JP2007062472A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の運転中に警戒すべき事態が発生した場合に、運転者に警戒すべき事態が発生したことを付加的構成によらず、かつ有効な方法で報知することが可能な車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】車両用操舵装置１１は、転舵輪１４と機械的に分離されたステアリングホイール１２と、該ステアリングホイール１２の操舵角に基づいてステアリング操作に応じた転舵輪１４の転舵角を発生させるべく制御される転舵アクチュエータ２３と、運転者の居眠りを検出する居眠りセンサ２９を備えている。そして、居眠りセンサ２９により運転者の居眠りが検出された場合には、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係を一時的に解除するとともに該ステアリングホイール１２を左右に強制的に回動させることで、運転者に居眠りしていることを報知する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関する。

近年、転舵輪とステアリングホイールとを機械的に分離し、操舵角センサにより検出されたステアリングホイールの舵角（操舵角）に基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪の舵角（転舵角）を発生させるべく転舵アクチュエータの作動を制御する所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の車両用操舵装置は、転舵輪とステアリングホイールとが機械的に分離されているため、制御装置により、転舵輪とステアリングホイールとを互いに連動しないようにすることが可能になっている。
特開２００５−１１２１３０号公報

ところで、車両の運転中には、運転者が居眠りしたりすることや、路上に落下物があったりすること等の様々な警戒すべき事態が発生することがある。このような場合、警戒すべき事態が発生したことを運転者に報知する必要があるが、そのためには、ブザーや光等で報知する警報装置等を車両に別途設けなければならない。このため、部品点数が増えて構成が複雑になったり、警報装置等を取付けるための費用が余分にかかったりするという問題があった。また、音や光による警報は、運転者の認知が遅れる傾向にあり、同乗者に対して余計な不安を与えることも考えられる。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、車両の運転中に警戒すべき事態が発生した場合に、運転者に警戒すべき事態が発生したことを付加的構成によらず、かつ有効な方法で報知することが可能な車両用操舵装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、転舵輪と機械的に分離されたステアリングホイールと、該ステアリングホイールの操舵角に基づいてステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させるべく制御される転舵アクチュエータと、前記ステアリングホイールに操舵反力を付与すべく制御される反力アクチュエータと、少なくとも前記転舵アクチュエータ及び前記反力アクチュエータの作動を制御する制御手段と、警戒すべき事態を検出する警戒事態検出手段とを備え、前記制御手段は、前記警戒事態検出手段により警戒すべき事態が検出された場合には、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を一時的に解除するとともに該ステアリングホイールを強制的に回動させるように前記反力アクチュエータを作動させることを要旨とする。

上記構成によれば、車両の運転中に警戒すべき事態が検出された場合には、ステアリングホイールと転舵アクチュエータとの連動関係が解除された状態でステアリングホイールが強制的に回動されるため、この運転者の意志と異なるステアリングホイールの回動により、警戒すべき事態が発生したことが速やかに運転者に対して報知される。したがって、運転者に警戒すべき事態が発生したことを付加的構成によらず、かつ有効な方法で報知することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係が解除されている状態では、前記転舵輪の転舵角が、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係が解除される前と同じ状態に維持されるように前記転舵アクチュエータの作動を制御することを要旨とする。

上記構成によれば、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係が解除されている状態における車両の安定性が確保される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記反力アクチュエータを作動させた後、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を復帰させることを要旨とする。

上記構成によれば、警戒すべき事態が発生したことが運転者に対して報知された後には、運転者が警戒すべき事態に速やかに対処することが可能となる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記制御手段は、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係の解除から復帰までを一瞬で行うことを要旨とする。

上記構成によれば、ステアリングホイールと転舵アクチュエータとの連動関係を解除した状態で反力アクチュエータを作動させることによる車両の安定性への影響を抑制することが可能となる。なお、ここで言う「一瞬」とは、１秒未満の極めて短い時間を言うものとする。

請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の発明において、前記制御手段は、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を復帰させる際には、前記ステアリングホイールの操舵角が前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を解除する前と同じになるように、前記反力アクチュエータの作動を制御することを要旨とする。

上記構成によれば、ステアリングホイールと転舵アクチュエータとの連動関係の復帰後には、運転者に対してステアリングホイールの操舵が速やかに且つ好適に委ねられるようになる。

本発明によれば、車両の運転中に警戒すべき事態が発生した場合に、運転者に警戒すべき事態が発生したことを付加的構成によらず、かつ有効な方法で報知することが可能な車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、車両用操舵装置１１は、ステアリングホイール１２を含む操舵機構１３と、転舵輪１４の舵角を変更するための転舵機構１５と、制御手段としての制御装置１６とを備えている。そして、車両用操舵装置１１は、操舵機構１３と転舵機構１５とが、制御装置１６を介して電気的に連結されているとともに、ステアリングホイール１２と転舵輪１４とが機械的に分離された構成になっている。

