JPH06336170A - 自動操舵装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドライバによる手動操舵と、画像データ等を
用いた自動操舵モードに任意に切換えて車両を操舵する
自動操舵装置において、自動操舵モードの際の緊急時に
迅速に手動操舵モードに切換制御する。 【構成】 車両１のステアリング装置１０に操舵制御モ
ータ３６とトルク制御モータ３８を備えるギヤ比可変機
構２５を設け、自動操舵モードの場合に車両前方の画像
データ、車速、実舵角の信号により指示舵角に応じて操
舵制御モータ３６を作動し、操舵反力を相殺するアシス
トトルクに応じてトルク制御モータ３８を作動し、走行
中の車両１をハンドル操作なしで道路の白線等に沿うよ
うに自動操舵する。そして自動操舵モードの際にドライ
バの意志がハンドルに表れてハンドル操作を判定する
と、直ちに手動操舵モードに切換え、そのまま手動操舵
することを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の運転
支援システム（ＡＤＡ）に使用されて電子的に自動操舵
する自動操舵装置の制御方法に関し、詳しくは、自動操
舵中の手動操舵への切換制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両の安全性を飛躍的に向上する
対策として、エアバック等の衝突被害軽減技術に対し
て、衝突しないための技術、即ち運転操作系を積極的に
アシストして安全側に自動的に制御する総合的な運転支
援システム（ＡＤＡ：Active Drive Assist system）が
開発されている。このＡＤＡシステムは、車両の前後に
装着したカメラを有して道路状況、他の車両、障害物等
の外部環境を三次元的に認識する制御ユニットにより、
ドライバと同等の自律走行能力を持たせ、この自律走行
能力によりブレーキ、スロットル及びステアリングの操
作系の各種装置を自動的に適正に操作するように構成さ
れる。そしてＡＤＡシステムが目指す機能として、衝突
防止機能と限定自動走行機能が考えられている。衝突防
止機能は、運転操作の誤り等で追突の危険がある場合に
自動ブレーキ作動したり、横風の際にハンドル修正する
ものである。限定自動走行機能は、ドライバに代わって
自動操舵して車線追従走行したり、障害物を自動回避し
たり、安全車間距離に保持するものである。

【０００３】上記ＡＤＡシステムについて更に具体的に
説明すると、例えば本件出願人による特願平４−６５３
４７号の出願で示すように、車両に装着した複数のカメ
ラにより前方風景や交通環境をとらえ、その画像を小領
域に分割して各々について三角測量法で距離を算出し
て、画面全体が三次元の距離分布の画像を得る。そして
距離画像から車線、前方車、障害物等を分離して検出す
る。車線からは左右の白線、道路形状等を認識する。前
方車や障害物に対しては、物体が何であるか、障害物と
の相対的な距離や速度等を認識して、種々の画像データ
を得る。

【０００４】また上述の画像データを利用して自動操舵
するシステムとして、特開平３−２３８８０９号の出願
で示すように、ステアリング装置の操舵系に操舵制御モ
ータやトルク制御モータを備えたプラネタリギヤ式のギ
ヤ比可変機構を設ける。そして画像データ等により車線
の白線に沿うような舵角を算出し、この舵角に応じた電
流を操舵制御モータに供給してギヤ比可変機構を作動す
ることで、タイヤ側を自動的に操舵し、車線追従で自律
走行することが考えられている。このシステムは最も重
要な画像認識の技術の開発により具体性を生じたもので
あり、実用化するためには更に種々の点で技術開発する
必要がある。

【０００５】ここで画像データを用いた自動操舵装置
は、例えばドライバによるスイッチ操作で自動操舵モー
ドにしたり、またはそのモードを解除して手動操舵モー
ドに切換えるように構成される。しかし自動操舵中には
ドライバの判断で突発的に横風による車体の挙動を直し
たり、車線を変更するように手動操舵することがあり、
このような緊急時にはスイッチ操作以外の適切な手段を
用いて迅速に手動操舵モードに切換えることが望まれ
る。

【０００６】従来、上記自動操舵装置に関しては、例え
ば特開平３−２７６３１０号公報の先行技術がある。こ
の先行技術において、無人の移動車を対象とし、所定時
間後の自車の予測位置と目標位置を設定し、両者の偏差
により制御量を演算する。また現在の自車位置と予測位
置との距離に基づき制御量を補正して、走行制御するこ
とが示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、無人の移動車を対象として自動操
舵のみで走行するシステムであるから、手動操舵の切換
制御に適応することはできない。

