JP2007326415A

JP2007326415A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP2007326415A
Application number: JP2006157715A
Authority: JP
Inventors: Shingo Maeda; 真悟前田; Masaki Arima; 雅規有馬; Naoki Maeda; 直樹前田; Kyosuke Yamanaka; 亨介山中; Atsushi Ishihara; 敦石原; Daruma Kawachi; 達磨河内; Daisuke Maeda; 大輔前田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-20
Also published as: US20070282499A1; EP1864881A1

Abstract

【課題】自動駐車モードにおいて、運転者による操舵介入を許容し、使い勝手が良く、しかも安全性を損なわない車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】自動駐車モードでは、目標軌跡４０が求められ、車両３１は目標軌跡を辿るように自動制御される。自動制御中に、運転者による操舵介入があると、操舵介入後の移動予測コースが修正軌跡４１Ａとして求められる。車両３１が修正軌跡４１Ａを辿る場合に、車両３１が障害物３６と接触する場合には、まず警報が出力される。警報出力後、回避操作があったときには、回避操作後の移動予測コースが修正軌跡４１Ｂとして再演算される。回避操作がなかったり、修正軌跡を辿る場合でも、車両３１が障害物３６と接触する場合には、車両３１が障害物３６に接近したとき、車両は強制的に制動され、自動駐車制御も中止される。
【選択図】図３

Description

この発明は、車両を所望の方向へ自動で移動させるための車両用操舵装置に関し、特に、車両を所望の駐車位置に駐車させるために自動操舵を行うことのできる車両用操舵装置に関する。

自動操舵装置によって車両の自動走行を実現し、かつ、走行中の車両が障害物に接触することが予測されたときには自動制動を行う技術が、特許文献１に提案されている。
また、バック駐車や縦列駐車を行う際に、車両用操舵装置を自動制御して、車両を駐車位置まで移動させる技術が、特許文献２や特許文献３に開示されている。
特許文献２に記載の技術では、自動駐車制御中に運転者が操作部材（ハンドル）を操作したり、ブレーキペダルから足を離すことにより、自動駐車制御が解除される。すなわち、自動駐車制御中に、運転者の操作介入があると、直ちに自動駐車制御が解除される。

一方、特許文献３の技術は、自動駐車制御中における運転者の操作介入を許容し、運転者の操作が車両を障害物に接触させる虞れのある操作の場合等には、その操作が困難なように制御する。
特開平５−５８３１９号公報特開平１０−１１４２７２号公報特開２００６−２１７２２号公報

車両用操舵装置によって車両を自動走行させている場合において、運転者が操舵に介入したい場合に、その介入を許容しながらも、障害物との接触等を適切に回避して、自動走行と運転者の操作介入とを良好に関連づけた車両用操舵装置は未だ実現されていない。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、運転者が操舵に関与することは全く意図されておらず、特許文献２に記載の技術では、運転者が操舵に関与した場合には、直ちに自動駐車制御が解除される。また、特許文献３に記載の技術では、自動駐車制御中であっても運転者による関与は可能であるが、操作部材（ハンドル）の操作に対して大きな反力が生じ、運転者はスムーズに操舵に関与することが困難である。

この発明は、このような背景のもとになされたもので、車両用操舵装置によって自動走行制御が行われている場合に、運転者が操舵に介入でき、運転者の操舵操作が不適切な場合には、車両の走行状態に応じて複数段階の接触等防止処置を施すことにより、自動操舵と運転者の手動操作とを両立させることのできる車両用操舵装置を提供することを主たる目的とする。

この発明は、また、自動駐車モードにおいて、運転者による操舵介入を許容し、使い勝手が良く、しかも安全性を損なわない車両用操舵装置を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のために運転者が操作する操作部材（１）と、前記操作部材（１）が操作されることに応答して、舵取り車輪（４）を転舵させる舵取り機構（２、５）と、自動走行制御が行われる状態にする自動走行モード設定手段（２１）と、自動走行制御のために、現在位置（Ｐ１）から目標位置（Ｐ３）まで車両（３１）が移動するにあたり、障害物を避けた移動するべきコースを目標軌跡（４０）として求める軌跡演算手段（２０、Ｓ１）と、自動走行制御中に、前記操作部材（１）が操作されて前記舵取り機構（２、５）により舵取り車輪（４）が転舵されたことに基づいて、舵取り車輪転舵後の車両（３１）が前記目標位置（Ｐ３）まで移動するときの予測コースを修正軌跡（４１Ａ、４１Ｂ）として求める軌跡再演算手段（２０、Ｓ４）と、自動走行モードにおいて、車両（３１）が前記目標軌跡（４０）または修正軌跡（４１Ａ、４１Ｂ）を辿るように、前記舵取り機構（２、５）を自動制御する自動操舵制御手段（２０）と、車両が修正軌跡（４１Ａ）を辿るときに障害物（３６）に接触する場合、運転者に対する警報を出力する警報手段（２０、Ｓ７）と、前記警報手段（２０、Ｓ７）による警報の出力後、前記操作部材（１）が操作されて車両（３１）と障害物（３６）との接触を回避する操作がされないときに、車両（３１）を停止させる自動走行中止手段（２０、Ｓ１２）と、を含むことを特徴とする車両用操舵装置である。

なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表わす。以下、この項において同じ。
請求項１記載の発明によれば、自動走行モード設定手段（２１）によって自動走行モードが設定されたときには、まず、自動走行制御のために、目標軌跡（４０）が軌跡演算手段（２０、Ｓ１）によって算出される。目標軌跡（４０）は、現在位置（Ｐ１）から目標位置（Ｐ３）まで車両（３１）が移動するにあたり、障害物に接触しないように、車両が移動するべきコースである。

自動走行モードでは、舵取り機構（２、５）が自動制御されて、車両（３１）は目標軌跡（４０）を辿るように移動する。この発明では、自動走行制御中においても、運転者が操作部材（１）を操作できるようになっている。操作部材（１）が操作されると、舵取り機構（２、５）によって舵取り車輪（４）が転舵されるから、自動走行制御中の車両の進行方向が変わり、車両は目標軌跡（４０）から外れる。軌跡再演算手段（２０、Ｓ４）は、操作部材（１）の操作に基づいて舵取り車輪（４）が転舵された後の車両の移動予測コースを修正軌跡（４１Ａ）として算出する。そして、修正軌跡（４１Ａ）上に障害物（３６）があり、車両が修正軌跡（４１Ａ）を辿るように移動すると障害物（３６）と接触する場合は、まず、警報を出力する（Ｓ７）。警報出力により運転者が操作部材（１）を操作して、車両の進行方向が変えられたときには、その進行方向に基づく修正軌跡（４１Ｂ）を再度算出する。

車両が修正軌跡（４１Ａ）を辿り、障害物（３６）と接触する場合は、上述のように、まず警報が出力され（Ｓ７）、警報出力後に、車両と障害物との接触回避操作がされなかったとき、あるいは、接触回避操作はされたが、軌跡再演算手段により再度求められた修正軌跡を進み、車両が障害物と接触する場合には、車両が停止され（Ｓ１１）、自動走行制御が中止される（Ｓ１２）。

このような制御が行われることにより、自動走行モードにおいて、運転者による操舵介入を許容し、運転者の意図を車両走行に反映させながらも、安全な自動走行制御を実現することができる。
請求項２記載の発明は、前記警報手段は、車両と障害物との距離が予め定める第１の距離に近づいたときに警報を出力し、前記自動走行中止手段は、車両と障害物との距離が第１の距離よりも短い予め定める第２の距離に近づいたときに車両を停止させることを特徴とする、請求項１記載の車両用操舵装置である。

請求項２記載の発明では、修正軌跡（４１Ａ）を辿る車両（３１）が障害物（３６）と接触する場合に、車両と障害物との距離が第１の距離（相対的に遠い距離）になったときに、まず、警報を出力し、車両と障害物との距離が第２の距離（相対的に近い距離）に近づいたときには、車両を停止させるから、運転者による操舵介入によって自動走行される車両が障害物と接触するおそれがあっても、直ちに車両が停止されるのではなく、警報により運転者に注意を与え、それによって運転者が車両の進行方向を変化させて障害物との接触回避を行えば、自動走行制御は引き続き継続される。

よって、自動走行制御と運転者の操舵への介入とをバランス良く両立させることができ、しかも、車両が障害物に接触することを確実に防止することができる。
請求項３記載の発明は、前記自動走行モードは、車両を目標位置としての駐車位置まで移動させる自動駐車モードを含むことを特徴とする、請求項１または２記載の車両用操舵装置である。

請求項３記載の発明では、特に、車両を低速度で移動させて駐車を行う際に、運転者が所望の駐車位置に車両を駐車させることのできる装置となる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図であり、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムの構成が示されている。この車両用操舵装置は、運転者が操向のために操作する操作部材としてのステアリングホイール１と、ステアリングホイール１が回転操作されることに応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、操舵用アクチュエータ２の駆動力を、舵取り車輪としてのたとえば前方左右車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備えている。ステアリングホイール１と、操舵用アクチュエータ２を含む舵取り機構５との間には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクが舵取り機構５に機械的に伝達されるような機械的な結合はなく、ステアリングホイール１の操作量（操作角または操作トルク）に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動制御されることによって、車輪４が転舵されるようになっている。

