feedback manipulated variable having a function of bringing δf_cmd closer to “0”, and −K4 * δf_dot_cmd_p is a feedback having a function of bringing δf_dot_cmd closer to “0” The operation amount, K5 * Mstr_nml, is a feedforward operation amount having a function of bringing the steering moment Mstr_act generated by the steering control of the
そして、姿勢制御演算部39は、上記式(10)により決定したδf_dot2_cmdを積分することにより、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmdを決定する。さらに、姿勢制御演算部39は、このδf_dot_cmdを積分することにより、目標前輪操舵角δf_cmdを決定する。
Then, the attitude
なお、式(10)の演算で用いるδf_cmd_p、δf_dot_cmd_pは、それぞれ、現在時刻での前輪3fの実際の操舵角、操舵角速度の擬似的な推定値としての意味を持つものである。従って、δf_cmd_pの代わりに、現在時刻での前輪操舵角δf_actの検出値を使用してもよい。また、δf_dot_cmd_pの代わりに、現在時刻での前輪操舵角速度δf_dot_actの検出値を使用してもよい。
Note that δf_cmd_p and δf_dot_cmd_p used in the calculation of Expression (10) have meanings as pseudo estimated values of the actual steering angle and steering angular velocity of the
かかる姿勢制御演算部39の処理で使用される前記ゲインK1~K5が、前記制御ゲイン決定部35により決定される。この場合、制御ゲイン決定部35は、ゲインK1~K5のそれぞれの目標値を、車速推定値Vox_actと、前回目標前輪操舵角δf_cmd_p(又は前輪操舵角δf_actの現在時刻での検出値)と、トレール長t_actの検出値とに応じて、図13A~図13Cのグラフで示す如き傾向で変化させるように決定する。
The gains K1 to K5 used in the processing of the attitude
この場合、ゲインK1~K5のそれぞれの目標値は、車速Vox(車速推定値Vox_act)が大きくなるに伴い、小さくなる(ゼロに近づく)ような傾向で決定される。特に、高速域の車速Vox(図13Aの所定車速Vox5よりも大きい車速)では、ゲインK1~K5のそれぞれの目標値はゼロに一致もしくはほぼ一致するように決定される。 In this case, the target values of the gains K1 to K5 are determined so as to decrease (approach to zero) as the vehicle speed Vox (vehicle speed estimated value Vox_act) increases. In particular, at the vehicle speed Vox in the high speed range (vehicle speed higher than the predetermined vehicle speed Vox5 in FIG. 13A), the respective target values of the gains K1 to K5 are determined so as to coincide with or substantially coincide with zero.
また、ゲインK1~K5のうちのゲインK1~K4のそれぞれの目標値は、例えば図13Bのグラフで示すように、前輪操舵角δf(前回前輪操舵角δf_cmd_p又は前輪操舵角δf_actの検出値)の大きさ(絶対値)が大きくなるに伴い、ゼロまで小さくなるような傾向で決定される。 The target values of the gains K1 to K4 among the gains K1 to K5 are, for example, the front wheel steering angle δf (the detected value of the previous front wheel steering angle δf_cmd_p or the front wheel steering angle δf_act), as shown in the graph of FIG. 13B, for example. As the size (absolute value) increases, it is determined with a tendency to decrease to zero.
また、ゲインK1~K5のうちのゲインK1~K4のそれぞれの目標値は、例えば図13Cのグラフで示すように、トレール長t(トレール長t_actの検出値)が、負側の値から正側の値に増加するに伴い、大きくなっていくような傾向で決定される。なお、ゲインK1~K5のそれぞれの目標値を上記の如く決定する処理は、例えば、あらかじめ作成されたマップ又は演算式等に基づいて行われる。 The target values of the gains K1 to K4 among the gains K1 to K5 are such that, for example, as shown in the graph of FIG. 13C, the trail length t (detected value of the trail length t_act) is positive from the negative value. As the value increases, it tends to increase. Note that the processing for determining the target values of the gains K1 to K5 as described above is performed based on, for example, a map or an arithmetic expression created in advance.
