JP4093516B2 - 車両の自動操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライバーのステアリング操作によらずに車両を自動的に駐車するための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特開平４−５５１６８号公報、特開平１０−１１４２７４号公報により既に知られている。これらの車両の自動操舵装置は、従来周知の電動パワーステアリング装置のステアリングアクチュエータを利用し、予め記憶した車両の移動距離と転舵角との関係に基づいて前記ステアリングアクチュエータを制御することにより、バック駐車や縦列駐車を自動で行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものは、ステアリングアクチュエータに給電する電源であるバッテリの電圧が低下すると、電気モータよりなるステアリングアクチュエータの作動速度が遅くなって操舵速度が低下するため、車両の移動軌跡が目標とする移動軌跡から外れてしまう可能性がある。特に、自動操舵中の車速が高い場合にはステアリングアクチュエータが高速で作動することが要求されるため、目標とする移動軌跡からのずれが増加してしまう。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧低下による移動軌跡のずれを防止することを目的とする。
【０００５】
【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、目標位置までの車両の移動軌跡を記憶または算出する移動軌跡設定手段と、車輪を転舵するステアリングアクチュエータと、前記ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧を検出する電圧検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記電圧検出手段で検出した電圧に基づいて車速制限値を設定する車速制限手段とを備え、前記アクチュエータ制御手段は、前記電圧検出手段で検出した電圧に基づいて、前記車速検出手段の検出車速が前記車速制限値以下の場合に前記ステアリングアクチュエータ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。
【０００６】
上記構成によれば、ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧に基づいて該ステアリングアクチュエータを制御するので、電源の電圧の変動によるステアリングアクチュエータの作動速度の変動を補償して車両の移動軌跡のずれを防止することができる。しかも電源の電圧に基づいて車速制限値を設定し、車速が前記車速制限値以下の場合にステアリングアクチュエータを制御するので、ステアリングアクチュエータの作動速度が車速に追従できないために発生する移動軌跡のずれを防止することができる。
【０００７】
尚、実施例の制御部２２は本発明のアクチュエータ制御手段に対応し、実施例の記憶部２３は本発明の移動軌跡設定手段に対応し、実施例のバッテリＢは本発明の電源に対応し、実施例の前輪Ｗｆは本発明の車輪に対応する。
【００１２】
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、車速が前記車速制限値未満になるように車両の制動手段を自動的に作動させる自動制動装置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。
【００１３】
上記構成によれば、車両の制動手段を自動的に作動させて車速を車速制限値未満に抑えるので、車速が車速制限値を越えて自動操舵制御が中止されるのを防止することができる。
【００１４】
尚、実施例のブレーキキャリパ３４は本発明の制動手段に対応する。
【００１５】
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２の構成に加えて、車速制限手段は電圧検出手段で検出した電圧が高いほど車速制限値を高く設定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。
【００１６】
上記構成によれば、電源の電圧が高いほど車速制限値を高く設定するので、移動軌跡にずれが発生しない範囲で最大限の車速を確保して目標位置に達するまでの時間を最小限に抑えることができる。
【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７は本発明の第１実施例を示すもので、図１は操舵制御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はステアリングアクチュエータの等価モデルを示す図、図５は車両の移動距離と転舵角との関係を示すグラフ、図６はバッテリ電圧と車速制限値との関係を示すグラフ、図７は作用を説明するフローチャートである。
