JP7102979B2 - 操舵制御装置および操舵制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、操舵制御装置および操舵制御方法に関する。

従来、車両の操舵装置として、ステアバイワイヤシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。ステアバイワイヤシステムでは、運転者により操作されたステアリングホイールの角度やトルク等をセンサで検知し、アクチュエータが、検知された角度やトルクを基に算出された制御信号に基づいて、車輪の転舵角（切れ角）を制御する。

特開２０１０－１４９６７８号公報

上述した操舵装置では、ステアリングホイールの回転操作に基づく操舵よりも、アクチュエータの駆動力による操舵を優先したいという要望がある。

本開示の目的は、ステアリングホイールの回転操作に基づく操舵よりも、アクチュエータの駆動力による操舵を優先することができる操舵制御装置および操舵制御方法を提供することである。

本開示の一態様に係る操舵制御装置は、ステアリングホイールに接続されたシャフトと、前記シャフトの回転に係る値を検出する検出部と、前記値に基づいて操舵を行う転舵アクチュエータと、を備えた車両の操舵装置を制御する操舵制御装置であって、前記シャフトには、前記ステアリングホイールと前記検出部との間に動力断接機構が設けられており、前記動力断接機構が接続状態である場合に、前記車両の走行または前記車両の運転者の状態に関する予め設定された条件が満たされたか否かを判定する判定部と、前記条件が満たされた場合、接続状態である前記動力断接機構を切断状態に切り替える制御部と、を有する。

本開示の一態様に係る操舵制御方法は、ステアリングホイールに接続されたシャフトと、前記シャフトの回転に係る値を検出する検出部と、前記値に基づいて操舵を行う転舵アクチュエータと、を備えた車両の操舵装置を制御する操舵制御方法であって、前記シャフトには、前記ステアリングホイールと前記検出部との間に動力断接機構が設けられており、前記動力断接機構が接続状態である場合に、前記車両の走行または前記車両の運転者の状態に関する予め設定された条件が満たされたか否かを判定し、前記条件が満たされた場合、接続状態である前記動力断接機構を切断状態に切り替える。

本開示によれば、ステアリングホイールの回転操作に基づく操舵よりも、アクチュエータの駆動力による操舵を優先することができる。

本開示の実施の形態に係る操舵装置の構成の一例を示す模式図 本開示の実施の形態に係る操舵制御装置の構成の一例を示すブロック図 本開示の実施の形態に係る操舵制御装置の動作の一例を示すフローチャート

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本開示の実施の形態に係る操舵装置１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、操舵装置１の構成の一例を示す模式図である。図１において、ＦＲは車両の前方を示し、ＵＰは車両の上方を示す。

操舵装置１は、車室２を備えた車両に搭載される。車両は、例えば、内燃機関（図示略）の上方に車室２を備えたキャブオーバー型車両（例えば、トラック、バス、バン等）である。

操舵装置１は、ステアリングホイール３、第１ステアリングシャフト４、第１ジョイント部５、第２ステアリングシャフト６、第２ジョイント部１０、第３ステアリングシャフト１１、パワーステアリングユニット１２、ピットマンアーム１３、ドラッグリンク１４、操舵反力アクチュエータ２０、クラッチ３０、転舵アクチュエータ４０、およびクラッチ５０を備える。

ステアリングホイール３は、車両を操舵する際に運転者が回転操作を行う装置である。

第１ステアリングシャフト４は、回動自在な棒状部材であり、一端がステアリングホイール３に接続され、他端が第１ジョイント部５に接続されている。第１ステアリングシャフト４は、「シャフト」の一例に相当する。

第１ジョイント部５は、第１ステアリングシャフト４と第２ステアリングシャフト６とを所定の角度で連結している。

第１ステアリングシャフト４の周囲は、筒状の上部カバー（ステアリングカウルともいう）８によって覆われている。一方、第１ジョイント部５の周囲は、筒状の下部カバー（コラムカバーまたはコラムブーツともいう）９によって覆われている。下部カバー９の上端は、上部カバー８の下端に接続され、下部カバー９の下端は車室２の床部（底部）７に固定されている。なお、上部カバー８および下部カバー９は、設けられなくてもよい。

第１ステアリングシャフト４には、操舵反力アクチュエータ２０が設けられている。操舵反力アクチュエータ２０は、角度センサ２０ａ、トルクセンサ２０ｂ、および反力モータ２０ｃを有する。角度センサ２０ａおよびトルクセンサ２０ｂは、「検出部」の一例に相当する。

