JP3861985B2

JP3861985B2 - 車両の操舵装置

Info

Publication number: JP3861985B2
Application number: JP2001256293A
Authority: JP
Inventors: 徹伊原
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2021-08-27
Also published as: JP2003063432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵装置に係り、詳しくは、パワーステアリング装置を備えるとともに車線維持制御を行うべく電動モータの駆動力等でステアリングホイルの操舵力にアシストトルクを加えることのできる車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年では、車両の運転操作性向上のため、運転者が容易にステアリングホイルを操舵可能なようステアリングホイルの操舵に対して補助力を付与するパワーステアリング装置が一般的に使用されている。そして、特にトラック等においては車両重量が大きいためにパワーステアリング装置の補助力は大きなものとなっている。
【０００３】
また、最近では、車両が走行車線を確実に維持できるよう、車両の走行車線に対する走行位置を検出し、車両が走行車線から外れそうになると電動モータ等により自動的に操舵すべき方向に操舵力（アシストトルク）を加えて操舵のアシストを行い、車両を走行車線に沿うよう軌道修正するべく運転者の操舵負担を軽減する車線維持制御装置が開発されている。そして、上記パワーステアリング装置とともに当該車線維持制御装置を搭載した車両が実用化されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車線維持制御装置を搭載した車両では、自動的にアシストトルクが付加されるとはいっても、通常は運転者の運転操作意思を優先するようにしており、車線維持制御装置によるアシストトルクは運転者のステアリング操舵に支障をきたさない程度の比較的小さなトルクに設定されている。
【０００５】
しかしながら、パワーステアリング装置とともに車線維持制御装置を搭載した車両、特にトラック等では、パワーステアリング装置の補助力によってステアリングホイルが比較的小さな操舵力でも容易に操舵可能であることから、例えばステアリングホイルが中立位置にあって運転者がステアリングホイルをしっかりと握っていないような場合には、車線維持制御装置が作動すると、アシストトルクのみによってもステアリングホイルが運転者の意図に反して操舵されてしまう可能性がある。
【０００６】
そこで、運転者によるステアリングホイルの握り具合に応じて車線維持制御装置のアシストトルクを可変とすることも考えられるが、この場合、パワーステアリング装置の特性（パワステ特性）等を考慮しながらアシストトルクをチューニングする必要があり手間がかかるという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パワーステアリング装置を備えるとともに車線維持制御機能を備えた車両の操舵装置において、運転者によるステアリングホイルの握りが弱くてもステアリングホイルが運転者の意図に反して操舵されることのない車両の操舵装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、走行車線に対する車両の走行位置を検出する走行位置検出手段と、運転者により操舵されるステアリングホイルと、前記ステアリングホイルの操舵に対して補助力を付与するパワーステアリング装置と、前記パワーステアリング装置による補助力を車両の走行状態に応じて可変とするパワーステアリング装置制御手段と、前記パワーステアリング装置に対して操舵力を伝達可能に設けられた電動モータと、前記走行位置検出手段からの出力に基づき前記電動モータの駆動を制御し、車両が走行車線を維持するよう車線維持制御を行うモータ制御手段と、運転者による前記ステアリングホイルの保持力を判定する保持力判定手段とを備え、前記パワーステアリング装置制御手段は、前記モータ制御手段により前記車線維持制御が行われるとき、前記保持力判定手段により前記ステアリングホイルの保持力の低下が判定されると、前記パワーステアリング装置による補助力を低減させることを特徴としている。
【０００８】
