JP6711196B2 - 操舵補助装置及び操舵補助方法 - Google Patents

Description

本発明は、操舵補助装置及び操舵補助方法に関する。

車両には、ハンドルを操舵しても、操舵力が車輪の向きを変化させない操舵遊び区間があることが知られている。特許文献１には、操舵遊び区間においてステアリングシャフトにトルクを加算することで、操舵遊び区間において操舵力を車輪に伝達させる技術が開示されている。

特開２００６−１９９１４９号公報

特許文献１に示されるように操舵遊び区間において操舵力を車輪に伝達させると、操舵遊び区間がなくなる。この場合、車両の振動等によりハンドルが操舵されてしまい、その操舵を修正する操舵が必要になることから、運転が不安定になるという問題がある。一方、操舵遊び区間がある場合、運転者が操舵遊び区間がどこまでであるかを把握していないと、正確に車両を操縦できないという問題がある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、運転者に操舵遊び区間を把握させることができる操舵補助装置及び操舵補助方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る操舵補助装置は、車両の操舵角を検出する操舵角検出部と、ステアリングシャフトにトルクを加えることにより前記車両の操舵補助を行う操舵補助部と、操舵が前記車両の車輪の向きを変化させない操舵遊び区間に対応する角度範囲に検出された前記操舵角が含まれる場合、前記角度範囲に含まれない場合に比べて、前記操舵補助部による操舵補助の量を多くする制御部と、を備える。

前記制御部は、検出された前記操舵角が前記角度範囲に含まれる場合に前記操舵補助部による操舵補助を行い、前記角度範囲に含まれない場合に前記操舵補助部による操舵補助を停止させてもよい。

前記制御部は、検出された前記操舵角が前記角度範囲に含まれる場合に、前記操舵補助部により操舵力を増加させ、前記角度範囲に含まれない場合に前記操舵補助部により操舵力を減少させてもよい。

前記制御部は、前記車両が車線の中央を走行するように前記操舵補助部に操舵補助を行わせ、前記車両が車線の中央を走行している場合において検出された前記操舵角が前記角度範囲に含まれるとき、前記角度範囲に含まれないときに比べて、前記操舵補助部による操舵補助の量を多くしてもよい。

本発明の第２の態様に係る操舵補助方法は、プロセッサが実行する操舵補助方法であって、車両の操舵角を検出するステップと、操舵が前記車両の車輪の向きを変化させない操舵遊び区間に対応する角度範囲に検出された前記操舵角が含まれる場合、前記角度範囲に含まれない場合に比べて大きいトルクをステアリングシャフトに加えることにより前記車両の操舵補助を行うステップと、を含む。

本発明によれば、運転者に操舵遊び区間を把握させることができるという効果を奏する。

実施の形態に係る操舵補助装置の概要を説明するための図である。 実施の形態に係る操舵補助システムの構成を模式的に示す図である。 実施の形態の制御部が実行する補助部のトルク制御を説明するための図である。 実施の形態に係る操舵補助装置が実行する操舵遊び区間認識支援機能に係る操舵補助処理の流れを説明するためのフローチャートである。

＜実施の形態の概要＞
図１は、実施の形態に係る操舵補助装置の概要を説明するための図である。実施の形態に係る操舵補助装置は車両Ｖに搭載され、操舵が車両Ｖの車輪の向きを変化させない操舵遊び区間を運転者に把握させるために用いられる。限定はしないが、実施の形態に係る操舵補助装置は、バスやトラック等の大型の車両Ｖに好適に用いられる。以下本明細書では、車両Ｖがバスやトラック等の大型の車両Ｖであることを前提に説明する。

実施の形態に係る操舵補助装置は、車両Ｖに設けられているステアリング１１の操舵角θが操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθに含まれる場合の操舵補助の量を示す補助量Ｐ１を、当該角度範囲ｒθに含まれない場合の補助量Ｐ２に比べて多くする。これにより、車両Ｖの運転者は、操舵遊び区間内での操舵であるか否かを把握することができる。そして、運転者は、車両Ｖの進行方向に変化を与えるステアリング１１の角度範囲を認識して、車両Ｖを正確に運転することができる。