角度センサ２０ａは、ステアリングホイール３の回転角度を検出し、検出された回転角度の値を、図示しないアクチュエータ制御装置へ出力する。

トルクセンサ２０ｂは、ステアリングホイール３の回転トルクを検出し、検出された回転トルクの値を、図示しないアクチュエータ制御装置へ出力する。

反力モータ２０ｃは、アクチュエータ制御装置によって制御され、ステアリングホイール３に操舵反力を与える。

アクチュエータ制御装置は、例えばＥＣＵ（Electric Control Unit）によって実現される。アクチュエータ制御装置は、角度センサ２０ａにより検出された回転角度およびトルクセンサ２０ｂにより検出された回転トルクに基づいて、転舵アクチュエータ４０または反力モータ２０ｃの駆動を制御する。

例えば、運転者によってステアリングホイール３の回転操作が行われている場合、アクチュエータ制御装置は、その回転操作に応じた回転力が第３ステアリングシャフト１１に付与されるように、転舵アクチュエータ４０を駆動させる。また、アクチュエータ制御装置は、回転操作に応じた反力がステアリングホイール３に付与されるように、反力モータ２０ｃを制御する。

また、例えば、自動運転が実行されている場合、アクチュエータ制御装置は、所定のタイミングで所定の回転力が第３ステアリングシャフト１１に付与されるように、転舵アクチュエータ４０を駆動させる。自動運転は、例えば、自動駐車や、クルーズコントロール時のレーンキーピングアシスト等である。

また、第１ステアリングシャフト４におけるステアリングホイール３と操舵反力アクチュエータ２０との間には、クラッチ３０（動力断接機構の一例）が設けられている。クラッチ３０としては、例えば、多板クラッチや両方向クラッチを用いることができる。

クラッチ３０が接続状態である場合、ステアリングホイール３の回転操作による回転力は、第１ステアリングシャフト４および操舵反力アクチュエータ２０を介してアクチュエータ制御装置に入力される。アクチュエータ制御装置は、入力された回転力に基づいて転舵アクチュエータ４０を制御する。これにより、第３ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール３の回転操作通りに回転する。

クラッチ３０が切断状態（非接続状態）である場合、ステアリングホイール３の操作による回転力は、第１ステアリングシャフト４で遮断され、操舵反力アクチュエータ２０およびアクチュエータ制御装置に入力されない。この場合、アクチュエータ制御装置は、所定の制御信号を転舵アクチュエータ４０に出力する。これにより、第３ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール３の回転操作とは無関係に、所定の制御信号に基づいて回転する。

クラッチ３０は、通常は接続状態であるが、予め設定された切断条件が満たされた場合、後述する操舵制御装置１００（図２参照）によって、接続状態から切断状態に制御される。操舵制御装置１００の制御処理については、図２、図３を用いて後述する。

第２ステアリングシャフト６は、回動自在な棒状部材であり、例えば、軸（図示略）と、その軸を囲繞する筒状部材（図示略）とが軸方向に相対的に摺動可能に連結され、伸縮自在とされたシャフトである。

第２ステアリングシャフト６は、一端が第１ジョイント部５に接続され、他端が床部７の下方（車室２の外部）に設けられた第２ジョイント部１０に接続されている。具体的には、第２ステアリングシャフト６の他端は、床部７に形成された開口部（図示略）に挿通され、第２ジョイント部１０に接続されている。

また、第２ステアリングシャフト６には、クラッチ５０が設けられている。クラッチ５０は、通常は切断状態であるが、例えば操舵反力アクチュエータ２０に異常が発生した場合に接続状態となる。

第２ジョイント部１０は、第２ステアリングシャフト６と第３ステアリングシャフト１１とを所定の角度で連結している。

第２ステアリングシャフト６のうち床部７より上方に位置する部分（車室２内に位置する部分）の周囲は、下部カバー９によって覆われている。

第３ステアリングシャフト１１は、回動自在な棒状部材であり、一端が第２ジョイント部１０に接続され、他端がパワーステアリングユニット（ステアリングギヤボックスともいう）１２の入力軸（図示略）に接続されている。パワーステアリングユニット１２の入力軸は、第３ステアリングシャフト１１と同軸に設けられている。

