JP2009190662A - 駐車支援装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】4WS車においてもクロソイド曲線を含む経路を用いることが可能な駐車支援装置の提供。
【解決手段】本発明は、前後輪が独立に転舵可能な4WSモードを備える車両に適用される駐車支援装置10において、目標位置に車両を導くための該車両の経路を算出する経路算出手段と、前記経路算出手段により算出される経路に基づいて前記目標位置への車両の駐車走行を支援する支援手段とを備え、前記経路算出手段により算出される経路は、前後輪が前後逆相で転舵されることが予定される経路を含み、該経路は、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点がクロソイド曲線の軌跡を描く区間を含むことを特徴とする。
【選択図】図5

Description

本発明は、前後輪が独立に転舵可能な4WSモードを備える車両に適用される駐車支援装置に関する。
従来から、前輪のみが転舵可能な車両に適用される駐車支援装置において、目標駐車位置に車両を導くための経路を、車両の後輪の車軸中心を基準点として算出し、この算出される経路は、該基準点がクロソイド曲線の軌跡を描く区間を含んでいる(例えば、特許文献1参照)。また、特許文献1には、「4WS機構を搭載する車両であれば、操舵制御パターンに沿った舵角制御を行いながら、後輪転舵によって目標移動軌跡に沿った車両の移動を行うことが可能である」という記載がある。
特開2006−8009号公報
ところで、前輪のみが転舵可能な車両(以下、「2WS車」といもいう)では、車両の後輪の車軸の延長線上に旋回中心が常に位置するので、車両の移動量に比例した関係で車両の旋回曲率が増減するとき、車両の後輪の車軸中心(後軸中心)がクロソイド曲線の軌跡を描く。従って、上述の特許文献1等に記載されるように、車両の後輪の車軸中心を基準点として経路を算出すると、クロソイド曲線を用いた簡易な計算で経路を算出でき、計算負荷等を効率的に低減できるという利点がある。
しかしながら、4WS機構を搭載する車両、即ち前後輪が独立に転舵可能な4WSモードを備える車両(以下、「4WS車」といもいう)では、前輪と共に後輪が操舵されると、旋回中心が車両前方向に動くので、車両の後軸中心の軌跡がクロソイド曲線でなくなる。また、4WS車では、前輪と共に後輪が操舵されると、前後輪の舵角の関係によっては、旋回中心が車両幅方向のみならず車両前後方向にも動くので、経路の生成が困難である。
そこで、本発明は、4WS車においてもクロソイド曲線を含む経路を用いることが可能な駐車支援装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、第1の発明は、前後輪が独立に転舵可能な4WSモードを備える車両に適用される駐車支援装置において、
目標位置に車両を導くための該車両の経路を算出する経路算出手段と、
前記経路算出手段により算出される経路に基づいて前記目標位置への車両の駐車走行を支援する支援手段とを備え、
4WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、前後輪が前後逆相で転舵されることが予定される経路を含み、該経路は、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点がクロソイド曲線の軌跡を描く区間を含むことを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明に係る駐車支援装置において、
4WSモード時において、前記支援手段は、前記経路算出手段により算出される経路に基づいて、該経路上の任意の位置で実現されるべき前後輪の舵角に関連する目標値を算出し、該目標値に基づいて前記目標位置への車両の駐車走行を支援し、
4WSモード時において、前記クロソイド曲線の区間中における前記前輪の舵角に関連する目標値と前記後輪の舵角に関連する目標値との関係は、前記中心線上の前記定点の位置及びホイールベース長により定まる一定の関係であることを特徴とする。
第3の発明は、第2の発明に係る駐車支援装置において、
