JP5014309B2 - 車両の自動操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両を自動操舵する装置に関する。

従来より、車両を自動操舵するための自動操舵装置が提案されており、たとえば、自動的に車庫入れや縦列駐車を行う際に自動操舵装置の活用が所望されている。

下記の特許文献１には、自動操舵の際に、運転者に進行操作を指示し、その結果移動した距離に応じて所定の操舵を自動的に行い、かつ車速を所定値以下にするようエンジンを制御する自動操舵システムが開示されている。
特開平９−１９３６９１号公報

電動モータにより実現されるステアリングアクチュエータを用いた自動操舵制御では、実舵角を目標舵角に一致させるため、目標舵角に応じた指示電流（目標電流）に実電流を一致させるよう電動モータを制御し、これによって車輪を転舵させる。

電動モータの電気的特性を簡単に表すと、以下のような式となる。該式において、モータの端子間電圧をＶＭ、インダクタンスをＬ、抵抗をＲ、誘起電圧定数をｋ、回転数をＮ、電流（実電流）をｉ、時間をｔで表している。
ＶＭ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）＋Ｒ・ｉ＋ｋ・Ｎ≒Ｒ・ｉ＋ｋ・Ｎ
よつて、電流ｉは、ｉ＝（ＶＭ−ｋ・Ｎ）／Ｒと表される。

端子間電圧ＶＭは、最大に印加した場合でもバッテリ電圧(ほぼ一定)までであり、抵抗Ｒは、ほぼ一定の定数とみなせるので、モータに通電可能な電流ｉは、モータの回転数Ｎによって決まる。自動操舵によって車輪を速く転舵する場合には、電動モータを高速に回転させる必要があるが、上記式に示されるように、モータの回転数Ｎが大きくなるにつれて、電流ｉは制限される。

ここで図９を参照すると、従来の自動操舵制御における、操舵角の目標舵角と実舵角、および、電動モータの指示電流と実電流の推移の一例が示されている。舵角については、所定の基準位置に対して右方向への転舵をプラスとし、左方向への転舵をマイナスとしている。電流については、右方向に転舵させるための電流をプラスとし、左方向に転舵させるための電流をマイナスとしている。

時間ｔ１において、車輪を転舵させるために目標舵角の変化を開始する。速い転舵を行うため、目標舵角の変化速度は大きくされている。目標舵角が変化すると、目標舵角と実舵角との間に偏差が生じる。この偏差を収束させようとして、指示電流の大きさ（絶対値）は増大する。しかしながら、上で述べたような理由により、モータに実際に通電可能な実電流には限界がある。そのため、時間ｔ１〜ｔ２においては、実電流は指示電流に追従できているものの、時間ｔ２以降は、実電流は指示電流に追従することができない状態が生じている。その結果、目標舵角と実舵角との間の偏差が大きくなり、この偏差を小さくしようとして、領域２０１に示すように、指示電流の大きさはさらに増加させられる。

しかしながら、指示電流には、モータが破壊しないように設けられた限界電流値を示す許容値（この実施例では、左に転舵するための電流の許容値のみ示されている）が決められており、指示電流は、この増大により、時間ｔ３〜ｔ４に示すように、該許容値に張り付いた状態となる。

目標舵角が、到達すべき値にまで変化すると、目標舵角が変化しなくなるので、時間ｔ４付近に示されるように、実舵角と目標舵角との間の偏差は小さくなり、実舵角は目標舵角に追いつく。したがって、領域２０３に示すように、指示電流の大きさも小さくなるが、指示電流は、許容値に張り付いた状態から小さくなり始めるため、実電流の大きさは、指示電流に一致しようとして増加を続ける。すなわち、指示電流の大きさは減少しているにかかわらず、実電流の大きさは増加を続ける。このため、実舵角の大きさ（絶対値）も増加し続けることとなる。

車両を小回りに旋回させるために目標舵角が所定の最大舵角付近に設定されていると、実電流の上記のような継続的な増加のために、領域２０５に示すように、実舵角は目標舵角を超えて最大舵角（この実施例では、左に転舵するときの最大舵角のみ示されている）に達することがある。車輪を転舵させる転舵機構には、該最大舵角に応じて機械的ストッパが設けられており、ステアリングハンドルの最大舵角以上の操舵を禁止している。実舵角が最大舵角に達すると、この転舵機構がストッパに当接する。実舵角の変化速度が大きいほど、当接する衝撃力が大きくなる。衝撃音が生じ、それによって商品性が低下するおそれがあるだけでなく、衝撃力が強いと、転舵機構に破損が生じるおそれがある。

