JP6809019B2 - 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し、特にカーブ走行時の操舵を補助する技術に関する。

従来、運転者の操舵を適切に促すために操舵トルクの中立値を道路曲率に応じて変化させるようにした操舵力制御装置が提案されている。例えば特許文献１には、減速機を介してラックに接続されたアシストピニオンが、駆動源となる操舵補助モータが発生する操舵補助力で駆動する技術が開示されている。

特開平１１−１９８８４４号公報

上記のような技術では、操舵補助力の発生源はモータ単独である。しかしながら、バスやトラックのような大型車両では、操舵補助力の発生源としてモータの他に、エンジンを動力とする油圧シリンダを備えるものも存在する。

操舵補助力の発生源としてのモータと油圧シリンダとは、出力特性に違いがある。したがって、操舵補助力の発生源としてモータと油圧シリンダとの両方を備える操舵補助装置においては、モータと油圧シリンダとの出力を調整する技術が望まれている。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、操舵補助力の発生源としてモータと油圧を動力とするパワーシリンダとを備える操舵補助装置において、モータとパワーシリンダとの出力を調整する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、操舵補助装置である。この装置は、車両が走行する車線の曲率を算出する曲率算出部と、油圧により前記車両の操舵を補助するためのトルクを発生する第１補助部と、電力により前記車両の操舵を補助するためのトルクを発生する第２補助部とを備える補助部と、前記車両の操舵角が、前記車両が前記車線の中央を走行するために、前記曲率に応じて定まる目標操舵角となるような操舵補助力を前記第１補助部が発生可能な場合に、前記第１補助部に発生させるトルクを所定量減少させて発生させるとともに、前記所定量以下のトルクを前記第２補助部に発生させる操舵制御部と、を備える。

前記車両の走行速度を測定する速度測定部と、前記速度測定部が測定した走行速度において前記曲率に応じて定まる目標操舵角を保持するために要する保舵力を算出する保舵力算出部と、をさらに備えてもよく、前記操舵制御部は、前記目標操舵角において前記保舵力が最小となるように、前記保舵力を打ち消す方向のトルクを前記第２補助部に発生させてもよい。

本発明の第２の態様は、プロセッサが実行する操舵補助方法である。この方法は、車両が走行する車線の曲率を検出するステップと、前記車両の走行速度を測定するステップと、測定した走行速度において前記曲率に応じて定まる目標操舵角を保持するために要する保舵力を算出するステップと、油圧による操舵補助力を減少させるステップと、前記目標操舵角において前記保舵力が最小となるように、前記保舵力を打ち消す方向のトルクをモータにより発生させるステップと、を含む。

本発明によれば、操舵補助力の発生源としてモータと油圧を動力とするパワーシリンダとを備える操舵補助装置において、モータとパワーシリンダとの出力を調整することができる。

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。 実施の形態に係る操舵補助装置の機能構成を模式的に示す図である。 実施の形態の操舵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、その車両Ｖがカーブを走行するときの操舵を補助す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。

一般に、車両Ｖのステアリング１１には車両Ｖが直進する方向、すなわち操舵角が０度となる方向にトルクがかかる。そのため、車両Ｖの運転者はカーブを走行するためにはそのトルクに逆らうような保舵力をステアリング１１に加えることにより、車両Ｖをカーブに沿って走行させる。実施の形態に係る操舵補助装置は、車両Ｖに搭載されたモータと油圧シリンダとを連動して、カーブ走行時の車両Ｖの操舵を補助する。

具体的には、操舵補助装置は撮像装置５０が撮像した車両Ｖの前方の画像を解析して、車両Ｖが走行する車線の曲率を算出する。操舵補助装置は、車両Ｖの車線に沿って走行するために保持すべきステアリング１１の保舵角θとなるように、車両Ｖの操舵を補助する。

すなわち、一般に車両Ｖのステアリング１１は操舵角に応じてその角度を維持するために必要なトルクである保舵力が変化するが、操舵補助装置は、車線の曲率に応じて定まる保舵角θにおいて保舵力が最小となるように操舵を制御する。これにより、車両Ｖの運転者はステアリング１１から伝わるトルクによって維持すべき保舵角θが感覚的に理解できるため、車両Ｖをカーブに沿って自然に走行させることができる。