【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。ステアリングホイール１と操舵輪である前輪Ｗｆ，Ｗｆとが、ステアリングホイール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ホイール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、電気モータよりなるステアリングアクチュエータ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、ステアリングホイール１の回転角である転舵角θを検出する転舵角検出手段Ｓ1 と、ステアリングホイール１の操舵トルクＴを検出する操舵トルク検出手段Ｓ2 と、左右の前輪Ｗｆ，Ｗｆの回転角を検出する前輪回転角検出手段Ｓ3 ，Ｓ3 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Ｓ4 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Ｓ5 と、ステアリングアクチュエータ７に給電するバッテリＢの電圧ｕＢを検出する電圧検出手段Ｓ8 とからの信号が入力される。制御部２２には車速制限手段２２1 が設けられており、この車速制限手段２２1 は電圧検出手段Ｓ8 で検出したバッテリＢの電圧ｕＢに基づいて後述する車速制限値ｖMAX を設定する。
【００２１】
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Ｓ6 および自動駐車スタートスイッチＳ7 が制御部２２に接続される。モード選択スイッチＳ6 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Ｓ7 は、モード選択スイッチＳ6 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。
【００２２】
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、既知である前輪Ｗｆの周長に前輪回転角検出手段Ｓ3 ，Ｓ3 で検出した前輪Ｗｆ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、左右一対の前輪回転角検出手段Ｓ3 ，Ｓ3 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。
【００２３】
制御部２２は、前記各検出手段Ｓ1 〜Ｓ5 ，Ｓ8 およびスイッチＳ6 ，Ｓ7 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、前記ステアリングアクチュエータ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の作動とを制御する。
【００２４】
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。
【００２５】
自動駐車を行わない通常時（前記モード選択スイッチＳ6 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ホイール１を操作すると、操舵トルク検出手段Ｓ2 がステアリングホイール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に基づいてステアリングアクチュエータ７の駆動を制御する。その結果、ステアリングアクチュエータ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、予め決められた基準（例えば、ドアの内側に設けられたマークやサイドミラー）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Ｓ6 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Ｓ7 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、スタート位置から目標位置までの自車の予想移動軌跡、前進から後進に切り換える折り返し位置等が表示され、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。
【００２８】
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ホイール１を操作しなくても、モード選択スイッチＳ6 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。
【００２９】
図２（Ｂ）から明らかなように、自動操舵が行われている間、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Ｓ1 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になるようにステアリングアクチュエータ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。
【００３０】
上記自動操舵制御はドライバーがブレーキペダル９を踏んで車両Ｖがクリープ走行する間に実行されるため、ドライバーが障害物を発見したときに速やかにブレーキペダル９を踏み込んで車両Ｖを停止させることができる。
【００３１】
上述した自動操舵制御は、ドライバーがモード選択スイッチＳ6 をＯＦＦした場合に中止されるが、それ以外にも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ホイール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。
【００３２】
図４は直流ブラシモータよりなるステアリングアクチュエータ７をモデル化したもので、モータ電圧ｕは、モータ電流ｉ、回路の抵抗Ｒ、回路のインダクタンスＬ、モータ回転角速度ωおよびモータに固有の定数Ｋを用いて、
ｕ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋Ｒｉ＋Ｋω …（１）
