JP4249111B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、駐車時等に車輪を自動的に転舵することが可能な車両の操舵制御装置に関するものである。

駐車時の転舵操作を自動的に行う操舵制御装置として、車輪を転舵する転舵機構に電動モータ等のアクチュエータを付加し、このアクチュエータを予め記憶されているプログラムにしたがって制御するものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来の操舵制御装置は、基準位置（例えば、車庫入れ開始位置）からの相対位置変化量と車両の転舵角の関係が予めマップの形で記憶されており、基準位置から目標位置に進む間に、マップを参照して得られた目標転舵角と実際の転舵角との偏差を小さくするようにアクチュエータが制御される。
特許第３２６６８２８号公報

しかし、この従来の操舵制御装置においては、制御手段が予め記録されているマップを呼び出して、そのマップ値に忠実に転舵角を再現する構成となっているため、システム異常等の何らかの原因によって誤ったマップが呼び出されたり、転舵方向指示が逆になったりした場合、或いは、電動モータに故障が発生した場合等に、車両が運転者の予期しない方向に転舵される可能性が考えられる。

そこでこの発明は、車両が運転者の予期しない方向に転舵されるのを未然に防止することのできる車両の操舵制御装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車輪を転舵する転舵機構（例えば、後述の実施形態における転舵機構３）と、この転舵機構を駆動する転舵アクチュエータ（例えば、後述の実施形態における電動モータ４）と、基準位置から目標位置までの車両の規範経路である移動距離に対する転舵角のデータを、予め記憶しておき必要に応じて呼び出して、若しくは、演算によって求めて設定する規範経路設定手段（例えば、後述の実施形態における規範経路設定手段３０）と、車両が前記規範経路に沿って走行するように前記転舵アクチュエータを制御する制御手段（例えば、後述の実施形態における制御手段３１）と、を備えた車両の操舵制御装置において、車両の転舵角が出力禁止領域を超える転舵アクチュエータの出力を禁止する出力禁止手段（例えば、後述の実施形態における出力禁止手段３２）を設け、前記出力禁止領域を、前記規範経路に沿う転舵角を基準に所定の転舵角幅を超える領域として設定するようにした。

この発明の場合、規範経路設定手段によって規範経路が設定されて操舵制御が開始されると、車両は、基本的に制御手段による転舵アクチュエータの制御によって規範経路に沿うように転舵される。しかし、何らかの原因によって車両が規範経路から大きくずれ出力禁止領域を超えると、出力禁止手段によって転舵アクチュエータの出力が禁止される。この結果、車両の規範経路に対する転舵角の大きなずれは防止される。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、車両の転舵角が前記出力禁止領域を超えた場合にあっても、出力時間及び出力頻度の少なくともいずれかに基づいて設定される許容条件を満たす間は前記出力禁止手段が転舵アクチュエータの出力の禁止を行わないようにした。

この場合、車両の転舵角が一時的に出力禁止領域を超えることがあっても、設定許容条件を満たす間は転舵アクチュエータの出力の禁止を行わないため、外的要因等による一時的な転舵角のずれによって操舵制御が停止する不具合を無くすことができる。

請求項１に記載の発明によると、出力禁止手段によって車両の転舵角の大きなずれを規制することができるため、運転者の予期しない車両の動き未然に防止することができる。

また、請求項２に記載の発明によると、外的要因等による一時な転舵角のずれによって操舵制御がその都度停止するのを防止できるため、運転者の利便性をより高めることができる。

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図２は、この発明にかかる操舵制御装置を適用した車両１００の概略構成図であり、同図中Ｗｆ，Ｗｒは、車両の前輪と後輪、１は、ステアリングホイールである。ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２と、ギヤ機構やタイロッド等から成る転舵機構３を介して車体左右の前輪Ｗｆに連係されており、転舵機構３には同機構３を駆動するアクチュエータである電動モータ４が付設されている。また、ステアリングシャフト２には、運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサ５が設けられ、このトルクセンサ５が電動モータ４と共に電動パワーステアリングを構成している。電動モータ４は、コントローラ（電子制御ユニット）６によって制御され、基本的に電動パワーステアリングの駆動源として機能するが、後述するスイッチ操作による切り換えにより、駐車時に自動操舵を行う操舵制御装置の駆動源としても機能する。この場合も、電動モータ４は同じコントローラ６によって制御される。

