JP2008174102A - 駐車支援装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】駐車支援制御の際に段差をよりスムーズに乗り越えることが可能な駐車支援装置を提供すること。
【解決手段】駆動力出力手段(80)が出力する駆動力により、設定された目標駐車位置に車両を誘導する駐車支援装置(1)であって、車両の運動データを計測する運動データ計測手段(30、40、50、60)と、運動データ計測手段により計測された車両の運動データに基づき路面に段差が存在するか否かを判定し、段差が存在すると判定した場合には、運動データ計測手段により計測された車両の運動データに基づいて付加駆動力を導出し、段差が存在しないと判定した場合に駆動力出力手段から出力される基本駆動力に加えて、導出した付加駆動力を出力するように駆動力出力手段を制御する制御手段(90)と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、設定された目標駐車位置に車両を誘導する駐車支援装置に関する。
従来、車両後方を撮像するカメラの撮像画像を表示する操作画面上で設定された目標駐車位置に自車両を誘導するための操舵力を電動パワーステアリング装置から出力する制御(以下、駐車支援制御と称する)を行なう制御システムが、インテリジェントパーキングアシスト等の名称で知られている(例えば、非特許文献1参照)。
こうした制御システムにおいて、目標駐車位置に車両を誘導する際の後進駆動力として、エンジントルク(例えば、クリープトルク)やモータトルクを運転者の操作に拠らずに出力するのが好適である。従って、路面に勾配や段差が存在する場合には、これを加味して後進駆動力を増減することが望ましい。
この点を考慮した駐車支援装置についての発明が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この装置は、モータにより駆動される車両に適用されるものであり、モータの回転角度を目標回転角度に一致させるように、モータトルクのフィードバック制御を行なっている。従って、段差が存在する場合には、モータの回転角度が目標回転角度から遅れることにより、フィードバック式により計算されるモータトルクが増加することとなり、段差を乗り越えることが可能となる。
特開2006−296135号公報 トヨタ自動車株式会社、「プリウス新型車解説書(品番7108100)」、トヨタ自動車株式会社サービス部、2003年9月1日発行、5.エレクトリカル、p120〜133
しかしながら、上記特許文献1に記載の装置は、駆動手段としてのモータを備えることを前提としており、エンジントルクにより駐車支援を行なう車両には適用することができない。
また、段差によりモータの回転角度の変化(=車速)が遅くなってから事後的にモータトルクを増加させるため、柔軟にトルクを決定することができず、結果として段差の乗り越えに要するトルクが大きくなる場合がある。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、駐車支援制御の際に段差をよりスムーズに乗り越えることが可能な駐車支援装置を提供することを、主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、駆動力出力手段が出力する駆動力により、設定された目標駐車位置に車両を誘導する駐車支援装置であって、車両の運動データを計測する運動データ計測手段と、運動データ計測手段により計測された車両の運動データに基づき路面に段差が存在するか否かを判定し、段差が存在すると判定した場合には、運動データ計測手段により計測された車両の運動データに基づいて付加駆動力を導出し、段差が存在しないと判定した場合に駆動力出力手段から出力される基本駆動力に加えて、導出した付加駆動力を出力するように駆動力出力手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。ここで、車両の運動データとは、例えば、車両の変位、車速、加速度、ブレーキトルク、タイヤの空気圧変化のうち少なくとも一つを含む。
この本発明の一態様によれば、車両の運動データに基づいて、付加駆動力を適切に導出することができる。従って、駐車支援制御の際に段差をよりスムーズに乗り越えることができる。