で与えられる。上記（１）式をモータ回転角速度ωについて解くと、
ω＝｛ｕ−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）−Ｒｉ｝／Ｋ …（２）
が得られ、インダクタンスＬは一般に小さいために省略すると、
ω＝（ｕ−Ｒｉ）／Ｋ …（３）
が得られる。上記（３）式から明らかなように、モータ回転角速度ωはモータ電圧ｕに応じて変化するもので、モータ電圧ｕが増加するとモータ回転角速度ωが増加し、モータ電圧ｕが減少するとモータ回転角速度ωが減少する。
【００３３】
ところで、ステアリングアクチュエータ７は車載のバッテリＢにより駆動されるもので、バッテリＢの電圧をｕＢとすると、上記（３）式により、最大モータ回転角速度ωＢは、
ωＢ＝（ｕＢ−Ｒｉ）／Ｋ …（４）
で与えられる。一方、ステアリングアクチュエータ７からステアリングシャフト２までの減速比をＧとすると、最大転舵角速度（ｄθ／ｄｔ）MAX は、
（ｄθ／ｄｔ）MAX ＝ωＢ／Ｇ …（５）
で与えられる。
【００３４】
以上のことから、自動操舵制御中の目標転舵角速度ｄθ／ｄｔが前記最大転舵角速度（ｄθ／ｄｔ）MAX 以上になると、ステアリングアクチュエータ７の作動速度が充分でなくなって実際の転舵角θが規範転舵角θｒｅｆに追従できなくなる。例えば、図５に示すように、車両Ｖが距離ｘだけ移動する間に転舵角θがαだけ増加する場合を考える。このときの車速をｖとすると、目標転舵角速度ｄθ／ｄｔはαｖ／ｘで表されるため、実際の転舵角θが規範転舵角θｒｅｆに追従可能であるためには、
αｖ／ｘ＜ωＢ／Ｇ …（６）
が成立することが必要である。
【００３５】
上記（６）式の最大モータ回転角速度ωＢに上記（４）式を代入して車速ｖについて解くと、
ｖ＜Ｃ1 ｕＢ−Ｃ2 …（７）
但し、Ｃ1 ＝ｘ／αＧＫ
Ｃ2 ＝ｘＲｉ／αＧＫ
が得られる。
【００３６】
バッテリＢの定格電圧は１２ボルトであるが、長期の使用による劣化、放電状態あるいは負荷状態によって実際のバッテリ電圧ｕＢが１０ボルト以下に低下する可能性があり、またジェネレータの故障等により実際のバッテリ電圧ｕＢが１６ボルト以上に上昇する可能性がある。このようにバッテリ電圧ｕＢが変化したとき、そのバッテリ電圧ｕＢに対応する車速上限値ｖMAX を上記（７）式に基づいて算出した結果が図６に太い実線で示される。図６から明らかなように、バッテリ電圧ｕＢが１０ボルト、１２ボルト、１６ボルトのときに、車速制限値ｖMA X はそれぞれ３ｋｍ／ｈ、５ｋｍ／ｈ、９ｋｍ／ｈであり、実際の車速ｖが車速制限値ｖMAX 未満であれば実際の転舵角θを規範転舵角θｒｅｆに追従させて移動軌跡のずれを防止することができる。
【００３７】
バッテリ電圧ｕＢが１０ボルト以下になると、車速ｖを３ｋｍ／ｈよりも更に低く制限しないと実際の転舵角θを規範転舵角θｒｅｆに追従させることができず、その車速ｖで自動操舵制御を実行すると車庫入れに要する時間が長くなり過ぎるため、その時点で自動操舵制御を中止する。逆にバッテリ電圧ｕＢが１６ボルト以上になると、９ｋｍ／ｈよりも更に高い車速ｖで自動操舵制御を実行することが可能になるが、過電圧によりステアリングアクチュエータ７が損傷する虞があるために自動操舵制御を中止する。
【００３８】
以上のように、バッテリ電圧ｕＢが１０ボルト＜ｕＢ＜１６ボルトの範囲内にあっても、車速ｖが車速制限値ｖMAX 以上になると転舵角θを規範転舵角θｒｅｆに追従させることができないため、車速ｖが車速制限値ｖMAX に接近すると操作段階教示装置１１によりドライバーに減速を促すべく警報が発せられる。警報を発してもドライバーが減速を行わずに車速ｖが車速制限値ｖMAX 以上になれば、その時点で自動操舵制御を中止する。上記制御により、転舵角θが規範転舵角θｒｅｆに追従できなくなって車両Ｖの移動軌跡がずれるのを未然に防止することができる。また車速制限値ｖMAX は車速ｖの増加に応じて増加するように設定されているので、ステアリングアクチュエータ７の作動速度に余裕がある場合には車速制限値ｖMAX をできるだけ高めにして車庫入れ操作を短時間で終了させることができる。
【００３９】
上記作用を、図７のフローチャートに基づいて更に説明する。
【００４０】
先ず、ステップＳ１で電圧検出手段Ｓ8 によりバッテリＢの電圧ｕＢを検出する。続くステップＳ２で電圧ｕＢが下限値ｕＢMIN および上限値ｕＢMAX の間になければ、ステップＳ７で自動操舵制御を中止する。前記ステップＳ２で電圧ｕＢが下限値ｕＢMIN および上限値ｕＢMAX の間にあれば、ステップＳ３で電圧ｕＢに応じた車速制限値ｖMAX を設定する（図６参照）。そしてステップＳ４で前輪回転角検出手段Ｓ3 により車速ｖを検出し、続くステップＳ５で車速ｖが車速制限値ｖMAX 未満であれば、ステップＳ６で自動操舵制御を続行する。一方、車速ｖが車速制限値ｖMAX 未満でなければ、前記ステップＳ７で自動操舵制御を中止する。
【００４１】
次に、図８に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００４２】
第１実施例は、車速ｖが車速制限値ｖMAX に接近すると操作段階教示装置１１によりドライバーに減速を促すべく警報が発せられたが、第２実施例ではドライバーが自発的な減速を行わなくても、自動制動装置３１による減速が実行される。
【００４３】