従って、パワーステアリング装置とともに車線維持制御機能を有した車両の操舵装置において、ステアリングホイルの保持力の低下が判定されると、パワーステアリング装置による補助力が低減させられることになり、即ちステアリングホイルが重くなる側にパワステ特性が変更され、車線維持制御用の電動モータの操舵力によって変化するステアリングホイルの舵角量が小さく抑えられる。これにより、運転者がステアリングホイルをしっかり握っていないような場合であっても、ステアリングホイルが運転者の意図に反して操舵されることが極力防止される。
【０００９】
また、請求項２の発明では、請求項１において、前記パワーステアリング装置は油圧式パワーステアリング装置であり、前記保持力判定手段は、車両の直進走行状態を判定する直進走行状態判定手段と、前記油圧式パワーステアリング装置の油圧を検出する油圧検出手段とを有し、前記直進走行状態判定手段により車両が直進状態にあることが判定され、且つ、前記油圧検出手段により油圧変化がないことが検出されると、前記ステアリングホイルの保持力が低下したと判定することを特徴としている。
【００１０】
従って、車両が直進状態にあり運転者によるステアリングホイルの握りが弱くなる可能性のあること及び油圧式パワーステアリング装置の油圧変化がなく運転者がステアリングホイルの操舵を意図的に行っていないことを検出することにより、高価なトルクセンサ等を用いることなくステアリングホイルの保持力の低下を容易にして確実に判定することが可能とされる。
【００１１】
また、請求項３の発明では、請求項１において、前記直進走行状態判定手段は、前記ステアリングホイルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記ステアリングホイルの操舵速度を検出する操舵速度検出手段とを有し、前記操舵角検出手段により検出される操舵角が所定角度以下、且つ、前記操舵速度検出手段による操舵速度が所定速度以下のとき車両が直進状態にあると判定することを特徴としている。
【００１２】
従って、ステアリングホイルの操舵角が所定角度以下であり且つステアリングホイルの操舵速度が所定速度以下であることを検出することにより、車両が直進状態にあって運転者によるステアリングホイルの握りが弱くなる可能性のある状況を容易にして確実に判定可能とされる。
また、請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、前記保持力判定手段により前記ステアリングホイルの保持力の低下が判定されたときに警報を発する警報手段を備えることを特徴としている。
【００１３】
従って、ステアリングホイルの保持力の低下が判定されると警報手段により警報が発せられ、パワーステアリング装置の補助力が低減されたことが運転者に知らされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る車両の操舵装置の全体構成図が示されている。
同図に示すように、車両の操舵輪２にはナックルアーム４、タイロッド６を介してラックピニオン式のステアリングギヤボックス８が接続されている。
【００１５】
ステアリングギヤボックス８のピニオンには、ユニバーサルジョイントからなるステアリングジョイント１０を介してステアリングシャフト１２が接続されており、ステアリングシャフト１２の先端にはステアリングホイル１４が接続されている。そして、ステアリングシャフト１２には操舵角センサ（操舵角検出手段、操舵速度検出手段）５２が設けられており、該操舵角センサ５２は電子コントロールユニット（ＥＣＵ）５０に電気的に接続されている。
【００１６】
また、ステアリングギヤボックス８は、油圧式パワーステアリング装置を構成しており、ステアリングギヤボックス８内には油圧シリンダが配設され、ステアリングギヤボックス８には油圧制御ユニット９が設けられている。そして、油圧制御ユニット９は油圧ポンプ等の油圧源（図示せず）に油路を介して接続されており、油圧制御ユニット９内には、コントロールバルブやカットオフバルブのようにパワーステアリング装置に通常必要とされる油圧ユニットが内装されている。
【００１７】
さらに、ステアリングギヤボックス８には、油圧シリンダ内の油圧を検出する油圧センサ（油圧検出手段）５４が設けられており、該油圧センサ５４はＥＣＵ５０に電気的に接続されている。
ラックピニオン式のパワーステアリング装置は公知であり、ここでは詳細な説明を省略するが、当該パワーステアリング装置では、運転者がステアリングホイル１４を操舵すると、油圧源からステアリングギヤボックス８内の油圧シリンダに操舵方向で油圧が供給されてステアリングホイル１４の操舵に対して補助力が付与され、これにより運転者による操舵が容易となる。