＜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を検出する。操舵角センサ３０は、検出した操舵角を制御部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にさら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。

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大きくなる。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大きくなる。

電磁弁６３は、非通電状態では、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、通電された場合には、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。

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の進行方向前方の画像を撮像する。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が走行する車線の曲率を算出する。制御部７０は、算出した曲率から、車両Ｖが車線を走行するために必要な目標操舵角を算出する。制御部７０は、算出した目標操舵角に基づいてパワーシリンダ部１４及びモータ２０を制御することにより、車両Ｖにおける車線維持支援を実現する。

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の車線維持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＞
図３は、実施の形態に係る操舵補助装置１の機能構成を模式的に示す図である。
操舵補助装置１は、制御部７０と補助部１００とを備える。制御部７０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を含む計算リソースであり、プログラムを実行することによって曲率算出部７１、速度測定部７２、保舵力算出部７３、及び操舵制御部７４の機能を実現する。

補助部１００は、車両Ｖの運転手がステアリング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とパワーシリンダ部１４とを含む。パワーシリンダ部１４は、油圧により車両Ｖの操舵を補助するためのトルクを発生する第１補助部として機能する。またモータ２０は、電力により車両Ｖの操舵を補助するためのトルクを発生する第２補助部として機能する。

曲率算出部７１は、撮像装置５０が撮像した画像を取得する。曲率算出部７１は、取得した画像を解析することにより、車両Ｖが走行する車線の曲率を算出する。具体的には、曲率算出部７１はエッジ抽出等の既知の画像処理技術を用いて車両Ｖが走行する車線の車線区画線を抽出することにより、車線の曲率を算出する。

速度測定部７２は、車速センサを用いて車両Ｖの走行速度を測定する。保舵力算出部７３は、曲率算出部７１が算出した曲率に応じて定まる目標操舵角を算出する。保舵力算出部７３はさらに、速度測定部７２が測定した走行速度において算出した目標操舵角を保持するために要する保舵力を算出する。

操舵制御部７４は、保舵力算出部７３が算出した目標操舵角において車両Ｖの運転手にかかる保舵力が最小となるように、保舵力を打ち消す方向の操舵補助力をモータ２０に発生させる。ここで操舵制御部７４は、操舵補助力をパワーシリンダ部１４が単独で発生可能な場合であっても、保舵力を打ち消す方向のトルクをモータ２０に発生させる。より具体的には、操舵制御部７４は、車両Ｖが直線走行中にパワーシリンダ部１４に発生させているトルクを所定量減少させて発生させるとともに、減少させた所定量以下のトルクをモータ２０に発生させる。

図４（ａ）−（ｄ）は、実施の形態の操舵制御部７４が実行する補助部１００のトルク制御を説明するための図である。図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（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を操作する運転手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。一方、図４（ｃ）は、ステアリング１１の操舵角を横軸とし、操舵制御部７４がモータ２０に発生させるトルク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４（ａ）−（ｄ）において、車両Ｖの運転手がステアリング１１を左に切る場合操舵角は負の値となり、ステアリング１１を右に切る場合は操舵角が正の値となる。以下説明の便宜上、ステアリング１１を操作する運転手が感じる抗力となるトルクの大きさを「保舵トルク（抗力トルク）」、操舵制御部７４がパワーシリンダ部１４又はモータ２０に発生させるトルクの大きさを「操舵補助力」と記載することがある。

図４（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が直進走行中における操舵角と保舵トルクとの関係を示す図である。車両Ｖが直進走行している場合、操舵制御部７４は、モータ２０による操舵補助力の出力を停止し、パワーシリンダ部１４にのみ操舵補助力を出力させるように制御する。

図４に示すように、パワーシリンダ部１４による操舵補助力のみで操舵補助を実現する場合、操舵角が０度付近では保舵トルクの変化が少なくなる傾向にある。このため、操舵角と保舵トルクとの関係を示すグラフは略Ｕ字形状となる。