図８に示すように、ブレーキペダル９に負圧ブースタ３２を介してマスタシリンダ３３が接続されており、マスタシリンダ３３とブレーキキャリパ３４とを接続する油路３５にソレノイドバルブよりなるシャットバルブ３６と、マスタシリンダ３３側からブレーキキャリパ３４側への油圧の伝達のみを許容するチェックバルブ３７とが並列に配置される。またシャットバルブ３６よりもブレーキキャリパ３４寄りの油路３５とマスタシリンダ３３のリザーバ３８とが一対の並列な油路３９，４０で接続されており、一方の油路３９にオイルポンプ４１、アキュムレータ４２、ソレノイドバルブよりなる増圧バルブ４３および絞り４４が直列に配置されるとともに、他方の油路４０に絞り４５およびソレノイドバルブよりなる減圧バルブ４６が直列に配置される。前記シャットバルブ３６、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６は、制御部２２からの指令によって作動する。
【００４４】
而して、シャットバルブ３６を開弁し、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６を閉弁した状態では、ドライバーがブレーキペダル９に入力した踏力に応じて負圧ブースタ３２を介してマスタシリンダ３３がブレーキ油圧を発生し、そのブレーキ油圧がブレーキキャリパ３４に伝達されて制動力を発生する。一方、シャットバルブ３６を閉弁した状態で、増圧バルブ４３を開弁して減圧バルブ４６を閉弁すれば、アキュムレータ４２がブレーキキャリパ３４に連通してブレーキ油圧が増圧され、逆に増圧バルブ４３を閉弁して減圧バルブ４６を開弁すれば、ブレーキキャリパ３４がリザーバ３８に連通してブレーキ油圧が減圧される。従って、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６を開閉駆動することにより、ドライバーの操作によらずにブレーキキャリパ３４に制動力を発生させるとともに、その制動力の大きさを任意に制御することができる。
【００４５】
尚、シャットバルブ３６を閉弁し、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６を開閉駆動して自動制動を行っているときにドライバーがブレーキペダル９を踏むと、マスタシリンダ３３が発生するブレーキ油圧が自動制動のブレーキ油圧よりも大きいときに限り、マスタシリンダ３３が発生するブレーキ油圧がチェックバルブ３７を介してブレーキキャリパ３４に伝達される。
【００４６】
以上のように第２実施例によれば、車速ｖが車速制限値ｖMAX に接近すると自動制動装置３１が作動して車速ｖを自動的に低下させるので、ドライバーが自発的な制動操作を行わない場合であっても、車速ｖが車速制限値ｖMAX 以上になって自動操舵制御が中止されるのを防止することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
例えば、実施例では目標位置までの車両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から前記移動軌跡を算出することも可能である。
【００４９】
【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、ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧に基づいて該ステアリングアクチュエータを制御するので、電源の電圧の変動によるステアリングアクチュエータの作動速度の変動を補償して車両の移動軌跡のずれを防止することができる。しかも電源の電圧に基づいて車速制限値を設定し、車速が前記車速制限値以下の場合にステアリングアクチュエータを制御するので、ステアリングアクチュエータの作動速度が車速に追従できないために発生する移動軌跡のずれを防止することができる。
【００５２】
また請求項２に記載された発明によれば、車両の制動手段を自動的に作動させて車速を車速制限値以下に抑えるので、車速が車速制限値を越えて自動操舵制御が中止されるのを防止することができる。
【００５３】
また請求項３に記載された発明によれば、電源の電圧が高いほど車速制限値を高く設定するので、移動軌跡にずれが発生しない範囲で最大限の車速を確保して目標位置に達するまでの時間を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵制御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】ステアリングアクチュエータの等価モデルを示す図
【図５】車両の移動距離と転舵角との関係を示すグラフ
【図６】バッテリ電圧と車速制限値との関係を示すグラフ
【図７】作用を説明するフローチャート
【図８】本発明の第２実施例に係る自動制動装置を示す図
【符号の説明】
７ ステアリングアクチュエータ
２２ 制御部（アクチュエータ制御手段）
２２1 車速制限手段
２３ 記憶部（移動軌跡設定手段）
３１ 自動制動装置
３４ ブレーキキャリパ（制動装置）
Ｂ バッテリ（電源）
Ｓ3 前輪回転角検出手段（車速検出手段）
Ｓ8 電圧検出手段
Ｖ 車両
ｖ 車速
ｖMAX 車速制限値
Ｗｆ 前輪（車輪）
ｕＢ 電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライバーのステアリング操作によらずに車両を自動的に駐車するための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特開平４−５５１６８号公報、特開平１０−１１４２７４号公報により既に知られている。これらの車両の自動操舵装置は、従来周知の電動パワーステアリング装置のステアリングアクチュエータを利用し、予め記憶した車両の移動距離と転舵角との関係に基づいて前記ステアリングアクチュエータを制御することにより、バック駐車や縦列駐車を自動で行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものは、ステアリングアクチュエータに給電する電源であるバッテリの電圧が低下すると、電気モータよりなるステアリングアクチュエータの作動速度が遅くなって操舵速度が低下するため、車両の移動軌跡が目標とする移動軌跡から外れてしまう可能性がある。特に、自動操舵中の車速が高い場合にはステアリングアクチュエータが高速で作動することが要求されるため、目標とする移動軌跡からのずれが増加してしまう。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧低下による移動軌跡のずれを防止することを目的とする。
