JP4385030B2 - 車両の自動操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪を転舵するステアリングアクチュエータと、目標位置までの車両の移動軌跡を目標転舵角として記憶または算出する移動軌跡設定手段と、前記目標転舵角に基づいて前記ステアリングアクチュエータを駆動制御して車輪を転舵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。

かかる車両の自動操舵装置は、下記特許文献１により公知である。この自動操舵装置は予め設定した目標転舵角に実転舵角が一致するようにステアリングアクチュエータを駆動制御するものであり、車両がスタート位置に停止して自動操舵制御が開始されると、先ず実転舵角が目標転舵角の初期値（初期目標転舵角）に一致するようにステアリングアクチュエータが駆動され、実転舵角が初期目標転舵角に一致した後は車両の移動に応じて変化する目標転舵角にステアリングアクチュエータで実転舵角を追従させることで自動操舵制御が行われる。
特開平９−１９３６９１号公報

自動操舵制御により、例えばバック駐車／左モードを行う場合、自動操舵制御の開始後に先ずステアリングホイールを右方向に操作しながら車両をスタート位置から折り返し位置まで前進させ、次いでステアリングホイールを左方向に操作しながら車両を折り返し位置から目標位置まで後進させることになる。車両が自動操舵制御のスタート位置に停止したときの実転舵角は０°であることが望ましいが、実際には前記実転舵角がドライバーの操作に応じてその都度異なることは避けられない。

従って、スタート位置での実転舵角が０°位置から右転舵方向にずれている場合には、ステアリングアクチュエータがステアリングホイールを左転舵方向に駆動して実転舵角を０°に一致させた後に自動操舵制御を開始し、スタート位置での実転舵角が０°位置から左転舵方向にずれている場合には、ステアリングアクチュエータがステアリングホイールを右転舵方向に駆動して実転舵角を０°に一致させた後に自動操舵制御を開始することになる。

このように、バック駐車／左モードを行う場合に、ドライバーはステアリングホイールが右転舵方向に自動操舵されると予期しているにも関わらず、スタート位置での実転舵角のずれの方向に応じてステアリングホイールが右転舵方向に駆動されたり左転舵方向に駆動されたりすると、ドライバーは自動操舵制御に異常が発生したと勘違いして違和感を感じる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、自動操舵制御の開始時にステアリングホイールが予期せぬ方向に駆動されてドライバーに違和感を与えるのを防止することを目的とする。

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、車輪を転舵するステアリングアクチュエータと、目標位置までの車両の移動軌跡を目標転舵角として記憶または算出する移動軌跡設定手段と、前記目標転舵角に基づいて前記ステアリングアクチュエータを駆動制御して車輪を転舵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、車輪の実転舵角を検知する転舵角検知手段を備え、前記アクチュエータ制御手段は、転舵角検知手段が検知する車輪の実転舵角が所定の範囲内にあるときに前記ステアリングアクチュエータの駆動制御を開始するとともに、その駆動制御開始時の初期目標転舵角を、前記駆動制御開始時における前記目標転舵角の方向と同方向の前記所定の範囲外に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。

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、前記アクチュエータ制御手段は、前記転舵角検知手段により検知されるステアリングアクチュエータの駆動制御開始時の実転舵角が前記初期目標転舵角と一致するように、前記実転舵角を所定時間内あるいは車両が所定距離移動する間に徐々に変化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。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記アクチュエータ制御手段は、前記駆動制御開始時の実転舵角と前記初期目標転舵角との間に少なくとも一つの中間目標転舵角を設定することにより、前記実転舵角を前記初期目標転舵角に向けて徐々に変化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。

尚、実施の形態の制御部２２は本発明のアクチュエータ制御手段に対応し、実施の形態の記憶部２３は本発明の移動軌跡設定手段に対応し，実施の形態の前輪Ｗｆは本発明の車輪に対応する。

請求項１の構成によれば、車輪の実転舵角が所定の範囲内にあるときにステアリングアクチュエータの駆動制御を開始し、かつステアリングアクチュエータの駆動制御の開始時の初期目標転舵角を、駆動制御開始時における目標転舵角の方向と同方向の前記所定の範囲外に設定するので、前記駆動制御を開始するときの実転舵角の状態に関わらずにステアリングホイールが常に同じ方向に回転することになり、ステアリングホイールが予期する方向と逆方向に回転してドライバーに違和感を与えるのを防止することができ、しかも実転舵角を初期目標転舵角から目標転舵角へ滑らかに変化させることができる。