【０００８】本発明は、このような点に鑑み、ドライバ
による手動操舵と、画像データ等を用いた自動操舵モー
ドに任意に切換えて車両を操舵する自動操舵装置におい
て、自動操舵モードの際の緊急時に迅速に手動操舵モー
ドに切換制御することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、車両のステアリング装置に操舵制御モータと
トルク制御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比可変
機構が設けられ、自動操舵モードの場合に車両前方の画
像データ、車速、実舵角の信号により操舵制御モータと
トルク制御モータの一方または両方を作動して、走行中
の車両をハンドル操作なしで道路の白線等に沿うように
自動操舵する自動操舵装置において、自動操舵モードの
際にドライバがハンドル操作しているか否かを判定し、
ハンドル操作を判定すると直ちに手動操舵モードに切換
えることを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記制御方法による本発明では、車両走行中に
自動操舵モードに設定すると、車両前方の画像データ、
車速、実舵角の信号で例えば道路の白線と車両の関係に
基づいて指示舵角が演算され、この指示舵角に応じた電
流がギヤ比可変機構の例えば操舵制御モータに流れて作
動し、ドライバがハンドル操作しない状態でも前輪が自
動的に転舵して、白線に沿い安全に車線追従走行され
る。そして自動操舵モードにおいて、ドライバが操舵の
必要を生じてハンドル操作すると、直ちに手動操舵モー
ドに切換わって、そのまま迅速且つ任意に手動操舵する
ことが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、ＡＤＡシステムの概略について説
明する。先ず、車両１のエンジン２のスロットル弁３に
は電気信号で開閉するアクチュエータ１１が設けられ、
ブレーキペダル４の操作で前輪５と後輪６のホイールシ
リンダ７にブレーキ圧を発生して制動するブレーキ装置
８には電気信号でブレーキ圧を加減圧する自動ブレーキ
油圧ユニット１２が設けられる。また車両１の例えば左
右前方には車両前方の所定の範囲を撮像するＣＣＤカメ
ラ１３が配置され、ハンドル９を有するステアリング装
置１０に電気信号で操舵する自動操舵パワーユニット１
４が設けられる。

【００１２】制御系として、ＣＣＤカメラ１３の撮像信
号が入力する画像認識制御ユニット１５を有し、撮像信
号に基づき三角測量法で距離を算出して、画面全体が三
次元の距離分布の画像を得る。そして距離画像から車
線、前方車、障害物等を分離して検出し、車線からは左
右の白線、道路形状等を認識する。前方車や障害物に対
しては、物体が何であるか、障害物との相対的な距離や
速度等を認識して、種々の画像データを得る。この画像
データは車間距離制御ユニット１６と自動操舵制御ユニ
ット１７に入力する。

【００１３】車間距離制御ユニット１６は、画像データ
と他の種々のセンサ信号により先行車や道路の障害物に
対して安全な距離を保つように加減速度を演算し、この
加減速度に基づく適正なスロットル開度のスロットル信
号をアクチュエータ１１に出力してスロットル制御す
る。また加減速度に基づく適正なブレーキ圧のブレーキ
信号を自動ブレーキ油圧ユニット１２に出力してブレー
キ制御する。そしてドライバのブレーキ操作等が不充分
な場合でも、安全な車間距離を保ち、安全に走行するこ
とを可能にする。自動操舵制御ユニット１７は、画像デ
ータと他の種々のセンサ信号により道路の白線と車両と
のずれ等を演算し、このずれに基づく操舵信号を自動操
舵パワーユニット１４に出力して操舵制御する。そして
ドライバがハンドル操作しない場合にも、安全に車線追
従走行することを可能に構成される。

【００１４】図３において自動操舵パワーユニット１４
の構成について説明する。先ず、ステアリング装置１０
のステアリング軸２０が入力軸２１と出力軸２２に２分
割され、入力軸２１の端部にハンドル９が設けられ、出
力軸２２は油圧パワーステアリング機構２３を介して前
輪５に連結され、両軸２１，２２の間にギヤ比可変機構
２５がバイパスして連結される。ギヤ比可変機構２５
は、入、出力軸２１，２２とこれらに平行配置されるモ
ータ軸２４に、２組のギヤ２６，２７と１組のプラネタ
リギヤ３０を組合せて構成される。

