JP5405969B2 - 自動二輪車の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車の操舵装置に係り、特に、電動モータによって補助操舵力を与えるパワーアシスト手段を適用した自動二輪車の操舵装置に関する。

従来から、車両の操舵装置において、乗員の操作負担が軽減されるよう電動モータによって操舵力をアシストするパワーアシスト手段を適用した構成が知られている。

特許文献１には、車幅方向に延在するバータイプのハンドルで前輪を操舵する鞍乗型の４輪車両において、ハンドルの下部に結合されてヘッドパイプに回動自在に軸支されるステムシャフトに対し、電動モータによる補助操舵力を入力するようにしたパワーアシスト手段が開示されている。

特開２００６−２３２０６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された４輪車用のパワーアシスト手段は、乗員によるハンドル操作力に応じた補助操舵力を与えるのみであり、特に二輪車に適した補助操舵力を与える手法に関しては検討されていなかった。より具体的には、前後輪のみで走行する二輪車においては、ごく低い速度での走行時に車体が左右に傾こうとする「ふらつき」が生じ、通常の二輪車では、乗員がハンドルを操舵したり体重移動をすることで車体のバランスを保つ必要がある。特に重量の大きな車両では、このバランスを保つためのハンドル操作の負担も大きくなることが考えられる。特許文献１に記載された技術は、このような操舵操作を補助するためにパワーアシスト手段を用いることを考慮するものではなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、１つは、パワーアシスト手段を用いて低速時の自動二輪車の姿勢制御を行うことを可能にし、もう１つはレシオ可変手段を用いて全速度域において最適な操舵比が得られるようにした自動二輪車の操舵装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、前輪（ＷＦ）を回転自在に軸支する左右一対のフロントフォーク（４）を、トップブリッジ（１６）および該トップブリッジ（１６）の車体下方側に位置するボトムブリッジ（１７）によって保持すると共に、車体フレーム（２）に対して前記フロントフォーク（４）を操舵可能に支持する自動二輪車の操舵装置（３０）において、乗員が操作するハンドル（５）へ入力される入力トルク（Ｍｚ）に応じて、第２モータ（Ｍ２）による補助操舵力を与えるパワーアシスト手段（Ｗ１）と、車速（Ｖ）を検知する車速検知手段（９２）と、前記入力トルク（Ｍｚ）を検知する入力トルク検知手段（４８）と、前記ハンドル（５）の回動角度と前記前輪（ＷＦ）の操舵角度との比率である操舵比（ｊ）を検知する操舵比検知手段（９２）と、車体のロール方向の角速度（ω）を検知するロール角速度検知手段（９３）と、前記第２モータ（Ｍ２）を制御する制御部（１００）とを具備し、前記制御部（１００）は、前記第２モータ（Ｍ２）を、前記車速（Ｖ）、前記入力トルク（Ｍｚ）および前記ロール方向の角速度（ω）の値に基づいて制御する点に第１の特徴がある。

また、前記車速（Ｖ）、前記入力トルク（Ｍｚ）および前記操舵比（ｊ）の関数（Ｔ１＝Ｍｚ・ｋ（ｋ＝ｆ（ｊ，Ｖ）））に基づいて、前記補助操舵力としてのパワーアシストトルク（Ｔ１）を求めるパワーアシストトルク算出手段（１０４）と、前記車速（Ｖ）に応じて変化する車速−角速度マップに基づいて、前記ロール方向の角速度（ω）を打ち消すための操舵角補正トルク（Ｔ２）を求める操舵角補正トルク算出手段（１０５）とを具備し、前記第２モータ（Ｍ２）は、前記パワーアシストトルク（Ｔ１）と前記操舵角補正トルク（Ｔ２）とを合算した値に基づいて制御され、前記制御部（１００）は、車速（Ｖ）が所定値以下でロール方向の角速度（ω）が所定値以上の場合に、車体の重心（Ｇ）の位置を車体中央に戻す方向のアシスト力を大きくする点に第２の特徴がある。

また、前記操舵比（ｊ）を、第１モータ（Ｍ１）によって任意に変更する操舵比可変手段（Ｓ１）を具備し、前記制御部（１００）は、前記車速（Ｖ）の関数（Ｊ＝ｆ（Ｖ））によって求められる目標操舵比（Ｊ）と前記操舵比（ｊ）との差分に基づいて前記第１モータ（Ｍ１）を制御する点に第３の特徴がある。

また、前輪（ＷＦ）を回転自在に軸支する左右一対のフロントフォーク（４）を、トップブリッジ（１６）および該トップブリッジ（１６）の車体下方側に位置するボトムブリッジ（１７）によって保持すると共に、車体フレーム（２）に対して前記フロントフォーク（４）を操舵可能に支持する自動二輪車の操舵装置（３０）において、乗員が操作するハンドル（５）へ入力される入力トルク（Ｍｚ）に応じて、第２モータ（Ｍ２）による補助操舵力を与えるパワーアシスト手段（Ｗ１）と、車速（Ｖ）を検知する車速検知手段（９２）と、前記入力トルク（Ｍｚ）を検知する入力トルク検知手段（４８）と、前記ハンドル（５）の回動角度と前記前輪（ＷＦ）の操舵角度との比率である操舵比（ｊ）を検知する操舵比検知手段（９２）と、車体のロール方向の角速度（ω）を検知するロール角速度検知手段（９３）と、前記第２モータ（Ｍ２）を制御する制御部（２００）とを具備し、前記制御部（２００）は、前記第２モータ（Ｍ２）を、前記車速（Ｖ）および前記入力トルク（Ｍｚ）の値に基づいて制御する点に第４の特徴がある。

また、前記車速（Ｖ）、前記入力トルク（Ｍｚ）および前記操舵比（ｊ）の関数（Ｔ＝Ｍｚ・ｋ（ｋ＝ｆ（ｊ，Ｖ）））に基づいて、前記補助操舵力としてのパワーアシストトルク（Ｔ）を求めるパワーアシストトルク算出手段（２０４）を具備し、前記第２モータ（Ｍ２）は、前記パワーアシストトルク（Ｔ）の値に基づいて制御される点に第５の特徴がある。