4WSモード時において、前記クロソイド曲線の区間中における前記前輪の舵角に関連する目標値と前記後輪の舵角に関連する目標値との関係は、前記前輪の舵角に関連する目標値を前輪のタイヤ切れ角の大きさθFで表し、前記後輪の舵角に関連する目標値を後輪のタイヤ切れ角の大きさθRで表したとき、
上記の数1で表現された一定の関係式で表されることを特徴とする。
第4の発明は、前後輪が独立に転舵可能な4WSモードを備える車両に適用される駐車支援装置において、
目標位置に車両を導くための該車両の経路を算出する経路算出手段と、
前記経路算出手段により算出される経路に基づいて前記目標位置への車両の駐車走行を支援する支援手段とを備え、
4WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、クロソイド曲線で規定されるクロソイド区間を含み、
4WSモード時において、前記支援手段は、前記クロソイド区間において、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点が前記クロソイド曲線に沿った軌跡を描くように、前後輪を前後逆相で転舵させることを特徴とする。
第5の発明は、前後輪が独立に転舵可能な4WSモードと、前輪のみが転舵可能な2WSモードとを備える車両に適用される駐車支援装置において、
目標位置に車両を導くための該車両の経路を算出する経路算出手段と、
前記経路算出手段により算出される経路に沿った軌跡を車両の所定の基準点が描くように、前記目標位置への車両の駐車走行を支援する支援手段とを備え、
4WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、前後輪が前後逆相で転舵されることが予定される経路を含み、
前記支援手段は、4WSモード時と2WSモード時とで前記基準点を変化させることを特徴とする。
第6の発明は、第5の発明に係る駐車支援装置において、
前記支援手段は、4WSモード時では、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点を前記基準点とする一方、2WSモード時では、車両の後軸中心を前記基準点とすることを特徴とする。
第7の発明は、第5の発明に係る駐車支援装置において、
4WSモード時及び2WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、クロソイド曲線で規定されるクロソイド区間を含み、
前記支援手段は、4WSモード時では、前記クロソイド区間において、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点が前記基準点として前記クロソイド曲線に沿った軌跡を描くように、前後輪を前後逆相で転舵させる一方、2WSモード時では、前記クロソイド区間において、車両の後軸中心が前記基準点として前記クロソイド曲線に沿った軌跡を描くように、前輪を転舵させることを特徴とする。
本発明によれば、4WS車においてもクロソイド曲線を含む経路を用いることが可能な駐車支援装置が得られる。
以下、図面を参照して、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、本発明による駐車支援装置10の一実施例を示すシステム構成図である。図1に示す如く、駐車支援装置10は、電子制御ユニット12(以下、「駐車支援ECU12」と称す)を中心に構成されている。駐車支援ECU12は、図示しないバスを介して互いに接続されたCPU、ROM、及びRAM等からなるマイクロコンピュータとして構成されている。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。
駐車支援ECU12には、CAN(Controller Area Network)や高速通信バス等の適切なバスを介して、操舵制御ECU30、運転者により操作されるステアリングホイール(図示せず)の舵角を検出する舵角センサ16、及び、車両の速度を検出する車速センサ18が接続されている。車速センサ18は、各輪に配設され、車輪速に応じた周期でパルス信号を発生する車輪速センサであってよい。