パワーステアリングユニット１２は、床部７よりも下方（換言すれば、車室２の外部）に配置されている。このパワーステアリングユニット１２は、上述のように伝達された回転力を、ピットマンアーム１３を揺動する大きな力に変換する。これにより、ピットマンアーム１３が揺動し、ドラッグリンク１４が押し引きされて、ナックルアームやタイロッド（ともに図示略）を介し、車輪（図示略）が操舵される。

パワーステアリングユニット１２は、例えば油圧式であり、メインとサブの２系統のオイルポンプ（図示略）が１つ以上の油路を介して接続されている。これにより、メインのオイルポンプが故障しても、サブのオイルポンプで対応できるため、パワーステアリングユニット１２の動作が継続される。なお、パワーステアリングユニット１２に接続されるオイルポンプは１系統であってもよい。また、パワーステアリングユニット１２は、油圧式に限定されず、電動式であってもよい。

転舵アクチュエータ４０は、パワーステアリングユニット１２の直上に設けられており、第３ステアリングシャフト１１に取り付けられている。転舵アクチュエータ４０は、例えば、同軸モータである。

転舵アクチュエータ４０の出力軸（図示略）は、第３ステアリングシャフト１１と同軸に設けられている。なお、上述したようにパワーステアリングユニット１２の入力軸は第３ステアリングシャフト１１と同軸に設けられているため、転舵アクチュエータ４０の出力軸はパワーステアリングユニット１２の入力軸と同軸に設けられていると言える。

上述したとおり、転舵アクチュエータ４０は、図示しないアクチュエータ制御装置の制御によって駆動し、第３ステアリングシャフト１１に回転力を付与する。

転舵アクチュエータ４０の駆動によって第３ステアリングシャフト１１に与えられた回転力は、パワーステアリングユニット１２に伝達される。

以上、操舵装置１の構成について説明した。

次に、本開示の実施の形態に係る操舵制御装置１００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、操舵制御装置１００の構成の一例を示すブロック図である。操舵制御装置１００は、操舵装置１を備えた車両に搭載される。

図２に示すように、操舵制御装置１００は、判定部１０１および制御部１０２を有する。

図示は省略するが、操舵制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。後述する判定部１０１および制御部１０２の機能は、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

判定部１０１は、クラッチ３０が接続状態である場合に、車両の走行または車両の運転者の状態に関する予め設定された切断条件が満たされたか否かを判定する。

切断条件は、例えば、車両の自動運転が開始されたこと、または、運転者が正常なステアリングホイール３の回転操作を行うことができない状態（以下、異常状態という）に陥ったことである。

例えば、判定部１０１は、運転者により自動運転の開始を指示する操作が行われた場合、または、自動運転を開始する旨の信号をＥＣＵ等から受け取った場合、切断条件が満たされたと判定する。

また、例えば、判定部１０１は、所定の検知デバイスにより検知された運転者の状態を示す情報を受け取り、その情報に基づいて、運転者が異常状態であるか否かを判定する。そして、運転者が異常状態である場合、判定部１０１は、切断条件が満たされたと判定する。上記検知デバイスは、例えば、車室２内に設置され、運転者を撮影するカメラや、運転者に装着され、運転者の生体情報を取得するセンサなどが挙げられる。

上述した判定部１０１による判定処理は、例えば、車両の走行開始時から随時実行される。

制御部１０２は、切断条件が満たされた場合、クラッチ３０を接続状態から切断状態に切り替える。

以上、操舵制御装置１００の構成について説明した。

次に、操舵制御装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３は、操舵制御装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、判定部１０１は、予め設定された切断条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

切断条件が満たされていない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、フローはステップＳ１０１に戻る。

切断条件が満たされた場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、制御部１０２は、クラッチ３０を接続状態から切断状態に切り替える（ステップＳ１０２）。これにより、ステアリングホイール３の回転力は、第３ステアリングシャフト１１およびパワーステアリングユニット１２に伝達されなくなる。

以上、操舵制御装置１００の動作について説明した。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。

仮に操舵装置１においてクラッチ３０が設けられていない場合、ステアリングホイール３の回転角度および回転トルクは、常に操舵反力アクチュエータ２０により検出され、検出結果に基づいた操舵力が転舵アクチュエータ４０に伝達されるため、以下の問題が起こりうる。