そして、制御ゲイン決定部35は、前記式(10)の演算処理で使用するゲインK1~K5のそれぞれの値を、上記の如く決定した目標値に徐々に収束する(例えば、一次遅れの応答特性で収束する)ように決定する。姿勢制御演算部39は、このように決定されたゲインK1~K5の値を用いて前記式(10)の演算処理を実行することで、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmd、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角δf_cmdを算出する。なお、標準操舵モーメントMstrに乗じるゲインK5は、車体2の姿勢制御のための処理に用いる他のゲインK1~K5よりも、遅い応答速度で目標値に追従させるように決定することが好ましい。
Then, the control
次に、制御装置50による前記操舵用アクチュエータ8、トレール長変更用アクチュエータ15、及び走行用アクチュエータ27の作動制御を説明する。制御装置50は、目標車速決定部36で決定された目標車速Vox_cmdと、車速推定値算出部33で算出された車速推定値Vox_actとに応じて走行用アクチュエータ27の作動制御を行う。例えば、制御装置50は、目標車速Vox_cmdに車速推定値Vox_actを追従させるように、フィードバック制御則により走行用アクチュエータ27を制御する。
Next, the operation control of the
なお、例えば、車速推定値Vox_actを使用せずに、目標車速Vox_cmdから走行用アクチュエータ27の目標回転速度を決定し、該目標回転速度に応じて走行用アクチュエータ27を制御してもよい。
Note that, for example, the target rotational speed of the
また、例えば、アクセル操作量の検出値に応じて、走行用アクチュエータ27から出力させる目標駆動力を決定し、該目標駆動力に応じて走行用アクチュエータ27を制御することも可能である。この場合には、目標車速決定部36を省略できる。
Also, for example, it is possible to determine a target driving force to be output from the traveling
また、制御装置50は、目標トレール長決定部37で決定した目標トレール長t_cmdに応じてトレール長変更用アクチュエータ15の作動制御を行う。具体的には、目標トレール長t_cmdが下限トレール長tnから上限トレール長tp(標準トレール長t_nml)に切替わった場合には、制御装置50は、ロック機構15aをオフ状態に作動させた状態(ロック機構15aによるトレール長tのロックが解除される状態)で、例えば図10の下段側の図の破線のグラフで例示するように、トレール長t_actが所定の時間幅Tacc内でtnからtpまで単調変化するようにトレール長変更用アクチュエータ15を制御する。この場合、tnからtpまでのトレール長t_actの変化パターンは、直線的なパターンに限らず、種々のパターンを採用し得る。
In addition, the
そして、本実施形態では、目標トレール長t_cmdが上限トレール長tpに設定されている状態で、トレール長t_actの検出値が上限トレール長tp(=t_cmd)に一致する状態に達すると(t_cmd=t_act=tpになると)、制御装置50は、前記ロック機構15aをオン状態に作動させることで、トレール長t_actを上限トレール長tpにロックすると共に、トレール長変更用アクチュエータ15をオフ状態(通電遮断状態)にする。
In this embodiment, when the target trail length t_cmd is set to the upper limit trail length tp and the detected value of the trail length t_act reaches a state that matches the upper limit trail length tp (= t_cmd) (t_cmd = t_act = Tp), the
また、目標トレール長t_cmdが上限トレール長tpから下限トレール長に切替わった場合には、制御装置50は、ロック機構15aをオフ状態に作動させた状態で、図10の下段側の図の破線のグラフで例示するように、トレール長t_actが所定の時間幅Tdec内でtpからtnまで単調変化するようにトレール長変更用アクチュエータ15を制御する。この場合、tpからtnまでのトレール長t_actの変化パターンは、直線的なパターンに限らず、種々のパターンを採用し得る。
Further, when the target trail length t_cmd is switched from the upper limit trail length tp to the lower limit trail length, the
なお、上記時間幅Tacc,Tdecは、互いに同じ時間幅、あるいは、互いに異なる時間幅のいずれであってもよい。また、下限トレール長tn及び上限トレール長tpの一方から他方へのトレール長t_actの変化時において、トレール長変更用アクチュエータ15を一定の駆動力で作動させてもよい。
The time widths Tacc and Tdec may be the same time width or different time widths. Further, when the trail length t_act changes from one of the lower limit trail length tn and the upper limit trail length tp to the other, the trail
補足すると、目標トレール長t_cmdが上限トレール長tpに設定されている状態で、トレール長t_actの検出値が上限トレール長tp(=t_cmd)に一致する状態に達した場合に限らず、目標トレール長t_cmdが下限トレール長tnに設定されている状態で、トレール長t_actの検出値が下限トレール長tn(=t_cmd)に一致する状態に達した場合にも、前記ロック機構15aをオン状態に作動させると共に、トレール長変更用アクチュエータ15をオフ状態(通電遮断状態)にしてもよい。
