JP2009078693A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者が意図した通りの車両姿勢で平行移動を実現させる操舵制御装置を提供すること。
【解決手段】前後輪を同位相にする平行移動モードを含む複数の操舵モードを切り替えながら実行する操舵制御装置１００は、車両姿勢を検出する車両姿勢検出手段１０と、平行移動モードにおける目標車両姿勢を決定する目標車両姿勢決定手段１１と、車両姿勢検出手段１０が検出した車両姿勢と目標車両姿勢とに基づいて前輪及び後輪のうちの少なくとも一方を転舵させ車両姿勢を修正する車両姿勢修正手段１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、前後輪を同位相にする平行移動モードを含む複数の操舵モードを有する操舵制御装置に関し、特に、操舵モードの切り替え時に生ずる、運転者が望む平行移動時の車両姿勢と実際の平行移動時の車両姿勢との間の乖離を修正する操舵制御装置に関する。

従来、４輪操舵（４ＷＳ）機構を備えた車両において、車速及び前輪操舵角に基づいて後輪操舵角を制御する後輪操舵制御方式が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この後輪操舵制御方式は、前輪だけを操舵する一般走行モード、前後輪が同位相になるよう前後輪を操舵する平行移動モード、又は、前後輪が逆位相になるよう前後輪を操舵する小回りモードから成る操舵モードを切り替えられるようにしながら、高速走行時における平行移動によるレーンチェンジや低速走行時における回転半径の小さな旋回を適時可能とする。
特開平３−７６７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の後輪操舵制御方式は、各種操舵モードの切り替えに応じて車速と前輪操舵角に対する後輪操舵角の比率との関係を表す対応制御マップを選択し、その選択した対応制御マップに従って前後輪の操舵を制御するだけで、各種操舵モードの切り替え時に各種操舵モードに従った所定の操舵角を実現するまでの遷移期間については何ら対処しておらず、運転者の意図した車両姿勢と異なる車両姿勢で車両を平行移動させてしまう場合がある。

上述の点に鑑み、本発明は、運転者が意図した通りの車両姿勢で平行移動を実現させる操舵制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第一の発明に係る操舵制御装置は、前後輪を同位相にする平行移動モードを含む複数の操舵モードを切り替えながら実行する操舵制御装置であって、前記平行移動モードにおける目標車両姿勢を決定する目標車両姿勢決定手段と、車両姿勢を検出する車両姿勢検出手段と、前記車両姿勢検出手段が検出した車両姿勢と前記目標車両姿勢とに基づいて前輪及び後輪のうちの少なくとも一方を転舵させ車両姿勢を修正する車両姿勢修正手段と、を備えることを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る操舵制御装置であって、前記目標車両姿勢は、前記平行移動モードが選択された時点における車両姿勢であることを特徴とする。

また、第三の発明は、第一又は第二の発明に係る操舵制御装置であって、前記車両姿勢検出手段は、前記目標車両姿勢に対するヨー角を車両姿勢として検出し、前記車両姿勢修正手段は、前記ヨー角をゼロにすべく前輪及び後輪のうちの少なくとも一方を転舵させ車両姿勢を修正することを特徴とする。

また、第四の発明は、第一乃至第三の何れかの発明に係る操舵制御装置であって、前記車両姿勢修正手段は、後輪を転舵させ車両姿勢を修正することを特徴とする。

また、第五の発明に係る操舵制御装置は、前後輪を同位相にする平行移動モードを含む複数の操舵モードを切り替えながら実行する操舵制御装置であって、前記平行移動モードにおける目標車両姿勢を決定する目標車両姿勢決定手段と、前記目標車両姿勢を決定したときの前輪操舵角と後輪操舵角との差に基づいて前輪及び後輪のうちの少なくとも一方を転舵させ車両姿勢を修正する車両姿勢修正手段と、を備えることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、運転者が意図した通りの車両姿勢で平行移動を実現させる操舵制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る操舵制御装置の構成例を示すブロック図である。操舵制御装置１００は、複数の操舵モードを切り替えながら車輪の操舵を制御する装置であって、制御部１を有し、操舵部２、車両姿勢検出部３及び操舵モード切り替え部４からの入力を受け、所定の演算を行った後、その演算結果を転舵部５に出力する。

「操舵モード」には、例えば、「同相（平行移動）モード」、「前輪操舵モード」、「逆相（小回り）モード」又は「後輪操舵モード」等がある。

図２は、各種操舵モードを説明するための図であり、（Ａ）が「同相モード」、（Ｂ）が「前輪操舵モード」、（Ｃ）が「逆相モード」、（Ｄ）が「後輪操舵モード」にそれぞれ対応する。