操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。ステアリングギヤ３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動（車両左右方向の直線運動）に変換する運動変換機構を有する。ステアリングロッド７の動きがタイロッド８およびナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角（転舵角）が変化する。ステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアライメントが設定されている。

ステアリングホイール１は、車体側に回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に作用する反力トルクを発生する反力アクチュエータ１９が設けられている。この反力アクチュエータ１９は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。

車体と回転シャフト１０との間には、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、たとえば、回転シャフト１０に弾力を付与するばねにより構成できる。反力アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していないとき、ステアリングホイール１は、弾性部材３０の弾力により、直進操舵位置に復帰する。

ステアリングホイール１の操作角（回転角）を検出するために、回転シャフト１０の回転角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。また、車両の運転者がステアリングホイール１に作用させる操作トルクＴｈを検出するために、回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。さらに、車両の舵角（舵取り機構５の転舵角）δを検出するための舵角センサ１３が、当該舵角に対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。また、車速Ｖを検出する速度センサ１４、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１５、および車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６が設けられている。

さらに、車両後方の様子を撮像するための後方モニタカメラ１７、および、車両の側方および斜め後方等に向けて検出信号（たとえば赤外線や超音波など）を出し、車両の側方および斜め後方等の障害物を検知し、その距離を検出するための障害物センサ１８が設けられている。
これらの角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４、横加速度センサ１５およびヨーレートセンサ１６は、コンピュータにより構成される制御装置２０にそれぞれ接続されている。制御装置２０は、駆動回路２２、２３を介して、操舵用アクチュエータ２および反力アクチュエータ１９を制御するようになっている。

また、車両の運転者が操作できる位置には自動走行モード設定スイッチ２１が備えられている。
自動走行モード設定スイッチ２１がオンされると、その信号が制御装置２０に与えられ、車両用操舵装置は、制御装置２０によって自動制御される。自動走行モードが自動駐車モードの場合には、後方モニタカメラ１７や障害物センサ１８の検出出力が活用される。

図２および図３は、自動走行モードの一例として、車両を所定の位置に駐車させるための自動駐車モードにおける車両の走行制御の仕方を説明するための図解図である。
まず、図２を参照して、車両３１がＰ１の位置からＰ３の位置までバックで移動して駐車をする場合の走行軌跡を考える。道路３２上のＰ１にある車両３１を、道路３２から窪んだ駐車スペース３３内のＰ３までバックで移動させる場合、駐車スペース３３の前方右角３４や駐車スペース３３の左壁３５と接触しないように、車両３１を移動させる必要がある。

また、駐車スペース３３内の前方左寄りに障害物３６がある場合、障害物３６にも接触しないように注意する必要がある。
車両３１がＰ１で停車しているときに、車両３１に搭載された後方モニタカメラ１７（図２では図示せず）により、車両３１の後方の様子が撮像され、駐車位置Ｐ３までの状況が検出される。そして、Ｐ１からＰ３まで、車両３１が周囲の物に接触せずにバック移動するためのコースが、目標軌跡（図２では簡略化して太実線矢印４０で示す）として算出される。そして、車両３１の車両用操舵装置が自動制御されて、車両３１は目標軌跡４０を辿るように移動される。

移動中に、運転者が、Ｐ３に駐車したとき、駐車スペース３３の左壁３５寄りに車両３１を寄せたいと考え（すなわち、Ｐ３で、実線で示す位置ではなく、破線で示す位置に、車両３１を駐車させたいと考え）ステアリングホイールを左へ回転させた場合を想定する。
この場合、ステアリングホイールが操作された時点において、舵取り車輪の転舵に基づき、舵取り車輪転舵後の車両３１が駐車位置Ｐ３まで移動するときの移動予測コースが、修正軌跡（簡略化して太点線４１で示す）として求められる。

ところで、車両３１が修正軌跡４１を辿るように駐車位置Ｐ３まで移動しようとしたとき、Ｐ２において、破線で示すように、車両３１の後部左側が障害物３６と接触することになる。
このような場合、従来の自動駐車制御では、車両３１を強制制動して、自動走行制御を中止するという構成であったり、あるいは、車両３１が修正軌跡４１を辿れないように、ステアリングホイール１の操作を行い難いようにするといった対策が講じられていた。