Supplementally, the target trail length is not limited to the case where the detected value of the trail length t_act reaches the state of the upper limit trail length tp (= t_cmd) in the state where the target trail length t_cmd is set to the upper limit trail length tp. Even when the detected value of the trail length t_act reaches the lower limit trail length tn (= t_cmd) in a state where the t_cmd is set to the lower limit trail length tn, the
また、制御装置50は、姿勢制御演算部39で決定した目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmd、目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角δf_cmdに応じて、操舵用アクチュエータ8の作動制御を行う。
Further, the
例えば、制御装置50は、δf_dot2_cmd、δf_dot_cmd及びδf_cmdと、前輪操舵角δf_actの検出値と、該前輪操舵角δf_actの時間的変化率としての前輪操舵角速度δf_dot_actの検出値とから、次式(11)により、操舵用アクチュエータ8の通電電流の目標値である電流指令値I_δf_cmdを決定する。なお、ここでは、操舵用アクチュエータ8は電動モータである。
I_δf_cmd=Kδf_p*(δf_cmd-δf_act)
+Kδf_v*(δf_dot_cmd-δf_dot_act)
+Kδf_a*δf_dot2_cmd ……(11)
For example, the
I_δf_cmd = Kδf_p * (δf_cmd−δf_act)
+ Kδf_v * (δf_dot_cmd−δf_dot_act)
+ Kδf_a * δf_dot2_cmd (11)
ここで、式(11)のおけるδf_act,δf_dot_actは、それぞれ前輪操舵角検出器52の出力により示される検出値、Kδf_p,Kδf_v,Kδf_aはそれぞれ、所定値のゲインである。
Here, δf_act and δf_dot_act in Equation (11) are detection values indicated by the output of the front wheel
そして、制御装置50は、モータドライバ等により構成される電流制御部(図示省略)により、操舵用アクチュエータ8の実際の通電電流を電流指令値I_δf_cmdに一致する電流に制御する。これにより、前輪3fの実際の操舵角δf_actが、目標前輪操舵角δf_cmdに追従するように制御される。なお、操舵用アクチュエータ8の作動制御の手法は、前輪3fの操舵角δf_actを目標操舵角δf_cmdに制御し得る手法であれば、上記と異なる手法であってもよい。
The
本実施形態では、前輪3fの操舵制御を行うモードが選択されている状態では、二輪車1Aの停車時及び走行時に、上記の如く制御装置50の制御処理が実行される。
In the present embodiment, when the mode for performing the steering control of the
なお、前輪3fの操舵制御を行うモードが選択されている状態では、制御装置50は、操舵クラッチ8aをオフ状態(操舵用アクチュエータ8から操舵回転部12への動力伝達を遮断する状態)に作動させると共に、操舵用アクチュエータ8をオフ状態(通電遮断状態)にする。また、制御装置50は、トレール長t_actをロック機構15aにより上限トレール長tp(=標準トレール長t_nml)にロックする。
In the state where the mode for performing the steering control of the
以上説明した実施形態によれば、姿勢制御演算部39による目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdを決定する演算処理(式(10))で、標準操舵モーメントMstr_nmlに応じた成分(Mstr_nmlにゲインK5を乗じてなる成分)が付加される。そして、該目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdと、それを積分して得られる目標前輪操舵角速度δf_dot_cmd及び目標前輪操舵角δf_cmdに応じて操舵用アクチュエータ8が制御される。
According to the embodiment described above, in the calculation process (formula (10)) for determining the target front wheel steering angular acceleration δf_dot2_cmd by the attitude
このため、操舵用アクチュエータ8は、車体2のロール方向の姿勢を安定化するように作動しつつ、操縦ハンドル7に対して操舵軸線Csf周りに標準操舵モーメントMstr_nmlと同方向の操舵トルクを、トレール長t_actによらずに付与するように作動する。また、この場合、標準操舵モーメントMstr_nmlは、前輪舵角δf_actの検出値に応じて決定されるので、操縦ハンドル7に対して付与される操舵トルクも、実際の前輪舵角δf_actに応じたものとなる。
For this reason, the
従って、二輪車1Aの運転者は、トレール長t_actが負のトレール長となっている状態(本実施形態では、車速推定値Vox_actが低速側の車速である場合)でも、トレール長t_actが正のトレール長となっている状態と同様の方向の反力を操縦ハンドル7から受けながら、該操縦ハンドル7を操作することができる。
Therefore, the driver of the two-
