JP3745154B2

JP3745154B2 - 自動操舵装置

Info

Publication number: JP3745154B2
Application number: JP08629999A
Authority: JP
Inventors: 直樹前田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP2000272530A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、路面に埋設された誘導標識を検出し、これに基づいて自動車の舵取りを自動で行わせるための自動操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車専用道路等における自動運転を実現する自動運転システムの研究開発が従来から行われている。自動運転システムは、たとえば、一定間隔で道路に埋設された磁気ネイル等の誘導標識を検出し、これに基づいて、自動車の舵取りを自動的に行うように構成される。
【０００３】
図４は、従来から提案されている自動運転システムの電気的構成を示すブロック図である。この自動運転システムは、誘導標識を検出するセンサなどからの信号を得て、一定周期（たとえば５０msec）ごとに、舵角指示値を生成するメインＥＣＵ（電子制御ユニット）１と、このメインＥＣＵ１からの舵角指示値に基づいて操舵機構３の舵角制御を行うステアリングＥＣＵ２とを有している。自動運転システムには、これらの他にも、たとえば、先行車両との車間距離を計測し、この車間距離を一定に保持するようにエンジンやブレーキの制御を行う構成が備えられているが、図４では、これらの図示は省略してある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図４の構成では、舵角制御は、メインＥＣＵ１が舵角指示を行う周期ごとに行われることになるから、舵角がステップ状に変化する。そのため、とくに、舵角指示値が大きく変化した場合には、舵角が急変し、車両がガタガタした挙動を示すことになり、乗員に対する快適性を損なう。しかも、この傾向は、舵角制御を高い応答性で高精度に行おうとするほど顕著になるから、正確な自動操舵と快適な乗り心地とを両立することができない。
【０００５】
この問題は、メインＥＣＵ１からステアリングＥＣＵ２への舵角指示周期を短くすることにより解決できるであろうが、メインＥＣＵ１とステアリングＥＣＵ２との間の通信回数が多くなるので、好ましい解決法とは言えない。とくに、メインＥＣＵ１とステアリングＥＣＵ２との間の通信内容が多い場合には、舵角指示周期の短縮は、極めて困難である。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、自動車の快適な乗り心地を実現できる自動操舵装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、所定周期毎に入力される舵角指示値に基づいて操舵機構の舵角制御を行う自動操舵装置において、舵角指示値間を補間して、上記所定周期よりも短い時間間隔で目標舵角値を演算する指示舵角補間手段（２１）と、この指示舵角補間手段が演算した目標舵角値に基づいて、操舵機構の舵角制御を行う舵角制御手段（２３，２４，２５）とを含むことを特徴とする自動操舵装置である。なお、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等の参照符号である。
【０００８】
上記の構成によれば、所定周期毎に入力される舵角指示値間を補間することにより、当該所定周期よりも短い時間間隔で目標舵角値が演算され、これに基づいて舵角制御が行われる。これにより、相次いで与えられる舵角指示値間の差が大きい場合であっても、舵角を滑らかに変化させることができる。したがって、車両がガタガタした挙動を示すことがなく、快適な乗り心地を実現できる。よって、応答性がよく、かつ、高精度な舵角制御と、快適な乗り心地とを両立できる自動操舵装置を実現できる。
【０００９】