また請求項２の構成によれば、ステアリングアクチュエータの駆動制御開始時の実転舵角が初期目標転舵角と一致するように、実転舵角を所定時間内あるいは車両が所定距離移動する間に徐々に変化させるので、ステアリングアクチュエータによってステアリングホイールが急激に回転してドライバーに違和感を与えるのを防止することができる。

また請求項３の構成によれば、駆動制御開始時の実転舵角と初期目標転舵角との間に少なくとも一つの中間目標転舵角を設定し、実転舵角を中間目標転舵角を経て初期目標転舵角に向けて徐々に変化させるので、ステアリングホイールが急激に回転するのを確実に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の実施の形態を示すもので、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は初期目標転舵角と実転舵角とが不一致の場合の課題および解決手段を示す図、図５は初期目標転舵角と実転舵角との差が大きい場合の課題を示す図、図６は実転舵角を初期目標転舵角にゆっくりと一致させる手段を示す図、図７は実転舵角が初期目標転舵角に一致する前に車両が移動を開始した場合の解決手段を示す図、図８は実転舵角が初期目標転舵角に一致する前に車両が移動を開始した場合の他の解決手段を示す図である。

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、電動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。

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の回転角である実転舵角θを検知する転舵角検知手段Ｓａと、ステアリングホイール１の操舵トルクＴを検知する操舵トルク検知手段Ｓｂと、左右の前輪Ｗｆ，Ｗｆおよび左右の後輪Ｗｒ，Ｗｒの回転角を検知する回転角検知手段Ｓｃ…と、ブレーキペダル９の操作量を検知するブレーキ操作量検知手段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）を検知するシフトレンジ検知手段Ｓｅとからの信号が入力される。

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。

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に対する目標転舵角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の周長あるいは後輪Ｗｒの周長に、対応する回転角検知手段Ｓｃ，Ｓｃで検知した前輪Ｗｆあるいは後輪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、左右一対の回転角検知手段Ｓｃ，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。

制御部２２は、前記各検知手段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、前記ステアリングアクチュエータ７の作動を制御する。

次に、前述の構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。

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ホイール１を操作すると、操舵トルク検知手段Ｓｂがステアリングホイール１に入力された操舵トルクＴを検知し、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。

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。

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Ｓｆを操作してバック駐車／左モードを選択すると、制御部２２に接続されスピーカ（図示せず）が音声で「左バック駐車です」と報知する。続いてドライバーが自動駐車スタートスイッチＳｇをＯＮすると、スピーカが音声で「オートパーキング開始します」と報知して自動操舵制御が開始される。

続いてスピーカが「ゆっくり前進してください」と報知する。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と、制御部２２からの指令でステアリングアクチュエータ７が自動的に作動し、ドライバーが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。

車両Ｖが折り返し位置(2) に接近するとスピーカが「減速してください」と報知し、車両Ｖが折り返し位置(2) に達する「停車してシフトチェンジをしてください」と報知する。この報知に従ってドライバーが車両Ｖを停止させてシフトチェンジすると、スピーカが「ゆっくりバックしてください」と報知する。この報知に従ってドライバーが車両Ｖを後進させて目標位置(3) に接近するとスピーカが「減速してください」と報知し、車両Ｖが目標位置(3) に達する「停車してください」と報知する。そして車両Ｖが目標位置(3) に停車すると、スピーカが「オートパーキング終了します」と報知して自動操舵制御が終了する。

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／左モードの目標転舵角θｒｅｆと、転舵角検知手段Ｓａから入力された実転舵角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、目標転舵角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。

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。

更に、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。これらの場合には、スピーカが「途中終了します」と報知する。

次に、スタート位置(1) における目標転舵角θｒｅｆおよび実転舵角θについて考察する。

車両がスタート位置(1) に停止したとき、図４（Ａ）に示すように、自動操舵制御が開始される初期目標転舵角θｉｎｉが０°に設定されていると仮定する。このとき、実転舵角θはドライバーがスタート位置(1) まで車両を移動させる運転操作により異なり、実転舵角θが初期目標転舵角θｉｎｉと一致する０°であるとは限らない。また実転舵角θが所定の範囲、つまり実転舵角θが右方向（＋方向）に２０°以内かつ左方向（−方向）に２０°以内（ｂ領域およびｃ領域）にあるときに自動操舵制御が開始され、実転舵角θが＋２０°以上あるいは−２０°以下（ａ領域およびｄ領域）にあれば自動操舵制御は開始されないようになっている。自動操舵制御が開始されない場合、スピーカが「ハンドルを中央位置に戻して下さい」と報知し、それに応じてドライバーがステアリングホイール１を操作して実転舵角θを±２０°以内にすれば、自動操舵制御が開始される。