このような衝撃を防止するため、従来は、指示電流に実電流が追従可能な範囲内で、目標舵角の変化速度を制御したり、実舵角が目標舵角を超えても最大舵角に至らないように、目標舵角の変化する範囲を、最大舵角から離れた範囲に設定する必要があった。いすれの場合も、車輪が遅く転舵されることになったり、変化させる舵角自体を小さくすることになるので、車両を小回りに旋回させるための障害となりうる。

したがって、上記のような衝撃が生じるのをより確実に防止しつつ、車両を小回りに旋回させることを可能にする自動操舵制御が望まれている。

この発明の一つの側面によると、車両の自動操舵装置は、車両の車輪を操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目標移動軌跡に従って予め設定された目標舵角に基づいて、ステアリングアクチュエータに通電すべき指示電流を算出する指示電流算出手段と、ステアリングアクチュエータに通電する実電流が指示電流に収束するよう、ステアリングアクチュエータを制御する制御手段と、を備え、指示電流および実電流との間の偏差の大きさが所定値以上であるとき、制御手段は、指示電流算出手段によって前回算出された値に指示電流を保持し、該保持された値の指示電流を用いてステアリングアクチュエータの制御を行う。

この発明によれば、指示電流と実電流の間の偏差の大きさが大きくなった場合、すなわち実電流が指示電流に追従しきれていない状態においては、指示電流を、更新することなく前回値に保持するので、指示電流のさらなる変化によって実電流との偏差の大きさをさらに大きくしてしまうことを防止することができる。したがって、実電流は、指示電流に早期に一致することができる。実電流が指示電流に良好に追従することができるようになるので、目標舵角が最大舵角近傍に設定されても、実舵角が、目標舵角をオーバーシュートして最大舵角に到達するのを防止することができる。したがって、実舵角の最大舵角への到達によって生じうる衝撃音や転舵機構の破損を、より確実に防止することができる。

この発明の一実施形態では、さらに、指示電流算出手段によって今回算出された値の指示電流が、指示電流および実電流との間の偏差の大きさを増大させる方向に変化させることになるかどうかを判断する判断手段を備え、制御手段は、さらに、判断手段によって今回算出された値の指示電流が前記偏差の大きさを増大させる方向に変化させることになると判断されたとき、前記前回算出された値に指示電流を保持する。

この発明によれば、指示電流と実電流の間の偏差の大きさが増大すると判断された場合に、指示電流を前回値に保持するので、該偏差の大きさが減少すると判断された場合には、指示電流の変化を許容することができる。したがって、偏差の大きさが増大する場合には該偏差が広がらないようにすると共に、該偏差の大きさが減少する場合には該偏差をより小さくするように指示電流を制御することができるようになり、より精細な制御を実現することができる。

本発明のその他の特徴及び利点については、以下の詳細な説明から明らかである。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。

図１は、この発明の一実施形態に従う、車両の自動操舵装置の全体構成図であり、図２はバック駐車／左モードの作用説明図であり、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。ステアリングハンドル１と操舵輪である前輪Ｗｆ，Ｗｆとが、ステアリングハンドル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。運転者によるステアリングハンドル１の操作をアシストすべく、あるいは後述する駐車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を備えており、制御部２２には、ステアリングハンドル１の回転角である実舵角θを検出する実舵角センサ（検出手段）Ｓａと、ステアリングハンドル１の操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ（検出手段）Ｓｂと、車輪Ｗｆ，Ｗｆ；Ｗｒ，Ｗｒの回転角を検出する車輪回転角センサ（検出手段）Ｓｃ…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）を検出するシフトレンジ検出手段Ｓｅとからの信号が入力される。

操舵制御装置２１は、中央処理装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えるコンピュータである電子制御装置（ＥＣＵ）に実現されることができる。この場合、制御部２２の機能を実現するコンピュータプログラムはメモリに格納され、ＣＰＵが該プログラムを読み出して実行する。また、記憶部２３はメモリに実現されることができる。代替的に、操舵制御装置２１を、ハードウェアとソフトウェア（コンピュータプログラム）の組み合わせにより実現するようにしてもよい。

図３を併せて参照すると明らかなように、運転者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（右バック）、バック駐車／左モード（左バック）、縦列駐車／右モード（右縦列）および縦列駐車／左モード（左縦列）のいず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で選択したいず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。これらのスイッチは、運転者が操作可能なように、たとえば車両Ｖのインスツルメントパネルに設けられることができる。

