JP2009143550A - 車両用自動駐車システム - Google Patents

Abstract

【課題】操舵モーターの動作性能を考慮した駐車軌跡を生成させることが可能な自動駐車システムを提供する。
【解決手段】車両用自動駐車システムは、車両の位置情報を感知するセンサー部１０と、前記センサー部１０から伝達された位置情報を用いて車両の駐車のための軌跡式から操舵角を算出し、制御命令信号を生成する制御部２０と、前記制御部２０の命令信号に基づいて一定の角度で正回転または逆回転を行うことが可能なモーター部、および前記モーター部のシャフトと一定の歯車比で噛合して一定の回転モーメントを発生させることが可能な歯車部を備えた駆動部３０とを含む。車両の操舵ホイールに連結される操舵モーターの動作特性を考慮した操舵軌跡形成方法を採用することにより、スムーズな駐車を誘導し、自動駐車の際に、定められた理想的な軌跡と実際の駐車軌跡との誤差を減らすことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動駐車システムに係り、より詳しくは、車両の駐車を自動制御して正確な位置に車両を駐車させることが可能な制御システムに関する。

自動駐車システムは、駐車に慣れていない初心運転者に便利な駐車を提供することが可能なシステムである。一般に、運転者は、車両を駐車するとき、車両の後方に取り付けられているカメラ又は距離測定センサーを用いて障害物の位置を判断し、平行駐車または直角駐車を選択するが、その選択結果に応じて、自動駐車システムは一定の動作を行う。

特に、カメラを用いる自動駐車システムの場合、運転者が、モニターを介して後方視野を確認しながら駐車すべき位置を選択した後、最終的に車両の駐車を選択すると、センサー値に基づいて車両の操舵ホイールを自動制御する。これにより、車両は安全に駐車される。

図１は従来の技術に係る平行駐車時の駐車軌跡を示す図である。
図１を参照すると、従来の技術に係る自動駐車システムでは、平行駐車の際に狭い空間への車両の駐車を制御するとき、車両は最小回転半径で軌跡を描きながら駐車しなければならないので、最終進入の際にＣ点を中心として半径Ｒｃをもって回転するように制御することが分かる。

このように平行駐車の際に、従来の技術に係る自動駐車システムでは、軌跡上で最小回転半径をなす回転円と直線との接線関係式によって駐車軌跡が計算される。このような駐車軌跡は、軌跡の側面では連続的に見えるが、操舵角の側面では各回転半径に操舵角が階段状定数値として適用される。

図２は駐車軌跡による理想的な操舵角プロファイルを示す図、図３は駐車軌跡による実際の操舵角プロファイルを示す図である。
図２に示すように理想的な駐車システムの場合、車両の平行駐車の際に各段階（ａ、ｂ、ｃおよびｄ段階）に対する駐車軌跡が連続的な軌跡を形成するように操舵ホイールを動かす操舵モーターは矩形波形の動作信号を生成する。
ところが、図３に示すように、自動駐車を支援する電動モーター式の実際の操舵モーターは、理想的な操舵モーターとは異なり、矩形波形を生成することが難しいという問題点がある。

よって、モーター性能の限界により、矩形波形の動作信号を生成するための誤差領域（ｅ１、ｅ２、ｅ３など）が存在する。このような誤差領域により、車両は所望の軌跡で駐車できないという問題点が生ずる。

ここで、グラフに表示された符号について簡略に説明すると、
ａ：操舵角がない直進区間、
ｂ：最小回転半径を用いた初期進入区間、
ｃ：ｂとｄの区間を結ぶ直進区間（２つの円の接線）、
ｄ：最小回転半径を用いた最終進入区間、
ＴＣ１、ＴＣ２：回転中心点、
Ｒｃ１、Ｒｃ２：回転中心点に対する回転半径、
ｅ１、ｅ２、ｅ３：モーター性能の限界から発生するエラー量、
Ｐ１：円−直線−円の接線で計算された理想的な駐車軌跡、
Ｐ２：モーター性能の限界によって追従エラーが発生した駐車軌跡となる。