図４（ａ）−（ｄ）において、角度θは保舵力算出部７３が算出した目標操舵角を示す。すなわち、車両Ｖを車線に沿って走行させるためには、運転手はステアリング１１を右に角度θだけ切った状態を維持する必要があることを示している。

図４（ａ）に示すようにパワーシリンダ部１４にのみ操舵補助力を出力させる場合、すなわち補助部１００にパワーアシスト機能のみを実現させる場合には、運転手がステアリング１１を角度θよりもさらに右側に切ろうとするにしたがって保舵トルクが大きくなり、反対に角度θよりも小さな角度にするにしたがって保舵トルクが小さくなる。つまり、ステアリング１１には操舵角が小さくなる方向に力が働く。

そこで操舵制御部７４は、角度θにおいて保舵トルクが最小となるように、パワーシリンダ部１４及びモータ２０の出力を制御する。具体的には、操舵制御部７４はまず、パワーシリンダ部１４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を示すグラフの形は図４（ｂ）に示すような形となる。保舵トルクの特性が図４（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。

操舵制御部７４は、パワーシリンダ部１４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以下のトルクをモータ２０に出力させる。
図４（ｃ）は、操舵制御部７４がモータ２０に出力させる操舵補助力と操舵角との関係を示すグラフである。図４（ｃ）に示すように、操舵制御部７４は、ステアリング１１の操舵方向と同じ方向を向く操舵補助力を、操舵角が角度θのとき最大となるようにモータ２０に出力させる。操舵制御部７４は、操舵角が角度θから離れるとその乖離度が大きくなるほどモータ２０に出力させるトルクを小さくする。

図４（ｄ）は、操舵制御部７４がパワーシリンダ部１４の出力を所定量ｔだけ下げるとともにステアリング１１の操舵角に応じてモータ２０にトルクを出力させた場合における保舵トルクの特性を示すグラフである。図４（ｄ）に示すように、ステアリング１１の操舵角が目標操舵角である角度θのときに保舵力が最小となる。また、ステアリング１１の操舵角が目標操舵角である角度θから乖離するほど、保舵力が大きくなる。

このように、ステアリング１１の操舵角が角度θでいわば谷となるように、操舵制御部７４はパワーシリンダ部１４及びモータ２０の出力を制御する。このとき、操舵制御部７４は、角度θ付近におけるパワーシリンダ部１４のトルク特性を考慮してモータ２０に発生させるトルクの形状を決定する。結果としてステアリング１１の操舵角が角度θでいわば谷となるようにできるので、車両Ｖの運転者は、車両Ｖが車線に沿って走行するためのステアリング１１の操舵角を手に伝わる抗力から感覚的に知ることができる。

なお図４に示すように、操舵制御部７４はステアリング１１の操舵角が目標操舵角である角度θのときに保舵力が最小となるようにパワーシリンダ部１４及びモータ２０を制御するが、保舵力の最小値は０より大きくすることが好ましい。この場合、車両Ｖの運転者は、車両Ｖを車線に沿って走行させるためには、意識的にステアリング１１に力を加える必要が生じる。これにより、運転者が車両Ｖを漫然と走行させる事態を抑制できる。

したがって、操舵制御部７４がパワーシリンダ部１４の出力を下げる量である「所定量ｔ」は、モータ２０が出力可能なトルクの最大値と同程度かそれ以下であることが好ましい。これにより、操舵制御部７４は保舵力の最小値を０から所定量ｔまでの間で任意に設定できるようになる。

＜操舵補助装置１が実行する操舵補助の処理フロー＞
図５は、実施の形態に係る操舵補助装置１が実行す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のエンジンが始動したときに開始する。

曲率算出部７１は、撮像装置５０が撮像した画像を解析して、車両Ｖが走行する車線の曲率を検出する（Ｓ２）。保舵力算出部７３は、曲率算出部７１が算出した曲率に応じて定まる目標操舵角を算出する（Ｓ４）。