記憶部２３には、上記４種類の駐車モードのそれぞれについてのデータ、すなわち、目標位置に駐車するために設定された目標移動軌跡に従う、車両Ｖの移動距離Ｘに対する目標舵角θｒｅｆの関係が、予めテーブルとして記憶されている（図２の（ｂ）を参照）。車両Ｖの移動距離Ｘは、既知である車輪Ｗｆ，Ｗｆ；Ｗｒ，Ｗｒの外周長（タイヤの半径）に、車輪回転角センサＳｃ…で検出した車輪Ｗｆ，Ｗｆ；Ｗｒ，Ｗｒの回転角を乗算することにより求められる。なお、該移動距離Ｘの算出には、車輪回転角センサＳｃ…の出力のハイセレクト値（最大値）、ローセレクト値（最小値）、あるいは平均値を使用することができる。

制御部２２は、各検出手段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、ステアリングアクチュエータ７の作動を制御すると共に、液晶モニター、スピーカ、ランプ、チャイム、ブザー等を備え、運転者に様々な報知を行う操作段階教示装置１１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（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が一般的なパワーステアリング制御装置として機能する電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モードとなる。具体的には、運転者が車両Ｖを旋回させるべくステアリングハンドル１を操作すると、操舵トルクセンサＳｂがステアリングハンドル１に入力された操舵トルクＴを検出し、制御部２２は、該操舵トルクＴを用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が操舵され、運転者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、操舵制御装置２１が自動操舵装置として機能する自動操舵制御モードの内容を説明する。左バック駐車を行う場合、目標駐車位置は駐車スペースの中心となるから、運転者は、図２（ａ）の位置Ａ１に示すように、駐車スペースＰの入口辺Ｐｅの端部Ｘ１に、車両Ｖに予め設けられた開始位置マークＭを目視により合わせ、かつ駐車スペースＰの入口辺Ｐｅと、車両の開始位置マークＭを通る車幅方向のラインとが垂直となるように、車両Ｖを駐車させる。

運転者がモード選択スイッチＳｆによって左バック駐車を選択すると、選択されたスイッチが点灯し、教示装置１１は、「左バック駐車です。」と運転者へ報知する。選択した駐車モードに間違いがなければ、運転者はハンドル１から両手を離し、自動操舵スタートスイッチＳｇをＯＮにする。なお、これらのスイッチ入力は、車速がゼロであること、ブレーキ９が操作されていること、ハンドル１の実舵角が所定範囲内にあること（たとえば、±２０度）の条件を満たさないと無視される。これらの条件を満たしていれば、スイッチ入力は受け付けられ、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モードから、自動操舵制御モードへと移行する。電動パワーステアリングとして動作していたステアリングアクチュエータ７は、自動操舵制御モードが終了するまでの間、自動操舵を実現するよう制御部２２により制御されることになる。

自動操舵スタートスイッチＳｇが点灯し、教示装置１１により「ゆっくり前進してください」と報知および前進の表示があるので、運転者は、ブレーキ９をゆるめて車両を前進させると、車輪回転角センサＳｃの出力パルス数の積算から、車輪の回転角Θが検出される。車輪の回転角Θと車輪のタイヤの半径ｒから、車両の移動距離Ｘ＝ｒΘが算出される。制御部２２は、図２（ｂ）のような記憶部２３に格納されている左バック駐車モード用の目標移動軌跡テーブルから、該移動距離Ｘに対応するハンドル１の目標舵角θｒｅｆを読み出す。

制御部２２は、実舵角センサＳａにより検出された実舵角θが、該読み出した目標舵角θｒｅｆと等しくなるように、ステアリングアクチュエータ７を制御して、操舵車輪Ｗｆ，Ｗｆを自動的に転舵する。

この左バック駐車の場合、図２（ｂ）のテーブルに設定された目標移動軌跡は、距離ａの前進直進部、距離ｂの右保舵部（右に転舵した状態を保持して走行）、距離ｃの前進直進部、距離ｄの左保舵部（左に転舵した状態を保持して走行）、および距離ｅの後進直進部とから成っている。

まず、車両Ｖが位置Ａ１からＡ２に前進するときは、右側への操舵が行われる。進行方向を前進から後退に変化する位置すなわちシフトチェンジ位置（図２（ａ）の位置Ａ２）まで車両が前進すると、教示装置１１により、「停車してシフトチェンジをしてください」と報知およびシフトチェンジの表示がある。運転者は、車両を停車させ、シフト位置を前進から後退へ変更する。これが、シフトレンジ検出手段Ｓｅにより検出されると、教示装置１１により、「ゆっくり後退してください」と報知および後退の表示があるので、運転者は後退を開始する。なお、シフトチェンジが行われた位置までに、実際に行き過ぎた距離は記憶しておくことができ、車両が後退するときに、該行きすぎの距離をキャンセルして、シフトチェンジ位置の行きすぎによる駐車位置のずれを防ぐことができる。