また、前記操舵比（ｊ）を、第１モータ（Ｍ１）によって任意に変更する操舵比可変手段（Ｓ１）を具備し、前記制御部（２００）は、前記車速（Ｖ）の関数（Ｊ＝ｆ（Ｖ））によって求められる目標操舵比（Ｊ）と前記操舵比（ｊ）との差分に基づいて前記第１モータ（Ｍ１）を制御する点に第６の特徴がある。

第１および第２の特徴によれば、パワーアシスト手段を備えた操舵装置を、車体のロール方向の角速度を考慮して制御することが可能となる。これにより、車体がふらつかないようにするための操舵操作を自動制御することが可能となり、乗員の操作負担を軽減することができる。また、特に低速域での車体のふらつきを低減することができると共に、あらゆる速度域で自動二輪車の安定性および運動性を高めることができる。

さらに、操舵装置によって自動二輪車の安定性および運動性が高められるため、乗員の疲労が軽減されるほか、車体フレームの剛性を下げて軽量化しても従来と同様の安定性および運動性が得られ、ステアリングダンパが不要となるなど、車体の構造を簡略化することができる。

第３の特徴によれば、パワーアシスト手段および操舵比可変手段を備えた操舵装置を、車体のロール方向の角速度を考慮して制御することが可能となる。これにより、低速から高速までの全速度域において最適な操舵比が得ることができ、自動二輪車の安定性および運動性を高めることができる。

第４および第５の特徴によれば、ロール角速度検出手段を用いずに、パワーアシスト手段を備えた操舵装置を簡易な構成によって制御し、自動二輪車の安定性および運動性を高めることができる。また、車体が倒れないようにする操舵操作に対して補助操舵力が加えられるので、乗員の操作負担を軽減することができる。

第６の特徴によれば、パワーアシスト手段および操舵比可変手段を備えた操舵装置を、車体のロール方向の角速度を考慮することなく制御することが可能となる。これにより、低速から高速までの全速度域において最適な操舵比を得ることができ、自動二輪車の安定性および運動性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る自動二輪車の操舵装置を適用した自動二輪車の側面図である。 操舵装置の側面図である。 操舵装置の上面図である。 操舵装置の側面断面図である。 スライダが車体前方側に移動した状態における操舵装置の側面図である。 操舵装置の上面断面図である。 操舵比可変手段の動作説明図である。 本実施形態に係る操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。 自動二輪車の重心の変動状態を示す模式図である。 ハンドル操作に伴って重心が移動する様子を示す模式図である。 ハンドル操作に伴って重心が正立状態に戻る過程を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。 車速と操舵比との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る自動二輪車の操舵装置３０（以下、単に操舵装置３０と示すこともある）が適用された自動二輪車１の側面図である。自動二輪車１の操舵輪としての前輪ＷＦは、左右一対のフロントフォーク４の下端部に回転自在に軸支されている。本発明の一実施形態に係る操舵装置３０は、車体フレーム２の前端部に配設されている。操舵装置３０は、後述する操舵比可変手段によってハンドルバー５への入力操作量とは異なる回動量で前輪ＷＦを操舵可能にすると共に、パワーアシスト手段によって前輪ＷＦの操舵力をアシストすることを可能にする電動ステアリング機構である。

フロントフォーク４は、操舵装置３０の上側に位置するトップブリッジ１６と、操舵装置３０の下側に位置するボトムブリッジ１７とによって支持されている。前輪ＷＦは、操舵装置３０に対してトップブリッジ１６およびボトムブリッジ１７が一体に回動することによって操舵される。トップブリッジ１６の上方には、乗員が把持する左右一対のハンドルグリップ６を有するハンドルバー５が配設されている。

ハンドルバー５の車体前方側には、外装部品としてのフロントカウル７が配設されている。車体フレーム２の下方には、車体後方下方に向けて延びるエンジンハンガ３が設けられており、車両の動力源としてのエンジン８は、該エンジンハンガ３によって吊り下げられるように固定されている。駆動輪としての後輪ＷＲは、マフラ１０の車幅方向中央側に配設されるスイングアーム（不図示）の後端部に回転自在に軸支されている。スイングアームの前端部は、車体フレーム２の後方下方に設けられたスイングアームピボット９によって揺動自在に軸支されている。

運転者が着座するシート１２の車体前方には、給油口リッド１１を有する燃料タンクカバー１９が配設されている。シート１２の後方には、同乗者が着座する後部シート１３が設けられている。後部シート１３の後方には、車幅方向中央にトランク１４が取り付けられ、トランク１４の下方には左右一対のサイドケース１５が取り付けられている。

図２は、本発明の一実施形態に係る操舵装置３０の側面図である。また、図３は、操舵装置３０の上面図である。操舵装置３０は、車体フレーム２の前端のヘッドパイプに配設されている。本実施形態では、アルミのパイプ材等からなる左右一対のメインフレーム２ａの前端部に、アルミ鋳造等で形成された支持ケース（ヘッドパイプ）１８が結合されている。そして、この支持ケース１８に形成された凹部に、締結部材等を用いて操舵装置３０を固定することにより、操舵装置３０が車体フレーム２の前端部に固定される。このとき、操舵装置３０の車体前方側の面は、支持ケース１８から車体前方側に露出した状態となる。支持ケース１８には、メインフレーム２ａの前端部のみならず、エンジンハンガ３の上端部も結合されている。なお、本実施形態に係る支持ケース１８は、通常の二輪車のヘッドパイプに相当し、車体フレーム２に対してフロントフォーク４を回転操舵可能にするものである。支持ケース１８は、車体フレーム２の前端部に一体的に形成してもよい。