速度測定部７２は、車速センサを用いて車両Ｖの車速を検出する（Ｓ６）。保舵力算出部７３は、速度測定部７２が測定した走行速度において算出した目標保舵角を保持するために要する保舵力を算出する（Ｓ８）。

操舵制御部７４は、車両Ｖが直線走行中にパワーシリンダ部１４に発生させている操舵補助力を所定量減少させるとともに、モータ２０に発生させる操舵補助力を上昇させる（Ｓ１０）。

操舵制御部７４がパワーシリンダ部１４及びモータ２０に発生させる操舵補助力を制御すると、本フローチャートにおける処理は終了する。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の走行時における操舵補助力の制御を継続する。

以上説明したように、実施の形態に係る操舵補助装置１によれば、操舵補助力の発生源としてパワーシリンダ部１４とモータ２０とを備える操舵補助装置１において、パワーシリンダ部１４とモータ２０との出力を調整することができる。

特に、車両Ｖの操舵角が車線の曲率に応じて定まる目標操舵角となるような操舵補助力をパワーシリンダ部１４が単独で発生可能な場合であっても、操舵制御部７４はパワーシリンダ部１４に単独で操舵補助力を発生させない。操舵制御部７４はパワーシリンダ部１４が発生する操舵補助力を減少させるとともに、減少させた分の操舵補助力に相当する操舵補助力をモータ２０の出力で補う。

一般に、モータ２０はパワーシリンダ部１４よりも太いトルクを発生できる一方で、パワーシリンダ部１４はモータ２０よりも発生トルクを細やかに調整することができる。したがって、操舵制御部７４がパワーシリンダ部１４による操舵補助力の減少分をモータ２０の操舵補助力で補うことにより、操舵角に対する保舵トルクの関係を細やかに調整することができる。

具体的には、車線の曲率に応じて定まる目標操舵角を車両Ｖの走行速度において保持するために要する保舵力において保舵力が最小となるように、パワーシリンダ部１４に操舵補助力を発生させる。これにより、車両Ｖの運転者は、車両Ｖが車線に沿って走行するためのステアリング１１の操舵角を手に伝わる抗力から感覚的に知ることができる。

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。

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
１３・・・スタブシャフト
１４・・・パワーシリンダ部
１５・・・リザーバタンク
１６・・・コントロールバルブ
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
６１・・・ポンプハウジング
６２・・・制御弁
６３・・・電磁弁
６４・・・吸入通路
６５・・・第１接続通路
６６・・・第２接続通路
６７・・・主油通路
６８・・・副油通路
７０・・・制御部
７１・・・曲率算出部
７２・・・速度測定部
７３・・・保舵力算出部
７４・・・操舵制御部
８０・・・操舵輪
１００・・・補助部
ＳＳ・・・操舵補助システム
Ｖ・・・車両

Claims (2)

1. 車両が走行する車線の曲率を算出する曲率算出部と、
   油圧により前記車両の操舵を補助するためのトルクを発生する第１補助部と、電力により前記車両の操舵を補助するためのトルクを発生する第２補助部とを備える補助部と、
   前記車両の走行速度を測定する速度測定部と、
   前記速度測定部が測定した走行速度において、前記曲率に応じて定まる目標操舵角を保持した状態を維持するために前記車両の運転者が要する保舵力を算出する保舵力算出部と、
   前記第１補助部に発生させるトルクを所定量減少させて発生させるとともに、前記目標操舵角において前記保舵力が最小となるように、前記保舵力を打ち消す方向のトルクを前記第２補助部に発生させる操舵制御部と、
   を備える操舵補助装置。
2. 車両を制御するプロセッサが、
   前記車両が走行する車線の曲率を検出するステップと、
   前記車両の走行速度を測定するステップと、
   測定した走行速度において前記曲率に応じて定まる目標操舵角を保持するために前記車両の運転者にかかる保舵力を算出するステップと、
   油圧により発生する前記保舵力を打ち消す方向の力である操舵補助力を減少させるステップと、
   前記目標操舵角において前記保舵力が最小となるように、前記保舵力を打ち消す方向のトルクをモータにより発生させるステップと、
   を実行する操舵補助方法。

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