JP2004352000A - 車両の自動操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の自動操舵装置において車輪の転舵速度を増加させて車両を目標位置に導く時間を短縮する。
【解決手段】アクチュエータ制御手段でアクチュエータを駆動して前輪を転舵することで車両を目標位置に導く車両の自動操舵装置において、アクチュエータ制御手段によるアクチュエータの駆動時に電源電圧を昇圧して車輪の転舵速度を高める。これにより、車両の移動中に転舵を行う場合には、車速の増加に応じて車輪の転舵速度を増加させて車両の移動軌跡の精度を高めるとともに車両を目標位置に導く時間を短縮することができ、また車両の停止中に転舵を行う場合には、車輪の転舵速度を増加させて車両を目標位置に導く時間を短縮することができる。電源電圧を昇圧は、自動操舵制御中を通して行っても良いし、アクチュエータを回転させるときだけ行っても良い。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車輪を転舵するアクチュエータと、アクチュエータに電力を供給する電源と、予め記憶または演算された制御目標値に基づいてアクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御手段とを備えた車両の自動操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる車両の自動操舵装置は下記特許文献により公知である。この自動操舵装置は、スタート位置から目標位置までの車両の移動距離に対する車輪の転舵角の関係を予めテーブルに記憶しておき、車両がスタート位置から目標位置まで移動する間にアクチュエータが前記テーブルに基づいて車輪を自動的に転舵するようになっている。
【０００３】
【特許文献】
特開平９−１９３６９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両の移動距離に対する車輪の転舵角の関係が予めテーブルに記憶されている場合、車速の増加に応じてアクチュエータの駆動速度を増加させないと車輪の転舵に遅れが生じてしまい、車両を目標位置に正しく導くことができなくなる可能性がある。これを防止するには、車速の上限値を規制すればよいが、そのようにすると車両を目標位置に導くのに時間がかかる問題がある。また車両を停止させた状態でアクチュエータを駆動する場合でも、アクチュエータの駆動速度が低いと転舵に時間がかかり、車両を目標位置に導くのが遅くなる問題がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の自動操舵装置において車輪の転舵速度を増加させて車両を目標位置に導く時間を短縮することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車両の車輪を転舵するアクチュエータと、アクチュエータに電力を供給する電源と、予め記憶または演算された制御目標値に基づいてアクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御手段とを備えた車両の自動操舵装置において、アクチュエータ制御手段によるアクチュエータの駆動時に電源の電圧を高める電源電圧制御手段を備えたことを特徴とする車両の自動操舵装置が提案される。
【０００７】
上記構成によれば、車両の車輪を転舵するアクチュエータを駆動する際に、そのアクチュエータに電力を供給する電源の電圧を高めるので、車輪の転舵速度を高めることができる。これにより、車両の移動中に転舵を行う場合には、車速の増加に応じて車輪の転舵速度を増加させて車両の移動軌跡の精度を高めるとともに車両を目標位置に導く時間を短縮することができ、また車両の停止中に転舵を行う場合には、車輪の転舵速度を増加させて車両を目標位置に導く時間を短縮することができる。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記電源が車両の原動機により駆動される発電機に接続されており、電源電圧制御手段は、アクチュエータの駆動時に原動機の回転数を増加させることを特徴とする車両の自動操舵装置が提案される。
【０００９】
上記構成によれば、電源が車両の原動機により駆動される発電機に接続されているので、アクチュエータの駆動時に原動機の回転数を増加させることで電源の電圧を高めることができる。
【００１０】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、電源電圧制御手段は、アクチュエータの駆動速度に基づいて電源の電圧を制御することを特徴とする車両の自動操舵装置が提案される。