また、コントローラ６の入力側には、前記トルクセンサ５が接続されている他、ステアリングホイール１の回転角から前輪Ｗｆの転舵角を検出する転舵角センサ２５と、シフトレバーで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）を検出するシフトポジションセンサ７と、ブレーキの踏み込みの有無に連動するブレーキスイッチ８等が接続されており、一方、出力側には、前記電動モータ４の他に、音声案内によって運転者の操作を支援し、或いは、運転者に注意を喚起する音声教示スピーカ９が接続されている。また、コントローラ６には、モニター１０（図１参照）を一体に組み込んだ後述する操作パネル１１の配線が接続されると共に、操舵装置の電源スイッチ１２が接続されている。この電源スイッチ１２は、自動操舵時には緊急停止スイッチとしても機能する。

なお、図中配線は省略されているが、コントローラ６の入力側には、さらに、前後輪Ｗｆ，Ｗｒの回転角を検出する回転角センサ１９と、車両の前後両側に配置され走行時に障害物を超音波やレーダ等で検出する障害物検出手段１３と、車両の前後中央に配置され車両前方と後方の画像を撮影する撮影手段１４が接続されている。

操作パネル１１には、図５に示すようにモニター１０の他、駐車モード（左／右の後方並列駐車モードと縦列駐車モード）を設定するモード選択スイッチ１５ａ〜１５ｄと、自動操舵を開始するスタートスイッチ１６、警告ランプ１７、ブザー１８等が設けられ、運転者の操作意思をスイッチ操作でコントローラ６に反映させると共に、車両１００の状態や制御状態をモニター１０や警告ランプ１７，ブザー１８等によって運転者に知らせるようになっている。

また、コントローラ６の記憶部６ａには、４種類の駐車モード（左／右の後方並列駐車モードと、左／右の縦列駐車モード）毎に車両１００の移動距離に対応する転舵角のデータ（規範経路）が記憶されており、これらが操舵制御時に必要に応じて読み出されるようになっている。

図３は、左側の後方並列駐車における車両１００の進む規範経路を示すものである。例えば、この左側の後方並列駐車においては、車両１００を、（１）の駐車基準位置から（２´）の折り返し位置を経て（３´）の最終駐車位置に移動させるが、このときコントローラ６の制御部が参照するマップ（転舵角のデータ）は、図４に示すようなものとなる。なお、（１）の駐車基準位置とは、車両１００が駐車枠２１と直交した姿勢において、車両１００の中心Ｇが駐車枠２１の中心線上に位置される、駐車枠２１に近接した位置のことを言う。また、図３，図４のうちの、（２）は、折り返し位置（２´）の手前の前進時の第１の目標位置を示し、（３）は、最終駐車位置（３´）の手前の後退時の第２の目標位置を示す。

ここで、図４のマップについて説明すると、このマップは駐車基準位置（１）からの車両１００の移動距離に対応する転舵角をプロットしたものであり、駐車基準位置（１）から最終駐車位置（３´）までのプロット点を結んだ特性線は以下のような車両挙動を意味することとなる。

即ち、駐車基準位置（１）の状態から車両１００が前進移動を開始すると、移動開始当初は右方向に転舵角を増大させてゆき、設定転舵角に達したところでその状態が維持される。そして、その後、転舵が中立方向に次第に戻され、車両１００が第１の目標位置（２）に達したところで転舵角が０°になり、そのまま折り返し位置（２´）に達するまでその転舵角が維持される。また、折り返し位置（２´）から車両１００が後退移動を開始すると、車両１００が第１の目標位置（２）に達するまでは転舵角が０°に維持され、その後、第１の目標位置（２）を超えたところから左方向に転舵角を増大させる。そして、転舵角が設定転舵角に達するとその転舵角が暫く維持され、さらにその後に転舵が中立方向に戻され、車両１００が第２の目標位置（３）に達したところで転舵角が０°になる。この転舵角は車両が最終駐車位置（３´）に後退するまでの間維持される。
以上の車両１００の一連の挙動は車両１００の目標とする規範経路を描くこととなる。