【０００５】
【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、目標位置までの車両の移動軌跡を記憶または算出する移動軌跡設定手段と、車輪を転舵するステアリングアクチュエータと、前記ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧を検出する電圧検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記電圧検出手段で検出した電圧に基づいて車速制限値を設定する車速制限手段とを備え、前記アクチュエータ制御手段は、前記電圧検出手段で検出した電圧に基づいて、前記車速検出手段の検出車速が前記車速制限値以下の場合に前記ステアリングアクチュエータ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。
【０００６】
上記構成によれば、ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧に基づいて該ステアリングアクチュエータを制御するので、電源の電圧の変動によるステアリングアクチュエータの作動速度の変動を補償して車両の移動軌跡のずれを防止することができる。しかも電源の電圧に基づいて車速制限値を設定し、車速が前記車速制限値以下の場合にステアリングアクチュエータを制御するので、ステアリングアクチュエータの作動速度が車速に追従できないために発生する移動軌跡のずれを防止することができる。
【０００７】
尚、実施例の制御部２２は本発明のアクチュエータ制御手段に対応し、実施例の記憶部２３は本発明の移動軌跡設定手段に対応し、実施例のバッテリＢは本発明の電源に対応し、実施例の前輪Ｗｆは本発明の車輪に対応する。
【００１２】
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、車速が前記車速制限値未満になるように車両の制動手段を自動的に作動させる自動制動装置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。
【００１３】
上記構成によれば、車両の制動手段を自動的に作動させて車速を車速制限値未満に抑えるので、車速が車速制限値を越えて自動操舵制御が中止されるのを防止することができる。
【００１４】
尚、実施例のブレーキキャリパ３４は本発明の制動手段に対応する。
【００１５】
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２の構成に加えて、車速制限手段は電圧検出手段で検出した電圧が高いほど車速制限値を高く設定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。
【００１６】
上記構成によれば、電源の電圧が高いほど車速制限値を高く設定するので、移動軌跡にずれが発生しない範囲で最大限の車速を確保して目標位置に達するまでの時間を最小限に抑えることができる。
【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７は本発明の第１実施例を示すもので、図１は操舵制御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はステアリングアクチュエータの等価モデルを示す図、図５は車両の移動距離と転舵角との関係を示すグラフ、図６はバッテリ電圧と車速制限値との関係を示すグラフ、図７は作用を説明するフローチャートである。
【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。ステアリングホイール１と操舵輪である前輪Ｗｆ，Ｗｆとが、ステアリングホイール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ホイール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、電気モータよりなるステアリングアクチュエータ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、ステアリングホイール１の回転角である転舵角θを検出する転舵角検出手段Ｓ1 と、ステアリングホイール１の操舵トルクＴを検出する操舵トルク検出手段Ｓ2 と、左右の前輪Ｗｆ，Ｗｆの回転角を検出する前輪回転角検出手段Ｓ3 ，Ｓ3 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Ｓ4 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Ｓ5 と、ステアリングアクチュエータ７に給電するバッテリＢの電圧ｕＢを検出する電圧検出手段Ｓ8 とからの信号が入力される。制御部２２には車速制限手段２２1 が設けられており、この車速制限手段２２1 は電圧検出手段Ｓ8 で検出したバッテリＢの電圧ｕＢに基づいて後述する車速制限値ｖMAX を設定する。