【００１１】
上記構成によれば、アクチュエータの駆動速度に基づいて電源の電圧を制御するので、アクチュエータに対して必要充分な電圧を供給することができる。
【００１２】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、電源電圧制御手段は、アクチュエータの駆動速度が高いときに電源の電圧を高めることを特徴とする車両の自動操舵装置が提案される。
【００１３】
上記構成によれば、アクチュエータの駆動速度が高いときに電源の電圧を高めるので、アクチュエータの駆動が遅れるのを防止して車輪の転舵角を精度良く制御目標値に追従させることができる。
【００１４】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、制御目標値は、アクチュエータの駆動量が一定になる第１の値と、アクチュエータの駆動量が時間的に変化する第２の値とを含み、電源電圧制御手段は、制御目標値が前記第２の値をとるときに電源の電圧を高めることを特徴とする車両の自動操舵装置が提案される。
【００１５】
上記構成によれば、アクチュエータの駆動量が時間的に変化する場合にのみ電源の電圧を高めるので、電源の電圧が不必要に高められるのを最小限に抑えてエネルギーを節減することができる。
【００１６】
尚、実施例の１２Ｖバッテリ１２は本発明の電源に対応し、実施例のエンジンＥおよびモータ・ジェネレータＭＧは本発明の原動機に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明のアクチュエータ制御手段に対応し、実施例の前輪Ｗｆは本発明の車輪に対応し、実施例の規範転舵角θｒｅｆは本発明の制御目標値に対応する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図５は本発明の第１実施例を示すもので、図１は自動操舵装置を備えた車両の全体構成図、図２はバック駐車／左モードの作用説明図、図３はモード選択スイッチおよび自動駐車スタートスイッチを示す図、図４はアクチュエータへの電力供給系を示す図、図５はアクチュエータの電源電圧の制御を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、車両Ｖは一対の前輪Ｗｆ，Ｗｆおよび一対の後輪Ｗｒ，Ｗｒを備える。ステアリングハンドル１と操舵輪である前輪Ｗｆ，Ｗｆとが、ステアリングハンドル１と一体に回転するステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２の下端に設けたピニオン３と、ピニオン３に噛み合うラック４と、ラック４の両端に設けた左右のタイロッド５，５と、タイロッド５，５に連結された左右のナックル６，６とによって接続される。ドライバーによるステアリングハンドル１の操作をアシストすべく、あるいは後述する車庫入れのための自動操舵を行うべく、電動モータよりなるアクチュエータ７がウオームギヤ機構８を介してステアリングシャフト２に接続される。
【００２０】
操舵制御装置２１は制御部２２と記憶部２３とから構成されており、制御部２２には、ステアリングハンドル１の回転角である転舵角θを検出する転舵角検出手段Ｓａと、ステアリングハンドル１の操舵トルクＴを検出する操舵トルク検出手段Ｓｂと、車輪Ｗｆ，Ｗｆ；Ｗｒ，Ｗｒの回転角を検出する車輪回転角検出手段Ｓｃ…と、ブレーキペダル９の操作量を検出するブレーキ操作量検出手段Ｓｄと、セレクトレバー１０により選択されたシフトレンジ（「Ｄ」レンジ、「Ｒ」レンジ、「Ｎ」レンジ、「Ｐ」レンジ等）を検出するシフトレンジ検出手段Ｓｅとからの信号が入力される。
【００２１】
制御部２２には、アクチュエータ７に電力を供給する１２Ｖバッテリ１２（図４参照）の電圧を制御する電源電圧制御手段２２ａが設けられる。
【００２２】
図３を併せて参照すると明らかなように、ドライバーにより操作されるモード選択スイッチＳｆおよび自動駐車スタートスイッチＳｇが制御部２２に接続される。モード選択スイッチＳｆは、後述する４種類の駐車モード、即ちバック駐車／右モード、バック駐車／左モード、縦列駐車／右モードおよび縦列駐車／左モードの何れかを選択する際に操作される４個のボタンを備える。自動駐車スタートスイッチＳｇは、モード選択スイッチＳｆで選択した何れかのモードによる自動駐車を開始する際に操作される。
【００２３】
記憶部２３には、前記４種類の駐車モードのデータ、即ち車両Ｖの移動距離Ｘに対する規範転舵角θｒｅｆの関係が、予めテーブルとして記憶されている。車両Ｖの移動距離Ｘは、既知である車輪Ｗｆ，Ｗｆ；Ｗｒ，Ｗｒの周長に車輪回転角検出手段Ｓｃ…で検出した車輪Ｗｆ，Ｗｆ；Ｗｒ，Ｗｒの回転角を乗算することにより求められる。尚、前記移動距離Ｘの算出には、車輪回転角検出手段Ｓｃ…の出力のハイセレクト値、ローセレクト値、あるいは平均値が使用される。