操舵制御ECU30には、前輪操舵用アクチュエータ32及び後輪操舵用アクチュエータ34が接続されている。前輪操舵用アクチュエータ32は、例えば、ステアリングコラムやステアリングギアボックスに設けられ、その回転角によりステアリングシャフトを回転させるモータであってよい。或いは、前輪操舵用アクチュエータ32は、例えばボールネジ機構を介してその回転角によりラックシャフトを並進移動させるモータであってもよい。後輪操舵用アクチュエータ34は、左右の後輪に対して共用であってもよいし、左右の後輪に対して独立に設けられてもよい。尚、後輪の操舵機構は、左右の後輪が前輪操舵機構から機械的に独立した態様で電子制御により所望の転舵量で転舵可能である構成であれば、任意の構成であってよい。
操舵制御ECU30は、後述の駐車支援ECU12から供給される前後輪の目標舵角(目標タイヤ切れ角)に基づいて、当該前後輪の目標舵角がそれぞれ実現されるように、前輪操舵用アクチュエータ32及び後輪操舵用アクチュエータ34を制御する。
次に、本実施例の駐車支援ECU12により実現される主要な機能について説明していく。
駐車支援ECU12は、目標駐車位置が設定されると、現在の車両位置から目標駐車位置に車両を導くための該車両の経路を算出する。目標駐車位置は、自動的に設定されてもよいし、手動で設定されてもよい。また、ここでの目標駐車位置は、必ずしも最終的な目標駐車位置である必要はなく、仮の目標駐車位置(後に補正されうる目標駐車位置)であってもよい。例えば、目標駐車位置は、クリアランスソナー(図示せず)からの点列データに基づいて、駐車空間を検出し、当該駐車空間の検出結果に基づいて自動的に設定されてもよい。また、例えば、目標駐車位置は、ディスプレイ22に表示されるリアカメラの画像上で、目標駐車位置を表す駐車枠線を模した図形表示を移動させることで手動で設定されてもよい。
ところで、2WS車の場合には、図2に模式的に示すように、車両の後輪の車軸の延長線上に旋回中心が常に位置するので、図3に示す区間A,Bのように車両の移動量に比例した関係で車両の旋回曲率を増減させるとき、車両の後輪の車軸中心(後軸中心)がクロソイド曲線の軌跡を描く。
これに対して、本実施例のような4WS車の場合には、前後輪が逆相で操舵されると、図4に模式的に示すように、旋回中心は、前後輪の舵角の関係に依存して、車両幅方向のみならず車両前後方向にも動く。従って、車両の後軸中心の軌跡はクロソイド曲線にならない。このため、2WS車の場合のように後軸中心を基準位置として経路を算出すると、クロソイド曲線で経路を生成できないので、経路計算が複雑化する。
そこで、本実施例では、図5に模式的に示すように、(車両を上方から鉛直下向きに視た平面視で)車両の前後方向の中心線上の点Pであって、旋回中心から前後方向の中心線に下ろした垂線の交点である点Pを、経路の基準点として用いる。ここで、点Pがクロソイド曲線の軌跡を描くためには、旋回曲率が変化しても点Pが後軸中心に対して前後方向に動かない必要があり、従って、旋回中心が図5に模式的に示すように車両幅方向のみ動くようにする必要がある。このために、本実施例では、点Pが前後方向に動かないように(即ち定点であるように)、旋回中の前後輪の舵角の関係が規制される。具体的には、以下の関係式となるように、旋回中の前後輪の舵角の関係が規制される。
Figure 2009190662
尚、数2で示す関係式は、図6のような車両の2輪モデル(簡易モデル)で導出されている。従って、数2において、θFは、前輪のタイヤ切れ角の左右の平均値の大きさを表し、θRは、後輪のタイヤ切れ角の左右の平均値の大きさを表す。また、数2において、Tは、定数であり、図5に模式的に示すように、車両の前後中心線上の後軸中心から基準点Pまでの距離α(2次元の平面視での距離)と、ホイールベース長WBを用いて、T=α/WBで表される。
このように本実施例では、クロソイド曲線を用いた経路生成が可能であるので、駐車支援ECU12は、点Pを基準点として、クロソイド曲線を含む経路を生成する。経路は、クロソイド曲線の区間の他、直線の区間及び円弧の区間を含んでよい。また、クロソイド曲線は、図3に示したような移動距離に対する旋回曲率の傾きを可変することで多様な形態で設定されてもよい。また、クロソイド曲線を含む経路は、現在の車両位置と目標駐車位置との位置関係や、車両の最大旋回曲率等を考慮して適切に決定されてよい。例えば、初期の経路は、支援中の後の補正の余地を残すために、車両の最大旋回曲率よりもある程度小さい旋回曲率(例えば、最大旋回曲率の90%までの旋回曲率)が用いられてもよい。尚、4WS車の場合には、車両の最小旋回半径は、2WS車の場合よりも小さくできるので、小回りの良さを利用した経路を生成することができる。