車両Ｖが位置Ａ２から位置Ａ３に後退するときは、左側への転舵が行われる。自動操舵により車両が駐車位置（図２（ａ）の位置Ａ３）まで後退すると、教示装置から「左バック駐車終了です、停車してください」と報知および停車の表示がある。運転者により車両が停車したことが車輪回転角センサＳａの出力から検知された場合、あるいはシフトレバーが後退位置から操作されたことがシフトレンジ検出手段Ｓｅにより検出された場合、自動操舵制御モードは終了する。

上記のような正常終了以外に、自動操舵スタートスイッチＳｇがＯＦＦにされた場合、車速が終了判定条件を満たした場合、運転者がハンドル１を操作して操舵トルクＴが終了判定条件を満たした場合においても、「自動操舵制御中止です」と教示した後、速やかに自動操舵を中止する。これにより、電動パワーステアリングモードに移行し、ステアリングアクチュエータ７は電動パワーステアリングとして動作し、運転者のステアリング操作をアシストする。

なお、自動操舵の開始位置は、この実施例では位置Ａ１のように開始位置マークＭを駐車スペースＰの入口辺Ｐｅの端部Ｘ１に合わせたが、該マークを合わせる場所を駐車スペースＰの入口辺Ｐｅの他方の端部Ｘ２あるいは該入口辺Ｐｅの中心（Ｘ１とＸ２の中央）にし、この位置を開始位置としてもよい。この開始位置に合わせて、記憶部２３に記憶される目標移動軌跡テーブルは予め作成される。また、マークＭの代わりに、ドアミラー等を使用してもよい。

図４は、操舵制御装置２１のより詳細な構成を示す。制御部２２は、ＥＰＳ指示電流算出部５１、指示電流切替部５３、および電流制御部５５を備える。ＥＰＳ指示電流算出部５１は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モード用の、電動モータからなるステアリングアクチュエータ７に通電すべき指示電流（目標電流）を算出する。具体的には、ＥＰＳ指示電流算出部５１は、操舵トルクセンサＳｂにより検出された操舵トルクＴと、検出された車速（車速センサ（図示せず）により検出されることができる）に基づいて、指示電流ＩＴ１を算出する。指示電流切替部５３は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モードで動作している間、電流制御部５５に渡す指示電流ＩＴとして、ＥＰＳ指示電流算出部５１により算出された指示電流ＩＴ１を選択する。

他方、制御部２２は、自動操舵制御モード用に、移動距離算出部６１、目標舵角算出部６３および舵角制御部６５を備える。記憶部２３には、前述したように、スイッチＳｆにより選択可能な駐車モードのそれぞれについて、目標移動軌跡に沿って設定された、移動距離Ｘに対する目標舵角θｒｅｆを規定したテーブル（目標移動軌跡テーブル）が記憶されている。移動距離算出部６１は、前述したように、車輪回転角センサＳｃによって検出された車輪の回転角Θおよびタイヤの半径ｒから移動距離Ｘ＝ｒΘを算出する。目標舵角算出部６３は、スイッチＳｆにより選択された駐車モードに対応する目標移動軌跡テーブルを記憶部２３から読み出し、算出された移動距離Ｘに基づいて該テーブルを参照し、該移動距離Ｘに対応する目標舵角θｒｅｆを求める。

舵角制御部６５は、所定の制御手法を用いて（この実施例では、Ｉ−ＰＤ制御であり、詳細は後述される）、実舵角センサＳａにより検出された実舵角θを、該求めた目標舵角θｒｅｆに一致させるための指示電流ＩＴ２を算出する。また、舵角制御部６５は、詳細は後述するように、ステアリングアクチュエータ７の電動モータに実際に通電している実電流ＩＭと、指示電流ＩＴ２との間の偏差の大きさが増大しないように、該指示電流ＩＴ２を制御する。

指示電流切替部５３は、自動操舵スタートスイッチＳｇがＯＮにされて自動操舵制御モードが開始してから、該モードが終了するまでの間、電流制御部５４に渡すべき指示電流ＩＴとして、舵角制御部６５により算出された指示電流ＩＴ２を選択する。

ステアリングアクチュエータ７の電動モータに実際に通電している実電流ＩＭは、所定のセンサにより検出される。電流制御部５５は、該実電流ＩＭが、指示電流切替部５３から受け取った指示電流ＩＴに一致するように、フィードバック制御を実行して制御信号を生成し、該制御信号によって該電動モータを駆動する。フィードバック制御には、任意の適切な制御手法（たとえば、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御等）を用いることができる。

こうして、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モードでは、検出された実電流ＩＭを指示電流ＩＴ１に収束させるよう該電動モータは制御され、自動操舵制御モードでは、該検出された実電流ＩＭを指示電流ＩＴ２に収束させるように電動モータは制御される。