しかも、舵角指示値の入力周期を短くする必要がないので、舵角指示値を発生する処理部（メインＥＣＵ）との通信回数が増加することもない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る自動操舵装置の構成を示すブロック図である。この自動操舵装置は、道路に埋設された磁気ネイルなどの誘導標識を標識センサ１１によって検出し、これに基づいて、操舵機構３０の舵角を自動制御する装置である。すなわち、この自動操舵装置は、標識センサ１１および車速センサ１２などの各種センサからの出力信号に基づいて、所定周期（たとえば、５０msec）ごとに舵角指示値を発生するメインＥＣＵ（電子制御ユニット）１０と、このメインＥＣＵ１０からの舵角指示値に基づいて操舵機構３０の舵角を制御するステアリングＥＣＵ２０とを備えている。ステアリングＥＣＵ２０は、メインＥＣＵ１０からの舵角指示値と、操舵機構３０に関連して設けられた舵角センサ３７の出力とに基づいて、操舵機構３０のモータＭを制御し、このようにして、自動操舵を達成する。
【００１１】
操舵機構３０は、車幅方向に延びて配置された舵取り軸３２と、この舵取り軸３２を軸方向への摺動が自在であるように支承する筒状のハウジング３３と、ハウジング３３に取り付けられた３相ブラシレスモータなどからなるモータＭとを有している。舵取り軸３２は、タイロッド３４を介してナックルアーム３５に結合されている。この構成により、モータＭの回転が舵取り軸３２の車幅方向の摺動に変換され、これにより、ナックルアーム３５が押し引きされることにより、このナックルアーム３５に取り付けられた車輪４０の転舵が達成される。舵角センサ３７は、たとえば、タイロッド３４の変位を検出するタイロッド変位検出センサによって構成することができる。
【００１２】
ステアリングＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータなどを有しており、主としてソフトウエア処理によって、自動操舵のための舵角制御処理を実行する。この舵角演算処理のためのソフトウエアは、マイクロコンピュータと連携することにより、メインＥＣＵ１０から所定周期毎に与えられる舵角指示値間を補間して、当該所定周期よりも短い時間間隔で目標舵角値を発生する補間回路２１、この補間回路２１が出力する目標舵角値と舵角センサ３７が検出する舵角値との差分を演算する減算回路２２、この減算回路２２の出力に基づいてＰＩＤ制御（proportional-plus-integral-plus-derivative control）によりモータＭの目標電流値を定めるＰＩＤ制御部２３、このＰＩＤ制御部２３が出力する目標電流値とモータＭに流れる電流値との差分を演算する減算回路２４、およびこの減算回路２４の出力に基づいてモータＭをパルス幅制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動回路２５を構成している。モータＭに流れる電流値は、電流検出回路２６によって検出される。
【００１３】
図２は、補間回路２１の動作を説明するためのフローチャートである。補間回路２１は、メインＥＣＵ１０が舵角指示値を出力する周期ＴをＮ分割し、Ｔ／Ｎ毎に更新される目標舵角値を発生する。すなわち、このＴ／Ｎで表される時間ごとに、補間回路２１は、このフローチャートに示す処理を実行する。
補間回路２１は、まず、分割数Ｎ（たとえば、２０）をセットし（ステップＳ１）、直前の周期Ｔの長さの期間におけるＮ個の目標舵角値の値を配列変数ＳＡ（ｉ）（ｉ＝１，２，・・・・・・，Ｎ）に代入する（ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４）。すなわち、Ｎを１ずつデクリメントしながら（ステップＳ４）、ＳＡ（Ｎ）にＳＡ（Ｎ−１）を順に代入していくと（ステップＳ２）、Ｎが１になったときには（ステップＳ３）、配列変数ＳＡ（２）〜ＳＡ（Ｎ）には、直前のＮ個の目標舵角値が格納されることになる。
【００１４】
配列変数ＳＡ（ｉ）の初期値は「０」となっている。したがって、イグニッションスイッチがオンされて、補間処理が初めて行われるときには、ＳＡ（１）〜ＳＡ（Ｎ）の値がいずれも「０」の状態で、ステップＳ３からステップＳ５へと分岐する。そして、配列変数ＳＡ（１）に、メインＥＣＵ１０から与えられた舵角指示値ＭＤが代入される（ステップＳ５）。