「同相モード」では、前輪Ｆ及び後輪Ｒの操舵角が同位相となり、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると前輪Ｆ及び後輪Ｒが左（右）方向に転舵され、車両は、旋回することなくそのまま左（右）前方に平行移動する。また、車両が後進する場合、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると、車両は、右（左）後方に平行移動することとなる。

「前輪操舵モード」では、前輪Ｆのみで操舵角が生成され、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると前輪Ｆのみが左（右）方向に転舵され、車両は、左（右）に旋回する。また、車両が後進する場合、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると、車両は、旋回しながら左（右）後方に移動することとなる。

「逆相モード」では、前輪Ｆ及び後輪Ｒの操舵角が逆位相となり、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると前輪Ｆが左（右）方向に転舵され、かつ、後輪Ｒが右（左）方向に転舵されて、「前輪操舵モード」よりも大きく車両を旋回する（回転半径をより小さくする。）。また、車両が後進する場合、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると、車両は、旋回しながら右（左）後方に移動することとなる。

「後輪操舵モード」では、後輪Ｒのみで操舵角が生成され、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると後輪Ｒのみが右（左）方向に転舵され、「前輪操舵モード」と同様、車両は、旋回しながら左（右）前方に移動する。また、車両が後進する場合、ステアリングハンドルが左（右）に操作されると、車両は、旋回しながら左（右）後方に移動することとなる。

「車両姿勢」は、水平面における車両の姿勢であり、例えば、特定の車両姿勢（例えば、進行方向を向いた車両姿勢である。）に対するヨー角で表される。

制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータであって、例えば、車両姿勢検出手段１０、目標車両姿勢決定手段１１及び車両姿勢修正手段１２のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭに記憶しながら、各手段に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

また、制御部１は、例えば、ＲＯＭに記憶された各種操舵モードに対応する制御マップを参照して、運転者が操舵部２によって操舵した前（後）輪の操舵角に対応する後（前）輪の操舵角、後（前）輪の操舵速度等を適時決定しながら、後（前）輪を自動的に転舵させるようにする。

操舵部２は、運転者による操舵に関する入力を受けるための装置であり、例えば電動パワーステアリングであって、車輪の操舵機構に機械的に接続されるものであってもよく、バイワイヤ方式により操舵機構に機械的に接続されないものであってもよい。

操舵部２は、運転者によるステアリングハンドルの操作に関する情報（例えば、回転方向、回転角、回転速度等がある。）を制御部１に対して出力する。

車両姿勢検出部３は、車両姿勢を検出するための装置であり、例えば、ジャイロスコープ、ヨーレートセンサ、横加速度センサ、前後加速度センサ等が利用される。

操舵モード切り替え部４は、操舵モードを切り替えるための装置であり、センターコンソール等に設置されるハードウェアボタン、又は、タッチパネルに表示されるソフトウェアボタンの何れであってもよく、制御部１におけるＲＡＭの所定領域に記憶された操舵モードを識別するための識別番号を書き換えることで、操舵モードを切り替えるようにする。

また、操舵モード切り替え部４は、車両が停車している場合の他、車両が走行している場合であっても、操舵モードを他の利用可能な操舵モードに切り替えられるようにする。円滑でとぎれのない運転を可能とするためであり、運転者に煩雑な操作や心理的な負担を強いることがないようにするためである。

転舵部５は、車両の前後輪の操舵角を変化させるための機構であり、例えば、モータやアクチュエータによる力をギア、ラック、タイロッド、ナックルアーム等を介して車輪に伝えるための機構であって、操舵部２からの出力を受けた制御部１が出力する制御信号に基づいて前後輪の操舵角、操舵速度等を個別的に変化させる。

また、転舵部５は、操舵角センサ等の出力を利用して前後輪の操舵角の状態を制御部１に通知するようにする。

次に、制御部１が有する各種手段について説明する。

車両姿勢検出手段１０は、現在の車両姿勢を検出するための手段であり、例えば、車両姿勢検出部３の出力を継続的に取得し、それら各種データを時系列で継続的にＲＡＭに記憶する。

車両姿勢検出手段１０は、例えば、所定期間（例えば、過去一分間である。）における車両姿勢を表す各種データを継続的にリングバッファ等に記憶するようにしてもよく、特定のイベントが発生した後の所定期間に亘って車両姿勢を表す各種データを継続的にリングバッファ等に記憶するようにしてもよい。