【００２４】
制御部２２は、前記各検出手段Ｓａ〜ＳｅおよびスイッチＳｆ，Ｓｇからの信号と、記憶部２３に記憶された駐車モードのデータとに基づいて、前記アクチュエータ７の作動と、液晶モニター、スピーカ、ランプ、チャイム、ブザー等を含む操作段階教示装置１１の作動と、１２Ｖバッテリ１２の電圧とを制御する。
【００２５】
図４に示すように、エンジンＥに駆動プーリ１３、無端ベルト１４および従動プーリ１５を介して発電機１６が接続されており、この発電機１６が車載の補機類やアクチュエータ７に給電する前記１２Ｖバッテリ１２に接続される。エンジンＥにより駆動されて三相交流を発生する発電機１６は、電源電圧制御手段２２ａに接続されたＡＣ−ＤＣコンバータを備えており、低圧（例えば１２Ｖ）の直流あるいは高圧（例えば１６Ｖ）の直流を選択的に出力する。
【００２６】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【００２７】
自動駐車を行わない通常時（前記モード選択スイッチＳｆが操作されていないとき）には、操舵制御装置２１は一般的なパワーステアリング制御装置として機能する。具体的には、ドライバーが車両Ｖを旋回させるべくステアリングハンドル１を操作すると、操舵トルク検出手段Ｓｂがステアリングハンドル１に入力された操舵トルクＴを検出し、制御部２２は前記操舵トルクＴに基づいてアクチュエータ７の駆動を制御する。その結果、アクチュエータ７の駆動力によって左右の前輪Ｗｆ，Ｗｆが転舵され、ドライバーのステアリング操作がアシストされる。
【００２８】
次に、バック駐車／左モード（車両Ｖの左側にある駐車位置にバックしながら駐車するモード）を例にとって、自動操舵制御の内容を説明する。
【００２９】
先ず、図２（Ａ）に示すように、ドライバー自身のステアリング操作により車両Ｖを駐車しようとする車庫の近傍に移動させ、車体の左側面を車庫入口線にできるだけ近づけた状態で、ドアの内側に設けられたマークＭ（図１参照）が車庫の中心線に一致する位置（スタート位置▲１▼）に車両Ｖを停止させる。そして、モード選択スイッチＳｆを操作してバック駐車／左モードを選択するとともに自動駐車スタートスイッチＳｇをＯＮすると、自動操舵制御が開始される。自動操舵制御が行われている間、操作段階教示装置１１には自車の現在位置、周囲の障害物、駐車位置、スタート位置▲１▼から目標位置▲３▼までの自車の目標移動軌跡、前進から後進に切り換える折り返し位置▲２▼等が表示され、併せてスピーカからの音声でドライバーに前記折り返し位置▲２▼におけるセレクトレバー１０の操作等の各種の指示や警報が行われる。
【００３０】
尚、ドアの内側に設けられたマークＭの代わりにドアミラーを利用しても良く、またマークＭやドアミラーを車庫の中心線に一致させる代わりに、車庫の端部に一致させても良い。
【００３１】
自動操舵制御により、ドライバーがブレーキペダル９を緩めて車両Ｖをクリープ走行させるだけでステアリングハンドル１を操作しなくても、モード選択スイッチＳｆにより選択されたバック駐車／左モードのデータに基づいて前輪Ｗｆ，Ｗｆが自動操舵される。即ち、スタート位置▲１▼から折り返し位置▲２▼まで車両Ｖが前進する間は前輪Ｗｆ，Ｗｆは右に自動操舵され、折り返し位置▲２▼から目標位置▲３▼まで車両Ｖが後進する間は前輪Ｗｆ，Ｗｆは左に自動操舵される。
【００３２】
図２（Ｂ）から明らかなように、自動操舵制御が行われている間、制御部２２は記憶部２３から読み出したバック駐車／左モードの規範転舵角θｒｅｆと、転舵角検出手段Ｓａから入力された転舵角θとに基づいて偏差Ｅ（＝θｒｅｆ−θ）を算出し、その偏差Ｅが０になるようにアクチュエータ７の作動を制御する。このとき、規範転舵角θｒｅｆのデータは車両Ｖの移動距離Ｘに対応して設定されているため、クリープ走行の車速に多少の変動があっても車両Ｖは常に前記移動軌跡上を移動することになる。
【００３３】
上記自動操舵制御は、ドライバーがモード選択スイッチＳｆをＯＦＦした場合に中止されるが、それ以外にドライバーがブレーキペダル９から足を離した場合、ドライバーがステアリングハンドル１を操作した場合に中止され、通常のパワーステアリング制御に復帰する。
【００３４】
ところで、電動モータよりなるアクチュエータ７は、その電源電圧により回転数が決まるため、１２Ｖバッテリ１２でアクチュエータ７を駆動した場合には、自動操舵中の車速を例えば５ｋｍ／ｈ未満に抑える必要があり、車速が５ｋｍ／ｈ以上になると車両Ｖの移動速度に規範転舵角θｒｅｆが追従できなくなって目標移動軌跡を外れてしまう問題がある。