図４は図２と図３による車両移動変位および操舵角を比較して示すグラフである。
図４を参照すると、理想的な自動駐車システムの場合、車両は駐車の際に直角座標上で最初に（０ｍ，０ｍ）から始まって最終的に（−８ｍ，−３ｍ）に到達する。
これに対し、実際的な自動駐車システムの場合、上述した誤差によって、駐車の際に最初に（０ｍ，０ｍ）から始まるが、最終的には（−８ｍ，−２．５ｍ）に到達する。これは、誤差によって、実際車両が理想的な駐車時よりＹ軸上で０．５ｍ少なく進行した結果を示す。

かかる問題点を解決するために、階段状定数値の代わりに試行錯誤法を用いて経験的な傾斜操舵角を使用する方法が提案された。ところが、このような経験的方法は、平行駐車の際に車両速度によって誤差の変化が激しく発生するという問題点がある。

特許文献１は、３台の撮影手段１〜３で車両の後方、左側面および右側面をを撮像し、それらの撮影画像の処理結果に基いて駐車地点までの駐車経路を演算し、その駐車経路に沿って車両を自動的に移動して駐車させるものである。
しかしながら特許文献１における操舵輪を自動的に操舵する制御手段は、操舵モーターの動作特性によって生ずる理想的軌跡と実際駐車軌跡間の誤差を考慮し、きめ細かく制御するものではない。

特開平１０−２４４８９０号広報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、操舵モーターの動作性能を考慮した駐車軌跡を生成させることが可能な自動駐車システムを提供することにある。

上記目的を達成するための一手段としての車両用自動駐車システムは、車両の位置情報を感知するセンサー部と、前記センサー部から伝達された位置情報を用いて車両の駐車のための軌跡式から操舵角を算出し、制御命令信号を生成する制御部と、前記制御部の命令信号に基づいて一定の角度で正回転または逆回転を行うことが可能なモーター部、および前記モーター部のシャフトと一定の歯車比で噛合して一定の回転モーメントを発生させることが可能な歯車部を備えた駆動部とを含む。

前記制御部は、多数の多項式曲線(Polynomial Curve)を用いて駐車軌跡式を生成し、前記多数の多項式曲線は、

で決定されることを特徴とする。
式中、

であり、ｋは１つの軌跡に対するコントロールポイントのインデックス、ｎは最大コントロールポイント数、Ｐ_ｋはコントロールポイントである。

前記車両の移動において、隣接する２つの多項式曲線に対する各多項式曲線に該当するコントロールポイントは、各多項式曲線間の共通コントロールポイントを中心として各コントロールポイントが互いに垂直軸対称を成すようにして連続性を保つようにすることができることを特徴とする。

前記多数の多項式曲線は、直進（ニュートラル）操舵角から最小回転半径(Minimum turning radius)の定数操舵角に変換させるコントロールポイントからなる第１多項式曲線と、円弧のような回転半径の操舵角に変換させるコントロールポイントからなる第２多項式曲線を含むことを特徴とする。

前記直進操舵角を作るために、前記第１多項式曲線を成すコントロールポイントが等間隔で一直線上に存在し、前記円弧のような回転半径の操舵角を作るために、前記第２多項式曲線を成すコントロールポイントに

のような座標関係式が適用できることを特徴とする。
ここで、Ｒは回転半径であり、θ_１はＲの回転半径をもってＰ_３とＰ_０を通過する円弧におけるＰ_３とＰ_０間の角度を２で割った角度値である。

前記センサー部はカメラまたは距離測定センサーであることを特徴とする。

本発明に係る自動駐車システムは、スムーズな駐車を誘導し、自動駐車の際に、定められた理想的軌跡と実際駐車軌跡間の誤差を減らすことができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図５は本発明に係る自動駐車システムの構成を示す図である。
図５を参照すると、本発明に係る自動駐車システムは、センサー部１０、制御部２０および駆動部３０を含んでなる。

センサー部１０は、カメラのように、認識された映像を介して車両周囲の事物を感知する方式で具現されてもよく、距離測定センサーのように、車両周囲の物体から反射された距離測定信号を介して周囲の事物を感知する方式で具現されてもよい。