例えば、意識不明となった運転者がステアリングホイール３の上に倒れ込み、それによってステアリングホイール３の回転操作が行われると、走行上の安全性が損なわれるおそれがある。

また、例えば、自動運転中では、運転者が回転操作を行ってなくても、操舵反力によりステアリングホイール３が回転するため、運転者の衣服などがステアリングホイール３に巻き込まれるおそれがある。

そこで、上述したとおり、操舵制御装置１００は、自動運転が実行されたときや運転者が異常状態となったときに、ステアリングホイール３と操舵反力アクチュエータ２０との間の第１ステアリングシャフト４に設けられたクラッチ３０を接続状態から切断状態へ切り替える。これにより、ステアリングホイール３の回転角度および回転トルクが操舵反力アクチュエータ２０に検出されることを防止でき、検出結果に基づいた操舵力が転舵アクチュエータ４０へ伝達されることを防止できる。よって、ステアリングホイール３の回転操作に基づく操舵よりも、転舵アクチュエータ４０の駆動力による操舵を優先することができる。その結果、上述した問題を回避することができる。

以上、本実施の形態の作用効果について説明した。

なお、本開示は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。

［変形例１］
実施の形態では、操舵装置１がボールネジ式である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、操舵装置１はラックアンドピニオン式であってもよい。

［変形例２］
実施の形態では、転舵アクチュエータ４０が同軸モータである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、転舵アクチュエータ４０は、減速機を介して第３ステアリングシャフト１１に回転力を付与するモータであってもよい。

［変形例３］
操舵制御装置１００の制御部１０２は、切断状態となったクラッチ３０を接続状態へ戻す制御を行ってもよい。この制御が行われるタイミングは、例えば、クラッチ３０を接続状態へ戻す旨の指示操作が行われた場合、自動運転が終了した場合、車両の走行が停止した場合などである。

［変形例４］
上述したアクチュエータ制御装置の各動作は、操舵制御装置１００（例えば、制御部１０２）によって実行されてもよい。

以上、各変形例について説明した。なお、各変形例は、組み合わせて実施されてもよい。

本開示の操舵制御装置および操舵制御方法は、操舵を制御する技術に適用できる。

１ 操舵装置
２ 車室
３ ステアリングホイール
４ 第１ステアリングシャフト
５ 第１ジョイント部
６ 第２ステアリングシャフト
７ 床部
８ 上部カバー
９ 下部カバー
１０ 第２ジョイント部
１１ 第３ステアリングシャフト
１２ パワーステアリングユニット
１３ ピットマンアーム
１４ ドラッグリンク
２０ 操舵反力アクチュエータ
２０ａ 角度センサ
２０ｂ トルクセンサ
２０ｃ 反力モータ
３０、５０ クラッチ
４０ 転舵アクチュエータ
１００ 操舵制御装置
１０１ 判定部
１０２ 制御部

Claims (3)

1. ステアリングホイールに接続されたシャフトと、前記シャフトの回転に係る値を検出する検出部と、前記値に基づいて操舵を行う転舵アクチュエータと、を備えた車両の操舵装置を制御する操舵制御装置であって、
   前記シャフトには、前記ステアリングホイールと前記検出部との間に動力断接機構が設けられており、
   前記動力断接機構が接続状態である場合に、前記車両の走行または前記車両の運転者の状態に関する予め設定された条件が満たされたか否かを判定する判定部と、
   前記条件が満たされた場合、接続状態である前記動力断接機構を切断状態に切り替える制御部と、を有する、
   操舵制御装置。
2. 前記条件は、
   前記車両の自動運転が開始されたこと、または、前記運転者が正常な前記ステアリングホイールの回転操作を行うことができない状態になったことである、
   請求項１に記載の操舵制御装置。
3. ステアリングホイールに接続されたシャフトと、前記シャフトの回転に係る値を検出する検出部と、前記値に基づいて操舵を行う転舵アクチュエータと、を備えた車両の操舵装置を制御する操舵制御方法であって、
   前記シャフトには、前記ステアリングホイールと前記検出部との間に動力断接機構が設けられており、
   前記動力断接機構が接続状態である場合に、前記車両の走行または前記車両の運転者の状態に関する予め設定された条件が満たされたか否かを判定し、
   前記条件が満たされた場合、接続状態である前記動力断接機構を切断状態に切り替える、
   操舵制御方法。

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