【００２１】
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Ｓ6 および自動駐車スタートスイッチＳ7 が制御部２２に接続される。モード選択スイッチＳ6 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Ｓ7 は、モード選択スイッチＳ6 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。
【００２２】
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、既知である前輪Ｗｆの周長に前輪回転角検出手段Ｓ3 ，Ｓ3 で検出した前輪Ｗｆ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、左右一対の前輪回転角検出手段Ｓ3 ，Ｓ3 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。
【００２３】
制御部２２は、前記各検出手段Ｓ1 〜Ｓ5 ，Ｓ8 およびスイッチＳ6 ，Ｓ7 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、前記ステアリングアクチュエータ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の作動とを制御する。
【００２４】
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。
【００２５】
自動駐車を行わない通常時（前記モード選択スイッチＳ6 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ホイール１を操作すると、操舵トルク検出手段Ｓ2 がステアリングホイール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に基づいてステアリングアクチュエータ７の駆動を制御する。その結果、ステアリングアクチュエータ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、予め決められた基準（例えば、ドアの内側に設けられたマークやサイドミラー）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Ｓ6 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Ｓ7 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、スタート位置から目標位置までの自車の予想移動軌跡、前進から後進に切り換える折り返し位置等が表示され、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。
【００２８】
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ホイール１を操作しなくても、モード選択スイッチＳ6 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。
【００２９】
図２（Ｂ）から明らかなように、自動操舵が行われている間、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Ｓ1 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になるようにステアリングアクチュエータ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。
【００３０】
上記自動操舵制御はドライバーがブレーキペダル９を踏んで車両Ｖがクリープ走行する間に実行されるため、ドライバーが障害物を発見したときに速やかにブレーキペダル９を踏み込んで車両Ｖを停止させることができる。
【００３１】
上述した自動操舵制御は、ドライバーがモード選択スイッチＳ6 をＯＦＦした場合に中止されるが、それ以外にも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ホイール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。
【００３２】
図４は直流ブラシモータよりなるステアリングアクチュエータ７をモデル化したもので、モータ電圧ｕは、モータ電流ｉ、回路の抵抗Ｒ、回路のインダクタンスＬ、モータ回転角速度ωおよびモータに固有の定数Ｋを用いて、
ｕ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋Ｒｉ＋Ｋω …（１）
で与えられる。上記（１）式をモータ回転角速度ωについて解くと、
ω＝｛ｕ−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）−Ｒｉ｝／Ｋ …（２）
が得られ、インダクタンスＬは一般に小さいために省略すると、
ω＝（ｕ−Ｒｉ）／Ｋ …（３）
が得られる。上記（３）式から明らかなように、モータ回転角速度ωはモータ電圧ｕに応じて変化するもので、モータ電圧ｕが増加するとモータ回転角速度ωが増加し、モータ電圧ｕが減少するとモータ回転角速度ωが減少する。
【００３３】
ところで、ステアリングアクチュエータ７は車載のバッテリＢにより駆動されるもので、バッテリＢの電圧をｕＢとすると、上記（３）式により、最大モータ回転角速度ωＢは、
ωＢ＝（ｕＢ−Ｒｉ）／Ｋ …（４）