【００３５】
そこで本実施例では、自動駐車スタートスイッチＳｇがＯＮされて自動駐車が開始されると、電子制御ユニットＵの電源電圧制御手段２２ａの指令により、図５（Ｂ）に示すように、エンジンＥにより駆動される発電機１６が出力する電圧が通常時の１２Ｖから１６Ｖに高められる。その結果、アクチュエータ７の回転数が増加して規範転舵角θｒｅｆの追従性が高まるため、自動操舵中の車速が例えば９ｋｍ／ｈになるまで車両Ｖが目標移動軌跡を外れることがなくなり、自動駐車中の車速を高めて短時間で駐車を完了させることができる。
【００３６】
尚、図５（Ａ）において、規範転舵角θｒｅｆが一定値に保持されているとき、つまりアクチュエータ７が回転していないときには電源電圧を高める必要がないため、図５（Ｃ）に示すように、アクチュエータ７が回転しているときだけ電源電圧を高めるようにしても良く、これにより発電機１６の駆動負荷を小さくしてエンジンＥの燃料消費量を節減することができる。また発電機１６に設けたＡＣ−ＤＣコンバータで電源電圧を高める代わりに、アクチュエータ７の駆動時にエンジンＥの回転数、つまり発電機１６の回転数を増加させて電源電圧を高めても良い。
【００３７】
尚、電源電圧を図５（Ｃ）に示すように制御する場合、アクチュエータ７が回転していることは、転舵角検出手段Ｓａで検出したステアリングハンドル１の転舵角θの時間微分値が所定値以上であること、あるいは車両Ｖの位置が、記憶部２３に記憶された規範転舵角θｒｅｆが変化する位置であることから知ることができる。
【００３８】
次に、図６に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００３９】
第１実施例の車両ＶはエンジンＥを走行用駆動源としているが、第２実施例の車両は走行用駆動源としてのモータ・ジェネレータＭＧを備えたハイブリッド車両あるいは電動車両である。
【００４０】
この車両は例えば１４４Ｖの高圧バッテリ１７を備えており、モータ・ジェネレータＭＧと高圧バッテリ１７との間にパワーコントロールユニット１８が設けられる。従って、モータ・ジェネレータＭＧをモータとして機能させるときには、高圧バッテリ１７の１４４Ｖの直流をパワーコントロールユニット１８で三相交流に変換してモータ・ジェネレータＭＧに供給し、また回生制動時に駆動輪から逆伝達される駆動力でモータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして機能させるときには、モータ・ジェネレータＭＧが発電した三相交流をパワーコントロールユニット１８で直流に変換して高圧バッテリ１７を充電する。
【００４１】
高圧バッテリ１７と１２Ｖバッテリ１２との間には、電子制御ユニットＵの電源電圧制御手段２２ａにより制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ１９が配置されており、通常時には高圧バッテリ１７の１４４Ｖの電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１９で１２Ｖに降圧して１２Ｖバッテリ１２を充電し、自動操舵時には高圧バッテリ１７の１４４Ｖの電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１９で１６Ｖに降圧してアクチュエータ７を高速で駆動する。
【００４２】
しかして、この第２実施例によっても、上記第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４４】
例えば、実施例では目標位置▲３▼までの車両Ｖの移動軌跡が予め記憶部２３に記憶されているが、車両Ｖの現在位置および目標位置▲３▼から前記移動軌跡を算出することも可能である。
【００４５】
また実施例では規範転舵角θｒｅｆをスタート位置▲１▼から目標位置▲３▼までの車両Ｖの移動距離に応じて変化する値として設定しているが、その規範転舵角θｒｅｆを一定の転舵角θで車両Ｖを目標位置に導くことができる値に設定しても良い。つまり、転舵角θを固定して車両Ｖを円弧状の移動軌跡に沿って移動させることで目標位置▲３▼に導いても良い。このようにすれば、規範転舵角θｒｅｆの設定およびアクチュエータ７の制御を簡素化することができる。この場合、車両Ｖの停止中にアクチュエータ７を駆動して転舵を行うことになるが、電源電圧を高めることで前輪Ｗｆ，Ｗｆの転舵速度を増加させて車両Ｖを目標位置▲３▼に導く時間を短縮することができる。
【００４６】