これに対し、この発明の一実施形態では、車両３１を図３に示すように制御する。
図３を参照して、車両３１では、Ｐ１の位置において、後方モニタカメラ（図示せず）の撮像画像等に基づき、駐車スペース３３内のＰ３位置に駐車するために、制御装置２０によって目標軌跡４０が算出される。そして算出された目標軌跡４０を辿るように、車両３１は後方へ自動走行制御される。自動走行制御中に、車両の運転者が、駐車位置Ｐ３において、車両３１を駐車スペース３３の左壁３５沿いに寄せて駐車したいと考え、ステアリングホイールを左回りに操作したとする。この操作に応じて、舵取り車輪が転舵され、転舵後の車両３１の移動予測コースが修正軌跡４１Ａとして算出される。

次いで、車両３１を修正軌跡４１Ａを辿るように移動させると、移動の途中で車両３１の左後方が障害物３６と接触することがわかった場合、制御装置２０はまず、警報を発して、運転者に、ステアリングホイールを操作して接触回避処理をすべきことを知らせる。警報に応答して運転者がステアリングホイール１をたとえば右回転させ、それに基づいて舵取り車輪が転舵されると、転舵後の車両３１の移動予測コースが、修正軌跡（再修正軌跡）４１Ｂとして求められる。

そして、再修正軌跡４１Ｂを辿るように車両３１が走行した場合、車両３１は障害物３６に接触しないのであれば、車両３１を再修正軌跡４１Ｂを辿るように移動させ、駐車位置Ｐ３で駐車させる。
位置Ｐ２において、運転者がステアリングホイール１を操作せず、あるいは操作をしたが、操作後に算出された再修正軌跡が障害物３６との接触を回避していない場合には、車両３１が移動して障害物３６との距離が所定の距離まで縮まったときに、車両３１を強制的に停止させて、自動走行制御（自動駐車制御）を中止する。

このように、自動走行制御（自動駐車制御）中に、運転者の操舵介入を許容し、しかも、操舵介入によって車両が障害物等と接触するおそれがある場合には、第１段階の処置として警報を発し、さらに、車両が障害物に近づいたときには第２段階の処置として車両を強制停止させるようにしていることが、この実施形態の特徴である。
図４は、制御装置２０（図１参照）によって実行される制御動作の内容を表わすフローチャートである。

次に、図４を参照して、自動駐車モードにおける制御手順について説明する。
車両３１の運転者は、図３に示すＰ１の位置において、自動駐車モード設定スイッチ２１（図１参照）を押す。これにより、制御装置２０は、自動駐車制御を実行するためのモードに入る。
自動駐車モードでは、まず、後方モニタカメラ１７が動作され、車両３１の後方の風景が撮像され、その様子が車両３１内のモニタ画面に映し出される。運転者は、モニタ画面を確認しながら、モニタ画面において、駐車位置（目標位置）を指定する。

駐車位置（目標位置）の指定は、このように運転者がモニタ画面を確認しながら行うやり方に代えて、たとえば、ＧＰＳ受信機で受信されている車両３１の現在位置と、予め登録されている駐車位置の位置座標との差異に基づいて、自動的に設定されるようにすることも可能である。
駐車位置が指定されると、制御装置２０は、現在位置Ｐ１から駐車位置Ｐ３までの移動すべきコース、すなわち車両３１が障害物等と接触せずにバックで移動することのできるコースを目標軌跡として求める（ステップＳ１）。

そして制御装置２０は、車両３１が現在位置Ｐ１から駐車位置Ｐ３まで目標軌跡４０を辿るように、自動駐車制御を開始する（ステップＳ２）。
自動駐車制御中に、運転者がステアリングホイール１を操作したときには（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステアリングホイール１の操作に応答して、制御部２０は駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を操作し、車輪４を転舵させる。

また、ステアリングホイール１が操作された場合は（ステップＳ３でＹＥＳ）、車輪４の転舵後の車両３１の移動方向に基づき、修正軌跡が求められる（ステップＳ４）。
その結果、修正軌跡が周囲の障害物３６等と干渉しない場合、すなわち修正軌跡を辿るように車両３１が移動しても、車両３１が障害物３６等と接触しない場合には（ステップＳ５でＮＯ）、そのまま自動駐車制御が継続される（ステップＳ１０）。

一方、修正軌跡が障害物と干渉する場合、すなわち修正軌跡を辿ると車両３１が障害物３６と接触する場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、車両３１からその障害物３６までの距離が予め定める第１の距離Ｋ１に達したか否かが判別され（ステップＳ６）、達したときには警報を作動させる（ステップＳ７）。車両３１と障害物３６との距離がＫ１に達していない場合には、警報は作動させない（ステップＳ７はスキップ）。