本発明の一態様において、運動データ計測手段の計測結果を記憶する運動データ記憶手段を備え、制御手段は、運動データ記憶手段に記憶された車両の運動データの履歴に基づいて、付加駆動力を導出する手段であることが好ましい。この場合、制御手段は、運動データ記憶手段に記憶された車両の運動データの履歴に基づいて路面の段差形状を推定し、推定した路面の段差形状に基づいて、付加駆動力を導出する手段であってよい。
また、本発明の一態様において、運動データ計測手段は、タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段、及び/又は制動力出力手段から出力された制動力を検知する出力制動力検知手段を含んでよい。
また、本発明の一態様において、制御手段は、導出された付加駆動力が所定駆動力を超える場合には、目標駐車位置へ車両を誘導するための駆動力出力を停止するように駆動力出力手段を制御する手段であることが望ましい。
本発明によれば、駐車支援制御の際に段差をよりスムーズに乗り越えることが可能な駐車支援装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
以下、本発明の一実施例に係る駐車支援装置1について説明する。駐車支援装置1は、ユーザーにより設定された目標駐車位置に車両を誘導するために、後進駆動力及び操舵力を自動的に出力する(以下、係る制御を駐車支援制御と称する)。
[構成]
図1は、駐車支援装置1の全体構成の一例を示す図である。駐車支援装置1は、主要な構成として、バックモニタカメラ10と、マルチディスプレイ20と、空気圧センサー30と、車速センサー40と、Gセンサー50と、ブレーキECU(Electronic Control Unit)60と、ステアリング装置70と、駆動力出力装置80と、駐車支援装置用ECU90と、を備える。これらのうち、車速センサー40、Gセンサー50、ブレーキECU60、ステアリング装置70、駆動力出力装置80、及び駐車支援装置用ECU90は、多重通信線99に接続され、入出力するデータを相互に参照可能に構成されている。なお、多重通信線99を介した機器間の通信は、CAN(Controller Area Network)やBEAN、AVC−LAN、FlexRay等の適切な通信プロトコルによって行なわれる。
バックモニタカメラ10は、CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子及び広角レンズを備え、車両の後部に取り付けられる。バックモニタカメラ10の取り付け角度や画角(視角)は、車両前後軸を中心として左右略対称に所定角度で車両後方の風景が撮像されるように適切に決定される。バックモニタカメラ10の撮像画像は、例えばNTSC(National Television Standards Committee)等のインターレース方式により生成される画像データとして駐車支援装置用ECU90に送信される。
マルチディスプレイ20は、画像表示を行なうと共に、タッチパネルとしてユーザーによる各種の入力操作を可能に構成されたディスプレイ装置である。マルチディスプレイ20は、その表面にユーザーがタッチ操作したことによる電圧の変化を検出して、タッチ操作された位置を認識する。マルチディスプレイ20の表示内容は駐車支援装置用ECU90によって決定され、マルチディスプレイ20に対してなされた入力操作は、駐車支援装置用ECU90に入力される。
空気圧センサー30は、少なくとも後輪に取り付けられたタイヤの空気圧を定期的に検出し、駐車支援装置用ECU90に出力する。
車速センサー40は、例えば、各輪に取り付けられた車輪速センサーとスキッドコントロールコンピューターから構成され、車輪速センサーが出力する車輪速パルス信号をスキッドコントロールコンピューターが車速矩形波パルス信号(車速信号)に変換して多重通信線99に出力する。
Gセンサー50は、例えば、車両のセンターコンソール部の下方に取り付けられた2軸式の加速度センサーであり、車両の前後左右方向の加速度に応じて発生するセンサー内のビームの歪みを計測し、電気信号に置き換えて多重通信線99に出力する。