操舵機構１３は、ステアリングホイール１２が固定されたステアリングシャフト１７と、ステアリング操作に伴うステアリングホイール１２の舵角、すなわち操舵角を検出するための操舵角センサ１８とを備えている。さらに、操舵機構１３は、運転者のステアリング操作によってステアリングホイール１２に印加される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１９と、該トルクセンサ１９により検出された操舵トルク等に応じた操舵反力をステアリングホイール１２に付与するための反力アクチュエータ２０とを備えている。

反力アクチュエータ２０は、モータ２１と、該モータ２１の回転を減速してステアリングシャフト１７に伝達する減速機構２２とを備えている。そして、反力アクチュエータ２０は、減速機構２２を介してモータ２１が発生するモータトルクをステアリングシャフト１７に伝達することによりステアリングホイール１２に操舵反力を付与するようになっている。

転舵機構１５は、上記の操舵角センサ１８により検出される操舵角に基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪１４の舵角、すなわち転舵角を発生させるための転舵アクチュエータ２３と、タイロッド２４及びナックルアーム２５を介して左右の転舵輪１４を連結する転舵軸２６とを備えている。転舵アクチュエータ２３は、モータ２７及び該モータ２７の回転を転舵軸２６の往復動に変換するボール螺子機構２８を備えており、この転舵アクチュエータ２３により駆動された転舵軸２６の往復動が転舵輪１４に伝達されることにより、該転舵輪１４の舵角、すなわち転舵角が変更されるようになっている。したがって、ステアリングホイール１２のステアリング操作に連動して転舵アクチュエータ２３が駆動することで、転舵角が変更されるようになっている。

次に、上記車両用操舵装置１１の電気的構成について説明する。
車両用操舵装置１１の制御装置１６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び両モータ２１，２７に駆動電力を供給する電力供給部（図示略）を備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された各種制御プログラムに基づき、ＲＡＭを作業領域としてメイン制御を行うようになっている。制御装置１６には、操舵角センサ１８、トルクセンサ１９、両モータ２１，２７、及び警戒すべき事態（本実施形態では、運転者が居眠りしていること）を検出する警戒事態検出手段としての居眠りセンサ２９が電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、居眠りセンサ２９は、運転者の瞬きの状態に基づいて居眠りを検出するものである。

そして、制御装置１６は、操舵角センサ１８、トルクセンサ１９、及び居眠りセンサ２９からの信号の入力を受けて、各種制御プログラムに基づき両モータ２１，２７に電力供給部から駆動電力を供給し、この駆動電力の供給を通じて両モータ２１，２７の回転を制御するようになっている。すなわち、制御装置１６は、両モータ２１，２７の回転を制御することにより、反力アクチュエータ２０及び転舵アクチュエータ２３の作動を制御するようになっている。

次に、上記車両用操舵装置１１の居眠り運転処理ルーチンについて図２のフローチャートに基づいて説明する。
まず、制御装置１６は、居眠りセンサ２９から入力される信号に基づいて運転者が居眠りをしているか否かを判定する（ステップＳ１）。制御装置１６は、ステップＳ１の判定が否定判定（ＮＯ）である場合、居眠り運転処理ルーチンを終了する。制御装置１６は、ステップＳ１の判定が肯定判定（ＹＥＳ）である場合、ステアリングホイール１２のステアリング操作に連動してモータ２７を駆動しないようにするとともに、ステアリングホイール１２の現在の操舵角を記憶する（ステップＳ２）。すなわち、ステップＳ２の肯定判定時において、制御装置１６は、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係を解除するとともに、該連動関係の解除直前におけるステアリングホイール１２の操舵角を記憶する。

次に、制御装置１６は、モータ２１を駆動制御してステアリングホイール１２を左右に強制的に回動（ソーイング）させる（ステップＳ３）。続いて、制御装置１６は、ステアリングホイール１２のステアリング操作に連動してモータ２７を駆動するようにするとともに、ステアリングホイール１２の操舵角がステップＳ２で記憶した操舵角と同じになるようにモータ２１を駆動制御する（ステップＳ４）。すなわち、制御装置１６は、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係を復帰させるとともに、該連動関係の復帰後におけるステアリングホイール１２の操舵角を、該連動関係の解除直前におけるステアリングホイール１２の操舵角と同じにする。

なお、制御装置１６は、ステップＳ２からステップＳ４までの処理を一瞬（１秒未満の短い時間、好ましくは０．５秒未満の短い時間）で行う。さらに、制御装置１６は、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が解除されている間は、ステアリングホイール１２の操舵角が、該連動関係の解除直前におけるステアリングホイール１２の操舵角と同じ状態に維持されるようにモータ２１を駆動制御する。その後、制御装置１６は、居眠り運転処理ルーチンを終了する。

さて、車両の運転中に運転者が居眠りすると、居眠りセンサ２９により運転者の居眠りが検出され、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が解除された状態でステアリングホイール１２がモータ２１により自動的に左右に回動される。このとき、ステアリングホイール１２の左右への回動角度は、該ステアリングホイール１２の直進操舵位置（中立位置）を０°とした場合に、左右に１０°〜６０°ずつであることが好ましく、左右に１５°〜４５°ずつであることがより好ましい。