さらに、車両３１と障害物３６との距離が距離Ｋ１よりも短い予め定める第２の距離Ｋ２に達したか否かの判別がされる（ステップＳ８）。
車両３１と障害物３６との距離は、一例として、前述した障害物センサ１８の出力に基づいて検出することができる。
そして、車両３１と障害物３６との距離がＫ２に近づくまでの間は、運転者によってステアリングホイール１が操作されて、回避操作が行われたか否かの判別がされる（ステップＳ９）。

回避操作が行われた場合は、回避操作後の車両３１の移動予測コースが修正軌跡として再演算される（ステップＳ４）。そして再演算された再修正軌跡を車両が辿った場合に、車両が障害物と接触しない場合は自動駐車制御が継続して実行される（ステップＳ１０）。
再修正軌跡を辿るとき、車両が障害物と接触する場合には、ステップＳ６〜Ｓ９の処理が繰り返される。

さらに、車両が障害物と接触する状況が回避操作されず、車両が障害物に対して距離Ｋ２まで近づいたときには（ステップＳ８でＹＥＳ）、車両３１を強制制動させるために自動ブレーキが動作される（ステップＳ１１）。そして自動駐車制御は中止されて（ステップＳ１２）、この制御は終了する。
以上の実施形態の説明では、自動走行モードの一例として、自動駐車モードを例にとって説明した。

しかし、この発明は、自動駐車モードに限らず、たとえば車両が走行レーンに沿って比較的高速で走行中において、車両を自動的にレーン変更させる場合において、現在の走行レーンを走っている車両の位置から、変更後の走行レーンを走る車両の位置を目標位置として、現在位置から目標位置までの走行レーンの切り換えを自動走行制御によって行う技術に対しても適用することができる。

また、車両が通常走行中において、車両を現在位置から目標位置まで自動走行させたいときにも利用することができる。かかる場合、車両目標位置を、たとえば車両前方を検出するソナー出力に基づいて自動設定し、設定された車両目標位置を自動更新しながら車両を走行させるようなシステムとして構築することが可能である。
さらに、前述の実施形態では、ステア・バイ・ワイヤシステムにこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、車両の舵取り機構に操舵力を付与する操舵アクチュエータが備えられた車両用操舵装置に対して広く適用することができる。このような車両用操舵装置には、電動パワーステアリング装置、油圧式のパワーステアリング装置などが含まれる。

その他、この発明は、実施形態記載の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。自動走行モードの一例として、車両を所定の位置に駐車させるための自動駐車モードにおける車両の走行制御の仕方を説明するための図解図である。自動走行モードの一例として、車両を所定の位置に駐車させるための自動駐車モードにおける車両の走行制御の仕方を説明するための図解図である。制御装置によって実行される自動駐車モードにおける制御動作の内容を表わすフローチャートである。

符号の説明

１：ステアリングホイール、２：操舵用アクチュエータ、４：舵取り車輪、２０：制御装置、２１：自動走行モード設定スイッチ、３１：車両、４０：目標軌跡、４１、４１Ａ、４１Ｂ：修正軌跡

Claims

車両の操向のために運転者が操作する操作部材と、
前記操作部材が操作されることに応答して、舵取り車輪を転舵させる舵取り機構と、
自動走行制御が行われる状態にする自動走行モード設定手段と、
自動走行制御のために、現在位置から目標位置まで車両が移動するにあたり、障害物を避けた移動するべきコースを目標軌跡として求める軌跡演算手段と、
自動走行制御中に、前記操作部材が操作されて前記舵取り機構により舵取り車輪が転舵されたことに基づいて、舵取り車輪転舵後の車両が前記目標位置まで移動するときの予測コースを修正軌跡として求める軌跡再演算手段と、
自動走行モードにおいて、車両が前記目標軌跡または修正軌跡を辿るように、前記舵取り機構を自動制御する自動操舵制御手段と、
車両が修正軌跡を辿るときに障害物に接触する場合、運転者に対する警報を出力する警報手段と、
前記警報手段による警報の出力後、前記操作部材が操作されて車両と障害物との接触を回避する操作がされないときに、車両を停止させる自動走行中止手段と、
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
前記警報手段は、車両と障害物との距離が予め定める第１の距離に近づいたときに警報を出力し、
前記自動走行中止手段は、車両と障害物との距離が第１の距離よりも短い予め定める第２の距離に近づいたときに車両を停止させることを特徴とする、請求項１記載の車両用操舵装置。
前記自動走行モードは、車両を目標位置としての駐車位置まで移動させる自動駐車モードを含むことを特徴とする、請求項１または２記載の車両用操舵装置。