ブレーキECU60は、例えば、CPUを中心としてROMやRAM等がバスを介して相互に接続されたコンピューターユニットであり、その他、HDD(Hard Disc Drive)やDVD(Digital Versatile Disk)等の記憶媒体やI/Oポート、タイマー、カウンター等を備える。ROMには、CPUが実行するプログラムやデータが格納されている。ブレーキECU60は、ブレーキトルクを決定して、これを出力するように車両のブレーキ装置(ブレーキアクチュエーター等)を制御する。また、パーキングブレーキ機構の作動状態を把握しており、決定したブレーキトルクやパーキングブレーキの作動状態を、多重通信線99に出力している。
ステアリング装置70は、例えば、主要な構成として、操舵角センサー、ステアリングトルクを検出するトルクセンサー、アシストモータ、制御主体であるコントローラー等を備える電動パワーステアリング装置である。アシストモータが出力するトルクは、ウォームギヤ及びホイールギヤによって偏向されると共に減速されてコラムシャフトに伝達され、最終的に車輪の向きを変える。コントローラーは、駐車支援制御が行なわれない通常時には、トルクセンサーからのステアリングトルク信号やその他の車両状態信号(車速やヨーレート等)に基づいて、車両の操舵に必要なトルクを出力するように、アシストモータの駆動回路に制御信号を出力する。また、駐車支援制御が行なわれている時には、駐車支援用ECU90からの指示信号に基づいて、アシストモータを制御する。
駆動力出力装置80は、例えば、主要な構成として、エンジン、変速機(有段、無段を問わず)、制御主体であるエンジンコントロールコンピューター等を備える。エンジンコントロールコンピューターには、アクセル開度センサーやシフト位置センサーが接続されており、駐車支援制御が行なわれない通常時には、アクセル開度センサーやシフト位置センサーの出力値に基づいてスロットルバルブ開度や変速段の制御を行なう。また、駐車支援制御が行なわれている時には、駐車支援用ECU90からの指示信号に基づいて、スロットルバルブ開度や変速段の制御を行なう。
駐車支援用ECU90は、例えば、ブレーキECU60と同様のハードウエア構成を有するコンピューターユニットであり、メモリ92を備える。駐車支援装置用ECU90は、(1)駐車支援制御の開始及び終了、(2)目標駐車位置の設定、(3)車両の位置から目標駐車位置に至る目標軌跡の生成、目標経路に従って車両が後進するためにステアリング装置70が出力すべき目標操舵角の決定、(4)同じく車両が後進するために駆動力出力装置80が出力すべき目標駆動力(目標トルク)の決定等を実行する。
[(1)駐車支援制御の開始及び終了]
駐車支援制御は、例えば、ユーザー(運転者)により専用スイッチの操作がなされたときに開始される。そして、(a)車両が目標駐車位置に到達したとき、(b)運転者がアクセルペダルを一定以上踏み込んだとき、(c)後述するごとく目標軌跡の途中に存在する段差を乗り越えるのが不可能(或いは不適切)であると判断したとき、のいずれかのときに終了される。
[(2)目標駐車位置の設定]
目標駐車位置は、バックモニタカメラ10の撮像画像に基づいて行なわれる。目標駐車位置の設定の際には、バックモニタカメラ10の撮像画像がマルチディスプレイ20に表示される。図2は、駐車支援制御が開始される直前における、マルチディスプレイ20に表示された画面の一例である。図示する如く、当該画面には、駐車中の車両A、B、及び自車両の後方を走行中の車両Cが表示されている。また、自車両の後部バンパーのバンパー端線D、路肩E、及び縦列駐車の基準とすべき駐車枠Fが撮像されている。駐車支援用ECU90は、まず、バックモニタカメラ10の撮像画像において特徴点抽出処理等を経て駐車枠Fを認識し、認識した駐車枠Fに相当する位置に目標駐車位置の初期位置を設定して、マルチディスプレイ20に表示する。そして、ユーザーによるマルチディスプレイ20上の目標駐車位置修正や確定スイッチ操作等を経て、目標駐車位置が確定する。
このように、目標駐車位置は、画像上(画面上)の位置として設定されるが、これを車両制御に適用するために、実座標系(メモリ92の所定領域に設定される仮想座標系)上の位置に写像変換するのが通常である(図3参照)。当該写像変換は、バックモニタカメラ10の設置パラメータ(ロール、パン、ピッチ、設置された高さ(ハイトセンサーにより検出される車高を含む)、焦点距離等)に基づいて適切に行なわれる。