また、前記式(10)の演算処理で標準操舵モーメントトレール長t_actが負のトレール長に設定される低速側の車速Voxに乗じるゲインK5の目標値は、車速推定値Vox_actの増加に伴い、小さくなるので、トレール長t_actが負のトレール長に設定される低速側の車速Voxでは、トレール長t_actが正のトレール長に設定される高速側の車速Voxよりも、目標前輪操舵角加速度δf_dot2_cmdに含まれる標準操舵モーメントMstr_nmlに応じた成分(=K5*Mstr_nml)が大きくなる。ひいては、操縦ハンドル7に対して付与されるトルクがトレール長t_actに応じて変動するのを抑制することができる。 Further, the target value of the gain K5 multiplied by the low-speed side vehicle speed Vox in which the standard steering moment trail length t_act is set to a negative trail length in the calculation process of the above equation (10) becomes smaller as the vehicle speed estimated value Vox_act increases. Therefore, the vehicle speed Vox on the low speed side where the trail length t_act is set to a negative trail length is included in the target front wheel steering angular acceleration δf_dot2_cmd than the vehicle speed Vox on the high speed side where the trail length t_act is set to a positive trail length. The component (= K5 * Mstr_nml) corresponding to the standard steering moment Mstr_nml is increased. As a result, it can suppress that the torque provided with respect to the steering handle 7 fluctuates according to the trail length t_act.
なお、以上説明した実施形態では、トレール長可変機構は、図5及び図6に例示した構造のものと異なる構造のものであってもよい。前輪3fのトレール長を変更可能とするためのトレール長可変機構は、アクチュエータにより前輪3fのトレール長を変更し得る機構であれば、どのような構造のものであってもよい。
In the embodiment described above, the trail length variable mechanism may have a structure different from that illustrated in FIGS. 5 and 6. The trail length variable mechanism for changing the trail length of the
例えば、トレール長可変機構は、ボールネジ機構等を用いて、前輪3fを前記操舵回転部12に対して、前後方向に直線状に動かすように構成されていてもよい。また、トレール長可変機構は、例えば特開2014-184934号公報、あるいは、米国特許第9302730号明細書に提案されている構造のものであってもよい。
For example, the trail length variable mechanism may be configured to move the
また、前記実施形態では、本発明の移動体として、二輪車1Aを例示した。ただし、本発明の移動体は、車体を運転者の体重移動に応じてロール方向に傾斜させ得る構造のものであれば、例えば前輪又は後輪が、車幅方向に並列する複数の車輪により構成されていてもよい。さらに、本発明の移動体は、例えば、後輪に対して、車体及び前輪をロール方向に傾斜させることが可能となっている構造のものであってもよい。
In the embodiment, the
また、前記実施形態では、車体2の傾斜状態を示す状態量として、倒立振子質点123の横移動量Pb_diff_y及び横速度Vbyを用いて、該状態量の目標値に収束させるように車体2のロール方向の姿勢制御を行うものを示した。ただし、例えば、倒立振子質点123の横移動量Pb_diff_yだけを制御対象の状態量として用いて、車体2のロール方向の姿勢制御を行うことも可能である。あるいは、車体2のロール方向の傾斜角を制御対象の状態量として用いて、あるいは、車体2のロール方向の傾斜角と、その時間的変化率である傾斜角速度とを制御対象の状態量として用いて、車体2のロール方向の姿勢制御を行うことも可能である。
In the above embodiment, the roll of the
Claims (5)
前記前輪のトレール長を可変とするトレール長可変機構を有すると共に該前輪を前記操舵軸線のまわりに操舵可能に支持するように構成された前輪支持機構と、
前記前輪を操舵する駆動力を発生する操舵用アクチュエータと、
前記前輪のトレール長を変化させる駆動力を発生するトレール長変更用アクチュエータと、
前記操舵用アクチュエータ及びトレール長変更用アクチュエータを制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、前記前輪の操舵方向と同方向の操舵トルクを前記操舵操作部に付与するように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする移動体。 A front wheel and a rear wheel that are spaced apart from each other in the front-rear direction of the vehicle body, and the front wheel is a steerable wheel that can be steered around a steering axis, and the driver steers the front wheel A moving body having a steering operation section of