この実施形態においては、コントローラ６ａ内において前記のデータの呼び出しを行う部分がこの発明における規範経路設定手段３０を構成している（図１参照）。

一方、コントローラ６内の処理機能部には、図１に示すように制御手段３１が構成されており、この制御手段３１は、駐車時に自動操舵が開始されると、選択された駐車モードに応じたマップを記憶部６ａから呼び出し、車両１００の移動時の転舵角が常時マップ値に近づくように電動モータ４の出力を制御するようになっている。具体的には、コントローラ６は、駐車基準位置（１）からの車両１００の移動距離と転舵角とを常時検出し、そのときの移動距離に対応した目標転舵角を、マップ値を参照して求め、目標転舵角と実転舵角の偏差をゼロにするように電動モータ４の出力を制御する。ここで、駐車基準位置（１）からの車両１００の移動距離は、周知の前輪Ｗｆの周長と回転角センサ１９で検出した車輪の回転角との積によって求め、実転舵角は転舵角センサ２５の検出値から求める。

また、コントローラ６の記憶部６ａには、前述の車両１００の移動距離と転舵角の対応データ（以下、「出力データ」と呼ぶ。）の他に、電動モータ４への出力を禁止する転舵角領域のデータ（以下、「禁止データ」と呼ぶ。）が駐車モード毎に記憶されており、これらの禁止データも操舵制御時に必要に応じて読み出されるようになっている。

禁止データは、例えば、図４中に斜線を入れて示したようにマップの形で記憶されている。この図４に示す左側の後方並列駐車の例の場合、車両１００の移動位置に応じて以下のように出力を禁止する領域が設定されている。
＜基準駐車位置（１）と第１の目標位置（２）の間の移動位置＞
中立位置に対して左側転舵角がａ°を超える領域。
＜第１の目標位置（２）と折り返し位置（２´）の間の移動位置＞
中立位置に対して左側転舵角がａ°を超える領域と右側転舵角がａ°を超える領域。
＜折り返し位置（２´）と第２の目標位置（３）の間の移動位置＞
中立位置に対して右側転舵角がａ°を超える領域。
＜第２の目標位置（３）と最終駐車位置（３´）の間の移動位置＞
中立位置に対して左側転舵角がａ°を超える領域と右側転舵角がａ°を超える領域。

また、コントローラ内６の処理機能部には、前述の規範経路設定手段３０と制御手段３１の他に出力禁止手段３２が設けられている。この出力禁止手段３２は、前述の禁止データのマップを参照し、操舵制御中に車両１００の転舵角が禁止領域を超えるときに、電動モータ４に出力禁止信号を出力すると共に、制御手段３１に目標転舵角と実転舵角の偏差を０°に固定するリセット信号を出力する。

次に、駐車時に操舵制御が行われるときの作動を、左側の後方並列駐車を例にとって説明する。

まず、運転者がステアリングホイール１を直接操作し、目視確認を行いながら車両１００を駐車基準位置（１）まで移動させる。そこで運転者は一旦車両１００を停止させ、操作パネル１１上のモード選択スイッチ１５ａ〜１５ｄのうちの左側の後方並列駐車モードを選択し、その後にスタートスイッチ１６を押すとスタートスイッチ１６が点灯して操舵制御が開始される。

操舵制御が開始されると、コントローラ６内では駐車モードに応じた出力データのマップと禁止データのマップが読み込まれ、制御手段３１による電動モータ４の制御が行われる。

車両１００は、ブレーキペダル踏み込みの解除、若しくは、アクセル操作によって前進し、それに伴って出力データのマップ値に沿うように転舵角を制御する。これにより、車両１００は、図３に示すように右方向に姿勢を変化させながら前進し、第１の目標位置（２）に達した時点で転舵が中立状態に維持される。そして、車両１００が第１の目標位置（２）を過ぎ、駐車基準位置（１）からの車両１００の移動距離が設定値を超えたことがコントローラ６によって判断されると、モニター１０の表示と音声教示スピーカ９からの指示によって車両１００を停止させるべきことが運転者に伝えられる。これにより、運転者がブレーキペダルを踏み込み、折り返し位置（２´）で車両１００が停止すると、つづいて、音声教示スピーカ９による指示によってシフトレンジをＲに切り換えるべきことが運転者に伝えられる。