＜操舵補助システムの構成＞
図２は、実施の形態に係る操舵補助システムＳＳの構成を模式的に示す図である。図２に示すように、操舵補助システムＳＳは、インテグラル式ステアリングユニット１０と、モータ２０と、操舵角センサ３０と、車速センサ４０と、撮像装置５０と、ポンプユニット６０と、制御部７０とを備える。

インテグラル式ステアリングユニット１０は、運転者による操舵操作を補助するユニットである。インテグラル式ステアリングユニット１０は、ステアリング１１と、ステアリングシャフト１２と、スタブシャフト１３と、パワーシリンダ部１４と、リザーバタンク１５と、コントロールバルブ１６とを備える。

ステアリングシャフト１２は、一端がステアリング１１に接続されているとともに、他端がスタブシャフト１３に接続されている。スタブシャフト１３は、一端がステアリングシャフト１２に接続されているとともに、他端がパワーシリンダ部１４の入力軸に接続されている。ステアリングシャフト１２及びスタブシャフト１３は、ステアリング１１に付与された操舵トルクをパワーシリンダ部１４に伝達する。

パワーシリンダ部１４は、車両Ｖの操舵輪８０に駆動力を伝達する。
リザーバタンク１５は、パワーシリンダ部１４に供給される作動油を貯留する。
コントロールバルブ１６は、パワーシリンダ部１４に供給される作動油の油量を制御し、操舵トルクに応じた油圧をパワーシリンダ部１４内に作用させることにより、運転者の操舵操作を補助する。

モータ２０は、ステアリングシャフト１２に取り付けられている。モータ２０は、制御部７０から供給される電力で回転駆動することにより、ステアリングシャフト１２にアシストトルク（操舵補助力）を付与して運転者の操舵操作を補助する。モータ２０は、車両Ｖが走行車線に沿って走行するための操舵誘導機能を主として提供する。

操舵角センサ３０は、ステアリングシャフト１２に設けられており、ステアリングシャフト１２の回転量を検出し、当該回転量に基づいて操舵角θを検出する。操舵角センサ３０は、検出した操舵角θを制御部７０に出力する。
車速センサ４０は、車両Ｖの速度を検出する。車速センサ４０は、検出した速度を制御部７０に出力する。
撮像装置５０は、車両Ｖに搭載された車載カメラである。撮像装置５０は、車両Ｖが走行する車線を含む、車両Ｖの進行方向前方を撮像する。撮像装置５０は、撮像した画像を制御部７０に出力する。

ポンプユニット６０は、既知の可変容量形ポンプを備える。ポンプユニット６０は、制御部７０の制御の下、ステアリング１１の動きによってパワーシリンダ部１４に供給される駆動油の流量を制御することにより、パワーシリンダ部１４に伝達される操舵力と同方向の力をパワーシリンダ部１４に更に伝達するパワーアシスト機能を提供する。
ポンプユニット６０は、ポンプハウジング６１と、制御弁６２と、電磁弁６３とを備える。

ポンプハウジング６１内には、ポンプ室が区画形成されている。ポンプ室は、吸入通路６４を介してリザーバタンク１５に接続されており、吸入通路６４を介してリザーバタンク１５から作動油を吸入する。また、ポンプ室には、作動油を制御弁６２に供給する第１接続通路６５が接続されているとともに、作動油をコントロールバルブ１６に供給する第２接続通路６６が接続されている。
第２接続通路６６は、コントロールバルブ１６に接続された主油通路６７と、制御弁６２に接続された開閉可能な副油通路６８とを備えている。

制御弁６２は電磁弁６３と協働してパワーシリンダ部１４に供給される作動油の流量を制御する。
電磁弁６３は、副油通路６８の開閉を制御する。電磁弁６３は、制御部７０から、操舵角センサ３０が検出した操舵角及び車速センサ４０が検出した車両Ｖの走行速度に基づいた電力を供給されることによって制御される。