【００１５】即ち、第１のギヤ２６は小径のドライブギ
ヤ２６ａが入力軸２１に一体結合され、大径のドリブン
ギヤ２６ｂがモータ軸２４に回転可能に設けられる。第
２のギヤ２７は大径のドライブギヤ２７ａがモータ軸２
４に回転可能に設けられ、小径のドリブンギヤ２７ｂが
出力軸２２に一体結合される。プラネタリギヤ３０はサ
ンギヤ３１がモータ軸２４に一体結合され、リングギヤ
３２が第２のギヤ２７のドライブギヤ２７ａの内側に形
成され、サンギヤ３１とリングギヤ３２に噛合うピニオ
ン３３が第１のギヤ２６のドリブンギヤ２６ｂと一体的
なキャリア３４で支持される。そしてモータ軸２４の一
端に、所定のトルク以上の操舵トルクがかかると可逆回
転するウォームギヤ３５を介して操舵制御モータ３６が
連結され、入力軸２１に可逆回転可能なウォームギヤ３
７を介してトルク制御モータ３８が連結される。また入
力軸２１と出力軸２２の間には、タイヤが縁石等に衝突
して大きい操舵トルクが入力し、両軸２１，２２が所定
の角度以上回転した場合に直結するストッパ３９が設け
られる。

【００１６】そこでウォームギヤ３５によりモータ軸２
４のサンギヤ３１が固定した状態で、ドライバがハンド
ル９を操舵すると、入力軸２１と第１のギヤ２６により
プラネタリギヤ３０のキャリア３４が回転し、固定され
るサンギヤ３１に対してピニオン３３が遊星回転し、リ
ングギヤ３２と第２のギヤ２７により出力軸２２をハン
ドル９と同一方向に回転して転舵する。この場合に、ギ
ヤの歯数を選択することにより、入、出力軸２２の回転
が略同一にされる。またトルク制御モータ３８により入
力軸２１を固定して操舵反力を相殺するようにトルクア
シストする状態で、操舵制御モータ３６を作動してウォ
ームギヤ３５、モータ軸２４によりサンギヤ３１を回転
すると、ピニオン３３の自転でリングギヤ３２と第２の
ギヤ２７を介し出力軸２２を回転して電気的に転舵する
ように構成される。

【００１７】制御系として、入力軸２１には操舵角Ｑｈ
を検出する操舵角センサ４０、操舵トルクＴｈを検出す
る操舵トルクセンサ４１が設けられ、出力軸２２には実
舵角Ｑｐを検出する転舵角センサ４２が設けられる。ま
たギヤ比可変機構２５のモータ軸２４には位相角Ｑｓを
検出する位相角センサ４３が設けられる。そして画像認
識制御ユニット１５の画像データ、車速センサ４４の車
速Ｖ及び上記各センサ４０〜４３の信号が自動操舵制御
ユニット１７に入力して電気的に処理され、自動操舵モ
ードの場合に操舵信号を操舵制御モータ３６に出力し、
トルク信号をトルク制御モータ３８に出力するように構
成される。

【００１８】図１において、自動操舵制御ユニット１７
について説明する。先ず、画像認識制御ユニット１５か
らの画像データが入力する距離算出部５０を有し、図４
のように画像上の所定距離位置Ｄを設定する。目標軌道
設定部５１は画像データに基づきその所定距離位置Ｄの
白線による目標軌道Ｌ１を設定する。また車速Ｖと実舵
角Ｑｐが入力する予測軌道算出部５２を有し、現在の車
両の位置、方向、走行状態のままで所定距離位置Ｄに走
行した場合の車両１の予測軌道Ｌ２を算出する。更に、
選択スイッチ４５のＯＮ、ＯＦＦにより例えば制御シス
テムの電源を投入した自動操舵モードと、その電源を切
断した手動操舵モードを設定するモード設定部５３を有
する。