[(3)目標軌跡の生成及び目標操舵角の決定]
目標軌跡は、目標駐車位置と自車両の位置関係に基づいて、例えば直線やクロソイド曲線、円弧の組み合わせで、実座標系上に生成される(図4参照)。そして、目標操舵角は、車両が目標軌跡上のどの地点に居るかを、車速センサー40の出力値等を参照して把握し、当該地点における目標軌跡の曲率等により決定される。決定された目標操舵角は、多重通信線99に出力され、これを検知したステアリング装置70のコントローラーが、目標操舵角に基づいてアシストモータの出力トルクを決定する。
[(4)目標駆動力の決定]
本実施例において駆動力出力装置80が出力すべき目標駆動力は、クリープトルク相当の駆動力に基づき路面勾配を加味して調整される基本駆動力と、目標軌跡上に段差がある場合にこれを乗り越えるための付加駆動力と、の和として決定される。以下、目標駆動力決定に関する処理の流れについて説明する。
図5は、目標駆動力決定に関する処理の流れを示すフローチャートである。本フローは、駐車支援制御の開始から終了までの間、駐車支援用ECU90により繰り返し実行される。なお、本フローは、上記目標軌跡の生成及び目標操舵角の決定に係る処理と並行して行なわれる。
まず、駐車支援用ECU90は、車速センサー40の出力値等を参照して目標駐車位置に到達したか否かを判定する(S100)。目標駐車位置に到達したと判定した場合は、駐車支援制御を停止する(S126)。
目標駐車位置に到達しなかったと判定した場合は、基本駆動力を決定する(S102)。基本駆動力は、クリープトルク相当の駆動力と、路面勾配補正分の駆動力と、の和である。図6は、基本駆動力と路面勾配θとの関係を示す図である。図中、基本駆動力をFθと表記する。基本駆動力Fθには、安全面を考慮して上限値Fθmaxが設定される。なお、路面勾配θは、例えば、Gセンサー50の出力値と、車速センサー40の出力値の微分と、を比較して計算される。
基本駆動力を決定すると、車両の運動データを計測し(S104)、メモリ92に格納する。本実施例において、運動データとは、車両の変位(目標軌跡上の地点)、車速、加速度、ブレーキ装置から出力されたブレーキトルク、及び少なくとも後輪タイヤの空気圧変化をいう。それぞれのデータを取得する手法については、前述した[構成]部分を参照することとし、詳細な説明を省略する。
続いて、段差フラグが0であるか1であるかを判定する(S106)。ここで、段差フラグとは、メモリ92の所定領域に格納される値であり、段差フラグが0であることは、今回の駐車支援制御の過程で、進行方向に段差が存在しないと判定されたことを意味する。また、段差フラグが1であることは、今回の駐車支援制御の過程で、進行方向に段差が存在すると判定されたことを意味する。段差フラグが設定される経緯については後述する。
段差フラグが0である場合は、S104で計測した車両の運動データを参照し、車両が逆走状態(前進状態)にあるか否かを判定する(S108)。本ステップは、段差の存在により車両の後進が跳ね返され、一時的に逆走状態となったことを検知するためのものである。従って、逆走状態である判定を得た場合には、進行方向に段差が存在することが推認される。
車両が逆走状態にないと判定された場合は、ブレーキトルクによらず停止状態となったか否かを判定する(S110)。具体的には、車速センサー40の出力値が略ゼロとなり、且つ所定トルク以上のブレーキトルクが出力されている場合に、ブレーキトルクによらずに停止状態となったと判定される。本ステップもS108と同様、段差の存在により車両が停止状態となったことを検知するためのものである。
なお、S108、及びS110は、上記の如くその瞬間の運動データを参照するものに限らず、運動データの履歴を参照して行なうものであってもよい。すなわち、S108は、「所定時間以内に逆走状態となっていたか否か」を判定するものであってよいし、S110は、「所定時間以内にブレーキトルクによらず逆走状態となっていたか否か」を判定するものであってよい。
車両が逆走状態になく、ブレーキトルクによらずに停止状態となってもいない場合は、進行方向に段差が存在しないと判断し、基本駆動力を出力するように駆動力出力装置80に対する指示信号を多重通信線99に出力して(S112)、本フローの1ルーチンを終了する。指示信号を受信した駆動力出力装置80では、これを出力するようにスロットルバルブ開度や変速段の制御を行なう。