次に、図５を参照して、本願発明の一実施例に従う舵角制御部６５のより詳細な構成を説明する。図において、ｚ^―１は、遅延素子を示す。

この実施例では、指示電流ＩＴ２の算出に、比例・微分先行型ＰＩＤ制御（Ｉ−ＰＤ制御）の速度型アルゴリズムが用いられており、ＩＰＤ制御部７１により、以下の式（１）〜（４）に従う演算が行われる。ここで、ｋは制御時刻を示す。
ｐ（ｋ）＝θ（ｋ−１）−θ（ｋ） （１）
ｄ（ｋ）＝ｐ（ｋ）―ｐ（ｋ−１） （２）
ｉ（ｋ）＝θｒｅｆ（ｋ）―θ（ｋ） （３）
ＤＩＴ２（ｋ）＝Ｋｐ・ｐ（ｋ）＋Ｋｄ・ｄ（ｋ）＋Ｋｉ・ｉ（ｋ） （４）

具体的に述べると、実舵角の前回値θ（ｋ−１）と今回値（ｋ）との間の偏差ｐ（ｋ）を算出すると共に、該偏差の今回値ｐ（ｋ）と前回値ｐ（ｋ−１）との間の偏差（これは、微分値となる）の今回値ｄ（ｋ）を算出する。他方、目標舵角θｒｅｆ（ｋ）と実舵角θ（ｋ）との間の偏差ｉ（ｋ）を算出する。指示電流の変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）を、所定の比例ゲインＫｐ、微分ゲインＫｄおよび積分ゲインＫｉを用いて、式（４）のように算出する。

指示電流保持部７３は、実電流の今回値ＩＭ（ｋ）と、指示電流の前回値ＩＴ２（ｋ−１）との間の偏差の大きさに基づいて、その出力を変化させる。具体的には、該偏差の大きさが所定値以上であれば、ＩＰＤ制御部７１により算出された指示電流変化分ＤＩＴ２（ｋ）ではなく、値ゼロを、変化分ＤＩＴ２’（ｋ）として出力する。他方、該偏差の大きさが所定値未満であれば、ＩＰＤ制御部７１により算出された指示電流変化分ＤＩＴ２（ｋ）を、変化分ＤＩＴ２’（ｋ）として出力する。こうして、実電流と指示電流の間の偏差の大きさが大きいときには、指示電流を、変化させることなく前回値に保持する。これにより、該偏差の大きさがより広がるのを防止することができる。

加算器７５は、指示電流保持部７３により出力された変化分ＤＩＴ２’（ｋ）を、指示電流の前回値ＩＴ２（ｋ−１）に加算し、指示電流の基本値ＩＴ２ｂ（ｋ）を算出する。

好ましくはリミッタ７７が設けられる。電動モータに通電可能な電流の大きさには上限があり、図６に示すように、これは、飽和値±ＩＴ２ｔｈにより画定される。リミッタ７７は、該飽和値より大きくならないように、指示電流の基本値ＩＴ２ｂに制限をかけ、最終的な指示電流ＩＴ２を出力する。

具体的には、加算器７５により算出された指示電流基本値ＩＴ２ｂ（ｋ）が飽和値ＩＴ２ｔｈより大きければ、該飽和値ＩＴ２ｔｈを、指示電流ＩＴ２（ｋ）として出力する。該算出された指示電流基本値ＩＴ２ｂ（ｋ）が飽和値−ＩＴ２ｔｈより小さければ、該飽和値−ＩＴ２ｔｈを、指示電流ＩＴ２（ｋ）として出力する。また、該算出された指示電流基本値ＩＴ２ｂ（ｋ）が、飽和値−ＩＴ２ｔｈ以上であり、かつ飽和値ＩＴ２ｔｈ以下であれば、該算出された指示電流基本値ＩＴ２ｂ（ｋ）が、指示電流ＩＴ２（ｋ）として出力される。

従来の舵角制御と異なる点は、指示電流保持部７３が設けられている点である。従来は、所定の制御により算出された指示電流変化分ＤＩＴ２（ｋ）を、指示電流の前回値ＩＴ２（ｋ−１）に加算し、該加算により得た値にリミッタ７７を適用して、指示電流ＩＴ２を算出していた。このような構成とすると、図９を参照して述べたように、実電流の実際の限界のために実電流が指示電流に追従することができない場合でも、実電流と指示電流の間の偏差の大きさが増大し続け、その結果、実舵角が目標舵角に対してオーバーシュートしたり、最大舵角に突き当たったりするおそれがある。これは、衝撃音や転舵機構の破損に至るおそれがある。