この後、運転者がシフトレンジをＲに切り換え、ブレーキペダルを徐々に解除し、必要に応じてアクセル操作を行うと、車両１００は後退を始め、再び出力データのマップ値に沿うように転舵角を制御する。これにより、車両１００は、左方向に姿勢を変化させながら後退し、第２の目標位置（３）に達した時点で転舵が中立状態に維持されるようになると共に、車両１００が第２の目標位置（３）に達したことがコントローラ６によって判断されると、再度、モニター１０の表示と音声教示スピーカ９からの指示によって車両を停止させるべきことが運転者に伝えられる。運転者がこの指示に従ってブレーキペダルを踏み込むと、車両１００は最終駐車位置（３´）において停車することとなる。

以上は基本的な左側の後方並列駐車の制御であるが、このような駐車時にシステム異常や電動モータ４の故障等によって車両１００の転舵角が図４に示す出力禁止領域を超えた場合には、コントローラ６内の出力制御手段３２は電動モータ４に出力禁止信号を出力し、それと同時に制御手段３１にリセット信号を出力する。これにより、電動モータ４による車両１００の操舵制御が停止し、モニター１０の表示と音声教示スピーカ９によって操舵制御が中止されたことが運転者に知らされる。したがって、図４のマップに従った後方並列駐車においては、駐車基準位置（１）から第１の目標位置（２）までの前進時と、第１の目標位置（２）から第２の目標位置（３）までの後退時に逆向きのａ°以上の転舵が禁止され、第１の目標位置（２）と折り返し位置（２´）の間と、第２の目標位置（３）と最終駐車位置（３´）の間では中立位置の左右のａ°以上の転舵が禁止される。

よって、この操舵制御装置を採用した車両１００においては、車両１００が運転者の予期しない方向に大きく転舵される不具合を確実に防止することができる。なお、以上では左側の後方並列駐車の場合を例に説明したが、他のモードの駐車においても同様である。

つづいて、他の実施形態を図６を参照して説明する。
この実施形態においては、出力禁止手段は、車両の転舵角が出力禁止領域（設定転舵領域）を超えた場合にあっても、時間や頻度等の設定許容条件を満たす間は電動モータの出力の禁止を行わないようにし、さらに、出力禁止領域内を区分けしてその区分け領域に応じて前記許容条件を変えるようにしている。

具体的には、図６では、出力禁止領域を中立舵角からの乖離幅に応じてＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３に区分けし、許容条件を、例えば、Ｌ_１では連続３０msec、Ｌ_２では連続１０msec、Ｌ_３では２msecのように決めている。したがって、この例の場合、Ｌ_１領域に入る転舵角が連続３０msec以上続いたときに出力禁止手段３２が電動モータ４の出力を禁止し、Ｌ_２領域、Ｌ_３領域では、これらの領域に入る転舵角が夫々１０msec以上、２msec以上続いたときに電動モータ４の出力を禁止する。

この操舵制御装置では、車両１００の転舵角が一時的に出力禁止領域（設定転舵角領域）を超えることがあっても即時に電動モータ４の出力を禁止せず、出力禁止領域への進入深さと、進入持続時間に応じて電動モータ４の出力を禁止することとなる。このため、外的要因等によって車両１００の転舵角が一時的に変化し、或いは、転舵角が一時的に異常値を出力した場合には、電動モータ４の出力が禁止されずに操舵制御が継続され、出力禁止領域を超える転舵が設定時間以上続いてシステムや電動モータ４等に異常がある可能性が本当に高まったときにだけ電動モータ４の出力が禁止される。