【００１５】
次いで、Ｎ個の配列変数ＳＡ（１）〜ＳＡ（Ｎ）の総和が演算され（ステップＳ６）、次いで、この総和が分割数Ｎで除算されることによって求められる平均値が、目標舵角値とされる（ステップＳ７）。その後、この目標舵角値は、配列変数ＳＡ（１）に代入される（ステップＳ８）。
たとえば、制御の開始に際して、メインＥＣＵ１０から初めて出力される舵角指示値ＭＤが２０度であり、Ｎ＝２０であれば、補間回路２１が最初に出力する目標舵角は１度（＝ＭＤ／Ｎ）になる。
【００１６】
次のサイクルにおける補間演算では、ステップＳ２〜Ｓ４の処理により、配列変数ＳＡ（１）〜ＳＡ（Ｎ−１）の値が、配列変数ＳＡ（２）〜ＳＡ（Ｎ）へとシフトされる。したがって、目標舵角は、２ＭＤ／Ｎとなり、ＭＤ／Ｎだけ増加する。
同様にして、次の舵角指示値ＭＤnがメインＥＣＵ１０から与えられるまでの期間には、補間処理の周期Ｔ／Ｎごとに、ＭＤ／Ｎずつ目標舵角値が増加していくことになる。次の舵角指示値ＭＤｎが与えられれば、この舵角指示値ＭＤｎが配列変数ＳＡ（１）に代入されることになるから、その後は、補間処理の周期Ｔ／Ｎごとに、ＭＤn／Ｎずつ目標舵角値が増加していくことになる。このようにして、周期Ｔごとに入力される舵角指示値ＭＤの間が直線的に補間され、周期Ｔよりも短い周期Ｔ／Ｎ毎に滑らかに変化する目標舵角値が出力される。
【００１７】
図３は、メインＥＣＵ１０が出力する舵角指示値ＭＤの変化（実線）と、この舵角指示値ＭＤの入力に対して補間回路２１が出力する目標舵角値（二点鎖線）との関係を示す図である。舵角指示値ＭＤが周期Ｔで階段状に変化するのに対して、目標舵角値がほぼ滑らかな変化を示すのが理解されるであろう。
このように、この実施形態の自動操舵装置では、メインＥＣＵ１０から周期Ｔごとに与えられる舵角指示値を補間することにより、Ｔ／Ｎの周期で目標舵角値を設定し、これに基づいて、舵角制御を行っている。これにより、舵角を滑らかに変化させることが可能となり、ガタガタした操舵が行われることがない。したがって、自動車の乗り心地を向上した自動操舵を実現できる。
【００１８】
さらに、メインＥＣＵ１０の舵角指示値の出力周期を短縮する必要がないので、メインＥＣＵ１０とステアリングＥＣＵ２０との間の通信回数が増加することもない。
この発明の実施形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、道路に埋設された誘導標識の検出結果に基づいて自動操舵が行われる例について説明したが、この発明は、たとえば、先行車両の操舵情報を車々間通信や路車間通信によって取得し、これに基づいて自動操舵を行わせる構成の自動操舵システムにも適用することができる。
【００１９】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る自動操舵装置の構成を示すブロック図である。
【図２】補間回路の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】メインＥＣＵが出力する舵角指示値の変化（実線）と、この舵角指示値の入力に対して補間回路が出力する目標舵角値（二点鎖線）との関係を示す図である。
【図４】従来から提案されている自動運転システムの電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２１補間回路
２２減算回路
２３ＰＩＤ制御部
２４減算回路
２５ＰＷＭ駆動回路
２６電流検出回路
３０操舵機構
３７舵角センサ
４０車輪
１０メインＥＣＵ
２０ステアリングＥＣＵ
Ｍモータ

Claims

所定周期毎に入力される舵角指示値に基づいて操舵機構の舵角制御を行う自動操舵装置において、
舵角指示値間を補間して、上記所定周期よりも短い時間間隔で目標舵角値を演算する指示舵角補間手段と、
この指示舵角補間手段が演算した目標舵角値に基づいて、操舵機構の舵角制御を行う舵角制御手段とを含むことを特徴とする自動操舵装置。