電磁弁６３は、通電された場合には、副油通路６８を閉鎖する。副油通路６８が閉鎖されると、制御弁６２はポンプユニット６０におけるポンプ吐出量を減少させる。一方、電磁弁６３は、非通電状態では、副油通路６８を開放する。副油通路６８が開放されると、制御弁６２は、ポンプユニット６０におけるポンプ吐出量を増大させる。

例えば、操舵角が大きいほど操舵補助力を必要とするため、電磁弁６３への通電量は操舵角が大きくなるほど小さくなる。また、車両Ｖの速度が低速であるほど操舵補助力を必要とするため、電磁弁６３への通電量は車両Ｖの走行速度が小さくなるほど小さくなる。

制御部７０は、撮像装置５０が撮像した画像を解析して車両Ｖが走行する車線における中央位置からの車両Ｖの横ずれ量を算出する。制御部７０は、例えば、車両Ｖが所定速度以上で走行している場合に、算出した横ずれ量に基づいてポンプユニット６０及びモータ２０を制御して操舵補助力を発生させることにより、車両Ｖが車線の中央を走行するように操舵誘導を行う。これにより、制御部７０は、車線維持支援機能を実現する。

このように、実施の形態に係る操舵補助装置１は車両Ｖのパワーアシスト及び車線維持支援として機能するが、以下では車両Ｖの運転者に操舵遊び区間を把握させる操舵遊び区間認識支援機能を実現させるための操舵補助装置１の機能構成について主に説明する。

＜操舵補助装置１の機能構成＞
操舵補助装置１は、制御部７０と補助部とを備える。制御部７０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサやメモリ等を含む計算リソースである。

補助部は、車両Ｖの運転者がステアリング１１を操作することで操舵輪８０を動かすことを補助する機構であり、モータ２０とポンプユニット６０とを含む。ポンプユニット６０は、油圧により車両Ｖの操舵を補助するための操舵補助力を発生する第１補助部として機能する。またモータ２０は、電力によりトルクを発生させ、ステアリングシャフト１２に当該トルクを操舵補助力として加えることにより車両Ｖの操舵補助を行う第２補助部として機能する。

制御部７０は、車両Ｖが車線の中央を走行している場合、すなわち、車両Ｖに対して車線維持支援機能によって操舵補助力を発生させていない状態である場合に、操舵遊び区間認識支援機能を実現させる。

具体的には、制御部７０は、操舵が操舵輪８０の向きを変化させない操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθに操舵角が含まれる場合に、操舵角が角度範囲ｒθに含まれない場合に比べて、モータ２０による操舵補助量を多くする。

ここで、角度範囲ｒθは、ステアリング１１が操作されていない状態の操舵角を０度とし、車両Ｖの運転者がステアリング１１を右に切る場合の操舵角を正の値、ステアリング１１を左に切る場合の操舵角を負の値とした場合における、操舵角が−θ１〜＋θ１の範囲である。

例えば、制御部７０は、検出された操舵角が、操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθに含まれる場合に、運転者による操舵力が増加する方向の操舵補助力をモータ２０に発生させる。また、制御部７０は、検出された操舵角が、操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθに含まれない場合に、モータ２０を停止させることにより、モータ２０による操舵補助を停止させる。なお、制御部７０は、検出された操舵角が角度範囲ｒθに含まれる場合に、運転者による操舵力が増加する方向の操舵補助力をモータ２０に発生させることにより、操舵力を増加させ、角度範囲ｒθに含まれない場合に、運転者による操舵力が減少する方向の操舵補助力をモータ２０に発生させることにより、操舵力を減少させるようにしてもよい。

ここで、制御部７０は、必要とされる操舵補助力をポンプユニット６０が単独で発生可能な場合であっても、操舵力が増加する方向の操舵補助力をモータ２０に発生させる。具体的には、制御部７０は、ポンプユニット６０が発生する操舵補助力を所定量減少させて発生させるとともに、モータ２０に操舵力が増加する方向の操舵補助力を発生させる。