【００１８】
また、パワーステアリング装置には、さらに電磁式の圧力制御弁９ａが設けられており、当該圧力制御弁９ａはＥＣＵ５０に電気的に接続されている。これにより、ステアリングギヤボックス８内の油圧シリンダに供給する油圧をＥＣＵ５０からの指令に応じて増減制御可能である。
さらに、ステアリングシャフト１２にはプーリ２０が配設されており、一方ステアリングシャフト１２の近傍には、プーリ２０よりも小径のプーリ２２を回転軸に備えたステアリングモータ（電動モータ）２４が配設されており、プーリ２０とプーリ２２にはベルト２３が掛け回されている。即ち、ステアリングモータ２４が回転すると、ステアリングモータ２４の駆動力によってステアリングシャフト１２に回転トルクが付加される。
【００１９】
なお、ステアリングシャフト１２に付加される回転トルクは、プーリ２０とプーリ２２の減速比及びステアリングモータ２４の出力によって決定され、ステアリングモータ２４の出力についてはＥＣＵ５０からの出力情報に応じて変更可能である。但し、当該回転トルクはアシストトルクであってそれほど大きなものではなく、運転者によるステアリングホイル１４の操舵をアシストする程度の大きさの範囲で設定される。
【００２０】
ステアリングモータ２４の回転軸にはクラッチ２６が介装されており、必要に応じてステアリングモータ２４からステアリングシャフト１２への駆動力の伝達を断接操作可能である。なお、ここではクラッチ２６としてステアリングモータ２４の駆動に伴い断接する自動遠心クラッチ等が使用されるが、例えばＥＣＵ５０からの信号により断接操作するようなものであってもよい。
【００２１】
また、車両には車両前方を撮像可能に設置されてＣＣＤカメラ（走行位置検出手段）３０が搭載されており、ＣＣＤカメラ３０からの映像信号はＥＣＵ５０に供給される。
詳しくは、ＣＣＤカメラ３０は主として路面上の白線等の走行車線情報を認識するように構成されており、ＥＣＵ５０に走行車線情報が供給されると、ＥＣＵ５０では、当該走行車線情報に基づいて車両の走行車線上での左右方向の横ズレ量が演算される。なお、車両の走行車線上での左右方向の横ズレ量の演算方法については公知であり、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２２】
また、ＥＣＵ５０には警報を発令するためのスピーカ５６や車両速度を検出する車速センサ５８が接続されている。
以下、このように構成された本発明に係る車両の操舵装置の作用について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る車両の操舵装置において実行される車線維持制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。
【００２３】
車線維持制御は車両が走行車線から外れそうになった場合に、運転者にアシストトルクを付与して走行車線内に車両を維持するよう案内する制御であり、先ず、ステップＳ１０では、車速センサ５８からの情報に基づき、車両の走行速度が制御車速範囲内（例えば、法定巡航速度）であって、車線維持制御を実施する必要があるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２４】
ステップＳ１２では、車両の横ズレ量が大きいか否かを判別する。つまり、ＣＣＤカメラ３０からの走行車線情報に基づき、車両の例えば路面上の白線からの横ズレ量を演算し、該横ズレ量が所定値より大きいか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、車線維持制御を実施すべき状況と判定し、次にステップＳ１４に進む。
【００２５】
ステップＳ１４では、運転者がステアリングホイル１４を操舵しておらず、保舵中であるか否か、即ち運転者がステアリングホイル１４を積極的に操舵しておらず車両が直進状態にある状況か否かを判別する（保持力判定手段、直進走行状態判定手段）。詳しくは、操舵角センサ５２からの情報に基づき、操舵角度がステアリングホイル１４の中立位置近傍以内であって、且つ、操舵速度が所定速度（例えば、１００deg/sec）以下であるか否かを判別する。
【００２６】
ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、運転者がステアリングホイル１４を積極的に操舵しており車両が直進状態にないと判定された場合には、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、上記ステップＳ１２の判別により車線維持制御を実施すべき状況と判定されたことを受け、車両の横ズレ量に応じてステアリングモータ２４を駆動制御する（モータ制御手段）。つまり、車両の横ズレ量が大きいほどステアリングモータ２４の出力が大きくなるように駆動制御する。これにより、ステアリングモータ２４の駆動力によってステアリングシャフト１２にアシストトルクが付加され、運転者の操舵がアシストされる。例えば、車両の右側への横ズレ量が大きい場合には、ステアリングシャフト１２に左操舵方向でアシストトルクが付加され、パワーステアリング装置の作用に加え、運転者が容易に左操舵可能とされる。
【００２７】
ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、運転者がステアリングホイル１４を積極的に操舵しておらず車両は直進状態にあると判定された場合には、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、油圧センサ５４からの情報に基づき、パワーステアリング装置の油圧が変化しているか否かを判別する（保持力判定手段）。即ち、走行中は操舵輪２からの入力によってタイロッド６が微動しており、運転者がステアリングホイル１４をしっかりと握っている場合には当該操舵輪２からの入力によりステアリングギヤボックス８の油圧シリンダ内の油圧は変化するはずであり、故に、ここでは当該油圧の変化を検出することで、運転者がステアリングホイル１４をしっかりと握っているか否か、即ち運転者がステアリングホイル１４を十分な保持力で握っているか否かを判別する。
【００２８】
なお、運転者によるステアリングホイル１４の保持力はトルクセンサを用いることで検出できる。しかしながら、トルクセンサは高価であり、一方このようにパワーステアリング装置の油圧の変化を検出するようにすれば、ステアリングホイル１４の保持力を簡単な構成にして安価に検出することができる。
ステップＳ１６の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、運転者がステアリングホイル１４を十分な保持力で握っていると判定された場合には、上記ステップＳ２２に進み、上記同様に、車両の横ズレ量に応じてステアリングモータ２４を駆動制御し、ステアリングモータ２４の駆動力によってステアリングシャフト１２にアシストトルクを付加する。
【００２９】
一方、ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、運転者がステアリングホイル１４を十分な保持力で握っておらず、例えば手放しに近い状況と判定された場合には、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、パワーステアリング装置による補助力が低減するよう、即ちステアリングホイル１４が重くなるようにパワステ特性を変更する（パワーステアリング装置制御手段）。具体的には、圧力制御弁９ａを操作して油圧シリンダに供給される油圧を低下するようにする。このようにすると、パワーステアリング装置による補助力が低減することになり、ステアリングホイル１４が重め特性に変更される。
【００３０】
図３を参照すると、通常時のパワステ特性と変更後のパワステ特性とが横軸を舵角θ、縦軸をステアリングトルクＴとして右方向を例に示されているが、油圧シリンダに供給される油圧を低下させることで、このようにパワステ特性が重め特性に変更される。つまり、ステアリングトルクＴとして所定値Ｔ1を与える場合、通常時のパワステ特性では値θ1と大きかった舵角θが同一トルク下で値θ2と小さく抑えられる。
【００３１】
これにより、図３中には舵角θとヨーレイトｙとの関係、即ち車両運動特性が併せて示されているが、パワステ特性が重め特性に変更されることで、通常時のパワステ特性では値θ1に対応して値ｙ1と大きかったヨーレイトｙが値θ2に対応して値ｙ2と小さくされ、車両のヨー運動が小さく抑えられる。
従って、ステアリングホイル１４が中立位置にあって車両が直進しており、且つ運転者がステアリングホイル１４を十分な保持力で握っていないような場合には、パワーステアリング装置の補助力によりステアリングホイル１４が操舵し易い状態であり、上述したようにアシストトルクだけでもステアリングホイル１４が運転者の意図に反して操舵されかねないのであるが、パワステ特性を重め特性に変更することにより、簡単且つ安価な構成にして、ステアリングホイル１４が運転者の意図に反して操舵されることを極力防止でき、運転者の意図しない車両の動きを抑制することができる。