ところで従来の自動操舵装置は、実転舵角θが±２０°以内であって自動操舵制御が開始される場合、初期目標転舵角θｉｎｉと実転舵角θとの大小関係に応じてステアリングアクチュエータ７によりステアリングホイール１が回転する方向が変化する問題があった。

即ち、実転舵角θが−２０°〜０°のｃ領域にあるとき、実転舵角θを初期目標転舵角θｉｎｉに一致させるべくステアリングホイール１が右方向（＋方向）に自動操舵されるが、この右方向へのステアリングホイール１の操作は目標転舵角θｒｅｆが増加する方向と一致しているため、ドライバーが違和感を持つことはない。

一方、実転舵角θが０°〜２０°のｂ領域にあるとき、実転舵角θを初期目標転舵角θｉｎｉに一致させるべくステアリングホイール１が左方向（−方向）に自動操舵されるが、この左方向へのステアリングホイール１の操作は目標転舵角θｒｅｆが増加する方向と一致していないため、先ずステアリングホイール１が左方向に回転して実転舵角θを０°（つまり初期目標転舵角θｉｎｉ）に一致させた後、車両が前進を開始すると今度はステアリングホイール１を目標転舵角θｒｅｆに追従するように右方向に回転させることになり、ドライバーが違和感を持つ可能性がある。

このように、スタート位置(1) での実転舵角θが目標転舵角θｒｅｆが増加する方向に対して同方向にずれていると、自動操舵制御を開始したときに、先ずステアリングホイール１が目標転舵角θｒｅｆが増加する方向に対して逆方向に回転し、その後に目標転舵角θｒｅｆが増加する方向に対して同方向に回転するため、ドライバーに違和感を与える不具合がある。

そこで本実施の形態では、図４（Ｂ）に示すように、自動操舵制御が開始される初期目標転舵角θｉｎｉを、従来の０°ではなく、目標転舵角θｒｅｆが右方向に増加する場合（例えば、バック駐車／左モードの場合）には所定の範囲（θが−２０°〜＋２０°の範囲）よりも右方向のａ領域に設定する。逆に、目標転舵角θｒｅｆが左方向に増加する場合（例えば、バック駐車／右モードの場合）には所定の範囲（θが−２０°〜＋２０°の範囲）よりも左方向のｄ領域に設定する。

その結果、自動操舵制御が開始されるときに目標転舵角θｒｅｆが右方向（＋方向）に増加する場合には、初期目標転舵角θｉｎｉが実転舵角θよりも更に右側のａ領域に設定され、自動操舵制御が開始時にステアリングホイール１は右方向だけに転舵されることが保証されてドライバーの違和感が解消される。

また目標転舵角θｒｅｆが左方向（−方向）に増加する場合には、初期目標転舵角θｉｎｉが実転舵角θよりも更に左側のｄ領域に設定されるので、自動操舵制御が開始時にステアリングホイール１は左方向だけに転舵されることが保証されてドライバーの違和感が解消される。

尚、実転舵角θを検知する転舵角検知手段Ｓａが故障して固定の実転舵角θを出力した場合、その実転舵角θがａ領域あるいはｄ領域があれば自動操舵制御が開始されることはなく、また前記実転舵角θがｂ領域あるいはｃ領域があれば目標転舵角θｒｅｆが増加する方向に初期目標転舵角θｉｎｉが設定されるので、ステアリングホイール１が目標転舵角θｒｅｆが増加する方向と逆方向に回転することはない。

ところで、図５（Ａ）に示すように、スタート位置(1) での実転舵角θが初期目標転舵角θｉｎｉから遠く離れた位置（例えば、ｃ領域のｃ′位置）にあると、自動操舵制御の開始時の初期目標転舵角θｉｎｉおよび実転舵角θの偏差Ｅが大きくなり、図５（Ｂ）に示すように、実転舵角θを初期目標転舵角θｉｎｉに一致させるためのステアリングホイール１の回転が高速になってドライバーに違和感を与える可能性がある。