一方、S110及びS112のいずれか一方において肯定的な判定を得た場合は、進行方向に段差が存在すると判定し、段差フラグに1を設定する(S114)。そして、車両の運動データに基づき付加駆動力を決定する(S116)。付加駆動力の決定手法については、種々のものが考えられるが、例えば、(1)過去の車両の運動データに基づき段差形状及び段差サイズを推定し、段差形状と段差サイズの関数として付加駆動力を決定する、(2)過去の車両の運動データに対して専用のマップを適用して付加駆動力を導出する、(3)今回計測された車両の運動データに対して専用のマップを適用して付加駆動力を導出する、等が考えられる。
(1)においては、例えば、予め、段差形状及び段差サイズが異なる複数の段差モデルを用意し(図7の各図を参照)、実車による実験やシミュレーション等により、パターン分類された車両の運動データと段差モデルとの対応関係を決定して、メモリ92に記憶しておくものとすればよい。そして、過去の車両の運動データが得られると、これを上記パターン分類に当てはめ、対応する段差モデルを選択する。段差モデルと付加駆動力の関係についても、その段差モデルを乗り越えるのに必要な付加駆動力を予め用意しておき、メモリ92に記憶しておくものとする(図8(A)参照)。
(2)、及び(3)の手法を用いる場合も、車両の運動データと、当該車両の運動データが計測される場合の段差を乗り越えるのに必要な付加駆動力と、を対応付けるマップを、予め実車による実験やシミュレーション等により作成して、メモリ92に記憶しておくものとすればよい(図8(B)参照)。
こうして付加駆動力を決定すると、付加駆動力が所定駆動力T1を超えるか否かを判定する(S118)。付加駆動力が所定駆動力T1以内である場合は、基本駆動力と付加駆動力の和を出力するように駆動力出力装置80に指示して(S120)、本フローの1ルーチンを終了する。次回以降のルーチンにおいては、S106において段差フラグが1であると判定されることとなり、検知した段差を通過すると判定されるまでの間、基本駆動力と付加駆動力の和を出力するように駆動力出力装置80に指示する(S122、S120)。段差を通過したか否かの判定は、例えば、逆走又はブレーキトルクによらない停止が発生した地点からの車速センサー40の出力値の積分値を参照して行なうことができる。
そして、S122において段差を通過したと判定された場合は、段差フラグに0を設定して(S124)、以降、新たな段差が検知されなければ(S108、S110)、目標駐車位置に至るまでの間、基本駆動力を出力する(S112)。
このように、車両の運動データに基づき、目標軌跡上に存在する段差で跳ね返された、或いは停止してしまったことを検知した場合には、車両の運動データに基づき、段差を乗り越えるのに必要な付加駆動力を適切に導出し、これを更に出力するため、スムーズに段差を乗り越えることができる。
一方、S118において付加駆動力が所定駆動力T1を超えると判定された場合は、駐車支援制御を終了する。これは、付加駆動力を大きくしても乗り越えられない段差、或いは、乗り越えられたとしても、付加駆動力を大きくする結果としてその後に過剰な速度で走行してしまう(オーバーラン)可能性があるような段差が存在する場合(例えば、図7(C)に示した如き段差が相当する)、駐車支援制御を継続するのが適切でないことに基づく。こうすることにより、無駄な駆動力出力によるエネルギー消費を抑制したり、駆動力の増大による危険性を低減することができる。なお、所定駆動力T1は、実車による実験はシミュレーション等により得られる適合値である。
本実施例の駐車支援装置1によれば、駐車支援制御の際に段差をよりスムーズに乗り越えることができる。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、S118の判定は、付加駆動力の大きさについてだけでなく、その時点で実際に生じた車両加速度(Gセンサー50に出力値)に対しても閾値を設けてもよい。例えば、付加駆動力が所定駆動力T1を超える場合、又は車両加速度が所定加速度を超える場合に、駐車支援制御を停止する(S126)。こうすれば、駆動力の増大による危険性をより低減することができる。