ここで、通常の自動二輪車では、左右一対のフロントフォークをトップブリッジおよびボトムブリッジで支持し、このトップブリッジとボトムブリッジとを連結固定する回動軸としてのステムシャフトを、車体フレームの前端部に形成されたヘッドパイプに揺動自在に軸支することにより、前輪を操舵可能としている。これに対し、本実施形態に係る操舵装置３０では、ハンドルバー５への入力操作とは異なる操舵角および操舵力によって前輪ＷＦを操舵可能とするため、通常の自動二輪車とは異なる構成を有している。

本実施形態では、操舵装置３０の下部に設けられた出力軸６６にボトムブリッジ１７を固定することにより、出力軸６６の回動動作に伴って、ボトムブリッジ１７、トップブリッジ１６およびフロントフォーク４が一体に回動するように構成されている。乗員が入力操作するハンドルバー５は、フロントフォーク４の揺動角度と異なる角度でハンドルバー５を回動させることを可能とするため、トップブリッジ１６には固定されておらず、操舵装置３０の上部に設けられた入力軸４０に直接連結されている。本実施形態においては、入力軸４０および出力軸６６の回転軸が、同軸上に位置するように構成されている。

操舵装置３０は、上側ハウジング３１および下側ハウジング３２を有しており、この両者が形成する内部空間に、前記した操舵比可変手段およびパワーアシスト手段が収納されている。上側ハウジング３１と下側ハウジング３２とは、３本の締結ネジ３３で固定されている。下側ハウジング３２の車体後方側には、操舵比可変手段を作動させるための第１モータＭ１およびパワーアシスト手段を作動させるための第２モータＭ２がそれぞれ取り付けられている。第１モータＭ１および第２モータＭ２は、それぞれの軸線Ｊ１，Ｊ２が、互いに平行に車体前後方向に指向し、かつトップブリッジ１６とボトムブリッジ１７との間に位置するように配設されている。なお、本実施形態では、第１モータＭ１より第２モータＭ２の方が車体上下方向でわずかに低い位置に配設されているが、軸線Ｊ１，Ｊ２がほぼ同じ高さに位置するように配設してもよい。

図３を併せて参照して、ボトムブリッジ１７には、トップブリッジ１６と同様に、左右一対のフロントフォーク４を支持するための挿通穴４ａが形成されている。操舵装置３０は、左右のフロントフォーク４の間の空間に収まるように構成されている。これにより、大きな前輪操舵角を確保することが容易になると共に、操舵装置３０の重量を車幅方向中央に集中させることが可能となる。また、操舵装置３０は、締結ネジ３３を貫通させる車体前方側の１箇所のボス部分を除いて、フロントフォーク４の車体前端面より車体前方側に突出しないように配設されている。

また、第１モータＭ１および第２モータＭ２は、メインフレーム２ａおよび支持ケース１８の外壁から車体前方側に突出することなく、支持ケース１８の内側、すなわち車体内側に収まるように配設されている。本実施形態では、各モータＭ１，Ｍ２の回転軸Ｊ１，Ｊ２が車体前後方向に指向され、各モータＭ１，Ｍ２の後端部分が支持ケース１８の後端面から若干突出するように配設されている。このような第１，２モータの配置によれば、例えば、両モータを操舵装置３０の車体前方側に配置する構成に比して、操舵装置３０の重心位置を車体後方側に寄せることができ、操舵装置３０の重量が車体バランスに与える影響を低減することが可能となる。また、第１，２モータがメインフレーム２ａの外方に突出しないため、両モータに外力や水分等の影響が及ぶことを防止し、両モータを防護することができる。

本実施形態では、操舵力をアシストする第２モータＭ２に、操舵比可変手段を駆動する第１モータＭ１より大型のものが適用されている（例えば、発生トルクで、第１モータＭ１：０．３Ｎｍ、第２モータＭ２：１．３Ｎｍ）。また、本実施形態では、第１モータＭ１が車幅方向右側に配置され、第２モータＭ２が車幅方向左側でかつ第１モータＭ１より下方の位置に配設されている。このような第１，２モータの配置は、例えば、マフラを車体右側のみに配設する車両において、車幅方向右側の重量を減らして重量バランスの最適化を図る際に好適である。なお、両モータＭ１，Ｍ２の配設位置は、上下ハウジング３１，３２や車体フレームの形状等に合わせて種々の変形が可能である。

なお、収納ケース１８に設けられる操舵装置３０の取り付け凹部を、通常の自動二輪車に使用されるヘッドパイプの取り付けが可能となるように構成しておけば、共通の車体フレームを用いて、本発明に係る操舵装置を適用した車両と通常のステアリング機構を有する車両とを生産することが可能となる。

図４は、操舵装置３０の側面断面図である。また、図５は、後述するスライダＳ１が車体前方側に移動した状態における側面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。前記したように、操舵装置３０は、その上側に突出する入力軸４０と、下側に突出する出力軸６６とを有する。入力軸４０の上端部には、スプライン嵌合により入力軸４０と一体に回動するハンドルベース４３が、ナット４１およびワッシャ４２によって取り付けられている。ハンドルベース４３とトップブリッジ１６とは、軸受４４によって互いに回動自在に係合されている。乗員が操作するハンドルバー５は、このハンドルベース４３に固定されており、ハンドルバー５への入力操作は、トップブリッジ１６を介することなく、入力軸４０に直接入力される。

操舵装置の３０の上側ハウジング３１の上部には、円筒部３１ａが形成されている。この円筒部３１ａの上端部には、操舵装置３０への水分等の侵入を防ぐダストシール４５および入力軸４０を軸支する軸受４６が配設されている。軸受４６の下部には、オイルシール４７が配設されており、その下方には、入力トルク検知手段としてのトルクセンサ４８が上下に２つ設けられている。トルクセンサ４８には磁歪式が適用されており、入力軸４０の外周部には、トルクセンサ４８に対向する部分に磁性リング４０ａが取り付けられている。本実施形態では、トルクセンサ４８によって入力軸４０のねじれ量を検出し、このねじれ量に基づいて乗員のハンドル操作による操舵トルクが算出される。