したがって、この操舵制御装置によれば、必要のない頻繁な操舵制御の停止が生じなくなり、運転者の利便性が高まる。特に、この実施形態のように出力禁止領域への進入深さが浅いほど許容する進入持続時間を長く設定するようにした場合には、システム異常等による経路の大きなずれ防止しつつ、必要外の操舵停止を最低限に抑えることができる。

以上では、車両の転舵角が設定時間以上連続して出力禁止領域に進入したときに電動モータ４の出力を禁止するようにしているが、所定時間当たりに出力禁止領域に進入する頻度や、出力禁止領域に進入する累積時間に応じて出力を禁止するようにしても良い。即ち、上記の例ではＬ_１領域では連続３０msec、Ｌ_２領域では連続１０msec、Ｌ_３領域では連続２msecとしたが、例えば、所定時間（例えば、１、２sec）の間に累積してＬ_１領域では３０msec以上、Ｌ_２領域では１０msec以上、のように設定し、所定時間内の出力禁止領域に侵入した累積時間が設定時間を越えれば出力を禁止するようにする。
また、出力禁止制御の判断要素として車両１００の速度を加え、車両１００の速度が速いほど許容条件を厳しくして電動モータ４の出力が早期に禁止されるようにしても良い。この場合、速度の増大によって車両１００が予期しない方向に大きく進行してしまうのをより効果的に防止することができる。

また、図７は、さらに別の実施形態の出力マップと禁止マップを重ねて示した図である。
この実施形態の操舵制御装置は、駐車時の走行範囲全域について、出力禁止領域（設定転舵角領域）を規範経路に沿う転舵角の左右に所定幅ａを持たせて設定するようにしている。出力禁止領域をこのように設定した場合には、転舵時における逆向きの異常転舵ばかりでなく、正規の転舵方向の過大転舵をも規制することができるため、操舵制御の信頼性をより高めることができる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、出力データと禁止データを予めマップのかたちで記憶するようにしたが、規範経路を演算によって求めたり、禁止領域を閾値として記憶したりすることも可能である。また、出力禁止領域（設定転舵角領域）を示すマップは駐車モード毎に固定であっても良いが、運転条件や車両１００の仕様等にあわせて自由に設定調整できるようにしても良い。
さらに、上記の実施形態では出力データのマップと禁止データのマップを一つのコントローラ６内に記憶させるようにしているが、出力データのマップをメインのコントローラに記憶させ、禁止データのマップを別のサブのコントローラに記憶させるようにしても良い。このようにした場合、サブのコントローラによってメインのコントローラの故障を監視し、メインのコントローラの故障の検出と出力の禁止をより確実なものとすることができる。

この発明の一実施形態を示す操舵制御装置の機能ブロック図。 同実施形態を示す車両の概略構成図。 同実施形態の作動を説明する模式図。 同実施形態の出力マップと禁止マップを重ねて記載した図。 同実施形態における操作パネルの平面図。 この発明の他の実施形態を示す図４と同様の図。 この発明のさらに別の実施形態を示す図４と同様の図。

符号の説明

３ 転舵機構
４ 電動モータ（転舵アクチュエータ）
３０ 規範経路設定手段
３１ 制御手段
３２ 出力禁止手段

Claims (2)

1. 車輪を転舵する転舵機構と、
   この転舵機構を駆動する転舵アクチュエータと、
   基準位置から目標位置までの車両の規範経路である移動距離に対する転舵角のデータを、予め記憶しておき必要に応じて呼び出して、若しくは、演算によって求めて設定する規範経路設定手段と、
   車両が前記規範経路に沿って走行するように前記転舵アクチュエータを制御する制御手段と、を備えた車両の操舵制御装置において、
   車両の転舵角が出力禁止領域を超える転舵アクチュエータの出力を禁止する出力禁止手段を設け、
   前記出力禁止領域を、前記規範経路に沿う転舵角を基準に所定の転舵角幅を超える領域として設定したことを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 前記出力禁止手段は、車両の転舵角が前記出力禁止領域を超えた場合にあっても、出力時間及び出力頻度の少なくともいずれかに基づいて設定される許容条件を満たす間は前記転舵アクチュエータの出力の禁止を行わないことを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。

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