JP2016505447A - ダブルジャイロスコープ装置を備える自動二輪車の走行を安定させるための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動二輪車の走行を安定させる方法に関し、互いに平行な回転軸線を備え、互いに隣接して配置された２つのジャイロスコープが設けられており、ジャイロスコープは、それぞれ回転軸線に対して垂直方向の旋回軸線を中心として旋回可能であり、２つのジャイロスコープの旋回軸線は同様に互いに平行であり、ジャイロスコープは、回転軸線を中心として互いに反対の回転方向に回転し、二輪車の不安定な走行状況が検出された場合には、２つのジャイロスコープがそれぞれの旋回軸線を中心として第１角速度により旋回され、旋回方向は互いに反対であり、次いで、回転する２つのジャイロスコープがそれぞれの旋回軸線を中心として第２速度により旋回され、再び元の配向に戻される。

Description

２本の軌跡を残す自動車では、危険な走行状況でヨー角を制御するためのシステムが広く知られており、事故防止のために最も効果的である。個々の車輪を意図的に、非対称的に制動することにより優れているこれらのシステムは、二輪車では構造的に考慮の対象にならない。自動二輪車の走行ダイナミクスは、車輪のジャイロスコープ作用および操舵による角運動量の変更によって決定され、安定化される。

本発明は、自動二輪車の走行を安定させる方法に関し、互いに平行な回転軸線を備え、互いに隣接して配置された２つのジャイロスコープが設けられており、これらのジャイロスコープは、それぞれ回転軸線に対して垂直方向の旋回軸線を中心として旋回可能であり、２つのジャイロスコープの旋回軸線は同様に互いに平行であり、
ジャイロスコープは、回転軸線を中心として互いに反対の回転方向に回転し、
二輪車の不安定な走行状況が検出された場合には、回転する２つのジャイロスコープがそれぞれの旋回軸線を中心として第１角速度により旋回され、旋回方向は互いに反対であり、
次いで、回転する２つのジャイロスコープがそれぞれの旋回軸線を中心として第２角速度により旋回され、再び元の配向に戻される。本発明によるジャイロスコープの配置および制御により、車両に意図的にトルクを加える効果的な可能性が得られる。

本発明の好ましい構成は、第１角速度が第２角速度よりも大きいことを特徴とする。第１角速度の意図的な選択により、車両に加えられるトルクの大きさをあらかじめ設定することができる。これに対して、できるだけ小さいトルクが車両に作用するように、旋回軸線を中心としてジャイロスコープをできるだけゆっくりと回転させて戻すことが望ましい。

本発明の好ましい構成は、ジャイロスコープの回転軸線が二輪車の前後方向に向いており、ジャイロスコープの旋回軸線が二輪車の横方向に向いていることを特徴とする。この特殊な構成により、ヨートルクが車両に加えられる。

本発明の好ましい構成は、二輪車の横滑り角および／または二輪車の後輪の傾斜角があらかじめ設定された閾値を超えた場合に、不安定な走行状況が生じていることが検出されることを特徴とする。

本発明の代替的な好ましい構成は、単位時間毎の横滑り角の変化および／または単位時間毎の後輪の傾斜角の変化が、あらかじめ設定された閾値を超えた場合に、不安定な走行状況が生じていることが検出されることを特徴とする。

上記構成では、大きい横滑り角もしくは後輪の傾斜角またはこれらの変数の著しい時間的な増大が、不安定な走行状況の兆候であるという事実が利用される。

本発明の好ましい一構成では、不安定な走行状況が検出された場合に、２つのジャイロスコープが、同じ角度だけ、同じ速度により、しかしながら反対方向に旋回されることを特徴とする。ジャイロスコープが対称的に旋回することにより、ジャイロスコープの回転平面に位置し、回転平面から外れる成分を備えていないトルクベクトルのみが生じることが保証される。

本発明の好ましい構成では、２つのジャイロスコープの構成が同じであり、同じ角速度により、しかしながら反対の回転方向に回転することを特徴とする。これにより、ジャイロスコープシステム、旋回されていない基本状態ではゼロの角運動量を備えることが保証される。