【００１９】上述の目標軌道Ｌ１、予測軌道Ｌ２及びモ
ード信号はずれ幅算出部５４に入力して、自動操舵モー
ドの場合に目標軌道Ｌ１と予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅを算
出する。このずれ幅ｅは舵角算出部５５に入力して、ず
れ幅ｅと比例定数ｋとにより指示舵角φを算出する。指
示舵角φと実舵角Ｑｐは制御量演算部５６に入力し、両
者の偏差により制御量Ｃを算出し、駆動部５７により制
御量Ｃに応じた電流Ｉｐを操舵制御モータ３６に供給す
る。また操舵トルクセンサ４１の操舵トルクＴｈが入力
するアシストトルク演算部５８を有し、自動操舵モード
の場合にハンドル９側に作用する操舵反力に応じた操舵
トルクＴｈを検出し、この操舵反力を相殺するようなア
シストトルクＴａを演算する。そして駆動部５９により
トルクＴａに応じた電流Ｉｓをトルク制御モータ３８に
供給するように構成される。

【００２０】上記制御系において、緊急時のモード切換
制御について説明する。自動操舵モードでの走行中にド
ライバが手動操舵したいときは、ドライバの意志が直接
ハンドル９の操作として表れる。このためドライバのハ
ンドル操作を利用してモード切換することが最も適して
いる。そこで操舵トルクＴｈが入力するハンドル操作判
定部６０を有し、所定の操舵トルクＴｈがタイマ６１に
よる所定時間ｔだけ継続する場合にドライバのハンドル
操作を判定する。そしてハンドル操作信号はモード設定
部５３に入力して、自動操舵モードの場合に直ちに手動
操舵モードに切換えるように構成される。

【００２１】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、車両走行時にドライバが選択スイッチ４５を
ＯＦＦすると、自動操舵制御ユニット１７は手動操舵モ
ードになる。そこで自動操舵パワーユニット１４のギヤ
比可変機構２５において、操舵制御モータ３６は非通電
で不作動するが、通常のハンドル操作ではウォームギヤ
３５によりモータ軸２４が固定される。またトルク制御
モータ３８も非通電で不作動し、ハンドル９の入力軸２
１がフリーの状態になる。そこでドライバが図５（ａ）
のようにハンドル９を握って操舵すると、入力軸２１と
ギヤ比可変機構２５の第１と第２のギヤ２６，２７、固
定したサンギヤ３１に対するプラネタリギヤ３０の作動
で出力軸２２が同一方向に回転し、油圧パワーステアリ
ング機構２３の作動で前輪５が左右に自由に転舵され
る。

【００２２】また選択スイッチ４５をＯＮすると、自動
操舵モードに切換わる。このため自動操舵制御ユニット
１７では画像認識制御ユニット１５からの画像データに
より所定距離位置Ｄの白線等の目標軌道Ｌ１が設定さ
れ、車速Ｖと実舵角Ｑｐにより車両１の所定距離位置Ｄ
での予測軌道Ｌ２が算出される。そして目標軌道Ｌ１と
予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅに応じて指示舵角φが算出さ
れ、この指示舵角φと実舵角Ｑｐに基づく制御量の電流
Ｉｐが操舵制御モータ３６に流れる。このためギヤ比可
変機構２５では、操舵制御モータ３６が作動してウォー
ムギヤ３５、モータ軸２４及びサンギヤ３１が回転する
が、このときリングギヤ３２にはタイヤ側の大きい負荷
がかかっているため、キャリア３４等が逆転してこの場
合の操舵反力がハンドル９側に作用する。

【００２３】そこで操舵トルクセンサ４１によりこの場
合の操舵反力が検出され、操舵反力を相殺するようなア
シストトルクＴａが演算され、このトルクＴａに応じた
電流Ｉｓがトルク制御モータ３８に流れる。そしてトル
ク制御モータ３８とウォームギヤ３７が作動して、常に
入力軸２１、第１のギヤ２６、キャリア３４等を固定す
るように制御される。このため操舵制御モータ３６によ
るサンギヤ３１の回転で、タイヤ側の負荷に抗してリン
グギヤ３２、第２のギヤ２７及び出力軸２２が回転し、
図５（ｂ）のようなハンドル手離の状態で前輪５が操舵
信号に応じて自動的に転舵される。こうしてドライバが
ハンドル９を操作しなくとも、車両１は前輪５が道路の
白線に沿うように転舵して安全に車線追従走行される。