そこで、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、スタート位置(1) での実転舵角θと初期目標転舵角θｉｎｉとの間に中間目標転舵角θｒｅｆ′を設定し、これを所定時間Ｔをかけて徐々に目標転舵角θｒｅｆに一致させる。これにより、自動操舵制御の開始時にステアリングホイール１が高速で回転するのを防止し、ドライバーの違和感を解消することができる。

尚、実転舵角θが初期目標転舵角θｉｎｉに一致する前にドライバーが車両を移動させると、車両の移動開始と共に初期目標転舵角θｉｎｉが目標転舵角θｒｅｆに切り換わり、その目標転舵角θｒｅｆは時間の経過に応じて右方向（＋方向）に増加する。例えば、図７に示すように、時刻ｔ２に車両が移動を開始して初期目標転舵角θｉｎｉが目標転舵角θｒｅｆに切り換わったとする。この場合、時刻ｔ２〜時刻Ｔの中間目標転舵角θｒｅｆ′の増加率を、時刻ｔ０〜時刻ｔ２の中間目標転舵角θｒｅｆ′の増加率よりも高くすることで、所定時間Ｔの経過時に実転舵角θを目標転舵角θｒｅｆに一致させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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。

例えば、実施の形態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。

また実転舵角θが初期目標転舵角θｉｎｉに一致する前にドライバーが車両を移動させた場合に、図７に示す手法に代えて、図８に示すように、初期目標転舵角θｉｎｉを所定移動距離Ｘ１における目標転舵角θｒｅｆとして設定し、中間目標転舵角θｒｅｆ′を移動距離の増加に応じて初期目標転舵角θｉｎｉまで徐々に変化させ、所定距離Ｘ１で実転舵角θが目標転舵角θｒｅｆに一致するようにしても良い。

自動操舵装置を備えた車両の全体構成図 バック駐車／左モードの作用説明図 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 初期目標転舵角と実転舵角とが不一致の場合の課題および解決手段を示す図 初期目標転舵角と実転舵角との差が大きい場合の課題を示す図 実転舵角を初期目標転舵角にゆっくりと一致させる手段を示す図 実転舵角が初期目標転舵角に一致する前に車両が移動を開始した場合の解決手段を示す図 実転舵角が初期目標転舵角に一致する前に車両が移動を開始した場合の他の解決手段を示す図

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）
２３ 記憶部（移動軌跡設定手段）
Ｓａ 転舵角検知手段
Ｖ 車両
Ｗｆ 前輪（車輪）
θ 実転舵角
θｉｎｉ 初期目標転舵角
θｉｎｉ′ 中間目標転舵角
θｒｅｆ 目標転舵角

Claims (3)

1. 車輪（Ｗｆ）を転舵するステアリングアクチュエータ（７）と、
   目標位置までの車両（Ｖ）の移動軌跡を目標転舵角（θｒｅｆ）として記憶または算出する移動軌跡設定手段（２３）と、
   前記目標転舵角（θｒｅｆ）に基づいて前記ステアリングアクチュエータ（７）を駆動制御して車輪（Ｗｆ）を転舵するアクチュエータ制御手段（２２）と、
   を備えた車両の自動操舵装置において、
   車輪（Ｗｆ）の実転舵角（θ）を検知する転舵角検知手段（Ｓａ）を備え、
   前記アクチュエータ制御手段（２２）は、転舵角検知手段（Ｓａ）が検知する車輪（Ｗｆ）の実転舵角（θ）が所定の範囲内にあるときに前記ステアリングアクチュエータ（７）の駆動制御を開始するとともに、その駆動制御開始時の初期目標転舵角（θｉｎｉ）を、前記駆動制御開始時における前記目標転舵角（θｒｅｆ）の方向と同方向の前記所定の範囲外に設定することを特徴とする車両の自動操舵装置。
2. 前記アクチュエータ制御手段（２２）は、前記転舵角検知手段（Ｓａ）により検知されるステアリングアクチュエータ（７）の駆動制御開始時の実転舵角（θ）が前記初期目標転舵角（θｉｎｉ）と一致するように、前記実転舵角（θ）を所定時間内あるいは車両（Ｖ）が所定距離移動する間に徐々に変化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. 前記アクチュエータ制御手段（２２）は、前記駆動制御開始時の実転舵角（θ）と前記初期目標転舵角（θｉｎｉ）との間に少なくとも一つの中間目標転舵角（θｉｎｉ′）を設定することにより、前記実転舵角（θ）を前記初期目標転舵角（θｉｎｉ）に向けて徐々に変化させることを特徴とする、請求項２に記載の車両の自動操舵装置。

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