図３（ａ）−（ｄ）は、実施の形態の制御部７０が実行する補助部の操舵補助制御を説明するための図である。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）は、ステアリング１１の操舵角を横軸とし、ステアリング１１を操作する運転者が感じる抗力となるトルクの大きさを縦軸とする、操舵角とトルクとの関係を示す図である。図３（ｃ）は、ステアリング１１の操舵角を横軸とし、制御部７０がモータ２０に発生させる操舵補助力を縦軸とする操舵角と操舵補助力との関係を示す図である。

図３において、車両Ｖの運転者がステアリング１１を右に切る場合、操舵角は正の値となり、ステアリング１１を左に切る場合、操舵角が負の値となる。以下説明の便宜上、ステアリング１１を操作する運転者が感じる抗力となるトルクの大きさを「保舵トルク」と記載することがある。

図３（ａ）は、実施の形態にかかる操舵補助装置１を搭載した車両Ｖにおいて、ポンプユニット６０にのみ操舵補助力を出力させたときの操舵角と操舵補助力との関係を示す図である。図３（ａ）に示すようにポンプユニット６０にのみ操舵補助力を出力させる場合、すなわちポンプユニット６０にパワーアシスト機能のみを実現させ、モータ２０に操舵補助力を発生させない場合には、操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθと、当該区間外との境界付近では、保舵トルクの変化が小さい。したがって、運転者にとっては、操舵遊び区間内での操舵であるか否かが把握しにくい。

そこで制御部７０は、検出された操舵角が、操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθに含まれる場合と含まれない場合とで保舵トルクの変化が大きくなるようにモータ２０及びポンプユニット６０の出力を制御する。具体的には、制御部７０はまず、ポンプユニット６０の出力を全体として所定量ｔだけ下げさせる。この結果、操舵角と保舵トルクとの関係は、図３（ｂ）に示すようになる。保舵トルクの特性が図３（ｂ）に表されるような形状となった状態でステアリング１１を操作したとすると、車両Ｖの運転者は、ステアリング１１が全体として所定量ｔで表されるトルクの分だけ重くなったように感じられることになる。

制御部７０は、ポンプユニット６０の出力を所定量ｔだけ下げさせると同時に、最大値が所定量ｔ以下の操舵補助力をモータ２０に出力させる。
図３（ｃ）は、実施の形態にかかる操舵補助装置１を搭載した車両Ｖが車線中央を直進して走行している場合にモータ２０に出力させる操舵補助力と操舵角との関係を示す図である。図３（ｃ）に示すように、制御部７０は、操舵角が操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθである場合に、操舵力が増加する方向の操舵補助力（アシストトルク）をモータ２０に発生させる。制御部７０は、操舵角が０度から遠ざかるにしたがって操舵補助力が小さくなるように、モータ２０に操舵補助力を発生させる。

図３（ｄ）は、実施の形態にかかる操舵補助装置１を搭載した車両Ｖが車線中央を直進して走行している場合における操舵角と保舵トルクとの関係を示す図である。図３（ｄ）に示すように、モータ２０による補助トルクがステアリングシャフト１２に伝達される結果、運転者は、操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθにおいて、当該区間外に比べて保舵トルクが少ない状態でステアリング１１を操作することができる。これにより、車両Ｖの運転者は、操舵遊び区間内での操舵であるか否かを把握することができる。

＜操舵補助装置１が実行する操舵補助の処理フロー＞
図４は、実施の形態に係る操舵補助装置１が実行する操舵遊び区間認識支援機能に係る操舵補助処理の流れを説明するためのフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば車両Ｖが車線中央を走行している場合に開始する。