本願発明によれば、指示電流保持部７３が設けられ、該保持部７３の働きにより、実電流と指示電流との間の偏差が大きいとき、すなわち実電流が指示電流に追従することができていないときには、指示電流を更新することなく保持する。これにより、さらに偏差が広がるよう指示電流が変化するのが防止される。したがって、実電流と指示電流との間の偏差が所定範囲内に収まるような制御を行うことができ、該偏差の増大に起因した衝撃音や破損等を防止することができる。

なお、この実施例では、舵角制御部６５の制御手法を、Ｉ−ＰＤ制御の速度型アルゴリズムを用いているが、他の任意の適切な制御手法を用いてもよい（たとえば、通常のＰＩＤ制御等）。また、図５には、舵角制御部６５を、わかりやすく説明するため、ハードウェア構成要素のブロック図として表しているが、当然ながら、ＩＰＤ制御部７１〜リミッタ７７を、ソフトウェア（コンピュータプログラム）として実現することができ、また、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実現してもよい。

次に、図７を参照して、指示電流保持部７３により実行されるプロセスのフローを説明する。この実施例では、指示電流ＩＴ１およびＩＴ２は、所定の時間間隔で算出されると共に、実電流ＩＭも該所定の時間間隔で検出される。したがって、図７のプロセスも、該所定の時間間隔で実行される。前述したように、ｋは制御時刻を表す。

ステップＳ７０１において、指示電流の前回値ＩＴ２（ｋ−１）と、今回検出された実電流ＩＭ（ｋ）との間の偏差（ＩＴ２（ｋ−１）−ＩＭ（ｋ））を算出する。

ステップＳ７０２において、ステップＳ７０１で算出された偏差の絶対値｜ＩＴ２（ｋ−１）−ＩＭ（ｋ）｜が、所定値（たとえば、３アンペア）以上かどうかを判断する。ステップＳ７０２の判断がＮｏであるとき、すなわち該偏差の絶対値が該所定値未満であれば、偏差が小さいことを示し、これは、実電流ＩＭが、所定範囲内で指示電流ＩＴ２に追従していることを示す。したがって、ステップＳ７０７において、図５を参照して説明したように所定の制御（この実施例では、Ｉ−ＰＤ制御）により算出された指示電流変化分ＤＩＴ２（ｋ）を、ＤＩＴ２’（ｋ）に設定する。こうして、指示電流ＩＴ２は、前回値に保持されることなく、今回値に更新される。

他方、ステップＳ７０２の判断がＹｅｓであるとき、すなわち該偏差の絶対値が該所定値以上であれば、偏差が大きいことを示し、これは、実電流ＩＭが、所定範囲内で指示電流ＩＴ２に追従していないことを示す。この場合、ステップＳ７０３に進む。

この実施例では、より良好な精度で指示電流の保持判断を行うため、ステップＳ７０３からステップＳ７０５において、該偏差の方向と指示電流変化分ＤＩＴ２の方向とを判断する。すなわち、ステップＳ７０３において、偏差（ＩＴ２（ｋ−１）―ＩＭ（ｋ））の符号が、プラス（＋）かマイナス（−）かを判断する。ここで、プラスの符号は、車輪を右に転舵させる方向に電動モータを回転させる電流方向を示し、マイナスの符号は、車輪を左に転舵させる方向に電動モータを回転させる電流方向を示すとする。符号がプラスすなわち右への転舵を示す場合、ステップＳ７０４に進み、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）の符号が、プラスかマイナスかを判断する。ここでの変化分ＤＩＴ２の符号も、偏差の符号と同様に、プラスの符号は、車輪を右に転舵させる方向に電動モータを回転させる電流方向を示し、マイナスの符号は、車輪を左に転舵させる方向に電動モータを回転させる電流方向を示すとする。

ステップＳ７０４において指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）の符号がプラスのとき（右に転舵）、これは、偏差の符号と方向が一致するので、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）は、現在の指示電流ＩＴ２と実電流ＩＭとの間の偏差の大きさを、さらに増大するよう作用することを示す。指示電流ＩＴ２と実電流ＩＭの偏差がさらに広がるのを防止するため、ステップＳ７０６において、ＤＩＴ２’（ｋ）にゼロを設定し、指示電流ＩＴ２を、更新することなく前回値に保持する。

ステップＳ７０４において指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）の符号がマイナスのとき（左に転舵）、これは、偏差の符号と逆方向を示すので、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）は、現在の指示電流ＩＴ２と実電流ＩＭとの間の偏差の大きさを、減少するよう作用することを示す。したがって、ステップＳ７０７に進み、ＤＩＴ２’（ｋ）に、今回算出された変化分ＤＩＴ２（ｋ）を設定し、指示電流ＩＴ２を、前回値に保持することなく、今回値に更新する。