で与えられる。一方、ステアリングアクチュエータ７からステアリングシャフト２までの減速比をＧとすると、最大転舵角速度（ｄθ／ｄｔ）MAX は、
（ｄθ／ｄｔ）MAX ＝ωＢ／Ｇ …（５）
で与えられる。
【００３４】
以上のことから、自動操舵制御中の目標転舵角速度ｄθ／ｄｔが前記最大転舵角速度（ｄθ／ｄｔ）MAX 以上になると、ステアリングアクチュエータ７の作動速度が充分でなくなって実際の転舵角θが規範転舵角θｒｅｆに追従できなくなる。例えば、図５に示すように、車両Ｖが距離ｘだけ移動する間に転舵角θがαだけ増加する場合を考える。このときの車速をｖとすると、目標転舵角速度ｄθ／ｄｔはαｖ／ｘで表されるため、実際の転舵角θが規範転舵角θｒｅｆに追従可能であるためには、
αｖ／ｘ＜ωＢ／Ｇ …（６）
が成立することが必要である。
【００３５】
上記（６）式の最大モータ回転角速度ωＢに上記（４）式を代入して車速ｖについて解くと、
ｖ＜Ｃ1 ｕＢ−Ｃ2 …（７）
但し、Ｃ1 ＝ｘ／αＧＫ
Ｃ2 ＝ｘＲｉ／αＧＫ
が得られる。
【００３６】
バッテリＢの定格電圧は１２ボルトであるが、長期の使用による劣化、放電状態あるいは負荷状態によって実際のバッテリ電圧ｕＢが１０ボルト以下に低下する可能性があり、またジェネレータの故障等により実際のバッテリ電圧ｕＢが１６ボルト以上に上昇する可能性がある。このようにバッテリ電圧ｕＢが変化したとき、そのバッテリ電圧ｕＢに対応する車速上限値ｖMAX を上記（７）式に基づいて算出した結果が図６に太い実線で示される。図６から明らかなように、バッテリ電圧ｕＢが１０ボルト、１２ボルト、１６ボルトのときに、車速制限値ｖMA X はそれぞれ３ｋｍ／ｈ、５ｋｍ／ｈ、９ｋｍ／ｈであり、実際の車速ｖが車速制限値ｖMAX 未満であれば実際の転舵角θを規範転舵角θｒｅｆに追従させて移動軌跡のずれを防止することができる。
【００３７】
バッテリ電圧ｕＢが１０ボルト以下になると、車速ｖを３ｋｍ／ｈよりも更に低く制限しないと実際の転舵角θを規範転舵角θｒｅｆに追従させることができず、その車速ｖで自動操舵制御を実行すると車庫入れに要する時間が長くなり過ぎるため、その時点で自動操舵制御を中止する。逆にバッテリ電圧ｕＢが１６ボルト以上になると、９ｋｍ／ｈよりも更に高い車速ｖで自動操舵制御を実行することが可能になるが、過電圧によりステアリングアクチュエータ７が損傷する虞があるために自動操舵制御を中止する。
【００３８】
以上のように、バッテリ電圧ｕＢが１０ボルト＜ｕＢ＜１６ボルトの範囲内にあっても、車速ｖが車速制限値ｖMAX 以上になると転舵角θを規範転舵角θｒｅｆに追従させることができないため、車速ｖが車速制限値ｖMAX に接近すると操作段階教示装置１１によりドライバーに減速を促すべく警報が発せられる。警報を発してもドライバーが減速を行わずに車速ｖが車速制限値ｖMAX 以上になれば、その時点で自動操舵制御を中止する。上記制御により、転舵角θが規範転舵角θｒｅｆに追従できなくなって車両Ｖの移動軌跡がずれるのを未然に防止することができる。また車速制限値ｖMAX は車速ｖの増加に応じて増加するように設定されているので、ステアリングアクチュエータ７の作動速度に余裕がある場合には車速制限値ｖMAX をできるだけ高めにして車庫入れ操作を短時間で終了させることができる。
【００３９】
上記作用を、図７のフローチャートに基づいて更に説明する。
【００４０】
先ず、ステップＳ１で電圧検出手段Ｓ8 によりバッテリＢの電圧ｕＢを検出する。続くステップＳ２で電圧ｕＢが下限値ｕＢMIN および上限値ｕＢMAX の間になければ、ステップＳ７で自動操舵制御を中止する。前記ステップＳ２で電圧ｕＢが下限値ｕＢMIN および上限値ｕＢMAX の間にあれば、ステップＳ３で電圧ｕＢに応じた車速制限値ｖMAX を設定する（図６参照）。そしてステップＳ４で前輪回転角検出手段Ｓ3 により車速ｖを検出し、続くステップＳ５で車速ｖが車速制限値ｖMAX 未満であれば、ステップＳ６で自動操舵制御を続行する。一方、車速ｖが車速制限値ｖMAX 未満でなければ、前記ステップＳ７で自動操舵制御を中止する。
【００４１】
次に、図８に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００４２】
第１実施例は、車速ｖが車速制限値ｖMAX に接近すると操作段階教示装置１１によりドライバーに減速を促すべく警報が発せられたが、第２実施例ではドライバーが自発的な減速を行わなくても、自動制動装置３１による減速が実行される。
【００４３】
図８に示すように、ブレーキペダル９に負圧ブースタ３２を介してマスタシリンダ３３が接続されており、マスタシリンダ３３とブレーキキャリパ３４とを接続する油路３５にソレノイドバルブよりなるシャットバルブ３６と、マスタシリンダ３３側からブレーキキャリパ３４側への油圧の伝達のみを許容するチェックバルブ３７とが並列に配置される。またシャットバルブ３６よりもブレーキキャリパ３４寄りの油路３５とマスタシリンダ３３のリザーバ３８とが一対の並列な油路３９，４０で接続されており、一方の油路３９にオイルポンプ４１、アキュムレータ４２、ソレノイドバルブよりなる増圧バルブ４３および絞り４４が直列に配置されるとともに、他方の油路４０に絞り４５およびソレノイドバルブよりなる減圧バルブ４６が直列に配置される。前記シャットバルブ３６、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６は、制御部２２からの指令によって作動する。
【００４４】