また実施例ではアクチュエータ７の駆動時に電源電圧を１２Ｖから１６Ｖに一律に昇圧しているが、アクチュエータ７の実駆動速度に応じて、あるいはアクチュエータ７の目標駆動速度に応じて電源電圧を昇圧すれば、電源電圧を昇圧するためのエネルギーを最小限に抑えながら規範転舵角θｒｅｆを精密に再現することができる。このとき、アクチュエータ７の実駆動速度は、転舵角検出手段Ｓａで検出したステアリングハンドル１の転舵角θの時間微分値から算出することができ、またアクチュエータ７の目標駆動速度は、記憶部２３に記憶された規範転舵角θｒｅｆのデータに車速を適用することで算出可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、車両の車輪を転舵するアクチュエータを駆動する際に、そのアクチュエータに電力を供給する電源の電圧を高めるので、車輪の転舵速度を高めることができる。これにより、車両の移動中に転舵を行う場合には、車速の増加に応じて車輪の転舵速度を増加させて車両の移動軌跡の精度を高めるとともに車両を目標位置に導く時間を短縮することができ、また車両の停止中に転舵を行う場合には、車輪の転舵速度を増加させて車両を目標位置に導く時間を短縮することができる。
【００４８】
また請求項２に記載された発明によれば、電源が車両の原動機により駆動される発電機に接続されているので、アクチュエータの駆動時に原動機の回転数を増加させることで電源の電圧を高めることができる。
【００４９】
また請求項３に記載された発明によれば、アクチュエータの駆動速度に基づいて電源の電圧を制御するので、アクチュエータに対して必要充分な電圧を供給することができる。
【００５０】
また請求項４に記載された発明によれば、アクチュエータの駆動速度が高いときに電源の電圧を高めるので、アクチュエータの駆動が遅れるのを防止して車輪の転舵角を精度良く制御目標値に追従させることができる。
【００５１】
また請求項５に記載された発明によれば、アクチュエータの駆動量が時間的に変化する場合にのみ電源の電圧を高めるので、電源の電圧が不必要に高められるのを最小限に抑えてエネルギーを節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動操舵装置を備えた車両の全体構成図
【図２】バック駐車／左モードの作用説明図
【図３】モード選択スイッチおよび自動駐車スタートスイッチを示す図
【図４】アクチュエータへの電力供給系を示す図
【図５】アクチュエータの電源電圧の制御を示す図
【図６】本発明の第２実施例に係るアクチュエータへの電力供給系を示す図
【符号の説明】
７ アクチュエータ
１２ １２Ｖバッテリ（電源）
１６ 発電機
２２ａ 電源電圧制御手段
Ｅ エンジン（原動機）
ＭＧ モータ・ジェネレータ（原動機）
Ｕ 電子制御ユニット（アクチュエータ制御手段）
Ｖ 車両
Ｗｆ 前輪（車輪）
θｒｅ 規範転舵角（制御目標値）

Claims (5)

1. 車両（Ｖ）の車輪（Ｗｆ）を転舵するアクチュエータ（７）と、アクチュエータ（７）に電力を供給する電源（１２）と、予め記憶または演算された制御目標値（θｒｅ）に基づいてアクチュエータ（７）の駆動を制御するアクチュエータ制御手段（Ｕ）とを備えた車両の自動操舵装置において、
   アクチュエータ制御手段（Ｕ）によるアクチュエータ（７）の駆動時に電源（１２）の電圧を高める電源電圧制御手段（２２ａ）を備えたことを特徴とする車両の自動操舵装置。
2. 前記電源（１２）が車両（Ｖ）の原動機（Ｅ）により駆動される発電機（１６）に接続されており、電源電圧制御手段（２２ａ）は、アクチュエータ（７）の駆動時に原動機（Ｅ）の回転数を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の車両の自動操舵装置。
3. 電源電圧制御手段（２２ａ）は、アクチュエータ（７）の駆動速度に基づいて電源（１２）の電圧を制御することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両の自動操舵装置。
4. 電源電圧制御手段（２２ａ）は、アクチュエータ（７）の駆動速度が高いときに電源（１２）の電圧を高めることを特徴とする、請求項３に記載の車両の自動操舵装置。
5. 制御目標値（θｒｅ）は、アクチュエータ（７）の駆動量が一定になる第１の値と、アクチュエータ（７）の駆動量が時間的に変化する第２の値とを含み、
   電源電圧制御手段（２２ａ）は、制御目標値（θｒｅ）が前記第２の値をとるときに電源（１２）の電圧を高めることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両の自動操舵装置。

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