ここで、センサー部１０は、その個数と位置を変更することが可能であって、車両の特性に合わせて自由に配置できる。

制御部２０は、センサー部１０で感知された事物情報を用いて車両に対する操舵ホイールの角度と最適の駐車軌跡に対する曲率を算出し、その結果値に基づいて制御命令を生成する。また、制御部２０は、車両運転者の駐車モードの選択に応じて別々の駐車プロセスを行うことができる。以下、車両の平行駐車モーターを前提として説明する。

駆動部３０は、制御部２０から伝達された制御命令信号に基づいて一定の動作を行うことができる。本発明において、駆動部３０は、制御部２０の命令信号に基づいて一定の角度で正回転または逆回転を行うことが可能なモーター部３１、およびモーター部３１のシャフトと一定の歯車比で噛合して一定の回転モーメントを発生させることが可能な歯車部３２を含んでなる。

本実施例によれば、制御部２０は多数の多項式曲線を用いて駐車軌跡式を生成し、その生成された駐車軌跡式を自動駐車システムに適用する。
すなわち、円と直線との接線を用いる従来の方式とは異なり、操舵モーターの性能の限界を考慮して現実的な操舵角制御命令を与えることができるように、数式に基づいた制御方式を適用する。以下、［数１］は本実施例に係る多項式曲線の一例を示す。

式中、

であり、ｋは１つの多項式曲線に対するコントロールポイントのインデックス、ｎは最大コントロールポイント数、Ｐ_ｋはコントロールポイントである。

［数１］を参照すると、１つの多項式曲線を形成するために４つのコントロールポイントが使用されるが、４つのコントロールポイントの相対的な位置によって軌跡の曲率が決定され、その軌跡の曲率を用いて車両の操舵角とヨー（Ｙａｗ）角を算出することができる。

図６は本発明に係る操舵モーターの特性を考慮した駐車軌跡を示す図である。
図６を参照すると、２つの多項式曲線を用いて生成された駐車軌跡式による多項式曲線のコントロールポイントの位置が分かる。

図６に示した車両の軌跡は、Ｐ_０〜Ｐ_３によって形成される第１多項式曲線と、Ｐ_３〜Ｐ_６によって形成される第２多項式曲線からなっている。すなわち、第１多項式曲線と第２多項式曲線は別個の多項式曲線である。
Ｐ_０〜Ｐ_３は直進操舵角から最小回転半径の定数操舵角に変換させるコントロールポイントの位置であり、Ｐ_３〜Ｐ_６は円弧のような最小回転半径の操舵角に変換させるコントロールポイントの位置である。

直進操舵角を作るためには、図６に示すように、Ｐ_０〜Ｐ_２の３つのコントロールポイントが等間隔で一直線上に存在するようにすればよく、円弧のような回転半径の操舵角を作るためには、下記［数２］の座標関係式を用いればよい。

式中、Ｒは回転半径を示し、θ_１はＲの回転半径をもってＰ_３とＰ_０を通過する円弧におけるＰ_３とＰ_０間の角度を２で割った角度値を示す。
本実施例に係る車両の自動駐車システムが好適な動作を行うためには、前記軌跡間の曲率の連続性が保障されなければならない。さらに詳しくは、モーター部３１の動作が連続的でなければならず、これにより生成される操舵角も連続的な特性を持たなければならない。

このように本実施例によって別個の多項式曲線上に連続性を実現するためには、一定の条件が満足されなければならないが、図６において、Ｐ_１〜Ｐ_５は２つの操舵角区間の連続性を満足させることができるように設定されたコントロールポインターの位置である。

すなわち、前記一定の条件は、隣接する多項式曲線間の共通コントロールポイント（ここではＰ_３）を中心として対応する各コントロールポイント（Ｐ_２とＰ_４、Ｐ_１とＰ_５）が垂直対称を成さなければならない条件である。このような条件を満足する場合、車両の移動に必要な多項式曲線は連続的に続くことができ、これにより操舵角も連続性を持つことができる。

図６の下部のグラフは車両の移動経路による操舵角の変化を示す。すなわち、第１多項式曲線では車両の操舵角が漸次増加し、第２多項式曲線では車両の操舵角が一定の角度に維持される。これは、第１多項式曲線による一定の操舵角を保ちながら移動して円の軌跡を形成することを意味する。