なお、算出された指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）がゼロ値を持つ場合が起こりうる。この場合は、ステップＳ７０４の判断において、ステップＳ７０６に進むようにしてもよいし、ステップＳ７０７に進むようにしてもよい。ＤＩＴ２（ｋ）＝０であるので、いずれのステップに進んでも、ＤＩＴ２’（ｋ）＝０となり、結果として、指示電流ＩＴ２の値は更新されない。

ステップＳ７０３に戻り、偏差の符号がマイナスのとき（左に転舵）、ステップ７０５に進み、ステップＳ７０４と同様に、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）の符号を判断する。該符号がマイナスのとき（左に転舵）、これは、偏差の符号と方向が一致するので、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）は、現在の指示電流ＩＴ２と実電流ＩＭとの間の偏差の大きさを、さらに増大するよう作用することを示す。指示電流ＩＴ２と実電流ＩＭとの間の偏差がさらに広がるのを防止するため、ステップＳ７０６において、ＤＩＴ２’（ｋ）にゼロを設定し、指示電流ＩＴ２を、更新することなく前回値に保持する。

ステップＳ７０５において、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）の符号がプラスのとき（右に転舵）、これは、偏差の符号と逆方向を示すので、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）は、現在の指示電流ＩＴ２と実電流ＩＭとの間の偏差を、減少するよう作用することを示す。したがって、ステップＳ７０７に進み、ＤＩＴ２’（ｋ）に、今回算出された変化分ＤＩＴ２（ｋ）を設定し、指示電流ＩＴ２を、前回値に保持することなく、今回値に更新する。

ステップＳ７０４と同様に、ステップＳ７０５においても、指示電流変化分の今回値ＤＩＴ２（ｋ）がゼロ値を持つ場合には、ステップＳ７０６に進むようにしてもよいし、ステップＳ７０７に進むようにしてもよい。ＤＩＴ２（ｋ）＝０であるので、いずれのステップに進んでも、ＤＩＴ２’（ｋ）＝０となり、結果として、指示電流ＩＴ２の値は更新されない。

このように、指示電流保持部７３により、実電流ＩＭが、所定範囲内で指示電流ＩＴ２に追従するよう、電動モータに通電する電流が制御される。また、図７のステップＳ７０３〜Ｓ７０５に示すように、実電流ＩＭと指示電流ＩＴ２との間の偏差の符号と、指示電流変化分ＤＩＴ２の符号とが一致している場合に限り、指示電流を保持しており、一致していない場合には、指示電流を変化させている。したがって、指示電流の更新によって実電流と指示電流の間の偏差が広がる場合にのみ指示電流を保持し、指示電流の更新によって実電流と指示電流の間の偏差が小さくなる場合には、指示電流の更新を許容することができる。こうして、実電流がより良好に指示電流に追従するよう指示電流をより精細に制御することができる。

図８は、この発明に従う、自動操舵制御のシミュレーション結果を示す。図には、前述した図９と同様に、操舵角についての目標舵角と実舵角の推移、および電動モータの電流についての指示電流と実電流の推移が示されており、舵角については、所定の基準位置に対して右方向への転舵をプラスとし、左方向への転舵をマイナスとしている。電流については、右方向に転舵させるための電流をプラスとし、左方向に転舵させるための電流をマイナスとしている。図９と比較しながら、図８を参照して本願発明の効果を説明する。

図８の時間ｔ１において、目標舵角θｒｅｆが変化し始めると、実舵角θとの偏差が生じる。この偏差を解消するため、指示電流の大きさ（絶対値）が増加する。

前述したように、実電流の大きさには限界がある。従来の図９の自動操舵制御では、この限界のために実電流が指示電流に追従できなくなっても、目標舵角と実舵角の偏差が解消されていない間は、領域２０１（時間ｔ２〜ｔ３）に示されるように、指示電流の大きさを増加し続けていた。その結果、指示電流は、所定の許容値に張り付いた状態となることがあり、実電流は、指示電流に追従することができない（時間ｔ３〜ｔ４）。

それに対し、図８の本願発明に従う制御では、前述したように、実電流と指示電流との偏差の大きさが所定値以上に広がらないように指示電流を制御する。すなわち、指示電流と実電流との偏差の大きさが所定値以上である場合には、指示電流を前回値に保持して指示電流の大きさの増加を禁止し、該所定値未満である場合には、指示電流の大きさを増加させる。したがって、時間ｔ２〜ｔ３の領域３０１に示すように、指示電流が許容値に張り付いた状態になることが防止され、実電流（領域３０１に示される２本のグラフの上側）は、所定範囲内の偏差を維持しつつ、指示電流（該２本のグラフの下側）に追従することができる。