入力軸４０の下端部には、円柱状の入力部材５０が形成されている。入力部材５０は、上側ハウジング３１に嵌合された軸受４９によって回転自在に支持されている。入力部材５０の下面には、２つの鋼球５１，５２が転動自在に支持されており、入力部材５０とこれに隣接配置されるスライダＳ１とは、鋼球５１，５２のみで接触するように構成されている。スライダＳ１の上面部の車体前方側には、鋼球５１の転動方向を規制するガイドレール５４が車体前後方向に指向して形成されている。上側ハウジング３１と下側ハウジング３２との間には、内部空間の密閉を保つＯ（オー）リング９０が配設されている。

操舵比可変手段としての円柱状のスライダＳ１は、大径の軸受５３によってベースＳＢに回動自在に支持されると共に、第１モータＭ１を駆動させることで車体前後方向に移動可能に構成されている。スライダＳ１の位置は、図４に中立位置を示しており、図５には、車体前方側に移動させた状態を示している。スライダＳ１は、中立位置から車体後方側にも同様に移動可能とされる。なお、ここでは、スライダＳ１を操舵比可変手段として説明したが、以下では、スライダＳ１の他、入力部材５０やスライダＳ１の駆動機構等を含むシステム全体を、操舵比可変手段と呼称することもある。

スライダＳ１の下面には、２つの鋼球５５，５６が転動自在に支持されており、スライダＳ１に隣接配置されるウォームホイールＷ１の天板６７とは、この鋼球５５，５６のみで接触するように構成されている。天板６７の上面部の車体後方側には、鋼球５６を案内するガイドレール５７が車体前後方向に指向して形成されている。なお、ここでは、ウォームホイールＷ１をパワーアシスト手段として説明したが、以下では、ウォームホイールＷ１の他、ウォームホイールＷ１の駆動機構等を含むシステム全体を、パワーアシスト手段と呼称することもある。

ウォームホイールＷ１および天板６７は、出力軸６６に対して相互回転不能に固定されている。出力軸６６は、ウォームホイールＷ１の下部で、軸受５８，５９に回転自在に支持されている。軸受５８，５９は、外周部に雄ねじ部を有する軸受カラー６２に嵌合されており、この軸受カラー６２を下側ハウジング３２の開口部に設けられた雌ねじ部に螺合することで下側ハウジング３２に固定される。下側ハウジング３２と軸受カラー６２との間には、Ｏリング６０が配設されている。軸受カラー６２は、その外周部にロックリング６３を締結することにより、下側ハウジング３２に対して回動不能に固定される。軸受５９の下部には、ダストシール６１が配置されている。

出力軸６６および取り付けカラー６４、取り付けカラー６４およびボトムブリッジ１７は、それぞれスプライン構造によって嵌合されており、出力軸６６の先端にナット６５を締結することにより、相互回転不能に固定される。上記した構成により、出力軸６６に伝達された回転駆動力は、ボトムブリッジ１７からフロントフォーク４、そして、フロントフォーク４の上端部でこれを支持するトップブリッジ１６に伝達されることとなる。なお、本実施形態では、入力軸４０と出力軸６６とが同軸上に位置すると共に、出力軸６６とフロントフォーク４とが平行をなすように構成されている。

図６は、操舵装置３０を上面断面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。前記したように、出力軸６６に直結されるウォームホイールＷ１は、第２モータＭ２によって任意の速度で回動させることができる。第２モータＭ２は、自動二輪車１の各種センサ情報（操舵トルク、車速、エンジン回転数、ギヤ段数、車体のロール角およびピッチ角、ヨー角、舵角、操舵比等）に基づいて、前輪ＷＦの操舵力を適切にアシストするように駆動される。これにより、例えば、停車時にハンドル操作を行う際の操作力を低減したり、所定の走行状態において最適な操舵トルクに駆動する等の制御が可能となる。

第２モータＭ２は、コイル８４が取り付けられた回転軸８３を、その内周部に複数の永久磁石が取り付けられたカバー８５に収納して構成されている。カバー８５は、ネジ８２によって、ベース部材８１と共締めで下側ハウジング３２に締結されている。回転軸８３は、ベース部材８１に嵌合された軸受８０に軸支されている。回転軸８３の端部は、連結部材７９を介してウォーム（ねじ歯車）７７が取り付けられたシャフト８７と連結されている。シャフト８７は、ウォーム７７の車体後方側で軸受７８に軸支されると共に、ウォーム７７の車体前方側で軸受７６に軸支されている。

一方、スライダＳ１は、第１モータＭ１によって車体前後方向に移動可能に構成されている。第１モータＭ１は、コイル７４が取り付けられた回転軸７３を、その内周部に複数の永久磁石が取り付けられたカバー７５に収納した構成とされる。カバー７５は、ネジ８６によって、ベース部材７２と共締めで下側ハウジング３２に締結されている。

回転軸７３は、ベース部材７２に嵌合された軸受７１に軸支されており、回転軸７３の端部は、連結部材７０を介してシャフト６９と連結されている。シャフト６９とスライダＳ１との間には、シャフト６９側に形成された雄ねじとスライダＳ１側に形成された雌ねじとからなる送りネジ機構（不図示）が設けられている。これにより、シャフト６９の回転に伴って、スライダＳ１が車体前後方向に移動するように構成されている。

前記したスライダＳ１の上面部に形成されたガイドレール５４と、ウォームホイールＭ１の天板６７に形成されたガイドレール５７とは、それぞれ、図６に示すガイドレール軌跡６８に沿って形成されている。そして、ハンドルバー５から入力軸４０に入力された回転駆動力は、鋼球５１からガイドレール５４を介してスライダＳ１に伝達され、さらに、スライダＳ１に伝達された回転駆動力は、鋼球５６からガイドレール５７を介してウォームホイールＷ１に伝達されるように構成されている。