【００３２】
また、図３には、基本操舵トルク線（実線）とともに、アシストトルク範囲（破線）が併せて示されているが、同図によれば、例えばステアリングトルクＴとして所定値Ｔ1を与えるとき、運転者がステアリングホイル１４を十分な保持力で握っている場合には、アシストトルクが付加されるとその付加方向に応じて基本操舵トルク線上の●点を挟んで上下方向（○−○間）にのみトルクＴが変化して舵角θは変化しない一方、運転者がステアリングホイル１４を十分に握っていない場合には、アシストトルクが付加されるとその付加方向に応じてトルクＴと舵角θとが破線に沿って変化し（○−□間）、舵角θが最大Δθ1或いはΔθ2の範囲で変動することが分かる。そして、これらΔθ1及びΔθ2に対応してヨーレイトｙがΔｙ1及びΔｙ2の範囲で変動することが分かる。
【００３３】
ところで、このようなヨーレイトｙの変動は車両の揺動を意味するため、当該ヨーレイトｙの変動はできるだけ小さいのがよい。そこで、これら通常時のパワステ特性に対応するΔｙ1と変更後のパワステ特性に対応するΔｙ2とを比較してみると、Δｙ1よりもΔｙ2の方が変動範囲が小さくなっている。即ち、通常時のパワステ特性よりも変更後のパワステ特性の方が車両の揺動を小さく抑えることができることになる。
【００３４】
従って、この点からも、パワステ特性を重め特性に変更することにより、運転者の意図しない車両の動きを抑制することができる。
ステップＳ１８においてパワステ特性を重め特性に変更したら、次にステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、運転者がステアリングホイル１４を十分な保持力で握っておらず、例えば手放しに近い状況であることを運転者に知らせるよう、スピーカ５６から警報を発令する。
【００３５】
これにより、運転者にステアリングホイル１４の保持力が低下していること及びパワステ特性が重め特性に変更されてパワーステアリング装置の補助力が低減されたことを容易に認識させることができ、運転者にステアリングホイル１４をしっかりと握る等の措置をとらせ、安全性の向上を図ることができる。
そして、ステップＳ２２において、上記同様に、車両の横ズレ量に応じてステアリングモータ２４を駆動制御し、ステアリングモータ２４の駆動力によってステアリングシャフト１２にアシストトルクを付加する。
【００３６】
但し、この場合には、上述したようにパワステ特性が重め特性に変更されているので、アシストトルクが付加されてもヨーレイトｙの大きさ及びヨーレイトｙの変動幅は小さく、運転者の意図しない車両の動きが抑制されることとなり、これにより違和感のない安定した車線維持を実現することができる。
当該ルーチンが繰り返し実行され、ステップＳ１０或いはステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）、即ち車線維持制御を実施する必要がないと判定された場合には、ステップＳ２４に進み、駆動させていたステアリングモータ２４を停止させる。そして、ステップＳ２６において、変更されていたパワステ特性を通常時のパワステ特性に戻すようにする。
【００３７】
以上で本発明に係る車両の操舵装置の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、走行位置検出手段としてＣＣＤカメラ３０からの映像情報を使用するようにしたが、その他、走行位置検出手段としてＧＰＳやＩＴＳからの情報を使用するようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、パワステ特性を通常時と変更後の２段階で切り換えるようにしたが、運転者によるステアリングホイル１４の保持力に応じて多段階でパワステ特性を切り換えるようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の車両の操舵装置によれば、パワーステアリング装置とともに車線維持制御機能を有した車両の操舵装置において、ステアリングホイルの保持力の低下が判定されると、パワーステアリング装置による補助力が低減、即ちステアリングホイルが重くなる側にパワステ特性が変更されるので、車線維持制御用の電動モータの操舵力によって変化するステアリングホイルの舵角量を小さく抑えることができる。これにより、運転者がステアリングホイルをしっかり握っていないような場合であっても、ステアリングホイルが運転者の意図に反して操舵されることを極力防止でき、運転者の意図しない車両の動きを抑制して違和感のない安定した車線維持を実現することができる。