また、車両姿勢検出手段１０は、特定の時点における車両姿勢からの変化を現在の車両姿勢として検出するようにしてもよい。

更に、車両姿勢検出手段１０は、車両姿勢検出部３の出力によらず、転舵部５が出力する前後輪の操舵角の推移に基づいて特定の時点における車両姿勢に対するヨー角を演算するようにしてもよい。

更に、車両姿勢検出手段１０は、車両周辺を撮影するカメラの画像に画像処理を施すことにより画像上の特定物（例えば、道路標示である。）を認識し、その特定物の傾きから、特定の時点における車両姿勢に対するヨー角を演算するようにしてもよい。

更に、車両姿勢検出手段１０は、車両上の複数箇所（例えば、フロントガラス付近とリヤガラスとの二箇所である。）に設置されたＧＰＳ(Global Positioning System)受信機が出力する位置情報（緯度、経度、高度がある。）の推移に基づいて車両姿勢を検出するようにしてもよい。

目標車両姿勢決定手段１１は、目標車両姿勢を決定するための手段であり、例えば、「前輪操舵モード」から「同相モード」への切り替えが行われた時点の車両姿勢を目標車両姿勢として決定し、目標車両姿勢を表す各種データ（例えば、時刻、ステアリング操舵角、前輪操舵角、後輪操舵角、横加速度、前後加速度等がある。）をＲＡＭに記憶する。なお、操舵モードの切り替えは、操舵モード切り替え部４を介して運転者等により手動で行われてもよく、操舵制御装置１００によって自動的に行われてもよい。

車両姿勢修正手段１２は、車両姿勢を修正するための手段であり、例えば、操舵モードが「前輪操舵モード」、「逆相モード」又は「後輪操舵モード」から「同相モード」に切り替えられた時点における車両姿勢である目標車両姿勢と、操舵モードが「前輪操舵モード」、「逆相モード」又は「後輪操舵モード」から「同相モード」に切り替えられた後に前後輪が同じ操舵角となった時点における車両姿勢との差（例えば、ヨー角である。）を無くすように前後輪の操舵角を変化させる。

また、車両姿勢修正手段１２は、例えば、前輪操舵角を変えずに後輪操舵角が前輪操舵角と同じになるようにし、前後輪が同じ操舵角となった時点で後輪操舵角を前輪操舵角より大きくして車両姿勢を修正するようにしてもよい。

この場合、車両姿勢修正手段１２は、車両姿勢が目標車両姿勢となったときに、後輪操舵角を前輪操舵角と同じ操舵角にして旋回のない平行移動を再開させるようにしてもよい。

また、車両姿勢修正手段１２は、前後輪が同じ操舵角となった時点で前輪操舵角を後輪輪操舵角より小さくして車両姿勢を修正するようにしてもよい。

また、車両姿勢修正手段１２は、前輪操舵角を小さくし、かつ、後輪操舵角を大きくして前後輪が早期に同じ操舵角になるようにし、前後輪が同じ操舵角となった時点で後輪操舵角を前輪操舵角より大きくして、或いは、前輪操舵角を後輪輪操舵角より小さくして車両姿勢を修正するようにしてもよい。

この場合、車両姿勢修正手段１２は、車両姿勢が目標車両姿勢となったときに、後輪操舵角及び前輪操舵角を当初の前輪操舵角と同じ操舵角にして旋回のない平行移動を再開させるようにしてもよい。

更に、車両姿勢修正手段１２は、例えば、車両の挙動に与える影響を考慮しながら、前後輪の操舵速度を制御するようにし、転舵による大きなショックを発生させないよう緩やかに前後輪を転舵させるようにしてもよい。

また、車両姿勢修正手段１２は、例えば、早期に車両姿勢を修正するよう急激に前後輪を転舵させるようにしてもよい。平行移動区間が短い場合にも確実に車両姿勢を修正できるようにするためである。

図３は、操舵制御装置１００による車両姿勢修正処理を説明するための図であり、図３（Ａ）は、運転者が意図する車両の移動軌跡を示し、図３（Ｂ）は、車両姿勢修正処理を行わない場合の車両の移動軌跡を示し、図３（Ｃ）は、車両姿勢修正処理を行った場合の車両の移動軌跡を示す。

図３（Ａ）は、車両状態Ｖ１にある車両が左に旋回しながら車両状態Ｖ２に至り、車両状態Ｖ２において駐車スペースＰと平行な状態となった後、そのまま平行移動により車両状態Ｖ３及びＶ４を経て駐車スペースＰにある車両状態Ｖ５に至るという運転者の意図を示す。