本実施形態では、第１モータＭ１の軸線Ｊ１および第２モータＭ２の軸線Ｊ２が、それぞれ、車体中心線Ｃと平行に配置されている。また、車体中心線Ｃから軸線Ｊ１までの距離と、車体中心線Ｃから軸線Ｊ２までの距離がほぼ等しく設定されており、これにより、車幅方向の重量バランスの最適化が図られている。

本実施形態において、入力部材５０の車体後方側の鋼球５１と、ウォームホイールＷ１の車体前方側の鋼球５５は、それぞれ回転駆動力の伝達に関与するものではなく、スライダＳ１が回転軸に対して傾かないように支持する機能のみを有している。ここで、図７を参照して、本実施形態に係る操舵比可変手段の構成を説明する。

図７は、操舵比可変手段の動作説明図である。この図において、上下３段に重ねられた円柱状の部品Ｄ，Ｅ，Ｆは、それぞれ、上記実施形態における入力部材５０、スライダＳ１、ウォームホイールＷ１に相当する。また、部品Ｄの下面に転動可能に支持される球Ｂ１は鋼球５１に相当し、部品Ｅの下面に転動可能に支持される球Ｂ２は鋼球５６に相当する。ここで、球Ｂ１は、部品Ｅの上面部に対して周方向への相対移動が規制され、また、球Ｂ２も、部品Ｆの上面部に対して、周方向への相対移動が規制されていることを前提とする。これにより、部品Ｅに入力された回転駆動力は、球Ｂ１によって部品Ｅに伝達され、さらに、部品Ｅに伝達された回転駆動力は、球Ｂ２によって部品Ｆに伝達されることとなる。なお、前記実施形態に示した操舵装置３０では、ガイドレール５４，５７によってこの周方向への相対移動が規制されている。

まず、部品Ｅがスライドせずに中立位置にある（ａ）の場合を参照する。（ａ）においては、部品Ｄ，Ｅ，Ｆの回転軸ＤＯ，ＥＯ，ＦＯが同一軸上にある。このとき、部品Ｄ，Ｅ，Ｆは同期回転するので、部品Ｄを図示半時計方向にθ度回転させると、部品Ｆも同様にθ度だけ回転することとなる。

次に、部品Ｅを車体前方側に所定距離だけスライドさせた（ｂ）の場合を参照する。（ｂ）においては、部品Ｅが車体前方側にスライドすることにより、部品Ｅの回転軸ＥＯが、部品Ｄ，Ｆの回転軸ＤＯ，ＦＯより車体前方側に移動する。すると、部品Ｅは回転軸ＥＯを中心に回転するため、部品Ｄをθ度回転させたときに、部品Ｅの回転角度はθ度より小さなθ１度となる。この部品Ｅの回転角度の減少が、そのまま部品Ｆに伝達されることとなり、部品Ｆの回転角度は入力角度より小さなθ１度となる。

そして、部品Ｅを車体後方側に所定距離だけスライドさせた（ｃ）の場合を参照する。（ｃ）においては、部品Ｅが車体後方側にスライドすることにより、部品Ｅの回転軸ＥＯが、部品Ｄ，Ｆの回転軸ＤＯ，ＦＯより車体後方側に移動する。すると、部品Ｅは回転軸ＥＯを中心に回転するため、部品Ｄをθ度回転させたときに、部品Ｅの回転角度はθ度より大きなθ２度となる。この部品Ｅの回転角度の増加が、そのまま部品Ｆに伝達されて、部品Ｆの回転角度は入力角度より大きなθ２度となる。

上記したように、本実施形態に係る操舵比可変手段によれば、部品Ｅを車体前後方向の任意に位置にスライドさせることで、部品Ｄの入力回転角度に対する部品Ｄの出力回転角度を任意に変更することが可能となる。すなわち、前記実施形態（図４参照）において、入力軸４０の回転角度と出力軸６６の回転角度との間のレシオを任意に変更することが可能となる。前記した第１モータＭ１は、自動二輪車１の各種センサ情報（操舵トルク、車速、エンジン回転数、ギヤ段数、車体のロール角およびピッチ角、ヨー角、舵角、操舵比等）に基づいて、最適な操舵比に設定されるように駆動される。これにより、例えば、自動二輪車の車速が高くなるほど同じハンドル操作量に対する前輪の操舵角を低減したり、極低速走行時にハンドル操作でバランスを取る際にハンドル操作に対する操舵角を大きくする等の制御が実行可能となる。

また、上記したような操舵比可変手段の構成によれば、複数の歯車等の複雑な機構を用いることなく入力軸と出力軸の回転角度の比率を任意に変更できるので、操舵比可変手段の軸方向の寸法を低減することが可能となる。本発明に係る操舵装置は、フロントフォークを上下で支持するトップブリッジとボトムブリッジとの間に、操舵比可変手段およびパワーアシスト手段の両方を含む操舵装置が収められているが、これは、構造を簡略化して小型化を図った操舵比可変手段の適用が大きく貢献している。

また、トップブリッジとボトムブリッジとの間に、上から順に、トルク検知機構、操舵比可変手段、パワーアシスト手段を収納することにより、モータの回転駆動力が加わる前の段階で操舵トルクを正確に検知することが可能となる。また、操舵装置を車体フレームの前端部近傍に集中配置することが可能となる。さらに、出力軸に固定された部材（ウォームホイール）に対してアシストが行われるため、機械摩擦等による損失を低減し、第２モータＭの出力を効率よく操舵力に変換することが可能となる。

図８は、本実施形態に係る操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。エンジンを制御するＥＣＵ等に含まれる制御部１００には、ハンドル５の回動角度と前輪ＷＦの操舵角度との比率である操舵比ｊを検知する実操舵比検知手段９２と、自動二輪車の車速Ｖを検知する車速検知手段９１と、乗員がハンドル５を操舵することにより生じる入力トルク（Ｍｚ）を検知する入力トルク検知手段（トルクセンサ）４８と、車体のロール方向の角速度ωを検知するロール角速度検知手段９３からの情報が入力される。制御部１００は、これら各センサ情報に基づいて第１モータＭ１および第２モータＭ２を駆動する。本実施形態では、第２モータＭ２を、車速Ｖ、入力トルクＭｚおよびロール方向の角速度ωの値に基づいて制御し、一方、第１モータＭ１を、車速Ｖおよび操舵比ｊの値に基づいて制御するように構成されている。