【００２４】尚、実際は入力軸２１がハンドル軸とギヤ
軸を捩り棒で連結して構成され、ハンドル軸とギヤ軸と
の間に操舵トルクセンサ４１が配置される。このためト
ルク制御モータ３８のトルクアシストによりギヤ軸が固
定されると、操舵トルクセンサ４１の出力信号は零にな
り、ハンドル９側の操舵トルクも検出することが可能に
なる。また捩り棒によりドライバがハンドル９を或る程
度操作して操舵トルクを発生することも可能になる。

【００２５】また自動操舵モードでのモード切換制御
を、図６のフローチャートを用いて説明する。先ず、ス
テップＳ１で自動操舵モードを判断すると、ステップＳ
２に進んで操舵制御モータ３６を作動し、ステップＳ３
でトルク制御モータ３８を作動する。その後ステップＳ
４で操舵トルクＴｈと時間ｔを設定値Ｔｈｓ，ｔｓと比
較して、ドライバがハンドル操作しているか否かを判断
し、操舵トルクＴｈと時間ｔの一方または両方が設定値
Ｔｈｓ，ｔｓ以下でハンドル操作しないと判定する場合
は、ステップＳ２に戻って自動操舵制御が継続される。

【００２６】一方、例えば車速Ｖ３０ｋｍ／ｈ以上では
操舵トルク３ｋｇが３秒間継続した場合、または車速Ｖ
３０ｋｍ／ｈ未満では操舵トルク５ｋｇが３秒間継続し
た場合にドライバのハンドル操作を判定する。そしてド
ライバのハンドル操作を判定すると、ステップＳ５に進
んで直ちに操舵制御モータ３６をサンギヤ固定モードに
変更し、ステップＳ６でトルク制御モータ３８の作動を
停止してハンドル固定制御を解除する。その後、ステッ
プＳ７で選択スイッチＯＦＦし、手動操舵モードに切換
えて終了する。このためドライバが突発的に操舵の必要
を感じてハンドル９を操作すると、ドライバのハンドル
操作のみにより直ちに自動操舵モードから手動操舵モー
ドに切換わり、このまま迅速に横風に対して車両の挙動
を直したり、車線変更するように転舵される。

【００２７】以上、本発明の実施例について説明した
が、操舵信号の電流をトルク制御モータに供給し、この
モータ作動のみで自動操舵制御することも可能であり、
この制御系にも適応できる。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
ドライバによる手動操舵と、画像データ等を用いた自動
操舵モードに任意に切換えて車両を操舵する自動操舵装
置において、自動操舵モードの場合にドライバのハンド
ル操作を判定して手動操舵に切換えるように制御するの
で、ドライバの意志がハンドルに表れて緊急に操舵の必
要を生じた場合に、迅速に対応することができる。操舵
トルクと時間とによりドライバの実際のハンドル操作を
適確に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動操舵装置の制御方法に適した
自動操舵制御ユニットの実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】ＡＤＡシステムの全体の概略を示す構成図であ
る。

【図３】自動操舵パワーユニットを示す構成図である。

【図４】自動操舵制御の概念図である。

【図５】手動操舵と自動操舵の状態を示す図である。

【図６】自動操舵モードでの手動操舵切換制御を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１ 車両 ９ ハンドル １０ ステアリング装置 １４ 自動操舵パワーユニット １５ 画像認識制御ユニット １７ 自動操舵制御ユニット ２５ ギヤ比可変機構 ３６ 操舵制御モータ ３８ トルク制御モータ ６０ ハンドル操作判定部 ６１ タイマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両のステアリング装置に操舵制御モー
   タとトルク制御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比
   可変機構が設けられ、自動操舵モードの場合に車両前方
   の画像データ、車速、実舵角の信号により操舵制御モー
   タとトルク制御モータの一方または両方を作動して、走
   行中の車両をハンドル操作なしで道路の白線等に沿うよ
   うに自動操舵する自動操舵装置において、自動操舵モー
   ドの際にドライバがハンドル操作しているか否かを判定
   し、ハンドル操作を判定すると直ちに手動操舵モードに
   切換えることを特徴とする自動操舵装置の制御方法。
2. 【請求項２】 ドライバのハンドル操作の判定は、所定
   の操舵トルクが所定時間継続した場合に判定することを
   特徴とする請求項１記載の自動操舵装置の制御方法。