駐車支援ECU12は、上述の如く現在の車両位置から目標駐車位置に車両を導くための該車両の経路(以下、「目標経路」という)を算出すると、当該目標経路に基づいて、目標駐車位置に車両を導くための駐車支援を実行する。具体的には、駐車支援ECU12は、先ず、点Pが目標経路に沿って移動するように、目標経路の各位置における前輪及び後輪の目標舵角(タイヤ切れ角の目標値)を算出する。ここで、目標経路の各位置における車両の各旋回曲率を実現するための前輪及び後輪のタイヤ切れ角であって、且つ、数2で示す関係式を満たす前輪及び後輪のタイヤ切れ角は、旋回曲率から一意に定まる。この関係(旋回曲率とそのときの前輪及び後輪のタイヤ切れ角の関係)は、試験等により予め導出しておき旋回特性マップとして保持されてもよい。尚、目標経路が、クロソイド曲線の区間の他、直線の区間や円弧の区間を含む場合、クロソイド曲線の区間のみならず、直線の区間や円弧の区間においても、数2で示す関係式を満たす前輪及び後輪のタイヤ切れ角が目標舵角として算出される(この場合、直線の区間においては、目標舵角は前輪及び後輪共にゼロとなる)。
駐車支援ECU12は、このようにして目標経路の各位置における前輪及び後輪の目標舵角を決定すると、以後、車両の目標経路上の位置(車両移動量)を車速センサ18の出力信号(車輪速パルス)及び舵角センサ16から得られる実舵角に基づいて推定・監視し、当該推定した位置に対応する前輪及び後輪の目標舵角を、操舵制御ECU30に送信する。これを受けて、操舵制御ECU30は、当該前後輪の目標舵角がそれぞれ実現されるように、前輪操舵用アクチュエータ32及び後輪操舵用アクチュエータ34を制御する。尚、駐車支援ECU12は、目標経路から車両位置がずれた場合には、それに応じて新たな目標経路を再演算して新たな目標舵角を算出し、又は、元の目標経路へ軌道修正するための修正舵角を反映した新たな目標舵角を算出することとしてもよい。
以上説明した本実施例の駐車支援装置10によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
上述の如く、車両の前後方向の中心線上の定点Pであって、旋回中心から中心線に下ろした垂線の交点である定点Pを基準点として経路を算出するので、4WS車の場合でもクロソイド曲線を含む経路の生成が可能となる。これにより、経路生成及び車両移動量計算を簡単に行うことができる。また、クロソイド曲線を含む経路の生成が可能となるので、4WS車の場合でも、2WS車で用いられた経路生成ロジックを利用することができ、設計上の負担も低減することができる。尚、2WS車で用いられた経路生成ロジックは、例えば2WS車で用いられる基準点(後軸中心)と上述の基準点のずれ量α(図5参照)を補償する(オフセットする)だけでそのまま利用可能である。もっとも、4WS車の場合には前後輪を逆相で操舵することで2WS車の場合よりも最大旋回曲率が大きくなるので、かかる特性を利用して小回りが効いた経路を生成するのが有効である。
尚、本実施例においては、添付の特許請求の範囲の「経路算出手段」は、駐車支援ECU10により実現されており、同特許請求の範囲の「支援手段」は、駐車支援ECU10及び操舵制御ECU30により協同して実現されている。
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く、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、図6のような車両の2輪モデルを用いて数2で示した関係式になるように旋回中の前後輪の舵角の関係を拘束することで、点Pが“定点”として旋回中に変化しないようにしているが、異なるモデルやシミュレーション等の解析結果や試験結果(例えばGPS測位結果を利用した点Pの軌道の試験結果)を利用して、他の拘束条件を確立してもよい。要するに、クロソイド区間となるべき区間中の任意の車両位置にて旋回中心から前後方向の中心線に下ろした垂線の交点である点Pが、当該区間中にクロソイド曲線の軌跡を描くことができればよい。尚、クロソイド曲線とは、図3に示したような車両の移動距離に対する曲率の変化率が一定となるような曲線であるが、実際の点Pの軌跡は、制御誤差等の影響を受けるので、完全なクロソイド曲線とならない場合もある。