なお、本実施形態では、車速検知手段９１が、後輪ＷＲ等の回転速度を検知するホールセンサ（不図示）によって構成され、実操舵比検知手段９２が、前記スライダＳ１の摺動量を検知する変位センサ（不図示）によって構成され、さらに、ロール角速度検知手段９３が、略車体中央に取り付けられたジャイロセンサ（不図示）によって構成されている。

目標操舵比算出手段１０１は、車速検知手段９１によって検知された車速Ｖに基づいて目標操舵比Ｊを算出する。この算出処理は、予め定められた所定の関数（Ｊ＝ｆ（Ｖ））に車速Ｖを代入することで実行される。目標操舵比Ｊは、ハンドル５の回動角度に対する前輪ＷＦの回動角度の大きさを示すものであり、図１３に示すように、例えば、車速Ｖがゼロの状態での初期値Ｊａ（例えば、１．４）から、所定車速Ｖ１（例えば、３０ｋｍ／ｈ）における所定値Ｊｂ（例えば、１．０）に至るまで、車速Ｖの増加に伴って減少するように設定することができる。

第１モータ駆動量算出手段１０２では、目標操舵比Ｊと実操舵比（操舵比）ｊとの差分に基づいて第１モータ駆動量ｐ１（ｐ１＝｜Ｊ−ｊ｜）が算出される。第１モータ駆動制御部１０３は、この第１モータ駆動量ｐ１の算出値に基づいて第１モータＭ１を駆動する。

また、パワーアシストトルク算出手段１０４では、車速検知手段９１によって検知された車速Ｖ、入力トルク検知手段４８によって検知された入力トルクＭｚおよび目標操舵比Ｊに基づいて、パワーアシストトルクＴ１（Ｔ１＝Ｍｚ・ｋ）が算出される。ここで、アシスト係数ｋは、目標操舵比Ｊと車速Ｖの関数（ｋ＝ｆ（Ｊ，Ｖ））とされ、例えば、所定車速までは一定値を保ち、その後、車速の増加に伴って漸減するように設定することができる。

一方、操舵角補正トルク算出手段１０５は、車速検知手段９１によって検知された車速Ｖおよびロール角速度検知手段９３によって検知されたロール角速度ωに基づいて、操舵角補正トルクＴ２を算出する。この算出処理は、発生したロール角速度ωを打ち消すためのＰＩＤ制御または現代制御によって行われる。なお、車速Ｖは、操舵角補正トルクＴ２の算出に用いられるデータマップの選択時に用いられる。

第２モータ駆動量算出手段１０６では、パワーアシストトルクＴ１および操舵角補正トルクＴ２に基づいて第２モータ駆動量ｐ２が算出される。この算出処理は、パワーアシストトルクＴ１と操舵角補正トルクＴ２との合算（ｐ２＝Ｔ１＋Ｔ２）によって行われる。第２モータ駆動制御部１０７は、この第２モータ駆動量ｐ２の算出値に基づいて第２モータＭ２を駆動する。

以下、図９ないし１１を参照して、第２モータＭ２を駆動制御することで車体のふらつきが低減される原理を説明する。

図９は、自動二輪車の重心Ｇの変動状態を示す模式図である。この図では、車両を正面から見た状態を示している。前輪ＷＦおよび後輪ＷＲのみが接地点Ｓで路面Ｒに接している自動二輪車は、所定値以上の速度で走行して車体の慣性力および前後輪の回転慣性力が生じている間は、重心Ｇを正立状態（図示実線）に保つことが容易である。しかしながら、車体の慣性力が弱まる低速走行時には、図示破線で示すように接地点Ｓを中心に重心Ｇが左右に移動しやすくなる、すなわち、車体が左右方向に傾きやすくなる。

通常の自動二輪車では、このような低速走行時の左右方向への傾き（ふらつき）を抑えるために、乗員がハンドル操作や体重移動によって重心Ｇを正立状態に戻す操作を行うこととなる。このうち、ハンドル操作によって重心Ｇを正立状態に戻すことができる理由は、以下に説明するように、ハンドル操作に伴って、重心Ｇのおよび接地点Ｓをそれぞれ移動させることができるからである。

図１０は、ハンドル操作に伴って重心Ｇが移動する様子を示す模式図である。この図では、前輪ＷＦおよび後輪ＷＲが、接地点ＳＦ，ＳＲによって路面に接地している自動二輪車を上方から見た状態を示している。前記したように、自動二輪車の前輪ＷＦは、車体フレームのヘッドパイプＨを中心に回動するフロントフォークに取り付けられており、このフロントフォークの上部に取り付けられたハンドル５を左右に切ることで操舵することができる。通常、ヘッドパイプＨは、前輪ＷＦの接地点ＳＦより車体後方側に配置されている。このため、ハンドル５を左右に操舵すると、接地点ＳＦを中心にしてヘッドパイプＨが左右に移動し、これに伴って重心Ｇが車体左右方向に移動することとなる。この図では、ハンドル５を左方に切ることで重心Ｇの位置が右方に移動した状態を示している。

このような車体特性を有する自動二輪車においては、ハンドル５を操舵することで重心Ｇの位置を左右に移動させることができる。したがって、例えば、車体が左方に傾き始めた、すなわち、重心Ｇが車幅方向左方に移動しはじめた場合には、ハンドル５を左方に切ることによって、移動しはじめた重心Ｇの位置を車体中央側に戻すことが可能となる。

図１１は、ハンドル操作に伴って重心Ｇが正立状態に戻る過程を示す模式図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。この図では、車両を正面から見た状態を示している。前記したように、接地点Ｓに対して傾き始めた重心Ｇは、接地点Ｓを移動させることによっても正立状態に戻すことができる。