本発明の好ましい構成では、ジャイロスコープが電気モータにより駆動され、電気モータによって旋回されることを特徴とする。

本発明の好ましい構成では、二輪車が自動二輪車であることを特徴とする。

さらに、本発明は、本発明による方法を実施するために構成された手段を含む装置を含む。この装置は、特に、本発明による方法を実施するためのプログラムコードを備える制御器である。

図面は、図１および図２を含む。

ジャイロスコープシステムを備える自動二輪車およびジャイロスコープシステムの詳細を示す図である。 本発明による方法の実施形態の経過を示す図である。

自動二輪車のリアが横滑りしそうな危険な走行状況では、ジャイロスコープシステムによりヨー軸を中心として付加的なトルクが生成され、これにより自動二輪車はドライバによって制御可能な安定した状況に再び戻される。

このために、走行時に一定の回転数で持続的に回転する２つの回転対称的な物体が自動二輪車に組み付けられる。これらの２つのジャイロスコープの回転方向は、危険な状況以外では平行かつ逆向きであり、これにより角運動量が相殺され、走行ダイナミクスへの影響は生じない。危険な走行状況では、必要に応じて、ジャイロスコープ回転軸の適宜な回転により車軸の横滑りに反作用するヨートルクが生成される。

２つのジャイロスコープシステムが自動二輪車に組み込まれる。これらのジャイロスコープは、自動二輪車フレームに堅固に結合されたケーシングからなり、このケーシングは回転対称的な物体を含む。この物体は、回転軸線を中心として回転対称軸線に沿って支承されており、車両の始動後および走行時に、必要に応じて電気モータによって上記軸線を中心としてあらかじめ設定された回転数まで加速される。２つのジャイロスコープの回転軸線は、最初は平行であり、回転方向は逆向きであり、これにより、自動二輪車フレームの移動時にもジャイロスコープ作用が相殺される。

２つのジャイロスコープは、ジャイロスコープ回転方向に対して横方向に延在し、自動二輪車のフレームに対して横方向に、すなわち自動二輪車横方向に延在する別の軸線を中心として回転可能に懸吊されている。この軸線を中心とした回転は、同様に電気モータによって行われる。２つのジャイロスコープ回転軸が同じ角度量だけ逆向きに別の軸線を中心として回転された場合、自動二輪車縦軸に向いた角運動量が生じ、この角運動量は回転角度の増大に伴い増大する。

上記装置が図１に示されている。図１の上側には、慣性センサ１０１および制御器１０２を備える自動二輪車１００が示されている。図１の上側には、さらに以下に詳述するダブルジャイロスコープシステム１０３が示されている。ダブルジャイロスコープシステム１０３は、上下に重ねて配置されたジャイロスコープ１０４および１０５からなる。上側のジャイロスコープ１０４は、自動二輪車を前方から見た場合に時計回りに回転し、下側のジャイロスコープ１０５は、同様に前方から見た場合に反時計回りに回転する。上側のジャイロスコープは、自動二輪車後側の方向に向いた角運動量Ｌ１を備え、下側のジャイロスコープは、自動二輪車前側の方向に向いた角運動量Ｌ２を備える。両方の角運動量は相殺される。両方のジャイロスコープは、さらに自動二輪車横方向に向いた軸線１０６を中心として回転可能に支承されている。回転するジャイロスコープがこの軸線を中心として傾斜した場合には、角運動量Ｌ１およびＬ２の方向が変化する。

この横軸を中心として図示の方向に傾斜が生じた場合、Ｌ１およびＬ２はそれぞれ上向きの成分を得る。これらの成分は、上向きの角運動量に加算される。したがって、この回転運動時には、鉛直方向に、単位時間毎の角運動量の変化が生じ、すなわち、ｄＬ／ｄｔはゼロに等しくなく、したがって鉛直方向に向いたトルクベクトルが生じる。この鉛直方向に向いたトルクベクトルは、自動二輪車の縦軸を中心とした自動二輪車の回転運動、すなわちヨー運動をもたらす。これにより、軸線１０６を中心としたジャイロスコープの意図的な傾斜により、所望のヨートルクを自動二輪車に加えることができる。