このように、制御部２０は、各多項式曲線に対するコントロールポイントを生成し、この生成されたコントロールポイントに対する操舵角を算出して車両の移動を制御する。その後、駆動部３０は、算出された操舵角を基準として車両の操舵動作を行う。

図７は本発明に係る車両移動変位（Ｙ（ｍ））とタイヤの角度（操舵角）を示すグラフである。
図７を参照すると、この場合には目標の駐車移動位置を（−８ｍ，−３ｍ）と設定した。その後、本軌跡式を用いて車両の移動経路を算出した結果、車両のｘ軸上における−８ｍの移動に対してｙ軸上で−３ｍを充実に随従していることを確認することができる（グラフ上の星印で表示される）。
また、タイヤの角度は理想的に矩形波の信号として形成されず、モーター部３１の特性に応じて連続的な変化を示していることが分かる。

上述した本発明の実施例では平行駐車を中心として説明したが、本発明の技術的思想はこれに限定されない。すなわち、本発明は、車両の駐車を自動的に行うことが可能なシステムであって、全ての駐車モード（例えば、直角駐車中の直進駐車、直角駐車中の行進駐車および平行駐車）に対して同一のシステムが適用され、駐車モードに限定されない。

本発明は、車両の自動駐車システムの分野に適用できる。

従来の技術に係る平行駐車時の駐車軌跡を示す図である。 駐車軌跡による理想的な操舵角プロファイルを示す図である。 駐車軌跡による実際の操舵角プロファイルを示す図である。 図２と図３による車両移動変位および操舵角を比較して示すグラフである。 本発明に係る自動駐車システムの構成を示す図である。 本発明に係る操舵モーターの特性を考慮した駐車軌跡を示す図である。 本発明に係る車両移動変位とタイヤの角度を示すグラフである。

符号の説明

１０ センサー部
２０ 制御部
３０ 駆動部

Claims (6)

1. 車両の位置情報を感知するセンサー部と、
   前記センサー部から伝達された位置情報を用いて車両の駐車のための軌跡式から操舵角を算出し、制御命令信号を生成する制御部と、
   前記制御部の命令信号に基づいて一定の角度で正回転または逆回転を行うことが可能なモーター部、および前記モーター部のシャフトと一定の歯車比で噛合して一定の回転モーメントを発生させることが可能な歯車部を備えた駆動部とを含んでなり、
   前記制御部は、多数の多項式曲線を用いて前記軌跡式を生成することを特徴とする、車両用自動駐車システム。
2. 前記多数の多項式曲線は、
   

   

   （ここで、
   

   

   であり、ｋは１つの多項式曲線に対するコントロールポイントのインデックス、ｎは最大コントロールポイント数、Ｐ_ｋはコントロールポイントである。）
   で決定されることを特徴とする、請求項１に記載の車両用自動駐車システム
3. 前記車両の移動において、隣接する２つの多項式曲線に対する各多項式曲線に該当するコントロールポイントは、各多項式曲線間の共通コントロールポイントを中心として各コントロールポイントが互いに垂直軸対称を成すことを特徴とする、請求項１に記載の車両用自動駐車システム。
4. 前記多数の多項式曲線は、直進（ニュートラル）操舵角から最小回転半径の定数操舵角に変換させるコントロールポイントからなる第１多項式曲線と、円弧のような回転半径の操舵角に変換させるコントロールポイントからなる第２多項式曲線を含むことを特徴とする、請求項２に記載の車両用自動駐車システム。
5. 前記直進操舵角を作るために、前記第１多項式曲線を成すコントロールポイントが等間隔で一直線上に存在し、前記円弧のような回転半径の操舵角を作るために、前記第２多項式曲線を成すコントロールポイントに
   

   

   の座標関係式が適用される（ここで、Ｒは回転半径であり、θ_１はＲの回転半径をもってＰ_３とＰ_０を通過する円弧におけるＰ_３とＰ_０間の角度を２で割った角度値である。）ことを特徴とする、請求項３に記載の車両用自動駐車システム。
6. 前記センサー部はカメラまたは距離測定センサーであることを特徴とする、請求項１に記載の車両用自動駐車システム。

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