また、上述の実施例は、目標駐車位置を目標位置として、当該目標位置までの経路の算出方法に関するものであったが、目標位置は、かかる目標駐車位置に限られない。例えば目標駐車位置への駐車が可能な駐車開始位置(リバースシフトに入れて後退走行が開始されるべき位置)までの前進走行時の操舵態様等に関して駐車支援を実施する構成の場合には、駐車開始位置への経路の算出に利用されてもよい。
また、上述の実施例は、車両の後退(バック)による駐車走行時の経路の算出方法のみならず、車両の前進による駐車走行時の経路の算出方法にも適用可能である。例えば、目標駐車位置への駐車が可能な駐車開始位置までの前進走行時の操舵態様等に関して駐車支援を実施する構成の場合には、前進走行時の経路の算出方法に用いられてよい。
また、上述の実施例では、目標経路に基づいて自動操舵することで駐車支援が実現されているが、駐車支援の態様は、これに限られない。例えば、上述の如く目標経路に基づいて算出した前輪の目標舵角に基づいて、前輪の操舵態様(即ちステアリングホイールの操作態様)をガイドするガイド音声及び/又はガイド表示を、ディスプレイ22及び/又はスピーカー24(図1)を介して出力することで駐車支援を実現してもよい。この場合、前輪操舵用アクチュエータ32は不要であり、駐車支援ECU12は、クロソイド曲線の区間中、前輪の実舵角又は目標舵角に基づいて、数2の関係が維持されるように後輪操舵用アクチュエータ34を制御するだけでよい。
また、上述の実施例では、駐車支援時の目標値として目標舵角が用いられているが、舵角に関連する物理量であれば、如何なる物理量が目標値として用いられてもよい。例えば前輪操舵機構のラック軸の移動量や、前輪操舵用アクチュエータ32としてのモータへの電流/電圧の印加量等が目標値として用いられてもよい。同様に、数2の関係式と実質的に等価の関係式は、前後輪の舵角に関連する物理量であれば任意の物理量で表すことができ、例えば前輪操舵機構のラック軸の移動量や、後輪操舵用アクチュエータ34としてのモータへの電流/電圧の印加量等を用いて表現されてもよい。
また、上述の実施例では、4WSモードを利用した駐車支援のみが説明されているが、4WS機構を搭載した車両では、状況に応じて2WSモードと4WSモードを使い分けることが可能である。従って、2WSモードと4WSモードのいずれを実現するかが例えばユーザの選択若しくは自動的に切替可能とされてもよく、この場合、経路算出に用いる基準点が、2WSモードで操舵する場合と4WSモードで操舵する場合とで変更されてもよい。即ち、4WSモード時では、上述の点Pが基準点とされ、2WSモード時では、車両の後軸中心が基準点とされる。この場合、操舵制御ECU30は、4WSモード時では、経路中のクロソイド曲線から規定されるクロソイド区間において、上述の如く、点Pがクロソイド曲線に沿った軌跡を描くように前後輪を前後逆相で転舵させる一方、2WSモード時では、クロソイド区間において、車両の後軸中心がクロソイド曲線に沿った軌跡を描くように前輪を転舵させる。
また、上述の実施例では、前後輪が独立して転舵可能な4輪の車両が想定されているが、本発明は、前後輪が独立して転舵可能な前1輪後2輪の車両のような、他の車輪構成の車両にも適用可能である。
また、上述の実施例において、駐車支援ECU10と操舵制御ECU30との間の機能分担はあくまで一例であり、操舵制御ECU30の機能の一部若しくは全部が駐車支援ECU10により実現されてもよいし、他のECUにより実現されてもよい。
本発明による駐車支援装置10の一実施例を示すシステム構成図である。 2WS車の場合の旋回中心の動きを模式的に示す図である。 車両の移動距離と曲率との関係の一例を示す図である。 4WS車の場合の旋回中心の動きを模式的に示す図である。 本実施例において用いられる経路の基準点を模式的に示す図である。 車両の2輪モデルを用いた数2の説明図である。
符号の説明
10 駐車支援装置
12 駐車支援ECU
16 舵角センサ
18 車速センサ
22 ディスプレイ
24 スピーカー
30 操舵制御ECU
32 前輪操舵用アクチュエータ
34 後輪操舵用アクチュエータ

Claims (7)

  1. 前後輪が独立に転舵可能な4WSモードを備える車両に適用される駐車支援装置において、
    目標位置に車両を導くための該車両の経路を算出する経路算出手段と、