【００４０】
また、請求項２の車両の操舵装置によれば、車両が直進状態にあり運転者によるステアリングホイルの握りが弱くなる可能性のあること及び油圧式パワーステアリング装置の油圧変化がなく運転者がステアリングホイルの操舵を意図的に行っていないことを検出することにより、高価なトルクセンサ等を用いることなくステアリングホイルの保持力の低下を容易にして確実に判定することができる。
【００４１】
また、請求項３の車両の操舵装置によれば、ステアリングホイルの操舵角が所定角度以下であり且つステアリングホイルの操舵速度が所定速度以下であることを検出することにより、車両が直進状態にあって運転者によるステアリングホイルの握りが弱くなる可能性のある状況を容易にして確実に判定することができる。
【００４２】
また、請求項４の車両の操舵装置によれば、ステアリングホイルの保持力の低下が判定されると警報手段により警報が発せられるので、運転者にステアリングホイルの保持力が低下していること及びパワーステアリング装置の補助力が低減されたことを容易に認識させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両の操舵装置の全体構成図である。
【図２】本発明に係る車線維持制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】通常時のパワステ特性と変更後のパワステ特性とともに車両の運動特性を示す図である。
【符号の説明】
２操舵輪
８ステアリングギヤボックス
９油圧制御ユニット
９ａ圧力制御弁
１２ステアリングシャフト
１４ステアリングホイル
２０、２２プーリ
２３ベルト
２４ステアリングモータ（電動モータ）
３０ＣＣＤカメラ（走行位置検出手段）
５０ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
５２操舵角センサ（操舵角検出手段、操舵速度検出手段）
５４油圧センサ（油圧検出手段）
５６スピーカ（警報手段）

Claims

走行車線に対する車両の走行位置を検出する走行位置検出手段と、
運転者により操舵されるステアリングホイルと、
前記ステアリングホイルの操舵に対して補助力を付与するパワーステアリング装置と、
前記パワーステアリング装置による補助力を車両の走行状態に応じて可変とするパワーステアリング装置制御手段と、
前記パワーステアリング装置に対して操舵力を伝達可能に設けられた電動モータと、
前記走行位置検出手段からの出力に基づき前記電動モータの駆動を制御し、車両が走行車線を維持するよう車線維持制御を行うモータ制御手段と、
運転者による前記ステアリングホイルの保持力を判定する保持力判定手段とを備え、
前記パワーステアリング装置制御手段は、前記モータ制御手段により前記車線維持制御が行われるとき、前記保持力判定手段により前記ステアリングホイルの保持力の低下が判定されると、前記パワーステアリング装置による補助力を低減させることを特徴とする車両の操舵装置。
前記パワーステアリング装置は油圧式パワーステアリング装置であり、
前記保持力判定手段は、車両の直進走行状態を判定する直進走行状態判定手段と、前記油圧式パワーステアリング装置の油圧を検出する油圧検出手段とを有し、前記直進走行状態判定手段により車両が直進状態にあることが判定され、且つ、前記油圧検出手段により油圧変化がないことが検出されると、前記ステアリングの保持力が低下したと判定することを特徴とする、請求項１記載の車両の操舵装置。
前記直進走行状態判定手段は、前記ステアリングホイルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記ステアリングホイルの操舵速度を検出する操舵速度検出手段とを有し、前記操舵角検出手段により検出される操舵角が所定角度以下、且つ、前記操舵速度検出手段による操舵速度が所定速度以下のとき車両が直進状態にあると判定することを特徴とする、請求項２記載の車両の操舵装置。
前記保持力判定手段により前記ステアリングホイルの保持力の低下が判定されたときに警報を発する警報手段を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の車両の操舵装置。