而して、シャットバルブ３６を開弁し、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６を閉弁した状態では、ドライバーがブレーキペダル９に入力した踏力に応じて負圧ブースタ３２を介してマスタシリンダ３３がブレーキ油圧を発生し、そのブレーキ油圧がブレーキキャリパ３４に伝達されて制動力を発生する。一方、シャットバルブ３６を閉弁した状態で、増圧バルブ４３を開弁して減圧バルブ４６を閉弁すれば、アキュムレータ４２がブレーキキャリパ３４に連通してブレーキ油圧が増圧され、逆に増圧バルブ４３を閉弁して減圧バルブ４６を開弁すれば、ブレーキキャリパ３４がリザーバ３８に連通してブレーキ油圧が減圧される。従って、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６を開閉駆動することにより、ドライバーの操作によらずにブレーキキャリパ３４に制動力を発生させるとともに、その制動力の大きさを任意に制御することができる。
【００４５】
尚、シャットバルブ３６を閉弁し、増圧バルブ４３および減圧バルブ４６を開閉駆動して自動制動を行っているときにドライバーがブレーキペダル９を踏むと、マスタシリンダ３３が発生するブレーキ油圧が自動制動のブレーキ油圧よりも大きいときに限り、マスタシリンダ３３が発生するブレーキ油圧がチェックバルブ３７を介してブレーキキャリパ３４に伝達される。
【００４６】
以上のように第２実施例によれば、車速ｖが車速制限値ｖMAX に接近すると自動制動装置３１が作動して車速ｖを自動的に低下させるので、ドライバーが自発的な制動操作を行わない場合であっても、車速ｖが車速制限値ｖMAX 以上になって自動操舵制御が中止されるのを防止することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
例えば、実施例では目標位置までの車両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から前記移動軌跡を算出することも可能である。
【００４９】
【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、ステアリングアクチュエータに給電する電源の電圧に基づいて該ステアリングアクチュエータを制御するので、電源の電圧の変動によるステアリングアクチュエータの作動速度の変動を補償して車両の移動軌跡のずれを防止することができる。しかも電源の電圧に基づいて車速制限値を設定し、車速が前記車速制限値以下の場合にステアリングアクチュエータを制御するので、ステアリングアクチュエータの作動速度が車速に追従できないために発生する移動軌跡のずれを防止することができる。
【００５２】
また請求項２に記載された発明によれば、車両の制動手段を自動的に作動させて車速を車速制限値以下に抑えるので、車速が車速制限値を越えて自動操舵制御が中止されるのを防止することができる。
【００５３】
また請求項３に記載された発明によれば、電源の電圧が高いほど車速制限値を高く設定するので、移動軌跡にずれが発生しない範囲で最大限の車速を確保して目標位置に達するまでの時間を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵制御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】ステアリングアクチュエータの等価モデルを示す図
【図５】車両の移動距離と転舵角との関係を示すグラフ
【図６】バッテリ電圧と車速制限値との関係を示すグラフ
【図７】作用を説明するフローチャート
【図８】本発明の第２実施例に係る自動制動装置を示す図
【符号の説明】
７ ステアリングアクチュエータ
２２ 制御部（アクチュエータ制御手段）
２２1 車速制限手段
２３ 記憶部（移動軌跡設定手段）
３１ 自動制動装置
３４ ブレーキキャリパ（制動装置）
Ｂ バッテリ（電源）
Ｓ3 前輪回転角検出手段（車速検出手段）
Ｓ8 電圧検出手段
Ｖ 車両
ｖ 車速
ｖMAX 車速制限値
Ｗｆ 前輪（車輪）
ｕＢ 電圧
Claims (3)
- 目標位置までの車両（Ｖ）の移動軌跡を記憶または算出する移動軌跡設定手段（２３）と、
車輪（Ｗｆ）を転舵するステアリングアクチュエータ（７）と、
車両（Ｖ）が目標位置まで移動する間に移動軌跡設定手段（２３）により設定された移動軌跡に基づいてステアリングアクチュエータ（７）を制御するアクチュエータ制御手段（２２）と、
前記ステアリングアクチュエータ（７）に給電する電源（Ｂ）の電圧（ｕＢ）を検出する電圧検出手段（Ｓ8 ）と、
車速（ｖ）を検出する車速検出手段（Ｓ 3 ）と、
前記電圧検出手段（Ｓ 8 ）で検出した電圧（ｕＢ）に基づいて車速制限値（ｖ MAX ）を設定する車速制限手段（２２ 1 ）とを備え、
前記アクチュエータ制御手段（２２）は、前記電圧検出手段（Ｓ8 ）で検出した電圧（ｕＢ）に基づいて、前記車速検出手段（Ｓ 3 ）の検出車速（ｖ）が前記車速制限値（ｖ MAX ）以下の場合に前記ステアリングアクチュエータ（７）を制御することを特徴とする、車両の自動操舵装置。 - 車速（ｖ）が前記車速制限値（ｖMAX ）未満になるように車両（Ｖ）の制動手段（３４）を自動的に作動させる自動制動装置（３１）を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の車両の自動操舵装置。
- 車速制限手段（２２1 ）は電圧検出手段（Ｓ8 ）で検出した電圧（ｕＢ）が高いほど車速制限値（ｖMAX ）を高く設定することを特徴とする、請求項１または２に記載の車両の自動操舵装置。
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