操舵角センサ３０は、ステアリング１１の操舵角を検出する（Ｓ２）。
制御部７０は、検出された操舵角が、操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθに含まれるか否かを判定する（Ｓ４）。制御部７０は、検出された操舵角が角度範囲ｒθに含まれると判定すると、Ｓ６に処理を移し、モータ２０を駆動させることにより運転者による操舵力が増加する方向のトルクを発生させる。
制御部７０は、検出された操舵角が角度範囲ｒθに含まれないと判定すると、本フローチャートに係る処理を終了する。操舵補助装置１は車両Ｖの走行中に上記の処理を繰り返すことにより、車両Ｖが車線中央を走行している場合に操舵遊び区間認識支援機能に係るモータ２０の制御を継続する。

以上説明したように、実施の形態に係る操舵補助装置１は、検出された操舵角が操舵遊び区間に対応する角度範囲ｒθに含まれる場合、当該角度範囲ｒθに含まれない場合に比べて、モータ２０による操舵補助の量を多くする。このようにすることで、モータ２０を備える操舵補助装置１において、車両Ｖの運転者に操舵遊び区間を把握させることができる。

また、制御部７０は、検出された操舵角が角度範囲に含まれる場合にモータ２０による操舵補助を行い、角度範囲に含まれない場合にモータ２０による操舵補助を停止させる。このようにすることで、操舵遊び区間外におけるステアリング１１の操作感を操舵遊び区間内におけるステアリング１１の操作に比べて重くして、操舵遊び区間外において、車両Ｖを操舵している感覚を運転者に与えることができる。

また、制御部７０は、車両Ｖが車線の中央を走行している場合において検出された操舵角が角度範囲ｒθに含まれるとき、角度範囲ｒθに含まれないときに比べて、モータ２０による操舵補助の量を多くする。このようにすることで、車線中央走行時に、操舵遊び区間を運転者に把握させて直進時の修正操舵を行い易くすることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、上述の実施の形態では、操舵補助装置１がバスやトラック等の大型の車両Ｖに用いられる例について説明したが、これに限らない。例えば、操舵補助装置１は、油圧シリンダを有しておらず、モータによりパワーステアリング機能を実現する乗用車等の車両に用いられてもよい。

１・・・操舵補助装置
１０・・・インテグラル式ステアリングユニット
１１・・・ステアリング
１２・・・ステアリングシャフト
２０・・・モータ
３０・・・操舵角センサ
４０・・・車速センサ
５０・・・撮像装置
６０・・・ポンプユニット
７０・・・制御部
ＳＳ・・・操舵補助システム
Ｖ・・・車両

Claims (5)

1. 車両の操舵角を検出する操舵角検出部と、
   ステアリングシャフトにトルクを加えることにより前記車両の操舵補助を行う操舵補助部と、
   操舵が前記車両の車輪の向きを変化させない操舵遊び区間に対応する角度範囲に検出された前記操舵角が含まれる場合、前記角度範囲に含まれない場合に比べて、前記操舵補助部による操舵補助の量を多くする制御部と、
   を備える操舵補助装置。
2. 前記制御部は、検出された前記操舵角が前記角度範囲に含まれる場合に前記操舵補助部による操舵補助を行い、前記角度範囲に含まれない場合に前記操舵補助部による操舵補助を停止させる、
   請求項１に記載の操舵補助装置。
3. 前記制御部は、検出された前記操舵角が前記角度範囲に含まれる場合に、前記操舵補助部により操舵力を増加させ、前記角度範囲に含まれない場合に前記操舵補助部により操舵力を減少させる、
   請求項１に記載の操舵補助装置。
4. 前記制御部は、前記車両が車線の中央を走行するように前記操舵補助部に操舵補助を行わせ、前記車両が車線の中央を走行している場合において検出された前記操舵角が前記角度範囲に含まれるとき、前記角度範囲に含まれないときに比べて、前記操舵補助部による操舵補助の量を多くする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の操舵補助装置。
5. プロセッサが実行する操舵補助方法であって、
   車両の操舵角を検出するステップと、
   操舵が前記車両の車輪の向きを変化させない操舵遊び区間に対応する角度範囲に検出された前記操舵角が含まれる場合、前記角度範囲に含まれない場合に比べて大きいトルクをステアリングシャフトに加えることにより前記車両の操舵補助を行うステップと、
   を含む操舵補助方法。

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