図中（ａ）では、走行中に前輪ＷＦが障害物Ｍに接触したため、車体が右方に傾いた状態を示している。図中（ｂ）では、この傾きを正立状態に戻すために、車体が傾いた方向と同じ右側にハンドル５が操舵された状態を示している。図中（ｃ）では、前輪ＷＦが、ハンドル５を切った方向に軌跡Ｋに沿って転動し、車体の傾きが正立状態に戻りつつある状態を示している。そして、図中（ｄ）では、前輪ＷＦの接地点ＳＦが、図中（ａ）における車体中心線Ｃから車体右側に距離Ｌだけ移動すると共に、重心Ｇが正立状態に戻った状態を示している。

本実施形態に係る自動二輪車の操舵装置では、ジャイロセンサによってロール方向の角速度ωが検知される、すなわち、車体が傾き始めたことが検知されると、パワーアシスト手段Ｗ１によってその傾いた方向にハンドル５を切ることで重心Ｇの位置および接地点Ｓの位置を移動させて、車体を素早く直立状態に戻すことが可能に構成されている。制御部１００の操舵角補正トルク算出手段１０５は、検知されたロール方向の角速度ωを打ち消すための操舵角補正トルクＴ２を算出し、第２モータ駆動力算出手段１０６に伝達する。
制御部１００は、車速Ｖが所定値以下でロール方向の角速度ωが所定値以上の場合に、車体の重心Ｇの位置を車体中央に戻す方向で第２モータＭ２に与えるアシスト力を大きくするように制御する。これにより、特に低速域での車体のふらつきを低減することができると共に、あらゆる速度域で自動二輪車の安定性および運動性を高めることが可能となる。

本実施形態に係るふらつき低減制御の構成によれば、乗員の操作に関わらず各センサ出力に基づいて実行される完全自動制御とすることが可能であるが、乗員による操舵力が加わって初めてふらつきが低減される半自動制御が実行されるように構成してもよい。

図１２は、本発明の第２実施形態に係る操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。前記第１実施形態で示した制御部１００が、ふらつき低減制御の際にハンドル５を切る方向および操舵力の大きさは、車体のふらつきを最短時間で抑える理想的な操作を、予め定められたマップ等に基づいて具現化したものといえる。しかしながら、通常、自動二輪車の乗員は、車体のふらつきを抑えるための適切なハンドル操作を行う運動能力を有していると仮定することができる。この場合には、例えば、重量が大きいために大きな操舵力を必要とする車両等においても、乗員の意思通りに前輪が操舵されるように補助操舵力を与えることで、車体のふらつき低減が容易な車両を得ることができると考えられる。

本発明の第２実施形態に係る操舵装置は、上記したような二輪車の特性を鑑みて、ロール方向の角速度ωを考慮することなく、ハンドルへの入力トルクＭｚおよび車速Ｖの値に基づいて第２モータＭ２を駆動するものである。

制御部２００には、ハンドル５の回動角度と前輪ＷＦの操舵角度との比率である操舵比ｊを検知する実操舵比検知手段９２と、自動二輪車の車速Ｖを検知する車速検知手段９１と、乗員がハンドル５を操舵することにより生じる入力トルク（Ｍｚ）を検知する入力トルク検知手段（トルクセンサ）４８からの情報が入力される。制御部２００は、第２モータＭ２を、車速Ｖおよび入力トルクＭｚの値に基づいて制御し、一方、第１モータＭ１を、車速Ｖおよび操舵比ｊの値に基づいて制御するように構成されている。

目標操舵比算出手段２０１は、車速検知手段９１によって検知された車速Ｖに基づいて目標操舵比Ｊを算出する。この算出処理は、予め定められた所定の関数（Ｊ＝ｆ（Ｖ））に車速Ｖを代入することで実行される。

第１モータ駆動量算出手段２０２では、目標操舵比Ｊと実操舵比ｊとの差分に基づいて第１モータ駆動量ｐ１（ｐ１＝｜Ｊ−ｊ｜）が算出される。第１モータ駆動制御部２０３は、この第１モータ駆動量ｐ１の算出値に基づいて第１モータＭ１を駆動する。

また、パワーアシストトルク算出手段２０４では、車速検知手段９１によって検知された車速Ｖ、入力トルク検知手段４８によって検知された入力トルクＭｚおよび目標操舵比Ｊに基づいて、パワーアシストトルクＴ（Ｔ＝Ｍｚ・ｋ）が算出される。ここで、アシスト係数ｋは、目標操舵比Ｊと車速Ｖの関数（ｋ＝ｆ（Ｊ，Ｖ））とされる。

第２モータ駆動量算出手段２０５では、パワーアシストトルクＴに基づいて第２モータ駆動量ｐ２が算出される。第２モータ駆動制御部２０６は、この第２モータ駆動量ｐ２の算出値に基づいて第２モータＭ２を駆動する。

本実施形態に係る操舵装置によれば、乗員が車体のふらつきを抑制しようとするハンドル操作をパワーアシスト手段Ｗ１によって補助することにより、乗員の操作意思を素早く前輪ＷＦの操舵角に反映させることが可能となる。これにより、ハンドル操作の主体はあくまでも乗員としたまま、乗員の操作負担を低減し、低速走行時のふらつきを素早く抑えることができるようになる。

なお、フロントフォーク、トップブリッジ、ボトムブリッジ、車体フレーム、支持ケースの形状や配置、入力トルク検知手段、ロール角速度検知手段、車速検知手段および実操舵比検知手段の構造や配置、操舵比可変手段およびパワーアシスト手段の駆動機構の形態等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。また、目標操舵比やパワーアシストトルクを算出するための関数、操舵角補正トルクの算出方法、アシスト係数の設定値等は、車両の形態等に合わせて適宜変更することが可能である。