そして、このステアリングホイール１２の回動が運転者に、そのステアリングホイール１２を握っている手を通じて伝達されることで、該運転者に居眠りしていることが報知される。この報知により、運転者の居眠り運転が速やかに解消される。なお、運転者への居眠りの報知の際には、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が解除された状態でステアリングホイール１２が左右に回動されるため、この回動によって車両が蛇行することはない。

また、運転者に居眠りしていることを報知した後は、直ちにステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が復帰されるとともに、ステアリングホイール１２の操舵角が、該連動関係の解除直前におけるステアリングホイール１２の操舵角と同じにされる。このため、運転者がステアリングホイール１２の操舵角と転舵輪１４の転舵角との関係に違和感を覚えることなく、速やかに該運転者にステアリングホイール１２の操舵が委ねられるようになる。

以上詳述した実施形態によれば次のような効果が発揮される。
（１）車両の運転中に運転者の居眠りが検出された場合には、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が解除された状態でステアリングホイール１２が自動的に左右に回動されるため、このステアリングホイール１２の回動により、居眠りしていることが速やかに運転者に対して報知される。したがって、運転者に居眠りしたことを、警報装置等の付加的構成によらず、かつ有効な方法で報知することができる。

（２）ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が解除されている状態では、転舵輪１４の転舵角が、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が解除される前と同じ状態に維持されるため、車両の安定性を確保することができる。

（３）ステアリングホイール１２を左右に回動して運転者に居眠りしていることを報知した後は、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が復帰されるため、該復帰後には、運転者が戸惑うことなく継続してステアリングホイール１２の操舵を行うことができる。

（４）ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係の解除から復帰までは、一瞬（１秒未満の短い時間、好ましくは０．５秒未満の短い時間）で行われるため、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係を解除した状態における車両の安定性への影響を抑制することができる。

（５）ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係を復帰させる際には、ステアリングホイール１２の操舵角が該連動関係を解除する前と同じになる。このため、上記連動関係の復帰後には、運転者がステアリングホイール１２の操舵角と転舵輪１４の転舵角との関係に違和感を覚えることなく、速やかに該運転者にステアリングホイール１２の操舵を委ねることができる。

（６）ステアリングホイール１２を左右に回動することで、ステアリングホイール１２を握る手を通じて運転者に居眠りしていることを報知するため、音楽やラジオが大音量で鳴っていても確実に運転者に居眠りしていることを報知することができる。

（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・居眠りセンサ２９は、運転者のステアリングホイール１２の握る強さ、運転者の発汗状態、カメラ等で撮影した運転者の動き等に基づいて居眠りを検出するものであってもよい。

・１回の居眠り運転処理ルーチンで運転者の居眠りが解消されない場合には、運転者の居眠りが解消されるまで居眠り運転処理ルーチンを、数秒毎（好ましくは、１秒毎あるいは２秒毎）に断続的に実行するようにしてもよい。

・自動操舵機能を有する車両の場合には、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係が解除されている間は、転舵アクチュエータ２３の作動を自動操舵（運転を車両に委ねた状態）としてもよい。この場合、ステアリングホイール１２と転舵アクチュエータ２３との連動関係を復帰させる際には、このときの転舵輪１４の転舵角（切れ角）にステアリングホイール１２の操舵角（回転角または回転数）を対応させる必要がある。

・警戒すべき事態は、路上に落下物があること、物陰に他の車両が隠れていること、路面が凍結していること、あるいはこれらの警戒すべき状況で運転者がわき見をしていること等であってもよい。この場合、警戒事態検出手段には、これらを検出することが可能な各種センサ等を用いる必要がある。

実施形態における車両用操舵装置の概略構成図。 実施形態における居眠り運転処理ルーチンのフローチャート。

符号の説明

１１…車両用操舵装置、１２…ステアリングホイール、１４…転舵輪、１６…制御手段としての制御装置、２０…反力アクチュエータ、２３…転舵アクチュエータ、２９…警戒事態検出手段としての居眠りセンサ。

Claims (5)

1. 転舵輪と機械的に分離されたステアリングホイールと、該ステアリングホイールの操舵角に基づいてステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させるべく制御される転舵アクチュエータと、前記ステアリングホイールに操舵反力を付与すべく制御される反力アクチュエータと、少なくとも前記転舵アクチュエータ及び前記反力アクチュエータの作動を制御する制御手段と、警戒すべき事態を検出する警戒事態検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記警戒事態検出手段により警戒すべき事態が検出された場合には、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を一時的に解除するとともに該ステアリングホイールを強制的に回動させるように前記反力アクチュエータを作動させることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記制御手段は、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係が解除されている状態では、前記転舵輪の転舵角が、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係が解除される前と同じ状態に維持されるように前記転舵アクチュエータの作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記制御手段は、前記反力アクチュエータを作動させた後、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を復帰させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記制御手段は、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係の解除から復帰までを一瞬で行うことを特徴とする請求項３に記載の車両用操舵装置。
5. 前記制御手段は、前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を復帰させる際には、前記ステアリングホイールの操舵角が前記ステアリングホイールと前記転舵アクチュエータとの連動関係を解除する前と同じになるように、前記反力アクチュエータの作動を制御することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車両用操舵装置。

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