また、車両の運動データは、実施例で例示したものの一部でもあってもよいし、更に他のデータを含んでもよい。
また、実施例は、フィードフォワード制御を行なうものとして説明したが、フィードバック制御の一部として実施例の処理を組み込むことも可能である。例えば、上記説明した基本駆動力及び付加駆動力を、フィードバック制御におけるフィードフォワード項として扱い、実際の車速の変動等に基づいて更に駆動力を増減するのである。こうすれば、制御内容は複雑化するものの、より滑らかな車両誘導を行なうことができる。
また、図5の如きフローチャートが繰り返し実行される度に、付加駆動力を再計算することも考えられる。
また、実施例はエンジン及び変速機を備える車両を念頭に置くものであるが、モータ走行する車両においても同様に適用可能である。
本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。
駐車支援装置1の全体構成の一例を示す図である。 駐車支援制御が開始される直前における、マルチディスプレイ20に表示された画面の一例である。 画像上の位置として設定された目標駐車位置が、実座標系上の位置に写像変換された様子を示す図である。 実座標系上に生成される目標軌跡の一例である。 目標駆動力決定に関する処理の流れを示すフローチャートである。 基本駆動力と路面勾配θとの関係を示す図である。 段差形状及び段差サイズが異なる複数の段差モデルを例示する図である。 付加駆動力の決定手法の例を概念的に示す図である。
符号の説明
1 駐車支援装置
10 バックモニタカメラ
20 マルチディスプレイ
30 空気圧センサー
40 車速センサー
50 Gセンサー
60 ブレーキECU
70 ステアリング装置
80 駆動力出力装置
90 駐車支援装置用ECU
92 メモリ
99 多重通信線

Claims (6)

  1. 駆動力出力手段が出力する駆動力により、設定された目標駐車位置に車両を誘導する駐車支援装置であって、
    車両の運動データを計測する運動データ計測手段と、
    前記運動データ計測手段により計測された車両の運動データに基づき路面に段差が存在するか否かを判定し、段差が存在すると判定した場合には、前記運動データ計測手段により計測された車両の運動データに基づいて付加駆動力を導出し、段差が存在しないと判定した場合に前記駆動力出力手段から出力される基本駆動力に加えて、該導出した付加駆動力を出力するように前記駆動力出力手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする、駐車支援装置。
  2. 請求項1に記載の駐車支援装置であって、
    前記運動データ計測手段の計測結果を記憶する運動データ記憶手段を備え、
    前記制御手段は、前記運動データ記憶手段に記憶された車両の運動データの履歴に基づいて、前記付加駆動力を導出する手段である、
    駐車支援装置。
  3. 請求項2に記載の駐車支援装置であって、
    前記制御手段は、前記運動データ記憶手段に記憶された車両の運動データの履歴に基づいて路面の段差形状を推定し、該推定した路面の段差形状に基づいて、前記付加駆動力を導出する手段である、
    駐車支援装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の駐車支援装置であって、
    前記運動データ計測手段は、タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段を含む、
    駐車支援装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の駐車支援装置であって、
    前記運動データ計測手段は、制動力出力手段から出力された制動力を検知する出力制動力検知手段を含む、
    駐車支援装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載の駐車支援装置であって、
    前記制御手段は、前記導出された付加駆動力が所定駆動力を超える場合には、前記目標駐車位置へ車両を誘導するための駆動力出力を停止するように前記駆動力出力手段を制御する手段である、
    駐車支援装置。
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