    前記経路算出手段により算出される経路に基づいて前記目標位置への車両の駐車走行を支援する支援手段とを備え、
    4WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、前後輪が前後逆相で転舵されることが予定される経路を含み、該経路は、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点がクロソイド曲線の軌跡を描く区間を含むことを特徴とする、駐車支援装置。
  2. 4WSモード時において、前記支援手段は、前記経路算出手段により算出される経路に基づいて、該経路上の任意の位置で実現されるべき前後輪の舵角に関連する目標値を算出し、該目標値に基づいて前記目標位置への車両の駐車走行を支援し、
    4WSモード時において、前記クロソイド曲線の区間中における前記前輪の舵角に関連する目標値と前記後輪の舵角に関連する目標値との関係は、前記中心線上の前記定点の位置及びホイールベース長により定まる一定の関係である、請求項1に記載の駐車支援装置。
  3. 4WSモード時において、前記クロソイド曲線の区間中における前記前輪の舵角に関連する目標値と前記後輪の舵角に関連する目標値との関係は、前記前輪の舵角に関連する目標値を前輪のタイヤ切れ角の大きさθFで表し、前記後輪の舵角に関連する目標値を後輪のタイヤ切れ角の大きさθRで表したとき、
    Figure 2009190662
    という一定の関係式で表され、
    数1において、Tは定数であり、前記中心線上の後軸中心から前記定点までの距離αと、ホイールベース長WBを用いて、T=α/WBで表される、請求項2に記載の駐車支援装置。
  4. 前後輪が独立に転舵可能な4WSモードを備える車両に適用される駐車支援装置において、
    目標位置に車両を導くための該車両の経路を算出する経路算出手段と、
    前記経路算出手段により算出される経路に基づいて前記目標位置への車両の駐車走行を支援する支援手段とを備え、
    4WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、クロソイド曲線で規定されるクロソイド区間を含み、
    4WSモード時において、前記支援手段は、前記クロソイド区間において、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点が前記クロソイド曲線に沿った軌跡を描くように、前後輪を前後逆相で転舵させることを特徴とする、駐車支援装置。
  5. 前後輪が独立に転舵可能な4WSモードと、前輪のみが転舵可能な2WSモードとを備える車両に適用される駐車支援装置において、
    目標位置に車両を導くための該車両の経路を算出する経路算出手段と、
    前記経路算出手段により算出される経路に沿った軌跡を車両の所定の基準点が描くように、前記目標位置への車両の駐車走行を支援する支援手段とを備え、
    4WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、前後輪が前後逆相で転舵されることが予定される経路を含み、
    前記支援手段は、4WSモード時と2WSモード時とで前記基準点を変化させることを特徴とする、駐車支援装置。
  6. 前記支援手段は、4WSモード時では、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点を前記基準点とする一方、2WSモード時では、車両の後軸中心を前記基準点とする、請求項5に記載の駐車支援装置。
  7. 4WSモード時及び2WSモード時において、前記経路算出手段により算出される経路は、クロソイド曲線で規定されるクロソイド区間を含み、
    前記支援手段は、4WSモード時では、前記クロソイド区間において、車両の前後方向の中心線上の定点であって旋回中心から前記中心線に下ろした垂線の交点である定点が前記基準点として前記クロソイド曲線に沿った軌跡を描くように、前後輪を前後逆相で転舵させる一方、2WSモード時では、前記クロソイド区間において、車両の後軸中心が前記基準点として前記クロソイド曲線に沿った軌跡を描くように、前輪を転舵させる、請求項5に記載の駐車支援装置。
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