図８において、目標舵角θｒｅｆが到達すべき値にまで変化すると、目標舵角θｒｅｆが変化しなくなり、時間ｔ３付近に示されるように、実舵角θと目標舵角θｒｅｆとの間の偏差が小さくなる。それに応じて指示電流の大きさは減少する。

ここで、従来の図９の制御では、領域２０３を参照して前述したように、指示電流は、その増大した後の値（図９の場合には、許容値）から減少することになり、よって、実電流が指示電流に一致するまでに時間がかかると共に、該一致するときまで、実電流の大きさは増加し続ける。実電流の大きさが増加し続けることにより、実舵角の大きさ（絶対値）も増加し続ける。その結果、領域２０５に示すように、目標舵角を超えるオーバーシュートを生じたり、それによって最大舵角に達するおそれがあり、これは、衝撃音を生じさせたり転舵機構に破損を起こすおそれがある。

それに対し、本願発明の図８の制御では、指示電流は、実電流から所定値以上の偏差が生じないように制御されており、許容値に張り付くことはない。したがって、指示電流は、許容値のような実電流と大きな偏差を持つ値からの減少とはならず、領域３０３に示すように、実電流との偏差が小さい前回値（該指示電流の前回値）から減少することになるので、実電流と早期に一致することができる（時間ｔ３付近）。一致したならば、実電流の大きさは、指示電流と共に減少し始める。実電流の大きさの減少が早期に開始されるので、実舵角も、目標舵角に早期に一致することができる。

また、従来の図９の制御では、指示電流に一致しようとして実電流の大きさが増加し続けることにより、実舵角の大きさも増加し続けるという状態が生じていたが、本願発明の図８の制御では、このような実電流および実舵角の増加継続が防止されている。結果として、領域３０５に示すように、実舵角を、オーバーシュートすることなく目標舵角に収束させることができる。したがって、目標舵角が最大舵角に近い値に設定されても、実舵角が最大舵角に達するのを防止することができる。よって、衝撃音や転舵機構における破損を、より確実に防止することができる。

こうして、本願発明では、前述したように従来の制御において必要とされうる制限、すなわち、指示電流に実電流が追従可能な範囲内で目標舵角の変化速度を制御したり、実舵角が最大舵角に至らないよう目標舵角の変化する範囲を該最大舵角から離れた範囲に設定するというような制限は必要とされない。したがって、車両を小回りに旋回させることができる。

以上のように、この発明の特定の実施形態について説明したが、本願発明は、これら実施形態に限定されるものではない。

この発明の一実施例に従う、車両の自動操舵装置の全体的な構成を示す図。 この発明の一実施例に従う、バック駐車／左モードの作用を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、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。 この発明の一実施例に従う、操舵制御装置の詳細なブロック図。 この発明の一実施例に従う、舵角制御部の詳細な構成図。 この発明の一実施例に従う、リミッタの動作を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、指示電流保持部による処理を示すフローチャート。 この発明の一実施例に従う、自動操舵制御による舵角および電流の推移を示す図。 従来の自動操舵制御による舵角および電流の推移を示す図。

符号の説明

１ ステアリングハンドル
７ ステアリングアクチュエータ
２２ 制御部
２３ 記憶部
６５ 舵角制御部
７３ 指示電流保持部
Ｓａ 実操舵角センサ（検出手段）Ｖ 車両

Claims (2)

1. 車両の車輪を操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目標移動軌跡に従って予め設定された目標舵角と現在の舵角とに基づいて、前記ステアリングアクチュエータに通電すべき電流値を所定のタイミングで繰り返し算出して、指示電流値として出力する指示電流算出手段と、
   前記ステアリングアクチュエータを流れる実電流値が前記指示電流値に収束するよう、前記ステアリングアクチュエータの動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記指示電流算出手段は、前回出力した前記指示電流値と現在の前記実電流値との差が所定値以上であることを第１の条件として、前回出力した前記指示電流値を維持して今回の前記指示電流値として出力する、
   車両の自動操舵装置。
2. さらに、前記指示電流算出手段が今回算出した前記電流値を前記指示電流値として出力すると、前記指示電流値と前記実電流値との差が増大することとなるか否かを判断する判断手段を備え、
   前記指示電流算出手段は、さらに、前記判断手段によって当該差が増大することとなると判断されたことを第２の条件として、前記第１及び第２の条件が満たされたとき、前回出力した前記指示電流値を維持して今回の前記指示電流値として出力する、
   請求項１に記載の車両の自動操舵装置。

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