A front wheel support mechanism having a trail length variable mechanism for changing the trail length of the front wheel and configured to support the front wheel so as to be steerable around the steering axis;
A steering actuator for generating a driving force for steering the front wheels;
A trail length changing actuator for generating a driving force for changing the trail length of the front wheel;
A control device for controlling the steering actuator and the trail length changing actuator,
The movable body is configured to control the steering actuator so as to apply a steering torque in the same direction as a steering direction of the front wheels to the steering operation unit.
前記トレール長可変機構は、前記前輪のトレール長を正の上限トレール長と、負の下限トレール長との間で変化させ得るように構成され、
前記制御装置は、少なくとも前記前輪のトレール長が負のトレール長になっている状態で、前記操舵トルクを前記操舵操作部に付与するように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする移動体。 The mobile body according to claim 1,
The trail length variable mechanism is configured to change the trail length of the front wheel between a positive upper limit trail length and a negative lower limit trail length,
The control device is configured to control the steering actuator so as to apply the steering torque to the steering operation unit at least in a state where the trail length of the front wheel is a negative trail length. A moving body characterized by.
前記制御装置は、当該移動体の走行速度の増加に伴い、前記前輪のトレール長を負のトレール長から正のトレール長に変化させるように前記トレール長変更用アクチュエータを制御するように構成されていると共に、前記走行速度の増加に伴い、前記操舵トルクを弱めるように前記操舵用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする移動体。 The mobile body according to claim 2,
The control device is configured to control the trail length changing actuator to change the trail length of the front wheel from a negative trail length to a positive trail length as the traveling speed of the moving body increases. And a moving body configured to control the steering actuator to weaken the steering torque as the traveling speed increases.
前記制御装置は、前記操舵トルクを前記前輪の操舵角の観測値に応じて決定するように構成されていることを特徴とする移動体。 The mobile body according to claim 1,
The control device is configured to determine the steering torque according to an observed value of a steering angle of the front wheels.
前記制御装置は、前記前輪のトレール長が正の所定値である場合における該前輪の操舵角と、該操舵角に応じて前記操舵操作部に作用するトルクとの関係を表す相関データを記憶保持しており、前記前輪の操舵角の観測値から、前記相関データに基づいて、前記操舵トルクを決定することを特徴とする移動体。
The mobile body according to claim 4,
The control device stores and holds correlation data representing a relationship between a steering angle of the front wheel when the trail length of the front wheel is a predetermined positive value and a torque acting on the steering operation unit according to the steering angle. And the steering torque is determined based on the correlation data from the observed value of the steering angle of the front wheels.
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