車軸の横滑りが生じる危険な状況を検出するためには、回転速度および並進加速度を測定するための慣性センサからなるセンサクラスタおよびホイール回転数センサを使用することができる。これらのセンサ変数により、車両横滑り角もしくは後輪の傾斜角を推定することができる。自動二輪車では、安定走行時の横滑り角は一般的に数度にすぎない。横滑り角が突然に上昇した場合には、車軸の横滑りを仮定すべきである。この場合、制御器は、横滑り角を安定した走行状況における一般的な値まで再び減じるために必要なトルクもしくはヨートルクを計算し、これに応じてジャイロスコープシステムのモータを制御し、このトルクがジャイロスコープによって供給される。

走行状況が安定化された後に、ジャイロスコープ回転軸は、対応してゆっくりと出発位置まで回転して戻され、したがって、ドライバは、ジャイロスコープ運動により走行ダイナミクスの著しい変化が誘起されたとは感じない。ジャイロスコープが初期位置に到達した場合、ジャイロスコープ作用は再び完全に相殺される。

本発明による方法の実施形態の経過が図２に示されている。方法はブロック２００で始まる。次いでブロック２０１で、二輪車の不安定な走行状態が生じているかどうかが確認される。二輪車の不安定な走行状態が生じてない場合には、ブロック２００に戻る。しかしながら二輪車の不安定な走行状態が生じている場合には、ブロック２０２で、両方のジャイロスコープがそれぞれの旋回軸線を中心として第１の角速度により旋回され、この場合、旋回方向は互いに反対である。その後、ブロック２０３で両方のジャイロスコープがそれぞれの旋回軸線を中心として第２の角速度により旋回され、再び元の配向に戻される。ブロック２０４で、方法は終了する。

Claims (10)

1. 自動二輪車（１００）の走行を安定させる方法であって、互いに平行な回転軸線を備える互いに隣接して配置された２つのジャイロスコープ（１０４，１０５）が設けられており、該ジャイロスコープが、それぞれ回転軸線に対して垂直方向の旋回軸線（１０６）を中心として旋回可能であり、２つのジャイロスコープの旋回軸線（１０６）が同様に互いに平行であり、
   回転軸線を中心として互いに反対の回転方向にジャイロスコープ（１０４，１０５）を回転させ、
   二輪車の不安定な走行状況が検出された場合に（２０１）、それぞれの旋回軸線（１０６）を中心として第１角速度により２つのジャイロスコープ（１０４，１０５）を旋回し、旋回方向は互いに反対であり（２０２）、
   次いで、それぞれの旋回軸線（１０６）を中心として第２角速度により２つのジャイロスコープ（１０４，１０５）を旋回し、再び元の配向に戻す（２０３）、自動二輪車（１００）の走行を安定させる方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記第１角速度が前記第２角速度よりも大きいことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記ジャイロスコープ（１０４，１０５）の回転軸線を二輪車（１００）の前後方向に向け、ジャイロスコープの前記旋回軸線（１０６）を二輪車（１００）の横方向に向けることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、
   二輪車の横滑り角または二輪車の後輪の傾斜角があらかじめ設定された閾値を超えた場合に、不安定な走行状況が生じていることを検出することを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、
   単位時間毎の横滑り角の変化または単位時間毎の後輪の傾斜角の変化が、あらかじめ設定された閾値を超えた場合に、不安定な走行状況が生じていることを検出することを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、
   不安定な走行状況が検出された場合に、２つのジャイロスコープを、同じ角度だけ、同じ速度により、しかしながら反対方向に旋回させることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、
   ２つの前記ジャイロスコープ（１０４，１０５）の構成が同じであり、同じ角速度により、しかしながら反対の回転方向に回転することを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、
   前記ジャイロスコープ（１０４，１０５）を電気モータにより駆動し、電気モータによって旋回させることを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法において、
   二輪車（１００）が自動二輪車であることを特徴とする方法。
10. 本発明による方法を実施するために構成された手段を含む装置。

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