しかしながら、図３（Ｂ）に示すように、車両修正処理を行わない場合には、車両を駐車スペースＰに適切に駐車させることが困難となる。車両状態Ｖ２に至った時点で「前輪操舵モード」を「平行移動モード」に切り替えた場合、既に前輪が左に転舵されているので前後輪が同じ操舵角となる車両状態Ｖ３に至るまでに車両が左側に旋回してしまい、駐車スペースＰに対して車両を傾斜させてしまうからである。

一方、図３（Ｃ）に示すように、車両修正処理を行った場合には、運転者の意図通りに、車両を駐車スペースＰに適切に駐車させることができる。

図３（Ｃ）においても、図３（Ｂ）同様、車両状態Ｖ２に至った時点で「前輪操舵モード」を「平行移動モード」に切り替えた場合、既に前輪が左に転舵されているので前後輪が同じ操舵角となる車両状態Ｖ３に至るまでに車両が左側に旋回してしまう。

しかし、その後、車両を左側に平行移動させながらも、後輪傾斜角を前輪傾斜角より大きくして車両を右方向に旋回させることにより（車両状態Ｖ４参照。）、車両姿勢を駐車スペースＰに平行な車両状態Ｖ５に修正することができるからである。

次に、図４を参照しながら、操舵制御装置１００が車両姿勢修正処理を開始させる準備を行うための処理（以下、「車両姿勢修正準備処理」とする。）について説明する。なお、図４は、車両姿勢修正準備処理の流れを示すフローチャートであり、操舵制御装置１００は、この車両姿勢修正準備処理を周期的に実行するものとする。

最初に、制御部１は、操舵モード切り替え部４を介して操舵モードが「平行移動モード」に切り替えられるのを監視し（ステップＳ１）、操舵モードが「平行移動モード」に切り替えられたことを検知しない限り（ステップＳ１のＮＯ）、車両姿勢修正準備処理を一旦終了させる。

操舵モードが「平行移動モード」に切り替えられたことを検知した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、制御部１は、目標車両姿勢決定手段１１により、車両姿勢検出手段１０によって記憶されたその時点における車両姿勢を表す各種データを、目標車両姿勢を表すデータとして決定、記憶する（ステップＳ２）。

その後、制御部１は、転舵部５に制御信号を出力して後輪操舵角と前輪操舵角とが同じ操舵角になるよう後輪の転舵を開始させ（ステップＳ３）、後述の車両姿勢修正処理を開始させるようにする（ステップＳ４）。

なお、操舵モードが切り替えられた際も、車両は、特別な操作を要求することなく移動を継続できるものとする。円滑でとぎれのない運転を可能とするためであり、運転者に煩雑な操作や心理的な負担を強いることがないようにするためである。

次に、図５を参照しながら、車両姿勢修正処理について説明する。なお、図５は、車両姿勢修正処理の流れを示すフローチャートであり、操舵制御装置１００は、この車両姿勢修正処理を周期的に実行するものとする。

最初に、制御部１は、転舵部５の出力を受けて現在の前輪操舵角及び現在の後輪操舵角を取得し、前輪操舵角と後輪操舵角とが同じ操舵角となったか否かを監視する（ステップＳ１１）。

制御部１は、前輪操舵角と後輪操舵角とが同じ操舵角になるまで監視を継続し（ステップＳ１１のＮＯ）、前輪操舵角と後輪操舵角とが同じ操舵角になったことを検知すると（ステップＳ１１のＹＥＳ）、車両姿勢検出手段１０により、目標車両姿勢に対するヨー角αを取得する（ステップＳ１２）。

その後、制御部１は、ヨー角αがゼロであるか否かを判定し（ステップＳ１３）、ヨー角αがゼロでない場合、すなわち、目標車両姿勢と現在の車両姿勢との間に乖離が生じている場合（ステップＳ１３のＮＯ）、車両姿勢修正手段１２により、後輪操舵角の制御を開始させる（ステップＳ１４）。

具体的には、車両姿勢修正手段１２は、目標車両姿勢（図３（Ｃ）の車両状態Ｖ２を参照。）に対して左方向にヨー角αが存在する場合（図３（Ｃ）の車両状態Ｖ３を参照。）、後輪操舵角を所定角度幅刻み（例えば、０．５°）で前輪操舵角より左方向に大きくして車両を右側に旋回させるようにする。

その後、制御部１は、ヨー角αがゼロになるまで、ステップＳ１２及びステップＳ１３を繰り返し、ヨー角がゼロとなった場合、すなわち、目標車両姿勢と現在の車両姿勢とが等しくなった場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、車両姿勢修正手段１２により、後輪操舵角の制御を終了させ（ステップＳ１５）、車両姿勢修正処理を終了させる。