１…自動二輪車、２…車体フレーム、２ａ…メインフレーム、４…フロントフォーク、５…ハンドルバー、１６…トップブリッジ、１７…ボトムブリッジ、１８…支持ケース、３０…自動二輪車の操舵装置、３１…上側ハウジング、３２…下側ハウジング、４０…入力軸、４８…トルクセンサ（入力トルク検知手段）、６６…出力軸、９１…車速検知手段、９２…実操舵比検知手段、９３…ロール角速度検知手段、１００…制御部、１０１…目標操舵比算出手段、１０２…第１モータ駆動量算出手段、１０３…第１モータ駆動制御部、１０５…操舵角補正トルク算出手段、１０４…パワーアシストトルク算出手段、１０６…第２モータ駆動量算出手段、１０７…第２モータ駆動制御部、Ｍ１…第１モータ、Ｍ２…第２モータ、Ｓ１…スライダ（操舵比可変手段）、Ｗ１…ウォームホイール（パワーアシスト手段）

Claims (4)

1. 前輪（ＷＦ）を回転自在に軸支する左右一対のフロントフォーク（４）を、トップブリッジ（１６）および該トップブリッジ（１６）の車体下方側に位置するボトムブリッジ（１７）によって保持すると共に、車体フレーム（２）に対して前記フロントフォーク（４）を操舵可能に支持する自動二輪車の操舵装置（３０）において、
   乗員が操作するハンドル（５）へ入力される入力トルク（Ｍｚ）に応じて、第２モータ（Ｍ２）による補助操舵力を与えるパワーアシスト手段（Ｗ１）と、
   車速（Ｖ）を検知する車速検知手段（９２）と、
   前記入力トルク（Ｍｚ）を検知する入力トルク検知手段（４８）と、
   前記ハンドル（５）の回動角度と前記前輪（ＷＦ）の操舵角度との比率である操舵比（ｊ）を検知する操舵比検知手段（９２）と、
   車体のロール方向の角速度（ω）を検知するロール角速度検知手段（９３）と、
   前記第２モータ（Ｍ２）を制御する制御部（１００）とを具備し、
   前記制御部（１００）は、前記第２モータ（Ｍ２）を、前記車速（Ｖ）、前記入力トルク（Ｍｚ）および前記ロール方向の角速度（ω）の値に基づいて制御し、
   前記車速（Ｖ）、前記入力トルク（Ｍｚ）および前記操舵比（ｊ）の関数（Ｔ１＝Ｍｚ・ｋ（ｋ＝ｆ（ｊ，Ｖ）））に基づいて、前記補助操舵力としてのパワーアシストトルク（Ｔ１）を求めるパワーアシストトルク算出手段（１０４）と、
   前記車速（Ｖ）に応じて変化する車速−角速度マップに基づいて、前記ロール方向の角速度（ω）を打ち消すための操舵角補正トルク（Ｔ２）を求める操舵角補正トルク算出手段（１０５）とを具備し、
   前記第２モータ（Ｍ２）は、前記パワーアシストトルク（Ｔ１）と前記操舵角補正トルク（Ｔ２）とを合算した値に基づいて制御され、
   前記制御部（１００）は、車速（Ｖ）が所定値以下でロール方向の角速度（ω）が所定値以上の場合に、車体の重心（Ｇ）の位置を車体中央に戻す方向のアシスト力を大きくすることを特徴とする自動二輪車の操舵装置。
2. 前記操舵比（ｊ）を、第１モータ（Ｍ１）によって任意に変更する操舵比可変手段（Ｓ１）を具備し、
   前記制御部（１００）は、前記車速（Ｖ）の関数（Ｊ＝ｆ（Ｖ））によって求められる目標操舵比（Ｊ）と前記操舵比（ｊ）との差分に基づいて前記第１モータ（Ｍ１）を制御することを特徴とする請求項１に記載の自動二輪車の操舵装置。
3. （旧請求項４＋５）
   前輪（ＷＦ）を回転自在に軸支する左右一対のフロントフォーク（４）を、トップブリッジ（１６）および該トップブリッジ（１６）の車体下方側に位置するボトムブリッジ（１７）によって保持すると共に、車体フレーム（２）に対して前記フロントフォーク（４）を操舵可能に支持する自動二輪車の操舵装置（３０）において、
   乗員が操作するハンドル（５）へ入力される入力トルク（Ｍｚ）に応じて、第２モータ（Ｍ２）による補助操舵力を与えるパワーアシスト手段（Ｗ１）と、
   車速（Ｖ）を検知する車速検知手段（９２）と、
   前記入力トルク（Ｍｚ）を検知する入力トルク検知手段（４８）と、
   前記ハンドル（５）の回動角度と前記前輪（ＷＦ）の操舵角度との比率である操舵比（ｊ）を検知する操舵比検知手段（９２）と、
   車体のロール方向の角速度（ω）を検知するロール角速度検知手段（９３）と、
   前記第２モータ（Ｍ２）を制御する制御部（２００）とを具備し、
   前記制御部（２００）は、前記第２モータ（Ｍ２）を、前記車速（Ｖ）および前記入力トルク（Ｍｚ）の値に基づいて制御し、
   前記車速（Ｖ）、前記入力トルク（Ｍｚ）および前記操舵比（ｊ）の関数（Ｔ＝Ｍｚ・ｋ（ｋ＝ｆ（ｊ，Ｖ）））に基づいて、前記補助操舵力としてのパワーアシストトルク（Ｔ）を求めるパワーアシストトルク算出手段（２０４）を具備し、
   前記第２モータ（Ｍ２）は、前記パワーアシストトルク（Ｔ）の値に基づいて制御されることを特徴とする自動二輪車の操舵装置。
4. 前記操舵比（ｊ）を、第１モータ（Ｍ１）によって任意に変更する操舵比可変手段（Ｓ１）を具備し、
   前記制御部（２００）は、前記車速（Ｖ）の関数（Ｊ＝ｆ（Ｖ））によって求められる目標操舵比（Ｊ）と前記操舵比（ｊ）との差分に基づいて前記第１モータ（Ｍ１）を制御することを特徴とする請求項３に記載の自動二輪車の操舵装置。

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