このとき、制御部１は、車両を平行移動させるために、後輪操舵角と前輪操舵角とが等しくなるよう後輪操舵角を修正前の状態に戻すようにする。また、制御部１は、修正した後輪操舵角を修正前の状態に戻す際に要する時間を考慮して、ヨー角αがゼロになる前に、すなわち、ヨー角αが所定角度未満となった場合に、後輪操舵角の増大を中止させ後輪操舵角を修正前の状態に戻すようにしてもよい。

以上の構成により、操舵制御装置１００は、運転者が意図した通りの車両姿勢で平行移動を実現する扱い易い「平行移動モード」を運転者に提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、ヨー角αがゼロになるまで後輪操舵角を徐々に大きくしながら車両姿勢を修正するが、ヨー角αの大きさに応じて最大後輪操舵角（車両姿勢を修正するために取り得る後輪操舵角の最大値をいう。）、及び、修正操舵時間（例えば、修正前の後輪操舵角（前輪操舵角に等しい。）から最大後輪操舵角に至るまでに要する時間、及び、最大後輪操舵角から修正前の後輪操舵角に戻るまでに要する時間の合計である。）を演算し、ヨー角αの変化を逐次確認することなく、演算結果に基づいて後輪を転舵させ、車両姿勢を修正するようにしてもよい。

また、最大後輪操舵角及び修正操舵時間は、ヨー角αの他、車両速度に応じて変化させるようにしてもよく、例えば、車両速度が小さくなるにつれ、最大後輪操舵角を大きくし、また、修正操舵時間を短くするようにしてもよい。

また、上述の実施例では、前輪操舵角と後輪操舵角とが同じ操舵角となった時点で目標車両姿勢に対するヨー角を取得するが、操舵モードが「平行移動モード」に切り替えられた時点における前輪操舵角と後輪操舵角との差から、後に生ずることとなる目標車両姿勢に対するヨー角を予測し、その時点において、そのヨー角をゼロにするために必要な最大後輪操舵角及び修正操舵時間を演算するようにしてもよい。なお、後輪操舵速度は、既知とする。

この場合、操舵制御装置１００は、前輪操舵角と後輪操舵角とが等しくなるのを待つことなく、また、実際の車両姿勢を検出することもなく、迅速に車両姿勢修正処理を開始させることができる。

本発明に係る操舵制御装置の構成例を示すブロック図である。 各種操舵モードを説明するための図である。 操舵制御装置による車両姿勢修正処理を説明するための図である。 車両姿勢修正準備処理の流れを示すフローチャートである。 車両姿勢修正処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 制御部
２ 操舵部
３ 車両姿勢検出部
４ 操舵モード切り替え部
５ 転舵部
１０ 車両姿勢検出手段
１１ 目標車両姿勢決定手段
１２ 車両姿勢修正手段
１００ 操舵制御装置
Ｆ 前輪
Ｐ 駐車スペース
Ｒ 後輪
Ｖ１〜Ｖ５ 車両状態
α ヨー角

Claims (5)

1. 前後輪を同位相にする平行移動モードを含む複数の操舵モードを切り替えながら実行する操舵制御装置であって、
   前記平行移動モードにおける目標車両姿勢を決定する目標車両姿勢決定手段と、
   車両姿勢を検出する車両姿勢検出手段と、
   前記車両姿勢検出手段が検出した車両姿勢と前記目標車両姿勢とに基づいて前輪及び後輪のうちの少なくとも一方を転舵させ車両姿勢を修正する車両姿勢修正手段と、
   を備えることを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記目標車両姿勢は、前記平行移動モードが選択された時点における車両姿勢である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記車両姿勢検出手段は、前記目標車両姿勢に対するヨー角を車両姿勢として検出し、
   前記車両姿勢修正手段は、前記ヨー角をゼロにすべく前輪及び後輪のうちの少なくとも一方を転舵させ車両姿勢を修正する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵制御装置。
4. 前記車両姿勢修正手段は、後輪を転舵させ車両姿勢を修正する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の操舵制御装置。
5. 前後輪を同位相にする平行移動モードを含む複数の操舵モードを切り替えながら実行する操舵制御装置であって、
   前記平行移動モードにおける目標車両姿勢を決定する目標車両姿勢決定手段と、
   前記目標車両姿勢を決定したときの前輪操舵角と後輪操舵角との差に基づいて前輪及び後輪のうちの少なくとも一方を転舵させ車両姿勢を修正する車両姿勢修正手段と、
   を備えることを特徴とする操舵制御装置。

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